CN114046437B - 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 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了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，所述储罐系统包括：蓄能储罐、释能储罐、第一压缩机和第二压缩机；蓄能储罐进气口经第一管道与释能储罐排气口相连通，第一管道设置有控制阀；蓄能储罐进气口与第一压缩机的出口相连通，释能储罐排气口与第一压缩机的进口相连通；蓄能储罐排气口与第二压缩机的进口相连通，第二压缩机的出口与释能储罐进气口相连通。本发明提供的储罐系统，可在液态二氧化碳储能系统的释能、蓄能运行过程中，使气态二氧化碳在储罐间循环流通，能够有效地控制液体的排出量以及将液体方便地存入到充满二氧化碳气体的储罐中。
Description
技术领域
本发明属于压缩气体储能、可再生能源技术领域，特别涉及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。
背景技术
自工业革命以来，煤炭、石油和天然气等化石能源的消耗与日俱增，化石能源过度消耗导致生态环境不断恶化，严重威胁人类的可持续发展。可再生能源作为绿色清洁能源，其大规模利用可有效解决化石能源过度消耗所带来的负面影响。然而，由于可再生能源的高波动性，可再生能源发电不够稳定，难以并入电网。
储能技术通过将可再生能源发电进行一系列的转化、储存和平稳输出，能够有效克服可再生能源的波动性，成为扩大可再生能源利用规模的有力推动者；液态二氧化碳储能技术由于其众多的优点(示例性的，如储能密度高、无地理条件限制和可大规模利用等)，引起了各国学者的广泛关注。解释性的，液态二氧化碳储能系统是一种闭式循环，即蓄能和释能后的二氧化碳需要分别储存在两个储罐中；在蓄能开始时，释能储罐中是低压的二氧化碳液体，蓄能储罐中是低压的二氧化碳气体，蓄能过程中，释能储罐中释放出二氧化碳经过蓄能过程后液化成液体存入到蓄能储罐中；同样，在释能开始时，蓄能储罐中充满了低压二氧化碳液体，释能储罐中充满低压二氧化碳气体，在释能过程中，蓄能储罐中释放出二氧化碳经过释能过程后液化为液体储存在释能储罐中，在系统运行过程中，这两个储罐处于一个动态平衡过程。
基于上述陈述及现有技术分析可知，如何有效地控制液体的排出量以及如何将液体存入到充满气体的储罐中是液态二氧化碳储能技术中一个亟需解决的难题。
发明内容
本发明的目的在于提供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，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明提供的储罐系统，可在液态二氧化碳储能系统的释能、蓄能运行过程中，使气态二氧化碳在储罐间循环流通，能够有效地控制液体的排出量以及将液体方便地存入到充满二氧化碳气体的储罐中。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种用于液态二氧化碳储能系统的储罐系统，包括：蓄能储罐、释能储罐、第一压缩机和第二压缩机；
所述蓄能储罐用于所述液态二氧化碳储能系统蓄能过程的进液排气，所述释能储罐用于所述液态二氧化碳储能系统释能过程的进液排气；
所述蓄能储罐设置有蓄能储罐进液口、蓄能储罐进气口、蓄能储罐排气口和蓄能储罐排液口；所述释能储罐设置有释能储罐进液口、释能储罐进气口、释能储罐排气口和释能储罐排液口；
所述蓄能储罐进气口经第一管道与所述释能储罐排气口相连通，所述第一管道设置有控制阀；所述蓄能储罐进气口与所述第一压缩机的出口相连通，所述释能储罐排气口与所述第一压缩机的进口相连通；
所述蓄能储罐排气口与所述第二压缩机的进口相连通，所述第二压缩机的出口与所述释能储罐进气口相连通。
本发明的进一步改进在于，所述蓄能储罐、所述释能储罐均设置有保温层。
本发明的进一步改进在于，还包括：第一电动机，用于驱动第一压缩机。
本发明的进一步改进在于，还包括：第二电动机，用于驱动第二压缩机。
本发明的进一步改进在于，蓄能储罐进液口、蓄能储罐进气口、蓄能储罐排气口均设置于所述蓄能储罐的上部，蓄能储罐排液口设置于所述蓄能储罐的下部。
本发明的进一步改进在于，释能储罐进液口、释能储罐进气口、释能储罐排气口均设置于所述释能储罐的上部，释能储罐排液口设置于所述释能储罐的下部。
本发明的进一步改进在于，所述蓄能储罐内的存储压力为0.6MPa。
本发明的进一步改进在于，所述释能储罐内的存储压力为0.78MPa。
本发明的一种用于液态二氧化碳储能系统的储罐系统的操作方法，包括以下步骤：
所述液态二氧化碳储能系统的蓄能过程中，蓄能储罐处于进液排气模式，蓄能储罐内存储压力为0.6MPa，释能储罐内存储压力为0.78MPa，利用第二压缩机通过蓄能储罐排气口抽取蓄能储罐的气态二氧化碳并增压至0.78MPa，通过释能储罐进气口压入释能储罐，以驱动释能储罐的液态二氧化碳从释能储罐排液口流出，进行蓄能过程；蓄能过程后的液态二氧化碳经蓄能储罐进液口流入蓄能储罐。
本发明的进一步改进在于，还包括以下步骤：所述液态二氧化碳储能系统的释能过程中，释能储罐处于进液排气模式，当系统释能过程的液态二氧化碳流量小于预设阈值时，通过调节控制阀的开度使得气态二氧化碳依次通过释能储罐排气口、控制阀和蓄能储罐进气口进入蓄能储罐，以驱动蓄能储罐的液态二氧化碳从蓄能储罐排液口流出，进行释能过程；当系统释能过程的液态二氧化碳流量大于等于预设阈值时，利用第一压缩机通过释能储罐排气口抽取气态二氧化碳，通过蓄能储罐进气口进入蓄能储罐，以驱动蓄能储罐的液态二氧化碳从蓄能储罐排液口流出，进行释能过程；释能过程后的液态二氧化碳经释能储罐进液口流入释能储罐。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的储罐系统，可在液态二氧化碳储能系统的释能、蓄能运行过程中，使气态二氧化碳在储罐间循环流通，能够有效地控制液体的排出量以及将液体方便地存入到充满二氧化碳气体的储罐中。
具体的，本发明通过第一压缩机、控制阀和第二压缩机将蓄能储罐和释能储罐连接起来，当液态二氧化碳储能系统处于蓄能过程时，蓄能储罐中的气态二氧化碳在第二压缩机的作用下进入释能储罐，驱动液态二氧化碳从释能储罐的液体出口流出，经蓄能过程后重新液化为液体进入蓄能储罐储存；当液态二氧化碳储能系统处于释能过程时，此时释能储罐中的气态二氧化碳在第一压缩机和控制阀的作用下进入蓄能储罐，驱动液态二氧化碳从蓄能储罐流出，经释能过程后重新液化为液体进入释能储罐储存。本发明使储能系统在运行过程中，蓄能储罐和释能储罐中体积处于一个巧妙的平衡状态，使液态二氧化碳储能技术更具有现实性。
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用于液态二氧化碳储能系统的储罐系统的示意图；
图1中，1、蓄能储罐进液口；2、蓄能储罐进气口；3、蓄能储罐排气口；4、第一压缩机；5、第一电动机；6、控制阀；7、第二压缩机；8、释能储罐进气口；9、释能储罐排气口；10、释能储罐进液口；11、第二电动机；12、保温层；13、蓄能储罐罐体；14、释能储罐罐体；15、蓄能储罐底板；16、蓄能储罐排液口；17、释能储罐排液口；18、释能储罐底板。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
实施例1
本发明实施例的一种用于液态二氧化碳储能系统的储罐系统，包括：蓄能储罐、释能储罐、第一压缩机4和第二压缩机7；
所述蓄能储罐设置有蓄能储罐进液口1、蓄能储罐进气口2、蓄能储罐排气口3和蓄能储罐排液口16；所述释能储罐设置有释能储罐进液口10、释能储罐进气口8、释能储罐排气口9和释能储罐排液口17；
所述蓄能储罐进液口1用于输入所述液态二氧化碳储能系统经其蓄能过程后的液体二氧化碳，所述蓄能储罐进气口2经第一管道与所述释能储罐排气口9相连通，所述第一管道设置有控制阀6；所述第一压缩机4的进口经第二管道与所述第一管道相连通，所述第一压缩机4的出口经第三管道与所述第一管道相连通，所述第二管道与所述第一管道的连通处与所述第三管道与所述第一管道的连通处分别位于所述控制阀6的两侧；可选的，所述第一压缩机4通过第一电动机5驱动；
所述蓄能储罐排气口3经第四管道与所述第二压缩机7的进口相连通，所述第二压缩机7的出口经第五管道与所述释能储罐进气口8相连通；可选的，所述第二压缩机7通过第二电动机11驱动。
本发明实施例优选的，所述蓄能储罐和释能储罐均设置有保温层12。
本发明实施例提供的储罐系统，可在液态二氧化碳储能系统的释能、蓄能运行过程中，使气态二氧化碳在储罐间循环流通，能够有效地控制液体的排出量以及将液体方便地存入到充满二氧化碳气体的储罐中。
本发明实施例提供的储罐系统的工作原理包括：通过第一压缩机4、控制阀6和第二压缩机7将蓄能储罐和释能储罐连接起来，当液态二氧化碳储能系统处于蓄能过程时，蓄能储罐中的气态二氧化碳在第二压缩机7的作用下进入释能储罐，驱动液态二氧化碳从释能储罐的液体出口流出，经蓄能过程后重新液化为液体进入蓄能储罐储存；当液态二氧化碳储能系统处于释能过程时，此时释能储罐中的气态二氧化碳在第一压缩机4和控制阀6的作用下进入蓄能储罐，驱动液态二氧化碳从蓄能储罐流出，经释能过程后重新液化为液体进入释能储罐储存。
实施例2
请参阅图1，本发明实施例的一种液态二氧化碳储罐，包括：蓄能储罐进液口1、蓄能储罐进气口2、蓄能储罐排气口3、第一压缩机4、第一电动机5、控制阀6、第二压缩机7、释能储罐进气口8、释能储罐排气口9、释能储罐进液口10、第二电动机11、保温层12、蓄能储罐罐体13、释能储罐罐体14、蓄能储罐底板15、蓄能储罐排液口16、释能储罐排液口17和释能储罐底板18；
其中，蓄能储罐罐体13和释能储罐罐体14下端分别与蓄能储罐底板15和释能储罐底板18通过焊接连接，蓄能储罐罐体13上端设置有蓄能储罐进液口1、蓄能储罐进气口2和蓄能储罐排气口3，下端设置有蓄能储罐排液口16，释能储罐罐体14上端设置有释能储罐进液口10、释能储罐进气口8和释能储罐排气口9，下端设置有释能储罐排液口17；蓄能储罐排气口3通过管路连接至第二压缩机7，第二压缩机7由第二电动机11驱动，第二压缩机7出口通过管路连接至释能储罐进气口8；释能储罐排气口9通过管路连接至第一压缩机4和控制阀6，第一压缩机4由第一电动机5驱动，第一压缩机4出口和控制阀6出口通过管路连接至蓄能储罐进气口2。
本发明实施例可选的，蓄能储罐进液口1、蓄能储罐排液口16、蓄能储罐进气口2、蓄能储罐排气口3、释能储罐进液口10、释能储罐排液口17、释能储罐进气口8和释能储罐排气口9上均设有阀门控制流体进出。
本发明实施例可选的，蓄能储罐罐体13和释能储罐罐体14外设保温层12。解释性的，所述蓄能储罐和释能储罐内储存的流体为低温液态二氧化碳，所以罐体外层包裹有保温层12，防止低温二氧化碳的冷能向环境流失。
本发明实施例提供的储罐系统，结构简单易行，利用第一压缩机4、控制阀6和第二压缩机7在蓄能储罐和释能储罐间形成闭合回路，使气态二氧化碳在两储罐间循环流通，有效地控制液体的排出量以及将液体方便地存入到充满气体的储罐中。本发明实施例提供的储罐系统主要用于液态二氧化碳储能系统，在第一压缩机4、控制阀6和第二压缩机7的作用下，气体二氧化碳在蓄能储罐和释能储罐间流通，有效地控制液体的排出量以及将液体方便地存入到充满气体的储罐中，提高了液态二氧化碳储能系统的现实意义和工程应用价值。
本发明实施例的一种用于液态二氧化碳储能系统的储罐系统的操作方法，其工作过程主要分为两个模式，分别为蓄能储罐进液排气模式和释能储罐进液排气模式。
蓄能过程时，蓄能储罐处于进液排气模式，蓄能储罐内存储压力为0.6MPa，释能储罐内存储压力为0.78MPa，此时需要利用第二压缩机7通过蓄能储罐排气口3抽取蓄能储罐的气态二氧化碳，增压至0.78MPa，然后通过释能储罐进气口8压入释能储罐，驱动释能储罐的液态二氧化碳从释能储罐排液口17流出，经过一系列蓄能过程，液态二氧化碳经蓄能储罐进液口1流入蓄能储罐储存。
释能过程时，释能储罐处于进液排气模式，当系统释能过程的液态二氧化碳流量较小时，由于释能储罐的存储压力大于蓄能储罐，此时可以调节控制阀6的开度来直接输送气态二氧化碳，气态二氧化碳通过释能储罐排气口9流出，通过控制阀6经蓄能储罐进气口2进入蓄能储罐，驱动蓄能储罐的液态二氧化碳从蓄能储罐排液口16流出，经过一系列释能过程，液态二氧化碳经释能储罐进液口10流入释能储罐；当系统释能过程的液态二氧化碳流量更大时，此时需要利用第一压缩机4通过释能储罐排气口9抽取更大流量的气态二氧化碳，然后通过蓄能储罐进气口2进入蓄能储罐，驱动蓄能储罐的液态二氧化碳从蓄能储罐排液口16流出，经过一系列释能过程，液态二氧化碳经释能储罐进液口10流入释能储罐。
本发明实施例的储罐系统操作方法，避免了蓄能储罐和释能储罐中的气态二氧化碳排向空气，提高了整个储能系统的环保性，并且蓄能储罐罐体和释能储罐罐体外设保温层，避免了低温液态二氧化碳的冷能向外界环境流失。
综上所述，本发明实施例具体提供了一种液态二氧化碳储罐系统，包括：蓄能储罐、释能储罐、第一压缩机和第二压缩机；所述蓄能储罐进液口用于输入所述液态二氧化碳储能系统经其蓄能过程后的液体二氧化碳，所述蓄能储罐进气口经第一管道与所述释能储罐排气口相连通，所述第一管道设置有控制阀；所述第一压缩机的进口经第二管道与所述第一管道相连通，所述第一压缩机的出口经第三管道与所述第一管道相连通，所述第二管道与所述第一管道的连通处与所述第三管道与所述第一管道的连通处分别位于所述控制阀的两侧；所述蓄能储罐排气口经第四管道与所述第二压缩机的进口相连通，所述第二压缩机的出口经第五管道与所述释能储罐进气口相连通；其通过第一压缩机、控制阀和第二压缩机将蓄能储罐和释能储罐连接起来；当系统处于蓄能过程时，蓄能储罐中的气态二氧化碳在第二压缩机的作用下进入释能储罐，驱动液态二氧化碳从释能储罐流出，经蓄能过程后重新液化为液体进入蓄能储罐储存；当系统处于释能过程时，此时释能储罐中的气态二氧化碳在第一压缩机和控制阀的作用下进入蓄能储罐，驱动液态二氧化碳从蓄能储罐流出，经释能过程后重新液化为液体进入释能储罐储存。本发明使储能系统在运行过程中，蓄能储罐和释能储罐中体积处于一个巧妙的平衡状态，使液态二氧化碳储能技术更具有现实性。
最后应当说明的是：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应当理解：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，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于液态二氧化碳储能系统的储罐系统，其特征在于，包括：蓄能储罐、释能储罐、第一压缩机(4)和第二压缩机(7)；
所述蓄能储罐用于液态二氧化碳储能系统蓄能过程的进液排气，所述释能储罐用于液态二氧化碳储能系统释能过程的进液排气；
所述蓄能储罐设置有蓄能储罐进液口(1)、蓄能储罐进气口(2)、蓄能储罐排气口(3)和蓄能储罐排液口(16)；所述释能储罐设置有释能储罐进液口(10)、释能储罐进气口(8)、释能储罐排气口(9)和释能储罐排液口(17)；
所述蓄能储罐进气口(2)经第一管道与所述释能储罐排气口(9)相连通，所述第一管道设置有控制阀(6)；所述蓄能储罐进气口(2)与所述第一压缩机(4)的出口相连通，所述释能储罐排气口(9)与所述第一压缩机(4)的进口相连通；
所述蓄能储罐排气口(3)与所述第二压缩机(7)的进口相连通，所述第二压缩机(7)的出口与所述释能储罐进气口(8)相连通。
2.根据权利要求1所述的一种用于液态二氧化碳储能系统的储罐系统，其特征在于，所述蓄能储罐、所述释能储罐均设置有保温层(12)。
3.根据权利要求1所述的一种用于液态二氧化碳储能系统的储罐系统，其特征在于，还包括：
第一电动机(5)，用于驱动第一压缩机(4)。
4.根据权利要求1所述的一种用于液态二氧化碳储能系统的储罐系统，其特征在于，还包括：
第二电动机(11)，用于驱动第二压缩机(7)。
5.根据权利要求1所述的一种用于液态二氧化碳储能系统的储罐系统，其特征在于，蓄能储罐进液口(1)、蓄能储罐进气口(2)、蓄能储罐排气口(3)均设置于所述蓄能储罐的上部，蓄能储罐排液口(16)设置于所述蓄能储罐的下部。
6.根据权利要求1所述的一种用于液态二氧化碳储能系统的储罐系统，其特征在于，释能储罐进液口(10)、释能储罐进气口(8)、释能储罐排气口(9)均设置于所述释能储罐的上部，释能储罐排液口(17)设置于所述释能储罐的下部。
7.根据权利要求1所述的一种用于液态二氧化碳储能系统的储罐系统，其特征在于，所述蓄能储罐内的存储压力为0.6MPa。
8.根据权利要求1所述的一种用于液态二氧化碳储能系统的储罐系统，其特征在于，所述释能储罐内的存储压力为0.78MPa。
9.一种权利要求1所述的用于液态二氧化碳储能系统的储罐系统的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
所述液态二氧化碳储能系统的蓄能过程中，蓄能储罐处于进液排气模式，蓄能储罐内存储压力为0.6MPa，释能储罐内存储压力为0.78MPa，利用第二压缩机(7)通过蓄能储罐排气口(3)抽取蓄能储罐的气态二氧化碳并增压至0.78MPa，通过释能储罐进气口(8)压入释能储罐，以驱动释能储罐的液态二氧化碳从释能储罐排液口(17)流出，进行蓄能过程；蓄能过程后的液态二氧化碳经蓄能储罐进液口(1)流入蓄能储罐。
10.根据权利要求9所述的操作方法，其特征在于，还包括以下步骤：
所述液态二氧化碳储能系统的释能过程中，释能储罐处于进液排气模式，当液态二氧化碳储能系统释能过程的液态二氧化碳流量小于预设阈值时，通过调节控制阀(6)的开度使得气态二氧化碳依次通过释能储罐排气口(9)、控制阀(6)和蓄能储罐进气口(2)进入蓄能储罐，以驱动蓄能储罐的液态二氧化碳从蓄能储罐排液口(16)流出，进行释能过程；当液态二氧化碳储能系统释能过程的液态二氧化碳流量大于等于预设阈值时，利用第一压缩机(4)通过释能储罐排气口(9)抽取气态二氧化碳，通过蓄能储罐进气口(2)进入蓄能储罐，以驱动蓄能储罐的液态二氧化碳从蓄能储罐排液口(16)流出，进行释能过程；
释能过程后的液态二氧化碳经释能储罐进液口(10)流入释能储罐。
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