一种带热泵的液体CO2储能系统及储能工艺方法与流程

本发明涉及co2储能，具体涉及一种带热泵的液体co2储能系统及储能工艺方法。

背景技术：

1、电力储能技术既能解决可再生能源并网的问题，又能消除用电高峰电力供应匮乏的隐患，起到削峰填谷的作用，可以有效利用可再生能源。储能系统可以周期性储存多余电量，并在用电高峰时进行释能发电，不但是实现可再生能源发电规模化接入、平滑持续电力输出、调峰调频的重要手段，而且可以提高电网输配电侧的整体效率、安全性和经济性。电力储能技术主要包括三大类：以抽水蓄能、压缩空气储能及飞轮储能为代表的物理储能技术；以电池储能为代表的化学储能技术；以超导储能和超级电容为代表的电磁储能技术。目前，这些储能技术由于成本、容量、安全、能量密度以及环境因素等原因，只有抽水储能和压缩空气储能得以实现长时、大规模应用。

2、抽水蓄能电站具有储能容量大、增减负荷响应速度快、运行成本低以及无污染的优势，已装机比例最大，应用较为成熟。压缩空气储能容量大，单机容量可达百兆瓦级以上，仅次于抽水蓄能，发电成本低，系统寿命长，空气污染小。但抽水储能与传统的压缩空气储能因对地理条件要求高、储能密度低、建设周期长等问题，存在对化石燃料和储气室的依赖问题，不满足当前我国储能发展的需要，有待进一步的改进和提升。

3、研究发现，与空气的临界条件(-141℃，3.77mpa)相比，二氧化碳的临界条件(31.3℃，7.38mpa)更容易实现，并且超临界二氧化碳具有粘度低和密度高等良好的热物理性质，采用小且简单的叶轮机械和传热单元即可完成储能。同时，二氧化碳在工程应用中具有良好的热稳定性、无毒性、无易燃性、零消耗臭氧等潜在环保特性。因此提出将二氧化碳替代空气作为压缩气体储能的介质，在压缩气体储能中利用二氧化碳代替空气不仅可以提高系统性能，也为大规模利用二氧化碳提供了可能和方便。因此有必要提供一种带热泵的液体co2储能系统及储能工艺方法。

技术实现思路

1、本发明主要目的在于提供一种带热泵的液体co2储能系统及储能工艺方法，以解决现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

3、一种带热泵的液体co2储能系统，包括循环连通的低温液体co2储罐、co2增压泵、高压液体co2储罐、蒸发换热器、透平发电机和冷凝换热器，所述蒸发换热器上连接有储热单元，所述冷凝换热器上连接有热泵单元，所述热泵单元和所述储热单元之间连接有工质换热器。

4、进一步的，所述低温液体co2储罐、co2增压泵、高压液体co2储罐、蒸发换热器、透平发电机和冷凝换热器之间通过第一循环管道连通。

5、进一步的，所述储热单元包括循环连通的蓄冷罐、循环泵和蓄热罐，所述蓄冷罐、循环泵和蓄热罐之间通过第二循环管道连通，所述第二循环管道上位于所述蓄热罐和所述蓄冷罐之间的部分与所述蒸发换热器连通，所述第二循环管道上位于所述循环泵和所述蓄热罐之间的部分与所述工质换热器连通。

6、进一步的，所述热泵单元包括循环连通的热泵压缩机、工质罐和节流阀，所述热泵压缩机、工质罐和节流阀之间通过第三循环管道连通，所述第三循环管道上位于所述节流阀和所述热泵压缩机之间的部分与所述冷凝换热器连通，所述第三循环管道上位于所述热泵压缩机和所述工质罐之间的部分与所述工质换热器连通。

7、进一步的，所述co2增压泵以及热泵压缩机由可再生能源弃电、火力发电余电或电网谷电驱动进行储能。

8、进一步的，所述透平发电机采用离心式、螺杆式或活塞式，所述工质换热器采用板翅式换热器或管壳式换热器。

9、一种带热泵的液体co2储能工艺方法，包括储能过程、储热过程和释能过程，具体步骤如下：

10、储能过程：低温液体co2储罐中的液体co2经过co2增压泵后储存至高压液体co2储罐中，同时，热泵压缩机启动，低压低温的热泵循环工质经过热泵压缩机压缩后变成高压高温的气体，然后经过工质换热器与储热单元中的储热工质换热，随后降温冷凝成液体后储存至工质罐中；

11、储热过程：储热单元中蓄冷罐中的储热工质经过循环泵升压后，经过工质换热器与压缩后的热泵循环工质进行换热，升温后的储热工质储存至蓄热罐中；

12、释能过程：高压液体co2储罐中的co2经过蒸发换热器与蓄热罐中的储热工质换热，升温后变成高温高压的气体，然后进入透平发电机中膨胀发电，储热工质换经蒸发换热器提供热量后温度降低储存至蓄冷罐中，工质罐中的热泵循环工质经节流阀节流后，经过冷凝换热器将膨胀后的低压低温的co2冷凝成液体，随后再将液体co2储存至低温液体co2储罐中。

13、进一步的，所述储热单元中的储热工质采用水或导热油。

14、进一步的，所述热泵单元中的热泵循环工质采用丙烷、丙烯、氟利昂或者co2。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

16、采用co2作为储能工质，并采用液体形式存储，将热泵技术及液体co2储能技术结合，释能时液体co2吸热气化，换热系数高，可以有效降低换热器面积，具有储能密度高、设备占地小等优势，显著降低设备投资及占地面积，通过冷热电高效耦合提高储能系统转化效率。

技术特征：

1.一种带热泵的液体co2储能系统，其特征在于，包括循环连通的低温液体co2储罐、co2增压泵、高压液体co2储罐、蒸发换热器、透平发电机和冷凝换热器，所述蒸发换热器上连接有储热单元，所述冷凝换热器上连接有热泵单元，所述热泵单元和所述储热单元之间连接有工质换热器。

2.如权利要求1所述的一种带热泵的液体co2储能系统，其特征在于，所述低温液体co2储罐、co2增压泵、高压液体co2储罐、蒸发换热器、透平发电机和冷凝换热器之间通过第一循环管道连通。

3.如权利要求1或2所述的一种带热泵的液体co2储能系统，其特征在于，所述储热单元包括循环连通的蓄冷罐、循环泵和蓄热罐，所述蓄冷罐、循环泵和蓄热罐之间通过第二循环管道连通，所述第二循环管道上位于所述蓄热罐和所述蓄冷罐之间的部分与所述蒸发换热器连通，所述第二循环管道上位于所述循环泵和所述蓄热罐之间的部分与所述工质换热器连通。

4.如权利要求3所述的一种带热泵的液体co2储能系统，其特征在于，所述热泵单元包括循环连通的热泵压缩机、工质罐和节流阀，所述热泵压缩机、工质罐和节流阀之间通过第三循环管道连通，所述第三循环管道上位于所述节流阀和所述热泵压缩机之间的部分与所述冷凝换热器连通，所述第三循环管道上位于所述热泵压缩机和所述工质罐之间的部分与所述工质换热器连通。

5.如权利要求4所述的一种带热泵的液体co2储能系统，其特征在于，所述co2增压泵以及热泵压缩机由可再生能源弃电、火力发电余电或电网谷电驱动进行储能。

6.如权利要求1所述的一种带热泵的液体co2储能系统，其特征在于，所述透平发电机采用离心式、螺杆式或活塞式，所述工质换热器采用板翅式换热器或管壳式换热器。

7.如权利要求1-6任一项所述的一种带热泵的液体co2储能工艺方法，其特征在于，包括储能过程、储热过程和释能过程，具体步骤如下：

8.如权利要求7所述的一种带热泵的液体co2储能工艺方法，其特征在于，所述储热单元中的储热工质采用水或导热油。

9.如权利要求7所述的一种带热泵的液体co2储能工艺方法，其特征在于，所述热泵单元中的热泵循环工质采用丙烷、丙烯、氟利昂或者co2。

技术总结
本发明公开了一种带热泵的液体CO<subgt;2</subgt;储能系统及储能工艺方法，涉及CO<subgt;2</subgt;储能技术领域。包括循环连通的低温液体CO<subgt;2</subgt;储罐、CO<subgt;2</subgt;增压泵、高压液体CO<subgt;2</subgt;储罐、蒸发换热器、透平发电机和冷凝换热器，所述蒸发换热器上连接有储热单元，所述冷凝换热器上连接有热泵单元，所述热泵单元和所述储热单元之间连接有工质换热器。本发明利用高效热泵单元给CO<subgt;2</subgt;储能系统提供蒸发所需的热量及CO<subgt;2</subgt;液化所需的冷量，通过冷热电高效耦合提高储能系统转化效率。

技术研发人员：孙立佳,敬宏伟,裴栋中,徐晓亮,田增威,车明,刘恩涛,徐兴军
受保护的技术使用者：北京恒泰洁能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27