CN110849012B - 一种二氧化碳热电储能装置及其控制方法 - Google Patents

一种二氧化碳热电储能装置及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110849012B
CN110849012B CN201910943287.4A CN201910943287A CN110849012B CN 110849012 B CN110849012 B CN 110849012B CN 201910943287 A CN201910943287 A CN 201910943287A CN 110849012 B CN110849012 B CN 110849012B
Authority
CN
China
Prior art keywords
energy
energy storage
outlet
inlet
releasing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910943287.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110849012A (zh
Inventor
谢永慧
孙磊
张荻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201910943287.4A priority Critical patent/CN110849012B/zh
Publication of CN110849012A publication Critical patent/CN110849012A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110849012B publication Critical patent/CN110849012B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F25B9/008—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • F01K25/103—Carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B23/00—Pumping installations or systems
    • F04B23/04—Combinations of two or more pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B31/00—Compressor arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/20—Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D2020/0065—Details, e.g. particular heat storage tanks, auxiliary members within tanks
    • F28D2020/0082—Multiple tanks arrangements, e.g. adjacent tanks, tank in tank
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

本发明公开了一种二氧化碳热电储能装置及其控制方法，包括：储能部分以及释能部分。本发明设置有多个储能节流膨胀阀用于工质节流膨胀，实现降温降压；采用节流阀代替无做功需求的膨胀透平，可降低系统的熵损失，从而提升二氧化碳循环的热电存储效率；在循环中添加汽液分离器并改变循环结构，使得做功透平出口未至两相区，但经过常温介质冷凝及节流阀膨胀后进入两相区，实现释能循环过程中工质能够被常温介质冷凝，剥离储冷部件，降低系统成本，同时能够保证系统效率在此过程中不下降。

Description

一种二氧化碳热电储能装置及其控制方法
技术领域
本发明属于调峰储能装置及控制技术领域，特别涉及一种二氧化碳热电储能装置及其控制方法。
背景技术
储能技术是未来能源领域的重点研究方向之一，现有的储能技术包括抽水蓄能、压缩空气储能和电化学储能等，但抽水蓄能存在地形限制等问题；压缩空气储能存在储能效率低、能量密度低等问题；电化学储能存在规模等级限制等问题。针对这些问题，基于二氧化碳循环的热电储能系统逐渐发展，但仍存在一些问题：
1)目前的系统在储能过程中采用膨胀机实现工质压力及温度的下降，完成工质循环，膨胀机存在熵损失高等问题，会导致系统的储能效率下降。
2)目前的系统如果透平背压过低，工质进入两相区，则在释能过程中不能被常温水冷凝，必须使用较低温度的冷介质如冰水混合物进行冷凝，使得热电储能系统必须具备储冷介质，会增加运行成本；如果透平背压过高，工质未进入两相区，则会降低系统的热力效率。综上，这两种情况都会使得系统的经济效益下降。
因此，亟需开发一种二氧化碳热电储能装置及其控制方法，以提升系统储能效率，并实现系统储冷功能的剥离，增加系统灵活性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二氧化碳热电储能装置及其控制方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明的装置，可提升二氧化碳循环的热电存储效率，同时能够降低成本。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种二氧化碳热电储能装置，包括：
储能压缩机，所述储能压缩机包括进口、出口和中压进口；
储能换热器，所述储能换热器的第一进口与所述储能压缩机的出口相连通；所述储能换热器的第二进口用于通入换热前的低温介质，所述储能换热器的第二出口用于通出换热后的高温介质；
储能气液分离器，所述储能气液分离器的进口通过第一管道与所述储能换热器的第一出口相连通；所述第一管道上设置有第一储能节流膨胀阀；所述储能气液分离器的气相出口与所述储能压缩机的中压进口相连通，用于实现中间冷却；
储能冷却器，所述储能冷却器的进口通过第二管道与所述储能气液分离器的液相出口相连通；所述第二管道上设置有第二储能节流膨胀阀；所述储能冷却器的出口与所述储能压缩机的进口相连通；
释能透平，所述释能透平包括进口和出口；
释能冷却器，所述释能冷却器的进口与所述释能透平的出口相连通；
释能气液分离器，所述释能气液分离器的进口通过第三管道与所述释能冷却器的出口相连通；所述第三管道上设置有释能节流膨胀阀；
第一释能压缩机，所述第一释能压缩机的进口与所述释能气液分离器的气相出口相连通，所述第一释能压缩机的出口与所述释能透平的出口相连通，用于实现混流并对释能透平的出口工质的降温；
第二释能压缩机，所述第二释能压缩机的进口与所述释能气液分离器的液相出口相连通；
释能换热器，所述释能换热器的第一进口与所述第二释能压缩机的出口相连通，所述释能换热器的第一出口与所述释能透平的进口相连通；所述释能换热器的第二进口用于通入换热前的高温工质，所述释能换热器的第二出口用于通出换热后的低温工质。
本发明的进一步改进在于，还包括：高温存储罐，所述储能换热器的第二出口与所述高温存储罐的进口相连通，所述高温存储罐的出口通过第四管道与所述释能换热器的第二进口相连通；所述第四管道上设置有第一控制阀；低温存储罐，所述低温存储罐的进口与所述释能换热器的第二出口相连通，所述低温存储罐的出口通过第五管道与所述储能换热器的第二进口相连通；所述第五管道上设置有第二控制阀。
本发明的进一步改进在于，所述第一释能压缩机与所述释能透平同轴布置。
本发明的进一步改进在于，所述第二储能节流膨胀阀的出口与所述储能冷却器的进口之间的管道上设置有第五控制阀；所述释能冷却器的进口处设置有第七控制阀。
本发明的进一步改进在于，还包括：储冷换热器，所述储冷换热器的第一进口通过第六管道与所述第二储能节流膨胀阀的出口相连通，所述储冷换热器的第一出口与所述储能压缩机的进口相连通；释冷换热器，所述释冷换热器的第一进口通过管道与所述第一释能压缩机的出口以及所述释能透平的出口相连通，所述释冷换热器的第一出口与所述释能节流膨胀阀的进口相连通；所述释冷换热器的第一进口处设置有第八控制阀。
本发明的进一步改进在于，还包括：第一储冷罐，所述第一储冷罐的出口通过第八管道与所述储冷换热器的第二进口相连通；所述第八管道上设置有第三控制阀；第二储冷罐，所述储冷换热器的第二出口与所述第一储冷罐的进口相连通，所述第二储冷罐的出口通过第九管道与所述释冷换热器的第二进口相连通，所述释冷换热器的第二出口与所述第一储冷罐的进口相连通；所述第九管道上设置有第四控制阀。
本发明的进一步改进在于，所述释能透平的入口压力为20.0Mpa，出口压力为10.0Mpa；所述释能冷却器的冷却介质温度20℃，冷却介质为常温水。
一种本发明上述的二氧化碳热电储能装置的控制方法，包括以下步骤：
当用户处于用电低谷时，通过所述储能换热器的第二进口通入换热前的低温介质，通过所述储能换热器的第二出口通出换热后的高温介质并存储；其中，二氧化碳经储能压缩机压缩后进入储能换热器，传递热量至储热介质存储后，二氧化碳经第一储能节流膨胀阀进入储能气液分离器；气液分离后的液相二氧化碳经第二储能节流膨胀阀与储能冷却器后回到储能压缩机，气相二氧化碳进入储能压缩机中段进行工质中间冷却，完成循环并实现热量存储；
当用户处于用电高峰时，通过所述释能换热器的第二进口通入换热前的高温介质，通过所述释能换热器的第二出口通出换热后的低温介质并存储；其中，二氧化碳经释能换热器吸收储热介质存储的热量后进入释能透平膨胀做功，完成做功后经由释能冷却器及释能节流膨胀阀进入释能气液分离器；气液分离后的液相二氧化碳进入第二释能压缩机，压缩后回到释能换热器吸收热量，气液分离后的气相二氧化碳经第一释能压缩机压缩升温进入释能冷却器实现工质冷却，完成循环并实现能量释放。
一种本发明上述的二氧化碳热电储能装置的控制方法，包括以下步骤：
当用户处于用电低谷时，关闭第一控制阀，打开第二控制阀；其中，二氧化碳经储能压缩机压缩后进入储能换热器，传递热量至储热介质存储后，二氧化碳经第一储能节流膨胀阀进入储能气液分离器；气液分离后的液相二氧化碳经第二储能节流膨胀阀与储能冷却器后回到储能压缩机，气相二氧化碳进入储能压缩机中段进行工质中间冷却，完成循环并实现热量存储；
当用户处于用电高峰时，关闭第二控制阀，打开第一控制阀；其中，二氧化碳经释能换热器吸收储热介质存储的热量后进入释能透平膨胀做功，完成做功后经由释能冷却器及释能节流膨胀阀进入释能气液分离器；气液分离后的液相二氧化碳进入第二释能压缩机，压缩后回到释能换热器吸收热量，气液分离后的气相二氧化碳经第一释能压缩机压缩升温进入释能冷却器实现工质冷却，完成循环并实现能量释放。
一种本发明上述的二氧化碳热电储能装置的控制方法，包括以下步骤：
储能过程中：第二控制阀打开；
需要储冷时，第三控制阀及第六控制阀打开，同时第五控制阀保持关闭；
不需要储冷时，第五控制阀打开，第三控制阀及第六控制阀保持关闭；
其中，第一控制阀、第四控制阀、第七控制阀及第八控制阀保持关闭；
释能过程中：第一控制阀打开；
常温介质冷却时，第七控制阀打开，同时第四控制阀及第八控制阀保持关闭；
需要储冷罐内介质冷却时，第四控制阀及第八控制阀打开，同时第七控制阀保持关闭；
其中，第二控制阀、第三控制阀、第五控制阀及第六控制阀保持关闭。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的二氧化碳热电储能装置，能够提升二氧化碳循环的热电存储效率；且装置在释能过程中可以被常温介质冷凝，降低系统成本。具体的，本发明设置有多个储能节流膨胀阀用于工质节流膨胀，实现降温降压；采用节流阀代替无做功需求的膨胀透平，可降低系统的熵损失，从而提升二氧化碳循环的热电存储效率；在循环中添加汽液分离器并改变循环结构，使得做功透平出口未至两相区，但经过常温介质冷凝及节流阀膨胀后进入两相区，实现释能循环过程中工质能够被常温介质冷凝，剥离储冷部件，降低系统成本，同时能够保证系统效率在此过程中不下降。
进一步地，本发明通过加设阀门、换热器及储冷罐，实现装置的储冷功能，增加装置灵活性。
进一步地，本发明的第一释能压缩机和释能透平同轴布置，用以平衡轴向推力并提升装置紧凑度。
本发明的控制方法，用于本发明装置的运行控制，能够实现高效的热电存储及转化，同时可以根据用户需求合理安排储能部分及释能部分的阀门开启时间，调整用户储能规模，提升经济效益。
本发明的控制方法，还可以调节储冷过程，提升系统灵活性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的一种二氧化碳热电储能装置的示意图；
图2是本发明实施例的一种二氧化碳热电储能装置的示意图；
图1和图2中，1、储能压缩机；2、储能换热器；3、第一储能节流膨胀阀；4、储能气液分离器；5、第二储能节流膨胀阀；61、储能冷却器；62、储冷换热器；7、释能透平；81、释能冷却器；82、释冷换热器；9、释能节流膨胀阀；10、释能气液分离器；11、第一释能压缩机；12、第二释能压缩机；13、释能换热器；14、高温存储罐；15、低温存储罐；16、第一储冷罐；17、第二储冷罐；
101、第一控制阀；102、第二控制阀；103、第三控制阀；104、第四控制阀；105、第五控制阀；106、第六控制阀；107、第七控制阀；108、第八控制阀。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例的一种二氧化碳热电储能装置，包括：储能压缩机1、储能换热器2、第一储能节流膨胀阀3、储能气液分离器4、第二储能节流膨胀阀5、储能冷却器61、释能透平7、释能冷却器81、释能节流膨胀阀9、释能气液分离器10、第一释能压缩机11、第二释能压缩机12、释能换热器13、高温存储罐14、低温存储罐15，此外还包括第一控制阀101和第二控制阀102两个控制阀门。
储能压缩机1出口连接至储能换热器2的第一入口，储能换热器2的第一出口通过第一储能节流膨胀阀3连接至储能气液分离器4，储能气液分离器4的气相出口连接至储能压缩机1的中压进口，实现中间冷却效果，储能气液分离器4的液相出口通过第二储能节流膨胀阀5与储能冷却器61相连，此后储能冷却器61连接至储能压缩机1进口，完成循环。
低温存储罐15通过与第二控制阀102与储能换热器2的第二进口相连，储能换热器2的第二出口与高温存储罐14相连，完成热量存储。上述各部件构成储能部分。
释能透平7出口连接至释能冷却器81，释能冷却器81通过释能节流膨胀阀9连接至释能气液分离器10，释能气液分离器10的气相出口连接至第一释能压缩机11进口，第一释能压缩机11出口连接至释能冷却器81，实现对释能透平7出口工质的降温，节省换热设备及冷却量，释能气液分离器10的液相出口连接至第二释能压缩机12进口，第二释能压缩机12出口与释能换热器13的第一进口相连，释能换热器13的第一出口连接至释能透平7进口，完成循环。高温存储罐14通过与第一控制阀101与释能换热器13的第二进口相连，释能换热器13的第二出口与低温存储罐15相连，实现热量供给。上述各部件构成释能部分。
优选的，第一释能压缩机11和释能透平7同轴布置，用以平衡轴向推力并提升装置紧凑度。
优选的，请参阅图2，当系统需要储冷功能时，将储能冷却器61替换为储冷换热器62，第二储能节流膨胀阀5与储冷换热器62的第一入口相连，储冷换热器62的第一出口连接至储能压缩机1，同时布置第一储冷罐16通过第三控制阀103连接至储冷换热器62的第二入口，储冷换热器62的第二出口连接至第二储冷罐17，完成冷量存储；将释能冷却器81替换为释冷换热器82，释能透平7出口连接至释冷换热器82的第一进口，释冷换热器82的第一出口连接至释能节流膨胀阀9，同时，第二储冷罐17通过第四控制阀104连接至释冷换热器82的第二入口，释冷换热器82的第二出口连接至第一储冷罐16，完成工质冷却。
本发明实施例的一种二氧化碳热电储能装置的控制方法，具体包括以下步骤：
当用户处于用电低谷时，关闭第一控制阀101，打开第二控制阀102，二氧化碳热电储能装置的储能部分进行工作：二氧化碳经储能压缩机1压缩后进入储能换热器2，传递热量至储热介质存储后，二氧化碳进入第一储能节流膨胀阀3，此后进入储能气液分离器4，气液分离后液相二氧化碳经由第二储能节流膨胀阀5与储能冷却器61后回到储能压缩机1，气相二氧化碳进入储能压缩机1中段进行工质中间冷却，至此完成循环并实现热量存储；
当用户处于用电高峰时，关闭第二控制阀102，打开第一控制阀101，二氧化碳热电储能装置的释能部分进行工作：二氧化碳经释能换热器13吸收储热介质存储的热量后进入释能透平7膨胀做功，完成做功后经由释能冷却器81及释能节流膨胀阀9进入释能气液分离器10，气液分离后液相二氧化碳进入第二释能压缩机12，压缩后回到释能换热器13吸收热量，气相二氧化碳经第一释能压缩机11压缩升温进入释能冷却器81实现工质冷却，至此完成循环并实现能量释放。
优选的，释能透平入口压力20.0Mpa，出口压力10.0Mpa，释能冷却器的冷却介质温度20℃，冷却介质为常温水。
优选的，当系统添加储冷供能后，储能过程需打开第三控制阀103，关闭第四控制阀104，第一储冷罐16内的储冷介质经储冷换热器62吸收冷量并存储在第二储冷罐17；释能过程需打开第四控制阀104，关闭第三控制阀103，第二储冷罐17经释冷换热器82释放冷量进行循环工质冷却并返回第一储冷罐16。
本发明的控制方法能够实现：在用电低谷时吸收低谷电力存储能量并在用电高峰时完成能量释放，实现了电力的移峰填谷并具备较高的储能效率。
综上所述，本发明提供了一种二氧化碳热电储能装置及其控制方法，能够实现用户储能及释能，降低用户电力成本。具体的，本发明采用节流阀代替无做功需求的膨胀透平，降低系统的熵损失，提升二氧化碳循环的热电存储效率；在循环中添加汽液分离器及相关设备，使得装置在释能过程中可以被常温介质冷凝，能够剥离储冷部件，降低系统成本，且保持系统高效率运行。本发明所设计的装置及其控制方法能够高效的热电存储及转化，且受地形等限制较少，同时可以根据用户需求进行调整。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种二氧化碳热电储能装置，其特征在于，包括：
储能压缩机(1)，所述储能压缩机(1)包括进口、出口和中压进口；
储能换热器(2)，所述储能换热器(2)的第一进口与所述储能压缩机(1)的出口相连通；所述储能换热器(2)的第二进口用于通入换热前的低温介质，所述储能换热器(2)的第二出口用于通出换热后的高温介质；
储能气液分离器(4)，所述储能气液分离器(4)的进口通过第一管道与所述储能换热器(2)的第一出口相连通；所述第一管道上设置有第一储能节流膨胀阀(3)；所述储能气液分离器(4)的气相出口与所述储能压缩机(1)的中压进口相连通，用于实现中间冷却；
储能冷却器(61)，所述储能冷却器(61)的进口通过第二管道与所述储能气液分离器(4)的液相出口相连通；所述第二管道上设置有第二储能节流膨胀阀(5)；所述储能冷却器(61)的出口与所述储能压缩机(1)的进口相连通；
释能透平(7)，所述释能透平(7)包括进口和出口；
释能冷却器(81)，所述释能冷却器(81)的进口与所述释能透平(7)的出口相连通；
释能气液分离器(10)，所述释能气液分离器(10)的进口通过第三管道与所述释能冷却器(81)的出口相连通；所述第三管道上设置有释能节流膨胀阀(9)；
第一释能压缩机(11)，所述第一释能压缩机(11)的进口与所述释能气液分离器(10)的气相出口相连通，所述第一释能压缩机(11)的出口与所述释能透平(7)的出口相连通，用于实现混流并对释能透平(7)的出口工质的降温；
第二释能压缩机(12)，所述第二释能压缩机(12)的进口与所述释能气液分离器(10)的液相出口相连通；
释能换热器(13)，所述释能换热器(13)的第一进口与所述第二释能压缩机(12)的出口相连通，所述释能换热器(13)的第一出口与所述释能透平(7)的进口相连通；所述释能换热器(13)的第二进口用于通入换热前的高温工质，所述释能换热器(13)的第二出口用于通出换热后的低温工质。
2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳热电储能装置，其特征在于，还包括：
高温存储罐(14)，所述储能换热器(2)的第二出口与所述高温存储罐(14)的进口相连通，所述高温存储罐(14)的出口通过第四管道与所述释能换热器(13)的第二进口相连通；所述第四管道上设置有第一控制阀(101)；
低温存储罐(15)，所述低温存储罐(15)的进口与所述释能换热器(13)的第二出口相连通，所述低温存储罐(15)的出口通过第五管道与所述储能换热器(2)的第二进口相连通；所述第五管道上设置有第二控制阀(102)。
3.根据权利要求1所述的一种二氧化碳热电储能装置，其特征在于，所述第一释能压缩机(11)与所述释能透平(7)同轴布置。
4.根据权利要求2所述的一种二氧化碳热电储能装置，其特征在于，所述第二储能节流膨胀阀(5)的出口与所述储能冷却器(61)的进口之间的管道上设置有第五控制阀(105)；
所述释能冷却器(81)的进口处设置有第七控制阀(107)。
5.根据权利要求4所述的一种二氧化碳热电储能装置，其特征在于，还包括：
储冷换热器(62)，所述储冷换热器(62)的第一进口通过第六管道与所述第二储能节流膨胀阀(5)的出口相连通，所述储冷换热器(62)的第一出口与所述储能压缩机的进口相连通；
释冷换热器(82)，所述释冷换热器(82)的第一进口通过管道与所述第一释能压缩机(11)的出口以及所述释能透平(7)的出口相连通，所述释冷换热器(82)的第一出口与所述释能节流膨胀阀(9)的进口相连通；所述释冷换热器(82)的第一进口处设置有第八控制阀(108)。
6.根据权利要求5所述的一种二氧化碳热电储能装置，其特征在于，还包括：
第一储冷罐(16)，所述第一储冷罐(16)的出口通过第八管道与所述储冷换热器(62)的第二进口相连通；所述第八管道上设置有第三控制阀(103)；
第二储冷罐(17)，所述储冷换热器(62)的第二出口与所述第二储冷罐(17)的进口相连通，所述第二储冷罐(17)的出口通过第九管道与所述释冷换热器(82)的第二进口相连通，所述释冷换热器(82)的第二出口与所述第一储冷罐(16)的进口相连通；所述第九管道上设置有第四控制阀(104)。
7.根据权利要求1所述的一种二氧化碳热电储能装置，其特征在于，所述释能透平(7)的入口压力为20.0Mpa，出口压力为10.0Mpa；所述释能冷却器(81)的冷却介质温度20℃，冷却介质为水。
8.一种权利要求1所述的二氧化碳热电储能装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
当用户处于用电低谷时，通过所述储能换热器的第二进口通入换热前的低温介质，通过所述储能换热器的第二出口通出换热后的高温介质并存储；其中，二氧化碳经储能压缩机压缩后进入储能换热器，传递热量至储热介质存储后，二氧化碳经第一储能节流膨胀阀进入储能气液分离器；气液分离后的液相二氧化碳经第二储能节流膨胀阀与储能冷却器后回到储能压缩机，气相二氧化碳进入储能压缩机中段进行工质中间冷却，完成循环并实现热量存储；
当用户处于用电高峰时，通过所述释能换热器的第二进口通入换热前的高温介质，通过所述释能换热器的第二出口通出换热后的低温介质并存储；其中，二氧化碳经释能换热器吸收储热介质存储的热量后进入释能透平膨胀做功，完成做功后经由释能冷却器及释能节流膨胀阀进入释能气液分离器；气液分离后的液相二氧化碳进入第二释能压缩机，压缩后回到释能换热器吸收热量，气液分离后的气相二氧化碳经第一释能压缩机压缩升温进入释能冷却器实现工质冷却，完成循环并实现能量释放。
9.一种权利要求2所述的二氧化碳热电储能装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
当用户处于用电低谷时，关闭第一控制阀，打开第二控制阀；其中，二氧化碳经储能压缩机压缩后进入储能换热器，传递热量至储热介质存储后，二氧化碳经第一储能节流膨胀阀进入储能气液分离器；气液分离后的液相二氧化碳经第二储能节流膨胀阀与储能冷却器后回到储能压缩机，气相二氧化碳进入储能压缩机中段进行工质中间冷却，完成循环并实现热量存储；
当用户处于用电高峰时，关闭第二控制阀，打开第一控制阀；其中，二氧化碳经释能换热器吸收储热介质存储的热量后进入释能透平膨胀做功，完成做功后经由释能冷却器及释能节流膨胀阀进入释能气液分离器；气液分离后的液相二氧化碳进入第二释能压缩机，压缩后回到释能换热器吸收热量，气液分离后的气相二氧化碳经第一释能压缩机压缩升温进入释能冷却器实现工质冷却，完成循环并实现能量释放。
CN201910943287.4A 2019-09-30 2019-09-30 一种二氧化碳热电储能装置及其控制方法 Active CN110849012B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910943287.4A CN110849012B (zh) 2019-09-30 2019-09-30 一种二氧化碳热电储能装置及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910943287.4A CN110849012B (zh) 2019-09-30 2019-09-30 一种二氧化碳热电储能装置及其控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110849012A CN110849012A (zh) 2020-02-28
CN110849012B true CN110849012B (zh) 2020-08-18

Family

ID=69596131

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910943287.4A Active CN110849012B (zh) 2019-09-30 2019-09-30 一种二氧化碳热电储能装置及其控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110849012B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114033518B (zh) * 2021-10-27 2023-06-16 中国长江三峡集团有限公司 一种基于二氧化碳卡诺电池的综合能源系统及运行方法
CN114046437B (zh) * 2021-11-25 2022-12-20 青岛科技大学 一种用于液态二氧化碳储能系统的储罐系统及其操作方法
CN114856738A (zh) * 2022-05-20 2022-08-05 西安交通大学 一种基于液态二氧化碳储存的冷热电联供储能系统及方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11130195A (ja) * 1997-10-30 1999-05-18 Showa Tansan Co Ltd ビールを含む炭酸含飲料製造工場における工場排熱を回収利用する省エネルギーシステム
JP2005345084A (ja) * 2004-06-04 2005-12-15 Shigeto Matsuo 排熱回収冷凍空調システム
CN102758748A (zh) * 2012-07-29 2012-10-31 中国科学院工程热物理研究所 高压液态空气储能/释能系统
RU2487305C1 (ru) * 2012-01-11 2013-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" Тригенерационная установка на базе микротурбинного двигателя
CN103790662A (zh) * 2014-01-29 2014-05-14 中国科学院力学研究所 跨临界动力循环装置及方法
CN103940134A (zh) * 2014-04-03 2014-07-23 天津大学 蒸汽压缩制冷循环膨胀功回收系统
CN109441741A (zh) * 2018-10-08 2019-03-08 国网陕西省电力公司电力科学研究院 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

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10488085B2 (en) * 2017-05-24 2019-11-26 General Electric Company Thermoelectric energy storage system and an associated method thereof

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11130195A (ja) * 1997-10-30 1999-05-18 Showa Tansan Co Ltd ビールを含む炭酸含飲料製造工場における工場排熱を回収利用する省エネルギーシステム
JP2005345084A (ja) * 2004-06-04 2005-12-15 Shigeto Matsuo 排熱回収冷凍空調システム
RU2487305C1 (ru) * 2012-01-11 2013-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" Тригенерационная установка на базе микротурбинного двигателя
CN102758748A (zh) * 2012-07-29 2012-10-31 中国科学院工程热物理研究所 高压液态空气储能/释能系统
CN103790662A (zh) * 2014-01-29 2014-05-14 中国科学院力学研究所 跨临界动力循环装置及方法
CN103940134A (zh) * 2014-04-03 2014-07-23 天津大学 蒸汽压缩制冷循环膨胀功回收系统
CN109441741A (zh) * 2018-10-08 2019-03-08 国网陕西省电力公司电力科学研究院 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

Also Published As

Publication number Publication date
CN110849012A (zh) 2020-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110849012B (zh) 一种二氧化碳热电储能装置及其控制方法
CN105370407B (zh) 低温液态空气储能系统
CN111255720B (zh) 一种基于蓄热式压缩空气储能的温控变工况运行系统
CN114198170B (zh) 一种基于双蓄热回路的二氧化碳储能系统及其工作方法
CN110847988B (zh) 一种以二氧化碳为工质的调峰储能装置及其控制方法
CN112762424B (zh) 一种基于储热和压缩式热泵相结合的太阳能热电解耦系统及其运行方法
CN109579432B (zh) 利用低温液化储能的天然气和电力互联调峰系统
CN213392296U (zh) 联合发电系统
WO2023193486A1 (zh) 一种常温液态压缩二氧化碳混合工质储能系统及方法
CN112254374A (zh) 冷热汽电联供综合能源系统
CN113700628A (zh) 一种多联供液化空气储能系统及优化控制方法
CN110853832A (zh) 一种超导电缆冷却系统
CN114033517A (zh) 一种基于二氧化碳压缩储能的地热发电和冷热供应系统及运行方法
CN221074569U (zh) 一种模块化配置换热系统共用的caes系统
CN211900714U (zh) 一种热泵蓄能系统
CN114198173A (zh) 一种全回热布雷顿循环与吸收式制冷集成的电冷联供系统
CN111305921A (zh) 一种利用lng冷能的太阳能耦合余热发电系统
CN111219216B (zh) 一种可利用外界热源和冷源的热泵蓄能系统及方法
CN115333248A (zh) 用于岛礁的液态二氧化碳储能系统及微电网系统
CN211777626U (zh) 液态空气储能系统
CN115163459A (zh) 一种冷热罐混合式绝热压缩空气储能系统
CN114592932A (zh) 一种冷、热、电三联产压缩空气储能系统及其控制方法
CN112228321A (zh) 压缩空气储能系统
CN111305922A (zh) 液态空气储能系统
CN220890266U (zh) 一种模式可调的冷热协同储能装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant