基于二氧化碳储能并利用环境余热的热电联产系统及方法技术方案

本发明专利技术属于储能技术领域，具体涉及一种基于二氧化碳储能并利用环境余热的热电联产系统及方法，本系统包括：相变储罐，可储存液态二氧化碳，并通过与环境换热使二氧化碳在相应工作阶段发生气

【技术实现步骤摘要】
基于二氧化碳储能并利用环境余热的热电联产系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种与电网连接的储能及能源生产系统，尤其涉及一种基于二 氧化碳储能并利用环境余热的热电联产系统。

技术介绍

[0002]目前，风电、光电等可再生能源在未来将更大规模地发展。然而，风电、 光电等可再生能源发电具有波动性，新能源发电规模大幅度发展会导致弃风、 弃光现象愈加严重，造成了能源浪费，给电网调峰带来了困难，需要储电技术 来存储新能源过饱和发电，实现电网削峰填谷，减少弃风、弃光造成的能源浪 费。
[0003]另外，为了减少碳排放，目前相关研究中最直接的技术是碳捕获与封存 (carbon capture and storage,CCS)技术，是指将二氧化碳从工业或相关排 放源中分离出来，输送到封存地点，并长期与大气隔绝的过程，但是该技术捕 获与封存的二氧化碳并不能有效利用。
[0004]如果能专利技术一种实现削峰填谷、消纳光伏风电等新能源发电、缓解电厂发 电调峰深度和频率的新型储能系统，将极大地减少浪费，推动新能源发电大规 模发展，且如果该系统可以充分利用二氧化碳的热力学特性，基于二氧化碳作 为工质，就可以结合CCS技术，对二氧化碳进行储存和再利用，能带来良好的 经济效益和社会效益。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种基于二氧化碳储能并利用环境余热的热电联产系统及方 法。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种热电联产系统，包括：
[0007]相变储罐，可储存液态二氧化碳，并通过与环境换热使二氧化碳在相应工 作阶段发生气
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液相变和液
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气相变；
[0008]多级压缩模块；与相变储罐相连，通过向电网取电将相变储罐输出的低温 低压带湿饱和二氧化碳气体进行多级压缩并输入高温储罐中；
[0009]高温储罐，用于储存经多级压缩模块压缩后获得的高温高压二氧化碳气体， 并兼具换热功能，可将高温高压二氧化碳气体的热量交换给供热循环水以实现 对外供热；
[0010]循环水泵，设置于高温储罐与热用户的联通水工质管道上，为供热循环水 提供动力；以及
[0011]透平发电装置，利用高温储罐输出的高温高压二氧化碳做功向电网发电， 并将做功后的低参数乏气送入相变储罐。
[0012]又一方面，本专利技术还提供了一种热电联产工作方法，包括：
[0013]将二氧化碳作为工质进行耗电储能，即将低温低压带湿饱和二氧化碳气体 通过电能转换为高温高压二氧化碳气体；
[0014]将水作为工质与高温高压二氧化碳气体换热进行对热用户供热；
[0015]利用高温高压二氧化碳气体的热量做功产生电能，并形成低参数乏气；
[0016]将低参数乏气通过与环境换热生成低参数二氧化碳液体；
[0017]将二氧化碳液体通过与环境换热生成低温低压带湿饱和二氧化碳气体。
[0018]本专利技术的有益效果是，本系统可有效吸纳风光电等新能源发电，可实现电 网的削峰填谷。本热电联产系统利用二氧化碳作为工质，由于二氧化碳饱和温 度区间处于
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56℃～31℃之间，环境温度区间与之有大量重合，可将环境作为本 热电联产系统的热源和冷源，利用环境余热进行储能和释能，相较于其他储能 方式，没有地域、基础环境、工艺需求等限制，甚至北方极低温地区均可稳定 运行，具有优良的推广优势，适用范围广泛；并且本专利技术利用二氧化碳为工质， 可完美结合CCS技术，对二氧化碳进行储存和再利用，减少碳排放；以及在通 过多级压缩模块压缩工质时，相变储罐大量吸收环境余热，产生热泵效应，能 效比COP较高，从而导致整个系统的储能效率η，也即高于一般 储电系统。本热电联产系统寿命长，系统简单，关键技术成熟，所利用的热力 装置及技术有成熟的应用经验。本热电联产系统所涉及的设备规模宜大宜小， 可在不同的场合得到应用。本热电联产系统供能过程可按需灵活转换供电和供 热，从而灵活适应实际需求。
[0019]本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明 书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点在 说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0020]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例， 并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将 对具体实施方式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专利技术的一些实施方式，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。
[0022]图1为本专利技术一种基于二氧化碳储能并利用环境余热的热电联产系统示意 图；
[0023]图2为本专利技术的实施例1在系统运行时二氧化碳工质的压
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熵图。图中水平 直线L为系统所在地环境温度线；
[0024]图3为本专利技术的实施例2在系统运行时二氧化碳工质的压
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熵图。图中水平 直线L为系统所在地环境温度线。
[0025]图中
[0026]相变储罐1、高温储罐2、多级压缩模块3、透平机4、发电机5、电网6、 循环水泵7、热用户8；
[0027]阀门v1、v2、v3、v4、v5、v6、v7。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对 本专利技术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专利技术一 部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保 护的范围。
[0029]为了以蓄电储能的方式更多消纳光伏、风电等新能源发电，解决弃光、弃 风问题，实现减碳目标，同时参与电网6调峰，实现削峰填谷；以及为了结合 CCS技术对二氧化碳进行储存和再利用，本专利技术开发了基于二氧化碳储能并利用 环境余热的热电联产系统及方法。
[0030]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0031]在本实施例中热电联产系统可以包括相变储罐1、高温储罐2、多级压缩模 块3、透平发电装置，或者还可以包括循环水泵7。其中所述相变储罐1与多级 压缩模块3、多级压缩模块3与高温储罐2、高温储罐2与透平发电装置、透平 发电装置与相变储罐1之间通过二氧化碳工质管道连接；所述高温储罐2与循 环水泵7、循环水泵7与热用户8、热用户8与高温储罐2之间通过水工质管道 连接；所述相变储罐1用于储存液态饱和二氧化碳，并兼具蒸发或冷凝作用， 通过与环境换热使二氧化碳工质发生气
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液相变或者液
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气相变；所述高温储罐2 用于储存经多级压缩模块3压缩后的高温高压二氧化碳气体，并兼具换热功能， 可将高温高压二氧化碳气体的热量交换给本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二氧化碳储能并利用环境余热的热电联产系统，其特征在于，包括：相变储罐(1)，可储存液态二氧化碳，并通过与环境换热使二氧化碳在相应工作阶段发生气
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液相变和液
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气相变；多级压缩模块(3)；与相变储罐(1)相连，通过向电网(6)取电将相变储罐(1)输出的低温低压带湿饱和二氧化碳气体进行多级压缩并输入高温储罐(2)中；高温储罐(2)，用于储存经多级压缩模块(3)压缩后获得的高温高压二氧化碳气体，并兼具换热功能，可将高温高压二氧化碳气体的热量交换给供热循环水以实现对外供热；以及透平发电装置，利用高温储罐(2)输出的高温高压二氧化碳做功向电网(6)发电，并将做功后的低参数乏气送入相变储罐(1)。2.根据权利要求1所述的热电联产系统，其特征在于，所述高温储罐(2)还通过水工质管道连通热用户(8)，并在所述水工质管道上设置循环水泵(7)。3.根据权利要求1所述的热电联产系统，其特征在于，位于多级压缩模块(3)与高温储罐(2)之间的二氧化碳工质管道上设置有止回阀。4.根据权利要求1所述的热电联产系统，其特征在于，所述透平发电装置包括透平机(4)，以及由透平机(4)驱动的发电机(5)。5.一种基于二氧化碳储能并利用环境余热的热电联产工作方法，其特征在于，包括：将二氧化碳作为工质进行耗电储能，即将低温低压带湿饱和二氧化碳气...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴云凯，谢金芳，茹毅，
申请(专利权)人：杭州英集动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：