CN117824185A - 基于lng冷能利用的二氧化碳储能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了基于LNG冷能利用的二氧化碳储能系统，其压缩单元用于将液态的二氧化碳压缩处理为超临界态的二氧化碳，且在第一设定条件下为换冷站提供冷能；其膨胀单元用于将气态二氧化碳膨胀处理为液态的二氧化碳；其导热介质供应单元与压缩单元和膨胀单元分别连接，用于为压缩单元提供冷却用的导热介质和为膨胀单元提供加热用的导热介质；其冷能提供单元包括LNG供应管道，用于提供LNG；其冷能利用单元接收来自冷能提供单元的LNG的冷能，并为换冷站在第二设定条件下提供冷能，在第三设定条件下提供冷能。通过利用LNG的冷能实现二氧化碳储能，且可以在不同的设定条件下，实现对LNG的分时段利用，提高了对LNG冷能的利用率，实现了LNG冷能的高效利用。

Description

基于LNG冷能利用的二氧化碳储能系统
技术领域
本发明涉及冷能利用技术领域，特别涉及一种基于LNG冷能利用的二氧化碳储能系统。
背景技术
随着新能源的大规模应用，新能源发电并网面临的挑战不断突显，储能系统的重要性日益上升。二氧化碳储能技术是近年来兴起的一种压缩气体储能技术，具有储能密度大、寿命长、系统设计灵活等优势。其中液态二氧化碳储能技术在系统高压侧和低压侧均采用液相存储二氧化碳，储能密度高、运行稳定性强。
LNG(液化天然气)是由低污染天然气经过脱酸、脱水处理，通过低温工艺冷冻液化而成的低温(-162℃)液体混合物，在LNG接收站，需将LNG通过气化器气化后使用，据测算，每吨LNG气化过程相当于释放860MJ的冷能(约230kWh)，如何将这些大量的冷能进行高效的回收利用是一个问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于LNG冷能利用的二氧化碳储能系统，用以解决现有技术中如何对LNG冷能进行高效的回收利用问题。
本发明的实施例采用如下技术方案：基于LNG冷能利用的二氧化碳储能系统，包括：
第一存储罐，其用于储存液态的二氧化碳；
第二存储罐，其用于储存气态的二氧化碳；
压缩单元，其与所述第一存储罐和所述第二存储罐分别连接，用于将来自所述第一存储罐的液态的二氧化碳经加热后压缩处理为超临界态的二氧化碳，且在第一设定条件下为换冷站提供冷能，并将气态的二氧化碳输送至所述第二存储罐；
膨胀单元，其与所述第一存储罐和所述第二存储罐分别连接，用于将来自所述第二存储罐的气态二氧化碳膨胀后经冷却处理为液态的二氧化碳，并将液态的二氧化碳输送至所述第一存储罐；
导热介质供应单元，其与所述压缩单元和所述膨胀单元分别连接，并用于为所述压缩单元提供冷却用的导热介质和为所述膨胀单元提供加热用的导热介质；
冷能提供单元，其包括LNG供应管道，用于提供LNG；
冷能利用单元，其与所述冷能提供单元和所述导热介质供应单元分别连接，以接收来自所述冷能提供单元的LNG的冷能，并为所述换冷站在第二设定条件下提供冷能，在第三设定条件下提供冷能。
在一些实施例中，所述冷能利用单元包括冷媒二氧化碳泵、换冷站换热器和LNG换热器；
所述换冷站换热器与所述压缩单元连接，以使其冷流体侧在所述第一设定条件下通入来自所述压缩单元的二氧化碳，且二氧化碳与所述换冷站换热器热流体侧的流体换热，进而为所述换冷站提供冷能，其中第一设定条件为所述换冷站在第一设定时间内有冷能需求；
在第二设定条件下，LNG通入所述LNG换热器的冷流体侧并与所述LNG换热器热流体侧的流体进行换热，经所述LNG换热器流出的LNG通入所述膨胀单元并为所述膨胀单元提供冷能后输出至外输管道，其中，所述第二设定条件为所述换冷站在第二设定时间内有冷能需求；
所述冷媒二氧化碳泵的出口与所述换冷站换热的冷流体侧连接，所述LNG换热器的热流体侧与所述冷媒二氧化碳泵的进口连接，以形成冷媒二氧化碳的循环通路。
在一些实施例中，所述冷能利用单元还包括循环换热器、循环泵和循环膨胀机；
所述循环换热器具有中间介质进口和中间介质出口，所述循环泵的进口与所述循环换热器的中间介质出口连接，所述循环泵的出口与所述循环换热器的中间介质进口连接；所述循环换热器的冷能进口在所述第三设定条件下通入LNG，LNG为所述循环换热器提供冷能后从所述循环换热器的冷能出口流出，并通入所述膨胀单元为所述膨胀单元提供冷能后输出至所述外输管道，其中，所述第三设定条件为所述换冷站无冷能需求。
在一些实施例中，所述第一设定时间为日落时间至日出时间，所述第二设定时间为日出时间至日落时间。
在一些实施例中，所述压缩单元包括：
二氧化碳泵，其与所述第一存储罐和所述换冷站换热器连接，并用于将所述第一存储罐内的液态的二氧化碳泵出，并在所述第一设定条件下将所述第一存储罐内的液态的二氧化碳泵出至所述换冷站换热器；
二氧化碳蒸发器，其与所述二氧化碳泵连接，并用于在所述第三设定条件下对经所述二氧化碳泵泵出的液态的二氧化碳进行加热；
压缩机，其与所述二氧化碳蒸发器连接，并用于所述第三设定条件下对经所述二氧化碳蒸发器加热处理后的二氧化碳进行压缩，以得到具有设定压力的气态的二氧化碳；
冷却器，其与所述压缩机和所述第二存储罐分别连接，并用于对经所述压缩机压缩的气态的二氧化碳进行冷却，并将冷却后的气态的二氧化碳输送至所述第二存储罐。
在一些实施例中，所述压缩机至少包括两个，所述冷却器至少包括两个，所述压缩机与所述冷却器通过第一连接管路连接，且至少两个所述压缩机和至少两个所述冷却器在所述第一连接管路上间隔设置。
在一些实施例中，所述膨胀单元包括：
加热器，其与所述第二存储罐连接，并用于对来自所述第二存储罐的气态的二氧化碳进行加热；
膨胀机，其与所述加热器连接，并用于对经所述加热器加热后的气态的二氧化碳进行膨胀处理；
二氧化碳冷凝器，其与所述膨胀机和所述第一存储罐连接，并用于对经所述膨胀机膨胀后的二氧化碳进行冷凝，以得到液态的二氧化碳并将液态的二氧化碳输送至所述第一存储罐。
在一些实施例中，所述加热器至少包括两个，所述膨胀机至少包括两个，所述加热器与所述膨胀机通过第二连接管路连接，且至少两个所述加热器和至少两个所述膨胀机在所述第二连接管路上间隔设置。
在一些实施例中，所述导热介质供应单元包括：
第三存储罐，其具有第一导热介质出口和第一导热介质进口，所述第一导热介质出口与所述冷却器连接，并为所述冷却器提供冷却用的导热介质；所述第一导热介质进口与所述加热器连接，并用于承接经所述加热器流出的导热介质；
第四存储罐，其具有第二导热介质出口和第二导热介质进口，所述第二导热介质出口与所述加热器连接，并为所述加热器提供加热用的导热介质；所述第二导热介质进口与所述冷却器连接，用于承接经所述冷却器流出的导热介质。
在一些实施例中，所述二氧化碳储能系统包括两套导热介质供应单元，其中一套所述导热介质供应单元中流通的导热介质为水，另一套所述导热介质供应单元中的导热介质为导热油。
本发明实施例的有益效果在于：
1.通过利用LNG接收站的LNG冷能，大幅度提高了液态二氧化碳储能的系统效率，提高了LNG冷能的利用率。通过冷能的梯级利用和分时利用，提高了LNG接收站的冷能利用效率，并通过提供LNG作为外部冷源，使低压二氧化碳以液态形式进行存储，降低了液态二氧化碳储能的储能密度。通过采用高低品味蓄热双循环，有效提高了液态二氧化碳储能系统整体的效率。
2.进行了LNG冷能的分时利用，在夜晚LNG流量较低时不使用LNG的冷能，在白天LNG流量较高时充分利用LNG的冷能，符合LNG接收站的运行特性，解决了LNG冷能供应的时间不均匀性。同时进行了LNG冷能的梯级利用，LNG先经由换冷站冷媒循环或朗肯循环释放高品位冷量，后对液化二氧化碳冷却释放低品位冷量，提高了LNG冷能的利用率，降低了整体能量的损失。
3.有效的利用了外部冷源进行二氧化碳的液化，提高了二氧化碳储能系统的储能密度，同时运行二氧化碳作为冷媒介质和储能介质有效整合了系统循环效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术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发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于LNG冷能利用的二氧化碳储能系统的结构示意图。
图2为本发明基于LNG冷能利用的二氧化碳储能系统的有换冷站需求时，在第一设定条件下的结构示意图。
图3为本发明基于LNG冷能利用的二氧化碳储能系统的有换冷站需求时，在第二设定条件下的结构示意图。
图4为本发明基于LNG冷能利用的二氧化碳储能系统的没有换冷站需求时，在第三设定条件下的结构示意图。
附图标记：1、二氧化碳泵；2、二氧化碳蒸发器；3、第一压缩机；4、第一冷却器；5、第二压缩机；6、第二冷却器；7、第三压缩机；8、第三冷却器；9、第一加热器；10、第一膨胀机；11、第二加热器；12、第二膨胀机；13、第三加热器；14、第三膨胀机；15、二氧化碳冷凝器；
21、第二存储罐；22、第一存储罐；23、第三存储罐；24、第四存储罐；
31、冷媒二氧化碳泵；32、LNG换热器；33、换冷站换热器；
41、朗肯循环换热器；42、朗肯循环泵；43、朗肯循环膨胀机。
图中，实线代表二氧化碳的流通管道，点划线代表中间介质(可为氟利昂、氨气等低于二氧化碳沸点的介质)的流通管道，点线代表导热介质的流通管道，短横线代表LNG的流通管道。
具体实施方式
此处参考附图描述本发明的各种方案以及特征。
应理解的是，可以对此处申请的实施例做出各种修改。因此，上述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本发明的范围和精神内的其他修改。
包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与上面给出的对本发明的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本发明的原理。
通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本发明的这些和其它特性将会变得显而易见。
还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本发明进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本发明的很多其它等效形式，它们具有如上述“发明内容”的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。
当结合附图时，鉴于以下详细说明，本发明的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。
此后参照附图描述本发明的具体实施例；然而，应当理解，所申请的实施例仅仅是本发明的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本发明模糊不清。因此，本文所申请的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为上述“发明内容”的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本发明。
本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本发明的相同或不同实施例中的一个或多个。
为解决背景技术中的问题，本申请提供了基于LNG冷能利用的二氧化碳储能系统。
结合图1，该二氧化碳储能系统包括第一存储罐22、第二存储罐21、压缩单元、膨胀单元、导热介质供应单元、冷能提供单元和冷能利用单元。
其中，第一存储罐22用于储存液态的二氧化碳；第二存储罐21用于储存气态的二氧化碳，且第二存储罐21内的气态的二氧化碳具有较高的压力。在第二存储罐21中，二氧化碳以高压超临界态进行储存，在第一存储罐22中，液态二氧化碳以低压液态进行储存，同时由于二氧化碳的超临界态和液态的密度较气态更大，因此该二氧化碳储能系统具有储能密度大的优势。另外，第一存储罐22和第二存储罐21都设置有预设值压力调节阀，可以根据需要进行第一存储罐22和第二存储罐21的压力调节。
压缩单元与第一存储罐22和第二存储罐21分别连接，用于将来自第一存储罐22的液态的二氧化碳经加热后压缩处理为具有一定压力的超临界态的二氧化碳，压缩过程中，二氧化碳吸收能量由液态的二氧化碳转换为气态的二氧化碳，进而实现储能。在第一设定条件下，二氧化碳充当冷煤为换冷站提供冷能，其中第一设定条件至少包括时间的限定。压缩的气态的二氧化碳可以经由输送管道输送至第二存储罐21中进行存储，以备后续使用。
膨胀单元与第一存储罐22和第二存储罐21分别连接，用于将来自第二存储罐21的气态的二氧化碳膨胀后经冷却处理为液态的二氧化碳，膨胀过程中，二氧化碳释放能量并由气态的二氧化碳转换为液态的二氧化碳，进而完成能量的释放。释放的能量可以但不限于用于发电。膨胀后得到的液态的二氧化碳可以经由输送管道输送至第一存储罐22内存储，以备后续使用。二氧化碳在第一存储罐22、压缩单元、第二存储罐21和膨胀单元之间以此循环，进而完成吸能和释能。
导热介质供应单元与压缩单元和膨胀单元分别连接，并用于为压缩单元在压缩二氧化碳时提供冷却用的导热介质和为膨胀单元在对二氧化碳膨胀时提供加热用的导热介质。
冷能提供单元包括LNG供应管道，LNG供应管道可以连接至LNG接收站，用于为二氧化碳储能系统提供LNG，进而为二氧化碳储能系统提供冷能。
二氧化碳可以根据需要作为储能介质或冷媒介质使用，二氧化碳是一种无毒、不易燃、密度高、临界点适宜(临界温度Tc＝31.1℃，临界压力Pc＝7.38MPa)的流体，具有较好的流动性和传输特性。二氧化碳作为冷媒介质使用时，其黏度较低，具有良好的流动性，同时换热系数较高，传热特性良好，且沸点较传统的冷库制冷剂如氟利昂、氨等相对低，适合作为冷媒介质传递冷能，且本身安全性较高相对环保。二氧化碳作为储能介质使用时，由于其具有临界温度较高的特性，容易达到超临界态，其换热特性也会随之上升，同时在高压状态时常温即可实现相态的转变，在低压状态下液化所需冷源温度相对较高易于获取。
冷能利用单元与冷能提供单元和导热介质供应单元分别连接，以接收来自冷能提供单元的LNG的冷能，并为换冷站在第二设定条件下提供冷能，在第三设定条件下提供冷能。其中，第二设定条件至少包括时间的限定。换冷站有时对冷能有需求，有时对冷能没有需求，二氧化碳储能系统可以在换冷站对冷能有需求时向换冷站提供冷能。
本申请实施例通过为二氧化碳储能系统提供LNG作为外部冷源，利用LNG的冷能实现二氧化碳储能，且可以在不同的设定条件下，实现对LNG的分时段利用，提高了对LNG冷能的利用率，实现了LNG冷能的高效利用。LNG提供的冷能使得低压的二氧化碳以液态形式进行存储，降低了液态二氧化碳储能的储能密度，大幅度提高了液态二氧化碳储能的系统效率。
在本申请的一个实施例中，冷能利用单元包括冷媒二氧化碳泵31、换冷站换热器33和LNG换热器32。
换冷站换热器33与压缩单元连接，结合图2和图3，具体的，换冷站换热器33的冷流体侧与压缩单元连接，以使换冷站换热器33的冷流体侧在第一设定条件下通入来自压缩单元的二氧化碳。二氧化碳作为冷能来源的冷媒使用，并与换冷站换热器33热流体侧的流体换热，进而为换冷站提供冷能。其中，第一设定条件为换冷站在第一设定时间内有冷能需求；具体的，第一设定时间为日落时间至日出时间，即夜晚时间。由于LNG外输量通常在白天较高在夜晚较低，该二氧化碳储能系统在白天利用的LNG冷能较多，而在夜晚利用的LNG冷能较少，因此，在夜晚，可以不利用LNG冷能，换冷站所需的冷能由第一存储罐22内的液态二氧化碳经换冷站换热器33提供。冷媒二氧化碳向换冷站提供冷能后再次流回到压缩单元，经压缩单元压缩后进入到第二存储罐21。换冷站换热器33中吸收二氧化碳中冷能的冷媒可以为制冷循环中的冷媒，如氟利昂、氨气等低于二氧化碳沸点的介质，也可以为有机载冷剂或无机载冷剂如乙二醇水溶液或者氯化钙水溶液。冷媒主要由换冷站的用户决定，换冷站用户可以为冻干果蔬、冷库、数据中心等。
在第二设定条件下，LNG通入LNG换热器32的冷流体侧并与LNG换热器32热流体侧的流体进行换热，其中，LNG换热器32的冷流体侧通入的是提供冷能用的LNG，LNG换热器32热流体侧流经的是二氧化碳。LNG换热器32热流体侧的二氧化碳在第二设定条件下吸收LNG的冷能，并经冷媒二氧化碳泵31输送至换冷站换热器33，以为换冷站提供冷能。其中，第二设定条件为换冷站在第二设定时间内有冷能需求，第二设定时间为日出时间至日落时间，即白天的时间。如前所述，由于LNG外输量通常在白天较高在夜晚较低，该系统在白天运用的LNG冷量较多，而在夜晚运用的LNG冷能较少，在白天充分利用LNG冷能，在夜晚不利用LNG冷能，符合LNG接收站的实际运营情况，从而实现了对LNG的分时段利用，提高了对LNG冷能的利用率。在LNG冷量供应不足可以应急采用二氧化碳开式循环进行换冷站冷量的补充，二氧化碳直接由液态二氧化碳罐提供，供应完冷量后直接进行放空，后续向液态二氧化碳罐中补充二氧化碳。对应第一设定条件和第二设定条件，可以通过调节设置在对应输送管道上的开关阀控制通入换冷站换热器33的冷媒来源。
经LNG换热器32的冷流体侧流出的LNG通入膨胀单元并为膨胀单元提供冷能后输出至外输管道。即在白天，LNG冷能中的一部分向换冷站提供冷能后，再对膨胀单元出口气态的二氧化碳进行冷却液化，再次实现LNG冷能的利用。
冷媒二氧化碳泵31的出口与换冷站换热器33的冷流体侧连接，LNG换热器32的热流体侧与冷媒二氧化碳泵31的进口连接，以形成冷媒二氧化碳的闭式循环通路，且该闭式通路仅在日出时间至日落时间这段时间内工作。液态二氧化碳经二氧化碳泵1增压后进入换冷站换热器33，后经冷媒气化成为气态二氧化碳返回，再进入LNG换热器32的热流体侧，经LNG冷却成为液态二氧化碳进行循环往复。即二氧化碳流经LNG换热器32的热流体侧吸收了LNG的冷能后，经冷媒二氧化碳泵31输送到换冷站换热器33的冷流体侧，作为冷媒通过换冷站换热器33向换冷站提供冷能后再进入到LNG换热器32的热流体侧，以形成冷媒二氧化碳的循环通路，使得二氧化碳可以循环往复作为冷媒使用。
在本申请的一个实施例中，冷能利用单元还包括循环换热器、循环泵和循环膨胀机。循环换热器为朗肯循环换热器41，循环泵为朗肯循环泵42，循环膨胀机为朗肯循环膨胀机43。
朗肯循环换热器41具有中间介质进口和中间介质出口，朗肯循环泵42的进口与朗肯循环换热器41的中间介质出口连接，朗肯循环泵42的出口与朗肯循环换热器41的中间介质进口连接。结合图4，朗肯循环换热器41的冷能进口在第三设定条件下通入LNG，LNG为朗肯循环换热器41提供冷能后从朗肯循环换热器41的冷能出口流出，并通入膨胀单元为膨胀单元提供冷能后输出至外输管道。其中，第三设定条件为换冷站无冷能需求。即，换冷站无冷能需求的情况下，朗肯循环换热器41、朗肯循环泵42和朗肯循环膨胀机43利用LNG的冷能发电。高品位的冷能进行朗肯循环，低品位的冷能进行二氧化碳的液化。其中，高品位的冷能是指温度区间较低，例如-50℃以下的冷能，低品位的冷能是指温度区间较高，例如-50℃以上的冷能。液态二氧化碳在不为换冷站供冷时，膨胀单元中蒸发器的热量可以由导热介质供应单元中的导热介质(循环冷却水)提供。
在本申请的一个实施例中，压缩单元包括二氧化碳泵1、二氧化碳蒸发器2、压缩机和冷却器。
其中，二氧化碳泵1分别与第一存储罐22和换冷站换热器33连接，并用于将第一存储罐22内的液态的二氧化碳泵出，并在第一设定条件下将第一存储罐22内的液态的二氧化碳泵出至换冷站换热器33；具体的，结合图2，第一设定条件下，二氧化碳泵1将第一存储罐22内的液态的二氧化碳泵出至换冷站换热器33的冷流体侧；结合图4，在第三设定条件下将第一存储罐22内的液态的二氧化碳泵出至二氧化碳蒸发器2的冷流体侧，并与流经二氧化碳蒸发器2热流体侧的流体进行换热。二氧化碳蒸发器2的热源，即流经二氧化碳蒸发器2热流体侧的流体可以是导热油或者导热水。二氧化碳蒸发器2用于在第三设定条件下对经二氧化碳泵1泵出的液态的二氧化碳进行加热。
压缩机与二氧化碳蒸发器2连接，并用于在第三设定条件下对经二氧化碳蒸发器2加热处理后的二氧化碳进行压缩，以得到具有设定压力的气态的二氧化碳。压缩机还与换冷站换热器33连接，用于在第一设定条件下，对经换冷站换热器33的冷流体侧流出的二氧化碳进行压缩处理，以使液态二氧化碳转换为气态。
冷却器与压缩机和第二存储罐21分别连接，具体的，冷却器的热流体侧通入经压缩机压缩的二氧化碳，冷却器的冷流体侧通入来自导热介质供应单元的冷却用的导热介质，导热介质用于对流经冷却器的冷流体侧的气态的二氧化碳进行冷却处理，并将冷却后的气态的二氧化碳输送至第二存储罐21中进行存储。
在本申请的一个实施例中，压缩机至少包括两个，冷却器至少包括两个，压缩机与冷却器通过第一连接管路连接，且至少两个压缩机和至少两个冷却器在第一连接管路上间隔设置。结合图1至图4，本申请实施例的压缩单元包括三个压缩机和三个冷却器，三个压缩机分别为第一压缩机3、第二压缩机5和第三压缩机7，三个冷却器分别为第一冷却器4、第二冷却器6和第三冷却器8。压缩单元在对二氧化碳进行压缩处理时，可以采用如下压缩冷却方式：二氧化碳在经第一压缩机3压缩后进入第一冷却器4进行冷却，然后再进入第二压缩机5进行压缩后再进入第二冷却器6进行冷却，最后再进入第三压缩机7进行压缩后再进入第三冷却器8进行冷却。采用多级压缩机和冷却器进行级间压缩和冷却可以提高该二氧化碳储能系统的能效。压缩单元的等熵效率可以设定为不低于85％，压缩单元按照压比平均分配每台压缩机的出入口压力。
在本申请的一个实施例中，所述膨胀单元包括加热器、膨胀机和二氧化碳冷凝器15。
加热器与第二存储罐21连接，并用于对来自第二存储罐21的气态的二氧化碳进行加热。具体的，来自第二存储罐21的气态的二氧化碳通入加热器的冷流体侧，第二存储罐21的热流体侧则通入导热介质供应单元提供的加热用的导热介质。
膨胀机与加热器连接，并用于对经加热器加热后的气态的二氧化碳进行膨胀处理，在二氧化碳膨胀的过程中释放能量，释放的能量可以但不限于用于发电。
二氧化碳冷凝器15与膨胀机和第一存储罐22分别连接，并用于对经膨胀机膨胀后的二氧化碳进行冷凝，以得到液态的二氧化碳并将液态的二氧化碳输送至第一存储罐22中进行存储。
二氧化碳在第一存储罐22、压缩单元、第二存储罐21和膨胀单元之间进行循环利用，在二氧化碳的循环过程中，可以对LNG的冷能进行利用，并在经过压缩单元时进行能量的储存，在经过膨胀单元时进行能量的释放，有效的实现了对LNG冷能的高效利用。
在本申请的一个实施例中，加热器至少包括两个，膨胀机至少包括两个，加热器与膨胀机通过第二连接管路连接，且至少两个加热器和至少两个膨胀机在第二连接管路上间隔设置。结合图1至图4，本申请实施例中加热器和膨胀机均包括三个，三个加热器分别为第一加热器9、第二加热器11和第三加热器13，三个膨胀机分别为第一膨胀机10、第二膨胀机12和第三膨胀机14。来自第二存储罐21内的气态的二氧化碳进入第一加热器9的冷流体侧，经过来自导热介质供应单元的导热介质的加热后二氧化碳通入到第一膨胀机10中膨胀并释放能量，然后再经过第二加热器11的冷流体侧进行再次加热后通入第二膨胀机12再次膨胀并释放能量，最后经过第三加热器13的冷流体侧进行加热后通入第三膨胀机14再次膨胀并释放能量。与压缩单元相似的，采用多级膨胀机进行级间膨胀和加热可以提高该二氧化碳储能系统的能效。膨胀单元的等熵效率可以设定为不低于85％，膨胀单元按照压比平均分配每台膨胀机的出入口压力。
在本申请的一个实施例中，所述导热介质供应单元包括第三存储罐23和第四存储罐24。其中，第三存储罐23具有第一导热介质出口和第一导热介质进口，第一导热介质出口与冷却器连接，并为冷却器提供冷却用的导热介质。第一导热介质进口与加热器连接，并用于承接经加热器流出的导热介质。第四存储罐24具有第二导热介质出口和第二导热介质进口，第二导热介质出口与加热器连接，并为加热器提供加热用的导热介质。第二导热介质进口与冷却器连接，用于承接经冷却器流出的导热介质。导热介质可以为导热水或导热油，导热介质通过输送管道在第三存储罐23、压缩单元、第四存储罐24和膨胀单元之间循环。
在本申请的一个实施例中，二氧化碳储能系统包括两套导热介质供应单元，其中一套导热介质供应单元中流通的导热介质为水，另一套导热介质供应单元中的导热介质为导热油。两套导热介质供应单元中，导热油吸收高品位热量，水吸收低品味热量，即导热油适用于高品质热源，即温度较高的情况，水适用于低品质热源，即温度较低的情况。当厂区条件不能采用危险介质时，也可以选用热水作为导热介质，适用于低品质热源的二氧化碳储能系统，系统效率略低但安全性较高。导热油和水也可以进行搭配使用，例如，压缩单元采用导热油取热，采用水循环进行冷却；膨胀单元采用热水循环进行加热，采用导热油进行增温，通过采用导热油和导热水双循环作为高、低品质蓄热介质进行蓄热循环，能有效提高蓄热循环的效率，从而提高二氧化碳储能系统整体的效率。
本申请实施例中，冷却器和换热器可以采用管壳式换热器或PCHE(微通道换热器)，管壳式换热器具有容易拆装检修的优势，PCHE具有换热效果高结构紧凑的优势。
以上对本发明多个实施例进行了详细说明，但本发明不限于这些具体的实施例，本领域技术人员在本发明构思的基础上，能够做出多种变型和修改实施例，这些变型和修改都应落入本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.基于LNG冷能利用的二氧化碳储能系统，其特征在于，包括：
第一存储罐，其用于储存液态的二氧化碳；
第二存储罐，其用于储存气态的二氧化碳；
压缩单元，其与所述第一存储罐和所述第二存储罐分别连接，用于将来自所述第一存储罐的液态的二氧化碳经加热后压缩处理为超临界态的二氧化碳，且在第一设定条件下为换冷站提供冷能，并将气态的二氧化碳输送至所述第二存储罐；
膨胀单元，其与所述第一存储罐和所述第二存储罐分别连接，用于将来自所述第二存储罐的气态二氧化碳膨胀后经冷却处理为液态的二氧化碳，并将液态的二氧化碳输送至所述第一存储罐；
导热介质供应单元，其与所述压缩单元和所述膨胀单元分别连接，并用于为所述压缩单元提供冷却用的导热介质和为所述膨胀单元提供加热用的导热介质；
冷能提供单元，其包括LNG供应管道，用于提供LNG；
冷能利用单元，其与所述冷能提供单元和所述导热介质供应单元分别连接，以接收来自所述冷能提供单元的LNG的冷能，并为所述换冷站在第二设定条件下提供冷能，在第三设定条件下提供冷能。
2.根据权利要求1所述的基于LNG冷能利用的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述冷能利用单元包括冷媒二氧化碳泵、换冷站换热器和LNG换热器；
所述换冷站换热器与所述压缩单元连接，以使其冷流体侧在所述第一设定条件下通入来自所述压缩单元的二氧化碳，且二氧化碳与所述换冷站换热器热流体侧的流体换热，进而为所述换冷站提供冷能，其中第一设定条件为所述换冷站在第一设定时间内有冷能需求；
在第二设定条件下，LNG通入所述LNG换热器的冷流体侧并与所述LNG换热器热流体侧的流体进行换热，经所述LNG换热器流出的LNG通入所述膨胀单元并为所述膨胀单元提供冷能后输出至外输管道，其中，所述第二设定条件为所述换冷站在第二设定时间内有冷能需求；
所述冷媒二氧化碳泵的出口与所述换冷站换热的冷流体侧连接，所述LNG换热器的热流体侧与所述冷媒二氧化碳泵的进口连接，以形成冷媒二氧化碳的循环通路。
3.根据权利要求2所述的基于LNG冷能利用的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述冷能利用单元还包括循环换热器、循环泵和循环膨胀机；
所述循环换热器具有中间介质进口和中间介质出口，所述循环泵的进口与所述循环换热器的中间介质出口连接，所述循环泵的出口与所述循环换热器的中间介质进口连接；所述循环换热器的冷能进口在所述第三设定条件下通入LNG，LNG为所述循环换热器提供冷能后从所述循环换热器的冷能出口流出，并通入所述膨胀单元为所述膨胀单元提供冷能后输出至所述外输管道，其中，所述第三设定条件为所述换冷站无冷能需求。
4.根据权利要求2所述的基于LNG冷能利用的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述第一设定时间为日落时间至日出时间，所述第二设定时间为日出时间至日落时间。
5.根据权利要求2所述的基于LNG冷能利用的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述压缩单元包括：
二氧化碳泵，其与所述第一存储罐和所述换冷站换热器连接，并用于将所述第一存储罐内的液态的二氧化碳泵出，并在所述第一设定条件下将所述第一存储罐内的液态的二氧化碳泵出至所述换冷站换热器；
二氧化碳蒸发器，其与所述二氧化碳泵连接，并用于在所述第三设定条件下对经所述二氧化碳泵泵出的液态的二氧化碳进行加热；
压缩机，其与所述二氧化碳蒸发器连接，并用于在所述第三设定条件下对经所述二氧化碳蒸发器加热处理后的二氧化碳进行压缩，以得到具有设定压力的气态的二氧化碳；
冷却器，其与所述压缩机和所述第二存储罐分别连接，并用于对经所述压缩机压缩的气态的二氧化碳进行冷却，并将冷却后的气态的二氧化碳输送至所述第二存储罐。
6.根据权利要求5所述的基于LNG冷能利用的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述压缩机至少包括两个，所述冷却器至少包括两个，所述压缩机与所述冷却器通过第一连接管路连接，且至少两个所述压缩机和至少两个所述冷却器在所述第一连接管路上间隔设置。
7.根据权利要求5所述的基于LNG冷能利用的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述膨胀单元包括：
加热器，其与所述第二存储罐连接，并用于对来自所述第二存储罐的气态的二氧化碳进行加热；
膨胀机，其与所述加热器连接，并用于对经所述加热器加热后的气态的二氧化碳进行膨胀处理；
二氧化碳冷凝器，其与所述膨胀机和所述第一存储罐连接，并用于对经所述膨胀机膨胀后的二氧化碳进行冷凝，以得到液态的二氧化碳并将液态的二氧化碳输送至所述第一存储罐。
8.根据权利要求7所述的基于LNG冷能利用的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述加热器至少包括两个，所述膨胀机至少包括两个，所述加热器与所述膨胀机通过第二连接管路连接，且至少两个所述加热器和至少两个所述膨胀机在所述第二连接管路上间隔设置。
9.根据权利要求7所述的基于LNG冷能利用的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述导热介质供应单元包括：
第三存储罐，其具有第一导热介质出口和第一导热介质进口，所述第一导热介质出口与所述冷却器连接，并为所述冷却器提供冷却用的导热介质；所述第一导热介质进口与所述加热器连接，并用于承接经所述加热器流出的导热介质；
第四存储罐，其具有第二导热介质出口和第二导热介质进口，所述第二导热介质出口与所述加热器连接，并为所述加热器提供加热用的导热介质；所述第二导热介质进口与所述冷却器连接，用于承接经所述冷却器流出的导热介质。
10.根据权利要求所述的基于LNG冷能利用的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述二氧化碳储能系统包括两套导热介质供应单元，其中一套所述导热介质供应单元中流通的导热介质为水，另一套所述导热介质供应单元中的导热介质为导热油。
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