一种基于硫酸胍吸附的高储能密度二氧化碳储能系统及其方法

本发明涉及物理储能，具体涉及一种基于硫酸胍吸附的高储能密度二氧化碳储能系统及其方法。

背景技术：

1、新型电力系统是新型能源体系的重要组成和实现“双碳”目标的关键载体，储能技术具有分时能量储存与释放的能力，是构建新型电力系统的支撑技术。在众多的储能技术中，仅有抽水蓄能和压缩气体储能可以满足大规模应用场景的需求。抽水蓄能具有储能容量大，技术成熟可靠的优点，在国内外已有较多的工程应用案例，但苛刻的地理条件要求是其进一步推广应用的主要限制。压缩气体储能在我国虽然起步较晚，但具有寿命长，成本低，清洁无污染和安全性好等优点，已经成为各国学者的研究热点。

2、作为压缩气体储能的一个重要发展方向，二氧化碳储能系统同样得到了广泛研究。在现有的二氧化碳储能系统中，跨临界二氧化碳储能系统具有结构简单和效率高的优点，但系统低压侧储气依赖于天然洞穴或大体积储气库，系统能量密度低且占地面积大。液态二氧化碳储能系统具有能量密度大的优点，但系统面临低压侧二氧化碳的液化困难问题，当采用lng等外部冷源来实现二氧化碳液化时，会极大的限制系统的应用场景；当采用蓄冷装置来实现二氧化碳液化时，蓄冷器较低的夹点温差给蓄冷器的设计带来极大的技术难题，且蓄冷器内存在相变，大大增加了蓄冷器的体积；有学者还采用引射器等液化单元来实现二氧化碳的液化，但系统具有一定的工作压力范围，这限制了系统的做功能力。此外，液态二氧化碳储能系统的循环效率仅有50％-60％，这也是系统推广应用的限制条件之一。综上所述，提出一种兼具循环效率高和储能密度大优点，且技术可行性好的二氧化碳储能技术对于二氧化碳储能系统的推广应用具有重要意义。

3、为了降低碳排放，减缓全球变暖趋势，二氧化碳捕集技术在近些年得到了广泛关注。目前，多数碳捕集技术存在能耗高、成本高的问题，例如采用沸石等材料对二氧化碳捕集时，吸附过程需要在低温或高压环境下进行，而解吸过程通过加热或降压方式实现，二氧化碳的吸解附过程存在巨大的能量消耗，技术经济性较差。二氧化碳可以和硫酸胍溶液中的硫酸胍反应形成包合物沉淀，因此可以采用硫酸胍溶液对二氧化碳进行吸附捕集，相较于其他二氧化碳捕集技术，采用硫酸胍溶液进行吸附的方式具有吸附量大、稳定性好和分离没有损耗等优点，并且二氧化碳硫酸胍包合物采用溶解的方式便可实现二氧化碳的分离，极大的降低了吸解附过程的能量损耗，提供了一种高效、经济的二氧化碳吸附捕集方法。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中提出的问题，提出一种兼具循环效率高和储能密度大优点，且技术可行性好的二氧化碳储能技术，本发明提供了一种基于硫酸胍吸附的高储能密度二氧化碳储能系统。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供了一种基于硫酸胍吸附的高储能密度二氧化碳储能系统，包括：吸附喷淋塔、电动机组、二氧化碳压缩机组、储能冷却器、液态二氧化碳储罐、释能节流阀、发电机组、二氧化碳膨胀机组、释能冷却器和压缩热回收利用模块，所述压缩热回收利用模块包括级间冷却器、热水罐、级间加热器和冷水罐，其特征在于：

4、所述吸附喷淋塔出口与所述二氧化碳压缩机组入口通过管道相连接，所述二氧化碳压缩机组出口与所述级间冷却器热侧入口通过管道相连接，所述级间冷却器热侧出口与所述储能冷却器入口通过管道相连接，所述储能冷却器出口与所述液态二氧化碳储罐入口通过管道相连接，所述液态二氧化碳储罐出口与所述释能节流阀入口通过管道相连接，所述释能节流阀出口与所述级间加热器冷侧入口通过管道相连接，所述级间加热器冷侧出口与所述二氧化碳膨胀机组入口通过管道相连接，所述二氧化碳膨胀机组出口与所述释能冷却器入口通过管道相连接，所述释能冷却器出口与所述吸附喷淋塔入口通过管道相连接。

5、所述级间冷却器冷侧出口与所述热水罐入口通过管道相连接，所述热水罐出口与所述级间加热器热侧入口通过管道相连接，所述级间加热器热侧出口与所述冷水罐入口通过管道相连接，所述冷水罐出口与所述级间冷却器冷侧入口通过管道相连接。

6、优选地，所述二氧化碳压缩机组包括多组，多组所述二氧化碳压缩机组依次连接。

7、优选地，所述二氧化碳压缩机组与所述电动机组通过传动相连接。

8、优选地，所述二氧化碳膨胀机组包括多组，多组所述二氧化碳膨胀机组依次连接。

9、优选地，所述二氧化碳膨胀机组与所述发电机组通过传动相连接。

10、优选地，所述热水罐外侧包裹有保温材料。

11、优选地，所述吸附喷淋塔设置有检视口、二氧化碳入口、第一衡压管、回液管、进液管、第二衡压管、出液管、第一贮液箱、第一输液泵、第二输液泵、第二贮液箱、第三贮液箱、喷淋管、喷淋头和二氧化碳出口；

12、所述第一贮液箱与第三贮液箱通过第一衡压管和回液管相连通；

13、所述第一贮液箱与第二贮液箱通过进液管、第二衡压管和出液管相连通；

14、所述喷淋头和第二贮液箱通过喷淋管相连接；

15、优选地，所述第一贮液箱、第二贮液箱和第三贮液箱内的溶液为硫酸胍溶液。

16、优选地，所述高压侧二氧化碳采用液态形式储存于液态二氧化碳储罐，所述低压侧二氧化碳采用吸附方式储存于吸附喷淋塔。

17、一种基于硫酸胍吸附的高储能密度二氧化碳储能方法，包括以下步骤：

18、系统储能时，吸附喷淋塔中的二氧化碳硫酸胍包合物溶解，分离二氧化碳，二氧化碳经二氧化碳压缩机组压缩为高温高压状态，二氧化碳压缩机组由电动机组驱动，期间压缩热经过级间冷却器回收储存在热水罐，级间冷却器出口的二氧化碳进入储能冷却器被冷却为液态，随后液态二氧化碳被输送进液态二氧化碳储罐进行储存。

19、系统释能时，液态二氧化碳储罐释放液态二氧化碳，液态二氧化碳经释能节流阀节流至一定压力后，进入级间加热器吸收压缩热升温至高温高压状态，高温高压二氧化碳进入二氧化碳膨胀机组膨胀做功，二氧化碳膨胀机组驱动发电机组输出电能，二氧化碳排气经释能冷却器进一步降温后，由吸附喷淋塔入口进入吸附喷淋塔，吸附喷淋塔内的硫酸胍溶液吸附二氧化碳形成包合物沉淀储存于吸附喷淋塔内。

20、本发明技术方案，具有如下优点：

21、1.本发明利用硫酸胍溶液对二氧化碳的吸附特性，提出一种兼具循环效率高和储能密度大优点，且技术可行性好的二氧化碳储能技术。相较于现有液态二氧化碳储能系统，本发明具有较高的循环效率和较好的技术可行性，且二氧化碳压力变化范围更广，做功能力更强；相较于现有跨临界二氧化碳储能系统，本发明实现了二氧化碳储能系统高压侧二氧化碳液态储存和低压侧二氧化碳吸附储存，极大地提高了系统的储能密度，缩减了系统的占地面积，同时摆脱了系统对天然洞穴或大体积储气库的依赖。

22、2.本发明采用的硫酸胍溶液吸附方式，相较于沸石等吸附方式，本发明采用的吸附方法吸附量更大，且采用溶解的方式便可实现二氧化碳分离，相较于其他吸附方式所需的变温变压吸解附条件，本发明所采用的吸附方式极大的降低了吸解附过程的能量损耗，提高了系统的循环效率和经济性能。