[發明專利]一種基于LNG冷量利用的跨臨界二氧化碳儲能系統及方法

有效

• 申請號: 201910515663.X
• 申請日: 2019-06-14
• 公開（公告）號: CN110374838B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 王煥然;李智搏;劉明明;李丞宸;嚴凱;李瑞雄;楊珍帥;張嚴
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F04B35/04
• 分類號: F04B35/04;F04B37/18;F04B39/06;F01K7/32;F01K25/10;F01K17/06;F01D15/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

1.一種基于LNG冷量利用的跨臨界二氧化碳儲能系統，其特征在于，包括二氧化碳循環回路；

所述的二氧化碳循環回路包括液態二氧化碳儲罐(1)、第一換熱器(3)、第二換熱器(18)、壓縮機組、超臨界二氧化碳儲罐(9)和膨脹機組；

所述液態二氧化碳儲罐(1)的出口經第一換熱器(3)蒸發側和壓縮機組連接超臨界二氧化碳儲罐(9)入口；

所述超臨界二氧化碳儲罐(9)的出口依次經膨脹機組、第一換熱器(3)冷凝側和第二換熱器(18)的冷凝側連接液態二氧化碳儲罐(1)的入口；

所述第二換熱器(18)的蒸發側入口連接LNG儲罐(19)，出口連接用戶端形成LNG利用回路；LNG作為冷源，第二換熱器(18)利用LNG儲罐(19)的冷量進一步對第一換熱器(3)冷凝側流出的液態二氧化碳進行冷凝；

所述的壓縮機組連接低谷電驅動的電動機進行儲能；

所述的膨脹機組經發電機與用戶連接進行釋能；

液態二氧化碳儲罐(1)上端連接循環壓縮機(20)入口，循環壓縮機(20)的出口連接第二換熱器(18)的冷凝側的第二回路形成氣態二氧化碳液化回路；利用LNG儲罐(19)中的LNG作為冷源對液態二氧化碳進行冷凝；冷凝側的第一回路連接第一換熱器(3)冷凝側流出的液態二氧化碳。

2.根據權利要求1所述的一種基于LNG冷量利用的跨臨界二氧化碳儲能系統，其特征在于，壓縮機組采用多級壓縮方式進行低谷電儲能，膨脹機組采用多級膨脹方式，驅動發電機進行發電。

3.根據權利要求1所述的一種基于LNG冷量利用的跨臨界二氧化碳儲能系統，其特征在于，還包括熱源與冷源循環回路；所述的熱源與冷源循環回路包括熱源儲罐(10)、換熱器組和冷源儲罐(11)；所述的換熱器組包括設置在壓縮機之間的壓縮側換熱器和設置在膨脹機之間的膨脹側換熱器；

壓縮側換熱器設置在對應壓縮機的工質出口，初級壓縮機的工質入口連接第一換熱器(3)蒸發側出口，壓縮機級間的壓縮側換熱器蒸發側連接前一級壓縮機的出口與下一級壓縮機的進口，末級壓縮機出口連接至超臨界二氧化碳儲罐(9)入口進行能量存儲；每一壓縮側換熱器的冷凝側出口均與熱源儲罐(10)進口相連接，冷凝側入口均與冷源儲罐(11)出口相連接；

膨脹側換熱器設置在對應膨脹機的工質入口，超臨界二氧化碳儲罐(9)出口連接初級膨脹機的蒸發側入口，膨脹機級間的膨脹側換熱器蒸發側連接前一級的膨脹機出口與下一級膨脹機進口，末級膨脹機的工質出口連接第一換熱器(3)的冷凝側工質入口；每一膨脹側換熱器的冷凝側入口均與熱源儲罐(10)出口相連接，冷凝側出口均與冷源儲罐(11)進口相連接。

4.根據權利要求3所述的一種基于LNG冷量利用的跨臨界二氧化碳儲能系統，其特征在于，熱源儲罐(10)溫度保持在135～150攝氏度，冷源儲罐(11)溫度保持在-5～5攝氏度。

5.根據權利要求1所述的一種基于LNG冷量利用的跨臨界二氧化碳儲能系統，其特征在于，液態二氧化碳儲罐(1)與第一換熱器(3)之間設置第一節流閥(2)；超臨界二氧化碳儲罐(9)與膨脹機組之間設置第二節流閥(12)。

6.一種基于LNG冷量利用的跨臨界二氧化碳儲能方法，其特征在于，基于權利要求1-5任意一項所述的系統，包括，

低谷儲能；在第一換熱器(3)中氣化后的二氧化碳經壓縮機組壓縮，經過壓縮后處于超臨界狀態，被儲存于超臨界二氧化碳儲罐(9)中；

釋能供電；超臨界二氧化碳儲罐(9)釋放工質，工質在膨脹機內膨脹做功，帶動發電機為用戶供電；經過膨脹后的二氧化碳處于氣體狀態，經換熱器(3)液化后儲存于液態二氧化碳儲罐(1)中；釋能供電時，利用LNG儲罐(19)中的LNG作為冷源進一步對第一換熱器(3)冷凝側流出的液態二氧化碳進行冷凝；

通過循環壓縮機(20)對液態二氧化碳儲罐(1)中未完全冷凝的氣態二氧化碳通過壓縮成為液態二氧化碳重新進入液態二氧化碳儲罐(1)，其中通過第二換熱器(18)利用LNG儲罐(19)中的LNG作為冷源對液態二氧化碳進行冷凝。