一种耦合CO2热泵的液态空气储能系统及运行方法技术方案

本申请实施例提出了一种耦合CO2热泵的液态空气储能系统及运行方法，通过CO2热泵与压缩空气储能进行耦合，利用CO2热泵中的液体CO2和气态CO2在第一循环回路中的状态变化，分别对空气压缩单元压缩空气的热量进行回收存储后，随后即可在透平发电单元做功阶段将回收的该热量进行利用，从而实现了空气压缩单元和透平发电单元联结，并保证液态空气储能系统的储能过程和释能过程正常运行。因此本申请可将波动性的新能源电力带动空气压缩单元进行运行，并同时通过透平发电单元输出稳定频率的电力，实现波动性电力的存储以及转化。实现波动性电力的存储以及转化。实现波动性电力的存储以及转化。

【技术实现步骤摘要】
一种耦合CO2热泵的液态空气储能系统及运行方法


[0001]本申请涉及储能
，尤其涉及一种耦合CO2热泵的液态空气储能系统及运行方法。

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，普遍认为耦合CO2热泵的液态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，其中为更好的存储压缩空气，将高压空气进行液化，明显缩小存储容器的体积，克服地形地貌对储能系统的限制。但是相关技术中耦合CO2热泵的液态空气储能系统包括空气压缩单元、存储压缩空气的储能室和压缩空气做功单元，其中在用电低谷时将多余的电力启动空气压缩单元，将压缩空气存储，并在用电高峰时将存储的压缩空气通过压缩空气做功单元膨胀做功补及电力。因此相关技术中空气压缩单元和压缩空气做功单元为单独且不同时运行的机构。而现有的各种风能发电系统以及太阳能发电系统等输出电能均为波动性电力，其应用范围狭窄造成巨大的能量浪费，其中如何将波动性电力与耦合CO2热泵的液态空气储能系统耦合，如何将波动性电力通过储能系统存储或同时转化为稳定频率输出的电力是亟需解决的技术问题。

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耦合CO2热泵的液态空气储能系统及运行方法，通过CO2热泵与压缩空气储能进行耦合，利用CO2热泵中的液体CO2和气态CO2在第一循环回路中的状态变化，分别对空气压缩单元压缩空气的热量进行回收存储后，随后即可在透平发电单元做功阶段将回收的该热量进行利用，从而实现了空气压缩单元和透平发电单元联结，并保证液态空气储能系统的储能过程和释能过程正常运行。因此本申请可将波动性的新能源电力带动空气压缩单元进行运行，并同时通过透平发电单元输出稳定频率的电力，实现波动性电力的存储以及转化。
[0005]为达到上述目的，根据本申请的第一个方面提出的一种耦合CO2热泵的液态空气储能系统，包括：
[0006]空气压缩单元，其包括用于压缩空气生成高压空气的至少一个空气压缩机；所述空气压缩机通过储能管路输出的所述高压空气与第一换热单元热交换生成液态空气，并将液态空气存储在所述储能室内；
[0007]透平发电单元，其包括至少一个透平机和发电机；所述储能室输出的液态空气与所述第一换热单元热交换生成高压空气，并将高压空气通过释能管路输出至所述透平机中膨胀做功并带动发电机发电；以及
[0008]所述第一换热单元，其包括CO2热泵装置，所述CO2热泵装置包括设置有多级换热器
并循环有CO2的第一循环回路，其中所述多级换热器包括空气/CO2换热器和CO2冷凝器；所述第一循环回路包括沿CO2流通方向依次设置的高压压缩机、CO2冷凝器、空气/CO2换热器和低压压缩机；所述储能室输出的液态空气通入所述CO2冷凝器与其中的CO2热交换；所述空气压缩机输出的高压空气通入所述空气/CO2换热器与其中的CO2热交换。
[0009]在一些实施例中，还包括第二换热单元，其包括存储不同温度的工质液体的冷罐、热罐以及连通在两者之间实现工质液体流通的储热通路和放热通路；其中所述储热通路上设置第一换热器，在高压空气与所述第一换热单元热交换前，通入所述第一换热器的热侧并与其冷侧的所述冷罐输出的工质液体热交换；所述放热通路上设置第二换热器，在高压空气进入所述透平机中膨胀做功前通入所述第二换热器的冷侧并与其热侧的所述热罐输出的工质液体热交换。
[0010]在一些实施例中，所述放热通路上设置有电加热器，用于对输出的工质液体加热。
[0011]在一些实施例中，所述CO2热泵装置中还包括循环有CO2的第二循环回路，所述第二循环回路上设置有第七油气换热器；所述第七油气换热器位于所述CO2冷凝器和所述高压压缩机直接连通的管路上；所述热罐输出的工质液体与进入所述透平机前的高压空气换热后通入所述第七油气换热器中与CO2热交换。
[0012]在一些实施例中，所述CO2热泵装置还包括根据CO2流通方向设置在所述CO2冷凝器下游的第二气液分离器，所述第二气液分离器用于将液体CO2和气态CO2分离，且其气体输出口连接所述高压压缩机，液体输出口分别连接所述第七油气换热器和所述空气/CO2换热器的冷侧。
[0013]在一些实施例中，在所述第一循环回路中在所述第二气液分离器的输入端和所述空气/CO2换热器的冷侧输入端均分别设置第二减压阀。
[0014]在一些实施例中，所述空气压缩单元还包括第一减压阀和第一气液分离器；其中所述空气/CO2换热器的热侧的输出端与所述第一气液分离器的输入端之间设置所述第一减压阀；所述第一气液分离器的气体输出端与所述空气压缩机的输入端连接；所述第一气液分离器的液体输出端与所述储能室连接。
[0015]在一些实施例中，所述空气/CO2换热器的冷侧包括第一冷侧和第二冷侧；其中在所述第一循环回路中流通的CO2通入所述空气/CO2换热器的第一冷侧；所述第一气液分离器的气体输出端与所述空气/CO2换热器的第二冷侧连通。
[0016]在一些实施例中，提出了一种耦合CO2热泵的液态空气储能系统的储能方法，对上述任一实施例中的液态空气储能系统进行储能，包括以下步骤：
[0017]储能阶段：利用电网谷电或新能源电力启动空气压缩机，并将生成的高压空气在空气/CO2换热器中与第一循环回路中的CO2热交换后生成
‑
200℃的液态空气，并将液态空气存储在储能室内；
[0018]释能阶段：将储能室中的液态空气在CO2冷凝器中与高压压缩机出口540
‑
565℃的CO2热交换后生成常温高压空气，并通过释能管路输出至所述透平机中膨胀做功；
[0019]其中在所述的液态空气储能系统进行储能和释能阶段中，第一循环回路中的CO2进入低压压缩机被加压至5
‑
7MPa，360
‑
430℃，然后进入高压压缩机被加压至10
‑
12MPa，540
‑
565℃，并通过CO2冷凝器与所述液态空气热交换，其中输出的CO2通入空气/CO2换热器热交换后输出至所述高压压缩机。
[0020]在一些实施例中，所述CO2冷凝器输出的CO2经过减压阀后进入第二气液分离器中并输出液体CO2分别通过所述第一循环回路中的空气/CO2换热器和第二循环回路中的第七油气换热器，并最终汇总入高压压缩机；所述第二气液分离器中并输出的气态CO2通入所述第七油气换热器的冷侧输出端。
[0021]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
[0022]本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0023]图1是本申请一实施例提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耦合CO2热泵的液态空气储能系统，其特征在于，包括：空气压缩单元，其包括用于压缩空气生成高压空气的至少一个空气压缩机；所述空气压缩机通过储能管路输出的高压空气与第一换热单元热交换生成液态空气，并将液态空气存储在所述储能室内；透平发电单元，其包括至少一个透平机和发电机；所述储能室输出的液态空气与所述第一换热单元热交换生成高压空气，并将高压空气通过释能管路输出至所述透平机中膨胀做功并带动发电机发电；以及所述第一换热单元，其包括CO2热泵装置，所述CO2热泵装置包括设置有多级换热器并循环有CO2的第一循环回路，其中所述多级换热器包括空气/CO2换热器和CO2冷凝器；所述第一循环回路包括沿CO2流通方向依次设置的高压压缩机、CO2冷凝器、空气/CO2换热器和低压压缩机；所述储能室输出的液态空气通入所述CO2冷凝器与其中的CO2热交换；所述空气压缩机输出的高压空气通入所述空气/CO2换热器与其中的CO2热交换。2.根据权利要求1所述的液态空气储能系统，其特征在于，还包括第二换热单元，其包括存储不同温度的工质液体的冷罐、热罐以及连通在两者之间实现工质液体流通的储热通路和放热通路；其中所述储热通路上设置第一换热器，用于在高压空气与所述第一换热单元热交换前，利用所述冷罐输出的工质液体回收高压空气的热量；所述放热通路上设置第二换热器，用于在高压空气进入所述透平机中膨胀做功前，利用所述热罐输出的工质液体加热高压空气。3.根据权利要求2所述的液态空气储能系统，其特征在于，所述放热通路上设置有电加热器，用于对输出的工质液体加热。4.根据权利要求2或3所述的液态空气储能系统，其特征在于，所述CO2热泵装置中还包括循环有CO2的第二循环回路，所述第二循环回路上设置有第七油气换热器；所述第七油气换热器位于所述CO2冷凝器和所述高压压缩机直接连通的管路上；所述热罐输出的工质液体与进入所述透平机前的高压空气换热后通入所述第七油气换热器中与CO2热交换。5.根据权利要求4所述的液态空气储能系统，其特征在于，所述CO2热泵装置还包括根据CO2流通方向设置在所述CO2冷凝器下游的第二气液分离器，所述第二气液分离器用于将液体CO2和气态CO2分离，且其气体输出口连接所述高压压缩机，其液体输出口分别连接所述第七油气换热器和所述空气/CO2换热器的冷侧。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：李正宽，陈志刚，张明理，伍刚，张泉，张杰，张臣，安宗武，
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：