CN115234318A - 配合火电厂深度调峰的二氧化碳储能系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种配合火电厂深度调峰的二氧化碳储能系统及其控制方法，涉及储能技术领域。储能系统包括：依次闭环连接的储气库、储能组件、储液罐和释能组件，释能组件包括膨胀机；耦合组件，耦合组件包括抽汽旁路和第一储热模块；抽汽旁路，连接火电厂的汽轮机与第一储热模块，抽汽旁路用于在火电厂处于深度调峰工况时，将汽轮机内的高温蒸汽引至第一储热模块；第一储热模块，连接释能组件，第一储热模块用于储存高温蒸汽所含的热量，并在释能组件工作时向释能组件提供热量，以提高膨胀机进口的二氧化碳温度。本公开的二氧化碳储能系统及控制方法，既能提高火电厂的调峰灵活性和安全性，又能提高二氧化碳的做功效率。

Description

配合火电厂深度调峰的二氧化碳储能系统及其控制方法

技术领域

本公开涉及电力技术领域，特别涉及一种配合火电厂深度调峰的二氧化碳储能系统及其控制方法。

背景技术

电力系统的负荷通常会随着用电量的大小变动，例如日间用电量大，可能出现峰值负荷，夜间用电量小，可能出现谷值负荷。

为了满足电力系统中负荷峰谷差的需要，保证电力系统安全经济运行，需要对电力系统进行调峰设计，即在峰值负荷时加大发电量，在谷值负荷时减少发电量。

火电厂的调峰设计通常包括深度调峰，通过降低汽轮机组出力的方式降低发电量。但是，火电厂在深度调峰时，通常需要控制主要设备如锅炉、高压缸变工况运行，严重威胁机组的安全稳定运行。

发明内容

本公开提供了一种配合火电厂深度调峰的二氧化碳储能系统及其控制方法，能够解决现有技术中存在的至少一个技术问题。

所述技术方案具体如下。

一方面，提供了一种配合火电厂深度调峰的二氧化碳储能系统，包括：依次闭环连接的储气库、储能组件、储液罐和释能组件，所述释能组件包括膨胀机；

耦合组件，所述耦合组件包括抽汽旁路和第一储热模块；

所述抽汽旁路，连接火电厂的汽轮机与第一储热模块，所述抽汽旁路用于在火电厂处于深度调峰工况时，将所述汽轮机内的高温蒸汽引至所述第一储热模块；

所述第一储热模块，连接所述释能组件，所述第一储热模块用于储存所述高温蒸汽所含的热量，并在所述释能组件工作时向所述释能组件提供热量，以提高所述膨胀机进口的二氧化碳温度。

在一些实施例中，所述第一储热模块包括第一换热器和第一储热罐；

所述第一换热器连接所述抽汽旁路与第一储热罐；

所述第一换热器用于在所述火电厂处于深度调峰工况时吸收所述高温蒸汽所含的热量，所述第一储热罐用于在所述火电厂处于深度调峰工况时储存所述第一换热器吸收的热量。

在一些实施例中，所述释能组件还包括至少一个第一释能换热器；

所述第一释能换热器连接所述第一储热模块与膨胀机，所述第一释能换热器用于在所述释能组件工作时利用第一储热模块输送的热量，对流经所述第一释能换热器的二氧化碳加热以提高膨胀机进口的二氧化碳温度。

在一些实施例中，所述耦合组件还包括储冷罐；

所述储冷罐、所述第一储热模块与所述释能组件之间形成换热介质的循环回路；

所述换热介质从所述储冷罐流动至所述第一储热模块时，能够吸收并存储所述高温蒸汽的热量；所述换热介质从所述第一储热模块流动至所述储冷罐时，能够将存储的所述高温蒸汽的热量转移至所述释能组件，以提高所述膨胀机进口的二氧化碳温度。

在一些实施例中，所述汽轮机包括高压缸和中压缸，所述抽汽旁路与所述高压缸的第一出口和所述中压缸的第二出口中的至少之一连接。

在一些实施例中，所述耦合组件还包括至少一个第一控制阀，所述至少一个第一控制阀位于所述抽汽旁路上，用于控制所述抽汽旁路的通断。

在一些实施例中，所述第一换热器与所述火电厂的锅炉连接，所述高温蒸汽流经所述第一换热器放热后回流至所述锅炉。

在一些实施例中，所述耦合组件还包括膨胀阀，所述膨胀阀连接于所述第一换热器和所述火电厂的锅炉之间，以降低流经所述第一换热器放热后的所述高温蒸汽的压力。

在一些实施例中，所述耦合组件还包括第二储热模块，所述第二储热模块分别与所述储能组件和所述释能组件连接；

所述第二储热模块用于在储能组件工作时吸收并存储所述储能组件产生的热量，并在所述释能组件工作时向所述释能组件提供热量，以提高膨胀机进口的二氧化碳温度。

另一方面，提供了一种控制方法，适用于本公开所述的储能系统；

所述控制方法包括：

在火电厂处于深度调峰工况时，控制所述抽汽旁路将所述汽轮机内的高温蒸汽引至所述第一储热模块，使得所述高温蒸汽内的热量传递并存储在所述第一储热模块内；

在储能装置处于释能工况时，控制所述第一储热模块将热量传递至所述释能组件，以提高膨胀机进口的二氧化碳温度。

本公开的配合火电厂深度调峰的二氧化碳储能系统，在火电厂处于深度调峰工况时，能够通过耦合组件的抽汽旁路将汽轮机内的高温蒸汽引出并存储在其第一储热模块内。

一方面，能够通过抽出汽轮机内的蒸汽的方式，在保证锅炉工况不变的情况下降低汽轮机的出力，提高火电厂深度调峰的灵活性和安全性。

另一方面，充分利用蒸汽内的热量在释能组件工作时传递至释能组件，以提高膨胀机进口的二氧化碳温度，提高二氧化碳的膨胀做功效率。从而，实现二氧化碳储能系统与火电厂的深度调峰工况的配合，既能提高火电厂的调峰灵活性和安全性，又能提高二氧化碳的做功效率。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是本公开实施例一提供的储能系统的结构示意图；

图2是本公开实施例提供的汽轮机、耦合组件和释能组件的连接示意图；

图3是本公开实施例二提供的储能系统的结构示意图；

图4是本公开实施例三提供的储能系统的结构示意图；

图5是本公开实施例四提供的储能系统的结构示意图；

图6是本公开实施例五提供的储能系统的结构示意图；

图7是本公开实施例六提供的储能系统的结构示意图。

图中的附图标记分别表示为：

1、储气库；101、第五进口；102、第五出口；

2、储能组件；201、压缩机；2011、第四进口；2012、第四出口；202、储能换热器；

3、储液罐；301、第六进口；302、第六出口；

4、释能组件；401、膨胀机；4011、膨胀机进口；402、第一释能换热器；403、第二释能换热器；

5、耦合组件；

501、抽汽旁路；

502、第一储热模块；5021、第一换热器；5022、第一储热罐；50221、第二进口；50222、第二出口；5023、第二控制阀；

503、储冷罐；5031、第一进口；5032、第一出口；5033、第三出口；

504、第一控制阀；

505、膨胀阀；

506、第二储热模块；5062、第二储热罐；50621、第八出口；5063、第三控制阀；5064、第四控制阀；

507、介质冷却器；

508、蒸汽冷凝器；

509、水泵；

6、汽轮机；

601、高压缸；6011、高压出口；602、中压缸；6021、中压出口；

7、锅炉；8、预热器；9、冷凝器；10、蒸发器；11、第五控制阀；12、第六控制阀；13、释能冷却器。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

除非另有定义，本公开实施例所用的所有技术术语均具有与本领域普通技术人员通常理解的相同的含义。

火力发电厂简称火电厂，是利用可燃物（例如煤）作为燃料生产电能的工厂。它的基本生产过程是：燃料在燃烧时加热水生成蒸汽，将燃料的化学能转变成热能，蒸汽压力推动汽轮机旋转，热能转换成机械能，然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能。

深度调峰，是受电网用电负荷峰谷差较大影响而导致发电机组降出力超过基本调峰范围的运行方式，深度调峰的负荷范围超出了商业运行机组制造厂设计的锅炉最低稳燃负荷。

低负荷运行条件下，锅炉的蒸汽量、烟气量、各受热面的烟气温度均会下降，可能导致锅炉出现低负荷不能稳定燃烧、水动力安全性、低温受热面积灰和低温腐蚀等一系列安全性问题。

另一方面，储能技术能够在谷值负荷时储存电能，在峰值负荷时输出电能，可以与调峰设计同时应用满足电力负荷峰谷差的需求，二氧化碳储能技术因其结构简单、布置灵活、储能效率较高等优势而受到广泛关注。

因此，本公开提供了一种配合火电厂深度调峰的二氧化碳储能系统，既能提高火电厂的调峰灵活性和安全性，又能提高二氧化碳的做功效率。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。

在本公开中，当两个结构之间连通时，可以是指两个结构之间通过管道等约束流体的设备进行连接，也可以指两个结构直接连接，以能够使得流体可以从其中一个结构流向另一个结构为准。在管道上，可以根据需要设置阀门、压力计、流量计等部件。

图1是本公开实施例一提供的储能系统100的结构示意图。

一方面，结合图1所示，本实施例提供了一种耦合火电厂深度调峰的二氧化碳储能系统，储能系统包括：依次闭环连接的储气库1、储能组件2、储液罐3和释能组件4，释能组件4包括膨胀机401。

耦合组件5，耦合组件5包括抽汽旁路501和第一储热模块502；抽汽旁路501，连接火电厂的汽轮机6与第一储热模块502，抽汽旁路501用于在火电厂处于深度调峰工况时，将汽轮机6内的高温蒸汽引至第一储热模块502；第一储热模块502，连接释能组件4，第一储热模块502用于储存高温蒸汽所含的热量，并在释能组件4工作时向释能组件4提供热量，以提高膨胀机401进口的二氧化碳温度。

本实施例的耦合火电厂深度调峰的二氧化碳储能系统，依次闭环连接的储气库1、储能组件2、储液罐3和释能组件4能够将火电厂低谷电力储存起来在用电高峰时释放出来，满足电力系统的稳定持续的供应需求，不通过降低汽轮机组出力的方式降低发电量。

利用抽汽旁路501将汽轮机6内的高温蒸汽抽出，实现在不改变锅炉工况的前提下，通过将减少汽轮机6内的蒸汽量的方式降低汽轮机6的出力，避免深度调峰时锅炉长时间低负荷运行，从而有利于提高火电厂深度调峰的灵活性和安全性。

同时，将蒸汽内的热量吸收并存储在第一储热模块502内，并在释能组件4工作时将热量传递至释能组件4，以提高膨胀机401进口的二氧化碳温度，提高二氧化碳的膨胀做功效率。

从而，本实施例实现了二氧化碳储能系统与火电厂的深度调峰工况的配合，既能提高火电厂的调峰灵活性和安全性，又能提高二氧化碳储能的做功效率。

本实施例提供了一种适用于本实施例的储能系统的控制方法，具有本实施例储能系统的全部技术效果。

控制方法包括：在火电厂处于深度调峰工况，控制抽汽旁路501将汽轮机6内的高温蒸汽引至第一储热模块502，使得高温蒸汽内的热量传递并存储在第一储热模块502内。

在释能组件4工作时，控制第一储热模块502将热量传递至释能组件4，以提高膨胀机401进口的二氧化碳温度。

示例性地，储能组件2工作对应用电低谷时段，释能组件4工作对应用电高峰时段。

本实施例的控制方法，利用抽汽旁路501中蒸汽中蕴含的高热量，能够将释能组件4中的二氧化碳加热到高温水平，进一步提高二氧化碳膨胀做功的效率，有利于提升二氧化碳储能系统的储能效率。

利用本公开的控制方法，二氧化碳储能系统能够在用电低谷时利用低谷电力储存能量，还能够耦合火电厂实现深度调峰，并在用电高峰时完成能量释放，系统工作稳定灵活，具有较高的储能效率。

在一些可能的实现方式中，汽轮机6也称蒸汽透平发动机，是一种旋转式蒸汽动力装置，高温高压蒸汽穿过固定喷嘴成为加速的气流后喷射到叶片上，使装有叶片排的转子旋转，同时对外做功。示例性地，汽轮机6由转动部分和静止部分两个方面组成。转动部分包括主轴、叶轮、动叶片和联轴器等。静止部分包括进汽部分、汽缸、隔板和静叶栅、汽封及轴承等。

本实施例通过抽汽旁路501，能够控制汽轮机6的蒸汽量、蒸汽压力等，调节汽轮机6的出力，提高深度调峰的灵活性，有效提升火电厂的调峰能力的同时，利用第一储热模块502回收存储抽汽旁路501中的蒸汽热量，提高能量的综合利用率。

第一储热模块502位于抽汽旁路501和释能组件4之间，具有热量传递和热量存储的功能，热量传递包括从抽汽旁路501转移到第一储热模块502，以及从第一储热模块502转移到释能组件4，热量存储和传递利用流体状态的换热介质实现。

利用抽汽旁路501抽出的蒸汽中蕴含的高热量，能够在储能装置处于释能工况时将储能装置中的二氧化碳加热到高温水平，进一步提高二氧化碳膨胀做功的效率，有利于提升二氧化碳储能系统的储能效率。

本实施例的释能组件4，连接于储液罐3和储气库1之间，能够将储液罐3提供的液态二氧化碳蒸发为气态二氧化碳，并利用气态二氧化碳推动膨胀机401（又称透平）旋转，带动发电机实现储能系统的释能。

根据膨胀机工作原理以及大量工程实践，二氧化碳温度越高，其膨胀做功效率越高，释能效果更好。利用第一储热模块502的热量对即将进入膨胀机401的二氧化碳加热升温，能够提高其做功效率。

示例性地，膨胀机401包括但不限于涡轮式，其原理主要是流体（二氧化碳）所具有的能量在流动中经过喷管时转换成动能，流过转子时流体冲击叶片，推动转子转动，从而驱动膨胀机轴旋转。膨胀机轴直接或经传动机构带动其他机械（例如发电机），输出机械功，实现二氧化碳储能系统的释能。

可以理解的，释能组件4中的膨胀机401的数量，可以为一个、两个或多个。多个膨胀机401可以串联或者并联方式连接，膨胀机401数量的增加，可以提高释能组件4的释能效率，使得二氧化碳储能系统快速、高效释能。

图2是本公开实施例提供的汽轮机、耦合组件和释能组件的连接示意图，图中以虚线箭头示出了二氧化碳的流通路径，以实线箭头示出换热介质的流通路径。

结合图2所示，在一些实施例中，第一储热模块502包括第一换热器5021（heatexchanger）和第一储热罐5022；第一换热器5021连接抽汽旁路501与第一储热罐5022；第一换热器5021用于在火电厂处于深度调峰工况时吸收高温蒸汽所含的热量，第一储热罐5022用于在火电厂处于深度调峰工况时储存第一换热器5021吸收的热量。

第一换热器5021和第一储热罐5022位于抽汽旁路501和膨胀机401之间，具有热量传递和热量存储的功能，热量传递包括从抽汽旁路501经过第一换热器5021转移到第一储热罐5022，以及从第一储热罐5022转移到膨胀机401，热量存储和传递利用流体状态的换热介质实现。

示例性地，本实施例对应控制方法包括以下步骤。

在火电厂处于深度调峰工况，控制抽汽旁路501将汽轮机6内的高温蒸汽引至第一换热器5021，用于在火电厂处于深度调峰工况时吸收高温蒸汽所含的热量，并存储在第一储热罐5022内。

在释能组件4工作时，控制第一储热罐5022将热量传递至释能组件4，以提高膨胀机401进口的二氧化碳温度。

在火电厂和二氧化碳储能系统的实际生产应用中，火电厂处于深度调峰工况和释能组件4是分时段运行的。在某一时段，火电厂运行深度调峰工况时，释能组件4不工作，在不同的另一时段释能组件4工作时，火电厂的深度调峰工况不运行。

也即，第一储热模块502两次热量传递是分时段进行的，从而就需要其具有热量存储能力。在火电厂处于深度调峰工况时，第一换热器5021内的换热介质从汽轮机6提供的高温蒸汽中吸收热量（完成第一次热量传递），换热介质吸收热量转化为高温状态。高温状态的换热介质流入第一储热罐5022，并由第一储热罐5022对其保温存储。

在释能组件工作时，第一储热罐5022内的高温状态的换热介质流入释能组件4，并在释能组件4将热量传递至二氧化碳（完成第二次热量传递），该加热后的二氧化碳进一步的流向膨胀机进口4011。

示例性地，第一换热器5021的数量，例如为一个、两个、三个等等，多个第一换热器5021可以串联方式，或并联方式连接。

相应的，第一储热罐5022的数量，例如为一个、两个、三个等等，多个第一储热罐5022可以串联方式，或并联方式连接。

进一步的，第一换热器5021和第一储热罐5022的数量可以相同或不同。第一换热器5021和第一储热罐5022可以采用一对一、一对多或者多对一的方式组合出现。

优选地，第一换热器5021和第一储热罐5022的数量相同，并一对一串联形成一个储热单元，多个储热单元再并联布置。

第一换热器5021和第一储热罐5022的数量增加，能够提高耦合组件5从汽轮机6吸取的热量总额，提高其对汽轮机6的蒸汽流量、压力的调节范围，进一步的提高火电厂的调峰能力。同时，随着第一换热器5021和第一储热罐5022的数量增加，热量的传递效率成倍增加，热量总额也大大提升，储能装置能够利用的热量增加。

此外，可以根据高温蒸汽的流量、温度、压力等参数，以及释能工况时储能装置的所需的热量进行合理选择，例如合理选择连接至抽汽旁路501的第一换热器5021或第一储热罐5022的数量。

另一示例性地，第一换热器5021包括但不限于夹套式换热器、沉浸式换热器、喷淋式换热器、板式换热器、管壳式换热器等等。第一储热罐5022包括但不限于金属罐、容液池等等，能够用于存储容纳高温液态物质，并具有一定保温能力。

在一些可能的实现方式中，换热介质包括但不限于水、导热油（Thermalconductive oil）（例如合成型导热油、矿物型导热油等）、制冷剂（Refrigerant，又称冷媒、雪种）（例如氟利昂制冷剂等）。

图3是本公开实施例二提供的储能系统的结构示意图，示出释能组件4包括第一释能换热器402和膨胀机401时的连接状态。

结合图2、3所示，在一些实施例中，释能组件4还包括至少一个第一释能换热器402；第一释能换热器402连接第一储热模块502与膨胀机401，第一释能换热器402用于在释能组件4工作时利用第一储热模块502输送的热量，对流经第一释能换热器402的二氧化碳加热，以提高膨胀机进口4011的二氧化碳温度。

本实施例中的释能组件4，通过至少一个第一释能换热器402连接第一储热模块502与膨胀机401，能够利用第一储热模块502输送的热量提高膨胀机401进口的二氧化碳的温度，从而提高二氧化碳的作用效率。

示例性地，释能组件4工作时，第一释能换热器402分别供高温状态的换热介质（第一储热罐5022输入）与二氧化碳同时流经，并实现热量交换，遵循热传导规律，换热介质内的热量传递至二氧化碳，从而使得二氧化碳的温度升高，升温后的二氧化碳流入膨胀机进口4011，推动膨胀机401转动，膨胀机401带动发电机，将系统储存的能量转化为电能输出。

第一释能换热器402连接在膨胀机进口4011处，缩短升温后的二氧化碳的流动路径，减少热量的损失。

示例性地，本实施例对应控制方法包括以下步骤。

在火电厂处于深度调峰工况，控制抽汽旁路501将汽轮机6内的高温蒸汽引至第一储热模块502，使得高温蒸汽内的热量传递并存储在第一储热模块502内。

在释能组件4工作时，控制第一储热模块502将热量传递至第一释能换热器402流经的二氧化碳，以提高膨胀机401的膨胀机进口4011的二氧化碳温度。

另一示例性地，第一释能换热器402包括但不限于夹套式换热器、沉浸式换热器、喷淋式换热器、板式换热器、管壳式换热器等等。

第一释能换热器402的数量，例如为一个、两个、三个等等，多个释能换热器可以串联方式，或并联方式连接。

图4是本公开实施例三提供的储能系统的结构示意图，示出了耦合组件5包括抽汽旁路501、第一储热模块502和储冷罐503时的连接状态。

结合图2、4-7所示，在一些实施例中，耦合组件5还包括储冷罐503。

储冷罐503、第一储热模块502与释能组件4之间形成换热介质的循环回路；换热介质从储冷罐503流动至第一储热模块502时，能够吸收并存储高温蒸汽的热量；换热介质从第一储热模块502流动至储冷罐503时，能够将存储的高温蒸汽的热量转移至释能组件4，以提高膨胀机进口4011的二氧化碳温度。

示例性地，储冷罐503包括第一进口5031和第一出口5032，储冷罐503的第一出口5032与第一换热器5021连接，第一换热器5021与第一储热罐5022的第二进口50221连接，第一储热罐5022的第二出口50222与释能组件4连接，释能组件4与储冷罐503的第一进口5031连接，换热介质的循环路径为储冷罐503→第一换热器5021→第一储热罐5022→释能组件4→储冷罐503。换热介质在第一换热器5021处吸热升温，在释能组件4处放热降温，第一储热罐5022内的换热介质的温度高于储冷罐503内的换热介质。

可选地，释能组件4包括第一释能换热器402，则第一储热罐5022流出的换热介质流经第一释能换热器402，并在第一释能换热器402内完成放热降温，以加热气态二氧化碳，提高膨胀机进口4011的二氧化碳温度。

示例性地，本实施例的控制方法包括以下步骤。

在火电厂处于深度调峰工况时，控制抽汽旁路501将汽轮机6内的高温蒸汽引至第一换热器5021，换热介质从储冷罐503流动至第一换热器5021时吸收高温蒸汽所含的热量，并存储在第一储热罐5022内。

释能组件4工作，换热介质从第一储热罐5022流动至储冷罐503时，控制第一储热罐5022将热量传递至第一释能换热器402流经的二氧化碳，以提高膨胀机401的膨胀机进口4011的二氧化碳温度。

在一些可能的实现方式中，储冷罐503的第一进口5031处还设置有介质冷却器507，该介质冷却器507能够进一步降低换热介质的温度，使其能够在流经第一换热器5021时吸收存储更多的热量。

示例性地，该介质冷却器507包括但不限于列管式冷却器、板式冷却器和风冷式冷却器等等，例如利用水或空气去除换热介质内的热量。

另一示例性地，该介质冷却器507还可以采用外部冷源，例如制冷设备、热泵系统等等，可以进一步提高冷却能力。

可以理解的，在换热介质的循环回路中，具有至少一个驱动元件，用以驱动换热介质循环流动，以及至少一个控制阀，用以控制换热介质的流量等。

示例性地，火电厂热力系统是火电厂的锅炉7出口连接至汽轮机高压缸601进口，汽轮机高压缸601的高压出口6011连接至汽轮机的中压缸602的进口，汽轮机中压缸602的中压出口6021连接至汽轮机低压缸（图中未画出）、蒸汽冷凝器508、水泵509等部件。

结合图2所示，在一些实施例中，汽轮机6包括高压缸601和中压缸602，抽汽旁路501与高压缸601的高压出口6011和中压缸602的中压出口6021中的至少之一连接。

示例性地，抽汽旁路501与高压缸601的高压出口6011连接，或抽汽旁路501与中压缸602的中压出口6021连接，还可以抽汽旁路501分别与高压缸601的高压出口6011和中压缸602的中压出口6021连接。优选地，抽汽旁路501与高压缸601的高压出口6011连接。

火电厂通过高温蒸汽推动汽轮机6的叶轮旋转带动发电机实现发电，汽轮机6的高压缸601和中压缸602通入高温高压的蒸汽。在深度调峰工况时，需要调整高压缸601的蒸汽流量和蒸汽压力，导致高压缸601处于变工况运行状态，存在安全风险。

本实施例将抽汽旁路501与高压缸601的高压出口6011或中压缸602的中压出口6021连接，能够通过控制抽出蒸汽的流量，对中压缸602或低压缸（未画出）内的蒸汽流量和压力进行调整，在使得高压缸601不进入变工况运行状态的前提下，实现对汽轮机6出力大小的调整，进而获得扩大汽轮机6的调峰能力的效果。

结合图2所示，在一些实施例中，耦合组件5还包括至少一个第一控制阀504，至少一个第一控制阀504位于抽汽旁路501上，用于控制抽汽旁路501的通断。示例性地，第一控制阀504包括但不限于闸阀、截止阀、金属硬密封蝶阀、合金阀等等，能够适用于控制抽汽旁路中高温蒸汽的通断、流量控制等等。

在抽汽旁路501上设置至少一个第一控制阀504，能够控制抽汽旁路501中高温蒸汽的通断、流量、压力等，提高抽汽旁路501的调节能力，满足火电厂不同调峰深度的运行需求。

该实施例不影响火电厂原有的发电循环，利用汽轮机6中压缸602或低压缸运行参数相对锅炉7、汽轮机6高压缸601运行参数低的特性，在高压缸601或中压缸602的出口设置抽汽旁路501，通过控制第一控制阀504的开度控制进入汽轮机6中压缸602或低压缸的蒸汽流量，调节中压缸602或低压缸出力，进一步有效提升火电厂调峰能力。

将抽汽旁路501设置在汽轮机6的高压出口6011，能够避免在调峰时锅炉7、高压缸601变工况运行，保障汽轮机组的安全稳定运行。

将抽汽旁路501设置在中压出口6021，能够避免在调峰时锅炉7、高压缸601及中压缸602的变工况运行，保障汽轮机组的安全稳定运行。

结合图2所示，在一些实施例中，第一换热器5021与火电厂的锅炉7连接，高温蒸汽流经第一换热器5021放热后回流至锅炉7。

在火电厂实际生产中，锅炉7通过燃煤等方式获得高温蒸汽，高温蒸汽从锅炉7中流入汽轮机6，并推动汽轮机6的叶轮旋转。从高压缸601或中压缸602的出口引出的部分高温蒸汽流经第一换热器5021放热后回流至锅炉7，本公开没有产生火电厂的蒸汽浪费，提高火电厂内的资源循环利用率。

结合图2所示，在一些实施例中，耦合组件5还包括膨胀阀505；膨胀阀505连接于第一换热器5021和锅炉7之间。

在第一换热器5021和锅炉7之间可以选择性地布置膨胀阀505，对第一换热器5021放热后的蒸汽进行降压，满足锅炉7对蒸汽的回收压力要求。

另一示例性地，在第一换热器5021和锅炉7之间还可以设置蒸汽冷凝器508、水泵509。其中，蒸汽冷凝器508有助于将蒸汽冷凝成液态水，水泵509将液态水泵入锅炉7，执行循环利用。

可选地，参考图2所示，第一储热模块502还设有至少一个第二控制阀5023，该第二控制阀5023与第一储热罐5022的第二出口50222连接，用于控制第一储热罐5022内的换热介质与释能组件4之间的流通。

图5是本公开实施例四提供的储能系统的结构示意图，示出了耦合组件5包括抽汽旁路501、第一储热模块502、储冷罐503和第二储热模块506时的连接状态。图6是本公开实施例五提供的储能系统的结构示意图，图中以虚线箭头示出了二氧化碳的流通路径，以实线箭头示出换热介质的流通路径。

结合图5、6所示，在一些实施例中，耦合组件5还包括第二储热模块506，第二储热模块506分别与储能组件2和释能组件4连接。

第二储热模块506用于在储能组件2工作时吸收并存储储能组件2产生的热量，并在释能组件4工作时向释能组件4提供热量，以提高膨胀机401进口的二氧化碳温度。

本实施例中，二氧化碳储能系统的储能组件2用于利用电能将气态二氧化碳压缩并冷凝成高压的液态二氧化碳。本实施例还包括有第二储热模块506，第二储热模块506在储能组件2工作时从储能组件2吸热，在释能组件4工作时向释能组件4供热，通过将储能组件2工作产生的热能提供给释能组件4工作，对储能时气态二氧化碳压缩产生的热能进行回收利用，可以减少能量浪费，提高能量利用率。

示例性地，本实施例对应的控制方法包括以下步骤。

在储能组件2工作时，控制储能组件2将气态二氧化碳压缩并冷凝为液态二氧化碳，并将压缩过程中产生的热量传递并存储在第二储热模块506内。

在释能组件4工作时，控制第二储热模块506将热量传递至释能组件4，以提高膨胀机401的膨胀机进口4011的二氧化碳温度。

在一些可能的实现方式中，为表述方便，第二储热模块506存储的换热介质称为第二换热介质，第二换热介质可以和第一储热罐5022存储的换热介质不同也可以相同，当第二换热介质和第一储热罐5022存储的换热介质不同时，第二储热模块506包括第二储热罐5062和第二储冷罐（未画出），第二储热罐5062、第二储冷罐（未画出）与释能组件4之间形成第二换热介质的循环回路。

示例性地，第二换热介质从第二储冷罐流动至第二储热罐5062时，能够吸收并存储储能组件2产生的热量；第二换热介质从第二储热罐5062流动至第二储冷罐时，能够将存储的热量（储能组件2产生的热量）转移至释能组件4，以提高膨胀机401的膨胀机进口4011的二氧化碳温度。

当第二换热介质和第一储热罐5022存储的换热介质相同时，第二储热模块506包括第二储热罐5062，可以省略第二储冷罐，第二储热罐5062、储冷罐503与释能组件4之间形成第二换热介质（即换热介质）的循环回路。

示例性地，换热介质从储冷罐503流动至第二储热罐5062时，能够吸收并存储储能组件2产生的热量；换热介质从第二储热罐5062流动至储冷罐503时，能够将存储的热量（储能组件2产生的热量）转移至释能组件4，以提高膨胀机401的膨胀机进口4011的二氧化碳温度。

为表述方便，以下涉及第二储热模块506存储的第二换热介质和第一储热罐存储的换热介质默认相同，都称呼为换热介质。

在一些可能的实现方式中，第二储热模块506与第一释能换热器402连接，第二储热模块506通过第一释能换热器402与二氧化碳进行热量交换，提高膨胀机进口4011的二氧化碳温度。

示例性地，第一释能换热器402可以具有第一冷通道和第二冷通道，第一冷通道的入口与第一储热模块502的出口连接，第二冷通道的入口与第二储热模块506的出口连接；第一冷通道的出口和第二冷通道的出口与储冷罐503连接。

参考图6、7所示，在另一些可能的实现方式中，释能组件4还包括第二释能换热器403，第二储热模块506与第二释能换热器403连接，第二储热模块506通过第二释能换热器403与二氧化碳进行热量交换，提高膨胀机进口4011的二氧化碳温度。

参考图6所示，示例性地，当释能组件4包括第一释能换热器402和第二释能换热器403时，由于第二储热模块506的热量来自储能组件2，其提供的温度要低于第一储热模块502，因此将第二释能换热器403布置在第一释能换热器402的上游，使得二氧化碳优先从第二储热模块506吸收热量，然后再从第一储热模块502吸收热量，二氧化碳的进行梯次升温，有利于提高二氧化碳的温度上限，提高其膨胀作用效率。

示例性地，本实施例的控制方法包括以下步骤。

在火电厂处于深度调峰工况时，控制抽汽旁路501将汽轮机6内的高温蒸汽引至第一换热器5021，换热介质从储冷罐503流动至第一换热器5021时吸收高温蒸汽所含的热量，并存储在第一储热罐5022内。

换热介质从储冷罐503流动至第二储热模块506时，能够吸收并存储储能组件2产生的热量。

释能组件4工作，换热介质从第二储热模块506流动至储冷罐503时，控制第二储热模块506将热量传递至第二释能换热器403流经的二氧化碳。

换热介质从第一储热罐5022流动至储冷罐503时，控制第一储热罐5022将热量传递至第一释能换热器402流经的二氧化碳。

使二氧化碳先从第二储热模块506吸收热量，再从第一储热模块502吸收热量，二氧化碳进行梯次升温，以提高膨胀机401进口的二氧化碳温度。

在一些可能的实现方式中，储气库1用于存储气态的二氧化碳，其内部的压力与温度可以维持在一定范围内，以满足储能要求。示例性地，储气库1内的气态二氧化碳的压力可以接近环境压力，即周围的大气压。在一些实施方式中，储气库1内的温度在-40℃~70℃范围内，示例性说明，可选-40℃、0℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、50℃、60℃、70℃等等，储气库1内的气压与外界大气的气压差小于1000Pa。

另一可能的实现方式中，储气库1可以设置保温组件对储气库1进行保温，使其内部的温度维持在所需范围内。

另一可能的实现方式中，储气库1采用气膜储气库，其容积能够变化，当有二氧化碳充入时，储气库1的容积增大，当有二氧化碳流出时，储气库1的容积减小，以此来实现储气库1内压力的恒定。需要说明的是，储气库1内部的压力与温度维持在一定范围内，在上述分析中，可以将其近似看作恒定值。

可以理解的是，在本公开的其他实施方式中，储气库1还可以采用其他可变容积的容器。

在另一些可能的实现方式中，储液罐3用于存储液态二氧化碳。

可选地，储液罐3中的液态二氧化碳的压力在2MPa~10MPa之间，示例性说明，如可选2MPa、5MPa、6MPa、7MPa、7.2MPa、7.5MPa、8MPa、10Mpa等等。

可选地，储液罐3中的液态二氧化碳可以不超过50℃，尤其是不超过30℃，例如在20℃-30℃之间。示例性地，液态二氧化碳流入储液罐3中时温度在20℃~30℃，以使得储液罐3中的液态二氧化碳的温度不超过30℃。

示例性地，储液罐3中的液态二氧化碳的温度在20℃~30℃，压力在7MPa~7.5MPa之间。这样，可以避免储液罐3中的液态二氧化碳意外升高、压力增大而导致的安全隐患，使得本公开的二氧化碳储能系统更适宜部署于居民区、学校、医院、车站、商业中心等人员密集的场所。

结合图3所示，在一些可能的实现方式中，第二储热罐5062采用与第一储热罐5022相近的结构，具体可参考前文，此处不再赘述。

结合图6所示，在一些可能的实现方式中，储能组件2包括冷凝器9与至少一个压缩储能部，压缩储能部包括压缩机201与储能换热器202；冷凝器9用于冷凝二氧化碳，压缩机201用于压缩二氧化碳。在每个压缩储能部中的储能换热器202与压缩机201连接，沿二氧化碳循环方向始端的压缩储能部中的压缩机201与储气库1连接，末端的压缩储能部中的储能换热器202与冷凝器9连接，冷凝器9与储液罐3连接，此处的始端与末端是以二氧化碳从储气库1经过储能组件2到达储液罐3的方向来定义的。

图6中以一个压缩储能部为例，储能组件2包括冷凝器9、一个压缩机201和一个储能换热器202，压缩机201的第四进口2011与储气库1的第五出口102连接，压缩机201的第四出口2012与储能换热器202连接，气态二氧化碳经压缩机201压缩，压力和温度增加，并通过冷凝器9放热由气态相变为液态，液态二氧化碳经第六进口301流入储液罐3，实现储能。压缩产生的热量通过储能换热器202传递给换热介质，并被存储在第二储热罐5062内。在一些可能的实现方式中，储能换热器202连接于储冷罐503的第三出口5033，从而能够将储冷罐503内的低温换热介质引出，吸收储能组件2中二氧化碳的热量。

示例性，第二储热模块506还包括第三控制阀5063，设置在第二储热罐5062和第二释能换热器403之间，用于控制第二储热罐5062内的换热介质与释能组件4（例如为第二释能换热器403）之间的流通。

另一可选地，第二储热模块506与储冷罐503之间具有至少一个第四控制阀5064，该第四控制阀5064用于控制储冷罐503内的换热介质与储能组件2（例如为储能换热器202）之间的流通。

本公开的二氧化碳储能系统中，还可在储气库1的第五出口102和储能组件2之间设置至少一个预热器8，实现对二氧化碳的预热。储气库1出来的常温常压的二氧化碳经预热器8加热升温二氧化碳，提高了第四进口2011的二氧化碳温度，进一步提高了二氧化碳压缩后的热能，从而提高第二储热模块506吸收并存储的热量。

示例性地，释能组件4包括蒸发器10、释能冷却器13、至少一个膨胀释能部，膨胀释能部包括膨胀机401与释能换热器，蒸发器10用于蒸发液态二氧化碳，膨胀机401用于释放能量，释能冷却器13用于对进入储气库1的二氧化碳进行冷却，每个膨胀释能部中的膨胀机401与释能换热器连接，蒸发器10与储液罐3连接，沿二氧化碳的流动方向始端的膨胀释能部中的释能换热器与蒸发器10连接，末端的膨胀释能部中的膨胀机401与释能冷却器13连接，释能冷却器13与储气库1连接。此处的始端与末端是以从储液罐3经过释能组件4到达储气库1的方向来定义的。若仅有一个膨胀释能部时，则始端与末端均为仅有的这一个膨胀释能部。可选地，上述释能换热器可以是单独的第一释能换热器402或第二释能换热器403，或此外的其它换热器，也可以是第二释能换热器403、第一释能换热器402和其它换热器中的至少两个组合连接而成。

以系统中具有一个膨胀释能部为例，在储液罐3的第六出口302和蒸发器10连接，液态二氧化碳经蒸发器10吸热蒸发为气态二氧化碳。储气库1的第五进口101和释能冷却器13连接，以降低流入储气库1的二氧化碳的温度，提高储气库1的安全性。

储液罐3的第六出口302可以设置至少一个第五控制阀11，以控制液态二氧化碳的供应量。储气库1的第五出口102可以设置至少一个第六控制阀12，以控制气态二氧化碳的供应量。

本公开的耦合火电厂深度调峰的二氧化碳储能系统，在用电低谷时利用低谷电力储存能量，还能够耦合火电厂实现深度调峰，并在用电高峰时完成能量释放，系统工作稳定灵活，具有较高的储能效率。

以下，参照图6，结合实例说明本公开提供的配合火电厂深度调峰的二氧化碳储能系统的具体工作过程。

初始状态下，关闭所有控制阀。

当用户处于用电低谷时，关闭第一控制阀504、第二控制阀5023、第三控制阀5063和第五控制阀11，打开第四控制阀5064和第六控制阀12，配合火电厂深度调峰的二氧化碳储能系统的储能部分进行工作。储气库1内的常温常压二氧化碳进入预热器8升温之后进入压缩机201，利用低谷电力驱动压缩机201对二氧化碳进行压缩，被压缩后的二氧化碳进入储能换热器202换热降温，将热量传递给来自储冷罐503内的低温状态的换热介质，降温后的二氧化碳进入冷凝器9，被低温冷源冷凝为液态并储存在储液罐3中。在储能换热器202内吸热升温的换热介质进入第二储热罐5062储存，至此完成工质压缩与热量储存。

当火电厂需要深度调峰时，打开第一控制阀504，并保持其余控制阀关闭。锅炉7出口高温高压蒸汽进入汽轮机6的高压缸601膨胀做功，高压缸601的高压出口6011的蒸汽分为两路，一路进入汽轮机6的中压缸602继续膨胀做功，之后继续完成原电厂热力循环；另一路进入抽汽旁路501，并被引至第一换热器5021，在第一换热器5021内加热储冷罐503输入的低温状态的换热介质，之后依次经膨胀阀505降温降压，进入蒸汽冷凝器508冷凝为水，再经水泵509增压后重新进入锅炉7吸热蒸发。换热介质在第一换热器5021内吸热升温后进入第一储热罐5022储存。至此完成配合火电厂的深度调峰实现蒸汽热量的回收存储。

当用户处于用电高峰时，关闭第一控制阀504、第四控制阀5064和第六控制阀12，打开第三控制阀5063和第五控制阀11。此时，若储能系统参与了火电厂深度调峰，则打开第二控制阀5023；若没有参与深度调峰，则关闭第二控制阀5023，配合火电厂深度调峰的二氧化碳储能系统的释能部分进行工作。以储能系统参与了火电厂深度调峰，打开第二控制阀5023为例，储液罐3内的液态二氧化碳进入蒸发器10，吸收热量并蒸发，气态二氧化碳进入第二释能换热器403与来自第二储热罐5062的换热介质换热升温，之后进入第一释能换热器402与来自第一储热罐5022的换热介质换热，进一步提高温度，高温高压二氧化碳进入膨胀机401内膨胀做功，带动发电机发电。最后，低温常压二氧化碳经释能冷却器13冷却后储存在储气库1内。换热介质经第二释能换热器403与第一释能换热器402放热降温后的换热介质经介质冷却器507冷却后，储存在储冷罐503中。至此完成二氧化碳的膨胀与热量释放。

此外，将蒸汽冷凝器508的冷凝水引入蒸发器10，对火电厂发电产生的低温废热进行进一步利用，有效提升本系统储能效率与能量利用率。

另一方面，本实施例提供了一种控制方法，适用于本公开的储能系统。控制方法具体可参考前文，此处不再赘述。

本实施例的控制方法适用于本公开的储能系统，具有本公开储能系统的全部技术效果。

需要指出的是，在本文中提及的“若干个”、“至少一个”是指一个或者多个，“多个”、“至少两个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、“一些示例”、“一些可能的实现方式”、或“可能的实现方式”的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施方式或示例中。在技术特征不冲突、结构不矛盾、不违背本公开的发明目的前提下，各个实施例的技术方案可以任意组合、搭配使用。

以上所述仅为本公开的实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种配合火电厂深度调峰的二氧化碳储能系统，其特征在于，包括：依次闭环连接的储气库、储能组件、储液罐和释能组件，所述释能组件包括膨胀机；

耦合组件，所述耦合组件包括抽汽旁路和第一储热模块；

所述抽汽旁路，连接火电厂的汽轮机与所述第一储热模块，所述抽汽旁路用于在火电厂处于深度调峰工况时，将所述汽轮机内的高温蒸汽引至所述第一储热模块；

所述第一储热模块，连接所述释能组件，所述第一储热模块用于储存所述高温蒸汽所含的热量，并在所述释能组件工作时向所述释能组件提供热量，以提高所述膨胀机进口的二氧化碳温度。

2.根据权利要求1所述的配合火电厂深度调峰的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述第一储热模块包括第一换热器和第一储热罐；

所述第一换热器连接所述抽汽旁路与所述第一储热罐；

所述第一换热器用于在所述火电厂处于深度调峰工况时吸收所述高温蒸汽所含的热量，所述第一储热罐用于在所述火电厂处于深度调峰工况时储存所述第一换热器吸收的热量。

3.根据权利要求1所述的配合火电厂深度调峰的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述释能组件还包括至少一个第一释能换热器；

所述第一释能换热器连接所述第一储热模块与所述膨胀机，所述第一释能换热器用于在所述释能组件工作时利用所述第一储热模块输送的热量，对流经所述第一释能换热器的二氧化碳加热，以提高所述膨胀机进口的二氧化碳温度。

4.根据权利要求1所述的配合火电厂深度调峰的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述耦合组件还包括储冷罐；

所述储冷罐、所述第一储热模块与所述释能组件之间形成换热介质的循环回路；

所述换热介质从所述储冷罐流动至所述第一储热模块时，能够吸收并存储所述高温蒸汽的热量；所述换热介质从所述第一储热模块流动至所述储冷罐时，能够将存储的所述高温蒸汽的热量转移至所述释能组件，以提高膨胀机进口的二氧化碳温度。

5.根据权利要求1所述的配合火电厂深度调峰的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述汽轮机包括高压缸和中压缸，所述抽汽旁路与所述高压缸的第一出口和所述中压缸的第二出口中的至少之一连接。

6.根据权利要求1所述的配合火电厂深度调峰的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述耦合组件还包括至少一个第一控制阀，所述至少一个第一控制阀位于所述抽汽旁路上，用于控制所述抽汽旁路的通断。

7.根据权利要求2所述的配合火电厂深度调峰的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述第一换热器与所述火电厂的锅炉连接，所述高温蒸汽流经所述第一换热器放热后回流至所述锅炉。

8.根据权利要求2所述的配合火电厂深度调峰的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述耦合组件还包括膨胀阀，所述膨胀阀连接于所述第一换热器和所述火电厂的锅炉之间，以降低流经所述第一换热器放热后的所述高温蒸汽的压力。

9.根据权利要求1所述的配合火电厂深度调峰的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述耦合组件还包括第二储热模块，所述第二储热模块分别与所述储能组件和所述释能组件连接；

所述第二储热模块用于在所述储能组件工作时吸收并存储所述储能组件产生的热量，并在所述释能组件工作时向所述释能组件提供热量，以提高所述膨胀机进口的二氧化碳温度。

10.一种控制方法，其特征在于，适用于权利要求1-9中任一项所述的储能系统；

所述控制方法包括：

在火电厂处于深度调峰工况时，控制所述抽汽旁路将所述汽轮机内的高温蒸汽引至所述第一储热模块，使得所述高温蒸汽内的热量传递并存储在所述第一储热模块内；

在释能组件工作时，控制所述第一储热模块将热量传递至所述释能组件，以提高所述膨胀机进口的二氧化碳温度。

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