CN113521967A - 一种捕碳调峰耦合装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种捕碳调峰耦合装置及方法，包括可再生能源发电系统、空气捕碳系统和CO2压缩储能系统。空气捕碳系统包括依次连接的空气压缩装置、CO2吸收装置、CO2再生装置、CO2气体储存装置；CO2压缩储能系统包括依次连接的第二CO2压缩装置、电动机组、第二换热装置、CO2液体储存装置、膨胀机、发电机组。当可再生能源发电系统具有弃电输出时，驱动空气捕碳系统工作，利用化学吸收法直接从空气中捕集CO2，捕集得到的CO2在CO2压缩储能系统中利用相变储能达到可再生能源发电调峰的目的，从而实现过剩电力资源调配利用和CO2减排的双重效益。
Description
技术领域
本发明涉及温室气体减排及储能技术调峰技术领域，具体涉及一种捕碳调峰耦合装置及方法。
背景技术
随着经济的快速发展和居民生活水平的不断提高，能源需求迅猛增加，面对全球性能源短缺以及环境恶化危机，大力发展可再生能源、走可持续发展之路已经成为了全球共识。但是，对于风电或光伏发电这些间歇性可再生能源，其出力具有较强的不确定性和波动性，存在调峰难、并网困难的问题。以风电为例，在用电负荷低谷时段风能发电量较大，“弃风”现象突出，造成风资源浪费；而在用电负荷高峰时段，存在电力供给不足的现象。
全球气候变化是人类可持续发展的最大威胁，应对气候变化以控制CO2排放为主要目标。工业以及电力行业等是CO2的集中稳定排放源，约占CO2排放总量的50％。针对这些固定点源的CO2减排，主要是利用CO2捕集与封存(CCUS)技术，此技术是一种具有大规模CO2减排潜力的技术。但是，除了工业以及电力行业等固定点源的CO2排放，还有接近50％分布源排放的CO2，空气直接捕碳技术可对这些分布源的CO2进行捕集和利用。与CCUS技术从燃煤电厂捕碳不同，从空气中直接捕碳受地点限制较小，可以在各地广泛开展，而且，从空气中直接捕碳能降低空气中CO2的浓度，可以解决“存量”的问题。但是，上述可再生能源在使用过程中存在调峰难、并网困难及温室气体减排紧迫等问题。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的可再生能源在使用过程中存在调峰难、并网困难及温室气体减排紧迫等问题。
为此，本发明提供一种捕碳调峰耦合装置，包括：可再生能源发电系统、空气捕碳系统和CO2压缩储能系统；
空气捕碳系统适于从空气中捕集CO2，其包括：空气压缩装置、CO2吸收装置、CO2再生装置以及CO2气体储存装置；所述空气压缩装置的第一端与外界空气连通，适于由外界吸收空气，所述空气压缩装置的第二端与所述CO2吸收装置的第一端连通，所述CO2吸收装置的第二端与所述CO2再生装置的第一端连通，所述CO2再生装置的第二端与所述CO2气体储存装置的第一端连通，所述CO2吸收装置的第四端与外界连通，适于向外界排出脱碳处理后的空气；
CO2压缩储能系统包括：第二CO2压缩装置、电动机组、第二换热装置、CO2液体储存装置、膨胀机和发电机组；其中，电动机组对所述第二CO2压缩装置供电，膨胀机适于带动所述发电机组发电，所述第二CO2压缩装置的第一端与所述CO2气体储存装置的第二端连通，所述第二CO2压缩装置的第二端与所述第二换热装置的第一端连通，所述第二换热装置的第二端连通与所述CO2液体储存装置的第一端连通，且所述CO2液体储存装置的第二端与所述第二换热装置的第三端连通，所述第二换热装置的第四端与所述膨胀机的第一端连通；所述膨胀机的第二端与所述CO2气体储存装置的第一端连通；
所述CO2压缩储能系统具有通过第二CO2压缩装置将所述CO2气体储存装置输出的CO2气体进行压缩和降温液化为液态CO2的释放热能状态，在所述释放热能状态下热能由所述第二换热装置储存，且通过所述第二换热装置将冷却后的液态CO2存储于CO2液体储存装置内；
所述CO2压缩储能系统还具有所述CO2液体储存装置内的液态CO2通过吸收所述第二换热装置内储存的热能且减压气化后，进入膨胀机做功，以通过所述膨胀机带动发电机组发电的发电状态；
所述CO2压缩储能系统在所述放热能状态和所述发电状态之间切换设置。
可选地，上述的捕碳调峰耦合装置，所述空气捕碳系统还包括，
第一换热装置，设置在所述CO2吸收装置的第二端与所述CO2再生装置的第一端之间，所述第一换热装置的第一端与所述CO2吸收装置的第二端连通，所述第一换热装置的第二端与CO2再生装置的第一端连通。
可选地，上述的捕碳调峰耦合装置，所述第一换热装置的第一端与所述CO2吸收装置的第二端之间还设置有冷富液泵；
所述CO2吸收装置的第二端与所述冷富液泵的第一端连通；冷富液泵的第二端与所述第一换热装置的第一端连通。
可选地，上述的捕碳调峰耦合装置，所述第一换热装置的第二端与所述CO2再生装置的第一端之间还设置有富液储存装置和热富液泵；所述第一换热装置的第二端与富液储存装置的第一端连接，所述富液储存装置的第二端与CO2再生装置的第一端连接。
可选地，上述的捕碳调峰耦合装置，所述第一换热装置和所述CO2再生装置之间还设有热贫液泵；所述热贫液泵的第一端与所述CO2再生装置的第三端连通，所述热贫液泵的第二端与所述第一换热装置的第三端连通，所述热贫液泵适于驱动贫液由CO2再生装置的第三端向第一换热装置的第三端流通；
所述CO2再生装置的第三端和所述CO2再生装置的第四端之间还设有加热装置。
可选地，上述的捕碳调峰耦合装置，所述第一换热装置与CO2吸收装置之间还设有贫液储存装置和冷贫液泵；
所述第一换热装置的第四端与所述贫液储存装置的第一端连通，所述贫液储存装置的第二端与冷贫液泵的第一端连接，所述冷贫液泵的第二端与CO2吸收装置的第三端连通。
可选地，上述的捕碳调峰耦合装置，
所述CO2吸收装置为CO2吸收塔，吸收塔内设置有CO2吸收剂；
所述CO2再生装置为CO2再生塔。
可选地，上述的捕碳调峰耦合装置，所述CO2再生装置和CO2气体储存装置之间设置有第一CO2压缩装置，所述CO2再生装置的第二端与第一CO2压缩装置的第一端连通，所述第一CO2压缩装置的第二端与所述CO2气体储存装置的第一端连通。
一种捕碳调峰耦合方法，包括：
S1：空气压缩装置从外界吸取空气，经由CO2吸收装置向CO2再生装置传输，通过CO2气体储存装置存储；
S2：所述CO2气体储存装置中的CO2压缩并降温液化成液态CO2，第二换热装置储存所述压缩过程以及液化过程释放的热能，冷却后的液态CO2存储于CO2液体储存装置内；
S3：所述CO2液体储存装置内的液态CO2通过吸收所述第二换热装置内储存的热能并减压气化，进入膨胀机做功，带动发电机组发电。
可选地，上述的捕碳调峰耦合方法，采用上述的捕碳调峰耦合装置。
本发明提供的技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的捕碳调峰耦合装置，利用风能、太阳能电厂等，可再生能源发电系统在有利发电条件下的过剩发电量，从空气中直接捕碳，并利用捕集的CO2进行相变压缩储能，在不利发电条件下，利用CO2膨胀做功释放能量进行发电，补充发电量的不足，
从而有效解决可再生能源发电厂在有利发电条件下发电量过剩，不利条件下发电量不足的矛盾，实现过剩电力资源调配利用和CO2减排的双重效益；在实现可再生能源发电厂发电调峰的同时实现空气中CO2浓度的降低，可提高发电效率并缓解温室效应，并且装置安装受地点约束较少，适用于有可再生能源发电的多种场所。
2.本发明提供的捕碳调峰耦合装置，灵活调节可再生能源发电系统的运行状态，使得机组的净发电量和发电成本在一定范围内得到调控，实现经济效益。
3.本发明提供的捕碳调峰耦合装置，将从空气中捕集到的CO2压缩后作为能量储存的介质，具有储能密度高、应用灵活、经济环保、转换效率高等优点，在波动性可再生能源储能调峰领域具备很好的应用前景。
4.本发明提供的捕碳调峰耦合装置，富液储存装置、贫液储存装置、CO2气体储存装置、CO2液体储存装置的存在，将捕碳的吸收环节、捕碳的解析环节、CO2的压缩储能环节独立控制，有利于提高集成系统接受波动性新能源的能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1中所提供的捕碳调峰耦合装置的结构示意图；
附图标记说明：
1-可再生能源发电系统；2-空气捕碳系统；3-CO2压缩储能系统；4-空气压缩装置；5-CO2吸收装置；6-冷富液泵；7-第一换热装置；8-富液储存装置；9-热富液泵；10-CO2再生装置；11-加热装置；12-热贫液泵；13-贫液储存装置；14-冷贫液泵；15-第一CO2压缩装置；16-CO2气体储存装置；17-第二CO2压缩装置；18-电动机组；19-第二换热装置；20-CO2液体储存装置；21-膨胀机；22-发电机组。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
如图1所示，本发明提供了一种捕碳调峰耦合装置，包括可再生能源发电系统1、空气捕碳系统2和CO2压缩储能系统3。其中，空气捕碳系统2包括依次连接的空气压缩装置4、CO2吸收装置5、CO2再生装置10和CO2气体储存装置16；CO2压缩储能系统3包括依次连接的第二CO2压缩装置17、第二换热装置19、CO2液体储存装置20和膨胀机21，所述第二CO2压缩装置17由电动机组18提供动力，所述膨胀机21驱动发电机组22发电。
其中，本实施例中，所述空气压缩装置4的第一端与外界空气连通，适于由外界吸收空气，所述空气压缩装置4的第二端与所述CO2吸收装置5的第一端连通，所述CO2吸收装置5的第二端与所述CO2再生装置10的第一端连通，所述CO2再生装置10的第二端与所述CO2气体储存装置16的第一端连通，所述CO2吸收装置5的第四端与外界连通，适于向外界排出脱碳处理后的空气；所述第二CO2压缩装置17的第一端与所述CO2气体储存装置16的第二端连通，所述第二CO2压缩装置17的第二端与所述第二换热装置19的第一端连通，所述第二换热装置19的第二端连通与所述CO2液体储存装置20的第一端连通，且所述CO2液体储存装置20的第二端与所述第二换热装置19的第三端连通，所述第二换热装置19的第四端与所述膨胀机21的第一端连通；所述膨胀机21的第二端与所述CO2气体储存装置16的第一端连通；
所述CO2压缩储能系统3具有通过第二CO2压缩装置17将所述CO2气体储存装置16输出的CO2气体进行压缩和降温液化为液态CO2的释放热能状态，在所述释放热能状态下热能由所述第二换热装置19储存，且通过所述第二换热装置19将冷却后的液态CO2存储于CO2液体储存装置20内；所述CO2压缩储能系统3还具有所述CO2液体储存装置20内的液态CO2通过吸收所述第二换热装置19内储存的热能且减压气化后，进入膨胀机21做功，以通过所述膨胀机21带动发电机组22发电的发电状态；所述CO2压缩储能系统3在所述放热能状态和所述发电状态之间切换设置。
本实施例中提供的第二换热装置19，其具有CO2气体进口、CO2液体出口、CO2液体进口和CO2气体出口，对应于第二换热装置19的第一端、第二端、第三端和第四端。
所述第二CO2压缩装置17的第二端为第二CO2压缩装置17的出口，第二换热装置19的第一端为CO2气体进口。所述第二换热装置19的第二端为CO2液体出口，CO2液体储存装置20的第一端为CO2液体入口；第二换热装置19的第四端为CO2气体出口，所述膨胀机21的第一端为膨胀机21的入口；所述第二换热装置19的第三端为CO2液体进口，所述CO2液体储存装置20的第二端为CO2液体出口。
本实施例中，膨胀机21与发电机组22连接，所述膨胀机21驱动发电机组22发电；所述膨胀机21的第二端为CO2出口，CO2气体储存装置16的第一端为CO2入口，所述膨胀机21的CO2出口与CO2气体储存装置16的CO2入口连接，以达到CO2循环利用的目的。
在本实施例中，所述空气压缩装置4的第二端为出气口，所述CO2吸收装置5的第一端为空气进口，所述空气压缩装置4为空气压缩机，CO2吸收装置5为CO2吸收塔，吸收塔内设置有CO2吸收剂，在本实施例中，CO2吸收剂可以为单乙醇胺或混合胺，通过CO2与吸收剂之间的化学反应来捕集空气中的CO2。
在本实施例中，CO2再生装置10可为再生塔，CO2富液在再生塔中在高温作用下进行解析进而释放CO2，在本实施例中，控制再生塔内富液温度为110-120℃之间即可。在一可选实施例中，所述CO2再生装置10具有富液进口、CO2出口、贫液进口和贫液出口，对应于CO2再生装置10的第一端、第二端、第三端以及第四端，
在本实施例中，所述CO2吸收塔和再生塔均为填料塔，采用惰性金属填料，填料的作用是保证气液两相充分接触。
在本实施例中，CO2气体储存装置16为CO2气体储存罐，第二CO2压缩装置17为CO2压缩机，CO2液体储存装置20为CO2液体储存罐。
在本实施例中，第二换热装置19为相变储能换热系统，系统内设有用于储存气态CO2压缩过程，以及降温液化过程产生的热能和释放上述热能用于将液态CO2气化的相变蓄热材料。
本发明提供的捕碳调峰耦合装置，利用空气捕碳系统2基于化学吸收法直接从空气中捕碳，然后在CO2压缩储能系统3中，利用CO2相变储能达到可再生能源发电调峰的目的。当电力充裕时，将CO2气体储存装置中的CO2压缩并降温液化成液态CO2，通过相变储能换热系统储存所述压缩过程以及液化过程释放的热能；当需要用电时，所述液态CO2通过吸收所述相变储能换热系统储存的热能、减压气化后，进入膨胀机做功，所述膨胀机带动发电机组发电，从而实现过剩电力资源调配利用和CO2减排的双重效益。
在本实施例中，所述可再生能源发电系统1产生的弃电为空气捕碳系统2和CO2压缩储能系统3供电。在本实施例中，所述可再生能源发电系统1可为风力发电系统或光伏发电系统。当然在其他可选的实施方式中，可再生能源发电系统1可为装置内任何需要能量的部件进行供电，以提供所需的能量。在本实施例中，所述可再生能源发电系统1与再沸器连接，以为再生塔提供热量；所述可再生能源发电系统1与第一CO2压缩装置15(下文提及)和第二CO2压缩装置17连接，提供动力；所述膨胀机21带动发电机组22发电，产生的电输送到可再生能源发电系统1，补足用电需求。
所述CO2再生装置10和CO2气体储存装置16之间设置有第一CO2压缩装置15，所述CO2再生装置10的第二端与第一CO2压缩装置15的第一端连通，所述第一CO2压缩装置15的第二端与所述CO2气体储存装置16的第一端连通。在本实施例中，所述第一CO2压缩装置15为CO2压缩机。
在本实施例中，所述空气捕碳系统2还包括第一换热装置7，设置在所述CO2吸收装置5的第二端与所述CO2再生装置10的第一端之间。其中，所述第一换热装置7的第一端与所述CO2吸收装置5的第二端连通，所述第一换热装置7的第二端与CO2再生装置10的第一端连通。所述第一换热装置7的第一端与所述CO2吸收装置5的第二端之间还设置有冷富液泵6；所述CO2吸收装置5的第二端与所述冷富液泵6的第一端连通；冷富液泵6的第二端与所述第一换热装置7的第一端连通。
在本实施例中，所述第一换热装置7为换热器，吸收塔与富液储存罐之间连接有换热器，有利于提高能量的利用率，降低成本。第一换热装置7的第一端为富液进口，CO2吸收装置5的第二端为富液出口，第一换热装置7的第二端为富液出口，CO2再生装置10的第一端为富液进口。
所述第一换热装置7的第二端与所述CO2再生装置10的第一端之间还设置有富液储存装置8和热富液泵9；所述第一换热装置7的第二端与富液储存装置8的第一端连接，所述富液储存装置8的第二端与CO2再生装置10的第一端连接。在本实施例中，所述富液储存装置8为富液储存罐。
本实施例中，所述第一换热装置7和所述CO2再生装置10之间还设有热贫液泵12；所述热贫液泵12的第一端与所述CO2再生装置10的第三端连通，所述热贫液泵12的第二端与所述第一换热装置7的第三端连通，所述热贫液泵12适于驱动贫液由CO2再生装置10的第三端向第一换热装置7的第三端流通；具体在本实施例中，所述CO2再生装置10的第三端为贫液出口，所述第一换热装置7的第三端为贫液进口。
本实施例中，所述CO2再生装置10的贫液出口和贫液进口之间设置有加热装置11，其中，所述CO2再生装置10的第三端和所述CO2再生装置10的第四端之间还设有加热装置11。例如，所述加热装置11为再沸器。本发明在再生塔底部设有再沸器，通过再沸器加热的方式将富液中的CO2与吸收剂分离。
所述第一换热装置7与CO2吸收装置5之间还设有贫液储存装置13和冷贫液泵14；具体来说，所述第一换热装置7的第四端与所述贫液储存装置13的第一端连通，所述贫液储存装置13的第二端与冷贫液泵14的第一端连接，所述冷贫液泵14的第二端与CO2吸收装置5的第三端连通。
在本实施例中，所述第一换热装置7的第四端为贫液出口，CO2吸收装置5的第三端为贫液进口。在本实施例中，所述贫液储存装置13为贫液储存罐。
本实施例利用可再生能源发电系统1产生的弃电为空气捕碳系统2和CO2压缩储能系统3供电，不仅不会对可再生能源发电系统1产生影响，还有效解决了可再生能源的调峰问题，且可再生能源储量丰富，在开发利用过程中对环境影响较小，利用波动性新能源驱动捕碳系统直接从空气中捕集CO2，能够降低空气中CO2含量，并且在捕碳过程中不产生附加的CO2，是缓解全球气候变化的重要途径之一。利用从空气中捕集到的CO2作为能量储存介质，具有储能密度高、应用灵活、经济环保、转换效率高等优点，在波动性可再生能源储能调峰领域具备很好的应用前景。可再生能源发电、空气直接捕碳和CO2压缩储能三者有效集成，整个系统可灵活运行，当有弃电时空气直接捕碳和CO2压缩步骤运行，当电量不足时CO2膨胀做功步骤运行。此外，富液储存装置、贫液储存装置、CO2气体储存装置、CO2液体储存装置的存在，将捕碳的吸收环节、捕碳的解析环节、CO2的压缩储能环节独立控制，有利于提高集成系统接受波动性新能源的能力。设备安装受地点约束较少，适用于有可再生能源发电的多种场所。即本发明提供的装置通过可再生能源发电系统1，空气捕碳系统2和CO2压缩储能系统3的集成，实现了可再生能源驱动空气直接捕碳与CO2压缩储能进行可再生能源发电调峰的耦合，既解决了可再生能源的调峰问题，同时还达到了碳减排、CO2资源化利用的多重目标。
实施例2
本实施例提供一种捕碳调峰耦合方法，包括如下步骤：
S1：空气压缩装置4从外界吸取空气，经由CO2吸收装置5向CO2再生装置10传输，通过CO2气体储存装置16存储；
所述空气压缩装置4为空气压缩机；CO2吸收装置5为CO2吸收塔，吸收塔内设置有CO2吸收剂，CO2吸收剂为单乙醇胺；CO2再生装置10可为再生塔，CO2富液在再生塔中在高温作用下进行解析进而释放CO2，控制再生塔内富液温度为110℃；CO2气体储存装置16为CO2储存罐；
可再生能源发电系统1中的弃电为空气捕碳系统2和CO2压缩储能系统3供电；空气通过空气压缩机进入CO2吸收塔底部，来自贫液储存罐的贫液经冷贫液泵后自塔顶进入吸收塔，吸收塔中的吸收剂和空气逆向接触，吸收剂对CO2进行选择性吸收，脱碳处理后的空气自吸收塔的塔顶排到大气中，吸收CO2后的富液自吸收塔底部的富液出口流出后，经冷富液泵在换热器处与来自再生塔的贫液进行换热后，流向富液储存罐储存；
S2：所述CO2气体储存装置16中的CO2压缩并降温液化成液态CO2，第二换热装置19储存所述压缩过程以及液化过程释放的热能，冷却后的液态CO2存储于CO2液体储存装置20内；
当再生塔工作时，富液储存罐中的富液经热富液泵进入再生塔中进行再生，塔底设有再沸器，再沸器由可再生能源发电系统1驱动，为再生塔提供热量；从再生塔中再生后的贫液经热贫液泵后在换热器处与来自吸收塔的冷富液换热后，流向贫液储存罐，继续循环使用；从再生塔的顶部出来的CO2气体经CO2压缩机进入CO2气体储存罐保存，用于CO2压缩储能；在CO2压缩储能系统3中，CO2气体储存罐中的CO2气体在CO2压缩机进一步压缩，并降温液化成液态CO2，通过相变储能换热系统储存所述压缩过程以及液化过程释放的热能；
S3：所述CO2液体储存装置20内的液态CO2通过吸收所述第二换热装置19内储存的热能并减压气化，进入膨胀机21做功，带动发电机组22发电。当需要用电时，所述液态CO2通过吸收所述相变储能换热系统储存的热能、减压气化后，进入膨胀机做功，所述膨胀机带动发电机组发电。做功后的CO2再次进入CO2气体储存装置进行储存，以实现循环利用的目的。
本实施例提供的捕碳调峰耦合方法中，当可再生能源发电系统1具有弃电输出时，驱动空气捕碳系统2工作，利用化学吸收法直接从空气中捕集二氧化碳，捕集得到的二氧化碳在CO2压缩储能系统3中进行相变压缩储能。当需要用电时，所述液态CO2通过吸收相变储能换热系统储存的热能、减压气化后，进入膨胀机做功，所述膨胀机带动发电机组发电。
具体来说，在本发明中可再生能源发电系统1中的弃电为空气捕碳系统2和CO2压缩储能系统3供电；空气通过空气压缩机进入CO2吸收塔，吸收塔中的碳捕集化学吸收剂，如：单乙醇胺或混合胺，实现对CO2进行选择性吸收，吸收CO2后的富液自吸收塔底部的富液出口流出后经过换热器进入富液储存罐；富液储存罐中的富液经过管路输送至CO2再生塔进行CO2再生，再生后的贫液从再生塔的底部流出并经过换热器输送至贫液储存罐备用；再生过程得到的CO2气体经CO2压缩机送至CO2气体储存罐。CO2气体储存罐中的CO2气体在CO2压缩机进一步压缩，并降温液化成液态CO2，通过相变储能换热系统储存所述压缩过程以及液化过程释放的热能；当需要用电时，也即在步骤S3中时，所述液态CO2吸收所述相变储能换热系统储存的热能、减压气化后，进入膨胀机做功，所述膨胀机带动发电机组发电。做功后的CO2再次进入CO2气体储存装置进行储存，以实现循环利用的目的。
基于上述装置中进行空气直接捕碳和CO2压缩储能对可再生能源进行调峰：当可再生能源发电系统1具有弃电输出时，驱动空气捕碳系统2工作，利用单乙醇胺作为化学吸收剂直接从空气中捕集CO2；在CO2压缩储能系统3中，捕集得到的CO2进行相变压缩储能，当需要用电时，液态CO2通过吸收相变储能换热系统储存的热能、减压气化后，进入膨胀机做功，所述膨胀机带动发电机组发电进行调峰。
实施例3
本实施例提供一种捕碳调峰耦合方法，采用实施例1中提供的捕碳调峰耦合装置。
实施例4
本实施例提供了一种捕碳调峰耦合装置，其与实施例1相比区别在于，所述可再生能源发电系统1是光伏发电系统，化学吸收剂是混合胺。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种捕碳调峰耦合装置，其特征在于，包括可再生能源发电系统(1)、空气捕碳系统(2)和CO2压缩储能系统(3)；
所述空气捕碳系统(2)适于从空气中捕集CO2，其包括：空气压缩装置(4)、CO2吸收装置(5)、CO2再生装置(10)以及CO2气体储存装置(16)；所述空气压缩装置(4)的第一端与外界空气连通，适于由外界吸收空气，所述空气压缩装置(4)的第二端与所述CO2吸收装置(5)的第一端连通，所述CO2吸收装置(5)的第二端与所述CO2再生装置(10)的第一端连通，所述CO2再生装置(10)的第二端与所述CO2气体储存装置(16)的第一端连通，所述CO2吸收装置(5)的第四端与外界连通，适于向外界排出脱碳处理后的空气；
CO2压缩储能系统(3)包括：第二CO2压缩装置(17)、电动机组(18)、第二换热装置(19)、CO2液体储存装置(20)、膨胀机(21)和发电机组(22)；其中，电动机组(18)对所述第二CO2压缩装置(17)供电，膨胀机(21)适于带动所述发电机组(22)发电，所述第二CO2压缩装置(17)的第一端与所述CO2气体储存装置(16)的第二端连通，所述第二CO2压缩装置(17)的第二端与所述第二换热装置(19)的第一端连通，所述第二换热装置(19)的第二端连通与所述CO2液体储存装置(20)的第一端连通，且所述CO2液体储存装置(20)的第二端与所述第二换热装置(19)的第三端连通，所述第二换热装置(19)的第四端与所述膨胀机(21)的第一端连通；所述膨胀机(21)的第二端与所述CO2气体储存装置(16)的第一端连通；
所述CO2压缩储能系统(3)具有通过第二CO2压缩装置(17)将所述CO2气体储存装置(16)输出的CO2气体进行压缩和降温液化为液态CO2的释放热能状态，在所述释放热能状态下热能由所述第二换热装置(19)储存，且通过所述第二换热装置(19)将冷却后的液态CO2存储于CO2液体储存装置(20)内；
所述CO2压缩储能系统(3)还具有所述CO2液体储存装置(20)内的液态CO2通过吸收所述第二换热装置(19)内储存的热能且减压气化后，进入膨胀机(21)做功，以通过所述膨胀机(21)带动发电机组(22)发电的发电状态；
所述CO2压缩储能系统(3)在所述放热能状态和所述发电状态之间切换设置。
2.根据权利要求1中所述的捕碳调峰耦合装置，其特征在于，
所述空气捕碳系统(2)还包括，
第一换热装置(7)，设置在所述CO2吸收装置(5)的第二端与所述CO2再生装置(10)的第一端之间，所述第一换热装置(7)的第一端与所述CO2吸收装置(5)的第二端连通，所述第一换热装置(7)的第二端与CO2再生装置(10)的第一端连通。
3.根据权利要求2中所述的捕碳调峰耦合装置，其特征在于，所述第一换热装置(7)的第一端与所述CO2吸收装置(5)的第二端之间还设置有冷富液泵(6)；
所述CO2吸收装置(5)的第二端与所述冷富液泵(6)的第一端连通；冷富液泵(6)的第二端与所述第一换热装置(7)的第一端连通。
4.根据权利要求3中所述的捕碳调峰耦合装置，其特征在于，
所述第一换热装置(7)的第二端与所述CO2再生装置(10)的第一端之间还设置有富液储存装置(8)和热富液泵(9)；所述第一换热装置(7)的第二端与富液储存装置(8)的第一端连接，所述富液储存装置(8)的第二端与CO2再生装置(10)的第一端连接。
5.根据权利要求4中所述的捕碳调峰耦合装置，其特征在于，所述第一换热装置(7)和所述CO2再生装置(10)之间还设有热贫液泵(12)；所述热贫液泵(12)的第一端与所述CO2再生装置(10)的第三端连通，所述热贫液泵(12)的第二端与所述第一换热装置(7)的第三端连通，所述热贫液泵(12)适于驱动贫液由CO2再生装置(10)的第三端向第一换热装置(7)的第三端流通；
所述CO2再生装置(10)的第三端和所述CO2再生装置(10)的第四端之间还设有加热装置(11)。
6.根据权利要求5中所述的捕碳调峰耦合装置，其特征在于，
所述第一换热装置(7)与CO2吸收装置(5)之间还设有贫液储存装置(13)和冷贫液泵(14)；
所述第一换热装置(7)的第四端与所述贫液储存装置(13)的第一端连通，所述贫液储存装置(13)的第二端与冷贫液泵(14)的第一端连接，所述冷贫液泵(14)的第二端与CO2吸收装置(5)的第三端连通。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的捕碳调峰耦合装置，其特征在于，
所述CO2吸收装置(5)为CO2吸收塔，吸收塔内设置有CO2吸收剂；
所述CO2再生装置(10)为CO2再生塔。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的捕碳调峰耦合装置，其特征在于，
所述CO2再生装置(10)和CO2气体储存装置(16)之间设置有第一CO2压缩装置(15)，所述CO2再生装置(10)的第二端与第一CO2压缩装置(15)的第一端连通，所述第一CO2压缩装置(15)的第二端与所述CO2气体储存装置(16)的第一端连通。
9.一种捕碳调峰耦合方法，其特征在于，包括：
S1：空气压缩装置(4)从外界吸取空气，经由CO2吸收装置(5)向CO2再生装置(10)传输，通过CO2气体储存装置(16)存储；
S2：所述CO2气体储存装置(16)中的CO2压缩并降温液化成液态CO2，第二换热装置(19)储存所述压缩过程以及液化过程释放的热能，冷却后的液态CO2存储于CO2液体储存装置(20)内；
S3：所述CO2液体储存装置(20)内的液态CO2通过吸收所述第二换热装置(19)内储存的热能并减压气化，进入膨胀机(21)做功，带动发电机组(22)发电。
10.根据权利要求9中所述的捕碳调峰耦合方法，其特征在于，采用权利要求1-8中任一项所述的捕碳调峰耦合装置。
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