CN115163229A - 跨临界与超临界耦合压缩co2储能系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种跨临界与超临界耦合压缩CO₂储能系统及其运行方法，涉及能量储存技术领域，包括超临界储能发电单元和跨临界储能发电单元，跨临界储能发电单元包括第二低压储气罐，设有吸附剂填充区；超临界储能发电单元包括第一低压储气罐、第一压缩机、第一换热器、第一高压储气罐、第二换热器和第一膨胀机，第一低压储气罐的出气口经第一压缩机和第一换热器连接第一高压储气罐的进气口，第一高压储气罐的出气口经第二换热器和第一膨胀机连接第一低压储气罐的进气口，第一换热器和第二换热器用于与吸附剂填充区换热。本发明通过将跨临界与超临界储能发电耦合，利用压缩热供应脱附热，利用吸附热供应膨胀前再热，大大提升电能输出与循环效率。

Description

跨临界与超临界耦合压缩CO2储能系统及其运行方法

技术领域

本发明涉及能量储存技术领域，具体而言，涉及一种跨临界与超临界耦合压缩CO₂储能系统及其运行方法。

背景技术

随着风电、光伏等新能源大规模普及，与之匹配的储能技术发展迅速。已有的储能技术包括抽水蓄能、压缩气体储能、电池储能、飞轮储能、超导储能和超级电容器储能等。其中，适合大规模储能应用的主要是抽水蓄能、压缩气体储能。抽水蓄能建设周期长、初期投资大，对地理条件要求严苛、破坏生态环境等客观问题，无法大范围推广。压缩气体储能多以空气为工质，但由于空气密度低，需大型地下洞穴等储气库作为高压储气室，受地理条件限制较大。

CO₂具有高密度、低粘度、临界点温和(7.38MPa、31.1℃)等优良物性，适宜作为空气的替代工质。相比于压缩空气储能，压缩CO₂储能具有循环效率高、储能密度大、占地面积小、不依赖地理条件等优势。然而CO₂属温室气体，需封闭循环，且超临界CO₂膨胀做功之后体积显著变大，压力显著降低，需要提供大型储存空间来储存该部分低压气体以防止温室气体外泄，故存在低压CO₂高密度储存问题。当前压缩CO₂储能系统大多采用液化方式提升低压储存密度，但由于CO₂压力较低，需深度冷却，易造成储罐材料脆性增大，产生较大的安全隐患。

目前，有研究采用能够高效吸附CO₂的多孔吸附材料去大量吸附CO₂分子，以极大地提升低压CO₂储存密度。但多孔吸附材料吸附CO₂过程中会产生高品位吸附热(200℃左右)，脱附CO₂过程中则需吸收高品位脱附热(200℃左右)，如何实现吸附热高效消纳与脱附热高效供应成为重点。当前多通过高温热网回水作为热源对多孔吸附材料进行加热以提供脱附热、或者通过低温热网回水作为冷媒与多孔吸附材料换热进而消纳吸附热，然而前述方式需要依赖外界热量，增加了储能系统的能耗，降低了系统电能净输出值，而且系统循环需要依赖热网回水等客观条件存在，使其发展受限。

发明内容

为了解决现有技术中吸附热利用和脱附热供应需依赖外界热量导致系统电能净输出值低的问题，本发明提供了一种跨临界与超临界耦合压缩CO₂储能系统，并提供了该储能系统的运行方法。

具体而言，本发明目的通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种跨临界与超临界耦合压缩CO₂储能系统，包括超临界储能发电单元和跨临界储能发电单元，所述跨临界储能发电单元包括第二低压储气罐，所述第二低压储气罐内设有吸附剂填充区，所述吸附剂填充区设有吸附剂；所述超临界储能发电单元包括第一低压储气罐、第一压缩机、第一换热器、第一高压储气罐、第二换热器和第一膨胀机，所述第一低压储气罐和所述第一高压储气罐用于储存超临界二氧化碳，所述第一低压储气罐的出气口依次经所述第一压缩机和所述第一换热器连接所述第一高压储气罐的进气口，所述第一高压储气罐的出气口依次经所述第二换热器和所述第一膨胀机连接所述第一低压储气罐的进气口，所述第一换热器和所述第二换热器用于与所述吸附剂填充区进行换热。

进一步地，所述第一换热器的高温侧入口和高温侧出口分别连接所述第一压缩机的出气口和所述第一高压储气罐的进气口，且所述第一换热器的低温侧入口和低温侧出口分别连通所述吸附剂填充区；所述第二换热器的低温侧入口和低温侧出口分别连接所述第一高压储气罐的出气口和所述第一膨胀机的进气口，且所述第二换热器的高温侧入口和高温侧出口分别连通所述吸附剂填充区。

进一步地，所述第一换热器和所述第二换热器设于所述第二低压储气罐内，且与所述吸附剂填充区邻接设置。

进一步地，所述跨临界储能发电单元还包括依次连接的储能机组、第二高压储气罐和释能机组，所述储能机组与所述第二低压储气罐的出气口连接，所述释能机组与所述第二低压储气罐的进气口连接。

进一步地，所述储能机组包括第二压缩机和间冷器，所述第二低压储气罐的出气口连接所述第二压缩机的进气口，所述第二压缩机的出气口连接所述间冷器的高温侧入口，所述间冷器的高温侧出口连接所述第二高压储气罐的进气口；

所述释能机组包括再热器和第二膨胀机，所述第二高压储气罐的出气口连接所述再热器的低温侧入口，所述再热器的低温侧出口连接所述第二膨胀机的进气口，所述第二膨胀机的出气口连接所述第二低压储气罐的进气口。

进一步地，所述跨临界储能发电单元还包括鼓风机和第三换热器，所述第三换热器设于所述第二低压储气罐内，所述第三换热器的低温侧入口和低温侧出口分别连通所述吸附剂填充区，高温侧入口经所述间冷器的低温侧连接所述鼓风机的出气口，且高温侧出口连接所述鼓风机的进气口。

进一步地，所述再热器的高温侧入口通过连接管路与所述吸附剂填充区连通。

进一步地，所述吸附剂填充区和所述再热器的连接管路上设有引风机。

进一步地，所述跨临界储能发电单元还包括第一散热器，所述第一散热器的一端连接所述第二低压储气罐的出气口、另一端连接所述储能机组的所述第二压缩机。

进一步地，所述跨临界储能发电单元还包括第二散热器，所述第二散热器的一端连接所述释能机组的所述再热器、另一端连接所述第二低压储气罐的进气口。

另外，本发明提供了如上所述的跨临界与超临界耦合压缩CO₂储能系统的运行方法，包括以下步骤：

当电网负荷处于低谷时，打开超临界储能发电单元的第一低压储气罐和跨临界储能发电单元的第二低压储气罐的出气口，使所述第一低压储气罐流出的超临界二氧化碳依次经第一压缩机加压升温和第一换热器换热降温后进入第一高压储气罐并将电能转换为高压气体内能储存，同时所述第二低压储气罐经所述第一换热器换热升温后使二氧化碳从吸附剂上解吸附，解吸附的所述二氧化碳被压缩为高压气体以将电能转换为高压气体内能储存；

当电网负荷处于高峰时，打开第一高压储气罐的出气口，跨临界储能发电单元膨胀做功后的二氧化碳乏气进入所述第二低压储气罐经第二换热器换热降温后被吸附储存，同时，所述第一高压储气罐流出的所述超临界二氧化碳经所述第二换热器换热升温后进入第一膨胀机膨胀做功，完成做功后的所述超临界二氧化碳进入所述第一低压储气罐储存。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过将跨临界储能发电单元低压CO₂高密度储存和高效释放过程与超临界储能发电单元的供气储能和储气供电阶段相耦合，以第一压缩机产生的压缩热作为热源为第二低压储气罐吸附剂填充区内CO₂提供脱附热，并以第一高压储气罐流出的高压超临界CO₂作为冷媒，回收CO₂吸附时释放的吸附热，可实现整个储能系统内脱附热高效供应与吸附热高效消纳，无需依赖外界热量，即可实现热量在系统内部高效循环，同时压缩热供应脱附热、吸附热供应膨胀前再热的策略，大大提升系统电能净输出与循环效率。

2、本发明的储能系统仅仅依靠第一低压储气罐内超临界CO₂在压差和自重作用下的自释放动力即可启动，大大提高了环境适应性，减少了客观环境对系统启用的制约，扩大了系统的使用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的跨临界与超临界耦合压缩CO₂储能系统的结构示意图；

附图标记说明：

1、第一低压储气罐；2、第一压缩机；3、第一换热器；4、第一高压储气罐；5、第二换热器；6、第一膨胀机；7、第二低压储气罐；701、吸附剂填充区；8、第二压缩机；9、间冷器；10、第二高压储气罐；11、再热器；12、第二膨胀机；13、鼓风机；14、第三换热器；15、引风机；16、第一散热器；17、第二散热器。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中使用的技术术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。说明书以及权利要求书中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的部件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的部件或者物件及其等同部件，并不排除其他部件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，也不限于是直接的还是间接的连接。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明实施例提供了一种跨临界与超临界耦合压缩CO₂储能系统，参见图1，包括超临界储能发电单元和跨临界储能发电单元，所述跨临界储能发电单元包括第二低压储气罐7，所述第二低压储气罐7内设有吸附剂填充区701，所述吸附剂填充区701设有吸附剂以用于吸附二氧化碳(CO₂)；所述跨临界储能发电单元的储能工质为CO₂，所述跨临界储能发电单元用于将所述第二低压储气罐7解吸附的CO₂在压缩储能和膨胀释能之后回到所述第二低压储气罐7重新进行吸附，形成储能发电循环和二氧化碳闭式循环。所述超临界储能发电单元用于为所述第二低压储气罐7提供前述二氧化碳闭式循环起始所需的脱附热以及消纳二氧化碳重新吸附所释放的吸附热。

所述超临界储能发电单元的储能工质为超临界二氧化碳，所述超临界储能发电单元包括第一低压储气罐1、第一压缩机2、第一换热器3、第一高压储气罐4、第二换热器5和第一膨胀机6，所述第一低压储气罐1和所述第一高压储气罐4用于储存超临界二氧化碳，所述第一低压储气罐1的出气口依次经所述第一压缩机2和所述第一换热器3连接所述第一高压储气罐4的进气口，所述第一高压储气罐4的出气口依次经所述第二换热器5和所述第一膨胀机6连接所述第一低压储气罐1的进气口；所述第一换热器3和所述第二换热器5用于与所述第二低压储气罐7进行换热，进而对所述吸附剂填充区701加热以提供解吸附所述二氧化碳所需的脱附热或者用于回收所述吸附剂填充区701吸附所述二氧化碳时释放的吸附热。具体地，所述第一换热器3的高温侧入口和高温侧出口分别连接所述第一压缩机2的出气口和所述第一高压储气罐4的进气口，且所述第一换热器3的低温侧入口和低温侧出口(图中未示出)分别连通所述吸附剂填充区701，以将压缩超临界二氧化碳产生的热量供给给所述吸附剂填充区701并对该区域加热使二氧化碳脱吸附，即提供脱附热。所述第二换热器5的低温侧入口和低温侧出口分别连接所述第一高压储气罐4的出气口和所述第一膨胀机6的进气口，且所述第二换热器5的高温侧入口和高温侧出口(图中未示出)分别连通所述吸附剂填充区701，以将所述吸附剂填充区701吸附所述二氧化碳释放的吸附热供给给超临界二氧化碳并对其加热，进而消纳脱附热。

在本实施例中，当电网负荷处于低谷时，为供气储能阶段，富余电能供给给与超临界储能发电单元第一压缩机2和跨临界储能发电单元释能机组连接的电动机，与此同时，打开第一低压储气罐1的出气口，超临界CO₂在压差和自重作用下，自动从第一低压储气罐1内流出并进入到第一压缩机2内，经第一压缩机2加压后，超临界CO₂温度升高且压力增大，作为热源，通过第一换热器3进行换热，使第二低压储气罐7内吸附剂填充区701的温度升高，进而为吸附剂填充区701提供足以使CO₂解吸附的脱附热，换热降温后的高压超临界CO₂进入第一高压储气罐4内储存，从第二低压储气罐7内解吸附的CO₂则进入跨临界储能发电单元的后续装置中进行压缩储能，使电网负荷处于低谷时的富余电能转换为高压气体内能存储。当电网负荷处于高峰时，为储气供电阶段，跨临界储能发电单元利用前期储存的CO₂膨胀做功以输出电能，膨胀做功后的CO₂乏气输送回跨临界储能发电单元的第二低压储气罐7内，此时，打开第一高压储气罐4的出气口，第一高压储气罐4内高压超临界CO₂流出，作为冷媒，通过第二换热器5冷却CO₂乏气，使吸附剂填充区701温度降低，快速吸附CO₂且释放大量吸附热，吸附热用于使第二换热器5内的冷媒-超临界CO₂温度大幅升高，升温后的高压超临界CO₂进入第一膨胀机6内膨胀做功，将高压气体内能转化为电能，向电网供电，做功后的超临界CO₂回流入第一低压储气罐1内，完成内循环。

本发明在跨临界储能发电单元中以CO₂为工质储能，通过第二低压储气罐7内吸附剂的吸附作用可实现低压CO₂高密度储存和高效释放，有效储气密度可达100kg/m³，而在超临界储能单元中以超临界二氧化碳作为储能工质，有效储气密度可达500kg/m³，相比于常温常压条件，储气密度均得到有效提升。在跨临界储能发电单元低压CO₂高密度储存和高效释放过程中，通过与超临界储能发电单元的供气储能和储气供电阶段相耦合，以内循环回路中经第一压缩机2压缩的超临界CO₂产生的压缩热作为热源为第二低压储气罐7内CO₂提供脱附热，并以第一高压储气罐4流出的高压超临界CO₂作为冷媒，回收第二低压储气罐7内CO₂吸附时释放的吸附热，可实现整个储能系统内脱附热高效供应与吸附热高效消纳，无需依赖外界热量，即可实现热量在系统内部高效循环，同时采用吸附热余热供应超临界发电和脱附热余热供应跨临界发电策略，大大提升系统电能净输出与循环效率。而且，该过程使第二低压储气罐7在具有储气功能的同时，兼具供热和储热功能，系统集成性更高，占地面积更小。此外，仅仅依靠第一低压储气罐1内超临界CO₂在压差和自重作用下的自释放动力即可启动整个储能系统，大大提高了环境适应性，减少了客观环境对系统启用的制约，扩大了系统的使用范围。

可选地，所述第一换热器3和所述第二换热器5设于所述第二低压储气罐7内，且与所述吸附剂填充区701邻接设置。

在本实施例中，CO₂吸附过程会产生200℃左右的高品位吸附热，解吸附过程则需供应200℃左右的高品位脱附热，将前述换热器紧邻吸附剂填充区701，可以高效地进行换热，降低换热过程中热量损失，且有利于实现系统结构简化与高效运行。

可选地，所述跨临界储能发电单元还包括依次连接的储能机组、第二高压储气罐10和释能机组，所述储能机组与所述第二低压储气罐7的出气口连接，所述释能机组与所述第二低压储气罐7的进气口连接，形成储能工质—CO₂闭式循环回路。

具体地，所述储能机组包括第二压缩机8和间冷器9，用于将所述第二低压储气罐7内解吸附的所述二氧化碳压缩为超临界CO₂，以实现将电能转化为高压气体内能；所述第二高压储气罐10用于储存所述超临界CO₂，以实现CO₂高压高密度储存的同时进行储能；所述释能机组包括再热器11和第二膨胀机12，用于使所述第二高压储气罐10释放的所述超临界CO₂膨胀做功，以实现将高压气体内能转换为电能。更具体地，所述第二低压储气罐7的出气口连接所述第二压缩机8的进气口，所述第二压缩机8的出气口连接所述间冷器9的高温侧入口，所述间冷器9的高温侧出口连接所述第二高压储气罐10的进气口，所述第二高压储气罐10的出气口连接所述再热器11的低温侧入口，所述再热器11的低温侧出口连接所述第二膨胀机12的进气口，所述第二膨胀机12的出气口连接所述第二低压储气罐7的进气口，由此，储能工质CO₂在跨临界储能发电单元内形成循环流动。

在本实施例中，第二低压储气罐7用于吸附式低压高密度储存CO₂，当电网负荷处于低谷时，超临界储能发电单元的第一压缩机2将该单元内的超临界CO₂压缩为高压气体，同时其温度升高成为第一换热器3的热源，为第二低压储气罐7提供脱附热，从第二低压储气罐7脱附后的CO₂进入储能机组，依次经过第二压缩机8加压和间冷器9冷却，成为低温超临界CO₂流入第二高压储气罐10储存，完成供气储能阶段。当电网负荷处于高峰时，打开第二高压储气罐10，其内的超临界CO₂流出进入释能机组，依次经过再热器11加热和第二膨胀机12膨胀做功，将第二高压储气罐10内高压气体内能转换为电能释放给电网用户，完成做功的CO₂乏气回流到第二低压储气罐7并被吸附剂吸附，释放吸附热，吸附热使超临界储能发电单元的超临界CO₂升温、膨胀做功，完成储气供电阶段。本发明将跨临界储能发电与超临界储能发电相耦合，将超临界储能发电单元产生的压缩热即时供应给跨临界储能发电单元作为解吸附二氧化碳的脱附热，可同时实现二者储能，而且将跨临界储能发电单元吸附二氧化碳产生的吸附热即时供应给超临界储能发电单元作为膨胀再热，可同时实现二者释能供电，一方面有助于脱附热、压缩热、再热、吸附热高效调配，使热量在系统内部高效循环，并使储能发电单元跨临界和超临界储能发电单元回复至循环初始状态，系统运行稳定性更高；另一方面有利于使系统做功能力进一步提升，大大提升系统释能净输出电量，循环效率更高，经济性与高效性更优。

可选地，所述储能机组包括依次交替连接的多个第二压缩机8和多个间冷器9，位于最前的所述第二压缩机8与所述第二低压储气罐7的出气口连接，位于最后的所述间冷器9与所述第二高压储气罐10的进气口连接。在本发明的上下文中，前和后以CO₂工质的流动方向为基准。通过多个第二压缩机8和多个间冷器9配合，将低压CO₂压缩为超临界CO₂，间冷器9用于使第二压缩机8入口处CO₂温度保持较低水平，降低功耗。

可以理解的是，多个所述第二压缩机8和多个所述间冷器9可以为2个、3个或4个，甚至更多。图1中以3个为例，3个所述第二压缩机8和3个所述间冷器9交替设置。通过3个第二压缩机8逐级压缩，将低压CO₂压缩为超临界CO₂。

可选地，所述释能机组包括依次交替连接的多个再热器11和多个第二膨胀机12，位于最前的所述再热器11与所述第二高压储气罐10的出气口连接，位于最后的所述第二膨胀机12与所述第二低压储气罐7的进气口连接。通过多个第二膨胀机12和多个再热器11配合，使高压超临界CO₂膨胀做功发电。

可以理解的是，多个所述再热器11和多个所述第二膨胀机12可以为2个、3个或4个，甚至更多。图1中以3个为例，3个所述再热器11和3个所述第二膨胀机12交替设置。通过3个第二膨胀机12逐级膨胀，将超临界CO₂膨胀为低压CO₂。

可选地，所述释能机组还包括发电机(图中未示出)，所述发电机与所述第二膨胀机12的传动轴固定连接。超临界CO₂被加热到高温高压的状态后，进入第二膨胀机12做功并带动发电机发电，进而将高压气体内能转化为电能。

为了提高跨临界储能发电单元压缩热的高效利用，可选地，所述跨临界储能发电单元还包括鼓风机13和第三换热器14，所述第三换热器14设于所述第二低压储气罐7内，所述第三换热器14的低温侧入口和低温侧出口分别连通所述吸附剂填充区701，所述第三换热器14的高温侧入口经所述间冷器9的低温侧连接所述鼓风机13的出气口，且所述第三换热器14的高温侧出口连接所述鼓风机13的进气口，由此实现第一换热器3、鼓风机13和间冷器9中的换热介质的闭式循环(图1中长虚线所示循环回路)，优选所述换热介质为常压二氧化碳。

在本实施例中，CO₂被压缩后会产生大量热量，这使得间冷器9冷却CO₂后其自身具有较高温度，通过第三换热器14连接间冷器9，将间冷器9回收的第二压缩机8的压缩热供应给第二低压储气罐7的吸附剂填充区701，以将压缩热分配为剩余所需脱附热，更有效地实现热量调配，提高系统能量循环效率。而且，可以实现压缩热即时高效利用，无需存储，进而能够节省大量储热介质与高容量储热罐，提升系统经济性。

为了提高跨临界储能发电单元再热的高效提供，可选地，所述再热器11的高温侧入口通过连接管路与所述吸附剂填充区701连通。

在本实施例中，膨胀做功后的二氧化碳乏气进入第二低压储气罐7的吸附剂填充区701后，在与吸附剂填充区701接触时，会释放大量高品位吸附热，产生200℃左右的高温，此时若不对该区域降温，二氧化碳将难以被吸附剂吸附，本发明一方面将吸附热提供给超临界储能发电单元，作为第一膨胀机6前再热进行消纳，另一方面通过与再热器11连接，使其内未被吸附的高温二氧化碳即时回流至再热器11内，作为热源，为跨临界储能发电单元提供膨胀前再热进行消纳(图1中短虚线所示循环回路)，实现了吸附热的即时内循环和2个单元中再热的高效提供。而且，由于吸附热温度高于再热所需温度，利用吸附预热待膨胀的CO₂气体，此循环方式可提升2个单元内膨胀机做功能力，系统运行更高效。

可选地，所述吸附剂填充区701和所述再热器11的连接管路上设有引风机15，引风机15可增强未被吸附剂吸附的高温CO₂的循环动力。

当第二低压储气罐7吸附剂填充区701的CO₂吸收脱附热而解吸附后，解吸附出来的CO₂仍具有较高的温度，为了适于送入后续储能机组内，可在所述第二低压储气罐7和所述储能机组之间设置第一散热器16，即，所述第一散热器16的一端连接所述第二低压储气罐7的出气口、另一端连接所述储能机组的所述第二压缩机8的进气口，以对解吸附出来的CO₂进行冷却，使其达到适于进入第二压缩机8的温度。

同样地，从再热器11换热后，CO₂乏气也仍具有一定温度，可在所述再热器11与所述第二低压储气罐7之间设置第二散热器17，即，所述第二散热器17的一端连接所述释能机组的所述再热器11的高温侧出口、另一端连接所述第二低压储气罐7的吸附剂填充区701，以将换热后的CO₂乏气冷却至环境温度后，进入第二低压储气罐7内高效吸附存储。

需要注意的是，本发明上下文所述的第二低压储气罐7中的低压是相比第二高压储气罐10的超临界二氧化碳而言，其实质为常压。本发明上下文所述的第二高压储气罐10、第一低压储气罐1和第一高压储气罐4中均储存超临界二氧化碳。

本发明另一实施例提供了如上所述的跨临界与超临界耦合压缩CO₂储能系统的运行方法，包括以下步骤：

当电网负荷处于低谷时，打开超临界储能发电单元的第一低压储气罐1和跨临界储能发电单元的第二低压储气罐7的出气口，使所述第一低压储气罐1流出的超临界二氧化碳依次经第一压缩机2加压升温和第一换热器3换热降温后进入第一高压储气罐4并将电能转换为高压气体内能储存，同时所述第二低压储气罐7经所述第一换热器3换热升温后使二氧化碳从吸附剂上解吸附，解吸附的所述二氧化碳被压缩为高压气体以将电能转换为高压气体内能储存；具体而言，解吸附的所述二氧化碳经跨临界储能发电单元的储能机组压缩为超临界二氧化碳后进入第二高压储气罐10储存，此时第二高压储气罐10的超临界二氧化碳压力大，内能高；

当电网负荷处于高峰时，打开所述第一高压储气罐4的出气口，所述跨临界储能发电单元的膨胀做功后的二氧化碳乏气进入所述第二低压储气罐7经第二换热器5换热降温后被吸附储存，具体而言，同时打开所述第一高压储气罐4和第二高压储气罐10的出气口，第二高压储气罐10储存的高压超临界二氧化碳在压差和自重作用下自流出进入到释能机组中，进行膨胀做功，完成做功后成为二氧化碳乏气，二氧化碳乏气进入所述第二低压储气罐7被降温吸附储存，同时，所述第一高压储气罐4流出的所述超临界二氧化碳经所述第二换热器5换热升温后进入第一膨胀机6膨胀做功，完成做功后的所述超临界二氧化碳进入所述第一低压储气罐1储存。

所述跨临界与超临界耦合压缩CO₂储能系统的运行方法相对于现有技术所具有的优势同所述跨临界与超临界耦合压缩CO₂储能系统，在此不再赘述。

虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种跨临界与超临界耦合压缩CO₂储能系统，其特征在于，包括超临界储能发电单元和跨临界储能发电单元，所述跨临界储能发电单元包括第二低压储气罐(7)，所述第二低压储气罐(7)内设有吸附剂填充区(701)，所述吸附剂填充区(701)设有吸附剂；

所述超临界储能发电单元包括第一低压储气罐(1)、第一压缩机(2)、第一换热器(3)、第一高压储气罐(4)、第二换热器(5)和第一膨胀机(6)，所述第一低压储气罐(1)和所述第一高压储气罐(4)用于储存超临界二氧化碳，所述第一低压储气罐(1)的出气口依次经所述第一压缩机(2)和所述第一换热器(3)连接所述第一高压储气罐(4)的进气口，所述第一高压储气罐(4)的出气口依次经所述第二换热器(5)和所述第一膨胀机(6)连接所述第一低压储气罐(1)的进气口，所述第一换热器(3)和所述第二换热器(5)用于与所述吸附剂填充区(701)进行换热。

2.根据权利要求1所述的跨临界与超临界耦合压缩CO₂储能系统，其特征在于，所述第一换热器(3)的高温侧入口和高温侧出口分别连接所述第一压缩机(2)的出气口和所述第一高压储气罐(4)的进气口，且所述第一换热器(3)的低温侧入口和低温侧出口分别连通所述吸附剂填充区(701)；

所述第二换热器(5)的低温侧入口和低温侧出口分别连接所述第一高压储气罐(4)的出气口和所述第一膨胀机(6)的进气口，且所述第二换热器(5)的高温侧入口和高温侧出口分别连通所述吸附剂填充区(701)。

3.根据权利要求2所述的跨临界与超临界耦合压缩CO₂储能系统，其特征在于，所述第一换热器(3)和所述第二换热器(5)设于所述第二低压储气罐(7)内，且与所述吸附剂填充区(701)邻接设置。

4.根据权利要求1所述的跨临界与超临界耦合压缩CO₂储能系统，其特征在于，所述跨临界储能发电单元还包括依次连接的储能机组、第二高压储气罐(10)和释能机组，所述储能机组与所述第二低压储气罐(7)的出气口连接，所述释能机组与所述第二低压储气罐(7)的进气口连接。

5.根据权利要求4所述的跨临界与超临界耦合压缩CO₂储能系统，其特征在于，所述储能机组包括第二压缩机(8)和间冷器(9)，所述第二低压储气罐(7)的出气口连接所述第二压缩机(8)的进气口，所述第二压缩机(8)的出气口连接所述间冷器(9)的高温侧入口，所述间冷器(9)的高温侧出口连接所述第二高压储气罐(10)的进气口；

所述释能机组包括再热器(11)和第二膨胀机(12)，所述第二高压储气罐(10)的出气口连接所述再热器(11)的低温侧入口，所述再热器(11)的低温侧出口连接所述第二膨胀机(12)的进气口，所述第二膨胀机(12)的出气口连接所述第二低压储气罐(7)的进气口。

6.根据权利要求5所述的跨临界与超临界耦合压缩CO₂储能系统，其特征在于，所述跨临界储能发电单元还包括鼓风机(13)和第三换热器(14)，所述第三换热器(14)设于所述第二低压储气罐(7)内，所述第三换热器(14)的低温侧入口和低温侧出口分别连通所述吸附剂填充区(701)，高温侧入口经所述间冷器(9)的低温侧连接所述鼓风机(13)的出气口，高温侧出口连接所述鼓风机(13)的进气口。

7.根据权利要求5所述的跨临界与超临界耦合压缩CO₂储能系统，其特征在于，所述再热器(11)的高温侧入口通过连接管路与所述吸附剂填充区(701)连通。

8.根据权利要求7所述的跨临界与超临界耦合压缩CO₂储能系统，其特征在于，所述吸附剂填充区(701)和所述再热器(11)的连接管路上设有引风机(15)。

9.根据权利要求4所述的跨临界与超临界耦合压缩CO₂储能系统，其特征在于，所述跨临界储能发电单元还包括第一散热器(16)和第二散热器(17)；

所述第一散热器(16)的一端连接所述第二低压储气罐(7)的出气口、另一端连接所述储能机组；

所述第二散热器(17)的一端连接所述释能机组、另一端连接所述第二低压储气罐(7)的进气口。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的跨临界与超临界耦合压缩CO₂储能系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

当电网负荷处于低谷时，打开超临界储能发电单元的第一低压储气罐(1)和跨临界储能发电单元的第二低压储气罐(7)的出气口，使所述第一低压储气罐(1)流出的超临界二氧化碳依次经第一压缩机(2)加压升温和第一换热器(3)换热降温后进入第一高压储气罐(4)并将电能转换为高压气体内能储存，同时所述第二低压储气罐(7)经所述第一换热器(3)换热升温后使二氧化碳从吸附剂上解吸附，解吸附的所述二氧化碳被压缩为高压气体以将电能转换为高压气体内能储存；

当电网负荷处于高峰时，打开第一高压储气罐(4)的出气口，跨临界储能发电单元膨胀做功后的二氧化碳乏气进入所述第二低压储气罐(7)经第二换热器(5)换热降温后被吸附储存，同时，所述第一高压储气罐(4)流出的所述超临界二氧化碳经所述第二换热器(5)换热升温后进入第一膨胀机(6)膨胀做功，完成做功后的所述超临界二氧化碳进入所述第一低压储气罐(1)储存。

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