具有储能能力的闭式超临界二氧化碳循环发电系统的制作方法

本实用新型涉及一种具有储能能力的闭式超临界二氧化碳循环发电系统，属于新能源技术领域。

背景技术：

在以发展绿色能源为主旋律的新时代背景下，热力发电厂正面临前所未有的技术革新压力，而新能源正面临弃风弃光的严峻局面。电力系统希望热力发电厂能够提供稳定可靠的电力供应，具备灵活充裕的调峰能力，从而解决对新能源的消纳问题。一方面，需要对现有的以汽轮发电机组为主的热力发电厂进行提升灵活性的改造，另一方面，需要发展新型的、具有更深调峰潜力的热力循环发电系统。

近年来，超临界二氧化碳循环成为热点，并且被认为具有诸多潜在优势。二氧化碳的临界点为31℃/7.4MPa，在温度和压力超过临界点时的状态为超临界态。二氧化碳化学性质稳定、密度高、无毒性、低成本，循环系统简单、结构紧凑、效率高，具有良好的应用前景。超临界二氧化碳循环可分为闭式循环和半闭式循环两种类型，前者通过间接加热的方式获得热能，后者通过直燃加热的方式获得热能。

如果能够构建具有储能能力的超临界二氧化碳循环发电系统，发挥超临界二氧化碳循环的优势，将会实现远高于汽轮发电机组的调峰能力，并可以直接消纳新能源。这将带来明显的经济效益。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：如何构建具有储能能力的超临界二氧化碳循环发电系统，发挥超临界二氧化碳循环的优势，实现对新能源的消纳。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供一种具有储能能力的闭式超临界二氧化碳循环发电系统，其特征在于：由超临界二氧化碳循环回路和储能设施组成；

所述超临界二氧化碳循环回路包括主泵，主泵出口连接低温回热器高压侧进口，低温回热器高压侧出口连接高温回热器高压侧进口，高温回热器高压侧出口连接锅炉工质进口，锅炉工质出口连接高压透平进口，高压透平出口连接锅炉再热工质进口，锅炉再热工质出口连接低压透平进口，高压透平和低压透平连接发电机，低压透平出口连接高温回热器低压侧进口，高温回热器低压侧出口连接低温回热器低压侧进口，低温回热器低压侧出口分为两路：一路连接冷凝器高温侧进口，另一路连接再压缩机进口，冷凝器高温侧出口连接主泵进口，再压缩机出口连接高温回热器高压侧进口；

所述储能设施包括制冷机和蓄热炉；制冷机连接冷却水回路和制冷剂回路；高温回热器高压侧出口分一路连接蓄热炉，蓄热炉出口连接锅炉。

优选地，所述冷却水回路包括冷却水泵，冷却水泵进口连接冷却塔出口，冷却水泵出口连接制冷机冷却水进口，制冷机冷却水出口连接冷却塔进口。

优选地，所述制冷剂回路部分设于蓄冷池内，冷媒泵进口连接蓄冷池，冷媒泵出口连接冷凝器低温侧进口，冷凝器低温侧出口连接蓄冷池。

更优选地，所述蓄冷池中设有鼓泡喷头，风机出口连接鼓泡喷头；蓄冷池顶部设有排风口。

优选地，所述蓄热炉及制冷机还与新能源电站连接，由新能源提供电力。

更优选地，所述新能源电站为风电站或光伏电站。

优选地，所述蓄冷池的冷媒为冰浆。

优选地，所述蓄热炉内设置有蓄热材料。

优选地，所述锅炉为掺烧生物质燃料的锅炉或生物质直燃锅炉。

本实用新型提供的具有储能能力的闭式超临界二氧化碳循环发电系统使用时：

在超临界二氧化碳循环回路中，工质先进入主泵增压至35MPa，主泵出口的工质经低温回热器吸收透平排出工质的低温段热量，然后与来自再压缩机的工质汇合进入高温回热器吸收透平排出工质的高温段热量，高温回热器出来的工质一路直接进入锅炉，另一路先进入蓄热炉再进入锅炉，锅炉出来的工质温度达到600℃，进入高压透平做功，高压透平排气进入锅炉再热至600℃，然后进入低压透平做功，高压透平和低压透平推动发电机产生电能，低压透平排出的工质压力为4MPa，依次经高温回热器、低温回热器回收部分余热，然后经冷凝器冷却至0℃附近，工质成液态，最后回到主泵进口。

当环境温度高时，制冷机运行产生冷量输入至蓄冷池，冷却水泵和冷却塔用于制冷机向外释放热量。当环境温度低时，制冷机不运行或减少制冷量，由风机输送冷空气经鼓泡喷头进入蓄冷池，释放冷量后从蓄冷池顶排出。冷媒泵再输送蓄冷池的冷量至冷凝器使二氧化碳工质液化。

当风电站、光伏电站或其它新能源电站产生的新能源无法被电力系统消纳时，多余的新能源可以直接为制冷机和电加热器提供电力，并转化为冷量和热量的形式储存。

相比现有技术，本实用新型提供的具有储能能力的闭式超临界二氧化碳循环发电系统具有如下有益效果：

1、系统的调峰能力强。调峰能力除了锅炉调节负荷的能力以外，还增加了蓄冷池和蓄热炉调节负荷的功能。

2、系统可大规模消纳新能源。在环境温度高时，制冷机运行，可消纳大量的新能源。在环境温度低时，由蓄热炉大量地消纳新能源。

3、系统的效率高，特别是环境温度低时，循环冷端温度可由环境冷量保持，系统的效率优势突出，新能源消纳的回收率非常高。我国“三北”地区冬季时间漫长，又是新能源装机容量最为集中的地区，采用上述发电系统有显著效益。

附图说明

图1为本实施例提供的具有储能能力的闭式超临界二氧化碳循环发电系统示意图；

附图标记说明：

1-主泵，2-低温回热器，3-高温回热器，4-锅炉，5-高压透平，6-低压透平，7-发电机，8-再压缩机，9-冷凝器，10-电加热器，11-蓄热炉，12-制冷机，13-蓄冷池，14-风机，15-鼓泡喷头，16-冷媒泵，17-冷却水泵，18-冷却塔，19-光伏电站，20-风电站。

具体实施方式

图1为本实施例提供的具有储能能力的闭式超临界二氧化碳循环发电系统示意图，所述的具有储能能力的闭式超临界二氧化碳循环发电系统由超临界二氧化碳循环回路和储能设施组成。

超临界二氧化碳循环回路包括主泵1，主泵1出口连接低温回热器2高压侧进口，低温回热器2高压侧出口连接高温回热器3高压侧进口，高温回热器3高压侧出口连接锅炉4工质进口，锅炉4蒸汽出口连接高压透平5进口，高压透平5出口连接锅炉4再热工质进口，锅炉4再热工质出口连接低压透平6进口，高压透平5和低压透平6连接发电机7，低压透平6出口连接高温回热器3低压侧进口，高温回热器3低压侧出口连接低温回热器2低压侧进口，低温回热器2低压侧出口分为两路：一路连接冷凝器9高温侧进口，另一路连接再压缩机8进口，冷凝器9高温侧出口连接主泵1进口，再压缩机8出口连接高温回热器3高压侧进口。

对于闭式超临界二氧化碳循环，所述的储能设施包括制冷机12，制冷机12连接冷却水回路，冷却水泵17进口连接冷却塔18出口，冷却水泵17出口连接制冷机12冷却水进口，制冷机12冷却水出口连接冷却塔18进口；制冷机12的制冷剂回路部分设于蓄冷池13内，冷媒泵16进口连接蓄冷池13，冷媒泵16出口连接冷凝器9低温侧进口，冷凝器9低温侧出口连接蓄冷池13。风机14出口连接蓄冷池13中的鼓泡喷头15，蓄冷池13顶部设有排风口。

对于闭式超临界二氧化碳循环，所述的储能设施还包括蓄热炉11及其电加热器10，从高温回热器3高压侧出口分一路连接蓄热炉11，蓄热炉11出口连接锅炉4水侧进口。蓄热炉11及制冷机12还与风电站20、光伏电站19或其它新能源电站连接。

所述的具有储能能力的闭式超临界二氧化碳循环发电系统的实施步骤为：

在超临界二氧化碳循环回路中，工质先进入主泵1增压至35MPa，主泵1出口的工质经低温回热器2吸收透平排出工质的低温段热量，然后与来自再压缩机8的工质汇合进入高温回热器3吸收透平排出工质的高温段热量，高温回热器3出来的工质一路直接进入锅炉4，另一路先进入蓄热炉11再进入锅炉4，锅炉4出来的工质温度达到600℃，进入高压透平5做功，高压透平5排气进入锅炉4再热至600℃，然后进入低压透平6做功，高压透平5和低压透平6推动发电机7产生电能，低压透平6排出的工质压力为4MPa，依次经高温回热器3、低温回热器2回收部分余热，然后经冷凝器9冷却至0℃附近，工质成液态，最后回到主泵1进口。

当环境温度高时，制冷机12运行产生冷量输入至蓄冷池13，冷却水泵17和冷却塔18用于制冷机12向外释放热量。当环境温度低时，制冷机12不运行或减少制冷量，由风机14输送冷空气经鼓泡喷头15进入蓄冷池13，释放冷量后从蓄冷池13顶排出。冷媒泵16再输送蓄冷池13的冷量至冷凝器9使二氧化碳工质液化。

当风电站20、光伏电站19或其它新能源电站产生的新能源无法被电力系统消纳时，多余的新能源可以直接为制冷机12和电加热器10提供电力，并转化为冷量和热量的形式储存。

闭式超临界二氧化碳循环在上述参数可达到55％～60％的发电效率。在环境温度低时，制冷机12耗电小或不耗电，新能源主要输入给电加热器10，相当于回收55％～60％的新能源电力，回收率较高。在环境温度较高时，制冷机12耗电较多，新能源的回收率有所下降，但是仍然非常可观。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本实用新型的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时，凡依据本实用新型的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本实用新型的技术方案的范围内。