2、气液相变的技术:难度在于系统运行过程中工质不同形态下物理特性不同,因此在单一流程中,实现工质相变所需的压力与温度需要良好的实时控制,相较于纯液态或超临界二氧化碳储能,气液相变的技术路线在技术上更易实现,系统更具普适性且经济性较好。
3、喷射器:是一种利用流体来传递能量和质量的装置,利用工作流体的射流作用,将不同压力和温度的两股流体相互混合,发生能量交换,进而形成一股居中压力和温度的混合流体,可以提高引射流体的压力而不直接消耗机械能,喷射器结构简单,与各种设备连接的系统也很简单;涡流管是一种可以将工质分离为两股不同温度的气流的工业设备,常用于制冷系统;工质在涡流管中高速旋转时,经过涡流变换分离成高温和低温两部分气态工质,涡流管没有转动部件,具有高可靠性、轻便、制造方便的优点。
4、国内外已经在压缩二氧化碳储能系统上推进了许多大量创造性的工作,但与压缩空气储能技术相比,以二氧化碳为储能介质的储能技术仍处于研发阶段;目前的一些压缩二氧化碳储能系统普遍仍然缺乏高输出功率、高循环效率以及灵活应用性,在储能与释能的过程中仍存在较多的能量浪费现象,导致系统整体能量利用率较低;目前国内二氧化碳气液相变储能技术路线为上海蓝会环境科技有限公司与西安交大、上海电力大学联合研发,且已有实际的工程案例,在二氧化碳储能领域,西安交大、上海电力大学研发的储能系统目前是产业化、自动化程度最高,也是发展最快的赛道引领者。
5、西安交大、上海电力大学研发的储能系统引入涡流管结构,利用涡流管对供热后的二氧化碳工质进行分离,将二氧化碳分为两股流体:低温二氧化碳气体以及高温二氧化碳气体。
1)与常规的二氧化碳储能系统相比,冷凝器只需冷凝部分涡流管分离出的低温二氧化碳气体,从而大大减少了冷凝器所需冷量,节省能源,提高了储能系统的储能密度;同时一部分二氧化碳工质直接由涡流管分离为高温二氧化碳气体引入气态二氧化碳储罐,提高了二氧化碳释能过程前气态工质的温度,进而减少了加热二氧化碳气体所需的热源热量;降低能源损耗的同时,大大地提高了系统效率。
2)本系统引入喷射器结构,从第二透平中引出部分高温二氧化碳气体作为工作流体,引射冷凝器内尚未冷凝的气态二氧化碳,经过喷射器后混合为较高温度的二氧 化碳气体流入回热器中,提高了主流二氧化碳气体的温度。与传统的抽气回热循环相比,本系统中采用的喷射器结构可以引射来自冷凝器内的气态工质,从而降低冷凝器的热负荷,进一步减少所需冷量;同时从喷射器出口流出的较高温度的二氧化碳气体进一步提高了加热前工质的温度,再次减少了加热二氧化碳气体所需的热源热量,从而降低了能源损耗,提高了系统效率。
3)本系统采用二氧化碳作为储能和释能的工质。与空气相比,二氧化碳的气流密度更高,且临界点温度接近于常温。在储能时,二氧化碳气体更容易液化,储能密度更高;在释能时,二氧化碳做功能力更强,设备更加紧凑,因而更加节省能源。
4)本系统将液态二氧化碳作为冷源为有机工质朗肯循环提供冷量,将第二透平中做功后的高温乏气作为热源为有机工质朗肯循环提供热量,使气态有机工质在第一透平中膨胀做功,进而驱动发电机发电,在用电高峰期时给用户进行电力供应,缓解供电需求的 压力。合理利用冷源、热源能量的同时,有效地提高了循环效率,进一步解决用户的用电需求。
5)本系统将涡流管、喷射器与压缩二氧化碳系统以及有机工质朗肯循环耦合起来,实现能量的梯级利用,可以使得系统整体循环效率大大提高;同时各部件结构简单,整个系统具有较高的紧凑性和灵活性。
7、西安交大、上海电力大学研发的储能系统是一种基于喷射器与涡流管组合的液态二氧化碳储能系统包括:二氧化碳储能组件、有机工质朗肯循环组件、二氧化碳释能组件、阀门、管道以及泵。
1)二氧化碳储能组件具体包括:冷凝器2进口与涡流管1冷气流出口18相连通,冷凝器2第一出口与液态二氧化碳 储罐3进口相连通,涡流管1热气流出口19与气态二氧化碳储罐10第一进口相连通。
2)有机工质朗肯循环组件具体包括:第一换热器5第一进口与液态二氧化碳储罐3出口相连通,第一换热器5第二出口 与第二换热器7第二进口相连通,第二换热器7第二出口与第一透平8进口相连通,第一透平8出口与第一换热器5第二进口相连通。
3)二氧化碳释能组件具体包括:气态二氧化碳储罐10第二进口与第一换热器5第一出口相连通,气态二氧化碳储罐10出口与压气机11进口相连通,压气机11出口与稳压罐12进口相连通,稳压罐12出口与回热器13第一进口相连通,回热器13出口与第三换热器14第一进口相连通,第三换热器14第一出口与第二透平15进口相连通,第二透平15抽气口与喷射器16工作流体进口21相连通,引射流体进口20与冷凝器2第二出口相连通,喷射器出口22与回热器13第二进口相连通;本系统设计的优点和特征如下:
(1)有机工质朗肯循环工质可以选择R245fa、R11、R12等工质,或者根据实际工况选择多种有机工质的混合物作为循环工质。
(2)压气机11与第一透平8、第二透平15同轴布置。
(3)第三换热器14的热端采用生活废热、生产废热、太阳能集热等热源,充 分利用现有的余热资源,减少能源浪费。
(4)第一透平8外接有发电机9,气态二氧化碳工质与气态有机工质分别在 第一透平8、第二透平15中做的功,一部分用来带动压气机11,另一部分用来驱动发电机9发电,在用电高峰期时给用户进行电力供应,进而缓解供电需求的压力。
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