CN117318318A - 二氧化碳气液两相储能系统及其工质液化方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种二氧化碳气液两相储能系统及其工质液化方法，二氧化碳气液两相储能系统包括储气库、储能组件和储液罐；储能组件包括压缩储能部和液化单元；储气库的出口连接压缩储能部的工质进口，压缩储能部的工质出口连接液化单元的进口，液化单元的出口连接储液罐；储气库用于存储常压的气态二氧化碳，压缩储能部用于压缩常压的气态二氧化碳至预设储能压力后输出至液化单元，液化单元用于将输入的预设储能压力的气态二氧化碳先升压至超临界态再降压液化至预设储能压力的气液混合态二氧化碳后输出至储液罐。本发明实施例公开的方案可取消冷凝器和冷水机组，大大降低用水量，不易受水资源限制和环境温度影响。

Description

二氧化碳气液两相储能系统及其工质液化方法

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气液两相储能系统及一种二氧化碳气液两相储能系统的工质液化方法。

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，基于工质气液相变的储能技术例如二氧化碳气液两相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。在目前的二氧化碳气液两相储能系统中，储能阶段气态的二氧化碳经压缩机压缩，并经冷凝器冷凝成液态后存储至储液罐中，二氧化碳冷凝过程所采用的冷量由水冷机组提供，水冷机组蒸发侧向二氧化碳气液两相储能系统中的冷凝器提供低温水，用于将二氧化碳冷凝为液态。然而目前采用水冷机组提供冷量的方式用水量极大，容易受二氧化碳气液两相储能系统所处环境的水资源限制、受环境温度影响。

发明内容

因此，为解决现有技术中存在的储能过程中通过水冷机组提供冷量冷凝二氧化碳用水量大的问题，本发明实施例提供一种二氧化碳气液两相储能系统以及一种二氧化碳气液两相储能系统的工质液化方法，可实现无冷凝器液化二氧化碳，进而取消冷水机组，大大降低用水量，不易受系统所处环境的水资源限制和环境温度影响。

本发明的一个实施例提供一种二氧化碳气液两相储能系统，包括：储气库、储能组件和储液罐；所述储能组件包括压缩储能部和液化单元；所述储气库的出口连接所述压缩储能部的工质进口，所述压缩储能部的工质出口连接所述液化单元的进口，所述液化单元的出口连接所述储液罐；所述储气库用于存储常压的气态二氧化碳，所述压缩储能部用于压缩常压的所述气态二氧化碳至预设储能压力后输出至所述液化单元，所述液化单元用于将输入的预设储能压力的气态二氧化碳先升压至超临界状态再降压液化至预设储能压力的气液混合态二氧化碳后输出至所述储液罐。

在一些实施例中，所述液化单元包括超临界压缩机和节流装置，所述压缩储能部的工质出口连接所述超临界压缩机的进口，所述超临界压缩机的出口连接所述节流装置的进口，所述节流装置的出口连接所述储液罐，所述超临界压缩机用于将压缩储能部输出的预设储能压力的所述二氧化碳压缩至超临界状态后输出至所述节流装置；所述节流装置用于在将超临界状态的所述二氧化碳降压液化至所述预设储能压力的所述气液混合态二氧化碳后输出至所述储液罐。

在一些实施例中，所述液化单元还包括冷却器，所述冷却器位于所述超临界压缩机和所述节流装置之间；所述冷却器内流动换热介质，所述换热介质用于吸收超临界状态的所述二氧化碳的热量，并将超临界状态的所述二氧化碳降温。

在一些实施例中，还包括释能组件，所述释能组件包括蒸发器和膨胀释能部，所述蒸发器的工质入口连接所述储液罐的液相出口，所述膨胀释能部的工质出口连接所述储气库；所述蒸发器用于将所述储液罐中的液态二氧化碳吸热升温为气态二氧化碳，所述膨胀释能部用于利用所述气态二氧化碳膨胀做功后输送到所述储气库；所述蒸发器的出口连接所述膨胀释能部的工质进口，或者所述蒸发器的工质出口连接所述储液罐的气相入口，所述储液罐的气相出口连接所述膨胀释能部的工质进口。

在一些实施例中，所述超临界压缩机压缩二氧化碳所产生的压缩热满足预设储能压力的液态二氧化碳通过蒸发器蒸发的热量需求。

在一些实施例中，所述蒸发器的热侧通道通过换热介质存储单元连接所述冷却器的热侧通道，所述换热介质存储单元用于存储所述换热介质，所述换热介质用于吸收超临界状态的二氧化碳的热量并向所述蒸发器提供所述热量。

在一些实施例中，所述储液罐的顶部设置有第一接口，所述二氧化碳气液两相储能系统还包括储能保压管路，所述储能保压管路的第一端连接所述第一接口，所述储能保压管路的第二端连接所述超临界压缩机的进口；所述储能保压管路用于将所述储液罐顶部的预设储能压力的气态二氧化碳回流至所述超临界压缩机的进口压缩至超临界状态后输出至所述节流装置降压液化至所述预设储能压力的所述气液混合态二氧化碳后输出至所述储液罐，以平衡所述储液罐内的压力在所述预设储能压力。

在一些实施例中，所述储液罐的顶部还设置有第二接口，所述二氧化碳气液两相储能系统还包括释能保压管路，所述释能保压管路相对的两端分别连接所述第二接口和所述蒸发器的工质出口，所述释能保压管路用于在释能阶段平衡所述储液罐内压力。

本发明实施例还提供一种二氧化碳气液两相储能系统的工质液化方法，基于前述任意一项所述的二氧化碳气液两相储能系统，所述液化方法包括：所述液化单元接收从所述压缩储能部的所述工质出口输出的预设储能压力的气态二氧化碳，并将预设储能压力的所述气态二氧化碳先升压至超临界状态再降压液化至预设储能压力的气液混合态二氧化碳后输出至所述储液罐。

在一些实施例中，所述液化单元包括超临界压缩机和节流装置，所述压缩储能部的工质出口连接所述超临界压缩机的进口，所述超临界压缩机的出口连接所述节流装置的进口，所述节流装置的出口连接所述储液罐；所述液化方法具体包括：所述超临界压缩机将压缩储能部输出的预设储能压力的所述气态二氧化碳压缩至超临界状态后输出至所述节流装置；所述节流装置将所述超临界状态的二氧化碳降压液化至所述预设储能压力的所述气液混合态二氧化碳后输出至所述储液罐。

由上可知，本发明上述实施例可以达成以下一个或多个有益效果：通过在压缩储能部和储液罐之间设置液化单元，液化单元将储能压力的气态二氧化碳先升压至超临界状态再降压降温以液化至预设储能压力的气液混合态二氧化碳后输出至储液罐，利用液化单元实现冷凝，可替代传统冷凝器实现二氧化碳冷凝液化效果，因此无需水冷机组，可大大降低用水量，可避免水资源的极大消耗和浪费。并且使得二氧化碳气液两相储能系统不受环境水资源的限制，即使在水资源较少的干旱地区也可以使用，极大拓宽了系统的应用场景。

附图说明

下面将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细的说明。

图1为本发明一个实施例提供的二氧化碳气液两相储能系统的结构示意图。

图2为图1所示二氧化碳气液两相储能系统一个具体实施例的结构示意图。

图3为图2所示二氧化碳气液两相储能系统更具体实施例的结构示意图。

图4为图2所示二氧化碳气液两相储能系统另一个具体地实施例的结构示意图。

图5为图3所示二氧化碳气液两相储能系统更具体地实施例的结构示意图。

图6为图3所示二氧化碳气液两相储能系统另一个更具体实施例的结构示意图。

图7为图5所示二氧化碳气液两相储能系统再具体地实施例地结构示意图。

图8为本发明另一个实施例提供的二氧化碳气液两相储能系统的具体结构示意图。

【附图标记说明】

10：储气库；20：储能组件；21：压缩储能部；211：第一压缩机；212：第一储能换热器；213：第二压缩机；214：第二储能换热器；215：第一电动机；22：液化单元； 221：节流装置；222：超临界压缩机；223：冷却器；224：第二电动机；23：预热器；30：储液罐；40：储能保压管路；50：释能组件；51：蒸发器；52：膨胀释能部；521：第一透平机；522：第一释能换热器；523：第二透平机；524：第二释能换热器；525：发电机；60：液泵；70：释能保压管路；80：换热介质存储单元。

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方式做详细的说明。

为了使本领域普通技术人员更好地理解本发明的技术方案，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的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，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、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

还需要说明的是，本发明中多个实施例的划分仅是为了描述的方便，不应构成特别的限定，各种实施例中的特征在不矛盾的情况下可以相结合，相互引用。

如图1所示，本发明一个实施例提供一种二氧化碳气液两相储能系统，包括储气库10、储能组件20和储液罐30。储能组件20包括压缩储能部21和液化单元22。储气库10的出口连接压缩储能部21的工质进口，压缩储能部21的工质出口连接液化单元22的进口，液化单元22的出口连接储液罐30。

其中，储气库10用于存储常压的气态二氧化碳，例如储气库10内的气压与外界大气的气压差小于1000Pa。储液罐30用于存储液态二氧化碳或者气液混合态二氧化碳。储气库10例如可以采用现有专利CN112985143B、CN112985144B、CN112985145B、CN114109549B和CN113280252B中的储气库，其容积能够变化，当有二氧化碳充入时，储气库的容积增大，当有二氧化碳流出时，储气库的容积减小，以此来实现储气库内压力的恒定。从储气库10流出的气态二氧化碳经过储能组件20转变为预设储能压力的气液混合态二氧化碳，最后流入储液罐30，在该过程中完成能量的储存。

压缩储能部21用于压缩常压的气态二氧化碳至预设储能压力后输出至液化单元22。压缩储能部21例如包括至少一个压缩储能单元，当压缩储能单元为一个以上时，一个以上压缩储能单元依次连接。至少一个压缩储能单元中每个压缩储能单元包括储能换热器和压缩机。压缩机的进口作为压缩储能部21的工质进口或者连接上一个压缩储能单元的储能换热器的热侧出口。压缩机的出口连接储能换热器的热侧进口，储能换热器的热侧出口连接下一个压缩储能单元的压缩机的进口或者作为压缩储能部21的工质出口。储能换热器的冷侧通道连接换热组件（图中未示出）。

液化单元22用于将预设储能压力的气态二氧化碳先升压至超临界状态再降压降温液化至预设储能压力的气液混合态的二氧化碳后输出至储液罐30。其中，预设储能压力例如为5-7Mpa的任意值如5Mpa、6Mpa、6.6Mpa、7Mpa、7.1Mpa、7.2Mpa，示例性说明，压缩储能部21的工质出口的压力约6.6Mpa，液化单元22先将输入的预设储能压力的二氧化碳升压至7.3Mpa以上，如9Mpa的超临界状态，然后降压至6.6Mpa，二氧化碳从超临界状态变为气液混合态。

本实施例提供的二氧化碳气液两相储能系统，液化单元22将预设储能压力的气态二氧化碳先升压至超临界状态再降压降温液化至预设储能压力的气液混合态二氧化碳，利用二氧化碳自身流体性质实现液化，可替代传统的冷凝器，因此也无需为冷凝器提供冷却水的水冷机组，传统水冷机组冷凝侧的循环水由开式冷却塔降温，会造成冷却水损耗量极大，常规情况下的补水量会达到上百吨每天，这就限制了整套系统在缺水干旱地区的应用，也不利于系统运行时对于水资源的节约，而本实施例取消了冷凝器和水冷机组，因此可大大减少用水量，使得二氧化碳气液两相储能系统能适用于干旱缺水的地区，极大拓宽了系统的应用场景。另外，开式冷却塔的运行温度及冷水效果受环境温度影响极大。夏季高温时，冷却塔侧冷却水温度升高，这会造成水冷机组耗能升高，极端情况下会影响整个储能系统的运行稳定性；冬季严寒时，开式冷却塔停机时，还要考虑电伴热的情况，以保证冷却循环水管道及冷却塔管道不被冻坏，电伴热也会极大提高系统的耗电量，降低了整套系统的经济性及运行稳定性。本实施例中取消冷水机组，减少了用水量，因此不易受高温影响导致能耗升高，也无需配备上述电伴热设备，无电伴热设备的耗电，因此本实施例提供的二氧化碳气液两相储能系统更不易受环境温度影响，稳定性更好。

在一些实施例中，参照图2，液化单元22具体包括超临界压缩机222和节流装置221，超临界压缩机222设置在压缩储能部21和节流装置221之间。具体地，压缩储能部21的工质出口连接超临界压缩机222的进口，超临界压缩机222的出口连接节流装置221的进口，节流装置221的出口连接储液罐30。超临界压缩机222用于将压缩储能部21输出的预设储能压力的气态二氧化碳压缩至高于预设储能压力的超临界状态后输出至节流装置221，节流装置221用于将超临界状态的二氧化碳降压液化至预设储能压力的气液混合态二氧化碳后输出至储液罐30。其中，预设储能压力例如为5-7Mpa的任意值如5Mpa、6Mpa、6.6Mpa、7Mpa、7.1Mpa、7.2Mpa，压缩储能部21的工质出口的压力例如5-7Mpa的任意值如5Mpa、6Mpa、6.6Mpa、7Mpa、7.1Mpa、7.2Mpa，使用超临界压缩机222将输入的二氧化碳压缩至超临界状态（7.3Mpa以上，如9Mpa），超临界状态的二氧化碳经节流装置221降压至预设储能压力的过程中转换成气液混合态二氧化碳储存至储液罐30，实现二氧化碳的液化效果。超临界压缩机222的出口压力和进口压力之比（简称超临界压缩机222的压比）越高，气液混合态二氧化碳中液态二氧化碳比例越高。可选地，超临界压缩机222的压比的范围为1.2-3.4。节流装置221例如是节流阀，通过绝热节流实现降温降压的效果。本实施例中先利用超临界压缩机222将预设储能压力的气态二氧化碳压缩到高于预设储能压力的超临界状态，通过节流装置221后降温降压，经节流装置221后降压至二氧化碳的临界压力和临界温度（7.3Mpa，31℃）以下，将实现二氧化碳的液化。本实施例利用二氧化碳的物理特性结合超临界压缩机222和节流装置221实现液化效果，利用二氧化碳气液两相储能系统内部的二氧化碳工质自身实现液化，相比于传统冷凝器冷凝液化，实现二氧化碳的自冷凝，避免了水冷机组的投入，本实施例可大大减少用水量，节约水资源，有效提升系统在缺水地区的适应性。利用超临界压缩机222和节流装置221来替代冷凝器，压缩储能部21可保持设计流量及功率，提高二氧化碳气液两相储能系统扩展性。

在一些实施例中，参照图3，液化单元22还包括冷却器223，冷却器223设置于超临界压缩机222和节流装置221之间，冷却器223内流动换热介质，换热介质用于吸收超临界状态的二氧化碳的热量，并将超临界状态的二氧化碳降温。换热介质例如可以为水、导热油或者熔盐等。预设储能压力的气态二氧化碳经超临界压缩机222压缩后能量以压缩热的形式存储在超临界状态的二氧化碳中，通过冷却器223中的换热介质可对超临界二氧化碳进行降温以便于后续节流装置221的液化，并且冷却器223通过换热介质吸收超临界二氧化碳中的热量，可作为其他组件或系统的热源提供热量，实现资源的合理利用。

具体地，本发明实施例提供的二氧化碳气液两相储能系统还包括释能组件50，释能组件50包括蒸发器51和膨胀释能部52，蒸发器51工质入口连接储液罐30的液相出口，膨胀释能部52的工质出口连接储气库10。

蒸发器51用于在释能阶段将储液罐30中的液态二氧化碳吸热升温为气态二氧化碳，膨胀释能部52用于在释能阶段利用气态二氧化碳膨胀做功后输送到储气库10。

其中，膨胀释能部52例如包括至少一个膨胀释能单元，当膨胀释能单元的数量为一个以上时，一个以上膨胀释能单元依次连接。至少一个膨胀释能单元中的每个膨胀释能单元包括释能换热器和透平机，其中释能换热器的冷侧进口作为膨胀释能部的工质进口或者连接上一个膨胀释能单元的透平机的出口。释能换热器的冷侧出口连接透平机的进口。透平机的出口连接下一个膨胀释能单元的释能换热器的冷侧进口或者作为膨胀释能部52的工质出口。释能换热器的热侧连接换热组件（图中未示出）。

储液罐30存储有气液混合态二氧化碳，参照图5，蒸发器51的工质出口连接膨胀释能部52的工质进口。储液罐30内的液态二氧化碳经蒸发后直接输入至膨胀释能部52，膨胀释能部52将蒸发器51输出的气态二氧化碳膨胀做功。或者参照图6，蒸发器51的工质出口连接储液罐30的气相入口，储液罐30的气相出口连接膨胀释能部52的工质进口，则从储液罐30输出的液态二氧化碳经蒸发器51升温成气态二氧化碳后回流至储液罐30内，储液罐30将气态二氧化碳输入膨胀释能部52膨胀做功。通过输出储液罐30的液态二氧化碳（流入蒸发器51的液态二氧化碳）体积与输出储液罐30的气态二氧化碳（流入膨胀释能部52的气态二氧化碳）体积之和小于或等于输入储液罐30的气态二氧化碳（蒸发器51输出的气态二氧化碳）体积保证储液罐30在释能阶段压力平衡，膨胀释能部52将储液罐30内的气态二氧化碳膨胀做功。

图5和图6所示的二氧化碳气液两相储能系统通过储气库10、储能组件20、储液罐30和释能组件50形成闭环连接，可由储能组件20在用电低谷期将气态二氧化碳压缩液化成气液混合态二氧化碳存储在储液罐30中，将能量转换压缩能和热能存储，通过释能组件50可在用电高峰期将液态二氧化碳气化膨胀做功以将存储的能量释放并转化成电能使用。本实施例提供的二氧化碳气液两相储能系统可基于二氧化碳气液相变实现储能和释能。并且无需冷凝器冷凝，相比于传统气液相变储能系统可大大降低用水量，节约资源。当然，前述任一实施例所述的二氧化碳气液两相储能系统（例如图1和图2所示的二氧化碳气液两相储能系统）中也可结合图5和图6中所示释能组件50及其管路连接组成具有储能循环和释能循环的二氧化碳气液两相储能系统。

在一些实施中，超临界压缩机222压缩二氧化碳所产生的压缩热满足预设储能压力的液态二氧化碳通过蒸发器51蒸发的热量需求。预设储能压力的气态二氧化碳经超临界压缩机222压缩后能量以压缩热和压力能的形式存储在超临界状态的二氧化碳中，通过冷却器223中的换热介质可吸收超临界二氧化碳内存储的压缩热，通过控制超临界压缩机222的压比，使得超临界压缩机222所产生的压缩热满足蒸发器51蒸发的热量需求，冷却器223中换热介质吸收的热量足以提供给蒸发器51蒸发液态二氧化碳，无需给蒸发器51另外提供热源，可实现资源的合理利用，节约能源，降低运行成本，通过冷却器223降低节流装置221入口的超临界二氧化碳温度，提高节流装置221的液化效率。

在一些实施例中，参照图7，具体地，蒸发器51的热侧通道通过换热介质存储单元80连接冷却器223的热侧通道，换热介质存储单元80用于存储换热介质，换热介质用于吸收超临界状态的二氧化碳的热量并向蒸发器51提供所述热量。其中，换热介质存储单元80例如包括储热单元（未画出）和储冷单元（未画出），储热单元连接于冷却器223的冷侧出口和蒸发器51的热侧进口。在储能阶段换热介质在冷却器223内吸收超临界状态的二氧化碳的热量后升温成高温换热介质并输入至储热单元内存储，当释能阶段蒸发器51升温液态二氧化碳时，储热单元输出高温换热介质至蒸发器51的热侧进口，使得蒸发器51可吸收高温换热介质的热量以将液态二氧化碳升温成气态二氧化碳。储冷单元连接于蒸发器51的热侧出口和冷却器223的冷侧进口。在释能阶段蒸发器51吸收高温换热介质的热量之后，换热介质降温成低温换热介质输入储冷单元存储。当储能阶段冷却器223对超临界状态的二氧化碳进行降温时，储冷单元输出低温换热介质至冷却器223的冷侧进口，以通过低温换热介质吸收超临界状态的二氧化碳的热量。如此，通过换热介质在冷却器223、换热介质存储单元80和蒸发器51之间的循环流动实现在储能阶段能为冷却器223提供冷量，以及在释能阶段能为蒸发器51提供热量，实现能量的循环利用，并且换热介质无补充无外排，可降低运行成本。其中“高温换热介质”和“低温换热介质”为相对概念，即高温换热介质的温度高于低温换热介质的温度。现有技术中蒸发器蒸发二氧化碳所需的热能由热泵提供，本实施例中通过冷却器223提供蒸发器51所需的热量，可实现资源的合理利用，并可节省热泵的设备投资成本以及运行能耗成本。

在一些实施例中，如图4所示，储液罐30的顶部设置有第一接口，二氧化碳气液两相储能系统还包括储能保压管路40，储能保压管路40的第一端连接第一接口，储能保压管路40的第二端连接超临界压缩机222的进口。储能保压管路40用于在储能阶段将储液罐30顶部的预设储能压力的气态二氧化碳回流至超临界压缩机222的进口，回流的预设储能压力的气态二氧化碳由超临界压缩机222压缩至超临界状态后输出至节流装置221降压液化成预设储能压力的气液混合态二氧化碳后输出至储液罐30，以平衡储液罐30内的压力在预设储能压力以及增加二氧化碳做功工质和提高储能效率。在储能阶段随着液化单元22逐渐向储液罐30输出气液混合态二氧化碳，储液罐30内二氧化碳工质逐渐增加，因此本实施例中通过将储能保压管路40的第二端连接至超临界压缩机222的进口，可将储液罐30内的气态二氧化碳循环回流至超临界压缩机222被压缩成超临界状态后由节流装置221进行液化，最终进入储液罐30，如此可实现二氧化碳气体在储液罐30与液化单元22之间形成闭式循环，可保持储能阶段压力平衡的同时可提高储能效率。

在一些实施例中，参照图8，储液罐30的顶部还设置有第二接口，二氧化碳气液两相储能系统还包括释能保压管路70，释能保压管路70相对的两端分别连接第二接口和蒸发器51的工质出口。释能保压管路70用于在释能阶段平衡储液罐30内的压力。在释能阶段，随着储液罐30内的液态二氧化碳输出至蒸发器51，储液罐30内部的液位下降，压力将降低，通过释能保压管路70，可使蒸发器51输出的部分二氧化碳气体回流至储液罐30内，维持储液罐30内的压力释能阶段的压力稳定，部分二氧化碳气体进入膨胀释能部进行膨胀做功，可提高释能效率，保证二氧化碳系统稳定运行。

图8示出了本发明一个具体实施例中二氧化碳气液两相储能系统的结构示意图。其中二氧化碳气液两相储能系统包括依次闭环连接的储气库10、储能组件20、储液罐30和释能组件50。储能组件20包括依次连接的预热器23、压缩储能部21和液化单元22。压缩储能部21包括两级压缩储能单元，即依次连接的第一压缩机211、第一储能换热器212、第二压缩机213、第二储能换热器214，以及用于驱动第一压缩机211和第二压缩机213的第一电动机215。液化单元22包括依次连接的超临界压缩机222、冷却器223和节流装置221，以及用于驱动超临界压缩机222的第二电动机224。释能组件50包括蒸发器51和膨胀释能部52，膨胀释能部52包括两级膨胀释能单元，即依次连接的第一释能换热器522、第一透平机521、第二释能换热器524和第二透平机523，以及发电机525。二氧化碳气液两相储能系统还包括储能保压管路40、释能保压管路70。可选地，二氧化碳气液两相储能系统还可包括液泵60，用于克服液体二氧化碳流动沿程阻力。

储能阶段，储气库10内的常压的气态二氧化碳首先经过预热器23上升一定温度后进入压缩储能部21，在压缩储能部21中电力经由第一电动机215驱动第一压缩机211对二氧化碳进行压缩后，二氧化碳进入第一储能换热器212换热降温，将热量传递给换热组件（图中未示出），降温后的中压二氧化碳进入第二压缩机213，电力经由第一电动机215带动第二压缩机213将二氧化碳压缩至预设储能压力，高温高压的二氧化碳进入第二储能换热器214换热降温，将热量转递给换热组件（图中未示出）。降温后的预设储能压力的气态二氧化碳进入超临界压缩机222，由第二电动机224驱动超临界压缩机222将二氧化碳压缩至高于预设储能压力的超临界状态，超临界状态的二氧化碳经由冷却器223降温，冷却器223通过换热介质吸收超临界二氧化碳中的热量并输出高温换热介质（高温换热介质存储至换热介质存储单元80，图8未示出）。降温后的超临界二氧化碳经节流装置221降压至预设储能压力并液化成气液混合态二氧化碳后进入储液罐30内。并且在储能期间，储能保压管路40将储液罐30和超临界压缩机222的进口导通，储液罐30顶部的气态二氧化碳经储能保压管路40回流至超临界压缩机222继续被压缩为超临界状态，通过储能保压管路40维持储液罐30在储能阶段的压力在预设储能压力。在释能阶段，液泵60将储液罐30内的液态二氧化碳输送至蒸发器51，由蒸发器51利用冷却器223提供的热量（换热介质存储单元80内存储的高温换热介质的热量）将液态二氧化碳升温气化成气态二氧化碳，蒸发器51出口的气态二氧化碳一部分通过释能保压管路70回流至储液罐30以维持储液罐30内的压力，另一部分进入第一释能换热器522继续换热升温，高温高压的二氧化碳进入第一透平机521内膨胀做功并带动发电机525发电。膨胀后的中温中压二氧化碳继续进入第二释能换热器524换热升温，高温中压的二氧化碳进入第二透平机523内继续膨胀做功至常压，并带动发电机525发电，最后常温常压的二氧化碳气体存储在储气库10内。完成储能循环和释能循环。

在上述二氧化碳系统中，通过液化单元22内超临界压缩机222、冷却器223和节流装置221可利用二氧化碳气液两相储能系统内部自身的二氧化碳工质直接液化，无需冷凝器冷凝，无需水冷机组，因此可大大降低使用水量使得不受环境资源影响和极端气候条件影响，极大拓宽了系统的应用场景，不会造成系统需要额外补充冷量或热量来抵抗环境温度变化，极大提高了系统运行的稳定性及可靠性。利用储能保压管路40实现储液罐30内的气体作为保压气体在液化单元22和储液罐30之间闭式循环，可保持储液罐30在储能阶段压力平衡。将冷却器223的热量存储在换热介质中以提供给蒸发器51使用，可替代热泵，大大降低耗电量提高储能效率，并能节省设备投入成本。

本发明实施例还提供一种二氧化碳气液两相储能系统的工质液化方法，基于前述任意一项实施例所述的二氧化碳气液两相储能系统。该液化方法包括步骤S1：液化单元22接收从压缩储能部21的工质出口输出的预设储能压力的气态二氧化碳，并将预设储能压力的气态二氧化碳先升压至超临界状态再降压液化至预设储能压力的气液混合态二氧化碳后输出至储液罐30。

在上述液化方法中通过液化单元22对预设储能压力的气态二氧化碳进行先升压成超临界状态再降压降温实现液化，通过二氧化碳自身流体性质实现液化，可替代传统的冷凝器，因此也无需为冷凝器提供冷却水的水冷机组，可减少用水量，因此不易受高温影响导致能耗升高，也无需配备电伴热设备，无电伴热设备的耗电，因此本实施例提供的二氧化碳气液两相储能系统更不易受环境温度影响，稳定性更好，应用场景广泛。

在一些实施例中，液化单元22具体包括超临界压缩机222和节流装置221时，S1具体为：超临界压缩机222将压缩储能部21输出预设储能压力的气态二氧化碳压缩至超临界状态后输出至节流装置221，节流装置221将超临界状态的二氧化碳降压液化至预设储能压力的气液混合二氧化碳后输出至储液罐30。本实施例利用二氧化碳的物理特性先将二氧化碳压缩为超临界状态再降压以实现液化效果，可利用二氧化碳气液两相储能系统内部的二氧化碳工质自身实现液化，相比于传统冷凝器冷凝液化本实施例可大大减少用水量，节约资源能源。并且压缩储能部21可保持设计流量及功率，提高二氧化碳气液两相储能系统运行的经济性和扩展性。

在一些实施例中，二氧化碳气液两相储能系统还包括前述储能保压管路40时，液化方法还包括S2：储能保压管路40将储液罐30的顶部与超临界压缩机222的进口导通，以平衡储液罐30内的压力在预设储能压力。其中，S1和S2在储能阶段同步进行。具体地使得储液罐30顶部的预设储能压力的气态二氧化碳回流至超临界压缩机222的进口，回流的气态二氧化碳由超临界压缩机222压缩至超临界状态后输出至节流装置221降压液化成预设储能压力的气液混合态二氧化碳后输出至储液罐30。通过储能保压管路40将储液罐30内气态二氧化碳回流至超临界压缩机222的进口，可维持储液罐30内的压力在预设储能压力，防止储液罐30内压力过高超出设备承压范围导致安全问题，并可增加液态二氧化碳工质，提高储能效率。并且回流的气态二氧化碳可再在储能阶段经由超临界压缩机222压缩并由节流装置221降压液化后存储至储液罐30，实现储液罐30与储能组件闭式循环，使得储能阶段压力平衡。

在一些实施例中，液化单元22还包括冷却器223时，步骤S1还包括：冷却器223通过换热介质吸收超临界状态的二氧化碳的热量，并将超临界状态的二氧化碳降温后输出至节流装置221。通过冷却器223可对超临界二氧化碳进行降温提高后续节流装置221的液化效率，并且换热介质吸收超临界二氧化碳中的热量，可作为其他组件或系统（例如蒸发器51）的热源提供热量，实现资源的合理利用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种二氧化碳气液两相储能系统，其特征在于，包括：储气库、储能组件和储液罐；所述储能组件包括压缩储能部和液化单元；所述储气库的出口连接所述压缩储能部的工质进口，所述压缩储能部的工质出口连接所述液化单元的进口，所述液化单元的出口连接所述储液罐；

所述储气库用于存储常压的气态二氧化碳，所述压缩储能部用于压缩常压的所述气态二氧化碳至预设储能压力后输出至所述液化单元，所述液化单元用于将输入的预设储能压力的所述气态二氧化碳先升压至超临界态再降压液化至预设储能压力的气液混合态二氧化碳后输出至所述储液罐。

2.如权利要求1所述的二氧化碳气液两相储能系统，其特征在于，所述液化单元包括超临界压缩机和节流装置，所述压缩储能部的工质出口连接所述超临界压缩机的进口，所述超临界压缩机的出口连接所述节流装置的进口，所述节流装置的出口连接所述储液罐，所述超临界压缩机用于将压缩储能部输出的预设储能压力的所述气态二氧化碳压缩至超临界状态后输出至所述节流装置；所述节流装置用于将超临界状态的所述二氧化碳降压液化至所述预设储能压力的所述气液混合态二氧化碳后输出至所述储液罐。

3.如权利要求2所述的二氧化碳气液两相储能系统，其特征在于，所述液化单元还包括冷却器，所述冷却器设置于所述超临界压缩机和所述节流装置之间；所述冷却器内流动换热介质，所述换热介质用于吸收超临界状态的所述二氧化碳的热量，并将超临界状态的所述二氧化碳降温。

4.如权利要求3所述的二氧化碳气液两相储能系统，其特征在于，还包括释能组件，所述释能组件包括蒸发器和膨胀释能部，所述蒸发器的工质入口连接所述储液罐的液相出口，所述膨胀释能部的工质出口连接所述储气库；所述蒸发器用于将所述储液罐中的液态二氧化碳吸热升温为气态二氧化碳，所述膨胀释能部用于利用所述气态二氧化碳膨胀做功后输送到所述储气库；

所述蒸发器的工质出口连接所述膨胀释能部的工质进口，

或者所述蒸发器的工质出口连接所述储液罐的气相入口，所述储液罐的气相出口连接所述膨胀释能部的工质进口。

5.如权利要求4所述的二氧化碳气液两相储能系统，其特征在于，所述超临界压缩机压缩二氧化碳所产生的压缩热满足预设储能压力的液态二氧化碳通过蒸发器蒸发的热量需求。

6.如权利要求4所述的二氧化碳气液两相储能系统，其特征在于，所述蒸发器的热侧通道通过换热介质存储单元连接所述冷却器的冷侧通道，所述换热介质存储单元用于储存所述换热介质，所述换热介质用于吸收超临界状态的二氧化碳的热量并向所述蒸发器提供所述热量。

7.如权利要求3所述的二氧化碳气液两相储能系统，其特征在于，所述储液罐的顶部设置有第一接口，所述二氧化碳气液两相储能系统还包括储能保压管路，所述储能保压管路的第一端连接所述第一接口，所述储能保压管路的第二端连接所述超临界压缩机的进口；所述储能保压管路用于将所述储液罐顶部的所述预设储能压力的气态二氧化碳回流至所述超临界压缩机的进口压缩至超临界状态后输出至所述节流装置降压液化至所述预设储能压力的所述气液混合态二氧化碳后输出至所述储液罐，以平衡所述储液罐内的压力在所述预设储能压力。

8.如权利要求4所述的二氧化碳气液两相储能系统，其特征在于，所述储液罐的顶部还设置有第二接口，所述二氧化碳气液两相储能系统还包括释能保压管路，所述释能保压管路相对的两端分别连接所述第二接口和所述蒸发器的工质出口，所述释能保压管路用于在释能阶段平衡所述储液罐内压力。

9.一种二氧化碳气液两相储能系统的工质液化方法，其特征在于，基于前述权利要求1~8中任意一项所述的二氧化碳气液两相储能系统，所述液化方法包括：

所述液化单元接收从所述压缩储能部的所述工质出口输出的预设储能压力的气态二氧化碳，并将预设储能压力的所述气态二氧化碳先升压至超临界状态再降压液化至预设储能压力的气液混合态二氧化碳后输出至所述储液罐。

10.如权利要求9所述的二氧化碳气液两相储能系统的工质液化方法，其特征在于，所述液化单元包括超临界压缩机和节流装置，所述压缩储能部的工质出口连接所述超临界压缩机的进口，所述超临界压缩机的出口连接所述节流装置的进口，所述节流装置的出口连接所述储液罐；所述液化方法具体包括：

所述超临界压缩机将压缩储能部输出的预设储能压力的所述气态二氧化碳压缩至超临界状态后输出至所述节流装置；所述节流装置将所述超临界状态的二氧化碳降压液化至所述预设储能压力的所述气液混合态二氧化碳后输出至所述储液罐。