卡诺电池储能与CO2超-跨临界动力循环联合发电系统

卡诺电池储能与co2超-跨临界动力循环联合发电系统

技术领域

1.本实用新型涉及工程热物理技术领域，具体而言，尤其涉及一种卡诺电池储能与co2超-跨临界动力循环的联合发电系统。

背景技术：

2.卡诺电池是目前很有前途的一种储能技术，在卡诺电池中，电能以热能的形式存储，然后在放电过程中回收。充电可以通过不同的加热技术完成，而放电可以通过不同的热机技术完成。在卡诺电池中，电能(输入)用于在两种环境之间，即低温储热层和高温储热层之间建立温差。通过这种方式，储能器被充电，电能被存储为热当热量逆着温度梯度流动时，卡诺电池处于充电工况。在放电阶段，热通过热量从高温储热层向低温储热层转移而排放。热流为热机提供动力，后者将其转化为功，并将余热排放到低温储热层中，最后利用热机做的功重新产生电能。根据充放电过程中采用的不同热力学循环，如朗肯循环、跨临界二氧化碳循环、布雷顿循环等。

3.co2超临界循环在提出之初被用作克服蒸汽朗肯循环和焦耳-布雷顿循环的温度限制并应用于核反应堆和太阳能的光热转换装置。近年来，随着研究的不断发展，它由于具有效率高、设备体积小、资金成本低、工质安全稳定等特点，开始在余热回收领域进行研究与应用。co2临界温度为31.1℃，临界压力为7.38mpa，其超临界状态较易实现。且co2是天然工质，无毒无害，对环境友好；与蒸气朗肯循环相比，当热源温度高于820k时具有热效率高，系统紧凑，结构简单的优点。为了提高超临界二氧化碳循环的总热回收效率，还可以通过增加一个低温热驱动底循环来提高系统热效率，如跨临界co2循环，可用于进一步回收sco2动力循环的排放热。

4.目前国内外对于卡诺电池的研究主要集中在结构与性能优化，而将卡诺电池与余热梯级回收利用技术的联合相对较少，由于余热回收具有不确定性和间断性，当系统有用电需求时，余热回收不一定能即时产生相应的电能供给，需要一种大规模储能系统与高温余热梯级回收利用技术进行耦合。同时目前对于co2超跨临界动力循环的联合发电与储能系统耦合的应用较少。

技术实现要素：

5.根据上述提出的目前将卡诺电池与余热梯级回收利用技术的联合相对较少，对于co2超跨临界动力循环的联合发电与储能系统耦合的应用较少的技术问题，而提供一种卡诺电池储能与co2超-跨临界动力循环的联合发电系统。本实用新型主要通过将卡诺电池储能系统、超临界co2动力循环系统和跨临界co2动力循环系统耦合，充分利用高温余热、卡诺电池储热及超临界co2系统的余热，组成一种卡诺电池储能与co2超-跨临界动力循环的联合发电系统。

6.本实用新型采用的技术手段如下：

7.一种卡诺电池储能与co2超-跨临界动力循环的联合发电系统，包括：卡诺电池储

热系统、超临界co2动力循环系统和跨临界co2动力循环系统；所述卡诺电池储热系统与超临界co2动力循环系统相连，用于储存工业余热，并在系统存在电力需求时释放热能为超临界co2动力循环系统提供热源，所述超临界co2动力循环系统与跨临界co2动力循环系统相连，用于发电以及为跨临界co2动力循环系统提供热源，所述跨临界co2动力循环系统用于发电。

8.进一步地，所述卡诺电池储热系统包括换热器、压缩机ⅰ、相变热储罐和膨胀阀，所述换热器的出口与所述压缩机ⅰ的入口相连，所述压缩机ⅰ的出口与所述相变热储罐的储热入口相连，所述相变热储罐的储热出口与所述膨胀阀的入口相连，所述膨胀阀的出口与换热器的入口相连；所述相变热储罐与所述超临界co2动力循环系统相连。

9.进一步地，所述超临界co2动力循环系统包括高温加热器、低温加热器、膨胀发电机ⅰ、回热器ⅰ、中间换热器、气体冷却器和压缩机ⅱ，所述相变热储罐的放热出口与所述高温加热器的高温端入口相连，所述高温加热器的高温端出口与所述低温加热器的高温端入口相连，所述低温加热器的高温端出口与所述相变热储罐的放热入口相连；所述压缩机ⅱ的出口与所述低温加热器的低温端入口和所述回热器ⅰ的冷侧入口相连；所述回热器ⅰ的冷侧出口与所述高温加热器的低温端入口相连；所述低温加热器的低温端出口与所述高温加热器的低温端入口相连，所述高温加热器的低温端出口与所述膨胀发电机ⅰ的入口相连，所述膨胀发电机ⅰ的入口与所述回热器ⅰ的热侧入口相连，所述回热器ⅰ的热侧出口与所述中间换热器的入口相连，所述中间换热器的出口与所述气体冷却器的入口相连，所述气体冷却器的出口与所述压缩机ⅱ的进口相连；

10.所述超临界co2动力循环系统通过中间换热器与所述跨临界co2动力循环系统相连；

11.所述压缩机ⅰ出口的热能储存在所述相变热储罐中，当系统有用电需求时，所述相变热储罐的热能通过放热工质输送至所述高温加热器及低温加热器作为热源，热源通过所述高温加热器为所述超临界co2动力循环系统内的co2循环介质提供热能。

12.进一步地，所述跨临界co2动力循环系统包括膨胀发电机ⅱ、冷凝器和工质泵，所述膨胀发电机ⅱ的出口与所述冷凝器的入口相连，所述冷凝器的出口与所述工质泵的入口相连，所述工质泵的出口与所述中间换热器的低温端入口相连，所述中间换热器的低温端出口与所述膨胀发电机ⅱ的入口相连；所述中间换热器由来自所述回热器ⅰ的低温超临界co2作为热源，热源通过所述中间换热器为所述跨临界co2动力循环系统内的co2循环工质提供热能。

13.进一步地，所述超临界co2动力循环系统还可作为卡诺电池储热系统的顶循环，所述跨临界co2动力循环系统作为卡诺电池储热系统的底循环，其中，所述高温加热器和低温加热器与所述相变热储罐断开连接，所述回热器ⅰ与所述中间换热器断开连接，所述中间换热器与所述气体冷却器断开连接；

14.所述回热器ⅰ的高温端出口与所述换热器的高温端入口相连，所述换热器的高温端入口与所述气体冷却器的入口相连，所述膨胀阀的出口与换热器的低温端入口相连，所述换热器的低温端入口与所述压缩机ⅰ的入口相连；

15.所述相变热储罐的放热出口与所述中间换热器的高温端入口相连，所述中间换热器的高温端出口与所述相变热储罐的放热入口相连，所述工质泵的出口与所述中间换热器的低温端入口相连，所述中间换热器的低温端出口与所述膨胀发电机ⅱ的入口相连。

16.进一步地，所述卡诺电池储能系统还包括回热器ⅱ，所述回热器ⅱ的高温端出口与所述膨胀阀的入口相连，所述相变热储罐的出口与所述回热器ⅱ的高温端入口相连，所述回热器ⅱ的低温端出口与所述压缩机ⅰ的入口相连，所述换热器的出口与所述回热器ⅱ的低温端入口相连。

17.进一步地，所述跨临界co2动力循环系统还包括回热器ⅲ，所述回热器ⅲ的高温端出口与所述中间换热器的低温端入口相连，所述膨胀发电机ⅱ的出口与所述回热器ⅲ的低温端入口相连，所述回热器ⅲ的低温端出口与所述冷凝器的入口相连。

18.进一步地，所述气体冷却器和所述冷凝器的冷却介质可为循环冷却水等，所述相变热储罐内的相变储热介质可为无机盐类高温相变储热材料等。

19.较现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

20.1、本实用新型提供的卡诺电池储能与co2超-跨临界动力循环的联合发电系统，充分利用余热高效储能，实现高温余热梯级利用的同时，解决了余热发电供需不平衡的问题。

21.2、本实用新型提供的卡诺电池储能与co2超-跨临界动力循环的联合发电系统，通过中间换热器将超临界co2动力循环与跨临界co2动力循环耦合，使得系统更紧凑的同时进一步回收超临界co2动力循环中进入气体冷却器前的工质余热。

22.3、本实用新型提供的卡诺电池储能与co2超-跨临界动力循环的联合发电系统，在回热式超临界co2循环的基础上增加一个底层循环，能够在减少回热器不可逆损失的基础上充分利用低温余热。

23.综上，应用本实用新型的技术方案能够解决低成本大规模储能与余热梯级回收综合能源利用的问题。

24.基于上述理由本实用新型可不受地域限制，在有充分高温余热的工业系统中广泛推广。

附图说明

25.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

26.图1为本实用新型实施例1所述联合发电系统结构框图。

27.图2为本实用新型实施例2所述联合发电系统结构框图。

28.图3为本实用新型实施例3所述联合发电系统结构框图。

29.图中：1、换热器；2、压缩机ⅰ；3、相变储热罐；4、膨胀阀；5、高温加热器；6、低温加热器；7、膨胀发电机ⅰ；8、回热器ⅰ；9、中间换热器；10、气体冷却器；11、压缩机ⅱ；12、膨胀发电机ⅱ；13、冷凝器；14、工质泵；15、回热器ⅱ；16、回热器ⅲ。

具体实施方式

30.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施

例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

31.为了解决低成本大规模储能与余热梯级回收综合能源利用问题，本实用新型提供了一种卡诺电池储能与co2超-跨临界动力循环的联合发电系统，包括卡诺电池储热系统、超临界co2动力循环系统和跨临界co2动力循环系统。通过将卡诺电池储能系统、超临界co2动力循环系统和跨临界co2动力循环系统耦合，充分利用高温余热、卡诺电池储热系统及超临界co2动力循环系统的余热，组成一种卡诺电池储能与co2超跨临界动力循环的联合发电系统。

32.所述卡诺电池储热系统包括换热器1、压缩机ⅰ2、相变热储罐3、膨胀阀4；所述换热器1的出口连接至所述压缩机2的入口，所述压缩机2的出口连接至所述相变热储罐3的储热入口，所述相变热储罐3的储热出口连接至所述膨胀阀4的入口，所述膨胀阀4的出口连接至换热器1的入口。

33.所述超临界co2动力循环系统包括高温加热器5、低温加热器6、膨胀发电机ⅰ7、回热器ⅰ8、中间换热器9、气体冷却器10和压缩机ⅱ11；所述相变热储罐3的放热出口连接至所述高温加热器5的高温端入口，所述高温加热器5的高温端出口连接至所述低温加热器6的高温端入口，所述低温加热器6的高温端出口连接至所述相变热储罐3的放热入口；所述压缩机ⅱ11的出口连接至所述低温加热器6的低温端入口和所述回热器ⅰ8的冷侧入口；所述回热器ⅰ8的冷侧出口连接所述高温加热器5的低温端入口；所述低温加热器6的低温端出口连接所述高温加热器5的低温端入口，所述高温加热器5的低温端出口连接所述膨胀发电机ⅰ7的入口，所述膨胀发电机ⅰ7的入口连接所述回热器ⅰ8的热侧入口，所述回热器ⅰ8的热侧出口连接所述中间换热器9的入口，所述中间换热器9的出口连接所述气体冷却器10的入口，所述气体冷却器10的出口连接所述压缩机ⅱ11的进口。

34.所述跨临界co2动力循环系统包括膨胀发电机ⅱ12、冷凝器13、工质泵14；所述膨胀发电机ⅱ12的出口连接至所述冷凝器13的入口，所述冷凝器13的出口连接至所述工质泵14的入口，所述工质泵14的出口连接至所述中间换热器9的低温端入口，所述中间换热器9的低温端出口连接至所述膨胀发电机ⅱ12的入口。

35.优选的，所述卡诺电池压缩机2出口的热能储存在所述相变热储罐3中；当系统有用电需求时，所述相变热储罐3通过放热循环工质将热能释放到所述高温加热器5和所述低温加热器6中。

36.优选的，所述气体冷却器10和所述冷凝器13的冷却介质可为循环冷却水等，所述相变热储罐3内的相变储热介质可为无机盐类高温相变储热材料等。

37.优选的，所述相变热储罐3的热能通过放热工质输送至所述高温加热器5及低温加热器6作为热源，热源通过所述高温加热器5为所述超临界co2动力循环系统内的co2循环介质提供热能；所述中间换热器9由来自所述回热器ⅰ8的低温超临界co2作为热源，热源通过所述中间换热器9为所述跨临界co2动力循环系统内的co2循环工质提供热能。

38.优选的，所述卡诺电池储能系统还包括回热器ⅱ15，所述回热器ⅱ15的高温端出口连接至所述膨胀阀4的入口，所述相变热储罐3的出口连接至所述回热器ⅱ15的高温端入口，所述回热器ⅱ15的低温端出口连接至所述压缩机ⅰ2的入口，所述换热器1的出口连接至所述回热器ⅱ15的低温端入口。

39.优选的，所述跨临界co2动力循环系统还包括回热器ⅲ16，所述回热器ⅲ16的高温端出口连接至所述中间换热器9的低温端入口，所述膨胀发电机ⅱ12的出口连接至所述回热器ⅲ16的低温端入口，所述回热器ⅲ16的低温端出口连接至所述冷凝器13的入口。

40.优选的，所述超临界co2动力循环既作为卡诺电池储热系统的顶循环又可作为卡诺电池储热系统的底循环。

41.优选的，所述回热器ⅰ8的高温端出口与所述换热器1的高温端入口相连，所述换热器1的高温端入口连接至所述气体冷却器10的入口，所述膨胀阀4的出口连接至换热器1的低温端入口，所述换热器1的低温端入口连接至所述压缩机ⅰ2的入口；所述相变热储罐3的放热出口连接至所述中间换热器9的高温端入口，所述中间换热器9的高温端出口连接至所述相变热储罐3的放热入口，所述工质泵14的出口连接至所述中间换热器9的低温端入口，所述中间换热器9的低温端出口连接至所述膨胀发电机ⅱ12的入口。

42.实施例1

43.如图1所示，本实用新型提供了一种卡诺电池储能与co2超跨临界动力循环的联合发电系统，利用卡诺电池储存高温工业余热，当系统存在电力需求时释放热能作为超临界co2动力循环系统的高温热源，同时以超临界co2循环回热器出口的co2工质作为跨临界co2动力循环系统的高温热源。

44.联合发电系统包括卡诺电池储热系统、超临界二氧化碳动力循环系统和跨临界二氧化碳动力循环系统。

45.所述卡诺电池储热系统包括换热器1、压缩机ⅰ2、相变热储罐3、膨胀阀4；所述换热器1的出口连接至所述压缩机ⅰ2的入口，所述压缩机ⅰ2的出口连接至所述相变热储罐3的储热入口，所述相变热储罐3的储热出口连接至所述膨胀阀4的入口，所述膨胀阀4的出口连接至换热器1的入口。

46.在卡诺电池储热系统中，液态工质经换热器1吸热蒸发成气体，在压缩机2中加压成高温高压气体，然后高温高压气体进入相变热储罐3的储热入口，将高温热量存储在相变热储罐3中；放热后的卡诺电池储热工质由相变热储罐3的储热出口进入膨胀阀4，节流降压成为饱和液体工质重新进入换热器1吸收高温工业余热。

47.所述超临界co2动力循环系统包括高温加热器5、低温加热器6、膨胀发电机ⅰ7、回热器ⅰ8、中间换热器9、气体冷却器10和压缩机ⅱ11；所述相变热储罐3的放热出口连接至所述高温加热器5的高温端入口，所述高温加热器5的高温端出口连接至所述低温加热器6的高温端入口，所述低温加热器6的高温端出口连接至所述相变热储罐3的放热入口；所述压缩机ⅱ11的出口连接至所述低温加热器6的低温端入口和所述回热器ⅰ8的冷侧入口；所述回热器ⅰ8的冷侧出口连接所述高温加热器5的低温端入口；所述低温加热器6的低温端出口连接所述高温加热器5的低温端入口，所述高温加热器5的低温端出口连接所述膨胀发电机ⅰ7的入口，所述膨胀发电机ⅰ7的入口连接所述回热器ⅰ8的热侧入口，所述回热器ⅰ8的热侧出口连接所述中间换热器9的入口，所述中间换热器9的出口连接所述气体冷却器10的入口，所述气体冷却器10的出口连接所述压缩机ⅱ11的进口。

48.在超临界co2动力循环系统中，低温超临界co2在高温加热器5中被热源加热到高温高压的状态后，进入膨胀发电机ⅰ7做功并进行发电，接着膨胀发电机ⅰ7出来的高温低压超临界co2进入回热器ⅰ8的高温端入口，被低温超临界co2冷却后，进入中间换热器9与跨临界

co2动力循环系统换热，接着低温低压超临界co2进入气体冷却器10被冷源冷却至临界区域(～》31℃)后，进入压缩机ⅱ11升压，从压缩机ⅱ11出来的高压低温超临界co2分成两部分，一部分超临界co2进入回热器ⅰ8加热，吸收来自膨胀发电机ⅰ7的高温超临界co2的热量，一部分超临界co2进入低温加热器6加热到相同温度，两部分超临界co2混合后进入高温加热器5，完成循环。

49.所述跨临界co2动力循环系统包括膨胀发电机ⅱ12、冷凝器13、工质泵14；所述膨胀发电机ⅱ12的出口连接至所述冷凝器13的入口，所述冷凝器13的出口连接至所述工质泵14的入口，所述工质泵14的出口连接至所述中间换热器9的低温端入口，所述中间换热器9的低温端出口连接至所述膨胀发电机ⅱ12的入口。

50.对于跨临界co2动力循环系统，从工质泵14出来的高压co2首先进入中间换热器9的低温端入口，被超临界co2动力循环系统中的高温co2加热，接着中间换热器9低温端出口的co2进入膨胀发电机ⅱ12做功并进行发电后，流入冷凝器13被冷却水冷却成液态，液态的co2进入工质泵14升压，完成循环。

51.本实施例中，所述压缩机ⅰ2出口的热能储存在所述相变热储罐3中；当系统有用电需求时，所述相变热储罐3通过放热循环工质将热能释放到所述高温加热器5和所述低温加热器6中。

52.本实施例中，所述气体冷却器10和所述冷凝器13的冷却介质均为循环冷却水。

53.本实施例中，所述相变热储罐3的热能通过放热工质输送至所述高温加热器5及低温加热器6作为热源，通过所述高温加热器5为所述超临界co2动力循环系统内的co2循环介质提供热能；所述中间换热器9由来自所述回热器ⅰ8的低温超临界co2作为热源，热源通过所述中间换热器9为所述跨临界co2动力循环系统内的循环工质提供热能。

54.本实施例提供的联合发电系统结构紧凑，系统储热成本较低且不受地理位置条件限制，可用于任何具有高温余热且需要大规模储热设备的场所。

55.实施例2

56.如图2所示，本实施例提供的卡诺电池储能与co2超跨临界动力循环的联合发电系统与实施例1的区别在于：所述卡诺电池储热系统还包括回热器ⅱ15，所述跨临界co2动力循环系统还包括回热器ⅲ16。

57.本实施例中，所述回热器ⅱ15的高温端出口连接至所述膨胀阀4的入口，所述相变热储罐3的出口连接至所述回热器ⅱ15的高温端入口，所述回热器ⅱ15的低温端出口连接至所述压缩机ⅰ2的入口，所述换热器1的出口连接至所述回热器ⅱ15的低温端入口。

58.本实施例中，所述回热器ⅲ16的高温端出口连接至所述中间换热器9的低温端入口，所述膨胀发电机ⅱ12的出口连接至所述回热器ⅲ16的低温端入口，所述回热器ⅲ16的低温端出口连接至所述冷凝器13的入口。

59.在本实施例所述的卡诺电池储热系统中，液态工质经换热器1吸热蒸发成气体，气态工质进入回热器ⅱ15的低温端入口，回热器ⅱ15低温端出口的工质进入压缩机2中被加压成高温高压气体，高温高压气体进入相变热储罐3的储热入口，将高温热量存储在相变热储罐3中；放热后的卡诺电池储热工质由相变热储罐3的储热出口进入回热器ⅱ15的高温端入口，回热器ⅱ15高温端出口的储热工质进入膨胀阀4，节流降压成为饱和液体工质重新进入换热器1吸收高温工业余热。

60.对于跨临界co2动力循环系统，从工质泵14出来的高压co2首先进入回热器ⅲ16的低温端入口，回热器ⅲ16低温端出口的工质进入中间换热器9的低温端入口，被超临界co2动力循环系统中的高温co2工质加热，接着中间换热器9低温端出口的co2进入膨胀发电机ⅱ12做功并进行发电后，由膨胀发电机ⅱ12出口进入回热器ⅲ16的高温端入口，回热器ⅲ16高温端出口的co2工质进入冷凝器13被冷却水冷却成液态，液态co2工质进入工质泵14升压，完成循环。

61.本实施例所述的联合发电系统结构紧凑，系统储热成本较低且不受地理位置条件限制，可用于任何具有高温余热且需要大规模储热设备的场所。在卡诺电池储热系统和跨临界co2动力循环中分别添加了回热器ⅱ15和回热器ⅲ16，可更大限度回收系统剩余热能并提高系统热效率，保证余热最大限度梯级利用。

62.实施例3

63.如图3所示，本实施例提供的卡诺电池储能与co2超跨临界动力循环的联合发电系统与实施例1和实施例2的区别在于：所述超临界co2动力循环作为卡诺电池储热系统的顶循环；所述跨临界co2动力循环系统作为卡诺电池储热系统的底循环。其中，所述高温加热器5和低温加热器6与所述相变热储罐3断开连接，所述回热器ⅰ8与所述中间换热器9断开连接，所述中间换热器9与所述气体冷却器10断开连接。

64.本实施例中，所述回热器ⅰ8的高温端出口与所述换热器1的高温端入口相连，所述换热器1的高温端入口连接至所述气体冷却器10的入口，所述膨胀阀4的出口连接至换热器1的低温端入口，所述换热器1的低温端入口连接至所述压缩机ⅰ2的入口。

65.本实施例中，所述相变热储罐3的放热出口连接至所述中间换热器9的高温端入口，所述中间换热器9的高温端出口连接至所述相变热储罐3的放热入口，所述工质泵14的出口连接至所述中间换热器9的低温端入口，所述中间换热器9的低温端出口连接至所述膨胀发电机ⅱ12的入口。

66.在超临界co2动力循环系统中，低温超临界co2在高温加热器5中被高温余热加热到高温高压的状态后，进入膨胀发电机ⅰ7做功并进行发电，接着膨胀发电机ⅰ7出来的高温低压超临界co2进入回热器ⅰ8的高温端入口，被低温超临界co2冷却后，进入换热器1与卡诺电池储热系统换热，接着低温低压超临界co2进入气体冷却器10被冷源冷却至临界区域(～》31℃)后，进入压缩机ⅱ11升压，从压缩机ⅱ11出来的高压低温超临界co2分成两部分，一部分超临界co2进入回热器ⅰ8加热，吸收来自膨胀发电机ⅰ7的高温超临界co2的热量，一部分超临界co2进入低温加热器6被余热加热到相同温度，两部分超临界co2混合后进入高温加热器5，完成循环。

67.对于卡诺电池储热系统，液态工质经换热器1吸热蒸发成气体，在压缩机2中加压成高温高压气体，然后高温高压气体进入相变热储罐3的储热入口，将高温热量存储在相变热储罐3中；放热后的卡诺电池储热工质由相变热储罐3的储热出口进入膨胀阀4，节流降压成为饱和液体工质重新进入换热器1吸收超临界co2动力循环系统余热。

68.对于跨临界co2动力循环系统，从工质泵14出来的高压co2首先进入中间换热器9的低温端入口，被卡诺电池储热系统中相变热储罐3的放热出口工质加热，接着中间换热器9低温端出口的co2进入膨胀发电机ⅱ12做功并进行发电后，流入冷凝器13被冷却水冷却成液态，液态co2进入工质泵14升压，完成循环。

69.本实施例所述的联合发电系统中，首先利用工业余热驱动超临界co2动力循环实现余热第一级回收并放电，再将超临界co2动力循环的余热通过卡诺电池储热系统储存到相变热储罐3中，当系统产生电力需求时，再利用跨临界co2动力循环将相变热储罐3中的热能转化为电能。本联合发电系统可通过顶循环与底循环的不同组合，匹配不同温度工业余热的储热与发电需求，具有广阔的应用前景。

70.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。技术特征：

1.一种卡诺电池储能与co2超-跨临界动力循环联合发电系统，其特征在于，包括：卡诺电池储热系统、超临界co2动力循环系统和跨临界co2动力循环系统；所述卡诺电池储热系统与超临界co2动力循环系统相连，用于储存工业余热，并在系统存在电力需求时释放热能为超临界co2动力循环系统提供热源，所述超临界co2动力循环系统与跨临界co2动力循环系统相连，用于发电以及为跨临界co2动力循环系统提供热源，所述跨临界co2动力循环系统用于发电；所述卡诺电池储热系统包括换热器(1)、压缩机ⅰ(2)、相变热储罐(3)和膨胀阀(4)，所述换热器(1)的出口与所述压缩机ⅰ(2)的入口相连，所述压缩机ⅰ(2)的出口与所述相变热储罐(3)的储热入口相连，所述相变热储罐(3)的储热出口与所述膨胀阀(4)的入口相连，所述膨胀阀(4)的出口与换热器(1)的入口相连；所述相变热储罐(3)与所述超临界co2动力循环系统相连；所述超临界co2动力循环系统包括高温加热器(5)、低温加热器(6)、膨胀发电机ⅰ(7)、回热器ⅰ(8)、中间换热器(9)、气体冷却器(10)和压缩机ⅱ(11)，所述相变热储罐(3)的放热出口与所述高温加热器(5)的高温端入口相连，所述高温加热器(5)的高温端出口与所述低温加热器(6)的高温端入口相连，所述低温加热器(6)的高温端出口与所述相变热储罐(3)的放热入口相连；所述压缩机ⅱ(11)的出口与所述低温加热器(6)的低温端入口和所述回热器ⅰ(8)的冷侧入口相连；所述回热器ⅰ(8)的冷侧出口与所述高温加热器(5)的低温端入口相连；所述低温加热器(6)的低温端出口与所述高温加热器(5)的低温端入口相连，所述高温加热器(5)的低温端出口与所述膨胀发电机ⅰ(7)的入口相连，所述膨胀发电机ⅰ(7)的入口与所述回热器ⅰ(8)的热侧入口相连，所述回热器ⅰ(8)的热侧出口与所述中间换热器(9)的入口相连，所述中间换热器(9)的出口与所述气体冷却器(10)的入口相连，所述气体冷却器(10)的出口与所述压缩机ⅱ(11)的进口相连；所述超临界co2动力循环系统通过中间换热器(9)与所述跨临界co2动力循环系统相连；所述压缩机ⅰ(2)出口的热能储存在所述相变热储罐(3)中，当系统有用电需求时，所述相变热储罐(3)的热能通过放热工质输送至所述高温加热器(5)及低温加热器(6)作为热源，热源通过所述高温加热器(5)为所述超临界co2动力循环系统内的co2循环介质提供热能；所述跨临界co2动力循环系统包括膨胀发电机ⅱ(12)、冷凝器(13)和工质泵(14)，所述膨胀发电机ⅱ(12)的出口与所述冷凝器(13)的入口相连，所述冷凝器(13)的出口与所述工质泵(14)的入口相连，所述工质泵(14)的出口与所述中间换热器(9)的低温端入口相连，所述中间换热器(9)的低温端出口与所述膨胀发电机ⅱ(12)的入口相连；所述中间换热器(9)由来自所述回热器ⅰ(8)的低温超临界co2作为热源，热源通过所述中间换热器(9)为所述跨临界co2动力循环系统内的co2循环工质提供热能。2.根据权利要求1所述的卡诺电池储能与co2超-跨临界动力循环联合发电系统，其特征在于，所述超临界co2动力循环系统还可作为卡诺电池储热系统的顶循环，所述跨临界co2动力循环系统作为卡诺电池储热系统的底循环，其中，所述高温加热器(5)和低温加热器(6)与所述相变热储罐(3)断开连接，所述回热器ⅰ(8)与所述中间换热器(9)断开连接，所述中间换热器(9)与所述气体冷却器(10)断开连接；所述回热器ⅰ(8)的高温端出口与所述换热器(1)的高温端入口相连，所述换热器(1)的

高温端入口与所述气体冷却器(10)的入口相连，所述膨胀阀(4)的出口与换热器(1)的低温端入口相连，所述换热器(1)的低温端入口与所述压缩机ⅰ(2)的入口相连；所述相变热储罐(3)的放热出口与所述中间换热器(9)的高温端入口相连，所述中间换热器(9)的高温端出口与所述相变热储罐(3)的放热入口相连，所述工质泵(14)的出口与所述中间换热器(9)的低温端入口相连，所述中间换热器(9)的低温端出口与所述膨胀发电机ⅱ(12)的入口相连。3.根据权利要求1所述的卡诺电池储能与co2超-跨临界动力循环联合发电系统，其特征在于，所述卡诺电池储能系统还包括回热器ⅱ(15)，所述回热器ⅱ(15)的高温端出口与所述膨胀阀(4)的入口相连，所述相变热储罐(3)的出口与所述回热器ⅱ(15)的高温端入口相连，所述回热器ⅱ(15)的低温端出口与所述压缩机ⅰ(2)的入口相连，所述换热器(1)的出口与所述回热器ⅱ(15)的低温端入口相连。4.根据权利要求1或2所述的卡诺电池储能与co2超-跨临界动力循环联合发电系统，其特征在于，所述跨临界co2动力循环系统还包括回热器ⅲ(16)，所述回热器ⅲ(16)的高温端出口与所述中间换热器(9)的低温端入口相连，所述膨胀发电机ⅱ(12)的出口与所述回热器ⅲ(16)的低温端入口相连，所述回热器ⅲ(16)的低温端出口与所述冷凝器(13)的入口相连。5.根据权利要求1所述的卡诺电池储能与co2超-跨临界动力循环联合发电系统，其特征在于，所述气体冷却器(10)和所述冷凝器(13)的冷却介质为循环冷却水，所述相变热储罐(3)内的相变储热介质为无机盐类高温相变储热材料。

技术总结

本实用新型提供一种卡诺电池储能与CO2超-跨临界动力循环联合发电系统，包括卡诺电池储热系统、超临界CO2动力循环系统和跨临界CO2动力循环系统；所述卡诺电池储热系统包括换热器Ⅰ、压缩机Ⅰ、相变材料热储罐、膨胀阀；所述超临界CO2动力循环系统包括高温加热器、低温加热器、膨胀发电机Ⅰ、回热器Ⅰ、中间换热器、气体冷却器和压缩机Ⅱ；所述跨临界CO2动力循环系统包括膨胀发电机Ⅱ、冷凝器和工质泵。本实用新型的技术方案可解决大规模热储能与余热回收综合能源利用发电等问题。热回收综合能源利用发电等问题。热回收综合能源利用发电等问题。

技术研发人员：王哲 夏睿 韩凤翚 纪玉龙

受保护的技术使用者：大连海事大学

技术研发日：2022.12.21

技术公布日：2023/5/27