CN220599885U - 一种跨临界压缩二氧化碳储能装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于储能技术领域，公开了一种跨临界压缩二氧化碳储能装置，包括：储液罐、储能部件、气体缓冲室、储气室和释能部件；所述储能部件包括第一控制阀、蒸发器、第一压缩机、第一换热器、第二压缩机和冷却器；所述释能部件包括第三控制阀、第一透平、第四控制阀、第二换热器、第二透平和冷凝器；其中，所述第二压缩机、所述第二透平的转速和进口导叶角度可调。本实用新型可实现系统功率基本稳定，能够提高机组运行稳定性，保证系统储能效率并提高能量利用率。

Description

一种跨临界压缩二氧化碳储能装置

技术领域

本实用新型属于储能技术领域，特别涉及一种跨临界压缩二氧化碳储能装置。

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，有效解决了移峰填谷的难题，近年来受到越来越多的重视；其中，跨临界压缩二氧化碳储能技术由于储能效率高、储能密度大、系统结构紧凑等优点逐渐引起了广泛的关注。

目前，常规跨临界二氧化碳储能的低压储罐和高压储罐均为恒容容器，当工质流入/流出时容器内的压力会随之增大/减小，从而导致储能和释能过程中压缩机、透平及换热器等核心部件长时间变工况运行，不仅影响系统的功率和效率，还会导致部件安全性能下降，威胁系统安全运行。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种跨临界压缩二氧化碳储能装置，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本实用新型提供的技术方案，可实现系统功率基本稳定，能够提高机组运行稳定性，保证系统储能效率并提高能量利用率。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供的一种跨临界压缩二氧化碳储能装置，包括：储液罐、储能部件、气体缓冲室、储气室和释能部件；

所述储能部件包括第一控制阀、蒸发器、第一压缩机、第一换热器、第二压缩机和冷却器；其中，所述储液罐的工质出口依次经第一控制阀、蒸发器的第二换热通道、第一压缩机、第一换热器的第一换热通道与所述气体缓冲室的第一通道进口相连通，所述气体缓冲室的第一通道出口依次经第二压缩机、冷却器的第一换热通道与所述储气室的进口相连通；

所述释能部件包括第三控制阀、第一透平、第四控制阀、第二换热器、第二透平和冷凝器；其中，所述储气室的出口依次经过第三控制阀、第二透平与所述气体缓冲室的第二通道进口相连通，所述气体缓冲室的第二通道出口依次经第四控制阀、第二换热器的第二换热通道、第一透平、冷凝器的第一换热通道与所述储液罐的工质进口相连通；

其中，所述第二压缩机、所述第二透平的转速和进口导叶角度可调。

本实用新型的进一步改进在于，还包括：储热罐和储冷罐；其中，

所述储热罐的出口依次经第五控制阀、第二换热器的第一换热通道与所述储冷罐的进口相连通；所述储冷罐的出口依次经第二控制阀、第一换热器的第二换热通道与所述储热罐的进口相连通。

本实用新型的进一步改进在于，所述储液罐设置有冷源通道和热源通道；

所述跨临界压缩二氧化碳储能装置还包括：制冷循环部；所述制冷循环部包括第一制冷工质泵、第一制冷工质冷凝器和制冷工质透平；其中，所述制冷工质透平的出口分为两路，一路连通至所述冷凝器的第二换热通道进口，另一路经第七控制阀连通至所述储液罐的冷源通道进口，所述储液罐的冷源通道出口与所述冷凝器的第二换热通道出口均经第六控制阀与所述第一制冷工质泵的进口相连通，所述第一制冷工质泵的出口经所述第一制冷工质冷凝器的第一换热通道与所述制冷工质透平的进口相连通；所述储液罐设置的热源通道用于通入常温常压水。

本实用新型的进一步改进在于，所述储液罐设置有冷源通道和热源通道；

所述跨临界压缩二氧化碳储能装置还包括：制冷循环部；所述制冷循环部包括吸收器、第二制冷工质泵、溶液换热器、发生器、制冷工质冷凝器、制冷工质第一节流阀、制冷工质第二节流阀、第八控制阀和第九控制阀；其中，所述制冷工质第一节流阀的出口分为两路，一路连通至所述冷凝器的第二通道进口，另一路经第九控制阀连通至所述储液罐的冷源通道进口，所述储液罐的冷源通道出口与所述冷凝器的第二换热通道的出口均经第八控制阀连接所述吸收器的第二进口，所述吸收器的第一出口连接所述第二制冷工质泵的进口，所述第二制冷工质泵的出口连接所述溶液换热器的第二进口，所述溶液换热器的第二出口连接所述发生器的第二进口，所述发生器的第三出口经所述第二制冷工质冷凝器的第一换热通道与所述制冷工质第一节流阀的进口相连通；所述发生器的第二出口连接所述溶液换热器的第一进口，所述溶液换热器的第一出口经所述制冷工质第二节流阀与所述吸收器的第一进口相连通；所述第二制冷工质冷凝器的第二换热通道用于通入常温常压水；所述储液罐设置的热源通道用于通入常温常压水；所述发生器的第一进口用于通入工业生产余热。

本实用新型的进一步改进在于，在确定储能压力后，所述制冷循环部中工质质量流量之比满足如下方程，

式中，和/>分别代表制冷循环部中进入冷凝器和储液罐中的工质质量流量；ρ_l和ρ_g分别代表储能压力下二氧化碳饱和液态和饱和气态密度；q代表储能压力下二氧化碳的汽化潜热；h_out代表储能压力下二氧化碳在冷凝器中的单位流量进口焓值；h_l代表储能压力下单位流量饱和液态二氧化碳的进口焓值。

本实用新型的进一步改进在于，还包括：第一预热器和第二预热器；其中，

所述蒸发器的第二换热通道的出口经所述第一预热器的第二换热通道与所述第一压缩机的进口相连通；所述第三控制阀经所述第二预热器的第二换热通道与所述第二透平的进口相连通；所述第一预热器的第一换热通道、所述第二预热器的第一换热通道均用于通入工业生产余热。

本实用新型的进一步改进在于，所述工业生产余热的温度范围为100℃～150℃。

本实用新型的进一步改进在于，还包括：测压元件和控制器；

所述测压元件用于测量储气室压力并传输给所述控制器；

所述控制器用于根据接收的储气室压力，在储能时控制所述第二压缩机的进口导叶角度以保持工质流量恒定，同时控制所述第二压缩机的转速以实现所述第二压缩机始终在最高效率下运行；在释能时控制所述第二透平的进口导叶角度以保持工质流量恒定，同时控制所述第二透平的转速以实现所述第二透平始终在最高效率下运行。

本实用新型的进一步改进在于，所述储液罐内冗余的液态二氧化碳或气态二氧化碳的质量需满足如下方程，

式中，M代表冗余的液态二氧化碳或气态二氧化碳，t代表储能或释能时长，代表二氧化碳的质量流量；ρ_l和ρ_g分别代表储能压力下二氧化碳饱和液态和饱和气态密度。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供的技术方案具体是一种功率稳定的跨临界压缩二氧化碳储能装置，能够提高机组运行稳定性，保证系统储能效率并提高能量利用率；具体解释性的，第一压缩机与第一透平定工况运行，在提高系统运行稳定性的同时承担储能系统的主要运行负荷；此外，第二压缩机与第二透平的进口导叶角度与转速可调，能够保证系统运行过程中工质流量的稳定、第二压缩机与第二透平高效运行、其余部件定工况运行，可提高系统储能效率与运行的安全稳定性。另外，本实用新型设置的气体缓冲室可维持储能过程中第二压缩机进口压力和释能过程中第二换热器高压侧压力与第二透平出口压力的恒定。

本实用新型中，在第一透平出口和储液罐进口之间引入制冷循环，可实现低温工质的冷凝。

本实用新型中，利用工业生产余热提高工质在第一压缩机和第二透平的进口温度，可进一步提高系统储能效率与能量利用率。

本实用新型中，储能过程中通过加热储液罐内部分液态二氧化碳至气态，保证该过程中储液罐内压力恒定；释能过程中通过冷却储液罐内部分气态二氧化碳至液态，保证该过程中储液罐内压力恒定，且具体限定了工质质量关系。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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是本实用新型实施例提供的一种跨临界压缩二氧化碳储能装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的又一种跨临界压缩二氧化碳储能装置的结构示意图；

图中附图标记解释：

1、储液罐；2、蒸发器；3、第一压缩机；4、第一换热器；5、气体缓冲室；6、第二压缩机；7、冷却器；8、储气室；9、第二透平；10、第二换热器；11、第一透平；12、冷凝器；13、储冷罐；14、储热罐；15、测压元件；16、控制器；17、第一制冷工质泵；18、第一制冷工质冷凝器；19、制冷工质透平；20、第一控制阀；21、第二控制阀；22、第三控制阀；23、第四控制阀；24、第五控制阀；25、第六控制阀；26、第七控制阀；

28、第一预热器；29、第二预热器；30、吸收器；31、第二制冷工质泵；32、溶液换热器；33、发生器；34、第二制冷工质冷凝器；35、制冷工质第一节流阀；36、制冷工质第二节流阀；37、第八控制阀；38、第九控制阀。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型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。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型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它步骤或单元。

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

请参阅图1，本实用新型实施例提供的一种功率稳定的跨临界压缩二氧化碳储能装置，包括：储液罐1、蒸发器2、第一压缩机3、第一换热器4、气体缓冲室5、第二压缩机6、冷却器7、储气室8、第二透平9、第二换热器10、第一透平11、冷凝器12、测压元件15和控制器16；进一步优选的方案中，还包括储冷罐13和储热罐14；进一步优选的方案中，还包括制冷循环，本实用新型实施例的制冷循环包括第一制冷工质泵17、第一制冷工质冷凝器18和制冷工质透平19。本实用新型实施例中，还包括第一控制阀20、第二控制阀21、第三控制阀22、第四控制阀23、第五控制阀24、第六控制阀25、第七控制阀26共7个控制阀。

进一步具体解释性的，储液罐1的工质出口通过第一控制阀20连接蒸发器2的第二进口，蒸发器2的第二出口连接第一压缩机3的进口，第一压缩机3的出口连接第一换热器4的第一进口，第一换热器4的第一出口连接气体缓冲室5的第一进口，气体缓冲室5的第一出口连接第二压缩机6的进口，第二压缩机6的出口连接冷却器7的第一进口，冷却器7的第一出口连接储气室8的工质进口，上述连通关系能够完成工质的压缩储存；另外，测压元件15用于测量储气室压力，控制器16用于接收测压元件信号，控制转速和导叶角度，完成第二压缩机6的转速和进口导叶角度与储气室8的压力适配。本实用新型实施例进一步优选的方案中，储冷罐13的出口通过第二控制阀21连接至第一换热器4的第二进口，第一换热器4的第二出口连接储热罐14的进口，上述连通关系用于完成储能工质压缩热的储存；以上各部件构成整个储能部分。具体示例性解释的，第一压缩机、第一透平可具有较大的压缩比和膨胀比。

进一步具体解释性的，储气室8的工质出口通过第三控制阀22连接第二透平9的进口，第二透平9的出口连接气体缓冲室5的第二进口，气体缓冲室5的第二出口通过第四控制阀23连接第二换热器10的第二进口，第二换热器10的第二出口连接第一透平11的进口，第一透平11的出口连接冷凝器12的第一进口，冷凝器12的第一出口连接储液罐1的工质进口，上述连通关系用于完成工质的膨胀与液化储存。另外，测压元件15用于测量储气室压力，控制器16用于接收测压元件信号，控制转速和导叶角度，完成第二透平9的转速和进口导叶角度与储气室8的压力适配。本实用新型实施例进一步优选的方案中，储热罐14的出口通过第五控制阀24连接至第二换热器10的第一进口，第二换热器10的第一出口连接储冷罐13的进口，上述连通关系用于完成储能工质压缩热的释放；以上各部件构成整个释能部分。

本实用新型实施例优选的方案中，利用热泵循环实现释能工质的冷凝；其中，制冷工质透平19出口分为两路，一路连接至冷凝器12的第二进口，另一路通过第七控制阀26连接至储液罐1的冷源进口，储液罐1的冷源出口与冷凝器12的第二出口共同通过第六控制阀25连接至第一制冷工质泵17的进口，第一制冷工质泵17的出口连接第一制冷工质冷凝器18的第一进口，第一制冷工质冷凝器18的第一出口连接制冷工质透平19进口。进一步优选的，常温常压水连接至储液罐1的热源进口，为储液罐1内部分液态二氧化碳的蒸发提供热量；常温常压水连接至蒸发器2的第一进口，用于为储能工质预热提供热量；常温常压水连接至冷却器7的第二进口，为储能工质冷却提供冷量。

请参阅图2，本实用新型实施例中，在上述实施例的基础上具体引入工业生产余热对储能和释能工质进行预热，跨临界压缩二氧化碳储能装置储能过程中工质预热过程的换热器可分为蒸发器2和第一预热器28，释能过程中设置第二预热器29。

进一步优选的方案中，制冷循环包括吸收器30、第二制冷工质泵31、溶液换热器32、发生器33、第二制冷工质冷凝器34、制冷工质第一节流阀35、制冷工质第二节流阀36。本发明实施例中，还包括第一控制阀20、第二控制阀21、第三控制阀22、第四控制阀23、第五控制阀24、第八控制阀37、第九控制阀38共7个控制阀。

具体示例解释性的，储液罐1工质出口通过第一控制阀20连接蒸发器2的第二进口，蒸发器2的第二出口连接第一预热器28的第二进口，第一预热器28的第二出口连接第一压缩机3的进口，第一压缩机3的出口连接第一换热器4的第一进口，第一换热器4的第一出口连接气体缓冲室5的第一进口，气体缓冲室5的第一出口连接第二压缩机6的进口，第二压缩机6的出口连接冷却器7的第一进口，冷却器7的第一出口连接储气室8的工质进口，完成工质的压缩储存。储冷罐13的出口通过第二控制阀21连接至第一换热器4的第二进口，第一换热器4的第二出口连接储热罐14的进口，完成储能工质压缩热的储存。以上各部件构成整个储能部分。

储气室8的工质出口通过第三控制阀22连接第二预热器29的第二进口，第二预热器29的第二出口连接第二透平9的进口，第二透平9的出口连接气体缓冲室5的第二进口，气体缓冲室5的第二出口通过第四控制阀23连接第二换热器10的第二进口，第二换热器10的第二出口连接第一透平11的进口，第一透平11的出口连接冷凝器12的第一进口，冷凝器12的第一出口连接储液罐1的工质进口，完成工质的膨胀与液化储存。

其中，本实用新型实施例利用吸收式制冷循环实现释能工质的冷凝。具体的，制冷工质第一节流阀35出口分为两路，一路连接冷凝器12的第二进口，另一路通过第九控制阀38连接储液罐1的冷源进口，储液罐1的冷源出口与冷凝器12的第二出口共同通过第八控制阀37连接吸收器30的第二进口，吸收器30的第一出口连接第二制冷工质泵31的进口，第二制冷工质泵31的出口连接溶液换热器32的第二进口，溶液换热器32的第二出口连接发生器33的第二进口，发生器33的第三出口连接第二制冷工质冷凝器34的第一进口，第二制冷工质冷凝器34的第一出口连接制冷工质第一节流阀35的进口，发生器33的第二出口连接溶液换热器32的第一进口，溶液换热器32的第一出口连接制冷工质第二节流阀36的进口，制冷工质第二节流阀36的出口连接吸收器30的第一进口。

可选的，常温常压水连接至第二制冷工质冷凝器34的第二进口，为制冷工质冷凝提供冷量；常温常压水连接至吸收器30的第三进口，吸收制冷剂稀溶液与制冷剂蒸汽的混合热。优选的，工业生产余热连接至第一预热器28的第一进口与第二预热器29的第一进口，为储/释能工质预热提供热量；工业生产余热连接至发生器33的第一进口，为制冷剂稀溶液与制冷剂蒸汽的分离提供热量。

为便于更清楚地理解本实用新型实施例的功率稳定的跨临界压缩二氧化碳储能装置，下面选择热泵循环作为制冷子系统、结合图1详细描述一种功率稳定的跨临界压缩二氧化碳储能装置及控制方法，具体可以包括以下步骤：

初始状态下，关闭所有七个控制阀门，储液罐1内存有中等储存压力的液态压缩二氧化碳作为工作工质，气体缓冲室5和储气室8内存有高储存压力的气态二氧化碳作为工作工质；

当用户处于用电低谷时，关闭第三控制阀22、第四控制阀23、第五控制阀24、第六控制阀25、第七控制阀26，打开第一控制阀20、第二控制阀21，功率稳定的跨临界压缩二氧化碳储能装置的储能部分进行工作；其中，低温低压的液态二氧化碳由储液罐1进入蒸发器2吸热升温，升温后的二氧化碳进入第一压缩机3，电力带动第一压缩机3对二氧化碳进行压缩，获得高温中压的二氧化碳并进入第一换热器4将热量传递给自储冷罐13流出的低温储热介质，降温后的二氧化碳进入气体缓冲室5维持在中等储存压力，气体缓冲室5中原有的压缩二氧化碳流入第二压缩机6，获得加压后的高温高压二氧化碳并进入冷却器7中降温至储存温度后进入储气室8中；至此完成工作工质的压缩与热量储存；

当用户处于用电高峰时，关闭第一控制阀20、第二控制阀21，打开第三控制阀22、第四控制阀23、第五控制阀24、第六控制阀25、第七控制阀26，功率稳定的跨临界压缩二氧化碳储能装置的释能部分进行工作；其中，储气室8内的高压二氧化碳进入第二透平9中膨胀做功，获得低温中压的二氧化碳并进入气体缓冲室5中维持在中等储存压力，气体缓冲室5中原有的压缩二氧化碳流入第二换热器10中吸热升温，之后进入第一透平11中膨胀做功，低温低压的二氧化碳进入冷凝器12中冷凝至液态后进入储液罐1中；至此完成工作工质的膨胀做功与热量释放；

热泵循环子系统与释能部分同时进行工作：制冷剂蒸汽在制冷工质透平19出口处分为两路，一路进入储液罐1，另一路进入冷凝器12中蒸发至饱和气态后与在储液罐1中同样吸热至饱和气态的制冷剂蒸汽混合，共同进入第一制冷工质泵17中加压，升温升压的制冷剂蒸汽进入第一制冷工质冷凝器18中放热至液态，之后进入制冷工质透平19中膨胀做功，至此进入下一个循环。

本实用新型实施例可选的，储液罐1的压力可设置为4MPa，对应二氧化碳冷凝温度为5℃。可选的，储气室8的目标压力可设置为20MPa左右，储气室8的最低压力可设置为12MPa，气体缓冲室5的压力可设置为储气室8目标压力的60％左右。

优选的，本实用新型中第一压缩机3和第一透平11为定工况运行，分别承担储能和释能的主要负荷。第二压缩机6的出口压力和第二透平9的进口压力随储气室8的压力变化而变化，通过调整进口导叶角度和转速实现流量的恒定和效率的提高。控制器16实时接收测压元件15的压力信号，一方面调整第二压缩机6和第二透平9的进口导叶角度，保证储/释能过程工质流量维持恒定；另一方面控制第二压缩机6和第二透平9的转速控制器调整转速，使得第二压缩机6和第二透平9的运行效率随着储气压力的变化而始终调整至可达到的最高值；

优选的，本实用新型分别使用常温常压水和热泵循环部分冷能实现储能和释能过程中储液罐1内压力的恒定；

优选的，在确定储能压力后，制冷循环中工质质量流量之比需满足如下方程：其中，/>和/>分别代表制冷循环中进入冷凝器12和储液罐1中的工质质量流量，ρ_l和ρ_g分别代表储能压力下二氧化碳饱和液态和饱和气态密度，q代表储能压力下二氧化碳的汽化潜热，h_out代表储能压力下二氧化碳在冷凝器12中的单位流量进口焓值，h_l代表储能压力下单位流量饱和液态二氧化碳的进口焓值；

优选的，储液罐1内冗余的液态和气态二氧化碳的质量均需满足如下方程：其中，M代表冗余的液态或气态二氧化碳，t代表储能或释能时长，/>代表二氧化碳的质量流量。

进一步的，下面选择吸收式制冷循环作为制冷子系统、结合图2详细描述另一种功率稳定的跨临界压缩二氧化碳储能装置及控制方法，具体可以包括以下步骤：

初始状态下，关闭所有七个控制阀门，储液罐1内存有中等储存压力的液态压缩二氧化碳作为工作工质，气体缓冲室5和储气室8内存有高储存压力的气态二氧化碳作为工作工质；

当用户处于用电低谷时，关闭第三控制阀22、第四控制阀23、第五控制阀24、第八控制阀37、第九控制阀38，打开第一控制阀20、第二控制阀21，功率稳定的跨临界压缩二氧化碳储能装置的储能部分进行工作；其中，低温低压的液态二氧化碳由储液罐1进入蒸发器2吸热至饱和气态后进入第一预热器28，升温至过热态的二氧化碳进入第一压缩机3，电力带动第一压缩机3对二氧化碳进行压缩，高温中压的二氧化碳进入第一换热器4将热量传递给自储冷罐13流出的低温储热介质，降温后的二氧化碳进入气体缓冲室5维持在中等储存压力，气体缓冲室5中原有的压缩二氧化碳流入第二压缩机6，加压后的高温高压二氧化碳进入冷却器7中降温至储存温度后进入储气室8中；至此完成工作工质的压缩与热量储存；

当用户处于用电高峰时，关闭第一控制阀20、第二控制阀21，打开第三控制阀22、第四控制阀23、第五控制阀24、第八控制阀37、第九控制阀38，功率稳定的跨临界压缩二氧化碳储能装置的释能部分进行工作；储气室8内的高压过热二氧化碳进入第二预热器29中吸热后流入第二透平9中膨胀做功，之后中温中压的二氧化碳进入气体缓冲室5中维持在中等储存压力，气体缓冲室5中原有的压缩二氧化碳流入第二换热器10中吸热至高温，之后进入第一透平11中膨胀做功，低温低压的二氧化碳进入冷凝器12中冷凝至液态后进入储液罐1中；至此完成工作工质的膨胀做功与热量释放；

吸收式制冷循环子系统与释能部分同时进行工作：制冷剂蒸汽进入第二制冷工质冷凝器34中放热至饱和液态后进入制冷工质第一节流阀35中降压至蒸发压力，制冷剂蒸汽在制冷工质第一节流阀35出口处分为两路，一路进入储液罐1，另一路进入冷凝器12中蒸发至饱和气态后，与在储液罐1中同样吸热至饱和气态的制冷剂蒸汽混合，进入吸收器30中与制冷剂稀溶液混合放热为制冷剂浓溶液，制冷剂浓溶液通过第二制冷工质泵31加压后进入溶液换热器32中与高温高压的制冷剂稀溶液换热，升温后的制冷剂浓溶液进入发生器33吸收热量，其中制冷剂吸热变成制冷剂蒸汽析出，剩余的制冷剂稀溶液先后进入溶液换热器32和制冷工质第二节流阀36中完成放热与降压，之后低温低压的制冷剂稀溶液进入吸收器30中，至此进入下一个循环。

可选的，工业生产余热温度范围为100～150℃，可选择烟气余热、化工反应余热、可燃废气余热、冷却介质余热等。

综上所述，本实用新型的核心实用新型点在于，提供了一种功率稳定的跨临界压缩二氧化碳储能装置及控制方法，能够根据用户用电的需求实现能量的存储与释放，降低用户电力成本。具体优点包括：

(1)本实用新型使用第一压缩机3、第一透平11和第二压缩机6、第二透平9分级运行保障了系统功率输出的稳定性和运行的安全可靠性；保证第一压缩机3、第一透平11定工况运行承担主要负荷，第二压缩机6、第二透平9的进口导叶角度和转速根据储气室8的压力而变化，保证储能和释能过程中流量恒定、第二压缩机6与第二透平9始终运行在相应工况可实现的最高效率下；

(2)本实用新型引入制冷循环，实现两级膨胀工质的冷凝，提高低压储罐的储能密度；

(3)本实用新型分别在储能和释能过程中对储液罐1内的二氧化碳进行蒸发和液化，实现储液罐1的压力恒定；

(4)本实用新型设置气体缓冲室5实现第二压缩机6进口压力、第二透平9出口压力、第二换热器10高压侧压力的恒定；

(5)本实用新型将工业生产余热引入预热器与发生器，将常温常压水引入冷却器，提高系统储能效率与能量利用率。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种跨临界压缩二氧化碳储能装置，其特征在于，包括：储液罐(1)、储能部件、气体缓冲室(5)、储气室(8)和释能部件；

所述储能部件包括第一控制阀(20)、蒸发器(2)、第一压缩机(3)、第一换热器(4)、第二压缩机(6)和冷却器(7)；其中，所述储液罐(1)的工质出口依次经第一控制阀(20)、蒸发器(2)的第二换热通道、第一压缩机(3)、第一换热器(4)的第一换热通道与所述气体缓冲室(5)的第一通道进口相连通，所述气体缓冲室(5)的第一通道出口依次经第二压缩机(6)、冷却器(7)的第一换热通道与所述储气室(8)的进口相连通；

所述释能部件包括第三控制阀(22)、第一透平(11)、第四控制阀(23)、第二换热器(10)、第二透平(9)和冷凝器(12)；其中，所述储气室(8)的出口依次经过第三控制阀(22)、第二透平(9)与所述气体缓冲室(5)的第二通道进口相连通，所述气体缓冲室(5)的第二通道出口依次经第四控制阀(23)、第二换热器(10)的第二换热通道、第一透平(11)、冷凝器(12)的第一换热通道与所述储液罐(1)的工质进口相连通；

其中，所述第二压缩机(6)、所述第二透平(9)的转速和进口导叶角度可调。

2.根据权利要求1所述的一种跨临界压缩二氧化碳储能装置，其特征在于，还包括：储热罐(14)和储冷罐(13)；其中，

所述储热罐(14)的出口依次经第五控制阀(24)、第二换热器(10)的第一换热通道与所述储冷罐(13)的进口相连通；所述储冷罐(13)的出口依次经第二控制阀(21)、第一换热器(4)的第二换热通道与所述储热罐(14)的进口相连通。

3.根据权利要求1所述的一种跨临界压缩二氧化碳储能装置，其特征在于，所述储液罐(1)设置有冷源通道和热源通道；

所述跨临界压缩二氧化碳储能装置还包括：制冷循环部；所述制冷循环部包括第一制冷工质泵(17)、第一制冷工质冷凝器(18)和制冷工质透平(19)；其中，所述制冷工质透平(19)的出口分为两路，一路连通至所述冷凝器(12)的第二换热通道进口，另一路经第七控制阀(26)连通至所述储液罐(1)的冷源通道进口，所述储液罐(1)的冷源通道出口与所述冷凝器(12)的第二换热通道出口均经第六控制阀(25)与所述第一制冷工质泵(17)的进口相连通，所述第一制冷工质泵(17)的出口经所述第一制冷工质冷凝器(18)的第一换热通道与所述制冷工质透平(19)的进口相连通；所述储液罐(1)设置的热源通道用于通入常温常压水。

4.根据权利要求1所述的一种跨临界压缩二氧化碳储能装置，其特征在于，所述储液罐(1)设置有冷源通道和热源通道；

所述跨临界压缩二氧化碳储能装置还包括：制冷循环部；所述制冷循环部包括吸收器(30)、第二制冷工质泵(31)、溶液换热器(32)、发生器(33)、第二制冷工质冷凝器(34)、制冷工质第一节流阀(35)、制冷工质第二节流阀(36)、第八控制阀(37)和第九控制阀(38)；其中，所述制冷工质第一节流阀(35)的出口分为两路，一路连通至所述冷凝器(12)的第二通道进口，另一路经第九控制阀(38)连通至所述储液罐(1)的冷源通道进口，所述储液罐(1)的冷源通道出口与所述冷凝器(12)的第二换热通道的出口均经第八控制阀(37)连接所述吸收器(30)的第二进口，所述吸收器(30)的第一出口连接所述第二制冷工质泵(31)的进口，所述第二制冷工质泵(31)的出口连接所述溶液换热器(32)的第二进口，所述溶液换热器(32)的第二出口连接所述发生器(33)的第二进口，所述发生器(33)的第三出口经所述第二制冷工质冷凝器(34)的第一换热通道与所述制冷工质第一节流阀(35)的进口相连通；所述发生器(33)的第二出口连接所述溶液换热器(32)的第一进口，所述溶液换热器(32)的第一出口经所述制冷工质第二节流阀(36)与所述吸收器(30)的第一进口相连通；所述第二制冷工质冷凝器(34)的第二换热通道用于通入常温常压水；所述储液罐(1)设置的热源通道用于通入常温常压水；所述发生器(33)的第一进口用于通入工业生产余热。

5.根据权利要求3或4所述的一种跨临界压缩二氧化碳储能装置，其特征在于，在确定储能压力后，所述制冷循环部中工质质量流量之比满足如下方程，

式中，和/>分别代表制冷循环部中进入冷凝器(12)和储液罐(1)中的工质质量流量；ρ_l和ρ_g分别代表储能压力下二氧化碳饱和液态和饱和气态密度；q代表储能压力下二氧化碳的汽化潜热；h_out代表储能压力下二氧化碳在冷凝器(12)中的单位流量进口焓值；h_l代表储能压力下单位流量饱和液态二氧化碳的进口焓值。

6.根据权利要求1所述的一种跨临界压缩二氧化碳储能装置，其特征在于，还包括：第一预热器(28)和第二预热器(29)；其中，

所述蒸发器(2)的第一换热通道的出口经所述第一预热器(28)的第二换热通道与所述第一压缩机(3)的进口相连通；所述第三控制阀(22)经所述第二预热器(29)的第二换热通道与所述第二透平(9)的进口相连通；所述第一预热器(28)的第一换热通道、所述第二预热器(29)的第一换热通道均用于通入工业生产余热。

7.根据权利要求4或6所述的一种跨临界压缩二氧化碳储能装置，其特征在于，所述工业生产余热的温度范围为100℃～150℃。

8.根据权利要求1所述的一种跨临界压缩二氧化碳储能装置，其特征在于，还包括：测压元件(15)和控制器(16)；

所述测压元件(15)用于测量储气室压力并传输给所述控制器(16)；

所述控制器(16)用于根据接收的储气室压力，在储能时控制所述第二压缩机(6)的进口导叶角度以保持工质流量恒定，同时控制所述第二压缩机(6)的转速以实现所述第二压缩机(6)始终在最高效率下运行；在释能时控制所述第二透平(9)的进口导叶角度以保持工质流量恒定，同时控制所述第二透平(9)的转速以实现所述第二透平(9)始终在最高效率下运行。

9.根据权利要求1所述的一种跨临界压缩二氧化碳储能装置，其特征在于，所述储液罐(1)内冗余的液态二氧化碳或气态二氧化碳的质量需满足如下方程，

式中，M代表冗余的液态二氧化碳或气态二氧化碳；t代表储能或释能时长；代表二氧化碳的质量流量；ρ_l和ρ_g分别代表储能压力下二氧化碳饱和液态和饱和气态密度。