一种基于二氟甲烷的水力压缩储能系统运行方法与流程

本发明属于水力压缩储能领域，具体涉及一种基于二氟甲烷的水力压缩储能系统运行方法。

背景技术：

1、水力压缩储能系统作为一种高效、环保的储能方式，在电力系统中具有重要的应用价值。随着技术的不断进步和政策的推动，其发展前景将更加广阔。水力储能技术具有较广泛的应用领域，如环保类、水资源类、能源类等，特别是在太阳能、风能等能源不稳定的情况下，水力压缩储能水力储能系统能够进行能源储存，满足需求量最大的时期的能源供应。系统能够在需要供电时单独进行空气膨胀发电或辅助水力发电进行供电，增强电网的调节能力和可再生能源的消纳能力。

2、当前，水力压缩储能系统一般采用基于空气的水力压缩储能系统，因空气水力压缩储能系统具有储能效率高、储能时间长、使用寿命长等优势，使其在电力系统储能领域具有广阔的应用前景；然而，基于空气的水力压缩储能系统同时存在诸多问题，例如中国专利cn114893263a-一种耦合压缩空气储能的热电联产系统及运行方法，具体表现在：第一，由于压缩空气储能系统需要一系列的设备来实现储存与释放空气能量的过程，包括压缩机、储气罐、膨胀机等，这些设备需要高强度的材料来承受高压气体的作用力，同时还需要较为精密的制造工艺，因此设备成本高昂；第二，由于空气的物理性质，导致其压缩性及密度限制使得其能量密度相对较低；第三，在储能过程中，空气被压缩至高压并存储在储气罐中，这会产生较高的储能压力；而在释能过程中，高压气体被释放并通过涡轮机驱动发电机产生电能，此时压力会迅速降低，导致整个系统的压力变化范围较大；由此可见，现有基于空气的水力压缩储能系统储能成本高、储能密度低以及压力变化范围大的问题；为了解决上述问题，越来越多的研究人员开始采用其他工质代替空气实现压缩储能，例如采用二氟甲烷，因二氟甲烷具有更高的能量密度，在相同的体积下，基于二氟甲烷的系统能够存储更多的能量，同时还能也降低整个系统的运行成本。

3、但是由于系统的储能介质由空气替换为二氟甲烷，相比空气水力压缩储能系统，二氟甲烷的水力压缩储能系统的运行相对复杂，需要精准控制整个系统的运行，现有的运行方法中缺少一套精准且完整的控制策略，从而确保二氟甲烷的水力压缩储能系统的稳定运行。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种基于二氟甲烷的水力压缩储能系统运行方法，以解决在现有的运行方法中，缺少一套精准且完整的控制策略以确保二氟甲烷的水力压缩储能系统的稳定运行的技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用技术方案如下：

3、一种基于二氟甲烷的水力压缩储能系统运行方法，包括压缩储能过程和放能发电过程；

4、所述压缩储能过程包括：压缩二氟甲烷至储气罐，同时将水工质与二氟甲烷进行换热；其中，在压缩过程中，二氟甲烷未发生相变前，持续增大压缩速率直至二氟甲烷开始发生相变；当二氟甲烷开始发生相变时，降低压缩速率；

5、所述放能发电过程包括：液相二氟甲烷吸收热量发生气化膨胀，推动储气罐内的水工质带动水轮机做功，以产生电能。

6、进一步地，采用连续短时压缩-短时停止的方式对二氟甲烷进行压缩，用于控制二氟甲烷的温升。

7、进一步地，采用连续短时压缩-短时停止的方式对二氟甲烷进行压缩的具体步骤如下：

8、s1:启动压缩机，开始压缩二氟甲烷气体，当压缩时间达到第一预设时间时停止压缩，在整个压缩和停止压缩过程中，持续对二氟甲烷进行散热；

9、s2：当停止压缩时间达到第二预设时间时，重新启动压缩机继续压缩二氟甲烷气体；

10、s3:重复s1和s2直至液相二氟甲烷达到预设质量比例。

11、进一步地，采用在储气罐的上下两端同时通入水工质，与二氟甲烷进行换热。

12、进一步地，通过调整储气罐的上下两端的进水比例以控制水工质与二氟甲烷的换热速率。

13、进一步地，在储气罐的上端采用喷淋方式通入水工质。

14、进一步地，当通入水工质的体积分数达到40％时，降低压缩速率。

15、进一步地，向储气罐中持续通入水工质，直至水工质的体积分数达到90％。

16、进一步地，所述二氟甲烷的相变压力点控制为1.5—2mpa。

17、进一步地，液相二氟甲烷通过吸收汽相二氟甲烷压缩过程中回收的热量以实现汽化膨胀。

18、相比于现有技术，本发明具有有益效果如下：

19、本发明提供一种基于二氟甲烷的水力压缩储能系统运行方法，本方法包括压缩储能和放能发电两个阶段；压缩储能过程包括在压缩过程中，二氟甲烷未发生相变前，持续增大压缩速率直至二氟甲烷开始发生相变；当二氟甲烷开始发生相变时，降低压缩速率；放能发电过程包括液相二氟甲烷吸收热量发生气化膨胀，推动储气罐内的水工质带动水轮机做功，以产生电能；在压缩过程中，系统采取的策略是在二氟甲烷未发生相变前持续增大压缩速率，以充分利用机械能转化为二氟甲烷的势能，实现高效储能；当二氟甲烷开始发生相变时，降低压缩速率的策略有助于减少能量损失，确保储能过程的高效性；在压缩过程中，通过水工质与二氟甲烷进行换热能够有效移除压缩过程中产生的热量，降低系统温度，从而提高压缩效率和储能密度；同时也有利于维持二氟甲烷在压缩过程中的稳定性，保证系统运行的可靠性；本方法保证了基于二氟甲烷的水力压缩储能系统运行安全性和稳定性，为储能系统的实际运行提供了理论指导。

20、优选地，本发明中，通过连续短时压缩-短时停止的方式控制二氟甲烷的温升，有效避免了因温升过高可能导致的设备损坏或安全隐患，提高了系统的稳定性和安全性。

21、优选地，本发明中，通过在储气罐的上下两端同时通入水工质，与二氟甲烷进行换热，提高了换热效率，加快了能量的传递和存储速度。

22、优选地，本发明中，调整储气罐上下两端的进水比例，可以精确控制水工质与二氟甲烷的换热速率，满足不同条件下的能量存储需求。

23、进一步优选地，本发明中，在储气罐的上端采用喷淋方式通入水工质，可以更加均匀地分布水工质，提高换热效率，并减少水工质的浪费。

24、优选地，本发明中，当通入水工质的体积分数达到40％时，二氟甲烷开始发生汽液转变，降低压缩速率，这样有助于平衡系统的热负荷，防止过热，保证系统的稳定运行。

25、优选地，本发明中，持续通入水工质直至其体积分数达到90％，液相二氟甲烷的质量可以达到80～85％，这样可以最大化地利用储气罐的容量，提高能量存储的密度和效率。

26、优选地，本发明中，将二氟甲烷的相变压力点控制在1.5～2mpa范围内，有助于优化系统的性能，确保其在特定工作条件下的高效运行。

27、优选地，本发明中，采用液相二氟甲烷通过吸收汽相二氟甲烷压缩过程中回收的热量实现汽化膨胀，这样不仅提高了能量的利用效率，还减少了外部能源的消耗，有助于实现节能减排。

技术特征：

1.一种基于二氟甲烷的水力压缩储能系统运行方法，其特征在于，包括压缩储能过程和放能发电过程；

2.根据权利要求1所述的一种基于二氟甲烷的水力压缩储能系统运行方法，其特征在于，采用连续短时压缩-短时停止的方式对二氟甲烷进行压缩，用于控制二氟甲烷的温升。

3.根据权利要求2所述的一种基于二氟甲烷的水力压缩储能系统运行方法，其特征在于，采用连续短时压缩-短时停止的方式对二氟甲烷进行压缩的具体步骤如下：

4.根据权利要求1所述的一种基于二氟甲烷的水力压缩储能系统运行方法，其特征在于，采用在储气罐的上下两端同时通入水工质，与二氟甲烷进行换热。

5.根据权利要求4所述的一种基于二氟甲烷的水力压缩储能系统运行方法，其特征在于，通过调整储气罐的上下两端的进水比例以控制水工质与二氟甲烷的换热速率。

6.根据权利要求4所述的一种基于二氟甲烷的水力压缩储能系统运行方法，其特征在于，在储气罐的上端采用喷淋方式通入水工质。

7.根据权利要求1所述的一种基于二氟甲烷的水力压缩储能系统运行方法，其特征在于，当通入水工质的体积分数达到40％时，降低压缩速率。

8.根据权利要求1所述的一种基于二氟甲烷的水力压缩储能系统运行方法，其特征在于，向储气罐中持续通入水工质，直至水工质的体积分数达到90％。

9.根据权利要求1所述的一种基于二氟甲烷的水力压缩储能系统运行方法，其特征在于，所述二氟甲烷的相变压力点控制为1.5—2mpa。

10.根据权利要求1所述的一种基于二氟甲烷的水力压缩储能系统运行方法，其特征在于，液相二氟甲烷通过吸收汽相二氟甲烷压缩过程中回收的热量以实现汽化膨胀。

技术总结本发明公开了一种基于二氟甲烷的水力压缩储能系统运行方法，属于水力压缩储能领域，压缩储能过程包括在压缩过程中，二氟甲烷未发生相变前，持续增大压缩速率直至二氟甲烷开始发生相变；当二氟甲烷开始发生相变时，降低压缩速率；放能发电过程包括液相二氟甲烷吸收热量发生气化膨胀，推动储气罐内的水工质带动水轮机做功，以产生电能；本方法保证了基于二氟甲烷的水力压缩储能系统运行安全性和稳定性，为储能系统的实际运行提供了理论指导。技术研发人员：张顺奇,寇攀高,韩伟,姚明宇,张可臻,杨晓,左芳菲,冯鹏辉,白锐槐,赵瀚辰,任耿受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4