本發(fā)明屬于熱能存儲轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超臨界工質(zhì)定壓儲能系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
能源的利用一直都是社會發(fā)展的關(guān)鍵性問題。隨著現(xiàn)代社會對能源需求的不斷提升，人們愈發(fā)關(guān)注能源供給端和消費端的平衡問題。人們或系統(tǒng)對能源的要求不僅局限于需求量的大小，而且還要求調(diào)控能源在使用時間的差異變化。能量儲存技術(shù)是有效解決能源供需矛盾的措施，具體來說，是一種將富余的能量儲存起來，并在需要時緩解能源緊缺的方法。能量儲存技術(shù)能達(dá)到削峰平谷，合理利用資源的目的，完成能源的高效利用。目前，壓縮空氣儲能技術(shù)是一種被廣泛應(yīng)用的能量儲存技術(shù)，通過對空氣的壓縮實現(xiàn)存儲能量的目的。在壓縮空氣儲能技術(shù)中，由于空氣的密度較小，壓縮耗功大，存儲體積較大。超臨界co2具有更高的密度，有助于降低壓縮耗功，同時大大減少存儲空間，增加系統(tǒng)的緊湊性和靈活性。
(200910225252.3)公布了一種基于超臨界過程的新型空氣儲能系統(tǒng)，緩解壓縮空氣儲能系統(tǒng)面臨的問題，并與各類電站配合應(yīng)用。(201210518522.1)公布了一種新型流程的超臨界空氣儲能/釋能系統(tǒng)，實現(xiàn)與各種電站的廣泛配合，顯著提高了系統(tǒng)效率。(201410752892.0)公布了一種以co2為工作介質(zhì)的定壓型儲能系統(tǒng)，收集co2壓縮過程中的熱量，并利用到無補充熱量的系統(tǒng)中，以達(dá)到提高系統(tǒng)的效率的目的。(201310382394.7)公布了一種以co2為工作介質(zhì)的壓縮氣體儲能系統(tǒng)，以實現(xiàn)定壓/定容的儲能/釋能的轉(zhuǎn)換。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是：提供一種超臨界工質(zhì)定壓儲能系統(tǒng)，將富余能量以超臨界流體工質(zhì)的形式儲存到儲能器的超臨界段中，解決能量供給端和消費端不平衡的問題，提高能源利用效率，減少了存儲空間，增強了系統(tǒng)的緊湊性和靈活性。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種超臨界工質(zhì)定壓儲能系統(tǒng)，包括：超臨界段工質(zhì)腔(1)、非等截面活塞組件(2)、亞臨界段工質(zhì)腔(3)、兩相工質(zhì)罐(4)、可調(diào)恒溫箱(5)、亞臨界液態(tài)工質(zhì)(6)、亞臨界氣態(tài)工質(zhì)(7)、超臨界系統(tǒng)連接管(8)、超臨界段工質(zhì)腔溫度傳感器(9)、超臨界段工質(zhì)腔壓力傳感器(10)、亞臨界段工質(zhì)腔溫度傳感器(11)、亞臨界段工質(zhì)腔壓力傳感器(12)、兩相工質(zhì)罐溫度傳感器(13)、兩相工質(zhì)罐壓力傳感器(14)、可調(diào)恒溫箱溫度傳感器(15)；
所述超臨界段工質(zhì)腔(1)通過所述超臨界系統(tǒng)連接管(8)與外部超臨界系統(tǒng)連接，當(dāng)外部超臨界系統(tǒng)和超臨界段工質(zhì)的壓力高于超臨界工質(zhì)定壓儲能系統(tǒng)設(shè)定的壓力時，所述非等截面活塞組件(2)向所述亞臨界段工質(zhì)腔(3)側(cè)移動；當(dāng)外部超臨界系統(tǒng)和超臨界段工質(zhì)的壓力低于超臨界工質(zhì)定壓儲能系統(tǒng)設(shè)定的壓力時，所述非等截面活塞組件(2)向所述超臨界段工質(zhì)腔(1)側(cè)移動；
所述非等截面活塞組件(2)與超臨界段工質(zhì)腔(1)、亞臨界段工質(zhì)腔(3)的腔體間的密封采用油膜密封方式；所述非等截面活塞組件(2)沿滑動方向的兩端面及側(cè)面由保溫隔熱材料制成；所述非等截面活塞組件(2)用于將所述超臨界段工質(zhì)腔(1)與所述亞臨界段工質(zhì)腔(3)分隔開，并且能夠根據(jù)所述超臨界段工質(zhì)腔(1)與所述亞臨界段工質(zhì)腔(3)的壓力變化，在所述超臨界段工質(zhì)腔(1)側(cè)與所述亞臨界段工質(zhì)腔(3)側(cè)之間移動；所述非等截面活塞組件(2)兩側(cè)截面比值根據(jù)超臨界工質(zhì)定壓儲能系統(tǒng)設(shè)計儲能壓力和設(shè)計可調(diào)恒溫箱溫度確定；對于固定的兩側(cè)截面比值，通過調(diào)節(jié)所述兩相工質(zhì)罐(4)溫度實現(xiàn)對所述亞臨界段工質(zhì)腔(3)與所述超臨界段工質(zhì)腔(1)工作時的工質(zhì)壓力；
所述亞臨界段工質(zhì)腔溫度傳感器(11)用于監(jiān)測所述亞臨界段工質(zhì)腔(3)內(nèi)的溫度；
所述亞臨界段工質(zhì)腔壓力傳感器(12)用于監(jiān)測所述亞臨界段工質(zhì)腔(3)內(nèi)的壓力；
所述亞臨界段工質(zhì)腔(3)一側(cè)通過所述非等截面活塞組件(2)與所述超臨界段工質(zhì)腔(1)連接，一側(cè)與兩相工質(zhì)罐(4)連接，用于存儲亞臨界工質(zhì)；
所述可調(diào)恒溫箱(5)用于為所述兩相工質(zhì)罐(4)提供恒定的溫度環(huán)境；
所述亞臨界氣態(tài)工質(zhì)(7)與亞臨界段工質(zhì)腔(3)直通，當(dāng)恒定溫度下亞臨界段工質(zhì)腔(3)的壓力低于超臨界工質(zhì)定壓儲能系統(tǒng)設(shè)定值時，部分轉(zhuǎn)化成所述亞臨界液態(tài)工質(zhì)(6)；
所述亞臨界液態(tài)工質(zhì)(6)用于實現(xiàn)亞臨界段工質(zhì)的液態(tài)存儲，當(dāng)恒定溫度下亞臨界段工質(zhì)腔(3)的壓力高于超臨界工質(zhì)定壓儲能系統(tǒng)設(shè)定值時，部分轉(zhuǎn)化成所述亞臨界氣態(tài)工質(zhì)(7)；
所述兩相工質(zhì)罐(4)與所述亞臨界段工質(zhì)腔(3)連接，用于實現(xiàn)對亞臨界段工質(zhì)的存儲，當(dāng)外部超臨界系統(tǒng)工質(zhì)盈余時，外部超臨界系統(tǒng)工質(zhì)進(jìn)入超臨界段工質(zhì)腔(1)，非等截面活塞組件向亞臨界段工質(zhì)腔(3)滑動，推動亞臨界氣態(tài)工質(zhì)進(jìn)入兩相工質(zhì)罐(4)，部分氣態(tài)工質(zhì)液化，使得非等截面活塞組件重新達(dá)到受力平衡，維持外部超臨界系統(tǒng)和超臨界段工質(zhì)腔(1)內(nèi)工質(zhì)壓力不變；當(dāng)外部超臨界系統(tǒng)工質(zhì)匱乏時，超臨界段工質(zhì)腔(1)工質(zhì)進(jìn)入外部超臨界系統(tǒng)，非等截面活塞組件(2)向超臨界段工質(zhì)腔(3)滑動，帶動亞臨界氣態(tài)工質(zhì)流出兩相工質(zhì)罐(4)，部分液態(tài)工質(zhì)汽化，使得非等截面活塞組件重新達(dá)到受力平衡，維持外部超臨界系統(tǒng)和超臨界段工質(zhì)腔(1)內(nèi)工質(zhì)壓力不變；
所述超臨界系統(tǒng)連接管(8)用以實現(xiàn)超臨界工質(zhì)定壓儲能系統(tǒng)與外部超臨界系統(tǒng)連接，將外部超臨界態(tài)工質(zhì)引入超臨界工質(zhì)定壓儲能系統(tǒng)；
超臨界段工質(zhì)腔溫度傳感器(9)用于監(jiān)測所述超臨界段工質(zhì)腔(1)內(nèi)的溫度；
超臨界段工質(zhì)腔壓力傳感器(10)用于監(jiān)測所述超臨界段工質(zhì)腔(1)內(nèi)的壓力；
兩相工質(zhì)罐溫度傳感器(13)用于監(jiān)測所述兩相工質(zhì)罐(4)內(nèi)的溫度；
兩相工質(zhì)罐壓力傳感器(14)用于監(jiān)測所述兩相工質(zhì)罐(4)內(nèi)的壓力；
可調(diào)恒溫箱溫度傳感器(15)用于監(jiān)測所述可調(diào)恒溫箱(5)內(nèi)的溫度。
更進(jìn)一步地，所述超臨界段工質(zhì)腔(1)、所述亞臨界段工質(zhì)腔(3)、所述兩相工質(zhì)罐(4)內(nèi)的工質(zhì)與外部超臨界系統(tǒng)工質(zhì)為同種工質(zhì)。
更進(jìn)一步地，所述超臨界段工質(zhì)腔(1)內(nèi)為超臨界co2，所述亞臨界段工質(zhì)腔(3)內(nèi)為亞臨界co2，超臨界工質(zhì)定壓儲能系統(tǒng)存儲超臨界態(tài)工質(zhì)壓力為15mpa，所述兩相工質(zhì)罐(4)內(nèi)溫度為14.28℃，所述非等截面活塞組件(2)截面面積比值為1:3。
更進(jìn)一步地，所述超臨界段工質(zhì)腔(1)和外部超臨界系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)為同一種工質(zhì)，所述亞臨界段工質(zhì)腔(3)和所述兩相工質(zhì)罐(4)內(nèi)的工質(zhì)為另一種工質(zhì)。
本發(fā)明通過控制兩相儲液罐中工質(zhì)的溫度和非等截面活塞組件橫截面比值，將富余能量以超臨界流體工質(zhì)的形式儲存到超臨界工質(zhì)定壓儲能系統(tǒng)中，當(dāng)能量輸出負(fù)荷較大時輸出超臨界流體，以平衡能量來源，解決能量供給端和消費端不平衡的問題，有助于緩解能源供需矛盾的問題，提高了能源循環(huán)使用效率，減少了存儲空間，增強了系統(tǒng)的緊湊性和靈活性。
附圖說明
圖1為本發(fā)明超臨界工質(zhì)定壓儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
1-超臨界段工質(zhì)腔、2-非等截面活塞組件、3-亞臨界段工質(zhì)腔、4-兩相工質(zhì)罐、5-可調(diào)恒溫箱、6-亞臨界液態(tài)工質(zhì)、7-亞臨界氣態(tài)工質(zhì)、8-超臨界系統(tǒng)連接管、9-超臨界段工質(zhì)腔溫度傳感器、10-超臨界段工質(zhì)腔壓力傳感器、11-亞臨界段工質(zhì)腔溫度傳感器、12-亞臨界段工質(zhì)腔壓力傳感器、13-兩相工質(zhì)罐溫度傳感器、14-兩相工質(zhì)罐壓力傳感器、15-可調(diào)恒溫箱溫度傳感器
具體實施方式
實施例1：參見圖1，一種超臨界工質(zhì)定壓儲能系統(tǒng)，包括：超臨界段工質(zhì)腔(1)、非等截面活塞組件(2)、亞臨界段工質(zhì)腔(3)、兩相工質(zhì)罐(4)、可調(diào)恒溫箱(5)、亞臨界液態(tài)工質(zhì)(6)、亞臨界氣態(tài)工質(zhì)(7)、超臨界系統(tǒng)連接管(8)、超臨界段工質(zhì)腔溫度傳感器(9)、超臨界段工質(zhì)腔壓力傳感器(10)、亞臨界段工質(zhì)腔溫度傳感器(11)、亞臨界段工質(zhì)腔壓力傳感器(12)、兩相工質(zhì)罐溫度傳感器(13)、兩相工質(zhì)罐壓力傳感器(14)、可調(diào)恒溫箱溫度傳感器(15)；
所述超臨界段工質(zhì)腔(1)通過所述超臨界系統(tǒng)連接管(8)與外部超臨界系統(tǒng)連接，當(dāng)外部超臨界系統(tǒng)和超臨界段工質(zhì)的壓力高于超臨界工質(zhì)定壓儲能系統(tǒng)設(shè)定的壓力時，所述非等截面活塞組件(2)向所述亞臨界段工質(zhì)腔(3)側(cè)移動；當(dāng)外部超臨界系統(tǒng)和超臨界段工質(zhì)的壓力低于超臨界工質(zhì)定壓儲能系統(tǒng)設(shè)定的壓力時，所述非等截面活塞組件(2)向所述超臨界段工質(zhì)腔(1)側(cè)移動；
所述非等截面活塞組件(2)與超臨界段工質(zhì)腔(1)、亞臨界段工質(zhì)腔(3)的腔體間的密封采用油膜密封方式；所述非等截面活塞組件(2)沿滑動方向的兩端面及側(cè)面由保溫隔熱材料制成；所述非等截面活塞組件(2)用于將所述超臨界段工質(zhì)腔(1)與所述亞臨界段工質(zhì)腔(3)分隔開，并且能夠根據(jù)所述超臨界段工質(zhì)腔(1)與所述亞臨界段工質(zhì)腔(3)的壓力變化，在所述超臨界段工質(zhì)腔(1)側(cè)與所述亞臨界段工質(zhì)腔(3)側(cè)之間移動；所述非等截面活塞組件(2)兩側(cè)截面比值根據(jù)超臨界工質(zhì)定壓儲能系統(tǒng)設(shè)計儲能壓力和設(shè)計可調(diào)恒溫箱溫度確定；對于固定的兩側(cè)截面比值，通過調(diào)節(jié)所述兩相工質(zhì)罐(4)溫度實現(xiàn)對所述亞臨界段工質(zhì)腔(3)與所述超臨界段工質(zhì)腔(1)工作時的工質(zhì)壓力；
所述亞臨界段工質(zhì)腔溫度傳感器(11)用于監(jiān)測所述亞臨界段工質(zhì)腔(3)內(nèi)的溫度；
所述亞臨界段工質(zhì)腔壓力傳感器(12)用于監(jiān)測所述亞臨界段工質(zhì)腔(3)內(nèi)的壓力；
所述亞臨界段工質(zhì)腔(3)一側(cè)通過所述非等截面活塞組件(2)與所述超臨界段工質(zhì)腔(1)連接，一側(cè)與兩相工質(zhì)罐(4)連接，用于存儲亞臨界工質(zhì)；
所述可調(diào)恒溫箱(5)用于為所述兩相工質(zhì)罐(4)提供恒定的溫度環(huán)境；
所述亞臨界氣態(tài)工質(zhì)(7)與亞臨界段工質(zhì)腔(3)直通，當(dāng)恒定溫度下亞臨界段工質(zhì)腔(3)的壓力低于超臨界工質(zhì)定壓儲能系統(tǒng)設(shè)定值時，部分轉(zhuǎn)化成所述亞臨界液態(tài)工質(zhì)(6)；
所述亞臨界液態(tài)工質(zhì)(6)用于實現(xiàn)亞臨界段工質(zhì)的液態(tài)存儲，當(dāng)恒定溫度下亞臨界段工質(zhì)腔(3)的壓力高于超臨界工質(zhì)定壓儲能系統(tǒng)設(shè)定值時，部分轉(zhuǎn)化成所述亞臨界氣態(tài)工質(zhì)(7)；
所述兩相工質(zhì)罐(4)與所述亞臨界段工質(zhì)腔(3)連接，用于實現(xiàn)對亞臨界段工質(zhì)的存儲，當(dāng)外部超臨界系統(tǒng)工質(zhì)盈余時，外部超臨界系統(tǒng)工質(zhì)進(jìn)入超臨界段工質(zhì)腔(1)，非等截面活塞組件向亞臨界段工質(zhì)腔(3)滑動，推動亞臨界氣態(tài)工質(zhì)進(jìn)入兩相工質(zhì)罐(4)，部分氣態(tài)工質(zhì)液化，使得非等截面活塞組件重新達(dá)到受力平衡，維持外部超臨界系統(tǒng)和超臨界段工質(zhì)腔(1)內(nèi)工質(zhì)壓力不變；當(dāng)外部超臨界系統(tǒng)工質(zhì)匱乏時，超臨界段工質(zhì)腔(1)工質(zhì)進(jìn)入外部超臨界系統(tǒng)，非等截面活塞組件(2)向超臨界段工質(zhì)腔(3)滑動，帶動亞臨界氣態(tài)工質(zhì)流出兩相工質(zhì)罐(4)，部分液態(tài)工質(zhì)汽化，使得非等截面活塞組件重新達(dá)到受力平衡，維持外部超臨界系統(tǒng)和超臨界段工質(zhì)腔(1)內(nèi)工質(zhì)壓力不變；
所述超臨界系統(tǒng)連接管(8)用以實現(xiàn)超臨界工質(zhì)定壓儲能系統(tǒng)與外部超臨界系統(tǒng)連接，將外部超臨界態(tài)工質(zhì)引入超臨界工質(zhì)定壓儲能系統(tǒng)；
超臨界段工質(zhì)腔溫度傳感器(9)用于監(jiān)測所述超臨界段工質(zhì)腔(1)內(nèi)的溫度；
超臨界段工質(zhì)腔壓力傳感器(10)用于監(jiān)測所述超臨界段工質(zhì)腔(1)內(nèi)的壓力；
兩相工質(zhì)罐溫度傳感器(13)用于監(jiān)測所述兩相工質(zhì)罐(4)內(nèi)的溫度；
兩相工質(zhì)罐壓力傳感器(14)用于監(jiān)測所述兩相工質(zhì)罐(4)內(nèi)的壓力；
可調(diào)恒溫箱溫度傳感器(15)用于監(jiān)測所述可調(diào)恒溫箱(5)內(nèi)的溫度。
更進(jìn)一步地，所述超臨界段工質(zhì)腔(1)和外部超臨界系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)為同一種工質(zhì)，所述亞臨界段工質(zhì)腔(3)和所述兩相工質(zhì)罐(4)內(nèi)的工質(zhì)為另一種工質(zhì)。
實施例2：參見圖1，，在實施例1的基礎(chǔ)上，所述超臨界段工質(zhì)腔(1)內(nèi)為超臨界co2，所述亞臨界段工質(zhì)腔(3)內(nèi)為亞臨界co2，超臨界工質(zhì)定壓儲能系統(tǒng)存儲超臨界態(tài)工質(zhì)壓力為15mpa，所述兩相工質(zhì)罐(4)內(nèi)溫度為14.28℃，所述非等截面活塞組件(2)截面面積比值為1:3。
實施例3：參見圖1，在實施例1的基礎(chǔ)上，所述超臨界段工質(zhì)腔(1)、所述亞臨界段工質(zhì)腔(3)、所述兩相工質(zhì)罐(4)內(nèi)的工質(zhì)與外部超臨界系統(tǒng)工質(zhì)為同種工質(zhì)。
實施例4：參見圖1，在實施例1的基礎(chǔ)上，所述超臨界段工質(zhì)腔(1)和外部超臨界系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)為同一種工質(zhì)，所述亞臨界段工質(zhì)腔(3)和所述兩相工質(zhì)罐(4)內(nèi)的工質(zhì)為另一種工質(zhì)。