[发明专利]热泵式熔盐-碳复合储能供电方法及装置

说明书

本发明提供一种热泵式熔盐‑碳复合储能方法，包括：蓄热蓄冷模式：气体工作介质经压缩机绝热压缩，通过蓄热系统进行等压放热，以蓄热于熔盐，进入透平绝热膨胀对外做功，通过蓄冷系统换热进行等压吸热，以蓄冷于压缩二氧化碳，并以此往复；发电模式：工作介质在高温热机系统中循环，过程中通过蓄热系统等压吸热，通过蓄冷系统换热等压放热，对外做功用于发电；工作介质与蓄冷系统的换热使得蓄冷系统吸热，吸热后得到的气态二氧化碳对外做功并用于发电。本发明通过互为可逆的热泵储能和热机供电的方法及其装置，解决可再生能源弃电以及峰谷电问题，在储能供电的同时，将碳捕获技术获得的二氧化碳作为一种新的储能介质加以利用。

技术领域

本发明涉及一种储能供电方法及装置，特别是一种热泵式熔盐-碳复合储能供电方法及装置。

背景技术

全球气候变暖是人类面临的世纪挑战，我们国家制定了2030年前碳达峰，2060年前实现碳中和的总体目标。二氧化碳作为全球气候变暖的主要原因，碳捕获技术为解决这一难题提供了技术方案。如何有效利用捕获的二氧化碳是值得研究的。

现有技术中，二氧化碳的处理一般通过地下封存，将捕集的二氧化碳注入深部地质储层，使二氧化碳与大气长期隔绝，从而进入“休眠态”。主要的封存方式有陆地封存、海洋封存和碳酸盐化固体封存三种，缺点是导致二氧化碳资源的浪费。

另一方面，大力发展以太阳能以及风能为代表的清洁能源是实现碳中和目标的重要途经。清洁能源一般受到天气、季节，阳光等自然条件的影响，难以提供稳定的能源输出，从而很难输出与电网匹配的电力。因此现阶段绿色能源的弃风以及弃光问题非常严重。为了让绿色能源也能输出时间上分布均匀的电力，采取一定的储能技术，以空间换取时间是一个较好的解决方案。

目前，储能技术包括电加热储能和热泵式储能，其中，电加热储能是通过电加热熔盐的方式实现蓄热储能，其蓄热效率不可能超过100％，热泵式储能利用热力学循环使低温热转化为高温热，使得蓄热量超过消耗的电能，但是其蓄热效率有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效的热泵式熔盐-碳复合储能方法及装置，以解决蓄热储能效率低下的缺点，同时解决碳捕获所得的二氧化碳的处理难题。

为了实现上述目的，本申请借鉴热力学中卡诺循环与逆卡诺循环互为可逆的原理，通过逆卡诺循环做功将低温热源的热量转移到高温热源实现熔盐蓄热二氧化碳蓄冷储能，再通过高温热源的热量转移到低温热源时对外界做功实现释能发电。但现实中，卡诺循环和逆卡诺循环的物理过程难以实现，因而本发明利用逆布雷顿循环实现熔盐蓄热二氧化碳蓄冷储能，同时高温热机循环与低温热机循环结合发电，其理论储能后发电的转换效率一般来说优于直接电加热等传统方式。另一方面这种储能方式将二氧化碳作为蓄冷介质，有效利用了碳捕获得到的二氧化碳，变废为宝，有助于碳中和的实现。

由此，本发明提供一种热泵式熔盐-碳复合储能方法，其包括如下模式：

(1)基于逆布雷顿循环的蓄热蓄冷模式：气体工作介质经压缩机绝热压缩，再与蓄热系统换热来进行气体工作介质的等压放热，所述蓄热系统的蓄热介质为熔盐，以蓄热于熔盐中，随后进入透平绝热膨胀对外做功，然后通过与二氧化碳冷凝器换热实现气体工作介质的等压吸热和压缩二氧化碳的等压放热，压缩二氧化碳经等压放热后冷凝为液态二氧化碳，并储存于液态二氧化碳储罐，然后气体工作介质再次经压缩机绝热压缩以重复上述过程；

(2)基于布雷顿循环或朗肯循环的发电模式：工作介质在高温热机系统中循环，在循环过程中与蓄热系统换热来进行气体工作介质的等压吸热，通过与二氧化碳蒸发器换热实现气体工作介质的等压放热和液态二氧化碳的等压吸热，在循环过程中对外做的功用于发电；液态二氧化碳经过二氧化碳蒸发器吸热后，液态二氧化碳气化，在气化过程中二氧化碳的体积膨胀500倍以上，并得到20-60Mpa高压气态二氧化碳以对外做功并用于发电。