CN220355149U - 一种二氧化碳封存与储能发电耦合的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种二氧化碳封存与储能发电耦合的装置，包括：双介质储库，所述双介质储库包括液腔和内置气膜；空气压缩释能机构，所述空气压缩释能机构与所述内置气膜连通；稳压储库，所述稳压储库与所述液腔连通，所述稳压储库中存储有气态二氧化碳和/或液态二氧化碳；冷却器，所述冷却器连接在所述稳压储库的顶部，所述冷却器的冷却部内置于所述稳压储库中的所述气态二氧化碳处；加热器，所述加热器连接在所述稳压储库的底部，所述加热器的加热部内置于所述稳压储库中。本实用新型实施例可以解决二氧化碳封存用途单一的问题。

Description

一种二氧化碳封存与储能发电耦合的装置

技术领域

本实用新型涉及二氧化碳封存与储能发电技术领域，具体涉及一种二氧化碳封存与储能发电耦合的装置。

背景技术

二氧化碳封存就是把二氧化碳存放在特定的自然或人工储库中，利用物理、化学、生化等方法，将二氧化碳长期封存，这是二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)技术得以实现的最关键条件。二氧化碳地质封存技术尚处于研究和示范验证阶段，距离商业化应用还有相当长的差距。人工储库布置灵活，适合一些特定场景，但纯粹作为二氧化碳封存用途其成本过高，用途单一，难以大规模应用。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例致力于提供一种二氧化碳封存与储能发电耦合的装置，可以解决二氧化碳封存用途单一的问题。

根据本实用新型的一方面，本实用新型一实施例提供的二氧化碳封存与储能发电耦合的装置，包括：双介质储库，所述双介质储库包括液腔和内置气膜；空气压缩释能机构，所述空气压缩释能机构与所述内置气膜连通；稳压储库，所述稳压储库与所述液腔连通，所述稳压储库中存储有气态二氧化碳和/或液态二氧化碳；冷却器，所述冷却器连接在所述稳压储库的顶部，所述冷却器的冷却部内置于所述稳压储库中的所述气态二氧化碳处；加热器，所述加热器连接在所述稳压储库的底部，所述加热器的加热部内置于所述稳压储库中。

在一实施例中，所述液腔与所述稳压储库的底部连通，所述液腔中的液体二氧化碳与所述稳压储库中的液态二氧化碳相互流通。

在一实施例中，所述冷却器与所述稳压储库密封连接，所述加热器与所述稳压储库密封连接。

在一实施例中，所述内置气膜包括柔性气膜。

在一实施例中，所述空气压缩释能机构包括：空气压缩组件，所述空气压缩组件与所述内置气膜的进口连接；空气膨胀组件，所述空气膨胀组件与所述内置气膜的出口连接；储热组件，所述储热组件与所述空气压缩组件、所述空气膨胀组件连接，所述储热组件构造为存储所述空气压缩组件回收的热量和/或向所述空气膨胀组件释放所述热量。

在一实施例中，所述空气压缩组件包括：空气压缩机，所述空气压缩机与所述内置气膜的进口连接，所述空气压缩机构造为压缩所述内置气膜中的空气；空气换热器，所述空气换热器与所述空气压缩机、所述储热组件连接，所述空气换热器构造为回收所述空气压缩机排出的压缩空气的热量并将所述热量传递至所述储热组件。

在一实施例中，所述空气膨胀组件包括：空气膨胀机，所述空气膨胀机与所述内置气膜的出口连接，所述空气膨胀机构造为将压缩空气膨胀发电；空气再热器，所述空气再热器与所述空气膨胀机、所述储热组件连接，所述空气再热器构造为通过所述储热组件释放的热量，将进入所述空气膨胀机中的所述空气加热。

在一实施例中，所述储热组件包括：热罐，所述热罐分别与所述空气压缩组件、所述空气膨胀组件连接，所述热罐中的高温传热介质向所述空气膨胀组件释放热量后成为低温传热介质；与所述热罐匹配的冷罐，所述冷罐中的低温传热介质吸收压缩空气的热量后成为高温传热介质；其中，所述热罐中的所述高温传热介质成为所述低温传热介质后存储至对应的所述冷罐中，所述冷罐中的所述低温传热介质成为所述高温传热介质后存储至对应的所述热罐中。

在一实施例中，所述储热组件包括热水储罐或热媒储罐或热蓄盐储罐。

在一实施例中，所述内置气膜用于存储常温的压缩空气，所述液腔用于存储液体二氧化碳。

本实用新型实施例提供的二氧化碳封存与储能发电耦合的装置，双介质储库和稳压储库协同工作，通过稳压储库中的冷热调节，形成二氧化碳的气液相变，从而调整液腔体积，收缩或舒张内置气膜，配合空气压缩释能机构进行发电，在存储二氧化碳的同时配合压缩气体储能技术进行储能发电，可在储能系统的服役寿期内同时封存二氧化碳，解决了单独封存二氧化碳用途单一，成本过高的问题。

附图说明

图1所示为本申请一示例性实施例提供的二氧化碳封存与储能发电耦合的装置的结构示意图。

图2所示为本申请另一示例性实施例提供的二氧化碳封存与储能发电耦合的装置的结构示意图。

附图标记说明：1、空气压缩组件；11、第一空气压缩机；12、第二空气压缩机；13、第一空气换热器；14、第二空气换热器；2、储热组件；21、第一热罐；22、第一冷罐；23、第二热罐；24、第二冷罐；3、空气膨胀组件；31、第一空气膨胀机；32、第二空气膨胀机；33、第一空气再热器；34、第二空气再热器；4、双介质储库；41、液腔；42、内置气膜；6、空气压缩释能机构；5、稳压储库；51、冷却器；52、加热器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

此外，在示例性实施例中，因为相同的参考标记表示具有相同结构的相同部件或相同方法的相同步骤，如果示例性地描述了一实施例，则在其他示例性实施例中仅描述与已描述实施例不同的结构或方法。

在整个说明书及权利要求书中，当一个部件描述为“连接”到另一部件，该一个部件可以“直接连接”到另一部件，或者通过第三部件“电连接”到另一部件。此外，除非明确地进行相反的描述，术语“包括”及其相应术语应仅理解为包括所述部件，而不应该理解为排除任何其他部件。

图1所示为本申请一示例性实施例提供的二氧化碳封存与储能发电耦合的装置的结构示意图，如图1所示，二氧化碳封存与储能发电耦合的装置包括：双介质储库4，双介质储库4包括液腔41和内置气膜42；空气压缩释能机构6，空气压缩释能机构6与内置气膜42连通；稳压储库5，稳压储库5与液腔41连通，稳压储库5中存储有气态二氧化碳和/或液态二氧化碳；冷却器51，冷却器51连接在稳压储库5的顶部，冷却器51的冷却部内置于稳压储库5中的气态二氧化碳处；加热器52，加热器52连接在稳压储库5的底部，加热器52的加热部内置于稳压储库5中。

内置气膜42内的空气腔与液腔41压力相等并通过内置气膜42的自由缩放调节容积，内置气膜42内的空气腔用于存储常温的压缩空气，液腔41用于存储常温的液体二氧化碳。稳压储库5内上部存储有饱和气态二氧化碳，下部存储有饱和液态二氧化碳，且稳压储库5上部内置冷却器51，冷却器51接触气态二氧化碳，用于冷却气态二氧化碳，下部内置加热器52，加热器52接触液态二氧化碳，用于加热液态二氧化碳，通过冷却器51和加热器52的调节来稳定双介质储库和稳压储库的压力，即利用加热器52加热后部分的液态二氧化碳会变成气态二氧化碳，变成气态后气态二氧化碳部分体积膨胀，把剩余的液体二氧化碳挤到液腔41中，从而帮助内置气膜42收缩。利用冷却器51冷却气态二氧化碳则会将气体二氧化碳转变为液态二氧化碳，气体二氧化碳体积缩小，液腔41内的液态二氧化碳回到稳压储库5中，从而帮助内置气膜42舒张。空气压缩释能机构6用于利用内置气膜42中气体的压缩和膨胀，实现储能发电。

本实用新型实施例提供的二氧化碳封存与储能发电耦合的装置，双介质储库和稳压储库协同工作，通过稳压储库中的冷热调节，形成二氧化碳的气液相变，从而调整液腔体积，收缩或舒张内置气膜，配合空气压缩释能机构进行发电，在存储二氧化碳的同时配合压缩气体储能技术进行储能发电，可在储能系统的服役寿期内同时封存二氧化碳，解决了单独封存二氧化碳用途单一，成本过高的问题。

在一实施例中，如图1所示，液腔41与稳压储库5的底部连通，液腔41中的液体二氧化碳与稳压储库5中的液态二氧化碳相互流通。

内置气膜42位于双介质储库4的上半部分，液腔41位于双介质储库4的下半部分，而稳压储库5内上部存储有饱和气态二氧化碳，下部存储有饱和液态二氧化碳，因此，双介质储库4与稳压储库5底部连通，液腔41中的液体二氧化碳与稳压储库5中的液态二氧化碳实现相互流通，即当加热器52加热后部分的液态二氧化碳会变成气态二氧化碳，变成气态后气态二氧化碳部分体积膨胀，可以把剩余的液体二氧化碳挤到液腔41中，从而帮助内置气膜42收缩。当冷却器51冷却气态二氧化碳则会将气体二氧化碳转变为液态二氧化碳，气体二氧化碳体积缩小，液腔41内的液态二氧化碳可以回到稳压储库5中，从而帮助内置气膜42舒张。空气压缩释能机构6用于利用内置气膜42中气体的压缩和膨胀，实现储能发电。

在一实施例中，冷却器与稳压储库密封连接，加热器与稳压储库密封连接。

整个稳压储库需要实现密闭封存，防止液态二氧化碳和气体二氧化碳外泄，保持稳压储库内的压力，从而才可以通过冷却器和加热器的调节来稳定双介质储库和稳压储库的压力。例如通过压力密封连接或者焊接或者粘接连接等密封连接方式，将冷却器、加热器部分内置于稳压储库中，且实现连接处的密封连接。

在一实施例中，内置气膜包括柔性气膜。

内置气膜需要进行大量的收缩和舒张，因此内置气膜需要采用柔性材质，制成柔性气膜。例如，内置气膜的材质可以使用聚氯乙烯(PVC)或氯化聚乙烯(CPVC)，这些材料具有良好的耐候性、防水性和耐化学腐蚀性能。此外，还可以使用氟碳聚合物(例如聚四氟乙烯)或聚酯等材料制造气膜。这些材料具有较高的强度和耐磨性，适用于各种气膜结构的建造。

图2所示为本申请另一示例性实施例提供的二氧化碳封存与储能发电耦合的装置的结构示意图，如图2所示，空气压缩释能机构包括：空气压缩组件1，空气压缩组件1与内置气膜42的进口连接；空气膨胀组件3，空气膨胀组件3与内置气膜42的出口连接；储热组件2，储热组件2与空气压缩组件1、空气膨胀组件3连接，储热组件2构造为存储空气压缩组件1回收的热量和/或向空气膨胀组件3释放热量。

空气压缩组件1用于将内置气膜42中的空气压缩至所述液腔41压力，然后送入到内置气膜42中，期间回收空气压缩热至压缩空气为常温，直至内置气膜42中的空气腔充满压缩空气时结束。空气膨胀组件3用于将内置气膜42中的压缩空气加热后膨胀发电，直至内置气膜42中空气腔放空时结束。储热组件2用于存储空气压缩组件1回收的空气压缩时产生的热量，以及将存储的热量向空气膨胀组件3释放，以便空气膨胀组件3将内置气膜42中的压缩空气加热后膨胀发电，实现热量循环利用。通过空气压缩组件1、空气膨胀组件3以及储热组件2，将气体压缩至高压并储存的方式来存储多余电力，在需要用电时将高压气体释放并膨胀做功发电，结合二氧化碳作为内置气膜42压缩和膨胀工质，实现二氧化碳封存与储能发电耦合，解决二氧化碳封存方式单一的问题。并且，现有的压缩气体储能装置中所配置的超大容积的高压储库仅考虑储能用途，与二氧化碳封存需求相结合后，也解决了压缩气体储能装置中配置超大容积的高压储库用途单一，成本较高的问题。

在一实施例中，空气压缩组件包括：空气压缩机，空气压缩机与内置气膜的进口连接，空气压缩机构造为压缩内置气膜中的空气；空气换热器，空气换热器与空气压缩机、储热组件连接，空气换热器构造为回收空气压缩机排出的压缩空气的热量并将热量传递至储热组件。

空气压缩机与内置气膜的进口连接，空气压缩机用于将内置气膜中的空气压缩至所述液腔压力，然后将常温的空气送入到内置气膜中，期间空气换热器回收空气压缩热至压缩空气降为常温，并且空气换热器将回收的空气压缩热传递至所述储热组件，用于膨胀时再次利用。空气压缩机可以配置为多级串联的空气压缩机，空气换热器可以配置为多级空气换热器，其中空气压缩机与空气换热器一一对应。例如，如图2所示，空气压缩组件1包括多级串联的空气压缩机和多级空气换热器，空气压缩机包括多级串联的第一空气压缩机11和第二空气压缩机12，空气换热器包括第一空气换热器13和第二空气换热器14，第一空气压缩机11与第一空气换热器13，第一空气换热器13再与第二空气压缩机12连接，第二空气压缩机12与第二空气换热器14连接，第二空气换热器14与内置气膜42的进口连接，回收完热量后将常温空气送入到内置气膜中。

在一实施例中，空气膨胀组件包括：空气膨胀机，空气膨胀机与内置气膜的出口连接，空气膨胀机构造为将压缩空气膨胀发电；空气再热器，空气再热器与空气膨胀机、储热组件连接，空气再热器构造为通过储热组件释放的热量，将进入空气膨胀机中的空气加热。

空气再热器用于将进入空气膨胀机中的空气加热，空气膨胀机用于将加热后后的压缩空气膨胀发电，直至内置气膜中空气腔放空时结束。空气再热器用于加热的热量可以来自于储热组件，从而实现热量循环，节省能源。空气膨胀组件可以配置为多级串联的空气膨胀机，空气再热器可以配置为多级空气再热器，其中空气膨胀机与空气再热器一一对应。例如，如图2所示，空气膨胀组件3包括多级串联的空气膨胀机和多级空气再热器，空气膨胀机包括第一空气膨胀机31和第二空气膨胀机32，空气再热器包括第一空气再热器33和第二空气再热器34，第二空气膨胀机32与第二空气再热器34连接，第二空气再热器34再与第一空气膨胀机31，第一空气膨胀机31与第一空气再热器33连接，第一空气再热器33和第二空气再热器34分别给第一空气膨胀机31和第二空气膨胀机32中的压缩空气进行加热，以便第一空气膨胀机31和第二空气膨胀机32进行膨胀发电。

在一实施例中，储热组件包括：热罐，热罐分别与空气压缩组件、空气膨胀组件连接，热罐中的高温传热介质向空气膨胀组件释放热量后成为低温传热介质；与热罐匹配的冷罐，冷罐中的低温传热介质吸收压缩空气的热量后成为高温传热介质；其中，热罐中的高温传热介质成为低温传热介质后存储至对应的冷罐中，冷罐中的低温传热介质成为高温传热介质后存储至对应的热罐中。

热罐中的高温传热介质向空气膨胀组件释放热量后成为低温传热介质并存储在冷罐中，冷罐中的低温传热介质吸收进行空气压缩时产生的热量成为高温传热介质并存储在热罐中，实现热量的存储与传递，一个热罐与一个冷罐配套成为一套储热组件，储热组件的数量可以根据空气膨胀组件和空气压缩组件的数量设置，例如，如图2所示，储热组件2包括多个冷罐和多个热罐，冷罐包括第一冷罐22和第二冷罐24，热罐包括第一热罐21和第二热罐23，第一热罐21分别连接第一空气换热器13和第二空气再热器34，第一冷罐22分别连接第一空气换热器13和第二空气再热器34，第二热罐23分别连接第二空气换热器14和第一空气再热器33，第二冷罐24分别连接第二空气换热器14和第一空气再热器33，一个空气膨胀组件3搭配一个空气压缩组件1以及一套储热组件2，两个空气膨胀组件3搭配两个空气压缩组件1，并分别配置一套储热组件2。热罐和冷罐的工作原理是利用热能储存介质的热容量和相变特性来储存和释放热能。当有低温热能输入时，冷罐吸收热量并储存起来。当需要释放热能时，热罐释放储存的热量，供应给空气膨胀组件3利用。

在一实施例中，储热组件包括热水储罐或热媒储罐或热蓄盐储罐。

储热组件是一种用于储存和释放热能的设备，通常用于热能储存和回收系统中。它可以将过剩的热能储存起来，以备后续使用，从而提高能源利用效率。储热组件可以采用各种不同的技术和材料，包括热媒储热、热蓄盐储热、相变储热等。常见的储热组件包括热水储罐、热媒储罐、热蓄盐储罐等。热水储罐通常用于储存热水，通过控制水温来实现热能的储存和释放。热媒储罐则通过储存高温热媒来实现热能的储存和释放。热蓄盐储罐则采用盐类材料作为热储介质，通过盐类的熔化和凝固来实现热能的储存和释放。储热组件可以提高能源利用效率，减少能源浪费，降低对化石燃料的依赖，从而实现可持续能源的利用。

如图1所示的二氧化碳封存与储能发电耦合的装置，其工作过程包括：

一、储能阶段：初始阶段内置气膜42的空气腔处于放空状态，且液腔41充满约6.5MPa的液体二氧化碳；储能阶段包括同时进行的液体二氧化碳转移阶段和空气压缩储能阶段；

(1)液体二氧化碳转移阶段为：液体二氧化碳从液腔41排出储存于稳压储库5内，冷却器51工作，使稳压储库5中上部气体二氧化碳液化，稳压储库5中液面上升，直至液腔41排尽时结束；

(2)空气压缩储能阶段为：启动空气压缩机将空气压缩至液腔41压力后，并送入到内置气膜42的空气腔，期间利用空气换热器回收空气压缩热至压缩空气为常温，直至空气腔充满压缩空气时结束；

二、释能阶段：包括同时进行的液体二氧化碳转移阶段和压缩空气释能阶段；

(1)液体二氧化碳转移阶段为：液体二氧化碳从稳压储库5输出至液腔41，加热器52工作，使稳压储库5中下部液体二氧化碳气化，稳压储库5中液面下降，直至双介质储库4的液腔41中充满液体二氧化碳；

(2)压缩空气释能阶段为：内置气膜42的空气腔输出压缩空气经空气再热器加热后在空气膨胀机内膨胀发电，直至内置气膜42的空气腔放空时结束。

在本申请的装置的服役寿期内，其中的二氧化碳始终封存在双介质储库和稳压储库中，同时实现二氧化碳的利用与封存。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种二氧化碳封存与储能发电耦合的装置，其特征在于，包括：

双介质储库，所述双介质储库包括液腔和内置气膜；

空气压缩释能机构，所述空气压缩释能机构与所述内置气膜连通；

稳压储库，所述稳压储库与所述液腔连通，所述稳压储库中存储有气态二氧化碳和/或液态二氧化碳；

冷却器，所述冷却器连接在所述稳压储库的顶部，所述冷却器的冷却部内置于所述稳压储库中的所述气态二氧化碳处；

加热器，所述加热器连接在所述稳压储库的底部，所述加热器的加热部内置于所述稳压储库中。

2.根据权利要求1所述的二氧化碳封存与储能发电耦合的装置，其特征在于，所述液腔与所述稳压储库的底部连通，所述液腔中的液体二氧化碳与所述稳压储库中的液态二氧化碳相互流通。

3.根据权利要求1所述的二氧化碳封存与储能发电耦合的装置，其特征在于，所述冷却器与所述稳压储库密封连接，所述加热器与所述稳压储库密封连接。

4.根据权利要求1所述的二氧化碳封存与储能发电耦合的装置，其特征在于，所述内置气膜包括柔性气膜。

5.根据权利要求1所述的二氧化碳封存与储能发电耦合的装置，其特征在于，所述空气压缩释能机构包括：

空气压缩组件，所述空气压缩组件与所述内置气膜的进口连接；

空气膨胀组件，所述空气膨胀组件与所述内置气膜的出口连接；

储热组件，所述储热组件与所述空气压缩组件、所述空气膨胀组件连接，所述储热组件构造为存储所述空气压缩组件排出的热量和/或向所述空气膨胀组件释放所述热量。

6.根据权利要求5所述的二氧化碳封存与储能发电耦合的装置，其特征在于，所述空气压缩组件包括：

空气压缩机，所述空气压缩机与所述内置气膜的进口连接，所述空气压缩机构造为压缩所述内置气膜中的空气；

空气换热器，所述空气换热器与所述空气压缩机、所述储热组件连接，所述空气换热器构造为回收所述空气压缩机回收的压缩空气的热量并将所述热量传递至所述储热组件。

7.根据权利要求5所述的二氧化碳封存与储能发电耦合的装置，其特征在于，所述空气膨胀组件包括：

空气膨胀机，所述空气膨胀机与所述内置气膜的出口连接，所述空气膨胀机构造为将压缩空气膨胀发电；

空气再热器，所述空气再热器与所述空气膨胀机、所述储热组件连接，所述空气再热器构造为通过所述储热组件释放的热量，将进入所述空气膨胀机中的所述空气加热。

8.根据权利要求5所述的二氧化碳封存与储能发电耦合的装置，其特征在于，所述储热组件包括：

热罐，所述热罐分别与所述空气压缩组件、所述空气膨胀组件连接，所述热罐中的高温传热介质向所述空气膨胀组件释放热量后成为低温传热介质；

与所述热罐匹配的冷罐，所述冷罐中的低温传热介质吸收压缩空气的热量后成为高温传热介质；

其中，所述热罐中的所述高温传热介质成为所述低温传热介质后存储至对应的所述冷罐中，所述冷罐中的所述低温传热介质成为所述高温传热介质后存储至对应的所述热罐中。

9.根据权利要求5所述的二氧化碳封存与储能发电耦合的装置，其特征在于，所述储热组件包括热水储罐或热媒储罐或热蓄盐储罐。

10.根据权利要求1所述的二氧化碳封存与储能发电耦合的装置，其特征在于，所述内置气膜用于存储常温的压缩空气，所述液腔用于存储液体二氧化碳。