CN114185378A - 一种双井液压式co2压缩储能系统及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种双井液压式CO2压缩储能系统及其运行方法，系统包括水源、双井、控制系统以及储热系统；双井包括底部连通的CO2储存井和水储存井，CO2储存井和水储存井连通处设置水轮机，CO2储存井的顶部设置CO2输送通道，CO2储存井中设置换热器，换热器连接储热系统，换热器下方设置依次换热器挡板和浮板；水储存井的入水口和出水口均连通水源，水储存井中设置液位计，CO2储存井的下部设置液位指示装置，液位计和液位指示装置连接控制系统；通过建造两口连通的井，通过水压缩CO2储能和CO2膨胀做功交替运行，实现利用波谷电及弃电输水压缩CO2产生热能存储，待需用电时，储热系统加热CO2，CO2迅速膨胀，使液体水向水储存井侧退回，推动水轮机做功发电。
Description
技术领域
本发明属于及CO2压缩储能技术领域，具体涉及一种双井液压式CO2压缩储能系统及其运行方法。
背景技术
压缩空气储能技术是目前被行业认可的成熟的储能技术，且已有相关工程应用。目前压缩空气储能建设基地选址主要有两种方案，一是选择天然岩穴、二是向地下挖洞建储罐。然而天然岩穴数量较少，且岩穴征用需征得地质等相关部门同意。因此为促进该技术的推广应用，多采用向地下挖洞建储罐的方式。压缩空气储能以空气为介质，空气密度低导致能量密度低，进而使得储罐体积大，需挖设的洞穴体积大，造成系统储罐占地面积大，挖设洞穴所需空间大，难以通过相关地质部门的审批。而CO2无毒、无污染，物理性质稳定，临界点温度为31.1℃，临界压力为7.38MPa，临界参数低，且密度大。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种双井液压式CO2压缩储能系统及其运行方法，利用水的势能和CO2压缩储能实现能量转换，利用双井提高系统效率，显著缩小需建储罐或需挖设洞穴的体积，节约系统的占地面积及工程造价。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种双井液压式CO2压缩储能系统，包括水源、双井、控制系统以及储热系统；双井包括底部连通的CO2储存井和水储存井，CO2储存井和水储存井连通处设置水轮机，CO2储存井的顶部设置CO2输送通道，CO2储存井中设置换热器，换热器连接储热系统，换热器下方设置依次换热器挡板和浮板；水储存井的入水口和出水口均连通水源，水储存井中设置液位计，CO2储存井的下部设置液位指示装置，液位计和液位指示装置连接控制系统。
水源为湖泊、池塘、大海、水槽或蓄水池。
水源至水储存井的入水口设置流体输送装置，流体输送装置采用水泵，水泵设置一台或多台，水泵的执行机构连接控制系统。
双井的井深为100-800m，水储存井的直径为4-8m，CO2储存井的直径为2-5m；双井是在地面以下挖掘并用混凝土浇筑或不锈钢无缝焊接而成。
水轮机采用立式或卧式水轮机。
阀门采用一种带信号输入输出的阀门，阀门的执行机构连接控制系统。
换热器中的换热介质为熔盐、油、液态金属或水蒸气。
储热系统采用一种单一或混合储热系统或装置。
挡板采用刚性板，挡板与CO2储井井壁固定连接。
本发明所述双井液压式CO2压缩储能系统的运行方法，具体包括如下过程：
a，液位指示装置监测到液位未达到设定液面，将水输送至水储存井，直至液位指示装置监测液位到达设定液面，运行过程中，如果液位低于设定液位，则将信号传输至控制系统，控制系统启动故障报警；
b，水储存井将CO2气体通入CO2储井中储存；
c，控制系统监测到波谷用电或是有弃电时，启动流体输送装置并打开水储存井的入水口，流体输送装置将水输送至双井的水储存井中，使水储存井中的水在重力作用下，推动水轮机做功后，逐渐进入CO2储井压缩CO2，CO2气体在压缩过程中产热蓄能，同时控制CO2所处温度低于31.1℃、压力为7.38MPa以上，换热器吸收压缩CO2的热能，并将热能存储于储热系统；当液位计的液位示数不变时，流体输送装置停止运行，浮板升至挡板下沿高度，阻挡浮板的继续上浮；
d，控制系统监测到波峰用电或是需要供电时，储热系统通过换热器将热量传递给CO2，CO2吸收热量气化快速膨胀，压缩水并迫使水向水储存井侧退回，推动水轮机快速旋转做功发电；
e，当需向CO2中注入或排放CO2时，则打开设置在CO2输送通道注入或排除CO2结束时，关闭CO2输送通道。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明通过建造两口连通的井，并将CO2和水分别储存在两口井中，实现利用波谷电及弃电启动流体输送装置传输水、并压缩CO2将能量传递到换热器中，随后通过换热器将CO2压缩过程中产生的热能存储至储热系统。待需用电时，储热系统通过换热器将热量传送至压缩CO2液体中，CO2液体吸收热量气化，迅速膨胀，挤压进入CO2储井中的水，迫使液体水向水储存井侧退回，推动水轮机快速旋转做功发电。水储存井中的水经阀门流向水源。该过程的发电效率大于90％，整套系统的发电效率高达78.8％。
附图说明
图1为本发明一种可实施的系统结构示意图。
1-流体输送装置、2-CO2储存井、3-水储存井、4-双井、5-水轮机、6-阀门、7-控制系统、8-液位计、9-液位指示装置、10-CO2输送通道、11-换热器、12-储热系统、13-浮板、14-换热器挡板。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参考图1，一种双井液压式CO2压缩储能系统，包括水源、流体输送装置1、CO2储存井2、水储存井3、双井4、水轮机5、阀门6、控制系统7、液位计8、液位指示装置9、CO2输送通道10、换热器11、储热系统12、换热器挡板14、浮板15；其中，双井4包括底部连通的CO2储存井2和水储存井3，CO2储存井2和水储存井3连通处设置水轮机5，CO2储存井2的顶部设置CO2输送通道，CO2储存井2中设置换热器11，换热器11连接储热系统12，换热器11下方设置依次换热器挡板14和浮板15；水储存井3的入水口和出水口均连通水源，水储存井3中设置液位计8，CO2储存井2的下部设置液位指示装置9，液位计8和液位指示装置9连接控制系统7。
水源可以是湖泊、池塘、大海、水槽、蓄水池等任意一种可提供水的器具或装置。
可选的，流体输送装置1可以是任意一种可抽取水并将水送入双井4储水端的装置或设备，可以根据具体情况设置一台或多台。
优选的，流体输送装置1采用水泵。
所述的双井4的井深为100-800m，水储存井端井直径为4-8m，CO2储存井直径为2-5m，两井直径可以相同或不同。
所述的双井4是在地面以下挖掘并用混凝土浇筑或不锈钢无缝焊接而成，整体密封性、机械强度及抗压性能良好，可有效防止水和CO2的泄露。其CO2储存井上顶盖设一CO2输送通道10，用于补充或排空CO2储井中的CO2，CO2储存井2上顶盖无缝连接密封，可有效防止破裂导致的CO2泄露；所述输送通道10上设置阀门。水储存井3上端设有入水口和出水口，其中，入水口与流体输送装置出口连接，承接流体输送装置输送过来的水，出水口通过管道与水源连接，将从水存储井里溢出来的水送回水源处。
水轮机5为任意一种可以将水转化为电能或机械能的水轮机，可以采用立式或卧式水轮机。
阀门6可以是任意一种带信号输入输出的阀门，基于控制系统7的控制信号启停。
控制系统7根据电网供需情况、水储存井液位8示数以及电力峰谷控制流体输送装置1及阀门6的启停。
可选的，液位计8可以是任意一样带信号输出且可监测水液面的液位计；液位指示装置9可以是任意一种带信号输出的、可指示特定液位的系统或装置，监测到液体到达设定液面后，将信号输送给控制系统7，方可启动整套系统。
换热器11可以是任意一种可进行热量交换的装置或设备，换热器11内的换热介质采用熔盐、油、液态金属或水蒸气。
可选的，储热系统12可以是任意一种单一或混合储热系统或装置。
浮板15采用任意一种可漂浮在水面上且耐水腐蚀性好、机械强度好的材料制作而成；挡板16可以是混凝土、不锈钢及其他硬质材料中的任意一种，用于阻挡浮板继续上浮，挡板16与CO2储存井2内壁固定连接。
基于本发明所述双井液压式CO2压缩储能系统的运行方法，具体包括如下步骤：
a，液位指示装置9监测到液位未达到设定液面，控制系统7启动流体输送装置将水输送至水储存井，直至液位指示装置9监测液位到达设定液面，以为整套系统的启动做好准备。运行过程中，如果液位到不了设定液位，则将信号传输至控制系统7，控制系统7启动故障报警程序。
b，水储存井将CO2气体通入CO2储井2中储存备用。
c，控制系统7监测到波谷用电或是有弃电时，立即启动流体输送装置1抽水程序并关闭阀门6。流体输送装置1将水输送至双井4的水储存井中，在重力势能及流体输送装置的推动作用下，水储存井端中的水位向下移动，推动水轮机5做功后，使水储存井中的水逐渐进入CO2储井压缩CO2，CO2气体在压缩过程中产热蓄能，控制CO2所处温度低于31.1℃、压力逐渐生在7.38MPa以上，CO2在中先压缩后液化，整个过程中释放大量热量。换热器11吸收压缩CO2过程中产生的热能，并将热能存储于储热系统。当液位计8的液位示数不变时，表示压缩CO2达到压缩极限，流体输送装置1断电停止运行，此时浮板15升至16挡板下沿高度，阻挡浮板15的继续上浮，进而阻挡液体水进入浮板以上空间。
d，控制系统7监测到波峰用电或是需要供电时，打开阀门6，储热系统12通过换热器11将热量传递给CO2。CO2吸收热量气化快速膨胀，压缩液体水并迫使液体水向水储存井侧退回，推动水轮机5快速旋转做功发电。水储存井中的水经阀门6流向水源。该过程的发电效率大于90％，整套系统的发电效率>78％。
e，当需向CO2中注入或排放CO2时，则打开设置在CO2输送通道10上的阀门6，注入或排除CO2结束时，关闭阀门6。
本实施例中使用本发明中的双井液压式压缩CO2储能的系统及方法。实施例在图1系统上实施。本实施例中所述的井深为300m，储CO2侧井直径为4.5m，水储存井侧直径为5m，流体输送装置液体流速为10000m3/h，流体输送装置功率为7kW，内置15000m3 CO2，利用超临界布雷顿试验台的弃电进行储能利用，其综合能量利用效率高达78.8％。
Claims (10)
1.一种双井液压式CO2压缩储能系统，其特征在于，包括水源、双井(4)、控制系统(7)以及储热系统(12)；双井(4)包括底部连通的CO2储存井(2)和水储存井(3)，CO2储存井(2)和水储存井(3)连通处设置水轮机(5)，CO2储存井(2)的顶部设置CO2输送通道，CO2储存井(2)中设置换热器(11)，换热器(11)连接储热系统(12)，换热器(11)下方设置依次换热器挡板(14)和浮板(15)；水储存井(3)的入水口和出水口均连通水源，水储存井(3)中设置液位计(8)，CO2储存井(2)的下部设置液位指示装置(9)，液位计(8)和液位指示装置(9)连接控制系统(7)。
2.根据权利要求1所述的双井液压式CO2压缩储能系统，其特征在于，水源为湖泊、池塘、大海、水槽或蓄水池。
3.根据权利要求1所述的双井液压式CO2压缩储能系统，其特征在于，水源至水储存井(3)的入水口设置流体输送装置(1)，流体输送装置(1)采用水泵，水泵设置一台或多台，水泵的执行机构连接控制系统(7)。
4.根据权利要求1所述的双井液压式CO2压缩储能系统，其特征在于，双井(4)的井深为100-800m，水储存井(3)的直径为4-8m，CO2储存井的直径为2-5m；双井(4)是在地面以下挖掘并用混凝土浇筑或不锈钢无缝焊接而成。
5.根据权利要求1所述的双井液压式CO2压缩储能系统，其特征在于，水轮机(5)采用立式或卧式水轮机。
6.根据权利要求1所述的双井液压式CO2压缩储能系统，其特征在于，阀门(6)采用一种带信号输入输出的阀门，阀门(6)的执行机构连接控制系统(7)。
7.根据权利要求1所述的双井液压式CO2压缩储能系统，其特征在于，换热器(11)中的换热介质为熔盐、油、液态金属或水蒸气。
8.根据权利要求1所述的双井液压式CO2压缩储能系统，其特征在于，储热系统(12)采用一种单一或混合储热系统或装置。
9.根据权利要求1所述的双井液压式CO2压缩储能系统，其特征在于，挡板(16)采用刚性板，挡板(16)与CO2储井井壁固定连接。
10.权利要求1-9中任一项所述双井液压式CO2压缩储能系统的运行方法，其特征在于，具体包括如下过程：
a，液位指示装置(9)监测到液位未达到设定液面，将水输送至水储存井(3)，直至液位指示装置(9)监测液位到达设定液面，运行过程中，如果液位低于设定液位，则将信号传输至控制系统(7)，控制系统(7)启动故障报警；
b，水储存井将CO2气体通入CO2储井(2)中储存；
c，控制系统(7)监测到波谷用电或是有弃电时，启动流体输送装置(1)并打开水储存井(3)的入水口，流体输送装置(1)将水输送至双井(4)的水储存井中，使水储存井中的水在重力作用下，推动水轮机(5)做功后，逐渐进入CO2储井(2)压缩CO2，CO2气体在压缩过程中产热蓄能，同时控制CO2所处温度低于31.1℃、压力为7.38MPa以上，换热器(11)吸收压缩CO2的热能，并将热能存储于储热系统；当液位计(8)的液位示数不变时，流体输送装置(1)停止运行，浮板(15)升至(16)挡板下沿高度，阻挡浮板(15)的继续上浮；
d，控制系统(7)监测到波峰用电或是需要供电时，储热系统(12)通过换热器(11)将热量传递给CO2，CO2吸收热量气化快速膨胀，压缩水并迫使水向水储存井侧退回，推动水轮机(5)快速旋转做功发电；
e，当需向CO2中注入或排放CO2时，则打开设置在CO2输送通道(10)注入或排除CO2结束时，关闭CO2输送通道(10)。
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Legal Events
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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