【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種基于綠碳循環的能源系統及其運行方法和控制方法。
技術介紹
1、甲醇，以其在常溫常壓下維持液態的特性，顯著區別于氫氣，展現出易儲存、運輸和攜帶的優點。與汽油和柴油相似的物理特性和安全標準，加之相較于天然氣僅占六分之一體積的能量密度，使其成為降低能源輸送成本的理想選擇。尤其值得一提的是，由可再生能源電解水制得的“綠氫”，進一步與生物質或碳捕集技術所得二氧化碳結合生成的“綠色甲醇”，不僅是碳封存的有效途徑，更是一條碳中和目標的現實路徑。構建以甲醇內燃機為核心的熱電聯產系統，輔以ccus（碳捕集、利用與封存）技術，不僅能滿足用戶的多元化能源需求，還能實現園區層面的零碳排放，彰顯出分布式供能系統的巨大潛力。
2、二氧化碳具有優秀的物理特性，尤其是其較低的臨界點（7.39mpa，31.4℃），遠優于空氣（3.77mpa，-140.5℃），賦予其一系列優異的熱力學屬性，如低黏度、高密度及良好導熱性能。當超臨界二氧化碳取代傳統水或水蒸氣作為循環工質時，不僅能顯著縮小系統組件尺寸，如管徑與換熱器，還能減少推動泵的功率需求，降低流動噪聲，尤其適合于用戶側的緊湊型供冷供熱系統。更重要的是，二氧化碳作為無毒、不可燃的工質，擁有極低的全球變暖潛能值（gwp），這使其在熱泵領域作為氟利昂等傳統制冷劑的替代品，展現出了廣闊的應用前景。
3、鑒于園區能源系統面臨的多類型需求與零碳排放挑戰，整合甲醇內燃機冷熱電三聯產與碳循環系統，結合超臨界二氧化碳儲能與熱泵技術，形成了一套高價值、前瞻性的綜合能源解決方案。這一系統不僅能
4、在現有技術中，綠色甲醇的主要消納途徑是作為傳統船用燃料的替代，此外，綠色甲醇會作為ccus技術中的短期碳封存介質或者綠氫的過度存儲介質，少有在園區能源系統中被消納使用的案例。另一方面，園區能源系統的熱力循環中，主要的循環介質以水和水蒸氣為主，通過水循環提取或釋放熱能，以達到向用戶供冷或供熱的目的。專利cn?117654394a公開了一種結合可再生能源近零排放的氫氣制取甲醇系統及方法，該方法通過可再生能源發電制取的綠氫和天然氣發電得到的二氧化碳制取甲醇，設計的系統對可再生能源發電水平的要求較高；專利cn?114899884?a公開了一種耦合二氧化碳捕集與利用的調峰發電系統與方法，該專利技術通過使用火電燃煤機組富裕發電功率制氫和燃煤過程中的碳排放，制取甲醇以降低燃煤機組的碳排放；專利cn?118105726?a公開了一種二氧化碳捕集與利用方法，該專利技術通過氨氣分解得到的富氫氣流制取甲醇以提升二氧化碳的捕集率和利用率。
5、目前，綠色甲醇的制取和使用場景主要在靠近集中式風光電站或傳統化石能源火電站的位置，遠離終端用戶，這主要是因為綠色甲醇的消費市場尚待開發，目前僅作為船用燃料的應用場景較為單一，且為買方市場，導致制取綠色甲醇的經濟效益不明朗，市場機制有待完善。鑒于此，綠色甲醇的生產在現階段更多地扮演著短期碳封存的角色，旨在削減火電機組的碳排放，或是利用其穩定的化學性質、高能量密度和便捷的存儲特性，作為綠氫的儲存與運輸媒介，通過甲醇重整制氫技術，在需求端將甲醇轉化為氫氣使用，以滿足多樣化能源需求。此外，傳統的熱泵系統和園區供冷供熱系統普遍采用水或水蒸氣作為循環工質，這不僅需要龐大的循環水管路和設備，占據寶貴的建筑空間，而且對管線布局提出了嚴格要求，尤其是在用戶側樓宇中。此外，大流量循環水的使用意味著更高的泵機功率和能耗，伴隨而來的是更大的噪音干擾，對用戶體驗構成一定影響。
技術實現思路
1、本專利技術要解決的技術問題是為了解決園區能源系統通常采用水或水蒸氣作為循環工質而導致能耗高、噪音大的問題，提供一種基于綠碳循環的能源系統及其運行方法和控制方法，該系統不僅保留了甲醇作為核心固碳介質的地位，利用甲醇內燃機快速啟停、負荷靈活的特點，為園區能源系統提供清潔動力，致力于構建零碳園區。更關鍵的是，系統設計中引入了超臨界二氧化碳作為循環工質，充分挖掘其高能量密度與低粘度的優勢，顯著提升了換熱效率，同時縮小了換熱器的體積，降低了流動噪音，使其更加適配用戶側的能源供應，為園區能源系統的規劃配置提供了一個新的選擇。
2、本專利技術是通過下述技術方案來解決上述技術問題：
3、本專利技術提供了一種基于綠碳循環的能源系統，其包括：甲醇供能模塊、甲醇再生模塊和二氧化碳熱泵儲能模塊；
4、所述甲醇供能模塊包括甲醇內燃機和第一發電機，所述甲醇內燃機驅動所述第一發電機，所述甲醇供能模塊為終端提供熱負荷和/或電負荷；
5、所述甲醇再生模塊包括二氧化碳捕集處理單元、甲醇合成單元和供氫單元，所述二氧化碳捕集處理單元與所述甲醇內燃機連通，用于收集所述甲醇內燃機產生的二氧化碳；所述二氧化碳捕集處理單元與所述甲醇合成單元連通，為所述甲醇合成單元提供二氧化碳；所述甲醇合成單元用于生成甲醇；所述供氫單元與所述甲醇合成單元連通，用于為所述甲醇合成單元提供氫氣；
6、所述二氧化碳熱泵儲能模塊包括冷媒循環單元和換熱循環單元，所述冷媒循環單元以二氧化碳為冷媒，利用所述第一發電機提供的能源驅動壓縮裝置將所述二氧化碳壓縮至超臨界狀態，并利用超臨界二氧化碳的膨脹做功驅動第二發電機發電為終端提供電負荷；所述換熱循環單元以二氧化碳為換熱循環介質，為所述冷媒循環單元的冷媒提供冷源和熱源，且所述換熱循環單元為終端提供熱負荷和冷負荷。
7、本專利技術中，所述冷媒循環單元較佳地包括低壓儲罐、蓄冷換熱器、壓縮機、再冷器、高壓儲罐、再熱器、膨脹機和第二發電機；所述低壓儲罐、所述蓄冷換熱器、所述壓縮機、所述再冷器、所述高壓儲罐、所述再熱器、所述膨脹機、所述蓄冷換熱器和所述低壓儲罐依次連通形成供冷媒流動的冷媒循環回路；所述膨脹機還與所述第二發電機連接，為所述第二發電機供能，所述第二發電機為終端提供電負荷。
8、所述換熱循環單元較佳地包括蓄冷罐和蓄熱罐，所述蓄冷罐、所述再冷器、所述蓄熱罐、所述再熱器和所述蓄冷罐依次連接形成供換熱循環介質流動的換熱循環回路，所述冷媒和所述換熱循環介質在所述再冷器或所述再熱器發生冷熱交換；所述蓄冷罐為終端提供冷負荷，所述蓄熱罐為終端提供熱負荷。
9、其中，所述低壓儲罐與所述蓄冷換熱器之間的進料管線上較佳地設置有第五調節閥，用于調節從低壓儲罐進入蓄冷換熱器的二氧化碳的量。
10、其中，所述高壓儲罐與所述再熱器之間的進料管線上較佳地設置有第六調節閥，用于調節從高壓儲罐進入再熱器的二氧化碳的量。
11、其中，所述蓄熱罐與所述再熱器之間的進料管線上較佳地設置有第七調節閥，用于調節從蓄熱罐進入再熱器的二氧化碳的量。
12、其中，所述蓄冷罐與所述再冷器之間的進料管線上較佳地設置有第八調節閥，用于調節從蓄冷罐進入再冷器的二氧化碳的量。
13、其中，所述低壓儲罐用于存儲液態二氧化碳，所述低壓儲罐的極限承受壓力本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于綠碳循環的能源系統，其特征在于，包括：甲醇供能模塊、甲醇再生模塊和二氧化碳熱泵儲能模塊；
2.如權利要求1的基于綠碳循環的能源系統，其特征在于，所述冷媒循環單元包括低壓儲罐、蓄冷換熱器、壓縮機、再冷器、高壓儲罐、再熱器、膨脹機和第二發電機；所述低壓儲罐、所述蓄冷換熱器、所述壓縮機、所述再冷器、所述高壓儲罐、所述再熱器、所述膨脹機、所述蓄冷換熱器和所述低壓儲罐依次連通形成供冷媒流動的冷媒循環回路；所述膨脹機還與所述第二發電機連接，為所述第二發電機供能，所述第二發電機為終端提供電負荷；
3.如權利要求1的基于綠碳循環的能源系統，其特征在于，所述供氫單元為電解水單元，所述電解水單元由所述第二發電機供能，進一步的，所述電解水單元產生的氧氣導入所述甲醇內燃機為其充分燃燒供氧；更進一步的，所述甲醇再生模塊還包括用于存儲電解水單元電解得到的氫氣和氧氣的氫氣儲罐和氧氣儲罐，所述氫氣儲罐為所述甲醇合成單元供氫，所述氧氣儲罐為所述甲醇內燃機供氧；所述氫氣儲罐與所述甲醇合成單元的連接管線上較佳地設置有第三調節閥，所述氧氣儲罐與所述甲醇內燃機的連接管線上較佳地設置有第
4.如權利要求1的基于綠碳循環的能源系統，其特征在于，基于綠碳循環的能源系統滿足下述條件中的一種或多種：
5.如權利要求1的基于綠碳循環的能源系統，其特征在于，基于綠碳循環的能源系統滿足下述條件中的一種或多種：
6.一種如權利要求1~5中任一項的基于綠碳循環的能源系統的控制方法，其特征在于，其包括以下步驟：
7.如權利要求6的基于綠碳循環的能源系統的控制方法，其特征在于，符合以下條件中的一種或多種：
8.一種如權利要求1~6中任一項的基于綠碳循環的能源系統的運行方法，其特征在于，其包括以下步驟：
9.如權利要求8的基于綠碳循環的能源系統的運行方法，其特征在于，基于綠碳循環的能源系統的運行方法滿足下述條件中的一種或多種：
10.如權利要求8的基于綠碳循環的能源系統的運行方法，其特征在于，基于綠碳循環的能源系統的運行方法滿足下述條件中的一種或多種：
...【技術特征摘要】
1.一種基于綠碳循環的能源系統，其特征在于，包括：甲醇供能模塊、甲醇再生模塊和二氧化碳熱泵儲能模塊；
2.如權利要求1的基于綠碳循環的能源系統，其特征在于，所述冷媒循環單元包括低壓儲罐、蓄冷換熱器、壓縮機、再冷器、高壓儲罐、再熱器、膨脹機和第二發電機；所述低壓儲罐、所述蓄冷換熱器、所述壓縮機、所述再冷器、所述高壓儲罐、所述再熱器、所述膨脹機、所述蓄冷換熱器和所述低壓儲罐依次連通形成供冷媒流動的冷媒循環回路；所述膨脹機還與所述第二發電機連接，為所述第二發電機供能，所述第二發電機為終端提供電負荷；
3.如權利要求1的基于綠碳循環的能源系統，其特征在于，所述供氫單元為電解水單元，所述電解水單元由所述第二發電機供能，進一步的，所述電解水單元產生的氧氣導入所述甲醇內燃機為其充分燃燒供氧；更進一步的，所述甲醇再生模塊還包括用于存儲電解水單元電解得到的氫氣和氧氣的氫氣儲罐和氧氣儲罐，所述氫氣儲罐為所述甲醇合成單元供氫，所述氧氣儲罐為所述甲醇內燃機供氧；所述氫氣儲罐與所述甲醇合成單元的連接管線上較佳地...
【專利技術屬性】
技術研發人員：朱郁波，張海鋒，張艷梅，孫峣，姜梓培，
申請(專利權)人：上海電氣集團股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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