超临界二氧化碳冷热电联供压缩空气储能发电系统及方法

本发明涉及发电系统，具体涉及一种超临界二氧化碳冷热电联供压缩空气储能发电系统及方法。

背景技术：

1、双碳背景下，可再生能源比例不断提升，由于其不稳定的特点，需要控制其上网比例，部分电量无法并入电网。如何合理利用弃电成为亟待解决的问题。压缩空气储能技术通过压缩空气存储电能，在电网高负荷时输出高压气体，其经过燃烧室或换热器加热，再进入涡轮机做功带动发电机发电，该技术具有容量大、效率高、启动快、响应灵活等特点。

2、超临界二氧化碳循环技术以二氧化碳为工质，采用真实气体闭式布雷顿循环，整个循环工作在二氧化碳临界点以上，循环结构接近理论最优的广义卡诺循环。与传统发电技术相比，超临界二氧化碳循环发电技术具有效率高、灵活性好、适用热源广、设备和系统体积小等优势。

3、为对燃气轮产生的烟气余热加以充分利用，本发明提出了一种超临界二氧化碳冷热电联供压缩空气储能发电系统及方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术中的问题，提供一种超临界二氧化碳冷热电联供压缩空气储能发电系统及方法，提高能量利用率，同时系统中产生的冷量、热量也可以提供给需要的用户，提高发电系统经济效益。

2、本发明提供了一种超临界二氧化碳冷热电联供压缩空气储能发电系统，包括压缩空气储能系统、燃气发电系统和超临界二氧化碳循环发电系统，所述压缩空气储能系统用于将空气压缩至低温高压的状态，并将压缩空气存储在压缩空气存储罐中，所述压缩空气储能系统还连接有供冷系统，所述供冷系统连接燃气发电系统，燃气发电系统与超临界二氧化碳循环发电系统并联，所述超临界二氧化碳循环发电系统还与供热系统连接；

3、所述供冷系统包括冷用户换热器，所述冷用户换热器与压缩空气存储罐之间的连接管道上还设有节流阀连接，所述节流阀出口与冷用户换热器冷侧入口连接，冷用户换热器冷侧出口与压缩空气存储罐底部出口管道上设有的三通阀连接；

4、所述供热系统包括第一热用户换热器，所述第一热用户换热器用于回收超临界二氧化碳循环发电系统中的二氧化碳余热，并将热量供给热用户。

5、较佳地，所述供热系统还包括第二热用户换热器，所述压缩空气存储罐与燃气发电系统的气体供应管路上设有回收水气换热器，所述第二热用户换热器与回收水气换热器管线连接，且连接管线上还连接有控制阀。

6、较佳地，所述控制阀与第二热用户换热器之间还设有第一热用户换热器。

7、较佳地，所述压缩空气储能系统包括依次管路连接的低压压缩机、低压换热器、中压压缩机、中压换热器、高压压缩机和高压换热器，所述低压换热器、中压换热器、高压换热器的热端还连接有热水罐，所述所述低压换热器、中压换热器、高压换热器的冷侧还连接有冷水罐，所述热水罐还与所述回收水气换热器连接，所述回收水气换热器的冷水通过水泵水流至冷水罐。

8、较佳地，所述燃气发电系统包括依次管路连接的空气回热器、高压燃烧室、高压燃气轮机、低压燃烧室、

9、较佳地，低压燃气轮机和发电机；所述空气回热器与水气换热器连接，所述低压燃气轮机和高压燃气轮机与发电机同轴相连，燃料从低压燃烧室和高压燃烧室的底部送入，高温高压的烟气推动低压燃气轮机和高压燃气轮机的叶轮旋转，进而带动发电机发电。

10、较佳地，所述超临界二氧化碳循环发电系统包括依次管路连接的二氧化碳压缩机、二氧化碳回热器、气气换热器、二氧化碳透平和发电机，所述气气换热器的热侧入口还与所述低压燃气轮机的烟气输出端连接，所述二氧化碳透平的出口还与二氧化碳回热器热侧入口连接，二氧化碳压缩机还连接有电机，电机驱动二氧化碳压缩机压缩二氧化碳，二氧化碳在二氧化碳透平中膨胀做功带动发电机发电，并取代电机驱动二氧化碳压缩机压缩二氧化碳。

11、较佳地，低压压缩机、中压压缩机、高压压缩机由电机驱动。

12、较佳地，空气经由各级压缩机和换热器达到低温高压的状态，压缩后的空气储存在压缩空气储气罐中；

13、本发明还公开了上述超临界二氧化碳冷热电联供压缩空气储能发电系统的发电方法，压缩空气产生的压缩热由冷却水带出后储存在热水罐中；

14、压缩空气储气罐中的高压空气经吸热后进入燃气发电系统燃烧做功发电，实现电力生产；

15、当用户有冷量需求时，打开节流阀，压缩空气储气罐中的高压空气流经节流阀后由于膨胀和节流效应，温度降低，冷用户换热器回收这部分空气冷量，实现冷量生产；

16、超临界二氧化碳循环发电系统发电，实现电力生产；

17、当用户有热量需求时，第一热用户换热器回收超临界二氧化碳循环发电系统中的二氧化碳回热器热侧出口二氧化碳的余热，并将热量供给热用户。

18、较佳地，当用户热需求较高时，打开控制阀，通过第二热用户换热器回收水气换热器热侧出口热水的余热，并将热量供给热用户。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的超临界二氧化碳冷热电联供压缩空气储能发电系统通过耦合超临界二氧化碳循环实现对烟气余热的高效利用；系统可以同时实现冷、热、电联产，满足不同用户的需求，其中供热供冷量可根据用户需要快速灵活地调节，保证发电系统的稳定性，提高发电系统的经济效益。

技术特征：

1.一种超临界二氧化碳冷热电联供压缩空气储能发电系统，包括压缩空气储能系统(1)、燃气发电系统(3)和超临界二氧化碳循环发电系统(4)，所述压缩空气储能系统(1)用于将空气压缩至低温高压状态，并将压缩空气存储在压缩空气存储罐(1-8)中，其特征在于，所述压缩空气储能系统(1)还连接有供冷系统(2)，所述供冷系统(2)连接燃气发电系统(3)，燃气发电系统(3)与超临界二氧化碳循环发电系统(4)并联，所述超临界二氧化碳循环发电系统(4)还与供热系统(5)连接；

2.如权利要求1所述的超临界二氧化碳冷热电联供压缩空气储能发电系统，其特征在于，所述供热系统(5)还包括第二热用户换热器(5-2)，所述燃气发电系统(3)的气体供应管路上设有回收水气换热器(3-7)，所述回收水气换热器(3-7)与压缩空气存储罐(1-8)连接；所述第二热用户换热器(5-2)与回收水气换热器(3-7)管线连接，且连接管线上还连接有控制阀(5-3)。

3.如权利要求2所述的超临界二氧化碳冷热电联供压缩空气储能发电系统，其特征在于，所述控制阀(5-3)与第二热用户换热器(5-2)之间还设有第一热用户换热器(5-1)。

4.如权利要求1所述的超临界二氧化碳冷热电联供压缩空气储能发电系统，其特征在于，所述压缩空气储能系统(1)包括依次管路连接的低压压缩机(1-2)、低压换热器(1-3)、中压压缩机(1-4)、中压换热器(1-5)、高压压缩机(1-6)和高压换热器(1-7)，所述低压换热器(1-3)、中压换热器(1-5)、高压换热器(1-7)的热侧出口还连接有热水罐(1-10)，所述低压换热器(1-3)、中压换热器(1-5)、高压换热器(1-7)的冷侧入口还连接有冷水罐(1-9)，所述热水罐(1-10)还与所述回收水气换热器(3-7)连接，所述回收水气换热器(3-7)的冷水通过水泵(1-11)水流至冷水罐(1-9)。

5.如权利要求1所述的超临界二氧化碳冷热电联供压缩空气储能发电系统，其特征在于，所述燃气发电系统(3)包括依次管路连接的空气回热器(3-6)、高压燃烧室(3-5)、高压燃气轮机(3-4)、低压燃烧室(3-3)、

6.如权利要求5所述的超临界二氧化碳冷热电联供压缩空气储能发电系统，其特征在于，所述超临界二氧化碳循环发电系统(4)包括依次管路连接的二氧化碳压缩机(4-3)、二氧化碳回热器(4-4)、气气换热器(4-2)、二氧化碳透平(4-1)和发电机(4-5)，所述气气换热器(4-2)的热侧入口还与所述低压燃气轮机(3-2)的烟气输出端连接，所述二氧化碳透平(4-1)的出口还与二氧化碳回热器(4-4)热侧入口连接，二氧化碳压缩机(4-3)还连接有电机(4-6)，电机(4-6)驱动二氧化碳压缩机(4-3)压缩二氧化碳，二氧化碳在二氧化碳透平(4-1)中膨胀做功带动发电机(4-5)发电，并取代电机(4-6)驱动二氧化碳压缩机(4-3)压缩二氧化碳。

7.如权利要求4所述的超临界二氧化碳冷热电联供压缩空气储能发电系统，其特征在于，所述低压压缩机(1-2)、中压压缩机(1-4)、高压压缩机(1-6)由电机(1-1)驱动。

8.如权利要求1-7任意一项所述的超临界二氧化碳冷热电联供压缩空气储能发电系统的发电方法，其特征在于，具体如下：

9.如权利要求8所述的超临界二氧化碳冷热电联供压缩空气储能发电系统的发电方法，其特征在于，当用户热需求较高时，打开控制阀(5-3)，通过第二热用户换热器(5-2)回收水气换热器(3-7)热侧出口热水的余热，并将热量供给热用户。

技术总结本发明公开了一种超临界二氧化碳冷热电联供压缩空气储能发电系统及方法，属于发电系统技术领域。该系统的压缩空气储能系统还连接有供冷系统，供冷系统连接燃气发电系统，压缩空气储能系统和超临界二氧化碳循环发电系统还与供热系统连接；供冷系统的节流阀与压缩空气存储罐连接，节流阀还管线连接有冷用户换热器，冷用户换热器与压缩空气存储罐底部出口管道上设有的三通阀连接；供热系统包括第一热用户换热器，第一热用户换热器用于回收超临界二氧化碳循环发电系统中的二氧化碳余热，并将热量供给热用户。本发明能提高能量利用率，同时系统中产生的冷量、热量也可以提供给需要的用户，提高发电系统经济效益。技术研发人员：车得福,叶超,邓磊受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11