[發明專利]二氧化碳發電廠中的二氧化碳液化和儲存方法

在審

• 申請號: 202080071102.6
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN114555915A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 奚振華
• 主分類號: F01K1/08
• 分類號: F01K1/08;F01K1/12;F01K25/10;F01K25/14
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所(普通合伙) 11308
• 代理人: 金海榮

低溫范圍內的二氧化碳發電廠需要大量的高壓和適溫的二氧化碳流體，以使其能在熱力發動機中膨脹做功將自然界的熱能轉化為機械能。但要使膨脹做功后的二氧化碳液化，人們確實又需要大量的冷卻能量。除了德國專利DE102 017 003 238中解釋的時間和空間橋接方法外，不同季節的冰、熱水和二氧化碳的存儲還可以提供大量的冷、熱和液態二氧化碳,在此液態二氧化碳可以在15巴的壓力下穩定地存儲，并在它蒸發時制冷。此外，建議在二氧化碳發電廠中使用活塞式發動機制冷，并在溫暖季節有必要時使用如氨水作為工質的制冷機設備制冷，并且可利用冬季的寒冷大量發電，用于生產氫氣，在此植物秸稈和廢木料等二氧化碳中性燃料的燃燒熱可作為加熱二氧化碳的熱源，同時從燃燒煙氣中分離出的二氧化碳又可投入在二氧化碳發電廠中，由此可以減少大氣中的二氧化碳含量。因此，運用本發明和上述的德國專利就能構成一個解決氣候變化和能源短缺問題的經濟有效方案。

本發明涉及一種用于二氧化碳發電廠中的二氧化碳液化和儲存的方法，在此二氧化碳作為廠中的能量載體和工作介質，并通過熱力發動機把自然界的熱能轉化為機械能。這里人們需要大量高壓和適溫的二氧化碳。在其膨脹后但又需要大量的冷能使其液化。

通過CO₂-儲存或運輸而實現的時間或區域橋接可有助于實現這一液化，請參見德國專利([4])DE10 2017 003 238 A1的敘述部分。在那里建立了一個新的循環模型，該模型擴展了克勞修斯-朗肯(Clausius-Rankine)循環模型，稱為離散可儲性循環模型，簡稱DSK。DSK是離散的和可存儲的，是因為它可以分批性地工作，并有數個二氧化碳射流并行運行，以及它的二氧化碳容器可以在任意長的時間段內存儲二氧化碳。在這項所述的德國專利中，提及了相關的專利文獻并給予了簡要的介紹，描述了當前的技術水平。此外在這里還要簡要介紹兩項利用二氧化碳作為工作介質和能量載體的專利：在德國專利([1])DE 102006 035 273 A1中，電網中過剩的電能可用于產生高壓的二氧化碳、天然氣和壓縮空氣。由此電能被轉換成壓力能，它可儲存在相應的存儲裝置中，并在以后適當地利用它。特別要強調的是，所儲存的二氧化碳可以用作工作介質，并用發電廠及其周圍環境的低溫熱量靈活地加熱發電，由此提高發電廠的整體效率，并滿足用電高峰時的用電需求。上述的各種壓力能由于其膨脹而帶來的冷能可集成式地用于再次液化在透平機中膨脹后的二氧化碳流體；在第二項的專利即歐盟專利([2])EP 2 703 610 A1中，人們利用自然界的地下儲層空間作為緩沖存儲空間儲存來自于各種CCS系統的二氧化碳液體。然后，根據電力需求，短期內把儲存的二氧化碳液體引出地下儲層空間，通過自然熱、余熱或其他低溫熱能將其加熱蒸發，并通過帶有發電機的透平機發電，以滿足短期性的電力需求。在透平機中膨脹做功后的二氧化碳流體被二氧化碳液體蒸發時所產生的冷能冷卻，并被壓縮成液體，該液體進一步冷卻并返回到地下儲層空間。這兩項專利在此表明了，利用二氧化碳作為工作介質能在一定的前提條件下將低溫范圍內的熱能經濟有效地轉換成機械能。

另外，在此要著重推薦網址http://www.saisonalspeicher.de所介紹的季節性儲熱設施。例如，在夏天可以將陽光熱能存儲在那里的儲熱庫，然后在冬天使用。在此值得強調的是，它的經濟效益性依賴于儲熱庫的體積大小，這是最重要的因素之一。例如，與儲存在儲熱庫體積中的能量相比，為了使通過該庫表面的熱損失盡量最小，需要季節性儲熱庫大于1000立方米。

相比之下，用于存儲二氧化碳或水而建造的儲存庫要大很多倍，并且它有兩種類型。第一種稱為S-儲存設備，用于存儲不同季節的熱水、水冰和二氧化碳液體。第二種類型稱為C-儲存設備，例如用于儲存二氧化碳氣體，它可能容積很大，在某些條件下還可以用于存儲熱水、水冰或其他存儲介質。S-儲存設備和C-儲存設備還將在后面借助圖1更詳細地說明。

在二氧化碳發電廠中，除了上述的儲存熱能和冷能外，還可以利用其他類型的熱源或冷源，例如，余熱、地熱、空氣熱、二氧化碳中性燃料如植物秸稈和廢木料燃燒時產生的熱能，或者二氧化碳蒸發時產生的冷能、二氧化碳在熱力發動機中膨脹時產生的冷能，以及冷水、冬季空氣或其他物質的冷能。