[发明专利]超临界二氧化碳发电系统及其运行控制方法

说明书

本发明公开了超临界二氧化碳发电系统及其运行控制方法，所述超临界二氧化碳发电系统包括发电机组、加热器、冷却器以及旁通阀组件，所述超临界二氧化碳发电系统增设涡轮旁通阀和压缩机旁通阀，通过对系统内工质流动的控制，在紧急停车或减负荷工况发生时，快速降低发电机组的输出功率和转速，保障系统运行安全。

技术领域

本发明涉及发电系统，进一步地涉及超临界二氧化碳发电系统及其运行控制方法。

背景技术

超临界二氧化碳发电技术是以超临界二氧化碳为介质的闭式布雷顿循环技术，同传统的蒸汽朗肯循环等相比，具有效率高、体积小、适应热源范围广等优点，是一种在核能发电、太阳能发电、地热发电、化石燃料发电、废热利用和船舶动力等领域极具潜力的新兴动力发电技术。

超临界二氧化碳发电系统一般最少包括一台同轴布置的第一压缩机和第一涡轮(下称发电机组)、一台加热器。超临界二氧化碳工质在第一压缩机内升压并经加热器提高温度后进入热源吸热，吸热后高温高压的工质进入第一涡轮做功，经加热器回收剩余热量后返回第一压缩机入口，形成闭式循环。超临界二氧化碳闭式循环发电系统的运行控制是该技术的一大难点。正常工作时，发电机组工作在高转速下，并向外输出额定功率的机械功。在紧急事故工况下，需要将系统的转速和输出功率快速降为零，否则将引发叶轮机械、轴系等部件的结构损坏，造成重大安全事故。

综上所述，需要对传统超临界二氧化碳发电技术进行改进。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种超临界二氧化碳发电系统及其运行控制方法，通过对系统内工质流动的控制，在停车或减负荷工况发生时，快速降低发电机组的输出功率和转速，保障系统运行安全。

为了实现上述目的，本发明的目的在于提供超临界二氧化碳发电系统，包括：

发电机组，包括第一涡轮、第一压缩机以及第一发电机，所述第一涡轮、所述第一压缩机以及所述第一发电机同轴布置；

加热器，所述加热器位于第一流体通路，所述第一流体通路连通所述第一压缩机的离开口和所述第一涡轮的进入口；

冷却器，所述冷却器位于第二流体通路，所述第二流体通路连通所述第一涡轮的离开口与所述第一压缩机的进入口；

旁通阀组件，包括第一涡轮旁通阀和第一压缩机旁通阀，所述第一涡轮旁通阀的一端连通所述第一涡轮的进入口，另一端连通所述第一涡轮的离开口，所述第一压缩机旁通阀的一端连通所述第一压缩机的进入口，另一端连通所述第一压缩机的离开口；

当所述第一压缩机旁通阀处于闭合状态时，所述第二流体通路中的流体通过所述第一压缩机进入所述第一流体通路；当所述第一压缩机旁通阀处于打开状态时，所述第一流体通路中的流体通过所述第一压缩机旁通阀进入所述第二流体通路；

当所述第一涡轮旁通阀处于闭合状态时，所述第一流体通路中的流体通过所述第一涡轮进入所述第二流体通路；当所述第一涡轮旁通阀处于打开状态时，所述第一流体通路中的流体通过所述第一涡轮旁通阀进入所述第二流体通路。

优选地，所述超临界二氧化碳发电系统进一步包括回热器，所述第一流体通路和所述第二流体通路分别流经所述回热器，并通过所述回热器进行热交换。

优选地，所述超临界二氧化碳发电系统进一步包括监控系统，所述监控系统通信连接于所述第一涡轮旁通阀和所述第一压缩机旁通阀，用于在出现紧急停车或减负荷工况时将所述第一涡轮旁通阀和所述第一压缩机旁通阀切换至打开状态。

优选地，所述发电机组进一步包括第二涡轮、第二压缩机以及第二发电机，所述第二涡轮、所述第二压缩机以及所述第二发电机同轴布置；

所述第一涡轮流出的流体进入所述第二涡轮，自所述第二涡轮流出的流体一部分进入所述冷却器，另一部分进入所述第二压缩机，所述第二压缩机流出的流体进入所述加热器；