CN115406288B - 二氧化碳气液相变储能系统的存储单元、控制方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种二氧化碳气液相变储能系统的存储单元、控制方法与系统，属于储能技术领域。该二氧化碳气液相变储能系统的存储单元具有储能容器、蒸发器、释能保压流路；其中，储能容器用于储存气态二氧化碳和液态二氧化碳；蒸发器连接所述储能容器，其用于将液态二氧化碳蒸发为气态二氧化碳；释能保压流路与所述储能容器、所述蒸发器形成闭环连接，所述储能容器内的液态二氧化碳在所述储能系统释能阶段能够通过蒸发器蒸发为气态二氧化碳部分或者全部回流到储能容器，保持储能容器的压力在释能阶段稳定在储能系统设计压力范围内。该存储单元能够使得储能工质容器中的压力在释能阶段维持稳定。

Description

二氧化碳气液相变储能系统的存储单元、控制方法与系统

技术领域

本发明涉及储能技术领域，具体而言，涉及一种二氧化碳气液相变储能系统的存储单元、控制方法与系统。

背景技术

储能技术的应用能够在很大程度上解决新能源发电的波动性与间歇性等弊端，有效地解决了移峰填谷的难题，近年来受到越来越多的重视。其中，二氧化碳气液相变储能技术由于结构简单、布置灵活、储能效率较高等优势逐渐引起了广泛的关注。

但是，由于气液相变二氧化碳储能系统在储能过程中将常温常压的气态二氧化碳压缩冷凝为液态二氧化碳储存在容积一定的储液罐内，在释能过程中，储液罐内的压力随着液态二氧化碳的减少而不断降低，导致透平的变工况，威胁机组的安全稳定运行。另外，在储能过程中，随着储能容器内的液态二氧化碳的增加，储罐内的压力不断升高，导致压缩机的变工况，威胁机组的安全稳定运行。此外，在储能和释能的间隔时间段，当外界环境温度升高，储能容器内的液态二氧化碳会吸热蒸发，使得罐内压力升高，超出设计压力，影响储能系统安全。

需要说明的是，在上述背景技术部分发明的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的一个或者多个不足，提供一种二氧化碳气液相变储能系统的存储单元、控制方法与系统。

根据本发明的第一个方面，提供一种二氧化碳气液相变储能系统的存储单元，其特征在于，包括：

储能容器，其用于储存气态二氧化碳和液态二氧化碳；

蒸发器，连接所述储能容器，其用于将液态二氧化碳蒸发为气态二氧化碳；

释能保压流路，其与所述储能容器、所述蒸发器形成闭环连接，使得所述储能容器内的液态二氧化碳在所述储能系统释能阶段能够通过蒸发器蒸发为气态二氧化碳部分或者全部回流到储能容器，保持储能容器的压力在释能阶段稳定在设计压力范围内。

根据本发明的一种实施方式，所述释能保压流路上设置用于控制流路通断的释能保压控制阀。

根据本发明的一种实施方式，所述储能容器的数量为多个；所述多个储能容器串联连接。

根据本发明的一种实施方式，所述储能容器的数量为多个；所述多个储能容器并联连接。

根据本发明的一种实施方式，多个所述储能容器均设有气相流入接口，其用于气态二氧化碳向储能容器流入，多个所述储能容器的所述气相流入接口之间通过所述释能保压控制阀并联于所述蒸发器。

根据本发明的一种实施方式，多个所述储能容器均设有液相流出接口，其用于液态二氧化碳从储能容器流出，所述蒸发器和所述储能容器连接管路上设有液相流出控制阀，多个所述储能容器的所述液相流出接口之间通过所述液相流出控制阀并联于所述蒸发器。

根据本发明的一种实施方式，还包括：

冷凝器，连接所述储能容器，其用于将气态二氧化碳冷凝为液态二氧化碳；

储能保压流路，其与所述储能容器、所述冷凝器形成闭环连接；

所述储能容器内的气态二氧化碳在所述储能系统储能阶段以及储能和释能的间隔时间段能够通过所述储能保压流路流入所述冷凝器冷凝为液态二氧化碳后回流到储能容器，保持储能容器的压力在储能阶段以及储能和释能的间隔时间段稳定在设计压力范围内。

根据本发明的第二个方面，提供一种二氧化碳气液相变储能系统，包括上述的存储单元。

根据本发明的第三个方面，提供一种二氧化碳气液相变储能系统的存储单元的控制方法，包括：

释能阶段，释能保压流路导通，以使得所述储能容器内的液态二氧化碳通过所述蒸发器产生的气态二氧化碳部分或者全部回流至所述储能容器中，保持储能容器的压力在释能阶段稳定在设计压力范围内。

根据本发明的一些实施方式，在释能阶段中，储能容器中的液态二氧化碳流入蒸发器进行蒸发，通过蒸发器蒸发为气态二氧化碳的一部分或者全部经释能保压流路流回储能容器，弥补储能容器中因液态二氧化碳流出的压力降低，维持储能容器中压力基本不变。这样，可以在释能过程中使得储能容器中的压力保持稳定，进而使得释能组件在额定工况下工作，有利于系统储能效率的提高和安全稳定运行。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明一种实施方式中，二氧化碳气液相变储能系统的存储单元的原理示意图。

图2为本发明一种实施方式中，二氧化碳气液相变储能系统的存储单元的原理示意图。

图3为本发明一种实施方式中，二氧化碳气液相变储能系统的原理示意图。

图4为本发明一种实施方式中，二氧化碳气液相变储能系统的原理示意图。

图5为本发明一种实施方式中，二氧化碳气液相变储能系统的结构示意图。

图6为本发明一种实施方式中，二氧化碳气液相变储能系统的结构示意图。

图7为本发明一种实施方式中，二氧化碳气液相变储能系统的原理示意图。

附图标记说明：

100、存储单元；110、储能容器；120、储能保压流路；130、释能保压流路；140、液态二氧化碳增压泵；150、蒸发器；160、冷凝器；200、储气库；300、储能组件；310、储能换热器；320、压缩机；400、释能组件；410、释能换热器；420、膨胀机；430、二氧化碳冷却器；500、第一蒸发器；501、释能保压控制阀；502、储能保压控制阀；503、第一控制阀；504、第二控制阀；505、液相流入控制阀；506、液相流出控制阀。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。此外，附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。

本发明实施方式提供一种二氧化碳气液相变储能系统以及用于该系统的存储单元。

在本发明的一种实施方式中，参见图1，存储单元100包括储能容器110、蒸发器150和释能保压流路130。储能容器110用于储存气态二氧化碳和液态二氧化碳；蒸发器150连接所述储能容器110，其用于将液态二氧化碳蒸发为气态二氧化碳；释能保压流路130与所述储能容器110、所述蒸发器150形成闭环连接，使得所述储能容器110内的液态二氧化碳在所述储能系统的释能阶段能够通过蒸发器150蒸发为气态二氧化碳部分或者全部回流到储能容器110，保持储能容器110的压力在释能阶段稳定在设计压力范围内。本发明实施方式还提供了该存储单元(具有释能保压流路130的存储单元)的控制方法，包括：

释能阶段，储能容器110内的液态二氧化碳通过所述蒸发器150产生的气态二氧化碳部分或者全部经释能保压流路130回流至所述储能容器110中，保持储能容器110的压力在释能阶段稳定在储能系统设计压力范围内。

在一种示例中，参见图1，所述释能保压流路130上设置有用于控制流路通断的释能保压控制阀501。可以使得释能保压控制阀501打开，进而使得释能保压流路130导通；相应的，可以使得释能保压控制阀501关闭，进而使得释能保压流路130截止。

在本发明的一些实施方式中，储能容器110的数量为多个，这些储能容器110可以相互串联，或者相互并联，再或者可以通过串并联混合的方式相互连接。

在本发明的一种实施方式中，储能容器110的数量为多个；所述多个储能容器串联连接。这样，可以增大存储单元100的存储容积。

在本发明的一种实施方式中，储能容器110的数量为多个；所述多个储能容器并联连接。这样，可以增大存储单元100的存储容积。

在一种示例中，多个所述储能容器110均设有气相流入接口，其用于气态二氧化碳向储能容器110流入，多个所述储能容器110的所述气相流入接口之间通过所述释能保压控制阀501并联于所述蒸发器150。举例而言，参见图6，存储单元具有与各个储能容器110一一对应的释能保压控制阀501。储能容器110的气相流入接口与对应的释能保压控制阀501的第一端连接，各个释能保压控制阀501的第二端均与蒸发器150的出口连接。

在一种示例中，多个所述储能容器110均设有液相流出接口，其用于液态二氧化碳从储能容器110流出，所述蒸发器150和所述储能容器110连接管路上设有液相流出控制阀506，多个所述储能容器110的所述液相流出接口之间通过所述液相流出控制阀506并联于所述蒸发器150。举例而言，参见图6，存储单元具有与各个储能容器110一一对应的液相流出控制阀506。储能容器110的液相流出接口与对应的液相流出控制阀506的第一端连接，各个液相流出控制阀506的第二端均与蒸发器150的入口连接。

在一种示例中，参见图6，储能容器的液相流入接口和液相流出接口为同一液相接口。当然的，储能容器的液相流入接口和液相流出接口也可以为不同的液相接口。

在一种示例中，参见图6，储能容器的气相流入接口和气相流出接口为同一气相接口。当然的，储能容器的气相流入接口和气相流出接口也可以为不同的气相接口。

在本发明的另一种实施方式中，参见图2，存储单元100还包括冷凝器160、储能保压流路120。冷凝器160连接所述储能容器110，其用于将气态二氧化碳冷凝为液态二氧化碳；储能保压流路120，其与所述储能容器110、所述冷凝器160形成闭环连接，所述储能容器内的气态二氧化碳在所述储能系统储能阶段以及储能和释能的间隔时间段能够通过所述储能保压流路流入所述冷凝器冷凝为液态二氧化碳后回流到储能容器，保持储能容器的压力在储能阶段以及储能和释能的间隔时间段稳定在设计压力范围内。

本发明实施方式还提供了该存储单元(具有储能保压流路120和释能保压流路130的存储单元)的控制方法，包括：

储能阶段，储能容器110中的气态二氧化碳经储能保压流路120流出至所述冷凝器160被冷凝为液态二氧化碳后回流到储能容器110，保持储能容器的压力在储能阶段稳定在储能系统设计压力范围内；

释能阶段，所述储能容器110内的液态二氧化碳通过所述蒸发器150产生的气态二氧化碳部分或者全部经储能保压流路120回流至所述储能容器110中，保持储能容器110的压力在释能阶段稳定在储能系统设计压力范围内。

进一步，本发明实施方式提供的该存储单元的控制方法，还包括储能和释能的间隔时间段，当储能容器110中的压力大于设计压力(例如超出设计范围)时，所述储能容器110中的气态二氧化碳经储能保压流路120流出至所述冷凝器160被冷凝为液态二氧化碳后回流到储能容器110，保持储能容器的压力在储能和释能的间隔时间段稳定在储能系统设计压力范围内。

如下，进一步结合附图，对本发明实施方式提供的具有存储单元100二氧化碳气液相变储能系统的结构、原理和效果做进一步的解释和说明。

参见图3～图4，本发明实施方式提供的二氧化碳气液相变储能系统包括上述存储单元实施方式所描述的任意一种存储单元。由于该二氧化碳气液相变储能系统具有上述存储单元实施方式所描述的任意一种存储单元，因此具有相同的有益效果，本发明在此不再赘述。

在本发明的一种实施方式中，参见图3所示，本发明实施方式提供的二氧化碳气液相变储能系统包括存储单元100、储能组件300、释能组件400和储气库200，储气库200、储能组件300、存储单元100和释能组件400依次闭环连接。

在一些可能的实现方式中，储气库200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200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200内的温度在-40～70℃(可选-40℃、0℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、50℃、60℃、70℃)范围内，储气库200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200可以设置保温组件对储气库200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200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200的容积增大，当有二氧化碳流出时，储气库200的容积减小，以此来实现储气库200内压力的恒定。需要说明的是，储气库200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200还可以采用其他可变容积的容器。

在一些可能的实现方式中，储能组件用于存储能量，储能组件工作时，可以对储气库中的气态二氧化碳进行压缩并冷凝以存入存储单元中。

在一些可能的实现方式中，释能组件用于释放能量，气态二氧化碳经释能组件膨胀，并使得膨胀后的气态二氧化碳存储于储气库200中。

在一些可能的实现方式中，存储单元包括储能容器、蒸发器和释能保压流路；

储能容器110用于储存气态二氧化碳和液态二氧化碳；

蒸发器150连接所述储能容器110，其用于将液态二氧化碳蒸发为气态二氧化碳；

释能保压流路，其与所述储能容器、所述蒸发器形成闭环连接，使得所述储能容器内的液态二氧化碳在所述储能系统释能阶段能够通过蒸发器蒸发为气态二氧化碳部分回流到储能容器，保持储能容器的压力在释能阶段稳定在储能系统设计压力范围内。

示例性地，参见图3，储能容器110的液相流出接口与蒸发器150的入口连接，蒸发器150的出口与释能组件400的入口连接，释能组件400的出口与储气库200的入口连接；储气库200的出口与储能组件300的入口连接，储能组件300的出口与储能容器110的入口连接。

二氧化碳气液相变储能系统的工作流程包括：

在释能阶段，可以使得储能容器110中的液态二氧化碳流入蒸发器150中，在蒸发器150中被加热而蒸发形成气态二氧化碳；一部分气态二氧化碳经释能保压流路130流回储能容器110，另一部分气态二氧化碳进入释能组件400工作，以使得气态二氧化碳膨胀发电，并使得膨胀后的气态二氧化碳存储于储气库200中；

在储能阶段，可以使得储能组件300工作，以将储气库200中的气态二氧化碳压缩并冷凝成液态二氧化碳，并流入储能容器110中进行存储。

这样，本发明的二氧化碳气液相变储能系统可以在用电高峰时间释能发电(使得释能组件400工作)，而在用电低谷时利于富余电力储能(使得储能组件300工作)，达成调峰填谷的效果。

在释能阶段中，储能容器110中的液态二氧化碳流入蒸发器150进行蒸发，通过蒸发器150蒸发为气态二氧化碳的一部分经释能保压流路130流回储能容器110，弥补储能容器110中因液态二氧化碳流出的压力降低，维持储能容器110中压力基本不变，另一部分气态二氧化碳经释能组件400对外做功进行发电。这样，可以在释能过程中使得储能容器110中的压力保持稳定，进而使得释能组件400在额定工况下工作，有利于储能系统储能效率的提高和安全稳定运行。

在该实施方式中，二氧化碳气液相变储能系统的控制方法可以包括：

在释能阶段，使得储能容器110中的液态二氧化碳流入蒸发器150中而变为气态二氧化碳，且使得释能组件400工作以利用所述蒸发器150产生的气态二氧化碳膨胀发电，并将膨胀的气态二氧化碳存储于所述储气库200中；所述蒸发器150产生的气态二氧化碳的一部分经释能保压流路130回流至所述储能容器110中。

在一些可能的实现方式中，参见图3和图4，释能保压流路130设置释能保压控制阀501。示例性地，释能保压流路130的入口端连接所述蒸发器150的出口，释能保压流路130的出口连接储能容器110的气相流入接口。这样，可以通过控制释能保压控制阀501的打开或者关闭，进而控制释能保压流路130的打开或者关闭。

在一种示例中，可以通过释能保压控制阀501对释能保压流路130中的气态二氧化碳的流量进行控制，进而调节储能容器110中流出的液态二氧化碳和储能容器110中流入的气态二氧化碳的比例，这样可以使得储能容器110中压力基本维持在储能压力设计范围内，避免因液态二氧化碳流出储能容器110，使得储能容器110中压力下降而导致释能组件400工况不稳定，有利于储能系统储能效率的提高和安全稳定运行。

在一种示例中，在确定储能系统储能压力后，回流的气态二氧化碳的质量流量(即从蒸发器150流向释能保压流路130的气态二氧化碳的质量流量)与释能的二氧化碳的质量流量/>(即从蒸发器150流向释能组件400的气态二氧化碳的质量流量)满足如下方程：

其中，R_g代表储能压力下二氧化碳气态密度，R_l代表储能压力下二氧化碳液态密度。

当蒸发器150按照上述公式分配气态二氧化碳时，可以保证流出储能容器110的液态二氧化碳的体积不大于流入储能容器110的气态二氧化碳的体积，进而可以保证储能容器110中的压力不会随着储能容器110液态二氧化碳的流出而降低。

在一种示例中，参见图5，在储能容器110的液相流出接口与蒸发器150的入口之间，设置有液相流出控制阀506。这样，可以通过控制液相流出控制阀506的打开和关闭，来控制是否有液态二氧化碳流入蒸发器150中。

在一种示例中，参见图6，在储能容器110的液相流出接口与蒸发器150的入口之间，设置有液态二氧化碳增压泵140；在释能阶段，液态二氧化碳增压泵140可以工作，以将储能容器110中的液态二氧化碳泵入蒸发器150中。

在本发明实施方式中，蒸发器150可以具有供热通道和蒸发通道，蒸发器150的蒸发通道的入口为蒸发器150的入口，蒸发器150的蒸发通道的出口为蒸发器150的出口。供热通道中的供热介质(例如具有一定温度的水或者空气)可以为蒸发通道中的液态二氧化碳供热，使得液态二氧化碳在蒸发通道中蒸发为气态二氧化碳。可以理解的是，一部分气态二氧化碳进入释能保压流路130回流至所述储能容器110，另一部分进入释能组件400工作，以使得气态二氧化碳膨胀发电，并使得膨胀后的气态二氧化碳存储于储气库200中。

在一种示例中，蒸发器150具有第一蒸发通道、第二蒸发通道，第一蒸发通道的出口和释能组件400的入口连接，第二蒸发通道的出口和释能保压流路130的入口连接。第一蒸发通道和第二蒸发通道的入口与储能容器110的液相流出接口连接，例如第一蒸发通道的入口和第二蒸发通道的入口连接后作为蒸发器150的入口。可以理解的是，通过第二蒸发通道产生的气态二氧化碳通过释能保压流路130回流至所述储能容器110。通过第一蒸发通道产生的气态二氧化碳通过释能组件400工作，以使得气态二氧化碳膨胀发电，并使得膨胀后的气态二氧化碳存储于储气库200中。

在一些可能的实现方式中，参见图4，存储单元还包括储能保压流路120和冷凝器160；冷凝器160，连接所述储能容器110和储能组件300，其用于将气态二氧化碳冷凝为液态二氧化碳；储能保压流路120，其与所述储能容器110、所述冷凝器160形成闭环连接；所述储能容器110内的气态二氧化碳在所述储能系统储能阶段以及储能和释能的间隔时间段能够通过所述储能保压流路120流入所述冷凝器冷凝为液态二氧化碳后回流到储能容器110，保持储能容器110的压力在储能阶段以及储能和释能的间隔时间段稳定在设计压力范围内。

该实施方式，储能组件用于存储能量，储能组件工作时，可以对储气库中的气态二氧化碳进行压缩并通过冷凝器160冷凝为液态二氧化碳存储在储能容器110中。

示例性地，所述冷凝器160的出口与所述储能容器110的液相流入接口连接；所述储能保压流路120能够将所述储能容器110中初始储存的气态二氧化碳(作为使得储能容器内压力保持稳定的保压介质)流出至所述冷凝器160的入口，使得气态二氧化碳被冷凝后流入所述储能容器110。

在储能阶段，储气库200中气态二氧化碳(例如常温常压的气态二氧化碳)经储能组件300后进入冷凝器160冷凝为液态二氧化碳，液态二氧化碳进入储能容器110存储，储能容器110中初始存储的设计压力范围内的气态二氧化碳(即保压二氧化碳)经储能保压流路120与储能组件300出来的设计压力范围内的气态二氧化碳一起进入冷凝器160冷凝为液态二氧化碳后流入储能容器110。这样，随着液态二氧化碳逐步流入储能容器110，通过储能容器110初始存储的设计压力范围内的气态二氧化碳逐步流出储能容器110，不仅保证储能容器110中的压力在储能阶段始终稳定在储能系统设计压力范围内，避免储能容器110中的压力随着液态二氧化碳逐步流入不断升高而导致储能组件300的变工况，进而影响该储能系统的安全性；而且储能容器110中初始存储的储能系统设计压力范围内的气态二氧化碳经储能保压流路120通过冷凝器160冷凝为液态二氧化碳后流入储能容器110，进一步增加了储能容器110存储的液态二氧化碳质量，从而提高储能系统释能效率。

进一步的，在储能和释能的间隔时间段，当外界环境温度升高时，储能容器110内的液态二氧化碳会吸热蒸发为气态二氧化碳，使得储能容器110内的压力升高；储能容器110中的至少部分气态二氧化碳通过储能保压流路120进入冷凝器160进行冷凝，进而储能容器110中的压力降低到设计压力范围内，提高储能系统安全性。进一步的，可以通过对储能保压流路120的打开和关闭的控制，进而使得储能容器110中的压力维持在储能压力，减小储能容器110中压力的波动。当然的，也可以通过对储能保压流路120的打开和关闭的控制，进而使得储能容器110中的压力维持在预设范围内，例如维持在第一预设压力和第二预设压力之间。例如，当储能容器110中的压力大于第一预设压力时，使得储能保压流路120打开，并维持打开直至储能容器110中的压力下降至第二预设压力；当储能容器110中压力下降至第二预设压力以下时，使得储能保压流路120关闭，并维持关闭直至储能容器110中的压力上升至第一预设压力后再打开。

在本发明的一些实施方式中，在确定储能系统压力后，储能容器110中初始存储的气态二氧化碳流出储能容器110的质量流量与储能组件300流出的气态二氧化碳质量流量/>须满足如下方程：/>其中，R_g代表储能压力下二氧化碳气态密度，R_l代表储能压力下二氧化碳液态密度。

当储能系统按照上述公式分配气态二氧化碳时，可以保证流出储能容器110的气态二氧化碳的体积不小于流入储能容器110的液态二氧化碳的体积，进而可以保证储能容器110中的压力不会随着储能容器110液态二氧化碳的流入而升高。

这样，该实施方式提供的二氧化碳气液相变储能系统的控制方法还可以包括：

在储能阶段，使得所述储能组件300工作以将所述储气库200中的气态二氧化碳压缩储能，且使得被所述储能组件300压缩的气态二氧化碳通过冷凝器160被冷凝为液态二氧化碳后流入储能容器110；使得储能保压流路120导通，以使得储能容器110中的设计压力范围内的气态二氧化碳与储能组件300出来的设计压力范围内的气态二氧化碳一起流至所述冷凝器160被冷凝为液态二氧化碳后流入储能容器110；

在储能和释能的间隔时间段，当储能容器110中的压力大于第一设定压力时，使得储能保压流路120导通，以使得储能容器110中的气态二氧化碳流至所述冷凝器160被冷凝为液态二氧化碳后流入储能容器110。

在一种示例中，参见图4，所述储能保压流路120设置储能保压控制阀502；所述储能保压流路120的入口端连接所述储能容器110的气相流出接口，所述储能保压流路120的出口端与所述冷凝器160的入口连通。这样，可以通过控制储能保压控制阀502的打开或者关闭，进而控制储能保压流路120的打开或者关闭。

在一种示例中，在储能容器110的液相流入接口与冷凝器160的出口之间，可以设置有液体泵，以便将从冷凝器160中流出的液态二氧化碳泵入储能容器110中。

在一种示例中，参见图6，在储能容器110的液相流入接口和冷凝器160的出口之间，还可以设置有液相流入控制阀505。这样，可以通过控制液相流入控制阀505的打开或者关闭，进而控制储能容器110的液相流入接口与冷凝器160的出口之间是否连通。当液相流入控制阀505关闭时，储能容器110中的液态二氧化碳不能够通过液相流入接口流出，进而利于对储能容器110的封闭。

在本发明实施方式中，冷凝器160具有热通道和冷通道；冷凝器160的入口是冷凝器160的热通道的入口，冷凝器160的出口是冷凝器160的热通道的出口。冷凝器160的冷通道中具有冷却介质，例如具有冷却水或者冷空气；当气态二氧化碳流过冷凝器160的热通道时，气态二氧化碳可以被冷却为液态二氧化碳。

在本发明的一种实施方式中，冷凝器160可以具有一个热通道，即冷凝器160可以具有一个入口。这样，储能保压流路120的出口和储能组件300的出口可以均连接至冷凝器160的热通道的入口。进一步的，参见图5，在储能组件300与冷凝器160的入口之间设置有第一控制阀503，储能保压流路120的出口连接于第一控制阀503与冷凝器160的入口之间。这样，储能和释能的间隔时间段，可以使得第一控制阀503关闭，进而使得储能保压流路120、冷凝器160、储能容器110构成一个封闭的压力维持回路。

在本发明的另一种实施方式中，冷凝器160可以具有第一热通道和第二热通道，第一热通道的入口与储能组件300的出口连接，第二热通道的入口与储能保压流路120的出口连接；第一热通道的出口和第二热通道的出口与储能容器110的液相流入接口连接，例如第一热通道的出口和第二热通道的出口连接后作为冷凝器160的出口。可以理解的，储能组件300出来的气态二氧化碳流过冷凝器160的第一热通道时被冷凝为液态二氧化碳存储在储能容器110中，储能保压流路120中流经的气态二氧化碳流过冷凝器160的第二热通道时被冷凝为液态二氧化碳存储在储能容器110中。

在本发明的另一种实施方式中，冷凝器160可以包括第一冷凝器和第二冷凝器，第一冷凝器具有第一热通道，第二冷凝器具有第二热通道，第一热通道的入口与储能组件300的出口连接，第二热通道的入口与储能保压流路120的出口连接；第一热通道的出口和第二热通道的出口与储能容器110的液相流入接口连接，例如第一热通道的出口和第二热通道的出口连接后作为冷凝器160的出口。可以理解的，储能组件300出来的气态二氧化碳流过第一冷凝器时被冷凝为液态二氧化碳存储在储能容器110中，储能保压流路120中流经的气态二氧化碳流过第一冷凝器时被冷凝为液态二氧化碳存储在储能容器110中。

在本发明的一种实施方式中，储能容器110为储液罐，例如在储能阶段存储液态二氧化碳储罐。可以理解的是，该储液罐中也可以初始存储有用于稳压的气态二氧化碳，如设计压力范围内的气态二氧化碳。

在一些可能的实现方式中，储能容器110中储存的气态二氧化碳和液态二氧化碳的压力在2MPa-10MPa之间，示例性说明，如可选2MPa、5MPa、7MPa、10MPa。

可选地，储液罐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中时温度在20℃-30℃,以使得储液罐中的液态二氧化碳的温度不超过30℃。

示例性地，储液罐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。

在本发明的一种实施方式中，可以按照一定比例增大储能容器110的体积，以便在储能容器110中存储或者维持气态二氧化碳的存在，以利用储能容器110内的气态二氧化碳作为保压工质来使得储能容器110内的压力维持稳定。示例性的，在本发明的一种实施方式中，在储能和释能的间隔时间段，储能容器110中的二氧化碳可以部分呈液态二氧化碳且部分呈气态二氧化碳，而非全部呈液态二氧化碳；借助储能保压流路120不断对气态二氧化碳进行冷凝，尽可能减少储能容器110中气态二氧化碳的量和体积，不仅使得储能容器110的压力维持在储能压力，还使得液态二氧化碳的质量增加从而提高储能系统释能效率。

在一些可能的实现方式中，存储单元中的储能容器110的数量为多个，这些储能容器110可以相互串联，或者相互并联，再或者可以通过串并联混合的方式相互连接。

在一种示例中，储能容器的数量为多个，多个所述储能容器串联。增大储能容器110的体积。

在一种示例中，储能容器的数量为多个，多个所述储能容器并联。增大储能容器110的体积。多个储能容器均设有气相流出接口，其用于气态二氧化碳从储能容器流出；多个储能容器的所述气相流出接口之间通过储能保压控制阀并联于冷凝器。举例而言，参见图6，存储单元具有与各个储能容器110一一对应的储能保压控制阀502；储能容器110的气相流出接口连接至对应的储能保压控制阀502的第一端，各个储能保压控制阀502的第二端均与冷凝器160的入口连接。

在一种示例中，储能容器的数量为多个，多个储能容器并联，多个储能容器均设有液相流入接口，其用于液态二氧化碳向所述储能容器流入，冷凝器和储能容器连接管路上设有液相流入控制阀，多个储能容器的液相流入接口之间通过液相流入控制阀并联于冷凝器。参见图6，存储单元具有与各个储能容器110一一对应的液相流入控制阀505。储能容器110的液相流入接口与对应的液相流入控制阀505的第一端连接，各个液相流入控制阀505的第二端均与冷凝器160的出口连接。

在本发明的一种实施方式中，参见图6，储能容器110的数量为多个；所述储能容器110的相同接口之间通过对应的阀门组并联；其中，任一所述阀门组中，各个阀门的一端相互连接，另一端分别与对应的储能容器110的接口连接。这样，多个存储单元通过阀门组并联，可以提高二氧化碳气液相变储能系统能够存储的液态二氧化碳的量，进而提高二氧化碳气液相变储能系统的储能容量。不仅如此，当一个或者多个储能容器110需要检修时，还可以关闭待检修的储能容器110所对应的各个阀门，进而将待检修储能容器110与其他工作的储能容器110隔离。这样，待检修储能容器110进行检修时，其他储能容器110可以继续工作；这提高了储能容器110的检修便利性。

在一种示例中，参见图6，所述储能容器110的液相流入接口和液相流出接口为同一液态二氧化碳接口，所述储能容器110的气相流入接口和气相流出接口为同一气态二氧化碳接口。

所述阀门组包括储能保压控制阀门组、释能保压控制阀门组、液相流入控制阀门组和液相流出控制阀门组；

所述储能保压控制阀门组包括与各个所述储能容器110一一对应的所述储能保压控制阀502，各个所述储能保压控制阀502的一端分别与对应的所述储能容器110的气相接口连接，另一端均与所述冷凝器160的入口连接；

所述释能保压控制阀门组包括与各个所述储能容器110一一对应的所述释能保压控制阀501，各个所述释能保压控制阀501的一端分别与对应的所述储能容器110的气相接口连接，另一端均与所述蒸发器150的出口连接；

所述液相流入控制阀门组包括与各个所述储能容器110一一对应的液相流入控制阀505，各个所述液相流入控制阀505的一端分别与对应的所述储能容器110的液相接口连接，另一端均与所述冷凝器160的出口连接；

所述液相流出控制阀门组包括与各个所述储能容器110一一对应的液相流出控制阀506，各个所述液相流出控制阀506的一端分别与对应的所述储能容器110的液相接口连接，另一端均与所述蒸发器150的入口连接。

当然的，所述储能容器110的液相流入接口和液相流出接口也可以不是同一个接口，所述储能容器110的气相流入接口和气相流出接口也可以不是同一个接口。

在本发明的一种实施方式中，所述储能组件300包括至少一个压缩储能部；各个所述压缩储能部通过管道串联于所述储气库200和所述冷凝器160之间；所述压缩储能部包括压缩机320和储能换热器310，所述压缩机320的出口与储能换热器310的热通道的入口连接。

示例性的，在图5中，储能组件300包括一个压缩储能部，该储能组件300包括一个压缩机320和一个储能换热器310；压缩机320的入口与储气库200的出口连接，压缩机320的出口与储能换热器310的热通道的入口连接，储能换热器310的热通道的出口与冷凝器160的入口连接。在储能阶段，压缩机320可以将储气库200中的气态二氧化碳压缩以储能；压缩后的气态二氧化碳流经储能换热器310的热通道，进而与储能换热器310中的冷通道的换热介质进行热交换而降温并输送到存储单元100的冷凝器160被冷凝为液态二氧化碳储存在存储单元100的储能容器110中。可以理解的是，若存储单元只包括储能容器110、蒸发器150和释能保压流路130，前述压缩后的气态二氧化碳流经储能换热器310的热通道，进而与储能换热器310中的冷通道的换热介质进行热交换而降温并冷凝为液态二氧化碳储存在存储单元的储能容器110中。

示例性的，在图6中，储能组件300包括依次级联的多个压缩储能部。其中，第一级的压缩储能部的压缩机320，其入口与储气库200的出口连接；最后一级的压缩储能部的储能换热器310的热通道的出口与冷凝器160的入口连接；在相邻两级压缩储能部中，上一级压缩储能部的储能换热器310的热通道的出口与下一级压缩储能部的压缩机320的入口连接。此处的第一级与最后一级、上一级与下一级是以从储气库200经过储能组件300到达储能容器110的方向来定义的。

在本发明的一种实施方式中，参见图6，在储能组件300与储气库200之间还可以设置有第二控制阀504。这样，通过控制第二控制阀504的打开或者关闭，可以控制储气库200与储能组件300之间是否通路。在一种示例中，在释能阶段，可以使得第二控制阀504关闭，以使得储气库200能够存储气态二氧化碳。

在本发明的一种实施方式中，释能组件400包括至少一个膨胀释能部；各个所述膨胀释能部通过管道串联于所述蒸发器150和所述储气库200之间；所述膨胀释能部包括膨胀机420和释能换热器410，所述膨胀机420的入口与所述释能换热器410的冷通道的出口连接。

示例性的，在图5中，释能组件400包括一个膨胀释能部，该释能组件400包括一个膨胀机420和一个释能换热器410；释能换热器410的冷通道的入口与蒸发器150的出口连接，膨胀机420的入口与释能换热器410的冷通道的出口连接，膨胀机420的出口与储气库200的入口连接。在释能阶段，流经释能换热器410的冷通道的气态二氧化碳可以被释能换热器410的热通道中的换热介质加热；加热后的气态二氧化碳流入膨胀机420中膨胀以推动膨胀机420的透平转动，进而带动膨胀机420的发电机G发电。

示例性的，在图6中，释能组件400包括依次级联的多个膨胀释能部。其中，第一级膨胀释能部的释能换热器410，其冷通道的入口与蒸发器150的出口连接；最后一级的膨胀释能部的膨胀机420的出口与储气库200的入口连接；在相邻两级膨胀释能部中，上一级膨胀释能部的膨胀机420的出口与下一级膨胀释能部的释能换热器410的冷通道的入口连接。此处的第一级与最后一级、上一级与下一级是以从储能容器110经过释能组件400到达储气库200的方向来定义的。

在一种示例中，参见图7，在存储单元100与释能组件400之间还设置有第一蒸发器500，第一蒸发器500的入口和储能容器110连接，第一蒸发器500的出口和释能组件400的入口连接(示例性说明，第一蒸发器的出口和释能换热器410的入口连接)，蒸发器150入口和储能容器110连接，蒸发器150出口和释能保压流路130的入口连接。第一蒸发器500和蒸发器150的入口与储能容器110的液相流出接口连接。可以理解的，液态二氧化碳通过蒸发器150产生的气态二氧化碳通过释能保压流路130全部回流到储能容器110。液态二氧化碳通过第一蒸发器500产生的气态二氧化碳通过释能组件400工作，以使得气态二氧化碳膨胀发电，并使得膨胀后的气态二氧化碳存储于储气库200中。进一步地，在第一蒸发器500的入口和蒸发器150的入口可以通过设置阀门来控制进入第一蒸发器和蒸发器150的液态二氧化碳的流量，进而调节储能容器110中流出的液态二氧化碳和储能容器110中流入的气态二氧化碳的比例，例如使得两者基本相同，这样可以使得储能容器110中压力基本维持在储能压力设计范围内。

在一种示例中，参见图6，在释能组件400与储气库200之间还设置有释能冷却器430，释能组件400流出的气态二氧化碳流过释能冷却器430时被进一步冷却至常温常压，然后被存储于储气库200中。这样，释能组件400流出的气态二氧化碳可以被冷却降温后被存储于储气库200中。

需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明中二氧化碳气液相变储能系统的存储单元的控制方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (9)

1.一种二氧化碳气液相变储能系统的存储单元，其特征在于，包括：

储能容器，其用于储存气态二氧化碳和液态二氧化碳；

蒸发器，连接所述储能容器，其用于将液态二氧化碳蒸发为气态二氧化碳；所述蒸发器的出口与所述二氧化碳气液相变储能系统的释能组件的入口连接；

释能保压流路，其与所述储能容器、所述蒸发器形成闭环连接，使得所述储能容器内的液态二氧化碳在所述储能系统释能阶段能够通过蒸发器蒸发为气态二氧化碳部分或者全部回流到储能容器，保持储能容器的压力在释能阶段稳定在储能系统设计压力范围内。

2.根据权利要求1所述的二氧化碳气液相变储能系统的存储单元，其特征在于，所述释能保压流路上设置用于控制流路通断的释能保压控制阀。

3.根据权利要求1所述的二氧化碳气液相变储能系统的存储单元，其特征在于，所述储能容器的数量为多个；所述多个储能容器串联连接。

4.根据权利要求1所述的二氧化碳气液相变储能系统的存储单元，其特征在于，所述储能容器的数量为多个；所述多个储能容器并联连接。

5.根据权利要求4所述的二氧化碳气液相变储能系统的存储单元，其特征在于，多个所述储能容器均设有气相流入接口，其用于气态二氧化碳向储能容器流入，多个所述储能容器的所述气相流入接口之间通过释能保压控制阀并联于所述蒸发器。

6.根据权利要求5所述的二氧化碳气液相变储能系统的存储单元，其特征在于，多个所述储能容器均设有液相流出接口，其用于液态二氧化碳从储能容器流出，所述蒸发器和所述储能容器连接管路上设有液相流出控制阀，多个所述储能容器的所述液相流出接口之间通过所述液相流出控制阀并联于所述蒸发器。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的二氧化碳气液相变储能系统的存储单元，其特征在于，还包括：

冷凝器，连接所述储能容器，其用于将气态二氧化碳冷凝为液态二氧化碳；

储能保压流路，其与所述储能容器、所述冷凝器形成闭环连接；

所述储能容器内的气态二氧化碳在所述储能系统储能阶段以及储能和释能的间隔时间段能够通过所述储能保压流路流入所述冷凝器冷凝为液态二氧化碳后回流到储能容器，保持储能容器的压力在储能阶段以及储能和释能的间隔时间段稳定在储能系统设计压力范围内。

8.一种二氧化碳气液相变储能系统，其特征在于，包括权利要求1～7任意一项所述的存储单元。

9.一种权利要求1～7任意一项所述的二氧化碳气液相变储能系统的存储单元的控制方法，其特征在于，包括：

释能阶段，所述储能容器内的液态二氧化碳通过所述蒸发器产生的气态二氧化碳部分或者全部经释能保压流路回流至所述储能容器中，保持储能容器的压力在释能阶段稳定在储能系统设计压力范围内。