一种煤电机组与压缩空气储能及MEA碳捕集碳封存联合调峰的系统和方法与流程

本发明涉及燃煤发电机组调峰，具体涉及一种煤电机组与压缩空气储能及mea碳捕集碳封存联合调峰的系统和方法。

背景技术：

1、为加速实现“双碳目标”，我国以光伏和风电为主的可再生能源装机容量快速上升，截止2023年上半年，全国可再生能源装机容量已正式超越煤电装机容量，由于可再生能源发电具有间歇性、波动性和随机性等特点，对电网的安全稳定运行造成了巨大的挑战，因此，需要借助高稳定的电源进行调峰，结合我国在中长期仍然是以煤炭为主体的能源结构，这就决定了传统的煤电机组仍然发挥着不可替代的作用，传统的煤电机组正在由高稳定性的主体电源向调节性电源过渡。然而，煤电机组在低负荷运行取决于燃煤锅炉，而锅炉在低负荷运行时，会大幅降低煤电机组的使用寿命和热力学经济性。煤电机组灵活性改造的方式主要分为锅炉侧和汽机侧，锅炉侧主要有：低负荷稳燃、宽负荷脱销、省煤器改造等技术，而汽机侧主要有汽机改造、配汽优化和储能技术。当需要煤电机组降负荷运行时利用储能系统储存多余的能量，在需要煤电机组升负荷时释放储存的能量。这样不仅可达到调峰、削峰填谷的目的，同时，也能起到科学的节能减排效果。

2、压缩空气储能技术储能容量大、储能周期长、单位功率投资成本小、响应速度快等优点，因此，将压缩空气储能技术与煤电机组进行耦合不仅可以提高煤电机组调峰性能，还可以提升煤电机组参与电网调峰的响应速度，保障电网的安全。

3、“双碳”目标下，碳捕集与碳封存技术（carbon capture and storage,ccs）是目前最有前景的碳减排技术，以乙醇胺（monoethanolamine,mea）作为吸收剂的化学吸收法是当前已成功并商业化的碳减排技术。

4、目前工程中较为常见的为压缩空气储能技术采用的是先进绝热式压缩空气储能技术，该种技术相较于传统的压缩空气储能技术回收了一部分储能阶段压缩空气系统释放的热量，因此能量转换效率更高。该种方式压缩空气储能过程的热量，由三部分组成：1）压缩空气过程余热2）膨胀过程余热3）全过程结束后余热

5、1）压缩过程余热：空气经过压缩机压缩后温度会急剧上升，该过程中的热量由两方面组成，具体包括：气体绝热过程压缩升温和电-热转换的熵增热，其大部分的热量被换热器储存在储热介质过程中，剩下的热量低品位、不可利用的热量经循环冷却水带走对外排放，该过程类似火电厂的冷却塔冷却凝结水过程。

6、2）膨胀过程中的余热：膨胀机的排放压力一般高于大气压力，此过程与蒸汽轮机低压缸的过程相反，该排放压力对应的排放温度高于环境温度，为了降低空气透平排气阻力，这部分的热量一般无法进一步利用，尽可能的通过对系统参数进行优化。

7、3）全过程结束后余热：储能阶段中产生的热量用于释能阶段加热压缩空气，理想气体压缩和膨胀过程的，储能阶段产生的热量和释能阶段产生的热量是相等的，除此之外，还有电-热转换过程的造成的熵增热，因此，膨胀机完成发电后仍有部分热量未能利用，剩余的这部分热量将储存在储热介质中。

8、由于传统的mea法解吸过程中再沸器需要吸收蒸汽作为解吸过程中热源，因此，利用冷却压缩空气储能技术产生的余热的带压水作为解吸过程中热量的来源，实现热量的高效利用并实现煤电机组快速深度调峰，促进更多的可再生能源消纳。

技术实现思路

1、本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种快速调峰、储能容量大、可靠性稳定且能实现碳捕集与封存的联合调峰的系统和方法。

2、本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种煤电机组与压缩空气储能及mea碳捕集碳封存联合调峰的系统，包括：

4、压缩机，其进气口端与空气连通；

5、气水冷却器，其高温进气端与压缩机的出气口端相连接；

6、储热水罐，其进水口端连接于气水冷却器的热水出口端；

7、气体冷却器，其进气口端连接于气水冷却器的高温出气口端；

8、储冷水罐，其进水口端连接于气水冷却器的冷水进口端；

9、储气罐，其进气口端连接于气体冷却器的出气口端；

10、气水加热器，其进水口端连接于储热水罐的出水口端，其冷水出口端与储冷水罐的进水口端相连接，其低温进气口端与储气罐的出气口端相连接；

11、膨胀机，其与发电机传动连接，膨胀机的进气口端连接于气水加热器的高温出气口端，其出气口端与大气连通；以及

12、mea脱碳系统，其进口端与气水加热器的进水口端相连接，其出口端与气水加热器的冷水出口端相连接。

13、进一步的，上述压缩机的电动机的电源线与没电机组的发电机输电端相电连接。

14、储冷水罐的进水口端通过储冷水泵连接于气水冷却器的冷水进口端。

15、进一步的，还包括储热水泵，其进口端连接于储热水罐的出水口端，其出口端连接于气水加热器的进水口端。

16、进一步的，上述mea脱碳系统包括：

17、再沸器，其进水口端经带压高温热水冷却器连接于气水加热器的进水口端；

18、吸收塔，其进气口端连接于锅炉引风机的烟气出口端，其出气口端通过排空管路与大气相连通；

19、富液泵，其进液口端连接于吸收塔的循环吸收出口液端；

20、贫富液热交换器，其低温进液口端连接于富液泵的出液口端；

21、贫液储存罐，其出液口端连接于吸收塔的循环吸收液进口端，其进液口端经贫液冷却器连接于贫富液热交换器的高温出液口端；

22、富液储存罐，其进液口端连接于贫富液热交换器的低温出液口端；

23、再生塔，其进液口端连接于富液储存罐的出液口端；

24、co2冷却器，其进气口端连接于再生塔顶部出气口端，其出液口端分别连接于再生塔顶部的进液口端及高浓度co2储存罐；

25、再沸器的出口端分别连接于贫液泵的进液口端及储冷水罐的进水口端，贫液泵的出液口端连接于贫富液热交换器的高温进液口端，再生塔底部出口端连接于再沸器的进口端，再生塔底部进液口端连接于再沸器的出口端。

26、进一步的，带压高温热水冷却器经阀门连接于气水加热器的进水口端。

27、本发明还涉及一种煤电机组与压缩空气储能及mea碳捕集碳封存联合调峰的方法，包括如下步骤：

28、s11.处于储能阶段时，燃煤电厂收到电网降负荷运行的调控指令时煤电机组输出电量为pc1mw，pc1mw≥40%tha或pc1mw≥50%tha，电网需要煤电机组降至pc2mw以下功率运行，pc2mw≤40%tha，驱动压缩机工作的电动机消耗pc1mw- pc2mw的电能，将煤电机组的输出功率下降至pc2mw；

29、s12.储冷水罐中的带压冷却水由储冷水泵泵入气水冷却器中与高温气体换热，换热后的低温气体进入气体冷却器进行降温，降温后的气体进入储气罐中储存，气水冷却器中的带压冷却水被加热成带压高温水后进入储热水罐中储存；

30、s13.从再生塔底部流出的富液进入再沸器中解吸成贫液，解析后的贫液经贫液泵泵入贫富液热交换器中与富液进行换热，换热后的贫液进入贫液冷却器中冷却后进入贫液储存罐中，贫液储存罐中的贫液吸收吸收塔吸收的经锅炉引风机输送的烟气，贫富液热交换器中换热后的富液进入富液储存罐中存储，吸收塔经排空管路排出净化气；

31、s14.储热水罐中部分带压热水经过储热水泵加压后经阀门进入带压高温热水冷却器中冷却至再沸器的入口温度后进入再沸器中为再沸器提供热量，再沸器中降温后的低温带压水流入到储冷水罐中；

32、s15.处于释能阶段时，燃煤电厂收到电网升负荷运行的调控指令时煤电机组输出电量为ps1mw，ps1mw≥40%tha，电网需要煤电机组升至ps2mw以上功率运行，40%tha≤ps2mw≤100%tha，驱动压缩机工作的电动机关闭；

33、s16.贫液储存罐中的贫液进入吸收塔吸收经锅炉引风机输送的烟气中的co2，吸收后的富液储存在富液储存罐中。

34、本发明还涉及一种煤电机组与压缩空气储能及mea碳捕集碳封存联合调峰的方法，包括如下步骤：

35、s21.处于储能阶段时，燃煤电厂收到电网降负荷运行的调控指令时煤电机组输出电量为pc1mw，pc1mw≥40%tha或pc1mw≥50%tha，电网需要煤电机组降至pc2mw以下功率运行，pc2mw≤40%tha，驱动压缩机工作的电动机消耗pc1mw- pc2mw的电能，将煤电机组的输出功率下降至pc2mw；

36、s22.储冷水罐中的带压冷却水由储冷水泵泵入气水冷却器中与高温气体换热，换热后的低温气体进入气体冷却器进行降温，降温后的气体进入储气罐中储存，气水冷却器中的带压冷却水被加热成带压高温水后进入储热水罐中储存；

37、s23.从再生塔底部流出的富液进入再沸器中解吸成贫液，解析后的贫液经贫液泵泵入贫富液热交换器中与富液进行换热，换热后的贫液进入贫液冷却器中冷却后进入贫液储存罐中，贫液储存罐中的贫液吸收吸收塔吸收的经锅炉引风机输送的烟气，贫富液热交换器中换热后的富液进入富液储存罐中存储，吸收塔经排空管路排出净化气；

38、s24.储热水罐中部分带压热水经过储热水泵加压后经阀门进入带压高温热水冷却器中冷却至再沸器的入口温度后进入再沸器中为再沸器提供热量，再沸器中降温后的低温带压水流入到储冷水罐中；

39、s25.处于释能阶段时，燃煤电厂收到电网升负荷运行的调控指令时煤电机组输出电量为ps1mw，40%tha≤ps1mw≤100%tha，电网需要煤电机组升至ps2mw以上功率运行，ps2mw≥100%tha，驱动压缩机工作的电动机开启；

40、s26.贫液储存罐中的贫液进入吸收塔吸收经锅炉引风机输送的烟气中的co2，吸收后的富液通过富液泵泵入富液储存罐中存储；

41、s27.储热水罐中一部分带压热水进入气水加热器中加热储气罐中输送来的低温高压气体，形成高温高压气体，高温高压气体进入膨胀机做功，膨胀机带动发电机发电产生电能；

42、s28.储热水罐中剩余的带压热水进入带压高温热水冷却器中冷却至再沸器的入口温度后进入再沸器中为再沸器提供热量，再沸器中冷却后的带压热水进入再生塔中为从富液储存罐中输入到再生塔中的富液提供解吸热量，再生塔解吸后的co2经过co2冷却器冷却降温后存储到高浓度co2储存罐中。

43、本发明的有益效果是：利用冷却压缩空气储能技术产生的余热的带压水作为解吸过程中热量的来源，实现热量的高效利用并实现煤电机组快速深度调峰，促进更多的可再生能源消纳。耦合系统增加了调峰的深度与速度，同时增加了煤电机组的使用寿命，保证了其热力学经济性，解决了传统mea法吸收二氧化碳能耗高的问题、提升了系统的热效率、减少碳排放，实现了碳捕集。