一种碳封存耦合超临界二氧化碳储能系统

本申请涉及环境与能源，尤其涉及一种碳封存耦合超临界二氧化碳储能系统。

背景技术：

1、随着社会经济不断发展，人类生产生活对能源的消耗在持续增加，化石能源在目前能源利用体系中依然占据着比较大的比重，导致巨量co2排放，大气中co2含量不断上升，引发了以温室效应为直接体现的诸多环境气候问题，对人类生活生存带来了严重影响。如何在化石能源利用过程中减少碳排放是目前世界各国都在亟需发展的技术问题，其中碳捕集和碳封存直接将co2从化石能源利用过程中(包括燃烧前和燃烧后)分离出来，并压缩至超临界高压状态输送至地下咸水层等地质环境中，利用高压力和封闭性等地质条件将co2进行长期封存，进而直接有效实现碳减排。

2、利用太阳能、风能等可再生能源替代化石能源是解决当前能源环境问题的有效途径，然而由于可再生能源的波动性和间歇性导致其电能质量较差，在发电量过低或过高的情况下，部分电能因无法并网而引起弃风、弃光等能源浪费现象，降低了可再生能源实际利用效率。为解决此问题，需要引入大规模储能系统，消纳无法并网的电能，同时也可以作为削峰填谷的有效手段，提高电网运行的安全性和稳定性。压缩空气储能技术是目前处于研究和应用前沿的大规模物理储能技术，具有使用寿命长、发电效率高和经济性好等特点。

3、与空气相比，二氧化碳具有良好的物理性质，如临界点更容易实现(临界温度接近常温且临界压力适中)、粘度低、密度大、流动和换热性能好等，因此，以超临界co2替代压缩空气作为储能工质，可以有效提高储能效率，发展前景良好。

4、碳封存与二氧化碳储能均以co2作为工质，拥有相匹配的工作参数，二者结合具有提高整体性能的潜力，目前已有工作还是以单独研究碳封存和二氧化碳储能为主，将二者耦合研究还比较少见。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请实施例提供一种碳封存耦合超临界二氧化碳储能系统，将碳封存与二氧化碳储能进行有机结合。

2、本申请实施例提供一种碳封存耦合超临界二氧化碳储能系统，所述系统包括：

3、碳捕集装置，用于将外部含碳气体进行处理得到二氧化碳气体；

4、碳封存模块，所述碳封存模块与所述碳捕集装置的出气端连接，用于将二氧化碳气体进行压缩；

5、储能模块，所述储能模块的进气端与所述碳封存模块的出气端连接；

6、超临界co2储罐，所述超临界co2储罐的进气端与所述储能模块的出气端连接；

7、释能模块，所述释能模块的进气端与所述超临界co2储罐的出气端连接；

8、换热模块，所述换热模块设于所述储能模块和所述释能模块之间，形成换热回路；

9、碳封存空间，所述碳封存空间的进气端分别与所述碳封存模块的出气端和所述释能模块的出气端连接。

10、根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述换热模块包括冷态储热工质储罐和热态储热工质储罐，所述储能模块和所述释能模块均包括冷流体通道和热流体通道，所述冷态储热工质储罐的入口与所述释能模块的热流体通道的出口连接，所述冷态储热工质储罐的出口与所述储能模块的冷流体通道的入口连接，所述热态储热工质储罐的入口与所述储能模块的冷流体通道的出口连接，所述热态储热工质储罐的出口与所述释能模块的热流体通道的入口连接；所述储能模块的热流体通道的入口与所述碳封存模块的出气端连接，所述储能模块的热流体通道的出口与所述超临界co2储罐的进气端连接；所述释能模块的冷流体通道的入口与所述超临界co2储罐的出气端连接，所述释能模块的冷流体通道的出口与所述碳封存空间的进气端连接。

11、根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述储能模块设有至少一级，所述储能模块包括相连接的储能压缩机和储热换热器，所述储热换热器设有冷流体通道和热流体通道，每级所述储能模块的所述储热换热器的热流体通道的入口与同级的所述储能压缩机的出口连接，每级所述储能模块的所述储热换热器的热流体通道的出口与相邻级的所述储能压缩机的入口连接，始端所述储能模块的所述储能压缩机的入口与所述碳封存模块的出气端连接，末端所述储能模块的所述储热换热器的热流体通道的出口与所述超临界co2储罐的进气端连接；每级所述储能模块的储热换热器的冷流体通道的入口与所述冷态储热工质储罐的出口连接，每级所述储能模块的储热换热器的冷流体通道的出口与所述热态储热工质储罐的入口连接。

12、根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述储能模块还包括储热循环泵，所述储热循环泵设于每级所述储能模块的储热换热器的冷流体通道的入口与所述冷态储热工质储罐的出口之间。

13、根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述释能模块设有至少一级，所述释能模块包括相连接的释能膨胀机和释热换热器，所述释热换热器设有冷流体通道和热流通道，每级所述释能模块的所述释能膨胀机的入口与同级的所述释热换热器的冷流体通道的出口连接，每级所述释能模块的所述释能膨胀机的出口与相邻级的所述释热换热器的冷流体通道的入口连接，始端所述释能模块的所述释热换热器的冷流体通道的入口与所述超临界co2储罐的出气端连接，末端所述释能模块的所述释能膨胀机的出口与所述碳封存空间的进气端连接；每级所述释能模块的所述释热换热器的热流体通道的入口与所述热态储热工质储罐的出口连接，每级所述释能模块的所述释热换热器的热流体通道的出口与所述冷态储热工质储罐的入口连接。

14、根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述释能模块还包括释热循环泵，所述释热循环泵设于每级所述释能模块的所述释热换热器的热流体通道的入口与所述热态储热工质储罐的出口之间。

15、根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述冷态储热工质储罐的入口与所述释能模块的热流体通道的出口之间设有储热工质冷却器。

16、根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述碳封存模块设有至少一级，所述碳封存模块包括相连接的碳封存压缩机和碳封存压缩机冷却器，每级所述碳封存模块中的所述碳封存压缩机冷却器与相邻级的所述碳封存模块中的所述碳封存压缩机相连，始端的所述碳封存模块中的所述碳封存压缩机与所述碳捕集装置的出气端连接，末端的所述碳封存模块中的所述碳封存压缩机冷却器分别与所述碳封存空间的进气端和所述储能模块的进气端连接。

17、根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述碳封存模块的出气端与所述碳封存空间的进气端之间设有碳封存控制阀，所述碳封存模块的出气端与所述所述储能模块的进气端之间设有第一储能控制阀。

18、根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述超临界co2储罐的进气端与所述储能模块的出气端之间设有第二储能控制阀，所述所述超临界co2储罐的出气端与所述释能模块的进气端之间设有释能控制阀。

19、有益效果

20、本申请实施例中的碳封存耦合超临界二氧化碳储能系统，将碳封存与二氧化碳储能进行有机结合，实现整体性能的有效提高，具有使用寿命长、发电效率高和经济性好等特点，发展前景良好。

技术特征：

1.一种碳封存耦合超临界二氧化碳储能系统，其特征在于，所述系统包括：

2.根据权利要求1所述的碳封存耦合超临界二氧化碳储能系统，其特征在于，所述换热模块包括冷态储热工质储罐和热态储热工质储罐，所述储能模块和所述释能模块均包括冷流体通道和热流体通道，所述冷态储热工质储罐的入口与所述释能模块的热流体通道的出口连接，所述冷态储热工质储罐的出口与所述储能模块的冷流体通道的入口连接，所述热态储热工质储罐的入口与所述储能模块的冷流体通道的出口连接，所述热态储热工质储罐的出口与所述释能模块的热流体通道的入口连接；

3.根据权利要求2所述的碳封存耦合超临界二氧化碳储能系统，其特征在于，所述储能模块设有至少一级，所述储能模块包括相连接的储能压缩机和储热换热器，所述储热换热器设有冷流体通道和热流体通道，每级所述储能模块的所述储热换热器的热流体通道的入口与同级的所述储能压缩机的出口连接，每级所述储能模块的所述储热换热器的热流体通道的出口与相邻级的所述储能压缩机的入口连接，始端所述储能模块的所述储能压缩机的入口与所述碳封存模块的出气端连接，末端所述储能模块的所述储热换热器的热流体通道的出口与所述超临界co2储罐的进气端连接；

4.根据权利要求3所述的碳封存耦合超临界二氧化碳储能系统，其特征在于，所述储能模块还包括储热循环泵，所述储热循环泵设于每级所述储能模块的储热换热器的冷流体通道的入口与所述冷态储热工质储罐的出口之间。

5.根据权利要求2所述的碳封存耦合超临界二氧化碳储能系统，其特征在于，所述释能模块设有至少一级，所述释能模块包括相连接的释能膨胀机和释热换热器，所述释热换热器设有冷流体通道和热流通道，每级所述释能模块的所述释能膨胀机的入口与同级的所述释热换热器的冷流体通道的出口连接，每级所述释能模块的所述释能膨胀机的出口与相邻级的所述释热换热器的冷流体通道的入口连接，始端所述释能模块的所述释热换热器的冷流体通道的入口与所述超临界co2储罐的出气端连接，末端所述释能模块的所述释能膨胀机的出口与所述碳封存空间的进气端连接；

6.根据权利要求5所述的碳封存耦合超临界二氧化碳储能系统，其特征在于，所述释能模块还包括释热循环泵，所述释热循环泵设于每级所述释能模块的所述释热换热器的热流体通道的入口与所述热态储热工质储罐的出口之间。

7.根据权利要求2所述的碳封存耦合超临界二氧化碳储能系统，其特征在于，所述冷态储热工质储罐的入口与所述释能模块的热流体通道的出口之间设有储热工质冷却器。

8.根据权利要求1所述的碳封存耦合超临界二氧化碳储能系统，其特征在于，所述碳封存模块设有至少一级，所述碳封存模块包括相连接的碳封存压缩机和碳封存压缩机冷却器，每级所述碳封存模块中的所述碳封存压缩机冷却器与相邻级的所述碳封存模块中的所述碳封存压缩机相连，始端的所述碳封存模块中的所述碳封存压缩机与所述碳捕集装置的出气端连接，末端的所述碳封存模块中的所述碳封存压缩机冷却器分别与所述碳封存空间的进气端和所述储能模块的进气端连接。

9.根据权利要求1-8任一项所述的碳封存耦合超临界二氧化碳储能系统，其特征在于，所述碳封存模块的出气端与所述碳封存空间的进气端之间设有碳封存控制阀，所述碳封存模块的出气端与所述所述储能模块的进气端之间设有第一储能控制阀。

10.根据权利要求1-8任一项所述的碳封存耦合超临界二氧化碳储能系统，其特征在于，所述超临界co2储罐的进气端与所述储能模块的出气端之间设有第二储能控制阀，所述所述超临界co2储罐的出气端与所述释能模块的进气端之间设有释能控制阀。

技术总结
本申请提供了一种碳封存耦合超临界二氧化碳储能系统，属于环境与能源技术领域，具体包括碳捕集装置，用于将外部含碳气体进行处理得到二氧化碳气体；碳封存模块，与碳捕集装置的出气端连接，用于将二氧化碳气体进行压缩；储能模块，进气端与碳封存模块的出气端连接；超临界CO<subgt;2</subgt;储罐，进气端与储能模块的出气端连接；释能模块，进气端与超临界CO<subgt;2</subgt;储罐的出气端连接；换热模块，设于储能模块和释能模块之间，形成换热回路；碳封存空间，进气端分别与碳封存模块的出气端和释能模块的出气端连接。通过本申请的处理方案，将碳封存与二氧化碳储能进行有机结合，提高了储能效率。

技术研发人员：陈林,陈嘉祥
受保护的技术使用者：中国科学院工程热物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1