[发明专利]一种跨临界二氧化碳储能系统

说明书

本发明提供一种跨临界二氧化碳储能系统，包括储能环路单元和蓄热环路单元；储能环路单元包括液态二氧化碳储罐、蓄冷换热器、压缩机、超临界二氧化碳储罐和膨胀机；液态二氧化碳储罐的出口经蓄冷换热器和压缩机连接超临界二氧化碳储罐入口；超临界二氧化碳储罐的出口依次经膨胀机和蓄冷换热器连接液态二氧化碳储罐的入口；蓄热环路单元包括单罐相变填充床蓄热器，设置于压缩机与超临界二氧化碳储罐之间的冷却器，以及设置于超临界二氧化碳储罐与膨胀机之间的加热器；单罐相变填充床蓄热器与冷却器形成吸热循环回路；单罐相变填充床蓄热器与加热器形成释热循环回路；该跨临界二氧化碳储能系统可显著降低设备投资、提高蓄热性能、降低损。

技术领域

本发明涉及物理储能技术领域。更具体地，涉及一种跨临界二氧化碳储能系统。

背景技术

为了缓解可再生能源就地消纳和发电并网压力，开展高效储能技术研究已经成为学界和社会的重要共识。已有的电力储能技术包括抽水蓄能、压缩空气储能、二氧化碳储能、电池储能、飞轮储能、超导储能和超级电容器储能等。其中，适合开展百兆瓦级以上大规模储能应用的主要是抽水蓄能、压缩空气储能和二氧化碳储能。抽水蓄能地理条件与我国风能、太阳能资源地域错位，存在选址困难、建设周期长、初期投资巨大、破坏生态环境等客观问题；压缩空气储能技术储能密度较低，且需要合适的地下储气库，受到一定地理条件限制。而相比于使用空气作为储能介质，二氧化碳更有优势。由于超临界二氧化碳具有密度大、换热性能好、流动特性优良优点，使得跨临界二氧化碳储能技术成为一种具有较好前景的物理储能技术，适合百兆瓦级以上规模电力储能应用。

蓄热子系统是跨临界二氧化碳储能系统中重要的子系统，用以有效回收压缩热，提供膨胀发电再热热量供给。但是现有系统大多将压缩热直接通过水进行显热储存，需要设置高低温水罐，而且显热蓄热换热系数低，从而造成高低温储水设备占地大、投资高，同时水会在蓄/放热过程会发生相变，单一显热蓄热不能与其温-焓曲线良好匹配，导致损较大，不利于系统效率提升。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种跨临界二氧化碳储能系统，该跨临界二氧化碳储能系统将单罐相变填充床蓄热器和跨临界二氧化碳储能系统相结合，可以显著降低设备投资、提高蓄热性能、降低损，解决了使用传统双罐显热水蓄热成本较高、蓄热效率低的问题。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明提供一种跨临界二氧化碳储能系统，包括：

储能环路单元和蓄热环路单元；

所述储能环路单元包括液态二氧化碳储罐、蓄冷换热器、压缩机、超临界二氧化碳储罐和膨胀机；

所述液态二氧化碳储罐的出口经蓄冷换热器蒸发侧和压缩机连接超临界二氧化碳储罐入口；

所述超临界二氧化碳储罐的出口依次经膨胀机和蓄冷换热器冷凝侧连接液态二氧化碳储罐的入口；

所述蓄热环路单元包括单罐相变填充床蓄热器，设置于压缩机与超临界二氧化碳储罐之间的冷却器，以及设置于超临界二氧化碳储罐与膨胀机之间的加热器；所述单罐相变填充床蓄热器与冷却器形成吸热循环回路；所述单罐相变填充床蓄热器与加热器形成释热循环回路。

此外，优选地方案是，所述冷却器入口与压缩机的出口连接，所述压缩机的入口连接蓄冷换热器蒸发侧出口，所述冷却器出口连接至超临界二氧化碳储罐入口进行能量存储；所述冷却器还包括吸热出口与吸热进口，所述吸热出口与吸热进口均与单罐相变填充床蓄热器相连接；

所述加热器出口与膨胀机的入口连接，所述膨胀机的出口连接蓄冷换热器冷凝侧入口，所述加热器入口与超临界二氧化碳储罐出口连接；所述加热器还包括释热出口与释热进口，所述释热出口与释热进口均与单罐相变填充床蓄热器相连接。

此外，优选地方案是，所述单罐相变填充床蓄热器包括第一接口和第二接口；所述第一接口分别连接吸热出口和释热进口；所述第二接口分别连接吸热进口和释热出口。