CN105927299B - 一种二氧化碳储能及供能系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种二氧化碳储能及供能系统，包括有机工质发电单元、二氧化碳储能单元、换热器、二氧化碳风机、二氧化碳膨胀机、1号发电机、碳酸钙制备单元和氧化钙吸水单元，二氧化碳储能单元通过液/固二氧化碳管路连接到有机工质发电单元，有机工质发电单元连接到二氧化碳风机，二氧化碳风机出口通过高压二氧化碳管路连接到换热器，换热器出口连接到二氧化碳膨胀机，二氧化碳膨胀机出口通过四通阀连接到废气排放单元、二氧化碳压缩回用单元和碳酸钙制备单元。本发明利用二氧化碳储存的能量进行低温利用，有效的存储并利用富余的能量，实现了能量的灵活调节利用。
Description
技术领域
本发明属于储能和能量利用技术领域，涉及一种二氧化碳储能及供能系统。
背景技术
储能技术可以实现能量的有效存储，并在需要时完成能量的高效率释放。利用储能技术，供能系统可以随时将富余能源转化为冷能，利用二氧化碳进行低温存储，从而有效减少能源的浪费。如何利用二氧化碳为载体实现供能系统的储能和供能，提高能源的利用率，减少能量的浪费，是供能系统面临的重要挑战。
以二氧化碳为工作介质储能供能系统较为少见。二氧化碳是一种无毒、不易燃、密度高、临界点适宜 ( 临界温度 T c＝31.1℃，临界压力 P c＝7.38*10 6 Pa) 的流体，具有较好的流动性和传输特性，常被用于制冷、化工等领域。但从总体上来看，目前对于二氧化碳的开发和利用还不够。因此，有必要进一步提高二氧化碳的应用价值，拓宽二氧化碳的利用潜力。
发明内容
本发明的目的是提供一种二氧化碳储能及供能系统，对二氧化碳储存的能量进行低温利用，有效的存储并利用富余的能量，实现了能量的灵活调节利用。
本发明的技术方案是：二氧化碳储能及供能系统，包括有机工质发电单元和二氧化碳储能单元，二氧化碳储能单元通过液/固二氧化碳管路连接到有机工质发电单元。系统设有换热器、二氧化碳风机、二氧化碳膨胀机、1号发电机和碳酸钙制备单元，1号发电机与二氧化碳膨胀机同轴连接。有机工质发电单元连接到二氧化碳风机，二氧化碳风机出口通过高压二氧化碳管路连接到换热器，换热器出口连接到二氧化碳膨胀机，二氧化碳膨胀机出口通过四通阀连接到废气排放单元、二氧化碳压缩回用单元和碳酸钙制备单元。碳酸钙制备单元的出口连接到碳酸钙仓。
有机工质发电单元包括2号发电机、有机工质膨胀机、空气蒸发器、工质循环泵和冷凝器，有机工质膨胀机的工质出口通过冷凝器与工质循环泵连接，工质循环泵的出口通过空气蒸发器连接到有机工质膨胀机的工质入口。2号发电机与有机工质膨胀机同轴连接。二氧化碳储能单元通过液/固二氧化碳管路连接到冷凝器，冷凝器出口通过高压二氧化碳管路连接到二氧化碳风机。冷凝器为两台，两台冷凝器串联设置、并联设置或交替使用。系统设有氧化钙吸水单元和空气管路，氧化钙吸水单元通过换热器连接到碳酸钙制备单元。空气管路连接到碳酸钙制备单元的入口。氧化钙吸水单元设有水加入口和氧化钙加入口。
二氧化碳储能及供能系统主要分为三个部分：二氧化碳压缩储能系统，二氧化碳冷能发电系统和高压二氧化碳动力做功系统。二氧化碳压缩储能系统包括：利用低谷电或不稳定难以并网的新能源电力将二氧化碳气体加压制冷进行储能，新能源电力为风电、太阳能和潮汐能。储能介质二氧化碳的形态为固态、液态或固液混合态，储能压力为1000pa~1000MPa，储能温度为-140~80℃。二氧化碳压缩储能系统与二氧化碳冷能发电系统、高压二氧化碳动力做功系统可以分开单独设置，也可以联合设置。二氧化碳冷能发电系统包括：固/液态的二氧化碳与一种或多种低压冷媒蒸汽通过冷凝器来交换冷量。吸收了固/液态二氧化碳所储存的冷量的一种或多种低压冷媒蒸汽凝结成液态。低压冷媒液体经泵提高压力，加热变成高压蒸汽。高压冷媒蒸汽经透平膨胀成低压蒸汽，对外输出动力，带动发电机发电。做功后的低压冷媒蒸汽再次回到冷凝器吸收冷量冷凝，循环使用。冷凝器为两组串联或两组并联或多组切换交替使用。高压二氧化碳动力做功系统包括：固/液态的二氧化碳经过换热后进入超临界区或气相区，高压的二氧化碳气体或超临界流体送往氧化钙吸水放热单元，通过换热器吸收氧化钙与水反应放出的反应热进一步提高自身温度后，送往膨胀机/燃气轮机/汽轮机/烟气轮机/活塞式发动机做功。做功后的二氧化碳气体或回收利用，或排放大气，或加入空气通入到氢氧化钙水溶液中，制作碳酸钙制品。二氧化碳储能及供能系统用在当地、其它地方或交通工具上，交通工具为汽车、轮船、飞机和电动车。
本发明二氧化碳储能及供能系统，有效的存储并利用富余的能量，实现了能量的灵活调节利用。二氧化碳无毒，不易燃，密度高并且是气体中热容非常高的，利用二氧化碳进行储能，相比其他介质效率更高，安全更好。充分的利用了绿色能源如风能、太阳能和潮汐能等。
附图说明
图1为本发明二氧化碳储能及供能系统的流程示意图；
其中：1—碳酸钙制备单元、2—1号发电机、3—二氧化碳膨胀机、4—氧化钙吸水单元、5—水加入口、6—氧化钙加入口、7—换热器、8—二氧化碳风机、9—二氧化碳储能单元、10—2号发电机、11—有机工质膨胀机、12—空气蒸发器、13—工质循环泵、14—冷凝器、15—有机工质发电单元、16—液/固二氧化碳管路、17—高压二氧化碳管路、18—四通阀、19—氢氧化钙管路。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。
本发明二氧化碳储能及供能系统如图1所示，包括有机工质发电单元15、二氧化碳储能单元9、换热器7、二氧化碳风机8、二氧化碳膨胀机3、1号发电机2、碳酸钙制备单元1和氧化钙吸水单元4。有机工质发电单元包括2号发电机10、有机工质膨胀机11、空气蒸发器12、工质循环泵13和冷凝器14，有机工质膨胀机的工质出口通过冷凝器与工质循环泵连接，工质循环泵的出口通过空气蒸发器连接到有机工质膨胀机的工质入口。1号发电机与二氧化碳膨胀机同轴连接，2号发电机与有机工质膨胀机同轴连接。碳酸钙制备单元1设有气体入口、液体入口和碳酸钙出口。二氧化碳储能单元9通过液/固二氧化碳管路16连接到冷凝器，冷凝器出口通过高压二氧化碳管路17连接到二氧化碳风机8。二氧化碳风机出口通过高压二氧化碳管路17连接到换热器，换热器出口连接到二氧化碳膨胀机，二氧化碳膨胀机出口通过四通阀18连接到废气排放单元、二氧化碳压缩回用单元和碳酸钙制备单元1的气体入口。碳酸钙制备单元的碳酸钙出口连接到碳酸钙仓。氧化钙吸水单元通过换热器7连接到碳酸钙制备单元1。氧化钙吸水单元设有水加入口5和氧化钙加入口6。冷凝器为两台，两台冷凝器串联设置。系统设有空气管路，空气管路连接到碳酸钙制备单元1的液体入口。
本发明二氧化碳储能及供能系统的工作过程为，二氧化碳储能单元的液/固二氧化碳通过液/固二氧化碳管路16送入的冷凝器14将工质冷凝，利用有机工质发电单元15的工质循环，将液态二氧化碳的冷能量传递给2号发电机发电。在冷凝器放出热量的高温二氧化碳气体经高压二氧化碳管路17进入二氧化碳风机8进行加压。加压后的二氧化碳到二氧化碳膨胀机3做功，驱动1号发电机发电。发电后的二氧化碳气体分为三种形式，一种是到废气排放单元排放，另一种是到二氧化碳压缩回用单元进行压缩，制备干冰为二氧化碳储能单元准备二氧化碳来源，第三种方式为到碳酸钙制备单元，用氢氧化钙吸收二氧化碳制备轻钙。水通过水加入口5，氧化钙通过氧化钙加入口6加入到氧化钙吸水单元，用水消化石灰成氢氧化钙。氢氧化钙通过换热器将消化石灰的热量传给高压二氧化碳，然后经氢氧化钙管路19到碳酸钙制备单元1，与二氧化碳反应成轻钙。为了使生成的轻钙颗粒变小，通过空气管路向碳酸钙制备单元1通入总气体量50%(v)的空气。
二氧化碳储能及供能系统主要分为三个部分：二氧化碳压缩储能系统，二氧化碳冷能发电系统和高压二氧化碳动力做功系统。
⑴二氧化碳压缩储能系统包括：利用低谷电或不稳定难以并网的新能源电力将二氧化碳气体加压制冷进行储能，新能源电力包括风电、太阳能和潮汐能。储能介质二氧化碳的形态为固态、液态或固液混合态，储能压力为1000pa~1000MPa，储能温度为-140~80℃。二氧化碳压缩储能系统可以与二氧化碳冷能发电系统、高压二氧化碳动力做功系统分开单独建设，也可以联合建设。
⑵二氧化碳冷能发电系统包括：固/液态的二氧化碳与一种或多种低压冷媒蒸汽通过冷凝器来交换冷量。吸收了固/液态二氧化碳所储存的冷量的一种或多种低压冷媒蒸汽凝结成液态，低压冷媒液体经泵提高压力，加热变成高压蒸汽。高压冷媒蒸汽经透平膨胀成低压蒸汽，对外输出动力，带动发电机发电。做功后的低压冷媒蒸汽再次回到冷凝器吸收冷量冷凝，循环使用。冷凝器为两组串联或两组并联或切换交替使用。
⑶ 高压二氧化碳动力做功系统包括：固/液态的二氧化碳经过换热后进入超临界区或气相区，高压的二氧化碳气体或超临界流体送往氧化钙吸水放热单元，通过换热器吸收氧化钙与水反应放出的反应热进一步提高自身温度后，送往膨胀机/燃气轮机/汽轮机/烟气轮机/活塞式发动机做功。做功后的二氧化碳气体可以回收利用，也可以排放大气、也可以加入空气通入到氢氧化钙水溶液中，制作碳酸钙制品。二氧化碳储能及供能系统可以用在当地或交通工具上，交通工具为汽车、轮船、飞机和电动车。
Claims (7)
1.一种二氧化碳储能及供能系统，包括有机工质发电单元（15）和二氧化碳储能单元（9），所述二氧化碳储能单元通过液/固二氧化碳管路（16）连接到有机工质发电单元，其特征是：所述系统设有换热器（7）、二氧化碳风机（8）、二氧化碳膨胀机（3）、1号发电机（2）和碳酸钙制备单元（1），1号发电机与二氧化碳膨胀机同轴连接； 所述有机工质发电单元连接到二氧化碳风机，二氧化碳风机出口通过高压二氧化碳管路（17）连接到换热器，换热器出口连接到二氧化碳膨胀机，二氧化碳膨胀机出口通过四通阀（18）连接到废气排放单元、二氧化碳压缩回用单元和碳酸钙制备单元（1）；所述碳酸钙制备单元出口连接到碳酸钙仓。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳储能及供能系统，其特征是：所述有机工质发电单元（15）包括2号发电机（10）、有机工质膨胀机（11）、空气蒸发器（12）、工质循环泵（13）和冷凝器（14），所述有机工质膨胀机的工质出口通过冷凝器与工质循环泵连接，工质循环泵的出口通过空气蒸发器连接到有机工质膨胀机的工质入口；所述2号发电机与有机工质膨胀机同轴连接；所述二氧化碳储能单元（9）通过液/固二氧化碳管路（16）连接到冷凝器，所述冷凝器出口通过高压二氧化碳管路（17）连接到二氧化碳风机（8）。
3.根据权利要求2所述的二氧化碳储能及供能系统，其特征是：所述冷凝器（14）为两台，两台冷凝器串联设置、并联设置或切换交替使用；有机工质发电单元（15）为一个或多个。
4.根据权利要求1所述的二氧化碳储能及供能系统，其特征是：所述系统设有氧化钙吸水单元（4）和空气管路，所述氧化钙吸水单元（4）通过换热器（7）连接到碳酸钙制备单元（1）；空气管路连接到碳酸钙制备单元（1）的气体入口；氧化钙吸水单元设有水加入口（5）和氧化钙加入口（6）。
5.根据权利要求1所述的二氧化碳储能及供能系统，其特征是：所述系统分为三个部分：二氧化碳压缩储能部分，二氧化碳冷能发电部分和高压二氧化碳动力做功部分。
6.根据权利要求5所述的二氧化碳储能及供能系统，其特征是：所述二氧化碳压缩储能部分为利用低谷电或不稳定难以并网的新能源电力将二氧化碳气体加压制冷进行储能，所述新能源包括风电、太阳能和潮汐能；所述储能介质二氧化碳的形态为固态、液态或固液混合态，储能压力为1000pa~1000MPa，储能温度为-140~80℃；所述二氧化碳压缩储能系统与二氧化碳冷能发电系统、高压二氧化碳动力做功系统为分开单独设置或联合设置。
7.根据权利要求5所述的二氧化碳储能及供能系统，其特征是：所述高压二氧化碳动力做功系统的工艺过程具体是：固/液态的二氧化碳经过换热后进入超临界区或气相区，高压的二氧化碳气体或超临界流体送往氧化钙吸水放热单元，通过换热器吸收氧化钙与水反应放出的反应热进一步提高自身温度后，送往膨胀机/燃气轮机/汽轮机/烟气轮机/活塞式发动机做功；做功后的二氧化碳气体或回收利用，或排放大气，或混合空气通入到氢氧化钙水溶液中，制作碳酸钙制品，通入的空气量占总气体量0～95%（v）。
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