一种恒压二氧化碳储能系统的制作方法

本发明属于储能，具体涉及一种恒压二氧化碳储能系统。

背景技术：

1、在新能源高速发展的环境下，新型储能已经成为构建新型电力系统的关键环节之一。液态二氧化碳储能将电能转化成二氧化碳的热能和势能来实现储能。与空气相比，二氧化碳更易液化，无需依赖地下洞穴，选址更灵活。另外，二氧化碳比热容高、传热性能好， 寄生能耗更低，系统效率更高。因此，液态二氧化碳储能具备超长时、大规模、高灵活性、高效率、高储能密度等优点，更具发展前景。

2、然而在二氧化碳储能过程中，高压储罐和低压储罐中二氧化碳质量发生变化时会导致高压储罐和低压储罐中的压力失衡，所以需要添加额外设备或进行额外措施来维持高压储罐和低压储罐中压力不变。如公开号cn112901298a，标题为一种恒压式压缩二氧化碳储能系统及方法的专利中，通过移动活塞来维持高压储罐和低压储罐中压力不变；但通过适应性修改储液罐的体积来保持罐内压力平衡，实现较为复杂。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种恒压二氧化碳储能系统。

2、本发明提供了一种恒压二氧化碳储能系统，其包括稳压罐、低压储液模块、第一换热组件、压缩膨胀模块、第二换热组件和高压储液模块；压缩膨胀模块包括并联的压缩机和膨胀机；低压储液模块、第一换热组件、压缩机、第二换热组件和高压储液模块形成储能通路。高压储液模块、第二换热组件、膨胀机、第一换热组件和低压储液模块形成释能通路。稳压罐与低压储液模块通过第一通断阀连接；稳压罐与高压储液模块通过第二通断阀连接；稳压罐连接至第二换热组件处于释能通路的部分连接。在工作过程中，该储能系统在储能状态和释能状态切换。

3、在储能状态下，第一通断阀开启，第二通断阀关闭；低压储液模块中的液态二氧化碳在压力差作用下输入储能通路，依次经过气化、压缩机做功加压、液化的过程存入高压储液模块。稳压罐向低压储液模块输送二氧化碳气体，使低压储液模块保持内部压力稳定。

4、在释能状态下，第二通断阀开启，第一通断阀关闭；高压储液模块中的液态二氧化碳在压力差作用下输入释能通路，依次经过气化、在膨胀机膨胀降压释能、液化的过程存入低压储液模块。在第二换热组件气化产生的部分气态二氧化碳，充入稳压罐和高压储液模块，使高压储液模块保持内部压力稳定。

5、作为优选，在储能状态下，进入储能通路的液态二氧化碳经过第一换热组件转化为气态二氧化碳，释放的冷量由第一换热组件存储；压缩机提高气态二氧化碳的压力；气态二氧化碳在第二换热组件中转化为液态二氧化碳并输入高压储液模块，释放的热量由第二换热组件存储。

6、在释能状态下，进入释能通路的液态二氧化碳经过第二换热组件转化为气态二氧化碳，释放的热量由第二换热组件存储；气态二氧化碳在膨胀机膨胀释放能量，且压力减小；气态二氧化碳在第一换热组件中转化为液态二氧化碳并输入高压储液模块，释放的冷量由第二换热组件存储。

7、作为优选，第一换热组件包括一个或依次相连的多个蓄冷释冷组件；第二换热组件包括一个或依次相连的多个蓄热释热组件。

8、作为优选，所述的第一换热组件包括一级蓄冷释冷组件和二级蓄冷释冷组件，一级蓄冷释冷组件与低压储液模块连接；第二换热组件包括一级蓄热释热组件和二级蓄热释热组件，二级蓄热释热组件与高压储液模块连接；二氧化碳在一级蓄冷释冷组件和二级蓄热释热组件中发生相变。

9、作为优选，所述的蓄冷释冷组件和蓄热释热组件均采用存有相变材料的换热器。储能通路和释能通路在蓄冷释冷组件和蓄热释热组件中均共用同一管道。在第一换热组件中，储能状态下二氧化碳气化释放的冷量存储到蓄冷释冷组件相变材料，并在释能状态下供给进行液化的二氧化碳。在第二换热组件中，储能状态下二氧化碳液化释放的热量存储到蓄热释热组件相变材料，并在释能状态下供给进行气化的二氧化碳。

10、作为优选，所述的蓄冷释冷组件和蓄热释热组件结构相同，均包括通过换热介质管道依次连接成循环回路第一换热器、储热罐、第二换热器和储冷罐。第一换热器串联在储能通路中；第二换热器串联在释能通路中。

11、在蓄冷释冷组件中，储能状态下二氧化碳气化释放的冷量通过第一换热器和换热介质进行热交换的方式存储到储冷罐，并在释能状态下通过第二换热器和换热介质进行热交换的方式供给进行液化的二氧化碳。

12、在蓄热释热组件中，储能状态下二氧化碳液化释放的热量通过第二换热器和换热介质进行热交换的方式存储到储热罐，并在释能状态下通过第一换热器和换热介质进行热交换的方式供给进行气化的二氧化碳。

13、作为优选，储能回路设有节流阀；节流阀位于低压储液模块与第一换热组件之间，储能状态下，低压储液模块输出的液态二氧化碳经过节流阀时通流截面积减小，在节流气化作用下转化为气液两相二氧化碳。

14、作为优选，所述的压缩机的输入端和输出端均设有处于储能通路的第四通断阀；膨胀机的输入端和输出端均设有处于释能通路的第五通断阀。储能状态下，第四通断阀开启，第五通断阀关闭；释能状态下，第四通断阀关闭，第五通断阀开启。

15、作为优选，所述的第一换热组件中设有多个蓄冷释冷组件；沿着储能通路向释能通路的方向，各蓄冷释冷组件中相变材料的相变温度依次升高；各蓄冷释冷组件在储能状态下逐级吸收二氧化碳气化释放的冷量，以及在释能状态下逐级向二氧化碳提供液化所需的冷量；第二换热组件中设有蓄热释热组件；沿着储能通路向释能通路的方向，各蓄热释热组件中相变材料的相变温度依次降低；各蓄热释热组件在储能状态下逐级吸收二氧化碳液化释放的热量，以及在释能状态下逐级向二氧化碳提供气化所需的热量。

16、作为优选，所述的释能通路设有第三通断阀；第三通断阀位于低压储液模块与第一换热组件之间。

17、本发明具有的有益效果是：

18、1、本发明通过在二氧化碳储能系统中设置稳压罐以及配套的通断阀，使二氧化碳储能系统在储能状态与释能状态下的低压储液模块和高压储液模块内的压力平衡，稳定了低压储液模块和高压储液模块的出液压力。

19、2、本发明通过储能通路和释能通路在蓄冷释冷组件和蓄热释热组件中均共用同一管道，减少了搭建储能系统的成本；同时，本发明中的二氧化碳以液态形式存储，降低了系统占地面积。

技术特征：

1.一种恒压二氧化碳储能系统，其特征在于：包括稳压罐（9）、低压储液模块（1）、第一换热组件、压缩膨胀模块、第二换热组件和高压储液模块（5）；压缩膨胀模块包括并联的压缩机（3）和膨胀机（7）；低压储液模块（1）、第一换热组件、压缩机（3）、第二换热组件和高压储液模块（5）形成储能通路；高压储液模块（5）、第二换热组件、膨胀机（7）、第一换热组件和低压储液模块（1）形成释能通路；稳压罐（9）与低压储液模块（1）通过第一通断阀（11）连接；稳压罐（9）与高压储液模块（5）通过第二通断阀（12）连接；稳压罐（9）连接至第二换热组件处于释能通路的部分连接；在工作过程中，该储能系统在储能状态和释能状态切换；

2.根据权利要求1所述的一种恒压二氧化碳储能系统，其特征在于：储能通路设有节流阀（10）；节流阀（10）位于低压储液模块（1）与第一换热组件之间，储能状态下，低压储液模块（1）输出的液态二氧化碳经过节流阀（10）时通流截面积减小，转化为气液两相二氧化碳。

3.根据权利要求1所述的一种恒压二氧化碳储能系统，其特征在于：所述的第一换热组件包括一个或依次相连的多个蓄冷释冷组件；第二换热组件包括一个或依次相连的多个蓄热释热组件。

4.根据权利要求3所述的一种恒压二氧化碳储能系统，其特征在于：所述的蓄冷释冷组件和蓄热释热组件结构相同，均包括通过换热介质管道依次连接成循环回路的第一换热器、储热罐、第二换热器和储冷罐；第一换热器串联在储能通路中；第二换热器串联在释能通路中；

5.根据权利要求3所述的一种恒压二氧化碳储能系统，其特征在于：所述的蓄冷释冷组件和蓄热释热组件均采用存有相变材料的换热器；储能通路和释能通路在蓄冷释冷组件和蓄热释热组件中均共用同一管道；在蓄冷释冷组件中，储能状态下二氧化碳气化释放的冷量存储到蓄冷释冷组件相变材料，并在释能状态下供给进行液化的二氧化碳；在蓄热释热组件中，储能状态下二氧化碳液化释放的热量存储到蓄热释热组件相变材料，并在释能状态下供给进行气化的二氧化碳。

6.根据权利要求5所述的一种恒压二氧化碳储能系统，其特征在于：所述的压缩机（3）的输入端和输出端均设有处于储能通路的第四通断阀（14）；膨胀机（7）的输入端和输出端均设有处于释能通路的第五通断阀（15）；储能状态下，第四通断阀（14）开启，第五通断阀（15）关闭；释能状态下，第四通断阀（14）关闭，第五通断阀（15）开启。

7.根据权利要求5所述的一种恒压二氧化碳储能系统，其特征在于：第一换热组件中设有多个蓄冷释冷组件；沿着储能通路向释能通路的方向，各蓄冷释冷组件中相变材料的相变温度依次升高；各蓄冷释冷组件在储能状态下逐级吸收二氧化碳气化释放的冷量，以及在释能状态下逐级向二氧化碳提供液化所需的冷量；第二换热组件中设有蓄热释热组件；沿着储能通路向释能通路的方向，各蓄热释热组件中相变材料的相变温度依次降低；各蓄热释热组件在储能状态下逐级吸收二氧化碳液化释放的热量，以及在释能状态下逐级向二氧化碳提供气化所需的热量。

8.根据权利要求1所述的一种恒压二氧化碳储能系统，其特征在于：所述的释能通路设有第三通断阀（13）；第三通断阀（13）位于低压储液模块（1）与第一换热组件之间。

9.根据权利要求1所述的一种恒压二氧化碳储能系统，其特征在于：在储能状态下，进入储能通路的液态二氧化碳经过第一换热组件转化为气态二氧化碳，释放的冷量由第一换热组件存储；压缩机（3）提高气态二氧化碳的压力；气态二氧化碳在第二换热组件中转化为液态二氧化碳并输入高压储液模块（5），释放的热量由第二换热组件存储；

10.根据权利要求1所述的一种恒压二氧化碳储能系统，其特征在于：所述的第一换热组件包括一级蓄冷释冷组件和二级蓄冷释冷组件，一级蓄冷释冷组件与低压储液模块（1）连接；第二换热组件包括一级蓄热释热组件和二级蓄热释热组件，二级蓄热释热组件与高压储液模块（5）连接；二氧化碳在一级蓄冷释冷组件和二级蓄热释热组件中发生相变。

技术总结
本发明公开了一种恒压二氧化碳储能系统，通过储能系统在储能状态和释能状态切换，改变二氧化碳的压力和温度实现液化与气化，完成储能和释能过程；并在二氧化碳储能系统中设置稳压罐以及配套的通断阀，使二氧化碳储能系统在储能状态与释能状态下的低压储液模块和高压储液模块内的压力平衡，稳定了低压储液模块和高压储液模块的出液压力。同时，本发明通过储能通路和释能通路在蓄冷释冷组件和蓄热释热组件中均共用同一管道，且通过节流阀对低压储液模块输出的液态二氧化碳进行转换，减少了对相变材料的需求，降低了搭建储能系统的成本；此外，本发明中的二氧化碳以液态形式存储，降低了系统占地面积。

技术研发人员：杨肖,何飞杰,方家浩,孙靖瑶,周慧文,朱登科,韩云海
受保护的技术使用者：杭州华电华源环境工程有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5