[实用新型]一种利用低品质热源的无泵发电系统

说明书

本实用新型公开了一种利用低品质热源的无泵发电系统。本实用新型采用多个独立的子系统，每个子系统中连接预热装置与预冷装置的管路中设置涡流机，通过阀门控制每一个子系统独立工作，利用高温热源对预热装置传递热量，低温热源对预冷装置传递冷量，使得产生温度差，从而工质从预热装置流向预冷装置，带动涡轮机做功发电；多个独立的子系统独立轮流，以错开运行时间的方式可实现趋于稳定持续的电能输出；利用高度差实现工质的再次利用，整个过程不需要使用工质泵，一定程度减少了能耗，提高了低品位热源的利用效率，减少了污染物的排放。

技术领域

本实用新型涉及发电系统，具体涉及一种利用低品质热源的无泵发电系统。

背景技术

低品位热能通常指温度低于200℃的热量。这类能源种类繁多，储量丰富，包括城市余热、工业余(废)热、农业余热、交通运输废热、太阳热能、地热、生物质能、海洋温差能等可再生能源。然而，低品位热能传统利用方式的热利用效率较低，极大地阻碍了低品位热能的利用，以致储量较大的中低温地热能无法开发。此外，一些低品位热能，如工厂废热，在利用过程中一方面需要水进行冷却循环，造成水资源的浪费；另一方面高于环境水域温度的冷却水排入环境后造成热污染，危害生态健康。因此，如果能对低品位热能进行高效利用，则不仅可以节约大量高品位热能，更能对环境产生积极影响。

关于如何高效利用低品位热能，前人做了大量研究，思路以利用低品位热能发电为主。有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle，简称ORC)低温余热发电技术是目前低温发电的重要方式。根据部分主流ORC发电设备制造商网站提供的数据，低温工况下ORC发电效率不超过20％，并且在实际工况偏离设计工况时，ORC的效率将显著降低，加之有机工质对环境的潜在危害，都成为限制这项技术推广的重要原因。近年来，日本科学家Yamada等首先提出了一种无泵朗肯循环(Pumpless Rankine-type Cycle，PRC)，以R245fa为工质，利用高低温气缸之间的压力差，推动工质流动，进而带动涡轮机转动发电。这种系统因为采用阀门代替工质泵，故而实现了“无泵”运行，克服了有泵循环的缺陷。在相同工况(高温90℃，低温20℃)下，PRC比ORC热效率高出6％左右。不足之处是，(1)PRC依旧无法实现稳定持续的电能输出；(2)R245fa的分子式为CF₃CH₂CHF₂，无毒，臭氧层破坏指数ODP为0，温室效应指数GWP为950。虽然其对臭氧层不具有破坏力，但却是一种较为严重的温室气体；(3)PRC从压缩角度而言是无泵循环，从换热角度而言却是有泵循环，这是无泵发电设计中的一个局限。

无泵发电循环属于热力学领域新型循环系统中的挑战性课题，对于传热基础研究和热功转换过程的优化等都有着指导意义。若能实现无泵发电系统的大范围推广，无疑将带来可观的经济效益和社会效益。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本实用新型提出了一种利用低品质热源的无泵发电系统，以混合天然流体的工质结合低品位热源进行发电，联合多套这样的独立系统，以错开运行时间的方式可实现趋于稳定持续的电能输出，并且不会污染环境。