[发明专利]一种恒压式压缩二氧化碳储能系统及方法

说明书

一种恒压式压缩二氧化碳储能系统及方法，该系统包括压缩机、透平、高压储罐、低压储罐、高压稳压罐、低压稳压罐和冷却器；本发明通过压缩机将富余电力转换为高压二氧化碳，并储存在高压储罐中；当电力不足时，高压储罐中的二氧化碳推动透平做功，透平进一步带动发电机发电；透平排出的低压二氧化碳被冷却到一定温度后，储存在低压储罐中。本发明当高压储罐和低压储罐中二氧化碳质量发生变化时，可以通过移动活塞维持罐中压力不变；为了进一步维持压缩机和透平进口压力稳定，在其进口分别布置低压稳压罐和高压稳压罐。本发明可以有效提高储能系统能量密度和储能效率；同时，系统具有结构紧凑、简单以及控制难度低的优势。

技术领域

本发明涉及储能技术领域，特别涉及一种恒压式压缩二氧化碳储能系统及方法。

背景技术

目前，成熟的储能技术包括电化学储能和压缩空气储能等。但是，电化学储能寿命较短、功率较低，成本较高；压缩空气储能技术由于空气密度较低，导致能量密度较低，储罐体积较大。而二氧化碳无毒、无污染，物理性质稳定，临界点温度为31.1℃，临界压力位7.38MPa，临界参数低，容易实现超临界态，并且密度较大，所以以压缩二氧化碳为工质的储能系统可以有效解决储能能量密度较低的问题；同时，可以显著降低设备体积，使得系统更加紧凑。但是，现有的压缩二氧化碳储能系统设备较多，构型复杂，并且二氧化碳储罐中压力随着充电或放电过程发生变化，使得透平或压缩机偏离设计工况，系统效率降低。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种恒压式压缩二氧化碳储能系统及方法，通过压缩密度较高的二氧化碳储能，可以有效提高系统能量密度和储能效率，同时，设备体积较小，可以增加系统紧凑程度，系统结构简单，可以降低系统控制难度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种恒压式压缩二氧化碳储能系统，包括压缩机1、高压储罐2、高压稳压罐3、透平4、冷却器5、低压储罐6和低压稳压罐7，压缩机1出口与高压储罐2入口相连通，高压储罐2出口与高压稳压罐3入口相连通，高压稳压罐3出口与透平4入口相连通，透平4出口与冷却器5入口相连通，冷却器5出口与低压储罐6入口相连通，低压储罐6出口与低压稳压罐7入口相连通，低压稳压罐7出口与压缩机1入口相连通；

其中所述低压稳压罐7、压缩机1和高压储罐2构成充电系统，高压稳压罐3、透平4、冷却器5和低压储罐6构成放电系统，高压储罐2和高压稳压罐(3)构成高压稳压系统，低压储罐6和低压稳压罐7构成低压稳压系统。

所述高压储罐2采用活塞式，通过移动活塞位置来维持高压储罐2中的压力，所述高压稳压罐3通过缓冲作用防止透平4入口压力波动。

所述低压储罐6采用活塞式，通过移动活塞位置来维持低压储罐6中的压力，所述低压稳压罐7通过缓冲作用防止压缩机1入口压力波动。

所述压缩机1入口温度为32～34℃，压缩机1入口压力为8.0～8.5MPa。压缩机1吸入的二氧化碳来自低压储罐6，一方面，较低的压力可以降低低压储罐6的壁厚；另一方面，温度为32～34℃时，在较低压力下二氧化碳仍然有较高密度，同等质量下可以有效减小低压储罐6的体积，从而降低低压储罐6的成本及占地面积。

所述压缩机1出口压力为20～40MPa。压缩机1出口压力选择此范围可以使系统具有较高的储能效率。

一种恒压式压缩二氧化碳储能系统的运行方法，充电时，低压储罐6中的低压二氧化碳先进入低压稳压罐7，再从低压稳压罐7进入压缩机1，压缩机1消耗多余电力，将低压二氧化碳压缩成高压二氧化碳，并储存在高压储罐2中；低压储罐6释放二氧化碳过程中，通过移动活塞位置调整储罐容积，以此维持罐中压力稳定，低压稳压罐7可以进一步减小压缩机1入口压力波动，高压储罐2存储二氧化碳过程中，同样通过移动活塞位置来维持罐中压力稳定；