超临界二氧化碳循环发电系统及方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910882842.7 (22)申请日 2019.09.18 (71)申请人 上海朝临动力科技有限公司 地址 201914 上海市崇明区横沙乡富民支 路58号D3-2683室 (72)发明人 赵磊陈健张胜龙张少锋 (74)专利代理机构 北京同立钧成知识产权代理 有限公司 11205 代理人 弋梅梅刘芳 (51)Int.Cl. F01K 7/32(2006.01) F01K 9/00(2006.01) F01K 13/00(2006.01) F01K 17/02(2006.0。

2、1) F01K 25/10(2006.01) F01D 15/10(2006.01) (54)发明名称 超临界二氧化碳循环发电系统及方法 (57)摘要 本发明提供一种超临界二氧化碳循环发电 系统及方法， 包括发电机组件和与发电机组件连 接的循环组件， 循环组件包括依次连接的第一冷 却单元、 压缩单元、 第一加热单元和透平单元， 压 缩单元包括至少两个压缩机和至少一个第二冷 却单元， 相邻的压缩机通过第二冷却单元连接， 第一个压缩机与第一个冷却单元连接， 最后一个 压缩机与第一加热单元连接， 冷却单元用于冷却 进入压缩机内的二氧化碳， 以使进入各压缩机的 二氧化碳具有相同的温度， 透平单元与发电。

3、机组 件连接， 透平单元还与第一冷却单元连接， 以使 第一加热单元加热后的二氧化碳经透平单元做 功排至第一冷却单元。 本发明提供的超临界二氧 化碳循环发电系统， 扩大了循环的回热范围， 提 高了循环热效率。 权利要求书2页 说明书8页 附图2页 CN 110593970 A 2019.12.20 CN 110593970 A 1.一种超临界二氧化碳循环发电系统， 其特征在于， 包括发电组件和与所述发电组件 连接的循环组件； 所述循环组件包括依次连接的第一冷却单元、 压缩单元、 第一加热单元和透平单元； 所述压缩单元包括至少两个压缩机和至少一个第二冷却单元， 相邻的所述压缩机通过 所述第二冷却单。

4、元连接， 第一个所述压缩机与所述第一冷却单元连接， 最后一个所述压缩 机与所述第一加热单元连接， 所述冷却单元用于冷却进入所述压缩机内的二氧化碳， 以使 进入各所述压缩机的二氧化碳具有相同的温度； 所述透平单元与所述发电组件连接， 所述透平单元还与所述第一冷却单元连接， 以使 所述第一加热单元加热后的二氧化碳经所述透平单元做功排至所述第一冷却单元。 2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳循环发电系统， 其特征在于， 所述透平单元包 括至少两个透平机和至少一个第二加热单元， 相邻的所述透平机通过所述第二加热单元连 接， 第一个所述透平机与所述第一加热单元连接， 最后一个所述透平机与所述第一冷却单。

5、 元连接， 所述第二加热单元用于加热进入所述透平机内的二氧化碳， 以使进入各所述透平 机的二氧化碳具有相同的温度。 3.根据权利要求1或2所述的超临界二氧化碳循环发电系统， 其特征在于， 所述循环组 件还包括第三冷却单元和与所述第三冷却单元连接的回热单元， 所述第三冷却单元与最后 一个所述压缩机连接， 所述回热单元与所述第一加热单元连接。 4.根据权利要求3所述的超临界二氧化碳循环发电系统， 其特征在于， 所述回热单元还 连接在最后一个所述透平机与所述第一冷却单元之间。 5.根据权利要求4所述的超临界二氧化碳循环发电系统， 其特征在于， 所述回热单元具 有相互独立的第一回热通道和第二回热通道，。

6、 所述第一加热单元和所述第三冷却单元与所 述第一回热通道连接， 所述透平机和所述第一冷却单元与所述第二回热通道连接。 6.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳循环发电系统， 其特征在于， 各所述压缩机的 压缩比相同。 7.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳循环发电系统， 其特征在于， 各所述透平机的 膨胀比相同。 8.根据权利要求6所述的超临界二氧化碳循环发电系统， 其特征在于， 所述压缩机为轴 流式压缩机或径流式压缩机。 9.根据权利要求7所述的超临界二氧化碳循环发电系统， 其特征在于， 所述透平机为轴 流式透平机或径流式透平机。 10.一种超临界二氧化碳循环发电的方法， 其特征在于， 采用权。

7、利要求1至9任一项所述 的超临界二氧化碳循环发电系统， 所述方法包括： 第一冷却单元冷却进入所述第一冷却单元的二氧化碳， 并将冷却后的所述二氧化碳输 送至压缩单元； 所述压缩单元中的至少两个压缩机分别为冷却后的所述二氧化碳增压， 并将增压后的 所述二氧化碳输送至第一加热单元， 其中， 各所述压缩机为冷却后的所述二氧化碳增压后 通过冷却单元冷却进入下一个所述内的二氧化碳， 以使进入各所述的二氧化碳具有相同的 温度； 所述第一加热单元加热增压后的所述二氧化碳， 并将加热后的所述二氧化碳输送至透 权利要求书 1/2 页 2 CN 110593970 A 2 平单元； 所述透平单元做功产生携带废热的所。

8、述二氧化碳， 并将携带废热的二氧化碳输送至第 一冷却单元。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110593970 A 3 超临界二氧化碳循环发电系统及方法 技术领域 0001 本发明涉及新能源技术领域， 尤其涉及一种超临界二氧化碳循环发电系统及方 法。 背景技术 0002 目前， 社会的发展面临着能源和环境两大难题， 面对制约发展的瓶颈， 亟需开发新 型清洁能源， 提高能源的利用效率。 超临界二氧化碳布雷顿循环发电技术， 具有不污染环 境， 热效率高， 经济性好等特点， 且可与现有的多种热源系统结合应用， 被视为未来发电极 具前景的方向之一。 0003 现有技术中超临界二氧化碳布雷顿再压缩循环。

9、发电系统包括加热器、 透平机、 高 低温回热器、 主压缩机、 再压缩机、 冷却器和发电机。 高压的工质在加热器中吸收热源的热 量， 温度升高， 温度升高后的工质进入透平机做功， 压力降至略高于临界压力值， 温度有所 下降， 膨胀过后的二氧化碳流体先进入高温回热器进行放热， 之后进入低温回热器进行放 热， 随后， 一部分二氧化碳流体直接进入再压缩机被压缩， 另一部分二氧化碳流体则先经冷 却器冷却后再进入主压缩机被压缩， 然后， 经低温回热器加热到与直接被再压缩机压缩的 流体混合， 再一起流经高温回热器， 最后进入加热器吸热形成闭合布雷顿循环。 0004 然而， 由于二氧化碳在压缩过程中， 吸收压。

10、缩机工作时产生的热量， 温度和压力都 有一定程度的升高， 而温度的升高不利于压力的升高， 温度越高的气体越难压缩， 增加压缩 机的功耗； 在二氧化碳膨胀过程中， 释放热量转为透平的动能， 温度和压力都有一定的降 低， 而温度降低不利于透平机做功， 降低透平的做功输出， 因此， 整体循环发电系统的循环 热效率低。 发明内容 0005 本发明提供一种超临界二氧化碳循环发电系统及方法， 以解决现有超临界二氧化 碳循环发电系统循环热效率低的问题。 0006 循环组件包括依次连接的第一冷却单元、 压缩单元、 第一加热单元和透平单元； 0007 压缩单元包括至少两个压缩机和至少一个第二冷却单元， 相邻的压。

11、缩机通过第二 冷却单元连接， 第一个压缩机与第一冷却单元连接， 最后一个压缩机与第一加热单元连接， 冷却单元用于冷却进入压缩机内的二氧化碳， 以使进入各压缩机的二氧化碳具有相同的温 度； 0008 透平单元与发电组件连接， 透平单元还与第一冷却单元连接， 以使第一加热单元 加热后的二氧化碳经透平单元做功排至第一冷却单元。 0009 作为一种可选的方式， 本发明提供的超临界二氧化碳循环发电系统， 透平单元包 括至少两个透平机和至少一个第二加热单元， 相邻的透平机通过第二加热单元连接， 第一 个透平机与第一加热单元连接， 最后一个透平机与第一冷却单元连接， 第二加热单元用于 加热进入透平机内的二氧。

12、化碳， 以使进入各透平机的二氧化碳具有相同的温度。 说明书 1/8 页 4 CN 110593970 A 4 0010 作为一种可选的方式， 本发明提供的超临界二氧化碳循环发电系统， 循环组件还 包括第三冷却单元和与第三冷却单元连接的回热单元， 第三冷却单元与最后一个压缩机连 接， 回热单元与第一加热单元连接。 0011 作为一种可选的方式， 本发明提供的超临界二氧化碳循环发电系统， 回热单元还 连接在最后一个透平机与第一冷却单元之间。 0012 作为一种可选的方式， 本发明提供的超临界二氧化碳循环发电系统， 回热单元具 有相互独立的第一回热通道和第二回热通道， 第一加热单元和第三冷却单元与第。

13、一回热通 道连接， 透平机和第一冷却单元与第二回热通道连接。 0013 作为一种可选的方式， 本发明提供的超临界二氧化碳循环发电系统， 各压缩机的 压缩比相同。 0014 作为一种可选的方式， 本发明提供的超临界二氧化碳循环发电系统， 各透平机的 膨胀比相同。 0015 作为一种可选的方式， 本发明提供的超临界二氧化碳循环发电系统， 压缩机为轴 流式压缩机或径流式压缩机。 0016 作为一种可选的方式， 本发明提供的超临界二氧化碳循环发电系统， 透平机为轴 流式透平机或径流式透平机。 0017 本发明提供一种超临界二氧化碳循环发电的方法， 采用上述超临界二氧化碳循环 发电系统， 方法包括： 第。

14、一冷却单元冷却进入第一冷却单元的二氧化碳， 并将冷却后的二氧 化碳输送至压缩单元； 0018 压缩单元中的至少两个压缩机分别为冷却后的二氧化碳增压， 并将增压后的二氧 化碳输送至第一加热单元， 其中， 各压缩机为冷却后的二氧化碳增压后通过冷却单元冷却 进入下一个压缩机内的二氧化碳， 以使进入各压缩机的二氧化碳具有相同的温度； 0019 第一加热单元加热增压后的二氧化碳， 并将加热后的二氧化碳输送至透平单元； 0020 透平单元做功产生携带废热的二氧化碳， 并将携带废热的二氧化碳输送至第一冷 却单元。 0021 本发明实施例提供的超临界二氧化碳循环发电系统及方法， 通过设置发电机组件 和与发电机。

15、组件连接的循环组件， 循环组件包括依次连接的第一冷却单元、 压缩单元、 第一 加热单元和透平单元， 压缩单元包括至少两个压缩机和至少一个第二冷却单元， 相邻的压 缩机通过第二冷却单元连接， 第一个压缩机与第一个冷却单元连接， 最后一个压缩机与第 一加热单元连接， 冷却单元用于冷却进入压缩机内的二氧化碳， 以使进入各压缩机的二氧 化碳具有相同的温度， 透平单元与发电机组件连接， 透平单元还与第一冷却单元连接， 以使 第一加热单元加热后的二氧化碳经透平单元做功排至第一冷却单元。 本发明实施例提供的 超临界二氧化碳循环发电系统及方法， 通过在压缩单元中设置至少一个第二冷却单元， 将 压缩过程和冷却过。

16、程分开， 时刻保证压缩机的入口是一个定温状态， 实现等温压缩， 等温压 缩后二氧化碳的温度较低， 透平单元做功后二氧化碳废热温度较高， 因此， 扩大了循环的回 热范围， 从而提高了循环热效率。 附图说明 0022 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例或现 说明书 2/8 页 5 CN 110593970 A 5 有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图是本发 明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根 据这些附图获得其他的附图。 0023 图1为本发明提供的超临界二氧化碳循环发电系统。

17、一实施例的结构示意图； 0024 图2为本发明提供的超临界二氧化碳循环发电系统另一实施例的结构示意图； 0025 图3为本发明提供的超临界二氧化碳循环发电系统另一实施例的结构示意图； 0026 图4为本发明提供的超临界二氧化碳循环发电方法一实施例的流程图。 0027 附图标记说明： 0028 1-发电组件； 0029 2-循环组件； 0030 20-第一冷却单元； 0031 21-压缩单元； 0032 211-压缩机； 0033 212-第二冷却单元； 0034 22-第一加热单元； 0035 23-透平单元； 0036 231-透平机； 0037 232-第二加热单元； 0038 24-第三。

18、冷却单元； 0039 25-回热单元； 0040 251-第一回热通道； 0041 252-第二回热通道。 具体实施方式 0042 为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合本发明的优选实施例 中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。 在附图中， 自始至终相同或 类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。 所描述的实施例是本发 明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 下面通过参考附图描述的实施例是示例性的， 旨在 用于解释本发明， 而不能理解为对本发明的限制。 基于本发明中的实施例， 本领域普通技术 人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他。

19、实施例， 都属于本发明保护的范围。 下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。 0043 在本发明的描述中， 需要说明的是， 除非另有明确的规定和限定， 术语 “安装” 、“相 连” 、“连接” 应作广义理解， 例如， 可以使固定连接， 也可以是通过中间媒介间接相连， 可以 是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。 对于本领域的普通技术人员而言， 可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 0044 本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语 “第一” 、“第二” 、“第三” 、“第 四” 等(如果存在)是用于区别类似的对象， 而不必用于描述特定的顺序或先后次序。 应该理 解。

20、这样使用的数据在适当情况下可以互换， 以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除 了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。 说明书 3/8 页 6 CN 110593970 A 6 0045 超临界二氧化碳是指温度和压力分别高于临界温度31.1和临界压力7.38MPa的 二氧化碳流体。 0046 超临界二氧化碳循环发电系统是一种以超临界二氧化碳为循环工质， 一般经压 缩、 加热、 膨胀后， 将热能有效地转换为机械能， 再经过发电机将机械能转化为电能的过程， 可以应用于核能、 太阳能、 工业余热等相关领域， 与传统发电行业相比， 具有效率高、 功率密 度大、 体积小等优势， 具有良好的应用前景。 。

21、0047 而现有技术中超临界二氧化碳布雷顿再压缩循环发电系统包括加热器、 透平机、 高低温回热器、 主压缩机、 再压缩机、 冷却器和发电机。 高压的工质在加热器中吸收热源的 热量， 温度升高， 温度升高后的工质进入透平机做功， 压力降至略高于临界压力值， 温度有 所下降， 膨胀过后的二氧化碳流体先进入高温回热器进行放热， 之后进入低温回热器进行 放热， 随后， 一部分二氧化碳流体直接进入再压缩机被压缩， 另一部分二氧化碳流体则先经 冷却器冷却后再进入主压缩机被压缩， 然后， 经低温回热器加热到与直接被再压缩机压缩 的流体混合， 再一起流经高温回热器， 最后进入加热器吸热形成闭合布雷顿循环。 但。

22、是， 由 于二氧化碳在压缩过程中， 吸收压缩机工作时产生的热量， 温度和压力都有一定程度的升 高， 而温度的升高不利于压力的升高， 温度越高的气体越难压缩， 增加压缩机的功耗； 在二 氧化碳膨胀过程中， 释放热量转为透平的动能， 温度和压力都有一定的降低， 而温度降低不 利于膨胀机做功， 降低透平的做功输出， 因此， 整体循环系统的循环热效率低。 0048 为了解决上述问题， 本发明提供一种超临界二氧化碳循环发电系统及方法， 通过 设置发电机组件和与发电机组件连接的循环组件， 循环组件包括依次连接的第一冷却单 元、 压缩单元、 第一加热单元和透平单元， 压缩单元包括至少两个压缩机和至少一个第二。

23、冷 却单元， 相邻的压缩机通过第二冷却单元连接， 第一个压缩机与第一个冷却单元连接， 最后 一个压缩机与第一加热单元连接， 冷却单元用于冷却进入压缩机内的二氧化碳， 以使进入 各压缩机的二氧化碳具有相同的温度， 透平单元与发电机组件连接， 透平单元还与第一冷 却单元连接， 以使第一加热单元加热后的二氧化碳经透平单元做功排至第一冷却单元。 本 实施例提供的超临界二氧化碳循环发电系统， 通过在压缩单元中设置至少一个第二冷却单 元， 将压缩过程和冷却过程分开， 时刻保证压缩机的入口是一个定温状态， 实现等温压缩， 等温压缩后二氧化碳的温度较低， 透平单元做功后二氧化碳废热温度较高， 因此， 减小了压。

24、 缩单元的功耗， 扩大了循环的回热范围， 从而提高了循环热效率。 0049 图1为本发明提供的超临界二氧化碳循环发电系统一实施例的结构示意图。 如图1 所示， 本发明实施例提供一种超临界二氧化碳循环发电系统， 包括发电组件1和与发电组件 1连接的循环组件2。 0050 循环组件2包括依次连接的第一冷却单元20、 压缩单元21、 第一加热单元22和透平 单元23； 0051 压缩单元21包括至少两个压缩机211和至少一个第二冷却单元212， 相邻的压缩机 211通过第二冷却单元212连接， 第一个压缩机211与第一冷却单元20连接， 最后一个压缩机 211与第一加热单元22连接， 冷却单元用于冷。

25、却进入压缩机211内的二氧化碳， 以使进入各 压缩机211的二氧化碳具有相同的温度； 0052 透平单元23与发电组件1连接， 透平单元23还与第一冷却单元20连接， 以使第一加 热单元22加热后的二氧化碳经透平单元23做功排至第一冷却单元20。 说明书 4/8 页 7 CN 110593970 A 7 0053 在具体实现时， 在二氧化碳压缩过程中， 压缩机211工作时会产生热量， 二氧化碳 的温度和压力都会有一定程度的升高， 而温度的升高不利于压力的升高， 温度越高的气体 越难压缩， 从而增加压缩机211的功耗， 因此， 为了在压缩过程中， 降低二氧化碳的温度， 在 相邻的压缩机211之间。

26、通过第二冷却单元212连接， 压缩机211压缩后排出的二氧化碳温度 升高， 而经第二冷却单元212可以降低二氧化碳的温度， 使进入下一级压缩机211的二氧化 碳的温度与进入前面各级压缩机211的温度相同， 从而实现等温压缩的目的， 使进入各级压 缩机211的二氧化碳压缩时， 二氧化碳的温度较低， 便于压缩， 减小压缩机211的功耗。 0054 需要说明的是， 第一冷却单元20和第二冷却单元212均可为冷却器， 例如， 可以是 间壁式冷却器、 喷淋式冷却器、 夹套式冷却器和蛇管式冷却器、 板式冷却器、 列管式冷却器 等， 对此， 本发明实施例不作限制。 0055 压缩机211是一种将低压工质提升。

27、为高压工质的从动的流体机械， 在本发明实施 中， 压缩机211可以是轴流式压缩， 也可以是径流式压缩机211， 或者其他形式的压缩机211， 对此， 本发明实施例不作限制。 0056 具体的， 透平单元23主要包括透平机231， 其中， 透平机231的工作原理为： 透平机 231是将流体介质中蕴有的能力与机械能相互转换的机器， 又称涡轮、 涡轮机或透平机， 透 平中的最主要的部件是一个旋转元件， 即转子或称为叶轮， 它安装在透平轴上， 具有沿圆周 均匀排列的叶片。 流体所具有的能量在流动中， 经过喷嘴或蜗壳时转换成动能， 流过叶轮时 流体冲击叶片， 推动叶轮转动， 从而驱动透平轴旋转， 透平轴。

28、直接或经传动机构带动其他机 械转动， 输出机械功。 0057 其中， 透平机231可以是轴流式透平机231， 也可以是径流式透平机231， 或者其他 形式的透平机231， 对此， 本发明实施例不做限制。 0058 在本实施例中， 循环中的二氧化碳经过第一冷却单元20冷却后， 使温度达到二用 化碳的临界点附近， 依次经过一级压缩机211对二氧化碳进行压缩， 再经过第二冷却单元 212对压缩后的二氧化碳进行冷却， 使二氧化碳的温度达到二氧化碳的临界点附近， 再进入 二级压缩机211继续进行循环压缩， 再次通过第二冷却单元212对通过二级压缩机211的二 氧化碳进行冷却， 使其温度达到二氧化碳的临界。

29、点附近依次完成二氧化碳的N级压缩， 通 过在相邻压缩机211之间连接第二冷却单元212， 达到等温压缩， 使进入各压缩机211的二氧 化碳的温度相同， 即温度均达到二氧化碳的临界点附近， 最后一级压缩机211与第一加热单 元22连接， 经过压缩后的二氧化碳进入第一加热单元22后吸收热量， 使二氧化碳的温度达 到透平单元23正常工作的温度， (例如， 温度为500以上， )高温高压的二氧化碳进入透平 单元23进行膨胀做功， 将二氧化碳吸收的热量全部转化为透平的动能。 透平单元23的做功 主要是二氧化碳具有的能量在流动中， 流过透平机231中叶轮的叶片时流体冲击叶片， 推动 叶轮转动， 从而驱动透。

30、平轴转动， 而发电组件1与透平单元23连接， 发电组件1中的发电机与 涡轮同轴， 即发电机安装在透平轴上， 当透平轴转动时， 透平轴带动发电机转动发电， 即机 械能转化为电能。 同时， 透平单元23还与第一冷却单元20连接， 经透平单元23膨胀做功后携 带废热的二氧化碳进入第一冷却单位， 第一冷却单元20对携带废热的二氧化碳进行冷却， 进入下一个循环， 从而实现超临界二氧化碳的循环发电。 0059 本发明实施例提供的超临界二氧化碳循环发电系统， 通过设置发电组件和与发电 组件连接的循环组件， 循环组件包括依次连接的第一冷却单元、 压缩单元、 第一加热单元和 说明书 5/8 页 8 CN 110。

31、593970 A 8 透平单元， 压缩单元包括至少两个和至少一个第二冷却单元， 相邻的通过第二冷却单元连 接， 第一个与第一个冷却单元连接， 最后一个与第一加热单元连接， 冷却单元用于冷却进入 内的二氧化碳， 以使进入各的二氧化碳具有相同的温度， 透平单元与发电机组件连接， 透平 单元还与第一冷却单元连接， 以使第一加热单元加热后的二氧化碳经透平单元做功排至第 一冷却单元。 本实施例提供的超临界二氧化碳循环发电系统， 通过在压缩单元中设置至少 一个第二冷却单元， 将压缩过程和冷却过程分开， 时刻保证的入口是一个定温状态， 实现等 温压缩， 等温压缩后二氧化碳的温度较低， 透平单元做功后二氧化碳。

32、废热温度较高， 因此， 减小了压缩机的功耗， 扩大了循环的回热范围， 从而提高了循环热效率。 0060 图2为本发明提供的超临界二氧化碳循环发电系统另一实施例的结构示意图。 如 图2所示， 可选的， 透平单元23包括至少两个透平机231和至少一个第二加热单元232， 相邻 的透平机231通过第二加热单元232连接， 第一个透平机231与第一加热单元22连接， 最后一 个透平机231与第一冷却单元20连接， 第二加热单元232用于加热进入透平机231内的二氧 化碳， 以使进入各透平机231的二氧化碳具有相同的温度。 0061 具体的， 二氧化碳在膨胀过程中， 释放的热量转化为透平的动能， 温度和。

33、压力都有 一定的降低， 但温度的降低不利于膨胀做功， 因此， 为了实现透平做功的最大能力， 各相邻 的两个透平机231之间通过第二加热单元232连接， 使二氧化碳在膨胀做功过程中， 压缩后 的二氧化碳先进入第一加热单元22吸热， 使二氧化碳达到透平机231的正常工作温度， 吸热 后的二氧化碳在一级透平机231中进行膨胀做功， 一级膨胀做功后携带废热的二氧化碳进 入第二加热单元232， 二氧化碳吸收热量达到与一级透平机231入口处相同的温度， 再次进 入二级透平机231膨胀做功， 依次实现二氧化碳的N级等温膨胀做功的目的， 提高透平的做 功输出， 且等温膨胀过程后携带废热的二氧化碳的温度较高， 。

34、扩大了整个循环系统的回热 范围， 从而进一步提高了循环热效率。 0062 需要说明的是， 第二加热单元232可以是加热器， 例如， FAG感应加热器或空气电加 热器等， 也可以是核能、 太阳能、 工业余热、 地热等热源装置， 对此， 本发明实施例不做限制。 0063 图3为本发明提供的超临界二氧化碳循环发电系统另一实施例的结构示意图。 如 图3所示， 可选的， 循环组件2还包括第三冷却单元24和与第三冷却单元24连接的回热单元 25， 第三冷却单元24与最后一个压缩机211连接， 回热单元25与第一加热单元22连接。 0064 具体的， 最后一个压缩机211连接第三冷却单元24， 对压缩后的二。

35、氧化碳进行冷 却， 扩大循环的回热范围， 从而提高循环的热效率。 0065 需要说明的是， 第三冷却单元24为冷却器， 例如， 可以是间壁式冷却器、 喷淋式冷 却器、 夹套式冷却器和蛇管式冷却器、 板式冷却器、 列管式冷却器等， 对此， 本发明实施例不 作限制。 0066 回热单元25为可以是回热器， 例如， 可以是贴附式回热器、 套管式回热器、 管壳式 回热器、 印刷电路板式换热器等， 对此， 本发明实施例不作限制。 0067 同时， 第三冷却单元24还与回热单元25连接， 回热单元25可以是回热器， 二氧化碳 经过回热单元25吸收一部分热量使温度升高， 再经过第一加热单元22进一步吸热达到。

36、透平 单元23的正常工作温度。 0068 可选的， 回热单元25还连接在最后一个透平机231与第一冷却单元20之间。 0069 具体的， 经N级透平排放的携带废热的二氧化碳进入回热单元25， 回热单元25加热 说明书 6/8 页 9 CN 110593970 A 9 来自透平机231的二氧化碳， 进一步扩大循环的回热范围， 然后再进入第一冷却单元20。 0070 可选的， 回热单元25具有相互独立的第一回热通道251和第二回热通道252， 第一 加热单元22和第三冷却单元24与第一回热通道251连接， 透平机231和第一冷却单元20与第 二回热通道252连接。 0071 具体的， 第三冷却单元。

37、24与第一回热通道251的入口连接， 第一回热通道251的出 口与第一加热单元22连接， 最后一个透平机231与第二回热通道252的入口连接， 第二回热 通道252的出口与第一冷却单元20连接， 由于等温压缩过程后二氧化碳的温度较低， 作为回 热单元25第一回热通道251的入口温度， 等温膨胀过程后二氧化碳废热温度较高， 作为回热 单元25第二回热单元25的入口温度， 等压加热和等压放热全部在回热器中进行， 循环只在 等温压缩和等温膨胀中与外界有热量交换， 消除了温差传热的不可逆因素， 能够有效避免 回热器的夹点问题。 0072 可选的， 各压缩机211的压缩比相同。 0073 需要说明的是，。

38、 压缩比表示气体的压缩程度， 是指气体压缩前的容积与气体压缩 后的容积之比。 具体的， 各压缩机211的压缩比可以相同， 当各压缩机211的压缩比相同时， 压缩单元的功耗最小， 当然， 各压缩机211的压缩比也可以不相同， 对此， 本发明实施例不作 限制。 0074 可选的， 各透平机231的膨胀比相同。 0075 需要说明的是， 膨胀比是指在等压加热循环中， 等压加热后的体积与等压加热前 体积的比值， 膨胀比可以表征透平工质做功的完全程度。 具体的， 各透平机231的膨胀比可 以相同， 当各透平机231的膨胀比相同时， 透平工质做功完全程度更高， 当然， 各透平机231 的膨胀比也可以不相同。

39、， 对此， 本发明实施例不作限制。 0076 本发明实施例提供的超临界二氧化碳循环发电系统， 通过设置发电机组件和与发 电机组件连接的循环组件， 循环组件包括依次连接的第一冷却单元、 压缩单元、 第一加热单 元和透平单元， 压缩单元包括至少两个和至少一个第二冷却单元， 相邻的通过第二冷却单 元连接， 第一个与第一个冷却单元连接， 最后一个与第一加热单元连接， 冷却单元用于冷却 进入内的二氧化碳， 以使进入各的二氧化碳具有相同的温度， 透平单元与发电机组件连接， 透平单元还与第一冷却单元连接， 以使第一加热单元加热后的二氧化碳经透平单元做功排 至第一冷却单元。 本实施例提供的超临界二氧化碳循环发。

40、电系统， 通过在压缩单元中设置 至少一个第二冷却单元， 将压缩过程和冷却过程分开， 时刻保证的入口是一个定温状态， 实 现等温压缩， 等温压缩后二氧化碳的温度较低， 透平单元做功后二氧化碳废热温度较高， 因 此， 减小了压缩机的功耗， 扩大了循环的回热范围， 从而提高了循环热效率。 0077 本发明实施例还提供了一种超临界二氧化碳循环发电的方法， 图4为本发明提供 的超临界二氧化碳循环发电方法一实施例的流程图。 如图4所示， 本实施例提供的超临界二 氧化碳循环发电的方法， 采用上述实施例提供的超临界二氧化碳循环发电系统， 可以包括： 0078 S101、 第一冷却单元20冷却进入第一冷却单元2。

41、0的二氧化碳， 并将冷却后的二氧 化碳输送至压缩单元21。 0079 具体的， 第一冷却单元20将二氧化碳冷却至二氧化碳的临界点附近， 即二氧化碳 的温度高于31.1， 且压力高于7.38MPa时， 则为超临界二氧化碳。 0080 S102、 压缩单元21中的至少两个压缩机211分别为冷却后的二氧化碳增压， 并将增 说明书 7/8 页 10 CN 110593970 A 10 压后的二氧化碳输送至第一加热单元22， 其中， 各压缩机211为冷却后的二氧化碳增压后通 过冷却单元冷却进入下一个压缩机211内的二氧化碳， 以使进入各压缩机211的二氧化碳具 有相同的温度。 0081 具体的， 每一个。

42、压缩机211将二氧化碳压缩后， 对增压后的二氧化碳在冷却器中进 行冷却， 再送入下一个压缩机211进行压缩， 因此， 进入各压缩机211的二氧化碳的温度相 同， 达到等温压缩的状态， 从而实现压缩过程中的功耗最小。 0082 S103、 第一加热单元22加热增压后的二氧化碳， 并将加热后的二氧化碳输送至透 平单元23。 0083 具体的， 第一加热单元22对压缩后的二氧化碳进行加热， 将二氧化碳的温度提高 至透平机231能够正常工作的温度， 一般透平机231正常工作的温度为500以上。 0084 S104、 透平单元23做功产生携带废热的二氧化碳， 并将携带废热的二氧化碳输送 至第一冷却单元2。

43、0。 0085 在具体实施时， 第一冷却单元20将进入第一冷却单元20的二氧化碳冷却至临界值 附近， 冷却后的二氧化碳进入压缩单元21中的第一个压缩机211， 第一个压缩机211对冷却 后的二氧化碳进行压缩， 压缩后的二氧化碳压力增大， 温度升高， 第二冷却单元212将进入 第二冷却单元212的压缩后的二氧化碳进行冷却， 冷却至与进入第一个压缩机211时的二氧 化碳的温度相等， 冷却后的二氧化碳进入第二个压缩机211进行压缩， 依次完成对二氧化碳 压缩-冷却-压缩-冷却压缩， 进而实现等温压缩， 并将压缩增压后的二氧化碳输送至第一 加热单元22， 第一加热单元22加热增压后的二氧化碳， 并将加。

44、热后的二氧化碳输送至透平 单元23， 透平单元23将二氧化碳的热量转化为动能， 动能使透平单元23中的透平轴转动， 发 电机位于透平轴上， 因此， 当透平单元23做功使透平轴转动， 透平轴带动发电机转动发电， 同时， 透平单元23做功产生携带废热的二氧化碳， 并将携带废热的二氧化碳输送至第一冷 却单元20， 从而形成超临界二氧化碳的循环发电。 0086 本实施例提供的超临界二氧化碳循环发电的方法， 包括： 第一冷却单元冷却进入 第一冷却单元的二氧化碳， 并将冷却后的二氧化碳输送至压缩单元， 压缩单元中的至少两 个分别为冷却后的二氧化碳增压， 并将增压后的二氧化碳输送至第一加热单元， 其中， 各。

45、为 冷却后的二氧化碳增压后通过冷却单元冷却进入下一个内的二氧化碳， 以使进入各的二氧 化碳具有相同的温度， 第一加热单元加热增压后的二氧化碳， 并将加热后的二氧化碳输送 至透平单元， 透平单元做功产生携带废热的二氧化碳， 并将携带废热的二氧化碳输送至第 一冷却单元。 本实施例通过在压缩单元中设置第二冷却单元， 减小了压缩单元的功耗， 扩大 了循环的回热范围， 提高了循环热效率。 0087 最后应说明的是： 以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案， 而非对其限制； 尽 管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明， 本领域的普通技术人员应当理解： 其依 然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征进 行等同替换； 而这些修改或者替换， 并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术 方案的范围。 说明书 8/8 页 11 CN 110593970 A 11 图1 图2 说明书附图 1/2 页 12 CN 110593970 A 12 图3 图4 说明书附图 2/2 页 13 CN 110593970 A 13 。