一种基于开式布雷顿循环的二氧化碳储能发电方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于开式布雷顿循环的二氧化碳储能发电方法及系统，属于压缩空气储能技术领域。本发明专利技术的一种基于开式布雷顿循环的二氧化碳储能发电方法，利用一个或多个储气皮囊对气态二氧化碳进行存储，使得储气设备设施体积小，符合当下国家绿色能源的战略要求；并将储气皮囊与压缩机的进口相连通，利用压缩机对储存的气态二氧化碳进行压缩；同时将涡轮机的出口与储气皮囊相连通，使得做完功的二氧化碳经过热交换后，恢复到环境温度与压力，重新储存到储气皮囊中，从而完成基于开式布雷顿循环的二氧化碳储能发电，同时使得本发明专利技术压缩机进口压力较低，可大幅度减少系统的压缩能耗，提高系统的转换效率。提高系统的转换效率。提高系统的转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于开式布雷顿循环的二氧化碳储能发电方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种基于开式布雷顿循环的二氧化碳储能发电方法及系统，属于压缩空气储能


技术介绍

[0002]随着当下“碳达峰”“碳中和”战略目标的全面实施，传统火电在国家能源结构占比呈逐步降低趋势，以太阳能、风电、压缩空气储能、抽水储能等清洁高效能源为主体的新型能源系统正在逐步构建。
[0003]进一步，中国专利(公布号CN110778485 A)提供耦合超临界二氧化碳循环的压缩空气储能发电系统及方法。系统包括空气压缩机、一级换热器和用于储气的高压容器；二级换热器、低温储热罐和高温储热罐；一级空气透平、中间换热器和二级空气透平；S
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CO2透平、S
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CO2回热器、S
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CO2压气机和S
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CO2热源加热器。空气压缩机压缩空气后将热储存于导热介质中，将高压空气储存于高压容器中；在需要时释放高压空气加热后驱动空气透平发电，同时S
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CO2循环中的出气对压缩空气发电通道中的空气进行加热。
[0004]上述方案直接对空气进行压缩，但空气密度较低，导致空气密度能量较小，因此如果压缩空气进行储能，需要储罐多且体积大，不符合当下国家绿色能源的战略要求。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的一在于提供一种利用一个或多个储气皮囊对气态二氧化碳进行存储，使得储气设备设施体积小，符合当下国家绿色能源的战略要求；并将储气皮囊与压缩机的进口相连通，利用压缩机对储存的气态二氧化碳进行压缩；同时将涡轮机的出口与储气皮囊相连通，使得做完功的二氧化碳经过热交换后，恢复到环境温度与压力，重新储存到储气皮囊中，从而完成基于开式布雷顿循环的二氧化碳储能发电，方案科学、合理，切实可行的基于开式布雷顿循环的二氧化碳储能发电方法。
[0006]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的二在于提供一种通过设置涡轮机、压缩机、发电机、储热装置、冷凝器、蒸发器、储液罐组、冷却器、储热水池、冷却塔、冷却水池、二氧化碳储气库，进行二氧化碳的储能以及发电，使得储气设备设施体积小，压缩机进口压力较低，从而可大幅度减少系统的压缩能耗，提高系统的转换效率，方案详尽，简单、实用，切实可行的基于开式布雷顿循环的二氧化碳储能发电系统。
[0007]本专利技术的目的三在于提供一种储气设备设施体积小，压缩机进口压力较低，从而可大幅度减少系统的压缩能耗，提高系统的转换效率的基于开式布雷顿循环的二氧化碳储能发电方法及系统。
[0008]为实现上述目的之一，本专利技术的第一种技术方案为：
[0009]一种基于开式布雷顿循环的二氧化碳储能发电方法，
[0010]包括以下内容：
[0011]当需要充能时，利用一个或多个储气皮囊对气态二氧化碳进行存储；
[0012]将储气皮囊与压缩机的进口相连通，并利用压缩机对储存的气态二氧化碳进行压缩，得到压力和温度升高的高压高温气体，并储存压缩过程中所产生的第一热能；
[0013]对高压高温气体进行冷凝，得到液体二氧化碳，并储存冷凝交换过程中所产生的第二热能；
[0014]当需要发电时，利用第二热能对液体二氧化碳进行预热，得到高温液体；
[0015]利用第一热能对高温液体进行二次加热，将二氧化碳从液态转变成气态，变成气态的二氧化碳不断膨胀进入涡轮机，驱动其旋转，带动发电机进行发电；
[0016]所述涡轮机的出口与储气皮囊相连通，使得做完功的二氧化碳经过热交换后，恢复到环境温度与压力，重新储存到储气皮囊中，实现基于开式布雷顿循环的二氧化碳储能发电。
[0017]本专利技术经过不断探索以及试验，充分考虑二氧化碳具有无毒、不易燃、易获取、结构稳定等优点，且其临界参数低(温度为31.2℃/压力为7.38MPa)，容易实现亚临界状态，相比空气密度能量要大得多的特性，利用一个或多个储气皮囊对气态二氧化碳进行存储，使得储气设备设施体积小，符合当下国家绿色能源的战略要求；并将储气皮囊与压缩机的进口相连通，利用压缩机对储存的气态二氧化碳进行压缩；同时将涡轮机的出口与储气皮囊相连通，使得做完功的二氧化碳经过热交换后，恢复到环境温度与压力，重新储存到储气皮囊中，从而完成基于开式布雷顿循环的二氧化碳储能发电，方案科学、合理，切实可行。
[0018]进一步，本专利技术采用储气皮囊的形式进行二氧化碳存储，其产生的压力可在压缩机运行时保持稳定，使其运行环境与大气系统相类似，与闭式二氧化碳布雷顿系统相比，本专利技术较低的压缩机进口压力可大幅度减少系统的压缩能耗，提高系统的转换效率。
[0019]作为优选技术措施：
[0020]所述第一热能由储热装置进行储存；
[0021]所述第二热能通过储热水池进行储存；
[0022]当储热水池的温度接近二氧化碳临界冷凝温度后，则开启冷却塔对储热水池进行冷却，在压力与温度的作用下，高压高温气体转换成液态并存储于储液罐组中。
[0023]作为优选技术措施：
[0024]所述高压高温气体经过冷凝器进行冷凝，未冷凝的高压高温气体通过气水分离器重新回至压缩机中进行压缩；
[0025]所述压缩机由发电机驱动，对从气水分离器或/和储气皮囊传输过来的二氧化碳进行压缩，使二氧化碳的压力升至临界压力之上，向储热装置传输。
[0026]作为优选技术措施：
[0027]做完功的二氧化碳经过冷却器与冷却水池进行热交换，使二氧化碳恢复到环境温度与压力。
[0028]作为优选技术措施：
[0029]储气皮囊的压力等级为大气压力，多个储气皮囊之间通过管道以并联形式连接，并分别连接到压缩机和涡轮机，通过储气皮囊的压缩和膨胀，保持压缩机的进口压力和涡轮机的出口压力维持在恒定的大气压。
[0030]为实现上述目的之一，本专利技术的第二种技术方案为：
[0031]一种基于开式布雷顿循环的二氧化碳储能发电系统，采用上述的一种基于开式布
雷顿循环的二氧化碳储能发电方法；
[0032]其设有二氧化碳储气库；
[0033]所述二氧化碳储气库采用储气皮囊的形式进行二氧化碳存储，根据需求分为单个储气皮囊或多个储气皮囊的形式，其压力等级为大气压力，各储气皮囊通过管道以并联形式连接，并分别连接到压缩机和涡轮机，通过皮囊的压缩和膨胀，保持压缩机的进口压力和涡轮机的出口压力维持在恒定的大气压。
[0034]本专利技术经过不断探索以及试验，利用一个或多个储气皮囊对气态二氧化碳进行存储，使得储气设备设施体积小，符合当下国家绿色能源的战略要求。本专利技术的压缩机进口和涡轮机出口均与一个大型的二氧化碳储存库相连，该储存库内基于蓄能器原理采用储气皮囊的形式进行二氧化碳存储，其产生的压力可在压缩机运行时保持稳定，与大气系统相类似，与闭式二氧化碳布雷顿系统相比，本专利技术压缩机进口压力较低，从而可大幅度减少系统的压缩能耗，提高系统的转换效率。
[0035]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于开式布雷顿循环的二氧化碳储能发电方法，其特征在于，包括以下内容：当需要充能时，利用一个或多个储气皮囊(9
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1)对气态二氧化碳进行存储；将储气皮囊(9
‑
1)与压缩机(2)的进口相连通，并利用压缩机(2)对储存的气态二氧化碳进行压缩，得到压力和温度升高的高压高温气体，并储存压缩过程中所产生的第一热能；对高压高温气体进行冷凝，得到液体二氧化碳，并储存冷凝交换过程中所产生的第二热能；当需要发电时，利用第二热能对液体二氧化碳进行预热，得到高温液体；利用第一热能对高温液体进行二次加热，将二氧化碳从液态转变成气态，变成气态的二氧化碳不断膨胀进入涡轮机(1)，驱动其旋转，带动发电机(3)进行发电；所述涡轮机(1)的出口与储气皮囊(9
‑
1)相连通，使得做完功的二氧化碳经过热交换后，恢复到环境温度与压力，重新储存到储气皮囊(9
‑
1)中，实现基于开式布雷顿循环的二氧化碳储能发电。2.如权利要求1所述的一种基于开式布雷顿循环的二氧化碳储能发电方法，其特征在于，所述第一热能由储热装置(4)进行储存；所述第二热能通过储热水池(10)进行储存；当储热水池(10)的温度接近二氧化碳临界冷凝温度后，则开启冷却塔(11)对储热水池(10)进行冷却，在压力与温度的作用下，高压高温气体转换成液态并存储于储液罐组(7)中。3.如权利要求1所述的一种基于开式布雷顿循环的二氧化碳储能发电方法，其特征在于，所述高压高温气体经过冷凝器(5)进行冷凝，未冷凝的高压高温气体通过气水分离器重新回至压缩机(2)中进行压缩；所述压缩机(2)由发电机(3)驱动，对从气水分离器或/和储气皮囊(9
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1)传输过来的二氧化碳进行压缩，使二氧化碳的压力升至临界压力之上，向储热装置(4)传输。4.如权利要求1所述的一种基于开式布雷顿循环的二氧化碳储能发电方法，其特征在于，做完功的二氧化碳经过冷却器(8)与冷却水池(12)进行热交换，使二氧化碳恢复到环境温度与压力。5.如权利要求1
‑
4任一所述的一种基于开式布雷顿循环的二氧化碳储能发电方法，其特征在于，储气皮囊(9
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1)的压力等级为大气压力，多个储气皮囊(9
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1)之间通过管道以并联形式连接，并分别连接到压缩机(2)和涡轮机(1)，通过储气皮囊(9
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1)的压缩和膨胀，保持压缩机(2)的进口压力和涡轮机(1)的出口压力维持在恒定的大气压。6.一种基于开式布雷顿循环的二氧化碳储能发电系统，其特征在于，采用如权利要求1
‑
5任一所述的一种基于开式布雷顿循环的二氧化碳储能发电方法；其设有二氧化碳储气库(9)；所述二氧化碳储气库(9)采用储气皮囊(9
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1)的形式进行二氧化碳存储，根据需求分为
单个储气皮囊(9
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1)或多个储气皮囊(9
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1)的形式，其压力等级为大气压力，各储气皮囊(9
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1)通过管道以并联形式连接，并分别连接到压缩机(2)和涡轮机(1)，通过皮囊的压缩和膨胀，保持压缩机(2)的进口压力和涡轮机(1)的出口压力维持在恒定的大气压。7.如权利要求6所述的一种基于开式布雷顿循环的二氧化碳储能发电系统，其特征在于，还包括涡轮机(1)、压缩机(2)、发电机(3)、储热装置(4)、冷凝器(5)、蒸发器(6)、储液罐组(7)、冷却器(8)、储热水池(10)、冷却塔(11)、冷却水池(12)；所述涡轮机(1)为卧式旋转机械，其由加热过的气态二氧化碳进行驱动，并能带动发电机(3)，将机械能转换成电能；所述压缩机(2)由发电机(3)驱动，对从二氧化碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：马思聪，顾正皓，蔡文方，李卫军，滕千里，鲍文龙，郭超群，王在华，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：