【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及低品位能源，具体涉及一种热泵耦合有机朗肯循环及热伏发电的地热发电系统及方法。
技术介绍
1、为了应对全球气候变化以及一系列环境问题，越来越多的国家开始重视可再生能源的开发与利用，传统的化石能源正逐渐被淘汰。目前，发展最为迅速的且在能源结构中占比最大的可再生能源为太阳能与风能，这两种能源都具有间歇性、波动性、不稳定性的特点，不利于电网的稳定运行，地热能具有环保无污染、可持续供应、不受气候变化影响、不间断运行的优点，且不需要修建配套的储能系统，能与风能与太阳能形成良好的互补。
2、目前地热的利用方式主要包括地热发电和直接利用，其中，高温地热发电技术已较为成熟，并能取得较好的效益，而储量更为丰富、分布更为广泛的中低温地热的利用仍以直接供热为主，相应的发电技术进展较为缓慢，这主要是由于中低温地热中的能量品质较低，将其直接用来发电时，发电效率较低，难以取得较好的效益。
3、闪蒸式热泵技术是一种新型的热泵技术，可以通过热泵循环将中低温地热升温提质，获得温度更高的热源，将提质后的中低温地热用来发电时，可以获得较高的效率； 而热伏发电技术是一种新型发电技术，可以将热能直接转化为电能，包括油田余热废热、地热能、油田伴生地热能等的利用。因此，如何将这两种技术结合实现对中低温地热的发电利用是本专利技术所要解决的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术中提到的问题，本专利技术提出一种热泵耦合有机朗肯循环及热伏发电的地热发电系统及方法，可以通过闪蒸式热泵对中低温地热提质升
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术一种热泵耦合有机朗肯循环及热伏发电的地热发电系统，包括相连的闪蒸式循环单元以及有机朗肯循环-热伏发电单元；
4、所述闪蒸式循环单元包括第一换热器、热泵回热器、第一级压缩机、工质混合器、第二级压缩机、第二换热器以及气液分离器；
5、所述第一换热器冷相出口与热泵回热器冷相入口相连，热泵回热器冷相出口与第一级压缩机入口相连，第一级压缩机出口与工质混合器过热蒸汽入口相连，工质混合器出口与第二级压缩机入口相连，第二级压缩机出口与第二换热器的热相入口相连，第二换热器热相出口与气液分离器入口相连，其中气液分离器气侧出口与工质混合器饱和蒸汽入口相连，气液分离器液侧出口与热泵回热器的热相入口相连，热泵回热器热相出口与第一换热器冷相入口相连；
6、所述有机朗肯循环-热伏发电单元包括膨胀机、热伏发电模块、热机回热器以及第三换热器；
7、所述膨胀机入口与第二换热器冷相出口相连，膨胀机出口与热伏发电模块热侧入口相连，热伏发电模块的热侧出口与热机回热器热相入口相连，热机回热器热相出口与第三换热器热相入口相连，第三换热器热相出口与热机回热器冷相入口相连。
8、作为本专利技术进一步改进，还包括冷却塔，所述第三换热器冷相出口通过冷却塔与热伏发电模块冷侧入口相连，热伏发电模块冷侧出口通过冷却塔与第三换热器冷相入口相连；所述冷却塔进口温度和出口温度分别为35 ℃和25 ℃。
9、作为本专利技术进一步改进，还包括地热系统，所述第一换热器热相入口与第一换热器热相出口通过地热系统相连；所述地热系统输入温度和输出温度分别为85 ℃和75 ℃。
10、作为本专利技术进一步改进，所述热泵回热器热相出口与第一换热器冷相入口之间设有第一膨胀阀；所述第二换热器热相出口与气液分离器入口之间设有第二膨胀阀；所述第三换热器热相出口与热机回热器冷相入口之间设有增压泵。
11、作为本专利技术进一步改进，所述第一换热器、热泵回热器、第二换热器、热机回热器以及第三换热器均为固定管板式换热器。
12、作为本专利技术进一步改进，所述第一级压缩机和第二级压缩机均为涡旋式压缩机，压缩比均2。
13、作为本专利技术进一步改进，所述热伏发电模块为热电转换系统，其中热电材料为bi2te3。
14、作为本专利技术进一步改进，所述膨胀机为透平膨胀机，额定进口温度为140 ℃，额定进口压力为1.37 mpa，膨胀比为12.5。
15、作为本专利技术进一步改进，闪蒸式热泵循环单元与有机朗肯循环-热伏发电单元的循环工质均为r123。
16、一种热泵耦合有机朗肯循环及热伏发电的地热发电系统的方法，当闪蒸式循环单元运行时，工质在第一换热器受热蒸发后，进入热泵回热器吸热至过热状态后，进入第一级压缩机压缩增温增压后，进入工质混合器与气液分离器中的饱和气态工质混合后，进入第二级压缩机压缩至高温高压状态后，进入第二换热器释放热量至饱和液态，经过第二膨胀阀膨胀减压后进入气液分离器，此时饱和气态工质进入工质混合器；当饱和液态工质进入热泵回热器释放热量后，经过第一膨胀阀膨胀减压至气液混合态后，回到第一换热器中，完成热泵循环；
17、当有机朗肯循环-热伏发电单元运行时，工质在第二换热器吸热至过热气态后，进入膨胀机做功膨胀后，进入热伏发电模块释放热量再次发电后，进入热机回热器释放热量后，进入第三换热器再次释放热量至饱和液态后，进入增压泵增压至过冷态后，进入热机回热器吸收热量至饱和液态后，回到第二换热器，完成有机朗肯循环。
18、本专利技术相对于现有技术，取得了以下的技术效果：
19、本专利技术设置的闪蒸式循环单元，能对中低温地热资源进行提质升温，不仅提升了地热能的品质，还为其后续用于发电奠定了基础，有效提升了发电效率；另外采用闪蒸式热泵，有利于扩大工质的温度运行区间，实现更高的温升，还可以降低对设备设计参数的要求，尤其是能够降低热泵中压缩机的压比，延长设备的使用寿命，进一步降低了系统的运行成本。
20、本专利技术系统中设置的热泵回热器和热机回热器，有助于减少系统在运行过程中的不可逆损失，从而提高了系统的整体运行效率，通过回收和利用系统中产生的废热，实现了能量的循环利用，进一步提升了系统的能源利用率；本专利技术将有机朗肯循环与热伏发电技术结合，实现对热源热量的梯级利用，提高系统的运行效率。
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1.一种热泵耦合有机朗肯循环及热伏发电的地热发电系统，其特征在于，包括相连的闪蒸式循环单元以及有机朗肯循环-热伏发电单元；
2.根据权利要求1所述一种热泵耦合有机朗肯循环及热伏发电的地热发电系统，其特征在于，还包括冷却塔（16），所述第三换热器（14）冷相出口通过冷却塔（16）与热伏发电模块（12）冷侧入口相连，热伏发电模块（12）冷侧出口通过冷却塔（16）与第三换热器（14）冷相入口相连；
3.根据权利要求1所述一种热泵耦合有机朗肯循环及热伏发电的地热发电系统，其特征在于，还包括地热系统（10），所述第一换热器（1）热相入口与第一换热器（1）热相出口通过地热系统（10）相连；
4.根据权利要求1所述一种热泵耦合有机朗肯循环及热伏发电的地热发电系统，其特征在于，所述热泵回热器（2）热相出口与第一换热器（1）冷相入口之间设有第一膨胀阀（9）；
5.根据权利要求1所述一种热泵耦合有机朗肯循环及热伏发电的地热发电系统，其特征在于，所述第一换热器（1）、热泵回热器（2）、第二换热器（6）、热机回热器（13）以及第三换热器（14）均为固定管板
6.根据权利要求1所述一种热泵耦合有机朗肯循环及热伏发电的地热发电系统，其特征在于，所述第一级压缩机（3）和第二级压缩机（5）均为涡旋式压缩机，压缩比均2。
7.根据权利要求1所述一种热泵耦合有机朗肯循环及热伏发电的地热发电系统，其特征在于，所述热伏发电模块（12）为热电转换系统，其中热电材料为Bi2Te3。
8.根据权利要求1所述一种热泵耦合有机朗肯循环及热伏发电的地热发电系统，其特征在于，所述膨胀机（11）为透平膨胀机，额定进口温度为140 ℃，额定进口压力为1.37MPa，膨胀比为12.5。
9.根据权利要求1所述一种热泵耦合有机朗肯循环及热伏发电的地热发电系统，其特征在于，闪蒸式热泵循环单元与有机朗肯循环-热伏发电单元的循环工质均为R123。
10.一种热泵耦合有机朗肯循环及热伏发电的地热发电系统的方法，其特征在于，当闪蒸式循环单元运行时，工质在第一换热器（1）受热蒸发后，进入热泵回热器（2）吸热至过热状态后，进入第一级压缩机（3）压缩增温增压后，进入工质混合器（4）与气液分离器（8）中的饱和气态工质混合后，进入第二级压缩机（5）压缩至高温高压状态后，进入第二换热器（6）释放热量至饱和液态，经过第二膨胀阀（7）膨胀减压后进入气液分离器（8），此时饱和气态工质进入工质混合器（4）；当饱和液态工质进入热泵回热器（2）释放热量后，经过第一膨胀阀（9）膨胀减压至气液混合态后，回到第一换热器（1）中，完成热泵循环；
...【技术特征摘要】
1.一种热泵耦合有机朗肯循环及热伏发电的地热发电系统，其特征在于，包括相连的闪蒸式循环单元以及有机朗肯循环-热伏发电单元；
2.根据权利要求1所述一种热泵耦合有机朗肯循环及热伏发电的地热发电系统，其特征在于，还包括冷却塔（16），所述第三换热器（14）冷相出口通过冷却塔（16）与热伏发电模块（12）冷侧入口相连，热伏发电模块（12）冷侧出口通过冷却塔（16）与第三换热器（14）冷相入口相连；
3.根据权利要求1所述一种热泵耦合有机朗肯循环及热伏发电的地热发电系统，其特征在于，还包括地热系统（10），所述第一换热器（1）热相入口与第一换热器（1）热相出口通过地热系统（10）相连；
4.根据权利要求1所述一种热泵耦合有机朗肯循环及热伏发电的地热发电系统，其特征在于，所述热泵回热器（2）热相出口与第一换热器（1）冷相入口之间设有第一膨胀阀（9）；
5.根据权利要求1所述一种热泵耦合有机朗肯循环及热伏发电的地热发电系统，其特征在于，所述第一换热器（1）、热泵回热器（2）、第二换热器（6）、热机回热器（13）以及第三换热器（14）均为固定管板式换热器。
6.根据权利要求1所述一种热泵耦合有机朗肯循环及热伏发电的地热发电系统，其特征在于，所述第一级压缩机（3）和第二级压缩机（5）均为涡...
【专利技术属性】
技术研发人员：王妍，孙智慧，许朋江，吕凯，刘雨恩，吴迪，岳国项，李延臣，赵建华，马凤明，魏健翔，赵波，李筱牧，赵越，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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