权利要求
1.一种补热型液态二氧化碳
储能系统，其特征在于，包括低压液态储罐(1)、相变蓄冷器(3)以及高压液态储罐(12);
所述低压液态储罐(1)的出液口通过低温膨胀阀(2)和所述相变蓄冷器(3)的冷侧连接，所述相变蓄冷器(3)的冷侧和所述高压液态储罐(12)的进液口之间沿气流方向依次连接有储能侧预热器(4)、压缩及热回收模块和储能侧冷却模块，所述压缩及热回收模块包括压缩及热回收组件，所述压缩及热回收组件包括串联设置的压缩机和储能侧集热器，所述压缩机和所述储能侧集热器沿气流方向顺次设置;
所述高压液态储罐(12)的出液口和所述相变蓄冷器(3)的热侧之间沿气流方向依次连接有增压泵(13)、发电侧回热器(14)、补热模块、透平发电机组(16)、发电侧冷却模块以及发电侧集热器(18)，所述相变蓄冷器(3)的热侧和所述低压液态储罐(1)的进液口之间连接有发电侧制冷模块，所述发电侧回热器(14)和所述储能侧集热器之间通过压缩热循环热罐(26)、压缩热循环冷罐(28)交换冷量和热量，所述发电侧集热器(18)和所述储能侧预热器(4)之间通过预热循环冷罐(20)、预热循环热罐(22)交换冷量和热量。
2.根据权利要求1所述的补热型液态二氧化碳储能系统，其特征在于，所述储能侧冷却模块包括储能侧空气冷却器(9)、储能侧分流阀(10)以及储能侧冷水机组(11)，所述储能侧空气冷却器(9)的进气端与所述压缩及热回收模块连接，所述储能侧空气冷却器(9)的出气端通过储能侧分流阀(10)连接有第一分流支路和第二分流支路，所述第一分流支路和所述第二分流支路均与所述高压液态储罐(12)的进液口连接，所述储能侧冷水机组(11)的换热器连接在所述第一分流支路上。
3.根据权利要求1所述的补热型液态二氧化碳储能系统，其特征在于，所述压缩及热回收模块包括串联设置的多级所述压缩及热回收组件，多级所述压缩及热回收组件的储能侧集热器的进液端通过压缩热循环分流阀(29)、压缩热循环冷侧泵与所述压缩热循环冷罐(28)连接，多级所述压缩及热回收组件的储能侧集热器的出液端通过压缩热循环汇流阀(25)与所述压缩热循环热罐(26)连接，首级的所述压缩及热回收组件的压缩机与所述储能侧预热器(4)连接，末级的所述压缩及热回收组件的储能侧集热器与所述储能侧冷却模块连接。
4.根据权利要求1所述的补热型液态二氧化碳储能系统，其特征在于，所述发电侧冷却模块包括发电侧空气冷却器(17)。
5.根据权利要求1所述的补热型液态二氧化碳储能系统，其特征在于，所述发电侧制冷模块包括发电侧低温制冷机组(19)，所述发电侧低温制冷机组(19)的换热器连接在所述相变蓄冷器(3)的热侧和所述低压液态储罐(1)的进液口之间。
6.根据权利要求1所述的补热型液态二氧化碳储能系统，其特征在于，所述预热循环冷罐(20)与所述发电侧集热器(18)之间设有预热循环冷侧泵(21)，所述预热循环热罐(22)和所述储能侧预热器(4)之间设有预热循环热侧泵(23)。
7.根据权利要求6所述的补热型液态二氧化碳储能系统，其特征在于，所述补热模块采用太阳能集热装置，所述太阳能集热装置包括太阳能低温导热油罐(31)、太阳能低温导热油泵(32)、太阳能集热器(33)、太阳能高温导热油罐(34)、太阳能高温导热油泵(35)以及太阳能导热油换热器(15)，所述太阳能换热器(36)的第一换热通路连接在所述透平发电机组(16)和所述发电侧回热器(14)之间，所述太阳能换热器(36)的第二换热通路的出液端依次通过所述太阳能低温导热油罐(31)、所述太阳能低温导热油泵(32)与所述太阳能集热器(33)的进液端连接，所述太阳能集热器(33)的出液端依次通过太阳能高温导热油罐(34)、太阳能高温导热油泵(35)与所述太阳能换热器(36)的第二换热通路的进液端连接。
8.一种补热型液态二氧化碳储能系统使用方法，其特征在于，采用了如权利要求1-7任意一项所述的补热型液态二氧化碳储能系统，包括以下步骤：
储能过程：低压液态储罐(1)中的液态二氧化碳流出，进入低温膨胀阀(2)节流降低压力，流出低温膨胀阀(2)的二氧化碳进入相变蓄冷器(3)的冷侧中吸收热量并释放冷量，并将冷量以潜热的方式储存在相变蓄冷器(3)中，液态二氧化碳吸热后汽化成气态二氧化碳，气态二氧化碳进入储能侧预热器(4)中，与预热循环热罐(22)流出的流体进行换热并吸收热量，降温后的流体流入预热循环冷罐(20)中并储存，预热后的气态二氧化碳进入压缩及热回收模块中，先经过压缩机升压升温，后经过储能侧集热器中，与压缩热循环冷罐(28)流出的流体进行换热并释放热量，吸热后的流体流入压缩热循环热罐(26)中储存，然后气态的二氧化碳经储能侧冷却模块进行冷凝形成液态二氧化碳，最终液态二氧化碳进入高压液态储罐(12)储存完成系统储能过程;
发电过程：高压液态储罐(12)中的液态二氧化碳通过增压泵(13)加压，加压后的二氧化碳进入发电侧回热器(14)中，与吸收压缩热循环热罐(26)流出的流体换热并吸收热量，降温的流体流入压缩热循环冷罐(28)储存，吸热后的二氧化碳经过补热模块再次吸收热量，提高超临界二氧化碳温度，后在透平发电机组(16)内膨胀做功，二氧化碳的压力和温度均降低，二氧化碳流经发电侧冷却模块后，进入发电侧集热器(18)中，与预热循环冷罐(20)流出的流体进行换热并释放显热，吸热后的流体流入预热循环热罐(22)储存，降温后的二氧化碳流入相变蓄冷器(3)的热侧，相变蓄冷器(3)内储冷工质释放潜热将二氧化碳液化，最终再经发电侧制冷模块充分冷凝后，输送至低压液态储罐(1)储存，系统完成放电过程。
9.根据权利要求8所述的补热型液态二氧化碳储能系统使用方法，其特征在于，采用了如权利要求2所述的补热型液态二氧化碳储能系统，还包括以下步骤：
在储能过程中：当外界空气温度高，二氧化碳经过储能侧空气冷却器(9)无法液化时，储能侧分流阀(10)开启第一分流支路，关闭第二分流支路，所有二氧化碳经储能侧冷水机组(11)充分冷凝液化后，再进入高压液态储罐(12)储存;当外界空气温度低，二氧化碳经过储能侧空气冷却器(9)能完全液化时，储能侧分流阀(10)开启第二分流支路，关闭第一分流支路，二氧化碳直接进入高压液态储罐(12)储存。
10.根据权利要求8所述的补热型液态二氧化碳储能系统使用方法，其特征在于，采用了如权利要求7所述的补热型液态二氧化碳储能系统，还包括以下步骤：
太阳能集热装置工作过程：太阳能高温导热油罐(34)中的高温导热油流出，通过太阳能高温导热油泵(35)输送到太阳能导热油换热器(15)中加热二氧化碳，提高二氧化碳进入透平发电机(16)组前的温度，换热后的导热油流入太阳能低温导热油罐(31)中储存，当光照充足时，太阳能低温导热油罐(31)中导热油流出通过太阳能低温导热油泵(32)输送至太阳能集热器(33)中吸收太阳能，升温后储存在太阳能高温导热油罐(34)中完成循环。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及新型储能技术领域，特别是涉及一种补热型液态二氧化碳储能系统及使用方法。
背景技术
[0002]风电和
光伏发电是可再绳能源的重要组成部分。但风电和
光伏发电具有明显的波动性、周期性和不确定性等不利因素，其大规模并网不仅给电网稳定性带来挑战，也造成了巨大的能量浪费。因此，开发规模化高效储能系统已经成为电力系统发展的一个重大任务。为了进一步提高储能系统的储能效率与能量密度，相关学者提出了以CO2为工质的二氧化碳储能(carbon dioxide energy storage，CES)系统，因CO2临界点(7.39MPa和31.4℃)相对空气(3.77MPa和-140.5℃)容易达到，无毒、不易燃、安全等级为A1，相同状态和压力下CO2储存密度均大于空气，其中液态储存时最高，从而使得CES系统具有较高的储能潜力。
[0003]现有CES系统主要可以分为绝热型CES系统和非绝热型CES系统。绝热型CES系统是回收储能过程中CO2的压缩热，不引入外部热源，发电过程再利用压缩热加热CO2。非绝热型CES系统除了回收利用CO2的压缩热，还会引入外部热源，目的为了提高CO2发电过程的工作温度或改善CO2换热温差现象，以提高CES系统充放电往返效率。引入的外部热源可以是工业余热、核能放热或太阳能光热等。
[0004]对于CES系统，LCES(liquid carbon dioxide energy storage，液态二氧化碳储能)是一种非常具有发展潜力的构型。LCES利用CO2容易液化的特点，在闭式循环系统的高压储罐和低压储罐两侧都采用液态形式存储，摆脱以往
压缩空气储能对巨大储气空间的依赖，解决了气-液CES系统低压储气舱占地面积巨大的问题，系统储能密度得到大幅提升。但是，由于CO2三相点(-56.6℃,5.11atm)的物性限制，LCES的低压储罐工作压力几倍于大气压，造成LCES系统充放电循环过程压比大幅减小，在充电/放电过程单位质量的CO2做功能力大幅减弱，对于LCES系统，绝热构型显然无法解决CO2做功能力问题。
[0005]因此，继续一种能够改善单位质量CO2的工作能力，提高系统峰值发电能力，进一步提高系统工作灵活性，弥补电网调峰缺口的液态二氧化碳储能系统。
发明内容
[0006]本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种补热型液态二氧化碳储能系统及使用方法，在补热模块、预热循环单元以及压缩及热回收循环单元共同配合下，
[0007]能够实现液态二氧化碳存储，提高系统储能密度和CO2工作温度，解决因高、低压液态储罐之间压比小而造成的充放电循环过程单位质量的CO2做功能力弱的问题。
[0008]为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明公开了一种补热型液态二氧化碳储能系统，包括低压液态储罐(1)、相变蓄冷器(3)以及高压液态储罐(12);
[0009]所述低压液态储罐(1)的出液口通过低温膨胀阀(2)和所述相变蓄冷器(3)的冷侧连接，所述相变蓄冷器(3)的冷侧和所述高压液态储罐(12)的进液口之间沿气流方向依次连接有储能侧预热器(4)、压缩及热回收模块和储能侧冷却模块，所述压缩及热回收模块包括压缩及热回收组件，所述压缩及热回收组件包括串联设置的压缩机和储能侧集热器，所述压缩机和所述储能侧集热器沿气流方向顺次设置;
[0010]所述高压液态储罐(12)的出液口和所述相变蓄冷器(3)的热侧之间沿气流方向依次连接有增压泵(13)、发电侧回热器(14)、补热模块、透平发电机组(16)、发电侧冷却模块以及发电侧集热器(18)，所述相变蓄冷器(3)的热侧和所述低压液态储罐(1)的进液口之间连接有发电侧制冷模块，所述发电侧回热器(14)和所述储能侧集热器之间通过压缩热循环热罐(26)、压缩热循环冷罐(28)交换冷量和热量，所述发电侧集热器(18)和所述储能侧预热器(4)之间通过预热循环冷罐(20)、预热循环热罐(22)交换冷量和热量。
[0011]优选地，所述储能侧冷却模块包括储能侧空气冷却器(9)、储能侧分流阀(10)以及储能侧冷水机组(11)，所述储能侧空气冷却器(9)的进气端与所述压缩及热回收模块连接，所述储能侧空气冷却器(9)的出气端通过储能侧分流阀(10)连接有第一分流支路和第二分流支路，所述第一分流支路和所述第二分流支路均与所述高压液态储罐(12)的进液口连接，所述储能侧冷水机组(11)的换热器连接在所述第一分流支路上。
[0012]优选地，所述压缩及热回收模块包括串联设置的多级所述压缩及热回收组件，多级所述压缩及热回收组件的储能侧集热器的进液端通过压缩热循环分流阀(29)、压缩热循环冷侧泵与所述压缩热循环冷罐(28)连接，多级所述压缩及热回收组件的储能侧集热器的出液端通过压缩热循环汇流阀(25)与所述压缩热循环热罐(26)连接，首级的所述压缩及热回收组件的压缩机与所述储能侧预热器(4)连接，末级的所述压缩及热回收组件的储能侧集热器与所述储能侧冷却模块连接。
[0013]优选地，所述发电侧冷却模块包括发电侧空气冷却器(17)。
[0014]优选地，所述发电侧制冷模块包括发电侧低温制冷机组(19)，所述发电侧低温制冷机组(19)的换热器连接在所述相变蓄冷器(3)的热侧和所述低压液态储罐(1)的进液口之间。
[0015]优选地，所述预热循环冷罐(20)与所述发电侧集热器(18)之间设有预热循环冷侧泵(21)，所述预热循环热罐(22)和所述储能侧预热器(4)之间设有预热循环热侧泵(23)。
[0016]优选地，所述补热模块采用太阳能集热装置，所述太阳能集热装置包括太阳能低温导热油罐(31)、太阳能低温导热油泵(32)、太阳能集热器(33)、太阳能高温导热油罐(34)、太阳能高温导热油泵(35)以及太阳能导热油换热器(15)，所述太阳能换热器(36)的第一换热通路连接在所述透平发电机组(16)和所述发电侧回热器(14)之间，所述太阳能换热器(36)的第二换热通路的出液端依次通过所述太阳能低温导热油罐(31)、所述太阳能低温导热油泵(32)与所述太阳能集热器(33)的进液端连接，所述太阳能集热器(33)的出液端依次通过太阳能高温导热油罐(34)、太阳能高温导热油泵(35)与所述太阳能换热器(36)的第二换热通路的进液端连接。
[0017]本发明还公开了一种补热型液态二氧化碳储能系统使用方法，采用了上述的补热型液态二氧化碳储能系统，包括以下步骤：
[0018]储能过程：低压液态储罐(1)中的液态二氧化碳流出，进入低温膨胀阀(2)节流降低压力，流出低温膨胀阀(2)的二氧化碳进入相变蓄冷器(3)的冷侧中吸收热量并释放冷量，并将冷量以潜热的方式储存在相变蓄冷器(3)中，液态二氧化碳吸热后汽化成气态二氧化碳，气态二氧化碳进入储能侧预热器(4)中，与预热循环热罐(22)流出的流体进行换热并吸收热量，降温后的流体流入预热循环冷罐(20)中并储存，预热后的气态二氧化碳进入压缩及热回收模块中，先经过压缩机升压升温，后经过储能侧集热器中，与压缩热循环冷罐(28)流出的流体进行换热并释放热量，吸热后的流体流入压缩热循环热罐(26)中储存，然后气态的二氧化碳经储能侧冷却模块进行冷凝形成液态二氧化碳，最终液态二氧化碳进入高压液态储罐(12)储存完成系统储能过程;
[0019]发电过程：高压液态储罐(12)中的液态二氧化碳通过增压泵(13)加压，加压后的二氧化碳进入发电侧回热器(14)中，与吸收压缩热循环热罐(26)流出的流体换热并吸收热量，降温的流体流入压缩热循环冷罐(28)储存，吸热后的二氧化碳经过补热模块再次吸收热量，提高超临界二氧化碳温度，后在透平发电机组(16)内膨胀做功，二氧化碳的压力和温度均降低，二氧化碳流经发电侧冷却模块后，进入发电侧集热器(18)中，与预热循环冷罐(20)流出的流体进行换热并释放显热，吸热后的流体流入预热循环热罐(22)储存，降温后的二氧化碳流入相变蓄冷器(3)的热侧，相变蓄冷器(3)内储冷工质释放潜热将二氧化碳液化，最终再经发电侧制冷模块充分冷凝后，输送至低压液态储罐(1)储存，系统完成放电过程。
[0020]优选地，还包括以下步骤：
[0021]在储能过程中：当外界空气温度高，二氧化碳经过储能侧空气冷却器(9)无法液化时，储能侧分流阀(10)开启第一分流支路，关闭第二分流支路，所有二氧化碳经储能侧冷水机组(11)充分冷凝液化后，再进入高压液态储罐(12)储存;当外界空气温度低，二氧化碳经过储能侧空气冷却器(9)能完全液化时，储能侧分流阀(10)开启第二分流支路，关闭第一分流支路，二氧化碳直接进入高压液态储罐(12)储存。
[0022]优选地，还包括以下步骤：
[0023]太阳能集热装置工作过程：太阳能高温导热油罐(34)中的高温导热油流出，通过太阳能高温导热油泵(35)输送到太阳能导热油换热器(15)中加热二氧化碳，提高二氧化碳进入透平发电机(16)组前的温度，换热后的导热油流入太阳能低温导热油罐(31)中储存，当光照充足时，太阳能低温导热油罐(31)中导热油流出通过太阳能低温导热油泵(32)输送至太阳能集热器(33)中吸收太阳能，升温后储存在太阳能高温导热油罐(34)中完成循环。
[0024]本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0025]本发明中，设置了相变蓄冷器，设置了补热模块为系统补入热量，设置了储能侧预热器、预热循环冷罐、预热循环热罐与发电侧集热器组成预热循环单元，设置了压缩及热回收模块(包括压缩机和储能侧集热器)、压缩热循环热罐、压缩热循环冷罐与发电侧回热器组成压缩及热回收循环单元，储能过程CO2从低压液态储罐释放，经过相变蓄冷器，能够充分吸收热量气化，并将气化过程产生的冷能存储相变介质当中，放电过程CO2经过相变蓄冷器，重新吸收相变介质存储的冷能实现液化，大幅减少了低压二氧化碳液化能耗，并在放电过程补热模块为系统补入热量，该热量可提高进入发电机组前的CO2的工作温度，而且在预热循环单元作用下，还会提高储能过程中进入压缩机前CO2的工作温度，并在压缩及热回收循环单元作用下，提高对放电过程中由高压液态储罐中流出的CO2的工作温度，从而整个系统实现高效热回收，使CO2能在更高温度区间做功，改善单位质量CO2的工作能力，提高系统峰值发电能力，进一步提高LCES系统工作灵活性,弥补电网调峰缺口，解决因高、低压液态储罐之间压比小而造成的充放电循环过程单位质量的CO2做功能力弱的问题。
[0026]本发明其他技术方案相对于现有技术还取得了以下技术效果：
[0027]1.本发明中，针对环境温度适配不同的冷却手段，夏季通过制冷机组冷却液化，冬季通过空气冷却液化，以较低的能耗实现不同场景高效液化存储。
[0028]2.本发明中，压缩及热回收模块包括多级串联设置的压缩及热回收组件，每级压缩及热回收组件均包括压缩机和储能侧集热器，使回收压缩热的过程分为多段，采用级间冷却，多股压缩热流汇集用于发电过程CO2加热，解决压缩过程与储能过程CO2压力差造成的换热不匹配现象。
[0029]3.本发明中，补热模块以太阳能聚光集热，集成太阳能补热实现了储能系统与可再生能源的耦合，增加可再生能源的使用场景，解决可再生能源出力波动提高稳定性，且该太阳能聚光集热利用导热油存储光热，导热油间接加热CO2，提高CO2工作温度，改善CO2做功能力，解决光照不确定性对系统发电带来的不稳定隐患。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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分析获得其他的附图。
[0031]图1为本发明实施例中补热型液态二氧化碳储能系统的结构示意图;
[0032]图2为本发明实施例中补热型液态二氧化碳储能系统冬季工作流程示意图;
[0033]图3为本发明实施例中补热型液态二氧化碳储能系统夏季工作流程示意图。
[0034]附图标记说明：1、低压液态储罐;2、低温膨胀阀;3、相变蓄冷器;4、储能侧预热器;5、第一压缩机;6、储能侧第一集热器;7、第二压缩机;8、储能侧第二集热器;9、储能侧空气冷却器;10、储能侧分流阀;11、储能侧冷水机组;12、高压液态储罐;13、增压泵;14、发电侧回热器;15、太阳能导热油换热器;16、透平发电机组;17、发电侧空气冷却器;18、发电侧集热器;19、发电侧低温制冷机组;20、预热循环冷罐;21、预热循环冷侧泵;22、预热循环热罐;23、预热循环热侧泵;24、压缩热循环冷侧第一泵;25、压缩热循环汇流阀;26、压缩热循环热罐;28、压缩热循环冷罐;29、压缩热循环分流阀;30、压缩热循环冷侧第二泵;31、太阳能低温导热油罐;32、太阳能低温导热油泵;33、太阳能集热器;34、太阳能高温导热油罐;35、太阳能高温导热油泵。
具体实施方式
[0035]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所分析获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]本发明的目的是提供一种补热型液态二氧化碳储能系统及使用方法，以解决现有技术存在的问题，在液态储罐、补热模块、预热循环单元以及压缩及热回收循环单元共同配合下，能够实现液态二氧化碳存储，提高系统储能密度和CO2工作温度，改善单位质量CO2的工作能力，解决因高、低压液态储罐之间压比小而造成的充放电循环过程单位质量的CO2做功能力弱的问题。
[0037]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0038]实施例1
[0039]如图1至图3所示，本实施例提供了一种补热型液态二氧化碳储能系统，包括低压液态储罐1、低温膨胀阀2、相变蓄冷器3、储能侧预热器4、压缩及热回收模块、储能侧冷却模块(参考附图标记9、10和11)、高压液态储罐12、增压泵13、发电侧回热器14、补热模块(参考附图标记15、31～35)、透平发电机组16、发电侧冷却模块(参考附图标记17)、发电侧集热器18、发电侧制冷模块(参考附图标记19)、预热循环冷罐20、预热循环热罐22、压缩热循环热罐26、压缩热循环冷罐28。低压液态储罐1和高压液态储罐12内分别储存着低压液态二氧化碳和高压液态二氧化碳。
[0040]其中低压液态储罐1的出口端通过低温膨胀阀2和相变蓄冷器3的冷侧的进口端连接。相变蓄冷器3的冷侧的出口端与储能侧预热器4的第一换热通路的进口端连接，储能侧预热器4的第一换热通路的出口端与压缩及热回收模块的进口端连接，压缩及热回收模块的出口端与储能侧冷却模块的进口端连接，储能侧冷却模块的出口端与高压液态储罐12的进口端连接。其中压缩及热回收模块包括至少一级压缩及热回收组件，每级压缩及热回收组件均包括一个压缩机和一个储能侧集热器，其中一个压缩机和一个储能侧集热器串联设置，且每级压缩及热回收组件中的压缩机和储能侧集热器均沿气流方向顺次设置。压缩及热回收组件的级别数量可根据需要设置，如设置两级压缩及热回收组件，具体参考第一压缩机5和储能侧第一集热器6和第二压缩机7和储能侧第二集热器8设置方式。
[0041]高压液态储罐12的出口端与增压泵13的进口端连接，增压泵13的出口端与发电侧回热器14的第一换热通路的进口端连接，发电侧回热器14的第一换热通路的出口端与补热模块的进口端连接，补热模块的出口端与透平发电机组16的进口端连接，透平发电机组16的出口端与相变蓄冷器3的热侧的进口端连接，相变蓄冷器3的热侧的出口端与发电侧制冷模块的进口端连接，发电侧制冷模块的出口端与低压液态储罐1的进口端连接。发电侧回热器14的第二换热通路的进口端通过压缩热循环热罐26与储能侧集热器的第二换热通路的出口端连接，发电侧回热器14的第二换热通路的出口端通过压缩热循环冷罐28与储能侧集热器的第二换热通路的进口端连接。压缩及热回收模块通过压缩热循环热罐26、压缩热循环冷罐28与发电侧回热器14组成了压缩及热回收循环单元。发电侧集热器18的第二换热通路的进口端通过预热循环冷罐20与储能侧预热器4的第二换热通路的出口端连接，发电侧集热器18的第二换热通路的出口端通过预热循环热罐22与储能侧预热器4的第二换热通路的进口端连接。储能侧预热器4通过预热循环冷罐20、预热循环热罐22与发电侧集热器18之间组成了预热循环单元。
[0042]工作原理：
[0043]储能过程：系统接受到电网储能调度指令后，系统在储能模式下运行，低压液态储罐1中的液态二氧化碳流出，进入低温膨胀阀2节流降低压力，流出低温膨胀阀2的二氧化碳进入相变蓄冷器3的冷侧中吸收热量并释放冷量，并将冷量以潜热的方式储存在相变蓄冷器3中，液态二氧化碳吸热后汽化成气态二氧化碳，气态二氧化碳进入储能侧预热器4中，与预热循环热罐22流出的流体进行换热并吸收热量，降温后的流体流入预热循环冷罐20中并储存，预热后的气态二氧化碳进入压缩及热回收模块中，先经过压缩机升压升温，后经过储能侧集热器中，与压缩热循环冷罐28流出的流体进行换热并释放热量，吸热后的流体流入压缩热循环热罐26中储存，然后气态的二氧化碳经储能侧冷却模块进行冷凝形成液态二氧化碳，最终液态二氧化碳进入高压液态储罐(12)储存完成系统储能过程;
[0044]发电过程：系统接受到电网发电调度指令后，系统在发电模式下运行，高压液态储罐12中的液态二氧化碳通过增压泵13加压，加压后的二氧化碳进入发电侧回热器14，与吸收压缩热循环热罐26流出的流体换热并吸收热量，降温的流体流入压缩热循环冷罐28储存，，吸热后的二氧化碳经过补热模块再次吸收热量，提高超临界二氧化碳温度，后在透平发电机组16内膨胀做功，二氧化碳的压力和温度均降低，二氧化碳流经发电侧冷却模块后，进入发电侧集热器18中，与预热循环冷罐20流出的流体进行换热并释放显热，吸热后的流体流入预热循环热罐22储存，降温后的二氧化碳流入相变蓄冷器3的热侧，相变蓄冷器3内储冷工质释放潜热将二氧化碳液化，最终再经发电侧制冷模块充分冷凝后，输送至低压液态储罐1储存，系统完成放电过程。
[0045]其中相变蓄冷器具体原理为：
[0046]在系统储能过程时，低温膨胀阀2开启，液态二氧化碳从低压液态储罐1释放，经低温膨胀阀2降低部分压力，饱和温度降低，二氧化碳以低于相变蓄冷器3内储冷工质的温度进入相变蓄冷器3的冷侧，通过间接换热的方式，二氧化碳吸热气化，相变蓄冷器3内储冷工质放热发生相变，由近液态变为近固态。在系统发电过程，气态二氧化碳经发电侧集热器18释放显热，降低温度后进入相变蓄冷器3的热侧，由于此时二氧化碳的压力高于储能过程的相变蓄冷器3的冷侧的二氧化碳压力，相变蓄冷器3内储冷工质的温度低于放电过程二氧化碳的饱和温度，储冷工质吸热发生相变，由近固态变为近液态，二氧化碳通过间接换热的方式，放热液化。
[0047]预热循环单元工作原理：
[0048]系统处于储能模式时，循环乙二醇水溶液工质从预热循环热罐22流出，输送到储能侧预热器4对二氧化碳进行预热，释放热量后的乙二醇水溶液进入预热循环冷罐20中储存;系统处于放电模式时，预热循环冷罐20中的乙二醇水溶液流出，输送至发电侧集热器18吸收二氧化碳显热，升温后输送至预热循环热罐22储存完成预热循环。
[0049]压缩及热回收循环单元工作原理：
[0050]系统处于储能模式时，压缩热循环冷罐28中低温水到储能侧集热器，回收压缩机的出口端的二氧化碳热量，然后流入压缩热循环热罐26中储存;系统处于放电模式时，高温水从压缩热循环热罐26流出，输送至发电侧回热器14释放热量，降低温度后流入压缩热循环冷罐28中储存，完成压缩热回收循环回路。
[0051]本补热型液态二氧化碳储能系统，通过补热模块为整个系统补入热量，提高CO2工作温度，改善单位质量CO2的工作能力，提高系统峰值发电能力，进一步提高LCES系统工作灵活性,弥补电网调峰缺口，解决因高、低压液态储罐之间压比小而造成的充放电循环过程单位质量的CO2做功能力弱的问题。在一实施方式中，储能侧冷却模块包括储能侧空气冷却器9、储能侧分流阀10以及储能侧冷水机组11。储能侧空气冷却器9的进气端与压缩及热回收模块连接。储能侧空气冷却器9的出气端通过储能侧分流阀10连接有第一分流支路和第二分流支路。第一分流支路和第二分流支路均与高压液态储罐12的进口端连接，储能侧冷水机组11的换热器连接在第一分流支路上。当然储能侧冷却模块也可以采用其他设置方式和其他装置。
[0052]储能侧冷却模块工作原理：
[0053]在储能过程中：当外界空气温度高(如夏季或其他季节中温度较高的日子，参考图3所示)，二氧化碳经过储能侧空气冷却器9无法液化时，储能侧分流阀10开启第一分流支路，关闭第二分流支路，所有二氧化碳经储能侧冷水机组11充分冷凝液化后，再进入高压液态储罐12储存;
[0054]当外界空气温度低(如冬季或其他季节中温度较低的日子，参考图2所示)，二氧化碳经过储能侧空气冷却器9能完全液化时，储能侧分流阀10开启第二分流支路，关闭第一分流支路，二氧化碳直接进入高压液态储罐12储存。
[0055]在一实施方式中，压缩及热回收模块包括多级压缩及热回收组件，多级压缩及热回收组件串联设置，每级压缩及热回收组件均包括压缩机和储能侧集热器。其中多级压缩及热回收组件的储能侧集热器的进液端通过压缩热循环分流阀29、压缩热循环冷侧泵与压缩热循环冷罐28连接，多级压缩及热回收组件的储能侧集热器的出液端通过压缩热循环汇流阀25与压缩热循环热罐26连接，首级的压缩及热回收组件的压缩机与储能侧预热器4连接，末级的压缩及热回收组件的储能侧集热器与储能侧冷却模块(如储能侧空气冷却器9)连接。
[0056]以下以压缩及热回收模块包括两级压缩及热回收组件为例：
[0057]具体的按照气流方向，两级压缩及热回收组件分为一级压缩及热回收组件和二级压缩及热回收组件。一级压缩及热回收组件包括串联设置的第一压缩机5和储能侧第一集热器6。二级压缩及热回收组件包括串联设置的第二压缩机7和储能侧第二集热器8。压缩热循环冷侧泵设有两个，分别为压缩热循环冷侧第一泵24和压缩热循环冷侧第二泵30。压缩热循环冷罐28通过压缩热循环分流阀29连接有第一循环支路和第二循环支路，第一循环支路通过压缩热循环冷侧第一泵24与储能侧第一集热器6的进口端连接，第二循环支路通过压缩热循环冷侧第二泵30与储能侧第二集热器8的进口端连接。储能侧第一集热器6的出口端连接由第三循环支路，储能侧第二集热器8的出口端连接由第四循环支路，第三循环支路和第四循环支路通过压缩热循环汇流阀25与压缩热循环热罐26连接。压缩热循环冷罐28释放流体时，会由第一循环支路、第二循环支路分别流入储能侧第一集热器6和储能侧第二集热器8。压缩热循环热罐26储存流体时，储能侧第一集热器6和储能侧第二集热器8的流体会由第三循环支路、第四循环支路汇集在压缩热循环汇流阀25中，然后由压缩热循环汇流阀25汇入压缩热循环热罐26。
[0058]在一实施方式中，发电侧冷却模块包括发电侧空气冷却器17。当然发电侧冷却模块也可以采用其他设置方式和其他装置。
[0059]在一实施方式中，发电侧制冷模块包括发电侧低温制冷机组19，发电侧低温制冷机组19的换热器连接在相变蓄冷器3的热侧和低压液态储罐1的进口端之间。当然发电侧制冷模块也可以采用其他设置方式和其他装置。
[0060]在一实施方式中，预热循环冷罐20通过预热循环冷侧泵21与发电侧集热器18(第二换热通路)连接。预热循环热罐22通过预热循环热侧泵23与储能侧预热器4(第二换热通路)连接。
[0061]在一实施方式中，补热模块采用太阳能集热装置。太阳能集热装置包括太阳能低温导热油罐31、太阳能低温导热油泵32、太阳能集热器33、太阳能高温导热油罐34、太阳能高温导热油泵35以及太阳能导热油换热器15，太阳能换热器36的第一换热通路连接在透平发电机组16和发电侧回热器14之间，太阳能换热器36的第二换热通路的出口端依次通过太阳能低温导热油罐31、太阳能低温导热油泵32与太阳能集热器33的进口端连接，太阳能集热器33的出口端依次通过太阳能高温导热油罐34、太阳能高温导热油泵35与太阳能换热器36的第二换热通路的进口端连接。此外，补热模块除了采用太阳能集热装置进行补热，也可以采用其他加热装置，如电加热装置等。
[0062]太阳能集热装置工作原理：太阳能集热装置工作过程：太阳能高温导热油罐34中的高温导热油流出，通过太阳能高温导热油泵35输送到太阳能导热油换热器15中加热二氧化碳，提高二氧化碳进入透平发电机组16前的温度，换热后的导热油流入太阳能低温导热油罐31中储存，当光照充足时，太阳能低温导热油罐31中导热油流出通过太阳能低温导热油泵32输送至太阳能集热器33中吸收太阳能，升温后储存在太阳能高温导热油罐34中完成循环。
[0063]实施例2
[0064]如图1至图3所示，本实施例提供了一种补热型液态二氧化碳储能系统使用方法，采用了实施例1中的补热型液态二氧化碳储能系统，包括以下步骤：
[0065]储能过程：低压液态储罐1中的液态二氧化碳流出，进入低温膨胀阀2节流降低压力，流出低温膨胀阀2的二氧化碳进入相变蓄冷器3的冷侧中吸收热量并释放冷量，并将冷量以潜热的方式储存在相变蓄冷器3中，液态二氧化碳吸热后汽化成气态二氧化碳，气态二氧化碳进入储能侧预热器4中，与预热循环热罐22流出的流体进行换热并吸收热量，降温后的流体流入预热循环冷罐20中并储存，预热后的气态二氧化碳进入压缩及热回收模块中，先经过压缩机升压升温，后经过储能侧集热器中，与压缩热循环冷罐28流出的流体进行换热并释放热量，吸热后的流体流入压缩热循环热罐26中储存，然后气态的二氧化碳经储能侧冷却模块进行冷凝形成液态二氧化碳，最终液态二氧化碳进入高压液态储罐(12)储存完成系统储能过程;
[0066]发电过程：高压液态储罐12中的液态二氧化碳通过增压泵13加压，加压后的二氧化碳进入发电侧回热器14中，与吸收压缩热循环热罐26流出的流体换热并吸收热量，降温的流体流入压缩热循环冷罐28储存，吸热后的二氧化碳经过补热模块再次吸收热量，提高超临界二氧化碳温度，后在透平发电机组16内膨胀做功，二氧化碳的压力和温度均降低，二氧化碳流经发电侧冷却模块后，进入发电侧集热器18中，与预热循环冷罐20流出的流体进行换热并释放显热，吸热后的流体流入预热循环热罐22储存，降温后的二氧化碳流入相变蓄冷器3的热侧，相变蓄冷器3内储冷工质释放潜热将二氧化碳液化，最终再经发电侧制冷模块充分冷凝后，输送至低压液态储罐1储存，系统完成放电过程。
[0067]在一实施方式中，具体的采用了实施例1中的补热型液态二氧化碳储能系统，该补热型液态二氧化碳储能系统中的储能侧冷却模块包括储能侧空气冷却器9、储能侧分流阀10以及储能侧冷水机组11。使用方法还包括以下步骤：
[0068]在储能过程中：当外界空气温度高，二氧化碳经过储能侧空气冷却器9无法液化时，储能侧分流阀10开启第一分流支路，关闭第二分流支路，所有二氧化碳经储能侧冷水机组11充分冷凝液化后，再进入高压液态储罐12储存;当外界空气温度低，二氧化碳经过储能侧空气冷却器9能完全液化时，储能侧分流阀10开启第二分流支路，关闭第一分流支路，二氧化碳直接进入高压液态储罐12储存。
[0069]在一实施方式中，具体的采用了实施例1中的补热型液态二氧化碳储能系统，该补热型液态二氧化碳储能系统中，补热模块采用太阳能集热装置。使用方法还包括以下步骤：
[0070]太阳能集热装置工作过程：太阳能高温导热油罐34中的高温导热油流出，通过太阳能高温导热油泵35输送到太阳能导热油换热器15中加热二氧化碳，提高二氧化碳进入透平发电机组16前的温度，换热后的导热油流入太阳能低温导热油罐31中储存，当光照充足时，太阳能低温导热油罐31中导热油流出通过太阳能低温导热油泵32输送至太阳能集热器33中吸收太阳能，升温后储存在太阳能高温导热油罐34中完成循环。
[0071]本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
说明书附图(3)
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“补热型液态二氧化碳储能系统及使用方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：华北电力大学
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