[发明专利]一种利用内燃机余热的超临界二氧化碳储能系统及方法

说明书

本发明公开了一种利用内燃机余热的超临界二氧化碳储能系统及方法，该系统包含了含有双罐的储热系统和储能系统以及内燃机进排气系统。储热系统中，以水为介质吸收储能阶段多级压缩超临界二氧化碳的热能和内燃机排气的余热；储能系统中，以超临界二氧化碳代替空气，解决了压缩空气储能系统储能密度低，储气容器占据体积大的问题；内燃机进排气系统中，利用排气余热加热储热介质，利用电动机驱动涡轮，改善了传统涡轮增压器的涡轮迟滞问题。

技术领域

本发明涉及内燃机余热回收及储能技术领域，特别涉及一种用于利用内燃机余热的超临界二氧化碳储能系统及方法。

背景技术

压缩空气储能是目前主流的储能技术之一。该技术利用电网富余电能压缩空气至高压状态，释能时高压空气从高压罐流出经过辅助加热系统加热升温进入透平做功发电，实现削峰填谷的作用。该技术一方面通常采用化石燃料加热工质，与双碳目标不符；另一方面，对于商业化的压缩空气储能系统，因空气密度太小，需要体积很大的压力容器储存，若选择地下洞穴储气，则对地理条件又有诸多限制。压缩空气储能系统还存在储能密度低的问题。内燃机的废气温度可达500℃以上，具有很高的能量，这部分废气通过涡轮增压器后排入大气，造成了较大的能量损失。

本发明以解决压缩空气储能系统储能密度低，储气容器占据体积大为目的，提出了一种利用内燃机余热的超临界二氧化碳储能系统及方法。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种利用内燃机余热的超临界二氧化碳储能系统及方法，以超临界二氧化碳代替空气，以水为储热介质，采用二氧化碳多级压缩，级间冷却的方式，充分利用内燃机排气余热，达到提高储能系统储能密度，回收排气余热的目的。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种利用内燃机余热的超临界二氧化碳储能系统。包括含有热罐和冷罐的储热系统和超临界二氧化碳高低压储罐的储能系统以及内燃机进排气系统。

所述储热系统包括被管路相连的热罐、超临界二氧化碳-水再热器、超临界二氧化碳-水换热器、散热器、冷罐、一二级超临界二氧化碳-水间冷器和废气-水换热器。

沿储热工质流动方向，所述的热罐出口连接超临界二氧化碳-水再热器的热侧入口，超临界二氧化碳-水再热器的热侧出口连接超临界二氧化碳-水换热器的热侧入口，超临界二氧化碳-水换热器的热侧出口连接散热器的热侧入口，散热器的热侧出口连接冷罐入口，冷罐出口连接第二级超临界二氧化碳-水间冷器的冷侧入口，第二级超临界二氧化碳-水间冷器的冷侧出口连接第一级超临界二氧化碳-水间冷器的冷侧入口，第一级超临界二氧化碳-水间冷器的冷侧出口连接废气-水换热器的冷侧入口，废气-水换热器的冷侧出口连接热罐入口。

所述超临界二氧化碳-水再热器包含冷热两侧，其中热侧为水，冷侧为超临界二氧化碳；所述超临界二氧化碳-水换热器包含冷热两侧，其中热侧为水，冷侧为超临界二氧化碳；散热器包含冷热两侧，热侧为水，冷侧为冷却介质；第一二级超临界二氧化碳-水间冷器包含冷热两侧，其中热侧为超临界二氧化碳，冷侧为水；废气-水换热器包含冷热两侧，其中热侧为废气，冷侧为水。

所述储能系统包括被管路连接的超临界二氧化碳低压储罐、一二级压缩机、一二级超临界二氧化碳-水间冷器、超临界二氧化碳高压储罐、节流阀、超临界二氧化碳-水换热器、超临界二氧化碳-水再热器、一二级透平和预冷器。