CN112502925A - 太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电***及方法 - Google Patents

太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电***及方法，该太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电***包括太阳能子***、地热能子***和跨临界二氧化碳循环子***，所述太阳能子***通过太阳能加热器与跨临界二氧化碳循环子***耦合连接，且该太阳能子***通过换热器与所述地热能子***耦合连接，所述地热能子***通过地热能加热器以及低温回/加热器与所述跨临界二氧化碳循环子***耦合连接；所述太阳能加热器上连接有第一控制阀组，所述换热器上连接有第二控制阀组，所述地热能加热器与换热器之间安装有第三控制阀组，以能够切换发电模式。本发明能够对太阳能与地热能的缺点进行互补，提高***的运行效率、稳定性和经济性。

Description

太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电***及方法
技术领域
本发明涉及基于跨临界二氧化碳的混合发电***，具体地，涉及一种太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电***；此外，还涉及一种太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电方法。
背景技术
目前，由于人类文明的不断发展对能源有极大的需求，一直以来对化石能源进行了大量开发以及使用，导致环境恶劣和能源危机等问题的出现，从而使得研究清洁可再生的绿色新能源成为世界各国的能源战略。太阳能与地热能作为新能源家族的一员，各自存在一些资源本身特点造成的缺陷，使得两者的发展与利用存在一些问题。
地热能发电稳定性较好，不易受外界条件影响，但是地热流体温度一般较低，单独利用的***热效率和
Figure BDA0002772319160000011
效率并不高，且对选址要求比较高、初始投资成本较高；虽然太阳能分布较广、选址要求相对较低，根据***形式和地区资源的不同能达到的温度范围也较广，但是容易受外界条件影响，***运行非常不稳定、波动性很大，同时***初始投资也较高。
此外，目前针对中低温热源的利用，多数***采用有机朗肯循环。有机朗肯循环的***效率较水蒸汽朗肯循环高，部件也更加简单，***设备可实现标准模块化生产，但是有机工质存在一定的污染隐患，而且吸热过程存在相变容易出现夹点问题(夹点问题是指：在换热器中，由于冷热侧的流体热容流率差距较大，导致温度变化趋势不同，使得换热器的最小温差点出现在换热器内部而不是两端，恶化传热)，不能很好地匹配热源温度变化。
有鉴于此，需要设计一种新型的太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电***。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电***，该太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电***能够对太阳能与地热能的缺点进行互补，提高***的运行效率、稳定性和经济性。
本发明进一步所要解决的技术问题是提供一种太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电方法，该太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电方法能够对太阳能与地热能的缺点进行互补，提高***的运行效率、稳定性和经济性。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电***，包括太阳能子***、地热能子***和跨临界二氧化碳循环子***，所述太阳能子***通过太阳能加热器与所述跨临界二氧化碳循环子***耦合连接，且所述太阳能子***通过换热器与所述地热能子***耦合连接，所述地热能子***通过地热能加热器以及低温回/加热器与所述跨临界二氧化碳循环子***耦合连接；所述太阳能加热器上连接有第一控制阀组，所述换热器上连接有第二控制阀组，所述地热能加热器与所述换热器之间安装有第三控制阀组，以能够切换发电模式。
优选地，所述太阳能子***包括太阳能循环回路，所述太阳能循环回路上布置有太阳能集热器、集热循环泵、所述太阳能加热器以及所述换热器。
进一步优选地，所述第一控制阀组包括所述太阳能加热器并联的第一旁通支路和安装在所述太阳能加热器两端管路中至少一端管路上的第一控制阀，所述第一旁通支路上设置有第一旁通阀，所述第一控制阀位于所述太阳能加热器与所述第一旁通支路之间；所述第二控制阀组包括与所述换热器并联的第二旁通支路和安装在所述换热器两端管路中至少一端管路上的第二控制阀，所述第二旁通支路上设置有第二旁通阀，所述第二控制阀位于所述换热器与所述第二旁通支路之间。
具体地，所述太阳能子***还包括储热子***，所述储热子***与所述太阳能集热器并联。
优选地，所述地热能子***包括第一分支路和第二分支路，所述第一分支路上安装有所述地热能加热器，且所述第一分支路的一端通过所述换热器与抽水井连接，其另一端通过所述低温回/加热器与回灌井连接；所述第二分支路的一端通过所述换热器与所述抽水井连接，其另一端通过所述低温回/加热器与所述回灌井连接。
优选地，所述第三控制阀组包括安装在所述地热能加热器两端管路中至少一端管路上的第三控制阀以及安装在所述第二分支路上的第四控制阀。
具体地，所述跨临界二氧化碳循环子***包括跨临界二氧化碳循环回路，所述跨临界二氧化碳循环回路上布置有所述太阳能加热器、所述地热能加热器、所述低温回/加热器、动力循环泵、冷凝器以及与发电机连接的透平。
本发明还公开了一种太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电方法，基于上述技术方案中任一项所述的太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电***，包括如下步骤：启动控制：检测地热能温度Tgeothermal，并评估所述太阳能加热器入口温度Tsolar，若条件“Tgeothermal>Tgeothermal_min”或者“Tsolar>Tsolar_start2”成立，则启动整个电厂***，否则，保持电厂***关闭；运行控制：在电厂***启动的条件下，当条件“Tsolar≤Tsolar_normal”成立，则判断条件“Tsolar_min＜Tsolar≤Tsolar_normal-ΔT1”或者“Tgeothermal＞Tgeothermal_min”是否成立，若成立，则进入地热能子***与太阳能子***耦合运行模式，否则，进入地热能子***与跨临界二氧化碳循环子***耦合运行模式；当条件“Tsolar>Tsolar_normal”成立时，则进入地热能子***、太阳能子***与跨临界二氧化碳循环子***耦合运行模式，继续判断条件“Tsolar>Tsolar_storage”是否成立，若不成立，则判断条件“Tsolar_check-Tgeothermal≥ΔT2”是否成立，若不成立，则保持地热能子***、太阳能子***与跨临界二氧化碳循环子***耦合运行模式，否则进入地热能子***、太阳能子***与跨临界二氧化碳循环子***深度耦合运行模式；其中，Tgeothermal_min表示地热资源适合作为单独热源给循环供热发电的温度下限，Tsolar_start2表示***适合地热能子***与太阳能子***耦合运行模式的太阳能温度下限，Tsolar_normal表示太阳能资源适合直接作为循环热源的温度下限，Tsolar_min表示太阳能子***正常运行的温度下限，ΔT1表示判断条件的温度上限与Tsolar_normal的温度差常数，Tsolar_storage表示储热子***正常运行的温度下限，Tsolar_check表示太阳能换热器出口温度，ΔT2表示Tsolar_check与Tgeothermal的温度差常数。
优选地，在所述启动控制中，若条件“Tgeothermal≤Tgeothermal_min”且“Tsolar>Tsolar_start2”，则进入所述地热能子***与太阳能子***耦合运行模式，完成整个电厂***的启动；若条件“Tgeothermal>Tgeothermal_min且Tsolar>Tsolar_start2”或者“Tgeothermal>Tgeothermal_min且Tsolar≤Tsolar_start2”成立，则进入所述地热能子***与跨临界二氧化碳循环子***耦合运行模式，完成整个电厂***的启动。
优选地，若条件“Tsolar>Tsolar_storage”成立，则对所述太阳能子***多余的热量进行储热。
通过上述技术方案，本发明的有益效果如下：
本发明通过第一控制阀组、第二控制阀组以及第三控制阀组，能够切换发电模式，实现太阳能与地热能的联合发电；相对于现有的单一地热发电***和单一太阳能发电***，***发电效率较高，***运行稳定性较高；白天的电力负荷通常高于夜间的，这恰好与本发明的太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电***的电力输出变化趋势一致，在电力高需求时期输出更多的电力资源，具有优秀的电力需求响应性能；由于太阳能子***、地热能子***和跨临界二氧化碳循环子***三者耦合连接，使得太阳能发电***与地热能发电***共用一套循环发电***，节省土地资源。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
下列附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，其与下述的具体实施方式一起用于解释本发明，但本发明的保护范围并不局限于下述附图及具体实施方式。在附图中：
图1是本发明具体实施方式的太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电***的结构示意图；
图2是本发明具体实施方式的太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电方法中的启动控制流程图；
图3是本发明具体实施方式的太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电方法中的运行控制流程图；
图4是本发明具体实施方式的太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电方法的流程框图。
附图标记说明
1 太阳能加热器 2 换热器
3 地热能加热器 4 低温回/加热器
51 太阳能循环回路 52 太阳能集热器
53 集热循环泵 54 储热子***
61 第一旁通支路 62 第一控制阀
63 第一旁通阀 64 第二旁通支路
65 第二控制阀 66 第二旁通阀
67 第三控制阀 68 第四控制阀
71 第一分支路 72 第二分支路
73 抽水井 74 回灌井
81 跨临界二氧化碳循环回路 82 动力循环泵
83 冷凝器 84 发电机
85 透平
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，本发明的保护范围并不局限于下述的具体实施方式。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量，因此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或隐含地包括一个或更多个所述特征。
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“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或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。
如图1所示，本发明基本实施方式的太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电***，包括太阳能子***、地热能子***和跨临界二氧化碳循环子***，所述太阳能子***通过太阳能加热器1与所述跨临界二氧化碳循环子***耦合连接，且所述太阳能子***通过换热器2与所述地热能子***耦合连接，所述地热能子***通过地热能加热器3以及低温回/加热器4与所述跨临界二氧化碳循环子***耦合连接；所述太阳能加热器1上连接有第一控制阀组，所述换热器2上连接有第二控制阀组，所述地热能加热器3与所述换热器2之间安装有第三控制阀组，以能够切换发电模式。
本发明将太阳能子***通过太阳能加热器1与跨临界二氧化碳循环子***耦合连接、太阳能子***通过换热器2与地热能子***耦合连接、地热能子***通过地热能加热器3以及低温回/加热器4与跨临界二氧化碳循环子***耦合连接，共同构成联合发电***，相对于现有的单一地热发电***和单一太阳能发电***，***发电效率较高，运行稳定性较高，其中，“耦合”是指子***之间具有共用和交互的部分，例如，太阳能子***通过太阳能加热器1与跨临界二氧化碳循环子***耦合连接是指太阳能子***与跨临界二氧化碳循环子***连接在太阳能加热器1的两侧，两者共用太阳能加热器1，并且，通过太阳能加热器1进行交互作用。特别地，太阳能加热器1上连接有第一控制阀组，换热器2上连接有第二控制阀组，地热能加热器3与换热器2之间安装有第三控制阀组，通过第一控制阀组、第二控制阀组以及第三控制阀组的控制，能够切换发电模式，例如，地热能子***与太阳能子***耦合运行模式，地热能子***与跨临界二氧化碳循环子***耦合运行模式，地热能子***、太阳能子***与跨临界二氧化碳循环子***耦合运行模式，地热能子***、太阳能子***与跨临界二氧化碳循环子***深度耦合运行模式等不同发电模式，各种发电模式能够很好地利用太阳能与地热能作为热源进行发电，通常地，白天的电力负荷通常高于夜间的电力负荷，刚好与本发明的太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电***的电力输出变化趋势一致，最大程度减少间歇性的影响，更好地匹配用户负载；而且，太阳能与地热能发电***共用一套循环发电***，工作时***同时收集地面以上和地面以下的能源，节省土地资源。
在具体实施例中，太阳能子***包括太阳能循环回路51，太阳能集热器52、集热循环泵53、太阳能加热器1以及换热器2布置在太阳能循环回路51上，这样，在集热循环泵53的作用下，集热工质进人太阳能集热器52收集太阳能升温，当通过太阳能加热器1时，给跨临界二氧化碳循环子***供热，当通过换热器2时，给地热能子***供热。其中，为了更好地配合较低温度的地热能，太阳能集热器52可以采用工作范围在中高范围的槽式集热器。
进一步地，太阳能子***中还设置有储热子***54，储热子***54与太阳能集热器52并联，当太阳能除了给地热能子***以及跨临界二氧化碳循环子***供热之外还有富余时，将多余的热能储存在储热子***54中，储热子***54可以采用现有的显热储能技术。
在另一种具体实施方式中，地热能子***包括第一分支路71和第二分支路72，地热能加热器3设置在第一分支路71上，以便通过地热能加热器3的作用，地热能子***能够对跨临界二氧化碳循环子***供热；第一分支路71的一端通过换热器2与抽水井73连接，第一分支路71的另一端通过低温回/加热器4与回灌井74连接，同时，第二分支路72的一端通过换热器2与抽水井73连接，其第二分支路72的另一端通过所述低温回/加热器4与回灌井74连接；根据不同的发电模式，从抽水井73输出的传热工质能够选择通过第一分支路71或第二分支路72对跨临界二氧化碳循环子***供热，再流回回灌井74。
太阳能加热器1上连接有第一控制阀组，换热器2上连接有第二控制阀组，地热能加热器3与换热器2之间安装有第三控制阀组；具体地，第一控制阀组包括第一旁通支路61和第一控制阀62，根据需要，可以在太阳能加热器1的一端管路上安装第一控制阀62，也可以在太阳能加热器1的两端管路上分别安装第一控制阀62，第一旁通支路61的两端分别与太阳能加热器1的两端管路连接，第一控制阀62位于太阳能加热器1和太阳能加热器1端部与第一旁通支路61的连接点之间的管路上，第一旁通支路61上设置有第一旁通阀63；同样地，第二控制阀组包括第二旁通支路64和第二控制阀65，根据需要，可以在换热器2的一端管路上安装第二控制阀65，也可以在换热器2的两端管路上分别安装第二控制阀65，第二旁通支路64的两端分别与换热器2的两端管路连接，第二控制阀65位于换热器2和换热器2端部与第二旁通支路64的连接点之间的管路上，第二旁通支路64上设置有第二旁通阀66；第三控制阀组包括第三控制阀67和第四控制阀68，第三控制阀67可以在换热器2与地热能加热器3之间的管路上，也可以安装在地热能加热器3与低温回/加热器4之间的管路上，还可以在换热器2与地热能加热器3之间的管路上与地热能加热器3与低温回/加热器4之间的管路上分别安装第三控制阀67，第四控制阀68安装在第二分支路72上。
如此，通过第一控制阀组、第二控制阀组以及第三控制阀组的切换，可以进入不同的发电模式。具体地，当开启第一旁通阀63、第二旁通阀66以及第三控制阀67时，进入地热能子***与跨临界二氧化碳循环子***耦合运行模式(模式1)，太阳能子***暂时处于孤立状态，太阳能子***中的集热工质不能流经太阳能加热器1与换热器2；从抽水井73抽取的传热工质经过换热器2后，沿着第一分支路71流经地热能加热器3后，再经由低温回/加热器4流回回灌井74内，通过地热能加热器3以及低温回/加热器4对跨临界二氧化碳循环子***进行供热，跨临界二氧化碳循环子***中二氧化碳工质被加热后进入透平85做功，完成一次发电循环过程，做完功后，二氧化碳工质进入低温回/加热器4对另一侧的较低温的二氧化碳工质加热，实现回热功能，即“低温回/加热器4”具有加热与回热双重功能；这种模式仅靠地热能作为循环热源，通常在可利用的太阳能资源非常匮乏且地热能资源达到一定的温度要求的情况下采用；当开启第一旁通阀63、第二控制阀65以及第三控制阀67时，进入地热能子***与太阳能子***耦合运行模式(模式2)，太阳能子***中的集热工质不流经太阳能加热器1，不直接对跨临界二氧化碳循环子***进行加热，太阳能子***中的集热工质痛过第二控制阀65流经换热器2，通过换热器2给地热能子***供热，对地热能子***中的传热工质进行加热，提高地热能子***中的传热工质的温度，从抽水井73抽取的传热工质经过换热器2加热后，沿着第一分支路71流经地热能加热器3后，再经由低温回/加热器4流回回灌井74内，通过地热能加热器3以及低温回/加热器4对跨临界二氧化碳循环子***进行供热，跨临界二氧化碳循环子***中二氧化碳工质被加热后进入透平85做功，完成一次发电循环过程；在这种模式下，可利用的太阳能资源稍微匮乏，太阳能通过换热器给地热能升温，提升地热能的能源利用品位，该模式对地热资源的温度要求不高；当开启第一控制阀62、第二旁通阀66以及第四控制阀68时，进入地热能子***、太阳能子***与跨临界二氧化碳循环子***耦合运行模式(模式3)，太阳能子***中的集热工质流经太阳能加热器1，对跨临界二氧化碳循环子***供热，地热能子***中的传热工质从抽水井73输出，经过换热器2后，沿着第二分支路72经过低温回/加热器4后流回回灌井74内，通过低温回/加热器4对跨临界二氧化碳循环子***进行供热，太阳能子***与地热能子***分别对跨临界二氧化碳循环子***中二氧化碳工质进行加热，然后，二氧化碳工质进入透平85做功，完成一次发电循环过程；在这种模式下，可利用的太阳能资源比较充足，太阳能和地热能分别作为跨临界二氧化碳循环子***的高温热源和低温热源，该模式对地热资源的温度要求不高；当开启第一控制阀62、第二控制阀65以及第四控制阀68时，进入地热能子***、太阳能子***与跨临界二氧化碳循环子***深度耦合运行模式(模式4)，在该模式下，太阳能子***中的集热工质依次流经太阳能加热器1与换热器2，通过太阳能加热器1能够对跨临界二氧化碳循环子***，通过换热器2对地热能子***中的传热工质进行加热，提升地热能的能源利用品位，地热能子***中的传热工质从抽水井73输出，经过换热器2后，沿着第二分支路72经过低温回/加热器4后流回回灌井74内，通过低温回/加热器4对跨临界二氧化碳循环子***进行供热，跨临界二氧化碳循环子***中的二氧化碳工质进入透平85做功，完成一次发电循环过程；在这种模式下，可利用的太阳能资源非常充足，太阳能和被太阳能加热的地热能分别作为跨临界二氧化碳循环子***的高温热源和低温热源，该模式对地热资源的温度要求不高。其中，集热工质与传热工质可以采用水等传热介质。
在具体示例中，跨临界二氧化碳循环子***包括跨临界二氧化碳循环回路81，太阳能加热器1、地热能加热器3、低温回/加热器4、动力循环泵82、冷凝器83以及透平85布置在跨临界二氧化碳循环回路81上，透平85上连接有发电机84。在太阳能子***通过太阳能加热器1对跨临界二氧化碳循环子***中的二氧化碳工质加热以及地热能子***通过地热能加热器3与低温回/加热器4对跨临界二氧化碳循环子***中的二氧化碳工质加热以后，在动力循环泵82的推动下，二氧化碳工质流入透平85做功，驱动发电机84发电，从透平85中流出的二氧化碳工质流经低温回/加热器4，沿着低温回/加热器4中的回热通道流向冷凝器83，对流经低温回/加热器4中的流体通道(被加热通道)中的低温的二氧化碳工质进行加热，冷凝器83对二氧化碳工质进行降温冷凝形成液体，通过动力循环泵82增大压力，增压后的二氧化碳工质进入低温回/加热器4中的流体通道(被加热通道)，一方面被流经低温回/加热器4中的回热通道的高温的二氧化碳工质加热进行回热过程，另一方面被流经低温回/加热器4中的加热通道的地热能子***中的传热工质加热，再被地热能加热器3与太阳能加热器1进一步加热，进入透平85做功，完成一次发电循环。
为了便于理解本发明太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电***的技术构思和优点，以下描述本发明相对优选特征相对全面的太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电***的结构形式。
如图1所示，本发明优选实施方式的太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电***，包括太阳能子***、地热能子***和跨临界二氧化碳循环子***；太阳能子***包括太阳能循环回路51，太阳能循环回路51上布置有太阳能集热器52、集热循环泵53、储热子***54、太阳能加热器1以及换热器2，储热子***54并联在太阳能集热器52的两端，太阳能加热器1的两端并联有第一旁通支路61，第一旁通支路61上设置有第一旁通阀63，太阳能加热器1两端管路上设有第一控制阀62，太阳能子***通过太阳能加热器1与跨临界二氧化碳循环子***耦合连接；跨临界二氧化碳循环子***包括跨临界二氧化碳循环回路81，跨临界二氧化碳循环回路81上布置有太阳能加热器1、地热能加热器3、低温回/加热器4、动力循环泵82、冷凝器83以及透平85，透平85与发电机84连接，跨临界二氧化碳循环子***通过地热能加热器3以及低温回/加热器4与地热能子***耦合连接；地热能子***包括第一分支路71和第二分支路72，地热能加热器3布置在第一分支路71上，在地热能加热器3两端管路上分别安装有第三控制阀67，第一分支路71的一端通过换热器2与抽水井73连接，其另一端通过低温回/加热器4与回灌井74连接，第二分支路72上安装有第四控制阀68，第二分支路72的一端通过换热器2与抽水井73连接，其另一端通过低温回/加热器4与回灌井74连接。其中，第一控制阀62、第一旁通阀63、第二控制阀65、第二旁通阀66、第三控制阀67以及第四控制阀68等阀门可以采用能够控制流体通断的阀门，如开关阀。
通过两个第一控制阀62、第一旁通阀63、两个第二控制阀65、第二旁通阀66、两个第三控制阀67以及第四控制阀68等九个阀门的控制，可以切换到不同的发电模式进行发电，实现太阳能与地热能的联合发电，最大程度减少间歇性的影响，更好地匹配用户负载，与通常的白天的电力负荷高于夜间的电力负荷变化趋势一致，而且，相对于单一发电***，可以在电力需求高峰时期输出更多的电力资源；同时，可以克服单一太阳能发电***的不稳定性，能够利用地热能度过太阳能资源不充足时期，在一定程度上，地热能还能够储存一部分太阳能进入储层，提升地热能的能源利用品位，具有较高的***发电效率、较高的运行稳定性。此外，采用的二氧化碳工质稳定性较好，无毒无腐蚀性，无刺激性也不易燃；对环境的友好性优良，100年时长的消耗臭氧潜能值(表示大气中氯氟碳化物质对臭氧破坏的相对能力)为0、全球变暖潜能值(物质产生温室效应的指数)为1；价格低廉，容易获取；密度高，有利于减小设备体积；换热性能优良，工作在临界点附近的压缩功较小；临界温度较低，临界压力适中，超临界工况易于实施。
为了进一步理解本发明的技术构思和优点，以下描述本发明的太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电方法。
如图2至图4所示，本发明的太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电方法，包括如下步骤：
启动控制：检测地热能温度Tgeothermal，并评估所述太阳能加热器1入口温度Tsolar，若条件“Tgeothermal>Tgeothermal_min”或者“Tsolar>Tsolar_start2”，则启动整个电厂***，否则，保持电厂***关闭；
运行控制：在电厂***启动的条件下，当条件“Tsolar≤Tsolar_normal”成立，则判断条件“Tsolar_min＜Tsolar≤Tsolar_normal-ΔT1”或者“Tgeothermal＞Tgeothermal_min”是否成立，若成立，则进入地热能子***与太阳能子***耦合运行模式，否则，进入地热能子***与跨临界二氧化碳循环子***耦合运行模式；当条件“Tsolar>Tsolar_normal”，则进入地热能子***、太阳能子***与跨临界二氧化碳循环子***耦合运行模式，继续判断条件“Tsolar>Tsolar_storage”是否成立，若不成立，则判断条件“Tsolar_check-Tgeothermal≥ΔT2”是否成立，若不成立，则保持地热能子***、太阳能子***与跨临界二氧化碳循环子***耦合运行模式，否则进入地热能子***、太阳能子***与跨临界二氧化碳循环子***深度耦合运行模式；
其中，Tgeothermal_min表示地热资源适合作为单独热源给循环供热发电的温度下限，Tsolar_start2表示***适合地热能子***与太阳能子***耦合运行模式的太阳能温度下限，Tsolar_normal表示太阳能资源适合直接作为循环热源的温度下限，Tsolar_min表示太阳能子***正常运行的温度下限，ΔT1表示判断条件的温度上限与Tsolar_normal的温度差常数，Tsolar_storage表示储热子***正常运行的温度下限，Tsolar_check表示太阳能换热器出口温度，ΔT2表示Tsolar_check与Tgeothermal的温度差常数。
在启动控制中，若条件“Tgeothermal≤Tgeothermal_min且Tsolar>Tsolar_start2”，则进入地热能子***与太阳能子***耦合运行模式(模式2)，完成整个电厂***的启动；若条件“Tgeothermal>Tgeothermal_min且Tsolar>Tsolar_start2”或者“Tgeothermal>Tgeothermal_min且Tsolar≤Tsolar_start2”，则进入地热能子***与跨临界二氧化碳循环子***耦合运行模式(模式1)，完成整个电厂***的启动。
根据不同的太阳能资源以及地热能资源的情况，对发电模式进行切换；启动电厂***时，需要根据未来的天气情况、环境温度等外界因素对太阳能加热器1入口温度Tsolar进行一定的评估，并检测地热能温度Tgeothermal，即抽水井73出口温度，若“Tgeothermal>Tgeothermal_min”或者“Tsolar>Tsolar_start2”，则启动整个电厂***，否则，保持电厂***关闭。
在完成正常启动后，进入***运行；首先判断条件“Tsolar>Tsolar_normal”，若条件不成立，则说明太阳能资源稍微匮乏或者非常匮乏，不适合直接作为高温热源供热，进一步判断条件“Tsolar_min＜Tsolar≤Tsolar_normal-ΔT1”或者“Tgeothermal＞Tgeothermal_min”是否成立，若成立，则开启第一旁通阀63、第二控制阀65以及第三控制阀67，关闭其余阀门，进入地热能子***与太阳能子***耦合运行模式(模式2)，太阳能通过换热器2给地热能升温，提升地热能的能源利用品位，该模式对地热资源的温度要求不高；若条件不成立，则开启第一旁通阀63、第二旁通阀66以及第三控制阀67，关闭其余阀门，表明太阳能资源非常匮乏，进入地热能子***与跨临界二氧化碳循环子***耦合运行模式(模式1)，仅靠地热能作为热源，且在地热能资源达到一定的温度要求的情况下采用；若条件“Tsolar>Tsolar_normal”成立，则表明太阳能资源比较充足或者非常充足，可以开启第一控制阀62、第二旁通阀66以及第四控制阀68时，进入地热能子***、太阳能子***与跨临界二氧化碳循环子***耦合运行模式(模式3)，太阳能和地热能分别作为跨临界二氧化碳循环子***的高温热源和低温热源，该模式对地热资源的温度要求不高；再判断条件“Tsolar>Tsolar_storage”是否成立，若条件成立，则表明太阳能资源有富余，可以开启储热子***54储存多余的热量，若条件不满足则表明太阳能资源没有富余，仅够运行太阳能子***进行集热，保持储热子***54关闭；继续判断条件“Tsolar_check-Tgeothermal≥ΔT2”，若条件不满足则表明太阳能资源比较充足，则继续保持地热能子***、太阳能子***与跨临界二氧化碳循环子***耦合运行模式(模式3)，若条件满足，则说明太阳能资源非常充足，集热工质在给二氧化碳工质加热以后温度还较高，足够将地热能的能源品位提升一定程度，开启第一控制阀62、第二控制阀65以及第四控制阀68，关闭其余阀门，进入地热能子***、太阳能子***与跨临界二氧化碳循环子***深度耦合运行模式(模式4)，太阳能和被太阳能加热的地热能分别作为跨临界二氧化碳循环子***的高温热源和低温热源，该模式对地热资源的温度要求不高。
可见，通过设置不同的条件，能够切换本发明太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电***运行不同的发电模式，相对于现有的单一地热发电***和单一太阳能发电***，本发明的太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电方法的发电效率较高、运行波动性较小、稳定性较强、绿色清洁无污染、节约土地资源。
本发明优选实施方式的太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电方法，具体控制方法如下：
启动控制方法：首先准备启动整个电厂***，先检查即时的地热能温度Tgeothermal(即地热能在抽水井73出口温度为Tgeothermal，该值用来评估地热能资源温度是否适合单独供热发电)，并评估太阳能加热器1入口温度Tsolar(需要根据未来一定运行周期内的天气情况、环境温度等外界因素进行一定的评估，值得注意的是，该值还可以根据太阳能子***的工作情况来进行评估)，以此获取能源输出的预测信息；给定判断条件为“Tgeothermal>Tgeothermal_min或者Tsolar>Tsolar_start2”(Tgeothermal_min表示地热资源适合作为单独热源给循环供热发电的温度下限，范围为90～100℃；Tsolar_start2表示***适合运行地热能子***与太阳能子***耦合运行模式的太阳能温度下限，范围为290～300℃)，若条件不满足则表明资源条件不满足，继续保持电厂关闭，若条件满足则开始启动所有子***；接着给定判断条件为“Tgeothermal>Tgeothermal_min”，若条件不满足则表明地热能温度不适宜单独作为热源供热发电，开启第一旁通阀63、第二控制阀65以及第三控制阀67，关闭其余阀门，进入地热能子***与太阳能子***耦合运行模式(模式2)，通过运行模式2尽可能达到联合***额定输出功率，完成电厂***启动；若条件满足则表明地热能温度适合单独作为热源供热发电，开启第一旁通阀63、第二旁通阀66以及第三控制阀67，关闭其余阀门，进入地热能子***与跨临界二氧化碳循环子***耦合运行模式(模式1)，通过运行模式1尽可能达到联合***额定输出功率，完成启动；
运行控制方法：在完成正常启动的条件下，实时监测能源输出的信息，即Tgeothermal和Tsolar的实时信息；值得注意的是，Tsolar需要综合考量太阳能子***(主要由集热***和储热子***构成)的运行情况，并且优先使用集热***供热；接着给定判断条件“Tsolar>Tsolar_normal”(Tsolar_normal表示太阳能资源适合直接作为循环热源的温度下限，范围为330～340℃)；若条件“Tsolar>Tsolar_normal”不满足，则说明太阳能资源稍微匮乏或者非常匮乏，不适合直接作为循环的高温热源供热，接着给定判断条件“Tsolar_min＜Tsolar≤Tsolar_normal-ΔT1或者Tgeothermal＞Tgeothermal_min”(Tsolar_min表示太阳能子***正常运行的温度下限，范围为240～260℃；ΔT1表示判断条件的温度上限与Tsolar_normal的温度差，为常数，范围为5～15℃)，若条件不满足则表明太阳能资源非常匮乏，***应该保持地热能子***与跨临界二氧化碳循环子***耦合运行模式(模式1)运行，若条件满足则表明太阳能资源稍微匮乏，应该开启第一旁通阀63、第二控制阀65以及第三控制阀67，关闭其余阀门，进入地热能子***与太阳能子***耦合运行模式(模式2)，保持运行；若条件“Tsolar>Tsolar_normal”满足，则表明太阳能资源比较充足或者非常充足，应该开启第一控制阀62、第二旁通阀66以及第四控制阀68，关闭其余阀门，进入地热能子***、太阳能子***与跨临界二氧化碳循环子***耦合运行模式(模式3)；接下来给定判断条件“Tsolar>Tsolar_storage”(Tsolar_storage表示储热子***54正常运行的温度下限，范围为340～350℃)，若条件满足则表明太阳能资源有富余，可以开启储热子***54储存集热***多余的热量，若条件不满足则表明太阳能资源没有富余，仅够运行集热***，保持储热子***54关闭；然后定判定条件“Tsolar_check-Tgeothermal≥ΔT2”(ΔT2表示Tsolar_check与Tgeothermal的温度差，为常数，范围为50～90℃)，若条件不满足则表明太阳能资源比较充足，应该继续保持地热能子***、太阳能子***与跨临界二氧化碳循环子***耦合运行模式(模式3)运行，若条件满足则说明太阳能资源非常充足，在给二氧化碳循环工质加热以后，太阳能子***中的集热工质温度还较高，足够将地热能的能源品位提升一定程度，开启第一控制阀62、第二控制阀65以及第四控制阀68，关闭其余阀门，进入地热能子***、太阳能子***与跨临界二氧化碳循环子***深度耦合运行模式(模式4)，保持运行；至此完成一次控制周期内对运行模式的调整切换，若继续下一控制周期则重新进行运行控制方法，开始循环发电，若不继续则逐步关闭整个电厂***。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电***，其特征在于，包括太阳能子***、地热能子***和跨临界二氧化碳循环子***，所述太阳能子***通过太阳能加热器(1)与所述跨临界二氧化碳循环子***耦合连接，且所述太阳能子***通过换热器(2)与所述地热能子***耦合连接，所述地热能子***通过地热能加热器(3)以及低温回/加热器(4)与所述跨临界二氧化碳循环子***耦合连接；所述太阳能加热器(1)上连接有第一控制阀组，所述换热器(2)上连接有第二控制阀组，所述地热能加热器(3)与所述换热器(2)之间安装有第三控制阀组，以能够切换发电模式。
2.根据权利要求1所述的太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电***，其特征在于，所述太阳能子***包括太阳能循环回路(51)，所述太阳能循环回路(51)上布置有太阳能集热器(52)、集热循环泵(53)、所述太阳能加热器(1)以及所述换热器(2)。
3.根据权利要求2所述的太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电***，其特征在于，所述第一控制阀组包括与所述太阳能加热器(1)并联的第一旁通支路(61)和安装在所述太阳能加热器(1)两端管路中至少一端管路上的第一控制阀(62)，所述第一旁通支路(61)上设置有第一旁通阀(63)，所述第一控制阀(62)位于所述太阳能加热器(1)与所述第一旁通支路(61)之间；所述第二控制阀组包括与所述换热器(2)并联的第二旁通支路(64)和安装在所述换热器(2)两端管路中至少一端管路上的第二控制阀(65)，所述第二旁通支路(64)上设置有第二旁通阀(66)，所述第二控制阀(65)位于所述换热器(2)与所述第二旁通支路(64)之间。
4.根据权利要求2或3所述的太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电***，其特征在于，所述太阳能子***还包括储热子***(54)，所述储热子***(54)与所述太阳能集热器(52)并联。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电***，其特征在于，所述地热能子***包括第一分支路(71)和第二分支路(72)，所述第一分支路(71)上安装有所述地热能加热器(3)，且所述第一分支路(71)的一端通过所述换热器(2)与抽水井(73)连接，其另一端通过所述低温回/加热器(4)与回灌井(74)连接；所述第二分支路(72)的一端通过所述换热器(2)与所述抽水井(73)连接，其另一端通过所述低温回/加热器(4)与所述回灌井(74)连接。
6.根据权利要求5所述的太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电***，其特征在于，所述第三控制阀组包括安装在所述地热能加热器(3)两端管路中至少一端管路上的第三控制阀(67)以及安装在所述第二分支路(72)上的第四控制阀(68)。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电***，其特征在于，所述跨临界二氧化碳循环子***包括跨临界二氧化碳循环回路(81)，所述跨临界二氧化碳循环回路(81)上布置有所述太阳能加热器(1)、所述地热能加热器(3)、所述低温回/加热器(4)、动力循环泵(82)、冷凝器(83)以及与发电机(84)连接的透平(85)。
8.一种太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电方法，其特征在于，基于根据权利要求1至7中任一项所述的太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电***，包括如下步骤：
启动控制：检测地热能温度Tgeothermal，并评估所述太阳能加热器(1)入口温度Tsolar，若条件“Tgeothermal>Tgeothermal_min”或者“Tsolar>Tsolar_start2”成立，则启动整个电厂***，否则，保持电厂***关闭；
运行控制：在电厂***启动的条件下，当条件“Tsolar≤Tsolar_normal”成立，则判断条件“Tsolar_min＜Tsolar≤Tsolar_normal-ΔT1”或者“Tgeothermal＞Tgeothermal_min”是否成立，若成立，则进入地热能子***与太阳能子***耦合运行模式，否则，进入地热能子***与跨临界二氧化碳循环子***耦合运行模式；当条件“Tsolar>Tsolar_normal”成立，则进入地热能子***、太阳能子***与跨临界二氧化碳循环子***耦合运行模式，继续判断条件“Tsolar>Tsolar_storage”是否成立，若不成立，则判断条件“Tsolar_check-Tgeothermal≥ΔT2”是否成立，若不成立，则保持地热能子***、太阳能子***与跨临界二氧化碳循环子***耦合运行模式，否则进入地热能子***、太阳能子***与跨临界二氧化碳循环子***深度耦合运行模式；
其中，Tgeothermal_min表示地热资源适合作为单独热源给循环供热发电的温度下限，Tsolar_start2表示***适合地热能子***与太阳能子***耦合运行模式的太阳能温度下限，Tsolar_normal表示太阳能资源适合直接作为循环热源的温度下限，Tsolar_min表示太阳能子***正常运行的温度下限，ΔT1表示判断条件的温度上限与Tsolar_normal的温度差常数，Tsolar_storage表示储热子***正常运行的温度下限，Tsolar_check表示太阳能换热器出口温度，ΔT2表示Tsolar_check与Tgeothermal的温度差常数。
9.根据权利要求8所述的太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电方法，其特征在于，在所述启动控制中，若条件“Tgeothermal≤Tgeothermal_min且Tsolar>Tsolar_start2”成立，则进入所述地热能子***与太阳能子***耦合运行模式，完成整个电厂***的启动；若条件“Tgeothermal>Tgeothermal_min且Tsolar>Tsolar_start2”或者“Tgeothermal>Tgeothermal_min且Tsolar≤Tsolar_start2”成立，则进入所述地热能子***与跨临界二氧化碳循环子***耦合运行模式，完成整个电厂***的启动。
10.根据权利要求8所述的太阳能地热能联合驱动的跨临界二氧化碳发电方法，其特征在于，若条件“Tsolar>Tsolar_storage”成立，则对所述太阳能子***多余的热量进行储热。
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