一种卡诺电池储能与CO2超-跨临界动力循环的联合发电系统技术方案

本发明专利技术提供一种卡诺电池储能与CO2超

【技术实现步骤摘要】
一种卡诺电池储能与CO2超
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跨临界动力循环的联合发电系统


[0001]本专利技术涉及工程热物理
，具体而言，尤其涉及一种卡诺电池储能与CO2超
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跨临界动力循环的联合发电系统。

技术介绍

[0002]卡诺电池是目前很有前途的一种储能技术，在卡诺电池中，电能以热能的形式存储，然后在放电过程中回收。充电可以通过不同的加热技术完成，而放电可以通过不同的热机技术完成。在卡诺电池中，电能(输入)用于在两种环境之间，即低温储热层和高温储热层之间建立温差。通过这种方式，储能器被充电，电能被存储为热当热量逆着温度梯度流动时，卡诺电池处于充电工况。在放电阶段，热通过热量从高温储热层向低温储热层转移而排放。热流为热机提供动力，后者将其转化为功，并将余热排放到低温储热层中，最后利用热机做的功重新产生电能。根据充放电过程中采用的不同热力学循环，如朗肯循环、跨临界二氧化碳循环、布雷顿循环等。
[0003]CO2超临界循环在提出之初被用作克服蒸汽朗肯循环和焦耳
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布雷顿循环的温度限制并应用于核反应堆和太阳能的光热转换装置。近年来，随着研究的不断发展，它由于具有效率高、设备体积小、资金成本低、工质安全稳定等特点，开始在余热回收领域进行研究与应用。CO2临界温度为31.1℃，临界压力为7.38MPa，其超临界状态较易实现。且CO2是天然工质，无毒无害，对环境友好；与蒸气朗肯循环相比，当热源温度高于820K时具有热效率高，系统紧凑，结构简单的优点。为了提高超临界二氧化碳循环的总热回收效率，还可以通过增加一个低温热驱动底循环来提高系统热效率，如跨临界CO2循环，可用于进一步回收SCO2动力循环的排放热。
[0004]目前国内外对于卡诺电池的研究主要集中在结构与性能优化，而将卡诺电池与余热梯级回收利用技术的联合相对较少，由于余热回收具有不确定性和间断性，当系统有用电需求时，余热回收不一定能即时产生相应的电能供给，需要一种大规模储能系统与高温余热梯级回收利用技术进行耦合。同时目前对于CO2超跨临界动力循环的联合发电与储能系统耦合的应用较少。

技术实现思路

[0005]根据上述提出的目前将卡诺电池与余热梯级回收利用技术的联合相对较少，对于CO2超跨临界动力循环的联合发电与储能系统耦合的应用较少的技术问题，而提供一种卡诺电池储能与CO2超
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跨临界动力循环的联合发电系统。本专利技术主要通过将卡诺电池储能系统、超临界CO2动力循环系统和跨临界CO2动力循环系统耦合，充分利用高温余热、卡诺电池储热及超临界CO2系统的余热，组成一种卡诺电池储能与CO2超
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跨临界动力循环的联合发电系统。
[0006]本专利技术采用的技术手段如下：
[0007]一种卡诺电池储能与CO2超
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跨临界动力循环的联合发电系统，包括：卡诺电池储
热系统、超临界CO2动力循环系统和跨临界CO2动力循环系统；所述卡诺电池储热系统与超临界CO2动力循环系统相连，用于储存工业余热，并在系统存在电力需求时释放热能为超临界CO2动力循环系统提供热源，所述超临界CO2动力循环系统与跨临界CO2动力循环系统相连，用于发电以及为跨临界CO2动力循环系统提供热源，所述跨临界CO2动力循环系统用于发电。
[0008]进一步地，所述卡诺电池储热系统包括换热器、压缩机Ⅰ、相变热储罐和膨胀阀，所述换热器的出口与所述压缩机Ⅰ的入口相连，所述压缩机Ⅰ的出口与所述相变热储罐的储热入口相连，所述相变热储罐的储热出口与所述膨胀阀的入口相连，所述膨胀阀的出口与换热器的入口相连；所述相变热储罐与所述超临界CO2动力循环系统相连。
[0009]进一步地，所述超临界CO2动力循环系统包括高温加热器、低温加热器、膨胀发电机Ⅰ、回热器Ⅰ、中间换热器、气体冷却器和压缩机Ⅱ，所述相变热储罐的放热出口与所述高温加热器的高温端入口相连，所述高温加热器的高温端出口与所述低温加热器的高温端入口相连，所述低温加热器的高温端出口与所述相变热储罐的放热入口相连；所述压缩机Ⅱ的出口与所述低温加热器的低温端入口和所述回热器Ⅰ的冷侧入口相连；所述回热器Ⅰ的冷侧出口与所述高温加热器的低温端入口相连；所述低温加热器的低温端出口与所述高温加热器的低温端入口相连，所述高温加热器的低温端出口与所述膨胀发电机Ⅰ的入口相连，所述膨胀发电机Ⅰ的入口与所述回热器Ⅰ的热侧入口相连，所述回热器Ⅰ的热侧出口与所述中间换热器的入口相连，所述中间换热器的出口与所述气体冷却器的入口相连，所述气体冷却器的出口与所述压缩机Ⅱ的进口相连；
[0010]所述超临界CO2动力循环系统通过中间换热器与所述跨临界CO2动力循环系统相连；
[0011]所述压缩机Ⅰ出口的热能储存在所述相变热储罐中，当系统有用电需求时，所述相变热储罐的热能通过放热工质输送至所述高温加热器及低温加热器作为热源，热源通过所述高温加热器为所述超临界CO2动力循环系统内的CO2循环介质提供热能。
[0012]进一步地，所述跨临界CO2动力循环系统包括膨胀发电机Ⅱ、冷凝器和工质泵，所述膨胀发电机Ⅱ的出口与所述冷凝器的入口相连，所述冷凝器的出口与所述工质泵的入口相连，所述工质泵的出口与所述中间换热器的低温端入口相连，所述中间换热器的低温端出口与所述膨胀发电机Ⅱ的入口相连；所述中间换热器由来自所述回热器Ⅰ的低温超临界CO2作为热源，热源通过所述中间换热器为所述跨临界CO2动力循环系统内的CO2循环工质提供热能。
[0013]进一步地，所述超临界CO2动力循环系统还可作为卡诺电池储热系统的顶循环，所述跨临界CO2动力循环系统作为卡诺电池储热系统的底循环，其中，所述高温加热器和低温加热器与所述相变热储罐断开连接，所述回热器Ⅰ与所述中间换热器断开连接，所述中间换热器与所述气体冷却器断开连接；
[0014]所述回热器Ⅰ的高温端出口与所述换热器的高温端入口相连，所述换热器的高温端入口与所述气体冷却器的入口相连，所述膨胀阀的出口与换热器的低温端入口相连，所述换热器的低温端入口与所述压缩机Ⅰ的入口相连；
[0015]所述相变热储罐的放热出口与所述中间换热器的高温端入口相连，所述中间换热器的高温端出口与所述相变热储罐的放热入口相连，所述工质泵的出口与所述中间换热器的低温端入口相连，所述中间换热器的低温端出口与所述膨胀发电机Ⅱ的入口相连。
[0016]进一步地，所述卡诺电池储能系统还包括回热器Ⅱ，所述回热器Ⅱ的高温端出口与所述膨胀阀的入口相连，所述相变热储罐的出口与所述回热器Ⅱ的高温端入口相连，所述回热器Ⅱ的低温端出口与所述压缩机Ⅰ的入口相连，所述换热器的出口与所述回热器Ⅱ的低温端入口相连。
[0017]进一步地，所述跨临界CO2动力循环系统还包括回热器Ⅲ，所述回热器Ⅲ的高温端出口与所述中间换热器的低温端入口相连，所述膨胀发电机Ⅱ的出口与所述回热器Ⅲ的低温端入口相连，所述回热器Ⅲ的低温端出口与所述冷凝器的入口相连。
[0018]进一步地，所述气体冷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卡诺电池储能与CO2超
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跨临界动力循环的联合发电系统，其特征在于，包括：卡诺电池储热系统、超临界CO2动力循环系统和跨临界CO2动力循环系统；所述卡诺电池储热系统与超临界CO2动力循环系统相连，用于储存工业余热，并在系统存在电力需求时释放热能为超临界CO2动力循环系统提供热源，所述超临界CO2动力循环系统与跨临界CO2动力循环系统相连，用于发电以及为跨临界CO2动力循环系统提供热源，所述跨临界CO2动力循环系统用于发电。2.根据权利要求1所述的卡诺电池储能与CO2超
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跨临界动力循环的联合发电系统，其特征在于，所述卡诺电池储热系统包括换热器(1)、压缩机Ⅰ(2)、相变热储罐(3)和膨胀阀(4)，所述换热器(1)的出口与所述压缩机Ⅰ(2)的入口相连，所述压缩机Ⅰ(2)的出口与所述相变热储罐(3)的储热入口相连，所述相变热储罐(3)的储热出口与所述膨胀阀(4)的入口相连，所述膨胀阀(4)的出口与换热器(1)的入口相连；所述相变热储罐(3)与所述超临界CO2动力循环系统相连。3.根据权利要求2所述的卡诺电池储能与CO2超
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跨临界动力循环的联合发电系统，其特征在于，所述超临界CO2动力循环系统包括高温加热器(5)、低温加热器(6)、膨胀发电机Ⅰ(7)、回热器Ⅰ(8)、中间换热器(9)、气体冷却器(10)和压缩机Ⅱ(11)，所述相变热储罐(3)的放热出口与所述高温加热器(5)的高温端入口相连，所述高温加热器(5)的高温端出口与所述低温加热器(6)的高温端入口相连，所述低温加热器(6)的高温端出口与所述相变热储罐(3)的放热入口相连；所述压缩机Ⅱ(11)的出口与所述低温加热器(6)的低温端入口和所述回热器Ⅰ(8)的冷侧入口相连；所述回热器Ⅰ(8)的冷侧出口与所述高温加热器(5)的低温端入口相连；所述低温加热器(6)的低温端出口与所述高温加热器(5)的低温端入口相连，所述高温加热器(5)的低温端出口与所述膨胀发电机Ⅰ(7)的入口相连，所述膨胀发电机Ⅰ(7)的入口与所述回热器Ⅰ(8)的热侧入口相连，所述回热器Ⅰ(8)的热侧出口与所述中间换热器(9)的入口相连，所述中间换热器(9)的出口与所述气体冷却器(10)的入口相连，所述气体冷却器(10)的出口与所述压缩机Ⅱ(11)的进口相连；所述超临界CO2动力循环系统通过中间换热器(9)与所述跨临界CO2动力循环系统相连；所述压缩机Ⅰ(2)出口的热能储存在所述相变热储罐(3)中，当系统有用电需求时，所述相变热储罐(3)的热能通过放热工质输送至所述高温加热器(5)及低温加热器(6)作为热源，热源通过所述高温加热器(5)为所述超临界CO2动力循环系统内的CO2循环介质提供热能。4.根据权利要求3所述的卡诺电池储能与CO2超
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跨临界动力循环的联合发电系统，其特征在于，所述跨临界CO2动力循环系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：王哲，夏睿，韩凤翚，纪玉龙，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：