一种二氧化碳液化实现新能源储能的发电方法及系统与流程

1.本发明属于储能及发电行业技术领域，具体涉及一种二氧化碳液化实现新能源储能的发电方法及系统。


背景技术：

2.目前，风电和光伏新能源存在输出电功率和频率不稳定，对电网的安全稳定带来影响，也影响了新能源的消纳，普遍存在一定容量的弃风和弃光现象。例如冬季光照量不足，同时风力在不同时段具有波动性，会限制太阳能和风力电站发挥的调度作用，所以，为维护光热发电机组运行的稳定性，需设置储能系统，利用发电盈余在储能单元中多余的电能，如系统电能不够充足，可利用储能单元实现持续性供电。对于新能源存在输出功率和频率不稳定低品质电能，一般采用常规能源如火电、水电进行深度负荷调峰及agc调节负荷快速响应，这些储能一般采用充电电池、燃料化学电池、抽水蓄能等技术，并备用一定的风电和光伏新能源发电容量。但对大规模的风电和光伏新能源基地，充电电池和燃料化学电池容量不大，不能从根本上大规模消纳，而且西北地区缺水无法采用抽水蓄能技术。
3.近年来，印刷电路板式换热器的出现为超临界二氧化碳闭式布雷顿循环提供了高效紧凑式换热器，气体储能技术研发逐步展开，传统气体储能系统以高压空气储存，需要大型储气洞穴，其应用受到了地理条件的限制，因此将气体液化储存是一个主要发展方向。然而，空气的临界温度很低(
‑
140.62℃)，实现低温液态储存等方面存在着一定的困难。


技术实现要素：

4.为了克服以上技术问题，本发明提供了一种二氧化碳液化实现新能源储能的发电方法及系统，能够大规模消纳新能源，并将能量进行存储，从而根据需要可连续稳定的输出电功，并输出稳定的功率和频率。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
6.一种二氧化碳液化实现新能源储能的发电系统，包括二氧化碳液化压缩机2，所述二氧化碳液化压缩机2与发电机1相连，风电和光伏的发电通过发电机1带动二氧化碳液化压缩机2将二氧化碳气体液化，液化后的二氧化碳进入液化二氧化碳储存罐4储存，所述液化二氧化碳储存罐4的输出端分为两路，一路直接送入二氧化碳气轮机7做工，另一路通过换热器6升温后再送入二氧化碳气轮机7做工，做功后的二氧化碳气体经换热器6冷却后由循环泵9回送二氧化碳液化压缩机2，其中二氧化碳气轮机7与发电机8相连。
7.所述二氧化碳液化压缩机2上连接用于补充损失的二氧化碳气体的二氧化碳补气罐10。
8.所述二氧化碳液化压缩机2与液化二氧化碳储存罐4之间设置有逆止阀3。
9.所述液化二氧化碳储存罐4与二氧化碳气轮机7之间设置有逆止阀5，液化二氧化碳储存罐4中的液态二氧化碳通过逆止阀5后，经气化膨胀后升温的高压二氧化碳气体通过二氧化碳气轮机7带动发电机8输出稳定频率的电功率。
10.一种二氧化碳液化实现新能源储能的发电系统的使用方法，包括以下步骤；
11.风电和光伏新能源输出的电功通过发电机1带动二氧化碳液化压缩机2将二氧化碳气体液化，液化后的二氧化碳经过逆止阀3进入液化二氧化碳储存罐4储存，实现以液态二氧化碳方式将电功进行转换储存；
12.液化二氧化碳储存罐4中的液态二氧化碳通过逆止阀5后，经气化膨胀后升温的高压二氧化碳气体通过二氧化碳气轮机7带动发电机8输出稳定频率的电功，其中部分液态二氧化碳通过换热器6冷却气轮机7做功后的二氧化碳气体，降低二氧化碳气轮机7的排气压力提高气轮机真空度，以提高二氧化碳气轮机7的发电效率，通过换热器6冷却后的二氧化碳气体经过循环泵9进入二氧化碳液化压缩机2，实现连续循环。
13.所述液化二氧化碳储存罐4实现输入和输出电功率的调节，二氧化碳补气罐10用于补充损失的二氧化碳气体。
14.本发明的有益效果：
15.本发明通过二氧化碳液化存储电网无法消纳的风光能源，并根据电网需要利用液化二氧化碳气轮机发电，输出连续稳定的上网电功。相比空气，二氧化碳是一种具有状态良好，极具开发潜质的储能工质，临界参数低(31.06℃、7.38mpa)，易实现超临界状态，使热源的放热温度曲线和二氧化碳吸热温度曲线达到很好的匹配，可实现较高的能量转化效率。
16.超临界二氧化碳循环采用简单回热布置方式，但是并联一个低温换热器，利用超临界二氧化碳循环工质的大比热的特点，可用于回收相变膨胀产生的余热。在储能阶段，将太阳能和风能发电的多余电力为电动机提供动力，电动机驱动压缩机组，空气被等压压缩冷却液化并储存在储液罐中。在系统释能阶段，来自高压储液罐的二氧化碳工质在气化膨胀吸热后流经高压节流阀，进入换热器电加热升温，再进入膨胀透平做功发电，做完功后的气体存储在低压储气罐内待用。在用电负荷低谷期，利用多余的风电和光伏电能驱动压缩机将二氧化碳压缩为液态并进行储存；在用电负荷高峰期，释放并利用气
‑
液相变的高压二氧化碳驱动透平工作以驱动电机工作来发电。
17.由于二氧化碳液化及发电可以实现大规模、大容量、长寿命的储电和发电功率输出，将弃风和弃光能量回收存储，并通过二氧化碳气轮机实现稳定频率的电功率输出。一般二氧化碳液化压缩机的效率在80％以上，二氧化碳气
‑
液相变后膨胀发电效率在35％以上，则可实现28％的高品质能量回收。能量损失主要包括以下5个方面:压缩机效率问题导致的能量损失；二氧化碳经换热器的能量损失；储液罐的能量损失；气轮机效率问题导致的能量损失；末端排出废气包含的能量。其中，压缩空气在释放时经过减压阀节流减压至预定的较低压力，浪费了有用能导致系统效率低。等压压缩空气液化储能过程压力近似保持恒定，节省储存容器空间而且通过保持释放时压力的恒定，缓解系统效率低的问题。
附图说明
18.图1为本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
19.下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
20.如图1所示：当电网负荷已经足够，风电和光伏新能源发电无法上网存在弃风和弃
光。此时，风电和光伏的发电通过发电机1带动二氧化碳液化压缩机2将二氧化碳气体液化，液化后的二氧化碳经过逆止阀3进入液化二氧化碳储存罐4储存，实现以液态二氧化碳方式将电功进行转换储存。
21.当风电和光伏新能源可以正常上网时，除了风电和光伏新能源发电正常上网时，液化二氧化碳储存罐4中的液态二氧化碳通过逆止阀5后，经气化膨胀后升温的高压二氧化碳气体通过二氧化碳气轮机7带动发电机8输出稳定频率的电功率。
22.当风电和光伏新能源上网功率和频率不稳定存在弃风和弃光时，可以在实现以液态二氧化碳方式将电功进行转换储存的同时，液态二氧化碳直接通过逆止阀5后，经气化膨胀后升温的高压二氧化碳气体通过二氧化碳气轮机7带动发电机8输出稳定频率的电功率。
23.当电网负荷波动时，可以通过进出液化二氧化碳储存罐4中的液态二氧化碳流量调节，从而实现发电机8输出功率的快速响应，达到高品质调峰的能力，使垃圾电成为高品质电。
24.尽管本方法及系统装置的效率较低，由于二氧化碳气轮机发电单机容量可以做到300mw以上等级，并实现连续稳定长期的运行，因此可以实现现有技术设备如锂电池、燃料电池都无法实现的大规模化对弃风弃光的能量回收问题。同时，液化二氧化碳储存罐可以作为中间储能设备，可以实现大规模容量的输入和输出电功率的差异调节。本发明利用二氧化碳代替空气作为压缩气体储能系统的工作工质，相比于空气主要优点在于其临界点温度(31.1℃)高，低压液态下二氧化碳温度比空气高，装置安全性好，同时二氧化碳在常温下也能实现液态储存，大大减小液化难度。而且，高压法液化二氧化碳的钢瓶储存系统简单、不需要额外低温制冷节约能源、运行费用低。因此，对于风能和太阳能等可再生能源具有间歇性不能大规模接入电网，二氧化碳气
‑
液相变储能作为大规模储能技术可以调节电网负荷，削峰填谷，可缓解上述问题。因此本发明重点为新的储能方法大规模消纳风光新能源，并输出具有稳定电功率和频率，满足可上电网的高品质电能。