【技术实现步骤摘要】
本申请涉及储能，尤其涉及一种低温介质储能系统及储能方法。
技术介绍
1、压缩气体储能技术是一种能够实现大容量和长时间电能存储的电力储能系统，通过压缩机将常压气体压缩至高压并储存的方式来存储多余电力，在需要用电时将高压气体释放并膨胀做功发电。压缩气体储能主要有压缩空气储能和压缩二氧化碳储能方式。
2、压缩气体储能装置中需要配置大容积的储气库以存储气体。压缩空气储能采用高压储气，储气库往往需要采用地下洞穴，以满足容积和承压要求；压缩二氧化碳储能采用常压储气，储气库容积极其巨大，相应地需要极大的占地面积。这些问题限制了压缩气体储能的大规模推广。《集成二氧化碳封存与储能发电的系统及方法》(zl 2023 1 0668425.9)利用高压封存库和低压封存库来储存液体二氧化碳，储能时液体二氧化碳从高压封存库转移至低压封存库，释能时液体二氧化碳从低压封存库转移至高压封存库，但是储能过程中工质降压降温组件无法储能热量，释能发电过程中工质升压升温组件需要利用外部余热实现工质膨胀机的发电，使其应用场景受限。
技术实现思路
1、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。
2、为此，本申请的目的在于提出一种低温介质储能系统及储能方法，其中以二氧化碳作为储能介质，通过二氧化碳压缩将电能转化为热能和压力能，通过二氧化碳膨胀再将热能和压力能转化为电能，气态二氧化碳可以相变成液态进行储存，热能可通过储热介质进行储存，不需要大容积的储气库，摆脱地下空间资源需求或大量的用地需求。
3、为达到上述目的，本申请提出的一种低温介质储能系统，包括：
4、第一储能子系统；其包括分别用于存储不同温度的液体二氧化碳且相互连通的低温罐和常温罐，以及分别与所述低温罐和所述常温罐连接的第一透平组件和低温储冷体；其中所述第一透平组件在不同工况中实现二氧化碳压缩和利用二氧化碳发电做功；所述低温储冷体在所述第一透平组件的不同工况下，以使二氧化碳保持恒压状态下气化液体二氧化碳或液化气体二氧化碳；所述低温罐内由柔性隔膜分隔成空气腔和液腔；所述空气腔和所述液腔压力相等并通过所述柔性隔膜的缩放调节所述空气腔的容积；以及
5、第二储能子系统，其与所述空气腔连接包括制冷机、第二透平组件和换热组件，所述第二透平组件在不同工况中实现空气压缩和利用空气膨胀发电做功；所述换热组件在所述第二透平组件的不同工况下，用于向所述第二透平组件中的压缩空气释热/冷能或储热/冷能；所述制冷机与所述第二透平组件连接，用于压缩空气并冷却输入所述低温罐的空气。
6、在一些实施例中，所述第一储能子系统还包括分别与所述第一透平组件连接的第一换热储热组件和回热组件，所述第一换热储热组件用于在所述第一透平组件的不同工况下，向所述第一透平组件中的气体二氧化碳释热或储热，所述回热组件用于在所述第一透平组件的不同工况下，提高所述第一透平组件的进气温度。
7、在一些实施例中，所述第一储能子系统还包括气液相变组件，其与所述第一透平组件连接，在所述第一透平组件的不同工况下，以使在二氧化碳保持恒压状态下液化气体二氧化碳或气化液体二氧化碳；气液相变组件与所述常温罐连接，同时在所述第一透平组件的不同工况下向所述常温罐中输入液体或气体二氧化碳，以保持所述常温罐气压的稳定。
8、在一些实施例中，所述换热组件包括第二换热储热组件和换冷储冷组件，其中所述第二换热储热组件为储热介质循环回路，在所述第二透平组件的不同工况下回收压缩空气的热量或向压缩空气释热；所述换冷储冷组件为储冷介质循环回路，在所述第二透平组件的不同工况下回收压缩空气的冷能或向压缩空气释冷。
9、在一些实施例中，所述第一透平组件包括第一压缩机和第一膨胀机，所述第一压缩机实现气体二氧化碳压缩；所述第一膨胀机用于高压二氧化碳膨胀并发电做功。
10、在一些实施例中，所述第一换热储热组件包括第一热回收器、第一复热器、第一冷罐和第一热罐；储热介质在所述第一热回收器内回收所述第一压缩机出口的二氧化碳的热量，并将回收的热量在所述第一复热器中用于加热进入所述第一膨胀机的二氧化碳；所述第一冷罐和所述第一热罐分别用于存储不同温度的储热介质。
11、在一些实施例中，所述回热组件包括第一回热器和第二回热器；所述第一回热器用于回收所述第一热回收器输出的气体二氧化碳的热量并加热进入所述第一压缩机的气体二氧化碳；第二回热器回收所述第一膨胀机输出的二氧化碳的热量并加热进入第一复热器的二氧化碳。
12、在一些实施例中，所述第二透平组件包括第二压缩机和第二膨胀机，所述第二压缩机实现空气压缩；所述第二膨胀机用于压缩空气膨胀并发电做功。
13、在一些实施例中，所述第二换热储热组件包括第二热回收器、第二热罐、第二复热器和第二冷罐组成的储热介质循环回路；储热介质在所述第二热回收器内回收所述第二压缩机输出的空气热量；并在所述第二复热器内将热量传递给进入第二膨胀机的空气；所述第二冷罐和所述第二热罐分别用于存储不同温度的储热介质。
14、在一些实施例中，所述换冷储冷组件包括复冷器、热介质罐、冷回收器和冷介质罐组成的储冷介质循环回路；储冷介质在所述冷回收器内回收低温罐排出的空气的冷能，并在所述复冷器内冷却第二热回收器输出的空气；所述冷回收器和所述冷介质罐分别用于存储不同温度的储冷介质。
15、在一些实施例中，所述制冷机包括压缩端和膨胀端，所述复冷器输出的空气经所述膨胀端膨胀降压降温，所述膨胀端驱动压缩端，所述压缩端压缩空气并输出至所述第二压缩机。
16、根据本申请的第二个方面提出了一种低温介质储能系统的储能方法，利用上述任一实施例中所述的储能系统进行储能，包括以下过程：
17、储能阶段：低温罐输出低温液体二氧化碳，并经低温储冷体气化，后通过所述第一透平组件压缩至高温高压状态并回收压缩过程中的热量使气体二氧化碳液化，得到常温高压液体二氧化碳后输入常温罐储存；同时空气经制冷机压缩后，压缩空气再经第二透平组件压缩增压并利用所述换热组件回收压缩增压过程中的热量；并回流至所述制冷机降压降温后输至空气腔；
18、释能阶段：所述常温罐输出常温高压液体二氧化碳加热气化后通入所述第一透平组件发电并降温降压；将做功后的气体二氧化碳通过所述低温储冷体冷却并液化后输入液腔内；同时空气从所述空气腔输出，并经过换热组件升温后进入所述第二透平组件发电后排出。
19、在一些实施例中，在储能阶段中，所述常温罐上部的二氧化碳气体部分输出被冷凝后回流至所述常温罐，用于保持所述常温罐的气压稳定；在释能阶段中，常温高压液体二氧化碳加热气化后，部分二氧化碳气体充入所述常温罐以保持常温罐的气压稳定。
20、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。
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1.一种低温介质储能系统，其特征在于，包括
2.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述第一储能子系统还包括分别与所述第一透平组件连接的第一换热储热组件和回热组件，所述第一换热储热组件用于在所述第一透平组件的不同工况下，向所述第一透平组件中的气体二氧化碳释热或储热，所述回热组件用于在所述第一透平组件的不同工况下，提高所述第一透平组件的进气温度。
3.根据权利要求2所述的储能系统，其特征在于，所述第一储能子系统还包括气液相变组件，其与所述第一透平组件连接，在所述第一透平组件的不同工况下，以使在二氧化碳保持恒压状态下液化气体二氧化碳或气化液体二氧化碳；气液相变组件与所述常温罐连接，同时在所述第一透平组件的不同工况下向所述常温罐中输入液体或气体二氧化碳，以保持所述常温罐气压的稳定。
4.根据权利要求3所述的储能系统，其特征在于，所述换热组件包括第二换热储热组件和换冷储冷组件，其中所述第二换热储热组件为储热介质循环回路，在所述第二透平组件的不同工况下回收压缩空气的热量或向压缩空气释热；所述换冷储冷组件为储冷介质循环回路，在所述第二透平组件的不同工
5.根据权利要求4所述的储能系统，其特征在于，所述第一透平组件包括第一压缩机和第一膨胀机，所述第一压缩机实现气体二氧化碳压缩；所述第一膨胀机用于高压二氧化碳膨胀并发电做功。
6.根据权利要求5所述的储能系统，其特征在于，所述第一换热储热组件包括第一热回收器、第一复热器、第一冷罐和第一热罐；储热介质在所述第一热回收器内回收所述第一压缩机出口的二氧化碳的热量，并将回收的热量在所述第一复热器中用于加热进入所述第一膨胀机的二氧化碳；所述第一冷罐和所述第一热罐分别用于存储不同温度的储热介质。
7.根据权利要求6所述的储能系统，其特征在于，所述回热组件包括第一回热器和第二回热器；所述第一回热器用于回收所述第一热回收器输出的气体二氧化碳的热量并加热进入所述第一压缩机的气体二氧化碳；第二回热器回收所述第一膨胀机输出的二氧化碳的热量并加热进入第一复热器的二氧化碳。
8.根据权利要求7所述的储能系统，其特征在于，所述第二透平组件包括第二压缩机和第二膨胀机，所述第二压缩机实现空气压缩；所述第二膨胀机用于压缩空气膨胀并发电做功。
9.根据权利要求8所述的储能系统，其特征在于，所述第二换热储热组件包括第二热回收器、第二热罐、第二复热器和第二冷罐组成的储热介质循环回路；储热介质在所述第二热回收器内回收所述第二压缩机输出的空气热量；并在所述第二复热器内将热量传递给进入第二膨胀机的空气；所述第二冷罐和所述第二热罐分别用于存储不同温度的储热介质。
10.根据权利要求8所述的储能系统，其特征在于，所述换冷储冷组件包括复冷器、热介质罐、冷回收器和冷介质罐组成的储冷介质循环回路；储冷介质在所述冷回收器内回收低温罐排出的空气的冷能，并在所述复冷器内冷却第二热回收器输出的空气；所述冷回收器和所述冷介质罐分别用于存储不同温度的储冷介质。
11.根据权利要求10所述的储能系统，其特征在于，所述制冷机包括压缩端和膨胀端，所述复冷器输出的空气经所述膨胀端膨胀降压降温，所述膨胀端驱动压缩端，所述压缩端压缩空气并输出至所述第二压缩机。
12.一种低温介质储能系统的储能方法，其特征在于，利用权利要求1-11中任一所述的储能系统进行储能，包括以下过程：
13.根据权利要求12所述的储能方法，其特征在于，在储能阶段中，所述常温罐上部的二氧化碳气体部分输出被冷凝后回流至所述常温罐，用于保持所述常温罐的气压稳定；在释能阶段中，常温高压液体二氧化碳加热气化后，部分二氧化碳气体充入所述常温罐以保持常温罐的气压稳定。
...【技术特征摘要】
1.一种低温介质储能系统，其特征在于，包括
2.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述第一储能子系统还包括分别与所述第一透平组件连接的第一换热储热组件和回热组件，所述第一换热储热组件用于在所述第一透平组件的不同工况下，向所述第一透平组件中的气体二氧化碳释热或储热，所述回热组件用于在所述第一透平组件的不同工况下，提高所述第一透平组件的进气温度。
3.根据权利要求2所述的储能系统，其特征在于，所述第一储能子系统还包括气液相变组件，其与所述第一透平组件连接，在所述第一透平组件的不同工况下，以使在二氧化碳保持恒压状态下液化气体二氧化碳或气化液体二氧化碳；气液相变组件与所述常温罐连接，同时在所述第一透平组件的不同工况下向所述常温罐中输入液体或气体二氧化碳，以保持所述常温罐气压的稳定。
4.根据权利要求3所述的储能系统，其特征在于，所述换热组件包括第二换热储热组件和换冷储冷组件，其中所述第二换热储热组件为储热介质循环回路，在所述第二透平组件的不同工况下回收压缩空气的热量或向压缩空气释热；所述换冷储冷组件为储冷介质循环回路，在所述第二透平组件的不同工况下回收压缩空气的冷能或向压缩空气释冷。
5.根据权利要求4所述的储能系统，其特征在于，所述第一透平组件包括第一压缩机和第一膨胀机，所述第一压缩机实现气体二氧化碳压缩；所述第一膨胀机用于高压二氧化碳膨胀并发电做功。
6.根据权利要求5所述的储能系统，其特征在于，所述第一换热储热组件包括第一热回收器、第一复热器、第一冷罐和第一热罐；储热介质在所述第一热回收器内回收所述第一压缩机出口的二氧化碳的热量，并将回收的热量在所述第一复热器中用于加热进入所述第一膨胀机的二氧化碳；所述第一冷罐和所述第一热罐分别用于存储不同温度的储热介质。
7.根据权利要求6所述的储能系统，其特征在于，所述回热...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑开云，池捷成，张学锋，俞国华，舒梦影，陶林，白江涛，马雷，彭晓丽，
申请(专利权)人：势加透博上海能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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