CN109441741A - 一种基于超临界二氧化碳循环的可调峰储能系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于超临界二氧化碳循环的可调峰储能系统及其控制方法，包括：低压超临界二氧化碳存储罐、第一压缩机、第一换热器、第一冷却器、高压超临界二氧化碳存储罐、低温盐水存储罐和高温盐水存储罐；低压超临界二氧化碳存储罐的第一出口通过第一控制阀门连接第一压缩机的入口，第一压缩机的排气口连接第一换热器的第一入口，第一换热器的第一出口通过第一冷却器和第二控制阀门连接高压超临界二氧化碳存储罐的入口；第一换热器的第二出口连接高温盐水存储罐的入口；低温盐水存储罐的出口通过第四控制阀门连接第一换热器的第二入口。采用本发明系统，能够有效地实现移峰填谷，能够很好的减少用户的电力成本并提高用户接纳间歇性能源的能力。
Description
技术领域
本发明属于联合动力循环装置技术领域，特别涉及一种基于超临界二氧化碳循环的可调峰储能系统及其控制方法。
背景技术
在传统能源日益匮乏以及环境日趋恶化的双重压力下，新能源得到了更多的重视，其发电规模日趋增大。而目前风电、太阳能等新能源发电受制于自然条件，具有波动性与间歇性，调节控制困难，大规模并网会影响电网的安全稳定运行。储能技术的应用在很大程度上解决了新能源发电的间歇性与波动性等弊端，有力地推动了新能源的发展，逐步提高了其市场竞争力。目前成熟的大规模储能技术有抽水蓄能和压缩空气储能，但它们都存在一定的缺陷：抽水蓄能技术依赖特定的地质条件，需要足够水源；压缩空气储能依赖特殊的地理环境及化石燃料，储能效率低，能量密度低。另外，从规模等级，设备形态，技术水平，经济成本等多方面来看，电化学储能，电磁储能，熔融盐储能均存在局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于超临界二氧化碳循环的可调峰储能系统及其控制方法，以解决现有的调峰困难等问题，提高用户接纳间歇性能源的能力。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于超临界二氧化碳循环的可调峰储能系统，包括：低压超临界二氧化碳存储罐、第一压缩机、第一换热器、第一冷却器、高压超临界二氧化碳存储罐、低温盐水存储罐和高温盐水存储罐；低压超临界二氧化碳存储罐的第一出口通过第一控制阀门连接第一压缩机的入口，第一压缩机的排气口连接第一换热器的第一入口，第一换热器的第一出口通过第一冷却器和第二控制阀门连接高压超临界二氧化碳存储罐的入口；第一换热器的第二出口连接高温盐水存储罐的入口；低温盐水存储罐的出口通过第四控制阀门连接第一换热器的第二入口。
本发明进一步的改进在于：还包括电动机；电动机的输出轴连接第一压缩机，用于驱动第一压缩机。
本发明进一步的改进在于：还包括第二换热器、第一透平、发电机、热源、第二透平、第二压缩机和第二冷却器；
高压超临界二氧化碳存储罐的出口通过第三控制阀门连接第二换热器的第一入口，第二换热器的第一出口连接第一透平的入口，第一透平的出口连接热源的入口，热源的出口连接第二透平的入口，第二透平的输出轴连接第二压缩机，第二透平的出口通过第二冷却器和第六控制阀门连接低压超临界二氧化碳存储罐的入口；第一透平的输出轴连接发电机，用于驱动发电机发电。
本发明进一步的改进在于：低压超临界二氧化碳存储罐的第二出口通过第七控制阀门连接第二压缩机的入口，第二压缩机的出口与第一压缩机的出口汇合连接第一换热器的第一入口。
本发明进一步的改进在于：高温盐水存储罐的出口通过第五控制阀门连接第二换热器的第二入口，第二换热器的第二出口连接低温盐水存储罐的入口。
本发明进一步的改进在于：热源连接太阳能。
一种基于超临界二氧化碳循环的可调峰储能系统的控制方法，其特征在于，包括：
当用户处于用电低谷时，第一控制阀门、第二控制阀门以及第四控制阀门开启，其余控制阀门关闭；低压的超临界二氧化碳从低压超临界二氧化碳存储罐流向第一压缩机完成压缩过程，并伴随二氧化碳的升温，经由第一换热器交换热量后，流入第一冷却器冷却并存储在高压超临界二氧化碳存储罐中，此时低温盐水存储罐中的低温盐水获得超临界二氧化碳所提供的热量变为高温盐水并存储在高温盐水存储罐中。
本发明进一步的改进在于：包括：当用户处于用电高峰时，第二控制阀门、第三控制阀门、第五控制阀门、第六控制阀门以及第七控制阀门开启，其余控制阀门关闭；超临界二氧化碳发电做功子系统开始工作，高压的超临界二氧化碳从高压超临界二氧化碳存储罐流经第二换热器获得热量后，流向第一透平完成膨胀过程并发电供给用户；此时高温盐水存储罐中的高温盐水由于供给热量变为低温盐水并存储在低温盐水存储罐中。
本发明进一步的改进在于：利用太阳能或其他新能源供给热源并加热膨胀后的超临界二氧化碳，并利用升温后的超临界二氧化碳驱动第二透平，完成做功后经第二冷却器冷却存储在低压超临界二氧化碳存储罐中。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明所提出的系统能够有效地实现移峰填谷，能够很好的减少用户的电力成本并提高用户接纳间歇性能源的能力；
2、本发明所设计的系统在超临界二氧化碳换热过程中引入了盐水换热，能够解决超临界二氧化碳循环过程中在回热器中可能出现的“夹点”问题；
3、本发明所提出的系统在在用电高峰动作期间，利用新能源带动透平-压缩机同轴结构运动，即避免了新能源对电网的冲击，又降低了系统所需耗费的超临界二氧化碳，使其能够满足用户在高峰时期的正常用电需求。
附图说明
图1为本发明一种基于超临界二氧化碳循环的可调峰储能系统的总示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施方式。
请参阅图1所述，本发明一种基于超临界二氧化碳循环的可调峰储能系统，包括：低压超临界二氧化碳存储罐1、第一压缩机2、电动机3、第一换热器4、第一冷却器5、高压超临界二氧化碳存储罐6、第二换热器7、低温盐水存储罐8、高温盐水存储罐9、第一透平10、发电机11、热源12、第二透平13、第二压缩机14以及第二冷却器15，此外还包括101-107七个流动控制阀门。
低压超临界二氧化碳存储罐1的第一出口通过第一控制阀门101连接第一压缩机2的入口，第一压缩机2的排气口连接第一换热器4的第一入口，第一换热器4的第一出口通过第一冷却器5和第二控制阀门102连接高压超临界二氧化碳存储罐6的入口；电动机3的输出轴连接第一压缩机2，用于驱动第一压缩机2。
高压超临界二氧化碳存储罐6的出口通过第三控制阀门103连接第二换热器7的第一入口，第二换热器7的第一出口连接第一透平10的入口，第一透平10的出口连接热源12的入口，热源12的出口连接第二透平13的入口，第二透平13的输出轴连接第二压缩机14，第二透平13的出口通过第二冷却器15和第六控制阀门106连接低压超临界二氧化碳存储罐1的入口；第一透平10的输出轴连接发电机11，用于驱动发电机11发电。
低压超临界二氧化碳存储罐1的第二出口通过第七控制阀门107连接第二压缩机14的入口，第二压缩机14的出口与第一压缩机2的出口汇合连接第一换热器4的第一入口。
第一换热器4的第二出口连接高温盐水存储罐9的入口，高温盐水存储罐9的出口通过第五控制阀门105连接第二换热器7的第二入口，第二换热器7的第二出口连接低温盐水存储罐8的入口，低温盐水存储罐8的出口通过第四控制阀门104连接第一换热器4的第二入口。
系统主要包括四个子系统：
由低压超临界二氧化碳存储罐1、第一压缩机2、电动机3、第一换热器4、第一冷却器5以及高压超临界二氧化碳存储罐6所组成的低谷时期超临界二氧化碳压缩存储子系统；
由高压超临界二氧化碳存储罐6、第二换热器7、第一透平10、发电机11、热源12、第二透平13、第二压缩机14、第二冷却器15以及低压超临界二氧化碳存储罐1所组成的高峰时期超临界二氧化碳发电做功子系统；
由第二透平13、第二冷却器15、低压超临界二氧化碳存储罐1以及第二压缩机14所组成的超临界二氧化碳压缩机透平同轴同转速谐调子系统；
由第一换热器4、第二换热器7、低温超临界二氧化碳存储罐8以及高温超临界二氧化碳存储罐9所组成的冷热能交换子系统。
基于超临界二氧化碳循环的可调峰储能系统的控制方法，包括：
当用户处于用电低谷时，第一控制阀门101、第二控制阀门102以及第四控制阀门104开启，其余控制阀门关闭。超临界二氧化碳压缩存储子系统开始工作，低压的超临界二氧化碳从低压超临界二氧化碳存储罐1流向第一压缩机2完成压缩过程，并伴随二氧化碳的升温，经由第一换热器4交换热量后，流入第一冷却器5冷却并存储在高压超临界二氧化碳存储罐6中，此时低温盐水存储罐8中的低温盐水获得超临界二氧化碳所提供的热量变为高温盐水并存储在高温盐水存储罐9中。
当用户处于用电高峰时，第二控制阀门102、第三控制阀门103、第五控制阀门105、第六控制阀门106以及第七控制阀门107开启，其余控制阀门关闭。超临界二氧化碳发电做功子系统开始工作，高压的超临界二氧化碳从高压超临界二氧化碳存储罐6流经第二换热器7获得热量后，流向第一透平10完成膨胀过程并发电供给用户。此时高温盐水存储罐9中的高温盐水由于供给热量变为低温盐水并存储在低温盐水存储罐8中。此外由于用电高峰时期一般为白天，因此可利用太阳能等新能源供给热源12并加热膨胀后的超临界二氧化碳，并利用升温后的超临界二氧化碳驱动第二透平13，完成做功后经第二冷却器冷却存储在低压超临界二氧化碳存储罐1中。此时第二透平13能够同轴驱动第二压缩机14并同上一步类似完成超临界二氧化碳的压缩，从而进一步减少在发电过程中高压超临界二氧化碳的消耗，增加子系统运行的时间。
采用基于超临界二氧化碳循环的可调峰储能系统，能够在用电低谷时吸收低谷电力存储超临界二氧化碳并在用电高峰时完成能量释放，实现了电力的移峰填谷，能够很好的减少用户的电力成本并提高用户接纳间歇性能源的能力。
本发明所设计的可调峰储能系统在超临界二氧化碳换热过程中引入了盐水换热，在保持以超临界二氧化碳为工质的动力输出结构具有压力高、温度低以及焓降小等众多优点的同时，能够解决超临界二氧化碳循环过程中在回热器中可能出现的“夹点”问题，进一步提升系统效率。
Claims (9)
1.一种基于超临界二氧化碳循环的可调峰储能系统，其特征在于，包括：低压超临界二氧化碳存储罐(1)、第一压缩机(2)、第一换热器(4)、第一冷却器(5)、高压超临界二氧化碳存储罐(6)、低温盐水存储罐(8)和高温盐水存储罐(9)；
低压超临界二氧化碳存储罐(1)的第一出口通过第一控制阀门(101)连接第一压缩机(2)的入口，第一压缩机(2)的排气口连接第一换热器(4)的第一入口，第一换热器(4)的第一出口通过第一冷却器(5)和第二控制阀门(102)连接高压超临界二氧化碳存储罐(6)的入口；第一换热器(4)的第二出口连接高温盐水存储罐(9)的入口；低温盐水存储罐(8)的出口通过第四控制阀门(104)连接第一换热器(4)的第二入口。
2.根据权利要求1所述的一种基于超临界二氧化碳循环的可调峰储能系统，其特征在于，还包括电动机(3)；电动机(3)的输出轴连接第一压缩机(2)，用于驱动第一压缩机(2)。
3.根据权利要求1所述的一种基于超临界二氧化碳循环的可调峰储能系统，其特征在于，还包括第二换热器(7)、第一透平(10)、发电机(11)、热源(12)、第二透平(13)、第二压缩机(14)和第二冷却器(15)；
高压超临界二氧化碳存储罐(6)的出口通过第三控制阀门(103)连接第二换热器(7)的第一入口，第二换热器(7)的第一出口连接第一透平(10)的入口，第一透平(10)的出口连接热源(12)的入口，热源(12)的出口连接第二透平(13)的入口，第二透平(13)的输出轴连接第二压缩机(14)，第二透平(13)的出口通过第二冷却器(15)和第六控制阀门(106)连接低压超临界二氧化碳存储罐(1)的入口；第一透平(10)的输出轴连接发电机(11)，用于驱动发电机(11)发电。
4.根据权利要求3所述的一种基于超临界二氧化碳循环的可调峰储能系统，其特征在于，低压超临界二氧化碳存储罐(1)的第二出口通过第七控制阀门(107)连接第二压缩机(14)的入口，第二压缩机(14)的出口与第一压缩机(2)的出口汇合连接第一换热器(4)的第一入口。
5.根据权利要求3所述的一种基于超临界二氧化碳循环的可调峰储能系统，其特征在于，高温盐水存储罐(9)的出口通过第五控制阀门(105)连接第二换热器(7)的第二入口，第二换热器(7)的第二出口连接低温盐水存储罐(8)的入口。
6.根据权利要求3所述的一种基于超临界二氧化碳循环的可调峰储能系统，其特征在于，热源(12)连接太阳能。
7.权利要求3所述的一种基于超临界二氧化碳循环的可调峰储能系统的控制方法，其特征在于，包括：
当用户处于用电低谷时，第一控制阀门(101)、第二控制阀门(102)以及第四控制阀门(104)开启，其余控制阀门关闭；低压的超临界二氧化碳从低压超临界二氧化碳存储罐(1)流向第一压缩机(2)完成压缩过程，并伴随二氧化碳的升温，经由第一换热器(4)交换热量后，流入第一冷却器(5)冷却并存储在高压超临界二氧化碳存储罐()中，此时低温盐水存储罐(8)中的低温盐水获得超临界二氧化碳所提供的热量变为高温盐水并存储在高温盐水存储罐(9)中。
8.权利要求7所述的控制方法，其特征在于，包括：当用户处于用电高峰时，第二控制阀门(102)、第三控制阀门(103)、第五控制阀门(105)、第六控制阀门(106)以及第七控制阀门(107)开启，其余控制阀门关闭；超临界二氧化碳发电做功子系统开始工作，高压的超临界二氧化碳从高压超临界二氧化碳存储罐(6)流经第二换热器(7)获得热量后，流向第一透平(10)完成膨胀过程并发电供给用户；此时高温盐水存储罐(9)中的高温盐水由于供给热量变为低温盐水并存储在低温盐水存储罐(8)中。
9.权利要求8所述的控制方法，其特征在于，利用太阳能或其他新能源供给热源(12)并加热膨胀后的超临界二氧化碳，并利用升温后的超临界二氧化碳驱动第二透平(13)，完成做功后经第二冷却器冷却存储在低压超临界二氧化碳存储罐(1)中。
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