CN105971678B - 一种利用超临界二氧化碳供能的系统 - Google Patents

一种利用超临界二氧化碳供能的系统 Download PDF

Info

Publication number
CN105971678B
CN105971678B CN201610303061.4A CN201610303061A CN105971678B CN 105971678 B CN105971678 B CN 105971678B CN 201610303061 A CN201610303061 A CN 201610303061A CN 105971678 B CN105971678 B CN 105971678B
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon dioxide
heater
expanding machine
energy
storage tank
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610303061.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105971678A (zh
Inventor
贾会平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shijiazhuang Xinhua Energy Environmental Protection Technology Co Ltd
Original Assignee
Shijiazhuang Xinhua Energy Environmental Protection Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shijiazhuang Xinhua Energy Environmental Protection Technology Co Ltd filed Critical Shijiazhuang Xinhua Energy Environmental Protection Technology Co Ltd
Priority to CN201610303061.4A priority Critical patent/CN105971678B/zh
Publication of CN105971678A publication Critical patent/CN105971678A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105971678B publication Critical patent/CN105971678B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • F01K25/103—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K15/00—Adaptations of plants for special use
    • F01K15/02—Adaptations of plants for special use for driving vehicles, e.g. locomotives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K15/00—Adaptations of plants for special use
    • F01K15/02—Adaptations of plants for special use for driving vehicles, e.g. locomotives
    • F01K15/04—Adaptations of plants for special use for driving vehicles, e.g. locomotives the vehicles being waterborne vessels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

本发明涉及一种利用超临界二氧化碳供能的系统，包括高压二氧化碳储罐、加热器、膨胀机、用能设备、换热器、制热空调和低温用户。高压二氧化碳储罐通过加热器连接到膨胀机入口，膨胀机出口通过低温二氧化碳气体管路连接到低温用户，低温用户连接到二氧化碳排放口。膨胀机与供能用户的用能设备轴连接。加热器的烟气管路通过换热器连接到烟气排放口，制热空调与换热器连接。本发明利用超临界二氧化碳进行储能和供能，有效的存储并利用所储的能量，通过在膨胀机前增加加热器，使高压二氧化碳体积膨胀，有利于更多的功率输出，提高了二氧化碳供能利用的效率。

Description

一种利用超临界二氧化碳供能的系统
技术领域
本发明属于储能和供能技术领域，涉及一种利用超临界二氧化碳供能的系统。
背景技术
随着社会的发展进步、人口数量的增多，人们对于电、热、冷能的需求越来越高，电、热、冷能的需求量随时间的变化越来越复杂。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。现有的储能和供能系统主要分为五类：机械储能和供能、电气储能和供能、电化学储能和供能、热储能和供能以及化学储能和供能。目前世界占比最高的是抽水蓄能，其总装机容量规模达到了127GW，占总储能容量的99%，其次是压缩空气储能和供能，总装机容量为440MW，排名第三的是钠硫电池，总容量规模为316MW。但以上储能和供能系统能量再利用的效率都不高，大约50%左右。
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。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。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用超临界二氧化碳供能的系统，实现能量的灵活调节和高效利用，以提高二氧化碳储能和供能利用的效率。
本发明的技术方案是利用超临界二氧化碳供能的系统，包括高压二氧化碳储罐、加热器、膨胀机、用能设备和低温用户。高压二氧化碳储罐通过加热器连接到膨胀机入口，膨胀机出口通过低温二氧化碳气体管路连接到低温用户，低温用户连接到二氧化碳排放口。膨胀机与供能用户的用能设备轴连接。
加热器的入口和出口之间设有旁路，旁路设有阀门。系统设有换热器和制热空调，加热器的烟气管路通过换热器连接到烟气排放口，制热空调与换热器连接；所述低温用户为制冷空调、冷库或冰箱。供能用户为发电机和交通工具，所述交通工具为飞机、汽车、轮船、水泥罐车、矿山装载车、重型卡车、中小型卡车、旅游车、房车、公共汽车、轨道机车、电动自行车或固定的直接机械驱动的设备。
汽车设有离合器、变速器、传动轴和车轮。高压二氧化碳储罐通过加热器连接到膨胀机，膨胀机出口通过低温二氧化碳气体管路连接到制冷空调，制冷空调出口连接到二氧化碳排放口。膨胀机通过离合器与变速器连接，变速器通过传动轴与车轮连接。
轮船设有离合器、减速器和螺旋桨，高压二氧化碳储罐通过加热器连接到膨胀机，膨胀机出口通过低温二氧化碳气体管路连接到制冷空调。膨胀机通过离合器与减速器连接，减速器与螺旋桨连接。
加热器为燃烧加热器或电加热器，燃烧加热器使用的燃料为固体燃料、液体燃料或气体燃料，或上述燃料两种或三种混合。固体燃料为煤粉、焦粉或枫，枫是灰分小于0.01%的碳粉。液体燃料为汽油或柴油，气体燃料为煤气、液化石油气或天然气。加热器形式是多种多样的，目的是加热使超临界二氧化碳产生更高的压力和温度，提高其做功区间和效率。流出加热器的气体成分或与高压二氧化碳储罐的成分相同或不同。高压二氧化碳储罐中的二氧化碳压力为0～400 MPa，温度为-60～1000℃，加热器加热后的二氧化碳温度为-60～2000℃，加热后压力为0～400 MPa。低温二氧化碳气体管路中的二氧化碳温度为-60～500℃。超临界二氧化碳成分中可以含有其他气体成分，其它的气体含量为0~100%。其膨胀机可以用汽轮机、烟气轮机、活塞式发动机或燃气轮机代替。
本发明利用超临界二氧化碳供能的系统，利用超临界二氧化碳进行储能和供能，有效的存储并利用所储的能量，实现了能量的灵活调节和高效利用，通过在膨胀机前增加换热器，使高压超临界二氧化碳体积膨胀，有利于更多的功率输出，提高了超临界二氧化碳供能利用的效率。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，安全性好。
附图说明
图1为本发明利用超临界二氧化碳供能的系统的流程示意图；
图2为汽车超临界二氧化碳供能的系统的示意图；
图3为轮船超临界二氧化碳供能的系统的示意图；
其中：1—换热器、2—高压二氧化碳储罐、3—加热器、4—膨胀机、5—发电机、6—制冷空调、7—旁路、8—二氧化碳排放口、9—低温二氧化碳气体管路、10—制热空调、11—烟气排放口、12—离合器、13—变速器、14—传动轴、15—车轮、16—减速器、17—螺旋桨、18—轮船、19—汽车、20—阀门。
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。
实施例1
本发明利用超临界二氧化碳供能的系统如图1所示，包括高压二氧化碳储罐2、加热器3、膨胀机4、制冷空调6、换热器1和制热空调10。高压二氧化碳储罐是固定安装的储罐，供能用户为发电用电用户，用能设备为发电机5。高压二氧化碳储罐通过加热器连接到膨胀机入口，膨胀机出口通过低温二氧化碳气体管路9连接到制冷空调，制冷空调连接到二氧化碳排放口8，膨胀机与发电机连接。加热器的入口和出口之间设有旁路7，旁路设有阀门20，用于高压二氧化碳储罐直接为膨胀机供能。加热器的烟气管路通过换热器连接到烟气排放口11，制热空调与换热器连接。
运行过程为高压二氧化碳储罐中压力为30MPa，温度为200℃，高压二氧化碳经高压管路到加热器3中加热至500℃到膨胀机4做功发电。发电后的二氧化碳气体温度降至-30℃经低温二氧化碳气体管路9为办公楼的制冷空调提供冷源，放出冷量的二氧化碳气体到二氧化碳排放口8排放。加热器燃烧后的烟气经换热器1到烟气排放口11排放，烟气在换热器放出的热量为制热空调10提供热源。制热空调和制冷空调分别在冬天和夏天打开，此时另一个空调循环系统关闭。
实施例2
本发明另一实施方式如图2所示，供能用户为汽车19，用能设备为汽车驱动设备。汽车设有高压二氧化碳储罐2、发电机、加热器3、膨胀机4、制冷空调6、换热器1、制热空调10、离合器12、变速器13、传动轴14和车轮15，高压二氧化碳储罐2安装在汽车的后备箱中。高压二氧化碳储罐2通过加热器连接到膨胀机4，膨胀机出口通过低温二氧化碳气体管路9连接到制冷空调6，制冷空调出口连接到二氧化碳排放口8。膨胀机通过离合器与变速器连接，变速器通过传动轴与车轮连接。膨胀机与发电机轴连接，用于发电供汽车用电。加热器的烟气管路通过换热器连接到烟气排放口11，制热空调与换热器连接。高压二氧化碳储罐2设有二氧化碳加入口，用于从外部补充二氧化碳。
汽车的运行为，高压二氧化碳储罐中压力为30MPa，温度为100℃，高压二氧化碳经高压管路到加热器3中加热至500℃到膨胀机4做功，通过离合器、变速器和传动轴将能量传递给车轮转动，驱动汽车行驶。做功后的二氧化碳气体温度降至3℃经低温二氧化碳气体管路9为汽车内的制冷空调提供冷源，放出冷量的二氧化碳气体到二氧化碳排放口8排放。加热器燃烧后的烟气经换热器1到烟气排放口11排放，烟气在换热器放出的热量为制热空调10提供热源。制热空调和制冷空调分别在冬天和夏天打开，此时另一个空调循环系统关闭。
实施例3
本发明再一实施方式如图3所示，供能用户为轮船18，用能设备为轮船驱动设备。轮船设有高压二氧化碳储罐2、加热器3、膨胀机4、制冷空调6、换热器1、制热空调10、离合器12、减速器16和螺旋桨17，高压二氧化碳储罐2安装在轮船内部。高压二氧化碳储罐2通过加热器连接到膨胀机4，膨胀机出口通过低温二氧化碳气体管路9连接到制冷空调6，制冷空调出口连接到二氧化碳排放口8。膨胀机通过离合器与减速器连接，减速器与螺旋桨连接。加热器的烟气管路通过换热器连接到烟气排放口11，制热空调与换热器连接。膨胀机与发电机轴连接，用于发电供轮船用电。高压二氧化碳储罐2设有二氧化碳加入口，用于从外部补充二氧化碳。
轮船的运行为，高压二氧化碳储罐中压力为40MPa，温度为35℃，高压二氧化碳经高压管路到加热器3中加热至600℃到膨胀机4做功，通过离合器和减速器将能量传递给螺旋桨转动，驱动轮船航行。做功后的二氧化碳气温度降至-20℃经低温二氧化碳气体管路9为轮船内的制冷空调提供冷源，放出冷量的二氧化碳气体到二氧化碳排放口8排放。加热器燃烧后的烟气经换热器1到烟气排放口11排放，烟气在换热器放出的热量为制热空调10提供热源。制热空调和制冷空调分别在冬天和夏天打开，此时另一个空调循环系统关闭。

Claims (5)

1.一种利用超临界二氧化碳供能的系统，其特征是：所述系统包括高压二氧化碳储罐（2）、加热器（3）、膨胀机（4）、用能设备和低温用户，高压二氧化碳储罐（2）设有二氧化碳加入口，用于从外部补充二氧化碳；所述高压二氧化碳储罐通过加热器连接到膨胀机入口，膨胀机出口通过低温二氧化碳气体管路（9）连接到低温用户，低温用户连接到二氧化碳排放口（8）；所述膨胀机与供能用户的用能设备轴连接；所述加热器（3）的入口和出口之间设有旁路（7），所述旁路设有阀门（20）；所述系统设有换热器（1）和制热空调（10），所述加热器的烟气管路通过换热器连接到烟气排放口（11），所述制热空调与换热器连接；所述低温用户为制冷空调（6）、冷库或冰箱；所述加热器（3）为燃烧加热器或电加热器；所述供能用户为发电机（5）和交通工具，所述交通工具为飞机、汽车（19）、轮船（18）、轨道机车或电动自行车。
2.根据权利要求1所述的利用超临界二氧化碳供能的系统，其特征是：所述汽车（19）设有离合器（12）、变速器（13）、传动轴（14）和车轮（15）；所述高压二氧化碳储罐（2）通过加热器连接到膨胀机（4），膨胀机出口通过低温二氧化碳气体管路（9）连接到制冷空调（6），制冷空调出口连接到二氧化碳排放口（8）；所述膨胀机通过离合器与变速器连接，所述变速器通过传动轴与车轮连接。
3.根据权利要求1所述的利用超临界二氧化碳供能的系统，其特征是：所述轮船（18）设有离合器（12）、减速器（16）和螺旋桨（17），所述高压二氧化碳储罐（2）通过加热器连接到膨胀机（4），膨胀机出口通过低温二氧化碳气体管路（9）连接到制冷空调（6）；所述膨胀机通过离合器与减速器连接，所述减速器与螺旋桨连接。
4.根据权利要求1所述的利用超临界二氧化碳供能的系统，其特征是：所述燃烧加热器使用的燃料为固体燃料、液体燃料或气体燃料，或上述燃料两种或三种混合；所述固体燃料为煤粉、焦粉或枫，所述枫是灰分小于0 .01%的碳粉；所述液体燃料为汽油或柴油，所述气体燃料为煤气、液化石油气或天然气。
5.根据权利要求1所述的利用超临界二氧化碳供能的系统，其特征是：其膨胀机可以用汽轮机、烟气轮机、活塞式发动机或燃气轮机代替。
CN201610303061.4A 2016-05-10 2016-05-10 一种利用超临界二氧化碳供能的系统 Active CN105971678B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610303061.4A CN105971678B (zh) 2016-05-10 2016-05-10 一种利用超临界二氧化碳供能的系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610303061.4A CN105971678B (zh) 2016-05-10 2016-05-10 一种利用超临界二氧化碳供能的系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105971678A CN105971678A (zh) 2016-09-28
CN105971678B true CN105971678B (zh) 2018-09-28

Family

ID=56992199

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610303061.4A Active CN105971678B (zh) 2016-05-10 2016-05-10 一种利用超临界二氧化碳供能的系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105971678B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PT3548715T (pt) * 2016-12-01 2023-10-18 Ccm Tech Limited Método para acionar uma turbina
CN109340066B (zh) * 2018-10-16 2020-02-14 中国科学院工程热物理研究所 一种超临界二氧化碳太阳能发电储能一体化系统

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1570513A (zh) * 2003-12-02 2005-01-26 李志明 用co2作工质利用低温热源供热发电制冷联产新工艺技术
FR2881482B1 (fr) * 2005-02-02 2007-04-06 Inst Francais Du Petrole Procede de production d'energie mecanique a partir d'energie geothermique
DE102006035272B4 (de) * 2006-07-31 2008-04-10 Technikum Corporation, EVH GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Nutzung von Niedertemperaturwärme zur Stromerzeugung
US20110219802A1 (en) * 2010-03-09 2011-09-15 Exxonmobil Research And Engineering Company Sorption systems having improved cycle times
EP2627876B1 (en) * 2010-10-14 2015-03-11 Energreen Heat Recovery AS Method and system for the utilization of an energy source of relatively low temperature
NZ596481A (en) * 2011-11-16 2014-10-31 Jason Lew Method and apparatus for utilising air thermal energy to output work, refrigeration and water
CN102606241A (zh) * 2012-04-10 2012-07-25 中国科学院微电子研究所 一种基于超临界二氧化碳的发电系统
CN203658074U (zh) * 2013-12-04 2014-06-18 中石化石油工程设计有限公司 一种增强型地热系统开发试验装置
CN104481614B (zh) * 2014-12-10 2015-12-30 中国科学院工程热物理研究所 一种以二氧化碳为工质的分布式供能系统
CN205047261U (zh) * 2015-10-26 2016-02-24 华北理工大学 基于余热回收的跨临界co2热泵和朗肯循环的耦合系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN105971678A (zh) 2016-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106541816B (zh) 一种氢燃料汽车
JP6974623B2 (ja) 水素化マグネシウムの加水分解を利用するエネルギーシステム
CN102787943B (zh) 一种应用有机工质为冷却液的发动机余热回收利用系统
CN107060927A (zh) 余热回收利用系统及其方法和发电站
CN105370408A (zh) 一种新型蓄热式压缩空气储能系统
CN107044307A (zh) 热能利用动力系统及新能源机动设备
CN202328895U (zh) 一种车用、船用lng气化及冷媒传导装置
CN105927299A (zh) 一种二氧化碳储能及供能系统
CN201635781U (zh) 液氮引擎装置
CN105971678B (zh) 一种利用超临界二氧化碳供能的系统
CN103711535A (zh) 环境热能转换的方法及利用环境热能提供动力的装置
CN204555150U (zh) 一种lng动力船空调制冷/供热系统
CN106143123A (zh) 一种清洁燃料汽车
CN201095301Y (zh) 新型车用空调
CN201597433U (zh) 新能源汽车及其新型气体动力系统
CN104295328B (zh) 一种介质能发动机装置及其做功方式
CN104514586B (zh) 朗肯循环系统、热回收系统及其控制方法
CN204109738U (zh) 一种利用cng储罐压能的车用空调系统
CN110259598A (zh) 一种基于斯特林循环的船舶辅助发电系统
CN207673392U (zh) 热能回收动力系统及机动设备
CN114810255A (zh) 基于压缩二氧化碳储能的无人潜航器动力系统
CN107882605A (zh) 热能回收动力系统及机动设备
CN105966225A (zh) 一种利用超临界二氧化碳供能驱动的汽车
CN114248899A (zh) 零碳船舶动力系统及驱动船舶的方法
CN105605419A (zh) 空氮站冷能综合回收利用系统及其回收利用方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant