CN117552851A - 一种二氧化碳储能利用系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二氧化碳储能利用系统及其控制方法，二氧化碳储能利用系统包括：能源系统；二氧化碳储能系统，通过所述能源系统提供能源，将二氧化碳压缩为高压二氧化碳，并进行冷却；枯竭油气藏储气系统，所述二氧化碳储能系统生成的高压二氧化碳被储存在枯竭油气藏储气系统；发电系统，包括膨胀机和发电机，所述枯竭油气藏储气系统中储存的高压二氧化碳被输送至所述膨胀机中进行膨胀做功并驱动发电机发电；太阳能蓄热系统，用于收集太阳能并加热发电系统中膨胀机入口处的二氧化碳。本发明利用二氧化碳作为储能介质，具有循环效率高、可靠性好和建设成本低的优点，能够利用可再生能源有效进行储能，是解决可再生能源并网问题的有效途径。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开发技术领域，具体的涉及一种二氧化碳储能利用系统及其控制方法。
背景技术
化石燃料等不可再生能源的大量消耗带来了显著的能源短缺和环境污染，大力发展可再生能源是解决能源短缺和环境污染的重要途径。而风能和太阳能等可再生能源具有随机性、波动性和间歇性等特点，严重影响电网运行过程中的安全稳定。
压缩空气储能是解决可再生能源并网问题的重要途经，其具有储能容量大、使用寿命长、响应速度快等优点。但是目前压缩空气储能还面临储气成本过高、循环效率低等特点，因此亟需开发一种储气成本低、环境友好且循环效率高的储能技术，以解决目前的能源短缺和环境污染等问题。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种二氧化碳储能利用系统及其控制方法，基于太阳能蓄热耦合枯竭油气藏，在用电低谷期或可再生能源发电量较大时，利用二氧化碳储能原理将二氧化碳压缩储存；在外部电力不足或用电高峰期，将压缩的二氧化碳直接用于透平膨胀发电，且在这个过程中利用太阳能蓄热系统，通过太阳能集热器收集太阳能对蓄热介质进行加热，并在释能时对膨胀机入口处的二氧化碳进行换热，提高做功能力和发电效率；同时，压缩的高压二氧化碳储存在枯竭油气藏，利用高压二氧化碳驱油以达到提高采收率的目的。
具体地，采用了如下技术方案：
一种二氧化碳储能利用系统，包括：
能源系统；
二氧化碳储能系统，通过所述能源系统提供能源，将二氧化碳压缩为高压二氧化碳，并进行冷却；
枯竭油气藏储气系统，所述二氧化碳储能系统生成的高压二氧化碳被储存在枯竭油气藏储气系统，所述高压二氧化碳对枯竭油气藏储气系统中的剩余原油进行驱替；
发电系统，包括膨胀机和发电机，所述枯竭油气藏储气系统中储存的高压二氧化碳被输送至所述膨胀机中进行膨胀做功并驱动发电机发电；
太阳能蓄热系统，用于收集太阳能并加热发电系统中膨胀机入口处的二氧化碳。
作为本发明的可选实施方式，所述的枯竭油气藏储气系统包括高压注入井、高压采收井、二氧化碳分离装置和高压节流阀；所述二氧化碳储能系统生成的高压二氧化碳被通入高压注入井，所述高压注入井的出口与高压采收井的入口相连，所述高压采收井的出口与二氧化碳分离装置相连；所述二氧化碳分离装置的出气口与高压节流阀的入口相连，高压节流阀的出口与膨胀机的入口相连。
进一步地，所述的枯竭油气藏储气系统包括低压注入井、低压采收井和低压节流阀，所述低压注入井的入口与膨胀机的出口相连，低压注入井的出口与低压采收井的入口相连，低压采收井的出口与低压节流阀相连，所述低压节流阀的出口循环返回二氧化碳储能系统。
进一步地，所述的太阳能蓄热系统包括太阳能换热器、太阳能集热器、蓄冷罐和蓄热罐，所述太阳能集热器的出口与蓄热罐连通，所述蓄热罐与太阳能换热器的热源侧入口连通，所述太阳能换热器的热源侧出口与所述蓄冷罐连通，所述太阳能换热器的冷源侧入口通入高压二氧化碳，所述太阳能换热器的冷源侧出口连通膨胀机的入口，所述的蓄冷罐连通所述太阳能集热器的入口。
进一步地，多级所述膨胀机依次串联，相邻两级膨胀机之间串联接入太阳能换热器，所述高压节流阀的出口与初级膨胀机连通，初级膨胀机的出口连通太阳能换热器的冷源侧入口，所述太阳能换热器的冷源侧出口连通下一级膨胀机的入口，最末一级膨胀机的出口连通所述低压注入井。
作为本发明的可选实施方式，所述的二氧化碳储能系统包括依次的多级压缩机，相邻两级压缩机之间串联接入高温换热器，多级所述膨胀机依次串联，相邻两级膨胀机之间串联接入低温换热器；
所述高温换热器包括第一换热通道和第二换热通道，第一换热通道与所述压缩机的级间冷却管道连接，第二换热通道连接至蓄热罐；
所述低温换热器包括第三换热通道和第四换热通道，第三换热通道与所述膨胀机的级间再热管道连接，第四换热通道连接至蓄冷罐。
进一步地，所述的枯竭油气藏储气系统包括二氧化碳吞吐井、二氧化碳分离装置和高压节流阀；所述二氧化碳储能系统生成的高压二氧化碳被通入二氧化碳吞吐井，所述二氧化碳吞吐井的出口与二氧化碳分离装置相连；所述二氧化碳分离装置的出气口与高压节流阀的入口相连通，高压节流阀的出口与膨胀机的入口相连；
所述的枯竭油气藏储气系统包括低压储气库和低压节流阀，所述低压储气库的入口与膨胀机的出口相连，低压储气库的出口与低压节流阀相连通，所述低压节流阀的出口循环返回二氧化碳储能系统。
进一步地，所述二氧化碳分离装置与所述高压节流阀之间串联接入太阳能熔盐加热器，所述低压储气库与所述低压节流阀之间串联接入冷却器。
本发明同时提供一种所述二氧化碳储能利用系统的控制方法，包括：
在用电低谷时，利用能源系统提供的电能驱动二氧化碳储能系统，将二氧化碳压缩为高压状态，压缩期间进行冷却降温；压缩后的高压二氧化碳注入到枯竭油气藏储气系统中进行存储，当二氧化碳的压力超过与原油达到混相的最小压力时，对枯竭油气藏井中的剩余原油进行驱替；
在用电高峰期，通过枯竭油气藏储气系统将高压二氧化碳进行释放，输送至所述发电系统的膨胀机中进行膨胀做功并驱动发电机发电，做功后的二氧化碳则注入到枯竭油气藏储气系统中，待下一次循环进入二氧化碳储能系统使用；
所述高压二氧化碳驱动膨胀机进行膨胀做功期间，所述太阳能蓄热系统，收集太阳能并加热发电系统中膨胀机入口处的二氧化碳。
进一步地，本发明所述的控制方法中，所述压缩后的高压二氧化碳注入到枯竭油气藏储气系统中包括：
将二氧化碳储能系统得到的高压二氧化碳注入所述枯竭油气藏储气系统的高压注入井，在所述高压注入井中，当二氧化碳的压力超过与原油达到混相的最小压力时，对枯竭油气藏井中的剩余原油进行驱替；
在用电高峰期，通过枯竭油气藏储气系统的高压采收井将高压二氧化碳进行释放，输送至所述发电系统的膨胀机中进行膨胀做功；
做功后的二氧化碳，注入所述枯竭油气藏储气系统的低压注入井进行储存，通过所述枯竭油气藏储气系统的低压采收井将二氧化碳采出输送至二氧化碳储能系统进行下一次循环；
或者，将二氧化碳储能系统得到的高压二氧化碳注入所述枯竭油气藏储气系统的二氧化碳吞吐井，在所述二氧化碳吞吐井中，利用超临界二氧化碳进行吞吐驱油过程；
在用电高峰期，通过枯竭油气藏储气系统的二氧化碳吞吐井将高压二氧化碳进行释放，输送至所述发电系统的膨胀机中进行膨胀做功；
做功后的二氧化碳，注入所述枯竭油气藏储气系统的低压储气库进行储存，通过低压储气库将二氧化碳输送至二氧化碳储能系统进行下一次循环。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明的一种二氧化碳储能利用系统，在用电低谷期或可再生能源发电量较大时，能源系统生产的电力输入二氧化碳储能系统进行二氧化碳压缩储能，并将高压二氧化碳储存在枯竭油气藏储气系统中；在外部电力不足或用电高峰期，将压缩的二氧化碳直接用于透平膨胀发电，且在这个过程中利用太阳能蓄热系统，通过太阳能集热器收集太阳能对蓄热介质进行加热，并在释能时对膨胀机入口处的二氧化碳进行换热，提高做功能力和发电效率。因此，本发明的一种二氧化碳储能利用系统，利用二氧化碳作为储能介质，具有循环效率高、可靠性好和建设成本低的优点，能够利用可再生能源有效进行储能，是解决可再生能源并网问题的有效途径。
本发明的一种二氧化碳储能利用系统，枯竭油气藏储气系统将枯竭油气藏进行改造作为二氧化碳储气库，二氧化碳注入到枯竭油气藏当中，可以对枯竭油气藏中的剩余原油进行驱替，具有提高油气采收率的作用，可以产生附加经济效益，并且可以省去建设人工储气库的成本，进一步降低储气成本。
枯竭油气藏中蕴含大量的地热，本发明将二氧化碳储存在枯竭油气藏中，可以利用地热对二氧化碳进行加热，与传统压缩空气储能相比，省去了燃料燃烧来加热二氧化碳的成本，节约能源，避免化石燃料燃烧而带来的碳排放，充分利用了可再生能源并减少了碳排放。
本发明的一种二氧化碳储能利用系统，能源系统利用可再生能源电力驱动二氧化碳储能系统，并且通过太阳能蓄热系统将太阳能收集并通过蓄热介质储存在蓄热罐中，之后在膨胀发电阶段与二氧化碳进行换热，以提高二氧化碳的做功能力。
附图说明
图1 本发明的一种二氧化碳储能利用系统的一种实施方式的系统原理图；
图2 本发明实施例的一种二氧化碳储能利用系统的一种实施方式的枯竭油气藏储气系统工作原理图；
图3 本发明的一种二氧化碳储能利用系统的另一种实施方式的系统原理图；
图4 本发明实施例的一种二氧化碳储能利用系统的另一种实施方式的枯竭油气藏储气系统工作原理图。
附图中标号说明：100-能源系统 200-二氧化碳储能系统 300-枯竭油气藏储气系统 400-发电系统 500-太阳能蓄热系统 1-太阳能发电系统 2-一级压缩机 3-二级压缩机4-三级压缩机 5-一级冷却器 6-二级冷却器 7-高压注入井 8-高压采收井 9-二氧化碳分离装置 10-高压节流阀 11-一级膨胀机 12-二级膨胀机 13-三级膨胀机 14-第一太阳能换热器 15-第二太阳能换热器 16-蓄冷罐 17-太阳能集热器 18-蓄热罐 19-低压注入井20-低压采收井 21-低压节流阀 22-发电机 23-电网 24-第一高温换热器 25-第二高温换热器 28-第二低温换热器 29-第一低温换热器 30-二氧化碳吞吐井 31-太阳能熔盐加热器 32-低压储气库 33-冷却器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，这类术语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”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
参见图1及图3所示，本实施例的一种二氧化碳储能利用系统，包括：
能源系统100；
二氧化碳储能系统200，通过所述能源系统100提供能源，将二氧化碳压缩为高压二氧化碳，并进行冷却；
枯竭油气藏储气系统300，所述二氧化碳储能系统200生成的高压二氧化碳被储存在枯竭油气藏储气系统300，所述高压二氧化碳对枯竭油气藏储气系统300中的剩余原油进行驱替；
发电系统400，包括膨胀机和发电机22，所述枯竭油气藏储气系统300中储存的高压二氧化碳被输送至所述膨胀机中进行膨胀做功并驱动发电机22发电；
太阳能蓄热系统500，用于收集太阳能并加热发电系统400中膨胀机入口处的二氧化碳。
本实施例的一种二氧化碳储能利用系统，在用电低谷期或可再生能源发电量较大时，能源系统100生产的电力输入二氧化碳储能系统200进行二氧化碳压缩储能，并将高压二氧化碳储存在枯竭油气藏储气系统300中；在外部电力不足或用电高峰期，将压缩的二氧化碳直接用于透平膨胀发电，且在这个过程中利用太阳能蓄热系统500，通过太阳能集热器收集太阳能对蓄热介质进行加热，并在释能时对膨胀机入口处的二氧化碳进行换热，提高做功能力和发电效率。因此，本实施例的一种二氧化碳储能利用系统，利用二氧化碳作为储能介质，具有循环效率高、可靠性好和建设成本低的优点，能够利用可再生能源有效进行储能，是解决可再生能源并网问题的有效途径。
本实施例的一种二氧化碳储能利用系统，枯竭油气藏储气系统300将枯竭油气藏进行改造作为二氧化碳储气库，二氧化碳注入到枯竭油气藏当中，可以对枯竭油气藏中的剩余原油进行驱替，具有提高油气采收率的作用，可以产生附加经济效益，并且可以省去建设人工储气库的成本，进一步降低储气成本。
枯竭油气藏中蕴含大量的地热，本实施例将二氧化碳储存在枯竭油气藏中，可以利用地热对二氧化碳进行加热，与传统压缩空气储能相比，省去了燃料燃烧来加热二氧化碳的成本，节约能源，避免化石燃料燃烧而带来的碳排放，充分利用了可再生能源并减少了碳排放。
本实施例的一种二氧化碳储能利用系统，能源系统100利用可再生能源电力驱动二氧化碳储能系统200，并且通过太阳能蓄热系统500将太阳能收集并通过蓄热介质储存在蓄热罐中，之后在膨胀发电阶段与二氧化碳进行换热，以提高二氧化碳的做功能力。
参见图1所示，本实施例的一种二氧化碳储能利用系统，所述的枯竭油气藏储气系统300包括高压注入井7、高压采收井8、二氧化碳分离装置9和高压节流阀10；所述二氧化碳储能系统200生成的高压二氧化碳被通入高压注入井7，所述高压注入井7的出口与高压采收井8的入口相连，所述高压采收井8的出口与二氧化碳分离装置9相连；所述二氧化碳分离装置9的出气口与高压节流阀10的入口相连通，高压节流阀10的出口与膨胀机的入口相连。
参见图1及图2所示，本实施例的一种二氧化碳储能利用系统，二氧化碳储能系统200压缩后的高压二氧化碳注入到高压注入井7当中，二氧化碳的压力超过与原油达到混相的最小压力，可降低原油黏度、增强原油的流动性，将枯竭油气藏中的剩余原油进行驱替，提高石油采收率；在用电高峰期，高压二氧化碳在高压采收井8进行释放，通过二氧化碳分离装置9将二氧化碳分离，并经过高压节流阀10进行稳压；稳压后的高压二氧化碳则通过发电系统400的膨胀机和发电机22进行膨胀做功发电，并将电力并入电网23。
参见图1所示，本实施例的枯竭油气藏储气系统300包括低压注入井19、低压采收井20和低压节流阀21，所述低压注入井19的入口与膨胀机的出口相连，低压注入井19的出口与低压采收井20的入口相连，低压采收井20的出口与低压节流阀21相连通，所述低压节流阀21的出口循环返回二氧化碳储能系统200。当用电低谷期，低压采收井20出口放出低压二氧化碳，经过低压节流阀21将压力恒定，依次通过二氧化碳储能系统200的各级压缩机，将低压二氧化碳压缩为高压二氧化碳并从高压注入井7注入并进行存储。
参见图1所示，本实施例的太阳能蓄热系统500包括太阳能换热器、太阳能集热器17、蓄冷罐16和蓄热罐18，所述太阳能集热器17的出口与蓄热罐18连通，所述蓄热罐18与太阳能换热器的热源侧入口连通，所述太阳能换热器的热源侧出口与所述蓄冷罐16连通，所述太阳能换热器的冷源侧入口通入高压二氧化碳，所述太阳能换热器的冷源侧出口连通膨胀机的入口，所述的蓄冷罐16连通所述太阳能集热器17的入口。
本实施例的太阳能蓄热系统500通过太阳能集热器17进行蓄热，并将热量储存在蓄热罐18中，蓄热罐18内的热量通过太阳能换热器换热给膨胀机入口处的二氧化碳，
本实施例所述太阳能蓄热系统500中蓄热介质采用导热油进行蓄热。
进一步地，本实施例的一种二氧化碳储能利用系统，多级所述膨胀机依次串联，相邻两级膨胀机之间串联接入太阳能换热器，所述高压节流阀10的出口与初级膨胀机连通，初级膨胀机的出口连通太阳能换热器的冷源侧入口，所述太阳能换热器的冷源侧出口连通下一级膨胀机的入口，最末一级膨胀机的出口连通所述低压注入井。
具体地，参见图1所示，本实施例的发电系统400包括一级膨胀机11、二级膨胀机12、三级膨胀机13和发电机22；用于高压二氧化碳的膨胀做功，驱动发电机22发电并将电力并入到电网23当中。
本实施例的太阳能蓄热系统500包括第一太阳能换热器14、第二太阳能换热器15、蓄冷罐16、太阳能集热器17、蓄热罐18；用于收集太阳能并加热二级膨胀机12入口和三级膨胀机13入口处的二氧化碳。所述第一太阳能换热器14热源侧入口与蓄热罐18出口相连、冷源侧入口与一级膨胀机11出口相连，第一太阳能换热器14热源侧出口与蓄冷罐16入口相连，冷源侧出口与二级膨胀机12入口相连；第二太阳能换热器15热源侧入口与蓄热罐18出口相连、冷源侧入口与二级膨胀机12出口相连，第二太阳能换热器15热源侧出口与蓄冷罐16入口相连，冷源侧出口与三级膨胀机13入口相连；蓄冷罐16出口与太阳能集热器17入口相连、蓄热罐18入口与太阳能集热器17出口相连。
本实施例的二氧化碳储能系统200包括一级压缩机2、二级压缩机3、三级压缩机4、一级冷却器5和二级冷却器6；用于将二氧化碳压缩为高压二氧化碳，并进行冷却；所述一级压缩机2出口与一级冷却器5入口相连，一级冷却器5出口与二级压缩机3入口相连，二级压缩机3出口与二级冷却器6入口相连，二级冷却器6出口与三级压缩机4入口相连。当用电低谷期，低压采收井20出口放出低压二氧化碳，经过低压节流阀21将压力恒定，依次通过一级压缩机2、一级冷却器5、二级压缩机3、二级冷却器6、三级压缩机4，将低压二氧化碳压缩为高压二氧化碳并从高压注入井7注入并进行存储。
因此，如图1所示的一种二氧化碳储能利用系统具有如下技术效果：
1、利用能源系统100驱动压缩机，并且通过利用太阳能集热器17收集太阳能，将太阳能收集并通过蓄热介质储存在蓄热罐18中，之后在膨胀发电阶段与二氧化碳进行换热，以提高二氧化碳的做功能力。
2、将枯竭油气藏进行改造作为二氧化碳储气库，二氧化碳注入到枯竭油气藏当中，可以对枯竭油气藏中的剩余油进行驱替（从高压注入井7注入，高压采收井8采出），具有提高油气采收率的作用，可以产生附加经济效益。并且可以省去建设人工储气库的成本，进一步降低储气成本。
3、将二氧化碳从高压注入井7注入，可以使原油体积膨胀，增加地层的弹性能量；与原油进行混相，降低原油界面张力和黏度，增强原油的流动性，从而起到提高采收率的作用，将原油和二氧化碳从高压采收井采出，采收后则经过二氧化碳分离装置9将二氧化碳分离，之后二氧化碳则进入膨胀机中进行膨胀做功发电。
4、枯竭油气藏中蕴含大量的地热，将二氧化碳储存在枯竭油气藏中，可以利用地热对二氧化碳进行加热，与传统压缩空气储能相比，省去了燃料燃烧来加热二氧化碳的成本，节约能源，避免化石燃料燃烧而带来的碳排放，充分利用了可再生能源并减少了碳排放。
参见图3所示，作为本实施例的一种可选实施方式，本实施例的一种二氧化碳储能利用系统中，所述的二氧化碳储能系统200包括依次的多级压缩机，相邻两级压缩机之间串联接入高温换热器；本实施例的发电系统400中多级所述膨胀机依次串联，相邻两级膨胀机之间串联接入低温换热器。
本实施例所述高温换热器包括第一换热通道和第二换热通道，第一换热通道与所述压缩机的级间冷却管道连接，第二换热通道连接至蓄热罐18；所述低温换热器包括第三换热通道和第四换热通道，第三换热通道与所述膨胀机的级间再热管道连接，第四换热通道连接至蓄冷罐16。
当用电低谷期，二氧化碳经多级压缩为高压状态，同时注入枯竭油气藏储气系统300进行储存，期间压缩过程中产生的热量储存在蓄热罐中，即将电能以热能和势能形式储存；当用电高峰期，枯竭油气藏储气系统300中的高压二氧化碳经过二氧化碳分离装置分离，分离出的二氧化碳进入透平膨胀进行做功并驱动发电机发电，同时再将低温换热器出口的低温蓄热介质冷量储存在蓄冷罐中。
本实施例通过蓄热介质将二氧化碳储能系统200进行二氧化碳压缩产生的热量进行吸收并储存在蓄热罐中，在利用二氧化碳进行膨胀发电时，蓄热罐中的蓄热介质通过低温换热器加热膨胀机入口处的二氧化碳，提高二氧化碳的做功能力和发电效率；通过蓄冷介质将二氧化碳在发电系统400的膨胀机中膨胀做功过程中产生的热量进行吸收并储存在蓄冷罐中，在二氧化碳储能系统200进行二氧化碳压缩过程中，蓄冷罐中的蓄冷介质通过高温换热器对高压二氧化碳进行冷却。本实施例通过高温换热器、蓄热罐18、蓄冷罐16及低温换热器，实现了二氧化碳储能系统200进行二氧化碳压缩过程中的热量收集，以及发电系统400在进行二氧化碳膨胀做功过程中的冷量收集，进一步提升了二氧化碳储能系统200的能量利用率。
具体地，本实施例的二氧化碳储能系统200包括一级压缩机2、二级压缩机3和三级压缩机4，一级压缩机2与二级压缩机3之间串联接入第一高温换热器24，二级压缩机3与三级压缩机4之间串联接入第二高温换热器25；本实施例的发电系统400包括一级膨胀机11、二级膨胀机12和三级膨胀机13，一级膨胀机11与二级膨胀机12之间串联接入第一低温换热器29，二级膨胀机12与三级膨胀机13之间串联接入第二低温换热器28。
参见图3所示，本实施例所述的枯竭油气藏储气系统300包括二氧化碳吞吐井30、二氧化碳分离装置9和高压节流阀10；所述二氧化碳储能系统200生成的高压二氧化碳被通入二氧化碳吞吐井30，所述二氧化碳吞吐井30的出口与二氧化碳分离装置9相连；所述二氧化碳分离装置9的出气口与高压节流阀10的入口相连，高压节流阀10的出口与膨胀机的入口相连。
参见图3所示，本实施例所述的枯竭油气藏储气系统300包括低压储气库32和低压节流阀21，所述低压储气库32的入口与膨胀机的出口相连，低压储气库32的出口与低压节流阀21相连，所述低压节流阀21的出口循环返回二氧化碳储能系统200。
参见图3及图4所示，二氧化碳吞吐井30与压缩机连接，用于利用超临界二氧化碳进行吞吐驱油过程，从而提高油气采收率；超临界二氧化碳进入二氧化碳吞吐井30驱油之后，进入二氧化碳分离装置9，经二氧化碳分离装置9分离出来的二氧化碳进入膨胀机做功发电后储存在低压储气库32中，待下一次循环使用。
本实施例将从压缩机组出口的高压二氧化碳注入二氧化碳吞吐井30，可以增加二氧化碳吞吐井30的压力，与原油中的轻质组分相溶，降低原油黏度，增加原油流动性，从而提高油气采收率。
参见图3所示，进一步地，本实施例所述二氧化碳分离装置9与所述高压节流阀10之间串联接入太阳能熔盐加热器31，所述低压储气库32与所述低压节流阀21之间串联接入冷却器33。
本实施例的二氧化碳分离装置9分离出的二氧化碳经过太阳能熔盐加热器31升温，再进入膨胀机进行做功并驱动发电机发电。
因此，如图3所示的一种二氧化碳储能利用系统具有如下技术效果：
1、通过二氧化碳吞吐井30作为高压储气库来储存二氧化碳，既可以实现二氧化碳的存储，还可以利用单井二氧化碳吞吐提高石油采收率。
2、二氧化碳吞吐井30中蕴含大量地热，可以通过地热来加热二氧化碳，进一步省去燃料成本，避免碳排放。
3、增加太阳能熔盐加热器31，利用太阳能加热二氧化碳。
4、单井二氧化碳吞吐是指将超临界二氧化碳注入到二氧化碳吞吐井30当中，超临界二氧化碳可与原油中轻质组分相溶，降低原油黏度，提高原油流动性，并在井中起到一个驱替的作用，从而提高石油采收率，分离出的二氧化碳还可以进入膨胀机进行做功发电。
本实施例的能源系统100可采用太阳能能源系统或者风能能源系统，当太阳能或者风能充足时，可通过二氧化碳储能系统200进行二氧化碳储能。
本实施例同时提供一种所述二氧化碳储能利用系统的控制方法，包括：
在用电低谷时，利用能源系统100提供的电能驱动二氧化碳储能系统200，将二氧化碳压缩为高压状态，压缩期间进行冷却降温；压缩后的高压二氧化碳注入到枯竭油气藏储气系统300中进行存储，当二氧化碳的压力超过与原油达到混相的最小压力时，对枯竭油气藏井中的剩余原油进行驱替；
在用电高峰期，通过枯竭油气藏储气系统300将高压二氧化碳进行释放，输送至所述发电系统400的膨胀机中进行膨胀做功并驱动发电机发电，做功后的二氧化碳则注入到枯竭油气藏储气系统300中，待下一次循环进入二氧化碳储能系统200使用；
所述高压二氧化碳驱动膨胀机进行膨胀做功期间，所述太阳能蓄热系统，收集太阳能并加热发电系统400中膨胀机入口处的二氧化碳。
进一步地，本实施例的控制方法中，当二氧化碳储能利用系统如图1所示时：
将二氧化碳储能系统200得到的高压二氧化碳注入所述枯竭油气藏储气系统300的高压注入井7，在所述高压注入井7中，当二氧化碳的压力超过与原油达到混相的最小压力时，对枯竭油气藏井中的剩余原油进行驱替；
在用电高峰期，通过枯竭油气藏储气系统300的高压采收井将高压二氧化碳进行释放，输送至所述发电系统400的膨胀机中进行膨胀做功；
做功后的二氧化碳，注入所述枯竭油气藏储气系统300的低压注入井进行储存，通过所述枯竭油气藏储气系统300的低压采收井将二氧化碳采出输送至二氧化碳储能系统200进行下一次循环。
进一步地，本实施例的控制方法中，当二氧化碳储能利用系统如图3所示时：
将二氧化碳储能系统200得到的高压二氧化碳注入所述枯竭油气藏储气系统300的二氧化碳吞吐井30，在所述二氧化碳吞吐井30中，利用超临界二氧化碳进行吞吐驱油过程；
在用电高峰期，通过枯竭油气藏储气系统300的二氧化碳吞吐井30将高压二氧化碳进行释放，输送至所述发电系统400的膨胀机中进行膨胀做功；
做功后的二氧化碳，注入所述枯竭油气藏储气系统300的低压储气库32进行储存，通过低压储气库32将二氧化碳输送至二氧化碳储能系统200进行下一次循环。
本实施例中用电低谷期是指能源系统100可产生的电能大于实际需求电能的时间段，用电高峰期是指能源系统100可产生的电能小于或者等于实际需求电能的时间段。
作为本实施例的可选实施方式，本实施例的能源系统100可以为太阳能发电系统1。
以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种二氧化碳储能利用系统，其特征在于，包括：
能源系统；
二氧化碳储能系统，通过所述能源系统提供能源，将二氧化碳压缩为高压二氧化碳，并进行冷却；
枯竭油气藏储气系统，所述二氧化碳储能系统生成的高压二氧化碳被储存在枯竭油气藏储气系统，所述高压二氧化碳对枯竭油气藏储气系统中的剩余原油进行驱替；
发电系统，包括膨胀机和发电机，所述枯竭油气藏储气系统中储存的高压二氧化碳被输送至所述膨胀机中进行膨胀做功并驱动发电机发电；
太阳能蓄热系统，用于收集太阳能并加热发电系统中膨胀机入口处的二氧化碳。
2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳储能利用系统，其特征在于，所述的枯竭油气藏储气系统包括高压注入井、高压采收井、二氧化碳分离装置和高压节流阀；所述二氧化碳储能系统生成的高压二氧化碳被通入高压注入井，所述高压注入井的出口与高压采收井的入口相连，所述高压采收井的出口与二氧化碳分离装置相连；所述二氧化碳分离装置的出气口与高压节流阀的入口相连，高压节流阀的出口与膨胀机的入口相连。
3.根据权利要求2所述的一种二氧化碳储能利用系统，其特征在于，所述的枯竭油气藏储气系统包括低压注入井、低压采收井和低压节流阀，所述低压注入井的入口与膨胀机的出口相连，低压注入井的出口与低压采收井的入口相连，低压采收井的出口与低压节流阀相连，所述低压节流阀的出口循环返回二氧化碳储能系统。
4.根据权利要求3所述的一种二氧化碳储能利用系统，其特征在于，所述的太阳能蓄热系统包括太阳能换热器、太阳能集热器、蓄冷罐和蓄热罐，所述太阳能集热器的出口与蓄热罐连通，所述蓄热罐与太阳能换热器的热源侧入口连通，所述太阳能换热器的热源侧出口与所述蓄冷罐连通，所述太阳能换热器的冷源侧入口通入高压二氧化碳，所述太阳能换热器的冷源侧出口连通膨胀机的入口，所述的蓄冷罐连通所述太阳能集热器的入口。
5.根据权利要求4所述的一种二氧化碳储能利用系统，其特征在于，多级所述膨胀机依次串联，相邻两级膨胀机之间串联接入太阳能换热器，所述高压节流阀的出口与初级膨胀机连通，初级膨胀机的出口连通太阳能换热器的冷源侧入口，所述太阳能换热器的冷源侧出口连通下一级膨胀机的入口，最末一级膨胀机的出口连通所述低压注入井。
6.根据权利要求1所述的一种二氧化碳储能利用系统，其特征在于，所述的二氧化碳储能系统包括依次的多级压缩机，相邻两级压缩机之间串联接入高温换热器，多级所述膨胀机依次串联，相邻两级膨胀机之间串联接入低温换热器；
所述高温换热器包括第一换热通道和第二换热通道，第一换热通道与所述压缩机的级间冷却管道连接，第二换热通道连接至蓄热罐；
所述低温换热器包括第三换热通道和第四换热通道，第三换热通道与所述膨胀机的级间再热管道连接，第四换热通道连接至蓄冷罐。
7.根据权利要求6所述的一种二氧化碳储能利用系统，其特征在于，所述的枯竭油气藏储气系统包括二氧化碳吞吐井、二氧化碳分离装置和高压节流阀；所述二氧化碳储能系统生成的高压二氧化碳被通入二氧化碳吞吐井，所述二氧化碳吞吐井的出口与二氧化碳分离装置相连；所述二氧化碳分离装置的出气口与高压节流阀的入口相连通，高压节流阀的出口与膨胀机的入口相连；
所述的枯竭油气藏储气系统包括低压储气库和低压节流阀，所述低压储气库的入口与膨胀机的出口相连，低压储气库的出口与低压节流阀相连通，所述低压节流阀的出口循环返回二氧化碳储能系统。
8.根据权利要求7所述的一种二氧化碳储能利用系统，其特征在于，所述二氧化碳分离装置与所述高压节流阀之间串联接入太阳能熔盐加热器，所述低压储气库与所述低压节流阀之间串联接入冷却器。
9.一种如权利要求1-8任意一项所述二氧化碳储能利用系统的控制方法，其特征在于，包括：
在用电低谷时，利用能源系统提供的电能驱动二氧化碳储能系统，将二氧化碳压缩为高压状态，压缩期间进行冷却降温；压缩后的高压二氧化碳注入到枯竭油气藏储气系统中进行存储，当二氧化碳的压力超过与原油达到混相的最小压力时，对枯竭油气藏井中的剩余原油进行驱替；
在用电高峰期，通过枯竭油气藏储气系统将高压二氧化碳进行释放，输送至所述发电系统的膨胀机中进行膨胀做功并驱动发电机发电，做功后的二氧化碳则注入到枯竭油气藏储气系统中，待下一次循环进入二氧化碳储能系统使用；
所述高压二氧化碳驱动膨胀机进行膨胀做功期间，所述太阳能蓄热系统，收集太阳能并加热发电系统中膨胀机入口处的二氧化碳。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述压缩后的高压二氧化碳注入到枯竭油气藏储气系统中包括：
将二氧化碳储能系统得到的高压二氧化碳注入所述枯竭油气藏储气系统的高压注入井，在所述高压注入井中，当二氧化碳的压力超过与原油达到混相的最小压力时，对枯竭油气藏井中的剩余原油进行驱替；
在用电高峰期，通过枯竭油气藏储气系统的高压采收井将高压二氧化碳进行释放，输送至所述发电系统的膨胀机中进行膨胀做功；
做功后的二氧化碳，注入所述枯竭油气藏储气系统的低压注入井进行储存，通过所述枯竭油气藏储气系统的低压采收井将二氧化碳采出输送至二氧化碳储能系统进行下一次循环；
或者，将二氧化碳储能系统得到的高压二氧化碳注入所述枯竭油气藏储气系统的二氧化碳吞吐井，在所述二氧化碳吞吐井中，利用超临界二氧化碳进行吞吐驱油过程；
在用电高峰期，通过枯竭油气藏储气系统的二氧化碳吞吐井将高压二氧化碳进行释放，输送至所述发电系统的膨胀机中进行膨胀做功；
做功后的二氧化碳，注入所述枯竭油气藏储气系统的低压储气库进行储存，通过低压储气库将二氧化碳输送至二氧化碳储能系统进行下一次循环。
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| CN117722262A (zh) * | 2024-02-18 | 2024-03-19 | 成都英沃信科技有限公司 | 一种天然气废弃储层作气体循环储能库的方法 |
| CN117722262B (zh) * | 2024-02-18 | 2024-04-30 | 成都英沃信科技有限公司 | 一种天然气废弃储层作气体循环储能库的方法 |
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