卡諾電池儲能與co2超-跨臨界動力循環(huán)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)

技術(shù)領(lǐng)域

1.本實(shí)用新型涉及工程熱物理技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，尤其涉及一種卡諾電池儲能與co2超-跨臨界動力循環(huán)的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

2.卡諾電池是目前很有前途的一種儲能技術(shù)，在卡諾電池中，電能以熱能的形式存儲，然后在放電過程中回收。充電可以通過不同的加熱技術(shù)完成，而放電可以通過不同的熱機(jī)技術(shù)完成。在卡諾電池中，電能(輸入)用于在兩種環(huán)境之間，即低溫儲熱層和高溫儲熱層之間建立溫差。通過這種方式，儲能器被充電，電能被存儲為熱當(dāng)熱量逆著溫度梯度流動時(shí)，卡諾電池處于充電工況。在放電階段，熱通過熱量從高溫儲熱層向低溫儲熱層轉(zhuǎn)移而排放。熱流為熱機(jī)提供動力，后者將其轉(zhuǎn)化為功，并將余熱排放到低溫儲熱層中，最后利用熱機(jī)做的功重新產(chǎn)生電能。根據(jù)充放電過程中采用的不同熱力學(xué)循環(huán)，如朗肯循環(huán)、跨臨界二氧化碳循環(huán)、布雷頓循環(huán)等。

3.co2超臨界循環(huán)在提出之初被用作克服蒸汽朗肯循環(huán)和焦耳-布雷頓循環(huán)的溫度限制并應(yīng)用于核反應(yīng)堆和太陽能的光熱轉(zhuǎn)換裝置。近年來，隨著研究的不斷發(fā)展，它由于具有效率高、設(shè)備體積小、資金成本低、工質(zhì)安全穩(wěn)定等特點(diǎn)，開始在余熱回收領(lǐng)域進(jìn)行研究與應(yīng)用。co2臨界溫度為31.1℃，臨界壓力為7.38mpa，其超臨界狀態(tài)較易實(shí)現(xiàn)。且co2是天然工質(zhì)，無毒無害，對環(huán)境友好；與蒸氣朗肯循環(huán)相比，當(dāng)熱源溫度高于820k時(shí)具有熱效率高，系統(tǒng)緊湊，結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)。為了提高超臨界二氧化碳循環(huán)的總熱回收效率，還可以通過增加一個(gè)低溫?zé)狎?qū)動底循環(huán)來提高系統(tǒng)熱效率，如跨臨界co2循環(huán)，可用于進(jìn)一步回收sco2動力循環(huán)的排放熱。

4.目前國內(nèi)外對于卡諾電池的研究主要集中在結(jié)構(gòu)與性能優(yōu)化，而將卡諾電池與余熱梯級回收利用技術(shù)的聯(lián)合相對較少，由于余熱回收具有不確定性和間斷性，當(dāng)系統(tǒng)有用電需求時(shí)，余熱回收不一定能即時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的電能供給，需要一種大規(guī)模儲能系統(tǒng)與高溫余熱梯級回收利用技術(shù)進(jìn)行耦合。同時(shí)目前對于co2超跨臨界動力循環(huán)的聯(lián)合發(fā)電與儲能系統(tǒng)耦合的應(yīng)用較少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

5.根據(jù)上述提出的目前將卡諾電池與余熱梯級回收利用技術(shù)的聯(lián)合相對較少，對于co2超跨臨界動力循環(huán)的聯(lián)合發(fā)電與儲能系統(tǒng)耦合的應(yīng)用較少的技術(shù)問題，而提供一種卡諾電池儲能與co2超-跨臨界動力循環(huán)的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)。本實(shí)用新型主要通過將卡諾電池儲能系統(tǒng)、超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)和跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)耦合，充分利用高溫余熱、卡諾電池儲熱及超臨界co2系統(tǒng)的余熱，組成一種卡諾電池儲能與co2超-跨臨界動力循環(huán)的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)。

6.本實(shí)用新型采用的技術(shù)手段如下：

7.一種卡諾電池儲能與co2超-跨臨界動力循環(huán)的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，包括：卡諾電池儲

熱系統(tǒng)、超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)和跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)；所述卡諾電池儲熱系統(tǒng)與超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)相連，用于儲存工業(yè)余熱，并在系統(tǒng)存在電力需求時(shí)釋放熱能為超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)提供熱源，所述超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)與跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)相連，用于發(fā)電以及為跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)提供熱源，所述跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)用于發(fā)電。

8.進(jìn)一步地，所述卡諾電池儲熱系統(tǒng)包括換熱器、壓縮機(jī)ⅰ、相變熱儲罐和膨脹閥，所述換熱器的出口與所述壓縮機(jī)ⅰ的入口相連，所述壓縮機(jī)ⅰ的出口與所述相變熱儲罐的儲熱入口相連，所述相變熱儲罐的儲熱出口與所述膨脹閥的入口相連，所述膨脹閥的出口與換熱器的入口相連；所述相變熱儲罐與所述超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)相連。

9.進(jìn)一步地，所述超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)包括高溫加熱器、低溫加熱器、膨脹發(fā)電機(jī)ⅰ、回?zé)崞鳍?、中間換熱器、氣體冷卻器和壓縮機(jī)ⅱ，所述相變熱儲罐的放熱出口與所述高溫加熱器的高溫端入口相連，所述高溫加熱器的高溫端出口與所述低溫加熱器的高溫端入口相連，所述低溫加熱器的高溫端出口與所述相變熱儲罐的放熱入口相連；所述壓縮機(jī)ⅱ的出口與所述低溫加熱器的低溫端入口和所述回?zé)崞鳍〉睦鋫?cè)入口相連；所述回?zé)崞鳍〉睦鋫?cè)出口與所述高溫加熱器的低溫端入口相連；所述低溫加熱器的低溫端出口與所述高溫加熱器的低溫端入口相連，所述高溫加熱器的低溫端出口與所述膨脹發(fā)電機(jī)ⅰ的入口相連，所述膨脹發(fā)電機(jī)ⅰ的入口與所述回?zé)崞鳍〉臒醾?cè)入口相連，所述回?zé)崞鳍〉臒醾?cè)出口與所述中間換熱器的入口相連，所述中間換熱器的出口與所述氣體冷卻器的入口相連，所述氣體冷卻器的出口與所述壓縮機(jī)ⅱ的進(jìn)口相連；

10.所述超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)通過中間換熱器與所述跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)相連；

11.所述壓縮機(jī)ⅰ出口的熱能儲存在所述相變熱儲罐中，當(dāng)系統(tǒng)有用電需求時(shí)，所述相變熱儲罐的熱能通過放熱工質(zhì)輸送至所述高溫加熱器及低溫加熱器作為熱源，熱源通過所述高溫加熱器為所述超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的co2循環(huán)介質(zhì)提供熱能。

12.進(jìn)一步地，所述跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)包括膨脹發(fā)電機(jī)ⅱ、冷凝器和工質(zhì)泵，所述膨脹發(fā)電機(jī)ⅱ的出口與所述冷凝器的入口相連，所述冷凝器的出口與所述工質(zhì)泵的入口相連，所述工質(zhì)泵的出口與所述中間換熱器的低溫端入口相連，所述中間換熱器的低溫端出口與所述膨脹發(fā)電機(jī)ⅱ的入口相連；所述中間換熱器由來自所述回?zé)崞鳍〉牡蜏爻R界co2作為熱源，熱源通過所述中間換熱器為所述跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的co2循環(huán)工質(zhì)提供熱能。

13.進(jìn)一步地，所述超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)還可作為卡諾電池儲熱系統(tǒng)的頂循環(huán)，所述跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)作為卡諾電池儲熱系統(tǒng)的底循環(huán)，其中，所述高溫加熱器和低溫加熱器與所述相變熱儲罐斷開連接，所述回?zé)崞鳍∨c所述中間換熱器斷開連接，所述中間換熱器與所述氣體冷卻器斷開連接；

14.所述回?zé)崞鳍〉母邷囟顺隹谂c所述換熱器的高溫端入口相連，所述換熱器的高溫端入口與所述氣體冷卻器的入口相連，所述膨脹閥的出口與換熱器的低溫端入口相連，所述換熱器的低溫端入口與所述壓縮機(jī)ⅰ的入口相連；

15.所述相變熱儲罐的放熱出口與所述中間換熱器的高溫端入口相連，所述中間換熱器的高溫端出口與所述相變熱儲罐的放熱入口相連，所述工質(zhì)泵的出口與所述中間換熱器的低溫端入口相連，所述中間換熱器的低溫端出口與所述膨脹發(fā)電機(jī)ⅱ的入口相連。

16.進(jìn)一步地，所述卡諾電池儲能系統(tǒng)還包括回?zé)崞鳍ⅲ龌責(zé)崞鳍⒌母邷囟顺隹谂c所述膨脹閥的入口相連，所述相變熱儲罐的出口與所述回?zé)崞鳍⒌母邷囟巳肟谙噙B，所述回?zé)崞鳍⒌牡蜏囟顺隹谂c所述壓縮機(jī)ⅰ的入口相連，所述換熱器的出口與所述回?zé)崞鳍⒌牡蜏囟巳肟谙噙B。

17.進(jìn)一步地，所述跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)還包括回?zé)崞鳍?，所述回?zé)崞鳍５母邷囟顺隹谂c所述中間換熱器的低溫端入口相連，所述膨脹發(fā)電機(jī)ⅱ的出口與所述回?zé)崞鳍５牡蜏囟巳肟谙噙B，所述回?zé)崞鳍５牡蜏囟顺隹谂c所述冷凝器的入口相連。

18.進(jìn)一步地，所述氣體冷卻器和所述冷凝器的冷卻介質(zhì)可為循環(huán)冷卻水等，所述相變熱儲罐內(nèi)的相變儲熱介質(zhì)可為無機(jī)鹽類高溫相變儲熱材料等。

19.較現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：

20.1、本實(shí)用新型提供的卡諾電池儲能與co2超-跨臨界動力循環(huán)的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，充分利用余熱高效儲能，實(shí)現(xiàn)高溫余熱梯級利用的同時(shí)，解決了余熱發(fā)電供需不平衡的問題。

21.2、本實(shí)用新型提供的卡諾電池儲能與co2超-跨臨界動力循環(huán)的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，通過中間換熱器將超臨界co2動力循環(huán)與跨臨界co2動力循環(huán)耦合，使得系統(tǒng)更緊湊的同時(shí)進(jìn)一步回收超臨界co2動力循環(huán)中進(jìn)入氣體冷卻器前的工質(zhì)余熱。

22.3、本實(shí)用新型提供的卡諾電池儲能與co2超-跨臨界動力循環(huán)的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，在回?zé)崾匠R界co2循環(huán)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)底層循環(huán)，能夠在減少回?zé)崞鞑豢赡鎿p失的基礎(chǔ)上充分利用低溫余熱。

23.綜上，應(yīng)用本實(shí)用新型的技術(shù)方案能夠解決低成本大規(guī)模儲能與余熱梯級回收綜合能源利用的問題。

24.基于上述理由本實(shí)用新型可不受地域限制，在有充分高溫余熱的工業(yè)系統(tǒng)中廣泛推廣。

附圖說明

25.為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖做以簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

26.圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1所述聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

27.圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例2所述聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

28.圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例3所述聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

29.圖中：1、換熱器；2、壓縮機(jī)??；3、相變儲熱罐；4、膨脹閥；5、高溫加熱器；6、低溫加熱器；7、膨脹發(fā)電機(jī)??；8、回?zé)崞鳍。?、中間換熱器；10、氣體冷卻器；11、壓縮機(jī)ⅱ；12、膨脹發(fā)電機(jī)ⅱ；13、冷凝器；14、工質(zhì)泵；15、回?zé)崞鳍ⅲ?6、回?zé)崞鳍！?br />
具體實(shí)施方式

30.為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施

例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

31.為了解決低成本大規(guī)模儲能與余熱梯級回收綜合能源利用問題，本實(shí)用新型提供了一種卡諾電池儲能與co2超-跨臨界動力循環(huán)的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，包括卡諾電池儲熱系統(tǒng)、超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)和跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)。通過將卡諾電池儲能系統(tǒng)、超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)和跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)耦合，充分利用高溫余熱、卡諾電池儲熱系統(tǒng)及超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)的余熱，組成一種卡諾電池儲能與co2超跨臨界動力循環(huán)的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)。

32.所述卡諾電池儲熱系統(tǒng)包括換熱器1、壓縮機(jī)ⅰ2、相變熱儲罐3、膨脹閥4；所述換熱器1的出口連接至所述壓縮機(jī)2的入口，所述壓縮機(jī)2的出口連接至所述相變熱儲罐3的儲熱入口，所述相變熱儲罐3的儲熱出口連接至所述膨脹閥4的入口，所述膨脹閥4的出口連接至換熱器1的入口。

33.所述超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)包括高溫加熱器5、低溫加熱器6、膨脹發(fā)電機(jī)ⅰ7、回?zé)崞鳍?、中間換熱器9、氣體冷卻器10和壓縮機(jī)ⅱ11；所述相變熱儲罐3的放熱出口連接至所述高溫加熱器5的高溫端入口，所述高溫加熱器5的高溫端出口連接至所述低溫加熱器6的高溫端入口，所述低溫加熱器6的高溫端出口連接至所述相變熱儲罐3的放熱入口；所述壓縮機(jī)ⅱ11的出口連接至所述低溫加熱器6的低溫端入口和所述回?zé)崞鳍?的冷側(cè)入口；所述回?zé)崞鳍?的冷側(cè)出口連接所述高溫加熱器5的低溫端入口；所述低溫加熱器6的低溫端出口連接所述高溫加熱器5的低溫端入口，所述高溫加熱器5的低溫端出口連接所述膨脹發(fā)電機(jī)ⅰ7的入口，所述膨脹發(fā)電機(jī)ⅰ7的入口連接所述回?zé)崞鳍?的熱側(cè)入口，所述回?zé)崞鳍?的熱側(cè)出口連接所述中間換熱器9的入口，所述中間換熱器9的出口連接所述氣體冷卻器10的入口，所述氣體冷卻器10的出口連接所述壓縮機(jī)ⅱ11的進(jìn)口。

34.所述跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)包括膨脹發(fā)電機(jī)ⅱ12、冷凝器13、工質(zhì)泵14；所述膨脹發(fā)電機(jī)ⅱ12的出口連接至所述冷凝器13的入口，所述冷凝器13的出口連接至所述工質(zhì)泵14的入口，所述工質(zhì)泵14的出口連接至所述中間換熱器9的低溫端入口，所述中間換熱器9的低溫端出口連接至所述膨脹發(fā)電機(jī)ⅱ12的入口。

35.優(yōu)選的，所述卡諾電池壓縮機(jī)2出口的熱能儲存在所述相變熱儲罐3中；當(dāng)系統(tǒng)有用電需求時(shí)，所述相變熱儲罐3通過放熱循環(huán)工質(zhì)將熱能釋放到所述高溫加熱器5和所述低溫加熱器6中。

36.優(yōu)選的，所述氣體冷卻器10和所述冷凝器13的冷卻介質(zhì)可為循環(huán)冷卻水等，所述相變熱儲罐3內(nèi)的相變儲熱介質(zhì)可為無機(jī)鹽類高溫相變儲熱材料等。

37.優(yōu)選的，所述相變熱儲罐3的熱能通過放熱工質(zhì)輸送至所述高溫加熱器5及低溫加熱器6作為熱源，熱源通過所述高溫加熱器5為所述超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的co2循環(huán)介質(zhì)提供熱能；所述中間換熱器9由來自所述回?zé)崞鳍?的低溫超臨界co2作為熱源，熱源通過所述中間換熱器9為所述跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的co2循環(huán)工質(zhì)提供熱能。

38.優(yōu)選的，所述卡諾電池儲能系統(tǒng)還包括回?zé)崞鳍?5，所述回?zé)崞鳍?5的高溫端出口連接至所述膨脹閥4的入口，所述相變熱儲罐3的出口連接至所述回?zé)崞鳍?5的高溫端入口，所述回?zé)崞鳍?5的低溫端出口連接至所述壓縮機(jī)ⅰ2的入口，所述換熱器1的出口連接至所述回?zé)崞鳍?5的低溫端入口。

39.優(yōu)選的，所述跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)還包括回?zé)崞鳍?6，所述回?zé)崞鳍?6的高溫端出口連接至所述中間換熱器9的低溫端入口，所述膨脹發(fā)電機(jī)ⅱ12的出口連接至所述回?zé)崞鳍?6的低溫端入口，所述回?zé)崞鳍?6的低溫端出口連接至所述冷凝器13的入口。

40.優(yōu)選的，所述超臨界co2動力循環(huán)既作為卡諾電池儲熱系統(tǒng)的頂循環(huán)又可作為卡諾電池儲熱系統(tǒng)的底循環(huán)。

41.優(yōu)選的，所述回?zé)崞鳍?的高溫端出口與所述換熱器1的高溫端入口相連，所述換熱器1的高溫端入口連接至所述氣體冷卻器10的入口，所述膨脹閥4的出口連接至換熱器1的低溫端入口，所述換熱器1的低溫端入口連接至所述壓縮機(jī)ⅰ2的入口；所述相變熱儲罐3的放熱出口連接至所述中間換熱器9的高溫端入口，所述中間換熱器9的高溫端出口連接至所述相變熱儲罐3的放熱入口，所述工質(zhì)泵14的出口連接至所述中間換熱器9的低溫端入口，所述中間換熱器9的低溫端出口連接至所述膨脹發(fā)電機(jī)ⅱ12的入口。

42.實(shí)施例1

43.如圖1所示，本實(shí)用新型提供了一種卡諾電池儲能與co2超跨臨界動力循環(huán)的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，利用卡諾電池儲存高溫工業(yè)余熱，當(dāng)系統(tǒng)存在電力需求時(shí)釋放熱能作為超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)的高溫?zé)嵩?，同時(shí)以超臨界co2循環(huán)回?zé)崞鞒隹诘腸o2工質(zhì)作為跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)的高溫?zé)嵩础?br />
44.聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)包括卡諾電池儲熱系統(tǒng)、超臨界二氧化碳動力循環(huán)系統(tǒng)和跨臨界二氧化碳動力循環(huán)系統(tǒng)。

45.所述卡諾電池儲熱系統(tǒng)包括換熱器1、壓縮機(jī)ⅰ2、相變熱儲罐3、膨脹閥4；所述換熱器1的出口連接至所述壓縮機(jī)ⅰ2的入口，所述壓縮機(jī)ⅰ2的出口連接至所述相變熱儲罐3的儲熱入口，所述相變熱儲罐3的儲熱出口連接至所述膨脹閥4的入口，所述膨脹閥4的出口連接至換熱器1的入口。

46.在卡諾電池儲熱系統(tǒng)中，液態(tài)工質(zhì)經(jīng)換熱器1吸熱蒸發(fā)成氣體，在壓縮機(jī)2中加壓成高溫高壓氣體，然后高溫高壓氣體進(jìn)入相變熱儲罐3的儲熱入口，將高溫?zé)崃看鎯υ谙嘧儫醿?中；放熱后的卡諾電池儲熱工質(zhì)由相變熱儲罐3的儲熱出口進(jìn)入膨脹閥4，節(jié)流降壓成為飽和液體工質(zhì)重新進(jìn)入換熱器1吸收高溫工業(yè)余熱。

47.所述超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)包括高溫加熱器5、低溫加熱器6、膨脹發(fā)電機(jī)ⅰ7、回?zé)崞鳍?、中間換熱器9、氣體冷卻器10和壓縮機(jī)ⅱ11；所述相變熱儲罐3的放熱出口連接至所述高溫加熱器5的高溫端入口，所述高溫加熱器5的高溫端出口連接至所述低溫加熱器6的高溫端入口，所述低溫加熱器6的高溫端出口連接至所述相變熱儲罐3的放熱入口；所述壓縮機(jī)ⅱ11的出口連接至所述低溫加熱器6的低溫端入口和所述回?zé)崞鳍?的冷側(cè)入口；所述回?zé)崞鳍?的冷側(cè)出口連接所述高溫加熱器5的低溫端入口；所述低溫加熱器6的低溫端出口連接所述高溫加熱器5的低溫端入口，所述高溫加熱器5的低溫端出口連接所述膨脹發(fā)電機(jī)ⅰ7的入口，所述膨脹發(fā)電機(jī)ⅰ7的入口連接所述回?zé)崞鳍?的熱側(cè)入口，所述回?zé)崞鳍?的熱側(cè)出口連接所述中間換熱器9的入口，所述中間換熱器9的出口連接所述氣體冷卻器10的入口，所述氣體冷卻器10的出口連接所述壓縮機(jī)ⅱ11的進(jìn)口。

48.在超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)中，低溫超臨界co2在高溫加熱器5中被熱源加熱到高溫高壓的狀態(tài)后，進(jìn)入膨脹發(fā)電機(jī)ⅰ7做功并進(jìn)行發(fā)電，接著膨脹發(fā)電機(jī)ⅰ7出來的高溫低壓超臨界co2進(jìn)入回?zé)崞鳍?的高溫端入口，被低溫超臨界co2冷卻后，進(jìn)入中間換熱器9與跨臨界

co2動力循環(huán)系統(tǒng)換熱，接著低溫低壓超臨界co2進(jìn)入氣體冷卻器10被冷源冷卻至臨界區(qū)域(～》31℃)后，進(jìn)入壓縮機(jī)ⅱ11升壓，從壓縮機(jī)ⅱ11出來的高壓低溫超臨界co2分成兩部分，一部分超臨界co2進(jìn)入回?zé)崞鳍?加熱，吸收來自膨脹發(fā)電機(jī)ⅰ7的高溫超臨界co2的熱量，一部分超臨界co2進(jìn)入低溫加熱器6加熱到相同溫度，兩部分超臨界co2混合后進(jìn)入高溫加熱器5，完成循環(huán)。

49.所述跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)包括膨脹發(fā)電機(jī)ⅱ12、冷凝器13、工質(zhì)泵14；所述膨脹發(fā)電機(jī)ⅱ12的出口連接至所述冷凝器13的入口，所述冷凝器13的出口連接至所述工質(zhì)泵14的入口，所述工質(zhì)泵14的出口連接至所述中間換熱器9的低溫端入口，所述中間換熱器9的低溫端出口連接至所述膨脹發(fā)電機(jī)ⅱ12的入口。

50.對于跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)，從工質(zhì)泵14出來的高壓co2首先進(jìn)入中間換熱器9的低溫端入口，被超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)中的高溫co2加熱，接著中間換熱器9低溫端出口的co2進(jìn)入膨脹發(fā)電機(jī)ⅱ12做功并進(jìn)行發(fā)電后，流入冷凝器13被冷卻水冷卻成液態(tài)，液態(tài)的co2進(jìn)入工質(zhì)泵14升壓，完成循環(huán)。

51.本實(shí)施例中，所述壓縮機(jī)ⅰ2出口的熱能儲存在所述相變熱儲罐3中；當(dāng)系統(tǒng)有用電需求時(shí)，所述相變熱儲罐3通過放熱循環(huán)工質(zhì)將熱能釋放到所述高溫加熱器5和所述低溫加熱器6中。

52.本實(shí)施例中，所述氣體冷卻器10和所述冷凝器13的冷卻介質(zhì)均為循環(huán)冷卻水。

53.本實(shí)施例中，所述相變熱儲罐3的熱能通過放熱工質(zhì)輸送至所述高溫加熱器5及低溫加熱器6作為熱源，通過所述高溫加熱器5為所述超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的co2循環(huán)介質(zhì)提供熱能；所述中間換熱器9由來自所述回?zé)崞鳍?的低溫超臨界co2作為熱源，熱源通過所述中間換熱器9為所述跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)工質(zhì)提供熱能。

54.本實(shí)施例提供的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，系統(tǒng)儲熱成本較低且不受地理位置條件限制，可用于任何具有高溫余熱且需要大規(guī)模儲熱設(shè)備的場所。

55.實(shí)施例2

56.如圖2所示，本實(shí)施例提供的卡諾電池儲能與co2超跨臨界動力循環(huán)的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)與實(shí)施例1的區(qū)別在于：所述卡諾電池儲熱系統(tǒng)還包括回?zé)崞鳍?5，所述跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)還包括回?zé)崞鳍?6。

57.本實(shí)施例中，所述回?zé)崞鳍?5的高溫端出口連接至所述膨脹閥4的入口，所述相變熱儲罐3的出口連接至所述回?zé)崞鳍?5的高溫端入口，所述回?zé)崞鳍?5的低溫端出口連接至所述壓縮機(jī)ⅰ2的入口，所述換熱器1的出口連接至所述回?zé)崞鳍?5的低溫端入口。

58.本實(shí)施例中，所述回?zé)崞鳍?6的高溫端出口連接至所述中間換熱器9的低溫端入口，所述膨脹發(fā)電機(jī)ⅱ12的出口連接至所述回?zé)崞鳍?6的低溫端入口，所述回?zé)崞鳍?6的低溫端出口連接至所述冷凝器13的入口。

59.在本實(shí)施例所述的卡諾電池儲熱系統(tǒng)中，液態(tài)工質(zhì)經(jīng)換熱器1吸熱蒸發(fā)成氣體，氣態(tài)工質(zhì)進(jìn)入回?zé)崞鳍?5的低溫端入口，回?zé)崞鳍?5低溫端出口的工質(zhì)進(jìn)入壓縮機(jī)2中被加壓成高溫高壓氣體，高溫高壓氣體進(jìn)入相變熱儲罐3的儲熱入口，將高溫?zé)崃看鎯υ谙嘧儫醿?中；放熱后的卡諾電池儲熱工質(zhì)由相變熱儲罐3的儲熱出口進(jìn)入回?zé)崞鳍?5的高溫端入口，回?zé)崞鳍?5高溫端出口的儲熱工質(zhì)進(jìn)入膨脹閥4，節(jié)流降壓成為飽和液體工質(zhì)重新進(jìn)入換熱器1吸收高溫工業(yè)余熱。

60.對于跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)，從工質(zhì)泵14出來的高壓co2首先進(jìn)入回?zé)崞鳍?6的低溫端入口，回?zé)崞鳍?6低溫端出口的工質(zhì)進(jìn)入中間換熱器9的低溫端入口，被超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)中的高溫co2工質(zhì)加熱，接著中間換熱器9低溫端出口的co2進(jìn)入膨脹發(fā)電機(jī)ⅱ12做功并進(jìn)行發(fā)電后，由膨脹發(fā)電機(jī)ⅱ12出口進(jìn)入回?zé)崞鳍?6的高溫端入口，回?zé)崞鳍?6高溫端出口的co2工質(zhì)進(jìn)入冷凝器13被冷卻水冷卻成液態(tài)，液態(tài)co2工質(zhì)進(jìn)入工質(zhì)泵14升壓，完成循環(huán)。

61.本實(shí)施例所述的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，系統(tǒng)儲熱成本較低且不受地理位置條件限制，可用于任何具有高溫余熱且需要大規(guī)模儲熱設(shè)備的場所。在卡諾電池儲熱系統(tǒng)和跨臨界co2動力循環(huán)中分別添加了回?zé)崞鳍?5和回?zé)崞鳍?6，可更大限度回收系統(tǒng)剩余熱能并提高系統(tǒng)熱效率，保證余熱最大限度梯級利用。

62.實(shí)施例3

63.如圖3所示，本實(shí)施例提供的卡諾電池儲能與co2超跨臨界動力循環(huán)的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)與實(shí)施例1和實(shí)施例2的區(qū)別在于：所述超臨界co2動力循環(huán)作為卡諾電池儲熱系統(tǒng)的頂循環(huán)；所述跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)作為卡諾電池儲熱系統(tǒng)的底循環(huán)。其中，所述高溫加熱器5和低溫加熱器6與所述相變熱儲罐3斷開連接，所述回?zé)崞鳍?與所述中間換熱器9斷開連接，所述中間換熱器9與所述氣體冷卻器10斷開連接。

64.本實(shí)施例中，所述回?zé)崞鳍?的高溫端出口與所述換熱器1的高溫端入口相連，所述換熱器1的高溫端入口連接至所述氣體冷卻器10的入口，所述膨脹閥4的出口連接至換熱器1的低溫端入口，所述換熱器1的低溫端入口連接至所述壓縮機(jī)ⅰ2的入口。

65.本實(shí)施例中，所述相變熱儲罐3的放熱出口連接至所述中間換熱器9的高溫端入口，所述中間換熱器9的高溫端出口連接至所述相變熱儲罐3的放熱入口，所述工質(zhì)泵14的出口連接至所述中間換熱器9的低溫端入口，所述中間換熱器9的低溫端出口連接至所述膨脹發(fā)電機(jī)ⅱ12的入口。

66.在超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)中，低溫超臨界co2在高溫加熱器5中被高溫余熱加熱到高溫高壓的狀態(tài)后，進(jìn)入膨脹發(fā)電機(jī)ⅰ7做功并進(jìn)行發(fā)電，接著膨脹發(fā)電機(jī)ⅰ7出來的高溫低壓超臨界co2進(jìn)入回?zé)崞鳍?的高溫端入口，被低溫超臨界co2冷卻后，進(jìn)入換熱器1與卡諾電池儲熱系統(tǒng)換熱，接著低溫低壓超臨界co2進(jìn)入氣體冷卻器10被冷源冷卻至臨界區(qū)域(～》31℃)后，進(jìn)入壓縮機(jī)ⅱ11升壓，從壓縮機(jī)ⅱ11出來的高壓低溫超臨界co2分成兩部分，一部分超臨界co2進(jìn)入回?zé)崞鳍?加熱，吸收來自膨脹發(fā)電機(jī)ⅰ7的高溫超臨界co2的熱量，一部分超臨界co2進(jìn)入低溫加熱器6被余熱加熱到相同溫度，兩部分超臨界co2混合后進(jìn)入高溫加熱器5，完成循環(huán)。

67.對于卡諾電池儲熱系統(tǒng)，液態(tài)工質(zhì)經(jīng)換熱器1吸熱蒸發(fā)成氣體，在壓縮機(jī)2中加壓成高溫高壓氣體，然后高溫高壓氣體進(jìn)入相變熱儲罐3的儲熱入口，將高溫?zé)崃看鎯υ谙嘧儫醿?中；放熱后的卡諾電池儲熱工質(zhì)由相變熱儲罐3的儲熱出口進(jìn)入膨脹閥4，節(jié)流降壓成為飽和液體工質(zhì)重新進(jìn)入換熱器1吸收超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)余熱。

68.對于跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)，從工質(zhì)泵14出來的高壓co2首先進(jìn)入中間換熱器9的低溫端入口，被卡諾電池儲熱系統(tǒng)中相變熱儲罐3的放熱出口工質(zhì)加熱，接著中間換熱器9低溫端出口的co2進(jìn)入膨脹發(fā)電機(jī)ⅱ12做功并進(jìn)行發(fā)電后，流入冷凝器13被冷卻水冷卻成液態(tài)，液態(tài)co2進(jìn)入工質(zhì)泵14升壓，完成循環(huán)。

69.本實(shí)施例所述的聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)中，首先利用工業(yè)余熱驅(qū)動超臨界co2動力循環(huán)實(shí)現(xiàn)余熱第一級回收并放電，再將超臨界co2動力循環(huán)的余熱通過卡諾電池儲熱系統(tǒng)儲存到相變熱儲罐3中，當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生電力需求時(shí)，再利用跨臨界co2動力循環(huán)將相變熱儲罐3中的熱能轉(zhuǎn)化為電能。本聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)可通過頂循環(huán)與底循環(huán)的不同組合，匹配不同溫度工業(yè)余熱的儲熱與發(fā)電需求，具有廣闊的應(yīng)用前景。

70.最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。技術(shù)特征：

1.一種卡諾電池儲能與co2超-跨臨界動力循環(huán)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括：卡諾電池儲熱系統(tǒng)、超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)和跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)；所述卡諾電池儲熱系統(tǒng)與超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)相連，用于儲存工業(yè)余熱，并在系統(tǒng)存在電力需求時(shí)釋放熱能為超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)提供熱源，所述超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)與跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)相連，用于發(fā)電以及為跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)提供熱源，所述跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)用于發(fā)電；所述卡諾電池儲熱系統(tǒng)包括換熱器(1)、壓縮機(jī)ⅰ(2)、相變熱儲罐(3)和膨脹閥(4)，所述換熱器(1)的出口與所述壓縮機(jī)ⅰ(2)的入口相連，所述壓縮機(jī)ⅰ(2)的出口與所述相變熱儲罐(3)的儲熱入口相連，所述相變熱儲罐(3)的儲熱出口與所述膨脹閥(4)的入口相連，所述膨脹閥(4)的出口與換熱器(1)的入口相連；所述相變熱儲罐(3)與所述超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)相連；所述超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)包括高溫加熱器(5)、低溫加熱器(6)、膨脹發(fā)電機(jī)ⅰ(7)、回?zé)崞鳍?8)、中間換熱器(9)、氣體冷卻器(10)和壓縮機(jī)ⅱ(11)，所述相變熱儲罐(3)的放熱出口與所述高溫加熱器(5)的高溫端入口相連，所述高溫加熱器(5)的高溫端出口與所述低溫加熱器(6)的高溫端入口相連，所述低溫加熱器(6)的高溫端出口與所述相變熱儲罐(3)的放熱入口相連；所述壓縮機(jī)ⅱ(11)的出口與所述低溫加熱器(6)的低溫端入口和所述回?zé)崞鳍?8)的冷側(cè)入口相連；所述回?zé)崞鳍?8)的冷側(cè)出口與所述高溫加熱器(5)的低溫端入口相連；所述低溫加熱器(6)的低溫端出口與所述高溫加熱器(5)的低溫端入口相連，所述高溫加熱器(5)的低溫端出口與所述膨脹發(fā)電機(jī)ⅰ(7)的入口相連，所述膨脹發(fā)電機(jī)ⅰ(7)的入口與所述回?zé)崞鳍?8)的熱側(cè)入口相連，所述回?zé)崞鳍?8)的熱側(cè)出口與所述中間換熱器(9)的入口相連，所述中間換熱器(9)的出口與所述氣體冷卻器(10)的入口相連，所述氣體冷卻器(10)的出口與所述壓縮機(jī)ⅱ(11)的進(jìn)口相連；所述超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)通過中間換熱器(9)與所述跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)相連；所述壓縮機(jī)ⅰ(2)出口的熱能儲存在所述相變熱儲罐(3)中，當(dāng)系統(tǒng)有用電需求時(shí)，所述相變熱儲罐(3)的熱能通過放熱工質(zhì)輸送至所述高溫加熱器(5)及低溫加熱器(6)作為熱源，熱源通過所述高溫加熱器(5)為所述超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的co2循環(huán)介質(zhì)提供熱能；所述跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)包括膨脹發(fā)電機(jī)ⅱ(12)、冷凝器(13)和工質(zhì)泵(14)，所述膨脹發(fā)電機(jī)ⅱ(12)的出口與所述冷凝器(13)的入口相連，所述冷凝器(13)的出口與所述工質(zhì)泵(14)的入口相連，所述工質(zhì)泵(14)的出口與所述中間換熱器(9)的低溫端入口相連，所述中間換熱器(9)的低溫端出口與所述膨脹發(fā)電機(jī)ⅱ(12)的入口相連；所述中間換熱器(9)由來自所述回?zé)崞鳍?8)的低溫超臨界co2作為熱源，熱源通過所述中間換熱器(9)為所述跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的co2循環(huán)工質(zhì)提供熱能。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卡諾電池儲能與co2超-跨臨界動力循環(huán)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述超臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)還可作為卡諾電池儲熱系統(tǒng)的頂循環(huán)，所述跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)作為卡諾電池儲熱系統(tǒng)的底循環(huán)，其中，所述高溫加熱器(5)和低溫加熱器(6)與所述相變熱儲罐(3)斷開連接，所述回?zé)崞鳍?8)與所述中間換熱器(9)斷開連接，所述中間換熱器(9)與所述氣體冷卻器(10)斷開連接；所述回?zé)崞鳍?8)的高溫端出口與所述換熱器(1)的高溫端入口相連，所述換熱器(1)的

高溫端入口與所述氣體冷卻器(10)的入口相連，所述膨脹閥(4)的出口與換熱器(1)的低溫端入口相連，所述換熱器(1)的低溫端入口與所述壓縮機(jī)ⅰ(2)的入口相連；所述相變熱儲罐(3)的放熱出口與所述中間換熱器(9)的高溫端入口相連，所述中間換熱器(9)的高溫端出口與所述相變熱儲罐(3)的放熱入口相連，所述工質(zhì)泵(14)的出口與所述中間換熱器(9)的低溫端入口相連，所述中間換熱器(9)的低溫端出口與所述膨脹發(fā)電機(jī)ⅱ(12)的入口相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卡諾電池儲能與co2超-跨臨界動力循環(huán)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述卡諾電池儲能系統(tǒng)還包括回?zé)崞鳍?15)，所述回?zé)崞鳍?15)的高溫端出口與所述膨脹閥(4)的入口相連，所述相變熱儲罐(3)的出口與所述回?zé)崞鳍?15)的高溫端入口相連，所述回?zé)崞鳍?15)的低溫端出口與所述壓縮機(jī)ⅰ(2)的入口相連，所述換熱器(1)的出口與所述回?zé)崞鳍?15)的低溫端入口相連。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的卡諾電池儲能與co2超-跨臨界動力循環(huán)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述跨臨界co2動力循環(huán)系統(tǒng)還包括回?zé)崞鳍?16)，所述回?zé)崞鳍?16)的高溫端出口與所述中間換熱器(9)的低溫端入口相連，所述膨脹發(fā)電機(jī)ⅱ(12)的出口與所述回?zé)崞鳍?16)的低溫端入口相連，所述回?zé)崞鳍?16)的低溫端出口與所述冷凝器(13)的入口相連。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卡諾電池儲能與co2超-跨臨界動力循環(huán)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體冷卻器(10)和所述冷凝器(13)的冷卻介質(zhì)為循環(huán)冷卻水，所述相變熱儲罐(3)內(nèi)的相變儲熱介質(zhì)為無機(jī)鹽類高溫相變儲熱材料。

技術(shù)總結(jié)

本實(shí)用新型提供一種卡諾電池儲能與CO2超-跨臨界動力循環(huán)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，包括卡諾電池儲熱系統(tǒng)、超臨界CO2動力循環(huán)系統(tǒng)和跨臨界CO2動力循環(huán)系統(tǒng)；所述卡諾電池儲熱系統(tǒng)包括換熱器Ⅰ、壓縮機(jī)Ⅰ、相變材料熱儲罐、膨脹閥；所述超臨界CO2動力循環(huán)系統(tǒng)包括高溫加熱器、低溫加熱器、膨脹發(fā)電機(jī)Ⅰ、回?zé)崞鳍?、中間換熱器、氣體冷卻器和壓縮機(jī)Ⅱ；所述跨臨界CO2動力循環(huán)系統(tǒng)包括膨脹發(fā)電機(jī)Ⅱ、冷凝器和工質(zhì)泵。本實(shí)用新型的技術(shù)方案可解決大規(guī)模熱儲能與余熱回收綜合能源利用發(fā)電等問題。熱回收綜合能源利用發(fā)電等問題。熱回收綜合能源利用發(fā)電等問題。

技術(shù)研發(fā)人員：王哲 夏睿 韓鳳翚 紀(jì)玉龍

受保護(hù)的技術(shù)使用者：大連海事大學(xué)

技術(shù)研發(fā)日：2022.12.21

技術(shù)公布日：2023/5/27