【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于供电或配电的电路系统，具体为一种电池储能与压缩二氧化碳储能的耦合系统。
技术介绍
1、随着风电、光伏等新能源在能源结构中占比不断提升，储能成为实现可再生能源大规模利用的关键支撑技术。在诸多储能技术中，电化学储能是解决新能源消纳、增强电网稳定性、提高配电系统利用效率的合理的解决方案，是当前应用范围最广、发展潜力最好的电力储能技术之一，在整个电力价值链上能够起到重要的作用，涉及发、输、配、用各个环节。相较于传统的储能方式，其突出优势在于运用场景灵活、不受限于特殊的地理条件、建设周期短、转换效率高等。
2、电化学类储能主要包括各种二次电池，有铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池和液流电池等，这些电池在技术上比较成熟，近年来成为关注的重点。但其自身存在自燃风险，容易出现安全问题，如2019年美国亚利桑那州的mcmicken电化学储能电站，由于电池热失控，可燃气体起火并发生爆炸；2021年，北京集美大红门电化学储能电站，可燃气体积聚发生起火并爆炸；2020年，英国利物浦carnegie road电化学储能电站，由于电池热失控，可燃气体起火并发生爆炸等。因此亟待采取措施解决自燃问题，降低发生危险事故的概率。目前还没有一种系统可以实现电化学储能电站100％安全运行。
3、co2无毒、不易燃，通常会被用于消防领域，此外co2临界点(7.39mpa和31.4℃)相对空气(3.77mpa和-140.5℃)容易达到，露点比空气高，高压下可在接近室温的温度下凝结，相同状态和压力下co2储存密度均大于空气，其中液态储存时最
4、若采用二氧化碳作为工质，可实现在co2氛围下保证电化学储能系统的安全，显著提高电化学储能系统的安全性。此外，将电化学储能置于压缩二氧化碳储能的低压侧，在保证安全的同时，还能够节约用地，具备降低造价的潜力。同时两者响应速度各有特点，能够相互协同配合，更好的响应电网指令。目前还没有将两者深度耦合的完整系统，因此将电化学储能与压缩二氧化碳储能结合具有明显的应用前景。
技术实现思路
1、针对
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供了一种电池储能与压缩压缩二氧化碳储能的耦合系统，其特征在于，包括：压缩二氧化碳储能系统和电化学储能系统；所述电化学储能系统包括：电池组、耦合换热器、电池放热换热器、第二低温水储罐、第二高温水储罐和风机；其中电池组设置在二氧化碳柔性储气室内被二氧化碳包围，二氧化碳柔性储气室内的气体经第二出口顺序通过风机、电池放热换热器的热侧和二氧化碳柔性储气室的第二入口相连；电池放热换热器的冷侧出口顺序经过高温水储罐、高温水罐出口泵、耦合换热器的热侧、第二低温水储罐、低温水罐出口泵和电池放热换热器的冷侧入口相连形成回路；
2、压缩二氧化碳储能系统包括：二氧化碳柔性储气室、第一压缩机、第一透平、第一换热器、第二换热器、高温储热介质储罐、低温储热介质储罐、冷凝器、蒸发器、二氧化碳高压储罐、分离器、第一低温水储罐、第一高温水储罐和后置冷却器；其中柔性储气室内的气体经第一出口顺序通过第一压缩机、第一换热器的热侧、冷凝器的热侧、分离器、二氧化碳高压储罐、节流阀、蒸发器的冷侧、耦合换热器的冷侧、第二换热器的冷侧、第一透平、后置冷却器的热侧和二氧化碳柔性储气室的第一入口相连；
3、第一换热器的冷侧顺序经过高温储热介质储罐、第二换热器的热侧和低温储热介质储罐后返回形成回路；
4、第一高温水储罐的出口经泵、蒸发器的热侧和第一低温水储罐的入口相连；冷凝器冷侧的入口与后置冷却器冷侧的入口均与第一低温水储罐的出口连接；冷凝器冷侧的出口与后置冷却器冷侧的出口均与第一高温水储罐的入口连接。
5、所述电池组采用存在自燃问题的三元锂电池、磷酸铁锂电池、钠硫电池，或采用废旧电池。
6、当二氧化碳柔性储气室内电池平均温度高于35℃时，二氧化碳柔性储气室的第二出口和风机开启，二氧化碳柔性储气室内的气体经风机进入电池放热换热器放热。
7、所述压缩二氧化碳储能系统中的膨胀级数为多级，在第二换热器至第一透平之间的管路上安装有至少一组放电侧附加换热器和附加透平，各放电侧附加换热器的热侧接入第二换热器的热侧和低温储热介质储罐之间的管路。
8、所述压缩二氧化碳储能系统中的压缩级数为多级，在第一压缩机至第一换热器之间的管路上安装有至少一组充电侧附加换热器和附加压缩机，各充电侧附加换热器的冷侧接入低温储热介质储罐至第一换热器冷侧之间的管路。
9、所述的一种电池储能与压缩二氧化碳储能的耦合系统，气体经冷凝器的热侧后实现液化，进而在分离器中，电池产生的杂质气体会与液态二氧化碳分离。
10、当电池组工作时，从而对二氧化碳柔性储气室内的二氧化碳进行储热，当二氧化碳柔性储气室内电池平均温度高于35℃后，二氧化碳柔性储气室内的气体经第二出口流出至风机后进入电池放热换热器，与来自第二低温水储罐中的水进行换热后回到二氧化碳柔性储气室，来自第二低温水储罐中的水经低温水罐出口泵进入电池放热换热器进行换热后；从而将二氧化碳柔性储气室内的气体冷却下来换热后的水进入第二高温水储罐中，将热能储存起来。
11、当压缩二氧化碳储能系统进行充电储能时：
12、二氧化碳柔性储气室内的气体经第一出口顺序通过第一压缩机、第一换热器的热侧、冷凝器的热侧、分离器进入二氧化碳高压储罐，在第一压缩机中吸收电能进行充电；同时，低温储热介质储罐中的介质经第一换热器加热后进入高温储热介质储罐储存，
13、在冷凝器的热侧，气态的二氧化碳与来自第一低温水储罐中的水进行换热，换热后的二氧化碳变为液态，而其他的杂质气体状态未发生改变，随后经过所述分离器将其他杂质气体分离出，继而输送至所述二氧化碳高压储罐，第一低温水储罐的水进入冷凝器冷侧换热后输送至第一高温水储罐中。
14、当压缩二氧化碳储能系统进行放电释能时：
15、打开节流阀进行压缩二氧化碳储能系统放电释能，从二氧化碳高压储罐流出的二氧化碳工质依次经过节流阀、蒸发器的冷侧、耦合换热器的冷侧、第二换热器的冷侧、第一透平做功、后置冷却器的热侧，温度较第一出口流出时略有提高的二氧化碳工质最后返回二氧化碳柔性储气室；
16、在此过程中，在蒸发器中，来自高压储罐中的二氧化碳与来自第一高温水储罐中的水进行换热，换热后的二氧化碳输送至耦合换热器中，换热后的水输送至第一低温水储罐中；
17、在后置冷却器中，膨胀后的二氧化碳与第一低温水储罐中的水进行换热，在热侧放热后的二氧化碳进入二氧化碳柔性储气室内，在冷侧吸热后的水进入第一高温水储罐中；
18、在第二换热器的冷侧，来自高温储热介质储罐的工质在第二换热器的冷侧放热后，进入低温储热介质储罐进行储存。
19、在二氧化碳工质流经耦本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电池储能与压缩二氧化碳储能的耦合系统，其特征在于，包括：压缩二氧化碳储能系统(100)和电化学储能系统(200)；所述电化学储能系统(200)包括：电池组(201)、耦合换热器(202)、电池放热换热器(203)、第二低温水储罐(204)、第二高温水储罐(205)和风机(206)；其中电池组(201)设置在二氧化碳柔性储气室(101)内被二氧化碳包围，二氧化碳柔性储气室(101)内的气体经第二出口顺序通过风机(206)、电池放热换热器(203)的热侧和二氧化碳柔性储气室(101)的第二入口相连；电池放热换热器(203)的冷侧出口顺序经过第二高温水储罐(205)、高温水罐出口泵(208)、耦合换热器(202)的热侧、第二低温水储罐(204)、低温水罐出口泵(207)和电池放热换热器(203)的冷侧入口相连形成回路；
2.根据权利要求1所述的一种电池储能与压缩二氧化碳储能的耦合系统，其特征在于，所述电池组(201)采用存在自燃问题的三元锂电池、磷酸铁锂电池、钠硫电池，或采用废旧电池。
3.根据权利要求1所述的一种电池储能与压缩二氧化碳储能的耦合系统，其
4.根据权利要求1所述的一种电池储能与压缩二氧化碳储能的耦合系统，其特征在于，所述压缩二氧化碳储能系统(100)中的膨胀级数为多级，在第二换热器(107)至第一透平(105)之间的管路上安装有至少一组放电侧附加换热器和附加透平，各放电侧附加换热器的热侧接入第二换热器(107)的热侧和低温储热介质储罐(111)之间的管路。
5.根据权利要求1所述的一种电池储能与压缩二氧化碳储能的耦合系统，其特征在于，所述压缩二氧化碳储能系统(100)中的压缩级数为多级，在第一压缩机(102)至第一换热器(106)之间的管路上安装有至少一组充电侧附加换热器和附加压缩机，各充电侧附加换热器的冷侧接入低温储热介质储罐(111)至第一换热器(106)冷侧之间的管路。
6.根据权利要求1所述的一种电池储能与压缩二氧化碳储能的耦合系统，其特征在于，气体经冷凝器(112)的热侧后实现液化，进而在分离器(115)中，电池产生的杂质气体会与液态二氧化碳分离。
7.根据权利要求1所述的一种电池储能与压缩二氧化碳储能的耦合系统，其特征在于，当电池组工作时，从而对二氧化碳柔性储气室内的二氧化碳进行储热，当二氧化碳柔性储气室内电池平均温度高于35℃后，二氧化碳柔性储气室内的气体经第二出口流出至风机后进入电池放热换热器，与来自第二低温水储罐中的水进行换热后回到二氧化碳柔性储气室，来自第二低温水储罐中的水经低温水罐出口泵进入电池放热换热器进行换热后；从而将二氧化碳柔性储气室内的气体冷却下来换热后的水进入第二高温水储罐中，将热能储存起来。
8.根据权利要求1所述的一种电池储能与压缩二氧化碳储能的耦合系统，其特征在于，当压缩二氧化碳储能系统进行充电储能时：
9.根据权利要求1所述的一种电池储能与压缩二氧化碳储能的耦合系统，其特征在于，当压缩二氧化碳储能系统进行放电释能时：
10.根据权利要求9所述的一种电池储能与压缩二氧化碳储能的耦合系统，其特征在于，在二氧化碳工质流经耦合换热器的冷侧时，如果第二高温水储罐中储存有足够的热量，来自第二高温水储罐的水经耦合换热器放热后流入第二低温水储罐储存。
...【技术特征摘要】
1.一种电池储能与压缩二氧化碳储能的耦合系统，其特征在于，包括：压缩二氧化碳储能系统(100)和电化学储能系统(200)；所述电化学储能系统(200)包括：电池组(201)、耦合换热器(202)、电池放热换热器(203)、第二低温水储罐(204)、第二高温水储罐(205)和风机(206)；其中电池组(201)设置在二氧化碳柔性储气室(101)内被二氧化碳包围，二氧化碳柔性储气室(101)内的气体经第二出口顺序通过风机(206)、电池放热换热器(203)的热侧和二氧化碳柔性储气室(101)的第二入口相连；电池放热换热器(203)的冷侧出口顺序经过第二高温水储罐(205)、高温水罐出口泵(208)、耦合换热器(202)的热侧、第二低温水储罐(204)、低温水罐出口泵(207)和电池放热换热器(203)的冷侧入口相连形成回路；
2.根据权利要求1所述的一种电池储能与压缩二氧化碳储能的耦合系统，其特征在于，所述电池组(201)采用存在自燃问题的三元锂电池、磷酸铁锂电池、钠硫电池，或采用废旧电池。
3.根据权利要求1所述的一种电池储能与压缩二氧化碳储能的耦合系统，其特征在于，当二氧化碳柔性储气室(101)内电池平均温度高于35℃，二氧化碳柔性储气室(101)的第二出口和风机(206)开启，二氧化碳柔性储气室(101)内的气体经风机(206)进入电池放热换热器(203)放热。
4.根据权利要求1所述的一种电池储能与压缩二氧化碳储能的耦合系统，其特征在于，所述压缩二氧化碳储能系统(100)中的膨胀级数为多级，在第二换热器(107)至第一透平(105)之间的管路上安装有至少一组放电侧附加换热器和附加透平，各放电侧附加换热器的热侧接入第二换热器(107)的热侧和低温储热介质储罐(111)...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙恩慧，冯舒静，徐进良，赵金洋，张玮琪，马文静，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：
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