[實用新型]太陽能跨臨界二氧化碳朗肯循環與壓縮空氣儲能耦合系統

有效

• 申請號: 201921815834.2
• 申請日: 2019-10-25
• 公開（公告）號: CN210919356U
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 魏名山;孟佳;宋盼盼
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: F03G6/06
• 分類號: F03G6/06;F01K25/10;F01B23/08;F04B41/02
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 毛燕

本實用新型涉及一種太陽能跨臨界二氧化碳朗肯循環與壓縮空氣儲能耦合系統，屬于太陽能熱利用和壓縮空氣儲能領域。本實用新型旨在提供一種解決由于太陽能間歇性、波動性以及非周期性造成太陽能熱發電系統發電不穩定的問題。系統主要包括太陽能集熱器、導熱油泵、油箱、朗肯循環側的工質泵、蒸發器、渦旋膨脹機、回熱器、冷凝器、壓縮機、高壓儲氣室。本實用新型使用二氧化碳作為朗肯循環系統工質。跨臨界二氧化碳朗肯循環系統膨脹機發出的功被與其同軸相連的壓縮機消耗，并以空氣勢能儲存在儲氣室中。從而解決了太陽能熱發電帶來的間歇性等問題。

技術領域

本實用新型涉及一種太陽能跨臨界二氧化碳朗肯循環與壓縮空氣儲能耦合系統，屬于太陽能熱利用和壓縮空氣儲能領域。

背景技術

能源消耗和傳統能源帶來的環境污染以及傳統能源轉換效率低的問題日益嚴重。因此，尋求可替代的可再生能源以及高效的轉換方式迫在眉睫。近年來，利用太陽能、風能、地熱能等可再生能源發電得到了廣泛關注。然而，可再生能源具有間歇性、波動性以及非周期性等缺點。這些缺點導致輸出的電能在并網時對電網產生波動，將帶來電網發電的不穩定性。電力儲能系統有效的解決了上述可再生能源發電存在的問題。

傳統的中低溫余熱回收發電系統采用有機朗肯循環，但有機朗肯循環在工質蒸發側屬于等溫蒸發，對熱源的利用效率并不高而且存在“夾點溫差”的問題。跨臨界二氧化碳朗肯循環有效的解決了這一問題，且跨臨界二氧化碳朗肯循環具有部件體積小，整個循環結構緊湊等優點，系統具有可持續性以及優越的經濟性。同時，相比于有機朗肯循環，跨臨界二氧化碳朗肯循環的熱效率較高。可再生能源之一的太陽能具有清潔、持久、資源分布廣泛，潛力巨大等優點。太陽能光熱發電是太陽能利用的形式之一。以太陽能熱能為熱源，利用跨臨界二氧化碳朗肯循環發電，可有效的解決化石能源帶來的環境污染以及有機工質帶來的全球變暖等問題。如前所述，太陽能的間歇性、波動性以及非周期性造成太陽能跨臨界二氧化碳系統發電的不穩定。因此，壓縮空氣儲能系統的應用有效解決了太陽能熱發電的波動性等問題。

壓縮空氣儲能技術是一種能夠實現大容量和長時間電能存儲的電力儲存系統。系統通過壓縮空氣儲存電能，在需要時，將壓縮好的氣體通過膨脹機做功發電。壓縮空氣儲能系統可用于削峰填谷、平衡電力負荷、可將可再生能源形成穩定的電力供應還可作為備用電源以備用戶在緊急情況下使用。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種太陽能跨臨界二氧化碳朗肯循環與壓縮空氣儲能耦合系統，該系統將太陽能跨臨界二氧化碳朗肯循環系統發出的間歇性及不穩定電能使用壓縮空氣儲能的方法進行儲存，以解決小型太陽能跨臨界二氧化碳朗肯循環系統電力存儲的問題。

本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的：

太陽能跨臨界二氧化碳朗肯循環與壓縮空氣儲能耦合系統，包括：油泵、集熱器、蒸發器、油箱、回熱器、冷凝器、儲液罐、工質泵、膨脹機、壓縮機和儲氣室；

集熱器通過管路與蒸發器的進油口連接，蒸發器的出油口與油箱連接；油泵、集熱器、蒸發器和油箱依次通過管路連接，形成一個回路；蒸發器工質出口通過管路連接在膨脹機進口處；蒸發器工質進口通過管路連接到回熱器；蒸發器、回熱器、冷凝器、儲液罐、工質泵連接，形成一個回路；膨脹機與壓縮機同軸連接，將壓縮空氣存儲在儲氣室；

將太陽能集熱器吸收的熱量作為蒸發器的熱源，通過蒸發器加熱跨臨界二氧化碳朗肯循環子系統的高壓工質，從而高溫高壓蒸汽推動膨脹機做功發電。

跨臨界二氧化碳朗肯循環子系統中膨脹機與壓縮空氣儲能系統中的壓縮機同軸相連，壓縮機出口與儲氣室相連，其中，壓縮機和儲氣室形成壓縮空氣儲能系統。在太陽能跨臨界二氧化碳朗肯循環系統工作時，系統中膨脹機輸出的功被與其同軸相連的壓縮機消耗并將這部分能量通過空氣勢能的形式儲存在儲氣室內。