阅读说明：本技术 一种耦合温差发电的布雷顿循环发电系统及运行方法 (Brayton cycle power generation system coupled with thermoelectric power generation and operation method ) 是由 陈伟雄 钱奕然 张昇 孟宇 严俊杰 种道彤 刘明 于 2020-07-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种耦合温差发电的布雷顿循环发电系统及运行方法,主要应用于核电、太阳能等新型动力循环发电领域中。该系统包含高温热源、分离阀、温差发电系统、蓄电池、汇集三通阀、透平、回热器、冷却器和压缩机。本发明系统包含三种运行方式,通过调整分流阀开度,匹配两种发电模块的输出功率,使系统在不同负荷要求下按照温差发电、布雷顿循环发电、混合发电三种方式运行,提高了系统的变负荷灵活性,实现了全工况自适应运行。(The invention discloses a Brayton cycle power generation system for coupling temperature difference power generation and an operation method thereof, which are mainly applied to the field of novel power cycle power generation such as nuclear power, solar energy and the like. The system comprises a high-temperature heat source, a separation valve, a temperature difference power generation system, a storage battery, a collecting three-way valve, a turbine, a heat regenerator, a cooler and a compressor. The system comprises three operation modes, and the output power of two power generation modules is matched by adjusting the opening of the shunt valve, so that the system can operate according to three modes of temperature difference power generation, Brayton cycle power generation and hybrid power generation under different load requirements, the variable load flexibility of the system is improved, and the full-working-condition self-adaptive operation is realized.)

一种耦合温差发电的布雷顿循环发电系统及运行方法

技术领域

本发明涉及一种布雷顿循环系统，特别涉及一种耦合温差发电的布雷顿循环发电系统及运行方法。

背景技术

布雷顿循环系统相对于传统的蒸汽朗肯循环，具有循环效率高、系统结构紧凑等优势，广泛适用于燃煤发电、核电和太阳能光热发电等领域。工质经过压缩机升压、高温热源加热、透平膨胀做功、回热器和冷却器定压放热，完成一次布雷顿循环，将高温工质蕴含的热能转化为机械能。然而在循环系统低负荷运行过程中，由于实际流量远小于系统的设计流量，导致压缩机和透平偏离设计点工作，效率下降，进而导致布雷顿循环系统热效率下降，不利于能量的高效利用。在复杂运行的情况下，外界对系统负荷需求的频繁变化，对循环系统灵活性提出了更高的要求。

发明内容

本发明是为了解决布雷顿循环系统在低负荷运行时效率较低，系统负荷频繁变化带来的灵活性问题，现提供一种耦合温差发电的布雷顿循环发电系统及运行方法，能够实现多种负荷下全工况自适应灵活运行。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种耦合温差发电的布雷顿循环发电系统，包括：温差发电系统1、蓄电池2、压缩机3、回热加热器4、高温热源5、分离阀6、透平7、发电机8、汇集三通阀9和冷却器10；

高温热源5的出口端连接分离阀6的入口端，分离阀6将进入温差发电系统1的高温工质分离出来，并从分离阀6的第一出口6.1输送至温差发电系统1的入口端，温差发电系统1的出口端连接汇集三通阀9的第二入口9.2，温差发电系统1的低温侧通入冷却水冷却，冷却水流向与高温工质流向相反，在温差发电系统1内部形成温差并产生电流，产生的电能储存在蓄电池2中。

分离阀6的第二出口6.2连接透平7的进口端，透平7的出口端连接汇集三通阀9的第一入口9.1，透平7用于带动发电机8产生电能，汇集三通阀9连接回热加热器4高温侧入口端，回热加热器4用于回收透平7与温差发电系统1排出工质的余热，加热压缩机3出口工质，回热加热器4高温侧出口端连接冷却器10入口端，冷却器用于冷却工质，减小压缩机耗功，冷却器10出口端连接压缩机3入口端，压缩机3用于提高工质压力，压缩机3出口端连接回热加热器4低温侧入口端，回热加热器4低温侧出口端连接高温热源5入口端。

本发明所述的耦合温差发电的布雷顿循环发电系统，通过分流阀6改变工质在不同发电系统间的流量分配，系统可以在不同负荷需求下启用不同的运行模式。本出系统共有三种运行方式：(一)、在较低负荷需求条件下，利用高温热源5加热少量循环工质，停用布雷顿循环透平7和回热加热器4，利用温差发电系统1输出少量电能；(二)、中高负荷需求条件下，单独启用布雷顿循环，利用工质推动透平7带动发电机8发电；(三)、在有变负荷需求时，同时启用温差发电系统1和布雷顿循环系统发电，当负荷需求波动变化时，通过改变分流阀6开度，改变流入温差发电系统1的工质流量，利用温差发电的快速响应特性，实现循环功率的快速变化。

本系统通过温差发电和布雷顿循环发电的三种运行方式灵活切换，实现系统全工况自适应灵活运行；在较低负荷需求下，系统维持在运行方式(一)，分流阀6仅开启第一出口6.1，控制高温工质流入温差发电系统1进行发电；当负荷需求上升，温差发电输出功率无法满足外界需要时，开启分流阀6的第二出口6.2，控制高温工质流入透平7，带动发电机8发电；当外界符合需求稳定后，逐渐关闭分流阀6的第一出口6.1，打开分流阀6的第二出口6.2，将流入温差发电系统1的工质流量转移至透平7所在布雷顿循环回路中，系统可以维持在运行方式(二)，使发电机8承载外界稳定负荷。部分开启分流阀6的第一出口6.1开度，维持温差发电一定输出，系统维持在运行方式(三)，当系统有增负荷需求时，可以通过开大分流阀6的第一出口6.1开度，快速增加温差发电的输出功率；当系统有降负荷需求时，可以通过减小分流阀6的第一出口6.1开度，快速减少温差发电的输出功率，实现变负荷系统快速灵活调节。

半导体温差发电系统利用塞贝克效应，利用温差在半导体中直接产生电动势，将热能转换为电能，具有结构简单、装置体积小、响应速度快等显著优点，适用于小型化移动式发电系统。将温差发电与布雷顿循环系统结合，构建多种模式发电的复合循环系统，有利于提高循环系统的灵活性，实现系统的全工况自适应运行。本发明带来以下益处：

(1)本发明一种耦合温差发电的布雷顿循环发电系统，结合了两种发电模块，能够根据不同负荷需求切换三种运行方式，实现全工况自适应发电；

(2)本发明系统还能够在外界负荷需求频繁变化的情况下，通过三种发电方式之间的灵活切换，提高系统对负荷变化的反应速度，增强系统灵活性；

(3)本发明系统具有适应性强、结构紧凑的优点，可以适用多种热源和工质的场合，作为移动式电源系统供电。

附图说明

图1为耦合温差技术的布雷顿循环发电系统的结构示意图。

图中：温差发电系统1、蓄电池2、压缩机3、回热加热器4、高温热源5、分离阀6、布雷顿循环透平7、发电机8、汇集三通阀9、冷却器10。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式一：参照图1说明本发明的本实施方式，本实施方式所述的耦合温差发电的布雷顿循环发电系统，包括：温差发电系统1、蓄电池2、压缩机3、回热加热器4、高温热源5、分离阀6、透平7、发电机8、汇集三通阀9和冷却器10；

高温热源5的出口端连接分离阀6的入口端，分离阀6将进入温差发电系统1的高温工质分离出来，并从分离阀6的第一出口6.1输送至温差发电系统1的入口端，温差发电系统1的出口端连接汇集三通阀9的第二入口9.2，温差发电系统1的低温侧通入冷却水冷却，冷却水流向与高温工质流向相反，在温差发电系统1内部形成温差并产生电流，产生的电能储存在蓄电池2中；

分离阀6的第二出口6.2连接透平7的进口端，透平7的出口端连接汇集三通阀9的第一入口9.1，透平7用于带动发电机8产生电能，汇集三通阀9连接回热加热器4高温侧入口端，回热加热器4用于回收透平7与温差发电系统1排出工质的余热，加热压缩机3出口工质，回热加热器4高温侧出口端连接冷却器10入口端，冷却器用于冷却工质，减小压缩机耗功，冷却器10出口端连接压缩机3入口端，压缩机3用于提高工质压力，压缩机3出口端连接回热加热器4低温侧入口端，回热加热器4低温侧出口端连接高温热源5入口端。

汇集三通阀9出口的工质经过回热加热器4高温侧排热、冷却器10冷却、压缩机3压缩、回热加热器4低温侧加热、高温热源5加热后，在分离阀6处被分为两部分。

本发明所述的耦合温差发电的布雷顿循环发电系统，通过分流阀6改变工质在不同发电系统间的流量分配，系统可以在不同负荷需求下启用不同的运行模式。本发明系统共有三种运行方式：(一)、在较低负荷需求条件下，利用高温热源5加热少量循环工质，停用布雷顿循环透平7和回热加热器4，利用温差发电系统1输出少量电能；(二)、中高负荷需求条件下，单独启用布雷顿循环，利用工质推动透平7带动发电机8发电；(三)、在有变负荷需求时，同时启用温差发电系统1和布雷顿循环系统发电，当负荷需求波动变化时，通过改变分流阀6开度，改变流入温差发电系统1的工质流量，利用温差发电的快速响应特性，实现循环功率的快速变化。

本发明系统通过温差发电和布雷顿循环发电的三种运行方式灵活切换，实现系统全工况自适应灵活运行。在较低负荷需求下，系统维持在运行方式(一)，分流阀6仅开启第一出口6.1，控制高温工质流入温差发电系统1进行发电；当负荷需求上升，温差发电输出功率无法满足外界需要时，开启分流阀6的第二出口6.2，控制高温工质流入透平7，带动发电机8发电；当外界符合需求稳定后，逐渐关闭分流阀6的第一出口6.1，打开分流阀6的第二出口6.2，将流入温差发电系统1的工质流量转移至透平7所在布雷顿循环回路中，系统可以维持在运行方式(二)，使发电机8承载外界稳定负荷。部分开启分流阀6的第一出口6.1开度，维持温差发电1一定输出，系统维持在运行方式(三)，当系统有增负荷需求时，可以通过开大分流阀6的第一出口6.1开度，快速增加温差发电系统1的输出功率；当系统有降负荷需求时，可以通过减小分流阀6的第一出口6.1开度，快速减少温差发电的输出功率，实现变负荷系统快速灵活调节。