CN115614120A - 适于可再生能源供给的二氧化碳地质封存设备的调节方法 - Google Patents
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Abstract
适于可再生能源供给的二氧化碳地质封存设备的调节方法。本发明涉及二氧化碳地质封存设备(10)的调节方法，设备具有：结构(20)；二氧化碳储备室(22)，接纳在结构中；使二氧化碳注入到地质储层(12)中的装置(24)；能量产生装置(26)；及储能装置(28)。能量产生装置供给在低状态、中间状态和高状态之间随时间变化的动力。当供给的动力处于低状态时，注入装置由储能装置供以动力；当供给的动力处于高状态时，注入装置由动力产生装置供以动力，以确保二氧化碳持续注入到地质储层中。
Description
技术领域
本发明涉及一种二氧化碳地质封存设备的调节方法，所述二氧化碳地质封存设备具有：优选为浮式的结构；液态二氧化碳储备室，被接纳在所述结构中；注入装置，能使二氧化碳从所述储备室注入到水下地质储层中；能量产生装置，能向所述注入装置供给动力；以及储能装置，被接纳在所述结构中，所述储存装置也能向注入装置供给动力。
本发明尤其应用于海上设备，如US2017/0283014中所述的。这些设备用于使二氧化碳注入到水下地质储层中以进行封存目的。
背景技术
二氧化碳封存的目的是减少温室气体排放到大气中。因此，优选为这种设备供给来自可再生能源例如风能、太阳能、潮汐能或者地热能的非温室气体排放能源。
可再生能源的生产具有间歇性缺点，尤其是取决于气候状况。但是，根据实施条件，地质储层的使用涉及在储层的扩散通道中生成水合物和/或通道密封的风险。为了通过避免频繁的停止/重启来减少这种风险和简化不同的操作方面，优选确保使二氧化碳持续注入到储层中。
发明内容
本发明旨在提供一种二氧化碳地质封存设备的实施方式，其适于基于可再生能源进行操作，同时确保根据可用能源以潜在可适合的流量进行持续注入。
为此，本发明涉及上述类型的一种调节方法，其中：能量产生装置供给时变的动力，供给的动力与第一定义动力阈值和第二定义动力阈值相关联，第二定义动力阈值大于或等于第一定义动力阈值；供给的动力在低于第一定义动力阈值的第一低状态、第一定义动力阈值和第二定义动力阈值之间的第二中间状态、以及大于第二定义动力阈值的第三高状态之间变化；当供给的动力处于第一低状态时，注入装置由储能装置供以动力；当供给的动力处于第三高状态时，注入装置由能量产生装置供以动力，所述能量产生装置向储能装置并行地供给动力；以确保二氧化碳从二氧化碳储备室持续注入到水下地质储层中。
根据本发明的其他一些有利的方面，调节方法具有单独地或者根据所有技术上可行的组合采用的以下一个或多个特征：
-当注入装置由储能装置供以动力时，二氧化碳从储备室的注入以第一流量进行；以及当注入装置由能量产生装置供以动力时，二氧化碳的注入以大于第一流量的第二流量进行；
-设备具有用于预测由可再生能源产生装置供给的动力的工具；当供给的动力处于第二中间状态时，根据工具的预测，二氧化碳从储备室的注入以第三流量进行，第三流量在第一流量和第二流量之间随时间可变化。
本发明还涉及一种二氧化碳地质封存设备，所述设备具有：结构；液态二氧化碳储备室，被接纳在所述结构中；注入装置，能使二氧化碳从所述储备室注入到水下地质储层中；能量产生装置，能向所述注入装置供给动力；以及储能装置，被接纳在所述结构中，所述储存装置也能向注入装置供给动力；所述设备配有用于实施上述管理方法以确保二氧化碳从储备室持续注入到水下地质储层中的装置。
根据本发明的其他一些有利方面，所述设备具有单独地或者根据所有技术上可行的组合采用的以下一个或多个特征：
-储能装置具有液压能储存装置；
-储能装置具有用于储存加压二氧化碳的装置；
-储能装置具有储电的电池；
-能量产生装置被接纳在结构上；
-能量产生装置布置在结构以外；
-能量产生装置由可再生能源供以动力，所述可再生能源优选地选自于风能、太阳能、潮汐能、地热能。
附图说明
通过阅读下面参照附图仅作为非限制性实施例给出的说明，本发明将得到更好理解，附图中：
图1、2和3是分别根据本发明的第一、第二和第三实施例的二氧化碳地质封存设备的示意图。
图1、2和3各示出分别根据本发明的第一、第二和第三实施例的二氧化碳地质封存设备10、110、210。
具体实施方式
更具体的说，每个设备10、110、210能使二氧化碳注入到水下地质储层12中，如图1中可看到的。“水下”意指地质储层12位于被海14覆盖的土层中，或可替代地由淡水体例如湖泊覆盖的土层中。
设备10、110和210将在下面同时进行说明，公共构件用相同的标号标示。
设备10、110、210具有：结构20，其浮在水体上或者浸没于水体中；二氧化碳储备室22；注入装置24；能量产生装置26、126、226；储能装置28、128、228；以及用于连接和排放液态二氧化碳的装置29。
设备10、110、210具有电子调节模块30，如图2和3中所示。
在所示的实施例中，结构20尤其用于安装成漂浮在覆盖地质储层12的水体例如海14上。结构20可为浮式，例如单柱式平台(SPAR)，或为半潜式平台，或为船体。在一变型(未示出)中，结构20可以直接布置在水体的底部上，例如重力式基础结构(GBS)上，或者自升式平台(jack-up lattice structure)上。可替换地，浮式结构20是液态二氧化碳输送器。
储备室22被接纳在结构20中。储备室22能储备液态二氧化碳。在所示的实施例中，设备10、110、210具有接纳在结构20中的多个储备室22。
注入装置24被接纳在结构20中。注入装置24能将二氧化碳从储备室22注入到水下地质储层12中。
特别是，注入装置24具有：从储备室22抽取液态二氧化碳的装置；调节二氧化碳、尤其是使二氧化碳的温度与压力调节到所需状态的装置；以及将经调节的二氧化碳输送到地质储层12中的装置。
如下将详述的，设备10、110、210设计成使得注入装置24将二氧化碳从储备室22持续注入到地质储层12中。“持续注入”意指从注入装置24向地质储层12的注入量始终严格高于零。
能量产生装置26、126、226能向注入装置24供给动力。
在第一实施例中，设备10的能量产生装置26位于结构20上。在第二和第三实施例中，设备110、210的能量产生装置126、226位于与结构20分开的附属结构31上。在第二和第三实施例的变型中，设备的能量产生装置位于结构上。
优选地，能量产生装置26、126、226由可再生能源供以动力。在所示的实施例中，能量产生装置26、126、226是风力涡轮机，能从风产生能量。可替换地，可再生能源是太阳能，或者是潮汐能，或者是地热能。
储能装置28、128、228被接纳在浮式结构20中。
储能装置28、128、228能向注入装置24供给动力。另外，储能装置28、128、228可由能量产生装置26、126、226供以动力。
在第一实施例中，储能装置28基于位于不同高度的两个储槽之间的重力差所聚集的能量。传递容许重力势能的转换和液压能的产生来恢复。更准确的说，装置28具有：第一储槽32和第二储槽34，液力涡轮机36，以及泵38。
在浮式结构20中，第一储槽32竖向上定位成高于第二储槽34。第一储槽32和第二储槽34通过第一管路40和第二管路42进行液压连通。液力涡轮机36和泵38分别位于第一管路40和第二管路42上。
第一储槽32和第二储槽34以及第一管路40和第二管路42能接收流体，优选是液体，例如水。
液力涡轮机36能向注入装置24供给能量。泵38能从产生装置26接收能量。
在图1所示的实施例中，装置28具有多个分组件，每个分组件具有一第一储槽32和一第二储槽34、一液力涡轮机36以及一泵38，如上所述。这些分组件围绕浮式结构20的竖直主轴线44成角度地分布，使得液压传递不会干扰所述结构的平衡。
在第二实施例中，储能装置128基于高压储存流体的能量。更具体的说，装置128具有：第三储槽132和包括一个或多个储存单元的第四储槽134、涡轮系统136、以及压缩机系统138。
第三储槽132能储存高压二氧化碳。在本发明的一实施例中，二氧化碳处于限定超临界流体状态的温度与压力条件之下。第四储槽134能储存低压液态二氧化碳。
第三储槽132和第四储槽134通过闭路循环进行流体连通。涡轮系统136和压缩机系统138位于该闭路循环上。
涡轮系统136能通过降低取自储槽134的二氧化碳的压力并以高效率输送热力学功，来向注入装置24供给能量。压缩机系统138能从产生装置126接收能量以将能量储存于储槽132中。二氧化碳的压缩和膨胀改变温度，每个循环都配有热交换装置，用以保持温度。
在第三实施例中，储能装置228包括一电池46或者一组电池46。该一电池/该组电池46能向注入装置24供给能量，且能从产生装置226接收能量。
可选地，储能装置28、128、228还具有升压构件，例如图3中所示的升压电池47。升压构件用于储存来自非产生装置26、126、226的能源的能量。
如图2和3所示，连接装置29能附接到二氧化碳运输船48，以便在浮式结构20上接收二氧化碳。
在所示的实施例中，电子调节模块30被接纳在浮式结构20中。在一变型(未示出)中，电子调节模块30位于浮式结构20以外的控制中心中。
电子调节模块30配有用于实施调节所述设备10、110、210的调节方法的装置，例如计算机程序。所述调节方法旨在保持二氧化碳从储备室22持续注入到地质储层12中。
调节方法考虑到基于可再生能源由能量产生装置26、126、226供给动力的时变方面。特别是，电子调节模块30能随时间测量能量产生装置26、126、226所提供的动力P。
根据所述调节方法，供给的动力P与第一定义动力阈值P1和第二定义动力阈值P2相关联。第二阈值大于或等于第一阈值。
优选地，第二动力阈值P2严格大于第一阈值P1。可替换地，第一阈值和第二阈值相等，即仅有一个定义动力阈值。在说明书的其余部分中，第二阈值P2被视为严格大于第一阈值P1。
根据所述调节方法，由产生装置26、126、226供给的动力P在低于第一阈值P1的第一低状态、第一阈值P1和第二阈值P2之间的第二中间状态、以及大于第二阈值的第三高状态之间随时间变化。
例如，在产生装置26、126、226是风力涡轮机的情况下，第一低状态相应于弱风或者无风；第三高状态相应于强风，允许所述风力涡轮机具有良好性能。
根据一实施例，第一低状态也相应于风太强而使风力涡轮机不能安全操作的情况，所述风力涡轮机于是被关闭。
当产生装置26、126、226供给的动力P处于低于P1的第一低状态时，注入装置24由储能装置28、128、228供以动力；二氧化碳从储备室22的注入以非零的第一流量D1进行。
优选地，第一流量D1选择成大于与注入装置相兼容的最小值，同时确保对于给定能量储存尺寸最小化设备的关闭和重启次数的目标。
当产生装置26、126、226供给的动力P处于大于P2的第三高状态时，注入装置24由所述能量产生装置26、126、226供以动力。二氧化碳从储备室22的注入则以大于第一流量D1的第二流量D2进行。
所述能量产生装置向储能装置28、128、228并行地供给动力，直至所述储能装置达到最大储能容量。
现在来说明产生装置26、126、226供给的动力P处于P1和P2之间的第二中间状态的情况。
优选地，电子模块30具有用于预测供给的动力P变化的工具50(图2)，或者与该工具相关联。例如，工具50具有一传感器或者一套天气传感器、以及基于传感器获得的信息预测未来天气状况的软件。在所示的实施例中，预测工具50可预测形成产生装置26、126、226的风力涡轮机附近的风力变化。
优选地，预测工具50还能预测给定时间段内注入的可用的二氧化碳的量。例如，工具50具有软件，软件用于基于与二氧化碳储存的初始状态以及结构20上的计划交付量有关的信息来计算所述量。这种预测尤其可在待注入的二氧化碳存量可能耗尽之前降低注入量。
优选地，电子模块30的计算机程序定义成根据工具50的预测共享由产生装置26、126、226在第二中间状态供给的动力P。例如，根据工具50的所述预测，所述程序定义流量D3，流量D3可在D1和D2之间随时间变化。所述流量D3调动一些动力P，其余动力用于由储能装置28、128、228储存能量。
可替换地，在第二中间状态，电子模块30的计算机程序以D1至D2之间的恒定值D3限定二氧化碳的注入量。
根据一实施例，电子模块30的计算机程序提供管理第二中间状态的上述可能性中的几种，在这些可能性之间的选择可在电子模块30处由操作人员进行配置。
优选地，当能量储存显示不足或者无效时，电子模块30的计算机程序始终在寻求注入持续性的背景下保留使用升压电池47以管理极端情形。
根据上述实施例的一种变型(未示出)，设备10、110、210还具有至少一个加压气囊，其连接于二氧化碳储备室22。根据所述变型，当供给的动力P处于第二或第三状态时，二氧化碳从所述储备室22蒸发并在所述至少一个加压气囊中加压。
然后将考虑供给的动力P处于第一低状态并且设备10、110、210没有足够的储能来维持第一流量D1的情况。
在这种情况下，根据本发明的一变型，注入装置24根据自由流动原理，从所述加压气囊向地质储层12注入加压二氧化碳。尽管设备中可用能量耗尽，但是这种变型仍可保持降低的但非零的注入量。
因此，设备10、110、210确保以优选超过最小值的可变流量持续注入二氧化碳，以确保最小化关闭和重启次数的目标。
这种注入连续性可使地质储层12的性能最大化，同时允许可再生能源供给，以优化设备的碳足迹。
Claims (10)
1.一种用于二氧化碳地质封存的设备(10，110，210)的调节方法，所述设备具有：
-结构(20)，优选为浮式结构；
-用于储备液态的二氧化碳的储备室(22)，被接纳在所述结构中；
-注入装置(24)，能从所述储备室将二氧化碳注入到水下地质储层(12)中；
-能量产生装置(26，126，226)，能向所述注入装置供给动力；以及
-储能装置(28，128，228)，被接纳在所述结构中，所述储能装置也能向注入装置供给动力；
所述调节方法的特征在于：
-能量产生装置供给时变的动力(P)，供给的动力与第一定义动力阈值(P1)和第二定义动力阈值(P2)相关联，第二定义动力阈值大于或等于第一定义动力阈值；供给的动力在低于第一定义动力阈值(P1)的第一低状态、第一定义动力阈值和第二定义动力阈值之间的第二中间状态、以及大于第二定义动力阈值(P2)的第三高状态之间变化；
-当供给的动力处于第一低状态时，注入装置(24)由储能装置(28，128，228)供以动力；当供给的动力处于第三高状态时，注入装置由能量产生装置(26，126，226)供以动力，所述能量产生装置向储能装置(28，128，228)并行地供给动力；
以确保二氧化碳从储备室持续注入到水下地质储层中。
2.根据权利要求1所述的调节方法，其特征在于，当注入装置(24)由储能装置(28，128，228)供以动力时，二氧化碳从储备室的注入以第一流量(D1)进行；以及当注入装置由能量产生装置(26，126，226)供以动力时，二氧化碳的注入以大于第一流量的第二流量(D2)进行。
3.根据权利要求2所述的调节方法，其特征在于：
-设备具有用于预测供给的动力(P)的工具(50)；以及
-当供给的动力(P)处于第二中间状态时，根据工具(50)的预测，二氧化碳从储备室的注入以第三流量(D3)进行，第三流量在第一流量和第二流量之间随时间变化。
4.一种用于二氧化碳地质封存的设备(10，110，210)，所述设备具有：
-结构(20)；
-用于储备液态的二氧化碳的储备室(22)，被接纳在所述结构中；
-注入装置(24)，能从所述储备室将二氧化碳注入到水下地质储层中；
-能量产生装置(26，126，226)，能向所述注入装置供给动力；以及
-储能装置(28，128，228)，被接纳在所述结构中，所述储能装置也能向注入装置供给动力；
其特征在于，所述设备配有用于实施根据前述权利要求中任一项所述的调节方法以确保二氧化碳从储备室持续注入到水下地质储层中的装置。
5.根据权利要求书4所述的设备(10)，其特征在于，储能装置(28)具有液压能储存装置(30，32)。
6.根据权利要求4或5所述的设备(110)，其特征在于，储能装置(128)具有用于储存加压二氧化碳的装置(130)。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的设备(210)，其特征在于，储能装置(228)具有储电的电池(46)。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的设备(10)，其特征在于，能量产生装置(26)被接纳在结构(20)上。
9.根据权利要求4至7中任一项所述的设备(110，210)，其特征在于，能量产生装置(126，226)布置在结构(20)以外。
10.根据权利要求4至7中任一项所述的设备，其特征在于，能量产生装置(26，126，226)由可再生能源供以动力，可再生能源优选地选自于风能、太阳能、潮汐能、地热能。
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