一种发电装置及发电方法
技术领域
本发明涉及发电技术领域，具体涉及采用二氧化碳发电的装置和方法。
背景技术
能源和环境是人类社会发展面临的两大难题，目前规模使用的燃煤发电技术，存在污染环境问题，而燃气发电，且又存在消耗能源问题。
同时对于传统发电设备，在使用中，也存在发电机发热，需要散热问题。
而近来日益兴起的绿色能源发电，比如太阳能发电，虽然能解决避免污染环境、不消耗能源问题，但是普遍存在发电功率不高，发电量受环境因数影响较大，且造价昂贵的缺陷。
发明内容
为解决上述缺陷，本发明提供一种发电装置，包括管路系统、涡轮发电机组，所述管路系统与涡轮发电机组连通，流体在所述管路系统中流动，循环加压，吸收外界绿色能源热量，压力和温度达到需要的设定值后，高速喷入所述涡轮发电机组中，推动所述涡轮发电机组的涡轮叶片转动，产生电力，所述涡轮发电机组分多级设置，通过逐级减低所述流体的温度、压力，推动对应所述涡轮发电机组发电，且所述流体喷入所述涡轮发电机组的流量大小、温度和压力参数可以调节。
进一步地，所述流体为二氧化碳。
鉴于二样氧化氮具有易于获得，灭火，且比热较大等特性，流体使用二氧化碳，能达到低成本安全发电，体积紧凑的效果。
进一步地，所述涡轮发电机组为2级设置，分为第1涡轮发电机、第2涡轮发电机，通过所述管路系统的管路，依二氧化碳流向，前后顺序连通。
二级设置发电，可以达到逐级充分利用二氧化碳的压力、温度差，进行发电的效果。
进一步地，通过第1可调喷口，喷入所述第1涡轮发电机，推动所述第1涡轮发电机涡轮叶片转动，二氧化碳温度为60～100℃，压力为10～25.8MPa。
超临界状态下二氧化碳，温度为60～100℃，压力为10～25.8MPa，通过第1可调喷口，喷入，并推动第1涡轮发电机涡轮叶片转动发电，由于此时二氧化碳处于超临界状态，兼有流体、气体特性，因此流阻较低，能量密度较大，能达到结构紧凑、推动涡轮叶片转动时的，能量损耗较少的效果，同时，由于喷口可调，能调节流量大小、温度及压力值，也能达到调节所需要发电量的效果。
进一步地，流出所述第1涡轮发电机，通过第2可调喷口，喷入所述第2涡轮发电机中，推动所述第2涡轮发电机涡轮叶片转动，二氧化碳温度为40～45℃，压力为7.5～8MPa。
完成推动所述第1涡轮发电机发电后，只消耗二氧化碳一部分能量，此时二氧化碳温度为40～45℃，压力为8MPa，还处于超临界状态，能达到继续利用其超临界特性，进行发电的效果，同时，由于喷口可调，能调节流量大小、温度及压力值，也能达到调节所需要发电量的效果。
进一步地，流出所述第2涡轮发电机，二氧化碳温度为-55～-20℃，压力为0.5～1MPa，通过绝热通道，经过第1级压缩器压缩后，进入第1吸热器，通过所述第1级压缩器，控制所述第1吸热器中二氧化碳压力保持在7.38～7.5MPa，并通过所述第1吸热器，吸收需要降温的使用环境中的热量，使得二氧化碳的温度控制在33～35℃。
流出所述第2涡轮发电机，二氧化碳温度为-55～-20℃，压力为0.5～1MPa，二氧化碳充分吸收热量，释放剩余的能量进行2级发电，从超临界状态变为气态，或者气液混合状态，能到到吸收发电机发电的散热，充分利用能源，且保证发电机组可靠运行的效果；此外，控制第1吸热器中二氧化碳的温度33℃，压力7.5MPa，能达到使得二氧化碳重新处于超临界状态，便于压缩、输送的效果。
进一步地，流出所述第1吸热器的二氧化碳，继续经过第2级压缩器压缩，继续提高压力，压力控制在10～25.8MPa，进入第2吸热器中，吸收外界绿色能源热量，继续升高温度，温度控制在60～100℃，在所述第2吸热器中存储，并循环流出，推动所述涡轮发电机组持续发电。
设置第2吸热器，利用吸热器较大的体积空间，能达到可减少所储存二氧化碳温度、压力波动，稳定流出的效果。
进一步地，提供外界绿色能源热量的是太阳能热水器，载热剂在所述太阳能热水器的换热器中循环流动，吸收太阳热量后，温度控制在100～150℃，并循环流入所述2吸热器中，释放热量给二氧化碳。
设置太阳能热水器，可通过太阳照射能量，加热载热剂，能达到充分利用绿色能源的效果。
进一步地，所述载热剂为导热油，所述太阳能热水器内置辅助电热管。
载热剂为液态水，压力值控制在7.8～9MPa，能达到水温控制在300～500℃，便于加热二氧化碳的效果；另外，设置辅助电热管，能达到发热量不够时，可通过辅助电热管提供热量，从而稳定保证载热剂温度控制在300～500℃，稳定加热二氧化碳的效果。
本发明还提供一种利用上述技术方案的发电方法，包括以下步骤：
首先，温度为60～100℃，压力为10～25.8MPa的高温高压的二氧化碳，通过第1可调喷口，喷入所述第1涡轮发电机中，推动所述第1涡轮发电机涡轮叶片转动，从而带动所述第1涡轮发电机发电；
其次，推动所述第1涡轮发电机涡轮叶片转动，二氧化碳体积膨胀，温度降低到40～45℃，压力降低为7.5～8MPa，此时，二氧化碳继续通过第2可调喷口，喷入所述第2涡轮发电机中，推动所述第2涡轮发电机涡轮叶片转动，继续发电，二氧化碳体积继续膨胀，温度降低为-55～-20℃，压力降低为0.5～1MPa；
再次，充分膨胀，释放热量，并推动所述涡轮发电机机组发电所消耗动力的二氧化碳，通过绝热通道，流入所述第1级压缩器，压缩二氧化碳，压力提高为7.38～7.5MPa，进入所述第1吸热器中，并通过所述第1吸热器，吸收需要降温的使用环境中的热量，使得二氧化碳的温度升至33～35℃；
最后，在所述第1吸热器中流动的二氧化碳，吸收热量后，流出所述第1吸热器，并继续流入所述第2级压缩器，经过所述第2级压缩压缩，压力继续升高至10～25.8MPa，进入所述第2吸热器中，在所述第2吸热器中，吸收外界外界绿色能源热量，温度升高为60～100℃，在所述第2吸热器中存储，并循环流出，推动所述涡轮发电机组持续发电。
采用本技术方案，利用超临界状态下的二氧化碳，吸收外界外界绿色能源热量，造成压力、温度的物理参数发生变化，所产生的温度和压力差，推动涡轮发电机组发电，第1，可达到充分利用绿色能源，对环境无污染发电的效果，第2，由于通过二氧化碳作为媒介，吸收外界热量，进行发电，受外界因素影响小，能达到稳定发电的效果；第3，二氧化碳可以较为廉价获得，且可以根据二氧化碳的输送量大小来控制发电功率，因此也能成本较为低廉的，达到所需要的较大发电功率的效果，第4，由于采取二氧化碳推动涡轮发电设备发电，在推动设备发电过程中，吸收发电机发电时，所产生热量，因此也能达到有效回收热量，减低损耗的效果。
附图说明
图1为本发明工作原理图。
图中，1-太阳能热水器、11-太阳、12-换热器、13-载热剂管路、2-第2吸热器、21-第2吸热器换热管、3-涡轮发电机组、31-第1涡轮发电机、311-第1可调喷口、312-第2可调喷口、32-第2涡轮发电机、321-第2涡轮发电机出口、322-绝热通道、4-第1级压缩器、5-第1吸热器、6-第2级压缩器、7-管路系统。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本申请的技术方案进行详细的介绍说明。
如图1所示，一种发电装置，包括涡轮发电机组3、管路系统7，管路系统7与涡轮发电机组3连通，流体在管路系统7中流动，循环加压，吸收外界绿色能源热量，压力和温度达到需要的设定值后，高速喷入涡轮发电机组3中，推动所述涡轮发电机组3的涡轮叶片转动，产生电力，涡轮发电机组3分多级设置，通过逐级减低流体的温度、压力，推动对应涡轮发电机组3发电，且流体喷入涡轮发电机组3的流量大小、温度和压力参数可以调节。
管路系统7的管路，按照流体流动方向，顺序与第2吸热器2、第1可调喷口311、第1涡轮发电机31、第2可调喷口312、第2涡轮发电机32、第1级压缩器4、第1吸热器5、第2级压缩器6连通，形成一个封闭式循环管路系统。
第1可调喷口311、第2可调喷口312，可通过改变流通截面方式，达到调节流量大小、温度和压力参数值目的，比如在喷口中部位置设置阀门，通过调节设置在第1可调喷口311、第2可调喷口31内部阀片的转动角度，改变流通截面，或者，直接改变第1可调喷口311、第2可调喷口312的出口开启度大小来实现所需要的调节，也可以采取其它方式予以实现，保证根据所需要的发电量，通过第1可调喷口311，调节进入第1涡轮发电机31的二氧化碳所需要的流量、温度和压力参数值；通过第2可调喷口312，调节进入第2涡轮发电机32的二氧化碳所需要的流量、温度和压力参数值。
为解决低成本安全发电，体积紧凑的问题，优选地，流体为二氧化碳。
在实际使用中，除二氧化碳外，还可以采取其它流体工质，如氮气、氧气、氢气、空气、制冷剂等。
为解决充分利用二氧化碳的压力、温度差，进行发电，优选地，涡轮发电机组3分为2级设置，为第1涡轮发电机31、第2涡轮发电机32，通过管路系统7的管路，依二氧化碳流向，前后顺序连通。
涡轮发电机组3分为2级设置，主要考虑逐级利用处于超临界状态下的二氧化碳的压力、温度差所蕴含的能量，逐级推动第1涡轮发电机31、第2涡轮发电机32发电，逐级方式可以保证二氧化碳缓慢地充分膨胀，能量得到充分释放及利用，避免突然膨胀所带来的的能量损失，在实际使用中，根据所需要的发电规模，可以采取其它级数设置，较佳的设置为2～6级，或者，涡轮发电机组3也可以无级调节设置，将多级设置集成为一整体，根据实际需要，在1～6级范围内，无级自动切换调节，以满足实际发电量需要，这样发电效率会更高。
为解决利用二氧化碳发电过程中，需要更低的流阻，更高的能量密度，结构更紧凑、能量损耗较少，以及控制所需要的发电量问题，优选地，通过第1可调喷口311，喷入所述第1涡轮发电机，推动所述第1涡轮发电机涡轮叶片转动，二氧化碳温度为60～100℃，压力为10～25.8Mpa。
上述温度、压力条件下，二氧化碳具有超临界状态下特性，且所控制的压力、温度值，能充分满足用于推动第1涡轮发电机31、第2涡轮发电机32进行发电时，所需要的能量及损耗，同时，通过第1可调喷口311，控制二氧化碳的流量、温度和压力大小，达到控制第1涡轮发电机31的发电量，满足使用需求。
温度为60～100℃，压力为10～25.8MPa的超临界二氧化碳，在第1涡轮发电机31中推动涡轮叶片转动发电后，膨胀，吸收第1涡轮发电机31的热量，降低第1涡轮发电机31发电时所产生的热量，不但这部分热量得到有效回收利用，而且提高了第1涡轮发电机31的运行可靠性，此时二氧化碳温度降低到40～45℃，压力降低到7.5～8MPa。
为解决推动第2涡轮发电机32发电过程中，利用二氧化碳超临界特性，继续高效率发电问题，优选地，流出第1涡轮发电机31，通过第2可调喷口312，喷入第2涡轮发电机32，推动第2涡轮发电机32涡轮叶片转动，二氧化碳此时温度为40～45℃，压力为7.5～8MPa。
二氧化碳温度为40～45℃，压力为7.5～8MPa，基本上接近二氧化碳的超临界状态温度和压力的下限值（温度33.1℃、7.39MPa），可以继续利用利用二氧化碳超临界特性 ，推动第2涡轮发电机32发电。
二氧化碳完成推动第2涡轮发电机32发电后，继续吸收第2涡轮发电机32的热量，温度减低为-55～-20℃，压力降低为0.5～1MPaMPa，此时二氧化碳处于气态，或者气液混合状态，不再处于超临界状态。
为解决恢复二氧化碳的温度再次处于超临界状态，便于压缩、输送问题，优选地，流出第2涡轮发电机32，液态二氧化碳温度为-55～-20℃，压力为0.5～1MPaMPa，流出第2涡轮发电机出口321后，通过绝热通道322，进入第1级压缩器4，经过第1级压缩器4压缩后，通过管路系统7，进入第1吸热器5中，通过第1级压缩器4，控制流入第1吸热器7中二氧化碳压力保持在7.38～7.5MPa，并通过第1吸热器5，吸收需要降温的使用环境中的热量，使得二氧化碳的温度控制在33～35℃，此时，二氧化碳重新处于超临界状态。
为解决继续提高超临界二氧化碳的温度和压力问题，优选地，流出第1吸热器5的二氧化碳，经过管路系统7，进入第2级压缩器6压缩，继续提高压力，压力控制在10～25.8MPa，然后再经过管路系统7，进入内置在第2吸热器2中的第2吸热器换热管21，吸收外界绿色能源热量，继续升高温度，温度控制在60～100℃，并在第2吸热器2中存储，并循环流出，推动涡轮发电机组3持续发电。
为解决可靠、稳定利用外界外界绿色能源的问题，优选地，提供外界绿色能源热量的是太阳能热水器1，载热剂在换热器12中流动，吸收太阳11热量后，温度控制在100～150℃，并通过载热剂管路13，循环流入第2吸热器2中，释放热量给通过管路系统7流入内置在第2吸热器2中，第2吸热器换热管21中流动的二氧化碳，以升高二氧化碳的温度到60～100℃。
外界绿色能源采用太阳能热水器1，基于该项技术简单、成熟可靠，能保证可靠、稳定的提供热量加热二氧化碳，此外，也可以选择其它外界绿色能源，如风能、潮汐能等，单独或者与太阳能混合使用，通过所提供的电力，循环加热载热剂，给二氧化碳加热。
为考虑到太阳能热水器1能昼夜正常工作，还可以设置蓄能装置，有太阳时，直接加热载热剂，多余能量通过蓄能装置蓄能储存，无太阳，或者太阳光较弱时，可用过蓄能装置提供电力，循环加热载热剂，给二氧化碳加热。
为解决载热剂便于廉价获得，同时，为解决加热二氧化碳所需要热量不够问题，保证加热二氧化碳的温度，优选地，载热剂为导热油，换热器12内置辅助电热管，设置辅助电热管，起到补充热量，或者单独加热二氧化碳的作用。
载热剂除导热油外，还可以选择其它物质，比如水等，由于在载热剂管路13中流动的载热剂温度需要控制在100～150℃，如果采用水，则在常压下可变为水蒸气，直接给在第2吸热器换热管21中流动的二氧化碳加热，保证二氧化碳温度控制在60～100℃。
实际使用中，作为发电动力源的超临界二氧化碳温度，第1级控制在60～100℃，可以根据实际发电量大小，选择60℃，或者100℃，或者中间值，而压力值10～25.8MPa选择，选择也是如此；对于第2级二氧化碳温度为40～45℃，压力为7.5～8MPa，选择也同上。
流出第2涡轮发电机32的二氧化碳，温度减低为-55～-20℃，压力降低为0.5～1MPa，可根据实际发电，及气候条件的情况，把温度控制在-55℃，或者-20℃，或者中间值，压力值的控制也是如此，比如冬天发电，温度和压力值可选较低值，通过第1级压缩器4压缩的二氧化碳，主要目的是的二氧化碳进入超临界状态即可，相关温度及压力值，可以根据压缩气体量大小，气候条件，温度可以选择的33℃，或者35℃等，压力选择7.38MPa、或者7.5MPa；完成第1级压缩，变为超临界状态后，可通过第2级压缩器6，继续提高已经处于超临界状态的二氧化碳的温度和压力值，温度可以控制在60℃，或者100℃等，压力可选择10MPa、或者25.8MPa，最终作为发电动力源使用，大小根据所需要控制发电量大小来定。
本发明所涉及的压力值，均指相对压力值，即表压力值。
以上仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
