[发明专利]一种LNG冷能利用的储能、碳捕集和空气调节的多功能系统

说明书

本发明公开了一种LNG冷能利用的储能、碳捕集和空气调节的多功能系统，属于分布式供能技术领域。它按LNG供应顺序划分，分别包括LNG供应单元、碳捕集单元，压缩二氧化碳储能及释能单元，卡琳娜循环发电单元和空气调节单元；LNG供应单元依次与碳捕集单元、二氧化碳储能及释能单元、卡琳娜循环发电单元和空气调节单元相连通，且在LNG供应单元上分别设有一级换热器、二级换热器、三级换热器和四级换热器。本发明通过碳捕集系统、二氧化碳储能系统、卡琳娜循环发电系统以及空气调节系统的联合利用，合理科学的解决LNG冷能利用不充分、LNG冷能温度与实际需求不匹配的问题，实现了LNG冷能的梯级利用，减少了LNG冷能的浪费。

技术领域

本发明涉及一种LNG冷能利用的储能、碳捕集和空气调节的多功能系统，属于分布式供能技术领域。

背景技术

分布式冷热电联产系统(Combined Cooling,Heating and Power System)越来越被认为在效率、效用和首选能源供应方面具有显著的优势。各种类型的冷热电联产系统由于其优势被应用于不同的领域，提高能源的梯级利用率、通过储能和需求侧管理来匹配供需，有助于减少二氧化碳排放。将可再生能源和LNG冷能整合和利用到冷热电联产系统中，可以满足能源可持续性的要求。

压缩二氧化碳储能系统(Compressed Carbon Dioxide Energy Storage System)是以二氧化碳为工质的一种新型储能系统。该系统在用电低谷时期，将可再生能源电力或是谷时富余电力压缩储存在储罐中，同时回收充能过程的压缩热；在用电高峰时期，将储罐中的高压二氧化碳再加热，同时通过透平膨胀机对外做功，完成能量释放。

目前提出的压缩二氧化碳储能系统需要设置储罐来储存二氧化碳。如果二氧化碳以气态的形式储存，会降低系统的储能密度；如果以液态的形式储存，则需要利用低温蓄冷装置完成自冷凝过程。但是自冷凝过程可能会造成系统循环效率的降低，而且由于常规冷却水的温度限制，特别是在夏季条件下，CO2的低临界温度(31.1℃)可能会对冷凝活动产生潜在的负面影响。所以需要LNG等低温冷源对低压二氧化碳进行液化。

LNG(Liquid Natural Gas，液化天然气)由于在使用时需要经过多级气化，再输送给目标用户。LNG在气化的过程中，可以释放大量的冷能(大约840kJ/kg)。为了避免大量LNG冷能的浪费，可以将释放的冷能用于压缩二氧化碳的冷凝液化过程，并且后续可用于燃烧后烟气碳捕集过程、卡琳娜冷凝过程以及给末端用户输送冷量。经过气化后的天然气，可以作为燃料燃烧，产生的烟气余热给卡琳娜子循环作为热源以及给末端用户输送热量。

碳捕集系统(Carbon Capture System)作为LNG能源利用的多联产发电系统的子系统，利用LNG的冷能，将天然气燃烧过程产生的二氧化碳分离并且捕集，最终输送到二氧化碳储罐中。

空气调节系统(Air Conditioning System)作为末端子系统，利用LNG的高温段的冷能、将LNG气化，并且利用冷能将室外空气降温减湿，输送减湿冷空气到室内用户端。

在授权公布号为CN109854320A的专利文件中，提出了一种基于LNG冷能利用的二氧化碳储能与有机朗肯循环联合发电系统，可以通过利用LNG的冷能为目的，通过以二氧化碳为工质的储能和释能过程，结合有机朗肯循环，实现LNG冷能的梯级利用，完成LNG冷能到电能的转化。该专利虽然完全利用LNG的冷能，但没有实现冷热电联产的目标，降低了能源的梯级利用率。

在授权公布号为CN115750009A的专利文件中，提出了一种碳捕集和液化天然气冷能利用的储能电力调峰系统，利用了LNG冷能来满足液态空气的储存和CO2捕集过程的冷需，以及LNG燃烧产生的热能，但系统不能调节室内热环境。