一种恒压释能型压缩空气储能系统及方法技术方案

本申请提出一种恒压释能型压缩空气储能系统及方法，利用CO2气液易转换物性参数特点，实现压缩空气便捷高效恒压输出，同时储能系统热量得以高效循环利用，使得热量利用率高于95%大大提升了压缩空气储能系统效率。此外，本系统恒压释能使空气储气室内的压缩空气近似完全利用，大大缩小空气储气室的建设规模，降低储气室投资成本超过50%。本实施例中整个储能系统和方法具有简单、易实现、效率高及成本低等特点。低等特点。低等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种恒压释能型压缩空气储能系统及方法


[0001]本申请涉及储能
，尤其涉及一种恒压释能型压缩空气储能系统及方法。

技术介绍

[0002]随着新能源大规模利用，储能已成为全球能源转型进程中不可或缺的环节。尤其在大规模新能源基地等场景下，更需要大规模、长时、高效、低成本储能技术支撑。在众多储能技术中，普遍认为压缩空气储能系统显然是最具竞争力的大规模电力储能技术路线之一。现有压缩空气储能技术中系统释能过程压力逐渐降低，滑压运行模式导致系统效率较低，且储能系统在较低压力下无法完成释能，导致储气室容量利用率较低，大大推高了压缩空气气室规模，导致项目投资成本居高不下及压缩热损失导致系统效率不高。此外压缩二氧化碳储能无法像压缩空气储能无法开式运行，其闭式运行气室规模超大缺乏实用价值，投资成本和系统效率严重制约了大规模压缩空气储能技术的推广应用。

技术实现思路

[0003]本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0004]为此，本申请的目的在于提出一种推动压缩空气恒压释能的压缩空气储能系统及方法，利用CO2气液易转换物性参数特点，实现压缩空气便捷高效恒压输出，同时储能系统热量得以高效循环利用，使得热量利用率高于95%大大提升了压缩空气储能系统效率。此外，本系统恒压释能使空气储气室内的压缩空气近似完全利用，大大缩小空气储气室的建设规模，降低储气室投资成本超过50%。本实施例中整个储能系统和方法具有简单、易实现、效率高及成本低等特点。
[0005]为达到上述目的，本申请提出的一种恒压释能型压缩空气储能系统，包括储气室，其由柔性隔膜分隔成空气储气室和气态CO2储气室；空气压缩释能单元，其与所述空气储气室连通，用于向所述空气储气室内通入或释放压缩空气；和CO2气液转化单元，其包括气态CO2调节单元、液态CO2存储单元和液态CO2回热单元；其中所述气态CO2储气室的出口、所述气态CO2调节单元和所述液态CO2存储单元的进口通过CO2释能管路依次连接；所述液态CO2存储单元的出口、所述液态CO2回热单元和所述气态CO2储气室的进口通过CO2储能管路依次连接。
[0006]在一些实施例中，所述CO2气液转化单元还包括CO2气液热交换单元；其分别与所述气态CO2调节单元和所述液态CO2回热单元连接，用于存储气态CO2经过所述气态CO2调节单元产生的热量；并加热所述液态CO2回热单元中的液态CO2。
[0007]在一些实施例中，所述气态CO2调节单元包括调压装置和调温装置，用于对气态CO2调节压力及温度将气态CO2转化为液态CO2；其中所述调压装置设置在所述调温装置的上游，所述调温装置与所述CO2气液热交换单元连接并换热。
[0008]在一些实施例中，所述液态CO2回热单元包括一级类回热器用于对液态CO2升温；其
中一级类回热器与所述CO2气液热交换单元连接并换热。
[0009]在一些实施例中，所述液态CO2回热单元还包括二级类回热器，用于对液态CO2升温将液态CO2转化为气态CO2；所述一级类回热器设置在所述二级类回热器的上游，且所述二级类回热器与所述空气压缩释能单元连接并换热。
[0010]在一些实施例中所述空气压缩释能单元包括空气压缩单元、做功单元和空气热交换单元；其中所述空气压缩单元进口连接有进气装置，且其出口通过空气储能管路与所述空气储气室的进口连接；所述做功单元通过空气释能管路与所述空气储气室的出口连接；所述空气热交换单元分别与所述空气压缩单元、所述做功单元和所述二级类回热器连接并换热。
[0011]在一些实施例中，所述空气压缩单元包括若干级压缩机和设置在所述压缩机下游的冷却器；其中若干级所述压缩机用于压缩空气；压缩空气通过所述冷却器与所述空气热交换单元换热冷却。
[0012]在一些实施例中，所述做功单元包括上下游依次设置的加热器和透平装置；其中所述加热器与所述空气热交换单元连接用于加热经过的压缩空气；加热后的压缩空气进入所述透平装置恒压做功。
[0013]在一些实施例中，提出了一种恒压释能型压缩空气储能方法，利用上述任一实施例中的储能系统进行储能，包括以下过程：储能阶段：储能前气态CO2储气室膨胀充满气态CO2；储能时启动压缩机将空气压缩至120
‑
150℃、7
‑
10MPa后经过冷却器降温至35
‑
40℃、7
‑
10MPa送入到空气储气室；同时气态CO2从所述气态CO2储气室排出并经调压装置、调温装置，后转为6.5
‑
7MPa、25
‑
30℃的液态CO2并储存于液态CO2存储单元，直至空气储气室占据整个储气室空间；释能阶段：空气储气室内的压缩空气送出，并利用加热器调节压缩空气至155
‑
180℃、7
‑
10MPa后送入透平装置恒压做功；所述空气储气室内的压力降至所述气态CO2储气室的额定压力后，将液态CO2存储单元内的液态CO2经过一级类回热器和二级类回热器升温升压至空气储气室恒压输出对应压力7
‑
7.5MPa，并将气态CO2输入到所述气态CO2储气室保证空气储气室内压缩空气的恒压输出直至所述气态CO2储气室占据整个储气室空间。
[0014]在一些实施例中，所述气态CO2储气室占据整个储气室空间时，所述气态CO2储气室内气态CO2为7
‑
7.5MPa、35
‑
40℃；空气储气室占据整个储气室空间时，所述空气储气室内压缩空气为7
‑
10MPa、35
‑
40℃。
[0015]本申请相较于现有技术中的压缩空气储能系统主要有以下有益效果：（1）本申请实现了在压缩空气释能阶段过程中压缩空气恒压输出功能，可以实现压缩空气的完整释能，并大大减少了单位千瓦时储能所需储气室容积大小，此外还解决制约压缩空气储能投资成本高的问题，即解决了传统压缩空气储能系统滑压运行系统效率低的问题，同时提升了储能密度及储能效率，大大提高了储能效率。
[0016]（2）本申请通过采用CO2气液易转化且气液密度差异大等物性特点，利用较少的液态CO2就能为大功率等级的压缩空气储能实现空气的恒压输出动力，在投入系统能耗较少的前提下，实现了压缩空气储能恒压输出做功，降低了投资成本，实现了压缩空气储能高效率运行。
[0017]（3）目前压缩空气储能过程产生的压缩热未充分利用，造成压缩空气储能系统循
环过程中效率偏低；而本申请可充分挖掘系统内的压缩热，将膨胀做功后未利用的压缩热送入到液态CO2转气态CO2加热过程中，将压缩热利用率达到95%以上，实现系统热量基本全利用的特点，提升系统的综合效率达到90%以上。
[0018]本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
[0019]本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于CO2气液转化恒压释能型压缩空气储能系统，其特征在于，包括储气室，其由柔性隔膜分隔成空气储气室和气态CO2储气室；空气压缩释能单元，其与所述空气储气室连通，用于向所述空气储气室内通入或释放压缩空气；和CO2气液转化单元，其包括气态CO2调节单元、液态CO2存储单元和液态CO2回热单元；其中所述气态CO2储气室的出口、所述气态CO2调节单元和所述液态CO2存储单元的进口通过CO2释能管路依次连接；所述液态CO2存储单元的出口、所述液态CO2回热单元和所述气态CO2储气室的进口通过CO2储能管路依次连接。2.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述CO2气液转化单元还包括CO2气液热交换单元；其分别与所述气态CO2调节单元和所述液态CO2回热单元连接，用于存储气态CO2经过所述气态CO2调节单元产生的热量，及加热所述液态CO2回热单元中的液态CO2。3.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述气态CO2调节单元包括调压装置和调温装置，分别用于对气态CO2调节压力及温度将气态CO2转化为液态CO2；其中所述调压装置设置在所述调温装置的上游，所述调温装置与所述CO2气液热交换单元连接并换热。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的储能系统，其特征在于，所述液态CO2回热单元包括一级类回热器用于对液态CO2升温；其中所述一级类回热器与所述CO2气液热交换单元连接并换热。5.根据权利要求4所述的储能系统，其特征在于，所述液态CO2回热单元还包括二级类回热器，用于对液态CO2升温将液态CO2转化为气态CO2；所述一级类回热器设置在所述二级类回热器的上游，且所述二级类回热器与所述空气压缩释能单元连接并换热。6.根据权利要求5所述的储能系统，其特征在于，所述空气压缩释能单元包括空气压缩单元、做功单元和空气热交换单元；其中所述空气压缩单元的进口连接有进气装置，其出口通过空气储能管路与所述空气储气室的进口连接；所述做功单元通过空气释能管路与所述空气储气室的出口连接；所述空气热交换单元分别与所述空气压缩单元、所述做功单元和所述二级类回热器连接并换热。7.根据权利要求6所述的储能系统，其特征在于，所述空气压缩单...

【专利技术属性】
技术研发人员：于在松，姬海民，韩伟，张一帆，李阳，赵瀚辰，赵亮，王弘喆，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：