CN116447769B - 二氧化碳储能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种二氧化碳储能系统，例如包括依次闭环连接的储气库、第一储能组件、增压组件、储能容器和释能组件。所述第一储能组件包括第一压缩机和储能换热组件；所述第一压缩机的进口连接所述储气库，所述第一压缩机的出口连接所述储能换热组件；所述储能换热组件与所述增压组件连接；储能时，所述储气库出来的气态二氧化碳经所述第一压缩机加压后经所述储能换热组件转化为液态二氧化碳，所述液态二氧化碳经所述增压组件增压为储能压力后输送到所述储能容器内存储。因此，通过在储能换热组件后端增设增压组件，其可以降低压缩机耗功，从而提升系统储能效率。

Description

二氧化碳储能系统
技术领域
本发明涉及储能技术领域，尤其涉及一种二氧化碳储能系统。
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。
二氧化碳储能系统在储能过程中利用多余电力经由压缩机将常温常压二氧化碳压缩至储能压力后再冷凝并储存在储能容器中，储能过程的压比较大，导致压缩机耗功较高，二氧化碳储能系统的储能效率低。
发明内容
针对现有二氧化碳储能技术的不足，本发明实施例提出一种二氧化碳储能系统，其可以有效降低压缩机的储能过程压比，从而可以减小储能过程压缩机耗功，进而具有储能效率高等优点。
具体地，本发明实施例提供的一种二氧化碳储能系统，包括依次闭环连接的储气库、第一储能组件、增压组件、储能容器和释能组件；所述第一储能组件包括第一压缩机和储能换热组件；所述第一压缩机的进口连接所述储气库，所述第一压缩机的出口连接所述储能换热组件；所述储能换热组件与所述增压组件连接；储能时，所述储气库出来的气态二氧化碳经所述第一压缩机加压后经所述储能换热组件转化为液态二氧化碳，所述液态二氧化碳经所述增压组件增压为储能压力后输送到所述储能容器内存储。
在本发明的一个实施例中，所述二氧化碳储能系统还包括与所述储能换热组件连接的吸收式制冷循环系统，所述吸收式制冷循环系统用于给流经所述储能换热组件的二氧化碳提供冷量，流经所述储能换热组件的二氧化碳吸收所述吸收式制冷循环系统提供的冷量；和/或，所述增压组件包括工质增压泵。
在本发明的一个实施例中，所述吸收式制冷循环系统包括闭环连接的制冷剂吸收器、制冷剂发生器、制冷剂冷凝器和制冷剂蒸发器；所述制冷剂蒸发器和所述储能换热组件连接，所述制冷剂蒸发器用于给流经所述储能换热组件的二氧化碳提供冷量。
在本发明的一个实施例中，所述制冷剂发生器的一端和所述第一压缩机的出口连接、另一端和所述储能换热组件连接，所述制冷剂发生器用于吸收第一压缩机出口输出的二氧化碳热量、并给流经所述制冷剂发生器的二氧化碳提供冷量，所述第一压缩机出口输出的二氧化碳流经所述制冷剂发生器放热降温后进入所述储能换热组件。
在本发明的一个实施例中，所述储能换热组件包括第一工质冷凝器，所述制冷剂蒸发器和所述第一工质冷凝器连接，所述制冷剂蒸发器用于吸收流经所述第一工质冷凝器的二氧化碳热量、并给流经所述第一工质冷凝器的二氧化碳提供冷量。
在本发明的一个实施例中，所述二氧化碳储能系统还包括缓冲箱，所述制冷剂蒸发器通过所述缓冲箱与所述第一工质冷凝器连接；所述缓冲箱用于储存换热介质，所述换热介质与流经所述第一工质冷凝器的二氧化碳、流经所述制冷剂蒸发器的液态制冷剂分别进行热交换。
在本发明的一个实施例中，所述缓冲箱包括储热箱和储冷箱，所述制冷剂蒸发器通过所述储热箱、所述储冷箱与所述第一工质冷凝器形成闭环连接；所述制冷剂蒸发器吸收所述储热箱的换热介质热量时，将来自所述储热箱的换热介质冷却，冷却后的换热介质输送到所述储冷箱储存；二氧化碳流经所述第一工质冷凝器时，将来自所述储冷箱的换热介质加热，加热后的换热介质输送到所述储热箱储存。
在本发明的一个实施例中，所述储能换热组件还包括储能换热器；其中，所述储能换热器的一端和所述第一压缩机的出口连接、且另一端和所述第一工质冷凝器连接；或者，所述储能换热器的一端和所述第一压缩机的出口连接、且另一端和所述制冷剂发生器一端连接，所述制冷剂发生器的另一端和所述第一工质冷凝器连接，所述制冷剂发生器用于吸收所述储能换热器输出的二氧化碳热量、并给流经所述制冷剂发生器的二氧化碳提供冷量，所述储能换热器输出的二氧化碳流经所述制冷剂发生器放热降温后进入所述第一工质冷凝器。
在本发明的一个实施例中，所述二氧化碳储能系统还包括第二储能组件，所述第二储能组件包括第二压缩机和第二工质冷凝器，所述第二压缩机的进口连接所述储能换热器的热侧出口，所述第二压缩机的出口依次通过所述制冷剂发生器、所述第二工质冷凝器连接于所述储能容器，所述第二压缩机出口输出的二氧化碳流经所述制冷剂发生器放热降温后，输送到所述第二工质冷凝器冷凝为液态储存至所述储能容器中。
在本发明的一个实施例中，所述吸收式制冷循环系统还包括制冷剂换热器；所述制冷剂换热器的冷侧进口连接所述制冷剂吸收器、冷侧出口连接所述制冷剂发生器、热侧进口连接所述制冷剂发生器、以及热侧出口连接所述制冷剂吸收器，制冷剂溶液经所述制冷剂换热器进入所述制冷剂发生器吸热后分离为气态制冷剂、和吸收剂或低浓度制冷剂溶液，且分离后的所述吸收剂或低浓度制冷剂溶液经所述制冷剂换热器进入所述制冷剂吸收器。
综上所述，本发明前述各个实施例可以具有以下一个或多个有益效果：
(1)通过所述第一储能组件和所述增压组件以气态压缩-冷凝-液态增压方式进行二氧化碳压缩存储，所述增压组件的设置可以降低压缩机的储能过程压比，从而能够有效减小储能过程压缩机的功耗，进而提升本发明储能效率；
(2) 采用吸收式制冷循环系统为第一储能组件的二氧化碳由气态转化为液态提供低温冷源，其工作可以充分利用储能过程二氧化碳压缩热，可以不消耗额外电能、热量，进而在保证本发明储能效率的同时提高了本发明能量利用率；
(3)结合第二储能组件进行二级压缩并与吸收式制冷循环系统进行换热后冷凝进行二氧化碳压缩储存，可以为吸收式制冷循环系统提供工作所需的足够热能，从而能够进一步提升本发明能量利用率。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍；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为本发明实施例提供的二氧化碳储能系统的一种结构示意图。
图2为本发明实施例提供的二氧化碳储能系统的另一种结构示意图。
图3为本发明实施例提供的二氧化碳储能系统的再一种结构示意图。
图4为本发明实施例提供的二氧化碳储能系统的又一种结构示意图。
图5为本发明实施例提供的二氧化碳储能系统的另又一种结构示意图。
图6为本发明实施例提供的二氧化碳储能系统的另又一种结构示意图。
图7为本发明实施例提供的二氧化碳储能系统的另又一种结构示意图。
图8为本发明实施例提供的二氧化碳储能系统的再又一种结构示意图。
附图主要元件符号说明：
11、储气库，12、第一储能组件，121、第一压缩机，122、储能换热组件，123、储能换热器，10、增压组件，13、储能容器，14、释能组件，16、吸收式制冷循环系统，18、预热器，19、控制阀，125、第一工质冷凝器，100、工质增压泵，140、控制阀，141、工质蒸发器，143、释能换热器，145、膨胀机，147、工质冷却器，160、制冷剂吸收器，161、制冷剂溶液增压泵，162、制冷剂换热器，163、制冷剂发生器，1631、换热进口，1632、换热出口，164、吸收剂膨胀阀，165、制冷剂冷凝器，166、制冷剂膨胀阀，167、制冷剂蒸发器，20a、储冷箱，20b、储热箱，150、控制阀，171、储冷罐，172、控制阀，173、储热罐，174、控制阀，15、第二储能组件，151、第二压缩机，153、第二工质冷凝器。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明实施例的描述中，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”、“坚直”、“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发明实施例和简化描述，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发明的限制。
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至少一个该特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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，除非另有明确的限定。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发明中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
参见图1，本发明实施例提供的一种二氧化碳储能系统，包括依次闭环连接的储气库11、第一储能组件12、增压组件10、储能容器13和释能组件14。其中，第一储能组件12包括第一压缩机121和储能换热组件122，第一压缩机121的进口连接储气库11，第一压缩机121的出口连接储能换热组件122，且储能换热组件122与增压组件10连接。储能时，储气库出来的气态二氧化碳经第一压缩机121加压后经储能换热组件122转化为液态二氧化碳，所述液态二氧化碳经增压组件10增压为储能压力后输送至储能容器13存储。
更具体地，储气库11用于存储气态二氧化碳。举例来说，储气库11包括内膜和地膜，所述内膜和所述地膜之间形成容纳腔体。在一些实施例中，储气库11例如还包括设置在所述内膜外侧的外膜，所述内膜与所述外膜之间形成夹层腔体。所述容纳腔体的容积能够变化，所述容纳腔体的温度在-40~70℃范围内，示例性说明，可选-40℃、0℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、50℃、60℃、70℃，所述容纳腔体的气压与外界大气的气压差例如小于1000Pa。当有气态二氧化碳充入时，储气库11的容纳腔体的容积增大，当有气态二氧化碳流出时，储气库11的容纳腔体的容积减小，以此来实现储气库11内压力的恒定。储能容器13用于储存液态二氧化碳或者气液混合二氧化碳，其通常采用罐体结构，因而通常也可以称之为储液罐。再者，第一压缩机121例如由电动机驱动，从而输入的电能驱动第一压缩机121压缩二氧化碳时产生的能量可以以压力能形式存储于液态二氧化碳中、并进入储能容器13，甚至第一压缩机121压缩二氧化碳时产生的部分能量还可以以热能形式转移存储；即储能过程中，输入的电能可以以压力能甚至热能形式存储。在一些实施例中，第一压缩机121将二氧化碳的压力增压到0.5MPa (兆帕斯卡)以上，增压组件10将二氧化碳压力继续增压至储能压力。此外，储能换热组件122用于对流经的二氧化碳进行换热降温转化为液态二氧化碳，增压组件10用于对经储能换热组件122转化的液态二氧化碳增压至所述储能压力后，输送至储能容器13存储。另外，从储能容器13流出的液态二氧化碳经过释能组件14转变为气态、并流入储气库11，在该过程中，将储能过程中存储的能量释放出去；释能组件14的具体结构可以参照中国发明专利公告号CN112985143B、CN112985144B和CN112985145B所记载的内容进行理解，但本实施例并不以此为限。再者，CN112985143B、CN112985144B和CN112985145B所揭露的全部内容引用于此作为本发明专利申请说明书的构成部分。
简而言之，本实施例通过第一储能组件12和增压组件10以气态压缩-冷凝-液态增压方式进行二氧化碳压缩存储，增压组件10的设置可以降低储能过程压缩机的压比，从而能够有效减小储能过程压缩机的功耗，进而提升二氧化碳储能系统储能效率。
在一些实施例中，参见图2，所述二氧化碳储能系统还包括吸收式制冷循环系统16。具体地，吸收式制冷循环系统16用于给流经储能换热组件122的二氧化碳提供冷量，流经储能换热组件122的二氧化碳吸收吸收式制冷循环系统16提供的冷量，由气态转化为液态。
在一些实施例中，吸收式制冷循环系统16通过吸收流经储能换热组件122的二氧化碳热量来制取冷量。此外，值得一提的是，吸收式制冷典型地是利用某些具有特殊性质的工质对，通过一种物质对另一种物质的吸收和释放，产生物质的状态变化，从而伴随吸热和放热过程；工作介质包括制取冷量的制冷剂和吸收、解吸制冷剂的吸收剂，二者组成工质对。
为便于更清楚地理解本实施例的二氧化碳储能系统，下面将结合图2和图3对所述二氧化碳储能系统的一种具体实施例进行详细说明如下。
如图2和图3所示，吸收式制冷循环系统16包括闭环连接的制冷剂吸收器160、制冷剂发生器163、制冷剂冷凝器165和制冷剂蒸发器167。制冷剂吸收器160用于将制冷剂溶解于吸收剂中形成制冷剂溶液；此处的制冷剂例如是氨，吸收剂例如是水，相应地制冷剂溶液为氨-水溶液，但本实施例并不以此为限，也可以替换成其他成熟的制冷剂溶液。所述制冷剂溶液进入制冷剂发生器163吸热后分离为吸收剂和气态制冷剂，或者制冷剂溶液中的部分制冷剂吸热蒸发为气态，形成气态制冷剂与低浓度制冷剂溶液，后续以分离为吸收剂和气态制冷剂为例进行示例说明。分离后的吸收剂（也可以是低浓度的制冷剂溶液）进入制冷剂吸收器160以用作下次吸收式制冷循环，气态制冷剂进入制冷剂冷凝器165冷凝为液态制冷剂，液态制冷剂进入制冷剂蒸发器167吸收热量蒸发为气态，蒸发后的气态制冷剂进入制冷剂吸收器160溶解于吸收剂（也可以是低浓度的制冷剂溶液）形成制冷剂溶液。再者，制冷剂蒸发器167和储能换热组件122连接，且制冷剂蒸发器167给流经储能换热组件122的二氧化碳提供冷量。
在一些实施例中，储能换热组件122包括第一工质冷凝器125，制冷剂蒸发器167和第一工质冷凝器125连接，制冷剂蒸发器167用于吸收流经第一工质冷凝器125的二氧化碳热量、并给流经第一工质冷凝器125的二氧化碳提供冷量。
在一些实施例中，制冷剂发生器163的一端和第一压缩机121的出口连接、另一端和储能换热组件122连接，制冷剂发生器163用于吸收第一压缩机121出口输出的二氧化碳热量、并给流经制冷剂发生器163的二氧化碳提供冷量，第一压缩机121出口输出的二氧化碳流经制冷剂发生器163放热降温后进入储能换热组件122。具体地，如图2和图3所示，吸收式制冷循环系统16中的制冷剂发生器163的一端例如换热进口1631和第一压缩机121的出口连接、另一端例如换热出口1632和储能换热组件122的第一工质冷凝器125连接；制冷剂发生器163用于吸收第一压缩机121出口输出的二氧化碳热量、并给流经制冷剂发生器163的二氧化碳提供冷量，从而第一压缩机121出口输出的二氧化碳流经制冷剂发生器163放热降温后进入第一工质冷凝器125再与制冷剂蒸发器167换热冷凝为液态。如此一来，通过采用吸收式制冷循环系统16为第一储能组件12的二氧化碳由气态转化为液态提供低温冷源，其工作可以充分利用储能过程二氧化碳压缩热（即第一压缩机121出口输出的二氧化碳热量），可以不消耗额外电能、热量，进而在保证二氧化碳储能系统储能效率的同时提高了二氧化碳储能系统能量利用率。
在一些实施例中，如图3所示，吸收式制冷循环系统16还包括制冷剂换热器162。制冷剂换热器162用于进入制冷剂蒸发器167的制冷剂溶液和从制冷剂蒸发器167出来的吸收剂(或者低浓度制冷剂溶液)的换热，大大减少了制冷剂发生器163所需的热量。更具体地，制冷剂换热器162的冷侧进口连接制冷剂吸收器160，示例性说明，为克服沿程阻力，例如通过制冷剂溶液增压泵161连接制冷剂吸收器160；制冷剂换热器162的冷侧出口连接制冷剂发生器163的制冷剂溶液进口；制冷剂换热器162的热侧进口连接制冷剂发生器163的吸收剂出口；以及，制冷剂换热器162的热侧出口连接制冷剂吸收器160，例如通过吸收剂膨胀阀164（使得进入制冷剂吸收器160的吸收剂(或低浓度制冷剂溶液)压力与制冷剂吸收器160压力达到平衡）连接制冷剂吸收器160。如此一来，来自制冷剂吸收器160的制冷剂溶液依次经制冷剂溶液增压泵161增压泵送至制冷剂换热器162进行吸热升温，吸热升温后的制冷剂溶液再进入制冷剂发生器163，吸热后至少分离为吸收剂和气态制冷剂，且分离后的吸收剂(或低浓度制冷剂溶液)再依次经制冷剂换热器162换热降温，将热量传递给制冷剂溶液，经吸收剂膨胀阀164降压回至制冷剂吸收器160。制冷剂冷凝器165例如通过制冷剂膨胀阀166连接至制冷剂蒸发器167，液态制冷剂经制冷剂膨胀阀166降压以利于液态制冷剂在制冷剂蒸发器167蒸发为气态制冷剂和平衡进入制冷剂吸收器160的气态制冷剂压力。
在一些实施例中，所述二氧化碳储能系统还包括缓冲箱，从而制冷剂蒸发器167通过所述缓冲箱与第一工质冷凝器125连接，所述缓冲箱用于储存换热介质(例如水)，所述换热介质与流经第一工质冷凝器125的二氧化碳、流经制冷剂蒸发器167的液态制冷剂分别进行热交换。通过换热介质，将第一工质冷凝器125的二氧化碳的热量移转到制冷剂蒸发器167的液态制冷剂，实现二氧化碳的冷凝和液态制冷剂的蒸发。作为一种举例，所述缓冲箱包括储冷箱20a和储热箱20b，制冷剂蒸发器167通过储冷箱20a、储热箱20b与第一工质冷凝器125形成闭环连接。制冷剂蒸发器167吸收储热箱20b的换热介质热量时，将来自储热箱20b的换热介质冷却，冷却后的换热介质输送至储冷箱20a储存；二氧化碳流经第一工质冷凝器125时，将来自储冷箱20a的换热介质加热，加热后的换热介质输送至储热箱20b储存。此处的储冷箱20a和储热箱20b例如分别为冷水箱和热水箱，也即采用水作为换热介质，但本发明实施例并不以此为限。此外，优选地，考虑到二氧化碳冷凝压力较低，其对应的冷凝温度典型地在-40℃以上。
在一些实施例中，如图3所示，释能组件14包括工质蒸发器141、释能换热器143、膨胀机145和工质冷却器147，以及其他可能的管道部件例如控制阀140(比如电控阀或手动阀)。工质蒸发器141连接在储能容器13和释能换热器143之间；具体而言，工质蒸发器141的工质进口通过控制阀140连接储能容器13的出口，工质蒸发器141的工质出口通过管道连接释能换热器143的进口。膨胀机145的进口连接释能换热器143的出口，工质冷却器147连接在膨胀机145的出口与储气库11的进口之间。膨胀机145例如用于驱动发电机发电，高压的二氧化碳可以通过释能换热器143换热升温后在膨胀机145内膨胀，从而可以将压力能甚至热能一起释放出去，转变为机械能。
在一些实施例中，如图3所示，第一压缩机121的进口依次经由预热器18和控制阀19(比如电控阀或手动阀)连接储气库11的出口。进一步地，可以将火电厂冷凝水连接至预热器18，实现低温热量的回收利用，进一步提高系统能量利用效率。此外，还可以将火电厂冷凝水引入工质蒸发器141或者制冷剂蒸发器167以实现低温热量的回收利用。
承上述，下面将结合图2和图4、图5、图6对所述二氧化碳储能系统的其它具体实施例进行详细说明如下。
相较于图3所示具体实施例，在图4、6所示具体实施例中，储能换热组件122还包括储能换热器123，储能换热器123的一端和第一压缩机121的出口连接、且另一端和第一工质冷凝器125连接。举例来说，如图4所示，储能换热器123的一端例如热侧进口与第一压缩机121的出口连接、另一端例如热侧出口连接第一工质冷凝器125。在此情形下，制冷剂发生器163工作所需的热量可以来源于外界（如图6所示），当然也可以来源于储能换热器123输出的二氧化碳热量（如图4所示）。
如图4所示，在一些实施例中，制冷剂发生器163工作所需的热量来源于储能换热器123输出的二氧化碳热量时，储能换热器123的热侧出口还可以连接至制冷剂发生器163的一端例如换热进口1631，制冷剂发生器163的另一端例如换热出口1632连接至第一工质冷凝器125，制冷剂发生器163用于吸收储能换热器123输出的二氧化碳热量、并给流经制冷剂发生器163的二氧化碳提供冷量，储能换热器123输出的二氧化碳流经制冷剂发生器163放热降温后进入第一工质冷凝器125。进一步地，可以在储能换热器123和制冷剂发生器163连接管路设置控制阀150，控制阀150的开度可调整。换而言之，经第一压缩机121压缩后的二氧化碳流经储能换热器123的热侧通道进行换热降温后分为两路，一路流向第一工质冷凝器125，另一路经控制阀150流向制冷剂发生器163进行再次换热降温后输送至第一工质冷凝器125。示例性说明，两路的二氧化碳可以分别输送至第一工质冷凝器125，如图4所示，也可以汇合后共同输送至第一工质冷凝器125。优选地，通过调整控制阀150的开度来控制进入制冷剂发生器163的二氧化碳流量，可以不仅使吸收式制冷循环系统16产生的低温换热介质(位于储冷箱20a中)提供给第一工质冷凝器125的冷量能够使进入第一工质冷凝器125的二氧化碳完全冷凝为液态，而且制冷剂发生器163工作不需要引入外界热量。
如图5所示，在某些实施例中，储能换热器123的热侧出口连接制冷剂发生器163的换热进口1631、再由制冷剂发生器163的换热出口1632连接至第一工质冷凝器125，而非经由管路直接连接第一工质冷凝器125。简而言之，储能换热器123的热侧出口输出的二氧化碳为单路传递而非前述的分为两路。
在一些实施例中，如图4、5、6所示，本发明实施例的二氧化碳储能系统甚至还可以包括热换组件，所述热换组件例如包括储冷罐171和储热罐173，储能换热器123通过储冷罐171、储热罐173与释能换热器143形成换热回路。更具体地，储冷罐171的出口例如通过控制阀172(比如电控阀或手动阀)连接储能换热器123的冷侧进口，储能换热器123的冷侧出口连接储热罐173的进口，藉此可以实现热量的储存。再者，储热罐173的出口例如通过控制阀174(比如电控阀或手动阀)连接释能换热器143的热侧进口，释能换热器143的热侧出口连接储冷罐171的进口，藉此可以实现热量的释放。值得一提的是，在一些实施例中，当二氧化碳储能系统设置有包括储冷罐171和储热罐173的热换组件时，制冷剂发生器163工作所需的热量也可以由储热罐173提供，相应地，储能换热器123可以变更为通过储冷罐171、储热罐173与制冷剂发生器163形成换热回路。
承上述，下面结合图4简要描述所述二氧化碳储能系统的一种操作方法，其可以包括以下步骤：
初始状态下，关闭所有控制阀19、172、174、150及140，储气库11内储存有气态二氧化碳气体作为工质；
当用户处于用电低谷时，关闭控制阀140及174，打开控制阀19、172及150，二氧化碳储能系统的储能部分进行工作。具体地，气态二氧化碳由储气库11进入预热器18内，吸热升温后进入第一压缩机121，在电能作用下由电动机驱动第一压缩机121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123的热侧通道换热降温，将热量传递给来自储冷罐171中的储热介质。降温后的二氧化碳进行分流，一部分直接进入第一工质冷凝器125冷凝为液态，之后经工质增压泵100增压至所需的储能压力；另一部分降温后的二氧化碳经控制阀150流经制冷剂发生器163进行换热降温后也进入第一工质冷凝器125冷凝为液态，之后经工质增压泵100增压至所需的储能压力；增压后的液态二氧化碳存储至储能容器13中。经储能换热器123吸热升温的储热介质储存在储热罐173中，此处的储热介质例如是导热油或熔融盐或饱和水等物质。至此完成二氧化碳工质的压缩与热量储存。
承上述，制冷剂吸收器160中的制冷剂溶液经制冷剂溶液增压泵161增压后进入制冷剂换热器162的冷侧通道进行吸热升温，升温后的制冷剂溶液进入制冷剂发生器163吸收二氧化碳热量进一步升温，高温导致制冷剂溶液可分离为吸收剂和气态制冷剂，或者导致制冷剂溶液中的部分制冷剂蒸发为气态，形成气态制冷剂与低浓度制冷剂溶液，后续以吸收剂和气态制冷剂为例进行示例说明。分离后的吸收剂进入制冷剂换热器162的热侧通道换热降温，将热量传递给低温的制冷剂溶液，降温后的吸收剂经吸收剂膨胀阀164膨胀后，进入制冷剂吸收器160以用作下次吸收式制冷循环；气态制冷剂首先进入制冷剂冷凝器165冷凝为液态，之后经制冷剂膨胀阀166膨胀后，进入制冷剂蒸发器167吸热蒸发，将来自储热箱20b的高温换热介质(例如水)冷却，蒸发后的气态制冷剂进入制冷剂吸收器160溶解于吸收剂以形成制冷剂溶液，重新开始下一次吸收式制冷循环。经制冷剂蒸发器167冷却后的低温换热介质进入储冷箱20a储存，当第一工质冷凝器125需要冷源时，储冷箱20a中储存的低温换热介质进入第一工质冷凝器125吸热升温，为二氧化碳冷凝提供冷源，升温后的换热介质进入储热箱20b储存。至此完成二氧化碳压缩热回收与冷量供给。
当用户处于用电高峰时，关闭控制阀19、172及150，打开控制阀140及174，二氧化碳储能系统的释能部分开始进行工作。具体地，储能容器13内的液态二氧化碳进入工质蒸发器141中吸热蒸发为气态，蒸发后的气态二氧化碳进入释能换热器143的冷侧通道与来自储热罐173的储热介质换热升温，升温后的二氧化碳进入膨胀机145内膨胀做功，带动发电机发电。然后，膨胀至常压的二氧化碳进入工质冷却器147内进行冷却后存储至储气库11内。经释能换热器143放热降温后的储热介质储存在储冷罐171中。至此完成二氧化碳工质的膨胀与热量释放。
由上可知，本发明实施例的二氧化碳储能系统控制方法能够实现：在用电低谷时利用低谷电力储存能量，并在用电高峰时完成能量释放，具有较高的储能效率。
在一些实施例中，参见图7及图8，所述二氧化碳储能系统还包括第二储能组件15。第二储能组件15例如包括第二压缩机151和第二工质冷凝器153；第二压缩机151的进口连接储能换热器123的热侧出口，第二压缩机151的出口依次通过制冷剂发生器163、第二工质冷凝器153连接于储能容器13，第二压缩机151出口输出的二氧化碳流经制冷剂发生器163放热降温后，输送到第二工质冷凝器153冷凝为液态储存至储能容器13中。如此一来，制冷剂发生器163可以吸收第二压缩机151出口的二氧化碳压缩热工作，不需要额外消耗外界热量，第一压缩机121出口的二氧化碳压缩热储存在储热罐173中以提供给释能组件14。第二压缩机151例如由电动机驱动，通过第二压缩机151再次压缩二氧化碳之后，输入的电能一部分以压力能形式存储于液态二氧化碳中、并进入储能容器13，一部分电能以热能形式存储于吸收式制冷循环系统16中以提供其工作所需热能。
进一步地，如图6所示，第二储能组件15还包括控制阀150例如电控阀或手动阀。控制阀150的一端连接储能换热器123的所述热侧出口和第一工质冷凝器125，控制阀150的另一端连接第二压缩机151的所述进口，控制阀150的开度可调整。换而言之，经第一压缩机121压缩后的二氧化碳流经储能换热器123的热侧通道进行换热降温后分为两路，一路流向第一工质冷凝器125，另一路经控制阀150流向第二压缩机151进行再次压缩。优选地，通过调整控制阀150的开度来控制进入第二压缩机151的二氧化碳流量，可以使吸收式制冷循环系统16产生的低温换热介质(位于储冷箱20a中)提供给第一工质冷凝器125的冷量能够使进入第一工质冷凝器125的二氧化碳完全冷凝为液态。
承上述，下面结合图8简要描述所述二氧化碳储能系统的另一种操作方法，其具体可以包括以下步骤：
初始状态下，关闭所有控制阀19、172、174、150及140，储气库11内储存有气态二氧化碳气体作为工质；
当用户处于用电低谷时，关闭控制阀140及174，打开控制阀19、172及150，二氧化碳储能系统的储能部分进行工作。具体地，气态二氧化碳由储气库11进入预热器18内，吸热升温后进入第一压缩机121，在电能作用下由电动机驱动第一压缩机121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123的热侧通道换热降温，将热量传递给来自储冷罐171中的储热介质。降温后的二氧化碳进行分流，一部分进入第一工质冷凝器125冷凝为液态，之后经工质增压泵100增压至所需的储能压力；另一部分降温后的二氧化碳经第二压缩机151增压至所需的储能压力后，通过吸收式制冷循环系统16的换热进口1631进入制冷剂发生器163换热降温，降温后的二氧化碳通过吸收式制冷循环系统16的换热出口1632进入第二工质冷凝器153冷凝为液态，与工质增压泵100出口处的液态二氧化碳混合后存储至储能容器13中。经储能换热器123吸热升温的储热介质储存在储热罐173中，此处的储热介质例如是熔融盐或饱和水等物质。至此完成二氧化碳工质的压缩与热量储存。
承上述，制冷剂吸收器160中的制冷剂溶液经制冷剂溶液增压泵161增压后进入制冷剂换热器162的冷侧通道进行吸热升温，升温后的制冷剂溶液进入制冷剂发生器163吸收二氧化碳热量进一步升温，高温导致制冷剂溶液可分离为吸收剂和气态制冷剂，或者导致制冷剂溶液中的部分制冷剂蒸发为气态，形成气态制冷剂与低浓度制冷剂溶液，后续以吸收剂和气态制冷剂为例进行示例说明。分离后的吸收剂进入制冷剂换热器162的热侧通道换热降温，将热量传递给低温的制冷剂溶液，降温后的吸收剂经吸收剂膨胀阀164膨胀后，进入制冷剂吸收器160以用作下次吸收式制冷循环；气态制冷剂首先进入制冷剂冷凝器165冷凝为液态，之后经制冷剂膨胀阀166膨胀后，进入制冷剂蒸发器167吸热蒸发为气态，将来自储热箱20b的高温换热介质(例如水)冷却，蒸发后的气态制冷剂进入制冷剂吸收器160溶解于吸收剂以形成制冷剂溶液，重新开始下一次吸收式制冷循环。经制冷剂蒸发器167冷却后的低温换热介质进入储冷箱20a储存。当第一工质冷凝器125需要冷源时，储冷箱20a中储存的低温换热介质进入第一工质冷凝器125吸热升温，为二氧化碳冷凝提供冷源，升温后的换热介质进入储热箱20b储存。至此完成二氧化碳压缩热回收与冷量供给。
当用户处于用电高峰时，关闭控制阀19、172及150，打开控制阀140及174，二氧化碳储能系统的释能部分开始进行工作。具体地，储能容器13内的液态二氧化碳进入工质蒸发器141中吸热蒸发为气态，蒸发后的气态二氧化碳进入释能换热器143的冷侧通道与来自储热罐173的储热介质换热升温，升温后的二氧化碳进入膨胀机145内膨胀做功，带动发电机发电。然后，膨胀至常压的二氧化碳进入工质冷却器147内进行冷却后存储至储气库11内。经释能换热器143放热降温后的低温储热介质储存在储冷罐171中。至此完成二氧化碳工质的膨胀与热量释放。
由上可知，本发明实施例的二氧化碳储能系统控制方法能够实现：在用电低谷时利用低谷电力储存能量，并在用电高峰时完成能量释放，具有较高的储能效率。
综上所述，本发明前述各个实施例提供的二氧化碳储能系统及其操作方法，能够实现能量的存储与释放，降低用户电力成本；其具体可以具有以下一个或多个优点：
(1)通过所述第一储能组件和所述增压组件以气态压缩-冷凝-液态增压方式进行二氧化碳压缩存储，所述增压组件的设置可以降低压缩机的储能过程压比，从而能够有效降低储能过程压缩机的功耗，进而提升本发明储能效率；
(2) 采用吸收式制冷循环系统为第一储能组件的二氧化碳由气态转化为液态提供低温冷源，其工作可以充分利用储能过程二氧化碳压缩热，可以不消耗额外电能、热量，进而在保证本发明储能效率的同时提高了本发明能量利用率；
(3)结合第二储能组件进行二级压缩并与吸收式制冷循环系统进行换热后冷凝进行二氧化碳压缩储存，可以为吸收式制冷循环系统提供工作所需的足够热能，从而能够进一步提升本发明能量利用率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种二氧化碳储能系统，其特征在于，包括依次闭环连接的储气库、第一储能组件、工质增压泵、储能容器和释能组件；
所述第一储能组件包括第一压缩机和储能换热组件；所述第一压缩机的进口连接所述储气库，所述第一压缩机的出口连接所述储能换热组件；所述储能换热组件与所述工质增压泵连接；储能时，所述储气库出来的气态二氧化碳经所述第一压缩机加压后经所述储能换热组件转化为液态二氧化碳，所述液态二氧化碳经所述工质增压泵增压至储能压力，增压后的液态二氧化碳输送到所述储能容器内存储；
所述二氧化碳储能系统还包括吸收式制冷循环系统，所述吸收式制冷循环系统包括制冷剂发生器；
所述储能换热组件包括第一工质冷凝器和储能换热器，所述储能换热器的热侧进口和所述第一压缩机的出口连接、且热侧出口连接所述第一工质冷凝器；
所述二氧化碳储能系统还包括第二储能组件，所述第二储能组件包括第二压缩机和第二工质冷凝器，所述第二压缩机的进口连接所述储能换热器的热侧出口，所述第二压缩机的出口依次通过所述制冷剂发生器、所述第二工质冷凝器连接于所述储能容器，所述第二压缩机出口输出的二氧化碳流经所述制冷剂发生器放热降温后，输送到所述第二工质冷凝器冷凝为液态储存至所述储能容器中。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述吸收式制冷循环系统用于给流经所述储能换热组件的所述第一工质冷凝器的二氧化碳提供冷量，流经所述储能换热组件的所述第一工质冷凝器的二氧化碳吸收所述吸收式制冷循环系统提供的冷量。
3.根据权利要求2所述的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述吸收式制冷循环系统包括闭环连接的制冷剂吸收器、所述制冷剂发生器、制冷剂冷凝器和制冷剂蒸发器；
所述制冷剂蒸发器和所述储能换热组件的所述第一工质冷凝器连接，所述制冷剂蒸发器用于给流经所述储能换热组件的所述第一工质冷凝器的二氧化碳提供冷量。
4.根据权利要求1所述的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述储能换热器的热侧出口经由管路直接连接所述第一工质冷凝器，所述第二工质冷凝器冷凝后的液态二氧化碳与所述工质增压泵出口处的增压后的液态二氧化碳混合后存储至所述储能容器。
5.根据权利要求1所述的二氧化碳储能系统，其特征在于，还包括：控制阀，连接在所述储能换热器的热侧出口与所述第二压缩机的进口之间；所述控制阀的开度可调整。
6.根据权利要求3所述的二氧化碳储能系统，其特征在于，还包括缓冲箱，所述制冷剂蒸发器通过所述缓冲箱与所述第一工质冷凝器连接；所述缓冲箱用于储存换热介质，所述换热介质与流经所述第一工质冷凝器的二氧化碳、流经所述制冷剂蒸发器的液态制冷剂分别进行热交换。
7.根据权利要求6所述的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述缓冲箱包括储热箱和储冷箱，所述制冷剂蒸发器通过所述储热箱、所述储冷箱与所述第一工质冷凝器形成闭环连接；所述制冷剂蒸发器吸收所述储热箱的换热介质热量时，将来自所述储热箱的换热介质冷却，冷却后的换热介质输送到所述储冷箱储存；二氧化碳流经所述第一工质冷凝器时，将来自所述储冷箱的换热介质加热，加热后的换热介质输送到所述储热箱储存。
8. 根据权利要求3所述的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述吸收式制冷循环系统还包括制冷剂换热器；所述制冷剂换热器的冷侧进口连接所述制冷剂吸收器、冷侧出口连接所述制冷剂发生器、热侧进口连接所述制冷剂发生器、以及热侧出口连接所述制冷剂吸收器，制冷剂溶液经所述制冷剂换热器进入所述制冷剂发生器吸热后分离为气态制冷剂、和吸收剂或低浓度制冷剂溶液，且分离后的所述吸收剂或低浓度制冷剂溶液经所述制冷剂换热器进入所述制冷剂吸收器。
9.根据权利要求8所述的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述吸收式制冷循环系统还包括制冷剂溶液增压泵，所述制冷剂换热器的所述冷侧进口通过所述制冷剂溶液增压泵连接所述制冷剂吸收器；和/或
所述吸收式制冷循环系统还包括吸收剂膨胀阀，所述制冷剂换热器的所述热侧出口通过所述吸收剂膨胀阀连接所述制冷剂吸收器。
10.根据权利要求3或8或9所述的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述吸收式制冷循环系统还包括制冷剂膨胀阀，所述制冷剂冷凝器通过所述制冷剂膨胀阀连接至所述制冷剂蒸发器。
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