[发明专利]用于能量存储和短期发电的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于能量存储和短期发电的方法和系统。迅速的短期高容量发电通常是备用或高峰负荷功率供应所需要的。

背景技术

欧洲再生性能源指令的雄心勃勃目标是，到2020年20％的能量从可再生资源产生。这意味着约220GW的可再生功率容量。估计此容量的约80％来自可变且不可预测的资源，比如陆上风和离岸风功率或太阳系。从长远看，预计此趋势持续。这意味着总能量产生将高度可变，导致电增加的价格波动。该系统将强烈地依赖于天气状况，特别在多云和无风天气状况常常在冬季期间占主导地位的中欧和北欧中。在没有适当的能量存储器的情况下，这将导致其中欧洲电力系统一直需要大体上多于100GW迅速的短期和长期可用的备用功率的情况。老的燃煤发电厂可能在一定时间段之后(实际上，在几小时内)列入服务。因此，快速期的备用功率必须准备好，以用于来自不总是可得的水电力的使用，或以用于使储备功率比如燃气涡轮或柴油机达到最高峰。无论如何，预计用于备用容量的巨额投资。明显地，在能量市场中有对更加成本有效的解决方案的渐增的需要。

同时，现在看来明显的是，防止或至少延迟归因于仍然增长的世界范围的CO₂排放碳捕获和存储(CCS)解决方案的全球变暖和其他问题必须广泛地实施。陆上地点处的CCS存储器的前景看来是不可能的，尤其在由于公众抵抗的欧洲中。因此，离岸存储器将最终为CCS唯一很可能的解决方案，其导致液化的CO₂的基于航运的运输。CO₂的中间存储器然后必须建立在液体CO₂可通过管道网从CO₂捕获地点—发电厂和工业厂房—在航运至最终离岸存储器之前泵送至其的这类海港附近。

为了尽可能成本有效，在总CCS系统中，运输网必须在航运之前将来自各种资源的液体CO₂收集到中间存储器。根据一些研究，中间存储器必须具有相当大的容积，借由此，在大部分情况下，钢罐和其他地面上解决方案倾向于变得非常昂贵。因此，最好可选方案之一是把存储器建立在其中静水压力将最小化使存储条件保持在合适压力和温度下所需要的能量的深度处的基岩中。

US 2012/0001429 A1公开了基于二氧化碳的地热能产生系统，其包括储液器，其位于盖层以下；一个或更多个注入井，其用于将冷CO₂进料到储液器中；以及一个或更多个生产井，其用于从储液器排出加热的CO₂。能量转换装置连接至每个注入井和每个生产井，使得包含在加热的CO₂中的热能可转换成电、热或其组合。在30-70巴的压力和30℃以下的温度下压缩的CO₂被注入地下储液器，并且被大于30℃的温度加热的CO₂离开储液器。系统相当复杂并且在地下储液器中需要高压。由于高峰负荷操作高的名义投资成本，所以系统对高峰负荷操作不能被认为是切实可行的。而且，由于高的介质压力和地下储液器中CO₂不受控制的蒸发，所以操作风险高。

EP 277777A2公开了用于存储呈三相点形式的CO₂的电能并且然后使用这种存储的能量加上加热以产生电功率的系统。用于在约三相点的液体CO₂的储液器在绝缘容器中产生。液体CO₂被抽取并且泵至高压，所述高压CO₂然后被加热并且膨胀以产生旋转功率，其产生电功率。来自膨胀器的排出流被冷却并且回到其中CO₂蒸气通过熔化固体CO₂被冷凝的容器。连接至电力发电机的燃烧燃料的气体涡轮被用来加热高压CO₂。地面上的CO₂储液器的大小是受限的。投资成本高。当以三相点介质作用时，存在一定操作风险。