一种跨临界压缩二氧化碳储能装置

本技术属于储能，特别涉及一种跨临界压缩二氧化碳储能装置。

背景技术：

1、储能技术的应用能够在很大程度上解决新能源发电的波动性与间歇性等弊端，有效解决了移峰填谷的难题，近年来受到越来越多的重视；其中，跨临界压缩二氧化碳储能技术由于储能效率高、储能密度大、系统结构紧凑等优点逐渐引起了广泛的关注。

2、目前，常规跨临界二氧化碳储能的低压储罐和高压储罐均为恒容容器，当工质流入/流出时容器内的压力会随之增大/减小，从而导致储能和释能过程中压缩机、透平及换热器等核心部件长时间变工况运行，不仅影响系统的功率和效率，还会导致部件安全性能下降，威胁系统安全运行。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种跨临界压缩二氧化碳储能装置，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本实用新型提供的技术方案，可实现系统功率基本稳定，能够提高机组运行稳定性，保证系统储能效率并提高能量利用率。

2、为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

3、本实用新型提供的一种跨临界压缩二氧化碳储能装置，包括：储液罐、储能部件、气体缓冲室、储气室和释能部件；

4、所述储能部件包括第一控制阀、蒸发器、第一压缩机、第一换热器、第二压缩机和冷却器；其中，所述储液罐的工质出口依次经第一控制阀、蒸发器的第二换热通道、第一压缩机、第一换热器的第一换热通道与所述气体缓冲室的第一通道进口相连通，所述气体缓冲室的第一通道出口依次经第二压缩机、冷却器的第一换热通道与所述储气室的进口相连通；

5、所述释能部件包括第三控制阀、第一透平、第四控制阀、第二换热器、第二透平和冷凝器；其中，所述储气室的出口依次经过第三控制阀、第二透平与所述气体缓冲室的第二通道进口相连通，所述气体缓冲室的第二通道出口依次经第四控制阀、第二换热器的第二换热通道、第一透平、冷凝器的第一换热通道与所述储液罐的工质进口相连通；

6、其中，所述第二压缩机、所述第二透平的转速和进口导叶角度可调。

7、本实用新型的进一步改进在于，还包括：储热罐和储冷罐；其中，

8、所述储热罐的出口依次经第五控制阀、第二换热器的第一换热通道与所述储冷罐的进口相连通；所述储冷罐的出口依次经第二控制阀、第一换热器的第二换热通道与所述储热罐的进口相连通。

9、本实用新型的进一步改进在于，所述储液罐设置有冷源通道和热源通道；

10、所述跨临界压缩二氧化碳储能装置还包括：制冷循环部；所述制冷循环部包括第一制冷工质泵、第一制冷工质冷凝器和制冷工质透平；其中，所述制冷工质透平的出口分为两路，一路连通至所述冷凝器的第二换热通道进口，另一路经第七控制阀连通至所述储液罐的冷源通道进口，所述储液罐的冷源通道出口与所述冷凝器的第二换热通道出口均经第六控制阀与所述第一制冷工质泵的进口相连通，所述第一制冷工质泵的出口经所述第一制冷工质冷凝器的第一换热通道与所述制冷工质透平的进口相连通；所述储液罐设置的热源通道用于通入常温常压水。

11、本实用新型的进一步改进在于，所述储液罐设置有冷源通道和热源通道；

12、所述跨临界压缩二氧化碳储能装置还包括：制冷循环部；所述制冷循环部包括吸收器、第二制冷工质泵、溶液换热器、发生器、制冷工质冷凝器、制冷工质第一节流阀、制冷工质第二节流阀、第八控制阀和第九控制阀；其中，所述制冷工质第一节流阀的出口分为两路，一路连通至所述冷凝器的第二通道进口，另一路经第九控制阀连通至所述储液罐的冷源通道进口，所述储液罐的冷源通道出口与所述冷凝器的第二换热通道的出口均经第八控制阀连接所述吸收器的第二进口，所述吸收器的第一出口连接所述第二制冷工质泵的进口，所述第二制冷工质泵的出口连接所述溶液换热器的第二进口，所述溶液换热器的第二出口连接所述发生器的第二进口，所述发生器的第三出口经所述第二制冷工质冷凝器的第一换热通道与所述制冷工质第一节流阀的进口相连通；所述发生器的第二出口连接所述溶液换热器的第一进口，所述溶液换热器的第一出口经所述制冷工质第二节流阀与所述吸收器的第一进口相连通；所述第二制冷工质冷凝器的第二换热通道用于通入常温常压水；所述储液罐设置的热源通道用于通入常温常压水；所述发生器的第一进口用于通入工业生产余热。

13、本实用新型的进一步改进在于，在确定储能压力后，所述制冷循环部中工质质量流量之比满足如下方程，

14、

15、式中，和分别代表制冷循环部中进入冷凝器和储液罐中的工质质量流量；ρl和ρg分别代表储能压力下二氧化碳饱和液态和饱和气态密度；q代表储能压力下二氧化碳的汽化潜热；hout代表储能压力下二氧化碳在冷凝器中的单位流量进口焓值；hl代表储能压力下单位流量饱和液态二氧化碳的进口焓值。

16、本实用新型的进一步改进在于，还包括：第一预热器和第二预热器；其中，

17、所述蒸发器的第二换热通道的出口经所述第一预热器的第二换热通道与所述第一压缩机的进口相连通；所述第三控制阀经所述第二预热器的第二换热通道与所述第二透平的进口相连通；所述第一预热器的第一换热通道、所述第二预热器的第一换热通道均用于通入工业生产余热。

18、本实用新型的进一步改进在于，所述工业生产余热的温度范围为100℃～150℃。

19、本实用新型的进一步改进在于，还包括：测压元件和控制器；

20、所述测压元件用于测量储气室压力并传输给所述控制器；

21、所述控制器用于根据接收的储气室压力，在储能时控制所述第二压缩机的进口导叶角度以保持工质流量恒定，同时控制所述第二压缩机的转速以实现所述第二压缩机始终在最高效率下运行；在释能时控制所述第二透平的进口导叶角度以保持工质流量恒定，同时控制所述第二透平的转速以实现所述第二透平始终在最高效率下运行。

22、本实用新型的进一步改进在于，所述储液罐内冗余的液态二氧化碳或气态二氧化碳的质量需满足如下方程，

23、

24、式中，m代表冗余的液态二氧化碳或气态二氧化碳，t代表储能或释能时长，代表二氧化碳的质量流量；ρl和ρg分别代表储能压力下二氧化碳饱和液态和饱和气态密度。

25、与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

26、本实用新型提供的技术方案具体是一种功率稳定的跨临界压缩二氧化碳储能装置，能够提高机组运行稳定性，保证系统储能效率并提高能量利用率；具体解释性的，第一压缩机与第一透平定工况运行，在提高系统运行稳定性的同时承担储能系统的主要运行负荷；此外，第二压缩机与第二透平的进口导叶角度与转速可调，能够保证系统运行过程中工质流量的稳定、第二压缩机与第二透平高效运行、其余部件定工况运行，可提高系统储能效率与运行的安全稳定性。另外，本实用新型设置的气体缓冲室可维持储能过程中第二压缩机进口压力和释能过程中第二换热器高压侧压力与第二透平出口压力的恒定。

27、本实用新型中，在第一透平出口和储液罐进口之间引入制冷循环，可实现低温工质的冷凝。

28、本实用新型中，利用工业生产余热提高工质在第一压缩机和第二透平的进口温度，可进一步提高系统储能效率与能量利用率。

29、本实用新型中，储能过程中通过加热储液罐内部分液态二氧化碳至气态，保证该过程中储液罐内压力恒定；释能过程中通过冷却储液罐内部分气态二氧化碳至液态，保证该过程中储液罐内压力恒定，且具体限定了工质质量关系。