[实用新型]一种超临界二氧化碳扩展型循环发电系统

说明书

本实用新型提供了一种超临界二氧化碳扩展型循环发电系统，包括：冷却器、主压缩机、回热器、取热器、主膨胀机、副膨胀机、预压缩机、冷源、热源。该系统基于布雷顿循环原理，可根据系统设置的用电负荷大小灵活切换发电循环模式，从而提高了发电系统调峰的灵活性，有效提升了循环发电系统的发电效率，在增加调峰幅度的同时保证了该系统循环发电效率不会大幅度下降。

技术领域

本实用新型涉及能源动力装备、发电系统领域，特别涉及一种超临界二氧化碳扩展型循环发电系统。

背景技术

除油气燃料外，现有各种热源的发电基本采用水蒸汽朗肯循环机组，蒸汽轮机是主要做功装置，由于蒸汽轮机循环压降大、级数多、转子粗重，只能采取中间抽气、调节背压等方式进行负荷调节，在非设计工况下的热效率损失较高，大型发电机组的运行结果表明，当负荷在设计工况的100～60％之间调节时，单位煤耗增加15～20％，负荷进一步降低时，单位煤耗则会呈指数性快速增加。而中小型机组在非设计工况下运行时的热效率下降更为严重。此外，蒸汽朗肯循环主设备体积笨重、热惯性大，也是限制负荷调节能力的重要制约因素。由于设备热惯性大，在调峰过程中要考虑升降温产生的热应力对主设备造成的损害，因此调峰速度和频率不能太高，一般很难适应每日一两次以上的频繁负荷变动。有关研究显示，汽轮机在调峰过程中出现的轴向力变化、热应力疲劳可以大幅降低转子和机匣的寿命，90％以上的故障发生在非设计工况下。

基于现有技术中的发电系统存在的缺陷，为满足偏远地区供电需求，需要开发能独立运行的分布式孤立发电系统，这类孤立发电系统往往面临频繁大幅度的负荷变动，对发电系统的调峰能力提出挑战。在新能源领域，也需要发展电网友好型发电系统，适应环境和负荷的频繁变动，提供持续稳定的电能以减少电网冲击。

因此，发展适应频繁大幅度负荷变化，响应迅速，且非设计工况下运行效率损失较小的新型发电循环，是根本的解决之策。本实用新型提出了一种超临界二氧化碳扩展型循环发电系统，该系统基于布雷顿循环原理，可根据设置的系统用电负荷大小灵活切换发电循环模式，从而提高了发电系统调峰的灵活性，有效提升了发电系统的发电效率，在增加调峰幅度的同时保证了系统循环发电效率不会大幅度下降。本实用新型提供的一种超临界二氧化碳扩展型循环发电系统可用于构建偏远地区独立供电系统，或电网友好型新能源发电系统，在化石能源技术革新，核能和太阳能热发电中有广泛用途。

实用新型内容

为了解决现有技术中上述问题，本实用新型提供了一种超临界二氧化碳扩展型循环发电系统，目的在于使系统能够快速响应频繁大幅度的负荷变动，提高发电系统的负荷调节能力和变工况下的综合发电效率。

本实用新型提供了一种超临界二氧化碳扩展型循环发电系统，包括：冷却器，用于冷却吸收超临界二氧化碳的热量；主压缩机，用于将经过冷却器后的超临界二氧化碳压强提升至高压；回热器，用于吸收经过主压缩机升压后超临界二氧化碳的回流热量；取热器，用于将经过回热器后的超临界二氧化碳加热至高温；主膨胀机，用于将经过取热器后的超临界二氧化碳进行膨胀做功，并输出电能；副膨胀机，用于将经过主膨胀机后的超临界二氧化碳再次膨胀做功，并输出电能；其中，经过主膨胀机做功后的超临界二氧化碳或经过副膨胀机再次膨胀做功后的二氧化碳分别经过回热器吸收回流热量；预压缩机，用于将经过回热器后的二氧化碳压强压缩到临界压强及以上；经过回热器或预压缩机处理后的超临界二氧化碳进入冷却器释放余热，并进入下一个发电循环。

进一步地，该系统还包括冷源和热源，冷源用于将冷却器中的超临界二氧化碳进行降温处理，热源用于加热取热器中的超临界二氧化碳。进一步地，主压缩机用于将超临界二氧化碳压缩至12MPa及以上，主膨胀机用于将超临界二氧化碳膨胀做功膨胀后的压强高于二氧化碳的临界压强值。

进一步地，热源温度为450℃及以上，以使主膨胀机的单位质量流量的净输出功率为62.5kW/kg及以上。

进一步地，副膨胀机将超临界二氧化碳再次做功膨胀后的压强降低至其临界压强及以下，并使其为气体状态实现跨临界循环。