一种采用超临界流体高温储能系统及方法与流程

本发明涉及环境与能源系统领域，具体是一种采用超临界流体高温储能系统及方法。

背景技术：

1、储能技术是构建新型电力系统，推动能源绿色低碳转型的关键，也是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要支撑。压缩空气储能具有规模大、效率高、成本低、环保等优点，被认为是最具发展潜力的大规模新型储能技术之一。虽然压缩空气储能是一种较为成熟的储能技术，但是系统的储能密度低以及系统依赖于有利的地理条件等缺点是其主要阻碍；液化空气储能-195℃的极端低温运行条件对设备安全性提出极大挑战。与空气相比，一些流体具有合适的临界物性，如二氧化碳，其临界温度为31℃，液化方便，而且具有优良的热物性，因而压缩流体储能系统是当前的研究热点。

2、传统压缩流体储能系统分为绝热压缩与等温压缩路线。绝热压缩储能系统每台压缩机后均设有冷却器与压缩后高温高压工质进行换热，压缩机出口温度为200℃或者300℃等级；等温压缩储能系统中在压缩机级后设置间冷，可以降低压缩机入口温度进而降低压缩功耗，但是系统没有利用压缩过程中产生的热量，需要外部热源保证释能系统的运行。相比于电化学储能系统，目前压缩流体储能系统效率较低，这极大限制了压缩流体储能系统应用。

3、在相同条件下，若采用多段压缩不换热方案，即每段流体压缩后直接进入下一段压缩，则最后一级压缩机出口工质温度可达500℃及以上，之后冷却换热时可储存更高品质热量，考虑储换热过程中的换热端差不变，那么释能阶段时，此热可提高透平入口工质温度以提高透平效率。对于系统而言，换热损失占比降低，从而提升系统整体效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高温压缩流体储能系统，采用多段压缩不冷却或一段高压比压缩，提高压缩机出口流体温度，进而提高流体储能系统储热介质温度以提高透平入口流体温度，提升系统整体效率。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种采用超临界流体高温储能系统，包括低压储存装置、多级压缩机、冷却器和高压储存装置，所述低压储存装置用于向多级压缩机的流体输入端输入低压流体，所述冷却器用于冷却多级压缩机流体输出端输出的高温高压流体，所述高压储存装置用于储存经过冷却器冷却的高压流体。

4、进一步的方案中，还包括节流阀、加热器、透平机和发电机，所述节流阀用于节流高压储存装置中储存的高压流体，并向所述加热器输入定量高压流体，所述加热器用于对所述定量高压流体加热至高温高压流体输送至透平机，所述透平机与发电机连接，用于将高温高压流体中的压力能转换成机械能驱动发电机发电。

5、进一步的方案中，还包括冷凝器和蒸发器，所述冷凝器连接在冷却器和高压储存装置之间，用于冷凝从冷却器出来高压气体，所述蒸发器连接在节流阀和加热器之间，用于气化从节流阀内流出的定量高压流体。

6、进一步的方案中，所述冷凝器和蒸发器之间并联有冷机，所述冷机用于向冷凝气提供冷凝介质，待冷凝介质换热后通过冷机调节流入到蒸发器，向蒸发器提供加热介质，待加热介质换热后通过冷机调节流入到冷凝器。

7、进一步的方案中，还包括低温储热介质储罐和高温储热介质储罐，所述低温储热介质储罐、冷却器、高温储热介质储罐和加热器依次连接，所述低温储热介质储罐用于向冷却器内输入低温冷却介质，并接收从加热器内流出的换热介质，所述高温储热介质储罐用于向加热器中输入高温储热介质，并接收从冷却器内流出的换热介质。

8、进一步的方案中，所述低压储存装置设有输入端，所述透平机的废气输出端通过水冷器与低压储存装置的输入端连通，所述水冷器用于冷却透平机的高压废气，并将其导入到低压储存装置内。

9、进一步的方案中，所述多级压缩机至少为两级，相邻级的流体输出端和输入端相互连通。

10、进一步的方案中，所述流体包括二氧化碳。

11、本发明另一方面在于提供一种采用超临界流体高温储能方法，包括：

12、通过多级压缩机压缩从低压储存装置内输入的流体，变成高温高压流体；

13、通过冷却器将所述高温高压流体换热后变成所述高压储存装置适合存储温度的高压流体；

14、通过所述高压储存装置储存所述高压流体。

15、进一步的方案中，上述高温储能方法还包括：

16、将储存在所述高压储存装置中的高压流体，通过节流阀定量输入至加热器加热后，输入至透平机内，带动透平机转子运转，通过透平机带动发电机发电；

17、通过水冷器冷却透平机废气，回收至低压储存装置中；

18、通过低温储热介质储罐和高温储热介质储罐分别储存和循环利用对冷却器冷却和加热器加热的介质。

19、本发明的有益效果：

20、本发明提供的采用超临界流体高温储能系统中，储能过程压缩机出口温度远高于一般压缩流体储能系统，可储蓄更高品质热量，释能过程可提高透平入口流体温度，最终提升系统整体效率，提高压缩流体储能经济性。

21、通过多级前后统一换热，提高能量利用效率。

技术特征：

1.一种采用超临界流体高温储能系统，其特征在于，包括低压储存装置(14)、多级压缩机(10)、冷却器(6)和高压储存装置(1)，所述低压储存装置(14)用于向多级压缩机(10)的流体输入端输入低压流体，所述冷却器(6)用于冷却多级压缩机(10)流体输出端输出的高温高压流体，所述高压储存装置(1)用于储存经过冷却器(6)冷却的高压流体。

2.根据权利要求1所述的一种采用超临界流体高温储能系统，其特征在于，还包括节流阀(2)、加热器(9)、透平机(12)和发电机(13)，所述节流阀(2)用于节流高压储存装置(1)中储存的高压流体，并向所述加热器(9)输入定量高压流体，所述加热器(9)用于对所述定量高压流体加热至高温高压流体输送至透平机(12)，所述透平机(12)与发电机(13)连接，用于将高温高压流体中的压力能转换成机械能驱动发电机(13)发电。

3.根据权利要求2所述的一种采用超临界流体高温储能系统，其特征在于，还包括冷凝器(5)和蒸发器(4)，所述冷凝器(5)连接在冷却器(6)和高压储存装置(1)之间，用于冷凝从冷却器(6)出来高压气体，所述蒸发器(4)连接在节流阀(2)和加热器(9)之间，用于气化从节流阀(2)内流出的定量高压流体。

4.根据权利要求3所述的一种采用超临界流体高温储能系统，其特征在于，所述冷凝器(5)和蒸发器(4)之间并联有冷机(3)，所述冷机(3)用于向冷凝气提供冷凝介质，待冷凝介质换热后通过冷机(3)调节流入到蒸发器(4)，向蒸发器(4)提供加热介质，待加热介质换热后通过冷机(3)调节流入到冷凝器(5)。

5.根据权利要求2所述的一种采用超临界流体高温储能系统，其特征在于，还包括低温储热介质储罐(7)和高温储热介质储罐(8)，所述低温储热介质储罐(7)、冷却器(6)、高温储热介质储罐(8)和加热器(9)依次连接，所述低温储热介质储罐(7)用于向冷却器(6)内输入低温冷却介质，并接收从加热器(9)内流出的换热介质，所述高温储热介质储罐(8)用于向加热器(9)中输入高温储热介质，并接收从冷却器(6)内流出的换热介质。

6.根据权利要求2所述的一种采用超临界流体高温储能系统，其特征在于，所述低压储存装置(14)设有输入端，所述透平机(12)的废气输出端通过水冷器(15)与低压储存装置(14)的输入端连通，所述水冷器(15)用于冷却透平机(12)的高压废气，并将其导入到低压储存装置(14)内。

7.根据权利要求1所述的一种采用超临界流体高温储能系统，其特征在于，所述多级压缩机(10)至少为两级，相邻级的流体输出端和输入端相互连通。

8.根据权利要求1至7任一所述的一种采用超临界流体高温储能系统，其特征在于，所述流体包括二氧化碳。

9.一种采用超临界流体高温储能方法，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的一种采用超临界流体高温储能方法，其特征在于，还包括：

技术总结本发明涉及环境与能源系统领域，具体公开了一种采用超临界流体高温储能系统，包括低压储存装置、多级压缩机、冷却器和高压储存装置，所述低压储存装置用于向多级压缩机的流体输入端输入低压流体，所述冷却器用于冷却多级压缩机流体输出端输出的高温高压流体，所述高压储存装置用于储存经过冷却器冷却的高压流体。该高温储能系统可通过采用多段压缩不冷却或一段高压比压缩，提高压缩机出口流体温度，进而提高流体储能系统储热介质温度以提高透平入口流体温度，提升系统整体效率。技术研发人员：覃小文,王松,刘沛霖,尹刚,翟璇,尹华劼,杨志,张永鹏,任利莲,顾龙轩,李晓英,李星杭,周嘉,张文挺,唐军受保护的技术使用者：东方电气集团东方汽轮机有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/9