一种压缩二氧化碳储能系统和储能方法

摘要

本发明涉及储能技术领域，具体涉及一种压缩二氧化碳储能系统和储能方法。储能系统包括高压储气模块，低压储气模块，压缩机和透平；其中高压储气模块包含多个高压储气罐；低压储气模块包含多个低压储气罐；每个高压储气罐内的气体压力全部不相同，均匀分为在其压力范围内；每个低压储气罐内的气体压力全部不相同，均匀分配在其压力范围内。将二氧化碳存储罐分为高压储气模块和低压储气模块，利用实时的压比要求，在高压储气模块和低压储气模块分别选择合适压力的高压储气罐和低压储气罐，使其满足压缩机或者透平的功率要求，从而提升压缩二氧化碳储能系统的调节能力。

权利要求

1.一种压缩二氧化碳储能系统，其特征在于，包括高压储气模块，低压储气模块，压缩机和透平；

其中高压储气模块包含多个高压储气罐；低压储气模块包含多个低压储气罐；

每个高压储气罐内的气体压力全部不相同，均匀分为在其压力范围内；每个低压储气罐内的气体压力全部不相同，均匀分配在其压力范围内；

所述高压储气模块和低压储气模块根据实时的压比要求分别选择合适压力的高压储气罐和低压储气罐，以满足压缩机或者透平的功率要求；

所述压缩机的出口与高压储气模块的进口相连，高压储气模块的出口与透平的进口相连，透平的出口与低压储气模块的进口相连，低压储气模块的出口与压缩机的进口相连，构成一个完整的工作回路；

所述低压储气模块的最大的压力小于高压储气模块最小的压力；

所述高压储气罐的个数为至少三个；所述低压储气罐的个数为至少三个；

所述压缩机至少有三级压缩机，每级压缩机通过二氧化碳管道相连，每级压缩机的出口就是下一级压缩机的入口；

所述透平至少有三级透平，每级透平通过二氧化碳管道相连，每级透平的出口就是下一级透平的入口；

所有低压储气罐进口侧和出口侧分别连接一根主气管道，每个低压储气罐连接一个分气管道，每个低压储气罐的进气和储气分别由相应的阀门控制。

2.如权利要求1所述的压缩二氧化碳储能系统，其特征在于，所有高压储气罐进口侧和出口侧分别连接一根主气管道，每个高压储气罐连接一个分气管道，每个高压储气罐的进气和储气分别由相应的阀门控制。

3.如权利要求1所述的压缩二氧化碳储能系统，其特征在于，所述低压储气罐和高压储气罐的顶部设置光伏板，所述光伏板通过光伏板支架固定在低压储气罐和高压储气罐上。

4.如权利要求3所述的压缩二氧化碳储能系统，其特征在于，所述光伏板通过光伏板支架固定在低压储气罐和高压储气罐上。

5.一种压缩二氧化碳储能方法，其特征在于，所述方法依靠权利要求1～4任一所述压缩二氧化碳储能系统完成，步骤如下：储能过程中，透平两侧的阀门处于关闭状态，根据储能时间和储能功率，从低压储气模块和高压储气模块分别选择合适压力的低压储气罐和高压储气罐并打开相对应的阀门，压缩机开始工作，随着压缩过程的进行，根据压缩机的实时功率，实时选择合适压力的低压储气罐和高压储气罐，在关闭上一阶段低压储气罐和高压储气罐相对应的阀门的同时，打开此阶段低压储气罐和高压储气罐相对应的阀门，继续完成储能工作，持续进行此动作，直至储能过程结束；

在释能过程中，压缩机两侧的阀门处于关闭状态，根据电网此时需要的功率，在低压储气模块和高压储气模块选择合适的低压储气罐和高压储气罐，并打开相对应的阀门，存储在高压储气罐内的二氧化碳在透平内膨胀做工，做完工的二氧化碳存储在相应的低压储气罐内；随着释能过程的进行，根据透平的功率和电网所需的功率，实时选择合适的低压储气罐和高压储气罐，在关闭上一阶段低压储气罐和高压储气罐相对应的阀门的同时，打开此阶段低压储气罐和高压储气罐相对应的阀门，继续完成释能工作，进行上述操作直至释能阶段停止。

说明书

一种压缩二氧化碳储能系统和储能方法

技术领域

[0001] 本发明涉及储能技术领域，具体涉及一种压缩二氧化碳储能系统和储能方法。

背景技术

[0002] 公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技
术。

[0003] 光伏、风电等可再生能源具有间歇性，导致其上网的时候给大电网带来很大的冲击，为了使可再生能源平稳上网，需要储能系统辅助可再生能源上网。目前发展较为成熟的
储能系统主要有抽水蓄能、压缩气体储能系统以及电化学储能系统等，其中压缩气体储能
系统具有建设周期短、存储容量大等优点得到了快速的发展。压缩气体储能系统中的压缩
二氧化碳储能系统为二氧化碳捕集存储以及利用提供了一种新的途径，并且其容易液化，
可以做到更小的系统体积在最近几年得到了广泛的关注。

[0004] 但是发明人发现，由于压缩二氧化碳储能系统中低压储气罐的存在，储能和释能过程中高压储罐和低压储罐间的压比变化导致压缩机或透平的工作受到影响，从而会造成
储能系统的调节能力下降。

发明内容

[0005] 现有技术中，压缩二氧化碳储能系统一般由低压储气罐、高压储气罐、压缩机、透平以及发电机组成；在储能阶段，压缩机将存储在低压罐内的低压二氧化碳压缩至高压状
态，然后存储在高压储气罐内；在释能阶段，存储在高压罐内的二氧化碳被释放后进入透平
中做工，透平带动发电机发电，膨胀后的低压二氧化碳被存储在低压罐储气罐内。压缩二氧
化碳储能系统在储能过程中，低压储气罐内的二氧化碳压力不断降低，高压储气罐内的二
氧化碳压力不断升高，造成了压缩机的压比持续增加，从而使得压缩机所需的功率不断增
加，如果此时可再生能源或者电网提供的功率不能满足压缩机所需功率，则压缩机将会停
止工作，储能系统将无法提供消耗多余电能的能力，丧失调节能力；压缩二氧化碳储能系统
在释能过程中，高压储气罐内的二氧化碳压力不断降低，低压储气罐内的二氧化碳压力不
断上升，造成了透平的膨胀比不断减小，从而透平的做功能力下降，如果此时电网或者用户
所需电量很高，而由于透平膨胀比的下降造成的发电机发电量下降不能满足用户所需电
量，则储能系统失去调节能力。

[0006] 针对现有技术中存在的压缩二氧化碳储能系统调节能力下降的技术问题，本发明提出一种压缩二氧化碳储能系统和储能方法，储气系统分为高压储气模块和低压储气模
块，以合适的压力配比解决低压储气罐的存在带给压缩二氧化碳系统带来的弊端。

[0007] 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下所述：

[0008] 在本发明的第一方面，提供一种压缩二氧化碳储能系统，包括高压储气模块，低压储气模块，压缩机和透平；

[0009] 其中高压储气模块包含多个高压储气罐；低压储气模块包含多个低压储气罐；

[0010] 每个高压储气罐内的气体压力全部不相同，均匀分为在其压力范围内；每个低压储气罐内的气体压力全部不相同，均匀分配在其压力范围内。

[0011] 本发明中，根据压缩机或透平的功率是压比的函数，在实际运行过程中，可根据压缩机或透平的功率，从低压储气模块中和高压储气模块中选择合适的高压储气罐和低压储
气罐，使得高压储气罐和低压储气罐的压力比值满足功率要求，从而达到储能系统的调节
作用。

[0012] 在本发明的第二方面，提供一种压缩二氧化碳储能方法，所述方法依靠第一方面所述压缩二氧化碳储能系统完成，步骤如下：

[0013] 储能过程中，透平两侧的阀门处于关闭状态，根据储能时间和储能功率，从低压储气模块和高压储气模块分别选择合适压力的低压储气罐和高压储气罐并打开相对应的阀
门，压缩机开始工作，随着压缩过程的进行，根据压缩机的实时功率，实时选择合适压力的
低压储气罐和高压储气罐，在关闭上一阶段低压储气罐和高压储气罐相对应的阀门的同
时，打开此阶段低压储气罐和高压储气罐相对应的阀门，继续完成储能工作，持续进行此动
作，直至储能过程结束；

[0014] 在释能过程中，压缩机两侧的阀门处于关闭状态，根据电网此时需要的功率，在低压储气模块和高压储气模块选择合适的低压储气罐和高压储气罐，并打开相对应的阀门，
存储在高压储气罐内的二氧化碳在透平内膨胀做工，做完工的二氧化碳存储在相应的低压
储气罐内；随着释能过程的进行，根据透平的功率和电网所需的功率，实时选择合适的低压
储气罐和高压储气罐，在关闭上一阶段低压储气罐和高压储气罐相对应的阀门的同时，打
开此阶段低压储气罐和高压储气罐相对应的阀门，继续完成释能工作，进行上述操作直至
释能阶段停止。

[0015] 本发明的具体实施方式具有以下有益效果：

[0016] 将二氧化碳存储罐分为高压储气模块和低压储气模块，利用实时的压比要求，在高压储气模块和低压储气模块分别选择合适压力的高压储气罐和低压储气罐，使其满足压
缩机或者透平的功率要求，从而提升压缩二氧化碳储能系统的调节能力。

附图说明

[0017] 构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

[0018] 图1为压缩二氧化碳储能系统；

[0019] 图中，1、压缩机，2、阀门Ⅰ，3、阀门Ⅱ，4、阀门Ⅲ，5、阀门Ⅳ，6、透平，7、二氧化碳管道，8、低压储气罐，9、光伏板，10、光伏板支架，11、高压储气罐。

具体实施方式

[0020] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通
常理解的相同含义。

[0021] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式
也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包
括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

[0022] 本发明的一种实施方式中，提供了一种压缩二氧化碳储能系统，包括高压储气模块，低压储气模块，压缩机和透平；

[0023] 其中高压储气模块包含多个高压储气罐；低压储气模块包含多个低压储气罐；

[0024] 每个高压储气罐内的气体压力全部不相同，均匀分为在其压力范围内；每个低压储气罐内的气体压力全部不相同，均匀分配在其压力范围内。

[0025] 进一步的，低压储气模块最大的压力小于高压储气模块最小的压力；

[0026] 在一种或多种实施方式中，所述高压储气罐的个数为至少三个；所述低压储气罐的个数为至少三个；

[0027] 在一种或多种实施方式中，所述压缩机至少有三级压缩机，每级压缩机通过二氧化碳管道相连，即每级压缩机的出口就是下一级压缩机的入口；

[0028] 在一种或多种实施方式中，所述透平至少有三级透平，每级透平通过二氧化碳管道相连，即每级透平的出口就是下一级透平的入口；

[0029] 在一种或多种实施方式中，所有低压储气罐的进口侧和出口侧分别连接一根主气管道，每个低压储气罐连接一个分气管道，每个低压储气罐的进气和储气分别由相应的阀
门控制；同时，所有高压储气罐进口侧和出口侧分别连接一根主气管道，每个高压储气罐连
接一个分气管道，每个高压储气罐的进气和储气分别由相应的阀门控制；从而实现压缩机
或者透平的运行，只需通过改变不同低压储气罐和高压储气罐的进口阀门或者出口阀门，
就可实现相应的压比要求。

[0030] 在一种或多种实施方式中，所述低压储气罐和高压储气罐的顶部设置光伏板，进一步的，所述光伏板通过光伏板支架固定在低压储气罐和高压储气罐上；可以解决光伏板
下空间闲置的问题。

[0031] 本发明的一种实施方式中，提供了压缩二氧化碳储能方法，所述方法依靠上述压缩二氧化碳储能系统完成，步骤如下：

[0032] 储能过程中，透平两侧的阀门处于关闭状态，根据储能时间和储能功率，从低压储气模块和高压储气模块分别选择合适压力的低压储气罐和高压储气罐并打开相对应的阀
门，压缩机开始工作，随着压缩过程的进行，根据压缩机的实时功率，实时选择合适压力的
低压储气罐和高压储气罐，在关闭上一阶段低压储气罐和高压储气罐相对应的阀门的同
时，打开此阶段低压储气罐和高压储气罐相对应的阀门，继续完成储能工作，持续进行此动
作，直至储能过程结束；

[0033] 在释能过程中，压缩机两侧的阀门处于关闭状态，根据电网此时需要的功率，在低压储气模块和高压储气模块选择合适的低压储气罐和高压储气罐，并打开相对应的阀门，
存储在高压储气罐内的二氧化碳在透平内膨胀做工，做完工的二氧化碳存储在相应的低压
储气罐内；随着释能过程的进行，根据透平的功率和电网所需的功率，实时选择合适的低压
储气罐和高压储气罐，在关闭上一阶段低压储气罐和高压储气罐相对应的阀门的同时，打
开此阶段低压储气罐和高压储气罐相对应的阀门，继续完成释能工作，进行上述操作直至
释能阶段停止。

[0034] 在所述压缩二氧化碳储能方法中，通过实时调节低压储气罐和高压储气罐的压比来完成储能和释能过程；因为压缩机或者透平的功率在一定的压比下，随着流量的增大其
功率逐渐增大，因此在储能和释能过程中还可以通过调节二氧化碳的流量大小来一起顺利
完成储能和释能工作。

[0035] 下面结合实施例对本发明作进一步的解释和说明。

[0036] 实施例1

[0037] 如图1所示，一种压缩二氧化碳储能系统，包括高压储气模块，低压储气模块，压缩机1和透平6；其中高压储气模块包含3个高压储气罐11；低压储气模块包含3个低压储气罐
8；3个高压储气罐内的气体压力全部不相同，均匀分为在其压力范围内；3个低压储气罐内
的气体压力全部不相同，均匀分配在其压力范围内，低压储气罐内的最大气体压力小于高
压储气罐内最小的压力；

[0038] 所述压缩机1有三级压缩机，每级压缩机通过二氧化碳管道相连，每级压缩机的出口就是下一级压缩机的入口；所述透平6有三级透平，每级透平通过二氧化碳管道相连，每
级透平的出口就是下一级透平的入口。

[0039] 所有低压储气罐8进口侧和出口侧分别连接一根主气管道，每个低压储气罐连接一个分气管道，每个低压储气罐的进气和储气分别由相应的阀门控制，同时，所有高压储气
罐11进口侧和出口侧分别连接一根主气管道，每个高压储气罐连接一个分气管道，每个高
压储气罐的进气和储气分别由相应的阀门控制；从而实现压缩机或者透平的运行，只需通
过改变不同低压储气罐8和高气压储罐11的进口阀门或者出口阀门，就可实现相应的压比
要求。

[0040] 低压储气罐8和高压储气罐11的顶部设置光伏板9，所述光伏板9通过光伏板支架10固定在低压储气罐和高压储气罐上。

[0041] 实施例2

[0042] 在用电低谷时刻或者可再生能源发电量大于其上网电量时，多余的发电量将会驱动压缩机，压缩机将存储在低压储气罐内的二氧化碳压缩至高压状态，存储在高压储气罐
内。由于此时供给压缩机的功率为网净负荷功率，其为定值，需根据功率和压比的关系在低
压储气模块和高压储气模块内选择合适的高低压储气罐进行放气和重气。

[0043] 在整个储能过程中，阀门Ⅱ3和阀门Ⅳ5处于完全关闭状态，根据储能时间和储能功率，从低压储气模块和高压储气模块分别选择合适压力的低压储气罐和高压储气罐并打
开相对应的阀门Ⅰ2和阀门Ⅲ4，此时压缩机1开始工作，将存储在低压储气罐内的二氧化碳
压缩至高压储气罐内。随着压缩过程的进行，低压储气罐内的气体压力将会减小，高压储气
罐内的气体压力将会增加，而此时电网供给的功率不足以使得压缩机1将低压储气罐8中的
二氧化碳压缩至高压储气罐11内存储；此时，根据压缩机1的实时功率，从低压储气模块和
高压储气模块重新选择合适压力的低压储气罐8和高压储气罐11，在关闭上一阶段低压储
气罐8和高压储气罐11相对应的阀门Ⅰ2和阀门Ⅲ4的同时，打开此阶段低压储气罐8和高压
储气罐11相对应的阀门Ⅰ2和阀门Ⅲ4，继续完成储能工作。在储能阶段持续进行此动作，直
至储能过程结束。当储能过程结束后，关闭低压储气罐8和高压储气罐11相对应的阀门Ⅰ2和
阀门Ⅲ4，至此，储能过程结束。

[0044] 在用电高峰时刻或者可在生能源发电功率小于其上网电量的时候，缺少的电量将会由透平6供给，存储在高压储气罐8内的高压二氧化碳将会在透平6内膨胀做工，做完工的
二氧化碳将会存储在低压储气罐内。为实现电网的稳定，透平供给电网的功率为电网的实
时净功率，其为定值，需要根据功率和压比的关系在低压储气模块和高压储气模块内选择
合适的低压储气罐和高压储气罐进行释能。

[0045] 在释能过程中，阀门Ⅰ2和阀门Ⅲ4处于常闭状态，根据电网此时需要的功率，在低压储气模块和高压储气模块选择合适的低压储气罐8和高压储气罐11，并打开相对应的阀
门Ⅱ3和阀门Ⅳ5，存储在高压储气罐11内的二氧化碳将会在透平内膨胀做工，做完工的二
氧化碳将会顺着打开的阀门Ⅱ3存储在相应的低压储气罐内。随着释能过程的进行，高压储
气罐11内的气体压力将会下降，低压储气罐8内的气体压力将会上升，从而透平6的膨胀比
将会下降，以至于透平6的功率也会下降，而如果此时电网需要的功率大于透平的功率，将
会导致大电网的非平稳运行。此时，需要重新从低压储气模块和高压储气模块重新选择合
适的低压储气罐8和高压储气罐11，使得其两者压比的比值达到此时透平6所需的压比。在
选择好新的低压储气罐8和高压储气罐11后，在关闭上一阶段低压储气罐8和高压储气罐11
相对应的阀门Ⅱ3和阀门Ⅳ5的同时，打开此阶段低压储气罐8和高压储气罐11相对应的阀
门Ⅱ3和阀门Ⅳ5。在释能阶段，根据透平的功率和电网所需等功率，实时选择合适的低压储
气罐8和高压储气罐11，并进行上述操作，直至释能阶段停止。在释能过程停止的时候，关闭
低压储气罐8和高压储气罐11相对应的阀门Ⅱ3和阀门Ⅳ5，至此释能过程结束。

[0046] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修
改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。