二氧化碳捕集储能系统及控制方法与流程

1.本发明属于储能技术领域，具体涉及一种二氧化碳捕集储能系统及控制方法。


背景技术：

2.压缩气体储能技术是一种能够实现大容量和长时间电能存储的电力储能系统，通过压缩机将常压气体压缩至高压并储存的方式来存储多余电力，在需要用电时将高压气体释放并膨胀发电。压缩气体储能主要有压缩空气储能和压缩二氧化碳储能方式。
3.相关技术中的储能系统，高压的二氧化碳经过预热器后直接进入膨胀机内进行发电，二氧化碳的发电能力较小，并且未能发挥二氧化碳捕集作用，导致其功能较为单一和薄弱。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种二氧化碳捕集储能系统，可以提高储能系统的发电能力并具备低能耗二氧化碳捕集功能。
5.本发明实施例的二氧化碳捕集储能系统，包括：储气罐，所述储气罐用于储存空气和二氧化碳；空气压缩单元，所述空气压缩单元与所述储气罐相连，所述空气压缩单元与所述储气罐相连以向所述储气罐内输送压缩空气；二氧化碳压缩单元，所述二氧化碳压缩单元与所述储气罐连通用于压缩所述储气罐内的气态二氧化碳以形成液态二氧化碳并分离及捕集所述二氧化碳发电单元生成的二氧化碳；储液单元，所述储液单元与所述二氧化碳压缩单元相连以储存由所述二氧化碳压缩单元排出的液态二氧化碳；二氧化碳发电单元，所述二氧化碳发电单元包括依次相连的二氧化碳预热器、燃烧室和二氧化碳膨胀机，所述二氧化碳预热器的一端与所述储液单元相连，所述二氧化碳预热器的另一端与所述燃烧室相连，所述燃烧室的出口与所述二氧化碳膨胀机的进口相连，所述二氧化碳膨胀机的出口与所述储气罐相连。所述二氧化碳发电单元用于所述储液单元的液态二氧化碳气化及燃烧加热至高温然后膨胀发电。
6.本发明实施例的二氧化碳捕集储能系统，可以提高能量利用率以及发电效率。
7.在一些实施例中，所述储气罐内具有空气腔和二氧化碳腔，所述空气腔与所述空气压缩单元连通，所述二氧化碳腔与所述二氧化碳压缩单元连通，和/或，所述二氧化碳发电单元还包括二氧化碳回热器和气水分离器，所述二氧化碳回热器设在所述二氧化碳预热器和所述二氧化碳膨胀机之间，所述气水分离器设在所述二氧化碳预热器和所述储气罐之间。
8.在一些实施例中，所述二氧化碳捕集储能系统还包括制氧部件，所述制氧部件的纯氧输出口与所述燃烧室相连。
9.在一些实施例中，所述储液单元包括储液罐和液体加热器，所述储液罐的出口分别与所述二氧化碳预热器和液体加热器相连，所述液体加热器的出口与所述储液罐的进口
相连。
10.在一些实施例中，所述二氧化碳压缩单元包括依次相连的二氧化碳压缩机、二氧化碳换热器、二氧化碳冷凝器和不凝性气体分离器，所述不凝性气体分离器的出口与所述储液罐的进口相连，所述不凝性气体分离器分离出来的不凝性气体输入所述空气腔，分离出来的液体二氧化碳一部分进行直接捕集，其余输送至所述储液单元。
11.在一些实施例中，所述二氧化碳捕集储能系统还包括第一储热单元，所述第一储热单元包括第一冷罐和第一热罐，所述第一冷罐的出口与所述二氧化碳换热器相连，所述第一冷罐的进口与所述二氧化碳预热器相连，所述第一热罐的进口与所述二氧化碳换热器一端相连，所述第一热罐的出口与所述二氧化碳换热器的另一端相连。
12.在一些实施例中，所述空气压缩单元包括依次相连的空气压缩机和空气换热器，所述空气换热器的出口与所述储气罐连通。
13.在一些实施例中，所述二氧化碳捕集储能系统还包括空气发电单元，所述空气发电单元包括第一空气膨胀机、第二空气膨胀机和空气预热器，所述空气预热器的进口与所述储气罐相连，所述空气预热器的出口分别与所述第一空气膨胀机和第二空气膨胀机相连，所述第二空气膨胀机的出口与所述二氧化碳预热器的一端相连，所述二氧化碳预热器的另一端与所述制氧部件的进口相连。
14.在一些实施例中，所述二氧化碳捕集储能系统还包括第二储热单元，所述第二储热单元包括第二冷罐和第二热罐，所述第二冷罐的进口与所述液体加热器的出口相连，所述第二冷罐的出口与所述空气换热器的一端相连，所述第二热罐的进口与所述空气换热器的另一端相连，所述第二热罐的出口与所述空气预热器的一端相连，所述空气预热器的另一端与所述液体加热器的进口相连。
15.本发明实施例的二氧化碳捕集储能控制方法，利用如上述任一项实施例所述的系统，所述方法包括：二氧化碳捕集储能系统进行储能时，储气罐内的二氧化碳腔向外排出气态二氧化碳，且二氧化碳压缩单元将气态二氧化碳压缩成液态二氧化碳，并将液体二氧化碳中由释能时燃烧室中燃料纯氧燃烧产生的二氧化碳进行分离和捕集，其余液体二氧化碳输送至储液单元，空气压缩单元将大气中的空气压缩并输送至储气罐内的空气腔内以使空气腔与二氧化碳腔压力保持恒定与平衡；二氧化碳捕集储能系统进行释能时，储液罐内的液态二氧化碳排至二氧化碳发电单元，二氧化碳发电单元利用液态二氧化碳，将液态二氧化碳气化并在燃烧室中的二氧化碳气氛中直接纯氧燃烧补热，以及通过二氧化碳膨胀机膨胀发电产生电能，储气罐内的空气腔内的压缩空气分为两路，一路压缩空气排至空气发电单元，空气发电单元利用压缩空气完全膨胀发电产生电能，另一路压缩空气排至空气发电单元部分膨胀发电后形成较低压力的压缩空气进入制氧部件产生氧气供燃烧室使用。
附图说明
16.图1是本发明实施例的二氧化碳捕集储能系统的结构示意图。
17.附图标记：储气罐100，空气压缩单元200，二氧化碳压缩单元300，储液单元400，二氧化碳发
电单元500，制氧部件600，第一储热单元700，空气发电单元800，第二储热单元900，二氧化碳预热器1，第一换热通道101，第二换热通道102，第三换热通道103，第四换热通道104，燃烧室2，二氧化碳膨胀机3，二氧化碳回热器4，第五换热通道41，第六换热通道42，气水分离器5，储液罐6，液体加热器7，第七换热通道71，第八换热通道72，第九换热通道73，二氧化碳压缩机8，二氧化碳换热器9，第十换热通道91，第十一换热通道92，二氧化碳冷凝器10，不凝性气体分离器11，第一冷罐12，第一热罐13，空气压缩机14，空气换热器15，第十二换热通道151，第十三换热通道152，第一空气膨胀机16，第二空气膨胀机17，空气预热器18，第十四换热通道181，第十五换热通道182，第二冷罐19，第二热罐20，空气腔21，二氧化碳腔22，隔膜23，液体泵24。
具体实施方式
18.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
19.如图1所示，本发明实施例的二氧化碳捕集储能系统，包括储气罐100、空气压缩单元200、二氧化碳压缩单元300、储液单元400和二氧化碳发电单元500，储气罐100用于储存空气和二氧化碳，空气压缩单元200与储气罐100相连，空气压缩单元200与储气罐100相连以向储气罐100内输送压缩空气，二氧化碳压缩单元300与储气罐100连通用于压缩储气罐100内的气态二氧化碳以形成液态二氧化碳，储液单元400与二氧化碳压缩单元300相连以储存由二氧化碳压缩单元300排出的液态二氧化碳，二氧化碳发电单元500包括依次相连的二氧化碳预热器1、燃烧室2和二氧化碳膨胀机3，二氧化碳预热器1的一端与储液单元400相连，二氧化碳预热器1的另一端与燃烧室2相连，燃烧室2的出口与二氧化碳膨胀机3的进口相连，二氧化碳膨胀机3的出口与储气罐100相连。
20.具体地，如图1所示，储气罐100具有第一口和第二口，第一口与空气压缩单元200连通，第二口与二氧化碳压缩单元300连通，二氧化碳压缩单元300与储液单元400相连，需要说明的是，二氧化碳压缩单元300可以将气态的二氧化碳压缩成液态的二氧化碳并由储液单元400储存，储液单元400的出口与二氧化碳发电单元500相连。
21.具体地，二氧化碳预热器1内部具有相互独立且可进行热交换的第一换热通道101、第二换热通道102、第三换热通道103和第四换热通道104，储液单元400的出口与第三换热通道103的进口连通，第三换热通道103的出口与燃烧室2连通，燃烧室2上还具有氧气进口和燃料进口，燃烧室2的出口与二氧化碳膨胀机3相连。
22.需要说明的是，经过燃烧室2后的二氧化碳温度可达到1000℃以上。
23.例如，燃料可以为化石燃料，其燃烧后生产二氧化碳和水，例如，燃料可以为天然气。
24.本发明实施例的二氧化碳捕集储能系统，二氧化碳经过二氧化碳预热器1和燃烧室2加热后，可以提高二氧化碳的温度，从而提高二氧化碳膨胀机3的发电能力，并且燃烧室产生的二氧化碳能够用于二氧化碳膨胀机做功产生电能，由二氧化碳膨胀机排出的二氧化碳又重新进入储气罐内存储，不仅提高了能源利用率，还可以将燃烧室产生的气体进行回收，特别是可以对燃烧室产生的二氧化碳进行捕集，可以提高储能系统的发电能力并具备低能耗二氧化碳捕集功能。
25.在一些实施例中，二氧化碳发电单元500还包括二氧化碳回热器4和气水分离器5，二氧化碳回热器4设在二氧化碳预热器1和二氧化碳膨胀机3之间，气水分离器5设在二氧化碳预热器1和储气罐100之间。
26.具体地，如图1所示，二氧化碳回热器4内具有相互独立且可进行热交换第五换热通道41和第六换热通道42，第六换热通道42的进口与第三换热通道103的出口连通，第六换热通道42的出口与燃烧室2连通，第五换热通道41的进口与二氧化碳膨胀机3的出口连通，第五换热通道41的出口与第二换热通道102的进口连通，第二换热通道102的出口与气水分离器5的进口连通，气水分离器5的排气口与储气罐100连通。
27.通过设置气水分离器5，且气水分离器5将二氧化碳膨胀机3排出的气体进行气水分离后将二氧化碳收集至储气罐100内，实现了二氧化碳的捕集，从而提高能源利用率，并且二氧化碳膨胀机3排出的气体经过二氧化碳回热器4和二氧化碳预热器1才进入气水分离器5，可以利用二氧化碳膨胀机3排出气体的温度，二氧化碳膨胀机3的排气余热得到充分利用，提高了能量利用率。
28.在一些实施例中，二氧化碳捕集储能系统还包括制氧部件600，制氧部件600的纯氧输出口与燃烧室2相连。
29.具体地，如图1所示，制氧部件600可以为制氧机，制氧部件600的纯氧出气口与燃烧室2的进气口连通，通过向燃烧室2内持续供应纯的氧气，使燃料在燃烧室2内燃烧产生高温热量，可以对二氧化碳持续加热提高其温度，保证了二氧化碳膨胀机3的发电功率。
30.在一些实施例中，储液单元400包括储液罐6和液体加热器7，储液罐6的出口分别与二氧化碳预热器1和液体加热器7相连，液体加热器7的出口与储液罐6的进口相连。
31.具体地，如图1所示，液体加热器7内具有相互的独立且可进行热交换的第七换热通道、第八换热通道72和第九换热通道73，储液罐6的出口分成两股，一股进入二氧化碳预热器1内的第三换热通道103的进口，一股进入液体加热器7内的第七换热通道71，第七换热通道71的出口与储液罐6的进口连通。
32.可选地，储液罐6的出口处设有液体泵24，通过设置液体泵24，可以提高液体二氧化碳压力和液体二氧化碳供应的稳定性。需要说明的是，经过液体泵24后的二氧化碳压力可达到10mpa以上。
33.通过设置液体加热器7，且液体加热器7内的第七换热通道71的进出口分别连通储液罐6的出口和进口维持了储液罐6内部的压力，保证了液态二氧化碳出液的平稳性，进而提高二氧化碳膨胀机3发电的稳定性。
34.在一些实施例中，二氧化碳压缩单元300包括依次相连的二氧化碳压缩机8、二氧化碳换热器9、二氧化碳冷凝器10和不凝性气体分离器11，不凝性气体分离器11的出口与储液罐6的进口相连。
35.不凝性气体分离器11上部具有输出不凝性气体的出口，下部具有输出多余液体二氧化碳的出口。
36.可选地，不凝性气体的出口可以与储气罐内的空气腔连通，利用不凝气体维持空气腔内的压力，节省部分空气压缩单元的能耗，还可以利用不凝气体为空气发电单元提供原料，从而提高能源利用率和发电效率。
37.需要说明的是，储气罐100内排出的气态二氧化碳经过二氧化碳压缩单元300后形成液态的二氧化碳，且二氧化碳压缩单元300的压力可以为6mpa以上。
38.具体地，如图1所示，二氧化碳换热器9内具有相互独立且可进行热交换的第十换热通道91和第十一换热通道92，二氧化碳压缩机8的进口与储气罐100连通，二氧化碳的出口与第十换热通道91的进口连通，第十换热通道91的出口与二氧化碳冷凝器10连通，二氧化碳冷凝器10的出口与不凝性气体分离器11的进口连通，不凝性气体分离器11的出液口与储液罐6的进口连通，不凝性气体分离器11的出气口与外界连通，同时，通过不凝性气体分离器11输出系统内多余的液体二氧化碳并直接捕集。通过设置二氧化碳压缩单元300可以将储气罐100内的二氧化碳压缩成液体并储存在储气罐100内，提高二氧化碳的储能量，相比于建立储气库可以减小二氧化碳储能的占地面积。
39.在一些实施例中，二氧化碳捕集储能系统还包括第一储热单元700，第一储热单元700包括第一冷罐12和第一热罐13，第一冷罐12的出口与二氧化碳换热器9相连，第一冷罐12的进口与二氧化碳预热器1相连，第一热罐13的进口与二氧化碳换热器9一端相连，第一热罐13的出口与二氧化碳换热器9的另一端相连。
40.需要说明的是，第一冷罐12和第一热罐13内储存有储热介质，在二氧化碳压缩单元300处于储能运行工况时，用于将二氧化碳压缩过程的压缩热进出储存。
41.具体地，如图1所示，第一冷罐12的出口与第十一换热通道92的进口连通，第一冷罐12的进口与第一换热通道101的出口连通，第一热罐13的进口与第十一换热通道92的出口连通，第一热罐13的出口与第一换热通道101的进口连通，通过设置第一储热单元700，可以将二氧化碳压缩过程中产生的预热利用在二氧化碳发电单元500中的预热中，从而提高了能量的利用率。
42.在一些实施例中，空气压缩单元200包括依次相连的空气压缩机14和空气换热器15，空气换热器15的出口与储气罐100连通。
43.具体地，如图1所示，空气换热器15内具有相互独立且可进行热交换的第十二换热通道151和第十三换热通道152，空气压缩机14的进口与大气连通，空气压缩机14的出口与第十二换热通道151的进口连通，第十二换热通道151的出口与储气罐100连通。
44.通过设置空气压缩机14和空气换热器15，可以对空气进行压缩并储存在储气罐100内，空气换热器15可以对空气压缩过程中产生的热量进行利用，提高能量利用率。
45.在一些实施例中，二氧化碳捕集储能系统还包括空气发电单元800，空气发电单元800包括第一空气膨胀机16、第二空气膨胀机17和空气预热器18，空气预热器18的进口与储气罐100相连，空气预热器18的出口分别与第一空气膨胀机16和第二空气膨胀机17相连，第二空气膨胀机17的出口与二氧化碳预热器1的一端相连，二氧化碳预热器1的另一端与制氧部件600的进口相连。
46.具体地，如图1所示，空气预热器18内具有相互独立且可进行热交换的第十四换热
通道181和第十五换热通道182，第十五换热通道182的进口与储气库的出口连通，第十五换热通道182的出口分别与第一空气膨胀机16和第二空气膨胀机17的进口连通，第二空气膨胀机17的出口与第四换热通道104的进口连通，第四换热通道104的出口与制氧机的进口连通。
47.通过设置第一空气膨胀机16和第二空气膨胀机17可以利用储气罐100内的压缩空气进行发电，从而可以同时进行二氧化碳发电和空气发电，提高储能系统的发电功率，从而提高储能系统的电力调峰效果。第二空气膨胀机17的排气余热可以用于二氧化碳的预热，从而提高能量利用率，经过二氧化碳预热器1后的空气，压力约为0.6mpa，温度常温，可以作为制氧部件600的空气来源，无需外接气源，减小了设备投入成本并降低能耗。
48.在一些实施例中，二氧化碳捕集储能系统还包括第二储热单元900，第二储热单元900包括第二冷罐19和第二热罐20，第二冷罐19的进口与液体加热器7的出口相连，第二冷罐19的出口与空气换热器15的一端相连，第二热罐20的进口与空气换热器15的另一端相连，第二热罐20的出口与空气预热器18的一端相连，空气预热器18的另一端与液体加热器7的进口相连。
49.具体地，如图1所示，第二冷罐19的出口与第十三换热通道152的进口连通，第十三换热通道152的出口与第二热罐20的进口连通，第二热罐20的出口与第十四换热通道181的进口连通，第十四换热通道181的出口与第八换热通道72的进口连通，第八换热通道72的出口与第二冷罐19的进口连通。
50.利用空气压缩过程中产生的热量提供给空气预热以及液体二氧化碳的加热，提高了能量利用率。
51.在一些实施例中，储气罐100内具有空气腔21和二氧化碳腔22，空气腔21与空气压缩单元200连通，二氧化碳腔22与二氧化碳压缩单元300连通。
52.具体地，如图1所示，储气罐100内具有隔膜23，隔膜23将储气罐100的内部空间分隔成空气腔21和二氧化碳腔22，空气腔21分别与第十二换热通道151的出口以及第十五换热通道182连通，二氧化碳腔22分别与二氧化碳压缩机8的进口与气水分离器5的出口连通。通过隔膜23将储气罐100分隔成二氧化碳腔22和空气腔21，可以调节空气腔21和二氧化碳腔22的压力和容量。
53.需要说明的是，储气罐100可以为可承受压力的固定容积的地面或地下容器，优选压力3mpa以下；其内部由不受张力作用的柔性隔膜23分隔成至少一个空气腔21和至少一个二氧化碳腔22，空气腔21和二氧化碳腔22压力相等并可通过柔性隔膜23的缩放调节两者的容积分配，二氧化碳腔22中的二氧化碳所处的物性状态为气态。
54.本发明实施例的二氧化碳捕集储能控制方法，利用上述实施例中的系统，包括：储气罐内的二氧化碳腔向外排出气态二氧化碳，且二氧化碳压缩单元将气态二氧化碳压缩成液态二氧化碳，并将液体二氧化碳中由释能时所述燃烧室中燃料纯氧燃烧产生的二氧化碳进行分离和捕集，其余液体二氧化碳输送至所述储液单元，空气压缩单元将大气中的空气压缩并输送至储气罐内的空气腔内以使空气腔与二氧化碳腔压力保持恒定与平衡。
55.储液罐内的液态二氧化碳排至二氧化碳发电单元，二氧化碳发电单元利用液态二氧化碳，将液态二氧化碳气化并在所述燃烧室中的二氧化碳气氛中直接纯氧燃烧补热，以及通过所述二氧化碳膨胀机膨胀发电产生电能，储气罐内的空气腔内的压缩空气分为两
路，一路压缩空气排至空气发电单元，空气发电单元利用压缩空气完全膨胀发电产生电能，另一路压缩空气排至空气发电单元部分膨胀发电后形成较低压力的压缩空气进入所述制氧部件产生氧气供燃烧室使用。
56.下面参照图1描述本发明实施例的二氧化碳捕集储能系统的运行过程。
57.储能阶段：初始阶段空气腔21处于放空状态且二氧化碳腔22充满带有规定压力的二氧化碳气体，例如2.5mpa，储能阶段包括同时进行的二氧化碳压缩液化过程和空气压缩储能过程。
58.二氧化碳压缩液化过程为：二氧化碳气体从二氧化碳腔22输出并经二氧化碳压缩机8压缩至高压，例如7mpa，期间利用二氧化碳换热器9回收气体二氧化碳压缩热并将高压二氧化碳通过二氧化碳冷凝器10向环境释放热量并液化后输送至不凝性气体分离器11，不凝性气体排入空气腔21，部分多余的二氧化碳液体由不凝性气体分离器底部的出口排出并直接捕集，其余的二氧化碳液体输送至储液罐6。空气压缩储能过程为：空气压缩机14将来自大气的空气压缩至与二氧化碳腔22相同的压力水平，并输入空气腔21，期间利用空气换热器15回收空气压缩热。储能阶段直至空气腔21充满、二氧化碳腔22放空时结束。
59.释能阶段，其包括同时进行的液体二氧化碳气化膨胀释能阶段和压缩空气膨胀释能过程；其中液体二氧化碳气化膨胀释能过程为：液体二氧化碳由液体泵24增压，例如12mpa，从储液罐6输出，再经二氧化碳预热器1加热后通入二氧化碳回热器4加热，再进入燃烧室2由燃烧纯氧燃料加热至高温，其温度为1000℃以上，再进入二氧化碳膨胀机3膨胀发电，二氧化碳压力降至与空气腔21相同的压力水平，二氧化碳膨胀机3排气经二氧化碳回热器4和二氧化碳预热器1用于加热二氧化碳，再经气水分离器5分离出水，再输入二氧化碳腔22。
60.二氧化碳预热热量可来自第一储热单元700及第二空气膨胀机17排气余热，从液体泵输出的一小股液体二氧化碳流入液体加热器7使液体二氧化碳加热气化，返至储液罐6，以维持储液罐6压力，液体加热器7所需热量由第二储热单元900的余热及环境提供。
61.压缩空气膨胀释能过程为：空气腔21输出压缩空气经空气预热器18加热，空气预热器18热量来自第二储热单元900，再分两股，一股进入第二空气膨胀机17膨胀发电后压力降至制氧部件600所需原料空气的压力并将余热传递给二氧化碳预热器1，另一股进入第一空气膨胀机16膨胀发电后压力降至常压释放至大气。
62.释能阶段直至空气腔21放空、二氧化碳腔22充满时结束。
63.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
64.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
65.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
66.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征
ꢀ“
上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
67.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、
ꢀ“
示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
68.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种二氧化碳捕集储能系统，其特征在于，包括：储气罐，所述储气罐用于储存空气和二氧化碳；空气压缩单元，所述空气压缩单元与所述储气罐相连，所述空气压缩单元与所述储气罐相连以向所述储气罐内输送压缩空气；二氧化碳压缩单元，所述二氧化碳压缩单元与所述储气罐连通用于压缩所述储气罐内的气态二氧化碳以形成液态二氧化碳；储液单元，所述储液单元与所述二氧化碳压缩单元相连以储存由所述二氧化碳压缩单元排出的液态二氧化碳；二氧化碳发电单元，所述二氧化碳发电单元包括依次相连的二氧化碳预热器、燃烧室和二氧化碳膨胀机，所述二氧化碳预热器的一端与所述储液单元相连，所述二氧化碳预热器的另一端与所述燃烧室相连，所述燃烧室的出口与所述二氧化碳膨胀机的进口相连，所述二氧化碳膨胀机的出口与所述储气罐相连，所述二氧化碳发电单元用于所述储液单元的液态二氧化碳气化及燃烧加热至高温然后膨胀发电，所述二氧化碳压缩单元还可分离及捕集所述二氧化碳发电单元生成的二氧化碳。2.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集储能系统，其特征在于，所述储气罐内具有空气腔和二氧化碳腔，所述空气腔与所述空气压缩单元连通，所述二氧化碳腔与所述二氧化碳压缩单元连通，和/或，所述二氧化碳发电单元还包括二氧化碳回热器和气水分离器，所述二氧化碳回热器设在所述二氧化碳预热器和所述二氧化碳膨胀机之间，所述气水分离器设在所述二氧化碳预热器和所述储气罐之间。3.根据权利要求2所述的二氧化碳捕集储能系统，其特征在于，还包括制氧部件，所述制氧部件的纯氧输出口与所述燃烧室相连。4.根据权利要求3所述的二氧化碳捕集储能系统，其特征在于，所述储液单元包括储液罐和液体加热器，所述储液罐的出口分别与所述二氧化碳预热器和液体加热器相连，所述液体加热器的出口与所述储液罐的进口相连。5.根据权利要求4所述的二氧化碳捕集储能系统，其特征在于，所述二氧化碳压缩单元包括依次相连的二氧化碳压缩机、二氧化碳换热器、二氧化碳冷凝器和不凝性气体分离器，所述不凝性气体分离器的出口与所述储液罐的进口相连，所述不凝性气体分离器分离出来的不凝性气体输入所述空气腔，分离出来的液体二氧化碳一部分进行直接捕集，另一部分输送至所述储液单元。6.根据权利要求5所述的二氧化碳捕集储能系统，其特征在于，还包括第一储热单元，所述第一储热单元包括第一冷罐和第一热罐，所述第一冷罐的出口与所述二氧化碳换热器相连，所述第一冷罐的进口与所述二氧化碳预热器相连，所述第一热罐的进口与所述二氧化碳换热器一端相连，所述第一热罐的出口与所述二氧化碳换热器的另一端相连。7.根据权利要求4-6中任一项所述的二氧化碳捕集储能系统，其特征在于，所述空气压缩单元包括依次相连的空气压缩机和空气换热器，所述空气换热器的出口与所述储气罐连通。8.根据权利要求7所述的二氧化碳捕集储能系统，其特征在于，还包括空气发电单元，所述空气发电单元包括第一空气膨胀机、第二空气膨胀机和空气预热器，所述空气预热器的进口与所述储气罐相连，所述空气预热器的出口分别与所述第一空气膨胀机和第二空气
膨胀机相连，所述第二空气膨胀机的出口与所述二氧化碳预热器的一端相连，所述二氧化碳预热器的另一端与所述制氧部件的进口相连。9.根据权利要求8所述的二氧化碳捕集储能系统，其特征在于，还包括第二储热单元，所述第二储热单元包括第二冷罐和第二热罐，所述第二冷罐的进口与所述液体加热器的出口相连，所述第二冷罐的出口与所述空气换热器的一端相连，所述第二热罐的进口与所述空气换热器的另一端相连，所述第二热罐的出口与所述空气预热器的一端相连，所述空气预热器的另一端与所述液体加热器的进口相连。10.一种二氧化碳捕集储能控制方法，其特征在于，利用如权利要求1-9中任一项所述的系统，所述方法包括：二氧化碳捕集储能系统进行储能时，储气罐内的二氧化碳腔向外排出气态二氧化碳，且二氧化碳压缩单元将气态二氧化碳压缩成液态二氧化碳，并将液体二氧化碳中由释能时燃烧室中燃料纯氧燃烧产生的二氧化碳进行分离和捕集，其余液体二氧化碳输送至储液单元，空气压缩单元将大气中的空气压缩并输送至储气罐内的空气腔内以使空气腔与二氧化碳腔压力保持恒定与平衡；二氧化碳捕集储能系统进行释能时，储液罐内的液态二氧化碳排至二氧化碳发电单元，二氧化碳发电单元利用液态二氧化碳，将液态二氧化碳气化并在燃烧室中的二氧化碳气氛中直接纯氧燃烧补热，以及通过二氧化碳膨胀机膨胀发电产生电能，储气罐内的空气腔内的压缩空气分为两路，一路压缩空气排至空气发电单元，空气发电单元利用压缩空气完全膨胀发电产生电能，另一路压缩空气排至空气发电单元部分膨胀发电后形成较低压力的压缩空气进入制氧部件产生氧气供燃烧室使用。

技术总结
本发明公开了一种二氧化碳捕集储能系统及控制方法，所述二氧化碳捕集储能系统包括储气罐、空气压缩单元、二氧化碳压缩单元、储液单元和二氧化碳发电单元，储气罐用于储存空气和二氧化碳，空气压缩单元与储气罐相连，空气压缩单元与储气罐相连以向储气罐内输送压缩空气，二氧化碳压缩单元与储气罐连通用于压缩储气罐内的气态二氧化碳以形成液态二氧化碳，储液单元与二氧化碳压缩单元相连以储存由二氧化碳压缩单元排出的液态二氧化碳，二氧化碳发电单元包括依次相连的二氧化碳预热器、燃烧室和二氧化碳膨胀机，二氧化碳预热器位于储液单元和燃烧室之间。本发明的二氧化碳捕集储能系统，可以提高储能系统的发电能力并具备低能耗二氧化碳捕集功能。二氧化碳捕集功能。二氧化碳捕集功能。


技术研发人员：郑开云 周云 朱智慧 孙军歌 贾勐 刘唯 徐振宇 陶林 彭晓丽 池捷成
受保护的技术使用者：河南黄河能源创新中心有限公司
技术研发日：2023.08.16
技术公布日：2023/9/20