CN114151154A - 一种补热式压缩空气储能与超临界二氧化碳释能耦合系统 - Google Patents

一种补热式压缩空气储能与超临界二氧化碳释能耦合系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114151154A
CN114151154A CN202111376121.2A CN202111376121A CN114151154A CN 114151154 A CN114151154 A CN 114151154A CN 202111376121 A CN202111376121 A CN 202111376121A CN 114151154 A CN114151154 A CN 114151154A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat
inlet
outlet
energy storage
compressed air
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.)
Pending
Application number
CN202111376121.2A
Other languages
English (en)
Inventor
徐望人
赵峰
史进渊
张成义
张天博
李振亚
王宇轩
祝自芳
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.)
Shanghai Power Equipment Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Shanghai Power Equipment Research Institute 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 Shanghai Power Equipment Research Institute Co Ltd filed Critical Shanghai Power Equipment Research Institute Co Ltd
Priority to CN202111376121.2A priority Critical patent/CN114151154A/zh
Publication of CN114151154A publication Critical patent/CN114151154A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/08—Adaptations for driving, or combinations with, pumps
    • 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
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/32—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines using steam of critical or overcritical pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C1/00—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F04B35/04—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/0034—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material
    • F28D2020/0047—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material using molten salts or liquid metals
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Abstract

本发明涉及一种补热式压缩空气储能和超临界二氧化碳释能耦合系统，所述耦合系统包括补热式压缩空气储能子循环系统和超临界二氧化碳释能子循环系统。所述补热式压缩空气储能子循环系统包括回热装置、压缩装置、补热装置、换热装置、透平和储热组件；所述超临界二氧化碳释能子循环系统包括CO2透平、CO2回热组件、CO2冷却装置、CO2主压缩装置、CO2旁路压缩装置、CO2换热装置和储热组件。所述补热式压缩空气储能为开式循环布置，高压空气直接在透平中做功后排入环境，无需储罐进行保存，能量以热能形式存储；采用光热补热装置，提高了储能效率；所述超临界二氧化碳释能子循环系统具有体积小、重量轻、热损小和转换效率高的优点。

Description

一种补热式压缩空气储能与超临界二氧化碳释能耦合系统
技术领域
本发明属于新能源发电技术领域，尤其涉及一种补热式压缩空气储能与超临界二氧化碳释能耦合系统。
背景技术
在传统能源日益匮乏以及环境日趋恶化的双重压力下，新能源的发展受到了重视，其发电规模日趋增大。而目前风电、太阳能等新能源发电受制于自然条件，具有波动性与间歇性、调节控制困难，大规模并网会影响电网的安全稳定运行。储能技术可以有效地实现需求侧管理，消除昼夜间峰谷差，平滑负荷，不仅可以有效地利用电力设备，降低供电成本，还可以促进可再生能源的应用，也可作为提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动的一种手段。
当前应用于电力系统中的储能技术主要有抽水蓄能储能、压缩空气储能、电池储能和飞轮储能等。压缩空气储能系统是一种能够实现大容量和长时间电能储存的储能技术，具有可靠、经济和环保等优势，在电力系统中主要用于平衡负荷、可再生能源存储、系统备用等，在储能领域具有很大发展前景。
CN104675464B公开了一种压缩空气储能系统，所述储能系统包括空气压缩子系统、N-1组的压缩气路选择子系统、三通阀门和进气阀门，利用电能将空气压缩，完成电能到空气压力能的转换，所述储能系统利用压缩机的分级运行，减小压缩机变工况运行的范围，提升了压缩机的运行效率；同时利用膨胀机的分级运行，使储气室内空气的压力能够实现梯级利用，减小压力能的损失。但是空气即使经过压缩，密度仍然较小，需要配备大型的储气装置。
二氧化碳是一种无毒、密度大、压缩性小、稳定性好、资源丰富的流体，超临界二氧化碳的密度接近液体，粘度接近气体，具有较好的流动性和传输特性，在发电领域具有良好的应用前景；超临界二氧化碳光热发电系统主要有三种模式：(1)基于空气(或二氧化碳)的气体吸热技术与超临界二氧化碳动力循环系统结合；(2)基于粒子的固体吸热技术与超临界二氧化碳动力循环系统结合；(3)基于熔盐的吸热技术与超临界二氧化碳动力循环系统结合。超临界二氧化碳发电系统具有环境友好、热效率高、经济性好等特点，是未来清洁高效发电技术和能源综合利用技术的热点研究方向。
因此，需开发一种新型的储能系统，能够提高储能效率、降低成本和减少占地面积。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种补热式压缩空气储能和超临界二氧化碳释能耦合系统，其能够提供稳定供电电源，消除昼夜间峰谷差，平滑负荷，转换效率更高，所述耦合系统仅需较低的热量即可启动发电机、同时减少水资源的使用，降低成本。
为达到上述技术效果，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种补热式压缩空气储能与超临界二氧化碳释能耦合系统，所述耦合系统包括补热式压缩空气储能子循环系统和超临界二氧化碳释能子循环系统；
所述补热式压缩空气储能子循环系统包括回热装置、压缩装置、补热装置、换热装置、透平和储热组件；
所述超临界二氧化碳释能子循环系统包括CO2透平、CO2回热组件、CO2冷却装置、CO2主压缩装置、CO2旁路压缩装置、CO2换热装置和储热组件。
本发明中，所述补热式压缩空气储能为开式循环布置，高压空气直接在透平中做功后排入环境，无需储罐进行保存，提高循环的经济性，能量以热能形式存储。所述超临界二氧化碳释能子循环系统，与常规蒸汽循环相比，具有体积小、重量轻、热损小和转换效率高等优势。所述耦合系统可以有效地实现需求侧管理，消除昼夜间峰谷差，平滑负荷，降低供电成本；仅需较低的热量即可启动发电机、应对负荷变化调整迅速、支持快速启停。
作为本发明优选的技术方案，所述补热式压缩空气储能子循环系统的循环工质包括空气。
本发明中，所述补热式压缩空气储能子循环系统采取开式布置，空气的入口压力和出口压力均为大气压。
作为本发明优选的技术方案，所述超临界二氧化碳释能子循环系统的循环工质包括CO2。
作为本发明优选的技术方案，所述储热组件包括第一存储罐和第二存储罐。
优选地，所述第一存储罐的储热介质包括熔盐。
优选地，所述第二存储罐的储热介质包括熔盐。
作为本发明优选的技术方案，所述透平与压缩装置同轴连接。
优选地，所述压缩装置的出口与所述补热装置的进口连接。
优选地，所述补热装置的出口与所述换热装置的第一进口连接。
优选地，所述换热装置的第一出口与所述回热装置的第二进口连接。
优选地，所述回热装置的第一出口与所述透平的进口连接。
优选地，所述回热装置的第二出口与所述压缩装置的进口连接。
优选地，所述回热装置设置有气体入口。
优选地，所述第一存储罐的出口与所述换热装置的第二进口连接。
优选地，所述换热装置的第二出口与所述第二存储罐的进口连接。
优选地，所述第二存储罐的出口与所述CO2换热装置的第二进口连接。
优选地，所述CO2换热装置的第二出口与所述第一存储罐的进口连接。
本发明中，所述透平与压缩装置同轴连接，以平衡轴向推力并可提升装置结构紧凑度。用电低谷期间，多余能量通过电动机带动轴的转动。
作为本发明优选的技术方案，所述CO2回热组件包括第一CO2回热装置和第二CO2回热装置。
作为本发明优选的技术方案，所述CO2换热装置的第一出口与所述CO2透平的进口连接。
优选地，所述CO2透平的出口与所述第一CO2回热装置的第一进口连接。
优选地，所述第一CO2回热装置的第一出口与所述第二CO2回热装置的第一进口连接。
优选地，所述第二CO2回热装置的第一出口与所述CO2冷却装置的进口连接。
优选地，所述CO2冷却装置的出口与所述CO2主压缩装置的入口连接。
优选地，所述CO2主压缩装置的出口与所述第二CO2回热装置的第二进口连接。
优选地，所述第二CO2回热装置的第一出口与所述第一CO2回热装置的第二进口连接。
优选地，所述第一CO2回热装置的第二出口与所述CO2换热装置的第二进口连接。
作为本发明优选的技术方案，所述第二CO2回热装置的第二出口与所述CO2旁路压缩装置的进口连接。
优选地，所述CO2旁路压缩装置的出口与所述第一CO2回热装置的第二进口连接。
作为本发明优选的技术方案，所述补热式压缩空气储能子循环系统还包括电动机。
优选地，所述电动机的输出轴与压缩装置连接。
本发明中，所述电动机用于驱动压缩装置。
作为本发明优选的技术方案，所述补热装置为光热补热装置。
本发明中，采用光热补热装置可降低供电成本，光热补热装置不需要提炼重金属、稀有金属和硅，生产过程与使用环节均无污染，还能够提高储能效率。
本发明中，本发明还提供了一种利用如前所述的补热式压缩空气储能和超临界二氧化碳释能耦合系统的应用，所述应用包括储能方法和释能方法。
所述储能方法包括：所述空气进入回热装置加热后，经过压缩装置压缩耗工，依次经过补热装置吸热、换热装置存储热量和进入回热装置加热后，通过透平膨胀做功后排出。
所述释能方法包括：经过储热组件对CO2进行加热，所述CO2通过CO2换热装置后进入CO2透平膨胀做功，依次通过第一CO2回热装置和第二CO2回热装置换热，放热后分成两条支路，一路通过CO2旁路压缩装置压缩，另一路通过CO2冷却装置冷却后依次进入CO2主压缩装置压缩、第二CO2回热装置放热后与CO2旁路压缩装置的CO2汇合后进入第一CO2回热装置吸热后，回到CO2换热装置。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明所述补热式压缩空气储能采用光热补热装置，提高了储能效率并降低了供电成本，可以有效地实现需求侧管理，消除昼夜间峰谷差，平滑负荷，能更有效地利用电力设备，还可促进可再生能源的应用；超临界二氧化碳释能子循环系统，具有体积小、重量轻、热损小和转换效率高的优势，本发明提供的所述耦合系统仅需较低的热量即可启动发电机，能够应对负荷变化调整迅速、支持快速启停，节约了大量水资源并具有较高的储能效率。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的一种补热式压缩空气储能和超临界二氧化碳释能耦合系统的示意图；
图2是本发明实施例2提供的一种补热式压缩空气储能和超临界二氧化碳释能耦合系统的示意图；
图3是应用实施例2提供的耦合系统，储能子循环中压缩装置的出口压力对储能循环效率的影响图。
图4是应用实施例2提供的耦合系统，储能子循环中回热装置的低温段进口温度对储能效率的影响图。
图5是应用实施例2提供的耦合系统，储能子循环中回热装置冷端端差对储能效率的影响图。
图6是应用实施例2提供的耦合系统，储能效率最优化后储能子循环的具体参数图。
图7是应用实施例2提供的耦合系统，储能效率最优化后储能子循环的T-S图。
图8是应用实施例2提供的耦合系统，储能效率最优化后储能子循环中回热装置的端差图。
图9是应用实施例2提供的耦合系统，储能效率最优化后储能子循环的
Figure BDA0003363899560000061
损分布图。
其中1-回热装置，2-压缩装置，3-补热装置，4-换热装置，5-透平，6-第一存储罐，7-第二存储罐，8-CO2换热装置，9-CO2透平，10-第一CO2回热装置，11-第二CO2回热装置，12-CO2冷却装置，13-CO2主压缩装置，14-CO2旁路压缩装置。
具体实施方式
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
实施例1
本实施例提供一种补热式压缩空气储能和超临界二氧化碳释能耦合系统，如图1所示，所述耦合系统包括回热装置1、压缩装置2、补热装置3、换热装置4、透平5、电动机、第一存储罐6、第二存储罐7、CO2换热装置8、CO2透平9、第一CO2回热装置10、第二CO2回热装置11、CO2冷却装置12和CO2主压缩装置13。
所述透平5与压缩装置2同轴连接，所述压缩装置2的出口与所述补热装置3的进口连接，所述补热装置3的出口与所述换热装置4的第一进口连接，所述换热装置4的第一出口与所述回热装置1的第二进口连接，所述回热装置1的第一出口与所述透平5的进口连接，所述电动机的输出轴与压缩装置2连接，所述第一存储罐6的出口与所述换热装置4的第二进口连接，所述换热装置4的第二出口与所述第二存储罐7的进口连接，所述回热装置1的第二出口与所述压缩装置2的进口连接，所述回热装置1设置有气体入口。
所述CO2换热装置8的第一出口与所述CO2透平9的进口连接，所述CO2透平9的出口与所述第一CO2回热装置10的第一进口连接，所述第一CO2回热装置10的第一出口与所述第二CO2回热装置11的第一进口连接，所述第二CO2回热装置11的第一出口与所述CO2冷却装置12的进口连接，所述CO2冷却装置12的出口与所述CO2主压缩装置13的入口连接，所述CO2主压缩装置13的出口与所述第二CO2回热装置11的第二进口连接，所述第二CO2回热装置11的第一出口与所述第一CO2回热装置10的第二进口连接，所述第一CO2回热装置10的第二出口与所述CO2换热装置8的第二进口连接，所述第二存储罐7的出口与所述CO2换热装置8的第二进口连接，所述CO2换热装置8的第二出口与所述第一存储罐6的进口连接。
应用本发明提供的补热式压缩空气储能和超临界二氧化碳释能耦合系统进行储能和释能，储能方法包括如下步骤：回热装置1的进口与环境相连，空气进入回热装置1吸热后，回热装置1的第二出口与压缩装置2的进口连接，经过压缩装置2压缩耗工，依次经过补热装置3吸热、换热装置4加热熔盐、进入回热装置1吸热后，通过透平5膨胀做功后排出空气。第一存储罐6的出口与换热装置4的第二进口连接，换热装置4的第二出口与第二存储罐7的进口连接，完成热量存储。
释能方法包括如下步骤：CO2通过CO2换热装置8后进入CO2透平9膨胀做功，依次通过第一CO2回热装置10和第二CO2回热装置11换热，经过CO2冷却装置12冷却后依次进入CO2主压缩装置13压缩、第二CO2回热装置11放热后进入第一CO2回热装置10吸热后，回到CO2换热装置8，第二存储罐7的出口与CO2换热装置8的第二进口连接，CO2换热装置8的第二出口与第一存储罐6的进口连接，完成对CO2的加热。
实施例2
本实施例提供一种补热式压缩空气储能和超临界二氧化碳释能耦合系统，如图2所示，本实施例所述耦合系统与实施例2所述耦合系统区别仅在于：本实施增加了CO2旁路压缩装置14。所述第二CO2回热装置11的第二出口与所述CO2旁路压缩装置14的进口连接，所述CO2旁路压缩装置14的出口与所述第一CO2回热装置10的第二进口连接。
应用本发明提供的补热式压缩空气储能和超临界二氧化碳释能耦合系统进行储能和释能，储能方法包括如下步骤：回热装置1的进口与环境相连，空气进入回热装置1吸热后，回热装置1的第二出口与压缩装置2的进口连接，经过压缩装置2压缩耗工，依次经过补热装置3吸热、换热装置4加热熔盐、进入回热装置1吸热后，通过透平5膨胀做功后排出空气。第一存储罐6的出口与换热装置4的第二进口连接，换热装置4的第二出口与第二存储罐7的进口连接，完成热量存储。
释能方法包括如下步骤：CO2通过CO2换热装置8后进入CO2透平9膨胀做功，依次通过第一CO2回热装置10和第二CO2回热装置11换热，换热后分成两条支路，一路通过CO2旁路压缩装置14压缩，另一路通过CO2冷却装置12冷却后依次进入CO2主压缩装置13压缩、第二CO2回热装置11放热后与CO2旁路压缩装置13的CO2汇合后进入第一CO2回热装置10吸热后，回到CO2换热装置8。第二存储罐7的出口与CO2换热装置8的第二进口连接，CO2换热装置8的第二出口与第一存储罐6的进口连接，完成对CO2的加热。
应用实施例2提供的耦合系统进行储能和释能，对释能和储能效率进行探究。设置储能时间为8小时，释能时间为4小时，释能子循环为30MWe，储能子循环为15MW。
探究了CO2透平的不同进口温度对释能子循环系统效率的影响，结果如表1所示。
表1
CO<sub>2</sub>透平进口温度/℃ 释能子循环效率/％
550 38.61
575 39.98
600 41.14
由表1可知，释能子循环效率随着CO2透平进口温度的提高而提高。
补热式压缩空气储能子循环系统的基本假设及约束条件如下：空气在回热装置、补热装置及换热装置的压损均为2％，各段管道内的压损忽略不计；不考虑空气在不同装置及各段管道中的换热损失和泄露损失；透平出口温度不低于-5℃；回热装置各段管道端差不低于5℃，以保持正常换热。
制热能效比，指系统在整个运行过程中，系统产生的热能与用于产生热能和冷能的机械功的比值。对于本发明中所述储能系统，制热能效比为储存的热能与输入功率的比值，具体表达式为：
Figure BDA0003363899560000101
所述补热式压缩空气储能子循环系统的储能效率的表达式为：η＝η释能×COP。
释能子循环CO2透平的进口温度与储能子循环压缩装置的出口温度及补热装置温度需相互匹配，具体参数设置及压缩装置的效率如表2所示。
表2
Figure BDA0003363899560000111
研究了补热式压缩空气储能子循环系统中压缩装置的出口压力、回热装置的冷端端差及低温段进口温度，上述三个独立参数对补热式压缩空气储能子循环系统性能的影响。
保持回热装置冷端端差为20℃及低温段进口温度为20℃不变的条件下，通过改变压缩装置的出口压力，探究其对储能循环效率的影响，所述压缩装置的出口压力为140-300Kpa，结果如图3所示。
由图3可知，储能效率随着压缩装置出口压力的提高而降低，但下降速度逐渐减缓；在不超过610℃下，补热式压缩空气储能子循环系统中压缩装置出口的温度越高，储能效率越高。
压缩装置的出口压力为200Kpa、回热装置的冷端端差为20℃，通过改变回热装置低温段的进口温度，探究其对储能效率的影响，所述回热装置低温段的进口温度为5-30℃，结果如图4所示。
由图4可知，在回热装置冷端端差及压缩装置出口压力不变的条件下，储能效率随着回热装置低温段进口温度的提高而提高；在不超过610℃下，补热式压缩空气储能子循环系统中压缩装置出口的温度越高，储能效率越高。
压缩装置的出口压力为200Kpa、回热装置低温段进口温度为20℃，通过改变回热装置的冷端端差，探究其对储能效率的影响，所述回热装置的冷端端差为5-30℃，结果如图5所示。
由图5可知，在压缩装置出口压力及回热装置低温段进口温度不变的条件下，储能效率随着回热装置冷端端差的提高而降低；在不超过610℃下，补热式压缩空气储能子循环系统中压缩装置出口的温度越高，储能效率越高。
储能系统优化：采用泛函数法在MATLAB中对压缩装置出口温度为560℃，补热装置出口温度为610℃的补热式压缩空气储能子循环系统进行最优化。
储能系统优化后，补热式压缩空气储能子循环系统的具体参数如图6所示，由图6可知，回热装置的高压流体压损为2.69Kpa；回热装置的低压流体压损为2.00Kpa；光热补热段压损为2.80Kpa；储热段压损为2.745KPa；透平功率为1.817Mw；压缩装置功率为10.544Mw；电动机功率为8.80MW；环境吸热功率为1.336Mw；回热装置热功率为38.795MW；补热装置热功率为4.937Mw；系统储热功率为15.00MW；COP-h＝储热量/有效输入功率＝1.693；储能效率＝69.65％。
储能系统优化后，补热式压缩空气储能子循环系统的T-S如图7所示，表明空气在回热装置中完成近似定压加热，经过压缩装置中压缩耗功，依次在补热装置中完成近似定压吸热、换热装置中完成近似定压放热，再次进入回热装置完成定压加热，最终在透平中膨胀做功后排出。
储能系统优化后，补热式压缩空气储能子循环系统的回热装置的端差如图8所示，其中，回热装置最小端差为5.00℃，满足约束条件，不影响回热，系统优化后
Figure BDA0003363899560000121
分析装置低温段的进口温度29.92℃、回热装置冷端端差为5.45℃，系统储能效率为69.65％。
储能效率最优化后，补热式压缩空气储能子循环系统的
Figure BDA0003363899560000122
损分布如图9所示，由图9可知，回热装置是系统
Figure BDA0003363899560000123
损最大的环节，接近系统总
Figure BDA0003363899560000124
损的一半，透平是系统
Figure BDA0003363899560000131
损最小的环节。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种补热式压缩空气储能和超临界二氧化碳释能耦合系统，其特征在于，所述耦合系统包括补热式压缩空气储能子循环系统和超临界二氧化碳释能子循环系统；
所述补热式压缩空气储能子循环系统包括回热装置、压缩装置、补热装置、换热装置、透平和储热组件；
所述超临界二氧化碳释能子循环系统包括CO2透平、CO2回热组件、CO2冷却装置、CO2主压缩装置、CO2旁路压缩装置、CO2换热装置和储热组件。
2.根据权利要求1所述的耦合系统，其特征在于，所述补热式压缩空气储能子循环系统的循环工质包括空气。
3.根据权利要求1或2所述的耦合系统，其特征在于，所述超临界二氧化碳释能子循环系统的循环工质包括CO2。
4.根据权利要求1-3任一项所述的耦合系统，其特征在于，所述储热组件包括第一存储罐和第二存储罐；
优选地，所述第一存储罐的储热介质包括熔盐；
优选地，所述第二存储罐的储热介质包括熔盐。
5.根据权利要求1-4任一项所述的耦合系统，其特征在于，所述透平与压缩装置同轴连接；
优选地，所述压缩装置的出口与所述补热装置的进口连接；
优选地，所述补热装置的出口与所述换热装置的第一进口连接；
优选地，所述换热装置的第一出口与所述回热装置的第二进口连接；
优选地，所述回热装置的第一出口与所述透平的进口连接；
优选地，所述回热装置的第二出口与所述压缩装置的进口连接；
优选地，所述回热装置设置有气体入口；
优选地，所述第一存储罐的出口与所述换热装置的第二进口连接；
优选地，所述换热装置的第二出口与所述第二存储罐的进口连接；
优选地，所述第二存储罐的出口与所述CO2换热装置的第二进口连接；
优选地，所述CO2换热装置的第二出口与所述第一存储罐的进口连接。
6.根据权利要求1-5任一项所述的耦合系统，其特征在于，所述CO2回热组件包括第一CO2回热装置和第二CO2回热装置。
7.根据权利要求1-6任一项所述的耦合系统，其特征在于，所述CO2换热装置的第一出口与所述CO2透平的进口连接；
优选地，所述CO2透平的出口与所述第一CO2回热装置的第一进口连接；
优选地，所述第一CO2回热装置的第一出口与所述第二CO2回热装置的第一进口连接；
优选地，所述第二CO2回热装置的第一出口与所述CO2冷却装置的进口连接；
优选地，所述CO2冷却装置的出口与所述CO2主压缩装置的入口连接；
优选地，所述CO2主压缩装置的出口与所述第二CO2回热装置的第二进口连接；
优选地，所述第二CO2回热装置的第一出口与所述第一CO2回热装置的第二进口连接；
优选地，所述第一CO2回热装置的第二出口与所述CO2换热装置的第二进口连接。
8.根据权利要求1-7任一项所述的耦合系统，其特征在于，所述第二CO2回热装置的第二出口与所述CO2旁路压缩装置的进口连接；
优选地，所述CO2旁路压缩装置的出口与所述第一CO2回热装置的第二进口连接。
9.根据权利要求1-8任一项所述的耦合系统，其特征在于，所述补热式压缩空气储能子循环系统还包括电动机；
优选地，所述电动机的输出轴与压缩装置连接。
10.根据权利要求1-9任一项所述的耦合系统，其特征在于，所述补热装置为光热补热装置。
CN202111376121.2A 2021-11-19 2021-11-19 一种补热式压缩空气储能与超临界二氧化碳释能耦合系统 Pending CN114151154A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111376121.2A CN114151154A (zh) 2021-11-19 2021-11-19 一种补热式压缩空气储能与超临界二氧化碳释能耦合系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111376121.2A CN114151154A (zh) 2021-11-19 2021-11-19 一种补热式压缩空气储能与超临界二氧化碳释能耦合系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114151154A true CN114151154A (zh) 2022-03-08

Family

ID=80456677

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111376121.2A Pending CN114151154A (zh) 2021-11-19 2021-11-19 一种补热式压缩空气储能与超临界二氧化碳释能耦合系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114151154A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2762706A2 (en) * 2013-02-01 2014-08-06 Hitachi, Ltd. Thermal power generation system and method for generating thermal electric power
CN104405599A (zh) * 2014-09-24 2015-03-11 西安交通大学 一种利用太阳能的燃气-超临界二氧化碳联合动力发电系统
CN208024412U (zh) * 2018-01-17 2018-10-30 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 一种压缩空气储能系统
CN109944773A (zh) * 2019-04-17 2019-06-28 西安交通大学 一种小区复合供能系统及方法
CN111075671A (zh) * 2019-11-26 2020-04-28 东方电气集团东方汽轮机有限公司 一种耦合集成太阳能、超临界二氧化碳和压缩空气储能的发电系统
CN111749739A (zh) * 2020-07-28 2020-10-09 杭州汽轮机股份有限公司 超临界二氧化碳再压缩循环发电系统及运行方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2762706A2 (en) * 2013-02-01 2014-08-06 Hitachi, Ltd. Thermal power generation system and method for generating thermal electric power
CN104405599A (zh) * 2014-09-24 2015-03-11 西安交通大学 一种利用太阳能的燃气-超临界二氧化碳联合动力发电系统
CN208024412U (zh) * 2018-01-17 2018-10-30 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 一种压缩空气储能系统
CN109944773A (zh) * 2019-04-17 2019-06-28 西安交通大学 一种小区复合供能系统及方法
CN111075671A (zh) * 2019-11-26 2020-04-28 东方电气集团东方汽轮机有限公司 一种耦合集成太阳能、超临界二氧化碳和压缩空气储能的发电系统
CN111749739A (zh) * 2020-07-28 2020-10-09 杭州汽轮机股份有限公司 超临界二氧化碳再压缩循环发电系统及运行方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110374838B (zh) 一种基于lng冷量利用的跨临界二氧化碳储能系统及方法
CN114198170B (zh) 一种基于双蓄热回路的二氧化碳储能系统及其工作方法
CN107630726A (zh) 一种基于超临界二氧化碳循环的多能混合发电系统及方法
CN108533476A (zh) 一种热泵超临界空气储能系统
CN109441741A (zh) 一种基于超临界二氧化碳循环的可调峰储能系统及其控制方法
CN111306842A (zh) 适应不同季节的变工况多能联供系统及方法
CN114033517B (zh) 一种基于二氧化碳压缩储能的地热发电和冷热供应系统及运行方法
CN112412561B (zh) 压缩空气储能系统和火力发电厂控制系统耦合控制方法
CN213392296U (zh) 联合发电系统
CN115306686A (zh) 一种基于二氧化碳相变稳压的压缩空气储能系统
CN114709934A (zh) 一种常温液态压缩二氧化碳混合工质储能系统及方法
CN114856738A (zh) 一种基于液态二氧化碳储存的冷热电联供储能系统及方法
CN115263696A (zh) 耦合压缩二氧化碳储能的太阳能发电系统
CN113775492A (zh) 一种共享设备的co2布雷顿与热泵联合循环系统及运行方法
CN113565684A (zh) 一种二氧化碳液化实现新能源储能的发电方法及系统
CN113700628A (zh) 一种多联供液化空气储能系统及优化控制方法
CN212538358U (zh) 适应不同季节的变工况多能联供系统
CN111927588A (zh) 一种实现多能互补型分布式能源系统余热梯级利用的有机朗肯循环发电系统及方法
CN215860603U (zh) 一种二氧化碳液化实现新能源储能的发电系统
CN114151154A (zh) 一种补热式压缩空气储能与超临界二氧化碳释能耦合系统
CN114704341A (zh) 一种基于压缩二氧化碳储能的可再生能源综合利用系统
CN115031283A (zh) 一种热电灵活储供系统及其运行方法
CN114922789A (zh) 基于太阳能的压缩二氧化碳液态储能系统及其运行方法
CN114991891A (zh) 一种压缩空气储能系统及方法
CN114542224A (zh) 一种液态压缩空气与火电机组耦合的系统装置和方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination