一种基于吸收式制冷与能量平衡调控的二氧化碳储能系统

本发明属于能源综合利用，涉及一种基于吸收式制冷与能量平衡调控的二氧化碳储能系统。

背景技术：

1、随着可再生能源装机规模的持续扩大和电网对灵活性调节资源需求的日益增长，兼具削峰填谷、功率平衡及多品位能源供应能力的储能系统已成为新型电力系统的重要组成部分。二氧化碳因其临界参数适中、密度高、传热性能优良且系统布置紧凑等特点，被广泛应用于压缩储能、热泵蓄热及低温蓄冷等能量转换环节，依托二氧化碳构建的储能系统可同步实现电能存储、热能储存与冷量储备，是适配工业园区、商业片区等冷热电联供场景的储能技术路线之一，相关系统已逐步开展工程化应用。

2、目前，现有二氧化碳储能系统包括储能单元、释能单元、供热单元与供冷单元。其中，储能单元包括压缩机、膨胀机、热罐与冷罐，释能单元包括增压泵、加热器、透平与冷凝器，储能时，利用低谷电能驱动压缩机压缩二氧化碳，压缩升温后的二氧化碳将热量释放，并通过储热介质将热量储存至热罐，热罐内存储的热量供给释能单元的加热器，并通过供热单元向用户侧供热，完成放热后的二氧化碳进入膨胀机做功并降温，制取的冷量通过储冷介质储存于冷罐，冷罐内存储的冷量分别供给释能单元的冷凝器，并通过供冷单元向用户侧供冷，释能时，循环工质二氧化碳经增压泵增压后，进入加热器加热，随后送入透平膨胀做功以驱动透平发电，透平排出的二氧化碳进入冷凝器中冷凝复位后再次循环。

3、然而，由于热量与冷量需要同时供给释能单元与用户，而存储的热量与冷量有限，供需负荷波动或者发电需求提升时易出现冷热介质分配不均，导致发电出力与用户冷热供给相互制约，造成机组工况恶化，影响系统运行稳定性，降低能源综合利用效率与多能负荷适配能力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于吸收式制冷与能量平衡调控的二氧化碳储能系统，能够降低冷热介质分配不均带来的不利影响，保障系统运行稳定性，提升能源综合利用效率与多能负荷适配能力。

2、为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

3、一种基于吸收式制冷与能量平衡调控的二氧化碳储能系统，包括储能单元与释能单元，储能单元包括热罐与蓄冷罐，释能单元包括首尾依次连接的第一增压泵、加热器、第一透平与第一冷凝器，热罐与加热器连接，蓄冷罐与第一冷凝器连接，还包括：

4、级间回热冷凝单元，包括回热器、第二透平与第二冷凝器，回热器的第一流路接于第一增压泵与加热器之间，回热器的第二流路接于第一透平与第二透平之间，第二冷凝器接于第二透平与第一冷凝器之间，利用第一透平排出工质的余热在回热器内对第一增压泵输出的二氧化碳进行预热，并利用第二冷凝器对第二透平排出的二氧化碳进行前级冷凝；

5、吸收式制冷单元，分别与热罐、第二冷凝器连接，用于利用热罐存储的热量制备冷量，并将制备的冷量输送至第二冷凝器；

6、平衡调控单元，用于控制热罐中储热介质进入加热器与吸收式制冷单元的比例，并调节蓄冷罐供给第一冷凝器的储冷介质温度。

7、本发明的特点还在于：

8、其中平衡调控单元包括分流调节模块、能量平衡模块与控制模块，分流调节模块设置于热罐出口，能量平衡模块设置于蓄冷罐与第一冷凝器之间，控制模块分别与分流调节模块、能量平衡模块电连接，用于控制分流调节模块的开度以调节储热介质的分配比例，并控制能量平衡模块的制冷功率以调节储冷介质温度。

9、其中分流调节模块为电动三通调节阀、比例调节阀或由多个电动调节阀组成的分流阀组中的任意一种。

10、其中能量平衡模块为变频蒸气压缩制冷机组、可逆热泵与机械过冷机组中的一种。

11、其中储能单元还包括首尾依次连接的第一压缩机、第一换热器、第一膨胀机与第一蒸发器以及依次连接的第二压缩机、冷却器与第二膨胀机，第二膨胀机的出口、第二压缩机的进口分别与第一换热器连接，冷却器的第一进口连接有第一冷罐，冷却器的第一出口与热罐的进口连接，第一蒸发器与蓄冷罐连接。

12、其中第一换热器与第二压缩机之间设置有预热器。

13、其中吸收式制冷单元包括热交换器以及依次连接的发生器、第三冷凝器、第二膨胀阀、第二蒸发器与吸收器，热交换器的第一进口与发生器的第一出口连接，热交换器的第一出口与吸收器的第一进口通过第一膨胀阀连接，热交换器的第二进口与吸收器的第一出口通过第二增压泵连接，热交换器的第二出口与发生器的第一进口连接，发生器与热罐连接，第二蒸发器与第二冷凝器连接。

14、其中第二蒸发器与第二冷凝器之间设置有第二冷罐，第二冷罐的进口与第二蒸发器的第一出口连接，第二冷罐的出口与第二冷凝器的第一进口连接，第二冷凝器的第一出口与第二蒸发器的第一进口连接。

15、其中蓄冷罐连接有供冷单元，供冷单元与第二冷罐连接。

16、其中第一冷罐与热罐之间设置有第二换热器，第二换热器的第一出口与第一冷罐连接，第二换热器的第一进口分别与加热器、发生器连接。

17、其中热罐连接有供热单元，供热单元与第二换热器连接。

18、本发明的一种基于吸收式制冷与能量平衡调控的二氧化碳储能系统具有以下优点：

19、本发明通过级间回热冷凝单元中回热器将第一透平排出工质的余热用于对第一增压泵输出的二氧化碳进行预热，配合第二透平的继续膨胀做功以及第二冷凝器对第二透平排出二氧化碳的前级冷凝，使得高温工质的热量在释能单元内部得到接力利用，在提升做功能力的同时减少了外部供热负担对热罐储热量的消耗，同时，吸收式制冷单元利用热罐存储的热量制备冷量并输送至第二冷凝器，平衡调控单元控制热罐中储热介质进入加热器与吸收式制冷单元的比例并调节蓄冷罐供给第一冷凝器的储冷介质温度，使得系统在变工况条件下能够依据实时需求动态调整储热介质在发电与制冷之间的分配以及储冷介质对终端冷凝的供给温度，从而降低冷热介质分配不均带来的不利影响，保障系统运行稳定性，提升能源综合利用效率与多能负荷适配能力。

1.一种基于吸收式制冷与能量平衡调控的二氧化碳储能系统，包括储能单元与释能单元，所述储能单元包括热罐与蓄冷罐，所述释能单元包括首尾依次连接的第一增压泵、加热器、第一透平与第一冷凝器，所述热罐与加热器连接，所述蓄冷罐与第一冷凝器连接，其特征在于，还包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于吸收式制冷与能量平衡调控的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述平衡调控单元包括分流调节模块、能量平衡模块与控制模块，所述分流调节模块设置于热罐出口，所述能量平衡模块设置于蓄冷罐与第一冷凝器之间，所述控制模块分别与分流调节模块、能量平衡模块电连接，用于控制分流调节模块的开度以调节储热介质的分配比例，并控制能量平衡模块的制冷功率以调节储冷介质温度。

3.根据权利要求2所述的一种基于吸收式制冷与能量平衡调控的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述分流调节模块为电动三通调节阀、比例调节阀或由多个电动调节阀组成的分流阀组中的任意一种。

4.根据权利要求2所述的一种基于吸收式制冷与能量平衡调控的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述能量平衡模块为变频蒸气压缩制冷机组、可逆热泵与机械过冷机组中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种基于吸收式制冷与能量平衡调控的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述储能单元还包括首尾依次连接的第一压缩机、第一换热器、第一膨胀机与第一蒸发器以及依次连接的第二压缩机、冷却器与第二膨胀机，所述第二膨胀机的出口、第二压缩机的进口分别与第一换热器连接，所述冷却器的第一进口连接有第一冷罐，所述冷却器的第一出口与热罐的进口连接，所述第一蒸发器与蓄冷罐连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于吸收式制冷与能量平衡调控的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述第一换热器与第二压缩机之间设置有预热器。

7.根据权利要求5所述的一种基于吸收式制冷与能量平衡调控的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述吸收式制冷单元包括热交换器以及依次连接的发生器、第三冷凝器、第二膨胀阀、第二蒸发器与吸收器，所述热交换器的第一进口与发生器的第一出口连接，所述热交换器的第一出口与吸收器的第一进口通过第一膨胀阀连接，所述热交换器的第二进口与吸收器的第一出口通过第二增压泵连接，所述热交换器的第二出口与发生器的第一进口连接，所述发生器与热罐连接，所述第二蒸发器与第二冷凝器连接。

8.根据权利要求7所述的一种基于吸收式制冷与能量平衡调控的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述第二蒸发器与第二冷凝器之间设置有第二冷罐，所述第二冷罐的进口与第二蒸发器的第一出口连接，所述第二冷罐的出口与第二冷凝器的第一进口连接，所述第二冷凝器的第一出口与第二蒸发器的第一进口连接。

9.根据权利要求8所述的一种基于吸收式制冷与能量平衡调控的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述蓄冷罐连接有供冷单元，所述供冷单元与第二冷罐连接。

10.根据权利要求8所述的一种基于吸收式制冷与能量平衡调控的二氧化碳储能系统，其特征在于，所述第一冷罐与热罐之间设置有第二换热器，所述第二换热器的第一出口与第一冷罐连接，所述第二换热器的第一进口分别与加热器、发生器连接，所述第二换热器接有供热单元，所述供热单元与热罐连接。