一种液态跨临界二氧化碳储能系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种液态跨临界二氧化碳储能系统及方法，该系统包括储液罐、蒸发组件、储能组件、高压储气罐、释能组件和冷凝组件；所述储液罐内存储有液态二氧化碳，所述储液罐出口依次经第一阀门、蒸发组件和储能组件连接至高压储气罐入口，所述高压储气罐出口依次经第二阀门、释能组件、冷凝组件连接至储气罐入口；该方法包括储能与释能两个阶段。本发明专利技术结构紧凑，设计合理，对热能与冷能充分利用，能够降低存储系统的规模，增加系统的灵活性，同时能还利用各种类型热源，如地热、太阳能和工业余热等增强系统发电性能。等增强系统发电性能。等增强系统发电性能。

【技术实现步骤摘要】
一种液态跨临界二氧化碳储能系统及方法


[0001]本专利技术属于压缩二氧化碳
，特别涉及一种液态跨临界二氧化碳储能系统及方法。

技术介绍

[0002]压缩空气储能系统是目前发展较为成熟，可有效解决风能发电、太阳能发电稳定并网运行的一种储能技术。压缩空气储能技术先后经历的传统压缩空气储能技术、绝热压缩空气储能技术、液化压缩空气储能技术以及超临界压缩空气储能系统。但都存在效率低、储能密度小、一些系统参数难达到的缺点。
[0003]与空气相比，二氧化碳具有良好的物性特征，如易实现超临界状态(31.1℃、7.38MPa)、动力黏度低、密度大、流动和换热性能好，是一种具有较大开发潜力的储能介质。在压缩空气储能系统中使用二氧化碳代替空气作为储能介质，不仅可以提高储能系统运行储能效率，而且可以循环利用大量的二氧化碳，使压缩二氧化碳储能系统成为更具有发展前景的储能循环系统。
[0004]现有技术中，跨临界二氧化碳储能技术还存在着如下一些问题，如发电效率和储能密度还不高、跨临界二氧化碳储能技术中液态二氧化碳储罐中存在液化不充分的问题等。

技术实现思路

[0005]基于此，为了解决上述传统储能系统中存在的主要技术问题，本专利技术提供了一种液态跨临界二氧化碳储能系统及方法，结构紧凑，设计合理，对热能与冷能充分利用，能够降低存储系统的规模，增加系统的灵活性，同时能还利用各种类型热源，如地热、太阳能和工业余热等增强系统发电性能。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案来实现：r/>[0007]一种液态跨临界二氧化碳储能系统，包括储液罐、蒸发组件、储能组件、高压储气罐、释能组件和冷凝组件；
[0008]所述储液罐内存储有液态二氧化碳，
[0009]所述储液罐出口依次经第一阀门、蒸发组件和储能组件连接至高压储气罐入口，所述高压储气罐出口依次经第二阀门、释能组件、冷凝组件连接至储气罐入口。
[0010]本专利技术进一步的改进在于，储液罐具有保温层与稳压装置，液罐内部液态二氧化碳温度维持在
‑
6℃～
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3℃范围内，压力维持在2.9MPa～3.3MPa范围内。
[0011]本专利技术进一步的改进在于，所述蒸发组件包括冷库与第一换热器，冷库内盛有足量冰水混合物，温度维持在0℃；第一换热器高温通道内工质为冷库中冰水混合物，低温通道内工质为来自储液罐的液态二氧化碳，液态二氧化碳经蒸发组件吸热变成气态二氧化碳，同时为冷库提供冷量。
[0012]本专利技术进一步的改进在于，所述储能组件包括至少一台连接电动机的压缩机，发
电机由用电低谷时期电网富余的电能供给，富余的电能通过驱动压缩机，将低温低压二氧化碳压缩为超临界二氧化碳，将电能转化为二氧化碳内能储存。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，储能组件采用多级压缩的方式，压缩机之间通过间冷器连接，所述间冷器高温通道工质为上一级压缩机出口的二氧化碳，低温通道工质为环境冷源，通过风机或者循环泵驱动低温工质流动；
[0014]经压缩机压缩得到的超临界二氧化碳气体通过管道流入高压储气罐中，超临界二氧化碳气体的压力在15MPa～25MPa范围内。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，所述释能组件包括回热器、预热器和透平机组；
[0016]所述回热器低温通道为来自高压储气罐的超临界二氧化碳，高温通道为透平出口乏气，采用回热对乏气中热量进一步利用；
[0017]所述预热器低温通道工质为经回热器加热的超临界二氧化碳，高温通道工质为热源供热单元工质；
[0018]所述透平机组包括至少一台连接发电机的透平，经回热器与预热器加热的高温高压超临界二氧化碳进入透平做功，驱动发电机发电，将二氧化碳的内能转化为电能，实现低谷时期暂存电能向高峰时期电能的转化。
[0019]本专利技术进一步的改进在于，透平机组采用多级膨胀的方式，透平之间通过中间再热器连接；
[0020]所述中间再热器低温通道工质为上一级透平出口的二氧化碳，高温通道工质为热源供热单元工质；
[0021]将热源供热单元工质进行分流，按设定的比例分配到预热器和中间再热器能够进一步提升系统的性能；将所有质量流量热水依次经预热器、中间再热器放热；
[0022]透平机组出口乏气经回热器降温后进入冷凝组件。
[0023]本专利技术进一步的改进在于，冷凝组件包括冷凝器、第二换热器、冷库以及减压阀；
[0024]经回热器冷却的气态二氧化碳经过冷凝器进一步冷却至常温，然后进入第二换热器冷却至3℃～6℃并液化；
[0025]所述第二换热器高温通道工质为经冷凝器冷却后的常温气态二氧化碳，低温通道为来自冷库的冰水混合物；
[0026]在第二换热器中，气态二氧化碳放热冷却并逐渐液化为液态二氧化碳；
[0027]经第二换热器得到的液态二氧化碳经减压阀进一步调节温度、压力至储液罐温度、压力。
[0028]本专利技术进一步的改进在于，第一换热器与第二换热器共用一个冷库，或者采用两个独立的冷库，冷库间通过泵与管道在储能和释能阶段交换工质；
[0029]降温降压后的液态二氧化碳沿管道进入储液罐；
[0030]在储液罐顶端，设置气体出口，储液罐内少量气态二氧化碳在循环泵的推动下与冷凝器出口二氧化碳混合，通过第二换热器、减压阀调节再次回到储液罐。
[0031]一种液态跨临界二氧化碳储能方法，该方法基于所述的一种液态跨临界二氧化碳储能系统，包括储能与释能两个阶段：
[0032]初始阶段，所有阀门和设备均处于关闭状态；
[0033]储能阶段：打开对应的阀门和循环泵；储液罐中液态二氧化碳进入第一换热器吸
收热量发生气化，冷量储存于冷库中；随后，气态二氧化碳经单级或多级压缩机压缩为超临界二氧化碳，若为多级压缩，压缩机间安装间冷器冷却上一级压缩机排气；间冷器冷源由环境空气或冷却水提供；压缩后的超临界二氧化碳储存于储气罐中；关闭阀门和循环泵，储能阶段结束；
[0034]释能阶段：打开对应的阀门、循环泵和减压阀；储气罐内超临界二氧化碳先后经过回热器加热、预热器加热后进入单级或多级透平做功；若为多级膨胀做功，透平间安装中间再热器加热上一级排气；其中回热器热源为透平出口乏气，预热器、中间再热器热源为地热、太阳能和工业余热；透平出口二氧化碳经回热器冷却后进入冷凝器冷却至常温，然后与储液罐中排出的少量气态二氧化碳混合一起进入第二换热器，在第二换热器内冷却并液化；第二换热器冷源为冷库；液化后的二氧化碳经减压阀降温降压至储液罐额定温度、压力范围后进入储液罐；关闭阀门、循环泵和减压阀，释能阶段结束。
[0035]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益的技术效果：
[0036](1)本专利技术提出了一种新的液态跨临界二氧化碳储能系统，以二氧化碳为储能介质，利用其密度高、易相变的特点，有效的降低了储能阶段系统耗功，进而增加了系统输出功量，且有效的提高了系统的紧凑性和灵活性。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液态跨临界二氧化碳储能系统，其特征在于，包括储液罐、蒸发组件、储能组件、高压储气罐、释能组件和冷凝组件；所述储液罐内存储有液态二氧化碳，所述储液罐出口依次经第一阀门、蒸发组件和储能组件连接至高压储气罐入口，所述高压储气罐出口依次经第二阀门、释能组件、冷凝组件连接至储气罐入口。2.根据权利要求1所述的一种液态跨临界二氧化碳储能系统，其特征在于，储液罐具有保温层与稳压装置，液罐内部液态二氧化碳温度维持在
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6℃～
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3℃范围内，压力维持在2.9MPa～3.3MPa范围内。3.根据权利要求1所述的一种液态跨临界二氧化碳储能系统，其特征在于，所述蒸发组件包括冷库与第一换热器，冷库内盛有足量冰水混合物，温度维持在0℃；第一换热器高温通道内工质为冷库中冰水混合物，低温通道内工质为来自储液罐的液态二氧化碳，液态二氧化碳经蒸发组件吸热变成气态二氧化碳，同时为冷库提供冷量。4.根据权利要求3所述的一种液态跨临界二氧化碳储能系统，其特征在于，所述储能组件包括至少一台连接电动机的压缩机，发电机由用电低谷时期电网富余的电能供给，富余的电能通过驱动压缩机，将低温低压二氧化碳压缩为超临界二氧化碳，将电能转化为二氧化碳内能储存。5.根据权利要求4所述的一种液态跨临界二氧化碳储能系统，其特征在于，储能组件采用多级压缩的方式，压缩机之间通过间冷器连接，所述间冷器高温通道工质为上一级压缩机出口的二氧化碳，低温通道工质为环境冷源，通过风机或者循环泵驱动低温工质流动；经压缩机压缩得到的超临界二氧化碳气体通过管道流入高压储气罐中，超临界二氧化碳气体的压力在15MPa～25MPa范围内。6.根据权利要求4所述的一种液态跨临界二氧化碳储能系统，其特征在于，所述释能组件包括回热器、预热器和透平机组；所述回热器低温通道为来自高压储气罐的超临界二氧化碳，高温通道为透平出口乏气，采用回热对乏气中热量进一步利用；所述预热器低温通道工质为经回热器加热的超临界二氧化碳，高温通道工质为热源供热单元工质；所述透平机组包括至少一台连接发电机的透平，经回热器与预热器加热的高温高压超临界二氧化碳进入透平做功，驱动发电机发电，将二氧化碳的内能转化为电能，实现低谷时期暂存电能向高峰时期电能的转化。7.根据权利要求6所述的一种液态跨临界二氧化碳储能系统，其特征在于，透平机组采用多级膨胀的方式，透平之间通过中间再热器连接；所述中间再热器低温通道工质为上一级...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢永慧，唐勃，孙磊，张荻，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：