[发明专利]LNG冷能斯特林发电系统

权利要求书

1.一种LNG冷能斯特林发电系统，其特征在于，包括LNG储罐、LNG液相管路、LNG气相管路、冷能斯特林发电装置、LNG加热器，LNG储罐的出液口连通于LNG液相管路，冷能斯特林发电装置的冷端连接LNG液相管路以吸收LNG冷能，冷能斯特林装置的热端连接外界热源，LNG气相管路分别连通于冷能斯特林装置的冷端和LNG加热器以将冷能斯特林装置的冷端的气相天然气传送到LNG加热器，LNG加热器的输出端连通于天然气的传送端。

2.根据权利要求1所述的LNG冷能斯特林发电系统，其特征在于，所述冷能斯特林发电装置的冷端内设有换热盘管，换热盘管连通于冷能斯特林发电装置的气体工作介质管路，用于与从LNG液相管路而来的液相LNG换热。

3.根据权利要求2所述的LNG冷能斯特林发电系统，其特征在于，所述冷能斯特林发电装置的气体工作介质为在-170℃以下还能保持气态的气体。

4.根据权利要求1所述的LNG冷能斯特林发电系统，其特征在于，所述冷能斯特林发电装置的热端所用热源和LNG加热器的热源分别为海水、地表水、空气、烟气余热、工业余热中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的LNG冷能斯特林发电系统，其特征在于，所述LNG冷能斯特林发电系统还包括膨胀机和发电机组，膨胀机与LNG加热器管道连接，膨胀机产生的转动机械能通过转动轴带动发电机进行发电。

6.根据权利要求1或5所述的LNG冷能斯特林发电系统，其特征在于，所述LNG冷能斯特林发电系统还包括附加工质循环发电机组，LNG在附加工质循环发电机组的冷凝器释放冷能。

7.根据权利要求6所述的LNG冷能斯特林发电系统，其特征在于，所述附加工质循环发电机组为朗肯循环冷能发电系统，朗肯循环冷能发电系统包括加热器、冷凝器、涡轮机和涡轮发电机，冷凝器分别通过LNG气相管路与加热器、冷能斯特林发电装置的冷端和LNG加热器连接，从而实现LNG冷能的利用。

8.根据权利要求7所述的LNG冷能斯特林发电系统，其特征在于，所述朗肯循环冷能发电系统的循环工质为丙烷、氨、丙烯、四氟乙烷中的任意一种。

9.根据权利要求6所述的LNG冷能斯特林发电系统，其特征在于，所述附加工质循环发电机组为低温布雷顿循环冷能发电系统，低温布雷顿循环冷能发电系统包括加热器、换热器、涡轮机、涡轮发电机和压气机，换热器分别通过LNG气相管路与冷能斯特林发电装置的冷端、压气机、涡轮机和LNG加热器连接，加热器分别与涡轮机和压气机连接，涡轮机与涡轮发电机连接，低温布雷顿循环冷能发电系统的循环工质为氮气。

10.如上述权利要求1-9任一所述的基于LNG冷能斯特林发电系统的方法，其特征在于，所述LNG冷能斯特林发电系统的冷能应用冷量及发电量满足下面的计算公式：

冷能利用及损失能量平衡式：

Q_总＝F_LNG*(T_供-T₀)*C_pLNG＝Q_Stirling+Q_Rankine+Q_Brayton+Q_Turbine+Q_Heater

其中：斯特林冷能利用总量Q_Stirling＝F_LNG*(T₂-T₁)*C_pLNG

朗肯循环冷能利用总量Q_Rankine＝F_LNG*(T₃-T₂)*C_pLNG

布雷顿循环冷能利用总量Q_Brayton＝F_LNG*(T_3’-T_2’)*C_pLNG

膨胀机冷能利用总量Q_Turbine＝F_LNG*(H’-H₀)

LNG加热器散热损失Q_Heater＝Q₁+Q₂+…+Q_n

冷能利用发电量计算式：

P_总＝P_Stirling+P_Rankine+P_Brayton+P_Turbine

其中斯特林发电量P_Stirling＝F_工质*Q_吸热*η_S*η_e

＝F_工质*Q_吸热*(1-T_1’/T_2’)*η_e

式中，P_Stirling斯特林发电机发电量；F_工质为斯特林机内循环工质流量；η_S为斯特林发动机热效率，η_e为发电机效率，Q_吸热为斯特林机热端吸热量，其决定T_2’热端平均温度，T_1’为冷端平均温度由斯特林冷能利用总量Q_Stirling决定；

其中朗肯循环或低温布雷顿循环发电量

P_{Rankine或Brayton}＝F工质*Q_吸热*η_R或B*η_e

＝F_工质*Q_吸热*(1-T_4’/T_5’)*η_e

式中，P_{Rankine或Brayton}为朗肯循环或布雷顿循环发电量；F_工质为循环工质流量；η_R为朗肯循环热效率，η_B为布雷顿循环热效率，η_e为发电机效率，Q_吸热为斯特林机热端吸热量，其决定T_5’平均吸热温度，T_4’为平均放热温度由朗肯循环或布雷顿循环冷能利用总量Q_{Rankine或Brayton}决定；

其中膨胀机发电量P_Turbine＝Q_Turbine*η_T*η_e＝F_LNG*(H’-H₀)*η_T*η_e

式中，F_LNG为系统中的LNG总流量kg/h；H’为膨胀机出口天然气焓值，kJ/kg；H₀为膨胀机入口天然气焓值，kJ/kg；η_T为膨胀机热效率；η_e为发电机效率。