[發明專利]一種利用干冰升華的儲能系統

有效

• 申請號: 202111482100.9
• 申請日: 2021-12-06
• 公開（公告）號: CN114198169B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 謝永慧;唐勃;張荻;孫磊
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F01K13/00
• 分類號: F01K13/00;F01K7/00;F01K13/02;F01K21/00;F01K25/10;F02G1/043;F02G1/053;F02G1/055
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發明公開了一種利用干冰升華的儲能系統，包括干冰制造機、干冰儲存箱、斯特林發動機釋能組件、高壓二氧化碳釋能組件和泵；高壓二氧化碳釋能組件包括高壓二氧化碳穩壓罐、回熱加熱器、加熱器和透平；干冰制造機出口與干冰儲存箱干冰入口連通，干冰儲存箱能夠通過內壁的螺旋管束內換熱介質在泵驅動下流動向斯特林發動機釋能組件中的斯特林發動機冷端換熱器輸送冷能，干冰儲存箱的二氧化碳出口與高壓二氧化碳穩壓罐入口連通，高壓二氧化碳穩壓罐出口依次連接回熱加熱器冷端、加熱器冷端和透平，透平出口連接回熱加熱器熱端，回熱加熱器熱端連接干冰制造機二氧化碳原料入口。本發明能夠提高相變二氧化碳儲能系統儲能效率與捕集二氧化碳的商業應用。

技術領域

本發明屬于物理儲能技術領域，特別涉及一種利用干冰升華的儲能系統。

背景技術

典型的儲能系統包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、超導磁儲能、電池儲能等。抽水蓄能是目前應用最廣、技術最為成熟的大規模儲能技術，儲能容量大，但對地理條件有一定要求，因而建設成本高、時間長，且易對周遭環境造成破壞。飛輪儲能存在儲能容量小、持續放電時間短等問題。電池儲能性價比非常高、應用靈活，但隨著循環次數的增加，核心會老化，壽命較短，電解液對環境和人體有害，廢棄電池儲能系統的回收和處置將是未來的一大難題。超導磁儲能有效率高、存儲容量大的優點，但維護復雜、超導材料價格昂貴，超導磁儲能在電網中應用很少，大多是試驗性的。

壓縮氣體儲能技術主要經歷以下發展過程：以空氣為儲存工質的傳統壓縮空氣技術，在此基礎上發展而來的絕熱空氣壓縮技術，由于受限于儲能密度，液態形式存儲的液化空氣儲能技術應運而生。鑒于二氧化碳物性良好，成為新一代儲能系統工質的研究熱點。但是，目前的一些二氧化碳儲能系統在存儲與釋放能量過程中，存在較多的能量浪費，能量利用率較低，而且儲能密度有待進一步的提升。

發明內容

本發明的目的在于提供一種利用干冰升華的儲能系統，利用干冰在自然條件下升華的儲能，以進一步提高相變二氧化碳儲能系統儲能效率與捕集二氧化碳的商業應用。

本發明采用如下技術方案來實現的：

一種利用干冰升華的儲能系統，包括干冰制造機、干冰儲存箱、斯特林發動機釋能組件、高壓二氧化碳釋能組件和泵；高壓二氧化碳釋能組件包括高壓二氧化碳穩壓罐、回熱加熱器、加熱器和透平；

干冰制造機出口與干冰儲存箱干冰入口連通，干冰儲存箱能夠通過內壁的螺旋管束內換熱介質在泵驅動下流動向斯特林發動機釋能組件中的斯特林發動機冷端換熱器輸送冷能，干冰儲存箱的二氧化碳出口與高壓二氧化碳穩壓罐入口連通，高壓二氧化碳穩壓罐出口依次連接回熱加熱器冷端、加熱器冷端和透平，透平出口連接回熱加熱器熱端，回熱加熱器熱端連接干冰制造機二氧化碳原料入口。

本發明進一步的改進在于，干冰制造機外接有主電動機，用于制造干冰，其消耗的能量是用電低峰期電網富余電能或可再生能源產生的電能。

本發明進一步的改進在于，干冰儲存箱外部設絕熱保溫材料，干冰儲存箱內壁布置換熱螺旋管束，換熱螺旋管束內充滿有凝固點低于-80℃的換熱介質，使得在斯特林發電階段能夠將冷能帶出干冰存儲箱，且冰儲存箱能夠作為冷源為空調系統等提供冷庫。

本發明進一步的改進在于，換熱介質為天然氣。

本發明進一步的改進在于，斯特林發動機釋能組件包括斯特林發動機冷端換熱器、斯特拉發動機蓄熱器、斯特林發動機熱端換熱器、第一斯特林發動機活塞和第二斯特林發動機活塞，斯特拉發動機蓄熱器雙向連接在斯特林發動機冷端換熱器和斯特林發動機熱端換熱器之間，第一斯特林發動機活塞和第二斯特林發動機活塞外接有第一發電機，斯特林發動機冷端換熱器和斯特林發動機熱端換熱器在釋能階段冷熱巨大溫差推動活塞做功帶動第一發電機產生電能用來補充用電高峰期電網供電。

本發明進一步的改進在于，高壓二氧化碳穩壓罐，儲存有常溫高壓的二氧化碳氣體，用于實現二氧化碳氣體的持續、穩定釋放，減小對透平的損傷并穩定輸出功率。