阅读说明：本技术 一种跨临界co2发电驱动的热泵储能系统 (Transcritical CO2Heat pump energy storage system driven by power generation ) 是由 刘方 刘丹 余妍 张永煜 于 2020-04-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种跨临界CO<Sub>2</Sub>发电驱动的热泵储能系统,包括：太阳能收集组件,包括用于收集太阳能的太阳能集热器、通过管道与太阳能集热器构成循环连接的储油箱和油泵；跨临界CO<Sub>2</Sub>发电驱动组件,包括内部通过有管道的第一蒸发器、与第一蒸发器连接的透平膨胀机、与透平膨胀机连接的回热器、与回热器连接的冷凝器、与冷凝器连接的工质泵以及与工质泵连接的第二蒸发器；以及热泵储能组件,包括与透平膨胀机连接的压缩机、与压缩机连接的气体冷却器、与气体冷却器连接的储热罐、与压缩机连接的第三蒸发器、与第三蒸发器连接的储冷罐、与气体冷却器连接并与第三蒸发器连接的喷射器以及与喷射器连接的气液分离器。(The invention provides a trans-critical CO 2 A power generation driven heat pump energy storage system comprising: the solar energy collecting assembly comprises a solar heat collector for collecting solar energy and an oil storage which is in circulating connection with the solar heat collector through a pipelineA tank and an oil pump; transcritical CO 2 The power generation driving assembly comprises a first evaporator, a turboexpander, a heat regenerator, a condenser, a working medium pump and a second evaporator, wherein the first evaporator is internally provided with a pipeline; and the heat pump energy storage assembly comprises a compressor connected with the turboexpander, a gas cooler connected with the compressor, a heat storage tank connected with the gas cooler, a third evaporator connected with the compressor, a cold storage tank connected with the third evaporator, an ejector connected with the gas cooler and connected with the third evaporator and a gas-liquid separator connected with the ejector.)

一种跨临界CO2发电驱动的热泵储能系统

技术领域

本发明属于新能源发电储能技术领域，具体涉及一种跨临界CO₂发电驱动的热泵储能系统。

背景技术

现有技术中的双模式跨临界CO₂热泵储能系统，可以提高热泵性能效率，并且可以大大提高可再生能源在综合能源系统中的渗透率。但其热泵的用电仍然来自于电网，电能来源过于单一且使用传统的燃煤电能不利于环保。利用低品位能发电驱动热泵储能系统中的压缩机做功，有利于节能环保。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种跨临界CO₂发电驱动的热泵储能系统。

本发明提供了一种跨临界CO₂发电驱动的热泵储能系统，具有这样的特征，包括：太阳能收集组件，包括用于收集太阳能的太阳能集热器、通过管道与太阳能集热器构成循环连接的储油箱和油泵；跨临界CO₂发电驱动组件，包括内部通过有管道的第一蒸发器、与第一蒸发器连接的透平膨胀机、与透平膨胀机连接的回热器、与回热器连接的冷凝器、与冷凝器连接的工质泵以及与工质泵连接的第二蒸发器；以及热泵储能组件，包括与透平膨胀机连接的压缩机、与压缩机连接的气体冷却器、与气体冷却器连接的储热罐、与压缩机连接的第三蒸发器、与第三蒸发器连接的储冷罐、与气体冷却器连接并与第三蒸发器连接的喷射器以及与喷射器连接的气液分离器，其中，工质泵和第二蒸发器之间还连接有回热器，太阳能集热器、储油箱以及油泵构成第一循环子系统，第一循环子系统中的循环介质为导热油，通过太阳能集热器收集太阳能热量来对管道中的导热油进行加热，第一蒸发器、透平膨胀机、回热器、冷凝器、工质泵以及第二蒸发器构成第二循环子系统，第二循环子系统中的循环介质为CO₂，通过第一蒸发器或第二蒸发器将CO₂加热成为高温超临界CO₂工质来推动透平膨胀机做功，第二蒸发器与第一蒸发器之间还设有第一蒸发器入口气动门，第一蒸发器与透平膨胀机之间还设置有气动门和气动调门，通过控制气动调门的开度大小来调整流体流量，进而调整透平膨胀机与压缩机的出力，第二循环子系统中还设有一条支路，支路的一端连接于第二蒸发器与第一蒸发器入口气动门之间，支路的一端连接于第一蒸发器与气动门之间，支路中还设有第一蒸发器旁路气动门，压缩机、气体冷却器、第三蒸发器、喷射器以及气液分离器构成第三循环子系统，第三循环子系统中的循环介质为CO₂，压缩机由透平膨胀机驱动进行做功来对CO₂进行升温加压，升温加压后的CO₂进入气体冷却器与储热介质换热存储热量，随后CO₂降温排出，通过喷射器进入气液分离器进行气液分离，气态CO₂进入压缩机，液态CO₂进入第三蒸发器吸收空气中热量变成气态，再被引射回喷射器，形成循环，热量储存在储热罐中，第三蒸发器中的冷量储存在储冷罐中。

在本发明提供的跨临界CO₂发电驱动的热泵储能系统中，还可以具有这样的特征：其中，储油箱还连接有用于注入导热油的注油手动一次门以及与注油手动一次门连接的注油手动二次门，储油箱还连接有用于排污的储油箱排污一次门以及与储油箱排污一次门连接的储油箱排污二次门。

在本发明提供的跨临界CO₂发电驱动的热泵储能系统中，还可以具有这样的特征：其中，油泵与太阳能集热器之间的管道中还连接有用于排气的管道放气一次门以及与管道放气一次门连接的管道放气二次门。

在本发明提供的跨临界CO₂发电驱动的热泵储能系统中，还可以具有这样的特征：其中，第二循环子系统通过采用太阳能、风能、地热能、核能、工业废热或矿石燃料进行互补发电。

在本发明提供的跨临界CO₂发电驱动的热泵储能系统中，还可以具有这样的特征：其中，透平膨胀机的轴与压缩机的轴相连接，使得透平膨胀机做功时带动压缩机进行做功。

在本发明提供的跨临界CO₂发电驱动的热泵储能系统中，还可以具有这样的特征：其中，第二蒸发器连接有备用热源，当太阳能热量不足时，检查备用热源的温度是否满足系统运行，当温度满足时，关闭第一蒸发器入口气动门，并打开第一蒸发器旁路气动门，将备用热源投入运行，当温度不满足时，禁止启动备用热源。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的一种跨临界CO₂发电驱动的热泵储能系统，因为能够通过采用太阳能、风能、地热能、核能、工业废热或矿石燃料进行互补发电来驱动压缩机，所以能够节省传统的燃煤电能，实现了可再生能源冷热电三联供，可以提高间歇式可再生能源在综合能源系统中的渗透率，有利于环保；因为设有储冷罐和储热罐对冷量和热量进行储存，所以能够满足间歇式供冷供热的需求，效率高，灵活性好；因为通过透平膨胀机驱动压缩机工作，能够比直接电机驱动压缩机更加节省电能，所以能够有效提高热泵储能系统的COP；因为在CO₂工质进入透平膨胀机前设有气动门和气动调门，所以能够通过控制气动调门的开度大小来调整流体流量，从而简单便捷地改变透平膨胀机与压缩机的出力。

附图说明

图1是本发明的实施例中的一种跨临界CO₂发电驱动的热泵储能系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。

本实施例提供了一种跨临界CO₂发电驱动的热泵储能系统，包括太阳能收集组件、跨临界CO₂发电驱动组件、热泵储能组件。

太阳能收集组件包括用于收集太阳能的太阳能集热器11、通过管道与太阳能集热器11构成循环连接的储油箱12和油泵13。

储油箱12还连接有用于注入导热油的注油手动一次门121以及与注油手动一次门121连接的注油手动二次门122，

储油箱12还连接有用于排污的储油箱排污一次门123以及与储油箱排污一次门123连接的储油箱排污二次门124。

油泵13与太阳能集热器11之间的管道中还连接有用于排气的管道放气一次门14以及与管道放气一次门14连接的管道放气二次门15。

跨临界CO₂发电驱动组件包括内部通过有管道的第一蒸发器21、与第一蒸发器21连接的透平膨胀机22、与透平膨胀机22连接的回热器23、与回热器连接的冷凝器24、与冷凝器24连接的工质泵25以及与工质泵25连接的第二蒸发器26。

工质泵25和第二蒸发器26之间还连接有回热器23。

热泵储能组件包括与透平膨胀机22连接的压缩机31、与压缩机31连接的气体冷却器32、与气体冷却器32连接的储热罐33、与压缩机31连接的第三蒸发器34、与第三蒸发器34连接的储冷罐35、与气体冷却器32连接并与第三蒸发器34连接的喷射器36以及与喷射器36连接的气液分离器37。

透平膨胀机22的轴与压缩机31的轴相连接，使得透平膨胀机22做功时带动压缩机31进行做功。

太阳能集热器11、储油箱12以及油泵13构成第一循环子系统，第一循环子系统中的循环介质为导热油，通过太阳能集热器11收集太阳能热量来对管道中的导热油进行加热。

第一蒸发器21、透平膨胀机22、回热器23、冷凝器24、工质泵25以及第二蒸发器26构成第二循环子系统，第二循环子系统中的循环介质为CO₂，通过第一蒸发器21或第二蒸发器26将CO₂加热成为高温超临界CO₂工质来推动透平膨胀机22做功，

第二蒸发器26与第一蒸发器21之间还设有第一蒸发器入口气动门211，

第一蒸发器21与透平膨胀机22之间还设置有气动门27和气动调门28，

通过控制气动调门28的开度大小来调整流体流量，进而调整透平膨胀机22与压缩机31的出力，

第二循环子系统中还设有一条支路，支路的一端连接于第二蒸发器26与第一蒸发器入口气动门211之间，支路的一端连接于第一蒸发器21与气动门27之间，支路中还设有第一蒸发器旁路气动门29。

第二蒸发器26连接有备用热源261，当太阳能热量不足时，检查备用热源261的温度是否满足系统运行，当温度满足时，关闭第一蒸发器入口气动门211，并打开第一蒸发器旁路气动门29，将备用热源261投入运行，当温度不满足时，禁止启动备用热源261。

第二循环子系统通过采用太阳能、风能、地热能、核能、工业废热或矿石燃料进行互补发电，该第二循环子系统也可为布雷顿循环系统或朗肯循环系统。

压缩机31、气体冷却器32、第三蒸发器34、喷射器36以及气液分离器37构成第三循环子系统，第三循环子系统中的循环介质为CO₂，压缩机31由透平膨胀机22驱动进行做功来对CO₂进行升温加压，升温加压后的CO₂进入气体冷却器32与储热介质换热存储热量，随后CO₂降温排出，通过喷射器36进入气液分离器37进行气液分离，气态CO₂进入压缩机31，液态CO₂进入第三蒸发器34吸收空气中热量变成气态，再被引射回喷射器36，形成循环，热量储存在储热罐33中，第三蒸发器34中的冷量储存在储冷罐35中。

本实施例中的跨临界CO₂发电驱动的热泵储能系统100的工作过程如下：

首先，在第一循环子系统中，对太阳能收集组件进行注油排气，关闭储储油箱排污一次门123和储油箱排污二次门124，打开管道放气一次门14和管道放气二次门15，打开注油手动一次门121和注油手动二次门122，待管道放气一次门14和管道放气二次门15见油后，依次关闭管道放气二次门15和管道放气一次门14，启动油泵13，检查太阳能收集组件运行情况。

其次，在第二循环子系统中，待太阳能收集组件中的导热油温度达到要求时，关闭第一蒸发器旁路气动门29，打开第一蒸发器入口气动门211，打开气动门27，导热油经过第二蒸发器26将循环介质CO₂加热成为高温超临界CO₂工质，之后高温高压的CO₂工质进入透平膨胀机做功，从而驱动压缩机31做功。经过透平膨胀机22做完功后的乏气进入回热器23放热，再进入冷凝器24冷却，变成了低温低压的CO₂，低温低压的CO₂工质经过工质泵25打压成为高压超临界CO₂工质，之后进入回热器23回收乏气的热量，从而进一步升温，最后进入第二蒸发器26形成循环，循环过程中可通过控制气动调门28开度大小来调整流体流量，进而改变透平膨胀机22与压缩机31的出力。

最后，在第三循环子系统中，CO₂工质进入压缩机31温度压力升高，之后进入气体冷却器32与水换热形成热水储存在储热罐33中；经气体冷却器32后CO₂工质降温排出，进入喷射器36，随后气液两相的CO₂工质进入气液分离器37，气态CO₂工质进入压缩机31，液体CO₂工质进入第三蒸发器34吸收空气中热量变成气态，最后被引射回喷射器36，形成循环，第三蒸发器34中的冷水储存在储冷罐35中。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的一种跨临界CO₂发电驱动的热泵储能系统，因为能够通过采用太阳能、风能、地热能、核能、工业废热或矿石燃料进行互补发电来驱动压缩机，所以能够节省传统的燃煤电能，实现了可再生能源冷热电三联供，可以提高间歇式可再生能源在综合能源系统中的渗透率，有利于环保；因为设有储冷罐和储热罐对冷量和热量进行储存，所以能够满足间歇式供冷供热的需求，效率高，灵活性好；因为通过透平膨胀机驱动压缩机工作，能够比直接电机驱动压缩机更加节省电能，所以能够有效提高热泵储能系统的COP；因为在CO₂工质进入透平膨胀机前设有气动门和气动调门，所以能够通过控制气动调门的开度大小来调整流体流量，从而简单便捷地改变透平膨胀机与压缩机的出力。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。