[发明专利]一种跨临界风力直接压缩二氧化碳循环发电方法及装置

说明书

本发明属于风力发电技术领域，公开了一种跨临界风力直接压缩二氧化碳循环发电方法及装置，风力机直接带动压缩机绝热压缩二氧化碳至超临界压力，进入风电场调峰站后，通过第一换热器和节流阀后二氧化碳被液化储存绝热罐中，罐体顶部气态可通过管道重新吸入压缩机，发电时打开罐体电磁阀后，液态二氧化碳经过第二换热器吸热后快速气化，推动膨胀机工作发电，排气被重新吸入压缩机再循环压缩。第一换热器与第二换热器之间依靠热平衡水池中的水分别完成吸热和放热达到平衡。本发明利用了二氧化碳易液化，膨胀压力高，不受地理限制和安全性高的特点，克服了压缩空气体积庞大的缺点。解决了风力发电间歇性问题，兼顾了能量密度和效率。

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及一种跨临界风力直接压缩二氧化碳循环发电方法及装置。

背景技术

目前，风力发电，实际上就是将风能转化为机械能，再将机械能转化为电能。由于风力是不稳定的，时大时小，其产生的电能也是具有波动性，这些能源无法被调度，低谷时依靠火电调峰，高峰时只能弃风。

当然解决这一问题最好的办法就是利用储能将其转换为稳定电能，再进行并网。常见的储能有电化学储能技术(成本高)，抽水蓄能技术(地理条件限制)，氢储能技术(需要完整产业链)，以及压缩空气储能。综合考虑风电的地理条件以及经济性，压缩空气储能是目前风电储能最好的解决方案。

现存压缩空气储能主要是利用光伏、风能等产生不稳定的电能，再用电动机来连接空气压缩机以实现空气压缩储能，

压缩空气储能是通过将燃气轮机发电的压缩过程与膨胀过程在时间维度上分离，分别进行电能的存储和释放。当电力供应过剩时，通过压缩机将电能转化为高压空气内能进行存储：当电力供应不足时，释放高压空气进入膨胀机做功，驱动发电机发电，从而将压缩空气内能重新转化成电能。

最初的压缩空气储能方案在压缩储能阶段产生的热量以冷却换热的形式直接耗散，而在释能阶段需要通过燃料燃烧对膨胀机入口的高压空气进行加热，因而被定义为非绝热压缩空气储能系统，也称第一代压缩空气储能系统。第一代压缩空气储能系统的储能效率只有50％左右。

后来在第一代压缩空气储能系统的基础上，去掉了燃烧室，通过对压缩机出口气流的冷却换热将储能阶段的压缩热回收并储存，然后利用换热器在释能阶段对膨胀机入口气流的加热。这就是第二代压缩空气储能系统，第二代系统的循环效率可以达到60％～70％。

压缩空气储能需要很大的高压存储设备或区域，空气不易液化，往往需要借助溶洞或地下矿洞等，因此对地理条件有依赖性。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有技术中对风电波动的解决方法全部依赖火电调峰和储能。

(2)现有的储能技术缺乏经济性或对地理条件有严格的要求。

(3)目前所有的风力发电场都无法按调度要求供应电力。

(4)加装储能装置是将电能转换为其它能量，然后在变为电量，存在多次转换的问题，因此降低了效率。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，利用二氧化碳易液化，膨胀压力高，能够兼顾能量密度和效率，本发明提供了一种跨临界风力直接压缩二氧化碳循环发电方法及装置。

本发明是这样实现的，一种跨临界风力直接压缩二氧化碳循环发电方法，包括：

步骤一，风力机直接带动压缩机绝热压缩二氧化碳至超临界压力；风力机至调峰站高压二氧化碳输送管道为绝热传输；

步骤二，二氧化碳进入风电场调峰站后，通过第一换热器和节流阀后二氧化碳被液化储存绝热罐中，罐体顶部气态通过管道重新吸入压缩机；