本發(fā)明屬于儲(chǔ)能，具體涉及一種恒壓二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在新能源高速發(fā)展的環(huán)境下，新型儲(chǔ)能已經(jīng)成為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)能將電能轉(zhuǎn)化成二氧化碳的熱能和勢(shì)能來(lái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能。與空氣相比，二氧化碳更易液化，無(wú)需依賴地下洞穴，選址更靈活。另外，二氧化碳比熱容高、傳熱性能好，?寄生能耗更低，系統(tǒng)效率更高。因此，液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)能具備超長(zhǎng)時(shí)、大規(guī)模、高靈活性、高效率、高儲(chǔ)能密度等優(yōu)點(diǎn)，更具發(fā)展前景。

2、然而在二氧化碳儲(chǔ)能過(guò)程中，高壓儲(chǔ)罐和低壓儲(chǔ)罐中二氧化碳質(zhì)量發(fā)生變化時(shí)會(huì)導(dǎo)致高壓儲(chǔ)罐和低壓儲(chǔ)罐中的壓力失衡，所以需要添加額外設(shè)備或進(jìn)行額外措施來(lái)維持高壓儲(chǔ)罐和低壓儲(chǔ)罐中壓力不變。如公開(kāi)號(hào)cn112901298a，標(biāo)題為一種恒壓式壓縮二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)及方法的專利中，通過(guò)移動(dòng)活塞來(lái)維持高壓儲(chǔ)罐和低壓儲(chǔ)罐中壓力不變；但通過(guò)適應(yīng)性修改儲(chǔ)液罐的體積來(lái)保持罐內(nèi)壓力平衡，實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種恒壓二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)。

2、本發(fā)明提供了一種恒壓二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)，其包括穩(wěn)壓罐、低壓儲(chǔ)液模塊、第一換熱組件、壓縮膨脹模塊、第二換熱組件和高壓儲(chǔ)液模塊；壓縮膨脹模塊包括并聯(lián)的壓縮機(jī)和膨脹機(jī)；低壓儲(chǔ)液模塊、第一換熱組件、壓縮機(jī)、第二換熱組件和高壓儲(chǔ)液模塊形成儲(chǔ)能通路。高壓儲(chǔ)液模塊、第二換熱組件、膨脹機(jī)、第一換熱組件和低壓儲(chǔ)液模塊形成釋能通路。穩(wěn)壓罐與低壓儲(chǔ)液模塊通過(guò)第一通斷閥連接；穩(wěn)壓罐與高壓儲(chǔ)液模塊通過(guò)第二通斷閥連接；穩(wěn)壓罐連接至第二換熱組件處于釋能通路的部分連接。在工作過(guò)程中，該儲(chǔ)能系統(tǒng)在儲(chǔ)能狀態(tài)和釋能狀態(tài)切換。

3、在儲(chǔ)能狀態(tài)下，第一通斷閥開(kāi)啟，第二通斷閥關(guān)閉；低壓儲(chǔ)液模塊中的液態(tài)二氧化碳在壓力差作用下輸入儲(chǔ)能通路，依次經(jīng)過(guò)氣化、壓縮機(jī)做功加壓、液化的過(guò)程存入高壓儲(chǔ)液模塊。穩(wěn)壓罐向低壓儲(chǔ)液模塊輸送二氧化碳?xì)怏w，使低壓儲(chǔ)液模塊保持內(nèi)部壓力穩(wěn)定。

4、在釋能狀態(tài)下，第二通斷閥開(kāi)啟，第一通斷閥關(guān)閉；高壓儲(chǔ)液模塊中的液態(tài)二氧化碳在壓力差作用下輸入釋能通路，依次經(jīng)過(guò)氣化、在膨脹機(jī)膨脹降壓釋能、液化的過(guò)程存入低壓儲(chǔ)液模塊。在第二換熱組件氣化產(chǎn)生的部分氣態(tài)二氧化碳，充入穩(wěn)壓罐和高壓儲(chǔ)液模塊，使高壓儲(chǔ)液模塊保持內(nèi)部壓力穩(wěn)定。

5、作為優(yōu)選，在儲(chǔ)能狀態(tài)下，進(jìn)入儲(chǔ)能通路的液態(tài)二氧化碳經(jīng)過(guò)第一換熱組件轉(zhuǎn)化為氣態(tài)二氧化碳，釋放的冷量由第一換熱組件存儲(chǔ)；壓縮機(jī)提高氣態(tài)二氧化碳的壓力；氣態(tài)二氧化碳在第二換熱組件中轉(zhuǎn)化為液態(tài)二氧化碳并輸入高壓儲(chǔ)液模塊，釋放的熱量由第二換熱組件存儲(chǔ)。

6、在釋能狀態(tài)下，進(jìn)入釋能通路的液態(tài)二氧化碳經(jīng)過(guò)第二換熱組件轉(zhuǎn)化為氣態(tài)二氧化碳，釋放的熱量由第二換熱組件存儲(chǔ)；氣態(tài)二氧化碳在膨脹機(jī)膨脹釋放能量，且壓力減?。粴鈶B(tài)二氧化碳在第一換熱組件中轉(zhuǎn)化為液態(tài)二氧化碳并輸入高壓儲(chǔ)液模塊，釋放的冷量由第二換熱組件存儲(chǔ)。

7、作為優(yōu)選，第一換熱組件包括一個(gè)或依次相連的多個(gè)蓄冷釋冷組件；第二換熱組件包括一個(gè)或依次相連的多個(gè)蓄熱釋熱組件。

8、作為優(yōu)選，所述的第一換熱組件包括一級(jí)蓄冷釋冷組件和二級(jí)蓄冷釋冷組件，一級(jí)蓄冷釋冷組件與低壓儲(chǔ)液模塊連接；第二換熱組件包括一級(jí)蓄熱釋熱組件和二級(jí)蓄熱釋熱組件，二級(jí)蓄熱釋熱組件與高壓儲(chǔ)液模塊連接；二氧化碳在一級(jí)蓄冷釋冷組件和二級(jí)蓄熱釋熱組件中發(fā)生相變。

9、作為優(yōu)選，所述的蓄冷釋冷組件和蓄熱釋熱組件均采用存有相變材料的換熱器。儲(chǔ)能通路和釋能通路在蓄冷釋冷組件和蓄熱釋熱組件中均共用同一管道。在第一換熱組件中，儲(chǔ)能狀態(tài)下二氧化碳?xì)饣尫诺睦淞看鎯?chǔ)到蓄冷釋冷組件相變材料，并在釋能狀態(tài)下供給進(jìn)行液化的二氧化碳。在第二換熱組件中，儲(chǔ)能狀態(tài)下二氧化碳液化釋放的熱量存儲(chǔ)到蓄熱釋熱組件相變材料，并在釋能狀態(tài)下供給進(jìn)行氣化的二氧化碳。

10、作為優(yōu)選，所述的蓄冷釋冷組件和蓄熱釋熱組件結(jié)構(gòu)相同，均包括通過(guò)換熱介質(zhì)管道依次連接成循環(huán)回路第一換熱器、儲(chǔ)熱罐、第二換熱器和儲(chǔ)冷罐。第一換熱器串聯(lián)在儲(chǔ)能通路中；第二換熱器串聯(lián)在釋能通路中。

11、在蓄冷釋冷組件中，儲(chǔ)能狀態(tài)下二氧化碳?xì)饣尫诺睦淞客ㄟ^(guò)第一換熱器和換熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換的方式存儲(chǔ)到儲(chǔ)冷罐，并在釋能狀態(tài)下通過(guò)第二換熱器和換熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換的方式供給進(jìn)行液化的二氧化碳。

12、在蓄熱釋熱組件中，儲(chǔ)能狀態(tài)下二氧化碳液化釋放的熱量通過(guò)第二換熱器和換熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換的方式存儲(chǔ)到儲(chǔ)熱罐，并在釋能狀態(tài)下通過(guò)第一換熱器和換熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換的方式供給進(jìn)行氣化的二氧化碳。

13、作為優(yōu)選，儲(chǔ)能回路設(shè)有節(jié)流閥；節(jié)流閥位于低壓儲(chǔ)液模塊與第一換熱組件之間，儲(chǔ)能狀態(tài)下，低壓儲(chǔ)液模塊輸出的液態(tài)二氧化碳經(jīng)過(guò)節(jié)流閥時(shí)通流截面積減小，在節(jié)流氣化作用下轉(zhuǎn)化為氣液兩相二氧化碳。

14、作為優(yōu)選，所述的壓縮機(jī)的輸入端和輸出端均設(shè)有處于儲(chǔ)能通路的第四通斷閥；膨脹機(jī)的輸入端和輸出端均設(shè)有處于釋能通路的第五通斷閥。儲(chǔ)能狀態(tài)下，第四通斷閥開(kāi)啟，第五通斷閥關(guān)閉；釋能狀態(tài)下，第四通斷閥關(guān)閉，第五通斷閥開(kāi)啟。

15、作為優(yōu)選，所述的第一換熱組件中設(shè)有多個(gè)蓄冷釋冷組件；沿著儲(chǔ)能通路向釋能通路的方向，各蓄冷釋冷組件中相變材料的相變溫度依次升高；各蓄冷釋冷組件在儲(chǔ)能狀態(tài)下逐級(jí)吸收二氧化碳?xì)饣尫诺睦淞?，以及在釋能狀態(tài)下逐級(jí)向二氧化碳提供液化所需的冷量；第二換熱組件中設(shè)有蓄熱釋熱組件；沿著儲(chǔ)能通路向釋能通路的方向，各蓄熱釋熱組件中相變材料的相變溫度依次降低；各蓄熱釋熱組件在儲(chǔ)能狀態(tài)下逐級(jí)吸收二氧化碳液化釋放的熱量，以及在釋能狀態(tài)下逐級(jí)向二氧化碳提供氣化所需的熱量。

16、作為優(yōu)選，所述的釋能通路設(shè)有第三通斷閥；第三通斷閥位于低壓儲(chǔ)液模塊與第一換熱組件之間。

17、本發(fā)明具有的有益效果是：

18、1、本發(fā)明通過(guò)在二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)中設(shè)置穩(wěn)壓罐以及配套的通斷閥，使二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)在儲(chǔ)能狀態(tài)與釋能狀態(tài)下的低壓儲(chǔ)液模塊和高壓儲(chǔ)液模塊內(nèi)的壓力平衡，穩(wěn)定了低壓儲(chǔ)液模塊和高壓儲(chǔ)液模塊的出液壓力。

19、2、本發(fā)明通過(guò)儲(chǔ)能通路和釋能通路在蓄冷釋冷組件和蓄熱釋熱組件中均共用同一管道，減少了搭建儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本；同時(shí)，本發(fā)明中的二氧化碳以液態(tài)形式存儲(chǔ)，降低了系統(tǒng)占地面積。

技術(shù)特征：

1.一種恒壓二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：包括穩(wěn)壓罐（9）、低壓儲(chǔ)液模塊（1）、第一換熱組件、壓縮膨脹模塊、第二換熱組件和高壓儲(chǔ)液模塊（5）；壓縮膨脹模塊包括并聯(lián)的壓縮機(jī)（3）和膨脹機(jī)（7）；低壓儲(chǔ)液模塊（1）、第一換熱組件、壓縮機(jī)（3）、第二換熱組件和高壓儲(chǔ)液模塊（5）形成儲(chǔ)能通路；高壓儲(chǔ)液模塊（5）、第二換熱組件、膨脹機(jī)（7）、第一換熱組件和低壓儲(chǔ)液模塊（1）形成釋能通路；穩(wěn)壓罐（9）與低壓儲(chǔ)液模塊（1）通過(guò)第一通斷閥（11）連接；穩(wěn)壓罐（9）與高壓儲(chǔ)液模塊（5）通過(guò)第二通斷閥（12）連接；穩(wěn)壓罐（9）連接至第二換熱組件處于釋能通路的部分連接；在工作過(guò)程中，該儲(chǔ)能系統(tǒng)在儲(chǔ)能狀態(tài)和釋能狀態(tài)切換；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種恒壓二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：儲(chǔ)能通路設(shè)有節(jié)流閥（10）；節(jié)流閥（10）位于低壓儲(chǔ)液模塊（1）與第一換熱組件之間，儲(chǔ)能狀態(tài)下，低壓儲(chǔ)液模塊（1）輸出的液態(tài)二氧化碳經(jīng)過(guò)節(jié)流閥（10）時(shí)通流截面積減小，轉(zhuǎn)化為氣液兩相二氧化碳。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種恒壓二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：所述的第一換熱組件包括一個(gè)或依次相連的多個(gè)蓄冷釋冷組件；第二換熱組件包括一個(gè)或依次相連的多個(gè)蓄熱釋熱組件。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種恒壓二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：所述的蓄冷釋冷組件和蓄熱釋熱組件結(jié)構(gòu)相同，均包括通過(guò)換熱介質(zhì)管道依次連接成循環(huán)回路的第一換熱器、儲(chǔ)熱罐、第二換熱器和儲(chǔ)冷罐；第一換熱器串聯(lián)在儲(chǔ)能通路中；第二換熱器串聯(lián)在釋能通路中；

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種恒壓二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：所述的蓄冷釋冷組件和蓄熱釋熱組件均采用存有相變材料的換熱器；儲(chǔ)能通路和釋能通路在蓄冷釋冷組件和蓄熱釋熱組件中均共用同一管道；在蓄冷釋冷組件中，儲(chǔ)能狀態(tài)下二氧化碳?xì)饣尫诺睦淞看鎯?chǔ)到蓄冷釋冷組件相變材料，并在釋能狀態(tài)下供給進(jìn)行液化的二氧化碳；在蓄熱釋熱組件中，儲(chǔ)能狀態(tài)下二氧化碳液化釋放的熱量存儲(chǔ)到蓄熱釋熱組件相變材料，并在釋能狀態(tài)下供給進(jìn)行氣化的二氧化碳。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種恒壓二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：所述的壓縮機(jī)（3）的輸入端和輸出端均設(shè)有處于儲(chǔ)能通路的第四通斷閥（14）；膨脹機(jī)（7）的輸入端和輸出端均設(shè)有處于釋能通路的第五通斷閥（15）；儲(chǔ)能狀態(tài)下，第四通斷閥（14）開(kāi)啟，第五通斷閥（15）關(guān)閉；釋能狀態(tài)下，第四通斷閥（14）關(guān)閉，第五通斷閥（15）開(kāi)啟。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種恒壓二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：第一換熱組件中設(shè)有多個(gè)蓄冷釋冷組件；沿著儲(chǔ)能通路向釋能通路的方向，各蓄冷釋冷組件中相變材料的相變溫度依次升高；各蓄冷釋冷組件在儲(chǔ)能狀態(tài)下逐級(jí)吸收二氧化碳?xì)饣尫诺睦淞?，以及在釋能狀態(tài)下逐級(jí)向二氧化碳提供液化所需的冷量；第二換熱組件中設(shè)有蓄熱釋熱組件；沿著儲(chǔ)能通路向釋能通路的方向，各蓄熱釋熱組件中相變材料的相變溫度依次降低；各蓄熱釋熱組件在儲(chǔ)能狀態(tài)下逐級(jí)吸收二氧化碳液化釋放的熱量，以及在釋能狀態(tài)下逐級(jí)向二氧化碳提供氣化所需的熱量。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種恒壓二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：所述的釋能通路設(shè)有第三通斷閥（13）；第三通斷閥（13）位于低壓儲(chǔ)液模塊（1）與第一換熱組件之間。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種恒壓二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：在儲(chǔ)能狀態(tài)下，進(jìn)入儲(chǔ)能通路的液態(tài)二氧化碳經(jīng)過(guò)第一換熱組件轉(zhuǎn)化為氣態(tài)二氧化碳，釋放的冷量由第一換熱組件存儲(chǔ)；壓縮機(jī)（3）提高氣態(tài)二氧化碳的壓力；氣態(tài)二氧化碳在第二換熱組件中轉(zhuǎn)化為液態(tài)二氧化碳并輸入高壓儲(chǔ)液模塊（5），釋放的熱量由第二換熱組件存儲(chǔ)；

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種恒壓二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于：所述的第一換熱組件包括一級(jí)蓄冷釋冷組件和二級(jí)蓄冷釋冷組件，一級(jí)蓄冷釋冷組件與低壓儲(chǔ)液模塊（1）連接；第二換熱組件包括一級(jí)蓄熱釋熱組件和二級(jí)蓄熱釋熱組件，二級(jí)蓄熱釋熱組件與高壓儲(chǔ)液模塊（5）連接；二氧化碳在一級(jí)蓄冷釋冷組件和二級(jí)蓄熱釋熱組件中發(fā)生相變。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種恒壓二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)，通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)在儲(chǔ)能狀態(tài)和釋能狀態(tài)切換，改變二氧化碳的壓力和溫度實(shí)現(xiàn)液化與氣化，完成儲(chǔ)能和釋能過(guò)程；并在二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)中設(shè)置穩(wěn)壓罐以及配套的通斷閥，使二氧化碳儲(chǔ)能系統(tǒng)在儲(chǔ)能狀態(tài)與釋能狀態(tài)下的低壓儲(chǔ)液模塊和高壓儲(chǔ)液模塊內(nèi)的壓力平衡，穩(wěn)定了低壓儲(chǔ)液模塊和高壓儲(chǔ)液模塊的出液壓力。同時(shí)，本發(fā)明通過(guò)儲(chǔ)能通路和釋能通路在蓄冷釋冷組件和蓄熱釋熱組件中均共用同一管道，且通過(guò)節(jié)流閥對(duì)低壓儲(chǔ)液模塊輸出的液態(tài)二氧化碳進(jìn)行轉(zhuǎn)換，減少了對(duì)相變材料的需求，降低了搭建儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本；此外，本發(fā)明中的二氧化碳以液態(tài)形式存儲(chǔ)，降低了系統(tǒng)占地面積。

技術(shù)研發(fā)人員：楊肖,何飛杰,方家浩,孫靖瑤,周慧文,朱登科,韓云海
受保護(hù)的技術(shù)使用者：杭州華電華源環(huán)境工程有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/5