[发明专利]二氧化碳跨临界储电耦合太阳能储热及二氧化碳储存的循环系统装置及系统方法

说明书

本发明提供了一种二氧化碳跨临界储电耦合太阳能储热及二氧化碳储存的循环系统装置及系统方法，所述系统装置由换热器、压缩机、CO₂地质储存、太阳能集热器以及膨胀机等部件通过管线构成，并通过控制管线的连通关系构成CO₂跨临界储电的正逆循环、CO₂跨临界储电耦合太阳能储热的正逆循环、CO₂跨临界储电耦合CO₂地质储存的正逆循环和CO₂跨临界储电耦合太阳能储热及CO₂地质储存的正逆循环四种运行模式，可将电能转化为其他能量储存，也可将储存的能量转化为电能，还能将捕集的CO₂在地质中回收，该系统可提高储能技术在储存可再生能源或传统电厂产生的电能时的效率，同时可地质储存CO₂，达到节能环保的目的。

技术领域

本发明属于热电储能技术领域，涉及一种二氧化碳跨临界储电耦合太阳能储热及二氧化碳储存的循环系统装置及系统方法，具体涉及一种CO₂跨临界热泵循环、跨临界CO₂热机循环、储热循环、储冷循环和CO₂地质储存循环相结合的热电储能系统。

背景技术

随着能源日益短缺和环境问题的日益严峻，太阳能等可再生能源逐渐受到世人关注。利用太阳能进行大规模发电技术是目前的研究热点，其热效率和安全性较高，结构简单。然而太阳能发电有非连续性和随机性，使太阳能产生的电能无法被完全使用，造成了大量的能源浪费。电能存储技术是解决上述问题的关键技术，开发不同规模的储能系统，使太阳能发出的电量能及时得到存储，以推进太阳能的高效利用。

常见的小规模储能系统为化学电池储能，该储能技术较为先进，效率高，具有较广泛的储能周期，从几分钟到几天不等。常见的大规模储能系统有很多种，第一种为抽水储能系统(PHS)，该储能技术是应用最广泛的储电系统，其容量大，储能周期长，效率高，但受储能地区的水资源限制，使抽水储能只能在有特定地区使用。第二种为压缩空气储能系统(CAES)，它能量储存较大，资金成本低，效率高，储能周期长，但是其必须依赖于有利的地质条件。除了上述系统，常见的储能技术还有热能储存，其效率相对较低，对环境的影响较小。为了提高储能系统的效率、安全性和经济性等，需要提供可行的储能技术，使储能系统保持较高的效率、安全性和经济性的同时，能有较小限制条件，使储能技术能得到广泛的应用。

目前世界各个国家“碳达峰、碳中和”的任务依然非常艰巨，不仅需要减少能源利用过程中的碳排放量，还需要对排放的CO₂进行地质储存。为了实现该目标，需要提高能源利用率的同时对CO₂进行地质储存，减少大气中的碳含量，防止全球变暖进一步加剧。

CN108798811A公开了一种压缩超临界二氧化碳储能系统及方法，锅炉的出口与透平的入口相连通，透平的出口与回热器的高温介质入口相连通，透平与二氧化碳压缩机及发电机相联动，二氧化碳压缩机通过离合器与储能压缩机相联动，回热器的高温介质出口与冷却器的高温介质入口相连通，冷却器的高温介质出口与低压二氧化碳储罐的入口相连通，低压二氧化碳储罐的出口与二氧化碳压缩机的入口及储能压缩机的入口相连通，二氧化碳压缩机的出口经回热器的低温侧与锅炉的入口相连通，储能压缩机的出口经高压二氧化碳储罐与回热器的低温介质入口相连通，该系统及方法仅能够实现超临界二氧化碳发电和压缩超临界二氧化碳储能的结合，且发电效率较低。

因此，针对上述两种现状，若能提出一种将热电储能技术和CO₂地质储存技术相结合的系统，在储存可再生能源或传统电厂的产生的电能的同时回收CO₂，则对热电储能和CO₂地质储存技术效率和应用范围的提高具有重大意义，可对早日实现“碳达峰、碳中和”起到积极的促进作用。

发明内容