一种恒压膨胀/压缩的超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恒压膨胀/压缩的超临界二氧化碳储能系统及方法，包括：二氧化碳压缩模块，用于通过超临界二氧化碳压缩支路将超临界二氧化碳进行压缩；二氧化碳膨胀模块，用于通过超临界二氧化碳膨胀支路将超临界二氧化碳进行膨胀；二氧化碳稳压储气库，用于对压缩的超临界二氧化碳和膨胀的超临界二氧化碳进行储存；回热模块，用于通过热循环回路对超临界二氧化碳进行预热或预冷以及多级膨胀的再热或多级压缩的再冷。本发明专利技术能够保证储能系统的入口压力恒定，提升运行性能和系统效率。提升运行性能和系统效率。提升运行性能和系统效率。

【技术实现步骤摘要】
一种恒压膨胀/压缩的超临界二氧化碳储能系统及方法


[0001]本专利技术属于超临界二氧化碳储能
，特别是涉及一种恒压膨胀/压缩的超临界二氧化碳储能系统及方法。

技术介绍

[0002]储能的本质是为了解决供电生产的连续性和用电需求的间断性之间的矛盾，实现电力在发电侧、电网侧以及用户侧的稳定运行。储能通过对于电能在时间维度上的调度进行削峰填谷/峰谷套利，可平滑需求+为终端用户节省用电成本。压缩超临界二氧化碳储能系统是一种新型大规模储能技术，工作原理与抽水蓄能相类似，当电力系统的用电处于低谷时，消耗电能驱动超临界二氧化碳压缩机，把能量以压缩超临界二氧化碳的形式储存在高压储气库中，这是储能过程；当电力系统用电负荷达到高峰时，储气装置将存储的超临界二氧化碳释放出来，在透平膨胀机中膨胀做功并带动发电机发电；压缩超临界二氧化碳储能系统能够完成电能—超临界二氧化碳势能—电能的转化，这是释能过程。用于压缩超临界二氧化碳储能系统的储气库装置一般为几万方到百万方不等，选择具有储气条件的地层，且储层边界有边水，地层有底水，而且有很好的盖层用于封住存于储层中的超临界二氧化碳。一般来说压力容器放气过程中，由于气量的减少，压力容器内部的气压随放气过程将连续降低。如果是普通高压固定容器释放超临界二氧化碳直接给膨胀机供应动力源，则将导致超临界二氧化碳膨胀机入口始终处于滑压状态，难以保证压力平稳，从而使设备运转偏离设计工况，导致性能下降，最终将影响系统效率。

技术实现思路

[0003]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中压缩超临界二氧化碳储能系统中储气装置滑压运行的缺陷，从而提供一种恒压膨胀的压缩超临界二氧化碳储能系统及方法。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种恒压膨胀/压缩的超临界二氧化碳储能系统，包括：
[0005]二氧化碳压缩模块，用于通过超临界二氧化碳压缩支路将超临界二氧化碳进行压缩；
[0006]二氧化碳膨胀模块，用于通过超临界二氧化碳膨胀支路将超临界二氧化碳进行膨胀；
[0007]二氧化碳稳压储气库，用于对压缩的超临界二氧化碳和膨胀的超临界二氧化碳进行储存；
[0008]回热模块，用于通过热循环回路对超临界二氧化碳进行预热或预冷以及多级膨胀的再热或多级压缩的再冷。
[0009]优选地，所述超临界二氧化碳压缩支路包括依次连接的低压储气库、超临界二氧化碳压缩机、蓄热换热器、高压储气库；
[0010]所述超临界二氧化碳膨胀支路包括依次连接的高压储气库、回热换热器、透平膨胀机、低压储气库；
[0011]所述二氧化碳稳压储气库包括低压储气库、高压储气库；
[0012]所述热循环回路包括依次连接的蓄热换热器、蓄热罐、回热换热器、蓄冷罐。
[0013]优选地，所述超临界二氧化碳压缩支路中的超临界二氧化碳压缩机、蓄热换热器并联连接或串联连接；
[0014]所述超临界二氧化碳膨胀支路中的回热换热器、透平膨胀机并联连接或串联连接。
[0015]优选地，所述热循环回路还填充有热载体，所述热载体包括低温热载体、高温热载体，所述热载体为液态工质或可流动性颗粒蓄热工质。
[0016]优选地，所述热循环回路包括高温测流道、低温测流道；
[0017]所述高温测流道用于通过高温热载体使低温压缩高压超临界二氧化碳吸热升温，获得高温压缩高压临界二氧化碳；将所述超临界二氧化碳输送至透平膨胀机膨胀做功，驱动电机对外输出能量；
[0018]所述低温测流道用于通过低温热载体对高温压缩超临界二氧化碳换热降温，获得低温压缩高压超临界二氧化碳，并传输至下一级压缩机进行压缩或进入高压储气库存储备用。
[0019]优选地，所述热循环回路中的蓄热换热器、蓄热罐、回热换热器、蓄冷罐之间还包括热泵，所述热泵用于控制热量交换。
[0020]优选地，一种恒压膨胀/压缩的超临界二氧化碳储能方法，包括，
[0021]基于用电系统的实时用电情况，二氧化碳压缩机吸入低压储气库中的超临界二氧化碳并压缩，获得高温压缩的超临界二氧化碳；
[0022]将所述高温压缩的超临界二氧化碳输入至蓄热换热器的高温侧流道，同时蓄冷器中的低温热载体进入蓄热换热器的低温侧流道进行换热，所述高温压缩的超临界二氧化碳降温形成低温压缩高压超临界二氧化碳后传输至下一级压缩机进行压缩或进入高压储气库存储备用，完成超临界二氧化碳的储能。
[0023]优选地，所述储能方法还包括释能过程；所述释能过程包括，
[0024]所述高压储气库释放存储的低温压缩高压超临界二氧化碳，进入回热换热器的低温侧流道，同时蓄热器内的高温热载体进入所述回热换热器的高温侧流道进行换热，所述低温压缩高压超临界二氧化碳吸热升温后进入超临界二氧化碳膨胀机中进行膨胀做功，降温后的高温热载体进入蓄冷器中存储备用；所述超临界二氧化碳膨胀机驱动发电机或其它机构对外输出能量，完成低温压缩高压超临界二氧化碳的释能过程。
[0025]本专利技术公开了以下技术效果：
[0026]本专利技术提供的一种恒压膨胀/压缩的超临界二氧化碳储能系统及方法，设有蓄热罐和蓄冷罐，利用热载体所携带的热量在换热器中使进入透平膨胀的超临界二氧化碳温度升高，补充系统的压力下降。另外，由于系统的高压储气库是有边底水，庞大的边底水将能维持储气库运行过程中的压力系统保持稳定。因此，在整个释能透平膨胀过程中，能保证超临界二氧化碳膨胀机入口压力恒定，提升运行性能和系统效率。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0028]图1为本专利技术实施例的系统结构示意图；
[0029]1/2/3
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超临界二氧化碳压缩机；4
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高压储气库；5/6/7
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超临界二氧化碳透平膨胀机；8/9/10
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蓄热换热器；11
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蓄热罐；12
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蓄冷罐；13
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低压储气库；14/15/16
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回热换热器。
具体实施方式
[0030]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0031]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0032]如图1所示，本专利技术提供了一种恒压膨胀/压缩的超临界二氧化碳储能系统,包括：
[0033]超临界二氧化碳压缩支路，包括依次串本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种恒压膨胀/压缩的超临界二氧化碳储能系统，其特征在于，包括：二氧化碳压缩模块，用于通过超临界二氧化碳压缩支路将超临界二氧化碳进行压缩；二氧化碳膨胀模块，用于通过超临界二氧化碳膨胀支路将超临界二氧化碳进行膨胀；二氧化碳稳压储气库，用于对压缩的超临界二氧化碳和膨胀的超临界二氧化碳进行储存；回热模块，用于通过热循环回路对超临界二氧化碳进行预热或预冷以及多级膨胀的再热或多级压缩的再冷。2.根据权利要求1所述的恒压膨胀/压缩的超临界二氧化碳储能系统，其特征在于，所述超临界二氧化碳压缩支路包括依次连接的低压储气库、超临界二氧化碳压缩机、蓄热换热器、高压储气库；所述超临界二氧化碳膨胀支路包括依次连接的高压储气库、回热换热器、透平膨胀机、低压储气库；所述二氧化碳稳压储气库包括低压储气库、高压储气库；所述热循环回路包括依次连接的蓄热换热器、蓄热罐、回热换热器、蓄冷罐。3.根据权利要求1所述的恒压膨胀/压缩的超临界二氧化碳储能系统，其特征在于，所述超临界二氧化碳压缩支路中的超临界二氧化碳压缩机、蓄热换热器并联连接或串联连接；所述超临界二氧化碳膨胀支路中的回热换热器、透平膨胀机并联连接或串联连接。4.根据权利要求1所述的恒压膨胀/压缩的超临界二氧化碳储能系统，其特征在于，所述热循环回路还填充有热载体，所述热载体包括低温热载体、高温热载体，所述热载体为液态工质或可流动性颗粒蓄热工质。5.根据权利要求4所述的恒压膨胀/压缩的超临界二氧化碳储能系统，其特征在于，所述热循环回路包括高温测流道、低温测流道；所述高温测流道用于通过高温热载体使低温压缩高压超临界二氧化碳吸热升温，获...

【专利技术属性】
技术研发人员：张飞扬，孙静桐，张遂安，张劲，肖凤朝，李雪晨，张燕茹，
申请(专利权)人：中能安然北京工程技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：