热泵式熔盐-碳复合储能供电方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种热泵式熔盐

【技术实现步骤摘要】
热泵式熔盐
‑
碳复合储能供电方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种储能供电方法及装置，特别是一种热泵式熔盐
‑
碳复合储能供电方法及装置。

技术介绍

[0002]全球气候变暖是人类面临的世纪挑战，我们国家制定了2030年前碳达峰，2060年前实现碳中和的总体目标。二氧化碳作为全球气候变暖的主要原因，碳捕获技术为解决这一难题提供了技术方案。如何有效利用捕获的二氧化碳是值得研究的。
[0003]现有技术中，二氧化碳的处理一般通过地下封存，将捕集的二氧化碳注入深部地质储层，使二氧化碳与大气长期隔绝，从而进入“休眠态”。主要的封存方式有陆地封存、海洋封存和碳酸盐化固体封存三种，缺点是导致二氧化碳资源的浪费。
[0004]另一方面，大力发展以太阳能以及风能为代表的清洁能源是实现碳中和目标的重要途经。清洁能源一般受到天气、季节，阳光等自然条件的影响，难以提供稳定的能源输出，从而很难输出与电网匹配的电力。因此现阶段绿色能源的弃风以及弃光问题非常严重。为了让绿色能源也能输出时间上分布均匀的电力，采取一定的储能技术，以空间换取时间是一个较好的解决方案。
[0005]目前，储能技术包括电加热储能和热泵式储能，其中，电加热储能是通过电加热熔盐的方式实现蓄热储能，其蓄热效率不可能超过100％，热泵式储能利用热力学循环使低温热转化为高温热，使得蓄热量超过消耗的电能，但是其蓄热效率有待进一步提高。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种高效的热泵式熔盐
‑
碳复合储能方法及装置，以解决蓄热储能效率低下的缺点，同时解决碳捕获所得的二氧化碳的处理难题。
[0007]为了实现上述目的，本申请借鉴热力学中卡诺循环与逆卡诺循环互为可逆的原理，通过逆卡诺循环做功将低温热源的热量转移到高温热源实现熔盐蓄热二氧化碳蓄冷储能，再通过高温热源的热量转移到低温热源时对外界做功实现释能发电。但现实中，卡诺循环和逆卡诺循环的物理过程难以实现，因而本专利技术利用逆布雷顿循环实现熔盐蓄热二氧化碳蓄冷储能，同时高温热机循环与低温热机循环结合发电，其理论储能后发电的转换效率一般来说优于直接电加热等传统方式。另一方面这种储能方式将二氧化碳作为蓄冷介质，有效利用了碳捕获得到的二氧化碳，变废为宝，有助于碳中和的实现。
[0008]由此，本专利技术提供一种热泵式熔盐
‑
碳复合储能方法，其包括如下模式：
[0009](1)基于逆布雷顿循环的蓄热蓄冷模式：气体工作介质经压缩机绝热压缩，再与蓄热系统换热来进行气体工作介质的等压放热，所述蓄热系统的蓄热介质为熔盐，以蓄热于熔盐中，随后进入透平绝热膨胀对外做功，然后通过与二氧化碳冷凝器换热实现气体工作介质的等压吸热和压缩二氧化碳的等压放热，压缩二氧化碳经等压放热后冷凝为液态二氧化碳，并储存于液态二氧化碳储罐，然后气体工作介质再次经压缩机绝热压缩以重复上述
过程；
[0010](2)基于布雷顿循环或朗肯循环的发电模式：工作介质在高温热机系统中循环，在循环过程中与蓄热系统换热来进行气体工作介质的等压吸热，通过与二氧化碳蒸发器换热实现气体工作介质的等压放热和液态二氧化碳的等压吸热，在循环过程中对外做的功用于发电；液态二氧化碳经过二氧化碳蒸发器吸热后，液态二氧化碳气化，在气化过程中二氧化碳的体积膨胀500倍以上，并得到20
‑
60Mpa高压气态二氧化碳以对外做功并用于发电。
[0011]所述高温热机系统为高温布雷顿热机系统，在所述高温布雷顿热机系统中，气体工作介质进入压缩机进行绝热压缩，继而与蓄热系统换热来进行气体工作介质的等压吸热，然后进入透平绝热膨胀对外做功，与二氧化碳蒸发器换热实现气体工作介质的等压放热；随后，气体工作介质再次进入压缩机以重复上述步骤或排放至外界。
[0012]所述高温热机系统为高温朗肯热机系统，在所述高温朗肯热机系统中，液态的朗肯循环工作介质通过工作介质蒸发器与蓄热系统换热来进行朗肯循环工作介质的等压吸热，成为蒸汽形式的朗肯循环工作介质，蒸汽形式的朗肯循环工作介质在汽轮机中绝热膨胀做功，排气在二氧化碳蒸发器中等压放热，并凝结为冷凝的液态的朗肯循环工作介质，同时液态二氧化碳吸收朗肯循环工作介质热量以后蒸发为气态二氧化碳，最后液态的朗肯循环工作介质经过工质泵绝热压缩，再次进入蒸发器并重复上述步骤。
[0013]气体工作介质与二氧化碳蒸发器的换热使得低温热机系统利用二氧化碳蒸发器自高温热机系统或空气吸热，所述低温热机系统为低温朗肯热机系统，在所述低温朗肯热机系统中，蓄冷系统中的液态二氧化碳进入二氧化碳蒸发器吸收高温热机系统的气体工作介质的热量，或直接吸收空气中的热量，使得液态二氧化碳吸收热量气化，在气化过程中二氧化碳的体积膨胀500倍以上，并得到20
‑
60Mpa的高压气态二氧化碳高压气态二氧化碳进入低温热机透平以进行绝热膨胀对外做功用于发电，随后将废气收集。
[0014]所述气体工作介质包括空气、氩气、氮气、氦气或二氧化碳。
[0015]所述朗肯循环工作介质包括水、氨水溶液以及烃类、醇类、醚类、酯类、酮类、醛类、酚类、羧酸、胺类、二醇衍生物、杂环类化合物中的至少一种。
[0016]另一方面，本专利技术提供一种热泵式熔盐
‑
碳复合储能供电装置，其特征在于，其基于上文所述的热泵式储能供电方法；
[0017]对应于蓄热蓄冷模式，其包括沿气体工作介质的走向由管线依次串联并形成回路的压缩机、与蓄热系统相连的熔盐气体换热器、透平、与蓄冷系统相连的二氧化碳冷凝器；
[0018]对应于发电模式，其包括高温热机系统和低温热机系统；
[0019]所述高温热机系统包括沿气体工作介质的走向由管线依次串联的压缩装置、与蓄热系统相连的熔盐气体换热装置、做功发电装置、与蓄冷系统相连的二氧化碳蒸发器；
[0020]当所述高温热机系统为高温布雷顿热机系统时，所述压缩装置为压缩机，所述做功发电装置为透平所述熔盐气体换热装置为熔盐气体换热器；
[0021]当所述高温热机系统为高温朗肯热机系统时，所述压缩装置为工质泵，所述熔盐气体换热装置为工作介质蒸发器，所述做功发电装置为汽轮机，并且所述高温热机系统形成回路；
[0022]所述低温热机系统包括依次串联的所述蓄冷系统、二氧化碳蒸发器、低温热机透平和二氧化碳回收系统，且所述蓄冷系统通过二氧化碳蒸发器与高温热机系统的气体工作
介质进行热交换，或者通过二氧化碳蒸发器与空气直接热交换。
[0023]其中，所述蓄热系统的蓄热介质为熔盐，所述蓄冷系统的蓄冷介质为二氧化碳。
[0024]所述二氧化碳冷凝器用于蓄热蓄冷模式的气体工作介质与压缩二氧化碳的热交换，实现蓄热蓄冷模式的气体工作介质的等压吸热，同时实现压缩二氧化碳的冷凝。
[0025]所述蓄热系统包括至少两个相互连通且内部蓄热介质温度不同的蓄热介质保温容器或者至少一个相互连通且内部蓄热介质具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热泵式熔盐
‑
碳复合储能供电方法，其特征在于，其包括如下模式：基于逆布雷顿循环的蓄热蓄冷模式：气体工作介质经压缩机绝热压缩，再与蓄热系统换热来进行气体工作介质的等压放热，所述蓄热系统的蓄热介质为熔盐，以蓄热于熔盐中，随后进入透平绝热膨胀对外做功，然后通过与二氧化碳冷凝器换热实现气体工作介质的等压吸热和压缩二氧化碳的等压放热，压缩二氧化碳经等压放热后冷凝为液态二氧化碳，并储存于液态二氧化碳储罐，然后气体工作介质再次经压缩机绝热压缩以重复上述过程；基于布雷顿循环或朗肯循环的发电模式：工作介质在高温热机系统中循环，在循环过程中与蓄热系统换热来进行气体工作介质的等压吸热，通过与二氧化碳蒸发器换热实现气体工作介质的等压放热和液态二氧化碳的等压吸热，在循环过程中对外做的功用于发电；液态二氧化碳经过二氧化碳蒸发器吸热后，液态二氧化碳气化，在气化过程中二氧化碳的体积膨胀500倍以上，并得到20
‑
60Mpa高压气态二氧化碳以对外做功并用于发电。2.根据权利要求1所述的热泵式熔盐
‑
碳复合储能方法，其特征在于，所述高温热机系统为高温布雷顿热机系统，在所述高温布雷顿热机系统中，气体工作介质进入压缩机进行绝热压缩，继而与蓄热系统换热来进行气体工作介质的等压吸热，然后进入透平绝热膨胀对外做功，与二氧化碳蒸发器换热实现气体工作介质的等压放热；随后，气体工作介质再次进入压缩机以重复上述步骤或排放至外界。3.根据权利要求1所述的热泵式熔盐
‑
碳复合储能方法，其特征在于，所述高温热机系统为高温朗肯热机系统，在所述高温朗肯热机系统中，液态的朗肯循环工作介质通过工作介质蒸发器与蓄热系统换热来进行朗肯循环工作介质的等压吸热，成为蒸汽形式的朗肯循环工作介质，蒸汽形式的朗肯循环工作介质在汽轮机中绝热膨胀做功，排气在二氧化碳蒸发器中等压放热，并凝结为冷凝的液态的朗肯循环工作介质，同时液态二氧化碳吸收朗肯循环工作介质热量以后蒸发为气态二氧化碳，最后液态的朗肯循环工作介质经过工质泵绝热压缩，再次进入蒸发器并重复上述步骤。4.根据权利要求1所述的热泵式熔盐
‑
碳复合储能方法，其特征在于，气体工作介质与二氧化碳蒸发器的换热使得低温热机系统利用二氧化碳蒸发器自高温热机系统或空气吸热，所述低温热机系统为低温朗肯热机系统，在所述低温朗肯热机系统中，蓄冷系统中的液态二氧化碳进入二氧化碳蒸发器吸收高温热机系统的气体工作介质的热量，或直接吸收空气中的热量，使得液态二氧化碳吸收热量气化，在气化过程中二氧化碳的体积膨胀500倍以上，并得到20

【专利技术属性】
技术研发人员：王建强，沈佳杰，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：