一种吸附式压缩超临界CO2热电联储联供系统及其运行方法技术方案

本发明专利技术提供了一种吸附式压缩超临界CO2热电联储联供系统及其运行方法，涉及能量储存技术领域，包括依次连接的低压储气单元、压缩单元、高压储气单元和膨胀单元，且膨胀单元与低压储气单元连接；低压储气单元内设有吸附剂，用于吸附CO2；压缩单元用于将低压储气单元内解吸附的CO2压缩为超临界CO2；高压储气单元用于储存超临界CO2；膨胀单元用于使高压储气单元释放的超临界CO2膨胀做功。本发明专利技术利用CO2工质压缩储电和膨胀发电进行储电以实现电能的削峰填谷，同时利用CO2的脱附热和吸附热的结合进行储热以向外界供热，实现热电联储联供。而且，通过调控低压储气过程的吸附热和解吸附过程脱附热的内循环比例，可实现储能热电比的灵活调节。灵活调节。灵活调节。

【技术实现步骤摘要】
一种吸附式压缩超临界CO2热电联储联供系统及其运行方法


[0001]本专利技术涉及能量储存
，具体而言，涉及一种吸附式压缩超临界CO2热电联储联供系统及其运行方法。

技术介绍

[0002]在“碳达峰、碳中和”战略的背景下，实现能源低碳绿色转型迫在眉睫。近年来，以风电、光伏为主体的可再生能源体系迅速发展，2021年，风电装机规模达到3.3亿kW，光电装机规模达到3.1亿kW。在“双碳”目标下，可再生能源应用规模与占比势必将大幅提升，预计2030年，风电和光电总装机容量将达到12亿kW以上。除风电和光电外，作为太阳能的另外一种利用形式，光热发展也非常迅速。但风电、光伏、光热等可再生能源具有间歇性、波动性、随机性等固有缺点，无法持续稳定输出能量，需储能系统介入调节，用以缓解能源需求与能源供给的不匹配问题。
[0003]我国北方高寒地区冬季供暖需求大，实现双碳目标，未来供暖的发展趋势必然是以新能源为主体的供暖体系。由于冬季供暖热负荷需求大，北方地区冬季供暖季的能源消耗呈热电比高的特点。要构建包含供暖体系的以新能源为主的能源体系，配置热电比高、且灵活可调的热电联储联供系统是新能源体系安全平稳运行的基础。
[0004]目前我国北方热电厂的供暖方案以“以热定电”模式运行，热负荷不足部分由仅供热的燃煤热源厂供给。此方案造成热电供应高度耦合，但热电的消耗并不同步。白天热负荷低，电负荷相对较高；而深夜热负荷高，电负荷相对较高。配置热电比高、且灵活可调的热电联储联供系统同样可缓解该困境。
[0005]储能技术是指通过介质或设备把能量存储起来而在需要的时候再释放的过程。目前仅有抽水蓄能和压缩气体储能可大规模应用。抽水储能是指利用电力系统中多余的电能，把水抽到高处，以位能的方式蓄能，需要时再水力发电。目前占主导地位，但是抽水储能过程中机械损耗较大，且建设周期长，较强地依赖地理条件，应用场景受限。压缩空气储能是指利用电网负荷低谷时的剩余电力压缩空气，并将其储藏在高压密封设施内，在用电高峰时释放出来驱动发电机发电。压缩空气储能能够实现大容量和长时间电能储存，具有较大发展空间。当前压缩气体储能多以空气为工质，通常采用地下洞穴或高压储气罐作为高压储气单元。地下洞穴需要特殊的地质条件，系统效率较低。高压储气罐压力范围通常为7
‑
10MPa，有效储气密度(充放气密度差)仅33kg/m3左右，导致储气单元体积过大，系统投资和维护成本过高。

技术实现思路

[0006]针对以上现有技术中的问题，本专利技术的目的在于提供一种吸附式压缩超临界CO2热电联储联供系统及其运行方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术具体通过以下技术实现：
[0008]本专利技术提供了一种吸附式压缩超临界CO2热电联储联供系统，包括依次连接的低
压储气单元、压缩单元、高压储气单元和膨胀单元，且所述膨胀单元与所述低压储气单元连接；
[0009]所述低压储气单元内设有吸附剂，所述吸附剂用于吸附二氧化碳；
[0010]所述压缩单元用于将所述低压储气单元内解吸附的所述二氧化碳压缩为超临界二氧化碳；
[0011]所述高压储气单元用于储存所述超临界二氧化碳；
[0012]所述膨胀单元用于使所述高压储气单元释放的所述超临界二氧化碳膨胀做功。
[0013]进一步地，所述低压储气单元包括低压储气罐和第一加热器，所述吸附剂设于所述低压储气罐内，所述第一加热器用于为所述低压储气罐加热。
[0014]进一步地，所述压缩单元包括依次交替连接的多个压缩机和多个储能换热器，位于最前的所述压缩机与所述低压储气单元连接，位于最后的所述储能换热器与所述高压储气单元连接。
[0015]更进一步地，所述压缩单元包括依次连接的第一压缩机、第一储能换热器、第二压缩机、第二储能换热器、第三压缩机、第三储能换热器、第四压缩机和第四储能换热器。
[0016]进一步地，所述高压储气单元包括高压储气罐和第二加热器，所述第二加热器用于为所述高压储气罐加热。
[0017]进一步地，所述膨胀单元包括依次交替连接的多个释能换热器和多个膨胀机，位于最前的所述释能换热器与所述高压储气单元连接，位于最后的所述膨胀机与所述低压储气单元连接。
[0018]更进一步地，所述膨胀单元包括依次连接的第一释能换热器、第一膨胀机、第二释能换热器、第二膨胀机、第三释能换热器、第三膨胀机、第四释能换热器和第四膨胀机。
[0019]进一步地，所述膨胀单元还包括发电机，所述发电机与所述膨胀机的传动轴固定连接。
[0020]进一步地，所述膨胀单元还包括回热器，所述回热器的低温侧入口与所述高压储气罐的出气口连接，所述回热器的低温侧出口与位于最前的所述释能换热器的进气口连接，所述回热器的高温侧入口与位于最后的所述膨胀机的出气口连接，所述回热器的高温侧出口与所述低压储气罐的进气口连接。
[0021]进一步地，所述热电联储联供系统还包括蓄热单元，所述蓄热单元包括热导热油罐和冷导热油罐；
[0022]所述热导热油罐的进液口与每个所述储能换热器的低温侧出口连接，出液口与每个所述释能换热器的高温侧入口连接；
[0023]所述冷导热油罐的进液口与每个所述释能换热器的高温侧出口连接，出液口与每个所述储能换热器的低温侧入口连接。
[0024]进一步地，所述热导热油罐通过管道与所述低压储气罐连通。
[0025]进一步地，所述热电联储联供系统的总热电比为2:1
‑
7:1。
[0026]进一步地，所述低压储气单元的有效储气密度大于或等于100kg/m3，所述高压储气单元的有效储气密度大于或等于500kg/m3。
[0027]另外，本专利技术提供了如上所述的吸附式压缩超临界CO2热电联储联供系统的运行方法，包括以下步骤：
[0028]当电网负荷处于低谷时，对低压储气单元加热，使二氧化碳从吸附剂上解吸附并储存脱附热，解吸附的所述二氧化碳经压缩单元压缩为超临界二氧化碳以将电能转换为高压气体能储存，之后将所述超临界二氧化碳储存于高压储气单元中，以上实现热电联储过程；
[0029]当电网负荷处于高峰时，对所述高压储气单元加热，释放所述超临界二氧化碳，所述超临界二氧化碳经膨胀单元膨胀做功以输出电能，完成做功后的所述二氧化碳进入所述低压储气单元，被所述吸附剂吸附同时释放吸附热，之后所述吸附热输送给热用户，以上实现热电联供过程。
[0030]进一步地，对所述低压储气单元加热至低压储气罐温度为35
‑
200℃；对所述高压储气单元加热至高压储气罐温度为35
‑
45℃。
[0031]本专利技术的有益效果是：
[0032]1、本专利技术利用CO2工质压缩储电，之后利用CO2工质膨胀做功发电实现电能的削峰填谷，同时利用解吸附CO2的脱附热和吸附CO2的吸附热结合储热实现向外界供热，可实现热电联储联供。而且，通过调控低压储气过程的吸附热和解吸附过程脱附热的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种吸附式压缩超临界CO2热电联储联供系统，其特征在于，包括依次连接的低压储气单元、压缩单元、高压储气单元和膨胀单元，且所述膨胀单元与所述低压储气单元连接；所述低压储气单元内设有吸附剂，所述吸附剂用于吸附二氧化碳；所述压缩单元用于将所述低压储气单元内解吸附的所述二氧化碳压缩为超临界二氧化碳；所述高压储气单元用于储存所述超临界二氧化碳；所述膨胀单元用于使所述高压储气单元释放的所述超临界二氧化碳膨胀做功。2.根据权利要求1所述的热电联储联供系统，其特征在于，所述低压储气单元包括低压储气罐(1)和第一加热器，所述吸附剂设于所述低压储气罐(1)内，所述第一加热器用于为所述低压储气罐(1)加热；所述压缩单元包括依次交替连接的多个压缩机和多个储能换热器，位于最前的所述压缩机与所述低压储气单元连接，位于最后的所述储能换热器与所述高压储气单元连接；所述高压储气单元包括高压储气罐(10)和第二加热器，所述第二加热器用于为所述高压储气罐(10)加热；所述膨胀单元包括依次交替连接的多个释能换热器和多个膨胀机，位于最前的所述释能换热器与所述高压储气单元连接，位于最后的所述膨胀机与所述低压储气单元连接。3.根据权利要求2所述的热电联储联供系统，其特征在于，所述膨胀单元还包括回热器(11)，所述回热器(11)的低温侧入口与所述高压储气罐(10)的出气口连接，所述回热器(11)的低温侧出口与位于最前的所述释能换热器的进气口连接，所述回热器(11)的高温侧入口与位于最后的所述膨胀机的出气口连接，所述回热器(11)的高温侧出口与所述低压储气罐(1)的进气口连接。4.根据权利要求2所述的热电联储联供系统，其特征在于，所述膨胀单元还包括发电机，所述发电机与所述膨胀机的传动轴固定连接。5.根据权利要求2所述的热电联储联供系统，其特征在于，所述热电联储联供系统还包括蓄热单元，所述蓄热单元包括热导热油罐(21)和冷导热...

【专利技术属性】
技术研发人员：高建民，杜谦，董鹤鸣，栾积毅，张宇，张天航，彭亦睿，倘治培，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：