CN116697385A - 一种用于火电厂的碳减排及储能*** - Google Patents
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Abstract
一种用于火电厂的碳减排及储能***，包括碳减排子***和二氧化碳储能子***，二者通过管道及阀门***连通并可选择性地实现独立或耦合运行；所述碳减排子***包括依次连接的碳捕捉模块、二氧化碳压缩模块及碳封存模块，烟囱烟气接入碳捕捉模块，碳减排子***用于烟囱烟气中的CO2气体分离‑提纯、压缩‑热回收以及储存；所述二氧化碳储能子***包括储能模块、释能模块、高压储罐、低压储罐、蓄热罐以及蓄冷罐；储能模块、高压储罐、释能模块和低压储罐依次闭环连接成的能量外循环***；储能模块、蓄热罐、释能模块和蓄冷罐依次闭环连接成的热量内循环***。本发明能够解决现有电厂的碳减排及深度调峰问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于火电厂的碳减排及储能***，属于应用于火电厂的碳减排及储能技术领域。
背景技术
公知的，火力发电在我国的电力供应方面一直占据着主导地位，并且在未来一段时间内，火力发电仍将是我国电力供应的基础。由于火力发电的原料为煤、石油、天然气等化石燃料，燃烧过程需要释放大量二氧化碳。随着“碳达峰、碳中和”目标的提出，火电厂面临着非常大的碳排放压力。
近年来，风电、光伏等新能源得到充分发展，装机量逐年增加。由于新能源的波动性和随机性，新能源大规模并网导致的电力***调峰负担进一步加大。而我国以火电为主的能源结构，决定了火电灵活性改造是增强***调峰能力的重要方式。
目前，常见的火电灵活性改造技术主要有：机组本体改造、低负荷控制技术、热电解耦等技术，这些技术存在着成本高、效率低、调峰范围有限等问题。
发明内容
为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种用于火电厂的碳减排及储能***，该***不仅能够实现零碳排放，同时能够实现深度调峰，并且具有成本低、灵活性强、节能效果好的优势。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
一种用于火电厂的碳减排及储能***，包括碳减排子***和二氧化碳储能子***，二者通过管道及阀门***连通并可选择性地实现独立或耦合运行；
所述碳减排子***包括依次连接的碳捕捉模块、二氧化碳压缩模块及碳封存模块，烟囱烟气接入碳捕捉模块，所述碳减排子***用于烟囱烟气中的CO2气体分离-提纯、压缩-热回收以及储存；
所述二氧化碳储能子***包括储能模块、释能模块、高压储罐、低压储罐、蓄热罐以及蓄冷罐；所述储能模块、高压储罐、释能模块和低压储罐依次闭环连接成的能量外循环***；所述储能模块、蓄热罐、释能模块和蓄冷罐依次闭环连接成的热量内循环***。
可选的，所述管道及阀门***包括并联于所述碳封存模块与所述低压储罐两端之间的第一管道和第二管道，所述第一管道和第二管道上分别设有第一阀门和第二阀门，同时所述低压储罐的两端与第一管道和第二管道之间分别设有第三阀门和第四阀门。
可选的，所述碳捕捉模块包括二氧化碳分离提纯设备。
可选的，所述二氧化碳压缩模块包括若干级依次连接的二氧化碳压缩子模块，每级所述二氧化碳压缩子模块均由前后布置的第一压缩机和第一换热器连接组成，所述第一换热器还连通锅炉给水。
可选的，所述碳封存模块包括地下盐穴、石油气矿道、海底或储罐构成的碳封存空间。
可选的，所述储能模块包括若干级依次连接的储能子模块，每级所储能子模块均由前后布置的第二压缩机和第二换热器连接组成；
所述释能模块包括若干级依次连接的释能子模块，每级所述释能子模块均由前后布置的第三换热器和透平连接组成；
所述高压储罐和低压储罐分别连接于储能模块与释能模块之间的正向管道和反向管道上；所述蓄热罐和蓄冷罐分别连接在储能模块的所有第二换热器与释能模块的所有第三换热器的两端之间。
可选的，所述蓄热罐还接入低压缸抽汽，并接出冷凝器。
相比现有技术，本发明的一种用于火电厂的碳减排及储能***，至少具有以下优势：
通过设置碳减排子***和二氧化碳储能子***，实现了碳减排和储能的深度耦合，两个子***参数匹配良好，在完成碳捕捉和封存的同时以电厂排放的CO2直接进行储能，对CO2进行高效利用，进一步降低了成本；同时，相对于压缩空气储能，压缩CO2储能效率高、储能密度高、结构紧凑，更有前景；由于碳减排子***和二氧化碳储能子***既可以耦合运行，也可以独立运行，使得***灵活性强；利用碳减排子***在实现碳减排的同时回收热量，加热锅炉给水，提高给水温度，可以有效降低燃料消耗，又使***有了很好的节能效果。最终，本发明的碳减排及储能***不仅能够实现零碳排放，同时能够实现深度调峰，针对性地解决了火电厂所面临的碳减排和调峰压力。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明一个实施例用于火电厂的碳减排及储能***的结构示意图。
图中附图标记说明：
1-碳减排子***；11-碳捕捉模块；12-二氧化碳压缩模块；121-二氧化碳压缩子模块；1211-第一压缩机；1212-第一换热器；13-碳封存模块；
2-二氧化碳储能子***；21-储能模块；21-1-正向管道；211-储能子模块；2111-第二压缩机；2112-第二换热器；22-释能模块；22-1-反向管道；221-释能子模块；2211-第三换热器；2212-透平；23-高压储罐；24-低压储罐；25-蓄热罐；26-蓄冷罐；
3-管道及阀门***；31-第一管道；32-第二管道；33-第一阀门；34-第二阀门；35-第三阀门；36-第四阀门。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
图1示出了本发明一个较佳的实施例的结构示意图，图中的一种用于火电厂的碳减排及储能***，包括碳减排子***1和二氧化碳储能子***2，二者通过管道及阀门***3连通并可选择性地实现独立或耦合运行；
所述碳减排子***1包括依次连接的碳捕捉模块11、二氧化碳压缩模块12及碳封存模块13，烟囱烟气接入碳捕捉模块11，所述碳减排子***1用于烟囱烟气中的CO2气体分离-提纯、压缩-热回收以及储存；
所述二氧化碳储能子***2包括储能模块21、释能模块22、高压储罐23、低压储罐24、蓄热罐25以及蓄冷罐26；所述储能模块21、高压储罐23、释能模块22和低压储罐24依次闭环连接成的能量外循环***；所述储能模块21、蓄热罐25、释能模块22和蓄冷罐26依次闭环连接成的热量内循环***。
本实施例通过操作管道及阀门***3可以灵活性选择碳减排及储能***的碳减排子***1和二氧化碳储能子***2是耦合运行还是独立运行。其中，所述碳减排子***1的碳捕捉模块11，用于将CO2从烟囱烟气中分离并提纯，得到纯度满足要求的CO2气体；其二氧化碳压缩模块12，用于将碳捕捉模块11得到的CO2气体进一步压缩，压缩到封存所需要的压力等级，这一步的目的是提高储气压力，节约储气空间，同时回收压缩热用于预热给水，该方式能够有效节约能源，降低煤耗；其碳封存模块13用于储存经上述二氧化碳压缩模块12压缩后的二氧化碳。所述二氧化碳储能子***2的储能模块21，用于低谷电时期储存能量，同时回收压缩热存储于蓄热罐25中；其释能模块22，用于在用电高峰期释放能量；基于热量内循环***进行热能的循环往复利用；其CO2高压储罐23用于储存经储能模块21压缩后的超临界CO2，低压储罐24用于储存在释能模块22完成做功后的CO2工质，利用能量外循环***实现了CO2介质在转换状态时能量的收放及热能的交换，使能量以不同的形式被循环往复地使用，同时还用以配合热量内循环***完成热量的传递交换；最终二氧化碳储能子***2可以实现CO2闭式储能循环。
碳捕捉及碳封存是目前最适合于火电厂的碳减排技术，通过碳捕捉将燃烧尾气中的二氧化碳分离出来，再将分离出的二氧化碳压缩，然后将高压的二氧化碳封存于地下或者海底等，进而实现碳减排。压缩气储能技术是一种大规模物理储能技术，技术成熟且成本低、效率高、寿命长，非常适用于电厂调峰。与压缩空气储能相比，压缩二氧化碳储能技术具有更高的储能密度、更紧凑的结构，且与碳捕捉和碳封存是同一种工质，可以实现***耦合，更有发展前景。因此，本实施例的碳减排及储能***，利用上述碳减排子***1和二氧化碳储能子***2，不仅能够实现零碳排放，同时能够实现深度调峰，针对性地解决了火电厂所面临的碳减排和调峰压力。
在本实施例进一步的可选实施方式中，所述管道及阀门***3包括并联于所述碳封存模块13与所述低压储罐24两端之间的第一管道31和第二管道32，所述第一管道31和第二管道32上分别设有第一阀门33和第二阀门34，同时所述低压储罐24的两端与第一管道31和第二管道32之间分别设有第三阀门35和第四阀门36。
具体实施中，管道及阀门***3可以通过控制第一阀门33、第二阀门34、第三阀门35以及第四阀门36，实现碳减排子***1和二氧化碳储能子***两个子***的不同工作状态。具体如下：
当第一阀门33和第二阀门34关闭，第三阀门35和第四阀门36开启时，第一管道31和第二管道32断开，碳减排子***1和二氧化碳储能子***2独立运行。这时，烟囱烟气中的二氧化碳通过碳捕捉、压缩后直接进行碳封存；二氧化碳储能子***2，通过高压储罐23和低压储罐24存储CO2，完成储能循环。
当第三阀门35和第四阀门36关闭，第一阀门33和第二阀门34开启时，第一管道31和第二管道32连通，此时低压储罐24被断开不工作，碳减排子***1和二氧化碳储能子***2耦合运行。二氧化碳储能子***2的CO2工质来自压缩二氧化碳，在完成储能循环后，CO2直接进入碳封存空间。
在本实施例进一步的可选实施方式中，所述碳捕捉模块11包括二氧化碳分离提纯设备，用于将CO2从烟囱烟气中分离并提纯，得到纯度满足要求的CO2气体。
在本实施例进一步的可选实施方式中，所述二氧化碳压缩模块12包括若干级依次连接的二氧化碳压缩子模块121，每级所述二氧化碳压缩子模块121均由前后布置的第一压缩机1211和第一换热器1212连接组成，所述第一换热器1212还连通锅炉给水。作为更进一步的可选实施方式，所述蓄热罐25还接入低压缸抽汽，并接出冷凝器。
以低谷电驱动第一压缩机1211，进一步压缩CO2至超临界状态，为了提高效率，每一级压缩后，都设有第一换热器1212，及时将压缩热回收，回收压缩热用于预热给水。同时，提取部分低压缸抽汽的热量存储于蓄热罐中，以提高释能过程CO2的做功能力。
在本实施例进一步的可选实施方式中，所述碳封存模块13包括地下盐穴、石油气矿道、海底或储罐构成的碳封存空间，可以根据实际情况具体设定。
在本实施例进一步的可选实施方式中，所述储能模块21包括若干级依次连接的储能子模块211，每级所储能子模块211均由前后布置的第二压缩机2111和第二换热器2112连接组成；
所述释能模块22包括若干级依次连接的释能子模块221，每级所述释能子模块221均由前后布置的第三换热器2211和透平2212连接组成；
所述高压储罐23和低压储罐24分别连接于储能模块21与释能模块22之间的正向管道21-1和反向管道22-1上；所述蓄热罐25和蓄冷罐26分别连接在储能模块21的所有第二换热器2112与释能模块22的所有第三换热器2211的两端之间。
为了提高效率，每级第二压缩机2111后设有第二换热器2112，用以及时将压缩热回收。储存于高压储罐23中的高压CO2经提取蓄热罐25中储存热量后进入透平2212做功。需要说明的是，上述第一压缩机1211和第二压缩机2111并不局限于图示的两级设置，根据实际情况需求，可以是单级，也可以是三级甚至更多。但是在每一个第一压缩机1211或第二压缩机2111后，都配设第一换热器1212或第二换热器2112，用于回收压缩热。同样，对于释能模块22，透平2212也不局限于图示的两级设置，在每级透平2212前都布置有第三换热器2211用于加热工质，提高工质做功能力。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于火电厂的碳减排及储能***，其特征是：包括碳减排子***和二氧化碳储能子***，二者通过管道及阀门***连通并可选择性地实现独立或耦合运行；
所述碳减排子***包括依次连接的碳捕捉模块、二氧化碳压缩模块及碳封存模块，烟囱烟气接入碳捕捉模块，所述碳减排子***用于烟囱烟气中的CO2气体分离-提纯、压缩-热回收以及储存；
所述二氧化碳储能子***包括储能模块、释能模块、高压储罐、低压储罐、蓄热罐以及蓄冷罐；所述储能模块、高压储罐、释能模块和低压储罐依次闭环连接成的能量外循环***；所述储能模块、蓄热罐、释能模块和蓄冷罐依次闭环连接成的热量内循环***。
2.根据权利要求1所述的一种用于火电厂的碳减排及储能***，其特征是：所述管道及阀门***包括并联于所述碳封存模块与所述低压储罐两端之间的第一管道和第二管道，所述第一管道和第二管道上分别设有第一阀门和第二阀门，同时所述低压储罐的两端与第一管道和第二管道之间分别设有第三阀门和第四阀门。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于火电厂的碳减排及储能***，其特征是：所述碳捕捉模块包括二氧化碳分离提纯设备。
4.根据权利要求3所述的一种用于火电厂的碳减排及储能***，其特征是：所述二氧化碳压缩模块包括若干级依次连接的二氧化碳压缩子模块，每级所述二氧化碳压缩子模块均由前后布置的第一压缩机和第一换热器连接组成，所述第一换热器还连通锅炉给水。
5.根据权利要求4所述的一种用于火电厂的碳减排及储能***，其特征是：所述碳封存模块包括地下盐穴、石油气矿道、海底或储罐构成的碳封存空间。
6.根据权利要求5所述的一种用于火电厂的碳减排及储能***，其特征是：所述储能模块包括若干级依次连接的储能子模块，每级所储能子模块均由前后布置的第二压缩机和第二换热器连接组成；
所述释能模块包括若干级依次连接的释能子模块，每级所述释能子模块均由前后布置的第三换热器和透平连接组成；
所述高压储罐和低压储罐分别连接于储能模块与释能模块之间的正向管道和反向管道上；所述蓄热罐和蓄冷罐分别连接在储能模块的所有第二换热器与释能模块的所有第三换热器的两端之间。
7.根据权利要求6所述的一种用于火电厂的碳减排及储能***，其特征是：所述蓄热罐还接入低压缸抽汽，并接出冷凝器。
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