CN220705897U - 一种基于压缩co2储能的风光热联合消纳系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于压缩CO2储能的风光热联合消纳系统。一种基于压缩CO₂储能的风光热联合消纳系统，包括：压缩储能系统、膨胀发电系统和风光发电系统，风光发电系统为压缩储能系统和膨胀发电系统提供电能，还包括：综合控制系统，在用电低谷期，综合控制系统调节发电机带动压缩储能系统运行，获得高压CO₂并存储；在用电高峰期，将高压气罐110中的CO₂释放并进入膨胀机发电，实现电能的高效利用和实时消纳。

Description

一种基于压缩CO2储能的风光热联合消纳系统

技术领域

本实用新型涉及CO₂压缩膨胀循环储能及风光消纳技术领域，具体而言，涉及一种基于压缩CO₂储能的风光热联合消纳系统。

背景技术

目前储能技术有：抽水蓄能，压缩气体储能，蓄电池等。但目前只有抽水蓄能和压缩气体储能被大规模运用，抽水蓄能需要水坝和水库，耗费资金巨大，对生态环境影响较为严重，且严重受地形的限制，不便于在缺水地区运用，而压缩气体储能耗费资金少，建设周期短，无选址要求，对环境污染小，二氧化碳的临界点较高为31℃，临界温度在常温附近，可以实现常温下储存，减少了储存难度，降低了储存成本，且有较高的储能密度和较好的安全性，所以以二氧化碳为压缩气体储能工质的储能系统相继被提出。

实用新型内容

因此，本实用新型实施例提供一种基于压缩CO₂储能的风光热联合消纳系统，对风光发电系统的输出功率进行实时消纳，实现能源的高效利用。

为实现本实用新型的目的，本实用新型提供了一种基于压缩CO₂储能的风光热联合消纳系统，包括：压缩储能系统、膨胀发电系统和风光发电系统，风光发电系统为压缩储能系统和膨胀发电系统提供电能，压缩储能系统包括：低压气罐，低压气罐设有低压进气口和低压出气口，低压进气口和低压出气口分别与低压进气阀和低压出气阀相连；高压气罐，高压气罐设有高压进气口和高压出气口，高压进气口和高压出气口分别与高压进气阀和高压出气阀相连；第一换热器，第一换热器将低压压缩机与高压压缩机连接；第二换热器，第二换热器将高压进气阀与高压压缩机相连；其中，气体由低压气罐的低压出气口流出，经过低压出气阀，流进低压压缩机，气体经过压缩，流进第一换热器，第一换热器连接高压压缩机，气体流进高压压缩机，经过第二换热器与高压进气阀，流进所述高压气罐，完成压缩储能。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：低压压缩机压缩气体，从而使气体温度升高，高温的气体进入第一换热器，完成热量交换，收集气体第一次压缩而产生的能量，气体的温度下降，经过高压压缩机压缩，气体温度再次上升，进入第二换热器，完成第二次热量交换，收集气体第二次压缩而产生的能量，通过高压进气阀进入高压气罐，通过压缩气体的方式获取能量，一方面对生态环境的影响较小，不受地域地形的限制，另一方面对能源进行实时消纳，避免了能源的浪费。

在本实用新型的一个技术方案中，膨胀发电系统包括：第三换热器，第三换热器与高压膨胀机进口阀相连；高压膨胀机，高压膨胀机与高压膨胀机进口阀相连；第四换热器，第四换热器与高压膨胀机相连；低压膨胀机，低压膨胀机连接第四换热器与低压进气阀；其中，气体从高压气罐流出，经过高压出气阀流进第三换热器，第三换热器与高压膨胀机进口阀相连，供气体流进高压膨胀机，气体经过第四换热器，从高压膨胀机流进低压膨胀机，最后经过低压进气阀流进低压气罐，其次，高压膨胀机与低压膨胀相连，低压膨胀机与发电机相连，高压膨胀机和低压膨胀机驱动发电机发电。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：从高压气罐中流出的高温的气体，流进第三换热器，完成热量交换，气体温度下降，进气调节阀用于调整气体的流速，调整流速后的气体进入高压膨胀机，气体膨胀降压，温度下降，高压膨胀机获取能量，气体进入第四换热器，进行热量交换，气体进入低压膨胀机，低压膨胀机获取能量后，气体流进低压气罐。

在本实用新型的一个技术方案中，基于压缩CO₂储能的风光热联合消纳系统包括蓄热系统，蓄热系统包括：低温储热罐，低温储热罐设有低温罐入口和低温罐出口，低温储热罐用于存储换热介质；高温储热罐，高温储热罐设有高温罐入口和高温罐出口，高温罐入口与电加热器相连，高温储热罐存储换热介质；第一变频泵，第一变频泵与第一换热器相连；第二变频泵，第二变频泵与第二换热器相连；其中，低温储热罐的出口分出两条并联支路，第一支路和第二支路，第一支路由第一变频泵与第一换热器相连而组成，换热介质经过第一支路流进电加热器；第二支路由第二变频泵与第二换热器相连而组成，换热介质经过第二支路流进电加热器，第一支路中的换热介质与第二支路中的换热介质汇合，进入高温储热罐。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：低温储热罐分两条并联支路，提高换热介质流通的效率，第一变频泵与第二变频泵用于调整换热介质的流速，推动换热介质流通，换热介质分别流过第一换热器与第二换热器，在电加热器中混合，流进高温储热罐，电加热器用于应对电网电能不足或用电高峰等突发情况，维持蓄热系统的正常运行，提高了蓄热系统的运行效率。

在本实用新型的一个技术方案中，蓄热系统还包括：第三换热器和第四换热器；第三变频泵，第三变频泵与第三换热器相连；第四变频泵，第四变频泵与第四换热器相连；其中，高温储热罐由出口分出两条并联支路，第三支路和第四支路，第三支路由第三变频泵与第三换热器相连而组成，换热介质通过第三支路流进低温储热罐；第四支路由第四变频泵与第四换热器相连而组成，换热介质通过第四支路流进低温储热罐。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：高温储热罐分成两条并联支路，提高换热介质的流通效率，第三变频泵和第四变频泵用于调整换热介质的流速，推动换热介质的流通，换热介质分别流过第三换热器和第四换热器，流进低温储热罐。

在本实用新型的一个技术方案中，风光发电系统包括：风力发电装置，风力发电装置与第二逆变器相连，通过第二变压器连接电网；光伏发电装置，光伏发电装置与第一逆变器相连，通过第一变压器连接电网。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：由于风力发电装置受风速的影响，产生的电能频率不稳定，通过第二逆变器调整频率后，通过变压器调整电压，最后输送给电网，风能属于可再生的清洁资源，非常环保，而且风力发电的基建周期短，安装的规模更加灵活。光伏发电装置通过太阳光照发电，产生频率不稳定的直流电，通过第一逆变器调整频率，并且将直流电转化为交流电，经变压器调整电压后输送给电网，提高了电网的电能储备量。

在本实用新型的一个技术方案中，基于压缩CO₂储能的风光热联合消纳系统还包括：综合控制系统，综合控制系统包括：综合控制器，综合控制器用于接收输出功率信号和电网的需求信号，并依据控制系统的特点，输出控制信号。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：综合控制器通过输入端接收信号，通过输出端输出控制信号，以及电加热器的加热控制信号，确保基于压缩CO2储能的风光热联合消纳系统的平稳运行。

在本实用新型的一个技术方案中，还包括：高压压缩机和低压压缩机通过电动机获取电能；其中，电动机与电网通过第三变压器相连，从而获取电能，给高压压缩机和低压压缩机提供电能。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：通过电动机给高压压缩机和低压压缩机供电，使高压压缩机和低压压缩机电压更加稳定，运行效率更高。

在本实用新型的一个技术方案中，发电机与第四变压器相连，第四变压器与电网连接，将能量以电能的形式输送给电网。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：高压膨胀机和低压膨胀机驱动发电机发电，发电机产生电能，并通过第四变压器改变电压，以符合国家标准，从而将电能输送给电网，完成膨胀发电，能源实时消纳，增加了能源的储备量。

采用本实用新型的技术方案后，能够达到如下技术效果：

(1)通过压缩气体的方式获取能量，一方面对生态环境的影响较小，不受地域地形的限制，另一方面对能源进行实时消纳，避免了能源的浪费；

(2)电加热器用于应对电网电能不足或用电高峰等突发情况，维持蓄热系统的正常运行，提高了蓄热系统的运行效率，使蓄热系统平稳运行；

(3)高温储热罐分成两条并联支路，提高换热介质的流通效率，第三变频泵和第四变频泵用于调整换热介质的流速，推动换热介质的流通。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中待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实用新型的一些实施例，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为基于压缩CO₂储能的风光热联合消纳系统的流程图。

图2为压缩储能系统的流程图。

图3为膨胀发电系统的流程图。

图4为蓄热系统的流程图。

图5为风光发电系统的流程图。

附图标记说明：

100：低压气罐；100a：低压进气口；100b：低压出气口；101：低压进气阀；102：低压出气阀；110：高压气罐；110a：高压进气口；110b：高压出气口；111：高压进气阀；112：高压出气阀；120：低温储热罐；120a：低温罐入口；120b：低温罐出口；130：高温储热罐；130a：高温罐入口；130b：高温罐出口；140：电加热器；141：第一换热器；142：第二换热器；143：第三换热器；144：第四换热器；145：高压膨胀机进口阀；150：低压压缩机；151：高压压缩机；152：高压膨胀机；153：低压膨胀机；154：第一变频泵；155：第二变频泵；156：第三变频泵；157：第四变频泵；158：发电机；159：电动机；160：光伏发电装置；161：风力发电装置；162：第一变压器；163：第一逆变器；164：第二变压器；165：第二逆变器；166：第三变压器；167：第四变压器；169：综合控制器；170：电网。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

【第一实施例】

本实施例提供了一种基于压缩CO₂储能的风光热联合消纳系统，包括：压缩储能系统、膨胀发电系统和风光发电系统，风光发电系统为压缩储能系统和膨胀发电系统提供电能，压缩储能系统包括：低压气罐100，低压气罐100设有低压进气口100a和低压出气口100b，低压进气口100a和低压出气口100b分别与低压进气阀101和低压出气阀102相连；高压气罐110，高压气罐110设有高压进气口110a和高压出气口110b，高压进气口110a和高压出气口110b分别与高压进气阀111和高压出气阀112相连；第一换热器141，第一换热器141将低压压缩机150与高压压缩机151连接；第二换热器142，第二换热器142将高压进气阀111与高压压缩机151相连；其中，气体由低压气罐100的所述低压出气口100b流出，经过低压出气阀102，流进低压压缩机150，气体经过压缩，流进第一换热器141，第一换热器141连接高压压缩机151，气体流进高压压缩机151，经过第二换热器142与高压进气阀111，从而流进高压气罐110，完成压缩储能。

具体说明，低压气罐100的两端分别设有低压进气口100a和低压出气口100b，并且分别与低压进气阀101和低压出气阀102相连，低压进气阀101和低压出气阀102控制气体流速，高压气罐110的两端分别设有高压进气口110a和高压出气口110b，并且分别与高压进气阀111和高压出气阀112相连，高压进气阀111和高压出气阀112用于控制气体的流速，上述气体具体为CO₂，CO₂通过低压压缩机150进行压缩，分子间得出间隔变小，分子间的碰撞更加剧烈，导致CO₂气体温度升高，温度升高的CO₂气体进入第一换热器141，进行热量交换，CO₂气体温度降低，CO₂气体进入高压压缩机151，CO₂气体再一次压缩，CO₂气体温度升高，进入第二换热器142，实现热量交换，CO₂气体温度降低，通过高压进气阀111进入高压气管110。

低压压缩机150只进行一次气体压缩，高压压缩机151进行两次气体压缩，保证了CO₂气体压缩充分，而后充分进行热量的交换，第一换热器141内部设有两个通道，CO₂气体通过其中一个通道进行热量交换，第二换热器142与第一换热器141具有相同的结构，在此不再赘述。

膨胀发电系统包括：第三换热器143，第三换热器143与高压膨胀机进口阀145相连，高压膨胀机152，高压膨胀机152与高压膨胀机进口阀145相连，第四换热器144，第四换热器144与高压膨胀机152相连；低压膨胀机153，低压膨胀机153连接第四换热器144与低压进气阀101；其中，气体从高压气罐110流出，经过高压出气阀112流进第三换热器143，第三换热器143与高压膨胀机进口阀145相连，供气体流进高压膨胀机152，气体经过第四换热器144，从高压膨胀机152流进低压膨胀机153，最后经过低压进气阀101流进低压气罐100；其次，高压膨胀机152与低压膨胀机153相连，低压膨胀机153与发电机158相连，高压膨胀机152和低压膨胀机153驱动发电机158发电。

具体的，高压膨胀机152和低压膨胀机153是利用压缩气体膨胀降压时向外输出能量使气体温度下降的原理，而获取能量的装置。CO₂气体从高压气罐110流出，进入第三换热器143，进行热量交换，CO₂气体温度降低，第三换热器143与第一换热器141结构相同，CO₂气体由高压膨胀机进口阀145进入高压膨胀机152，高压膨胀，152获得能量，CO₂气体进入第四换热器144，进行热量交换，CO₂气体温度再次降低，第四换热器144与第一换热器141结构一致，CO₂气体进入低压膨胀机153，低压膨胀机153获得能量，CO₂气体进入低压气罐100中，低压膨胀机153与高压膨胀机153获得的能量驱动发电机158发电，将CO₂气体的能量转化为电能储存。

蓄热系统包括：低温储热罐120，低温储热罐120设有低温罐入口120a和低温罐出口120b，低温储热罐120用于存储换热介质；高温储热罐130，高温储热罐130设有高温罐入口130a和高温罐出口130b，高温罐入口130a与电加热器140相连，高温储热罐130用于存储所述换热介质；第一变频泵154，第一变频泵154与第一换热器141相连；第二变频泵155，第二变频泵155与第二换热器142相连；其中，低温储热罐120的出口分出两条并联支路，第一支路和第二支路，第一支路由第一变频泵154与第一换热器141相连而组成，换热介质经过第一支路流进电加热器140；第二支路由第二变频泵155与第二换热器142相连而组成，换热介质经过第二支路流进电加热器140，第一支路中的换热介质与第二支路中的换热介质汇合，进入高温储热罐130。

上述换热介质为沸点100℃以上且满足工艺要求的物质均可以作为换热介质，本实施例所提及的换热介质为导热油，导热油廉价易得，满足工艺要求。

具体说明，低温储热罐120和高温储热罐130的出口均分为两条并联的支路，提高了导热油的流通效率，第一变频泵154和第二变频泵155用于推动导热油的流通，电加热器140给导热油加热，保持蓄热系统的稳定运行。

蓄热系统还包括：第三换热器143，第四换热器144，第三变频泵156，第三变频泵156与第三换热器143相连，第四变频泵157，第四变频泵157与第四换热器144相连，其中，高温储热罐130由出口分出两条并联支路，第三支路和第四支路，第三支路由第三变频泵156与第三换热器143相连而组成，换热介质通过第三支路流进低温储热罐120，第四支路由第四变频泵157与第四换热器144相连而组成，换热介质通过第四支路流进低温储热罐120。

高温储热罐130的出口均分为两条并联的支路，提高了导热油的流通效率，第三变频泵156和第四变频泵157用于推动导热油的流通，提高导热油的流动速度。

风光发电系统包括：风力发电装置161，风力发电装置161与第二逆变器165相连，通过第二变压器164连接电网170；光伏发电装置160，光伏发电装置160与第一逆变器163相连，通过第一变压器162连接电网170。

风力发电装置161发电的原理是：风力带动风车叶片旋转，再通过增速机提升旋转的速度，产生交流电。风力发电装置161产生交流电，经过第二逆变器165调整频率，第二变压器164调整电压，使其电压与电网170电压一致后，输送至电网170。光伏发电装置160的原理是：依据光生伏特效应原理，利用太阳能光伏电池把太阳能直接转化为电能。光伏发电装置160产生直流电，经过第一逆变器163将直流电转化为频率均匀的交流电，经过第一变压器162调整电压，使其电压与电网170电压一致，输送给电网170，将电能实时消纳，避免电能的浪费。利用风能和光能发电，相比于传统的火力发电，风光发电更加环保，不受地形地域的影响，发电的效率更高。

基于压缩CO2储能的风光热联合消纳系统还包括：综合控制系统169，综合控制器169接收输出功率信号和电网170的需求信号，并依据控制系统的特点，输出控制信号。

综合控制系统169的接收端接收风光发电系统的输出功率信号和电网170需求信号，在用电低谷期，调节发电机带动压缩储能系统运行，获得高压CO₂并存储；在用电高峰期，将高压气罐110中的CO₂释放并进入膨胀机发电，输出电动机159和控制阀的动作信号，以及电加热器140的加热控制信号，保证消纳系统的稳定运行。

高压压缩机151和低压压缩机150通过电动机159获取电能，其中，电动机159与电网170通过第三变压器166相连，从而获取电能，给高压膨胀机151和低压膨胀机150提供电能。

第三变压器166调整电网170的电压提供给电动机159，高压压缩机151和低压压缩机150通过电动机159获取电能，使得高压压缩机151和低压压缩机150运行更加平稳，提高了使用效率。

发电机158与第四变压器167相连，第四变压器167与电网170连接，将电能输送给电网170。

发电机158产生的电能通过第四变压器167调整电压，与电网170的电压保持一致，将电能实时输送给电网170，进行消纳，增加了电网170的电能储备量。

最后应说明的是：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；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于压缩CO₂储能的风光热联合消纳系统，其特征在于，包括：压缩储能系统、膨胀发电系统和风光发电系统，所述风光发电系统为所述压缩储能系统和所述膨胀发电系统提供电能，所述压缩储能系统包括：

低压气罐(100)，所述低压气罐(100)设有低压进气口(100a)和低压出气口(100b)，所述低压进气口(100a)和所述低压出气口(100b)分别与低压进气阀(101)和低压出气阀(102)相连；

高压气罐(110)，所述高压气罐(110)设有高压进气口(110a)和高压出气口(110b)，所述高压进气口(110a)和所述高压出气口(110b)分别与高压进气阀(111)和高压出气阀(112)相连；

第一换热器(141)，所述第一换热器(141)将低压压缩机(150)与高压压缩机(151)连接；

第二换热器(142)，所述第二换热器(142)将所述高压进气阀(111)与所述高压压缩机(151)相连。

2.根据权利要求1所述的基于压缩CO₂储能的风光热联合消纳系统，其特征在于，所述膨胀发电系统包括：

第三换热器(143)，所述第三换热器(143)与高压膨胀机进口阀(145)相连；

高压膨胀机(152)，所述高压膨胀机(152)与所述高压膨胀机进口阀(145)相连；

第四换热器(144)，所述第四换热器(144)与所述高压膨胀机(152)相连；

低压膨胀机(153)，所述低压膨胀机(153)连接所述第四换热器(144)与所述低压进气阀(101)；

其次，所述高压膨胀机(152)与所述低压膨胀机(153)相连，所述低压膨胀机(153)与发电机(158)相连，所述高压膨胀机(152)和所述低压膨胀机(153)驱动所述发电机(158)发电。

3.根据权利要求1所述的基于压缩CO₂储能的风光热联合消纳系统，其特征在于，还包括：蓄热系统；

所述蓄热系统包括：

低温储热罐(120)，所述低温储热罐(120)设有低温罐入口(120a)和低温罐出口(120b)，所述低温储热罐(120)用于存储换热介质；

高温储热罐(130)，所述高温储热罐(130)设有高温罐入口(130a)和高温罐出口(130b)，所述高温罐入口(130a)与电加热器(140)相连，所述高温储热罐(130)用于存储所述换热介质；

第一变频泵(154)，所述第一变频泵(154)与所述第一换热器(141)相连；

第二变频泵(155)，所述第二变频泵(155)与所述第二换热器(142)相连；

其中，所述低温储热罐(120)的出口分出两条并联支路，第一支路和第二支路，所述第一支路由所述第一变频泵(154)与所述第一换热器(141)相连而组成，所述换热介质经过所述第一支路流进电加热器(140)；所述第二支路由所述第二变频泵(155)与所述第二换热器(142)相连而组成，所述换热介质经过所述第二支路流进所述电加热器(140)，所述第一支路中的换热介质与所述第二支路中的换热介质汇合，进入所述高温储热罐(130)。

4.根据权利要求3所述的基于压缩CO₂储能的风光热联合消纳系统，其特征在于，所述蓄热系统还包括：

第三换热器(143)；

第四换热器(144)；

第三变频泵(156)，所述第三变频泵(156)与所述第三换热器(143)相连；

第四变频泵(157)，所述第四变频泵(157)与所述第四换热器(144)相连；

其中，所述高温储热罐(130)由出口分出两条并联支路，第三支路和第四支路，所述第三支路由所述第三变频泵(156)与所述第三换热器(143)相连而组成，所述换热介质通过所述第三支路流进所述低温储热罐(120)；

所述第四支路由所述第四变频泵(157)与所述第四换热器(144)相连而组成，所述换热介质通过所述第四支路流进所述低温储热罐(120)。

5.根据权利要求1所述的基于压缩CO₂储能的风光热联合消纳系统，其特征在于，所述风光热联合消纳系统还包括电网(170)，所述风光发电系统包括：

风力发电装置(161)，所述风力发电装置(161)与第二逆变器(165)相连，通过第二变压器(164)连接所述电网(170)；

光伏发电装置(160)，所述光伏发电装置(160)与第一逆变器(163)相连，通过第一变压器(162)连接所述电网(170)。

6.根据权利要求1所述的基于压缩CO2储能的风光热联合消纳系统，其特征在于，还包括：综合控制系统，

所述综合控制系统包括：综合控制器(169)，所述综合控制器(169)接收输出功率信号和电网(170)的需求信号，并依据控制系统的特点，输出控制信号。

7.根据权利要求2所述的基于压缩CO₂储能的风光热联合消纳系统，其特征在于，所述发电机(158)与第四变压器(167)相连，所述第四变压器(167)与电网(170)连接，将电能输送给所述电网(170)，进行实时消纳。