利用空氣熱能的二氧化碳溫差相變儲能發(fā)電裝置及方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術公開了一種利用空氣熱能的二氧化碳溫差相變儲能發(fā)電裝置及方法，該裝置包括：儲液裝置、冷凝裝置和預熱裝置；儲液裝置用于儲存液態(tài)或固態(tài)二氧化碳，冷凝裝置用于在冬季將二氧化碳氣體冷卻、壓縮成液態(tài)或固態(tài)二氧化碳，并存儲到儲液裝置中；預熱裝置用于在夏季依靠外界空氣的熱量將存儲在儲液裝置中的液態(tài)或固態(tài)二氧化碳，加熱汽化成高壓二氧化碳氣體，推動發(fā)電透平做功發(fā)電；所述冷凝裝置和預熱裝置均設置有和外界換熱的換熱部件。本發(fā)明專利技術在氣溫低的時候將二氧化碳壓縮成液態(tài)或固態(tài)儲能，在氣溫高的時候，將儲存的液態(tài)或固態(tài)二氧化碳吸收外界熱量，汽化成二氧化碳氣體做功發(fā)電，提高能源利用率。提高能源利用率。提高能源利用率。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
利用空氣熱能的二氧化碳溫差相變儲能發(fā)電裝置及方法


[0001]本專利技術涉及能源儲存和發(fā)電
，特別是涉及一種利用空氣熱能的二氧化碳溫差相變儲能發(fā)電裝置及方法。

技術介紹

[0002]隨著社會經濟的發(fā)展，人們對于能源的需求量越來越大，但以化石能源為主的傳統(tǒng)能源是不可再生能源，隨著人類的日益消耗，日益減少，造成能源危機。同時，化石能源還會造成環(huán)境污染，排放的二氧化碳等溫室氣體會造成地球氣溫持續(xù)升高，造成極端天氣頻發(fā)。目前，大力發(fā)展新能源是替代化石能源的主要途徑。但新能源具有間歇性與波動性的特點，用戶使用電能的時間與可再生能源產生電能的時間很難保持一致性，例如光伏的發(fā)電高峰一般在中午，而用戶的用電高峰一般在日落前后。在新能源發(fā)電的高峰期及用電的低谷期(以下簡稱“新能源過剩”)，為了電網的穩(wěn)定，通常將多余的新能源發(fā)出的電能丟棄，造成能量浪費；而在新能源發(fā)電的低谷期及用電的高峰期(以下簡稱“電源緊張”)，如電源不足，有可能拉閘限電，造成一定的社會影響。因此，能量的存儲對于電力系統(tǒng)的調節(jié)具有重大意義。
[0003]在現(xiàn)有的儲能技術中，抽水蓄能較成熟，但依賴特定的地質條件，需要建在有山有水的地點；電化學儲能單位成本儲能較少，而且存在一定的安全風險。壓縮空氣儲能要么需要外界化石能源，要么儲能密度較低。
[0004]根據(jù)電網運行經驗，一般風電發(fā)電高峰期在冬季和春季，而冬季是一年中溫度最低的時候；用電高峰期一般在夏季，而夏季是一年中溫度最高的時候。冬季和夏季存在幾十攝氏度的溫差。
[0005]在冬季，風電發(fā)電電力通常較高，但在北方，大部分火電機組為供熱機組，所以每個承擔供熱任務的火電廠必須保留一定數(shù)量的運行機組，同時每臺機組必須保持一定出力才能滿足供熱需求，所以不能通過大量停火電機組來接納新能源。為此，能監(jiān)局制定了輔助服務規(guī)則，一些火電廠安裝了電鍋爐，通過在新能源過剩時利用電鍋爐供暖(這樣自身的出力可以降的較低)，來達到減小新能源棄電量的目的。但這種方式是純粹消耗新能源的，不能在夏季電源緊張的時候將電能釋放出來，因此，需要儲能措施來解決季節(jié)間新能源發(fā)電量不平衡的問題。
[0006]現(xiàn)有技術提出了一種基于二氧化碳氣液相變的儲能方法，該方法能將二氧化碳作為液態(tài)儲存起來，從而降低存儲體積，提高單位體積二氧化碳的儲存能量。但該方法并未揭示儲能、釋能溫度與儲能效率的關系，使用該方法的人通常會在常溫下壓縮二氧化碳至液態(tài)，這樣壓縮的壓力會很高，這樣不僅增加儲能時消耗的電能，也會增加儲液罐等設備的材料強度要求，而且常溫下液態(tài)二氧化碳的密度較小，占用體積較大，不利于減小儲液罐體積。同時，該方法并沒有指明如何使釋能時發(fā)出的電多于儲能時消耗的電，反而如果儲能、釋能溫度選取不合適，還會使釋能時發(fā)出的電顯著低于儲能時存儲的電，造成能量浪費。

技術實現(xiàn)思路

[0007]本專利技術的目的是提供一種利用空氣熱能的二氧化碳溫差相變儲能發(fā)電裝置及方法，在氣溫低的時候將二氧化碳壓縮成液態(tài)或固態(tài)儲能，在氣溫高的時候，將儲存的液態(tài)或固態(tài)二氧化碳吸收外界熱量，汽化成二氧化碳氣體做功發(fā)電，提高能源利用率。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本專利技術提供了如下方案：
[0009]一種利用空氣熱能的二氧化碳溫差相變儲能發(fā)電裝置，所述裝置包括儲液裝置、冷凝裝置和預熱裝置；所述儲液裝置用于儲存液態(tài)或固態(tài)二氧化碳，所述冷凝裝置與所述儲液裝置連接，所述冷凝裝置用于在溫度達到設定低溫時將二氧化碳氣體冷卻、壓縮成液態(tài)或固態(tài)二氧化碳，并存儲到儲液裝置中；所述預熱裝置與所述儲液裝置連接，所述預熱裝置用于在溫度達到設定高溫時依靠外界空氣的熱量將存儲在儲液裝置中的液態(tài)或固態(tài)二氧化碳，加熱汽化成高壓二氧化碳氣體，推動發(fā)電透平做功發(fā)電；所述冷凝裝置和預熱裝置均設置有和外界換熱的換熱部件。
[0010]進一步的，所述裝置還包括二氧化碳捕集裝置，所述二氧化碳捕集裝置與所述冷凝裝置連接，所述二氧化碳捕集裝置用于將火電廠或鋼鐵廠排放的廢氣過濾為純凈的二氧化碳氣體，輸送到所述冷凝裝置。
[0011]進一步的，所述二氧化碳捕集裝置的進氣口設置有排氣選擇閥，用于切換儲能狀態(tài)、與直接排出狀態(tài)。
[0012]進一步的，所述冷凝裝置包括壓縮機和換熱器，所述壓縮機的進氣口設置有預冷閥。
[0013]進一步的，所述冷凝裝置和預熱裝置分別設置，或者，所述冷凝裝置和預熱裝置合二為一，設置成一個同時具備冷凝和預熱功能的裝置。
[0014]本專利技術還提供了一種利用空氣熱能的二氧化碳溫差相變儲能發(fā)電方法，應用于上述的利用空氣熱能的二氧化碳溫差相變儲能發(fā)電裝置，包括以下步驟：
[0015]儲能過程：在溫度達到設定低溫時，二氧化碳氣體經過冷凝裝置，冷凝裝置設有和外界換熱的換熱部件，二氧化碳氣體在冷凝裝置內被充分冷卻至外界氣溫，然后壓縮成液態(tài)或固態(tài)二氧化碳，壓縮過程中，二氧化碳氣體溫度與外界氣溫保持基本一致，其中，若外界氣溫高于
?
56.6℃，則二氧化碳氣體被冷凝成液態(tài)，若外界氣溫低于
?
56.6℃，則二氧化碳氣體會被冷凝成固態(tài)，儲存在儲液裝置內，完成能量的存儲；
[0016]釋能發(fā)電過程：在溫度達到設定高溫時，儲液裝置中的液態(tài)或固態(tài)二氧化碳經過預熱裝置，預熱裝置設置和外界換熱的換熱部件，使二氧化碳汽化時溫度與外界氣溫保持基本一致，吸收外界空氣的熱量，汽化成飽和高壓二氧化碳氣體，推動發(fā)電透平做功，釋放能量。
[0017]進一步的，所述儲能過程中，由火電廠或鋼鐵廠排出的廢氣經過二氧化碳捕集裝置，凈化為純凈的二氧化碳氣體，輸送到冷凝裝置。
[0018]根據(jù)本專利技術提供的具體實施例，本專利技術公開了以下技術效果：本專利技術提供的利用空氣熱能的二氧化碳溫差相變儲能發(fā)電裝置及方法，包括儲液(儲干冰)裝置、冷凝裝置、預熱裝置，在溫度達到設定低溫時，例如冬季，二氧化碳氣體經冷凝裝置由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)或固態(tài)，完成儲能過程；在溫度達到設定高溫時，例如夏季，液態(tài)或固態(tài)二氧化碳經預熱裝置由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，完成釋能過程；冷凝裝置、預熱裝置表面安裝換熱部件，在低溫儲能時將外
界低溫傳給二氧化碳使其液化或凝華；在高溫釋能時將外界高溫傳給二氧化碳使其汽化或升華。本專利技術能在高溫時吸收外界空氣熱能轉化為電能，故高溫時釋放的電量多于低溫時吸收的電量，這是本專利技術比現(xiàn)有儲能方法主要的優(yōu)勢。同時，本專利技術在發(fā)電的同時可以為周圍居民提供制冷服務；發(fā)電時釋放出的二氧化碳純度較高，可以用作化工原料。
附圖說明
[0019]為了更清楚地說明本專利技術實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1為本專利技術實施例1中的利用空氣熱能的二氧化碳溫差相變儲能發(fā)電裝置的結構示意圖；
[0021]圖2為本專利技術實施例2中的利用空氣熱能的二氧化碳溫差相變儲能發(fā)電裝置的結構示意圖；<本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種利用空氣熱能的二氧化碳溫差相變儲能發(fā)電裝置，其特征在于，包括：儲液裝置、冷凝裝置和預熱裝置；所述儲液裝置用于儲存液態(tài)或固態(tài)二氧化碳，所述冷凝裝置與所述儲液裝置連接，所述冷凝裝置用于在溫度達到設定低溫時將二氧化碳氣體冷卻、壓縮成液態(tài)或固態(tài)二氧化碳，并存儲到儲液裝置中；所述預熱裝置與所述儲液裝置連接，所述預熱裝置用于在溫度達到設定高溫時依靠外界空氣的熱量將存儲在儲液裝置中的液態(tài)或固態(tài)二氧化碳，加熱汽化成高壓二氧化碳氣體，推動發(fā)電透平做功發(fā)電；所述冷凝裝置和預熱裝置均設置有和外界換熱的換熱部件。2.根據(jù)權利要求1所述的利用空氣熱能的二氧化碳溫差相變儲能發(fā)電裝置，其特征在于，所述裝置還包括二氧化碳捕集裝置，所述二氧化碳捕集裝置與所述冷凝裝置連接，所述二氧化碳捕集裝置用于將火電廠或鋼鐵廠排放的廢氣過濾為純凈的二氧化碳氣體，輸送到所述冷凝裝置。3.根據(jù)權利要求1所述的利用空氣熱能的二氧化碳溫差相變儲能發(fā)電裝置，其特征在于，所述二氧化碳捕集裝置的進氣口設置有排氣選擇閥，用于切換儲能狀態(tài)、與直接排出狀態(tài)。4.根據(jù)權利要求1所述的利用空氣熱能的二氧化碳溫差相變儲能發(fā)電裝置，其特征在于，所述冷凝裝置包括壓縮機和換熱器，所述壓縮機的進氣口設置有預...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：楊宏宇，張淑娥，
申請(專利權)人：楊宏宇，
類型：發(fā)明
國別省市：