CN114321697A - 一种基于压缩液态二氧化碳应用的储能系统和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于压缩液态二氧化碳应用的储能系统和装置,涉及二氧化碳储能领域,本发明包括二氧化碳输送系统、二氧化碳压缩系统、能量转换系统和蓄能回路系统;本发明通过将低压储液罐内部的液态二氧化碳被输送至蓄冷器后气化,剩余的电力驱动多个串联的压气机将二氧化碳气体压缩至高温高压状态,随后气体在中间冷却器、末级冷却器内部与低温蓄热回路冷罐中流出的导热油进行换热,升温后的导热油被输送至低温蓄热回路热罐内,降温后的二氧化碳气体在冷凝器中再次降温,最后转变为低温高压的液态二氧化碳,储存在高压储液罐中,同时,另一部分富余电力加热高温蓄热器冷罐流出的熔融盐,并存储在高温蓄热回路热罐中。

Description

一种基于压缩液态二氧化碳应用的储能系统和装置
技术领域
本发明涉及二氧化碳储能技术领域,尤其涉及一种基于压缩液态二氧化碳应用的储能系统和装置。
背景技术
可再生能源大力发展是目前解决能源问题的主要途径之一,但可再生能源存在间歇性和波动性的问题,电力储能可作为解决这一问题的关键技术。同时储能技术也是电力系统削峰填谷、分布式能源系统发展不可或缺的一部分,因此储能技术被视为目前能源革命的第六价值链。二氧化碳储能是目前提出的一种新型的储能技术,二氧化碳有着优秀的物理和化学特性,在空气中比例为0.3%,是一种无毒、不燃的惰性气体,有较高的密度且有较低的临界温度,具有更好的流动性和传输特性。相比空气,当以二氧化碳为介质实现压缩气体储能技术时,不仅可以降低系统核心部件如透平机械、换热器等的设计难度,缩小系统的整体规模,大大降低系统成本,且可以进一步增强系统的安全性和应用的灵活性。
在二氧化碳储能过程中,还需要相应的储能装置,传统的储能装置功能较为单一,内部缺少热量混合装置,导致罐体内部的二氧化碳气体或者液化会出现温度分层的现象,不利于存储,而且也存在一定的安全隐患。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在以空气作为介质透平机械、换热器等设计难度较高,缺少热量混合装置,导致罐体内部的二氧化碳气体或者液化会出现温度分层的现象的缺点,而提出的一种基于压缩液态二氧化碳应用的储能系统和装置。
为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:
一种基于压缩液态二氧化碳应用的储能系统,包括二氧化碳输送系统、二氧化碳压缩系统、能量转换系统和蓄能回路系统;
所述二氧化碳输送系统包括高压储液罐、输送泵和低压储液罐;
所述高压储液罐用于存储低温高压状态下的二氧化碳气体;所述输送泵用于向高压储液罐和低压储液罐内输送气体或者液体二氧化碳;所述低压储液罐用于存储低温低压状态下的二氧化碳气体。
优选地,所述二氧化碳压缩系统包括压气机和驱动透平;
所述压气机利用高速旋转的叶片给空气作功,将二氧化碳气体压缩至高温高压状态;所述驱动透平用于将二氧化碳液体介质中蕴有的能量转换成机械能。
优选地,所述能量转换系统包括蓄热器、换热器和蓄冷器;
所述蓄热器用于存储二氧化碳转化时产生的多余热量,并在需要时将所蓄热量释放出来的,能有效地稳定能量转换带来的负荷,改善运行条件;所述换热器用于不同温度的两种或两种以上流体间实现热量传递,使得热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体,以满足工艺条件的需要;所述蓄冷器用于低温循环中通过热量的交换,达到积蓄冷量的目的。
优选地,所述蓄热回路系统包括冷却器、冷罐、回热器和热罐;
所述冷却器用水或空气为冷却剂以除去流体内的热量;所述冷罐和热罐均用于存储换热所用的导热油;所述回热器用于对冷却器冷却后的液体再次降温,使液体过冷以免产生汽化现象。
优选地,所述储能系统还包括储能过程和释能过程;
所述储能过程用于将低压储液罐中的二氧化碳液体通过低温蓄热回路和高温蓄热回路转化为低温高压状态的二氧化碳气体存储至高压储液罐中;
所述释能过程用于将高压储液罐中的二氧化碳气体通过低温蓄热回路和高温蓄热回路转化为低温低压状态的二氧化碳液体存储至低压储液罐中。
一种基于压缩液态二氧化碳应用的储能装置,包括:
罐体,所述罐体底部侧壁固定连接有支撑架,所述罐体底部固定连接有出料管,所述罐体侧壁上部固定连接有进料管;
搅拌机构,所述搅拌机构与罐体内部侧壁固定连接,搅拌机构用于对罐体内部的气体或者液体介质进行搅拌混合;
刮料机构,所述刮料机构与搅拌机构侧壁固定连接,刮料机构用于将罐体内壁附着的液滴进行刮取。
优选地,所述搅拌机构包括底座、转轴、驱动轮和搅拌叶片,两个所述底座分别与罐体内腔上下部固定连接,所述转轴与两个底座相互靠近的一侧转动连接,所述驱动轮与转轴侧壁上部固定连接,所述驱动轮中心轴线与进料管中心轴线重合,所述搅拌叶片与转轴侧壁下部固定连接。
优选地,所述刮料机构包括上连接杆、下连接杆、上刮杆和下刮杆,所述上连接杆与转轴侧壁上部固定连接,两个所述上刮杆分别与上连接杆端部固定连接,两个所述下刮杆分别与下连接杆端部固定连接,且上刮杆和下刮杆均与罐体侧壁相贴合。
相比现有技术,本发明的有益效果为:
1、本发明通过将低压储液罐内部的液态二氧化碳被输送至蓄冷器后气化,剩余的电力驱动多个串联的压气机将二氧化碳气体压缩至高温高压状态,随后气体在中间冷却器、末级冷却器内部与低温蓄热回路冷罐中流出的导热油进行换热,升温后的导热油被输送至低温蓄热回路热罐内,降温后的二氧化碳气体在冷凝器中再次降温,最后转变为低温高压的液态二氧化碳,储存在高压储液罐中,同时,另一部分富余电力加热高温蓄热器冷罐流出的熔融盐,并存储在高温蓄热回路热罐中。
2、本发明通过将高压储液罐中的高压液态二氧化碳先后经过低温蓄热回路换热器、回热器气化转变为超临界态,在高温蓄热回路换热器进一步被加热至最高温度,再进入透平做功,透平出口排气在依次在回热器、冷却器、蓄冷器内降温液化,最终存储在低压储液罐中。
3、本发明通过以二氧化碳为介质实现压缩气体储能技术,不仅可以降低系统核心部件如透平机械、换热器等的设计难度,缩小系统的整体规模,大大降低系统成本,且可以进一步增强系统的安全性和应用的灵活性。
4、本发明通过将气体或者液体二氧化碳时从进料管内向罐体内部输送,并由于驱动轮中心轴线与进料管中心轴线重合,因此进入的气体或者液体二氧化碳将会推动驱动轮进行转动,从而带动转轴发生转动,进而带动搅拌叶片进行转动,以此对进入罐体内部的二氧化碳气体或者液体进行搅拌混合,使其温度趋于相同,确保进入罐体的二氧化碳气体或者液体不会存在温度差,提高了罐体存储的效果以及安全性;并且在转轴发生转动的同时,还会带动两侧的上刮杆和下刮杆进行转动,从而对罐体侧壁附着的二氧化碳液体进行刮取,避免造成材料的浪费,同时也起到对二氧化碳液体进行搅拌的效果。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于压缩液态二氧化碳应用的储能系统框图;
图2为本发明提出的一种基于压缩液态二氧化碳应用的储能系统流程图;
图3为本发明提出的一种基于压缩液态二氧化碳应用的储能系统中储能过程流程图;
图4为本发明提出的一种基于压缩液态二氧化碳应用的储能系统中释能过程流程图;
图5为本发明提出的一种基于压缩液态二氧化碳应用的储能装置的主视整体结构示意图;
图6为本发明提出的一种基于压缩液态二氧化碳应用的储能装置的侧视半剖结构示意图;
图7为本发明提出的一种基于压缩液态二氧化碳应用的储能装置的主视半剖结构示意图。
图中:1、罐体;2、支撑架;3、出料管;4、进料管;5、搅拌机构;51、底座;52、转轴;53、驱动轮;54、搅拌叶片;6、刮料机构;61、上连接杆;62、下连接杆;63、上刮杆;64、下刮杆。
具体实施方式
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实施例,而不是全部的实施例。
参照图1-6,一种基于压缩液态二氧化碳应用的储能系统,包括二氧化碳输送系统、二氧化碳压缩系统、能量转换系统和蓄能回路系统;
二氧化碳输送系统包括高压储液罐、输送泵和低压储液罐;
高压储液罐用于存储低温高压状态下的二氧化碳气体;输送泵用于向高压储液罐和低压储液罐内输送气体或者液体二氧化碳;低压储液罐用于存储低温低压状态下的二氧化碳气体;
其中,二氧化碳压缩系统包括压气机和驱动透平;
压气机利用高速旋转的叶片给空气作功,将二氧化碳气体压缩至高温高压状态;驱动透平用于将二氧化碳液体介质中蕴有的能量转换成机械能;
其中,能量转换系统包括蓄热器、换热器和蓄冷器;
蓄热器用于存储二氧化碳转化时产生的多余热量,并在需要时将所蓄热量释放出来的,能有效地稳定能量转换带来的负荷,改善运行条件;换热器用于不同温度的两种或两种以上流体间实现热量传递,使得热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体,以满足工艺条件的需要;蓄冷器用于低温循环中通过热量的交换,达到积蓄冷量的目的;
其中,蓄热回路系统包括冷却器、冷罐、回热器和热罐;
冷却器用水或空气为冷却剂以除去流体内的热量;冷罐和热罐均用于存储换热所用的导热油;回热器用于对冷却器冷却后的液体再次降温,使液体过冷以免产生汽化现象;
其中,储能系统还包括储能过程和释能过程;
储能过程用于将低压储液罐中的二氧化碳液体通过低温蓄热回路和高温蓄热回路转化为低温高压状态的二氧化碳气体存储至高压储液罐中;
释能过程用于将高压储液罐中的二氧化碳气体通过低温蓄热回路和高温蓄热回路转化为低温低压状态的二氧化碳液体存储至低压储液罐中。
一种基于压缩液态二氧化碳应用的储能装置,包括:
罐体1,罐体1底部侧壁固定连接有支撑架2,罐体1底部固定连接有出料管3,罐体1侧壁上部固定连接有进料管4;
搅拌机构5,搅拌机构5与罐体1内部侧壁固定连接,搅拌机构5用于对罐体1内部的气体或者液体介质进行搅拌混合;
刮料机构6,刮料机构6与搅拌机构5侧壁固定连接,刮料机构6用于将罐体1内壁附着的液滴进行刮取。
其中,搅拌机构5包括底座51、转轴52、驱动轮53和搅拌叶片54,两个底座51分别与罐体1内腔上下部固定连接,转轴52与两个底座51相互靠近的一侧转动连接,驱动轮53与转轴52侧壁上部固定连接,驱动轮53中心轴线与进料管4中心轴线重合,搅拌叶片54与转轴52侧壁下部固定连接;
通过上述结构的设置,当从进料管4内向罐体1内部输送气体或者液体二氧化碳时,由于驱动轮53中心轴线与进料管4中心轴线重合。因此进入的气体或者液体二氧化碳将会推动驱动轮53进行转动,从而带动转轴52发生转动,进而带动搅拌叶片54进行转动,以此对进入罐体1内部的二氧化碳气体或者液体进行搅拌混合,使其温度趋于相同,确保进入罐体1的二氧化碳气体或者液体不会存在温度差,提高了罐体1存储的效果以及安全性。
其中,刮料机构6包括上连接杆61、下连接杆62、上刮杆63和下刮杆64,上连接杆61与转轴52侧壁上部固定连接,两个上刮杆63分别与上连接杆61端部固定连接,两个下刮杆64分别与下连接杆62端部固定连接,且上刮杆63和下刮杆64均与罐体1侧壁相贴合;
通过上述结构的设置,在转轴52发生转动的同时,还会带动两侧的上刮杆63和下刮杆64进行转动,从而对罐体1侧壁附着的二氧化碳液体进行刮取,避免造成材料的浪费,同时也起到对二氧化碳液体进行搅拌的效果。
本发明中,当新能源发电量过剩或电网负荷低谷时,系统进入储能过程,首先低压储液罐内部的液态二氧化碳被输送至蓄冷器后气化,剩余的电力驱动多个串联的压气机将二氧化碳气体压缩至高温高压状态,随后气体在中间冷却器、末级冷却器内部与低温蓄热回路冷罐中流出的导热油进行换热,升温后的导热油被输送至低温蓄热回路热罐内,降温后的二氧化碳气体在冷凝器中再次降温,最后转变为低温高压的液态二氧化碳,储存在高压储液罐中,同时,另一部分富余电力加热高温蓄热器冷罐流出的熔融盐,并存储在高温蓄热回路热罐中;
在用电高峰时,高压储液罐中的高压液态二氧化碳先后经过低温蓄热回路换热器、回热器气化转变为超临界态,在高温蓄热回路换热器进一步被加热至最高温度,再进入透平做功,透平出口排气在依次在回热器、冷却器、蓄冷器内降温液化,最终存储在低压储液罐中;
当从进料管4内向罐体1内部输送气体或者液体二氧化碳时,由于驱动轮53中心轴线与进料管4中心轴线重合,因此进入的气体或者液体二氧化碳将会推动驱动轮53进行转动,从而带动转轴52发生转动,进而带动搅拌叶片54进行转动,以此对进入罐体1内部的二氧化碳气体或者液体进行搅拌混合,使其温度趋于相同,确保进入罐体1的二氧化碳气体或者液体不会存在温度差,提高了罐体1存储的效果以及安全性;并且在转轴52发生转动的同时,还会带动两侧的上刮杆63和下刮杆64进行转动,从而对罐体1侧壁附着的二氧化碳液体进行刮取,避免造成材料的浪费,同时也起到对二氧化碳液体进行搅拌的效果。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于压缩液态二氧化碳应用的储能系统,其特征在于,包括二氧化碳输送系统、二氧化碳压缩系统、能量转换系统和蓄能回路系统;
所述二氧化碳输送系统包括高压储液罐、输送泵和低压储液罐;
所述高压储液罐用于存储低温高压状态下的二氧化碳气体;所述输送泵用于向高压储液罐和低压储液罐内输送气体或者液体二氧化碳;所述低压储液罐用于存储低温低压状态下的二氧化碳气体。
2.根据权利要求1所述的一种基于压缩液态二氧化碳应用的储能系统,其特征在于,所述二氧化碳压缩系统包括压气机和驱动透平;
所述压气机利用高速旋转的叶片给空气作功,将二氧化碳气体压缩至高温高压状态;所述驱动透平用于将二氧化碳液体介质中蕴有的能量转换成机械能。
3.根据权利要求1所述的一种基于压缩液态二氧化碳应用的储能系,其特征在于,所述能量转换系统包括蓄热器、换热器和蓄冷器;
所述蓄热器用于存储二氧化碳转化时产生的多余热量,并在需要时将所蓄热量释放出来的,能有效地稳定能量转换带来的负荷,改善运行条件;所述换热器用于不同温度的两种或两种以上流体间实现热量传递,使得热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体,以满足工艺条件的需要;所述蓄冷器用于低温循环中通过热量的交换,达到积蓄冷量的目的。
4.根据权利要求1所述的一种基于压缩液态二氧化碳应用的储能系统,其特征在于,所述蓄热回路系统包括冷却器、冷罐、回热器和热罐;
所述冷却器用水或空气为冷却剂以除去流体内的热量;所述冷罐和热罐均用于存储换热所用的导热油;所述回热器用于对冷却器冷却后的液体再次降温,使液体过冷以免产生汽化现象。
5.根据权利要求1所述的一种基于压缩液态二氧化碳应用的储能系统,其特征在于,所述储能系统还包括储能过程和释能过程;
所述储能过程用于将低压储液罐中的二氧化碳液体通过低温蓄热回路和高温蓄热回路转化为低温高压状态的二氧化碳气体存储至高压储液罐中;
所述释能过程用于将高压储液罐中的二氧化碳气体通过低温蓄热回路和高温蓄热回路转化为低温低压状态的二氧化碳液体存储至低压储液罐中。
6.一种基于压缩液态二氧化碳应用的储能装置,其特征在于,包括:
罐体(1),所述罐体(1)底部侧壁固定连接有支撑架(2),所述罐体(1)底部固定连接有出料管(3),所述罐体(1)侧壁上部固定连接有进料管(4);
搅拌机构(5),所述搅拌机构(5)与罐体(1)内部侧壁固定连接,搅拌机构(5)用于对罐体(1)内部的气体或者液体介质进行搅拌混合;
刮料机构(6),所述刮料机构(6)与搅拌机构(5)侧壁固定连接,刮料机构(6)用于将罐体(1)内壁附着的液滴进行刮取。
7.根据权利要求6所述的一种基于压缩液态二氧化碳应用的储能装置,其特征在于,所述搅拌机构(5)包括底座(51)、转轴(52)、驱动轮(53)和搅拌叶片(54),两个所述底座(51)分别与罐体(1)内腔上下部固定连接,所述转轴(52)与两个底座(51)相互靠近的一侧转动连接,所述驱动轮(53)与转轴(52)侧壁上部固定连接,所述驱动轮(53)中心轴线与进料管(4)中心轴线重合,所述搅拌叶片(54)与转轴(52)侧壁下部固定连接。
8.根据权利要求7所述的一种基于压缩液态二氧化碳应用的储能装置,其特征在于,所述刮料机构(6)包括上连接杆(61)、下连接杆(62)、上刮杆(63)和下刮杆(64),所述上连接杆(61)与转轴(52)侧壁上部固定连接,两个所述上刮杆(63)分别与上连接杆(61)端部固定连接,两个所述下刮杆(64)分别与下连接杆(62)端部固定连接,且上刮杆(63)和下刮杆(64)均与罐体(1)侧壁相贴合。
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