小流量压缩二氧化碳储能系统压缩机组及运行方法与流程

本发明涉及一种二氧化碳储能系统压缩机组及运行方法，具体涉及一种小流量压缩二氧化碳储能系统压缩机组及运行方法，属于压缩气储能。

背景技术：

1、压缩气储能作为新型储能技术，具有储能时间长、容量大、寿命长、安全可靠等优点，是目前非常有潜力的大型物理储能技术。目前常用的压缩气体储能工质为空气和二氧化碳，压缩空气储能具有技术成熟、成本低、工质易得等优点，已进入到商业化初期阶段。相对而言，压缩二氧化碳储能还处于示范阶段，但是压缩二氧化碳储能具有更高的效率、更紧凑的系统布置，未来随着技术发展，系统成本进一步下降，优势更加凸显。

2、压缩气体储能技术的原理就是将低谷电/弃风/弃光电力储存在压缩气体中，在用电高峰期，压缩气体膨胀做功对外释能。

3、压缩气体压力越高，系统储存电能越多。对于压缩空气储能，空气要从0.1mpa压缩至10～14mpa；对于二氧化碳工质，为了实现更高效的超临界循环，要将压力提升至14mpa以上，甚至更高。随着系统功率等级及效率的提升，未来系统压力可能进一步提高。这对压缩机系统提出了很高的要求，单级压缩无法满足，往往都需要三级甚至四级压缩。相同的质量流量，越靠后的级，压缩机的压力越高，体积流量越小，叶片高度越低，加工制造难度增加，压缩效率难以满足系统要求。

4、对于压缩二氧化碳储能，相同功率的情况下，二氧化碳的工质流量比空气更小，压缩机的工作条件更加严苛，压缩机的制造加工难度更大，末级压缩效率更低，严重影响系统储能效率。

5、常规气体储能多级压缩过程中，每级压缩机入口质量流量相同，在逐级升压的过程中，压缩机入口体积流量逐级降低，越靠后的级体积流量降低越多，末级压缩机尤其是末级压缩机出口的体积流量非常小，导致末级叶片高度锐减，末级压缩效率非常低，影响整体压缩效率，叶片设计加工难度增加。

技术实现思路

1、本发明为了克服末级压缩效率低、加工难度大、压缩效率低的问题，提供了一种小流量压缩二氧化碳储能系统压缩机组及运行方法，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

2、本发明的技术方案：

3、方案一：小流量压缩二氧化碳储能系统压缩机组，包括通过管路多级串联设置的压缩机，首级压缩机的进口端通入低压气体，相邻两级压缩机间的管路上布置有间冷器和缓冲罐，间冷器与下一级压缩机的进口管路间连接有支路，所述支路上安装有阀门，所述缓冲罐的进出口管路上也安装有阀门，所述末级压缩机与间冷器、高压气体存储罐依次连接。

4、作为本发明的进一步改进，小流量压缩二氧化碳储能系统压缩机组，包括三级串联设置的压缩机，定义为首级压缩机、中级压缩机和末级压缩机，还包括第一间冷器、第二间冷器、第三间冷器、第一缓冲罐、第二缓冲罐、高压气体存储罐、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门；

5、首级压缩机的进口端通入低压气体，首级压缩机的出口通过第一管路与中级压缩机连接，第一管路上设置有第一间冷器、第一缓冲罐，第一间冷器还与第一支路的一端连接，第一支路的另一端与第一管路连接，且连接点位于第一缓冲罐与中级压缩机之间，第一阀门和第三阀门安装在第一管路上，且第一阀门安装在第一间冷器和第一缓冲罐之间，第三阀门安装在第一缓冲罐的出口端，第二阀门安装在第一支路上；

6、中级压缩机的出口通过第二管路与末级压缩机连接，第二管路上设置有第二间冷器、第二缓冲罐，第二间冷器还与第二支路的一端连接，第二支路的另一端与第二管路连接，且连接点位于第二缓冲罐与末级压缩机之间，第四阀门和第六阀门安装在第二管路上，且第四阀门安装在第二间冷器和第二缓冲罐之间，第六阀门安装在第二缓冲罐的出口端，第五阀门安装在第二支路上；

7、末级压缩机的出口通过第三管路与高压气体存储罐连接，第三管路上还设置有第三间冷器。

8、方案二：小流量压缩二氧化碳储能系统压缩机组的运行方法，

9、在初始时刻，所有阀门关闭；

10、在0～t1小时内，第一阀门开启，首级压缩机工作，中级压缩机和末级压缩机不工作，低压气体进入首级压缩机内压缩，经第一间冷器冷却后，进入第一缓冲罐中暂存；

11、t1～t2小时内：第一阀门关闭，第二阀门、第三阀门、第四阀门开启，首级压缩机、中级压缩机工作，末级压缩机不工作，低压气体经首级压缩机压缩后，通过第一间冷器后直接进入中级压缩机内压缩，同时第一缓冲罐内的气体也进入中级压缩机内压缩；中级压缩机压缩后的气体经过第二间冷器进入第二缓冲罐中暂存；

12、t3小时：第一阀门、第四阀门关闭，第二阀门、第三阀门、第五阀门、第六阀门开启，首级压缩机、中级压缩机和末级压缩机同时工作，低压气体经首级压缩机压缩后，通过第一间冷器后直接进入中级压缩机内压缩，同时第一缓冲罐内的气体也进入中级压缩机内压缩；中级压缩机压缩后的气体，通过第二间冷器后直接进入末级压缩机内压缩，同时第二缓冲罐内的气体也进入末级压缩机内压缩，压缩后的气体经第三间冷器后进入高压气体存储罐完成高压气体存储。

13、作为本发明的进一步改进，小流量压缩二氧化碳储能系统压缩机组的运行方法，设定机组的储能时长为8小时，首级压缩机、中级压缩机和末级压缩机的入口压力分别为0.1mpa、0.46mpa、2.2mpa，末级压缩机的出口压力为7～10mpa；

14、在初始时刻，所有阀门关闭；

15、在0～2小时内，第一阀门开启，首级压缩机工作，中级压缩机和末级压缩机不工作，低压气体进入首级压缩机内压缩，经第一间冷器冷却后，进入第一缓冲罐中暂存；

16、第3小时～7小时内：第一阀门关闭，第二阀门、第三阀门、第四阀门开启，首级压缩机、中级压缩机工作，末级压缩机不工作，低压气体经首级压缩机压缩后，通过第一间冷器后直接进入中级压缩机内压缩，同时第一缓冲罐内的气体也进入中级压缩机内压缩；中级压缩机压缩后的气体经过第二间冷器进入第二缓冲罐中暂存；

17、第8小时：第一阀门、第四阀门关闭，第二阀门、第三阀门、第五阀门、第六阀门开启，首级压缩机、中级压缩机和末级压缩机同时工作，低压气体经首级压缩机压缩后，通过第一间冷器后直接进入中级压缩机内压缩，同时第一缓冲罐内的气体也进入中级压缩机内压缩；中级压缩机压缩后的气体，通过第二间冷器后直接进入末级压缩机内压缩，同时第二缓冲罐内的气体也进入末级压缩机内压缩，压缩后的气体经第三间冷器后进入高压气体存储罐完成高压气体存储。

18、本发明有益效果体现在：

19、1.本发明中低压气体经过多级压缩、级间冷却后进入高压气体储罐。在相邻两级压缩之间布置有缓冲罐，缓冲罐的作用为暂时存储压缩后的气体。

20、2.本发明给压缩机的设计和制造带来了更多的便利，能够保证压缩机运行在一个高效率的状态，从而提高储能系统效率。

21、3.本发明各级压缩机的入口体积流量在同一数量级，有效避免了末级压缩效率低、加工难度大的问题，显著提升压缩效率。

22、4.本发明系统调节能力强，通过阀门控制，实现各级压缩分时或同时运行。不同负荷情况，可采取不同的运行策略，使每一级压缩都运行在高效率工况，节能降耗效果更好。

23、5.本发明启停时间短，级间缓冲罐可有效提高压缩机的启动和停机速度。