專利名稱：：從熱源產(chǎn)生電力的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種從熱源產(chǎn)生電力(power)的方法和系統(tǒng)，具體涉及一種從地熱熱源產(chǎn)生電力的方法和系統(tǒng)。本發(fā)明主要開發(fā)用于從地熱熱源產(chǎn)生電力，并將在下文中參照該應(yīng)用進行描述。但是，可以理解本發(fā)明并不限于該具體的應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：在本說明書中，所有對于現(xiàn)有技術(shù)的討論并不承認該現(xiàn)有技術(shù)在本領(lǐng)域中是廣泛己知的或者形成了常規(guī)技術(shù)的一部分。對于礦物燃料消耗和降低溫室氣體的逐漸關(guān)注產(chǎn)生了對于最大化電力產(chǎn)生效率和可再生能源的研究和發(fā)展。一種可再生能源是地熱能源，它得自儲存在地球深處的熱能。當提高電力產(chǎn)生效率成為所有能源的常規(guī)考慮時，對于地熱電力工廠就產(chǎn)生了特別的興趣。從地熱能源產(chǎn)生電力基本上涉及從貯池(reservoir)提取地熱流體(fluid)并將存儲在所述地熱流體中的熱能轉(zhuǎn)換為機械功，然后轉(zhuǎn)換為電。常規(guī)地熱電力循環(huán)一般可分成非冷凝直接蒸汽循環(huán)、冷凝直接蒸汽循環(huán)(單閃點(Hash)和雙閃點)、二元循環(huán)和結(jié)合(combined)循環(huán)。所有的循環(huán)(除了冷凝直接蒸汽循環(huán))使用工作流體與地熱熱源交換熱量，并驅(qū)動渦輪產(chǎn)生電力。冷凝直接蒸汽循環(huán)局限于干蒸汽地熱貯池，如熱水和水干巖貯池，它相比于其它地熱貯池是非常稀缺的。但是，這些常規(guī)電力循環(huán)都初始設(shè)計成由礦物燃料大規(guī)模生成電力，其中對于熱交換來說可得到更高溫度的源。因此，在這些常規(guī)電力循環(huán)中，工作流體的蒸發(fā)和冷凝都在恒定溫度進行。在地熱源的環(huán)境中，這導致在熱力學循環(huán)的熱加入或者注入過程中，工作流體和地熱熱源之間產(chǎn)生較大的溫度錯配。例如，在二元循環(huán)中，主熱交換器中的工作流體和地熱流體之間的溫度差可高達80-IO(TC。根據(jù)熱力學，熱交換過程中的較大溫度差可提高電力循環(huán)中的熵，從而降低熱交換過程的效率，特別是關(guān)于有效能(有效性)的第二定律效率，導致用于發(fā)電的能量回收較差。為了解決該問題，加里娜(Kalina)循環(huán)利用了氨和水的多組分共沸物作為其工作流體，并使用了其它吸收和蒸餾設(shè)備以在循環(huán)的低溫末端重新形成所述混合物。所述多組分工作流體在蒸發(fā)過程中具有可變的相變溫度，這樣工作流體的蒸發(fā)就會一定溫度范圍內(nèi)進行。因此，所述混合物的溫度可更匹配所述地熱流體的溫度，從而提高回收的熱能的量，并使循環(huán)中的熵最小，從而相比基于礦物燃料的發(fā)電提高低溫應(yīng)用的熱交換過程的效率，例如地熱熱源。加里娜循環(huán)的不足在于加入到循環(huán)中的吸收和蒸餾設(shè)備進一步提高了系統(tǒng)的復雜性，并且相比其它類型的電廠明顯提高了設(shè)備安裝成本。此外，加里娜循環(huán)對于氨-水混合物的壓力和組成具有高的選擇性，從而限制了循環(huán)在整個地熱貯池溫度的可能范圍內(nèi)的運行，以及將下限有效地設(shè)定在深處地熱熱源可進行商業(yè)化的最小溫度。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明一方面提供了一種從熱源產(chǎn)生電力的方法，所述方法包括壓縮工作流體以提高其溫度；在所述工作流體和所述熱源之間交換熱量，以使所述工作流體過熱；膨脹所述過熱的工作流體以驅(qū)動渦輪，從而降低其溫度；冷凝所述工作流體以進一步降低其溫度；以及將所述工作流體返回到所述壓縮步驟，所述方法還包括再生所述工作流體的熱量的步驟，其中，在所述壓縮步驟和所述熱交換步驟之間流動的工作流體與在所述膨脹步驟和所述冷凝步驟之間流動的工作流體進行熱交換，在所述工作流體的飽和曲線(dome)上方的超臨界區(qū)域內(nèi)以熱力學循環(huán)進行所述步驟，所述熱量再生步驟在等焓條件下進行以引起連續(xù)熱交換。本發(fā)明另一方面提供了一種從熱源產(chǎn)生電力的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于壓縮工作流體以提高其溫度的壓縮機；流體連接到所述壓縮機和所述熱源的第一熱交換器，以在所述工作流體和所述熱源之間進行熱交換，從而使所述工作流體過熱；流體連接到所述第一熱交換器以膨脹所述過熱的工作流體、從而降低其溫度的渦輪；冷凝所述工作流體以降低其溫度的第二熱交換器，所述第二熱交換器可流體連接到所述渦輪和所述壓縮機上；以及熱量再生器，所述再生器可流體互連在所述壓縮機和所述第一熱交換器之間，以在進入所述第一熱交換器之前預(yù)熱所述工作流體，并且所述再生器可流體互連在所述渦輪和所述第二熱交換器之間，以在離開所述渦輪之后冷卻所述工作流體，其中，所述壓縮機和所述第一熱交換器之間流動的工作流體與所述渦輪和所述冷凝器之間流動的工作流體進行熱交換，所述系統(tǒng)在所述工作流體的飽和曲線上方的超臨界區(qū)域內(nèi)以熱力學循環(huán)進行操作，所述再生器在等焓條件下進行操作以引起連續(xù)熱交換。較好地，控制所述熱量再生步驟中的溫度以保持所述等焓條件。較好地，所述熱量再生步驟包括控制所述壓縮步驟和所述熱交換步驟之間流動的工作流體以及所述膨脹步驟和所述冷凝步驟之間流動的工作流體中的至少一種的溫度。較好地，所述熱量再生步驟中的溫度使得Ah/AT^0，其中Ah是所述壓縮步驟和所述熱交換步驟之間流動的工作流體與所述膨脹步驟和所述冷凝步驟之間流動的工作流體之間的焓差，AT是所述工作流體之間的溫度差。較好地，所述方法還包括監(jiān)測所述熱量再生步驟中的溫度的步驟。較好地，所述熱量再生步驟包括控制所述壓縮步驟和所述熱交換步驟之間流動的工作流體與所述膨脹步驟和所述冷凝步驟之間流動的工作流體中的至少一種的壓力，以響應(yīng)所述溫度監(jiān)測步驟，從而控制所述至少一種工作流體的溫度。較好地，控制所述熱量再生步驟中的壓力以保持所述等焓條件。較好地，所述熱量再生步驟包括控制所述壓縮步驟和所述熱交換步驟之間流動的工作流體與所述膨脹步驟和所述冷凝步驟之間流動的工作流體中的至少一種的壓力。較好地，所述熱量再生步驟包括控制所述壓縮步驟和所述熱交換步驟之間流動的工作流體的壓力。較好地，所述熱量再生步驟包括控制所述至少一種工作流體的上游壓力，以引起下游溫度的變化。較好地，所述熱量再生器包括控制所述熱量再生器中的溫度的裝置，以保持所述等焓條件。較好地，所述溫度控制裝置控制所述壓縮機和所述第一熱交換器之間流動的工作流體與所述渦輪和所述冷凝器之間流動的工作流體中的至少一種的溫度。較好地，所述熱量再生器中的溫度使得Ah/AT^0，其中，Ah是所述壓縮機和所述第一熱交換器之間流動的工作流體與所述渦輪和所述冷凝器之間流動的工作流體的焓差，AT是所述工作流體之間的溫度差。較好地，所述系統(tǒng)包括監(jiān)測所述再生器中溫度的裝置。較好地，所述溫度監(jiān)測裝置包括一個或多個位于所述再生器中的熱電偶。較好地，所述再生器包括控制所述壓縮機和所述第一熱交換器之間流動的工作流體與所述渦輪和所述冷凝器之間流動的工作流體中的至少一種的壓力，以響應(yīng)所述溫度監(jiān)測裝置，從而控制所述至少一種工作流體的溫度。較好地，所述系統(tǒng)包括控制所述再生器中壓力的裝置，以保持所述等焓條件。較好地，所述壓力控制裝置控制所述壓縮機和所述第一熱交換器之間流動的工作流體與所述渦輪和所述冷凝器之間流動的工作流體中至少一種的壓力。較好地，所述壓力控制裝置控制所述壓縮機和所述第一熱交換器之間流動的工作流體的壓力。較好地，所述壓力控制裝置控制所述至少一種工作流體的上游壓力，以引起下游溫度的變化。較好地，所述壓力控制裝置包括至少一個或多個閥門，以控制所述至少一種工作流體的壓力。較好地，所述閥門是節(jié)流閥門。較好地，所述方法和系統(tǒng)中使用的工作壓力大于所述工作流體的臨界點。較好地，所述工作壓力小于30MPa。較好地是，所述工作壓力小于15MPa。較好地'所述工作壓力在8-12MPa之間。較好地，所述方法和系統(tǒng)中所用的工作溫度在100-200。C之間。較好地，所述工作流體具有3.3MPa到7.5MPa的臨界壓力。較好地，所述工作流體具有30-20(TC的臨界溫度。較好地是，所述工作流體由單組分組成?；蛘?，如果需要的話，也可以使用多組分工作流體。較好地，所述工作流體包括二氧化碳、正戊垸(C5H12)、HFC-245ca(CF2H-CF2CFH2)、HFC-245fa(CF3-CH2-CF2H)、HFC-134a(CH2F-CF3)、制冷劑125和五氟乙垸(F線F)。較好地，所述熱源包括地熱熱源或者廢物熱源。較好地，所述地熱熱源包括熱干巖(hot-dry-rock)貯池或熱水貯池。或者，所述廢物熱源包括來自常規(guī)電站(包括燃燒煤、泥煤、油、氣或其它礦物燃料的電站)的冷卻水或廢物蒸汽。以下將參照下述附圖，僅通過實施例描述本閥門的較好實施方式，其中圖1是工作流體的溫度-熵相圖2是描述蘭金循環(huán)的溫度-熵相圖3是描述本發(fā)明第一實施方式中的方法的溫度-熵相圖；圖4是根據(jù)所述第一實施方式的系統(tǒng)的示意圖；圖5是描述純工作流體的焓相對溫度的變化的示意圖；圖6是本發(fā)明第二實施方式的系統(tǒng)的再生器的示意圖7是描述根據(jù)所述第二實施方式的方法的溫度-熵相圖。圖8是比較所述第二實施方式與常規(guī)電力循環(huán)的熱轉(zhuǎn)換效率的示意圖9是比較所述第二實施方式和常規(guī)電力循環(huán)的放熱(exergetic)效率的示意圖10是比較所述第二實施方式和常規(guī)電力循環(huán)得到的單位功(specificwork)的示意圖。具體實施例方式圖1是純工作流體的溫度(T)一熵(S)區(qū)域的相圖。在該圖中，虛線P是表示恒定壓力的等壓線。所述飽和曲線A限定了工作流體處于飽和狀態(tài)的邊界。絕大部分常規(guī)電力循環(huán)(例如圖2所示的蘭金循環(huán))在所述飽和曲線A限定的工作流體的飽和相中或者圍繞所述飽和相工作，使得與所述循環(huán)相關(guān)的任意相變都在恒定壓力和溫度下進行。這表示在飽和曲線A中的工作流體的相變過程中，損失了來自熱源的能量。相反地，本發(fā)明的實施方式通過在所述飽和曲線A上方進行工作避免了這些熱量損失。參照圖3和4，描述了本發(fā)明的一個實施方式。最佳如圖3所示，從熱源產(chǎn)生電力的方法包括壓縮工作流體以提高其溫度(狀態(tài)S4-S1)的步驟10和在所述工作流體和所述熱源之間進行熱交換以使所述工作流體過熱(狀態(tài)SI'-S2)的步驟11。在步驟12中，膨脹所述過熱的工作流體以驅(qū)動渦輪，從而降低其溫度(狀態(tài)S2-S3)。接著，在步驟13中，在返回到所述壓縮步驟10之前，冷凝所述工作流體以進一步降低其溫度(S3，-S4)。所述方法還包括熱量再生步驟14，其中，在所述壓縮步驟10和所述熱量交換步驟11(狀態(tài)S1-Sl，)之間流動的工作流體與在所述壓縮步驟12和所述冷凝步驟13(狀態(tài)S3-S3，)之間流動的工作流體進行熱交換。因此，所述工作流體在所述壓縮步驟IO之后且在步驟11中與所述熱源進行熱交換之前進行有效預(yù)熱，并且所述工作流體在所述膨脹步驟12之后且在所述冷凝步驟13之前進行冷卻。這些步驟10到14在所述工作流體的飽和曲線A上方的超臨界區(qū)域SC中以熱力學循環(huán)(SI-SI'-S2-S3-S3'-S4)進行，所述熱量再生步驟14在等焓條件下進行以引起連續(xù)的熱交換。圖3所示的方法可在系統(tǒng)15中進行，以從熱源16產(chǎn)生電力，最佳如圖4所示。所述系統(tǒng)包括形式為進料泵(feedpump)的壓縮機17，用于壓縮工作流體以提高其溫度；以及形式為高溫熱交換器的第一熱交換器18，它可流體連接到壓縮機17和熱源16以在所述工作流體和熱源16之間進行熱交換，從而使所述工作流體過熱。渦輪19可流體連接到所述高溫熱交換器18，以膨脹所述過熱的工作流體，從而降低其溫度。形式為低溫熱交換器的第二熱交換器20可流體連接到所述渦輪19和所述壓縮機17，以冷凝所述工作流體，從而使用得自合適冷流體貯池21的較冷流體進一步降低其溫度。熱量再生器22可在所述壓縮機17和所述第一熱交換器18之間流體互連，以在進入所述高溫熱交換器之前預(yù)熱所述工作流體，并且可在所述渦輪19和所述低溫熱交換器20之間流體互連，以在離開所述渦輪19之后冷卻所述工作流體。所述熱量再生器22使用了在所述渦輪19和所述冷凝器20(蒸汽24)之間流動的"熱"工作流體，以預(yù)熱所述壓縮機16和高溫熱交換器18(蒸汽23)之間流動的"冷"工作流體。所述系統(tǒng)15在所述工作流體的飽和曲線A上方的超臨界區(qū)域SC中以熱力學循環(huán)(S1-Sl，-S2-S3-S3，-S4)進行操作，且所述再生器22在等烚條件下工作以引起連續(xù)的熱交換。所述熱力學循環(huán)(S1-Sl，-S2-S3-S3，-S4)基本上與蘭金循環(huán)相同，但是其被提升到所述工作流體的飽和曲線A上方的超臨界區(qū)域SC內(nèi)，且狀態(tài)S1-S1'和S3-S3'處于等焓條件下。通過在飽和曲線A上方的超臨界區(qū)域SC中進行整個熱力學循環(huán)12(SI-Sl，-S2-S3-S3'-S4)，該完全超臨界方法減少了與高溫熱交換器18和低溫熱交換器20相關(guān)的效率損失。即，在狀態(tài)SI-Sl，-S2和S3-S3，-S4中，所述工作流體是過熱的，且可在可變溫度而不是如常規(guī)電力循環(huán)一樣在恒定溫度下冷凝。這使此，降低了所述熱力學循環(huán)(SI-Sl，-S2-S3-S3，-S4)中的熵，并提高了能量轉(zhuǎn)換效率。另外，所述熱量再生器22從而降低了由壓縮機17操作的加熱過程所需的能量，由此提高了所述工作流體的飽和曲線A上方的超臨界區(qū)域SC中的熱力學循環(huán)(S1-S1，-S2-S3-S3，-S4)的效率。此外，由于所述熱量再生步驟14是在等焓條件下進行的，總是存在溫度梯度，用作再生器22中工作流體的平行蒸汽23和24之間的連續(xù)熱交換的驅(qū)動力。在等焓條件下進行再生步驟的重要性較佳如圖5所示，該圖描述了對于純工作流體物質(zhì)(例如二氧化碳)在超臨界條件SC下的"冷"和"熱"工作流體蒸汽的焓差(Ah)作為溫度(T)的函數(shù)圖。所得的曲線示出了Ah/AT=0時的最大值^，其中不存在驅(qū)動所述熱交換過程的溫度梯度。因此，對于Ah，最大值點P^的存在損害了熱力學循環(huán)效率，因為它阻止了連續(xù)熱交換，從而降低了能量轉(zhuǎn)換效率。相反地，在較好的實施方式中，控制所述溫度，使得所述熱量再生步驟中的焓保持恒定；即在等焓條件下，所述溫度使得Ah/AT^0，保證在整個熱量再生步驟14中存在溫度梯度，使得流過熱量再生器22的"冷"和"熱"工作流體蒸汽23和24之間的熱交換過程連續(xù)進行。而且，來自所述方法和系統(tǒng)15的改進效率可按下述來優(yōu)化在所述工作流體的臨界點之上的壓力下進行操作。因此，通過選擇合適類型的工作流體，所述系統(tǒng)15可在所需的壓力范圍內(nèi)進行操作，從而滿足運行成本或安全要求方面的所有限制。在本文中，所述方法和系統(tǒng)中所用的工作壓力較好小于15MPa，盡管工作壓力可最高達30MPa。具體地，可以發(fā)現(xiàn)8-12MPa之間的工作壓力可更好地選擇合適的工作流體。在這些較好工作壓力進行工作可將本發(fā)明的實施方式應(yīng)用到更大范圍的溫度，通常為100-200°C。高溫熱交換器的例子包括沸騰器和蒸汽發(fā)生器。合適的低溫熱交換器包括氣13冷或水冷冷凝器。可以預(yù)期的是，本發(fā)明的實施方式可應(yīng)用到大多數(shù)熱源，具體地，可用作利用來自常規(guī)燒煤電站或其它基于礦物燃料的電站(例如基于泥煤、油和氣的電站)的廢熱的"底部"循環(huán)的一部分。對于地熱熱源，本發(fā)明的一個特別優(yōu)選的實施方式如圖6和7所示，其中相應(yīng)的特征具有相同的附圖標記。該實施方式考慮到，對于地熱熱源，在超臨界區(qū)域SC中緊密接近恒定壓力線P會產(chǎn)生較小的凈電力輸出，并且最大循環(huán)溫度相比其它熱源較低。具體地說，當所述實施方式具有圖4所示的系統(tǒng)15的所有特征時，所述熱量再生器22具有溫度監(jiān)測系統(tǒng)(未示出)。所述溫度監(jiān)測系統(tǒng)包括許多位于再生器22中各個位置的熱電偶，它們操作地連接到中央處理器(CPU)。所述再生器22也包括許多安裝在渦輪19和冷凝器20之間的"熱"工作流體蒸汽24的管道27上的節(jié)流閥門26，最佳如圖6所示。所述節(jié)流閥門操作地連接到所述CPU。如圖7所示，該方法的熱力學循環(huán)可基于下述工作流體的狀態(tài)之間的過渡來描述狀態(tài)S1-S1':在熱量再生器22中等焓回收熱量狀態(tài)Sl，-S2:在高溫熱交換器18中等壓加熱狀態(tài)S2-S3，在渦輪19中膨脹以輸出功狀態(tài)S3，-S3:在熱量再生器22中等焓回收熱量狀態(tài)S3-S3":在熱量再生器22中等焓回收熱量狀態(tài)S3，，-S4:在低溫熱交換器20中等壓注入熱量狀態(tài)S4-S1:通過進料泵17提高液體形式的冷凝工作流體的壓力以下參照圖4和6詳細描述根據(jù)該實施方法的系統(tǒng)15的工作。工作流體(在該實施例中的形式為C02)以飽和(或溫和壓縮的)液體的狀態(tài)S4進入進料泵17，并壓縮到所述高溫熱交換器18的工作壓力。所述C02工作流體的溫度在該壓縮過程中由于其比容稍微改變而稍許提高。接著，C02工作流體以壓縮液體的狀態(tài)Sl進入所述熱量再生器22(其通常在與高溫熱交換器18相同的壓力下工作)，并以加熱的氣相的狀態(tài)Sl，離開。這是熱量回收過程，其中所需的熱能由以狀態(tài)S3，(稍微高于最小循環(huán)壓力)離開渦輪的熱C02工作流體提供，且變化壓力以在所述再生器22中保持等烚條件。然后，處于狀態(tài)S1'的蒸汽進入高溫熱交換器18，其中其溫度進一步提高或過熱，使得C02工作流體在以狀態(tài)S2離開時成為過熱蒸汽。提高狀態(tài)S1，和S2之間工作流體的溫度所必需的熱量由來自合適地熱熱源16的熱地熱流體提供。處于狀態(tài)S2的過熱蒸汽接著進入渦輪19，在這里它膨脹并通過旋轉(zhuǎn)所述發(fā)電機(未示出)的軸產(chǎn)生電力。在膨脹過程中，C02工作流體的壓力和溫度下降直到其達到狀態(tài)S3'。在該狀態(tài)中，C02工作流體還具有相當可觀的熱能，可通過使其經(jīng)過熱量再生器22進一步利用，以加熱處于狀態(tài)Sl的進入熱量再生器22的"冷"C02工作流體。由于相對熱和冷的C02工作流體在熱量再生器22中進行熱交換，熱C02工作流體的溫度下降到狀態(tài)S3"的溫度，冷C02工作流體的溫度上升到狀態(tài)Sl'的溫度。在再生器22中，所述節(jié)流閥門26開始時完全打開，所述熱C02蒸汽24與冷C02蒸汽23進行熱交換。當溫度監(jiān)測系統(tǒng)(例如使用一個或多個熱電偶)確定再生器22中特定區(qū)域的溫度接近Ah/AT二0處的值時，CPU向最接近的上游節(jié)流閥門(例如閥門26a)發(fā)出信號。作為響應(yīng)，所述節(jié)流閥門26a部分關(guān)閉，這樣所產(chǎn)生的壓降使"熱"工作流體蒸汽24下降到更低的壓力，從而保證所述熱量再生器22中維持等烚(狀態(tài)S3，-S3和S3-S3")，其中Ah/AT^0，且在再生器22中連續(xù)進行熱交換過程。在所述再生器22中的局部壓力調(diào)節(jié)可重復幾次(這取決于工作條件)，直到"熱"工作流體蒸汽24以狀態(tài)S3"中的最小循環(huán)壓力離開所述再生器22。在從狀態(tài)S3，(在進入再生器22時)過渡到狀態(tài)S3"(在離開再生器22時)的過程中，所述工作流體經(jīng)過狀態(tài)S3。離開熱量再生器22的熱側(cè)的處于狀態(tài)S3"的C02工作流體接著在低溫熱交換器20中通過將熱量注入來自冷介質(zhì)貯池21的冷卻介質(zhì)等壓冷凝。冷凝的C02工作流體最后離開低溫熱交換器20并進入進料泵17以完成該循環(huán)。盡管該實施方式描述為可具體適用于地熱熱源，但是它也可以用于底循環(huán)(bottomingcycle)，其中所述熱源是主電力循環(huán)的工作流體。例如，在燒煤電廠中離開主循環(huán)渦輪的低溫蒸汽。雖然在本發(fā)明的實施方式中使用二氧化碳作為工作流體，但是也可選擇其它工作流體，例如正戊烷(C5H12)、HFC-245ca(CF2H-CF2-CFH2)、HFC-245fa15(CF廣CH廠CF2H)、HFC-134a(CH2F-CF3)、制冷劑125和五氟乙烷(F4CH2F)。各工作流體的比較性質(zhì)可參見下表1。<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>表l:適合本發(fā)明的工作流體的性質(zhì)己經(jīng)發(fā)現(xiàn)其它合適的工作流體可以3.3MPa到7.5MPa之間的臨界壓力和30-200。C之間的臨界溫度使用。而且，在本發(fā)明的其它實施方式中，多組分工作流體用在所述方法和系統(tǒng)中，代替由單組分組成的工作流體。計算圖6和7的第二實施方式的熱轉(zhuǎn)換效率和放熱效率，作為生產(chǎn)和廢棄井(rejectwell)處的地熱流體之間的溫度差(AT地熱)的函數(shù)。較好實施方式的熱轉(zhuǎn)換效率和放熱效率與常規(guī)電力循環(huán)的熱轉(zhuǎn)換效率和放熱效率進行比較。所述第二實施方式選用的工作流體是二氧化碳。最佳如圖8所示，所述第二實施方式(設(shè)定為C02-RGSC)的熱轉(zhuǎn)換效率高于常規(guī)電力循環(huán)的熱轉(zhuǎn)換效率。對于所述第二實施方式，所述熱轉(zhuǎn)換效率為10%-18%，平均為16.5%。通過對比，對于常規(guī)電力循環(huán)(包括加里娜循環(huán))，熱轉(zhuǎn)換效率并沒有變化，位于11%到12%之間的常規(guī)值附近保持穩(wěn)定。同樣地，所述實施方式的放熱效率高于常規(guī)電力循環(huán)的放熱效率，因為AT地熱上升了，最佳如圖9所示。因此，圖8和9表示該實施方式的熱轉(zhuǎn)換效率和放熱效率遠優(yōu)于常規(guī)電力循環(huán)的熱轉(zhuǎn)換效率和放熱效率。提高的熱轉(zhuǎn)換效率和放熱效率表示相比常規(guī)電力循環(huán)，在該實施方式中，每單位輸入能量可產(chǎn)生更多的電力。這可由圖10所示，圖IO描述了相對于AT地熱的比系數(shù)(Wttsft)。在所述實施方式中，從所述地熱流體提取的功量(以及產(chǎn)生的電量)明顯高于所述常規(guī)電力循環(huán)，特別是當AT地熱提高時。因此，本發(fā)明的實施方式提供了從熱源(包括地熱熱源)產(chǎn)生電力的方法和系統(tǒng)，其相對常規(guī)電力循環(huán)具有提高的效率且不需要額外的設(shè)備，這些額外的設(shè)備可增加系統(tǒng)的復雜性和安裝成本?；蛘撸景l(fā)明提供了相比常規(guī)技術(shù)以較低溫度提取更多熱量的經(jīng)濟的方法，從而提高了可商業(yè)化的潛在熱源數(shù)量。在其它實施方式中，可直接控制再生步驟的溫度，而不是控制工作流體的壓力。在一個實施方式中，控制在膨脹步驟和冷凝步驟之間流動的工作流體(或者所述渦輪和所述冷凝器之間的工作流體)的溫度或壓力以維持等焓條件。盡管已經(jīng)參照具體的實施例描述本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解本發(fā)明可以許多其它形式實施。1權(quán)利要求1.一種從熱源產(chǎn)生電力的方法，所述方法包括壓縮工作流體以提高其溫度；在所述工作流體和所述熱源之間交換熱量以使所述工作流體過熱；膨脹所述過熱的工作流體以驅(qū)動渦輪，從而降低其溫度；冷凝所述工作流體以進一步降低其溫度；以及將所述工作流體返回到所述壓縮步驟，所述方法還包括再生所述工作流體的熱量的步驟，其中，在所述壓縮步驟和所述熱交換步驟之間流動的工作流體與在所述膨脹步驟和所述冷凝步驟之間流動的工作流體進行熱交換；在所述工作流體的飽和曲線上方的超臨界區(qū)域內(nèi)以熱力學循環(huán)進行所述步驟，并且所述熱量再生步驟在等焓條件下進行以引起連續(xù)熱交換。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，控制所述熱量再生步驟中的溫度以維持所述等焓條件。3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述熱量再生步驟包括控制所述壓縮步驟和所述熱交換步驟之間流動的工作流體以及所述膨脹步驟和所述冷凝步驟之間流動的工作流體中的至少一種的溫度。4.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述熱量再生步驟中的溫度使得Ah/AT#0，其中，Ah是所述壓縮步驟和所述熱交換步驟之間流動的工作流體與所述膨脹步驟和所述冷凝步驟之間流動的工作流體之間的焓差，AT是所述工作流體之間的溫度差。5.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法還包括監(jiān)測所述熱量再生步驟中的溫度的步驟。6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述熱量再生步驟包括控制所述壓縮步驟和所述熱交換步驟之間流動的工作流體以及所述膨脹步驟和所述冷凝步驟之間流動的工作流體中的至少一種的壓力，以響應(yīng)所述溫度監(jiān)測步驟，從而控制所述至少一種工作流體的溫度。7.如權(quán)利要求1到4中任一項所述的方法，其特征在于，控制所述熱量再生步驟中的壓力以保持所述等烚條件。8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述熱量再生步驟包括控制所述壓縮步驟和所述熱交換步驟之間流動的工作流體與所述膨脹步驟和所述冷凝步驟之間流動的工作流體中的至少一種的壓力。9.如權(quán)利要求6到8中任一項所述的方法，其特征在于，所述熱量再生步驟包括控制在所述壓縮步驟和所述熱交換步驟之間流動的工作流體的壓力。10.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述工作壓力大于所述工作流體的臨界點。11.如權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，所述工作壓力小于30Mpa。12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述工作壓力小于15MPa。13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述工作壓力在8-12MPa之間。14.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述工作溫度在跳200。C之間。15.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述工作流體的臨界壓力在3.3-7.5MPa之間。16.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述工作流體的臨界溫度在30-20(TC之間。17.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述工作流體由單組分組成。18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述工作流體選自二氧化碳、正戊烷(C5H12)、HFC-245ca(CF2H-CF2-CFH2)、HFC-245fa(CF3-CH2-CF2H)、HFC-134a(CH2F-CF3)、制冷劑125和五氟乙烷(F4CH2F)。19.如權(quán)利要求1到16中任一項所述的方法，其特征在于，所述工作流體是多組分工作流體。20.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述熱源包括地熱熱源或廢物熱源。21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述地熱熱源包括熱干巖貯池或熱水貯池。22.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述廢物熱源包括來自常規(guī)電站的冷卻水或廢蒸汽。23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述常規(guī)電站包括燒煤、燒泥煤、燒油、燒氣或燒其它礦物燃料的電站。24.—種從熱源產(chǎn)生電力的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于壓縮工作流體以提高其溫度的壓縮機；可流體連接到所述壓縮機和所述熱源以在所述工作流體和所述熱源之間進行熱交換從而使所述工作流體過熱的第一熱交換器；可流體連接到所述第一熱交換器以膨脹所述過熱的工作流體從而降低其溫度的渦輪；冷凝所述工作流體以進一步降低其溫度的第二熱交換器，所述第二熱交換器可流體連接到所述渦輪和所述壓縮機上；以及熱量再生器，所述熱量再生器可在所述壓縮機和所述第一熱交換器之間流體互連，從而在進入所述第一熱交換器之前預(yù)熱所述工作流體；并且所述熱量再生器可在所述渦輪和所述第二熱交換器之間流體互連，以在離開所述渦輪之后冷卻所述工作流體，其中，在所述壓縮機和所述第一熱交換器之間流動的工作流體與在所述渦輪和所述冷凝器之間流動的工作流體進行熱交換；其中，所述系統(tǒng)在所述工作流體的飽和曲線上方的超臨界區(qū)域內(nèi)以熱力學循環(huán)進行操作，并且所述再生器在等焓條件下工作以引起連續(xù)熱交換。25.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱量再生器包括控制所述熱量再生器內(nèi)的溫度以保持所述等焓條件的裝置。26.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度控制裝置控制所述壓縮機和所述第一熱交換器之間流動的工作流體以及所述渦輪和所述冷凝器之間流動的工作流體中的至少一種的溫度。27.如權(quán)利要求24到26中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱量再生器中的溫度使得Ah/AT#0，其中，Ah是所述壓縮機和所述第一熱交換器之間流動的工作流體與所述渦輪和所述冷凝器之間流動的工作流體之間的焓差，AT是所述工作流體之間的溫度差。28.如權(quán)利要求24到27中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括用于監(jiān)測所述再生器內(nèi)的溫度的裝置。29.如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度監(jiān)測裝置包括位于所述再生器內(nèi)的一個或多個熱電偶。30.如權(quán)利要求28或29所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述再生器包括用于控制所述壓縮機和所述第一熱交換器之間流動的工作流體以及所述渦輪和所述冷凝器之間流動的工作流體中的至少一種的壓力的裝置，以響應(yīng)所述溫度控制裝置，從而控制所述至少一種工作流體的溫度。31.如權(quán)利要求24到27中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱量再生器包括控制所述熱量再生器內(nèi)的壓力以保持所述等焓條件的裝置。32.如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力控制裝置控制所述壓縮機和所述第一熱交換器之間流動的工作流體以及所述渦輪和所述冷凝器之間流動的工作流體中的至少一種的壓力。33.如權(quán)利要求30到32中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力控制裝置控制所述壓縮機和所述第一熱交換器之間的工作流體的壓力。34.如權(quán)利要求30到33中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力控制裝置控制所述至少一種工作流體的上游壓力，以引起下游溫度的變化。35.如權(quán)利要求30到34中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力控制裝置包括至少一個或多個控制所述至少一種工作流體的閥門。36.如權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述閥門是節(jié)流閥。37.如權(quán)利要求24到36中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述工作壓力高于所述工作流體的臨界點。38.如權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述工作壓力小于30MPa。39.如權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述工作壓力小于15MPa。40.如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述工作壓力在8-12MPa之間。41.如權(quán)利要求24到40中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述工作溫度在100-20(TC之間。42.如權(quán)利要求24到41中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述工作流體的臨界壓力在3.3MPa到7.5MPa之間。43.如權(quán)利要求24到42中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述工作流體的臨界溫度在30-200。C之間。44.如權(quán)利要求24到43中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述工作流體由單組分組成。45.如權(quán)利要求44所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述工作流體選自二氧化碳、正戊垸(C5H12)、HFC-245ca(CF2H-CF2-CFH2)、HFC-245fa(CF3-CH2-CF2H)、HFC-134a(CH2F-CF3)、制冷劑25和五氟乙烷(F4CH2F)。46.如權(quán)利要求24到43中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述工作流體是多組分工作流體。47.如權(quán)利要求24到46中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱源包括地熱熱源或廢物熱源。48.如權(quán)利要求47所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述地熱熱源包括熱干巖貯池或熱水貯池。49.如權(quán)利要求47所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述廢物熱源包括來自常規(guī)電站的冷卻水或廢蒸汽。50.如權(quán)利要求49所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述常規(guī)電站包括燒煤、燒泥煤、燒油、燒氣或燒其它礦物燃料的電站。51.—種從熱源產(chǎn)生電力的方法，基本上如參照所附附圖和/或?qū)嵤├兴镜谋景l(fā)明實施方式中的任意一個所述。52.—種從熱源產(chǎn)生電力的系統(tǒng)，基本上如參照所附附圖和/或?qū)嵤├兴镜谋景l(fā)明實施方式中的任意一個所述。全文摘要一種從熱源產(chǎn)生電力的方法，所述方法包括壓縮(10)工作流體以提高其溫度；在所述工作流體和所述熱源之間交換(11)熱量以使所述工作流體過熱；膨脹(12)所述過熱的工作流體以驅(qū)動渦輪，從而降低其溫度；冷凝(13)所述工作流體以進一步降低其溫度；以及將所述工作流體返回到所述壓縮步驟(10)，所述方法還包括再生所述工作流體的熱量的步驟(14)，其中，在所述壓縮步驟(10)和所述熱交換步驟(11)之間流動的工作流體與在所述膨脹步驟(12)和所述冷凝步驟(13)之間流動的工作流體進行熱交換；在所述工作流體的飽和曲線(A)上方的超臨界區(qū)域(SC)內(nèi)以熱力學循環(huán)(S1-S1’-S2-S3-S3’-S4)進行所述步驟，并且所述熱量再生步驟(14)在等焓條件下進行以引起連續(xù)熱交換。還提供了從熱源產(chǎn)生電力的系統(tǒng)。文檔編號F01K25/10GK101449029SQ200780017860公開日2009年6月3日申請日期2007年5月14日優(yōu)先權(quán)日2006年5月15日發(fā)明者B·莫格塔德瑞,E·多魯?shù)缕嫔暾埲?紐卡斯爾創(chuàng)新有限公司