[发明专利]一种地热能热化学和压缩空气复合储能系统及其运行方法

说明书

本发明公开一种地热能热化学和压缩空气复合储能系统及其运行方法，系统中：干热岩甲醇裂解系统设置在干热岩层，空气压缩机组、地下储气室和透平发电机组依次连通，透平发电机组连接有空气回热器；干热岩甲醇裂解系统连通裂解气压缩机组，裂解气压缩机组前设置前置冷却器，裂解气压缩机组连通储气罐，储气罐、裂解气回热器和合成甲醇反应器依次连通，合成甲醇反应器的出口依次连通换热器、空气回热器、冷却器、闪蒸器和储液罐，闪蒸器的气体出口连通回热器的介质入口，储液罐的出口连通干热岩甲醇裂解系统；通过甲醇裂解的正向吸热反应提取地热能，并通过逆向放热反应释放热能为高压气体补热，克服燃料消耗量较大和地热能提取时换热损失较大的问题。

技术领域

本发明属于压缩空气储能领域，具体涉及一种地热能热化学和压缩空气复合储能系统及其运行方法。

背景技术

为保证能源安全以及缓解日益凸显的环境污染问题，近年来大力发展以风能和太阳能为代表的新能源。风能和太阳能具有随机性和波动性，给电网的安全稳定运行带来了巨大挑战。储能技术能够有效解决这一问题，而压缩空气储能系统作为最有前景的物理储能技术之一，是当前研究的热点。

压缩空气储能系统释能过程中高压空气补热问题是当前亟待解决的问题之一。常规的补热方式已被广泛研究，尽管已经取得大量的研究成果，但存在依赖化石燃料、系统效率低等问题，不能满足工程应用的实际需求。而地热能作为一种清洁能源，具有无排放无污染等优点，并且具有较高的稳定性。若提取地热能为压缩空气储能系统补热，就能够减小系统对燃料的依赖性。

常规的地热能提取主要是利用水和二氧化碳等为介质，以热能的形式提取地热能。由于流体工质和壁面对流换热系数较高导致换热损失较大，尽管设置有绝热段，但其换热损失仍然无法避免。若以化学能的形式提取地热能，能够从原理上解决换热损失较大的问题，提高地热能的利用率。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种地热能热化学和压缩空气复合储能系统及其运行方法，以干热岩为热源为甲醇裂解的正向吸热反应供热、以甲醇合成的逆向放热反应为高压空气补热的压缩空气储能和热化学储能复合系统，通过甲醇裂解的正向吸热反应提取地热能，并通过逆向放热反应释放热能为高压气体补热，替代燃料燃烧，克服压缩空气储能系统现有技术中存在的释能发电过程中燃料消耗量较大、地热能提取过程中换热损失较大的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种地热能热化学和压缩空气复合储能系统，包括空气压缩机组、地下储气室、储液罐、干热岩甲醇裂解系统、裂解气压缩机组、储气罐和透平发电机组；干热岩甲醇裂解系统设置在干热岩层，空气压缩机组的出气口连接地下储气室的入口，地下储气室的出气口连通透平发电机组的工质入口，地下储气室的出气口至透平发电机组的工质入口的管路上设置空气回热器和换热器，透平发电机组的工质出口连通空气回热器的工质入口；干热岩甲醇裂解系统连通裂解气压缩机组的气体入口，裂解气压缩机组的入口处设置前置冷却器，裂解气压缩机组的气体出口连通储气罐的入口，储气罐的出口连通裂解气回热器的介质入口，裂解气回热器的介质出口连通合成甲醇反应器，合成甲醇反应器的出口依次连通换热器和裂解气回热器工质入口，裂解气回热器的工质出口连通冷却器的介质入口，冷却器的介质出口连通闪蒸器的入口，闪蒸器的气体出口连通裂解气回热器的介质入口，闪蒸器的液体出口连通储液罐，储液罐的出口连通干热岩甲醇裂解系统的介质入口。

空气压缩机组包括第一级空气压缩机和第二级空气压缩机，第一级空气压缩机的出口连通空气中冷器的进气口，空气中冷器的出气口连通第二级空气压缩机进气口，第二级空气压缩机的出气口连通空气后冷器的进气口，空气后冷器的出气口连通地下储气室的进气口；空气中冷器和空气后冷器的冷却介质均为水。

透平发电机组包括第一级膨胀机和第二级膨胀机，地下储气室的出气口连通空气回热器的空气入口，空气回热器的空气出口连通换热器的空气入口，换热器的空气出口连通第一级膨胀机和第二级膨胀机的工质入口，换热器的工质入口连通合成甲醇反应器的出口，换热器工质出口连通裂解气回热器的工质入口。