一种压缩空气耦合超临界二氧化碳循环储能方法及装置

本发明属于储能，涉及一种压缩空气耦合超临界二氧化碳循环储能方法及装置。

背景技术：

1、储能技术的应用能够有效解决移峰填谷和弃风弃光的难题，同时可应用于化工产业降低用电成本，缓解电网高峰供电压力。其中，在大型发电中应用较为广泛的是压缩空气储能技术，压缩空气储能技术是指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电的储能方式，主要优点是能量密度和功率密度较高。

2、目前，传统压缩空气储能技术，在储能的过程中常使用洞穴作为特殊的储气室将压缩空气储存在其中，如岩石洞穴、盐洞、废弃矿井等，这些地方都可以作为大型储气室。

3、然而，由于压缩空气在储存时，为了避免泄露，保证压缩空气的存储质量，常需要高气密性的洞穴，使得压缩空气的储存对特殊的地理条件较为依赖，导致压缩空气储能技术较难大规模使用，影响了压缩空气储能技术的发展。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种压缩空气耦合超临界二氧化碳循环储能方法及装置，能够在利用压缩空气储能时，避免对特殊地理条件的依赖，使得压缩空气储能技术能够大规模使用。

2、为实现上述目的，本发明提供的一种压缩空气耦合超临界二氧化碳循环储能方法及装置的具体技术方案如下：

3、一种压缩空气耦合超临界二氧化碳循环储能方法，包括储能循环与释能循环，储能循环为空气热泵循环，使得用电低谷时的部分电能转化成热能进行储能，释能循环为超临界二氧化碳布雷顿循环，使得热能转化成电能在用电高峰时进行释能，储能循环中产生的热能用于在释能循环中使低温低压二氧化碳变为高温高压二氧化碳。

4、其中，储能循环的具体步骤如下：

5、引入常温常压空气，将常温常压空气与中温储热介质进行热交换，使常温常压空气温度升高之后变为中温常压空气，中温储热介质变为低温储热介质。

6、将中温常压空气进行压缩，中温常压空气压缩时产生压缩热，使中温常压空气变为高温高压空气。

7、将高温高压空气与中温储热介质进行热交换，使高温高压空气温度降低之后变为中温高压空气，中温储热介质变为高温储热介质，高温储热介质用于为释能循环提供热量，使低温低压二氧化碳变为高温高压二氧化碳。

8、将中温高压空气引入空气透平，使中温高压空气膨胀做功之后变为常温常压空气排入大气。

9、本发明的特点还在于：

10、释能循环的具体步骤如下：

11、引入低温低压二氧化碳，将低温低压二氧化碳进行压缩与吸热，使低温低压二氧化碳变为中温高压二氧化碳。

12、将中温高压二氧化碳与高温储热介质进行热交换，使中温高压二氧化碳升温之后变为高温高压二氧化碳、高温储热介质变为中温储热介质。

13、将高温高压二氧化碳引入空气透平，膨胀做功转换为电能，使高温高压二氧化碳变为中温低压二氧化碳。

14、将中温低压二氧化碳与低温储热介质进行热交换，使中温低压二氧化碳温度降低之后变为低温低压二氧化碳。

15、将低温低压二氧化碳再次引入，进行循环。

16、其中低温低压二氧化碳进行压缩后先变为中低温高压二氧化碳，然后在将中温低压二氧化碳与低温储热介质进行热交换之前，将中温低压二氧化碳的部分热量传递至中低温高压二氧化碳，使中低温高压二氧化碳变为中温高压二氧化碳。

17、一种压缩空气耦合超临界二氧化碳循环储能装置，包括：

18、第一中温罐与第二中温罐，内部均设置有中温储热介质。

19、空气预热器，第一进口与第二中温罐的出口连接，空气预热器的第二进口与大气连接。

20、空气压缩机，进口与空气预热器的第一出口连接。

21、空气冷却器，第一进口与空气压缩机的出口连接，空气冷却器的第二进口与第一中温罐的出口连接。

22、空气透平，进口与空气冷却器的第一出口连接，空气透平的出口连接大气。

23、其中空气预热器的第二出口连接有储冷罐的进口，空气冷却器的第二出口连接有储热罐的进口。

24、其中还包括：

25、二氧化碳冷却器，第一进口与储冷罐的出口连接，二氧化碳冷却器的第一出口与第二中温罐的进口连接。

26、二氧化碳压缩机，进口与二氧化碳冷却器的第二出口连接。

27、二氧化碳加热器，第一进口与二氧化碳压缩机的出口连接，第二进口与储热罐的出口连接，第一出口与第一中温罐的进口连接。

28、二氧化碳透平，进口与二氧化碳加热器的第二出口连接。

29、二氧化碳回热器，进口与二氧化碳透平的出口连接，二氧化碳回热器的第一出口与二氧化碳冷却器的第二进口连接。

30、其中二氧化碳回热器的第二出口与二氧化碳加热器的第一进口连接。

31、其中温储热介质为水或导热油。

32、本发明的一种压缩空气耦合超临界二氧化碳循环储能方法及装置具有以下优点：

33、第一，通过空气热泵循环，将压缩空气在压缩时产生的压缩热与储热介质进行热交换，使得压缩热能够通过储热介质将热量存储，避免了直接存储压缩空气对特殊地理条件的依赖，使得压缩空气储能技术能够大规模使用，加快了压缩空气储能技术的发展。

34、第二，通过超临界二氧化碳作为释能工质形成布雷顿循环，能够减小二氧化碳做功部件尺寸，使装置整体结构紧凑，占地面积较小，同时常温常压水或者空气即可满足超临界二氧化碳的制冷需求，避免使用复杂制冷循环或低温制冷工质，提高储能效率。

35、第三，本发明利用部分释能过程二氧化碳热量预热储能过程空气压缩机进口工质，在出口温度一定的情况下降低压比，进而减小空气压缩机耗功量，提高储能系统效率，同时，利用剩余热量提供给居民生活生产用热，实现能量的梯级利用与热电联产。

36、第四，通过压缩空气与超临界二氧化碳耦合，适合小型化布置，同时，超临界二氧化碳布雷顿循环效率更高。

技术特征：

1.一种压缩空气耦合超临界二氧化碳循环储能方法，其特征在于，包括储能循环与释能循环，所述储能循环为空气热泵循环，使得用电低谷时的部分电能转化成热能进行储能，所述释能循环为超临界二氧化碳布雷顿循环，使得热能转化成电能在用电高峰时进行释能，所述储能循环中产生的热能用于在释能循环中使低温低压二氧化碳变为高温高压二氧化碳；

2.根据权利要求1所述的一种压缩空气耦合超临界二氧化碳循环储能方法，其特征在于，所述释能循环的具体步骤如下：

3.根据权利要求2所述的一种压缩空气耦合超临界二氧化碳循环储能方法，其特征在于，所述低温低压二氧化碳进行压缩后先变为中低温高压二氧化碳，然后在将中温低压二氧化碳与低温储热介质进行热交换之前，将中温低压二氧化碳的部分热量传递至中低温高压二氧化碳，使中低温高压二氧化碳变为中温高压二氧化碳。

4.一种压缩空气耦合超临界二氧化碳循环储能装置，其特征在于，使用如权利要求3所述的一种压缩空气耦合超临界二氧化碳循环储能方法，包括：

5.根据权利要求4所述的一种压缩空气耦合超临界二氧化碳循环储能装置，其特征在于，所述空气预热器(4)的第二出口连接有储冷罐(12)的进口，所述空气冷却器(2)的第二出口连接有储热罐(11)的进口。

6.根据权利要求5所述的一种压缩空气耦合超临界二氧化碳循环储能装置，其特征在于，还包括：

7.根据权利要求6所述的一种压缩空气耦合超临界二氧化碳循环储能装置，其特征在于，所述二氧化碳回热器(8)的第二出口与二氧化碳加热器(6)的第一进口连接。

8.根据权利要求7所述的一种压缩空气耦合超临界二氧化碳循环储能装置，其特征在于，所述温储热介质为水或导热油。

技术总结本发明属于储能技术领域，涉及一种压缩空气耦合超临界二氧化碳循环储能方法及装置，包括储能循环与释能循环，储能循环为空气热泵循环，使得用电低谷时的部分电能转化成热能进行储能，释能循环为超临界二氧化碳布雷顿循环，使得热能转化成电能在用电高峰时进行释能，储能循环中产生的热能用于在释能循环中使低温低压二氧化碳变为高温高压二氧化碳。本发明通过空气热泵循环，将压缩空气在压缩时产生的压缩热与储热介质进行热交换，使得压缩热能够通过储热介质将热量存储，避免了直接存储压缩空气对特殊地理条件的依赖，使得压缩空气储能技术能够大规模使用，加快了压缩空气储能技术的发展。技术研发人员：谢永慧,王鼎,刘仕桢,张荻受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18