一种分布式供能压缩气体储能系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及储能技术和分布式供能技术领域，具体的说，是一种集成了水的电解，甲烷的制备，甲烷、二氧化碳和空气的地下存储与利用技术，以富余电能或可再生能源为主要能量来源，可供应电、热、冷的多功能储能系统。
【背景技术】
[0002]储能技术是一种减少能源的浪费、提高能量利用效率的重要方法。在目前技术较为成熟的多种储能技术中，压缩气体储能技术被认为是一种效率较高、经济性好、使用寿命长的物理储能技术。除了可实现能量的高效存储和利用，压缩气体储能技术被认为有应用于分布式能源领域的潜力，因此受到国内外专家学者的重视。
[0003]目前针对压缩气体储能技术的研究主要集中于以空气为介质的储能系统，比较有代表性的系统包括使用化石燃料的压缩空气储能系统，带热存储技术的绝热型压缩空气储能系统，等温型压缩空气储能系统，超临界压缩空气储能系统等。这些系统的储能效率较高(50%-70%)，但主要以供电为主，因此尚无法灵活应对人类对不同能量(电、热、冷)的需求变化，在实际应用方面受到限制。
[0004]近些年，随着全球气候变化问题的加剧，对造成气候变暖的重要因素一一二氧化碳的有效利用成为研究热点问题。其中，强化地热系统(Enhanced Geothermal Systems,简称EGS)是近些年提出的一种可实现部分二氧化碳有效封存，同时又能利用二氧化碳获取地热能的新方法。该系统一般将二氧化碳加压注入地下(2-5km)，吸收地下深层的地热能(大于250°C)，随后对二氧化碳进行开采。开采得到的二氧化碳温度可达到200°C，主要用于发电。而在这个过程中，部分二氧化碳会存储于地下，只有一部分二氧化碳参与地热采集。因此该系统不仅可以实现二氧化碳的地下封存，还能有效利用地热能，具有良好的经济效益。
[0005]此外，也有学者提出以二氧化碳为工质构建新型储能系统的设想。研究人员指出，二氧化碳无毒、不易燃、密度高，流动性和传输特性良好，物理和化学特性优良，可用于制冷、化工等多种领域；对二氧化碳加以利用亦可以减少二氧化碳在大气中的含量，缓解温室效应。因此二氧化碳在储能领域是一种有巨大开发潜力的工质。
[0006]为了进一步提高压缩气体储能技术的应用价值，更好地应对人类对不同能量的需求变化，本发明提出了一种可实现分布式供能的压缩气体储能系统，以二氧化碳和空气为工作介质，实现电、热、冷的选择性供应。
【发明内容】
[0007]为克服现有技术的缺点和不足，本发明旨在提供一种可实现分布式供能的压缩气体储能系统，该系统以二氧化碳和空气存储利用为基础，结合水的电解和甲烷制备技术，可以高效利用富余电能完成能量存储，并在释能阶段根据用户需求供应电、热和冷能。该系统可灵活应对能量需求，并可以可再生能源为能量来源，具有良好的环保效益和节能效益。
[0008]本发明为解决其技术问题所采取的技术方案是:
[0009]—种分布式供能压缩气体储能系统，包括电解水单元、甲烷制备存储单元、空气存储释能单元、二氧化碳存储释能单元、储热供热单元和供冷单元，其特征在于，
[0010]-所述电解水单元包括通过管路连接的储水箱、电解设备、氧气收集器、氢气收集器、氧气存储器、氢气存储器，其中:所述储水箱供水口通过管路与电解设备相连；所述电解设备通过管路分别与氧气收集器和氢气收集器入口端相连通；所述氧气收集器出口端通过管路与氧气存储器的入口端相连；所述氢气收集器出口端通过管路与氢气存储器的入口端相连；
[0011]--所述甲烷制备存储单元包括通过管路连接的二氧化碳供应源、二氧化碳输运主管道、甲烷制备装置、甲烷注入井，其中:所述二氧化碳供应源通过管道连接二氧化碳输运主管道的入口端；所述二氧化碳输运主管道的出口端通过管道分别与甲烷制备装置和二氧化碳注入井的入口端连通；所述氢气存储器出口端与甲烷制备装置入口端通过管道相连通；所述甲烷制备装置出口端通过管道与甲烷注入井相连；
[0012]--所述空气存储释能单元包括通过管路依次连接的多级压缩机组、空气压缩换热器、空气注入井、空气地下存储器、空气开采井、空气燃烧加热器、多级空气透平机组，其中:所述多级压缩机组通过管路经过空气压缩换热器的热侧后与空气注入井相连通；所述空气注入井与空气地下存储器相连通；所述空气地下存储器与空气开采井相连通；所述空气开采井通过管道与空气燃烧加热器入口端相连通；所述空气燃烧加热器入口端还通过管路分别与空气侧甲烷开采井、氧气存储器出口端相连通，所述空气侧甲烷开采井与甲烷注入井连通；所述空气燃烧加热器出口端通过管路与多级空气透平机组入口端相连通；所述多级空气透平机组出口端通过管路与二氧化碳输运主管道相连通；
[0013]—所述二氧化碳存储释能单元包括二氧化碳注入井、供电模式二氧化碳开采井、高压级二氧化碳膨胀机、低压级二氧化碳膨胀机，其中:所述二氧化碳注入井出口端与地下存储容腔相连通；所述地下存储容腔与供电模式二氧化碳开采井入口端相连通；所述供电模式二氧化碳开采井出口端与所述高压级二氧化碳膨胀机入口端通过管路相连通；所述高压级二氧化碳膨胀机出口端经过并联的无供电管路和辅助供电管路与二氧化碳输运主管道相连通，辅助供电管路上设有低压级二氧化碳膨胀机，管路经过所述储热供热单元中的二氧化碳侧燃烧室冷侧后连通所述低压级二氧化碳膨胀机入口端；
[0014]-所述储热供热单元包括低压级储热器、高压级储热器、低压级储热换热器、高压级储热换热器、二氧化碳侧燃烧室、二氧化碳侧燃烧室余热利用换热器，其中:所述低压级储热器、高压级储热器入口端经过管路与所述储水箱的供水端相连接，管路分别经过低压级空气换热器和高压级空气换热器的冷侧；所述低压级储热器、高压级储热器出口端分别经过管路与所述储水箱的回水端相连接，管路分别与低压级储热换热器、高压级储热换热器的热侧相连通；所述二氧化碳侧燃烧室入口端通过管路分别与二氧化碳侧甲烷开采井、氧气存储器出口端相连通，所述二氧化碳侧甲烷开采井与甲烷注入井连通，所述二氧化碳侧燃烧室经过并联的无供热管路和供热管路与二氧化碳输运主管道相连通，供热管路与二氧化碳侧燃烧室余热利用换热器热侧连通；
[0015]—所述供冷单元包括空气膨胀装置、冷量利用换热器，其中:所述空气膨胀装置入口端通过管路与空气开采井相连通；所述空气膨胀装置出口端管路与冷量利用换热器冷侧相连通。
[0016]优选地，所述储水箱供水口与电解设备之间的连接管路上设有电解设备供水端止回阀、电解设备供水端过滤器。
[0017]优选地，所述二氧化碳输运主管道与甲烷制备装置相连的管道上设置有二氧化碳供应端过滤器、二氧化碳供应端压力调节器；所述甲烷制备存储单元还包括甲烷制备装置二氧化碳开采井，所述甲烷制备装置二氧化碳开采井与二氧化碳注入井连通，所述甲烷制备装置入口通过管路与甲烷制备装置二氧化碳开采井相连通，管路之间设置有甲烷制备装置二氧化碳开采井阀门、甲烷制备装置二氧化碳开采井过滤器、甲烷制备装置二氧化碳开采井温度调节器、甲烷制备装置二氧化碳开采井压力调节器。
[0018]优选地，所述氢气存储器出口端与甲烷制备装置入口端之间的管道上设置有甲烷制备装置氢气供应端阀门。
[0019]优选地，所述甲烷制备装置出口端与甲烷注入井相连的管道中间设置有甲烷制备装置出口分离设备、甲烷注入井入口过滤器、甲烷注入井入口压力调节器。
[0020]优选地，所述空气燃烧加热器入口端与空气侧甲烷开采井之间设置有空气侧甲烷开采井阀门、空气侧甲烷开采井过滤器；所述空气燃烧加热器入口端与氧气存储器出口端之间设有氧气存储器氧气供应阀门、空气燃烧加热器氧气供应端阀门。
[0021 ] 优选地，所述二氧化碳注入井入口端通过二氧化碳注入井阀门与二氧化碳供应端压力调节器出口端相连通；所述供电模式二氧化碳开采井出口端与所述高压级二氧化碳膨胀机入口端管路之间设置有供电模式二氧化碳开采井阀门、供电模式二氧化碳开采井过滤器。
[0022]优选地，所述低压级二氧化碳膨胀机入口端设有二氧化碳侧燃烧室二氧化碳供应端阀门，所述低压级二氧化碳膨胀机出口端设置有低压级二氧化碳释能阀门。
[0023]优选地，所述低压级储热换热器的冷侧通过管路与低品位热用户相连通，所述高压级储热换热器的冷侧通过管路与高品位热用户相连通；所述二氧化碳侧燃烧室余热利用换热器的冷侧通过管路与二氧化碳侧燃烧室余热利用热用户相连通。
[0024]优选地，所述二氧化碳侧燃烧室入口端与氧气存储器出口端之间设置有氧气存储器氧气供应阀门、二氧化碳侧燃烧室氧气供应端阀门；所述二氧化碳侧燃烧室入口端与二氧化碳侧甲烷开采井之间设置有二氧化碳侧甲烷开采井阀门、二氧化碳侧甲烷开采井过滤器；所述二氧化碳侧燃烧室出口端与二氧化碳输运主管道的管路之间设置有二氧化碳侧燃烧室排气分离器、二氧化碳侧燃烧室排气温度调节器。
[0025]优选地，所述冷量利用换热器热侧通过管路与冷量需求用户相连通。
[0026]优选地，所述压力调节器、压缩机、透平机均驱动连接有电动机。
[0027]优选地，所述储水箱供水口与电解设备之间设有电解设备供水端开关阀；所述电解设备与氧气收集器、氢气收集器入口端之间设置有氢氧分离器、氢氧过滤器；所述氧气收集器出口端与氧气存储器的入口端之间设置有氧气压力调节器；所述氢气收集器出口端与氢气存储器的入口端之间设置有氢气压力调节器。
[0028]优选地，所述二氧化