一種壓縮氣體儲(chǔ)能系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及儲(chǔ)能技術(shù)和分布式供能技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)，是一種集成了水的電解，甲烷的制備，甲烷、二氧化碳和空氣的地下存儲(chǔ)與利用技術(shù)，以富余電能或可再生能源為主要能量來(lái)源，可供應(yīng)電、熱、冷的多功能儲(chǔ)能系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]儲(chǔ)能技術(shù)是一種減少能源的浪費(fèi)、提高能量利用效率的重要方法。在目前技術(shù)較為成熟的多種儲(chǔ)能技術(shù)中，壓縮氣體儲(chǔ)能技術(shù)被認(rèn)為是一種效率較高、經(jīng)濟(jì)性好、使用壽命長(zhǎng)的物理儲(chǔ)能技術(shù)。除了可實(shí)現(xiàn)能量的高效存儲(chǔ)和利用，壓縮氣體儲(chǔ)能技術(shù)被認(rèn)為有應(yīng)用于分布式能源領(lǐng)域的潛力，因此受到國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者的重視。
[0003]目前針對(duì)壓縮氣體儲(chǔ)能技術(shù)的研究主要集中于以空氣為介質(zhì)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，比較有代表性的系統(tǒng)包括使用化石燃料的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，帶熱存儲(chǔ)技術(shù)的絕熱型壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，等溫型壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)的儲(chǔ)能效率較高(50%_70%)，但主要以供電為主，因此尚無(wú)法靈活應(yīng)對(duì)人類(lèi)對(duì)不同能量(電、熱、冷)的需求變化，在實(shí)際應(yīng)用方面受到限制。
[0004]近些年，隨著全球氣候變化問(wèn)題的加劇，對(duì)造成氣候變暖的重要因素——二氧化碳的有效利用成為研究熱點(diǎn)問(wèn)題。其中，強(qiáng)化地?zé)嵯到y(tǒng)(Enhanced Geothermal Systems，簡(jiǎn)稱(chēng)EGS)是近些年提出的一種可實(shí)現(xiàn)部分二氧化碳有效封存，同時(shí)又能利用二氧化碳獲取地?zé)崮艿男路椒āＴ撓到y(tǒng)一般將二氧化碳加壓注入地下(2_5km)，吸收地下深層的地?zé)崮?大于250°C)，隨后對(duì)二氧化碳進(jìn)行開(kāi)采。開(kāi)采得到的二氧化碳溫度可達(dá)到200°C，主要用于發(fā)電。而在這個(gè)過(guò)程中，部分二氧化碳會(huì)存儲(chǔ)于地下，只有一部分二氧化碳參與地?zé)岵杉?。因此該系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)二氧化碳的地下封存，還能有效利用地?zé)崮?，具有良好的?jīng)濟(jì)效益。
[0005]此外，也有學(xué)者提出以二氧化碳為工質(zhì)構(gòu)建新型儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)想。研究人員指出，二氧化碳無(wú)毒、不易燃、密度高，流動(dòng)性和傳輸特性良好，物理和化學(xué)特性?xún)?yōu)良，可用于制冷、化工等多種領(lǐng)域;對(duì)二氧化碳加以利用亦可以減少二氧化碳在大氣中的含量，緩解溫室效應(yīng)。因此二氧化碳在儲(chǔ)能領(lǐng)域是一種有巨大開(kāi)發(fā)潛力的工質(zhì)。
[0006]為了進(jìn)一步提高壓縮氣體儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，更好地應(yīng)對(duì)人類(lèi)對(duì)不同能量的需求變化，本實(shí)用新型提出了一種壓縮氣體儲(chǔ)能系統(tǒng)，以二氧化碳和空氣為工作介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)電、熱、冷的選擇性供應(yīng)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本實(shí)用新型旨在提供一種壓縮氣體儲(chǔ)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)以二氧化碳和空氣存儲(chǔ)利用為基礎(chǔ)，結(jié)合水的電解和甲烷制備技術(shù)，可以高效利用富余電能完成能量存儲(chǔ)，并在釋能階段根據(jù)用戶(hù)需求供應(yīng)電、熱和冷能。該系統(tǒng)可靈活應(yīng)對(duì)能量需求，并可以可再生能源為能量來(lái)源，具有良好的環(huán)保效益和節(jié)能效益。
[0008]本實(shí)用新型為解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是:
[0009]—種壓縮氣體儲(chǔ)能系統(tǒng)、包括電解水單元、甲烷制備存儲(chǔ)單元、空氣存儲(chǔ)釋能單元、二氧化碳存儲(chǔ)釋能單元、儲(chǔ)熱供熱單元和供冷單元，其特征在于，
[0010]--所述電解水單元包括通過(guò)管路連接的儲(chǔ)水箱、電解設(shè)備、氧氣收集器、氫氣收集器、氧氣存儲(chǔ)器、氫氣存儲(chǔ)器，其中:所述儲(chǔ)水箱供水口通過(guò)管路與電解設(shè)備相連;所述電解設(shè)備通過(guò)管路分別與氧氣收集器和氫氣收集器入口端相連通;所述氧氣收集器出口端通過(guò)管路與氧氣存儲(chǔ)器的入口端相連;所述氫氣收集器出口端通過(guò)管路與氫氣存儲(chǔ)器的入口端相連；
[0011]--所述甲烷制備存儲(chǔ)單元包括通過(guò)管路連接的二氧化碳供應(yīng)源、二氧化碳輸運(yùn)主管道、甲烷制備裝置、甲烷注入井，其中:所述二氧化碳供應(yīng)源通過(guò)管道連接二氧化碳輸運(yùn)主管道的入口端;所述二氧化碳輸運(yùn)主管道的出口端通過(guò)管道分別與甲烷制備裝置和二氧化碳注入井的入口端連通;所述氫氣存儲(chǔ)器出口端與甲烷制備裝置入口端通過(guò)管道相連通;所述甲烷制備裝置出口端通過(guò)管道與甲烷注入井相連；
[0012]—所述空氣存儲(chǔ)釋能單元包括通過(guò)管路依次連接的多級(jí)壓縮機(jī)組、空氣壓縮換熱器、空氣注入井、空氣地下存儲(chǔ)器、空氣開(kāi)采井、空氣燃燒加熱器、多級(jí)空氣透平機(jī)組，其中:所述多級(jí)壓縮機(jī)組通過(guò)管路經(jīng)過(guò)空氣壓縮換熱器的熱側(cè)后與空氣注入井相連通;所述空氣注入井與空氣地下存儲(chǔ)器相連通;所述空氣地下存儲(chǔ)器與空氣開(kāi)采井相連通;所述空氣開(kāi)采井通過(guò)管道與空氣燃燒加熱器入口端相連通;所述空氣燃燒加熱器入口端還通過(guò)管路分別與空氣側(cè)甲烷開(kāi)采井、氧氣存儲(chǔ)器出口端相連通，所述空氣側(cè)甲烷開(kāi)采井與甲烷注入井連通;所述空氣燃燒加熱器出口端通過(guò)管路與多級(jí)空氣透平機(jī)組入口端相連通;所述多級(jí)空氣透平機(jī)組出口端通過(guò)管路與二氧化碳輸運(yùn)主管道相連通；
[0013]—所述二氧化碳存儲(chǔ)釋能單元包括二氧化碳注入井、供電模式二氧化碳開(kāi)采井、高壓級(jí)二氧化碳膨脹機(jī)、低壓級(jí)二氧化碳膨脹機(jī)，其中:所述二氧化碳注入井出口端與地下存儲(chǔ)容腔相連通;所述地下存儲(chǔ)容腔與供電模式二氧化碳開(kāi)采井入口端相連通;所述供電模式二氧化碳開(kāi)采井出口端與所述高壓級(jí)二氧化碳膨脹機(jī)入口端通過(guò)管路相連通;所述高壓級(jí)二氧化碳膨脹機(jī)出口端經(jīng)過(guò)并聯(lián)的無(wú)供電管路和輔助供電管路與二氧化碳輸運(yùn)主管道相連通，輔助供電管路上設(shè)有低壓級(jí)二氧化碳膨脹機(jī)，管路經(jīng)過(guò)所述儲(chǔ)熱供熱單元中的二氧化碳側(cè)燃燒室冷側(cè)后連通所述低壓級(jí)二氧化碳膨脹機(jī)入口端；
[0014]一所述儲(chǔ)熱供熱單元包括低壓級(jí)儲(chǔ)熱器、高壓級(jí)儲(chǔ)熱器、低壓級(jí)儲(chǔ)熱換熱器、高壓級(jí)儲(chǔ)熱換熱器、二氧化碳側(cè)燃燒室、二氧化碳側(cè)燃燒室余熱利用換熱器，其中:所述低壓級(jí)儲(chǔ)熱器、高壓級(jí)儲(chǔ)熱器入口端經(jīng)過(guò)管路與所述儲(chǔ)水箱的供水端相連接，管路分別經(jīng)過(guò)低壓級(jí)空氣換熱器和高壓級(jí)空氣換熱器的冷側(cè);所述低壓級(jí)儲(chǔ)熱器、高壓級(jí)儲(chǔ)熱器出口端分別經(jīng)過(guò)管路與所述儲(chǔ)水箱的回水端相連接，管路分別與低壓級(jí)儲(chǔ)熱換熱器、高壓級(jí)儲(chǔ)熱換熱器的熱側(cè)相連通;所述二氧化碳側(cè)燃燒室入口端通過(guò)管路分別與二氧化碳側(cè)甲烷開(kāi)采井、氧氣存儲(chǔ)器出口端相連通，所述二氧化碳側(cè)甲烷開(kāi)采井與甲烷注入井連通，所述二氧化碳側(cè)燃燒室經(jīng)過(guò)并聯(lián)的無(wú)供熱管路和供熱管路與二氧化碳輸運(yùn)主管道相連通，供熱管路與二氧化碳側(cè)燃燒室余熱利用換熱器熱側(cè)連通；
[0015]—所述供冷單元包括空氣膨脹裝置、冷量利用換熱器，其中:所述空氣膨脹裝置入口端通過(guò)管路與空氣開(kāi)采井相連通;所述空氣膨脹裝置出口端管路與冷量利用換熱器冷側(cè)相連通。
[0016]優(yōu)選地，所述儲(chǔ)水箱供水口與電解設(shè)備之間的連接管路上設(shè)有電解設(shè)備供水端止回閥、電解設(shè)備供水端過(guò)濾器。
[0017]優(yōu)選地，所述二氧化碳輸運(yùn)主管道與甲烷制備裝置相連的管道上設(shè)置有二氧化碳供應(yīng)端過(guò)濾器、二氧化碳供應(yīng)端壓力調(diào)節(jié)器;所述甲烷制備存儲(chǔ)單元還包括甲烷制備裝置二氧化碳開(kāi)采井，所述甲烷制備裝置二氧化碳開(kāi)采井與二氧化碳注入井連通，所述甲烷制備裝置入口通過(guò)管路與甲烷制備裝置二氧化碳開(kāi)采井相連通，管路之間設(shè)置有甲烷制備裝置二氧化碳開(kāi)采井閥門(mén)、甲烷制備裝置二氧化碳開(kāi)采井過(guò)濾器、甲烷制備裝置二氧化碳開(kāi)采井溫度調(diào)節(jié)器、甲烷制備裝置二氧化碳開(kāi)采井壓力調(diào)節(jié)器。
[0018]優(yōu)選地，所述氫氣存儲(chǔ)器出口端與甲烷制備裝置入口端之間的管道上設(shè)置有甲烷制備裝置氫氣供應(yīng)端閥門(mén)。
[0019]優(yōu)選地，所述甲烷制備裝置出口端與甲烷注入井相連的管道中間設(shè)置有甲烷制備裝置出口分離設(shè)備、甲烷注入井入口過(guò)濾器、甲烷注入井入口壓力調(diào)節(jié)器。
[0020]優(yōu)選地，所述空氣燃燒加熱器入口端與空氣側(cè)甲烷開(kāi)采井之間設(shè)置有空氣側(cè)甲烷開(kāi)采井閥門(mén)、空氣側(cè)甲烷開(kāi)采井過(guò)濾器;所述空氣燃燒加熱器入口端與氧氣存儲(chǔ)器出口端之間設(shè)有氧氣存儲(chǔ)器氧氣供應(yīng)閥門(mén)、空氣燃燒加熱器氧氣供應(yīng)端閥門(mén)。
[0021]優(yōu)選地，所述二氧