二氧化碳捕集封存与储能发电一体化系统及控制方法与流程

本发明涉及物理储能，尤其涉及一种二氧化碳捕集封存与储能发电一体化系统及控制方法。

背景技术：

1、二氧化碳作为温室气体来源，是导致全球变暖的主要原因，为了解决碳排放量过大造成的全球变暖问题，目前二氧化碳减排方法主要包括：提高新能源利用率或加大新能源占比。例如利用风能、太阳能等进行发电，然而，由于风能、太阳能发电等受到自然条件限制，其发电的随机性、间歇性导致并网时，对于传统电网将产生巨大冲击，危害电网安全，稳定可靠性较差。

2、因此，亟需一种可以全面回收利用二氧化碳的系统，减少工业碳排放。

技术实现思路

1、本发明提供一种二氧化碳捕集封存与储能发电一体化系统及控制方法，实现二氧化碳捕集、储能发电和封存的集成耦合，各个单元既可以单独运行又可以联合运行，增强系统的集成性和适用性，并且提高二氧化碳的利用率，从而减少工业碳排放，降低二氧化碳封存压力，同时可以解决相关技术发电并网稳定可靠性差的问题，有效减少清洁电能的损失。

2、本发明提供一种二氧化碳捕集封存与储能发电一体化系统，包括：

3、二氧化碳捕集单元，用于捕集二氧化碳；

4、二氧化碳储能发电单元，与所述二氧化碳捕集单元相连，用于对捕集的二氧化碳进行储能，并利用二氧化碳储能进行发电；

5、二氧化碳封存单元，与所述二氧化碳储能发电单元相连，用于对利用后的二氧化碳进行封存。

6、根据本发明提供的一种二氧化碳捕集封存与储能发电一体化系统，所述二氧化碳捕集单元包括：

7、第一过滤组件，用于捕集烟气并过滤烟气中的颗粒杂质以及氮气；

8、第一压缩机，与所述第一过滤组件相连，用于对过滤后的烟气进行压缩；

9、吸收塔，所述吸收塔的第一入口与所述第一压缩机相连，用于通过所述吸收塔内的贫液吸收压缩后烟气中的二氧化碳，生成二氧化碳富液；

10、再生塔，所述再生塔的入口与所述吸收塔的第一出口相连，且所述再生塔的第一出口与所述吸收塔的第二入口相连，用于对所述吸收塔的二氧化碳富液进行减压解析，并将解析出二氧化碳气体后生成的贫液送回所述吸收塔；

11、第二过滤组件，与所述再生塔的第二出口相连，用于对解析出的二氧化碳气体进行过滤提纯。

12、根据本发明提供的一种二氧化碳捕集封存与储能发电一体化系统，所述第一过滤组件包括：

13、烟气分离器，用于过滤烟气中的颗粒杂质；

14、引风机，与所述烟气分离器相连，用于捕集引入烟气；

15、过滤装置，连接于所述引风机与所述第一压缩机之间，用于过滤烟气中的氮气，并将过滤后的烟气送入所述第一压缩机。

16、根据本发明提供的一种二氧化碳捕集封存与储能发电一体化系统，所述第二过滤组件包括：依次连接的气液分离器、第二冷却器、分水罐和干燥箱，且所述气液分离器与所述再生塔的第二出口相连，用于对所述再生塔解析出的二氧化碳气体进行多级过滤去水提纯。

17、根据本发明提供的一种二氧化碳捕集封存与储能发电一体化系统，所述二氧化碳储能发电单元包括：

18、串联设置的多级第二压缩机，且多级第二压缩机中的首级第二压缩机与所述二氧化碳捕集单元相连；

19、第一间冷器，设置于相邻两级第二压缩机之间；

20、储气罐，所述储气罐的入口经第二间冷器与多级第二压缩机中的末级第二压缩机相连，所述储气罐用于存储经多级压缩和冷却后生成的超临界二氧化碳；

21、串联设置的多级膨胀发电机组，且多级膨胀发电机组中的首级膨胀发电机组经第一再热器与所述储气罐的出口相连；

22、第二再热器，设置于相邻两级膨胀发电机组之间。

23、根据本发明提供的一种二氧化碳捕集封存与储能发电一体化系统，所述二氧化碳储能发电单元还包括：

24、蓄冷罐，所述蓄冷罐的入口分别与所述第一再热器和所述第二再热器相连，所述蓄冷罐的出口分别与所述第一间冷器和所述第二间冷器相连；

25、蓄热罐，所述蓄热罐的入口分别与所述第一间冷器和所述第二间冷器相连，所述蓄热罐的出口分别与所述第一再热器和所述第二再热器相连，所述蓄冷罐用于为所述第一间冷器和所述第二间冷器提供冷量，所述蓄热罐用于为所述第一再热器和所述第二再热器提供热量，且所述蓄冷罐与所述蓄热罐循环蓄冷蓄热。

26、根据本发明提供的一种二氧化碳捕集封存与储能发电一体化系统，多级膨胀发电机组中的末级膨胀发电机组经第一支路与所述首级第二压缩机的入口相连，且所述第一支路中设有第一缓冲罐，所述第一缓冲罐的两端分别设有第一控制阀和第二控制阀；

27、所述末级膨胀发电机组经第二支路与所述二氧化碳封存单元相连，且所述第二支路中设有第三控制阀；

28、所述储气罐的出口与所述第一再热器之间设有第四控制阀；所述储气罐的入口与所述第二间冷器之间设有第五控制阀，且所述第五控制阀的第一端与所述第二间冷器相连，所述第五控制阀的第二端与所述储气罐的入口相连。

29、根据本发明提供的一种二氧化碳捕集封存与储能发电一体化系统，所述二氧化碳封存单元包括：

30、第二缓冲罐，所述第二缓冲罐的第一入口与所述第二支路相连；所述第二缓冲罐的第二入口与所述第五控制阀的第一端之间连接有第六控制阀；

31、地下封存储层，与所述第二缓冲罐的出口相连，且所述地下封存储层与所述第二缓冲罐的出口之间设有增压泵和第七控制阀。

32、本发明还提供一种上述的二氧化碳捕集封存与储能发电一体化系统的控制方法，包括：

33、获取系统运行模式指令；

34、根据所述系统运行模式指令，控制所述第一控制阀、所述第二控制阀、所述第三控制阀、所述第四控制阀、所述第五控制阀、所述第六控制阀和所述第七控制阀的开闭，切换系统运行模式；

35、其中，所述系统运行模式包括：二氧化碳捕集封存模式、二氧化碳捕集储能发电循环模式以及二氧化碳捕集单次储能发电封存模式。

36、根据本发明提供的一种二氧化碳捕集封存与储能发电一体化系统的控制方法，切换系统运行模式的步骤，具体包括：

37、控制所述第一控制阀、所述第三控制阀和所述第五控制阀关闭，且控制所述第六控制阀和所述第七控制阀开启，所述系统运行至所述二氧化碳捕集封存模式；

38、控制所述第三控制阀和所述第六控制阀关闭，且控制所述第一控制阀、所述第二控制阀、所述第四控制阀和所述第五控制阀开启，所述系统运行至所述二氧化碳捕集储能发电循环模式；

39、控制所述第一控制阀和所述第二控制阀关闭，且控制所述第三控制阀、所述第四控制阀、所述第五控制阀、所述第六控制阀和所述第七控制阀开启，所述系统运行至所述二氧化碳捕集单次储能发电封存模式。

40、本发明提供的二氧化碳捕集封存与储能发电一体化系统及控制方法，至少包括但不限于以下有益效果：

41、(1)本发明系统集二氧化碳捕集、储能发电及封存单元于一体，各个单元既可以单独运行，又可以联合运行，具有多种运行模式，在实际运行过程中，可根据实际工况控制系统流路中的控制阀，实现系统运行模式的相互转换，满足实际需求；并且有效增强了系统的集成性和适用性，可以实现二氧化碳的高效利用，从而减少工业碳排放，降低二氧化碳封存压力，同时利用二氧化碳发出的电稳定可靠性高；

42、(2)本发明系统使用液态二氧化碳和超临界态二氧化碳进行能力储存，具有储能密度高、设备占地小等优势，在可再生能源消纳和火电机组蓄能调峰领域有较好的应用前景；

43、(3)在本发明二氧化碳储能发电单元中，由于二氧化碳的多级压缩和膨胀过程中需要热量交换，因此，添加蓄热罐、蓄冷罐通过换热器回收压缩中的热量用于膨胀过程，同时回收膨胀过程中的冷量用于压缩过程，实现内部的冷热循环，有效提高了二氧化碳的利用率，达到节能目的；

44、(4)本发明解决了传统二氧化碳单一封存导致利用率低、成本高等问题，通过二氧化碳储能发电单元对二氧化碳加以利用，提高了二氧化碳处理的经济性，降低了碳封存成本；

45、(5)本发明系统中捕集提纯后得到的较高浓度的二氧化碳可以外接管路引出，应用于其他工业领域，从而提高了系统的适用范围。