用于发电系统中的二氧化碳能量储存的方法和系统技术方案

一种CO2能量储存系统包括储罐，所述储罐在CO2三相点温度和压力条件下储存包括干冰和液态CO2的CO2浆液。所述储存系统还包括与所述储罐以流体连通方式联接的第一泵。所述第一泵被配置成从所述储罐接收所述CO2浆液并将所述CO2浆液的压力增加至高于所述CO2三相点压力的压力。所述能量储存系统还包括与所述第一泵以流体连通方式联接的接触器。所述接触器被配置成从所述泵接收所述高压CO2浆液并且在高于所述CO2三相点压力的压力下接收第一气态CO2流。所述浆液中所述正在融化的干冰接触然后冷凝所述气态CO2以产生液态CO2。

Methods and systems for carbon dioxide energy storage in power generation systems

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于发电系统中的二氧化碳能量储存的方法和系统关于由联邦政府资助研究和研发的声明本专利技术是根据能源部(DOE)颁发的合同号DE-AR0000467在政府支持下完成的。政府享有本专利技术的某些权利。
技术介绍
本专利技术涉及一种能量储存系统，并且更具体地，涉及在这种能量储存系统中使用二氧化碳(CO2)来直接储存和回收能量。至少一些已知的发电系统包括使用CO2作为工作流体的发电涡轮系统。这种系统可以包括储存和释放模式，在这些模式下它们将潜在电能储存在气态CO2中，然后通过温度和/或压力的变化从气体中释放能量。至少一些已知的发电系统将气态CO2从涡轮引导至储罐，储罐将CO2保持在其三相点以冷凝气态CO2。然而，在三相点压力下在储罐内将气态CO2冷凝成液态CO2仅产生系统中包含的一部分能量，并且效率较低。
技术实现思路
在一个方面，提供了一种二氧化碳(CO2)能量储存系统。该CO2能量储存系统包括储罐，其被配置成储存包括干冰和液态CO2的CO2浆液。储罐在CO2三相点储存浆液。该储存系统还包括与储罐以流体连通方式联接的第一泵。第一泵被配置成从储罐接收CO2浆液并将CO2浆液的压力增加至高于CO2三相点压力的压力。该能量储存系统还包括与第一泵以流体连通方式联接的接触器。该接触器被配置成从泵接收高压CO2浆液并且还在高于CO2三相点压力的压力下接收第一气态CO2流。在另一方面，提供了一种发电系统。该发电系统包括具有CO2涡轮的发电循环。该发电系统还包括与发电循环以流体连通方式联接的CO2储存系统。CO2储存系统包括储罐，其被配置成储存包括干冰和液态CO2的CO2浆液。储罐在CO2三相点储存浆液。该储存系统还包括与储罐以流体连通方式联接的第一泵。第一泵被配置成从储罐接收CO2浆液并将CO2浆液的压力增加至高于CO2三相点压力的压力。该能量储存系统还包括与第一泵以流体连通方式联接的接触器。该接触器被配置成从泵接收高压CO2浆液并且还在高于CO2三相点压力的压力下从CO2涡轮接收第一气态CO2流。在另一方面，提供了一种操作发电系统的方法。该发电系统包括发电循环和CO2储存系统。该方法包括将干冰和液态CO2的浆液在CO2的三相点下储存在储罐中，并且将浆液泵送通过第一泵以将浆液的压力增加到高于CO2三相点压力。该方法还包括将高压浆液引导至接触器，并且在高于CO2三相点压力的压力下将第一气态CO2流引导至接触器。然后将高压浆液流和第一高压气态CO2流在接触器内混合在一起，以在高于三相点压力的压力下将引入的气态CO2冷凝成液态CO2。附图说明在参考附图阅读以下具体实施方式后，将更好地理解本专利技术的这些和其他特征、方面和优点，在附图中，类似的符号贯穿所有附图代表类似的部分，其中：图1是包括发电循环和CO2能量储存系统的示例性发电系统的示意图。除非另有说明，本文提供的附图旨在说明本公开实施方案的特征。这些特征被认为适用于包括本公开的一个或多个实施方案的多种系统。因此，附图并不意味着包括本领域普通技术人员已知的实施本文公开的实施方案所需的所有常规特征。具体实施方式在以下说明书和权利要求中，将会提及多个术语，这些术语应被定义为具有以下含义。除非上下文清楚地另外指示，否则单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数含义。“任选的”或“任选地”意指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括事件发生的情况和事件未发生的情况。如贯穿说明书和权利要求所使用的，可使用近似的表述修饰任意定量表达，允许定量表达在不改变其所涉及的基本功能的情况下改变。因此，由一个或多个术语诸如“大约”、“大致”和“基本上”修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似的表述可对应于用于测量值的仪器的精确度。在此以及整个说明书和权利要求中，范围限制被组合和互换；除非上下文或措辞中另有指示，否则这些范围是确定的并且包括其中包含的所有子范围。本文描述的实施方案公开了一种新型能量系统，其用于使用二氧化碳工作流体的相、温度和压力变化有效地储存能量，并且释放储存的能量以产生电能。本公开的能量储存系统利用多相二氧化碳(CO2)工作流体进行操作，用于将电力直接储存在固态CO2中并且用于直接释放储存的能量以产生电能。本文所述的CO2能量储存系统包括储罐，该储罐被配置成储存包括干冰和液态CO2的CO2浆液。储罐在CO2三相点储存浆液。该储存系统还包括与储罐以流体连通方式联接的第一泵。第一泵被配置成从储罐接收CO2浆液并将CO2浆液的压力增加至高于CO2三相点压力的压力。该能量储存系统还包括与第一泵以流体连通方式联接的接触器。接触器被配置成从泵接收高压CO2浆液并且还在高于CO2三相点压力的压力下接收第一气态CO2流。浆液中正在融化的干冰接触然后冷凝该气态CO2以产生液态CO2，其可用于CO2涡轮以产生电能。本文描述的发电系统提供了超过现有发电系统的各种技术和商业优势或改进。所公开的发电系统包括CO2储存系统，其在高于CO2的三相点压力的压力下使气态CO2与液态CO2和干冰的浆液接触。有意地在这种压力下操作接触器驱动CO2气体冷凝，并且导致两个流之间的有效热传递，相比于已知系统，这产生更大量的液态CO2。液态CO2被引导通过发电循环以产生电能。因此，使用初始作为干冰储存的电能增强发电循环及其涡轮的性能。作为上述的结果，本文所述的发电系统有助于提高发电厂效率，并且增加发电量。图1是示例性发电系统100的示意图，该发电系统100包括与CO2能量储存系统104以流体连通方式联接的发电循环102。在示例性实施方案中，发电循环102包括使用CO2作为工作流体发电的涡轮106。发电循环102还包括与CO2能量储存系统104以流体连通方式联接的进料泵108以及在泵108和涡轮106之间以流体连通方式联接的热回收蒸气发生器110。泵108和热回收蒸气发生器110分别增加来自CO2储存系统104的CO2的压力和温度，以使该压力和温度更接近涡轮106的操作压力和温度。发电系统102还包括在涡轮106和CO2储存系统104之间以流体连通方式联接的热交换器或换热器112。换热器112是在排气被引导至CO2储存系统104之前从气态CO2排气中去除一部分热量的热交换器。在示例性实施方案中，CO2能量储存系统104包括储罐114、接触器116和泵118，泵118以流体连通方式联接在储罐114和接触器116之间。储罐114在CO2的三相点储存干冰和液态CO2的CO2浆液。在热力学中，任何物质的三相点都是该物质的三相在热力学平衡中共存时的温度和压力。CO2的三相点在-56.6摄氏度(-69.8华氏度)时约为5.18巴(5.11个大气压)。同样在示例性实施方案中，CO2能量储存系统104包括加注循环和释放循环。在加注循环中，储罐114将过剩的电能储存为干冰。如下所述的制冷系统将储罐114内的液态CO2转化为干冰，用于将驱动制冷系统的电能储存为干冰中的潜热。储罐114内的浆液包括大致20％至大致80％的干冰，具体取决于循环。更具体地，当储罐114完全加注时，浆液包括大致80％的干冰，并且当储罐114完全释放时，浆液包括大致20％的干冰。在加注期间，储罐114内的干冰的百分比从大致20％增加到大致80％，使得储罐内的浆液可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化碳(CO2)能量储存系统，包括：储罐，其被配置成储存包括干冰和液态CO2的CO2浆液，其中所述储罐在所述CO2三相点温度和压力下储存所述浆液；第一泵，其与所述储罐以流体连通方式联接，其中所述第一泵被配置成从所述储罐接收所述CO2浆液并将所述CO2浆液的压力增加至高于所述CO2三相点压力的压力；以及接触器，其与所述第一泵以流体连通方式联接，其中所述接触器被配置成从所述泵接收所述高压CO2浆液并且还在高于所述CO2三相点压力的压力下接收第一气态CO2流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.02 US 15/367,9591.一种二氧化碳(CO2)能量储存系统，包括：储罐，其被配置成储存包括干冰和液态CO2的CO2浆液，其中所述储罐在所述CO2三相点温度和压力下储存所述浆液；第一泵，其与所述储罐以流体连通方式联接，其中所述第一泵被配置成从所述储罐接收所述CO2浆液并将所述CO2浆液的压力增加至高于所述CO2三相点压力的压力；以及接触器，其与所述第一泵以流体连通方式联接，其中所述接触器被配置成从所述泵接收所述高压CO2浆液并且还在高于所述CO2三相点压力的压力下接收第一气态CO2流。2.如权利要求1所述的CO2能量储存系统，还包括倾析器，其与所述储罐以流体连通方式联接，其中所述倾析器被配置成从所述储罐接收所述CO2浆液的液流，并且从所述CO2浆液流中去除高百分比干冰浆液流。3.如权利要求2所述的CO2能量储存系统，还包括第二泵，其以流体连通方式联接在所述倾析器和所述接触器之间，其中所述第二泵被配置成在高于所述CO2三相点压力的压力下将来自所述CO2浆液的所述高百分比干冰浆液流引导至所述接触器。4.如权利要求3所述的CO2能量储存系统，还包括混合器，其与所述第一泵、所述第二泵和所述接触器以流体连通方式联接，其中所述混合器被配置成混合来自所述第一泵的所述CO2浆液和来自所述第二泵的所述高百分比干冰浆液流。5.如权利要求1所述的CO2能量存储系统，还包括第一接触器出口管线，其以流体连通方式联接在所述接触器和所述储罐之间，其中所述第一接触器出口管线被配置成将液态CO2流从所述接触器引导至所述储罐。6.如权利要求5所述的CO2能量储存系统，还包括第二接触器出口管线和混合器，其中所述第二接触器出口管线被配置成将第二气态CO2流从所述接触器引导至所述混合器，并且所述混合器被配置成将来自所述接触器的所述第二气态CO2流与所述第一气态CO2流混合。7.如权利要求1所述的CO2能量储存系统，还包括再循环回路，其与所述储罐以流体连通方式联接，其中所述再循环回路被配置成从所述储罐去除气态CO2并将所述气态CO2冷凝成液态CO2，并且将所述液态CO2引导回所述储罐。8.一种发电系统，包括：包括CO2涡轮的发电循环；以及与所述发电循环以流动连通方式联接的CO2储存系统，所述CO2储存系统包括：储罐，其被配置成储存包括干冰和液态CO2的CO2浆液，其中所述储罐在所述CO2三相点温度和压力下储存所述浆液；第一泵，其与所述储罐以流体连通方式联接，其中所述第一泵被配置成从所述储罐接收所述CO2浆液并将所述CO2浆液的压力增加至高于所述CO2三相点压力的压力；以及接触器，其与所述第一泵以流体连通方式联接，其中所述接触器被配置成在高于所述CO2三相点压力的压力下从所述泵接收所述高压CO2浆液并且还从所述CO2涡轮接收第一气态CO2流。9.如权利要求8所述的发电系统，其中所述发电循环包括：热回收蒸气发生器，其以流体连通方式联接在所述储罐和所述涡轮之间，其中所述热回收蒸气发生器被配置成从所述储罐接收液态CO2流并增加所述液态CO2流的温度；进料泵，其以流体连通方式联接在...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊琳娜·帕夫洛夫娜·什皮里，艾伯特·桑托·斯特拉，约翰·布莱恩·麦克德莫特，斯蒂芬·桑伯恩，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US