[发明专利]一种冷热电联供系统

说明书

本发明以SOFC/GT混合发电系统为基准系统，通过引入CO₂循环、ORC循环和LNG冷能利用系统而构成一种冷热电联供系统，该冷热电联供系统可以实现能量的高效梯级利用和低碳排放。本发明以SOFC/GT为原动机，分别通过CO₂循环和ORC循环回收系统的高温余热、中温余热和低温余热，以LNG为CO₂循环和ORC循环的冷源，可对外供冷(空调和冷冻)、供热、供电、供天然气及提供冰和干冰，并通过对烟气中的CO₂冷凝分离实现系统的低碳排放，可有效减少联供系统的可用能损失，实现能量的梯级高效利用，具有良好的节能和减排效果。

技术领域

本发明涉及一种冷热电联供系统。

背景技术

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种高效的能量转换装置，它利用电化学反应将存储在燃料中的化学能直接转化为电能。因其能量转换过程不受卡诺循环的限制，发电效率高，同时还具有模块化结构、污染物排放低、燃料适应性强等优点。由SOFC和燃气轮机(GT)组成的混合发电系统(SOFC/GT)被认为是实现“可燃多种燃料、联产多种产品、转换效率高、污染物排放低”目标的关键技术。SOFC/GT混合发电系统的工作温度高，通过构建联供系统回收利用其排气中的高品位余热，可实现能量的梯级有效利用。已有研究表明，与有机朗肯循环(ORC)和空气布雷顿循环相比，CO₂循环具有更高的发电功率，在余热利用、太阳能利用和核反应堆等领域前景广阔。目前，在国内外关于SOFC/GT与CO₂联合循环发电系统中，配有常规冷源的CO₂循环系统的发电效率仍有提高的余地；在已有的以液化天然气(LNG)为冷源的CO₂循环系统中，虽然可有效提高系统的发电效率，但是其损很大，有待改进以减小系统的可用能损失。因此，由SOFC/GT/CO₂和ORC联合循环及LNG冷源利用系统集成的冷热电联供系统，可以实现能量的梯级有效利用和碳减排。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的一个目的是提供一种基于SOFC/GT/CO₂和ORC联合循环发电及LNG冷能利用的冷热电联供系统。以SOFC/GT混合发电系统为基准系统，通过引入CO₂循环、ORC循环和LNG冷源而构成一个分布式冷热电联供系统，该系统可对外供冷、供热、供电，并提供天然气、冰和干冰，可减少系统的可用能损失和CO₂排放量，实现能量的梯级有效利用。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种基于SOFC/GT/CO₂和ORC联合循环发电及LNG冷能利用的冷热电联供系统，包括：SOFC/GT混合发电子系统、CO₂循环子系统、ORC循环子系统、LNG冷源子系统、对外供热子系统、CO₂捕集与空调供冷子系统。

所述SOFC和GT组成的混合发电子系统由空气压缩机、第一预热器、SOFC、第二预热器、水泵、第三预热器、混合器、逆变器、后燃室和燃气轮机组成。

空气压缩机和第一预热器串联后与SOFC的阴极相连；水泵和第三预热器相连，第二预热器和第三预热器接入混合器，混合器与SOFC的阳极相连；SOFC电池堆与逆变器相连，将直流电转变为交流电；SOFC的阴极排气和阳极排气进入后燃室；燃烧室的高温排气进入燃气轮机中做功，带动发电机发电；燃气轮机排气依次进入第一预热器、第二预热器和第三预热器，分别对空气、燃料和水进行预热；

所述CO₂循环子系统分为超临界CO₂循环(SCO₂循环)和跨临界CO₂循环(TCO₂循环)；

所述SCO₂循环由余热锅炉、发电机、SCO₂透平、气体冷却器、SCO₂压缩机组成。