能量回收型超临界压缩二氧化碳储能系统及恒压释能方法

本发明涉及一种二氧化碳储能系统，尤其涉及一种能量回收型超临界压缩二氧化碳储能系统及恒压释能方法。

背景技术：

1、压缩二氧化碳储能技术是一种新型物理储能技术，具有储能密度大、运行寿命长、系统设备紧凑等优势，具有较好的发展和应用前景。但压缩二氧化碳储能系统在放电过程中，高压储气罐内的压力随着高压气体的不断排出逐渐降低，使得透平等关键部件运行工况不断变化，甚至导致系统运行不稳定，循环效率难以提高。此外，在膨胀机出气口、蓄冷罐入口等位置的工质携带有大量的低品位热量直接使用自然冷却水或者空冷进行冷却而难以利用，大大降低了系统效率。

2、因此，为解决上述技术问题，亟需提出一种新的技术手段。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能量回收型超临界压缩二氧化碳储能系统及恒压释能方法，一方面可以解决超临界压缩二氧化碳储能循环放电过程中高压储气罐内压力随气体排出而减小的问题，另一方面可以实现对循环过程中低品位能量的回收利用。

2、本发明提供的一种能量回收型超临界压缩二氧化碳储能系统，包括低压储气罐、高压储气罐、压缩机、冷却器ⅰ、冷却器ⅱ、低品位热量回收罐、蓄热罐、蓄冷罐、再热器和膨胀机；

3、所述低压储气罐的出气口与所述压缩机的进气口连通，所述低压储气罐用于储存低压二氧化碳；

4、所述压缩机的出气口与所述冷却器ⅰ的进气口连通，所述压缩机用于将低压二氧化碳压缩为高压二氧化碳；

5、所述冷却器ⅰ的出气口与所述高压储气罐的进气口通过气流通道连通，并且冷却器ⅰ的出气口与高压储气罐的进气口间的气流通道穿过所述低品位热量回收罐，所述冷却器ⅰ用于对压缩后的二氧化碳进行冷却降温，并吸收所述压缩机产生的压缩热；

6、所述低品位热量回收罐的出液口ⅰ与所述高压储气罐的进液口通过液流通道连通；所述低品位热量回收罐的进液口ⅰ与所述高压储气罐的出液口通过液流通道连通；用于吸收所述冷却器ⅰ所述低品位热量回收罐用于吸收所述冷却器ⅰ输出的二氧化碳携带的低品位热量，并通过换热介质向所述高压储气罐提供低品位热量，将所述高压储气罐中的二氧化碳加热为超临界状态，并使高压储气罐中的二氧化碳在放气过程中保持压力恒定；

7、所述高压储气罐的出气口与所述再热器的进气口连通，所述高压储气罐用于储存高压二氧化碳；

8、所述再热器的出气口与所述膨胀机的进气口连通，所述再热器用于对超临界的二氧化碳进行加热，使再热器中的二氧化碳变为高温高压状态；

9、所述膨胀机的出气口与所述冷却器ⅱ的进气口连通，所述膨胀机用于使二氧化碳恒压膨胀对外做功；

10、所述冷却器ⅱ的出气口与所述低压储气罐的进气口连通，所述冷却器ⅱ用于对膨胀后的二氧化碳进行冷却降温；

11、所述冷却器ⅱ的进液口通过液流通道与所述低品位热量回收罐的出液口ⅱ连通，所述冷却器ⅱ的出液口通过液流通道与所述低品位热量回收罐的进液口ⅱ连通，所述冷却器ⅱ的进液口与所述冷却器ⅱ的出液口通过液流通道连通，还用于吸收所述冷却器ⅱ所述低品位热量回收罐还用于吸收所述冷却器ⅱ中二氧化碳携带的低品位热量；

12、所述蓄热罐的进液口通过液流通道与所述冷却器ⅰ的出液口连通，所述蓄热罐的出液口通过液流通道与所述再热器的进液口连通；所述蓄热罐通过换热介质储存压缩机产生的高品位热量，并通过换热介质向所述再热器提供高品位热量；

13、所述蓄冷罐的进液口与所述再热器的出液口通过液流通道连通且连通的液流通道穿过所述低品位热量回收罐，所述蓄冷罐的出液口通过液流通道与所述冷却器ⅰ的进液口连通；所述蓄冷罐用于储存再热器中被冷却的换热介质，并向所述冷却器ⅰ提供冷却的换热介质；所述低品位热量回收罐还用于吸收所述再热器中被冷却的换热介质中的低品位热量。

14、进一步，所述高压储气罐的出液口设置于所述高压储气罐的进气口一侧；所述高压储气罐的进液口设置于所述高压储气罐的出气口一侧。

15、进一步，所述高压储气罐的进液口与所述高压储气罐的出液口采用螺旋式液流通道连通；所述螺旋式液流通道用于使螺旋式液流通道内的换热介质与高压储气罐中的二氧化碳实现逆流换热。

16、进一步，所述高压储气罐的进气口、出气口、进液口和出液口均设置有阀门。

17、进一步，还包括温度传感器和压力传感器；

18、所述温度传感器设置于所述高压储气罐内，用于测量高压储气罐内的温度和螺旋式液流通道内换热介质的温度；

19、所述压力传感器设置于所述高压储气罐内，用于测量高压储气罐罐内的压力。

20、进一步，还包括泵体、控制箱和显示屏；

21、所述泵体的输出口与所述高压储气罐的进液口和所述冷却器ⅱ的进液口连通，所述泵体用于吸入所述低品位热量回收罐中的换热介质，并将换热介质输入螺旋式液流通道中或者所述冷却器ⅱ的液流通道中；

22、所述控制箱的输入端与温度传感器的输出端和压力传感器的输出端连接，所述控制箱的输出端与高压储气罐进液口的阀门、高压储气罐出液口的阀门，以及泵体的输出端连接；所述控制箱用于根据高压储气罐内的温度和压力，以及换热介质的温度，控制泵体抽取所述低品位热量回收罐中的换热介质，并且通过控制高压储气罐进液口的阀门开度实现控制换热介质的来流量；

23、所述显示屏的输入端与温度传感器的输出端和压力传感器的输出端连接，用于显示高压储气罐中的温度、螺旋式液流通道内换热介质的温度和高压储气罐中的压力。

24、进一步，所述高压储气罐和所述低压储气罐的底部均设置有排污口；所述高压储气罐的排污口和所述低压储气罐的排污口处均设置有阀门，所述高压储气罐的排污口和所述低压储气罐的排污口用于排出罐内的杂污。

25、相应地，本发明还提供一种基于上述能量回收型超临界压缩二氧化碳储能系统的恒压释能方法，包括以下步骤：

26、s1.低压储气罐将低压二氧化碳输入压缩机中，并将低压二氧化碳压缩至高温高压状态；

27、s2.压缩机将高温高压状态的二氧化碳输入冷却器ⅰ中，再由冷却器ⅰ输入至高压储气罐中；采用低品位热量回收罐向高压储气罐中的二氧化碳供热，使高压储气罐中二氧化碳的温度维持在[a-b,a-c]内；

28、其中，a表示高压储气罐中二氧化碳的拟临界点温度，[a-b,a-c]表示二氧化碳拟临界点附近温度，a-c表示二氧化碳拟临界点附近温度的温度上限值，a-b表示二氧化碳拟临界点附近温度的温度下限值；

29、s3.打开高压储气罐出气口的阀门，将高压储气罐中的二氧化碳输入再热器中，同时控制箱控制低品位热量回收罐的换热介质输入螺旋式液流通道的流量q，使高压储气罐内二氧化的实时压力等于预设压力；

30、s4.再热器接收压力恒定的二氧化碳并加热，将加热后的二氧化碳输入膨胀机中进行恒压释能。

31、进一步，步骤s3中，流量q通过如下公式计算：

32、

33、其中，m表示高压储气罐中二氧化碳的质量，hd表示设定压力下高压储气罐中二氧化碳的比焓，hr表示实时压力下高压储气罐中二氧化碳的比焓，cl表示换热介质的比热容，t1和t2分别表示低品位热量回收罐对温度范围在[a-b，a-c]内的二氧化碳的加热开始时间和加热到指定压力时间，dt表示螺旋式液流通道中换热介质在高压储气罐内变化的温度。

34、进一步，hd和hr通过如下公式计算：

35、hr＝refpropm(‘h′，‘t′，tg，r，‘p′，pr，‘co2’)

36、hd＝refpropm(‘h′，‘p′，pd，‘d′，ρ，‘co2’)

37、其中，refpropm表示函数，pd表示高压储气罐中二氧化碳的预设压力，pr表示高压储气罐中二氧化碳的实际压力，tg，r表示高压储气罐中二氧化碳的实时温度，ρ表示高压储气罐中二氧化碳的密度，‘h’、‘t’、‘p’和‘d’分别表示焓值、温度、压力和密度，‘co2’表示二氧化碳的工质。

38、本发明的有益效果：本发明利用二氧化碳在拟临界点附近密度随温度剧烈变化的特性，回收压缩二氧化碳储能系统的低品位热量并用以加热高压储气罐，控制高压储气罐中的二氧化碳的温度和压力在拟临界点附近；当罐内压力减小时，只需略微提高加热温度就可以迅速补充储气罐压力的减小值，从而实现储能系统的恒压放电过程；同时，系统中低品位能量可以用于高压储气罐的加热过程，进而提高系统的能源利用率。