一种基于吸附方法的定压型压缩二氧化碳储能系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于吸附方法的定压型压缩二氧化碳储能系统。该系统包括二氧化碳压缩储能单元、二氧化碳膨胀释能单元、载热介质储放热循环单元、吸脱附换热单元。系统利用材料对二氧化碳的吸脱附原理及特性，实现了系统的定压运行，保证了系统在储能、释能阶段始终工作在稳定工况状态，同时优化利用了吸附热，且减少了系统耗功。该系统可与太阳能、风能等不稳定可再生能源联合使用，同时可用于削峰填谷。系统运行中无污染性气体排放，具有良好的经济效益和社会效益。经济效益和社会效益。经济效益和社会效益。

【技术实现步骤摘要】
一种基于吸附方法的定压型压缩二氧化碳储能系统


[0001]本系统涉及储能
，具体地说，是一种利用吸附方法实现定压运行的压缩二氧化碳储能系统。

技术介绍

[0002]储能技术是一种减少能源浪费，提高能源利用效率的重要方法。尤其是在双碳背景，能源结构转型的当今，随着集中式火电向新能源分布式供能结构的转变，新能源发电的不稳定性使得对储能系统各方面的需求与日俱增。而压缩气体储能作为一种较为成熟的物理储能方式，具有较大的储能容量以及长时间的释能时间，同时有利于解决可再生能源的不稳定性问题，因此具有较大的发展潜力。
[0003]压缩二氧化碳储能是一种以二氧化碳为工质的新型压缩气体储能系统。相较于空气而言，二氧化碳作为储能工质有着相当多的优点：首先，在临界点附近二氧化碳的压缩因子仅有0.2
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0.5，相比空气可以大幅减少压缩功；其次，超临界状态下的二氧化碳密度较大，可有效减小系统体积；再次，二氧化碳兼具流动阻力小，热物性好，化学性质稳定等优点。鉴于此，压缩二氧化碳储能系统的设计研发逐渐获得大家的重视。
[0004]对二氧化碳的吸附也是能源领域的热点问题。吸附是固体或液体表面对气体或溶质的吸着现象，一般可采用低温吸附或高压吸附方法，而在加热条件或降压条件下可实现被吸附工质的脱附。目前对于二氧化碳的吸附可采用沸石、胺改性的多孔硅等材料，且在高压条件下，沸石等材料对二氧化碳的吸附能力有显著提升。此外，由于吸附过程会造成温度升高，这部分热量也可以考虑再利用。
[0005]对于压缩二氧化碳储能系统来说，通常会在高压储罐进出口设置节流装置以保证系统运行工况的稳定性，但这也造成了一定的压力损失，影响了系统效率，因此有必要设计研发高效率、高稳定性的定压型压缩二氧化碳储能系统。目前已有学者提出一些定压型压缩二氧化碳储能系统：在授权公布号为CN103452612A的专利文件中，提出了一种利用双存储器的二氧化碳储能系统结构，利用二氧化碳的跨临界特性完成储能系统的定压或定容储能；在授权公布号为CN202110346420.5的专利文件中，提出了一种恒压型压缩二氧化碳储能系统，使用高压稳压罐与低压稳压罐以及活塞来补偿高压罐与低压储罐释能时压力损失，稳定膨胀机进口压力。不过，以上专利所提出的定压型压缩二氧化碳储能系统需要用到多个罐体，且结构和操作复杂，对系统的经济性、安全性和操作稳定性均有不利影响。因此，设计研发性能更加优越、灵活性更强的定压型压缩二氧化碳储能系统有着非常重要的意义。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的缺点和不足，本专利技术旨在提供一种基于吸附方法的定压型压缩二氧化碳储能系统，以解决上述
技术介绍
中所提出的技术问题。
[0007]本专利技术为解决其技术问题所采取的技术方案是：
[0008]一种基于吸附方法的定压型压缩二氧化碳储能系统，包括：二氧化碳压缩储能单元、二氧化碳膨胀释能单元、载热介质储放热循环单元、吸脱附换热单元，其特征在于，
[0009]所述二氧化碳压缩储能单元，包括低压储罐、二氧化碳循环泵、预热器、二氧化碳压缩机、回热冷却器、储能段冷却器、高压储罐，其中：所述低压储罐的出口与所述二氧化碳循环泵的进口通过管路相连通；所述二氧化碳循环泵的出口通过管路经所述预热器的低温侧后，与所述二氧化碳压缩机的进口相连通；所述二氧化碳压缩机的出口通过管路经所述回热冷却器的高温侧后，与所述储能段冷却器的高温侧入口相连通；所述高压储罐内部分为外腔和内腔，内腔内部设置有内通道，内通道的进口与出口分别位于所述高压储罐顶部，内通道与内腔形成的空间内填充二氧化碳吸附材料；加热器位于内腔底部，与二氧化碳吸附材料相接触；外腔处于内腔的外部，两者由内壁面相隔开，且内腔面具有开孔，使得内腔与外腔相连通；外腔与所述高压储罐外部设为中空；所述高压储罐的外腔入口位于所述高压储罐的一侧，通过管路与所述储能段冷却器的高温侧出口相连通；所述高压储罐的外腔出口位于所述高压储罐的另一侧，通过管路与所述回热加热器的低温侧进口相连通；
[0010]所述二氧化碳膨胀释能单元，包括回热加热器、二氧化碳膨胀机、释能段冷却器，其中：所述高压储罐外腔的出口通过管路经所述回热加热器的低温侧后，与所述二氧化碳膨胀机的进口相连通；所述二氧化碳膨胀机的出口通过管路经所述释能段冷却器的高温侧后，与所述低压储罐的进口相连通；
[0011]所述载热介质储放热循环单元，包括高温储热器、低温储热器、储热循环泵，其中：所述高温储热器的出口通过管路经所述回热加热器的高温侧后，与所述储热循环泵的入口相连通；所述储热循环泵的出口通过管路与所述低温储热器的进口相连通；所述低温储热器的出口通过管路，经所述回热冷却器的低温侧后，与所述高温回热器的入口相连通；
[0012]所述吸脱附换热单元，包括释能段进口三通阀、储能段出口三通阀、释能段出口三通阀、储能段进口三通阀、回热循环泵，其中：所述回热循环泵的入口通过管路与所述高压储罐内通道的出口相连通；所述回热循环泵的出口通过管路与所述释能段出口三通阀的一端口相连通；所述释能段出口三通阀另外两端口通过管路分别与所述储能段出口三通阀的一端口、所述释能段冷却器的低温侧进口相连通；所述释能段冷却器的低温侧出口通过管路与所述释能段进口三通阀的一端口相连通；所述释能段进口三通阀的另外两端口通过管路分别与所述预热器的高温侧进口、所述储能段出口三通阀的一端口相连通；所述预热器的高温侧出口通过管路，经过所述储能段冷却器的低温侧后，与所述储能段进口三通阀的一端口相连通；所述储能段进口三通阀的另外两端口通过管路分别与所述储能段出口三通阀的一端口、所述高压储罐内通道入口相连通。
[0013]优选地，所述二氧化碳吸附材料为沸石、多孔硅、金属有机框架中的一种或几种；所述高压储罐内腔底部设置有电加热器。
[0014]优选地，所述储能段冷却器可采用带有蓄热功能的热交换器。
[0015]优选地，所述各个部件之间的连通管路上包裹有保温材料。
[0016]优选地，所述二氧化碳压缩机传动连接有储能电动机组。
[0017]优选地，所述二氧化碳膨胀机传动连接有释能发电机组。
[0018]优选地，所述释能段进口三通阀上分别设有a口、b口和c口，所述储能段出口三通阀上也分别设有a口、b口和c口，所述释能段出口三通阀上分别也设有a口、b口和c口，所述
储能段进口三通阀上也分别设有a口、b口和c口；
[0019]所述释能段进口三通阀上的a口、b口、c口三者共同连通，所述释能段进口三通阀上的a口另一端通过管路与释能段冷却器的低温侧出口相连通，所述释能段进口三通阀上的b口另一端通过管路与预热器的高温侧进口相连通，释能段进口三通阀上的c口另一端通过管路与所述储能段出口三通阀上的c口相连通；
[0020]所述储能段出口三通阀上的a口、b口、c口三者共同连通，所述储能段出口三通阀上的a口通过管路与储能段进口三通阀上的a口相连通，所述储能段出口三通阀上的b口的另一端通过管路与所述释能段出口三通阀上的b本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于吸附方法的定压型压缩二氧化碳储能系统，包括：二氧化碳压缩储能单元、二氧化碳膨胀释能单元、载热介质储放热循环单元、吸脱附换热单元，其特征在于，所述二氧化碳压缩储能单元，包括低压储罐、二氧化碳循环泵、预热器、二氧化碳压缩机、回热冷却器、储能段冷却器、高压储罐，其中：所述低压储罐的出口与所述二氧化碳循环泵的进口通过管路相连通；所述二氧化碳循环泵的出口通过管路经所述预热器的低温侧后，与所述二氧化碳压缩机的进口相连通；所述二氧化碳压缩机的出口通过管路经所述回热冷却器的高温侧后，与所述储能段冷却器的高温侧入口相连通；所述高压储罐内部分为外腔和内腔，内腔内部设置有内通道，内通道的进口与出口分别位于所述高压储罐顶部，内通道与内腔形成的空间内填充二氧化碳吸附材料；加热器位于内腔底部，与二氧化碳吸附材料相接触；外腔处于内腔的外部，两者由内壁面相隔开，且内腔面具有开孔，使得内腔与外腔相连通；外腔与所述高压储罐外部设为中空；所述高压储罐的外腔入口位于所述高压储罐的一侧，通过管路与所述储能段冷却器的高温侧出口相连通；所述高压储罐的外腔出口位于所述高压储罐的另一侧，通过管路与所述回热加热器的低温侧进口相连通；所述二氧化碳膨胀释能单元，包括回热加热器、二氧化碳膨胀机、释能段冷却器，其中：所述高压储罐外腔的出口通过管路经所述回热加热器的低温侧后，与所述二氧化碳膨胀机的进口相连通；所述二氧化碳膨胀机的出口通过管路经所述释能段冷却器的高温侧后，与所述低压储罐的进口相连通；所述载热介质储放热循环单元，包括高温储热器、低温储热器、储热循环泵，其中：所述高温储热器的出口通过管路经所述回热加热器的高温侧后，与所述储热循环泵的入口相连通；所述储热循环泵的出口通过管路与所述低温储热器的进口相连通；所述低温储热器的出口通过管路，经所述回热冷却器的低温侧后，与所述高温回热器的入口相连通；所述吸脱附换热单元，包括释能段进口三通阀、储能段出口三通阀、释能段出口三通阀、储能段进口三通阀、回热循环泵，其中：所述回热循环泵的入口通过管路与所述高压储罐内通道的出口相连通；所述回热循环泵的出口通过管路与所述释能段出口三通阀的一端口相连通；所述释能段出口三通阀另外两端口通过管路分别与所述储能段出口三通阀的一端口、所述释能段冷却器的低温侧进口相连通；所述释能段冷却器的低温侧出口通过管路与所述释能段进口三通阀的一端口相连通；所述释能段进口三通阀的另外两端口通过管路分别与所述预热器的高温侧进...

【专利技术属性】
技术研发人员：张远，沈夏杰，马世华，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：