一种基于LNG冷量利用的跨临界二氧化碳储能系统及方法技术方案

本发明专利技术一种基于LNG冷量利用的跨临界二氧化碳储能系统及方法，所述系统包括二氧化碳循环回路；所述的二氧化碳循环回路包括液态二氧化碳储气罐、第一换热器、第二换热器、压缩机组、超临界二氧化碳储罐和膨胀机组；液态二氧化碳储罐的出口经第一换热器蒸发侧和压缩机组连接超临界二氧化碳储罐入口；超临界二氧化碳储罐的出口依次经膨胀机组、第一换热器冷凝侧和第二换热器的冷凝侧连接液态二氧化碳储气罐的入口；第二换热器的蒸发侧入口连接LNG储罐，出口连接用户端形成LNG利用回路；通过LNG作为冷源进一步对第一换热器冷凝侧流出的液态二氧化碳进行冷凝；压缩机组连接低谷电驱动的电动机进行储能；膨胀机组经发电机与用户连接进行释能。

A transcritical carbon dioxide energy storage system and method based on LNG cooling capacity utilization

【技术实现步骤摘要】
一种基于LNG冷量利用的跨临界二氧化碳储能系统及方法
本专利技术属于储能和能量利用
，具体涉及一种基于LNG冷量利用的跨临界二氧化碳储能系统及方法。
技术介绍
随着传统化石能源的日益枯竭和环境问题的日益显著，可再生能源的利用受到了越来越多的重视。风能、太阳能等可再生能源所固有的随机性和波动性给可再生能源的开发带来了巨大的挑战，因此我们需要发展储能技术来有效解决这些问题。目前世界上能够成熟应用的大规模储能技术只有抽水蓄能和压缩空气储能两种，抽水蓄能受到地理位置的限制，需要特定的地质条件和长期的足够水源，而压缩空气储能依赖汽轮机技术、化石燃料的补充燃烧以及合适储存的洞穴。近年来提出了一个跨临界二氧化碳储能系统，该系统具有压缩空气储能的特点且无需燃烧室，我们基于此展开研究。现有技术中，跨临界二氧化碳储能技术还存在着如下一些问题，其发电效率和储能密度还不高，跨临界二氧化碳储能技术中液态二氧化碳储罐中存在液化不充分的问题，大量富余的LNG作为优质冷源无法得到合理利用。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于LNG冷量利用的跨临界二氧化碳储能系统及方法，节能环保，设计合理，对能量充分利用，能够降低存储系统的规模，增加系统的灵活性。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种基于LNG冷量利用的跨临界二氧化碳储能系统，包括二氧化碳循环回路；所述的二氧化碳循环回路包括液态二氧化碳储气罐、第一换热器、第二换热器、压缩机组、超临界二氧化碳储罐和膨胀机组；所述液态二氧化碳储罐的出口经第一换热器蒸发侧和压缩机组连接超临界二氧化碳储罐入口；所述超临界二氧化碳储罐的出口依次经膨胀机组、第一换热器冷凝侧和第二换热器的冷凝侧连接液态二氧化碳储气罐的入口；所述第二换热器的蒸发侧入口连接LNG储罐，出口连接用户端形成LNG利用回路；通过LNG作为冷源进一步对第一换热器冷凝侧流出的液态二氧化碳进行冷凝；所述的压缩机组连接低谷电驱动的电动机进行储能；所述的膨胀机组经发电机与用户连接进行释能。优选的，压缩机组采用多级压缩方式进行低谷电储能，膨胀机组采用多级膨胀方式，驱动发电机进行发电。优选的，还包括热源与冷源循环回路；所述的热源与冷源循环回路包括热源储罐、换热器组和冷源储罐；所述的换热器组包括设置在压缩机之间的压缩侧换热器和设置在膨胀机之间的膨胀侧换热器；压缩侧换热器设置在对应压缩机的工质出口，初级压缩机的工质入口连接第一换热器蒸发侧出口，压缩机级间的压缩侧换热器蒸发侧连接前一级压缩机的出口与下一级压缩机的进口，末级压缩机出口连接至超临界二氧化碳储罐入口进行能量存储；每一压缩侧换热器的冷凝侧出口均与热源储罐进口相连接，冷凝侧入口均与冷源储罐出口相连接；膨胀侧换热器设置在对应膨胀机的工质入口，超临界二氧化碳储罐出口连接初级膨胀机的蒸发侧入口，膨胀机级间的膨胀侧换热器蒸发侧连接前一级的膨胀机出口与下一级膨胀机进口，末级膨胀机的工质出口连接第一换热器的冷凝侧工质入口；每一膨胀侧换热器的冷凝侧入口均与热源储罐出口相连接，冷凝侧出口均与冷源储罐进口相连接。进一步，热源储罐温度保持在135～150摄氏度，冷源储罐温度保持在-5～5摄氏度。优选的，液态二氧化碳储罐与第一换热器之间设置第一节流阀；超临界二氧化碳储罐与膨胀机组之间设置第二节流阀。优选的，液态二氧化碳储罐上端连接循环压缩机入口，循环压缩机的出口连接第二换热器的冷凝侧的第二回路形成气态二氧化碳液化回路；利用LNG储罐中的LNG作为冷源对液态二氧化碳进行冷凝；冷凝侧的第一回路连接第一换热器冷凝侧流出的液态二氧化碳。一种基于LNG冷量利用的跨临界二氧化碳储能方法，包括，低谷储能；在第一换热器中气化后的二氧化碳经压缩机组压缩，经过压缩后处于超临界状态，被储存于超临界二氧化碳储罐中；释能供电；超临界二氧化碳储罐释放工质，工质在膨胀机内膨胀做功，带动发电机为用户供电；经过膨胀后的二氧化碳处于气体状态，经换热器液化后储存于液态二氧化碳储罐中；释能供电时，利用LNG储罐中的LNG作为冷源进一步对第一换热器冷凝侧流出的液态二氧化碳进行冷凝。优选的，低谷储能时；气化后的二氧化碳经压缩机组压缩，级间由压缩侧换热器吸收压缩热，同时压缩侧换热器还连接冷源储罐出口和热源储罐，利用压缩热加热来自冷源储罐的介质并输送至热源储罐中，气化的二氧化碳经过多级压缩及级间冷却后处于超临界状态，被储存于超临界二氧化碳储罐中；释能供电时；超临界二氧化碳储罐释放工质，在膨胀机内膨胀做功，级间由膨胀侧换热器储存膨胀冷量，同时膨胀侧换热器还连接冷源储罐出口和热源储罐，利用热源储罐中的高温介质对流经换热器的二氧化碳工质进行加热，冷却后的介质进入冷源储罐进行储存。进一步，热源与冷源循环回路采用水或导热油为介质，对二氧化碳工质进行级间加热和冷却处理。优选的，通过循环压缩机对液态二氧化碳储罐中未完全冷凝的气态二氧化碳通过压缩成为液态二氧化碳重新进入液态二氧化碳储罐，其中通过第二换热器利用LNG储罐中的LNG作为冷源对液态二氧化碳进行冷凝。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术采用了跨临界二氧化碳储能技术，利用丰富的LNG作冷源，为从第一换热器冷凝过的液态二氧化碳进一步冷凝，降低了液态二氧化碳温度有效减少液态二氧化碳储罐中的液态二氧化碳气化，提高了发电效率，同时LNG吸热气化之后可以直接供给用户使用。进一步的，本专利技术采用多级压缩方式，压缩过程中的电力由低谷电进行供给，解决了用电成本高昂的问题；本专利技术采用多级膨胀方式，驱动发电机进行发电，利用低谷电储能，需要用电时发电，可赚取峰谷电差价，不但可以解决小区完全依赖电网的缺陷，峰谷电之间的差价也极为可观。进一步的，本专利技术构建了热源与冷源循环回路，压缩机级间设有压缩侧换热器，对压缩热进行回收，减小热能的耗散。压缩侧换热器储存的热量集中于热源，用来加热进入膨胀机的工质；膨胀机机组中均设有膨胀侧换热器，有效储存膨胀过程中产生的冷量，膨胀侧换热器储存的冷量集中于冷源，用于压缩机级间冷却，提升系统储能与释能效率。进一步的，在液态二氧化碳储罐顶端，用循环压缩机将未冷凝的气态二氧化碳压缩后通过换热器后重新进入液态二氧化碳储罐中储存。附图说明图1为本专利技术是一种基于LNG冷量利用的跨临界二氧化碳储能系统的结构示意图。图中：1、液态二氧化碳储罐；2、第一节流阀；3、第一换热器；4、第一压缩机；5、第三换热器；6、第二压缩机；7、第四换热器；8、第三压缩机；9、超临界二氧化碳储罐；10、热源储罐；11、冷源储罐；12、第二节流阀；13、第一膨胀机；14、第五换热器；15、第二膨胀机；16、第六换热器；17、第三膨胀机；18、第二换热器；19、LNG储罐；20、循环压缩机。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。本专利技术一种基于LNG冷量利用的跨临界二氧化碳储能系统，包括二氧化碳循环回路；所述的二氧化碳循环回路包括液态二氧化碳储气罐1、第一换热器3、第二换热器18、压缩机组、超临界二氧化碳储罐9和膨胀机组；所述液态二氧化碳储罐1的出口经第一换热器3蒸发侧和压缩机组连接超临界二氧化碳储罐9入口；所述超临界二氧化碳储罐9的出口依次经膨胀机组、第一换热器3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于LNG冷量利用的跨临界二氧化碳储能系统，其特征在于，包括二氧化碳循环回路；所述的二氧化碳循环回路包括液态二氧化碳储气罐(1)、第一换热器(3)、第二换热器(18)、压缩机组、超临界二氧化碳储罐(9)和膨胀机组；所述液态二氧化碳储罐(1)的出口经第一换热器(3)蒸发侧和压缩机组连接超临界二氧化碳储罐(9)入口；所述超临界二氧化碳储罐(9)的出口依次经膨胀机组、第一换热器(3)冷凝侧和第二换热器(18)的冷凝侧连接液态二氧化碳储气罐(1)的入口；所述第二换热器(18)的蒸发侧入口连接LNG储罐(19)，出口连接用户端形成LNG利用回路；通过LNG作为冷源进一步对第一换热器(3)冷凝侧流出的液态二氧化碳进行冷凝；所述的压缩机组连接低谷电驱动的电动机进行储能；所述的膨胀机组经发电机与用户连接进行释能。

【技术特征摘要】
1.一种基于LNG冷量利用的跨临界二氧化碳储能系统，其特征在于，包括二氧化碳循环回路；所述的二氧化碳循环回路包括液态二氧化碳储气罐(1)、第一换热器(3)、第二换热器(18)、压缩机组、超临界二氧化碳储罐(9)和膨胀机组；所述液态二氧化碳储罐(1)的出口经第一换热器(3)蒸发侧和压缩机组连接超临界二氧化碳储罐(9)入口；所述超临界二氧化碳储罐(9)的出口依次经膨胀机组、第一换热器(3)冷凝侧和第二换热器(18)的冷凝侧连接液态二氧化碳储气罐(1)的入口；所述第二换热器(18)的蒸发侧入口连接LNG储罐(19)，出口连接用户端形成LNG利用回路；通过LNG作为冷源进一步对第一换热器(3)冷凝侧流出的液态二氧化碳进行冷凝；所述的压缩机组连接低谷电驱动的电动机进行储能；所述的膨胀机组经发电机与用户连接进行释能。2.根据权利要求1所述的一种基于LNG冷量利用的跨临界二氧化碳储能系统，其特征在于，压缩机组采用多级压缩方式进行低谷电储能，膨胀机组采用多级膨胀方式，驱动发电机进行发电。3.根据权利要求1所述的一种基于LNG冷量利用的跨临界二氧化碳储能系统，其特征在于，还包括热源与冷源循环回路；所述的热源与冷源循环回路包括热源储罐(10)、换热器组和冷源储罐(11)；所述的换热器组包括设置在压缩机之间的压缩侧换热器和设置在膨胀机之间的膨胀侧换热器；压缩侧换热器设置在对应压缩机的工质出口，初级压缩机的工质入口连接第一换热器(3)蒸发侧出口，压缩机级间的压缩侧换热器蒸发侧连接前一级压缩机的出口与下一级压缩机的进口，末级压缩机出口连接至超临界二氧化碳储罐(9)入口进行能量存储；每一压缩侧换热器的冷凝侧出口均与热源储罐(10)进口相连接，冷凝侧入口均与冷源储罐(11)出口相连接；膨胀侧换热器设置在对应膨胀机的工质入口，超临界二氧化碳储罐(9)出口连接初级膨胀机的蒸发侧入口，膨胀机级间的膨胀侧换热器蒸发侧连接前一级的膨胀机出口与下一级膨胀机进口，末级膨胀机的工质出口连接第一换热器(3)的冷凝侧工质入口；每一膨胀侧换热器的冷凝侧入口均与热源储罐(10)出口相连接，冷凝侧出口均与冷源储罐(11)进口相连接。4.根据权利要求3所述的一种基于LNG冷量利用的跨临界二氧化碳储能系统，其特征在于，热源储罐(10)温度保持在135～150摄氏度，冷源储罐(11)温度保持在-5～5摄氏度。5.根据权利要求1所述的一种基于LNG冷量利用的跨临界二氧化碳储能系统，其特征在于，液态...

【专利技术属性】
技术研发人员：王焕然，李智搏，刘明明，李丞宸，严凯，李瑞雄，杨珍帅，张严，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61