【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于多能耦合储能热电联产，具体涉及一种基于跨临界二氧化碳储能的冷热电氢碳联产系统及方法。
技术介绍
1、与空气相比，二氧化碳临界压力适中，临界温度较高(7.38mpa，30.98℃)，容易实现液态或超临界态。二氧化碳液态和超临界态具有密度较大，可大大减小存储体积，因此，以其为储能工质有利于系统储能密度的提升。目前存在的压缩二氧化碳储能系统存在低品位压缩热利用不足，需要低压储罐储存二氧化碳的缺点，不利于提高系统效率和经济性。氢气具有密度大、清洁、无污染等一系列优势，因此制氢和储氢成为当前的热点研究方向。由于甲醇来源丰富、成本低廉，而且在常温常压下作为液体便于储存和运输。相比于工业制氢等其他制氢方式，甲醇制氢的能耗和成本都更低。甲醇进行制氢反应之前需要大量吸热，这将导致能耗的增加。甲醇裂解制氢反应产生一氧化碳运输也将导致运费增加，影响制氢的经济性。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于跨临界二氧化碳储能的冷热电氢碳联产系统及方法，通过将跨临界二氧化碳储能系统、甲醇水蒸气重整制氢系统、甲醇裂解制氢系统与喷射制冷系统相耦合，实现了跨临界二氧化碳储能系统低品位压缩热充分利用、避免了低压储罐的使用、实现了裂解产生的一氧化碳就地利用，同时具有冷热电氢碳多联产的优势，大幅提高了系统的经济性与储能密度。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于跨临界二氧化碳储能的冷热电氢碳联产方法，二氧化碳从常温常压经二氧化碳压缩机组压缩至超
3、进一步的，甲醇水蒸气重整制氢反应以及甲醇裂解制氢反应的产物温度为200℃-300℃，甲醇水蒸气重整制氢和甲醇裂解制氢产生的氢气进行存储；甲醇水蒸气重整制氢和甲醇裂解制氢所得氢气携带的热能通过换热器将水加热为高温蒸气，为喷射制冷单元提供能量，氢气在所述换热器中逆流换热，低压低温蒸气和高压高温蒸气经引射混合后冷凝，冷凝为水后分为两部分，一部分经升压水泵升压后存储储水罐中，另一部分为冷库提供冷量
4、进一步的，超临界二氧化碳膨胀做功发电后通过换热器向压缩式热泵单元提供热能，做功后的二氧化碳在所述换热器中逆流换热；超临界二氧化碳在膨胀机组中与高温烟气逆流换热。
5、基于同样的专利技术构思，本专利技术还提供一种基于跨临界二氧化碳储能的冷热电氢碳联产系统，包括太阳能发电单元、甲醇制氢单元以及依次连接的二氧化碳压缩机组、二氧化碳储罐以及膨胀机组；甲醇制氢单元中设置甲醇水蒸气重整制氢反应器、甲醇裂解制氢反应器、甲醇储罐及甲醇水储罐；二氧化碳压缩机组中设置第一换热器和第二换热器，第一换热器热侧入口设置甲醇水蒸气重整制氢反应器，第二换热器热侧入口处设置甲醇裂解制氢反应器，甲醇水储罐的出口依次连接第一换热器的冷侧和甲醇水蒸气重整制氢反应器，甲醇储罐的出口依次连接第二换热器冷侧和甲醇裂解制氢反应器；太阳能发电单元的电能输出端连接二氧化碳压缩机组、甲醇水蒸气重整制氢反应器以及甲醇裂解制氢反应器的电能输入端；膨胀机组中设置换热器，燃烧室出口连接膨胀机组中换热器的热侧入口，甲醇制氢单元的一氧化碳出口连接燃烧室的入口；甲醇制氢单元的二氧化碳出口连接二氧化碳压缩机组的进气口。
6、进一步的，还包括喷射制冷单元，喷射制冷单元包括依次连接的引射器、冷凝器、第一节流阀和冷库；冷凝器的出口还依次连接升压水泵、储水罐及换热器，换热器出口连接引射器的入口；甲醇水蒸气重整制氢反应器的出口设置第一分离器和换热器，甲醇裂解制氢反应器的出口设置第二分离器和换热器，储水罐设置两个出口分别连接甲醇水蒸气重整制氢反应器出口和甲醇裂解制氢反应器出口的换热器。
7、进一步的，第一分离器的出口还连接甲醇水储罐的出口或第一换热器的冷侧入口，甲醇裂解制氢反应器的出口还连接第二换热器的冷侧入口或甲醇储罐的出口。
8、进一步的，压缩式热泵单元，压缩式热泵单元包括依次连接的第七换热器、气液分离器、第三压缩机、供暖模块、储液罐及第二节流阀，第七换热器的热侧入口连接膨胀机组的气体出口。
9、进一步的，甲醇水蒸气重整制氢反应器采用套管式反应器，包括螺旋形流道、流道隔板、电磁感应铁芯、催化剂、电磁感应线圈、反应器外管以及反应器内管；反应器内管中设置电磁感应铁芯，反应器内管与电磁感应铁芯的空隙中装填催化剂；反应器外管与反应器内管之间通过流道隔板将流道分为螺旋形流道；反应器外管外壁缠绕电磁感应线圈；甲醇裂解制氢反应器与甲醇水蒸气重整制氢反应器采用同样的结构。
10、进一步的，反应器内管内部的电磁感应铁芯沿径向均匀分布，电磁感应铁芯长度由内圈到外圈逐渐变短；反应器外管保温材料制成，反应器内管及流道隔板导热材料制成，反应器内管和反应器外管坡度从反应器入口到出口逐渐增加。
11、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
12、本专利技术将跨临界二氧化碳储能、甲醇水蒸气重整制氢及甲醇裂解制氢相耦合，实现了储能的同时兼具制氢、制碳功能，甲醇重整制氢反应器和甲醇裂解制氢反应器用高温二氧化碳外热源的方式以及内部电加热的方式加热，利用太阳能为二氧化碳压缩机组、甲醇水蒸气重整制氢反应器和甲醇裂解制氢反应器供电，减少了弃风、弃光现象，提高能用利用率；采用甲醇重整反应产生的二氧化碳为储能工质，释能后将二氧化碳还可以进行售卖，可以提高系统收入的同时避免了低压二氧化碳储罐的投资，大幅提高了系统经济性。
13、进一步地，甲醇重整制氢反应器和甲醇裂解制氢反应器均采用电磁感应内热源方式进行加热，可以有效防止反应器的“冷点效应”，使催化剂各处均匀受热，有利于提升制氢效率。
14、进一步地，反应器入口处电磁感应铁芯分布较密且螺旋形管道坡度较缓，从而在吸热量较多的反应器入口处供热较多、吸热量较少的出口处供热较少，合理地利用了热源，进一步提升了反应器效率。
15、进一步地，甲醇裂解反应产生的一氧化碳短暂储存后进入燃烧室燃烧为高压二氧化碳补热，实现了一氧化碳的就地消耗，避免了运输，有助于提高系统经济性。
16、进一步地，系统可以实现冷热电氢碳的多联产，对资源进行充分利用，具有较高的经济性。
17、进一步地，甲醇水蒸气重整制氢反应器和甲醇裂解制氢反应器中电磁感应铁芯均匀分布，防止反应器的“冷点效应”。
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1.一种基于跨临界二氧化碳储能的冷热电氢碳联产方法，其特征在于，二氧化碳从常温常压经二氧化碳压缩机组压缩至超临界态存入二氧化碳储罐(8)，超临界二氧化碳从二氧化碳储罐(8)进入膨胀机组做功发电，二氧化碳压缩过程产生热能通过第一换热器(4)和第二换热器(7)分别向甲醇水蒸气重整制氢和甲醇裂解制氢过程提供热量，太阳能发电单元发电为二氧化碳压缩机组、甲醇水蒸气重整制氢反应器(3)以及甲醇裂解制氢反应器(6)提供电能；甲醇水蒸气重整制氢产生的二氧化碳输入二氧化碳压缩机组，甲醇裂解制氢产生的一氧化碳燃烧生成高温烟气，高温烟气通过换热器为膨胀机组中压缩二氧化碳膨胀释能提供热量。
2.根据权利要求1所述的基于跨临界二氧化碳储能的冷热电氢碳联产方法，其特征在于，甲醇水蒸气重整制氢反应以及甲醇裂解制氢反应的产物温度为200℃-300℃，甲醇水蒸气重整制氢和甲醇裂解制氢产生的氢气进行存储；甲醇水蒸气重整制氢和甲醇裂解制氢所得氢气携带的热能通过换热器将水加热为高温蒸气，为喷射制冷单元提供能量，氢气在所述换热器中逆流换热，低压低温蒸气和高压高温蒸气经引射混合后冷凝，冷凝为水后分为两部分，一部
3.根据权利要求1所述的基于跨临界二氧化碳储能的冷热电氢碳联产方法，其特征在于，超临界二氧化碳膨胀做功发电后通过换热器向压缩式热泵单元提供热能，做功后的二氧化碳在所述换热器中逆流换热；超临界二氧化碳在膨胀机组中与高温烟气逆流换热。
4.一种基于跨临界二氧化碳储能的冷热电氢碳联产系统，其特征在于，包括太阳能发电单元、甲醇制氢单元以及依次连接的二氧化碳压缩机组、二氧化碳储罐(8)以及膨胀机组；甲醇制氢单元中设置甲醇水蒸气重整制氢反应器(3)、甲醇裂解制氢反应器(6)、甲醇储罐(22)及甲醇水储罐(14)；二氧化碳压缩机组中设置第一换热器(4)和第二换热器(7)，第一换热器(4)热侧入口设置甲醇水蒸气重整制氢反应器(3)，第二换热器(7)热侧入口处设置甲醇裂解制氢反应器(6)，甲醇水储罐(14)的出口依次连接第一换热器(4)的冷侧和甲醇水蒸气重整制氢反应器(3)，甲醇储罐(22)的出口依次连接第二换热器(7)冷侧和甲醇裂解制氢反应器(6)；太阳能发电单元的电能输出端连接二氧化碳压缩机组、甲醇水蒸气重整制氢反应器(3)以及甲醇裂解制氢反应器(6)的电能输入端；膨胀机组中设置换热器，燃烧室(24)出口连接膨胀机组中换热器的热侧入口，甲醇制氢单元的一氧化碳出口连接燃烧室(24)的入口；甲醇制氢单元的二氧化碳出口连接二氧化碳压缩机组的进气口。
5.根据权利要求4所述的基于跨临界二氧化碳储能的冷热电氢碳联产系统，其特征在于，还包括喷射制冷单元，喷射制冷单元包括依次连接的引射器(17)、冷凝器(18)、第一节流阀(19)和冷库(20)；冷凝器(18)的出口还依次连接升压水泵(21)、储水罐(15)及换热器，换热器出口连接引射器(17)的入口；甲醇水蒸气重整制氢反应器(3)的出口设置第一分离器(30)和换热器，甲醇裂解制氢反应器(6)的出口设置第二分离器(31)和换热器，储水罐(15)设置两个出口分别连接甲醇水蒸气重整制氢反应器(3)出口和甲醇裂解制氢反应器(6)出口的换热器。
6.根据权利要求4所述的基于跨临界二氧化碳储能的冷热电氢碳联产系统，其特征在于，第一分离器(30)的出口还连接甲醇水储罐(14)的出口或第一换热器(4)的冷侧入口，甲醇裂解制氢反应器(6)的出口还连接第二换热器(7)的冷侧入口或甲醇储罐(22)的出口。
7.根据权利要求4所述的基于跨临界二氧化碳储能的冷热电氢碳联产系统，其特征在于，压缩式热泵单元，压缩式热泵单元包括依次连接的第七换热器(25)、气液分离器(32)、第三压缩机(26)、供暖模块(27)、储液罐(29)及第二节流阀(28)，第七换热器(25)的热侧入口连接膨胀机组的气体出口。
8.根据权利要求4所述的基于跨临界二氧化碳储能的冷热电氢碳联产系统，其特征在于，甲醇水蒸气重整制氢反应器(3)采用套管式反应器，包括螺旋形流道(34)、流道隔板(35)、电磁感应铁芯(36)、催化剂(37)、电磁感应线圈(38)、反应器外管(39)以及反应器内管(40)；反应器内管(40)中设置电磁感应铁芯(36)，反应器内管(40)与电磁感应铁芯(36)的空隙中装填催化剂(37)；反应器外管(39)与反应器内管(40)之间通过流道隔板(35)将流道分为螺旋形流道(34)；反应器外管外壁缠绕电磁感应线圈(38)；甲醇裂解制氢反应器(6)与甲醇水蒸气重整制氢反应器(3)采用同样的结构。
9.根据权利要求8所述的基于跨临...
【技术特征摘要】
1.一种基于跨临界二氧化碳储能的冷热电氢碳联产方法，其特征在于，二氧化碳从常温常压经二氧化碳压缩机组压缩至超临界态存入二氧化碳储罐(8)，超临界二氧化碳从二氧化碳储罐(8)进入膨胀机组做功发电，二氧化碳压缩过程产生热能通过第一换热器(4)和第二换热器(7)分别向甲醇水蒸气重整制氢和甲醇裂解制氢过程提供热量，太阳能发电单元发电为二氧化碳压缩机组、甲醇水蒸气重整制氢反应器(3)以及甲醇裂解制氢反应器(6)提供电能；甲醇水蒸气重整制氢产生的二氧化碳输入二氧化碳压缩机组，甲醇裂解制氢产生的一氧化碳燃烧生成高温烟气，高温烟气通过换热器为膨胀机组中压缩二氧化碳膨胀释能提供热量。
2.根据权利要求1所述的基于跨临界二氧化碳储能的冷热电氢碳联产方法，其特征在于，甲醇水蒸气重整制氢反应以及甲醇裂解制氢反应的产物温度为200℃-300℃，甲醇水蒸气重整制氢和甲醇裂解制氢产生的氢气进行存储；甲醇水蒸气重整制氢和甲醇裂解制氢所得氢气携带的热能通过换热器将水加热为高温蒸气，为喷射制冷单元提供能量，氢气在所述换热器中逆流换热，低压低温蒸气和高压高温蒸气经引射混合后冷凝，冷凝为水后分为两部分，一部分经升压水泵升压后存储储水罐中，另一部分为冷库提供冷量。
3.根据权利要求1所述的基于跨临界二氧化碳储能的冷热电氢碳联产方法，其特征在于，超临界二氧化碳膨胀做功发电后通过换热器向压缩式热泵单元提供热能，做功后的二氧化碳在所述换热器中逆流换热；超临界二氧化碳在膨胀机组中与高温烟气逆流换热。
4.一种基于跨临界二氧化碳储能的冷热电氢碳联产系统，其特征在于，包括太阳能发电单元、甲醇制氢单元以及依次连接的二氧化碳压缩机组、二氧化碳储罐(8)以及膨胀机组；甲醇制氢单元中设置甲醇水蒸气重整制氢反应器(3)、甲醇裂解制氢反应器(6)、甲醇储罐(22)及甲醇水储罐(14)；二氧化碳压缩机组中设置第一换热器(4)和第二换热器(7)，第一换热器(4)热侧入口设置甲醇水蒸气重整制氢反应器(3)，第二换热器(7)热侧入口处设置甲醇裂解制氢反应器(6)，甲醇水储罐(14)的出口依次连接第一换热器(4)的冷侧和甲醇水蒸气重整制氢反应器(3)，甲醇储罐(22)的出口依次连接第二换热器(7)冷侧和甲醇裂解制氢反应器(6)；太阳能发电单元的电能输出端连接二氧化碳压缩机组、甲醇水蒸气重整制氢反应器(3)以及甲醇裂解制氢反应器(6)的电能输入端；膨胀机组中设置换热器，燃烧室(24)出口连接膨胀机组中换热器的热侧入口，甲醇制氢单元的一氧化碳出口连接燃烧室(24)的入口；甲醇制氢单元的二氧化碳出口连接二氧化碳压缩机组的进气口...
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