一种超临界二氧化碳动态特性测试系统

1.本发明属于发电技术领域，具体涉及一种超临界二氧化碳动态特性测试系统。


背景技术：

2.如今火力发电技术的发展基本接近瓶颈，传统燃煤发电系统的效率存在很大的提高难度，提高能源的利用效率以及调整能源结构已然成为亟待解决的关键问题。而化石能源大量消耗所带来的生态环境破坏和资源稀缺问题更是将如何高效清洁地利用能源提上了日程。超临界co2动力循环作为高效动力循环集成到太阳能热发电系统中去得到了广泛关注。二氧化碳比水更容易实现超临界状态，高温氧化性弱于水蒸气，且由于超临界二氧化碳具有能量密度大；压缩因子小等特殊性质，以其作为工质的发电系统将更加紧凑，拥有更小的尺寸；更小的占地面积。此外超临界co2动力循环无需同传统水蒸气朗肯循环一样需吸收大量潜热以提升二氧化碳流体温度，且循环所需热量的温度范围与聚光集热器集热温度相契合，相比其他常用动力循环，与热源的匹配更具优势，将超临界co2动力循环与聚光太阳能热发电技术结合将具备高效利用太阳能的潜力。
3.槽式聚光太阳能热发电技术在聚光太阳能热发电技术中发展最快，其总装机容量于太阳能热发电总装机容量的占比已经达到了83.5％。但太阳能本身存在着间歇性性与不稳定性，必然会对槽式集热器集热参数的稳定输出造成影响，进而对整个槽式光热超临界co2发电系统的稳定运行带来挑战。而国内外现有研究针对槽式太阳能热发电技术多关注新型传热工质；改进跟踪方式及环境条件变化对系统效率；性能的影响，关于其动态特性及控制策略还需进一步改善，特别是采用超临界co2这一新型动力二氧化碳流体后，槽式聚光太阳能集热系统的动态特性研究更为重要。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种结构简单，且以二氧化碳作为循环介质并由加热组件对液态二氧化碳进行加热使其成为超临界状态的二氧化碳以驱动透平机进行做功。
5.为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种超临界二氧化碳动态特性测试系统，包括储罐；气瓶；工质泵；加热组件；透平组件和冷却组件，所述储罐具有进口；出口和回流口，所述储罐的进口与气瓶的出口连通，且二者连通处设有第一阀门，所述气瓶内用以储存液态的二氧化碳，所述储罐的出口与所述工质泵的进口连通，且二者连通处设有第二阀门，所述工质泵的出口与所述加热组件的进口连通，且二者连通处设有第三阀门，所述加热组件的出口与所述冷却组件的进口连通，且二者连通处设有第四阀门，所述透平组件的进口与所述加热组件的出口连通，且二者连通处设有第五阀门，所述透平组件的出口与所述冷却组件的进口连通，所述冷却组件的出口与所述储罐的回流口连通，且二者连通处设有第六阀门，所述加热组件用以将液态二氧化碳加热为超临界状态二氧化碳，并由超临界状态的二氧化碳驱动所述透平组件做功。
6.上述技术方案的有益效果在于：如此由气瓶向储罐内供应液态的二氧化碳，而液态的二氧化碳在工质泵的输送下经加热组件加热后形成超临界状态的二氧化碳(此时二氧化碳介质被赋能后具有较高的动能)，而超临界状态的二氧化碳在输送至透平组件后可驱动透平组件做功(可驱动发电机发电)，而经透平组件后排出的超临界二氧化碳(动能减小)可经冷却组件冷却为液态并最终输送至工质泵入口并由工质泵进行泵送而再次循环，同时整个二氧化碳循环线路压强较高时，可由储罐储存部分液态二氧化碳进行减压，而整个二氧化碳循环线路压强较低时，可由气瓶向储罐内补充液态二氧化碳，而在透平组件出现故障时及时打开第四阀门，并关闭第五阀门，将加热组件送出的超临界二氧化碳绕过透平组件直接输送至冷却组件，并最终回流至储罐内。
7.上述技术方案中所述气瓶的侧壁设置有电加热片，所述电加热片用以对所述气瓶内的二氧化碳进行加热调温。
8.上述技术方案的有益效果在于：如此使得气瓶内二氧化碳充入储罐内时，可避免充气过程中气瓶降温导致气瓶底部与地面凝固及输气管道的堵塞，利于气瓶中的二氧化碳充入储罐。
9.上述技术方案中还包括冷凝组件，所述冷凝组件具有冷却盘管，且所述冷却盘管密封穿入至所述储罐内，所述冷凝组件通过所述冷却盘管循环冷媒以对所述储罐内的二氧化碳进行降温并将所述储罐内的气态二氧化碳冷凝为液态二氧化碳。
10.上述技术方案的有益效果在于：由于储罐内容积较大，且回流的二氧化碳存在因冷却不充分而部分呈气态，此时有冷凝组件对其进行充分的冷却以尽可能的减少储罐内气态二氧化碳的含量。
11.上述技术方案中所述冷却组件包括第一换热器；冷却塔和水泵，所述第一换热器的热媒入口和热媒出口分别构成所述冷却组件的进口和出口，所述第一换热器的冷媒入口与所述水泵的出口连通，所述水泵的进液口与所述冷却塔的出液口连通，所述第一换热器的冷媒出口与所述冷却塔的进液口连通。
12.上述技术方案的有益效果在于：如此由冷却塔和水泵向第一换热器供应冷却液，且冷却液最终形成循环，其冷却效果佳，且能耗低。
13.上述技术方案中所述冷却组件还包括加热元件，所述加热元件的加热部设置在所述冷却塔内，其用以对所述冷却塔内的冷却液进行加热以调温。
14.上述技术方案的有益效果在于：如此可通过加热元件来根据需要对冷却塔内的冷却液进行升温以调控其温度，从而为第一换热器的冷媒入口提供可在一定温度范围内根据需要调节温度的冷媒介质，从而最终影响第一换热器热媒出口排出的二氧化碳流体的温度。
15.上述技术方案中所述透平组件包括透平机；油气分离器和第一油泵，所述透平机具有进口；出口和润滑油入口，所述油气分离器具有进口；出口和出油口，所述透平机的进口和油气分离器的出口分别构成所述透平组件的进口和出口，所述透平机的出口与所述油气分离器的进口连通，且二者连通处设有第七阀门，所述油气分离器的出油口与所述第一油泵的进油口连通，所述第一油泵的出油口与所述透平机的润滑油入口连通。
16.上述技术方案的有益效果在于：由于二氧化碳在经过所述透平机时会将透平机内部分润滑油携带出，为了避免透平机内润滑油减少，同时避免二氧化碳循环时夹带润滑油，
因此设置油气分离器对透平机出口排出的二氧化碳进行除油，而分离出来的润滑油又经第一油泵泵送至透平机内，从而使得不影响透平机的润滑效果。
17.上述技术方案中所述加热组件包括第二换热器和供热机构，所述第二换热器的冷媒入口和冷媒出口分别构成所述加热组件的进口和出口，所述供热机构具有回液口和出液口，所述供热机构的出液口与所述第二换热器的热媒入口连通，所述供热机构的回液口与所述第二换热器的热媒出口连通，所述供热机构用以向所述第二换热器内供应加热后的液态流体。
18.上述技术方案的有益效果在于：如此使得供热机构与第二换热器的热媒通道之间形成液态流体循环，而供热机构源源不断的对液态流体加热，而液态流体经第二换热器源源不断的对二氧化碳流体进行加热赋能以形成超临界二氧化碳。
19.上述技术方案中所述供热机构包括储油罐；第二油泵；槽式聚光集热器；温度调控件和第一流量测量装置，所述储油罐具有进油口和出油口，所述储油罐的进油口构成所述供热机构的回油口，所述储油罐的出油口与所述第二油泵的进油口连通，所述第二油泵的出油口与所述槽式聚光集热器的进液口连通，所述槽式聚光集热器的出液口与所述温度调控件的进液口连通，所述温度调控件的出液口构成所述供热机构的出油口，所述液态流体为导热油，所述温度调控件用以调节所述供热机构出油口处的流量。
20.上述技术方案的有益效果在于：如此可利用槽式聚光集热器利用太阳能作为能量，以对液态流体进行加热，其属于清洁能源再利用，且最终实现太阳能转化为透平机的动能，且通过设置温度调控件来控制液态流体的流量以使得第二换热器冷媒出口排出的超临界二氧化碳性质较为均一，有利于超临界二氧化碳动态特性测试系统运行的稳定性。
21.上述技术方案中所述温度调控件包括过滤阀；温度控制阀和压力表；所述槽式聚光集热器的出液口与所述过滤阀进液口连通，且二者连通处设有第八阀门，所述过滤阀的出液口与所述温度控制阀的进液口连通，且二者连通处设有所述压力表，所述温度控制阀的出液口与所述第二换热器的热媒入口连通，且二者连通处设有第九阀门，所述温度控制阀的出液口构成所述供热机构的出油口，且所述槽式聚光集热器的出液口与所述第八阀门的连通处以及所述第九阀门与所述第二换热器的热媒入口的连通处通过一个第十阀门连通。
22.上述技术方案的有益效果在于：由于一天中太阳光照强度不同，故使得槽式聚光集热器一天中对液态流体的加热效果不同，从而直接使得槽式聚光集热器出液口排出的液态流体的温度在各时段不同，而设置温度控制阀可由温度控制阀自行根据流经其的液态流体温度高低来调节其阀芯的开闭量(若液态流体温度高，则阀芯开度减小，而若液态流体温度低，则阀芯开度加大，从而使得经温度控制阀流出的液态流体中携带热量相对平衡)，也就使得第二换热器排出的超临界二氧化碳的参数较为恒定，另外设置过滤阀对所述液态流体进行过滤除杂，而设置压力表可对过滤阀和温度控制阀之间的液态流体的压强进行监测。
23.上述技术方案中所述工质泵的出口与所述加热组件的进口之间还依次设置有脉冲缓冲器；过滤器和第二流量测量装置。
24.上述技术方案的有益效果在于：通过设置过滤器可对工质泵排出的液态二氧化碳中的杂质(油；渣滓等)进行滤除，而脉冲缓冲器则可对二氧化碳循环线路中的流体进行稳
流(避免二氧化碳循环线路流体出现脉冲或水锤现象)。
附图说明
25.图1为本发明实施例所述超临界二氧化碳动态特性测试系统的结构示意图；
26.图2为本发明实施例中所述温度调控件的连接示意图。
27.图中：1、储罐；2、气瓶；21、电加热片；3、工质泵；4、加热组件；41、第二换热器；42、供热机构；421、储油罐；422、第二油泵；423、槽式聚光集热器；424、温度调控件；4241、过滤阀；4242、温度控制阀；4243、压力表；4244、第八阀门；4245、第九阀门；4246、第十阀门；425、第一流量测量装置；426、第十一阀门；427、第十二阀门；5、透平组件；51、透平机；52、油气分离器；53、第一油泵；54、第七阀门；55、发电机；6、冷却组件；61、第一换热器；62、冷却塔；63、水泵；64、加热元件；65、第十三阀门；71、第一阀门；72、第二阀门；73、第三阀门；74、第四阀门；75、第五阀门；76、第六阀门；8、冷凝组件；81、冷却盘管；91、脉冲缓冲器；92、过滤器；93、第二流量测量装置；94、温度感应器；95、压强感应器。
具体实施方式
28.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将被更清楚地描述。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便；明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
29.如图1所示，本实施例提供了一种超临界二氧化碳动态特性测试系统，包括储罐1；气瓶2；工质泵3；加热组件4；透平组件5和冷却组件6，所述储罐1具有进口；出口和回流口，所述储罐1的进口与气瓶2的出口连通，且二者连通处设有第一阀门71，所述气瓶2内用以储存液态的二氧化碳，所述储罐1的出口与所述工质泵3的进口连通，且二者连通处设有第二阀门72，所述工质泵3的出口与所述加热组件4的进口连通，且二者连通处设有第三阀门73，所述加热组件4的出口与所述冷却组件6的进口连通，且二者连通处设有第四阀门74，所述透平组件5的进口与所述加热组件4的出口连通，且二者连通处设有第五阀门75，所述透平组件5的出口与所述冷却组件6的进口连通，所述冷却组件6的出口与所述储罐1的回流口连通，且二者连通处设有第六阀门76，所述加热组件4用以将液态二氧化碳加热为超临界状态二氧化碳，并由超临界状态的二氧化碳驱动所述透平组件5做功，如此由气瓶向储罐内供应液态的二氧化碳，而液态的二氧化碳在工质泵的输送下经加热组件加热后形成超临界状态的二氧化碳(此时二氧化碳介质被赋能后具有较高的动能)，而超临界状态的二氧化碳在输送至透平组件后可驱动透平组件做功(可驱动发电机发电)，而经透平组件后排出的超临界二氧化碳(动能减小)可经冷却组件冷却为液态并最终由工质泵进行泵送而再次循环，同时整个二氧化碳循环线路压强较高时，可由储罐储存部分液态二氧化碳进行减压，而整个二氧化碳循环线路压强较低时，可由气瓶向储罐内补充液态二氧化碳，而在透平组件出现故障时及时打开第四阀门，并关闭第五阀门，将加热组件送出的超临界二氧化碳绕过透平组件直接输送至冷却组件，并最终回流至储罐内。
30.上述技术方案中所述气瓶2的侧壁设置有电加热片21，所述电加热片21用以对所
述气瓶2内的二氧化碳进行加热调温，如此使得气瓶内二氧化碳充入储罐内时，可避免充气过程中气瓶降温导致气瓶底部与地面凝固及输气管道的堵塞，利于气瓶中的二氧化碳充入储罐。
31.所述气瓶2可设置多个，且每个所述气瓶2的出口均与所述储罐的进口连通，且在连通处分别设置有第一阀门71，且每个所述气瓶的侧壁上均设置有电加热片21。通过气瓶向所述储罐内供应二氧化碳时应控制第一阀门的开启速度(通过所述第一阀门开启是应是缓慢开启，防止储罐内超压，当储罐内的压力基本稳定后，方可加快第一阀门的开启速度，第一阀门到达最大开度后应回拧半圈以减轻螺纹磨损，保证其使用寿命和安全)。
32.所述电加热片设置在所述气瓶侧壁的下端，这样还可使得气瓶内二氧化碳充入储罐内时，可避免充气过程中因节流作用引起气瓶降温进而导致气瓶底部与地面凝固及输气管道的堵塞，气瓶通过电加热片加热后将从下至上逐渐升温，当气瓶被加热到其顶部微微发热后，认为充气过程完成，瓶内二氧化碳已剩余不多，此时应更换新的气瓶进行供气，将换下的气瓶作空气瓶处理。
33.进一步优选的，所述冷却组件6的出口还可直接与所述储罐的出口连通，此时若关闭第六阀门76，冷却组件流出的二氧化碳可直接进入工质泵的进口并继续循环(其无需经过所述储罐内)，而此时仅仅在二氧化碳循环线路中压强较高时，才需将第六阀门打开以将部分二氧化碳流体排入至储罐内进行暂存。
34.上述技术方案中还包括冷凝组件8，所述冷凝组件8具有冷却盘管81，且所述冷却盘管81密封穿入至所述储罐1内，所述冷凝组件8通过所述冷却盘管81循环冷媒以对所述储罐1内的二氧化碳进行降温并将所述储罐1内的气态二氧化碳冷凝为液态二氧化碳，由于储罐内容积较大，且回流的二氧化碳存在因冷却不充分而部分呈气态，此时有冷凝组件对其进行充分的冷却以尽可能的减少储罐内气态二氧化碳的含量，所述冷却组件类似于冰箱的制冷部，而冷却盘管即相当于冰箱制冷部的换热管(其内实现制冷剂的循环)。
35.上述技术方案中所述冷却组件6包括第一换热器61；冷却塔62和水泵63，所述第一换热器61的热媒入口和热媒出口分别构成所述冷却组件6的进口和出口，所述第一换热器61的冷媒入口与所述水泵63的出口连通，所述水泵63的进液口与所述冷却塔62的出液口连通，所述第一换热器61的冷媒出口与所述冷却塔62的进液口连通，如此由冷却塔和水泵向第一换热器供应冷却液，且冷却液最终形成循环，其冷却效果佳，且能耗低。
36.上述技术方案中所述冷却组件6还包括加热元件64(可为电加热管)，所述加热元件64的加热部设置在所述冷却塔62内，其用以对所述冷却塔62内的冷却液进行加热以调温，如此可通过加热元件来根据需要对冷却塔内的冷却液进行升温以调控其温度，从而为第一换热器的冷媒入口提供可在一定温度范围内根据需要调节温度的冷媒介质(同时加热元件可使得冷却塔的出液口处的液体排出温度较为恒定，不至于出现较大范围波动)，从而最终影响第一换热器热媒出口排出的二氧化碳流体的温度。
37.上述技术方案中所述透平组件5包括透平机51；油气分离器52和第一油泵53，所述透平机51具有进口；出口和润滑油入口，所述油气分离器52具有进口；出口和出油口，所述透平机51的进口和油气分离器52的出口分别构成所述透平组件5的进口和出口，所述透平机51的出口与所述油气分离器52的进口连通，且二者连通处设有第七阀门54，所述油气分离器52的出油口与所述第一油泵53的进油口连通，所述第一油泵53的出油口与所述透平机
51的润滑油入口连通，由于二氧化碳在经过所述透平机时会将透平机内部分润滑油携带出，为了避免透平机内润滑油减少，同时避免二氧化碳循环时夹带润滑油，因此设置油气分离器对透平机出口排出的二氧化碳进行除油，而分离出来的润滑油又经第一油泵泵送至透平机内，从而使得不影响透平机的润滑效果，其中，所述透平机可驱动发电机55发电。
38.上述技术方案中所述加热组件4包括第二换热器41和供热机构42，所述第二换热器41的冷媒入口和冷媒出口分别构成所述加热组件4的进口和出口，所述供热机构42具有回液口和出液口，所述供热机构42的出液口与所述第二换热器41的热媒入口连通，所述供热机构42的回液口与所述第二换热器41的热媒出口连通，所述供热机构42用以向所述第二换热器41内供应加热后的液态流体，如此使得供热机构与第二换热器的热媒通道之间形成液态流体循环，而供热机构源源不断的对液态流体加热，而液态流体经第二换热器源源不断的对二氧化碳流体进行加热赋能以形成超临界二氧化碳。
39.上述技术方案中所述供热机构42包括储油罐421；第二油泵422；槽式聚光集热器423；温度调控件424和第一流量测量装置425，所述储油罐421具有进油口和出油口，所述储油罐421的进油口构成所述供热机构42的回油口，所述储油罐421的出油口与所述第二油泵422的进油口连通，所述第二油泵422的出油口与所述槽式聚光集热器423的进液口连通，所述槽式聚光集热器423的出液口与所述温度调控件424的进液口连通，所述温度调控件424的出液口构成所述供热机构42的出油口，所述液态流体为导热油，所述温度调控件424用以调节所述供热机构42出油口处的流量，如此可利用槽式聚光集热器利用太阳能作为能量，以对液态流体进行加热，其属于清洁能源再利用，且最终实现太阳能转化为透平机的动能，且通过设置温度调控件来控制液态流体的流量以使得第二换热器冷媒出口排出的超临界二氧化碳性质较为均一，有利于超临界二氧化碳动态特性测试系统运行的稳定性。
40.所述槽式聚光集热器423进液口和出液口处可分别设置一个第十一阀门426和第十二阀门427，所述第十二阀门设置在所述槽式聚光集热器423出液口和温度调控件424之间。
41.如图2所示，上述技术方案中所述温度调控件424包括过滤阀4241；温度控制阀4242和压力表4243；所述槽式聚光集热器423的出液口与所述过滤阀4241进液口连通，且二者连通处设有第八阀门4244，所述过滤阀4241的出液口与所述温度控制阀4242的进液口连通，且二者连通处设有所述压力表4243，所述温度控制阀4242的出液口与所述第二换热器41的热媒入口连通，且二者连通处设有第九阀门4245，所述温度控制阀4242的出液口构成所述供热机构42的出油口，且所述槽式聚光集热器423的出液口与所述第八阀门4244的连通处以及所述第九阀门4245与所述第二换热器41的热媒入口的连通处通过一个第十阀门4246连通，由于一天中太阳光照强度不同，故使得槽式聚光集热器一天中对液态流体的加热效果不同，从而直接使得槽式聚光集热器出液口排出的液态流体的温度在各时段不同，而设置温度控制阀可由温度控制阀自行根据流经其的液态流体温度高低来调节其阀芯的开闭量(若液态流体温度高，且阀芯开度减小，而若液态流体温度低，则阀芯开度加大，从而使得经温度控制阀流出的液态流体中携带热量相对平衡)，也就使得第二换热器排出的超临界二氧化碳的参数较为恒定，另外设置过滤阀对所述液态流体进行过滤除杂，而设置压力表可对过滤阀和温度控制阀之间的液态流体的压强进行监测。
42.其中，所述第十阀门4246的对应管路可作为温控旁路，正常情况下，第十阀门关
闭，而第八阀门4244和第九阀门4245均打开，此时液态流体经过滤阀4241；压力表4243和温度控制阀4242流过，而在过滤阀4241；压力表4243和温度控制阀4242任意一个出现故障时并维护时，此时可以将第八阀门4244和第九阀门4245关闭，打开第十阀门即可，此时液态流体直接由槽式聚光集热器423经温控旁路流向第二换热器。
43.上述技术方案中所述工质泵3的出口与所述加热组件4的进口之间还依次设置有脉冲缓冲器91；过滤器92和第二流量测量装置93，通过设置过滤器可对工质泵排出的液态二氧化碳中的杂质(油；渣滓等)进行滤除，而脉冲缓冲器则可对二氧化碳循环线路中的流体进行稳流(避免二氧化碳循环线路流体出现脉冲或水锤现象)。
44.若油气分离器分离效果不佳，将导致润滑油随二氧化碳流体一同进入储罐中聚集填充，工质泵运行时，其泵芯将往复运动，为保证工质泵的正常运行，通常会在泵芯运动处加入润滑油并浸没泵芯，这两部分的润滑油在系统运行过程中受温度影响可能会发生炭化进而影响各测量仪表(如温度感应器和压强感应器)的正常运作，另外，由于工质泵的泵芯运行时往复运动，整个工质泵及其进口和出口处的流体压力会存在周期性的波动，这将影响测试系统的稳定运行，特别是对超临界二氧化碳动力循环系统这种高压系统，压力波动严重时易发生事故；在工质泵的出口之前加装了脉冲缓冲器，其内部充入惰性气体氩气来减小管路中流量和压力波动，维持测试系统中压力稳定。
45.本实施例中，可在所述工质泵的进口处；透平机的出口处；第一换热器的热媒出口处以及第二换热器的冷媒入口处和冷媒出口处可均设置温度感应器94和压强感应器95来感应对应位置二氧化碳流体的温度和压强。
46.所述第二换热器的热媒入口和热媒出口处均设置有温度感应器94来对对应位置的液态流体进行温度监测，其中，所述温度感应器和压强感应器可分别为数显式温度感应器和数显式压强感应器。
47.为了避免所述储罐出口与所述工质泵进口之间的管路冻结，故可在此段管路上缠设加热带，加热带对该段管道加热以避免其内部冻结而无法正常的供应二氧化碳流体。
48.所述水泵63的出液口处可增设一个第十三阀门65，如此可在水泵出现故障时紧急情况下可关闭第十三阀门65。
49.本实施例中，在所述加热组件4的出口与所述冷却组件6的进口连通，且二者连通处设有第四阀门74(该管路简称成为透平旁路)，这样还可以在超临界二氧化碳动态特性测试系统运行初期，因槽式聚光集热器423短时内无法将液态流体加热到工作温度，超临界二氧化碳动态特性测试系统未到达稳定的运行温度，二氧化碳流体经工质泵和第二换热器升压换热后可能还没有完全实现超临界状态，后为避免二氧化碳流体直接进入透平机对透平性能造成影响，故此时可将第四阀门74打开，关闭第五阀门75和第七阀门54(关闭第七阀门可避免透平旁路的二氧化碳流体回流至透平机内造成安全隐患)，这样使得二氧化碳流体不经过透平组件并进行循环，直至超临界二氧化碳动态特性测试系统运行一段时间后，待液态流体温度稳定，且第二换热器排出的二氧化碳流体充分的转化为超临界二氧化碳流体(即可视为其具有可观的做功能力)，此时即可将第五阀门75和第七阀门54打开，关闭第四阀门74，即透平机(高温高压的超临界二氧化碳流体进入透平机内膨胀并做功，透平机内叶片经超临界二氧化碳流体推动后转动)启动运行并驱动发电机发电(透平机的驱动端与所述发电机的动力输入端传动连接)。
50.所述第一流量测量装置和第二流量测量装置均可采用数显式流量感应器。
51.优选的，所述槽式聚光集热器可增设辐照度传感器，这样可实时了解当地的太阳辐照强度。
52.在液态流体经温控旁路流向所述第二换热器时(即液态流体不经过温度控制阀)，此时可进行超临界二氧化碳动态特性测试系统的参数随太阳辐照度变化的动态特性测试，由于太阳的直射辐照度时刻变化，在不启用温度控制阀的条件下(即启用温控旁路)槽式聚光集热器出口液态流体的温度并非恒定，此时由第二换热器热媒入口处的温度感应器测得液态流体的温度实时数据即可了解槽式聚光集热器出口导热油温度随太阳辐照度变化的动态特性。
53.在启用温控旁路的情况下(第八阀门4244和第九阀门4245均关闭)，液态流体的温度不恒定导致经第二换热器换热后的超临界二氧化碳循环的温度发生变化，此时通过第二换热器冷媒出口处的温度感应器实施采集超临界二氧化碳的流体的温度，即可了解超临界二氧化碳的温度随太阳辐照度变化的动态特性。
54.优选的，所述发电机的发电时可由功率分析仪对发电机的发电功率进行实时的测量，在启用温控旁路的情况下(第八阀门4244和第九阀门4245均关闭)，而液态流体的温度不恒定还导致二氧化碳流体在透平机内膨胀做功的功率发生变化，二氧化碳流体推动透平机做功时，此时由功率分析仪测得透平机做功的功率变化的实时数据，即可了解透平机做功的功率随太阳辐照度变化的动态特性。
55.在启用温控旁路的情况下(第八阀门4244和第九阀门4245均关闭)，进行超临界二氧化碳动态特性测试系统参数随液态流体流量变化的动态特性测试时，此时第二油泵为变频泵，通过调整第二油泵的转速，使其泵送流量升高或者降低，即可实现对液态流体流量的增减，而在保持二氧化碳流体流量不变时，通过第二换热器冷媒出口处的温度感应器测得超临界二氧化碳流体的温度变化数据，即可了解第二换热器冷媒出口处二氧化碳流体的温度；焓值随导热油流量变化的动态特性。导热油流量的变化还将导致二氧化碳流体在透平机内膨胀做功的功率发生变化，二氧化碳流体推动透平机的叶片转动继而驱动发电机发电的发电功率将会随时间发生变化，此时由功率分析仪测得发电机功率的变化数据，即可了解发电机发电功率(与透平机的做功功率成正比)随液态流体流量变化的动态特性测试。
56.在不启用温控旁路的情况下(第八阀门4244和第九阀门4245均打开，第十阀门关闭)，进行超临界二氧化碳动态特性测试系统参数随二氧化碳流体流量变化的动态特性测试时，工质泵同样为变频泵，通过调整工质泵的频率，使其升高或者降低，即可实现对二氧化碳流体流量的增减，此时启用温度控制阀保证槽式聚光集热器出口导热油热量相对恒定，通过第二换热器冷媒出口处的温度感应器测得二氧化碳流体的温度变化数据，即可了解第二换热器冷媒出口处二氧化碳流体的温度；焓值随导热油流量变化的动态特性。二氧化碳流体流量的变化还将导致二氧化碳流体在透平机内膨胀做功发生变化，二氧化碳流体推动透平机的叶片转动继而驱动发电机输出的功率将会随时间发生变化，此时由功率分析仪测得发电机的发电功率变化数据，即可了解透平机做功功率随二氧化碳流体流量变化的动态特性测试。
57.在不启用温控旁路的情况下(第八阀门4244和第九阀门4245均打开，第十阀门关闭)，进行超临界二氧化碳动态特性测试系统参数随冷却液变化的动态特性测试时，水泵也
是一台变频泵，通过调整水泵的频率，使其升高或者降低，即可实现对冷却液流量的增减，冷却液流量的变化将影响第一换热器内的对流换热效果，进而使得第一换热器热媒出口的二氧化碳流体温度发生变化，造成透平机的输出功率改变，此时由功率分析仪11测得发电机的功率变化数据，即可了解透平机做功功率随冷却液流量变化的动态特性测试。在不改变水泵的频率即冷却液流量不变的条件下启用加热元件，调整加热元件的参数使冷却液温度在20℃-30℃范围内变化，冷却液温度变化后影响第一换热器对二氧化碳流体的换热，工质泵入口二氧化碳流体的密度将发生改变，导致二氧化碳流体的质量流量也发生变化，最终影响透平机的输出功率，此时由功率分析仪和工质泵出口管路上的第二流量测量装置分别测得发电机的发电功率和二氧化碳流体质量流量的变化数据，即可了解透平机做功功率随冷却液温度变化的动态特性测试。
58.当然，该超临界二氧化碳动态特性测试系统在工业化运行时，可采用电加热罐来替代所述槽式聚光集热器，所述电加热罐内设置电加热盘管，而电加热盘管可以利用风电；太阳能发电；地热发电；水电和核电等方式来对液态流体进行加热，所述电加热罐具有进液口和出液口，电加热罐在所述供热机构内的连接方式与所述槽式聚光集热器一致。
59.以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动；修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动；修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

技术特征：
1.一种超临界二氧化碳动态特性测试系统，其特征在于，包括储罐(1)；气瓶(2)；工质泵(3)；加热组件(4)；透平组件(5)和冷却组件(6)，所述储罐(1)具有进口；出口和回流口，所述储罐(1)的进口与气瓶(2)的出口连通，且二者连通处设有第一阀门(71)，所述气瓶(2)内用以储存液态的二氧化碳，所述储罐(1)的出口与所述工质泵(3)的进口连通，且二者连通处设有第二阀门(72)，所述工质泵(3)的出口与所述加热组件(4)的进口连通，且二者连通处设有第三阀门(73)，所述加热组件(4)的出口与所述冷却组件(6)的进口连通，且二者连通处设有第四阀门(74)，所述透平组件(5)的进口与所述加热组件(4)的出口连通，且二者连通处设有第五阀门(75)，所述透平组件(5)的出口与所述冷却组件(6)的进口连通，所述冷却组件(6)的出口与所述储罐(1)的回流口连通，且二者连通处设有第六阀门(76)，所述加热组件(4)用以将液态二氧化碳加热为超临界状态二氧化碳，并由超临界状态的二氧化碳驱动所述透平组件(5)做功。2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳动态特性测试系统，其特征在于，所述气瓶(2)的侧壁设置有电加热片(21)，所述电加热片(21)用以对所述气瓶(2)内的二氧化碳进行加热调温。3.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳动态特性测试系统，其特征在于，还包括冷凝组件(8)，所述冷凝组件(8)具有冷却盘管(81)，且所述冷却盘管(81)密封穿入至所述储罐(1)内，所述冷凝组件(8)通过所述冷却盘管(81)循环冷媒以对所述储罐(1)内的二氧化碳进行降温并将所述储罐(1)内的气态二氧化碳冷凝为液态二氧化碳。4.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳动态特性测试系统，其特征在于，所述冷却组件(6)包括第一换热器(61)；冷却塔(62)和水泵(63)，所述第一换热器(61)的热媒入口和热媒出口分别构成所述冷却组件(6)的进口和出口，所述第一换热器(61)的冷媒入口与所述水泵(63)的出口连通，所述水泵(63)的进液口与所述冷却塔(62)的出液口连通，所述第一换热器(61)的冷媒出口与所述冷却塔(62)的进液口连通。5.根据权利要求4所述的超临界二氧化碳动态特性测试系统，其特征在于，所述冷却组件(6)还包括加热元件(64)，所述加热元件(64)的加热部设置在所述冷却塔(62)内，其用以对所述冷却塔(62)内的冷却液进行加热以调温。6.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳动态特性测试系统，其特征在于，所述透平组件(5)包括透平机(51)；油气分离器(52)和第一油泵(53)，所述透平机(51)具有进口；出口和润滑油入口，所述油气分离器(52)具有进口；出口和出油口，所述透平机(51)的进口和油气分离器(52)的出口分别构成所述透平组件(5)的进口和出口，所述透平机(51)的出口与所述油气分离器(52)的进口连通，且二者连通处设有第七阀门(54)，所述油气分离器(52)的出油口与所述第一油泵(53)的进油口连通，所述第一油泵(53)的出油口与所述透平机(51)的润滑油入口连通。7.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳动态特性测试系统，其特征在于，所述加热组件(4)包括第二换热器(41)和供热机构(42)，所述第二换热器(41)的冷媒入口和冷媒出口分别构成所述加热组件(4)的进口和出口，所述供热机构(42)具有回液口和出液口，所述供热机构(42)的出液口与所述第二换热器(41)的热媒入口连通，所述供热机构(42)的回液口与所述第二换热器(41)的热媒出口连通，所述供热机构(42)用以向所述第二换热器(41)内供应加热后的液态流体。
8.根据权利要求7所述的超临界二氧化碳动态特性测试系统，其特征在于，所述供热机构(42)包括储油罐(421)；第二油泵(422)；槽式聚光集热器(423)；温度调控件(424)和第一流量测量装置(425)，所述储油罐(421)具有进油口和出油口，所述储油罐(421)的进油口构成所述供热机构(42)的回油口，所述储油罐(421)的出油口与所述第二油泵(422)的进油口连通，所述第二油泵(422)的出油口与所述槽式聚光集热器(423)的进液口连通，所述槽式聚光集热器(423)的出液口与所述温度调控件(424)的进液口连通，所述温度调控件(424)的出液口构成所述供热机构(42)的出油口，所述液态流体为导热油，所述温度调控件(424)用以调节所述供热机构(42)出油口处的流量。9.根据权利要求8所述的超临界二氧化碳动态特性测试系统，其特征在于，所述温度调控件(424)包括过滤阀(4241)；温度控制阀(4242)和压力表(4243)；所述槽式聚光集热器(423)的出液口与所述过滤阀(4241)进液口连通，且二者连通处设有第八阀门(4244)，所述过滤阀(4241)的出液口与所述温度控制阀(4242)的进液口连通，且二者连通处设有所述压力表(4243)，所述温度控制阀(4242)的出液口与所述第二换热器(41)的热媒入口连通，且二者连通处设有第九阀门(4245)，所述温度控制阀(4242)的出液口构成所述供热机构(42)的出油口，且所述槽式聚光集热器(423)的出液口与所述第八阀门(4244)的连通处以及所述第九阀门(4245)与所述第二换热器(41)的热媒入口的连通处通过一个第十阀门(4246)连通。10.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳动态特性测试系统，其特征在于，所述工质泵(3)的出口与所述加热组件(4)的进口之间还依次设置有脉冲缓冲器(91)；过滤器(92)和第二流量测量装置(93)。

技术总结
本发明公开了一种超临界二氧化碳动态特性测试系统，包括储罐；气瓶；工质泵；加热组件；透平组件和冷却组件，所述储罐的进口与气瓶的出口连通，所述气瓶内用以储存液态的二氧化碳，所述储罐的出口与所述工质泵的进口连通，所述工质泵的出口与所述加热组件的进口连通，所述加热组件的出口与所述冷却组件的进口连通，所述透平组件的进口与所述加热组件的出口连通，所述透平组件的出口与所述冷却组件的进口连通，所述冷却组件的出口与所述储罐的回流口连通，并由超临界状态的二氧化碳驱动所述透平组件做功，如此可由加热组件将所述二氧化碳流体加热为超临界二氧化碳流体并由其驱动透平组件做功。平组件做功。平组件做功。


技术研发人员：向军 周琳刚 朱萌 陈磊 许凯 陈勇 胡松 苏胜 王灿 汪一 徐俊 江龙
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：2023.01.17
技术公布日：2023/5/31