CN116771648B - 一种压缩气体储能系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种压缩气体储能系统，解决了现有技术中空气压缩储能的发电能力较低以及二氧化碳压缩储能的应用场景受限的技术问题。本申请提供的压缩气体储能系统，通过补燃方法提升空气压缩储能的发电能力并产生系统高效运行所需热量。空气储能系统与二氧化碳储能系统共用一个储气腔，可以通过控制空气储能系统以及二氧化碳储能系统的工作，使得空气储能的同时二氧化碳储能，空气释能的同时二氧化碳释能，使得储气腔容量得到充分利用。

Description

一种压缩气体储能系统
技术领域
本申请涉及电能存储技术领域，具体涉及一种压缩气体储能系统。
背景技术
压缩气体储能具有不受地理约束、建设周期短等优势，极具发展前景。压缩气体储能原理为：用电低谷时，压缩机组在电能驱动下将气体压缩至高压状态并存储在高压储气单元中，即压缩储能阶段；用电高峰时，高压气体进入膨胀机组做功发电，即膨胀释能阶段。压缩气体储能技术是一种能够实现大容量和长时间电能存储的电力储能系统，通过压缩机将常压气体压缩至高压并储存的方式来存储多余电力，在需要用电时将高压气体释放并膨胀发电。
目前，压缩气体储能主要有压缩空气储能和压缩二氧化碳储能方式。
压缩空气采用高压储气方法，储气压力高达10MPa以上，通常储气库采用的是固定容积变压运行方式，储气库的垫底空气压力为7MPa，储能时，向储气库充入空气至压力达到10MPa为止，释能时，储气库排出空气至压力回到7MPa为止。但是当前在开发的压缩空气储能系统的压力参数太高，技术难度大；且变压运行，储气库利用率低，导致向空气膨胀机中提供的气量有限，空气膨胀机的膨胀发电能力较低。
另外，压缩二氧化碳储能采用常压储气方法，通常储气库采用的是变容积恒定常压运行方式，储能时，储气库输出二氧化碳并被压缩至高压，高压二氧化碳可由环境直接冷凝成液态，并储存于储罐中，释能时，液态二氧化碳气化膨胀至常压返回储气库，正常工况下的储能和释能过程中，压缩机和膨胀机分别处于恒定工况运行状态，但是，一方面常压储存二氧化碳储气库的容积巨大，可达数十万乃至数百万方，占地面积可达几十亩乃至数百亩，另一方面，液态二氧化碳气化还需要外部输入大量的低温热能，使得压缩二氧化碳储能技术的应用场景受到限制。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种压缩气体储能系统，解决了现有技术中在空气压缩储能的发电能力较低以及二氧化碳压缩储能的应用场景受到限制的技术问题。
作为本申请的第一方面，本申请提供了一种压缩气体储能系统，包括：包括：储气组件，所述储气组件包括储气腔以及设置在所述储气腔内的柔性隔膜，所述柔性隔膜将所述储气腔隔成为所述空气储气腔以及所述二氧化碳储气腔以避免空气与二氧化碳混合；二氧化碳压缩组件，所述二氧化碳压缩组件的进气口与所述二氧化碳储气腔的出气口连通，所述二氧化碳压缩组件配置为将二氧化碳进行压缩并回收压缩热量，以及冷凝至液态二氧化碳；储液组件，所述储液组件与所述二氧化碳压缩组件的出液口连通，所述储液组件配置为存储经过所述二氧化碳压缩组件产生的液态二氧化碳；以及二氧化碳膨胀组件，所述二氧化碳膨胀组件的进液口与所述储液组件的出液口连通，所述二氧化碳膨胀组件的出气口与所述二氧化碳储气腔的进气口连通，所述二氧化碳膨胀组件配置为将所述液态二氧化碳进行气为二氧化碳气体，并对二氧化碳气体进行加热以及膨胀发电；以及空气压缩组件，所述空气压缩组件的出气口与所述空气储气腔的进气口连通，所述空气压缩组件配置为将空气进行压缩，以产生压缩空气，并回收压缩热量；空气补燃及膨胀组件，所述空气补燃及膨胀组件的进气口与所述空气储气腔的出气口连通，所述空气补燃及膨胀组件配置为对所述空气储气腔输出的压缩空气进行预热，以及直接燃烧补热，形成高温高压气体，并使其膨胀发电，并产出携带所述压缩气体储能系统所需热量的乏气。
在本申请一实施例中，所述空气补燃及膨胀组件包括：空气预热器，所述空气预热器的空气进气口与所述空气储气腔的出气口连通，所述空气预热器配置为对压缩空气进行预热；燃烧室，所述燃烧室的进气口与所述空气预热器的出气口连通，所述燃烧室配置为对经过所述空气预热器预热后的空气进行直接燃烧补热；以及空气膨胀机，所述空气膨胀机的进气口与所述燃烧室的出气口连通，所述空气膨胀机配置为利用经过所述燃烧室加热后的气体进行膨胀发电，并产出携带所述压缩气体储能系统所需热量的乏气。
在本申请一实施例中，所述空气膨胀机的出气口与所述空气预热器的乏气进气口连通，以使得所述空气膨胀机产生的乏气进入所述空气预热器中。
在本申请一实施例中，所述二氧化碳膨胀组件包括：二氧化碳气化器，所述二氧化碳气化器的进液口与所述储液组件的出液口连通，所述二氧化碳气化器配置为将液态二氧化碳进行气化，以产生二氧化碳气体，所述二氧化碳气化器的出气口与所述二氧化碳预热器的进气口连通；二氧化碳预热器，所述二氧化碳预热器的进气口与所述二氧化碳气化器的出气口连通，所述二氧化碳预热器配置为对所述二氧化碳气化器产生的二氧化碳气体进行加热；以及二氧化碳膨胀机，所述二氧化碳膨胀机的进气口与所述二氧化碳预热器的出气口连通，所述二氧化碳膨胀机配置为利用经过所述二氧化碳预热器加热后的二氧化碳气体进行膨胀发电；其中，二氧化碳膨胀机的出气口与所述二氧化碳气化器的进气口连通。
在本申请一实施例中，所述空气膨胀机的出气口与所述二氧化碳预热器的乏气进气口连通，以使得所述空气膨胀机产生的乏气进入所述二氧化碳预热器中用于加热二氧化碳。
在本申请一实施例中，所述压缩气体储能系统，还包括：第一储热组件，所述第一储热组件包括：第一冷罐，所述第一冷罐与所述空气压缩组件连通；第一热罐，所述第一热罐的进热口与所述空气压缩组件的出热口连通，所述空气压缩组件产生的压缩热由第一传输介质输入至第一热罐中并存储。
在本申请一实施例中，所述第一热罐的出热口与所述空气预热器的进热口连通。
在本申请一实施例中，所述第一热罐的出热口与所述二氧化碳预热器的进热口连通。
在本申请一实施例中，所述二氧化碳气化器的出热口与所述第一冷罐的进口连通。
在本申请一实施例中，所述压缩气体储能系统，还包括：第二储热组件所述第二储热组件包括：第二冷罐，所述第二冷罐与所述二氧化碳压缩组件连通；第二热罐，所述第二热罐的进热口与所述二氧化碳压缩组件的出热口连通，所述二氧化碳压缩组件产生的压缩热由第二传输介质输入至第二热罐中并存储；其中，所述第二热罐的出热口与所述二氧化碳气化器的进热口连通。
本申请提供的压缩气体储能系统，将空气储能系统以及二氧化碳储气系统共用一个储气腔，并可以通过控制空气储能系统以及二氧化碳储气系统的工作，可以使得空气储能的同时二氧化碳储能；空气释能的同时二氧化碳释能，例如，空气储气腔存储气体（即空气储能）的同时，二氧化碳储气腔释放二氧化碳并液化（即二氧化碳储能）；还例如，空气储气腔释放气体（即空气释能）的同时，液体二氧化碳气化并进入二氧化碳储气腔存储二氧化碳气体（即二氧化碳释能），可以使得二氧化碳与空气交替使用同一个储气腔，实现储气腔接近100%的利用率，并降低由二氧化碳储气库占地面积大而导致应用场景受限的概率。空气储能系统通过补燃方法提升压缩空气膨胀发电的能力，且排出乏气的余热提供给压缩气体储能系统自身进行充分回收，燃料的燃烧热量得到高效率的转化与利用。
附图说明
通过结合附图对本申请实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其他目标、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
图1所示为本申请一实施例提供的一种压缩气体储能系统的工作原理图。
图2所示为本申请另一实施例提供的一种压缩气体储能系统的工作原理图。
附图标记说明：
1-空气压缩组件，11-空气压缩机，12-空气换热器，2-二氧化碳压缩组件，21-二氧化碳压缩机，22-二氧化碳换热器，23-二氧化碳冷凝器，301-第一储热组件，302-第二储热组件，31-第一冷罐，32-第一热罐，33-第二冷罐，34-第二热罐，4-二氧化碳膨胀组件，41-增压泵，42-二氧化碳气化器，43-二氧化碳预热器，44-二氧化碳膨胀机，5-空气补燃及膨胀组件，51-空气预热器，52-燃烧室，53-空气膨胀机，6-储气组件，61-空气储气腔，62-二氧化碳储气腔，7-储液组件，71-储液罐，72-液体泵，73-液体加热器。
具体实施方式
本申请的描述中，“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。本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，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、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
另外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方式进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请提供了一种压缩气体储能系统，图1-2所示为本申请实施例提供的一种压缩气体储能系统的工作原理图，如图1-2所示，该压缩气体储能系统包括：
储气组件6，储气组件6包括储气腔以及设置在储气腔内的柔性隔膜，柔性隔膜将储气腔隔成为空气储气腔61以及二氧化碳储气腔62，柔性隔膜可以将空气以及二氧化碳气体分别存储在空气储气腔61以及二氧化碳储气腔62，从而避免空气以及二氧化碳气体混合；
具体的，储气腔为可承受压力的固定容积的地面或地下容器，优选压力4MPa以下；其内部由不受张力作用的柔性隔膜分隔成空气储气腔61和二氧化碳储气腔62以避免空气与二氧化碳混合；空气储气腔61和二氧化碳储气腔62压力相等并可通过柔性隔膜的缩放调节两者的容积分配；二氧化碳储气腔62中的二氧化碳的物性状态为气态。
其中，柔性隔膜可以在储气腔内自由变形，以调整空气储气腔61与二氧化碳储气腔62的体积。例如，空气储气腔61存储气体（即空气储能）的同时，二氧化碳储气腔62释放二氧化碳并液化（即二氧化碳储能）；还例如，空气储气腔61释放气体（即空气释能）的同时，液体二氧化碳气化并进入二氧化碳储气腔62存储二氧化碳气体（即二氧化碳释能），可以使得二氧化碳与空气交替使用同一个储气腔，降低由二氧化碳储气库占地面积大而导致应用场景受限的概率。
二氧化碳压缩组件2，二氧化碳压缩组件2的进气口与二氧化碳储气腔62的出气口连通，二氧化碳压缩组件2配置为将二氧化碳进行压缩并回收压缩热量，以及冷凝至液态二氧化碳；
储液组件7，储液组件7与二氧化碳压缩组件2连通，储液组件7配置为存储经过二氧化碳压缩组件2产生的液态二氧化碳；以及
二氧化碳膨胀组件4，二氧化碳膨胀组件4的进液口与储液组件7的出液口连通，二氧化碳膨胀组件4配置为将液态二氧化碳进行气为二氧化碳气体，并对二氧化碳气体进行膨胀发电；以及
空气压缩组件1，空气压缩组件1的出气口与空气储气腔61的进气口连通，空气压缩组件1配置为将空气进行压缩，以产生压缩空气，并回收压缩热量；
空气补燃及膨胀组件5，空气补燃及膨胀组件5的进气口与空气储气腔61的出气口连通，空气补燃及膨胀组件5配置为对压缩空气膨胀发电。
本申请提供的压缩气体储能系统，将空气储能系统以及二氧化碳储气系统沟通一个储气腔，并可以通过控制空气储能系统以及二氧化碳储气系统的工作，可以使得空气储能的同时二氧化碳储能；空气释能的同时二氧化碳释能，例如，空气储气腔61存储气体（即空气储能）的同时，二氧化碳储气腔62释放二氧化碳并液化（即二氧化碳储能）；还例如，空气储气腔61释放气体（即空气释能）的同时，液体二氧化碳气化并进入二氧化碳储气腔62存储二氧化碳气体（即二氧化碳释能），可以使得二氧化碳与空气交替使用同一个储气腔，实现储气腔接近100%的利用率，并降低由二氧化碳储气库占地面积大而导致应用场景受限的概率。本申请提供的空气储能系统通过补燃方法提升压缩空气膨胀发电的能力，且排出乏气的余热由压缩气体储能系统自身进行充分回收，燃料的燃烧热量得到高效率的转化与利用。
在本申请一实施例中，如图1-2所示，空气补燃及膨胀组件5包括：
空气预热器51，空气预热器51的空气进气口与空气储气腔61的出气口连通，空气预热器51配置为对压缩空气进行预热；
燃烧室52，燃烧室52的进气口与空气预热器51的出气口连通，燃烧室52配置为对经过空气预热器51预热后的空气进行直接燃烧补热；以及
空气膨胀机53，空气膨胀机53的进气口与燃烧室52的出气口连通，空气膨胀机53配置为利用经过燃烧室52加热后的气体进行膨胀发电，并产出携带所述压缩气体储能系统所需热量的乏气。
本申请中通过在空气膨胀机53前方设置燃烧室52，燃烧室52可以对进入空气膨胀机53之前的压缩空气中注入燃料并直接燃烧，对压缩空气起到加热作用，大幅提高温度后，形成高温高压气体，然后高温高压气体输入至空气膨胀机53中进行膨胀发电。也就是说，空气膨胀机53的进气采用了补燃加热的方式，大幅提高了压缩空气膨胀发电的能力，并产生适合于本申请提供的空气储能系统能够高效利用的乏气余热。
可选的，如图1所示，空气膨胀机53的出气口与空气预热器51的乏气进气口连通，空气膨胀机53产生的乏气可以进入空气预热器51中用于加热压缩空气，使得空气膨胀机53中的排气热量在系统中得到充分的利用。
在本申请一实施例中，如图1所示，二氧化碳膨胀组件4包括：
二氧化碳气化器42，二氧化碳气化器42的进液口与储液组件7的出液口连通，二氧化碳气化器42配置为将液态二氧化碳进行气化，以产生二氧化碳气体，二氧化碳气化器42的出气口与二氧化碳预热器43的进气口连通；
二氧化碳预热器43，二氧化碳预热器43的进气口与二氧化碳气化器42的出气口连通，二氧化碳预热器43配置为对二氧化碳气化器42产生的二氧化碳气体进行加热；以及
二氧化碳膨胀机44，二氧化碳膨胀机44的进气口与二氧化碳预热器43的出气口连通，二氧化碳膨胀机44配置为利用经过二氧化碳预热器43加热后的二氧化碳气体进行膨胀发电；
其中，二氧化碳膨胀机44的出气口与二氧化碳气化器42的进气口连通。二氧化碳膨胀机44产生的排气热量用于液态二氧化碳的气化，充分利用了系统内的排气热量，因此，降低了从外部获取热量的概率，从而降低了建造外部热源的设备，减少了成本投入，并降低了应用场景的限制概率。
可选的，如图1所示，空气膨胀机53的出气口与二氧化碳预热器43的乏气进气口连通，以使得空气膨胀机53产生的排气进入二氧化碳预热器43中用于加热二氧化碳。空气膨胀机53的排气余热用于二氧化碳膨胀机44进气预热，空气膨胀机53的排气余热在系统中得到充分利用，不需要配置余热锅炉及发电设备，节省设备投资。
可选的，如图2所示，压缩气体储能系统，还包括：第一储热组件301，第一储热组件301包括：
第一冷罐31，第一冷罐31与空气压缩组件1连通；
第一热罐32，第一热罐32的进热口与空气压缩组件1的出热口连通，空气压缩组件1产生的压缩热由第一传输介质输入至第一热罐32中并存储。
即采用第一冷罐31和第一热罐32将空气压缩过程中产生的压缩热进行回收存储，以便为整个系统需要热量的设备提供热量，充分利用系统产生的热量的同时，减少了产热设备的需求量，减少了设备投入，并降低了场地的占地面积，从而丰富了系统的应用场景。
可选的，如图1所示，第一热罐32的出热口与空气预热器51的进热口连通，即由空气压缩过程产生的压缩热被回收之后，该热量可以用于对空气预热器51提供热量，充分利用系统产生的热量。
可选的，如图2所示，第一热罐32的出热口与二氧化碳预热器43的进热口连通，即由空气压缩过程产生的压缩热被回收之后，该热量可以用于二氧化碳预热器43中的提供热量，充分利用系统产生的热量为二氧化碳进行膨胀之前的预热。
可选的，如图2所示，二氧化碳气化器42的出热口与第一冷罐31的进口连通，即二氧化碳气化过程中产生的热被传输至第一冷罐31中备用。
在本申请一实施例中，如图1-图2所示，压缩气体储能系统，其特征在于，还包括：第二储热组件302包括：
第二冷罐33，第二冷罐33与二氧化碳压缩组件2连通；
第二热罐34，第二热罐34的进热口与二氧化碳压缩组件2的出热口连通，二氧化碳压缩组件2产生的压缩热输入至第二热罐34中并存储；
其中，第二热罐34的出热口与二氧化碳气化器42的进热口连通。
将二氧化碳压缩过程中产生的压缩热回收存储至第二热罐34中，当二氧化碳气化时需要热量时，第二热罐34可以将热量传输至二氧化碳气化器42器中，充分利用了系统产生的热量，减少二氧化碳气化过程中需要外部热源提供热量的概率，从而减少外部加热设备的使用，降低了成本的同时，还丰富了应用场景。
下面通过2个具体的实施例详细介绍本申请提供的压缩气体储能系统的具体结构以及工作原理。
实施例1：
如图2所示，压缩气体储能系统包括：
储气腔，其为可承受压力的固定容积的地面或地下容器，优选压力4MPa以下；其内部由不受张力作用的柔性隔膜分隔成至少一个空气储气腔61和至少一个二氧化碳储气腔62，以避免空气与二氧化碳混合；空气储气腔61和二氧化碳储气腔62压力相等并可通过柔性隔膜的缩放调节两者的容积分配；二氧化碳储气腔62中的二氧化碳所处的物性状态为气态。
空气压缩组件1，其包括空气压缩机11、空气换热器12，其中空气换热器12与空气储腔连通，空气压缩机11将空气进行压缩产生压缩空气，压缩空气经过空气换热器12后通入空气储气腔61内，以实现空气蓄能。
二氧化碳压缩组件2，二氧化碳压缩组件2包括二氧化碳压缩机21、二氧化碳换热器、二氧化碳冷凝器23，二氧化碳压缩机21的进气口与二氧化碳储气腔62连通，二氧化碳冷凝器23用于将气态二氧化碳进行冷凝，产生液态二氧化碳，即二氧化碳压缩组件2用于将二氧化碳储气腔62中的二氧化碳抽出并压缩及液化；
储液组件7，其中储液组件7包括储液罐71、液体泵72和液体加热器73；二氧化碳压缩组件2用于将二氧化碳储气腔62中的二氧化碳抽出并压缩及液化，储液罐71进液口与二氧化碳冷凝器23的出液口通过液压管路连接，储液组件7即将二氧化碳压缩组件2产生的液态二氧化碳存储在储液罐71中。储液罐71、液体泵72以及液体加热器73通过液压管路依次连通。
第一储热组件301；包括第一冷罐31、第一热罐32，及其中的用于储热的介质；第一储热组件301在空气压缩组件1处于储能运行工况时，用于将空气压缩过程中压缩热，通过空气换热器12回收，并传递给从第一冷罐31输出的介质，并由介质输入至第一热罐32内储存。
第二储热组件302；包括第二冷罐33、第二热罐34，及其中的用于储热的介质；第二储热组件302在二氧化碳压缩组件2处于储能运行工况时，用于将二氧化碳压缩过程中压缩热，通过二氧化碳换热器回收，并传递给从第二冷罐33输出的介质，并由介质输入至第二热罐34内储存。另外，第二冷罐33与液体加热器73连通。
二氧化碳膨胀组件4，二氧化碳膨胀组件4包括增压泵41、二氧化碳气化器42、二氧化碳预热器43、二氧化碳膨胀机44，二氧化碳气化器42的进液口与液压泵的出液口连通，二氧化碳气化器42用于将液态二氧化碳气化，产生气态二氧化碳，气态二氧化碳经过二氧化碳预热器43进行预热后传输至二氧化碳膨胀机44进行膨胀发电。
空气补燃及膨胀组件5，空气补燃及膨胀组件5包括空气预热器51、燃烧室52、空气膨胀机53，空气预热器51的进气口与空气储气腔61连通，空气储气腔61内的压缩空气经过空气预热器51被预热后，至燃烧室52补燃加热，最后至空气膨胀机53进行膨胀发电。其中，空气膨胀机53的出气口与空气预热器51的乏气进气口连通，空气膨胀机53产生的排气可以进入空气预热器51中，使得空气膨胀机53中的排气热量在系统中得到充分的利用。
第一热罐32的出热口与二氧化碳预热器43的进热口连通，即由空气压缩过程产生的压缩热被回收之后，该热量可以用于二氧化碳预热器43中的提供热量，充分利用系统产生的热量为二氧化碳进行膨胀之前的预热。
二氧化碳气化器42的出热口与第一冷罐31的进口连通。
采用该压缩气体储能系统的工作方法（即储能、释能方法）包括如下步骤：
（1）初始阶段：初始阶段空气储气腔61处于放空状态且二氧化碳储气腔62充满带有规定压力的二氧化碳气体；
（2）储能阶段：包括同时进行的二氧化碳压缩液化过程和空气压缩储能过程。
二氧化碳压缩液化过程为：二氧化碳气体从二氧化碳储气腔62输出并经二氧化碳压缩机21压缩至高压，期间利用二氧化碳换热器回收气体二氧化碳压缩热并将高压二氧化碳通过二氧化碳冷凝器23向环境释放热量并液化后输送至储液罐71存储；
空气压缩储能过程为：空气压缩机11将来自大气的空气压缩至与二氧化碳储气腔62相同的压力水平，并输入空气储气腔61，期间利用空气换热器12回收空气压缩热；
空气储能阶段直至空气储气腔61充满、二氧化碳储气腔62放空时结束；
（3）释能阶段，包括同时进行的液体二氧化碳气化膨胀释能阶段和压缩空气补燃及膨胀释能过程；
液体二氧化碳气化膨胀释能过程为：液体二氧化碳由液体泵72从储液罐71输出并经增压泵41增压，优选增压至10MPa以上，再经二氧化碳气化器42气化和二氧化碳预热器43加热后通入二氧化碳膨胀机44膨胀发电，二氧化碳储气腔62内的压力降至与空气储气腔61相同的压力水平；二氧化碳气化和预热热量来自第一储热组件301、第二储热组件302和二氧化碳膨胀机44的排气余热；从液体泵72输出的一小股液体二氧化碳流入液体加热器73使液体二氧化碳加热气化，返至储液罐71，以维持储液罐71压力，液体加热器73所需热量由第二储热组件302的余热提供；
压缩空气补燃及膨胀释能过程为：空气储气腔61输出压缩空气经空气预热器51加热，空气预热器51热量来自空气膨胀机53排气余热，再经燃烧室52补燃加热，高温高压空气经空气膨胀机53膨胀发电，空气膨胀机53排气余热用于空气预热。
释能阶段直至空气储气腔61放空、二氧化碳储气腔62充满时结束。
综上所述，该压缩气体储能系统的工作方法为：空气储能同时二氧化碳储能，空气释能同时二氧化碳释能。
实施例2：
如图1所示，压缩气体储能系统包括：
储气腔，其为可承受压力的固定容积的地面或地下容器，优选压力4MPa以下；其内部由不受张力作用的柔性隔膜分隔成至少一个空气储气腔61和至少一个二氧化碳储气腔62以避免空气与二氧化碳混合；空气储气腔61和二氧化碳储气腔62压力相等并可通过柔性隔膜的缩放调节两者的容积分配；二氧化碳储气腔62中的二氧化碳所处的物性状态为气态。
空气压缩组件1，其包括空气压缩机11、空气换热器12，其中空气换热器12与空气储腔连通，空气压缩机11将空气进行压缩产生压缩空气，压缩空气经过空气换热器12后通入空气储气腔61内，以实现空气蓄能。
二氧化碳压缩组件2，二氧化碳压缩组件2包括二氧化碳压缩机21、二氧化碳换热器、二氧化碳冷凝器23，二氧化碳压缩机21的进气口与二氧化碳储气腔62连通，二氧化碳冷凝器23用于将气态二氧化碳进行冷凝，产生液态二氧化碳，即二氧化碳压缩组件2用于将二氧化碳储气腔62中的二氧化碳抽出并压缩及液化；
储液组件7，其中储液组件7包括储液罐71、液体泵72和液体加热器73；二氧化碳压缩组件2用于将二氧化碳储气腔62中的二氧化碳抽出并压缩及液化，储液罐71进液口与二氧化碳冷凝器23的出液口通过液压管路连接，储液组件7即将二氧化碳压缩组件2产生的液态二氧化碳存储在储液罐71中。储液罐71、液体泵72以及液体加热器73通过液压管路依次连通。
第一储热组件301；包括第一冷罐31、第一热罐32，及其中的用于储热的介质；第一储热组件301在空气压缩组件1处于储能运行工况时，用于将空气压缩过程中压缩热，通过空气换热器12回收，并传递给从第一冷罐31输出的介质，并由介质输入至第一热罐32内储存。
第二储热组件302；包括第二冷罐33、第二热罐34，及其中的用于储热的介质；第二储热组件302在二氧化碳压缩组件2处于储能运行工况时，用于将二氧化碳压缩过程中压缩热，通过二氧化碳换热器回收，并传递给从第二冷罐33输出的介质，并由介质输入至第二热罐34内储存。另外，第二冷罐33与液体加热器73连通。
二氧化碳膨胀组件4，二氧化碳膨胀组件4包括增压泵41、二氧化碳气化器42、二氧化碳预热器43、二氧化碳膨胀机44，二氧化碳气化器42的进液口与液压泵的出液口连通，二氧化碳气化器42用于将液态二氧化碳气化，产生气态二氧化碳，气态二氧化碳经过二氧化碳预热器43进行预热后传输至二氧化碳膨胀机44进行膨胀发电。二氧化碳膨胀机44的出热口与二氧化他气化器的进热口连通，可以将二氧化碳产生的热量传输至二氧化碳气化器42。
空气补燃及膨胀组件5，空气补燃及膨胀组件5包括空气预热器51、燃烧室52、空气膨胀机53，空气预热器51的进气口与空气储气腔61连通，空气储气腔61内的压缩空气经过空气预热器51被预热后，至燃烧室52补燃加热，最后至空气膨胀机53进行膨胀发电。其中，空气膨胀机53的出气口与二氧化碳预热器43的进气口连通，空气膨胀机53产生的排气可以进入二氧化碳预热器43中，使得空气膨胀机53中的排气热量在系统中得到充分的利用。空气预热器51的进热口与第一热罐32的出热口连通，即第一热罐32中存储的压缩热可用于空气预热器51提供热量。
采用该压缩气体储能系统的工作方法（即储能、蓄能方法）包括如下步骤：
（1）初始阶段：初始阶段空气储气腔61处于放空状态且二氧化碳储气腔62充满带有规定压力的二氧化碳气体；
（2）储能阶段：包括同时进行的二氧化碳压缩液化过程和空气压缩储能过程。
二氧化碳压缩液化过程为：二氧化碳气体从二氧化碳储气腔62输出并经二氧化碳压缩机21压缩至高压，期间利用二氧化碳换热器22回收气体二氧化碳压缩热并将高压二氧化碳通过二氧化碳冷凝器23向环境释放热量并液化后输送至储液罐71存储；
空气压缩储能过程为：空气压缩机11将来自大气的空气压缩至与二氧化碳储气腔62相同的压力水平，并输入空气储气腔61，期间利用空气换热器12回收空气压缩热；
空气储能阶段直至空气储气腔61充满、二氧化碳储气腔62放空时结束；
（3）释能阶段，包括同时进行的液体二氧化碳气化膨胀释能阶段和压缩空气补燃及膨胀释能过程；
液体二氧化碳气化膨胀释能过程为：液体二氧化碳由液体泵72从储液罐71输出并经增压泵41增压，优选增压至10MPa以上，再经二氧化碳气化器42气化和二氧化碳预热器43加热后通入二氧化碳膨胀机44膨胀发电，二氧化碳储气腔62内的压力降至与空气储气腔61相同的压力水平；二氧化碳气化及预热热量来自第二储热组件302以及空气膨胀机53产生的排气热量和二氧化碳膨胀机44排气热量；从液体泵72输出的一小股液体二氧化碳流入液体加热器73使液体二氧化碳加热气化，返至储液罐71，以维持储液罐71压力，液体加热器73所需热量由第二储热组件302的余热提供；二氧化碳机膨胀发电后产生的排气热量可传输至二氧化碳气化器42，为二氧化碳气化器42提供热量。
压缩空气补燃及膨胀释能过程为：空气储气腔61输出压缩空气经空气预热器51加热，空气预热器51热量来自第一储热组件301，再经燃烧室52补燃加热，高温高压空气经空气膨胀机53膨胀发电，空气膨胀机53排气余热用于二氧化碳预热。
释能阶段直至空气储气腔61放空、二氧化碳储气腔62充满时结束。
综上所述，该压缩气体储能系统的工作方法为：空气储能同时二氧化碳储能，空气释能同时二氧化碳释能。
以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方式。
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此发明的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
以上所述仅为本申请创造的较佳实施例而已，并不用以限制本申请创造，凡在本申请创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请创造的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种压缩气体储能系统，其特征在于，包括：
储气组件（6），所述储气组件（6）包括储气腔以及设置在所述储气腔内的柔性隔膜，所述柔性隔膜将所述储气腔分隔成空气储气腔（61）以及二氧化碳储气腔（62）；
二氧化碳压缩组件（2），所述二氧化碳压缩组件（2）的进气口与所述二氧化碳储气腔（62）的出气口连通，所述二氧化碳压缩组件（2）配置为将二氧化碳气体进行压缩并回收压缩热量，以及冷凝至液态二氧化碳；
储液组件（7），所述储液组件（7）的进液口与所述二氧化碳压缩组件（2）的出液口连通，所述储液组件（7）配置为存储经过所述二氧化碳压缩组件（2）产生的液态二氧化碳；以及
二氧化碳膨胀组件（4），所述二氧化碳膨胀组件（4）的进液口与所述储液组件（7）的出液口连通，所述二氧化碳膨胀组件（4）的出气口与所述二氧化碳储气腔（62）的进气口连通，所述二氧化碳膨胀组件（4）配置为将所述液态二氧化碳气化为二氧化碳气体，并对二氧化碳气体进行加热以及膨胀发电；以及
空气压缩组件（1），所述空气压缩组件（1）的出气口与所述空气储气腔（61）的进气口连通，所述空气压缩组件（1）配置为将空气进行压缩，以产生压缩空气，并回收压缩热量；
空气补燃及膨胀组件（5），所述空气补燃及膨胀组件（5）的进气口与所述空气储气腔（61）的出气口连通，所述空气补燃及膨胀组件（5）配置为对所述空气储气腔（61）输出的压缩空气进行预热以及直接燃烧补热后被膨胀发电，并产出携带所述压缩气体储能系统所需热量的乏气；
所述空气补燃及膨胀组件（5）包括：
空气预热器（51），所述空气预热器（51）的空气进气口与所述空气储气腔（61）的出气口连通，所述空气预热器（51）配置为对压缩空气进行预热；
燃烧室（52），所述燃烧室（52）的进气口与所述空气预热器（51）的出气口连通，所述燃烧室（52）配置为对经过所述空气预热器（51）预热后的空气进行直接燃烧补热；以及
空气膨胀机（53），所述空气膨胀机（53）的进气口与所述燃烧室（52）的出气口连通，所述空气膨胀机（53）配置为利用经过所述燃烧室（52）加热后的气体进行膨胀发电，并产出携带所述压缩气体储能系统所需热量的乏气；
所述二氧化碳膨胀组件（4）包括：
二氧化碳气化器（42），所述二氧化碳气化器（42）的进液口与所述储液组件（7）的出液口连通，所述二氧化碳气化器（42）配置为将液态二氧化碳进行气化，以产生二氧化碳气体；
二氧化碳预热器（43），所述二氧化碳预热器（43）的二氧化碳进气口与所述二氧化碳气化器（42）的出气口连通，所述二氧化碳预热器（43）配置为对所述二氧化碳气化器（42）产生的二氧化碳气体进行加热；以及
二氧化碳膨胀机（44），所述二氧化碳膨胀机（44）的进气口与所述二氧化碳预热器（43）的出气口连通，所述二氧化碳膨胀机（44）配置为利用经过所述二氧化碳预热器（43）加热后的二氧化碳气体进行膨胀发电；
其中，二氧化碳膨胀机（44）的出气口与所述二氧化碳气化器（42）的进气口连通；
所述空气膨胀机（53）的出气口与所述二氧化碳预热器（43）的乏气进气口连通，以使得所述空气膨胀机（53）产生的乏气进入所述二氧化碳预热器（43）中；
所述二氧化碳预热器（43）的乏气出气口与所述二氧化碳气化器（42）的乏气进气口连通。
2.根据权利要求1所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述空气膨胀机（53）的出气口与所述空气预热器（51）的乏气进气口连通，以使得所述空气膨胀机产生的乏气进入所述空气预热器（51）中以加热压缩空气。
3.根据权利要求1所述的压缩气体储能系统，其特征在于，还包括：第一储热组件（301），所述第一储热组件（301）包括：
第一冷罐（31），所述第一冷罐（31）与所述空气压缩组件（1）连通；
第一热罐（32），所述第一热罐（32）的进热口与所述空气压缩组件（1）的出热口连通，所述空气压缩组件（1）产生的压缩热由第一传输介质输入至第一热罐（32）中并存储。
4.根据权利要求3所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述第一热罐（32）的出热口与所述空气预热器（51）的进热口连通。
5.根据权利要求3所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述第一热罐（32）的出热口与所述二氧化碳预热器（43）的进热口连通。
6.根据权利要求3所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述二氧化碳气化器（42）的出热口与所述第一冷罐（31）的进口连通。
7.根据权利要求1所述的压缩气体储能系统，其特征在于，还包括：第二储热组件（302）；
其中，所述第二储热组件（302）包括：
第二冷罐（33），所述第二冷罐（33）与所述二氧化碳压缩组件（2）连通；
第二热罐（34），所述第二热罐（34）的进热口与所述二氧化碳压缩组件（2）出热口连通，所述二氧化碳压缩组件（2）产生的压缩热输入至第二热罐（34）中并存储；
其中，所述第二热罐（34）的出热口与所述二氧化碳气化器（42）的进热口连通。
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