[发明专利]一种含液态空气储能的超临界二氧化碳发电系统及方法

说明书

本发明公开了一种含液态空气储能的超临界二氧化碳发电系统及方法，该系统包括液态空气储能子系统和煤基超临界二氧化碳发电子系统，液态空气储能子系统的空气尾气出口与煤基超临界二氧化碳发电子系统的空气预热器的入口相连通；本发明将煤基超临界二氧化碳发电与液态空气储能进行有机结合，无需火电机组降低负荷就能满足电网消纳大规模可再生能源发电的要求，同时还能提高原有煤基超临界二氧化碳发电机组的发电出力，具有系统发电效率高、调峰灵活性强和经济性好等优点。

技术领域

本发明属于先进高效火力发电技术领域，具体涉及一种含液态空气储能的超临界二氧化碳发电系统及方法。

背景技术

我国以煤为主的能源禀赋决定了今后相当长时期内燃煤火力发电在我国电力结构中的重要地位。不断提高火电机组的效率是电力行业研究的永恒主题和目标。大量的研究证实，超临界二氧化碳布雷顿循环是极具潜力的新概念先进动力系统。由于超临界二氧化碳具有能量密度大、传热效率高等特点，同等温度水平下超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统的发电效率要比传统蒸汽朗肯循环发电系统高出5个百分点以上。因此，积极开发大型煤基超临界二氧化碳发电技术对于提升我国能源电力行业的发电效率具有重要意义。

未来随着太阳能发电、风力发电等可再生能源装机容量的不断增加，作为基础电源和调峰主力的煤电必须具备优越的负荷调节能力，才能使电网更灵活和更大大比例地消纳可再生能源发电。因此，未来煤基超临界二氧化碳发电技术要获得广泛的发展和应用，必须具备良好的调峰性能。传统的火电调峰方法是降低发电的负荷，这种方法最大的缺点是会导致系统发电效率降低，且各设备严重偏离最佳设计工况点，经济性和安全性大为降低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种含液态空气储能的超临界二氧化碳发电系统及方法，该系统将煤基超临界二氧化碳发电与液态空气储能进行集成，当电网需要火电机组降低负荷以满足可再生能源发电消纳时，本发明中的煤基超临界二氧化碳发电机组仍可处于满负荷运行，所发出的电一部分输送至电网，其余的电可通过液态空气储能系统的充电过程予以储存，并在用电高峰时通过液态空气储能系统的放电过程向外输送至电网。因此，本发明不需要火电机组降低负荷就能满足电网消纳大规模可再生能源发电的要求，同时还能提高原有煤基超临界二氧化碳发电机组的发电出力，具有系统发电效率高、调峰灵活性强和经济性好等优点。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种含液态空气储能的超临界二氧化碳发电系统，包括液态空气储能子系统和煤基超临界二氧化碳发电子系统；

所述液态空气储能子系统中，来自环境中的空气经空气过滤器10过滤净化后与第一级压缩机11的入口相连通，经压缩后的高温空气通过第一级压缩机11的出口与第一级压缩热储罐12的入口相连通，高温空气在第一级压缩热储罐12中与储热介质进行换热将热量储存在第一级压缩热储罐12中，第一级压缩热储罐12的高温空气出口与第二级压缩机13的入口相连通，经压缩后的高温空气通过第二级压缩机13的出口与第二级压缩热储罐15的高温空气入口相连通，高温空气在第二级压缩热储罐15中与储热介质进行换热将热量储存在第二级压缩热储罐15中，第二级压缩热储罐15的高温空气出口与第一级空气冷却器16的高温空气入口相连通，被冷却后通过第一级空气冷却器16的高温空气出口与第二级空气冷却器22的高温空气入口相连通，并被进一步冷却，第二级空气冷却器22的高温空气出口与空气液化节流阀28入口相连通，通过节流降压使空气部分液化，含液态空气的气液混合工质进入液态空气分离器29进行气液分离，其中气相工质通过液态空气分离器29的顶部出口与节流阀30的入口相连通，节流阀30的出口工质与第二级空气冷却器22的气相冷侧入口相连通，第二级空气冷却器22的气相冷侧出口与第一级空气冷却器16的气相冷侧入口相连通，第一级空气冷却器16的气相冷侧出口工质与回热器33的高温侧出口空气混合后与煤基超临界二氧化碳发电子系统中空气预热器69的空气入口相连通；从液态空气分离器29得到的液态空气通过液态空气分离器29的底部出口与液态空气储罐31的入口相连通；上述过程构成液态空气储能子系统的充电系统；