CN116624766A - 基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，包括：储气罐，用于储存气态二氧化碳；储液罐，用于储存液态二氧化碳；液化组件，能够利用所述火电机组提供的电能，从所述储气罐中获取气态二氧化碳，并转换为液态二氧化碳注入到所述储液罐中；气化组件，能够从所述储液罐中获取液态二氧化碳，并转换为气态二氧化碳注入到所述储气罐中；蓄热组件，用于吸收火电机组释放的热量，以及吸收二氧化碳液化过程中释放的热量，并能够将热量提供向所述气化组件，以使所述气化组件中的气态或液态二氧化碳升温。储能***通过对火电机组的余热的回收利用，提高了能源利用效率。

Description

基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***

技术领域

本发明涉及物理储能技术领域，尤其涉及一种基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***。

背景技术

寻求提高能源利用率的先进方法，已成为全球共同关注的首要问题。对中国这样一个能源生产和消费大国来说，既有节能减排的需求，也有能源增长以支撑经济发展的需要，这就需要大力发展储能产业。

火力发电是我国和世界上许多国家生产电能的主要方法。火力发电的过程包括：燃料在燃烧时加热水生成蒸汽，将燃料的化学能转变成热能，蒸汽压力推动汽轮机旋转，热能转换成机械能，然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能。

在现阶段的物理储能方式主要包括利用抽水、压缩空气、飞轮等物理方法实现能量的存储，具有环保、绿色的优点，因此得到更为广泛的应用。然而，火力发电过程中，除了产出的电能外，火电机组排气过程中也会流失大量的热能，常规的物理储能方式往往仅通过单一能量转化手段对火力发电产生的电能进行能量转化和存储，而忽略了火电机组的热能流失，导致能源利用率较低。

发明内容

本发明提供一种基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，用以解决现有技术中火电储能过程中能源利用率较低的缺陷，实现一种能够提高火电机组的能源利用率的储能方案。

本发明提供一种基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，包括：储气罐，用于储存气态二氧化碳；储液罐，用于储存液态二氧化碳；液化组件，能够利用所述火电机组提供的电能，从所述储气罐中获取气态二氧化碳，并转换为液态二氧化碳注入到所述储液罐中；气化组件，能够从所述储液罐中获取液态二氧化碳，并转换为气态二氧化碳注入到所述储气罐中；蓄热组件，用于吸收火电机组释放的热量，以及吸收二氧化碳液化过程中释放的热量，并能够将热量提供向所述气化组件，以使所述气化组件中的气态或液态二氧化碳升温。

根据本发明提供的一种基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，所述蓄热组件包括多流股余热蓄热罐、吸热回路和放热回路；所述吸热回路延伸经过所述多流股余热蓄热罐和所述液化组件，以吸收二氧化碳液化过程中释放的热量使所述多流股余热蓄热罐内的蓄热介质升温；所述放热回路延伸经过所述多流股余热蓄热罐和所述气化组件，以将所述蓄热介质的热量导向所述气化组件中的二氧化碳。

根据本发明提供的一种基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，所述蓄热组件包括连通于所述火电机组的蒸汽回路，所述蒸汽回路延伸经过所述多流股余热蓄热罐内；在所述多流股余热蓄热罐的下游位置，所述蒸汽回路设置有能够将蒸汽相变为冷凝水的凝汽器和能够将所述冷凝水供给向所述火电机组的给水泵。

根据本发明提供的一种基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，所述蓄热组件包括连通于所述火电机组和所述储气罐之间的烟气管路，所述烟气管路延伸经过所述多流股余热蓄热罐内；在所述多流股余热蓄热罐的下游位置，所述烟气管路设置有能够回收烟气中的气态二氧化碳的捕集单元。

根据本发明提供的一种基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，所述液化组件包括：压缩机、冷却器和节流阀；所述压缩机利用所述火电机组产生的电能运行，所述冷却器用于将从所述压缩机排出的气态二氧化碳的热量导向所述蓄热组件。

根据本发明提供的一种基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，所述压缩机和所述冷却器的数量为多个，多个所述压缩机和多个所述冷却器沿所述液化组件的二氧化碳流向交替分布。

根据本发明提供的一种基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，所述节流阀与所述储液罐之间设置有气液分离器；所述气液分离器用于将分离出的液态二氧化碳导入所述储液罐，并将气态二氧化碳输送回所述冷却器。

根据本发明提供的一种基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，所述气化组件包括增压泵、加热器和膨胀机；所述加热器用于吸收所述蓄热组件提供的热量，以加热经过所述加热器内的气态或液态二氧化碳；二氧化碳在加热气化的过程中，在所述膨胀机内做功，以通过膨胀机驱动发电机发电。

根据本发明提供的一种基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，所述加热器和所述膨胀机的数量为多个，多个所述加热器和多个所述膨胀机沿所述气化组件的二氧化碳流向交替分布。

根据本发明提供的一种基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，所述膨胀机与所述储气罐之间设置有缓冲罐，所述缓冲罐用于在气态二氧化碳进入所述储气罐之前，减缓气态二氧化碳的流速。

本发明提供的一种基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，通过液化组件利用火电机组产出的电能将储气罐中储存的气态二氧化碳转化为液态二氧化碳，并注入到储液罐中，从而实现对火电机组产出的电能的物理储能。在需要释放物理储能时，通过气化组件将储液罐中的液态二氧化碳转换为气态二氧化碳，即可利用二氧化碳气化相变过程中释放的能量产出电能。其中，通过蓄热组件能够回收火电机组的余热，以及二氧化碳液化过程中释放的热量，并在需要释放物理储能时，将蓄热组件获取的热量用于加热气化过程中的二氧化碳，不仅能够提高储能***的能量释放效率，还可以提高储能***对火电机组的能源利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***的结构框图；

图2是本发明提供的基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***的多流股余热蓄热罐的结构框图。

附图标记：

101：储气罐；102：储液罐；103：缓冲罐；111：压缩机；112：冷却器；113：节流阀；114：气液分离器；121：增压泵；122：加热器；123：膨胀机；132：吸热回路；133：放热回路；134：蒸汽回路；135：凝汽器；136：给水泵；137：烟气管路；138：捕集单元；200：多流股余热蓄热罐；210：罐体；211：内腔；212：蓄热介质入口；213：蓄热介质出口；214：搅拌器；220：第一换热部；221：冷却盘管；230：第二换热部；231：加热盘管；232：软化水箱；241：蒸汽盘管；242：烟气盘管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

火力发电过程中，煤炭在锅炉内燃烧放出的热量，将水加热成具有一定压力和温度的蒸汽，然后蒸汽沿管道进入汽轮机膨胀做功，带动发电机一起高速旋转，从而发出电来。传统上的储能方式通常只能够储存火电机组产出的电能，而火电机组在运行过程中，大量热能会随排气而流失，导致能源利用率较低。本发明依靠火电机组庞大的烟气和余热排放建立基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，利用火力发电的烟气余热为储能***补充充足的热量，实现***之间的优势互补，从而增加整体的运行效率。

物理储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等方式。本发明采用二氧化碳物理储能方式，可将火电机组的烟气中的二氧化碳捕集引入储能***，进而能够对火电机组的碳排放进行回收利用。

下面结合图1描述本发明优选实施方式的基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***。

如图1所示，基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***包括用于储存气态二氧化碳的储气罐101和用于储存液态二氧化碳的储液罐102。

其中，从储气罐101到储液罐102的二氧化碳运动路径上依次设置有压缩机111、冷却器112、节流阀113和气液分离器114。压缩机111基于火电机组提供的电能或其他电能(如低谷电、可再生能源发电)启动，储气罐101中的气态二氧化碳依次经过压缩机111的压缩、冷却器112的降温和节流阀113的流量调节后，气液分离器114分离出转换完成的液态二氧化碳注入到储液罐102中，完成储能过程。

从储液罐102到储气罐101的二氧化碳运动路径上依次设有增压泵121、加热器122和膨胀机123。增压泵121基于火电机组提供的电能或其他电能启动，将储液罐102中的液态二氧化碳泵向加热器122，加热器122加热液态二氧化碳，使之温度升高从而发生气化相变。气化过程中的二氧化碳随后在膨胀机123中膨胀做功，以使原本液态二氧化碳储存的内能得到释放。利用与膨胀机123联动的发电装置，即可生成电能。相变后的气态二氧化碳经缓冲罐103的缓冲作用后回到储气罐101，完成释能过程。

储能***的上述储能过程和释能过程形成了完整的二氧化碳循环***。如图1所示，储能***的蓄热组件包括多流股余热蓄热罐200、吸热回路132、放热回路133。吸热回路132延伸经过冷却器112和多流股余热蓄热罐200内部，以使吸热回路132内的吸热介质将从冷却器112处获取的二氧化碳液化过程中释放的热量传导至多流股余热蓄热罐200内的蓄热介质中。放热回路133延伸经过多流股余热蓄热罐200内部和加热器122，使放热回路133中的放热介质将从蓄热介质获取的热量传导至加热器122，以提高液态二氧化碳的气化效率。通过蓄热组件的热量传导，减少储能***的储能过程中的热量浪费，并提高了释能过程的释能效率。

另一方面，蓄热组件还包括蒸汽回路134和烟气管路137。火电机组排放的至少一部分蒸汽沿蒸汽回路134经过多流股余热蓄热罐200的内部，从而使蓄热介质吸收蒸汽中的余热，而降温后的蒸汽在凝汽器中形成冷凝水，该冷凝水可再次供应回火电机组，减少火电机组的水资源浪费。火电机组排放的至少一部分烟气沿烟气管路137经过多流股余热蓄热罐200的内部，从而使蓄热介质吸收烟气中的余热，而降温后的烟气进入捕集单元138，以补集回收烟气中的二氧化碳，回收的二氧化碳可注入储气罐101中，以用于储能***的二氧化碳循环，进而不仅获得了二氧化碳的补充来源，还缓解了火电机组的碳排放问题。

如图1所示，储液罐102可额外设置有用于排放液态二氧化碳的出口。从而在***中二氧化碳含量过高时排放液态二氧化碳以维持***平衡；或者在需要额外物理储能时，导出液态二氧化碳存储于其他容器；或者作为应用于其他工业生产中的液态二氧化碳产出。

本发明的基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***可实现二氧化碳储能、火电机组烟气和蒸汽余热及气体回收、液态二氧化碳产出、热水供应等多种工作方式，能够实现较高的能源利用率。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及本发明的各个具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

根据本发明的一种基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，包括：储气罐101，用于储存气态二氧化碳；储液罐102，用于储存液态二氧化碳；液化组件，能够利用火电机组提供的电能，从储气罐101中获取气态二氧化碳，并转换为液态二氧化碳注入到储液罐102中；气化组件，能够从储液罐102中获取液态二氧化碳，并转换为气态二氧化碳注入到储气罐101中。通过液化组件利用火电机组产出的电能将储气罐101中储存的气态二氧化碳转化为液态二氧化碳，并注入到储液罐102中，从而实现对火电机组产出的电能的物理储能。在需要释放物理储能时，通过气化组件将储液罐102中的液态二氧化碳转换为气态二氧化碳，即可结合发电装置，利用二氧化碳气化相变过程中释放的能量产出电能。

储液罐102优选为钢制压力容器外加保温装置，维持内部低温环境。储气罐101可采用钢制球罐，也可采用带气囊的容纳装置。

储能***还包括蓄热组件，用于吸收火电机组释放的热量，以及吸收二氧化碳液化过程中释放的热量，并能够将热量提供向气化组件，以使气化组件中的气态或液态二氧化碳升温。通过蓄热组件能够回收火电机组的余热(如排放的烟气和蒸汽中的热量)，以及二氧化碳液化过程中释放的热量，并在需要释放物理储能时，将蓄热组件获取的热量用于加热气化过程中的二氧化碳，不仅能够提高储能***的能量释放效率，还可以提高储能***对火电机组的能源利用率。

根据本发明的一种基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，蓄热组件包括多流股余热蓄热罐200、吸热回路132和放热回路133；吸热回路132延伸经过多流股余热蓄热罐200和液化组件，以吸收二氧化碳液化过程中释放的热量使多流股余热蓄热罐200内的蓄热介质升温；放热回路133延伸经过多流股余热蓄热罐200和气化组件，以将蓄热介质的热量导向气化组件中的二氧化碳。

吸热回路132中具有流动的吸热介质，吸热介质流经液化组件过程中，吸收二氧化碳液化过程中释放的热量，即实现了对液化组件的降温，而吸热介质流经多流股余热蓄热罐200内时，又能够将热量传递给蓄热介质。放热回路133中具有流动的放热介质，放热介质流经多流股余热蓄热罐200内时，从蓄热介质中获取热量，升温的放热介质流经气化组件时可与二氧化碳换热，以加速二氧化碳的气化效率。

其中，吸热介质、放热介质和蓄热介质可以为水、导热油、甲醇等其他中低温换热液体工质中的任意一种或多种。优选情况下，吸热介质的比热容小于等于蓄热介质的比热容小于等于放热介质的比热容，从而在相同的热量获取下，吸热介质的升温幅度大于等于蓄热介质的升温幅度大于等于放热介质的升温幅度，进而使上述热量的传递过程更为可靠。蓄热介质为水的情况下，储能***还可设置有用于蓄热介质的增压装置，以提高其温度上限。

根据本发明的一种基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，蓄热组件包括连通于火电机组的蒸汽回路134，蒸汽回路134延伸经过多流股余热蓄热罐200内；在多流股余热蓄热罐200的下游位置，蒸汽回路134设置有能够将蒸汽相变为冷凝水的凝汽器135和能够将冷凝水供给向火电机组的给水泵136。

火电机组运行过程中会将多余的蒸汽排放到外界，排放的蒸汽中含有大量热能。在本发明的储能***中，蒸汽能够沿蒸汽回路134运动。蒸汽经过多流股余热蓄热罐200内时，可通过蒸汽回路134的管壁将热量传导至蓄热介质中，降温后的蒸汽进入凝汽器135后相变为冷凝水，水泵136可将冷凝水重新提供给火电机组，从而实现对排放的蒸汽以及蒸汽中的余热的回收和利用。

其中，多流股余热蓄热罐200之外的蒸汽回路134的管段可做隔热处理，如在外表面包覆保温层，以减少热量损失，并防止裸露的蒸汽回路134烫伤人员。凝汽器135可以为水冷凝汽器或空冷凝汽器或混合式凝汽器。凝汽器135中可设置水位传感装置，当凝汽器135中的冷凝水累计到一定量后，自动触发水泵136启动。蒸汽回路134上可设置阀门，以在无需回收蒸汽余热的情况下，切断该蒸汽回路134。例如多流股余热蓄热罐200中的蓄热介质温度较高时，继续回收蒸汽余热可能导致蓄热介质温度超过吸热介质温度，影响储能***的储能效果。

根据本发明的一种基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，蓄热组件包括连通于火电机组和储气罐101之间的烟气管路137，烟气管路137延伸经过多流股余热蓄热罐200内。

火电机组运行过程中会将产生的烟气排放到外界，排放的烟气中含有大量热能。在本发明的储能***中，烟气能够沿烟气管路137运动。烟气经过多流股余热蓄热罐200内时，可通过烟气管路137的管壁将热量传导至蓄热介质中。其中，多流股余热蓄热罐200之外的烟气管路137的管段可做隔热处理，如在外表面包覆保温层，以减少热量损失，并防止裸露的烟气管路137烫伤人员。

考虑到火电机组排放的烟气中含有大量二氧化碳，本发明的储能***主要通过二氧化碳的相变进行物理储能，因此本发明在多流股余热蓄热罐200的下游位置，烟气管路137优选设置有能够回收烟气中的气态二氧化碳的捕集单元138。

具体地，捕集单元138可对烟气进行脱硝、除尘、脱硫等预处理，脱除烟气中对后续工艺有害的物质，然后在吸收塔内复合溶液与烟气中的二氧化碳发生反应，将二氧化碳与烟气分离；其后在一定条件下于再生塔内将其生成物分解，从而释放出二氧化碳，二氧化碳经净化处理后可送入储气罐101，以补充储能介质。此外，由于火电机组不停排放烟气，储能***中二氧化碳的储存容量有限，储气罐101可额外设置有能够排出气态二氧化碳的排放口，以用于高浓度二氧化碳的产出，用于其他工业应用。

根据本发明的一种基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，蓄热组件优选包括延伸经过多流股余热蓄热罐200内的用水管路，该用水管路一端连通于水源，另一端连通于用水***。水源可以为储水箱或自来水管，水源提供的水沿用水管路流经多流股余热蓄热罐200内，从而使水与蓄热介质换热，进而使用水***获得热水。用水***可以为卫生间、浴室、厨房、暖气管道等用水设施。

进一步地，放热回路133优选为上述用水管路的其中一部分，即用水管路中的一部分水用于上述用水***，另一部分作为放热回路133中的放热介质，可以在多流股余热蓄热罐200和气化组件之间形成循环管路。

根据本发明的一种基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，液化组件通过营造高压低温的环境使气态二氧化碳转换为液态二氧化碳。如图1所示，液化组件优选包括：压缩机111、冷却器112和节流阀113；压缩机111利用火电机组产生的电能运行，冷却器112用于将从压缩机111排出的气态二氧化碳的热量导向蓄热组件。

来自储气罐101中的气态二氧化碳首先进入压缩机111进行压缩，压缩后的高温高压的气态二氧化碳进入冷却器112，在冷却器112内与蓄热组件的吸热回路132中的吸热介质换热，最后经过节流阀113生成液态二氧化碳。

上述液化组件中，可根据储能***的规模大小，设计压缩机111的功率级数，压缩机可以为离心(向心)式、螺杆式、活塞式等。压缩机111可以由可再生能源弃电、火力发电余电、电网谷电等电能驱动。冷却器112可以为套管式换热器，或优选为板式换热器。

根据本发明的一种基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，上述压缩机111和冷却器112的数量优选为多个，多个压缩机111和多个冷却器112沿液化组件的二氧化碳流向交替分布。

例如图1所示，压缩机111和冷却器112的数量分别为两个，来自储气罐101中的气态二氧化碳首先进入第一级的压缩机111进行压缩，压缩后的高温高压的气态二氧化碳进入第一级的冷却器112，在第一级的冷却器112内与蓄热组件的吸热回路132中的吸热介质换热，降温后的高压气态二氧化碳依次经过第二级的压缩机111和冷却器112，并重复压缩和降温的步骤，最后经过节流阀113生成液态二氧化碳。

经过多级压缩和冷却，能够提高液化组件对气态二氧化碳的液化相变程度，使更多的气态二氧化碳能够顺利地转换为液态二氧化碳。另一方面，多级的冷却器112不仅增加对气态二氧化碳的降温效果，还能够提高蓄热组件获取热量的效率。

根据本发明的一种基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，节流阀113与储液罐102之间还可以设置有气液分离器114；气液分离器114用于将分离出的液态二氧化碳导入储液罐102，并将气态二氧化碳输送回冷却器112。实际应用中，冷却器112、节流阀113和气液分离器114可设置为一套集成设备冷箱，以减小管路空间占用。

液化组件处理后，往往无法避免部分二氧化碳未完全液化，此时利用气液分离器114将未完全液化的二氧化碳分离，分离出的液态二氧化碳进入储液罐，而低温气态二氧化碳可通过气液分离器114与任意冷却器112之间另设置的传输管路再次传输至冷却器112中冷却。

根据本发明的一种基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，气化组件包括增压泵121、加热器122和膨胀机123；加热器122用于吸收蓄热组件提供的热量，以加热经过加热器122内的气态或液态二氧化碳；二氧化碳在加热气化的过程中，在膨胀机123内做功，膨胀机123可连接有发电机，以通过膨胀机123驱动发电机发电。

储液罐102中的液态二氧化碳由增压泵121增压并导向加热器122，加热器122加热液态二氧化碳使之气化，气化后的高压二氧化碳经膨胀机123膨胀做功，进而带动与膨胀机123关联的发电机产出电能。

上述气化组件中，可根据储能***的规模大小，设计膨胀机123的功率级数，膨胀机123可以为离心(向心)式、螺杆式、活塞式等。加热器122可以为常规的汽化器，优选为管壳式换热器。

根据本发明的一种基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，加热器122和膨胀机123的数量优选为多个，多个加热器122和多个膨胀机123沿气化组件的二氧化碳流向交替分布。

例如图1所示，加热器122和膨胀机123的数量分别为两个，来自储液罐102中的液态二氧化碳首先进入第一级的加热器122进行加热，未充分气化的二氧化碳进入第一级的膨胀机123，在第一级的膨胀机123内膨胀做功，随后依次经过第二级的加热器122和膨胀机123，并重复加热和做功的步骤，以充分转换为气态二氧化碳。

储液罐102中的液态二氧化碳由增压泵121增压并导向加热器122，加热器122加热液态二氧化碳使之气化，气化后的高压二氧化碳经膨胀机123膨胀做功，进而带动与膨胀机123关联的发电机产出电能。

根据本发明的一种基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，膨胀机123与储气罐101之间优选设置有缓冲罐103，缓冲罐103用于在气态二氧化碳进入储气罐101之前，减缓气态二氧化碳的流速，防止储气罐101内出现较大压力波动，提高***的稳定性能。

根据本发明前文所述的基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***。储能***捕集火电机组烟气中二氧化碳引入压缩二氧化碳储能***，具有储能密度高、设备占地小等优势，有效减少火电机组碳排放，增加火电机组调峰能力，同时可利用可再生能源发电带动储能***，减少可再生能源发电并网风险。此外，采用多流股余热蓄热罐200回收烟气、蒸汽余热以及压缩机111压缩热用于释能过程中二氧化碳气化以及膨胀机入口二氧化碳加热，并且在热量富余的情况下还能向外界输送热水，减少了热量损失，大大提高了储能***的整体效率。

上述技术效果的实现，依赖于蓄热组件对储能***中各部分热量的传导和回收，作为蓄热组件中的重要组成部分，本发明还提供了一种应用于储能***的多流股余热蓄热罐。下面结合图2对本发明提供的多流股余热蓄热罐的具体实施方式进行描述，下文描述的多流股余热蓄热罐与上文描述的基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***可相互对应参照。

根据本发明的一种多流股余热蓄热罐，该多流股余热蓄热罐用于基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，储能***能够通过消耗火电机组产出的电能，将气态二氧化碳液化为液态二氧化碳以进行储能，并能够在液态二氧化碳气化为气态二氧化碳的过程中，利用二氧化碳的膨胀做功驱动发电机产出稳定的电能。

如图2所示，多流股余热蓄热罐包括罐体210，罐体210的内腔211用于容纳蓄热介质；内腔211中设置有第一换热部220、第二换热部230和余热回收部。其中，第一换热部220流通有吸热介质，吸热介质用于吸收二氧化碳液化过程中释放的热量，并在第一换热部220中与蓄热介质换热；第二换热部230流通有放热介质，放热介质用于在第二换热部230中吸收蓄热介质中的热量，并在液态二氧化碳的气化过程中使气态或液态二氧化碳升温。火电机组的排气路径延伸经过余热回收部，以使火电机组排出的烟气和/或蒸汽在余热回收部中与蓄热介质换热。

其中，罐体210优选为金属材料制成，根据实际承压强度要求，可采用不同厚度。蓄热介质可以为导热油，也可为水、甲醇等中低温蓄热介质，但需要调节多流股余热蓄热罐内部压力，满足蓄热温度。罐体210上连接的各管路进出口优选用法兰连接，可添加阀门控制开关，也可添加传感器、仪表等监控装置，实时监控各介质的流量、温度、压力等参数，提高安全性。

根据本发明的一种多流股余热蓄热罐，余热回收部包括蒸汽盘管241；蒸汽盘管241的入口连通于火电机组的蒸汽排放口。

火电机组排放的至少一部分高温的蒸汽进入蒸汽盘管241的入口后，通过蒸汽盘管241的管壁导热，将高温蒸汽的热量传导至蓄热介质中，使蓄热介质升温。随后蒸汽从蒸汽盘管241的出口排出。蒸汽盘管241的出口优选连通于如图1所示的凝汽器135，凝汽器135用于将蒸汽相变为冷凝水，并将冷凝水供给至火电机组。

根据本发明的一种多流股余热蓄热罐，余热回收部包括烟气盘管242；烟气盘管242的入口连通于火电机组的烟气排放口。

火电机组排放的至少一部分高温烟气从烟气盘管242的入口进入，高温的烟气在烟气盘管242中，通过管壁的导热作用，使烟气中的热量传导至蓄热介质中，使蓄热介质升温，随后烟气从烟气盘管242的出口排出。烟气盘管242的出口优选连通于如图1所示的捕集单元138，捕集单元138用于回收烟气中的气态二氧化碳。

根据本发明的一种多流股余热蓄热罐，第一换热部220设置有用于流通吸热介质的冷却盘管221，吸热介质通过冷却盘管221的管壁与蓄热介质换热；和/或第二换热部230设置有用于流通放热介质的加热盘管231，放热介质通过加热盘管231的管壁与蓄热介质换热。

基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***中，液化组件的压缩机111在压缩气态二氧化碳的过程中会产出热量，吸热介质在液化组件中与高温高压的气态二氧化碳换热后，吸热介质可在冷却盘管221将获得的热量传导至蓄热介质中，以使蓄热介质温度升高，实现对压缩气态二氧化碳的过程中会产出热量的回收。

经过上述回收火电机组烟气、蒸汽余热以及储能***压缩热后的蓄热介质可将热量传导于加热盘管231的热介质中，以由加热介质提供对外的热供应。冷却盘管221、加热盘管231、蒸汽盘管241及烟气盘管242优选采用相同或不同材质的导热性较佳的金属材料制造，优选可采用钢制盘管。

根据本发明的一种多流股余热蓄热罐，冷却盘管221和/或加热盘管231的外表面上优选固定有多个导热翅片，导热翅片可以为与冷却盘管221和/或加热盘管231材质相同的导热金属材料制成，例如钢制翅片。通过导热翅片可增加冷却盘管221和/或加热盘管231与蓄热介质间的换热面积，提高换热效率。

根据本发明的一种多流股余热蓄热罐，放热介质优选为水，第二换热部230包括用水管路，用水管路一端连通于水源，另一端连通于用水***。

进一步地，加热盘管231与用水管路可并联设置。或者优选情况下，加热盘管231为用水管路的一部分，如图2所示，用水管路在加热盘管231的上游设置有能够软化水质的软化水箱232，软化水箱232的入口可选择地连通于水源或加热盘管231的出口，加热盘管231的出口可选择地连通于软化水箱232的入口或用水***。根据该优选的设置，用水管路中的一部分热水可用于上述用水***，另一部分可作为放热回路133中的放热介质，在罐体210和气化组件之间形成循环的放热管路。

根据本发明的一种多流股余热蓄热罐，罐体210具有能够开启和关闭的蓄热介质入口212和蓄热介质出口213。

蓄热介质入口212和蓄热介质出口213优选分别设置有可开关的阀门。在蓄热介质不足时，可通过蓄热介质入口212向内腔211中注入蓄热介质，在多流股余热蓄热罐的内腔211中的压力过高时，也可打开蓄热介质出口213排出蓄热介质释放压力。在蓄热介质需要更换时，也可通过蓄热介质入口212和蓄热介质出口213分别注入新的蓄热介质以及排出旧的蓄热介质。

优选地，蓄热介质入口212和蓄热介质出口213外可连接于同一蓄热介质循环回路上，在储能***工作过程中，使循环回路上的蓄热介质流动，从而能够带动内腔211中的蓄热介质保持流动状态，能够减缓蓄热介质的升温速度，防止蓄热介质升温过快。

根据本发明的一种多流股余热蓄热罐，内腔211中优选还设置有搅拌器214，如图2所示，搅拌器214能够消耗火电机组产出的电能，或者由可再生能源弃电、火力发电余电、电网谷电等电能驱动，以在内腔211中搅动蓄热介质，从而使蓄热介质保持在内腔211中的流动状态，以使热量始终保持均匀分布。搅拌器214可采用旋桨式、涡轮式、锚式等形式结构。

根据本发明的一种多流股余热蓄热罐，罐体210的外表面和/或内腔211的内壁表面覆盖有保温层，以减少蓄热耗散热量损失。保温隔热层材料可以为玻璃棉、岩棉、气凝胶毡、膨胀珍珠岩和发泡水泥等。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，其特征在于，包括：

储气罐(101)，用于储存气态二氧化碳；

储液罐(102)，用于储存液态二氧化碳；

液化组件，能够利用所述火电机组提供的电能，从所述储气罐(101)中获取气态二氧化碳，并转换为液态二氧化碳注入到所述储液罐(102)中；

气化组件，能够从所述储液罐(102)中获取液态二氧化碳，并转换为气态二氧化碳注入到所述储气罐(101)中；

蓄热组件，用于吸收火电机组释放的热量，以及吸收二氧化碳液化过程中释放的热量，并能够将热量提供向所述气化组件，以使所述气化组件中的气态或液态二氧化碳升温。

2.根据权利要求1所述的基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，其特征在于，所述蓄热组件包括多流股余热蓄热罐(200)、吸热回路(132)和放热回路(133)；

所述吸热回路(132)延伸经过所述多流股余热蓄热罐(200)和所述液化组件，以吸收二氧化碳液化过程中释放的热量使所述多流股余热蓄热罐(200)内的蓄热介质升温；

所述放热回路(133)延伸经过所述多流股余热蓄热罐(200)和所述气化组件，以将所述蓄热介质的热量导向所述气化组件中的二氧化碳。

3.根据权利要求2所述的基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，其特征在于，所述蓄热组件包括连通于所述火电机组的蒸汽回路(134)，所述蒸汽回路(134)延伸经过所述多流股余热蓄热罐(200)内；

在所述多流股余热蓄热罐(200)的下游位置，所述蒸汽回路(134)设置有能够将蒸汽相变为冷凝水的凝汽器(135)和能够将所述冷凝水供给向所述火电机组的给水泵(136)。

4.根据权利要求2所述的基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，其特征在于，所述蓄热组件包括连通于所述火电机组和所述储气罐(101)之间的烟气管路(137)，所述烟气管路(137)延伸经过所述多流股余热蓄热罐(200)内；

在所述多流股余热蓄热罐(200)的下游位置，所述烟气管路(137)设置有能够回收烟气中的气态二氧化碳的捕集单元(138)。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，其特征在于，所述液化组件包括：压缩机(111)、冷却器(112)和节流阀(113)；

所述压缩机(111)利用所述火电机组产生的电能运行，所述冷却器(112)用于将从所述压缩机(111)排出的气态二氧化碳的热量导向所述蓄热组件。

6.根据权利要求5所述的基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，其特征在于，所述压缩机(111)和所述冷却器(112)的数量为多个，多个所述压缩机(111)和多个所述冷却器(112)沿所述液化组件的二氧化碳流向交替分布。

7.根据权利要求5所述的基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，其特征在于，所述节流阀(113)与所述储液罐(102)之间设置有气液分离器(114)；

所述气液分离器(114)用于将分离出的液态二氧化碳导入所述储液罐(102)，并将气态二氧化碳输送回所述冷却器(112)。

8.根据权利要求1-4中的任一项所述的基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，其特征在于，所述气化组件包括增压泵(121)、加热器(122)和膨胀机(123)；

所述加热器(122)用于吸收所述蓄热组件提供的热量，以加热经过所述加热器(122)内的气态或液态二氧化碳；

二氧化碳在加热气化的过程中，在所述膨胀机(123)内做功，以通过膨胀机(123)驱动发电机发电。

9.根据权利要求8所述的基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，其特征在于，所述加热器(122)和所述膨胀机(123)的数量为多个，多个所述加热器(122)和多个所述膨胀机(123)沿所述气化组件的二氧化碳流向交替分布。

10.根据权利要求8所述的基于火电机组的余热回收的液态二氧化碳储能***，其特征在于，所述膨胀机(123)与所述储气罐(101)之间设置有缓冲罐(103)，所述缓冲罐(103)用于在气态二氧化碳进入所述储气罐(101)之前，减缓气态二氧化碳的流速。