一種壓縮氣體儲能系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及儲能技術(shù)和分布式供能技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，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與利用技術(shù)，以富余電能或可再生能源為主要能量來源，可供應(yīng)電、熱、冷的多功能儲能系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]儲能技術(shù)是一種減少能源的浪費、提高能量利用效率的重要方法。在目前技術(shù)較為成熟的多種儲能技術(shù)中，壓縮氣體儲能技術(shù)被認(rèn)為是一種效率較高、經(jīng)濟(jì)性好、使用壽命長的物理儲能技術(shù)。除了可實現(xiàn)能量的高效存儲和利用，壓縮氣體儲能技術(shù)被認(rèn)為有應(yīng)用于分布式能源領(lǐng)域的潛力，因此受到國內(nèi)外專家學(xué)者的重視。
[0003]目前針對壓縮氣體儲能技術(shù)的研究主要集中于以空氣為介質(zhì)的儲能系統(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能系統(tǒng)，帶熱存儲技術(shù)的絕熱型壓縮空氣儲能系統(tǒng)，等溫型壓縮空氣儲能系統(tǒng)，超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)的儲能效率較高(50%_70%)，但主要以供電為主，因此尚無法靈活應(yīng)對人類對不同能量(電、熱、冷)的需求變化，在實際應(yīng)用方面受到限制。
[0004]近些年，隨著全球氣候變化問題的加劇，對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問題。其中，強(qiáng)化地?zé)嵯到y(tǒng)(Enhanced Geothermal Systems，簡稱EGS)是近些年提出的一種可實現(xiàn)部分二氧化碳有效封存，同時又能利用二氧化碳獲取地?zé)崮艿男路椒?。該系統(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)，隨后對二氧化碳進(jìn)行開采。開采得到的二氧化碳溫度可達(dá)到200°C，主要用于發(fā)電。而在這個過程中，部分二氧化碳會存儲于地下，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)建新型儲能系統(tǒng)的設(shè)想。研究人員指出，二氧化碳無毒、不易燃、密度高，流動性和傳輸特性良好，物理和化學(xué)特性優(yōu)良，可用于制冷、化工等多種領(lǐng)域;對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)。因此二氧化碳在儲能領(lǐng)域是一種有巨大開發(fā)潛力的工質(zhì)。
[0006]為了進(jìn)一步提高壓縮氣體儲能技術(shù)的應(yīng)用價值，更好地應(yīng)對人類對不同能量的需求變化，本實用新型提出了一種壓縮氣體儲能系統(tǒng)，以二氧化碳和空氣為工作介質(zhì)，實現(xiàn)電、熱、冷的選擇性供應(yīng)。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，本實用新型旨在提供一種壓縮氣體儲能系統(tǒng)，該系統(tǒng)以二氧化碳和空氣存儲利用為基礎(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，并在釋能階段根據(jù)用戶需求供應(yīng)電、熱和冷能。該系統(tǒng)可靈活應(yīng)對能量需求，并可以可再生能源為能量來源，具有良好的環(huán)保效益和節(jié)能效益。
[0008]本實用新型為解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:
[0009]—種壓縮氣體儲能系統(tǒng)、包括電解水單元、甲烷制備存儲單元、空氣存儲釋能單元、二氧化碳存儲釋能單元、儲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管路連接的儲水箱、電解設(shè)備、氧氣收集器、氫氣收集器、氧氣存儲器、氫氣存儲器，其中:所述儲水箱供水口通過管路與電解設(shè)備相連;所述電解設(shè)備通過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管路與氧氣存儲器的入口端相連;所述氫氣收集器出口端通過管路與氫氣存儲器的入口端相連；
[0011]--所述甲烷制備存儲單元包括通過管路連接的二氧化碳供應(yīng)源、二氧化碳輸運主管道、甲烷制備裝置、甲烷注入井，其中:所述二氧化碳供應(yīng)源通過管道連接二氧化碳輸運主管道的入口端;所述二氧化碳輸運主管道的出口端通過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;所述氫氣存儲器出口端與甲烷制備裝置入口端通過管道相連通;所述甲烷制備裝置出口端通過管道與甲烷注入井相連；
[0012]—所述空氣存儲釋能單元包括通過管路依次連接的多級壓縮機(jī)組、空氣壓縮換熱器、空氣注入井、空氣地下存儲器、空氣開采井、空氣燃燒加熱器、多級空氣透平機(jī)組，其中:所述多級壓縮機(jī)組通過管路經(jīng)過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器相連通;所述空氣地下存儲器與空氣開采井相連通;所述空氣開采井通過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管路分別與空氣側(cè)甲烷開采井、氧氣存儲器出口端相連通，所述空氣側(cè)甲烷開采井與甲烷注入井連通;所述空氣燃燒加熱器出口端通過管路與多級空氣透平機(jī)組入口端相連通;所述多級空氣透平機(jī)組出口端通過管路與二氧化碳輸運主管道相連通；
[0013]—所述二氧化碳存儲釋能單元包括二氧化碳注入井、供電模式二氧化碳開采井、高壓級二氧化碳膨脹機(jī)、低壓級二氧化碳膨脹機(jī)，其中:所述二氧化碳注入井出口端與地下存儲容腔相連通;所述地下存儲容腔與供電模式二氧化碳開采井入口端相連通;所述供電模式二氧化碳開采井出口端與所述高壓級二氧化碳膨脹機(jī)入口端通過管路相連通;所述高壓級二氧化碳膨脹機(jī)出口端經(jīng)過并聯(lián)的無供電管路和輔助供電管路與二氧化碳輸運主管道相連通，輔助供電管路上設(shè)有低壓級二氧化碳膨脹機(jī)，管路經(jīng)過所述儲熱供熱單元中的二氧化碳側(cè)燃燒室冷側(cè)后連通所述低壓級二氧化碳膨脹機(jī)入口端；
[0014]一所述儲熱供熱單元包括低壓級儲熱器、高壓級儲熱器、低壓級儲熱換熱器、高壓級儲熱換熱器、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:所述低壓級儲熱器、高壓級儲熱器入口端經(jīng)過管路與所述儲水箱的供水端相連接，管路分別經(jīng)過低壓級空氣換熱器和高壓級空氣換熱器的冷側(cè);所述低壓級儲熱器、高壓級儲熱器出口端分別經(jīng)過管路與所述儲水箱的回水端相連接，管路分別與低壓級儲熱換熱器、高壓級儲熱換熱器的熱側(cè)相連通;所述二氧化碳側(cè)燃燒室入口端通過管路分別與二氧化碳側(cè)甲烷開采井、氧氣存儲器出口端相連通，所述二氧化碳側(cè)甲烷開采井與甲烷注入井連通，所述二氧化碳側(cè)燃燒室經(jīng)過并聯(lián)的無供熱管路和供熱管路與二氧化碳輸運主管道相連通，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管路與空氣開采井相連通;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)備供水端過濾器。
[0017]優(yōu)選地，所述二氧化碳輸運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;所述甲烷制備存儲單元還包括甲烷制備裝置二氧化碳開采井，所述甲烷制備裝置二氧化碳開采井與二氧化碳注入井連通，所述甲烷制備裝置入口通過管路與甲烷制備裝置二氧化碳開采井相連通，管路之間設(shè)置有甲烷制備裝置二氧化碳開采井閥門、甲烷制備裝置二氧化碳開采井過濾器、甲烷制備裝置二氧化碳開采井溫度調(diào)節(jié)器、甲烷制備裝置二氧化碳開采井壓力調(diào)節(jié)器。
[0018]優(yōu)選地，所述氫氣存儲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。
[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)甲烷開采井之間設(shè)置有空氣側(cè)甲烷開采井閥門、空氣側(cè)甲烷開采井過濾器;所述空氣燃燒加熱器入口端與氧氣存儲器出口端之間設(shè)有氧氣存儲器氧氣供應(yīng)閥門、空氣燃燒加熱器氧氣供應(yīng)端閥門。
[0021]優(yōu)選地，所述二氧