一种二氧化碳储能利用系统及其控制方法与流程

本发明涉及油气田开发，具体的涉及一种二氧化碳储能利用系统及其控制方法。

背景技术：

1、化石燃料等不可再生能源的大量消耗带来了显著的能源短缺和环境污染，大力发展可再生能源是解决能源短缺和环境污染的重要途径。而风能和太阳能等可再生能源具有随机性、波动性和间歇性等特点，严重影响电网运行过程中的安全稳定。

2、压缩空气储能是解决可再生能源并网问题的重要途经，其具有储能容量大、使用寿命长、响应速度快等优点。但是目前压缩空气储能还面临储气成本过高、循环效率低等特点，因此亟需开发一种储气成本低、环境友好且循环效率高的储能技术，以解决目前的能源短缺和环境污染等问题。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种二氧化碳储能利用系统及其控制方法，基于太阳能蓄热耦合枯竭油气藏，在用电低谷期或可再生能源发电量较大时，利用二氧化碳储能原理将二氧化碳压缩储存；在外部电力不足或用电高峰期，将压缩的二氧化碳直接用于透平膨胀发电，且在这个过程中利用太阳能蓄热系统，通过太阳能集热器收集太阳能对蓄热介质进行加热，并在释能时对膨胀机入口处的二氧化碳进行换热，提高做功能力和发电效率；同时，压缩的高压二氧化碳储存在枯竭油气藏，利用高压二氧化碳驱油以达到提高采收率的目的。

2、具体地，采用了如下技术方案：

3、一种二氧化碳储能利用系统，包括：

4、能源系统；

5、二氧化碳储能系统，通过所述能源系统提供能源，将二氧化碳压缩为高压二氧化碳，并进行冷却；

6、枯竭油气藏储气系统，所述二氧化碳储能系统生成的高压二氧化碳被储存在枯竭油气藏储气系统，所述高压二氧化碳对枯竭油气藏储气系统中的剩余原油进行驱替；

7、发电系统，包括膨胀机和发电机，所述枯竭油气藏储气系统中储存的高压二氧化碳被输送至所述膨胀机中进行膨胀做功并驱动发电机发电；

8、太阳能蓄热系统，用于收集太阳能并加热发电系统中膨胀机入口处的二氧化碳。

9、作为本发明的可选实施方式，所述的枯竭油气藏储气系统包括高压注入井、高压采收井、二氧化碳分离装置和高压节流阀；所述二氧化碳储能系统生成的高压二氧化碳被通入高压注入井，所述高压注入井的出口与高压采收井的入口相连，所述高压采收井的出口与二氧化碳分离装置相连；所述二氧化碳分离装置的出气口与高压节流阀的入口相连，高压节流阀的出口与膨胀机的入口相连。

10、进一步地，所述的枯竭油气藏储气系统包括低压注入井、低压采收井和低压节流阀，所述低压注入井的入口与膨胀机的出口相连，低压注入井的出口与低压采收井的入口相连，低压采收井的出口与低压节流阀相连，所述低压节流阀的出口循环返回二氧化碳储能系统。

11、进一步地，所述的太阳能蓄热系统包括太阳能换热器、太阳能集热器、蓄冷罐和蓄热罐，所述太阳能集热器的出口与蓄热罐连通，所述蓄热罐与太阳能换热器的热源侧入口连通，所述太阳能换热器的热源侧出口与所述蓄冷罐连通，所述太阳能换热器的冷源侧入口通入高压二氧化碳，所述太阳能换热器的冷源侧出口连通膨胀机的入口，所述的蓄冷罐连通所述太阳能集热器的入口。

12、进一步地，多级所述膨胀机依次串联，相邻两级膨胀机之间串联接入太阳能换热器，所述高压节流阀的出口与初级膨胀机连通，初级膨胀机的出口连通太阳能换热器的冷源侧入口，所述太阳能换热器的冷源侧出口连通下一级膨胀机的入口，最末一级膨胀机的出口连通所述低压注入井。

13、作为本发明的可选实施方式，所述的二氧化碳储能系统包括依次的多级压缩机，相邻两级压缩机之间串联接入高温换热器，多级所述膨胀机依次串联，相邻两级膨胀机之间串联接入低温换热器；

14、所述高温换热器包括第一换热通道和第二换热通道，第一换热通道与所述压缩机的级间冷却管道连接，第二换热通道连接至蓄热罐；

15、所述低温换热器包括第三换热通道和第四换热通道，第三换热通道与所述膨胀机的级间再热管道连接，第四换热通道连接至蓄冷罐。

16、进一步地，所述的枯竭油气藏储气系统包括二氧化碳吞吐井、二氧化碳分离装置和高压节流阀；所述二氧化碳储能系统生成的高压二氧化碳被通入二氧化碳吞吐井，所述二氧化碳吞吐井的出口与二氧化碳分离装置相连；所述二氧化碳分离装置的出气口与高压节流阀的入口相连通，高压节流阀的出口与膨胀机的入口相连；

17、所述的枯竭油气藏储气系统包括低压储气库和低压节流阀，所述低压储气库的入口与膨胀机的出口相连，低压储气库的出口与低压节流阀相连通，所述低压节流阀的出口循环返回二氧化碳储能系统。

18、进一步地，所述二氧化碳分离装置与所述高压节流阀之间串联接入太阳能熔盐加热器，所述低压储气库与所述低压节流阀之间串联接入冷却器。

19、本发明同时提供一种所述二氧化碳储能利用系统的控制方法，包括：

20、在用电低谷时，利用能源系统提供的电能驱动二氧化碳储能系统，将二氧化碳压缩为高压状态，压缩期间进行冷却降温；压缩后的高压二氧化碳注入到枯竭油气藏储气系统中进行存储，当二氧化碳的压力超过与原油达到混相的最小压力时，对枯竭油气藏井中的剩余原油进行驱替；

21、在用电高峰期，通过枯竭油气藏储气系统将高压二氧化碳进行释放，输送至所述发电系统的膨胀机中进行膨胀做功并驱动发电机发电，做功后的二氧化碳则注入到枯竭油气藏储气系统中，待下一次循环进入二氧化碳储能系统使用；

22、所述高压二氧化碳驱动膨胀机进行膨胀做功期间，所述太阳能蓄热系统，收集太阳能并加热发电系统中膨胀机入口处的二氧化碳。

23、进一步地，本发明所述的控制方法中，所述压缩后的高压二氧化碳注入到枯竭油气藏储气系统中包括：

24、将二氧化碳储能系统得到的高压二氧化碳注入所述枯竭油气藏储气系统的高压注入井，在所述高压注入井中，当二氧化碳的压力超过与原油达到混相的最小压力时，对枯竭油气藏井中的剩余原油进行驱替；

25、在用电高峰期，通过枯竭油气藏储气系统的高压采收井将高压二氧化碳进行释放，输送至所述发电系统的膨胀机中进行膨胀做功；

26、做功后的二氧化碳，注入所述枯竭油气藏储气系统的低压注入井进行储存，通过所述枯竭油气藏储气系统的低压采收井将二氧化碳采出输送至二氧化碳储能系统进行下一次循环；

27、或者，将二氧化碳储能系统得到的高压二氧化碳注入所述枯竭油气藏储气系统的二氧化碳吞吐井，在所述二氧化碳吞吐井中，利用超临界二氧化碳进行吞吐驱油过程；

28、在用电高峰期，通过枯竭油气藏储气系统的二氧化碳吞吐井将高压二氧化碳进行释放，输送至所述发电系统的膨胀机中进行膨胀做功；

29、做功后的二氧化碳，注入所述枯竭油气藏储气系统的低压储气库进行储存，通过低压储气库将二氧化碳输送至二氧化碳储能系统进行下一次循环。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果：

31、本发明的一种二氧化碳储能利用系统，在用电低谷期或可再生能源发电量较大时，能源系统生产的电力输入二氧化碳储能系统进行二氧化碳压缩储能，并将高压二氧化碳储存在枯竭油气藏储气系统中；在外部电力不足或用电高峰期，将压缩的二氧化碳直接用于透平膨胀发电，且在这个过程中利用太阳能蓄热系统，通过太阳能集热器收集太阳能对蓄热介质进行加热，并在释能时对膨胀机入口处的二氧化碳进行换热，提高做功能力和发电效率。因此，本发明的一种二氧化碳储能利用系统，利用二氧化碳作为储能介质，具有循环效率高、可靠性好和建设成本低的优点，能够利用可再生能源有效进行储能，是解决可再生能源并网问题的有效途径。

32、本发明的一种二氧化碳储能利用系统，枯竭油气藏储气系统将枯竭油气藏进行改造作为二氧化碳储气库，二氧化碳注入到枯竭油气藏当中，可以对枯竭油气藏中的剩余原油进行驱替，具有提高油气采收率的作用，可以产生附加经济效益，并且可以省去建设人工储气库的成本，进一步降低储气成本。

33、枯竭油气藏中蕴含大量的地热，本发明将二氧化碳储存在枯竭油气藏中，可以利用地热对二氧化碳进行加热，与传统压缩空气储能相比，省去了燃料燃烧来加热二氧化碳的成本，节约能源，避免化石燃料燃烧而带来的碳排放，充分利用了可再生能源并减少了碳排放。

34、本发明的一种二氧化碳储能利用系统，能源系统利用可再生能源电力驱动二氧化碳储能系统，并且通过太阳能蓄热系统将太阳能收集并通过蓄热介质储存在蓄热罐中，之后在膨胀发电阶段与二氧化碳进行换热，以提高二氧化碳的做功能力。