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一種超臨界二氧化碳太陽能發電儲能一體化系統

  • 專利類型:發明專利
  • 有效期:不限
  • 發布日期:2021-10-27
  • 技術成熟度:詳情咨詢
交易價格: ¥面議
  • 法律狀態核實
  • 簽署交易協議
  • 代辦官方過戶
  • 交易成功

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  • 技術(專利)類型 發明專利
  • 申請號/專利號 CN201811199820.2 
  • 技術(專利)名稱 一種超臨界二氧化碳太陽能發電儲能一體化系統 
  • 項目單位 中國科學院工程熱物理研究所
  • 發明人 趙慶軍,趙巍,周小勇,項效镕,崔偉偉 
  • 行業類別
  • 技術成熟度 詳情咨詢
  • 交易價格 ¥面議
  • 聯系人 吳庸
  • 發布時間 2021-10-27  
  • 01

    項目簡介

    本發明公開了一種超臨界二氧化碳太陽能發電與儲能一體化系統,整個系統應用于可再生能源和智能電網領域。主要設備包括太陽能集熱器、換熱器、導熱油泵、管道、熔融鹽儲罐、閥門、主壓縮機、再壓縮機、高溫回熱器、低溫回熱器、透平、電動/發電機、冷凝器、離合器、控制系統等組成。本發明不僅可以應用于太陽能熱發電,還可以從電網中獲取能量,輔助電網調峰,此外設備所需要的冗余度更小,系統可靠性更高。
    展開
  • 02

    說明書

    1.一種超臨界二氧化碳太陽能發電儲能一體化系統,包括太陽能集熱儲熱單元和動力單元,其特征在于,--所述太陽能集熱儲熱單元,包括太陽能集熱器、加熱器、低溫熔融鹽儲罐、高溫熔融鹽儲罐、油鹽換熱器,所述加熱器為一導熱油/超臨界二氧化碳換熱器,所述太陽能集熱器、加熱器的高溫側、油鹽換熱器的導熱油換熱側通過管路依次連通形成一循環回路,且在所述加熱器高溫側的進口管路和出口管路之間還設置一帶有控制閥門的蓄熱旁路,所述加熱器高溫側的進口處設置一控制閥門;所述油鹽換熱器的熔融鹽換熱側一端與所述低溫熔融鹽儲罐連通,另一端與所述高溫熔融鹽儲罐連通;--所述動力單元,包括第一壓縮機、第一透平、第一電動/發電機、第一回熱器、冷凝器、第一高壓超臨界二氧化碳儲罐、第一低壓超臨界二氧化碳儲罐,其中,所述第一壓縮機的進氣口與所述第一低壓超臨界二氧化碳儲罐的出口通過帶有閥門的管路連通,所述第一壓縮機的排氣口與所述第一高壓超臨界二氧化碳儲罐的進口連通;所述第一高壓超臨界二氧化碳儲罐的出口依次經所述第一回熱器的冷側、加熱器的低溫側與所述第一透平的進氣口連通,所述第一高壓超臨界二氧化碳儲罐的出口還通過一帶有閥門的主壓旁路與所述第一透平的進氣口連通,且所述第一回熱器的冷側進口處設有閥門v2;所述第一透平包括帶有閥門v8的排氣管路、帶有閥門v9的回熱旁路,排氣管路依次經所述第一回熱器的熱側、冷凝器的熱側與所述第一低壓超臨界二氧化碳儲罐的進口連通,回熱旁路經所述冷凝器的熱側與所述第一低壓超臨界二氧化碳儲罐的進口連通;所述第一高壓超臨界二氧化碳儲罐的進口和出口之間還設有一帶有閥門的第一高壓旁通管路,所述第一低壓超臨界二氧化碳儲罐的進口和出口之間還設有一帶有閥門的第一低壓旁通管路;所述第一電動/發電機的兩端分別通過一離合器與第一壓縮機、第一透平機械連接。2.根據權利要求1所述的系統,其特征在于,所述太陽能集熱儲熱單元還包括一導熱油泵,所述導熱油泵設置在所述循環回路上,用以驅動所述循環回路中的導熱油在各部件之間循環流動。3.根據權利要求1所述的系統,其特征在于,所述太陽能集熱儲熱單元還包括一膨脹箱,所述膨脹箱設置在所述太陽能集熱器的出口管路上,以適應導熱油受熱體積增大以及在導熱油不足時進行補充。4.根據權利要求3所述的系統,其特征在于,所述膨脹箱上還設有導熱油補充管路和導熱油排放管路。5.根據權利要求1所述的系統,其特征在于,所述冷凝器的冷側通入冷卻液。6.根據權利要求1所述的系統,其特征在于,所述系統包括太陽能集熱儲熱工作模式、正常發電循環工作模式、壓縮儲能工作模式、膨脹釋能工作模式。7.根據權利要求6所述的系統,其特征在于,當太陽能充足時,啟動太陽能集熱儲熱工作模式,此時,太陽能集熱儲熱單元中的導熱油進入所述太陽能集熱器中,加熱后的高溫導熱油繞過所述加熱器高溫側,經所述蓄熱旁路通入所述油鹽換熱器的導熱油換熱側,所述低溫熔融鹽儲罐中的低溫熔融鹽被輸送至所述油鹽換熱器的熔融鹽換熱側而被導熱油換熱側中的高溫導熱油加熱至儲熱溫度后,通入所述高溫熔融鹽儲罐中。8.根據權利要求6所述的系統,其特征在于,當電網需要電能時,若太陽能充足或太陽能不足而儲熱充足,啟動正常發電循環工作模式,此時,所述第一電動/發電機切換為發電機模式且其兩端的離合器同時處于連接狀態,打開所述高壓旁通管路、低壓旁通管路,關閉所述主壓旁路、回熱旁路,并關閉太陽能集熱儲熱單元中的蓄熱旁路,所述第一壓縮機產生的高壓超臨界二氧化碳依次經所述高壓旁通管路、第一回熱器的冷側、所述加熱器的低溫側后通入所述第一透平,所述第一透平做功后的超臨界二氧化碳乏氣依次經所述第一回熱器的熱側、冷凝器的熱側后通入所述第一壓縮機再次進行壓縮。9.根據權利要求6所述的系統,其特征在于,當電網電能過剩時,所述系統切換至壓縮儲能工作模式,此時,僅打開所述第一低壓超臨界二氧化碳儲罐、第一壓縮機、第一高壓超臨界二氧化碳儲罐三個部件之間的連通管路,所述第一電動/發電機切換為電動機模式,電網為所述第一電動/發電機供電,所述第一電動/發電機透平端的離合器斷開,壓縮機端的離合器連接,所述第一低壓超臨界二氧化碳儲罐中的低壓超臨界二氧化碳進入所述第一壓縮機,所述第一壓縮機將低壓超臨界二氧化碳壓縮為高壓超臨界二氧化碳后通入并儲存在所述第一高壓超臨界二氧化碳儲罐中,完成電網電能的存儲。10.根據權利要求6所述的系統,其特征在于,當電網需要電能時,若太陽能不足且儲熱也不足,所述系統切換至膨脹釋能工作模式,此時,所述第一電動/發電機切換為發電機模式且其壓縮機端的離合器斷開、透平端的離合器連接,僅打開所述第一高壓超臨界二氧化碳儲罐與第一透平之間的主壓旁路以及所述第一透平的回熱旁路,所述第一高壓超臨界二氧化碳儲罐中的高壓超臨界二氧化碳通過所述主壓旁路直接進入所述第一透平做功,做功之后的低壓超臨界二氧化碳通過所述回熱旁路直接返回所述第一低壓超臨界二氧化碳儲罐,完成蓄能的釋放。11.根據權利要求6所述的系統,其特征在于,所述超臨界二氧化碳太陽能發電儲能一體化系統,還包括第二壓縮機、第二透平、第二電動/發電機、第二回熱器、第一分流器、第二分流器、第二高壓超臨界二氧化碳儲罐、第二低壓超臨界二氧化碳儲罐,其中,所述第二壓縮機的進氣口與所述第二低壓超臨界二氧化碳儲罐的出口通過帶有閥門v3’的管路連通,所述第二壓縮機的排氣口與所述第二高壓超臨界二氧化碳儲罐的進口連通;所述第一高壓超臨界二氧化碳儲罐的出口依次經所述閥門v2、第一回熱器的冷側、閥門v2’、第二回熱器的冷側、加熱器的低溫側與所述第二分流器的進口連通,所述第二分流器的兩個出口分別與所述第一透平、第二透平的進氣口連通;所述第二高壓超臨界二氧化碳儲罐的出口與閥門v2’的進口管路連通,且閥門v2’的進口管路與所述第二透平的進氣口之間通過一帶有閥門v1’的再壓旁路連通;所述第一透平、第二透平的排氣管路依次經所述閥門v8、第二回熱器的熱側、第一回熱器的熱側與第一分流器的進口連通,所述第一分流器的第一出口經冷凝器的熱側與所述第一低壓超臨界二氧化碳儲罐的進口連通,所述第一分流器的第二出口與所述第二低壓超臨界二氧化碳儲罐的進口連通,所述第一透平、第二透平的回熱旁路與所述第一分流器的進口連通;所述第二高壓超臨界二氧化碳儲罐的進口和出口之間還設有一帶有閥門的第二高壓旁通管路,所述第二低壓超臨界二氧化碳儲罐的進口和出口之間還設有一帶有閥門的第二低壓旁通管路;所述第二電動/發電機的兩端分別通過一離合器與第二壓縮機、第二透平機械連接。12.根據權利要求11所述的系統,其特征在于,當電網需要電能時,若太陽能充足或太陽能不足而儲熱充足,啟動正常發電循環工作模式,此時,所述第一電動/發電機、第二電動/發電機均切換為發電機模式且其兩端的離合器同時處于連接狀態,打開所述第一高壓旁通管路、第一低壓旁通管路、第二高壓旁通管路、第二低壓旁通管路,關閉所述主壓旁路、再壓旁路、回熱旁路,并關閉太陽能集熱儲熱單元中的蓄熱旁路,所述第一壓縮機產生的高壓超臨界二氧化碳依次經所述第一高壓旁通管路、第一回熱器的冷側后,與所述第二壓縮機產生的高壓超臨界二氧化碳匯流,之后依次經第二回熱器的冷側、所述加熱器的低溫側后通入所述第二分流器的進口,所述第二分流器的兩個出口分別連接所述第一透平、第二透平的進氣口,所述第一透平、第二透平做功后的超臨界二氧化碳乏氣依次經所述第二回熱器的熱側、第一回熱器的熱側后通入所述第一分流器的進口,所述第一分流器的兩個出口將所述超臨界二氧化碳乏氣分為兩路,一路經所述冷凝器的熱側后經所述第一低壓旁通管路通入所述第一壓縮機再次進行壓縮,另一路經所述第二低壓旁通管路通入所述第二壓縮機再次進行壓縮。13.根據權利要求11所述的系統,其特征在于,在正常發電循環工作模式下,當所述第一壓縮機、第一電動/發電機、和/或第一透平發生故障時,所述第一分流器將與所述冷凝器連通的一路的分流比調整為0,所述第二分流器將與所述第一透平連通的一路的分流比調整為0,并分別關閉閥門v2、v3,所有超臨界二氧化碳完全由所述第二壓縮機進行壓縮,并完全由所述第二透平膨脹做功,此時需提高第二壓縮機和第二透平的轉速,保證其與增大的流量匹配。14.根據權利要求11所述的系統,其特征在于,在正常發電循環工作模式下,當所述第二壓縮機、第二電動/發電機、和/或第二透平發生故障時,所述第一分流器將與所述第二壓縮機連通的一路的分流比調整為0,所述第二分流器將與所述第二透平連通的一路的分流比調整為0,并關閉閥門v3’,所有超臨界二氧化碳完全由所述第一壓縮機進行壓縮,并完全由所述第一透平膨脹做功,此時需提高第一壓縮機和第一透平的轉速,保證其與增大的流量匹配。15.根據權利要求11所述的系統,其特征在于,當電網電能過剩時,所述系統切換至壓縮儲能工作模式,此時,僅打開所述第一低壓超臨界二氧化碳儲罐、第一壓縮機、第一高壓超臨界二氧化碳儲罐之間的連通管路、以及所述第二低壓超臨界二氧化碳儲罐、第二壓縮機、第二高壓超臨界二氧化碳儲罐之間的連通管路,所述第一電動/發電機、第二電動/發電機切換為電動機模式,電網為所述第一電動/發電機、第二電動/發電機供電,所述第一電動/發電機、第二電動/發電機透平端的離合器斷開,壓縮機端的離合器連接,所述第一低壓超臨界二氧化碳儲罐中的低壓超臨界二氧化碳進入所述第一壓縮機,所述第二低壓超臨界二氧化碳儲罐中的低壓超臨界二氧化碳進入所述第二壓縮機,所述第一壓縮機將低壓超臨界二氧化碳壓縮為高壓超臨界二氧化碳后通入并儲存在所述第一高壓超臨界二氧化碳儲罐中,所述第二壓縮機將低壓超臨界二氧化碳壓縮為高壓超臨界二氧化碳后通入并儲存在所述第二高壓超臨界二氧化碳儲罐中,完成電網電能的存儲。16.根據權利要求11所述的系統,其特征在于,當電網需要電能時,若太陽能不足且儲熱也不足,所述系統切換至膨脹釋能工作模式,此時,所述第一電動/發電機、第二電動/發電機切換為發電機模式且其壓縮機端的離合器斷開、透平端的離合器連接,僅打開所述第一高壓超臨界二氧化碳儲罐與第一透平之間的主壓旁路、所述第二高壓超臨界二氧化碳儲罐與第二透平之間的再壓旁路以及所述第一透平的回熱旁路,所述第一高壓超臨界二氧化碳儲罐中的高壓超臨界二氧化碳通過所述主壓旁路直接進入所述第一透平做功,所述第二高壓超臨界二氧化碳儲罐中的高壓超臨界二氧化碳通過所述再壓旁路直接進入所述第二透平做功,做功之后的低壓超臨界二氧化碳通過所述回熱旁路并經過所述第一分流器被分別分流至所述第一低壓超臨界二氧化碳儲罐、第二低壓超臨界二氧化碳儲罐,完成蓄能的釋放。
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