[實用新型]一種以二氧化碳為工質的壓縮氣體儲能系統

有效

• 申請號: 201320529383.2
• 申請日: 2013-08-28
• 公開（公告）號: CN203420754U
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 楊科;張遠;李雪梅;徐建中
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F01K25/04
• 分類號: F01K25/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本系統屬于能量存儲技術的優化利用領域，具體地說，是一種以壓縮空氣儲能技術為基礎，采用雙存儲器結構，利用二氧化碳在臨界點附近的狀態變化特性實現定壓或定容時的儲能/釋能模式并完成兩者之間切換的能量存儲系統。

背景技術

從工業革命至今，人類對于煤炭、石油等傳統能源存在較強的依賴性，而由于傳統能源利用導致的二氧化碳氣體排放量日益增加，由此產生的溫室效應嚴重影響著人類的生存環境。為了減少二氧化碳對環境的污染，目前對大型化石燃料電廠等排放的大量二氧化碳多采用捕捉和存儲（Carbon?dioxide?Capture?and?Storage，簡稱CCS）技術，即：地質存儲（在現有的地質構造中存儲，如石油和天然氣田、地下鹽巖層等）、海洋存儲（直接釋放到海洋水體中或者注入到海底沉積層中）以及將二氧化碳固化成無機碳酸鹽等，對二氧化碳進一步的開發和利用還存在較大的空白。

壓縮空氣儲能技術是上世紀五六十年代發展起來的一種能量存儲技術，其以燃氣輪機技術為基礎，主要原理是利用電廠的富余電力將空氣進行壓縮并存儲在地下儲氣室中，當需要時再將高壓空氣釋放，利用透平對外做功。傳統的壓縮空氣儲能技術以環境空氣為工作介質，當將空氣壓縮至較高壓力時會造成系統部件如透平機械、換熱器等的設計復雜化和困難化，導致系統規模龐大，成本較高。此外，由于要將空氣壓縮至較高壓力（不低于40atm）進行存儲，系統需要較大容積的地下儲氣腔或海底容腔作為存儲空間實現定容存儲或定壓存儲，而一旦儲氣腔確定，壓縮空氣儲能系統的儲能/釋能模式確定且無法更改。這使得傳統的壓縮空氣儲能技術不僅存在設計困難、成本較高、結構復雜的缺陷，并會對環境造成一定影響，且地下儲氣腔或海底容腔等關鍵部件的開發和選擇大大提升了系統成本，同時運行模式的單一造成壓縮空氣儲能系統的可操作性和靈活性較差。因此，如何改善上述情況，減少儲能技術的系統成本，同時增加系統應用的靈活性，是壓縮空氣儲能技術面臨的主要問題之一。

利用二氧化碳取代空氣作為儲能技術的工作介質是解決上述問題的一種有效方法。二氧化碳有著優秀的物理和化學特性，在空氣中比例為0.3%，是一種無毒、不燃的惰性氣體，有較高的密度，且有較低的臨界溫度T_c=31.1℃和適中的臨界壓力P_c=7.38*10⁶Pa，如圖3所示。在超臨界狀態下，二氧化碳兼有氣體和液體的雙重特性，其密度接近液體（約為空氣密度的800倍），粘度接近氣體，擴散系數接近于氣體，是液體的近百倍，具有更好的流動性和傳輸特性。相比空氣，當以二氧化碳為介質實現壓縮氣體儲能技術時，借助二氧化碳密度高且更容易達到超臨界狀態的特性不僅可以降低系統核心部件如透平機械、換熱器等的設計難度，縮小系統的整體規模，大大降低系統成本，且可以進一步增強系統的安全性和應用的靈活性。

發明內容

本實用新型涉及一種以二氧化碳為工質的壓縮氣體儲能系統，該系統采用雙存儲器結構，利用二氧化碳的跨臨界特性完成儲能系統的定壓儲能/釋能或定容儲能/釋能，并可在不同儲能/釋能方式間進行切換。該發明提高了系統應用的靈活性，優化了儲能系統的供電特性，同時不需要使用化石燃料，不產生硫化物、氮化物等污染性氣體。

本實用新型為解決其技術問題所采取的技術方案是：

一種以二氧化碳為工質的壓縮氣體儲能系統，包括：二氧化碳供應單元、二氧化碳壓縮儲能單元、二氧化碳膨脹釋能單元、載熱介質循環回路，其特征在于：

所述二氧化碳供應單元包括常壓二氧化碳存儲器；

所述二氧化碳壓縮儲能單元包括低壓級二氧化碳壓縮機、高壓級二氧化碳壓縮機、液態二氧化碳存儲段泵、超臨界二氧化碳存儲段泵、液態二氧化碳存儲器及超臨界二氧化碳存儲器，其中，

--所述低壓級二氧化碳壓縮機的進氣口通過管路與所述常壓二氧化碳存儲器的出氣口連通，所述低壓級二氧化碳壓縮機產生的高壓氣體穿過低壓級冷卻器的熱流體側后，經氣體管路通入所述高壓級二氧化碳壓縮機的進氣口；

--所述高壓級二氧化碳壓縮機產生的高壓氣體穿過高壓級冷卻器的熱流體側后，一部分經帶有液態二氧化碳存儲段開關閥的氣體管路通入所述液態二氧化碳存儲段泵，所述液態二氧化碳存儲段泵產生的高壓氣體穿過液態二氧化碳存儲段冷卻器的熱流體側后進入所述液態二氧化碳存儲器，另一部分經帶有超臨界二氧化碳存儲段開關閥的氣體管路通入所述超臨界二氧化碳存儲段泵，所述超臨界二氧化碳存儲段泵產生的高壓氣體通入所述超臨界二氧化碳存儲器上容腔；