一种带压缩CO2储能的分布式能源系统及联产方法与流程

一种带压缩co2储能的分布式能源系统及联产方法
技术领域
1.本发明属于分布式能源系统领域，尤其是一种带压缩co2储能的分布式能源系统及联产方法。


背景技术：

2.分布式能源系统是能够提供电能、热能和冷能的小型多联产系统，因其基于能量梯级利用构建，具有能量综合利用效率高的特点。同时，分布式能源系统设备容量小、建设周期短、电力调峰、环保性能好、古地面积小初投资少、安全可靠性高、运行方便且操作简单，被广泛应用于对冷、热、电有需求楼宇等小规模用能单元。
3.分布式能源系统一般由天然气提供能量，天然气燃烧会有大量co2排放。为了减少化石燃料燃烧，降低co2排放，分布式能源系统有必要引入太阳能、风能等清洁低碳的可再生能源。但是太阳能、风能等可再生能源受自然条件限制，能量输出不稳定，天然气供能系统可与之形成互补，但会导致燃机等设备频繁启停，影响设备寿命。此外，当可再生能源供能过大时，用户侧无法及时消纳多余的能量，导致经济性较差。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种带压缩co2储能的分布式能源系统及联产方法。
5.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.一种带压缩co2储能的分布式能源系统，包括压缩co2储能发电系统、可再生能源装置和压缩式热泵；
7.所述压缩co2储能发电系统包括压缩机、高压储罐、回热器、燃气锅炉、透平、第一级冷却器、第二及冷却器和低压储罐；压缩机的进口与低压储罐的出口相连通，压缩机的出口与高压储罐的进口相连通；回热器的冷侧进口与高压储罐的出口相连通，回热器的冷侧出口和燃气锅炉的进口相连通；燃气锅炉的出口与透平的进口相连通，透平出口与回热器的热侧进口相连通，回热器的热侧出口与第一级冷却器进口相连通，第一级冷却器出口与第二级冷却器进口相连通，第二级冷却器出口与低压储罐进口相连通；
8.燃气锅炉的烟气出口与烟气冷却器相连通；
9.所述可再生能源装置和透平用于电负荷供应，输出电能；
10.所述第一级冷却器和压缩式热泵用于供热负荷供应；
11.所述第二级冷却器和烟气冷却器用于热水负荷供应；
12.所述压缩式热泵用于冷负荷供应；
13.所述低压储罐、压缩机和高压储罐用于储能，压缩机用于消纳得多余电力，将电能存储在高压储罐中。
14.进一步的，所述压缩co2储能发电系统内的工质为超临界co2。
15.进一步的，运行所述带压缩co2储能的分布式能源系统实现电负荷、热负荷、热水
负荷及冷负荷供应的联产。
16.进一步的，所述可再生能源装置和透平产生电负荷供应，输出电能；而所述低压储罐、压缩机和高压储罐将多余电能进行储存；电能输出和电能储存交替进行，实现电能的动态平衡。
17.进一步的，具体操作为：
18.可再生能源装置产生的电能和透平驱动发电机产生的电能并入内部公共电网，并由内部公共电网送到用户；当可再生能源装置输出电负荷大于用户需求时，压缩机消纳多余电力，即压缩机将低压储罐中的低压co2压缩为高压co2，并存储在高压储罐中，实现电能的存储；
19.当可再生能源装置输出电负荷小于用户需求时，高压储罐中存储的高压co2经回热器和燃气锅炉加热后，成为高温高压co2，之后进入透平做功，透平带动发电机发电，弥补电力不足；透平的排气经回热器回热放热后，依次被第一级冷却器和第二及冷却器冷却，成为低压co2存储在低压储罐中；
20.循环进行上述的发电和储能，co2工质在系统中实现闭式连续循环。
21.进一步的，第一级冷却器和压缩式热泵提供热负荷，具体操作为：
22.第一级冷却器换热后热侧的co2工质温度高，输出热负荷；
23.压缩式热泵由产生的电负荷的电力驱动，将第二级冷却器换热后输出的co2工质进行加热，转化成高温工质，提供热负荷。
24.进一步的，第二级冷却器和烟气冷却器提供热水负荷，具体操作为：
25.第二级冷却器的热侧输出的co2和烟气冷却器的热侧烟气用于加热水，为用户提供热水负荷。
26.进一步的，压缩式热泵输出冷负荷，具体操作为：
27.在冷负荷运行工况下，压缩式热泵由产生的电负荷的电力驱动，从用户端取热，为用户提供冷负荷。
28.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
29.本发明提供一种带压缩co2储能的分布式能源系统及联产方法，能够消纳可再生能源，通过布置压缩co2储能，能够进一步提高可再生能源消纳能力，从而可以减少天然气消耗，降低系统碳排放；可以提高系统能量利用水平和系统经济性。
30.进一步的，当系统电负荷供应突然增大时，压缩co2储能可以将多余电力进行间接存储，而避免了燃气锅炉和透平侧的突然降负荷或停机操作，保证设备稳定运行，减少设备启停次数和变负荷动作，提高设备寿命。
附图说明
31.图1为本发明的带压缩co2储能的分布式能源系统的结构示意图。
32.其中：1-压缩机；2-高压储罐；3-回热器；4-燃气锅炉；5-透平；6-第一级冷却器；7-第二及冷却器；8-低压储罐；9-可再生能源装置；10-压缩式热泵。
33.本发明的高压为经压缩机压缩后的状态，低压为在透平做功完成的状态。
具体实施方式
34.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
35.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
36.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
37.一种带压缩co2储能的分布式能源系统，包括压缩co2储能发电系统、可再生能源装置9和压缩式热泵10；其中，压缩co2储能发电系统包括压缩机1、高压储罐2、回热器3、燃气锅炉4、透平5、第一级冷却器6、第二及冷却器7和低压储罐8；压缩机1进口与低压储罐8出口相连通，压缩机1出口与高压储罐2进口相连通；回热器3冷侧进口与高压储罐2出口相连通，回热器3冷侧出口和燃气锅炉4进口相连通；透平5进口与燃气锅炉4出口相连通，透平5出口与回热器3热侧进口相连通；回热器3热侧出口与第一级冷却器6进口相连通；第一级冷却器6出口与第二级冷却器7进口相连通；第二级冷却器7出口与低压储罐8进口相连通；
38.燃气锅炉4的烟气出口与烟气冷却器11相连通；
39.所述可再生能源装置9和透平5构成电负荷供应系统，输出的电能并入内部公共电网，并由内部公共电网送到用户；
40.所述第一级冷却器6和压缩式热泵10构成供热负荷供应系统；
41.所述第二级冷却器7和烟气冷却器11构成热水负荷供应系统；
42.所述压缩式热泵10构成冷负荷供应系统。
43.所述低压储罐8、压缩机1和高压储罐2构成储能系统，压缩机1从内部公共电网消纳多余电力，将电能间接存储在高压储罐2中。
44.所述压缩co2储能发电系统工质为超临界co2。
45.一种带压缩co2储能的分布式能源系统的联产方法：
46.电负荷来源于可再生能源装置9和透平5，可再生能源装置9生产的电能和透平5驱动发电机生产的电能并入内部公共电网，并由内部公共电网送到用户；当可再生能源装置9输出电负荷大于用户需求时，压缩机1消纳多余电力，即压缩机1将低压储罐8中的低压co2压缩为高压co2，并存储在高压储罐2中，实现电能的间接存储；当可再生能源装置9输出电负荷小于用户需求时，高压储罐2中存储的高压co2经回热器3和燃气锅炉4加热后，成为高温高压co2，然后进入透平5做功，透平5带动发电机发电，弥补电力不足；透平5排气经过回热器3回热放热后，继续依次被第一级冷却器6和第二及冷却器7冷却后，成为低压co2，并存储在低压储罐8中；当电负荷供应持续不足时，压缩机1启动运行，将低压储罐8中co2压缩后
送入高压储罐2内，co2在整个系统中实现闭式连续循环，低压储罐8和高压储罐2将成为co2工质的输送通道，co2输出量和输入量相等，罐中的co2量不再变化。
47.供热负荷由第一级冷却器6和压缩式热泵10提供，第一级冷却器6热侧co2工质温度较高，可以输出供热负荷；压缩式热泵10由内部公共电网的电力驱动，将第二级冷却器7的低温热量转化成高温热量，为用户提供采暖热负荷。
48.热水负荷由第二级冷却器7和烟气冷却器11提供，第二级冷却器7热侧co2和烟气冷却器11热侧烟气温度较低，用于加热水，为用户提供热水负荷，从而减少能量损失，提高系统能量综合利用水平。
49.冷负荷由压缩式热泵10提供，压缩式制冷系统和制热系统设备和工艺流程都相同，即压缩式热泵10也可以制冷，在冷负荷运行工况下，压缩式热泵10同样由内部公共电网的电力驱动，但是将不从第一级冷却器7取热，而是从用户取热，从而为用户提供冷负荷。
50.本发明的目的在于提供一种带压缩co2储能的分布式能源系统及方法，该系统引入压缩co2储能系统，当整个系统电负荷供应大于用户需求时，通过压缩机将低压储罐中的低压co2压缩为高压co2，并存储在高压储罐中，实现了能量的存储；当系统电负荷供应小于用户需求时，高压储罐中的高压co2通过加热后进入透平做功，提供电负荷。该系统可以降低燃气锅炉及透平等设备的启停次数，提高设备寿命；能够提高对可再生能源的消纳能力，提高系统能量利用水平和系统经济性；能够减少天然气消耗，降低系统碳排放。
51.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

技术特征：
1.一种带压缩co2储能的分布式能源系统，其特征在于，包括压缩co2储能发电系统、可再生能源装置(9)和压缩式热泵(10)；所述压缩co2储能发电系统包括压缩机(1)、高压储罐(2)、回热器(3)、燃气锅炉(4)、透平(5)、第一级冷却器(6)、第二及冷却器(7)和低压储罐(8)；压缩机(1)的进口与低压储罐(8)的出口相连通，压缩机(1)的出口与高压储罐(2)的进口相连通；回热器(3)的冷侧进口与高压储罐(2)的出口相连通，回热器(3)的冷侧出口和燃气锅炉(4)的进口相连通；燃气锅炉(4)的出口与透平(5)的进口相连通，透平(5)出口与回热器(3)的热侧进口相连通，回热器(3)的热侧出口与第一级冷却器(6)进口相连通，第一级冷却器(6)出口与第二级冷却器(7)进口相连通，第二级冷却器(7)出口与低压储罐(8)进口相连通；燃气锅炉(4)的烟气出口与烟气冷却器(11)相连通；所述可再生能源装置(9)和透平(5)用于电负荷供应，输出电能；所述第一级冷却器(6)和压缩式热泵(10)用于供热负荷供应；所述第二级冷却器(7)和烟气冷却器(11)用于热水负荷供应；所述压缩式热泵(10)用于冷负荷供应；所述低压储罐(8)、压缩机(1)和高压储罐(2)用于储能，压缩机(1)用于消纳得多余电力，将电能存储在高压储罐(2)中。2.根据权利要求1所述的带压缩co2储能的分布式能源系统，其特征在于，所述压缩co2储能发电系统内的工质为超临界co2。3.根据权利要求1或2所述的带压缩co2储能的分布式能源系统的联产方法，其特征在于，运行所述带压缩co2储能的分布式能源系统实现电负荷、热负荷、热水负荷及冷负荷供应的联产。4.根据权利要求3所述的带压缩co2储能的分布式能源系统的联产方法，其特征在于，所述可再生能源装置(9)和透平(5)产生电负荷供应，输出电能；而所述低压储罐(8)、压缩机(1)和高压储罐(2)将多余电能进行储存；电能输出和电能储存交替进行，实现电能的动态平衡。5.根据权利要求4所述的带压缩co2储能的分布式能源系统的联产方法，其特征在于，具体操作为：可再生能源装置(9)产生的电能和透平(5)驱动发电机产生的电能并入内部公共电网，并由内部公共电网送到用户；当可再生能源装置(9)输出电负荷大于用户需求时，压缩机(1)消纳多余电力，即压缩机(1)将低压储罐(8)中的低压co2压缩为高压co2，并存储在高压储罐(2)中，实现电能的存储；当可再生能源装置(9)输出电负荷小于用户需求时，高压储罐(2)中存储的高压co2经回热器(3)和燃气锅炉(4)加热后，成为高温高压co2，之后进入透平(5)做功，透平(5)带动发电机发电，弥补电力不足；透平(5)的排气经回热器(3)回热放热后，依次被第一级冷却器(6)和第二及冷却器(7)冷却，成为低压co2存储在低压储罐(8)中；循环进行上述的发电和储能，co2工质在系统中实现闭式连续循环。6.根据权利要求3所述的带压缩co2储能的分布式能源系统的联产方法，其特征在于，第一级冷却器(6)和压缩式热泵(10)提供热负荷，具体操作为：第一级冷却器(6)换热后热侧的co2工质温度高，输出热负荷；
压缩式热泵(10)由产生的电负荷的电力驱动，将第二级冷却器(7)换热后输出的co2工质进行加热，转化成高温工质，提供热负荷。7.根据权利要求3所述的带压缩co2储能的分布式能源系统的联产方法，其特征在于，第二级冷却器(7)和烟气冷却器(11)提供热水负荷，具体操作为：第二级冷却器(7)的热侧输出的co2和烟气冷却器(11)的热侧烟气用于加热水，为用户提供热水负荷。8.根据权利要求3所述的带压缩co2储能的分布式能源系统的联产方法，其特征在于，压缩式热泵(10)输出冷负荷，具体操作为：在冷负荷运行工况下，压缩式热泵(10)由产生的电负荷的电力驱动，从用户端取热，为用户提供冷负荷。

技术总结
本发明公开了一种带压缩CO2储能的分布式能源系统及联产方法，属于分布式能源系统领域。本发明的带压缩CO2储能的分布式能源系统，包括压缩CO2储能发电系统、可再生能源装置、压缩式热泵和烟气冷却器；压缩CO2储能发电系统包括相连通的压缩机、高压储罐、回热器、燃气锅炉、透平、第一级冷却器、第二及冷却器和低压储罐。本发明通过布置压缩CO2储能，进一步提高了可再生能源消纳能力，从而可以减少天然气消耗，降低系统碳排放。本发明可以提高系统能量利用水平和系统经济性。本发明可以降低燃气锅炉及透平等设备的启停次数，提高设备寿命。提高设备寿命。提高设备寿命。


技术研发人员：张旭伟 张磊 蒋世希 吴帅帅 张一帆 姚明宇 李红智
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：2023.01.10
技术公布日：2023/6/12