CN108798811A - 一种压缩超临界二氧化碳储能***及方法 - Google Patents

一种压缩超临界二氧化碳储能***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种压缩超临界二氧化碳储能***及方法，锅炉的出口与透平的入口相连通，透平的出口与回热器的高温介质入口相连通，透平与二氧化碳压缩机及发电机相联动，二氧化碳压缩机通过离合器与储能压缩机相联动，回热器的高温介质出口与冷却器的高温介质入口相连通，冷却器的高温介质出口与低压二氧化碳储罐的入口相连通，低压二氧化碳储罐的出口与二氧化碳压缩机的入口及储能压缩机的入口相连通，二氧化碳压缩机的出口经回热器的低温侧与锅炉的入口相连通，储能压缩机的出口经高压二氧化碳储罐与回热器的低温介质入口相连通，该***及方法能够实现超临界二氧化碳发电和压缩超临界二氧化碳储能的结合。

Description

一种压缩超临界二氧化碳储能***及方法
技术领域
本发明属于超临界二氧化碳储能领域，涉及一种压缩超临界二氧化碳储能***及方法。
背景技术
近年来，储能技术飞速发展。储能***可以实现大容量的热量或能量储存，在需要能量的时候再平稳的释放出来以供发电或其他利用。压缩空气储能是20世纪四、五十年代提出的储能技术，是指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将空气高压密封在报废矿井、沉降的海底储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电的储能方式。空气即使经过压缩，密度依然比较小，需要建设大型的储气装置。
利用二氧化碳代替空气作为储能的工作介质是解决上述问题的有效方法。二氧化碳是一种无毒、不易燃、密度高，临界温度(Tc＝31.1℃)较低，临界压力(Pc＝7.38MPa)适中的流体，超临界二氧化碳的密度接近液体，粘度接近气体，具有较好的流动性和传输特性，体积显著减小，利用压缩超临界二氧化碳进行储能，可以显著缩小存储***的规模，降低成本，同时应用更加灵活。目前已经公开的报道中关于压缩二氧化碳储能的大多以电动机拖动压缩机转动为主，如中国专利CN 203420754 U等，还未曾有将超临界二氧化碳发电和压缩超临界二氧化碳储能相结合的报道。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种压缩超临界二氧化碳储能***及方法，该***及方法能够实现超临界二氧化碳发电和压缩超临界二氧化碳储能的结合。
为达到上述目的，本发明所述的压缩超临界二氧化碳储能***包括锅炉、透平、发电机、回热器、冷却器、低压二氧化碳储罐、二氧化碳压缩机、储能压缩机及高压二氧化碳储罐；
锅炉的出口与透平的入口相连通，透平的出口与回热器的高温介质入口相连通，透平与二氧化碳压缩机及发电机相联动，二氧化碳压缩机通过离合器与储能压缩机相联动，回热器的高温介质出口与冷却器的高温介质入口相连通，冷却器的高温介质出口与低压二氧化碳储罐的入口相连通，低压二氧化碳储罐的出口与二氧化碳压缩机的入口及储能压缩机的入口相连通，二氧化碳压缩机的出口与回热器的低温介质入口相连通，回热器的低温介质出口与锅炉的入口相连通，储能压缩机的出口与高压二氧化碳储罐的入口相连通，高压二氧化碳储罐的出口与回热器的低温介质入口相连通。
二氧化碳压缩机与回热器之间设置有二氧化碳压缩机出口阀。
低压二氧化碳储罐与储能压缩机之间设有储能压缩机入口阀。
储能压缩机与高压二氧化碳储罐之间设有储能压缩机出口阀。
高压二氧化碳储罐与回热器之间设有高压二氧化碳储罐出口阀。
本发明所述的压缩超临界二氧化碳储能方法包括以下步骤：
正常情况下，通过离合器使二氧化碳压缩机与储能压缩机分离，关闭储能压缩机入口阀、储能压缩机出口阀及高压二氧化碳储罐出口阀，打开二氧化碳压缩机出口阀，超临界二氧化碳经锅炉加热后进入透平中做功，透平拖动二氧化碳压缩机及发电机转动，使得二氧化碳压缩机压缩二氧化碳，发电机进行发电，透平输出的超临界二氧化碳经过回热器放热后进入到冷却器中进行冷却，然后再进入到低压二氧化碳储罐中，低压二氧化碳储罐输出的超临界二氧化碳进入到二氧化碳压缩机中压缩至预设压力，再经回热器吸热后进入到锅炉中；
当需要减少发电机的发电量时，则打开储能压缩机入口阀及储能压缩机出口阀，关闭高压二氧化碳储罐出口阀，通过离合器使二氧化碳压缩机与储能压缩机全联动，储能压缩机开始工作耗功，以降低发电机的发电量，同时储能压缩机将低压二氧化碳储罐输出的超临界二氧化碳加压至预设压力后存储于高压二氧化碳储罐中；
当需要增加发电机的发电量时，则关闭储能压缩机入口阀及储能压缩机出口阀，二氧化碳压缩机与储能压缩机之间不联动，储能压缩机停止工作，打开高压二氧化碳储罐出口阀，高压二氧化碳储罐输出的高压超临界二氧化碳进入到回热器，同时逐渐减小二氧化碳压缩机出口阀的开度，保证进入回热器中的超临界二氧化碳流量不变，以降低二氧化碳压缩机输出的超临界二氧化碳流量，从而降低二氧化碳压缩机的功耗，进而提高发电机的发电量。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的压缩超临界二氧化碳储能***及方法在具体操作时，通过透平拖动二氧化碳压缩机及发电机工作，通过二氧化碳压缩机对低压二氧化碳储罐输出的超临界二氧化碳进行加压，然后进入到回热器中，回热器输出的超临界二氧化碳经锅炉中加热后进入到透平中做功，透平输出的超临界二氧化碳经放热后进入到低压二氧化碳储罐中；当需要减少发电机的发电量时，则使得储能压缩机工作，通过储能压缩机对低压二氧化碳储罐输出的低压二氧化碳进行加压，然后储存于高压二氧化碳储罐中，通过储能压缩机进行耗功，以减少发电机的发电量，同时将能量储存于高压二氧化碳储罐中的高压超临界二氧化碳中；当需要增加发电机的发电量时，则将高压二氧化碳储罐中的高压超临界二氧化碳输出至超临界二氧化碳的流通回路中，同时减少流经二氧化碳压缩机的超临界二氧化碳流量，以减少功耗，从而提高发电机的发电量，进而实现超临界二氧化碳发电与压缩超临界二氧化碳储能的有机结合。同时需要说明的是，本发明中的储能工质与发电工质相同，发电***与储能***可以耦合在一起，直接利用透平拖动储能压缩机工作，省去传统技术中用于带动压缩空气储能***工作的电动机。另外，需要说明的是，本发明在用电低谷期，通过储能压缩机压缩超临界二氧化碳以消耗透平的做功，从而可以保持锅炉内燃料的量，保证锅炉内燃料稳定燃烧，在用电高峰期，所需多余的发电量，通过高压二氧化碳释放能量得到。
附图说明
图1本发明的结构示意图。
其中，1为锅炉、2为透平、3为发电机、4为回热器、5为冷却器、6为低压二氧化碳储罐、7为二氧化碳压缩机、8为二氧化碳压缩机出口阀、9为储能压缩机入口阀、10为储能压缩机、11为离合器、12为储能压缩机出口阀、13为高压二氧化碳储罐、14为高压二氧化碳储罐出口阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1所示，本发明所述的压缩超临界二氧化碳储能***包括锅炉1、透平2、发电机3、回热器4、冷却器5、低压二氧化碳储罐6、二氧化碳压缩机7、储能压缩机10及高压二氧化碳储罐13；锅炉1的出口与透平2的入口相连通，透平2的出口与回热器4的高温介质入口相连通，透平2与二氧化碳压缩机7及发电机3相联动，二氧化碳压缩机7通过离合器11与储能压缩机10相联动，回热器4的高温介质出口与冷却器5的高温介质入口相连通，冷却器5的高温介质出口与低压二氧化碳储罐6的入口相连通，低压二氧化碳储罐6的出口与二氧化碳压缩机7的入口及储能压缩机10的入口相连通，二氧化碳压缩机7的出口与回热器4的低温介质入口相连通，回热器4的低温介质出口与锅炉1的入口相连通，储能压缩机10的出口与高压二氧化碳储罐13的入口相连通，高压二氧化碳储罐13的出口与回热器4的低温介质入口相连通。
二氧化碳压缩机7与回热器4之间设置有二氧化碳压缩机出口阀8；低压二氧化碳储罐6与储能压缩机10之间设有储能压缩机入口阀9；储能压缩机10与高压二氧化碳储罐13之间设有储能压缩机出口阀12；高压二氧化碳储罐13与回热器4之间设有高压二氧化碳储罐出口阀14。
本发明所述的压缩超临界二氧化碳储能方法包括以下步骤：
正常情况下，通过离合器11使二氧化碳压缩机7与储能压缩机10分离，关闭储能压缩机入口阀9、储能压缩机出口阀12及高压二氧化碳储罐出口阀14，打开二氧化碳压缩机出口阀8，超临界二氧化碳经锅炉1加热后进入透平2中做功，透平2拖动二氧化碳压缩机7及发电机3转动，使得二氧化碳压缩机7压缩二氧化碳，发电机3进行发电，透平2输出的超临界二氧化碳经过回热器4放热后进入到冷却器5中进行冷却，然后再进入到低压二氧化碳储罐6中，低压二氧化碳储罐6输出的超临界二氧化碳进入到二氧化碳压缩机7中压缩至预设压力，再经回热器4吸热后进入到锅炉1中；
当需要减少发电机3的发电量时，则打开储能压缩机入口阀9及储能压缩机出口阀12，关闭高压二氧化碳储罐出口阀14，通过离合器11使二氧化碳压缩机7与储能压缩机10全联动，储能压缩机10开始工作耗功，以降低发电机3的发电量，同时储能压缩机10将低压二氧化碳储罐6输出的超临界二氧化碳加压至预设压力后存储于高压二氧化碳储罐13中；
当需要增加发电机3的发电量时，则关闭储能压缩机入口阀9及储能压缩机出口阀12，二氧化碳压缩机7与储能压缩机10之间不联动，储能压缩机10停止工作，打开高压二氧化碳储罐出口阀14，高压二氧化碳储罐13输出的高压超临界二氧化碳进入到回热器4，同时逐渐减小二氧化碳压缩机出口阀8的开度，保证进入回热器4中的超临界二氧化碳流量不变，以降低二氧化碳压缩机7输出的超临界二氧化碳流量，从而降低二氧化碳压缩机7的功耗，进而提高发电机3的发电量。
需要指出的是，上述实施例只为说明本发明的技术构思和特点，具体的实施方法，如锅炉1的类型、二氧化碳压缩机7及储能压缩机10之间的联动类型等等仍可进行修改和改进，但都不会由此而背离权利要求书中所规定的本发明的范围和基本精神。

Claims (6)

1.一种压缩超临界二氧化碳储能***，其特征在于，包括锅炉(1)、透平(2)、发电机(3)、回热器(4)、冷却器(5)、低压二氧化碳储罐(6)、二氧化碳压缩机(7)、储能压缩机(10)及高压二氧化碳储罐(13)；
锅炉(1)的出口与透平(2)的入口相连通，透平(2)的出口与回热器(4)的高温介质入口相连通，透平(2)与二氧化碳压缩机(7)及发电机(3)相联动，二氧化碳压缩机(7)通过离合器(11)与储能压缩机(10)相联动，回热器(4)的高温介质出口与冷却器(5)的高温介质入口相连通，冷却器(5)的高温介质出口与低压二氧化碳储罐(6)的入口相连通，低压二氧化碳储罐(6)的出口与二氧化碳压缩机(7)的入口及储能压缩机(10)的入口相连通，二氧化碳压缩机(7)的出口与回热器(4)的低温介质入口相连通，回热器(4)的低温介质出口与锅炉(1)的入口相连通，储能压缩机(10)的出口与高压二氧化碳储罐(13)的入口相连通，高压二氧化碳储罐(13)的出口与回热器(4)的低温介质入口相连通。
2.根据权利要求1所述的压缩超临界二氧化碳储能***，其特征在于，二氧化碳压缩机(7)与回热器(4)之间设置有二氧化碳压缩机出口阀(8)。
3.根据权利要求2所述的压缩超临界二氧化碳储能***，其特征在于，低压二氧化碳储罐(6)与储能压缩机(10)之间设有储能压缩机入口阀(9)。
4.根据权利要求3所述的压缩超临界二氧化碳储能***，其特征在于，储能压缩机(10)与高压二氧化碳储罐(13)之间设有储能压缩机出口阀(12)。
5.根据权利要求4所述的压缩超临界二氧化碳储能***，其特征在于，高压二氧化碳储罐(13)与回热器(4)之间设有高压二氧化碳储罐出口阀(14)。
6.一种压缩超临界二氧化碳储能方法，其特征在于，根据权利要求5所述的压缩超临界二氧化碳储能***，包括以下步骤：
正常情况下，通过离合器(11)使二氧化碳压缩机(7)与储能压缩机(10)分离，关闭储能压缩机入口阀(9)、储能压缩机出口阀(12)及高压二氧化碳储罐出口阀(14)，打开二氧化碳压缩机出口阀(8)，超临界二氧化碳经锅炉(1)加热后进入透平(2)中做功，透平(2)拖动二氧化碳压缩机(7)及发电机(3)转动，使得二氧化碳压缩机(7)压缩二氧化碳，发电机(3)进行发电，透平(2)输出的超临界二氧化碳经过回热器(4)放热后进入到冷却器(5中进行冷却，然后再进入到低压二氧化碳储罐(6)中，低压二氧化碳储罐(6)输出的超临界二氧化碳进入到二氧化碳压缩机(7)中压缩至预设压力，再经回热器(4)吸热后进入到锅炉(1)中；
当需要减少发电机(3)的发电量时，则打开储能压缩机入口阀(9)及储能压缩机出口阀(12)，关闭高压二氧化碳储罐出口阀(14)，通过离合器(11)使二氧化碳压缩机(7)与储能压缩机(10)全联动，储能压缩机(10)开始工作耗功，以降低发电机(3)的发电量，同时储能压缩机(10)将低压二氧化碳储罐(6)输出的超临界二氧化碳加压至预设压力后存储于高压二氧化碳储罐(13)中；
当需要增加发电机(3)的发电量时，则关闭储能压缩机入口阀(9)及储能压缩机出口阀(12)，二氧化碳压缩机(7)与储能压缩机(10)之间不联动，储能压缩机(10)停止工作，打开高压二氧化碳储罐出口阀(14)，高压二氧化碳储罐(13)输出的高压超临界二氧化碳进入到回热器(4)，同时逐渐减小二氧化碳压缩机出口阀(8)的开度，保证进入回热器(4)中的超临界二氧化碳流量不变，以降低二氧化碳压缩机(7)输出的超临界二氧化碳流量，从而降低二氧化碳压缩机(7)的功耗，进而提高发电机(3)的发电量。
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