【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于储能，具体涉及一种双流程耦合共用换热器的液态二氧化碳储能系统。
技术介绍
1、在新能源高速发展的环境下，新型储能已经成为构建新型电力系统的关键环节之一。液态二氧化碳储能将电能转化成二氧化碳的热能和势能来实现储能。与空气相比，二氧化碳更易液化，无需依赖地下洞穴，选址更灵活。另外，二氧化碳比热容高、传热性能好， 寄生能耗更低，系统效率更高。因此，液态二氧化碳储能具备超长时、大规模、高灵活性、高效率、高储能密度等优点，更具发展前景。
2、但是液态二氧化碳储能系统实现液化与气化二氧化碳需要大量的冷量和热量，使用常规的换热器换热系数低，导致换热系统占地面积过大，此外，液态二氧化碳储能系统中需要使用一系列高低温换热器，储能系统的储能规模越大，换热量越大，换热器的占地尺寸与成本随之增加，导致系统建设的初始投资增加。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种双流程耦合共用换热器的液态二氧化碳储能系统。
2、本专利技术提供了一种双流程耦合共用换热器的液态二氧化碳储能系统，其包括低压储液模块、第一换热组件、压缩机、第二换热组件、高压储液模块和膨胀机。低压储液模块、第一换热组件、压缩机、第二换热组件和高压储液模块形成储能通路。高压储液模块、第二换热组件、膨胀机、第一换热组件和低压储液模块形成释能通路。第一换热组件与第二换热组件均包括一个或依次相连的多个换热器；储能通路和释能通路在第一换热组件和第二换热组件中均共用同一管道。在工作过程中，该储能系统在储能状态和释
3、在储能状态下，低压储液模块输出的二氧化碳输入储能通路，依次经过升温、压缩机做功加压、液化的过程存入高压储液模块；
4、在释能状态下，高压储液模块中的液态二氧化碳输入释能通路，依次经过气化、膨胀机释能降压、降温的过程存入低压储液模块。
5、作为优选，所述的低压储液模块为低压储罐；低压储液模块与第一换热组件之间设有处于储能通路的节流阀和处于释能通路的第一通断阀；储能过程中，节流阀开启，第一通断阀关闭，低压储液模块输出的液态二氧化碳经过节流阀时通流截面积减小，转化为气液两相二氧化碳；释能过程中，节流阀关闭，第一通断阀开启。
6、作为优选，所述的压缩机的输入端和输出端均设有处于储能通路的第二通断阀；膨胀机的输入端和输出端均设有处于释能通路的第三通断阀。储能状态下，第二通断阀开启，第三通断阀关闭；释能状态下，第二通断阀关闭，第三通断阀开启。
7、作为优选，所述的多个换热器均与储热罐和储冷罐连接；在第一换热组件中，储能状态下二氧化碳释放的冷量通过换热器和换热介质进行热交换的方式存储到储冷罐，并在释能状态下通过换热器和换热介质进行热交换的方式供给二氧化碳进行降温。
8、在第二换热组件中，储能状态下二氧化碳释放的热量通过换热器和换热介质进行热交换的方式存储到储热罐，并在释能状态下通过换热器和换热介质进行热交换的方式供给二氧化碳进行升温。
9、作为优选，所述的第一换热组件和第二换热组件均采用存有相变材料的换热器。在第一换热组件中，储能状态下二氧化碳释放的冷量存储到相变材料中，并在释能状态下供给二氧化碳进行降温。在第二换热组件中，储能状态下二氧化碳释放的热量存储到相变材料中，并在释能状态下供给二氧化碳进行升温。
10、作为优选，所述的第一换热组件包括多个换热器，沿着低压储液模块向高压储液模块的方向，第一换热组件中的多个换热器存储的相变材料的相变温度依次升高，并在储能状态下逐级吸收二氧化碳释放的冷量，以及在释能状态下逐级向二氧化碳提供冷量；第二换热组件包括多个换热器，沿着高压储液模块向低压储液模块的方向，第二换热组件中的多个换热器存储的相变材料的相变温度依次升高，并在储能状态下逐级吸收二氧化碳释放的热量，以及在释能状态下逐级向二氧化碳提供热量。
11、作为优选，所述的低压储液模块包括两个储液罐和两个节流阀；两个储液罐上设有液相输出口、两相输入口、气相输入口和气相输出口；两个储液罐的液相输出口与两个储液罐的两相输入口分别通过独立的节流阀和管道连接；两个储液罐中均存储有相变材料；
12、初始状态下，两个储液罐均存储液态相变材料且其中一个储液罐中存储有液态储能介质，或两个储液罐分别存储液态相变材料、固态相变材料；在同时存储液态相变材料和液态储能介质的储液罐中，液态相变材料与液态储能介质自然分层；液态储能介质处于液态相变材料的上方；
13、低压储液模块具有两个稳定状态，分别为已存储状态和未存储状态；已存储状态下，两个储液罐均存储液态相变材料，且其中一个储液罐中存储有液态储能介质；未存储状态下，两个储液罐分别存储液态相变材料和固态相变材料，且均不存储储能介质。
14、当需要输出储能介质时，以存储有液态储能介质的储液罐作为输出罐，另一个储液罐作为气化罐；输出罐的液相输出口与气化罐的两相输入口之间的节流阀开启，输出罐中的液态储能介质在压力差作用下经过开启的节流阀，在节流气化作用下转化为气液两相储能介质，并进入气化罐；气液两相储能介质与气化罐中的液态相变材料直接接触换热；液态相变材料降温并固化，气液两相储能介质进一步气化为气态储能介质并输出；
15、当需要存入储能介质时，气态储能介质输入存有固态相变材料的储液罐；固态相变材料与气态储能介质直接接触换热，固态相变材料液化为液态相变材料；气态储能介质液化为液态储能介质存储；
16、在一个输出和存入储能介质的过程中，两个储液罐的内部状态互换，即原输出罐变为新的气化罐；原气化罐变为新的输出罐。
17、作为优选，所述的储液罐中均设有上下排布的二氧化碳存储区和相变材料存储区。储液罐的液相输出口和气相输出口均与二氧化碳存储区连通；储液罐的两相输入口和气相输入口均与相变材料存储区连通。
18、作为优选，所述的液相输出口和气相输出口开设在二氧化碳存储区的底部，两相输入口和气相输入口开设在相变材料存储区的底部。
19、作为优选，两个储液罐的气相输入口和气相输出口处均设有通断阀。
20、本专利技术具有的有益效果是：
21、1、本专利技术的储能通路和释能通路在第一换热组件和第二换热组件中均共用同一管道，减少了二氧化碳储能系统中所需换热器的数量，从而减小了换热器的占地尺寸、降低了初始投资成本。
22、2、本专利技术将二氧化碳换热装置与相变材料储冷储热装置一体化设计，通过直接接触式换热显著提升换热效果，且简化二氧化碳储能系统，降低设备成本，减少占地面积；同时，本专利技术在第一换热组件和第二换热组件中均使用相变材料与二氧化碳换热来进行储冷储热，极大地提升了储能能量密度。
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1.一种双流程耦合共用换热器的液态二氧化碳储能系统，其特征在于：包括低压储液模块（1）、第一换热组件（2）、压缩机（3）、第二换热组件（4）、高压储液模块（5）和膨胀机（6）；低压储液模块（1）、第一换热组件（2）、压缩机（3）、第二换热组件（4）和高压储液模块（5）形成储能通路；高压储液模块（5）、第二换热组件（4）、膨胀机（6）、第一换热组件（2）和低压储液模块（1）形成释能通路；储能通路和释能通路在第一换热组件（2）和第二换热组件（4）中均共用同一管道；在工作过程中，该储能系统在储能状态和释能状态切换；
2.根据权利要求1所述的一种双流程耦合共用换热器的液态二氧化碳储能系统，其特征在于：所述的低压储液模块（1）为低压储罐；低压储液模块（1）与第一换热组件（2）之间设有处于储能通路的节流阀（7）和处于释能通路的第一通断阀（8）；储能过程中，节流阀（7）开启，第一通断阀（8）关闭，低压储液模块（1）输出的液态二氧化碳经过节流阀（7）转化为气液两相二氧化碳；释能过程中，节流阀（7）关闭，第一通断阀（8）开启。
3.根据权利要求1所述的一种双流程耦合共用换热
4.根据权利要求1所述的一种双流程耦合共用换热器的液态二氧化碳储能系统，其特征在于：所述的第一换热组件（2）与第二换热组件（4）均包括一个或依次相连的多个换热器；所有换热器均与储热罐和储冷罐连接；在第一换热组件（2）中，储能状态下二氧化碳释放的冷量通过换热器和换热介质进行热交换的方式存储到储冷罐，并在释能状态下通过换热器和换热介质进行热交换的方式供给二氧化碳进行降温；
5.根据权利要求1所述的一种双流程耦合共用换热器的液态二氧化碳储能系统，其特征在于：所述的第一换热组件（2）和第二换热组件（4）均采用存有相变材料的换热器；在第一换热组件（2）中，储能状态下二氧化碳释放的冷量存储到相变材料中，并在释能状态下供给二氧化碳进行降温；在第二换热组件（4）中，储能状态下二氧化碳释放的热量存储到相变材料中，并在释能状态下供给二氧化碳进行升温。
6.根据权利要求5所述的一种双流程耦合共用换热器的液态二氧化碳储能系统，其特征在于：沿着低压储液模块（1）向高压储液模块（5）的方向，第一换热组件（2）中的换热器存储的相变材料的相变温度依次升高，并在储能状态下逐级吸收二氧化碳释放的冷量，以及在释能状态下逐级向二氧化碳提供冷量；沿着高压储液模块（5）向低压储液模块（1）的方向，第二换热组件（4）中的换热器存储的相变材料的相变温度依次升高，并在储能状态下逐级吸收二氧化碳释放的热量，以及在释能状态下逐级向二氧化碳提供热量。
7.根据权利要求1所述的一种双流程耦合共用换热器的液态二氧化碳储能系统，其特征在于：所述的低压储液模块（1）包括两个储液罐和两个节流阀；两个储液罐上设有液相输出口、两相输入口、气相输入口和气相输出口；两个储液罐的液相输出口与两个储液罐的两相输入口分别通过独立的节流阀和管道连接；两个储液罐中均存储有相变材料；
8.根据权利要求7所述的一种双流程耦合共用换热器的液态二氧化碳储能系统，其特征在于：两个储液罐的气相输入口和气相输出口处均设有通断阀。
9.根据权利要求7所述的一种双流程耦合共用换热器的液态二氧化碳储能系统，其特征在于：所述的储液罐中均设有上下排布的二氧化碳存储区和相变材料存储区；储液罐的液相输出口和气相输出口均与二氧化碳存储区连通；储液罐的两相输入口和气相输入口均与相变材料存储区连通。
10.根据权利要求9所述的一种双流程耦合共用换热器的液态二氧化碳储能系统，其特征在于：所述的液相输出口和气相输出口开设在二氧化碳存储区的底部，两相输入口和气相输入口开设在相变材料存储区的底部。
...【技术特征摘要】
1.一种双流程耦合共用换热器的液态二氧化碳储能系统，其特征在于：包括低压储液模块（1）、第一换热组件（2）、压缩机（3）、第二换热组件（4）、高压储液模块（5）和膨胀机（6）；低压储液模块（1）、第一换热组件（2）、压缩机（3）、第二换热组件（4）和高压储液模块（5）形成储能通路；高压储液模块（5）、第二换热组件（4）、膨胀机（6）、第一换热组件（2）和低压储液模块（1）形成释能通路；储能通路和释能通路在第一换热组件（2）和第二换热组件（4）中均共用同一管道；在工作过程中，该储能系统在储能状态和释能状态切换；
2.根据权利要求1所述的一种双流程耦合共用换热器的液态二氧化碳储能系统，其特征在于：所述的低压储液模块（1）为低压储罐；低压储液模块（1）与第一换热组件（2）之间设有处于储能通路的节流阀（7）和处于释能通路的第一通断阀（8）；储能过程中，节流阀（7）开启，第一通断阀（8）关闭，低压储液模块（1）输出的液态二氧化碳经过节流阀（7）转化为气液两相二氧化碳；释能过程中，节流阀（7）关闭，第一通断阀（8）开启。
3.根据权利要求1所述的一种双流程耦合共用换热器的液态二氧化碳储能系统，其特征在于：所述的压缩机（3）的输入端和输出端均设有处于储能通路的第二通断阀（9）；膨胀机（6）的输入端和输出端均设有处于释能通路的第三通断阀（10）；储能状态下，第二通断阀（9）开启，第三通断阀（10）关闭；释能状态下，第二通断阀（9）关闭，第三通断阀（10）开启。
4.根据权利要求1所述的一种双流程耦合共用换热器的液态二氧化碳储能系统，其特征在于：所述的第一换热组件（2）与第二换热组件（4）均包括一个或依次相连的多个换热器；所有换热器均与储热罐和储冷罐连接；在第一换热组件（2）中，储能状态下二氧化碳释放的冷量通过换热器和换热介质进行热交换的方式存储到储冷罐，并在释能状态下通过换热器和换热介质进行热交换的方式供给二氧化碳进行降温；
5.根据权利要求1所述的一种双流程耦合共用换热器的液态二...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨肖，何飞杰，孙靖瑶，方家浩，周慧文，朱登科，韩云海，
申请(专利权)人：杭州华电华源环境工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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