[发明专利]一种CO2

说明书

本发明公开了一种CO₂跨临界热力循环储电系统，包括热泵循环回路以及连接在所述热泵循环回路上的储热单元和储冷单元；所述热泵循环回路将所述热泵循环回路中的工质转化为高温高压的超临界状态并送入所述储热单元内；所述储热单元内具有多段储热介质，高温高压的超临界工质进入所述储热单元内并依次与每一段储热介质进行近定温差换热以实现将热能存储在储热介质中；还提供了上述CO₂跨临界热力循环储电系统的储电方法；本发明在高温端循环工质与储热介质的换热过程中，通过调节质量流量和变换相变储热介质的分段换热技术，实现了高温端循环工质与储热介质的换热过程的良好温度匹配，提升了换热效率和储电系统的整体效率。

技术领域

本发明涉及储能技术领域，具体涉及一种CO₂跨临界热力循环储电系统和方法。

背景技术

未来，可再生能源消耗占总能源消耗的比例将迅速提升，发电是可再生能源利用的最重要形式。电力供应结构将由火力发电向可再生能源发电持续并加速转化，可再生能源装机容量不断增大。但受日照、天气和气候的影响，风能、太阳能、潮汐能等可再生能源具有间歇性、波动性特点，其直接发电功率不稳定，储能是解决未来能源时空不匹配性的重要技术方案。对于储电技术来说，储能可保证可再生能源发电功率的平滑输出，提高电网接入能力。

目前已有的电力储能技术包括抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能、蓄电池储能和超级电容等。其中以抽水储能、压缩空气储能和储热储能为代表的物理储能技术，储能成本低、容量大，适合大规模商业化应用，约占世界现有储能总量的99.5％。抽水储能和传统的压缩空气储能均受地理位置限制，在实际应用过程中受到一定影响。

(CN111141056A)公开了一种基于间接储冷储热的热泵储能系统，该系统包括热泵制热制冷储能回路、冷热能热机发电回路、间接储热回路和间接储冷回路，在用电低谷时，利用热泵技术将多余的电能以热和冷的方式储存起来，在用电高峰时，以间接储热介质为高温热源，以间接储冷介质为低温热源，吸收已存储的高温热能和低温冷能，通过热机循环驱动发电机发电。 (EP2554804A2)公开了一种有中间储罐的热电储能系统及方法，包括热力循环系统和储罐系统，在用电低谷时，利用跨临界热泵循环将电能转化为热能进行存储，在用电高峰时，利用跨临界动力循环将存储的热能转化为电能，输送到电网。并且针对高温热源端的气体冷却器进行了优化，在气体冷却器的储热介质侧设置分流器，通过控制储热介质的质量流量来减小循环工质与储热介质之间的平均换热温差，以达到提高储能往返效率的目的。

上述技术方法均属于热电储能技术领域，在提升换热温度匹配性方面仍存在较大不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CO₂跨临界热力循环储电系统和方法，将高温端循环工质与储热介质的换热过程进行分段设计，以减小循环工质与储能介质之间的换热平均温差，降低高温端换热过程的损失，最终提高储电系统的整体效率。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

一种CO₂跨临界热力循环储电系统，包括热泵循环回路以及连接在所述热泵循环回路上的储热单元和储冷单元；

其中，所述热泵循环回路利用电网中多余的电能将所述热泵循环回路中的工质转化为高温高压的超临界状态并送入所述储热单元内；

所述储热单元内具有多段储热介质，高温高压的超临界工质进入所述储热单元内并依次与每一段储热介质进行近定温差换热以实现将热能存储在储热介质中；

经所述储热单元吸收热量后的低温高压工质再次进入所述热泵循环回路以完成工质循环。