[发明专利]一种基于二氧化碳气固相变的干冰储能系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于二氧化碳气固相变的干冰储能系统及方法，涉及压缩气体储能技术领域，本发明的系统包括：储能子系统和释能子系统，所述储能子系统包括储气装置、压缩机组、干冰生成器和干冰储罐；所述释能子系统包括干冰升华反应器和膨胀机组；其中，所述储气装置贮存有气态二氧化碳，气态二氧化碳从所述储气装置输送至所述压缩机组中进行压缩耗功，经所述干冰生成器生成固态二氧化碳并存储至所述干冰储罐中，以进行储能；固态二氧化碳从所述干冰储罐输送至所述干冰升华反应器中吸热并定容升华再次形成气态二氧化碳，气态二氧化碳再输送至所述膨胀机组，经所述膨胀机组膨胀做功，以进行释能。

技术领域

本发明涉及压缩气体储能技术领域，具体涉及一种基于二氧化碳气固相变的干冰储能系统及方法。

背景技术

太阳能、风能等可再生能源发电受到了越来越多的重视，但是其固有的间歇性、随机性和波动性给可再生能源的开发带来了巨大的挑战，水电则因汛期存在弃水，火电、核电厂存在发电灵活性的需要，储能技术可以有效解决这一问题，同时，智能电网、能源互联网的建设也迫切需要储能系统作为支撑技术。储能系统可以实现大容量的能量储存，在需要能量的时候再平稳的释放出来以供发电或其他利用，能够显著提高风、光等可再生能源的消纳水平，为电网运行提供调峰、调频、备用、黑启动、需求响应支撑等多种服务，是提升传统电力系统灵活性、经济性和安全性的重要手段。

近年来，储能技术飞速发展，压缩二氧化碳储能由于二氧化碳来源充足，成本低、储能能量大、转换效率高等优点被认为是一种有前景的新型物理储能技术，利用压缩二氧化碳进行储能，可以显著缩小存储系统的规模，降低成本。现有二氧化碳储能技术采用气液两相相变转化进行储能和释能，该技术利用多余的外界能源驱动压缩机将气态二氧化碳压缩后再冷凝成液态二氧化碳高压储存于储液罐中，待到需要时将液态二氧化碳从储液罐中输送出来进行蒸发变成气态二氧化碳，再通过膨胀机膨胀做功并带动发电机进行发电。

但是现有二氧化碳储能技术以液态二氧化碳作为储能工质进行存储，相较于干冰，液态二氧化碳储能密度低，同时，作为储能工质的液态二氧化碳，高压存储在储液罐内，存在安全隐患问题，而且当其在储液罐内压力低于0.7MPa时会凝结成干冰，存在因操作失误或设备故障使其压力低于0.7MPa而凝结成干冰的风险，一旦形成干冰，将构成低温液态二氧化碳储液罐故障甚至损坏储液罐，进而对系统运行的安全性和稳定性构成危害。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种基于二氧化碳气固相变的干冰储能系统及方法，其以干冰作为储能介质，贮存压力低，不但能够消除液态二氧化碳为储能介质时进行高压存储的安全隐患，还能够规避液态二氧化碳为储能介质时会因操作失误或设备故障凝结成干冰进而导致储液罐故障及损坏储液罐的风险，提升了系统运行的安全性和稳定性。

为实现上述目的，本发明可以采用以下技术方案进行：

第一方面，本发明提供一种基于二氧化碳气固相变的干冰储能系统，其包括：

储能子系统，所述储能子系统包括储气装置、压缩机组、干冰生成器和干冰储罐；以及，

释能子系统，所述释能子系统包括干冰升华反应器和膨胀机组；

其中，所述储气装置贮存有气态二氧化碳，气态二氧化碳从所述储气装置输送至所述压缩机组中进行压缩耗功，经所述干冰生成器生成固态二氧化碳并存储至所述干冰储罐中，以进行储能；固态二氧化碳从所述干冰储罐输送至所述干冰升华反应器中吸热并定容升华再次形成气态二氧化碳，气态二氧化碳再输送至所述膨胀机组，经所述膨胀机组膨胀做功，以进行释能。