RU2273742C1 - Energy-accumulating plant - Google Patents
Energy-accumulating plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2273742C1 RU2273742C1 RU2004126506/06A RU2004126506A RU2273742C1 RU 2273742 C1 RU2273742 C1 RU 2273742C1 RU 2004126506/06 A RU2004126506/06 A RU 2004126506/06A RU 2004126506 A RU2004126506 A RU 2004126506A RU 2273742 C1 RU2273742 C1 RU 2273742C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat exchanger
- working fluid
- receiver
- energy
- turbine
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится преимущественно к автономным системам и установкам энергообеспечения, использующим как различные виды топлива, так и возобновляемые источники энергии, например энергию солнца, и предназначены для обеспечения отопительным теплом, горячей водой, холодом и электроэнергией различных объектов, имеющих неравномерную энергетическую нагрузку.The invention relates mainly to autonomous systems and energy supply systems using both different types of fuel and renewable energy sources, for example, solar energy, and are intended to provide heating heat, hot water, cold and electricity to various objects having an uneven energy load.
Известны энергоустановки, ветроустановки с электрогенераторами или приливные электростанции, преобразующие первичную энергию в электрическую, которая запасается в электроаккумуляторах и затем по необходимости подводится к различным потребителям электроэнергии. Применяются также различные энергоустановки, преобразующие тепловую (солнечную или геотермальную) энергию в электрическую энергию. Значительный потенциал имеют атомные энергоисточники, которые выгодно использовать при постоянной нагрузке, в то время как в энергосистеме существуют дневные пики и ночные провалы мощности. Как видно из приведенного перечисления особенностей работы различных энергогенерирующих систем, существует значительная разница во временных графиках выработки и потребления энергии. Таким образом, возникает задача создания энергоаккумулирующих установок и систем, способных обеспечивать потребителя различными видами энергии, вторичными энергоносителями и опресненной водой в требуемом по условиям потребления неравномерном режиме вне зависимости от графика расхода первичной энергии.Power plants, wind turbines with electric generators or tidal power plants are known that convert primary energy into electrical energy, which is stored in electric accumulators and then, if necessary, is supplied to various consumers of electricity. Various power plants are also used that convert thermal (solar or geothermal) energy into electrical energy. Nuclear power sources have significant potential, which are advantageous to use under constant load, while in the power system there are day peaks and night power dips. As can be seen from the above enumeration of the operating characteristics of various energy generating systems, there is a significant difference in the time schedules of energy production and consumption. Thus, the problem arises of creating energy-saving installations and systems that can provide consumers with various types of energy, secondary energy carriers and desalinated water in the uneven mode required by the consumption conditions, regardless of the schedule of primary energy consumption.
Энергетический потенциал атомных и возобновляемых источников энергии более чем на два порядка превышает потребность в энергии. Использование этого потенциала решит геополитические проблемы, связанные с неравномерностью размещения природных месторождений органического топлива, а также приведет к заметному восстановлению природного экологического потенциала и улучшению состояния окружающей среды.The energy potential of nuclear and renewable energy sources exceeds the energy demand by more than two orders of magnitude. Using this potential will solve the geopolitical problems associated with the uneven distribution of natural deposits of fossil fuels, as well as lead to a noticeable restoration of the natural ecological potential and improve the environment.
Выравнивание графика нагрузок энергоисточников за счет применения традиционных накопителей электроэнергии или теплоаккумуляторов увеличивает стоимость производства энергии и усложняет регламент работы.Alignment of the load schedule of energy sources through the use of traditional energy storage devices or heat accumulators increases the cost of energy production and complicates the work schedule.
В частности, предложен способ работы ветроэлектростанции с водородным аккумулированием энергии, заключающийся в том, что воду разлагают на кислород и водород, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности создают замкнутый цикл, где воду нагнетают насосом в пароохладитель и электролизер, из которого водород и кислород как компоненты разложения воды собирают в резервуары для раздельного хранения, сжигают в камере сгорания, а продукты сгорания в виде перегретого водяного пара направляют в пароохладитель, где впрыскивают воду и охлаждают перегретый водяной пар, энергию которого посредством паровой турбины, генератора, конденсатора и электрокотла преобразуют в электрическую и тепловую энергию, а конденсат сливают в конденсатную емкость (заявка РФ на изобретение №99102865, дата публикации 2000.12.20). Недостатками данного решения являются высокая стоимость и низкая эффективность аккумулирования энергии, что связано с большими затратами на создание и эксплуатацию электролизеров (до 3000 долл. США/кВт) и систем хранения водорода и кислорода, а также относительно низкий кпд паротурбинного цикла.In particular, a method of operating a wind farm with hydrogen energy storage is proposed, which consists in decomposing water into oxygen and hydrogen, characterized in that in order to increase efficiency they create a closed cycle where water is pumped into a desuperheater and an electrolyzer from which hydrogen and oxygen how the components of the decomposition of water are collected in separate storage tanks, burned in the combustion chamber, and the combustion products in the form of superheated water vapor are sent to a desuperheater, where water is injected and oh they add superheated water vapor, the energy of which is converted into electric and thermal energy by means of a steam turbine, generator, condenser and electric boiler, and the condensate is drained into a condensate tank (RF application for invention No. 99102865, publication date 2000.12.20). The disadvantages of this solution are the high cost and low efficiency of energy storage, which is associated with high costs for the creation and operation of electrolyzers (up to 3000 US $ / kW) and hydrogen and oxygen storage systems, as well as the relatively low efficiency of the steam turbine cycle.
Более экономичное решение предложено в патенте РФ на изобретение №2023387 (дата публикации 1994.11.30), в котором перед подачей углекислого газа в теплицу осуществляют его многоступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением в водоуглекислотных теплообменниках, аккумулирование сжиженного углекислого газа и его хранение, при этом после хранения осуществляют нагрев его в солнечном коллекторе для получения углекислотного пара, который направляют в углекислотную турбину с регулируемым давлением на выхлопе турбин - прототип. Недостатками данного решения являются относительно низкий кпд углекислотного цикла и необходимость подвода углекислоты от стороннего источника.A more economical solution is proposed in the RF patent for invention No. 2023387 (publication date 1994.11.30), in which, before carbon dioxide is supplied to the greenhouse, it is multistage compressed with intermediate cooling in water-carbon dioxide heat exchangers, liquefied carbon dioxide is accumulated and stored, after storage they are heated in a solar collector to produce carbon dioxide vapor, which is sent to a carbon dioxide turbine with adjustable pressure on the turbine exhaust — a prototype. The disadvantages of this solution are the relatively low efficiency of the carbon dioxide cycle and the need to supply carbon dioxide from an external source.
Цель изобретения - это создание энергоаккумулирующей установки, в которой устранены указанные выше недостатки.The purpose of the invention is the creation of an energy storage unit in which the above disadvantages are eliminated.
Поставленная задача решается тем, что:The problem is solved in that:
в энергоаккумулирующей установке, содержащей турбину, приемник рабочего тела, подключенный к выходу турбины, компрессор и охлаждающий теплообменник, соединенный с аккумулятором сжиженного рабочего тела, к которому подключен основной нагнетатель, установленный перед нагревающим теплообменником, включенным перед турбиной, компрессор соединен с приемником рабочего тела, выполненным в виде емкости, заполненной сорбентом рабочего тела, в которой размещен встроенный теплообменник, включенный между основным нагнетателем и нагревающим теплообменником.in an energy storage unit comprising a turbine, a working fluid receiver connected to the turbine outlet, a compressor and a cooling heat exchanger connected to a liquefied working fluid accumulator, to which a main supercharger is installed, installed in front of a heating heat exchanger connected in front of the turbine, the compressor is connected to a working fluid receiver, made in the form of a container filled with a sorbent of the working fluid, in which a built-in heat exchanger is placed, connected between the main supercharger and the heating heat by the exchanger.
- между компрессором и приемником рабочего тела включен охладитель;- a cooler is connected between the compressor and the receiver of the working fluid;
- охладитель и охлаждающий теплообменник соединены с охлаждающей стороны с аккумулятором холода;- the cooler and the cooling heat exchanger are connected on the cooling side to the cold accumulator;
- приемник рабочего тела подключен к системе циркуляции внешнего теплоносителя с возможностью нагрева или охлаждения сорбента внутри приемника через герметичные теплообменные поверхности;- the receiver of the working fluid is connected to the circulation system of the external coolant with the possibility of heating or cooling the sorbent inside the receiver through sealed heat-exchange surfaces;
- вход в турбину соединен с трубопроводом, подключенным через регулируемый клапан и дополнительный нагнетатель с выходом из основного нагнетателя со стороны приемника рабочего тела;- the entrance to the turbine is connected to a pipeline connected through an adjustable valve and an additional supercharger with an exit from the main supercharger from the receiver side of the working fluid;
- в качестве сорбента выбрано любое вещество из ряда: активированный уголь, цеолит, вода, спирт, ацетон, галогениды щелочных или щелочноземельных металлов, этаноламин, щелочи, нитраты или смесь перечисленных материалов;- as a sorbent any substance from the series is selected: activated carbon, zeolite, water, alcohol, acetone, halides of alkali or alkaline earth metals, ethanolamine, alkali, nitrates, or a mixture of these materials;
- в качестве рабочего тела выбрано вещество с более низкой, чем у сорбента, точкой кипения из ряда: углеводороды, вода, спирты, эфиры, фторхлоруглероды, перфторуглероды, аммиак, диоксид углерода, или сочетание перечисленных материалов;- as a working fluid, a substance with a lower boiling point than the sorbent was selected from the series: hydrocarbons, water, alcohols, ethers, fluorocarbons, perfluorocarbons, ammonia, carbon dioxide, or a combination of these materials;
- выход нагревающего теплообменника соединен через регулируемый клапан с выходом из турбины, а вход нагревающего теплообменника через дополнительный регулируемый клапан подключен к выходу компрессора или одной из его ступеней;- the output of the heating heat exchanger is connected through an adjustable valve to the exit of the turbine, and the input of the heating heat exchanger through an additional adjustable valve is connected to the output of the compressor or one of its stages;
- после охлаждающего теплообменника включен дроссель;- after the cooling heat exchanger, a choke is turned on;
- теплообменные поверхности, размещенные внутри приемника рабочего тела, снабжены интенсификатором теплообмена, выбранным из ряда: сетка, ребро, насечка, перфорированная пластина или их комбинация;- heat-exchange surfaces located inside the receiver of the working fluid are equipped with a heat transfer intensifier selected from the range: mesh, rib, notch, perforated plate, or a combination thereof;
- нагревающий теплообменник подключен к аккумулятору тепла;- the heating heat exchanger is connected to a heat accumulator;
- аккумулятор рабочего тела выполнен изотермическим и снабжен теплоизоляционным кожухом.- the battery of the working fluid is isothermal and equipped with a heat-insulating casing.
На чертеже дано схемное решение предложенной энергоаккумулирующей установки.The drawing shows a schematic solution of the proposed energy storage installation.
Энергоаккумулирующая установка содержит турбину 1, приемник рабочего тела 2, подключенный к выходу турбины, аккумулятор сжиженного рабочего тела 3, к которому подключен основной нагнетатель 4, установленный перед нагревающим теплообменником 5, включенным перед турбиной, приемник рабочего тела 2 выполнен в виде емкости, заполненной сорбентом рабочего тела, в которой размещен встроеннный теплообменник 51, включенный между основным нагнетателем и нагревающим теплообменником 5, а установка дополнительно содержит, по меньшей мере, один компрессор 6 и охлаждающий теплообменник 7, при этом компрессор 6 включен между приемником рабочего тела 2 и входом охлаждающего теплообменника 7, выход которого соединен с аккумулятором сжиженного рабочего тела 3.The energy storage installation comprises a turbine 1, a working fluid receiver 2 connected to the turbine outlet, a liquefied working fluid accumulator 3, to which a main supercharger 4 is connected, installed in front of the heating heat exchanger 5, connected in front of the turbine, the working fluid receiver 2 is made in the form of a container filled with sorbent the working fluid in which the built-in heat exchanger 5 1 is placed, connected between the main supercharger and the heating heat exchanger 5, and the installation further comprises at least one compressor a quarrel 6 and a cooling heat exchanger 7, while the compressor 6 is connected between the receiver of the working fluid 2 and the input of the cooling heat exchanger 7, the output of which is connected to the battery of the liquefied working fluid 3.
В зависимости от выбранного рабочего тела (аммиак, диоксид углерода, углеводород и т.д.) сорбент, заполняющий приемник рабочего тела 2, может быть как твердым (например, активированный уголь, цеолит, хлорид щелочного металла и т.д.), так и жидким (вода, спирт, раствор этаноламина и др.), что может вызывать отличия в конструкции приемника рабочего тела 2. Например, в случае жидкого сорбента приемник 2 для снижения тепловых потерь в режиме десорбции может оснащаться аппаратом дефлегмации десорбируемого рабочего тела (не показан), который, в свою очередь, может быть снабжен узлом регенеративного теплообмена.Depending on the selected working fluid (ammonia, carbon dioxide, hydrocarbon, etc.), the sorbent filling the receiver of the working fluid 2 can be either solid (for example, activated carbon, zeolite, alkali metal chloride, etc.), and liquid (water, alcohol, ethanolamine solution, etc.), which may cause differences in the design of the receiver of the working fluid 2. For example, in the case of a liquid sorbent, the receiver 2 can be equipped with a reflux apparatus for the desorbed working fluid (not shown) ), which, in its turn ed, it may be provided with a regenerative heat exchange unit.
С целью уменьшения работы сжатия рабочего тела в режиме десорбции (накопления энергии) между компрессором 6 и приемником рабочего тела 2 включен охладитель 9, выполненный в данном примере реализации с возможностью охлаждать рабочее тело как на входе в компрессор 6, так и между его ступенями сжатия, обеспечивая тем самым промежуточное охлаждение.In order to reduce the compression work of the working fluid in the desorption (energy storage) mode between the compressor 6 and the working fluid receiver 2, a cooler 9 is included, made in this embodiment with the ability to cool the working fluid both at the inlet to the compressor 6 and between its compression stages, thereby providing intermediate cooling.
Для снижения температуры рабочего тела и/или его конденсации охладитель 9 и охлаждающий теплообменник 7 могут быть соединены с охлаждающей стороны с аккумулятором холода 8, накопление холода в котором может осуществляться за счет низких температур окружающей среды или применения холодильных машин компрессионного или абсорбционного типа (не показаны). Рационально накапливать холод в виде бинарных ледяных смесей так называемого жидкого льда (смесь воды, спирта и ингибирующей коррозию присадки).To reduce the temperature of the working fluid and / or its condensation, the cooler 9 and the cooling heat exchanger 7 can be connected on the cooling side to the cold accumulator 8, the accumulation of cold in which can be due to low ambient temperatures or the use of compression or absorption refrigeration machines (not shown ) It is rational to accumulate cold in the form of binary ice mixtures of so-called liquid ice (a mixture of water, alcohol and a corrosion inhibiting additive).
Для более эффективного осуществления процессов сорбции (в режиме выдачи пиковой энергии) и десорбции рабочего тела (в режиме накопления энергии) приемник рабочего тела 2 может быть подключен к системе циркуляции внешнего теплоносителя с возможностью нагрева или охлаждения сорбента внутри приемника через герметичные теплообменные поверхности. Таким внешним теплоносителем преимущественно выбирается вода, поскольку существуют экономичные технологии ее применения в качестве теплоносителя в требуемом диапазоне температур (5-180°С).For more efficient implementation of sorption processes (in the mode of peak energy delivery) and desorption of the working fluid (in the energy storage mode), the working fluid receiver 2 can be connected to an external heat carrier circulation system with the possibility of heating or cooling the sorbent inside the receiver through sealed heat-exchange surfaces. Water is predominantly chosen as such an external heat carrier, since there are economical technologies for its use as a heat carrier in the required temperature range (5-180 ° C).
Кроме того, вход в турбину 1 может быть соединен с трубопроводом 10, снабженным регулируемым клапаном и дополнительным нагнетателем и подключенным к выходу из основного нагнетателя 4 со стороны приемника рабочего тела 2. Подключение к нагревающему теплообменнику 5 коммуникации подвода нагревающего теплоносителя позволит использовать не только в режиме выдачи пиковой энергии, но и в режиме накопления энергии, чтобы тепло, подводимое к теплообменннику 5 и использованное для нагрева рабочего тела, могло служить (путем подвода по трубопроводу 10 нагретого рабочего тела к его приемнику 2) для нагрева сорбента (через встроенные теплообменные поверхности) и десорбции рабочего тела из его приемника 2, заполненного сорбентом, насыщенным рабочим телом.In addition, the inlet to the turbine 1 can be connected to the pipeline 10, equipped with an adjustable valve and an additional supercharger and connected to the outlet of the main supercharger 4 from the receiver side of the working fluid 2. Connection to the heating heat exchanger 5 of the supply of the heating fluid can be used not only in delivering peak energy, but also in the energy storage mode, so that the heat supplied to the heat exchanger 5 and used to heat the working fluid can serve (by supplying through a pipeline 10 of the heated working fluid to its receiver 2) for heating the sorbent (through built-in heat exchange surfaces) and desorption of the working fluid from its receiver 2, filled with a sorbent saturated with a working fluid.
В качестве сорбента, как уже упоминалось выше, может быть выбрано любое вещество из ряда: активированный уголь, цеолит, вода, спирт, ацетон, галогениды щелочных или щелочноземельных металлов, этаноламин, щелочи, нитраты или сочетание перечисленных материалов.As a sorbent, as mentioned above, any substance from the series can be selected: activated carbon, zeolite, water, alcohol, acetone, halides of alkali or alkaline earth metals, ethanolamine, alkali, nitrates, or a combination of these materials.
В качестве рабочего тела целесообразно выбрать вещество с более низкой, чем у сорбента, точкой кипения из ряда: углеводороды, вода, спирты, эфиры, фторхлоруглероды, перфторуглероды, аммиак, диоксид углерода или смесь перечисленных материалов.As a working fluid, it is advisable to choose a substance with a lower boiling point than that of the sorbent: hydrocarbons, water, alcohols, ethers, fluorocarbons, perfluorocarbons, ammonia, carbon dioxide, or a mixture of these materials.
Для рационального использования вторичных тепловых ресурсов выход нагревающего теплообменника 5 соединен через регулируемый клапан 113 с выходом из турбины 1, а вход нагревающего теплообменника 5 через дополнительный регулируемый клапан подключен к выходу компрессора 6 или одной из его ступеней (на чертеже дополнительный клапан и линия подключения не показаны).For the rational use of secondary heat resources, the output of the heating heat exchanger 5 is connected through an adjustable valve 11 3 to the outlet of the turbine 1, and the input of the heating heat exchanger 5 is connected through an additional adjustable valve to the output of the compressor 6 or one of its stages (in the drawing, the additional valve and the connection line shown).
С целью снижения давления паров рабочего тела в аккумуляторе рабочего тела 3 и соответствующего уменьшения расхода металла, в первую очередь, на изготовление оболочки аккумулятора рабочего тела 3 после охлаждающего теплообменника 7 включен дроссель 11.In order to reduce the vapor pressure of the working fluid in the accumulator of the working fluid 3 and the corresponding reduction in metal consumption, first of all, a throttle 11 is included in the manufacture of the shell of the working fluid accumulator 3 after the cooling heat exchanger 7.
Учитывая относительно невысокие коэффициенты теплоотдачи к некоторым из предложенных сорбентов, а также с целью уменьшения общих затрат на изготовление установки теплообменные поверхности, размещенные внутри приемника рабочего тела 2, могут быть снабжены интенсификатором теплообмена, выбранным из ряда: сетка, ребро, насечка, перфорированная пластина или их комбинация.Given the relatively low heat transfer coefficients for some of the proposed sorbents, as well as to reduce the total cost of manufacturing the installation, the heat transfer surfaces located inside the receiver of the working fluid 2 can be equipped with a heat transfer intensifier selected from the range: mesh, rib, notch, perforated plate, or their combination.
Принимая во внимание возможную неравномерность подвода тепловой энергии, например, при использовании возобновляемых источников, таких как солнечная энергия, нагревающий теплообменник 5 может быть подключен к аккумулятору тепла 12, который, в свою очередь, рационально выполнить в виде герметичной теплоизолированной емкости, заполненной теплоаккумулирующим веществом: жидким, например водой или маслом, или твердым, например солями и оксидами щелочных и щелочноземельных металлов, а также минералами с высокой теплоемкостью.Taking into account the possible unevenness in the supply of thermal energy, for example, when using renewable sources, such as solar energy, the heating heat exchanger 5 can be connected to a heat accumulator 12, which, in turn, can be rationally made in the form of a sealed heat-insulated container filled with heat-accumulating substance: liquid, for example water or oil, or solid, for example, salts and oxides of alkali and alkaline earth metals, as well as minerals with high heat capacity.
Как и аккумуляторы холода 8 и тепла 12, аккумулятор рабочего тела 3 может быть выполнен изотермическим и снабжен теплоизоляционным кожухом.Like accumulators of cold 8 and heat 12, the accumulator of the working fluid 3 can be isothermal and provided with a heat-insulating casing.
Работает данная энергоаккумулирующая установка следующим образом на двух основных режимах: пиковом и накопительном. В пиковом режиме рабочее тело, например диоксид углерода (CO2), хранящийся в аккумуляторе сжиженного рабочего тела 3, например в изотермической типовой емкости при температуре -35°С и давлении 1.6 МПа, начинают подавать основным нагнетателем 4 с повышением давления до 4 МПа в нагревающий теплообменник 5 с предварительным прохождением через встроенный теплообменник 5' таким образом, что поступающий жидкий СО2 внутри приемника 2 испаряют при температуре около 0°С за счет тепла, выделяемого при поглощении газообразного СО2, поступающего в приемник 2 из турбины 1, в сорбенте, заполняющем приемник 2. Таким сорбентом, как показали экспериментальные исследования, целесообразно в данном примере исполнения выбрать гранулированный активированный уголь, например, типа СКТ-6. После испарения СО2 в газообразном состоянии подают на перегрев до 100°С в нагревающем теплообменнике 5, в который подводят тепло, например, из теплового аккумулятора 12 или сбросное тепло теплового двигателя, или отработанный пар паровой турбины АЭС, или тепло возобновляемого источника энергии, например геотермального.This energy storage unit operates as follows in two main modes: peak and cumulative. In peak mode, the working fluid, for example carbon dioxide (CO 2 ), stored in the accumulator of the liquefied working fluid 3, for example in an isothermal type container at a temperature of -35 ° C and a pressure of 1.6 MPa, is started to be supplied by the main supercharger 4 with an increase in pressure to 4 MPa in heating coil 5 with a preliminary passage through the heat exchanger 5 built 'so that incoming liquid CO 2 inside the receiver 2 is evaporated at a temperature of about 0 ° C due to heat generated by absorption of gaseous CO2 entering the desk 2 to the turbine 1, in the sorbent filling the sorbent receiver 2. Thus, as shown by experimental studies, it is advisable in this exemplary embodiment to select the granular activated carbon, e.g., HCT-6 type. After evaporation of CO 2 in a gaseous state, it is fed to superheat up to 100 ° C in a heating heat exchanger 5, into which heat is supplied, for example, from a heat accumulator 12 or waste heat from a heat engine, or exhaust steam from a steam turbine of a nuclear power plant, or heat from a renewable energy source, for example geothermal.
Нагретый СО2 подают на вход турбины 1, где рабочее тело - СО2 расширяют до давления 0.2 МПа и температуры -91°С, после чего СО2 подают в приемник 2, где СО2 поглощается размещенным внутри приемника 2 сорбентом. Тепло, выделяющееся при сорбции СО2, отводят через теплообменные поверхности размещенного внутри приемника 2 встроенного теплообменника 51 за счет испарения потока жидкого СО2, поступающего из основного нагнетателя 4, как описано выше. До поступления СО2 из турбины 1 первую порцию жидкого СО2, в момент начала пикового режима подаваемую во встроенный теплообменник 51 внутри приемника 2, испаряют за счет теплоемкости конструкций и сорбента, размещенных в приемнике 2. При отводе тепла от сорбента при относительно низких температурах ниже 0°С поглощающая способность активированного угля типа СКТ-6 позволяет сорбировать в приемнике 2 до 0.5 кг CO2/1 кг сорбента в зависимости от величины противодавления турбины 1.Heated CO 2 is fed to the inlet of turbine 1, where the working fluid - CO 2 is expanded to a pressure of 0.2 MPa and a temperature of -91 ° C, after which CO 2 is fed to receiver 2, where CO 2 is absorbed by the sorbent placed inside the receiver 2. The heat generated during CO 2 sorption is removed through the heat exchange surfaces of the integrated heat exchanger 5 1 located inside the receiver 2 due to the evaporation of the liquid CO 2 stream coming from the main blower 4, as described above. Before CO 2 comes from turbine 1, the first portion of liquid CO 2 , which is supplied to the integrated heat exchanger 5 1 inside receiver 2 at the start of the peak mode, is evaporated due to the heat capacity of the structures and sorbent located in the receiver 2. When heat is removed from the sorbent at relatively low temperatures below 0 ° C the absorption capacity of activated carbon type HCT-6 allows to sorb the receiver 2 to 0.5 kg CO 2/1 kg of sorbent depends on the magnitude of the backpressure turbine 1.
Режим накопления энергии ("зарядки") сводится к десорбции СО2 из приемника 2, для чего в приемник 2 подводится тепло с помощью потока СО2, нагретого сторонним источником тепла в нагревающем теплообменнике 5 и подаваемого в приемник 2 либо через встроенный теплообменник 51 с помощью трубопровода 10 через регулируемый клапан 112 с возвратом охлажденного в приемнике 2 потока СО2 на повторный нагрев, для чего служит размещенный на линии трубопровода 10 дополнительный нагнетатель, либо в альтернативном варианте исполнения подаваемого через регулируемый клапан 113 непосредственно на выход турбины 1, а затем внутрь приемника 2 для непосредственного контакта с нагреваемым сорбентом и возвращения вновь в компрессор 6 для прокачки потока CO2, подаваемого затем по отдельной магистрали (не показана) на вход в нагревающий теплообменник 5 для повторного нагрева.The mode of energy storage (“charging”) is reduced to desorption of CO 2 from the receiver 2, for which heat is supplied to the receiver 2 by means of a CO 2 stream heated by an external heat source in the heating heat exchanger 5 and supplied to the receiver 2 or through an integrated heat exchanger 5 1 s via conduit 10 through an adjustable valve 11 2 returning the cooled stream at the receiver 2 a CO 2 for reheating, which is disposed on the pipe line 10 to an optional blower, or in an alternative embodiment, the feed at regular uemy valve 11 3 immediately turbine output 1 and then into the receiver 2 for direct contact with a heated sorbent and returning again to the compressor 6 for pumping the CO 2 stream fed followed by a separate line (not shown) at the entrance to the heating heat exchanger 5 for re heating up.
Нагрев может также осуществляться за счет подключения приемника 2 к системе циркуляции внешнего теплоносителя, обозначенной на чертеже стрелками справа.Heating can also be carried out by connecting the receiver 2 to the circulation system of the external coolant, indicated in the drawing by arrows on the right.
В результате нагрева сорбента, насыщенного рабочим телом - СО2 внутри приемника 2, производят десорбцию CO2 из рабочего объема приемника 2, откуда поток CO2 подают сначала на охлаждение в охладитель 9, а затем на вход в компрессор 6. Между ступенями сжатия компрессора 6 также производят с помощью охладителя 9 снижение температуры сжимаемого потока СО2.As a result of heating the sorbent saturated with the working fluid — СО 2 inside the receiver 2, CO 2 is desorbed from the working volume of the receiver 2, from where the CO 2 stream is first supplied to the cooler 9 for cooling and then to the compressor 6 inlet. Between the compressor compression stages 6 also produce using a cooler 9 lowering the temperature of the compressible stream of CO 2 .
Часть выходящего из компрессора 6 или отбираемого из одной из его ступеней потока CO2 могут, как описано выше, направлять в нагревающий теплообменник 5, а затем внутрь приемника 2.Part of the CO 2 stream leaving the compressor 6 or taken from one of its stages can, as described above, be directed to the heating heat exchanger 5, and then into the receiver 2.
Основной поток CO2, выходящий из компрессора 6 и сжатый до высокого давления, направляют в охлаждающий теплообменник 7, в котором при отводе тепла осуществляют конденсацию СО2, после чего жидкий CO2 накапливают в аккумуляторе сжиженного рабочего тела 3. С целью уменьшения давления в аккумуляторе 3 сжиженный СО2 могут дросселировать в регулируемом дросселе 11. Хранение СО2 в аккумуляторе 3 может таким образом осуществляться как при обычных, так и при криогенных температурах. И в том и в другом случае с целью уменьшения теплоподвода к СО2, накапливаемому в аккумуляторе 3, последний выполнен изотермическим и снабжен теплоизоляционным кожухом. С целью уменьшения работы сжатия рабочего тела в компрессоре 6 конденсацию могут вести при температурах ниже комнатной (например, при 0°С), для чего охлаждающий теплообменник 7 и охладитель 9 по охлаждающей стороне подключают к аккумулятору холода 8, заряжаемому либо холодильной машиной либо также и за счет источников холода в окружающей среде (например, проточных водоемов в зимнее время года в средних и высоких широтах).The main stream of CO 2 leaving the compressor 6 and compressed to high pressure is sent to a cooling heat exchanger 7, in which, when heat is removed, CO 2 is condensed, after which liquid CO 2 is accumulated in the accumulator of the liquefied working fluid 3. In order to reduce the pressure in the accumulator 3 liquefied CO 2 can be throttled in an adjustable throttle 11. Storage of CO 2 in the battery 3 can thus be carried out both at ordinary and at cryogenic temperatures. In both cases, in order to reduce the heat supply to CO 2 accumulated in the battery 3, the latter is isothermal and provided with a heat-insulating casing. In order to reduce the work of compression of the working fluid in the compressor 6, condensation can be carried out at temperatures below room temperature (for example, at 0 ° C), for which a cooling heat exchanger 7 and a cooler 9 on the cooling side are connected to a cold accumulator 8 charged either by a refrigeration machine or also due to sources of cold in the environment (for example, flowing ponds in the winter at mid and high latitudes).
Пиковый и накопительный режим разнесены по времени суток таким образом, чтобы накопительный режим приходился на время провала нагрузки в сети, как правило, в ночные часы, а пиковый режим покрывал возрастающую нагрузку в сети, как правило, в утренние и вечерние часы. Это позволяет накапливать дешевую ночную энергию для выработки дорогой пиковой энергии.Peak and cumulative modes are separated by time of day so that the cumulative mode occurs at the time of a load failure in the network, usually at night, and the peak mode covers an increasing load in the network, usually in the morning and evening hours. This allows you to accumulate cheap night energy to generate expensive peak energy.
Поскольку аккумулятор рабочего тела 3 может использоваться как источник жидкого СО2, это позволяет при необходимости осуществлять производство холода при подаче жидкого СО2 в отдельный испаритель (на чертеже не показан), подключенный по охлаждаемой стороне к потребителю холода, а по охлаждающей стороне выходящий в приемник рабочего тела 2.Since the accumulator of the working fluid 3 can be used as a source of liquid CO 2 , this makes it possible, if necessary, to produce cold by supplying liquid CO 2 to a separate evaporator (not shown in the drawing) connected to the consumer on the refrigerated side and to the receiver on the cooled side working fluid 2.
Теплообменные поверхности внутри приемника 2 могут использоваться для отопительных нужд, поскольку при сорбции СО2 в сорбенте выделяется значительное количество тепловой энергии, для чего необходимо и достаточно, чтобы давление СО2, который подают в приемник 2, превышало его равновесное давление сорбции в сорбенте, размещенном внутри приемника 2, при необходимых по условиям отвода тепла температурах.The heat transfer surfaces inside the receiver 2 can be used for heating purposes, since a significant amount of thermal energy is released during sorption of CO 2 in the sorbent, which is necessary and sufficient for the pressure of CO 2 supplied to the receiver 2 to exceed its equilibrium sorption pressure in the sorbent placed inside the receiver 2, at temperatures necessary for the conditions of heat removal.
Предложенная энергоаккумулирующая установка по сравнению с прототипом обладает следующими преимуществами:The proposed energy-saving installation in comparison with the prototype has the following advantages:
- повышается мощность турбины и общая вырабатываемая пиковая энергия, поскольку требуемый расход тепловой энергии, подводимой в пиковом режиме от стороннего энергоисточника, составляет только 20-30% от тепла, подводимого к рабочему телу от стороннего источника в прототипном техническом решении;- increases the turbine power and the total generated peak energy, since the required flow of heat energy supplied in peak mode from an external energy source is only 20-30% of the heat supplied to the working fluid from an external source in the prototype technical solution;
- повышается надежность работы установки и снижается стоимость производства энергии за счет резкого (на несколько порядков) снижения подпитки рабочего тела в установку, подаваемого со стороны, что исключает также и зависимость от подвозки рабочего тела на площадку размещения установки;- increases the reliability of the installation and reduces the cost of energy production due to a sharp (by several orders of magnitude) reduction in the recharge of the working fluid to the installation supplied from the outside, which also eliminates the dependence on the transportation of the working fluid to the installation site;
- обеспечивается полная экологическая безопасность энергоаккумулирующей установки, поскольку рабочее тело не выбрасывается в окружающую среду;- full environmental safety of the energy storage unit is ensured, since the working fluid is not released into the environment;
- с помощью тепловых аккумуляторов установки запасается любое требуемое количество энергии, достаточное для обеспечения стабильной бесперебойной работы установки даже в периоды перерыва в подводе тепловой энергии от стороннего источника;- with the help of the thermal accumulators of the installation, any required amount of energy is stored sufficient to ensure stable uninterrupted operation of the installation even during periods of interruption in the supply of thermal energy from an external source;
- обеспечивается возможность применения данной установки для выработки пиковой электроэнергии и снабжения различных объектов тепловой энергией и холодом в режиме разуплотненного графика их потребления;- it is possible to use this installation to generate peak electricity and supply various objects with thermal energy and cold in the mode of a decompressed schedule of their consumption;
- технически просто и надежно обеспечивается возможность аккумулирования провальной ночной энергии, отпускаемой по сниженному тарифу;- technically simple and reliable, it is possible to accumulate failed night energy supplied at a reduced rate;
- обеспечивается возможность эффективной утилизации сбросного тепла различных тепловых двигателей, а также расширяется возможность применения возобновляемых природных источников энергии, обладающих значительным ресурсным потенциалом и в то же время высокой неравномерностью поступления их энергии, а также дополнительного повышения эффективности установки в холодные климатические периоды;- the possibility of efficient utilization of waste heat of various heat engines is provided, and the possibility of using renewable natural energy sources with significant resource potential and at the same time high unevenness of their energy supply, as well as an additional increase in installation efficiency in cold climates, is expanding;
- повышается надежность работы и снижается стоимость изготовления установки за счет умеренных по температуре и давлению параметров рабочего тела.- increases the reliability and reduces the cost of manufacturing the installation due to moderate in temperature and pressure parameters of the working fluid.
Дополнительным положительным свойством данной энергоаккумулирующей установки является возможность использования уже существующих материалов, технических решений и оборудования, необходимых для ее создания.An additional positive feature of this energy storage unit is the ability to use existing materials, technical solutions and equipment necessary for its creation.
В частности, в качестве теплообменников целесообразно применить так называемые печатные сотовые теплообменники, предложенные фирмой Heatric /The Development of High Efficiency Heat Exchangers for Helium Gas Cooled Reactors, Stephen Dewson & Bernard Thonon. Presented at the 2003 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants. May 4-7, Congress Palais, Córdoba, Spain/, расход металла в которых в расчете на 1 МВт тепловой мощности составляет 0.2 т/МВт по сравнению с 12-15 т/МВт в традиционных кожухотрубчатых конструкциях.In particular, it is advisable to use the so-called printed honeycomb heat exchangers proposed by Heatric / The Development of High Efficiency Heat Exchangers for Helium Gas Cooled Reactors, Stephen Dewson & Bernard Thonon as heat exchangers. Presented at the 2003 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants. May 4-7, Congress Palais, Córdoba, Spain /, in which the metal consumption per 1 MW of thermal power is 0.2 t / MW compared to 12-15 t / MW in traditional shell-and-tube constructions.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004126506/06A RU2273742C1 (en) | 2004-09-03 | 2004-09-03 | Energy-accumulating plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004126506/06A RU2273742C1 (en) | 2004-09-03 | 2004-09-03 | Energy-accumulating plant |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004126506A RU2004126506A (en) | 2006-02-10 |
| RU2273742C1 true RU2273742C1 (en) | 2006-04-10 |
Family
ID=36049754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004126506/06A RU2273742C1 (en) | 2004-09-03 | 2004-09-03 | Energy-accumulating plant |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2273742C1 (en) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8166761B2 (en) | 2006-05-15 | 2012-05-01 | Newcastle Innovation Limited | Method and system for generating power from a heat source |
| WO2013119145A2 (en) | 2012-02-10 | 2013-08-15 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Морских Технологий "Шельф" | Method for accumulating, storing and recovering mechanical energy and apparatus for the implementation thereof (embodiments) |
| RU2552481C1 (en) * | 2013-12-27 | 2015-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Operating method of thermal power plant |
| RU2555597C1 (en) * | 2013-12-27 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Operating method of thermal power plant |
| RU2559655C1 (en) * | 2013-12-27 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Method of operation of thermal power plant |
| RU2559793C2 (en) * | 2010-10-29 | 2015-08-10 | Нуово Пиньоне С.п.А. | Method and system for air cooling in power generating system (versions) |
| RU2569470C2 (en) * | 2013-12-27 | 2015-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Operation of thermal electric power station |
| RU2569993C2 (en) * | 2013-12-27 | 2015-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Operation of thermal electric power station |
| RU2569994C2 (en) * | 2013-12-27 | 2015-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Operation of thermal electric power station |
| RU2571272C2 (en) * | 2013-12-27 | 2015-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Method of operation of thermal power plant |
| RU2570961C2 (en) * | 2013-12-27 | 2015-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Method of operation of thermal power plant |
| RU2570943C2 (en) * | 2014-03-11 | 2015-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Method of operation of thermal power plant |
| RU2571275C2 (en) * | 2013-12-27 | 2015-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Method of operation of thermal power plant |
| RU2574105C2 (en) * | 2010-10-29 | 2016-02-10 | Нуово Пиньоне С.п.А. | Systems and methods for preheating of compressed air |
| RU2575247C2 (en) * | 2013-12-27 | 2016-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Working method of thermal power station |
| RU2740625C1 (en) * | 2020-04-16 | 2021-01-18 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-исследовательский геотехнологический центр Российской академии наук | Geothermal-carbon dioxide energy complex |
-
2004
- 2004-09-03 RU RU2004126506/06A patent/RU2273742C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8166761B2 (en) | 2006-05-15 | 2012-05-01 | Newcastle Innovation Limited | Method and system for generating power from a heat source |
| RU2559793C2 (en) * | 2010-10-29 | 2015-08-10 | Нуово Пиньоне С.п.А. | Method and system for air cooling in power generating system (versions) |
| RU2574105C9 (en) * | 2010-10-29 | 2016-09-10 | Нуово Пиньоне С.п.А. | Method and system for heat power trapping system integrated with the electric power production complex (versions) |
| RU2574105C2 (en) * | 2010-10-29 | 2016-02-10 | Нуово Пиньоне С.п.А. | Systems and methods for preheating of compressed air |
| WO2013119145A2 (en) | 2012-02-10 | 2013-08-15 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Морских Технологий "Шельф" | Method for accumulating, storing and recovering mechanical energy and apparatus for the implementation thereof (embodiments) |
| RU2569993C2 (en) * | 2013-12-27 | 2015-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Operation of thermal electric power station |
| RU2559655C9 (en) * | 2013-12-27 | 2015-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Method of operation of thermal power plant |
| RU2569470C2 (en) * | 2013-12-27 | 2015-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Operation of thermal electric power station |
| RU2559655C1 (en) * | 2013-12-27 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Method of operation of thermal power plant |
| RU2569994C2 (en) * | 2013-12-27 | 2015-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Operation of thermal electric power station |
| RU2571272C2 (en) * | 2013-12-27 | 2015-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Method of operation of thermal power plant |
| RU2570961C2 (en) * | 2013-12-27 | 2015-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Method of operation of thermal power plant |
| RU2571275C2 (en) * | 2013-12-27 | 2015-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Method of operation of thermal power plant |
| RU2555597C1 (en) * | 2013-12-27 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Operating method of thermal power plant |
| RU2575247C2 (en) * | 2013-12-27 | 2016-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Working method of thermal power station |
| RU2552481C1 (en) * | 2013-12-27 | 2015-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Operating method of thermal power plant |
| RU2570943C2 (en) * | 2014-03-11 | 2015-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Method of operation of thermal power plant |
| RU2740625C1 (en) * | 2020-04-16 | 2021-01-18 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-исследовательский геотехнологический центр Российской академии наук | Geothermal-carbon dioxide energy complex |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004126506A (en) | 2006-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2435050C2 (en) | Energy storage plant | |
| CN102758690B (en) | Efficient high-pressure liquid air energy storage/release system | |
| CN102758748B (en) | High-pressure liquid air energy storage/release system | |
| US9217423B2 (en) | Energy storage system using supercritical air | |
| US8621857B2 (en) | Adsorption-enhanced compressed air energy storage | |
| CN100425925C (en) | Electricity generating, air conditioning and heating apparatus utilizing natural medium and solar energy or waste heat | |
| RU2273742C1 (en) | Energy-accumulating plant | |
| CN102758689A (en) | Ultra-supercritical air energy storage/release system | |
| CN105114138A (en) | Low-temperature energy storage power generation system and running method thereof | |
| AU2010254067B2 (en) | Adsorption-enhanced compressed air energy storage | |
| CN114135349A (en) | Thermal power plant waste heat recycling method and energy storage power generation system coupled with thermal power plant | |
| EP2262993A2 (en) | Adsorption-enhanced compressed air energy storage | |
| WO2013038423A2 (en) | Combined cooling/heating and power generation system utilizing sustainable energy | |
| CN202811238U (en) | High-pressure liquid-state air energy storage/release system | |
| CN202811079U (en) | High-efficiency and high-pressure liquid air energy storage/ release system | |
| JP2013040606A (en) | Method and device for highly-efficiently recovering ordinary temperature heat energy | |
| CN104153957A (en) | Novel temperature difference energy collecting cycle power generation device and power generation method thereof | |
| Sztekler et al. | Using adsorption chillers for utilising waste heat from power plants | |
| RU2529615C1 (en) | Method of energy accumulation | |
| RU2643878C1 (en) | Method of operation of the compressed-air power station with an absorption lithium bromide refrigerating system (lbrs) | |
| US9896975B1 (en) | Systems and methods of converting heat to electrical power | |
| RU2812381C1 (en) | Operating method of steam gas plant | |
| KHALID | Thermodynamic Analysis of Solar Based Polygeneration Systems for a Residential Community | |
| Mukhtar et al. | Towards Global Cleaner Energy and Hydrogen Production: A Review and Application ORC Integrality with Multigeneration Systems. Sustainability 2022, 14, 5415 | |
| WO2023100072A1 (en) | Stabilization process for the electrical network, the gas network and/or the hydrogen network |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080904 |