一种热泵储能协同吸附式压缩二氧化碳储能系统及其运行方法技术方案

本发明专利技术提供了一种热泵储能协同吸附式压缩二氧化碳储能系统及其运行方法，涉及能量储存技术领域，包括低压储气单元

【技术实现步骤摘要】
一种热泵储能协同吸附式压缩二氧化碳储能系统及其运行方法


[0001]本专利技术属于可再生能源技术
、
压缩气体储能技术以及热储能
，具体而言，涉及一种热泵储能协同吸附式压缩二氧化碳储能系统及其运行方法
。

技术介绍

[0002]太阳能
、
风能等新能源发电大都具有波动性和间歇性的自然属性，大规模并网或直接利用给电力系统安全稳定运行带来巨大挑战
。
压缩气体储能被公认为是可以解决这一核心问题的极具潜力的高效大规模储能技术，其中压缩二氧化碳储能具有高效
、
投资成本地
、
不受地下巨大储气库限制等优点，近年来得到飞速发展
。
[0003]目前已经进入示范项目阶段的压缩二氧化碳储能，其高压二氧化碳是以液体的形式储存在储罐中，低压是以常压气态的方式储存在柔性储气包中
。
柔性储气包的使用虽然会保证压缩二氧化碳储能的高效率，但是其巨大的体积限制了该型压缩二氧化碳储能的进一步推广应用
。
因此为了实现低压二氧化碳气体的有效高密度存储，有专利技术者提出了采用物理吸附剂来实现对低压二氧化碳气体的吸附存储和脱附释放，进而提出了吸附式压缩二氧化碳储能系统
。
[0004]现有吸附式二氧化碳储能技术的主要难题之一是压缩二氧化碳产生的压缩热远远不能达到二氧化碳脱附所需要的脱附热，储能系统蓄能过程中，常压二氧化碳从物理吸附剂脱附时所需要的脱附热量是压缩单元产生压缩热的三倍以上，需要外界提供大量的中低品位热量
(200
‑
300℃)
，系统应用灵活性受到极大限制
。
[0005]因此，亟需一种热量自平衡新型吸附式压缩二氧化碳储能技术
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种热泵储能协同吸附式压缩二氧化碳储能系统及其运行方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题
。
本专利技术提供的储能系统，将吸附式压缩二氧化碳储能和热泵储能巧妙结合，蓄能时利用热泵供热和压缩热一起提供所需的脱附热，同时将高压二氧化碳进行冷凝；释能时利用热机将多余的吸附热转换成电能，同时将高压二氧化碳进行蒸发
。
本专利技术使吸附式压缩二氧化碳储能系统热量和冷量在系统循环过程中自平衡，不需要外界提供额外的热量和冷量，整个储能系统具有效率高
、
应用灵活
、
投资成本低等优点
。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]本专利技术的一种热泵储能协同吸附式压缩二氧化碳储能系统，包括：低压储气单元
、
压缩单元
、
热泵单元
、
储液单元
、
热机单元
、
膨胀单元；所述低压储气单元与所述压缩单元
、
所述热泵单元
、
所述储液单元
、
所述热机单元
、
所述膨胀单元依次连接；
[0009]所述低压储气单元内设有吸附剂，所述吸附剂用于吸附二氧化碳和存储压缩热和泵热；
[0010]所述压缩单元用于将所述低压储气单元脱附的二氧化碳压缩至高压状态；
[0011]所述热泵单元用于为所述低压储气单元提供大部分脱附热，同时将高压二氧化碳进行冷凝成液体；
[0012]所述储液单元用于存储冷凝后的高压二氧化碳液体；
[0013]所述热机单元用于将大量吸附热转换成电能，同时将所述储液单元释放的高压二氧化碳液体进行蒸发成气体；
[0014]所述膨胀单元用于使所述热泵单元产生的高压二氧化碳气体膨胀做功
。
[0015]本专利技术的进一步改进在于，所述储气单元包括：储气罐；所述储气罐内布置有物理吸附剂；所处储气罐外部包有绝热保温层；
[0016]所述压缩单元包括：依次交替连接的多个压缩机和多个蓄热换热器，在最前的所述压缩机与所述低压储气单元相连接，位于最后的所述蓄热换热器与所述热泵单元相连接；
[0017]更进一步地，所述压缩单元包括依次连接的第一压缩机
、
第一蓄热换热器
、
第二压缩机
、
第二蓄热换热器；
[0018]所述热泵单元包括：冷凝器，所述冷凝器热侧通道进口与所述压缩单元出口连接，出口与所述储液单元进口连接；所述冷凝器冷侧通道依次与第三压缩机
、
第三蓄热换热器
、
两相膨胀机相连接；
[0019]所述储液单元包括：储液罐；所述储液罐外部包有绝热保温层；
[0020]所述热机单元包括：蒸发器，所述蒸发器冷侧通道进口与所述储液单元出口相连接，出口与膨胀单元进口相连接；所述蒸发器热侧通道依次与泵
、
第三释热换热器
、
第三膨胀机相连接；
[0021]所述膨胀单元包括：依次交替连接的多个膨胀机和多个释热换热器，在最前的所述释热换热器与所述热机单元相连接，位于最后的所述膨胀机与所述储气单元相连接；
[0022]更进一步地，所述膨胀单元包括依次连接的第一释热换热器
、
第一膨胀机
、
第二释热换热器
、
第二膨胀机
。
[0023]本专利技术的进一步改进在于，所述一种热泵储能协同吸附式压缩二氧化碳储能系统还包括风机循环单元，所述风机循环单元包括：第一抽风机
、
第二抽风机；
[0024]所述第一抽风机出口分别经所述每个蓄热换热器低温侧通道连接至所述储气单元高温侧换热通道进口，进口与所述储气单元高温侧换热通道出口相连接；
[0025]所述第二抽风机出口分别经所述每个释热换热器高温侧通道连接至所述储气单元低温侧换热通道进口，进口与所述储气单元低温侧换热通道出口相连接
。
[0026]本专利技术的进一步改进在于，所述储气单元高温侧换热通道和所述储气单元低温侧通道贯穿所述储气单元内的成型吸附柱
。
[0027]本专利技术的进一步改进在于，所述压缩单元中的所述压缩机同轴布置；所述膨胀单元中的膨胀机同轴布置
。
[0028]本专利技术的进一步改进在于，所述热泵单元和热机单元中的工质可为二氧化碳
、
氨或有机工质
。
[0029]另外，本专利技术的一种热泵储能协同吸附式压缩二氧化碳储能系统的运行方法，包括以下步骤：
[0030]蓄能过程：蓄能开始前，储气罐内的物理吸附剂保持低温饱和吸附状态，蓄能开始，压缩单元将储气罐释放的常压二氧化碳压缩至高压状态，热泵单元启动将高压二氧化碳气体冷凝为高压液体存储在储液罐中，同时第一抽风机启动，将常压低温的二氧化碳换热气体通入蓄热换热器中进行换热，得到的高温二氧化碳换热气体进入储气罐中被吸附剂冷却；
[0031]释能过程：释能开始前，储气罐内的物理吸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种热泵储能协同吸附式压缩二氧化碳储能系统，包括：低压储气单元
、
压缩单元
、
热泵单元
、
储液单元
、
热机单元
、
膨胀单元；所述低压储气单元与所述压缩单元
、
所述热泵单元
、
所述储液单元
、
所述热机单元
、
所述膨胀单元依次连接；所述低压储气单元内设有吸附剂，所述吸附剂用于吸附二氧化碳和存储压缩热和泵热；所述压缩单元用于将所述低压储气单元脱附的二氧化碳压缩至高压状态；所述热泵单元用于为所述低压储气单元提供大部分脱附热，同时将高压二氧化碳进行冷凝成液体；所述储液单元用于存储冷凝后的高压二氧化碳液体；所述热机单元用于将大量吸附热转换成电能，同时将所述储液单元释放的高压二氧化碳液体进行蒸发成气体；所述膨胀单元用于使所述热泵单元产生的高压二氧化碳气体膨胀做功
。2.
根据权利要求1所述的一种热泵储能协同吸附式压缩二氧化碳储能系统，其特征在于，所述储气单元包括：储气罐
(1)
；所述储气罐
(1)
内布置有物理吸附剂；所处储气罐
(1)
外部包有绝热保温层；所述压缩单元包括：依次交替连接的多个压缩机和多个蓄热换热器，在最前的所述压缩机与所述低压储气单元相连接，位于最后的所述蓄热换热器与所述热泵单元相连接；所述热泵单元包括：冷凝器
(7)
，所述冷凝器
(7)
热侧通道进口与所述压缩单元出口连接，出口与所述储液单元进口连接；所述冷凝器
(7)
冷侧通道依次与第三压缩机
(8)、
第三蓄热换热器
(9)、
两相膨胀机
(10)
相连接；所述储液单元包括：储液罐
(2)
；所述储液罐
(2)
外部包有绝热保温层；所述热机单元包括：蒸发器
(12)
，所述蒸发器
(12)
冷侧通道进口与所述储液单元出口相连接，出口与膨胀单元进口相连接；所述蒸发器
(12)
热侧通道依次与泵
(17)、
第三释热换热器
(18)、
第三膨胀机
(19)
相连接；所述膨胀单元包括：依次交替连接的多个膨胀机和多个释热换热器，在最前的所述释热换热器与所述热机单元相连接，位于最后的所述膨胀机与所述储气单元相连接
。3.
根据权利要求2所述的一种热泵储能协同吸附式压缩二氧化碳储能系统，其特征在于，所述压缩单元包括依次连接的第一压缩机
(3)、
第一蓄热换热器
(4)、
第二压缩机
(5)、
第二蓄热换热器
(6)
；所述膨胀单元包括依次连接的第一释热换热器
(13)、
第一膨胀机
(14)...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘展，刘俊伟，张依伦，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：