一种二氧化碳储能、发电系统的制作方法

本发明涉及储能，具体涉及一种二氧化碳储能、发电系统。

背景技术：

1、对于储能技术领域，可以采用压缩气体储能，二氧化碳储能是压缩气体储能的重要分支。二氧化碳储能的临界点参数为7.38mpa，31.3℃；如果将二氧化碳维持在液相区，则需将二氧化碳降至室温以下。当在高压侧液化二氧化碳时，则限制了二氧化碳做功压力的上限；当在低压侧液化二氧化碳时，则温度因素又限制了做功压力的下限。如何提高单位二氧化碳工质的出功能力，是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于在采用二氧化碳储能时，如何提高单位二氧化碳工质的出功能力。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供一种二氧化碳储能、发电系统，包括：低温液态二氧化碳储罐、气液分离稳压罐、二氧化碳发生器、加热子系统、第一透平、二氧化碳液化器和二氧化碳过冷器；

3、所述低温液态二氧化碳储罐适于存储低温液态二氧化碳；

4、所述气液分离稳压罐通过增压泵与低温液态二氧化碳储罐的输出端连接；

5、所述二氧化碳发生器的二氧化碳输入端与气液分离稳压罐的气体输出端连接；

6、所述加热子系统的一端与二氧化碳发生器设有的换热介质进口连接，所述加热子系统的另一端与二氧化碳发生器设有的换热介质出口连接；所述加热子系统适于对二氧化碳发生器中的二氧化碳加热；

7、所述第一透平与二氧化碳发生器设有的二氧化碳输出端连接；所述第一透平适于利用加热后的气态二氧化碳进行膨胀发电；

8、所述二氧化碳液化器与第一透平连接，所述二氧化碳液化器适于将利用后的气态二氧化碳进行液化；

9、所述二氧化碳过冷器的输入端与二氧化碳液化器连接，所述二氧化碳过冷器的输出端与低温液态二氧化碳储罐的输入端连接；所述二氧化碳过冷器适于继续降低液态二氧化碳或超临界态二氧化碳的温度，形成低温液态二氧化碳，并输送至低温液态二氧化碳储罐。

10、可选地，还包括：取冷器；

11、所述取冷器的输入端与气液分离稳压罐的液体输出端连接；所述取冷器的输出端与二氧化碳发生器的输入端连接；所述取冷器适于通过内部设有的载冷媒取冷，以排出液态二氧化碳的冷量；所述二氧化碳发生器在加热子系统的作用下将液态二氧化碳加热转化为气态二氧化碳。

12、可选地，所述取冷器的载冷媒输出端与二氧化碳液化器的输入冷端连接，所述取冷器的载冷媒回流端与二氧化碳液化器的输出冷端连接；在所述二氧化碳液化器中适于释放载冷媒中的冷量。

13、可选地，在所述取冷器的载冷媒输出端与二氧化碳液化器的输入冷端连接的管路上设有蓄冷器；所述蓄冷器适于暂存取冷后的载冷媒。

14、可选地，所述加热子系统包括：依次连接的低温储热罐、加热单元和高温储热罐；

15、所述加热单元适于对低温储热罐传送的换热介质加热，并传送至高温储热罐的输入端；所述高温储热罐的输出端、低温储热罐的输入端均与二氧化碳发生器连接；所述高温储热罐输出的换热介质适于对二氧化碳发生器内的二氧化碳进行加热。

16、可选地，还包括：设置于所述第一透平和二氧化碳液化器之间的二氧化碳再热器和第二透平；

17、所述二氧化碳再热器和第二透平连接；所述二氧化碳再热器的输入端与第一透平的输出端连接，所述第二透平的输出端与二氧化碳液化器连接；所述二氧化碳再热器适于接收第一透平利用后的二氧化碳；

18、所述高温储热罐的输出端、低温储热罐的输入端均与二氧化碳再热器连接；所述高温储热罐输出的换热介质适于对二氧化碳再热器内的二氧化碳进行加热；所述第二透平适于利用二氧化碳再热器传送的气态二氧化碳进行膨胀发电。

19、可选地，在所述高温储热罐的输出端与二氧化碳发生器连接的管路上设有第二三通阀；在所述低温储热罐的输入端与二氧化碳再热器连接的管路上设有第三三通阀；

20、所述第二三通阀的第一端与高温储热罐的输出端连接，所述第二三通阀的第二端与第三三通阀的第一端连接，所述第二三通阀的第三端与二氧化碳发生器连接；所述第三三通阀的第二端与二氧化碳再热器连接，所述第三三通阀的第三端与低温储热罐的输入端连接；

21、所述二氧化碳储能、发电系统适于在所述第二三通阀的第一端关闭，所述第二三通阀的第二端开启，所述第二三通阀的第三端开启，所述第三三通阀的第一端开启，所述第三三通阀的第二端开启，所述第三三通阀的第三端关闭时，所述加热子系统对二氧化碳再热器和二氧化碳发生器中的二氧化碳依次加热。

22、可选地，还包括：设置于所述第二透平与二氧化碳液化器之间的二氧化碳冷却器；

23、所述二氧化碳冷却器与第一空冷塔连接；所述二氧化碳冷却器和第一空冷塔配合适于将第二透平利用后的二氧化碳对环境放热。

24、可选地，所述加热单元为光热转换单元和/或电锅炉；由新能源电力向所述电锅炉供电。

25、可选地，所述换热介质为带压水、导热油或熔融盐。

26、可选地，还包括：直驱电池组；

27、所述直驱电池组与增压泵连接，所述直驱电池组由新能源电力供电。

28、可选地，在所述气液分离稳压罐和二氧化碳发生器之间设有抽气压缩机；所述抽气压缩机的一端与气液分离稳压罐的气体输出端连接，所述抽气压缩机的另一端与二氧化碳发生器连接。

29、可选地，还包括：热泵压缩机和第二空冷塔；

30、所述热泵压缩机的一端与二氧化碳过冷器连接；

31、所述第二空冷塔的一端与所述热泵压缩机连接，所述第二空冷塔的另一端与二氧化碳过冷器连接；所述热泵压缩机与第二空冷塔配合，适于为二氧化碳过冷器提供冷量。

32、可选地，还包括：冷源；

33、所述冷源的一端连接至第二空冷塔和热泵压缩机之间的管路上；所述冷源的另一端连接至第二空冷塔和二氧化碳过冷器之间的管路上。

34、可选地，所述冷源为地源或水源。

35、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

36、1.本发明提供的二氧化碳储能、发电系统，包括：低温液态二氧化碳储罐、气液分离稳压罐、二氧化碳发生器、加热子系统、第一透平、二氧化碳液化器和二氧化碳过冷器；所述低温液态二氧化碳储罐适于存储低温液态二氧化碳；所述气液分离稳压罐通过增压泵与低温液态二氧化碳储罐的输出端连接；所述二氧化碳发生器的二氧化碳输入端与气液分离稳压罐的气体输出端连接；所述加热子系统的一端与二氧化碳发生器设有的换热介质进口连接，所述加热子系统的另一端与二氧化碳发生器设有的换热介质出口连接；所述加热子系统适于对二氧化碳发生器中的二氧化碳加热；所述第一透平与二氧化碳发生器设有的二氧化碳输出端连接；所述第一透平适于利用加热后的气态二氧化碳进行膨胀发电；所述二氧化碳液化器与第一透平连接，所述二氧化碳液化器适于将利用后的气态二氧化碳进行液化；所述二氧化碳过冷器的输入端与二氧化碳液化器连接，所述二氧化碳过冷器的输出端与低温液态二氧化碳储罐的输入端连接；所述二氧化碳过冷器适于继续降低液态二氧化碳或超临界态二氧化碳的温度，形成低温液态二氧化碳，并输送至低温液态二氧化碳储罐；本技术采用上述技术方案，在高压侧的二氧化碳已经处于液态，在低压侧利用二氧化碳液化器和二氧化碳过冷器逐步降低二氧化碳的温度，使其处于液态，充分利用二氧化碳优异的动力性能，显著提高单位二氧化碳工质的出功能力。当采用一般的压缩空气工艺进行储能，造成二氧化碳的储气体积过大，本技术利用低温二氧化碳存储，利用二氧化碳液相的高密特征，显著减小存储体积，大大减少二氧化碳储罐的数量，极大地减小储气成本。并且，二氧化碳不能排放，通过推广二氧化碳工质循环可形成二氧化碳消纳的新增长点。

37、2.本发明提供的二氧化碳储能、发电系统，还包括：取冷器；所述取冷器的输入端与气液分离稳压罐的液体输出端连接；所述取冷器的输出端与二氧化碳发生器的输入端连接；所述取冷器适于通过内部设有的载冷媒取冷，以排出液态二氧化碳的冷量；所述二氧化碳发生器在加热子系统的作用下将液态二氧化碳加热转化为气态二氧化碳；本技术采用上述技术方案，通过取冷器提升高压侧二氧化碳的温度，降低后续加热的投入，提高做功能力，节省能源。

38、3.本发明所述取冷器的载冷媒输出端与二氧化碳液化器的输入冷端连接，所述取冷器的载冷媒回流端与二氧化碳液化器的输出冷端连接；在所述二氧化碳液化器中适于释放载冷媒中的冷量；本技术采用上述技术方案，充分利用高压侧液态二氧化碳的冷量液化低压侧的二氧化碳，不仅提升高压侧二氧化碳的温度，提高做功能力，而且降低低压侧二氧化碳的温度，有利于液化存储；就地取材，一举两得，降低成本，提高效率。

39、4.本发明在所述取冷器的载冷媒输出端与二氧化碳液化器的输入冷端连接的管路上设有蓄冷器；所述蓄冷器适于暂存取冷后的载冷媒；本技术采用上述技术方案，通过蓄冷器暂存冷量，待需要时随时可以从蓄冷器中取用，增加冷量使用的灵活性，以及提高运行效率。

40、5.本发明提供的二氧化碳储能、发电系统，还包括：设置于所述第一透平和二氧化碳液化器之间的二氧化碳再热器和第二透平；所述二氧化碳再热器和第二透平连接；所述二氧化碳再热器的输入端与第一透平的输出端连接，所述第二透平的输出端与二氧化碳液化器连接；所述二氧化碳再热器适于接收第一透平利用后的二氧化碳；所述高温储热罐的输出端、低温储热罐的输入端均与二氧化碳再热器连接；所述高温储热罐输出的换热介质适于对二氧化碳再热器内的二氧化碳进行加热；所述第二透平适于利用二氧化碳再热器传送的气态二氧化碳进行膨胀发电；本技术采用上述技术方案，通过两次利用二氧化碳工质做功发电，提高二氧化碳工质的利用率，显著提高单位二氧化碳工质的出功能力。

41、6.本发明在所述高温储热罐的输出端与二氧化碳发生器连接的管路上设有第二三通阀；在所述低温储热罐的输入端与二氧化碳再热器连接的管路上设有第三三通阀；所述第二三通阀的第一端与高温储热罐的输出端连接，所述第二三通阀的第二端与第三三通阀的第一端连接，所述第二三通阀的第三端与二氧化碳发生器连接；所述第三三通阀的第二端与二氧化碳再热器连接，所述第三三通阀的第三端与低温储热罐的输入端连接；所述二氧化碳储能、发电系统适于在所述第二三通阀的第一端关闭，所述第二三通阀的第二端开启，所述第二三通阀的第三端开启，所述第三三通阀的第一端开启，所述第三三通阀的第二端开启，所述第三三通阀的第三端关闭时，所述加热子系统对二氧化碳再热器和二氧化碳发生器中的二氧化碳依次加热；本技术采用上述技术方案，通过依次对二氧化碳再热器和二氧化碳发生器中的二氧化碳依次加热，充分利用热能，节约能源，降低成本；并且通过不同三通阀的通断组合，可以方便实现分别加热和依次加热之间的转换。

42、7.本发明提供的二氧化碳储能、发电系统，还包括：设置于所述第二透平与二氧化碳液化器之间的二氧化碳冷却器；所述二氧化碳冷却器与第一空冷塔连接；所述二氧化碳冷却器和第一空冷塔配合适于将第二透平利用后的二氧化碳对环境放热；本技术采用上述技术方案，充分利用环境温度，降低二氧化碳利用后的温度，节省后续液化二氧化碳所需的能源消耗，降低成本。

43、8.本发明所述加热单元为光热转换单元和/或电锅炉；由新能源电力向所述电锅炉供电；本技术采用上述技术方案，通过势能和/或热能分别存储的形式、可在储能时均可视为可调装备，相比于压气储能的压缩机而言，一方面可使热质彻底解耦，实现分别按需制取，另一方面，其可调性要远高于压缩机。并且，光热转换单元和/或电锅炉可将二氧化碳推至高参数布雷顿循环，循环效率更高。同时，电锅炉可对不稳定的新能源电力进行消纳。

44、9.本发明提供的二氧化碳储能、发电系统，还包括：直驱电池组；所述直驱电池组与增压泵连接，所述直驱电池组由新能源电力供电；本技术采用上述技术方案，通过直驱电池组可对不稳定的新能源电力进行存储，再由增压泵进行消纳。

45、10.本发明在所述气液分离稳压罐和二氧化碳发生器之间设有抽气压缩机；所述抽气压缩机的一端与气液分离稳压罐的气体输出端连接，所述抽气压缩机的另一端与二氧化碳发生器连接；本技术采用上述技术方案，当气液分离稳压罐中的气态二氧化碳的积攒量较多时，可通过抽气压缩机增压并入二氧化碳发生器中，保障良好的运行状态。

46、11.本发明提供的二氧化碳储能、发电系统，还包括：热泵压缩机和第二空冷塔；所述热泵压缩机的一端与二氧化碳过冷器连接；所述第二空冷塔的一端与所述热泵压缩机连接，所述第二空冷塔的另一端与二氧化碳过冷器连接；所述热泵压缩机与第二空冷塔配合，适于为二氧化碳过冷器提供冷量；本技术采用上述技术方案，充分利用环境温度，获得冷量过冷二氧化碳，尤其适用于低温季节工况，效率更高，显著节省成本。

47、12.本发明提供的二氧化碳储能、发电系统，还包括：冷源；所述冷源的一端连接至第二空冷塔和热泵压缩机之间的管路上；所述冷源的另一端连接至第二空冷塔和二氧化碳过冷器之间的管路上；本技术采用上述技术方案，充分利用冷源结合环境温度，获得冷量过冷二氧化碳，尤其适用于高温季节工况。

48、13.本发明所述冷源为地源或水源；本技术采用上述技术方案，通过上述常见冷源，只取少量冷量即可补充由于储存热损失造成的冷能损耗；成本更低。