基于LNG冷能利用的ORC-TEG冷热电联产系统

基于lng冷能利用的orc-teg冷热电联产系统
技术领域
1.本实用新型涉及一种基于lng冷能利用的orc-teg冷热电联产系统，属于地热能与液化天然气冷能回收利用技术领域。


背景技术：

2.随着环境保护意识的增加以及传统能源的短缺，人们迫切需要充分开发挖掘利用新型能源。地下存在丰富的热量可供人们发电，供热。同样液化天然气(lng)由于温度低至-162℃存在大量的冷能。然而现在对lng冷能的利用相对比较粗糙。如果利用地热和lng之间高达260℃或以上巨大的温差进行发电，那将得到非常高的效率。因此将lng的冷能提供给orc可以提高地热的利用效率，同时实现lng的预热过程。
3.现在lng的冷能利用通常是单纯使用膨胀机进行发电，该技术受限于较小的温差，效率较低。而对于地热与lng的联合利用通常使用orc(有机朗肯循环系统)进行发电，热能和冷能利用不充分并且地热和lng之间温差较大会造成巨大火用损失。


技术实现要素：

4.本实用新型是为了解决现有的地热能及lng冷能利用不充分以及地热与lng之间温差较大导致火用损失较大的问题，进而提供了一种基于lng冷能利用的orc-teg冷热电联产系统。
5.本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
6.一种基于lng冷能利用的orc-teg冷热电联产系统，包括地热井、热源换热器、供热换热器、第一至第三膨胀机、第一蒸发器、第二蒸发器、lng储罐、空气冷却器及第一至第四泵体，其中：
7.地热井与热源换热器之间以及地热井与供热换热器之间分别通过管路连接形成地热系统；
8.热源换热器、第一膨胀机、第一蒸发器及第一泵体依次通过管路连接形成一级orc循环系统；
9.热源换热器、第二膨胀机、第二蒸发器及第二泵体依次通过管路连接形成二级orc循环系统；
10.lng储罐、第三泵体、第一蒸发器、第四泵体、第二蒸发器、第三膨胀机及空气冷却器依次通过管路连接形成lng输送系统；
11.供热换热器通过管路连接对供热终端进行供热；
12.第一膨胀机、第二膨胀机及第三膨胀机分别通过电路连接至供电终端进行供电；
13.空气冷却器的天然气出口通过管路连接至供气终端进行天然气供给；
14.空气冷却器的空气出口通过管路连接至供冷终端进行供冷。
15.进一步地，第三泵体与第一蒸发器之间的管路上设置有第一teg模块。
16.进一步地，第四泵体与第二蒸发器之间的管路上设置有第二teg模块。
17.进一步地，二级orc循环系统中的制冷剂饱和温度高于一级orc循环系统中的制冷剂饱和温度；
18.进一步地，供热换热器内与地热水进行换热的介质为空气或水。
19.本实用新型与现有技术相比具有以下效果：
20.本技术采用多级压缩，减小制冷剂与lng之间的温差，提高系统的火用效率。
21.本技术采用两级orc和三级发电以串并联的形式构成地热能梯级利用系统，该系统能够更好的利用lng冷能和地热的热能，减小两者之间巨大温差导致火用损失，提高用火效率。使用两级orc循环能够有效地将地热和lng之间巨大的温差分成两个较小的温差进而减少系统的火用损失。同时lng侧使用两级压缩一方面能够提高泵的效率，降低泵功耗，另一方面能够有效控制lng与orc工质之间的温差，进一步提高火用效率。
附图说明
22.图1为本技术的基于lng冷能利用的orc-teg冷热电联产系统结构图。
具体实施方式
23.具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，一种基于lng冷能利用的orc-teg冷热电联产系统，包括地热井1、热源换热器2、供热换热器3、第一至第三膨胀机、第一蒸发器7、第二蒸发器8、lng储罐9、空气冷却器10及第一至第四泵体，其中：
24.地热井1与热源换热器2之间以及地热井1与供热换热器3之间分别通过管路连接形成地热系统；
25.热源换热器2、第一膨胀机4、第一蒸发器7及第一泵体11依次通过管路连接形成一级orc循环系统；
26.热源换热器2、第二膨胀机5、第二蒸发器8及第二泵体12依次通过管路连接形成二级orc循环系统；
27.lng储罐9、第三泵体13、第一蒸发器7、第四泵体14、第二蒸发器8、第三膨胀机6及空气冷却器10依次通过管路连接形成lng输送系统；
28.供热换热器3通过管路连接对供热终端进行供热；
29.第一膨胀机4、第二膨胀机5及第三膨胀机6分别通过电路连接至供电终端进行供电；
30.空气冷却器10的天然气出口通过管路连接至供气终端进行天然气供给；
31.空气冷却器10的空气出口通过管路连接至供冷终端进行供冷。
32.本技术中所述的供热终端、供电终端、供冷终端以及供气终端可以为相同或不同的建筑物或其它有供热、供电、供冷或供气需求的任一设备。
33.通过地热系统为其它系统提供热源，地热系统内部使用水作为工质，水通过地热井1在地下充分吸热后，分别流向热源换热器2和供热换热器3，经过充分换热后再回流到地下，构成循环回路。
34.空气或水在供热换热器3内，与从地热井1中流进的热水换热后，进入到供热终端用于供热。供热终端可以为居民楼等建筑物。
35.lng储罐9内的lng经过第三泵体13后压力上升，进入到第一蒸发器7中蒸发吸热，
再经过第四泵体14压缩后进入到第二蒸发器8中，以更高的饱和温度蒸发吸热，然后lng经第三膨胀机6膨胀降压至所需压力，最后进入到空气冷却器10中与空气换热后送入居民楼等终端进行天然气供给；
36.在天然气的供给过程中，利用第三膨胀机6再次产生电能，实现对居民楼等供电终端进行供电；
37.空气经过在空气冷却器10内与低温lng换热降温后达到很低的温度，通过管路连接至居民楼等供冷终端进行供冷；
38.一级orc循环和二级orc循环都从热源换热器2中获得地热热量。制冷剂从热源换热器2离开后，分别经过第一膨胀机4和第二膨胀机5做功后剂对应进入第一冷凝器和第二冷凝器中，然后对应通过第一泵体11和第二泵体12加压，再次回流到热源换热器2中。
39.经第一膨胀机4和第二膨胀机5分别做功后产生的电能分别输送给居民楼等供电终端进行供电。
40.本技术采用多级压缩，减小制冷剂与lng之间的温差，提高系统的火用效率。
41.本技术采用两级orc和三级发电以串并联的形式构成地热能梯级利用系统，该系统能够更好的利用lng冷能和地热的热能，减小两者之间巨大温差导致火用损失，提高用火效率。使用两级orc循环能够有效地将地热和lng之间巨大的温差分成两个较小的温差进而减少系统的火用损失。同时lng侧使用两级压缩一方面能够提高泵的效率，降低泵功耗，另一方面能够有效控制lng与orc工质之间的温差，进一步提高火用效率。
42.第三泵体13与第一蒸发器7之间的管路上设置有第一teg模块15。本技术所述的teg模块即为温差发电模块，如温差发电片。在天然气的供给过程中，通过第一teg模块15利用lng与空气之间的温差进行发电，实现对居民楼等供电终端进行供电。同时使用teg回收lng冷能，提高了能量利用效率。第一teg模块15及第三膨胀机6能够分别利用lng进入第一蒸发器7前以及第二蒸发器8和空气冷却器10之间的冷能，而这些冷能在现有技术中通常是不可利用的。
43.第四泵体14与第二蒸发器8之间的管路上设置有第二teg模块16。如此设计，在天然气的供给过程中，通过第一teg模块15及第二teg模块16分阶段利用lng与空气之间的温差进行发电，并利用第三膨胀机6再次产生电能，实现对居民楼等供电终端进行供电。第一teg模块15、第二teg模块16及第三膨胀机6能够分别利用lng进入第一蒸发器7前、第一蒸发器7和第二蒸发器8之间以及第二蒸发器8和空气冷却器10之间的冷能，而这些冷能在现有技术中通常是不可利用的。
44.二级orc循环系统中的制冷剂饱和温度高于一级orc循环系统中的制冷剂饱和温度；一级orc循环的制冷剂常压下具有很低的饱和温度，二级orc循环的制冷剂的饱和温度比一级orc循环的高。
45.供热换热器3内与地热水进行换热的介质为空气或水。如此设计，水或者空气在供热换热器3中与从地热系统中出来的高温水换热，达到建筑等供热终端需求的温度后进入到建筑等供热终端中，为供热终端供热。
46.一种采用上述冷热电联产系统的冷热电联产方法，地热系统中，水通过地热井1在地下充分吸热后，分别流向热源换热器2和供热换热器3，经过充分换热后再回流到地下，构成循环回路；
47.供热介质在供热换热器3内与来自地热系统中的水换热，达到供热温度后进入供热终端进行供热；
48.一级orc循环系统中，制冷剂从热源换热器2中吸热，然后经第一膨胀机4做功发电，膨胀之后制冷剂温度及压力均下降，再进入第一蒸发器7中与lng冷凝换热，然后经第一泵体11加压重新回到热源换热器2中加热蒸发；制冷剂从热源换热器2中吸热达到高温高压状态。
49.二级orc循环系统中，常压饱和温度高于一级orc循环系统的制冷剂从热源换热器2中吸热，然后经第二膨胀机5做功发电，制冷剂以高于一级orc循环系统中的冷凝温度在第二蒸发器8中与lng冷凝换热，冷凝后的制冷剂被第二泵体12加压至热源换热器2中加热蒸发；
50.lng输送系统中，lng被第三泵体13从lng储罐9中抽出，进入第一蒸发器7内与制冷剂换热，lng温度上升，经过第四泵体14后lng内能增加，进入第二蒸发器8内再次与制冷剂换热升温，然后lng经过第三膨胀机6膨胀发电后，压力降至终端所需压力，经过空气冷却器10与空气换热后达到常温，进行天然气供给；通过在第三泵体13与第一蒸发器7之间的管路上设置第一teg模块15，可以将管道内lng加热至比制冷剂在第一蒸发器7中的冷凝温度低10度。
51.空气在空气冷却器10内与lng换热后形成冷空气，进行供冷。

技术特征：
1.一种基于lng冷能利用的orc-teg冷热电联产系统，其特征在于：包括地热井(1)、热源换热器(2)、供热换热器(3)、第一至第三膨胀机、第一蒸发器(7)、第二蒸发器(8)、lng储罐(9)、空气冷却器(10)及第一至第四泵体，其中：地热井(1)与热源换热器(2)之间以及地热井(1)与供热换热器(3)之间分别通过管路连接形成地热系统；热源换热器(2)、第一膨胀机(4)、第一蒸发器(7)及第一泵体(11)依次通过管路连接形成一级orc循环系统；热源换热器(2)、第二膨胀机(5)、第二蒸发器(8)及第二泵体(12)依次通过管路连接形成二级orc循环系统；lng储罐(9)、第三泵体(13)、第一蒸发器(7)、第四泵体(14)、第二蒸发器(8)、第三膨胀机(6)及空气冷却器(10)依次通过管路连接形成lng输送系统；供热换热器(3)通过管路连接对供热终端进行供热；第一膨胀机(4)、第二膨胀机(5)及第三膨胀机(6)分别通过电路连接至供电终端进行供电；空气冷却器(10)的天然气出口通过管路连接至供气终端进行天然气供给；空气冷却器(10)的空气出口通过管路连接至供冷终端进行供冷。2.根据权利要求1所述的基于lng冷能利用的orc-teg冷热电联产系统，其特征在于：第三泵体(13)与第一蒸发器(7)之间的管路上设置有第一teg模块(15)。3.根据权利要求2所述的基于lng冷能利用的orc-teg冷热电联产系统，其特征在于：第四泵体(14)与第二蒸发器(8)之间的管路上设置有第二teg模块(16)。4.根据权利要求1、2或3所述的基于lng冷能利用的orc-teg冷热电联产系统，其特征在于：二级orc循环系统中的制冷剂饱和温度高于一级orc循环系统中的制冷剂饱和温度。5.根据权利要求1、2或3所述的基于lng冷能利用的orc-teg冷热电联产系统，其特征在于：供热换热器(3)内与地热水进行换热的介质为空气或水。

技术总结
一种基于LNG冷能利用的ORC-TEG冷热电联产系统，属于地热能与液化天然气冷能回收利用技术领域。本实用新型解决了现有的地热能及LNG冷能利用不充分以及地热与LNG之间温差较大导致火用损失较大的问题。热源换热器、第一膨胀机、第一蒸发器及第一泵体依次通过管路连接形成一级ORC循环系统；热源换热器、第二膨胀机、第二蒸发器及第二泵体依次通过管路连接形成二级ORC循环系统；LNG储罐、第三泵体、第一蒸发器、第四泵体、第二蒸发器、第三膨胀机及空气冷却器依次通过管路连接形成LNG输送系统。采用多级压缩，减小制冷剂与LNG之间的温差，提高系统的火用效率。系统的火用效率。系统的火用效率。


技术研发人员：纪冬旭 张帆 尹文斌
受保护的技术使用者：香港中文大学（深圳）
技术研发日：2022.12.01
技术公布日：2023/5/16