本發(fā)明屬于水力壓縮儲(chǔ)能領(lǐng)域，具體涉及一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行方法。

背景技術(shù)：

1、水力壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)作為一種高效、環(huán)保的儲(chǔ)能方式，在電力系統(tǒng)中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和政策的推動(dòng)，其發(fā)展前景將更加廣闊。水力儲(chǔ)能技術(shù)具有較廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，如環(huán)保類(lèi)、水資源類(lèi)、能源類(lèi)等，特別是在太陽(yáng)能、風(fēng)能等能源不穩(wěn)定的情況下，水力壓縮儲(chǔ)能水力儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠進(jìn)行能源儲(chǔ)存，滿(mǎn)足需求量最大的時(shí)期的能源供應(yīng)。系統(tǒng)能夠在需要供電時(shí)單獨(dú)進(jìn)行空氣膨脹發(fā)電或輔助水力發(fā)電進(jìn)行供電，增強(qiáng)電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力和可再生能源的消納能力。

2、當(dāng)前，水力壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)一般采用基于空氣的水力壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)，因空氣水力壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)具有儲(chǔ)能效率高、儲(chǔ)能時(shí)間長(zhǎng)、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，使其在電力系統(tǒng)儲(chǔ)能領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景；然而，基于空氣的水力壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)同時(shí)存在諸多問(wèn)題，例如中國(guó)專(zhuān)利cn114893263a-一種耦合壓縮空氣儲(chǔ)能的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)及運(yùn)行方法，具體表現(xiàn)在：第一，由于壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)需要一系列的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存與釋放空氣能量的過(guò)程，包括壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、膨脹機(jī)等，這些設(shè)備需要高強(qiáng)度的材料來(lái)承受高壓氣體的作用力，同時(shí)還需要較為精密的制造工藝，因此設(shè)備成本高昂；第二，由于空氣的物理性質(zhì)，導(dǎo)致其壓縮性及密度限制使得其能量密度相對(duì)較低；第三，在儲(chǔ)能過(guò)程中，空氣被壓縮至高壓并存儲(chǔ)在儲(chǔ)氣罐中，這會(huì)產(chǎn)生較高的儲(chǔ)能壓力；而在釋能過(guò)程中，高壓氣體被釋放并通過(guò)渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能，此時(shí)壓力會(huì)迅速降低，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的壓力變化范圍較大；由此可見(jiàn)，現(xiàn)有基于空氣的水力壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)能成本高、儲(chǔ)能密度低以及壓力變化范圍大的問(wèn)題；為了解決上述問(wèn)題，越來(lái)越多的研究人員開(kāi)始采用其他工質(zhì)代替空氣實(shí)現(xiàn)壓縮儲(chǔ)能，例如采用二氟甲烷，因二氟甲烷具有更高的能量密度，在相同的體積下，基于二氟甲烷的系統(tǒng)能夠存儲(chǔ)更多的能量，同時(shí)還能也降低整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

3、但是由于系統(tǒng)的儲(chǔ)能介質(zhì)由空氣替換為二氟甲烷，相比空氣水力壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)，二氟甲烷的水力壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行相對(duì)復(fù)雜，需要精準(zhǔn)控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，現(xiàn)有的運(yùn)行方法中缺少一套精準(zhǔn)且完整的控制策略，從而確保二氟甲烷的水力壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于提供一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行方法，以解決在現(xiàn)有的運(yùn)行方法中，缺少一套精準(zhǔn)且完整的控制策略以確保二氟甲烷的水力壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)問(wèn)題。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用技術(shù)方案如下：

3、一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行方法，包括壓縮儲(chǔ)能過(guò)程和放能發(fā)電過(guò)程；

4、所述壓縮儲(chǔ)能過(guò)程包括：壓縮二氟甲烷至儲(chǔ)氣罐，同時(shí)將水工質(zhì)與二氟甲烷進(jìn)行換熱；其中，在壓縮過(guò)程中，二氟甲烷未發(fā)生相變前，持續(xù)增大壓縮速率直至二氟甲烷開(kāi)始發(fā)生相變；當(dāng)二氟甲烷開(kāi)始發(fā)生相變時(shí)，降低壓縮速率；

5、所述放能發(fā)電過(guò)程包括：液相二氟甲烷吸收熱量發(fā)生氣化膨脹，推動(dòng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)的水工質(zhì)帶動(dòng)水輪機(jī)做功，以產(chǎn)生電能。

6、進(jìn)一步地，采用連續(xù)短時(shí)壓縮-短時(shí)停止的方式對(duì)二氟甲烷進(jìn)行壓縮，用于控制二氟甲烷的溫升。

7、進(jìn)一步地，采用連續(xù)短時(shí)壓縮-短時(shí)停止的方式對(duì)二氟甲烷進(jìn)行壓縮的具體步驟如下：

8、s1:啟動(dòng)壓縮機(jī)，開(kāi)始?jí)嚎s二氟甲烷氣體，當(dāng)壓縮時(shí)間達(dá)到第一預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí)停止壓縮，在整個(gè)壓縮和停止壓縮過(guò)程中，持續(xù)對(duì)二氟甲烷進(jìn)行散熱；

9、s2：當(dāng)停止壓縮時(shí)間達(dá)到第二預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí)，重新啟動(dòng)壓縮機(jī)繼續(xù)壓縮二氟甲烷氣體；

10、s3:重復(fù)s1和s2直至液相二氟甲烷達(dá)到預(yù)設(shè)質(zhì)量比例。

11、進(jìn)一步地，采用在儲(chǔ)氣罐的上下兩端同時(shí)通入水工質(zhì)，與二氟甲烷進(jìn)行換熱。

12、進(jìn)一步地，通過(guò)調(diào)整儲(chǔ)氣罐的上下兩端的進(jìn)水比例以控制水工質(zhì)與二氟甲烷的換熱速率。

13、進(jìn)一步地，在儲(chǔ)氣罐的上端采用噴淋方式通入水工質(zhì)。

14、進(jìn)一步地，當(dāng)通入水工質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到40％時(shí)，降低壓縮速率。

15、進(jìn)一步地，向儲(chǔ)氣罐中持續(xù)通入水工質(zhì)，直至水工質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到90％。

16、進(jìn)一步地，所述二氟甲烷的相變壓力點(diǎn)控制為1.5—2mpa。

17、進(jìn)一步地，液相二氟甲烷通過(guò)吸收汽相二氟甲烷壓縮過(guò)程中回收的熱量以實(shí)現(xiàn)汽化膨脹。

18、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有有益效果如下：

19、本發(fā)明提供一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行方法，本方法包括壓縮儲(chǔ)能和放能發(fā)電兩個(gè)階段；壓縮儲(chǔ)能過(guò)程包括在壓縮過(guò)程中，二氟甲烷未發(fā)生相變前，持續(xù)增大壓縮速率直至二氟甲烷開(kāi)始發(fā)生相變；當(dāng)二氟甲烷開(kāi)始發(fā)生相變時(shí)，降低壓縮速率；放能發(fā)電過(guò)程包括液相二氟甲烷吸收熱量發(fā)生氣化膨脹，推動(dòng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)的水工質(zhì)帶動(dòng)水輪機(jī)做功，以產(chǎn)生電能；在壓縮過(guò)程中，系統(tǒng)采取的策略是在二氟甲烷未發(fā)生相變前持續(xù)增大壓縮速率，以充分利用機(jī)械能轉(zhuǎn)化為二氟甲烷的勢(shì)能，實(shí)現(xiàn)高效儲(chǔ)能；當(dāng)二氟甲烷開(kāi)始發(fā)生相變時(shí)，降低壓縮速率的策略有助于減少能量損失，確保儲(chǔ)能過(guò)程的高效性；在壓縮過(guò)程中，通過(guò)水工質(zhì)與二氟甲烷進(jìn)行換熱能夠有效移除壓縮過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，降低系統(tǒng)溫度，從而提高壓縮效率和儲(chǔ)能密度；同時(shí)也有利于維持二氟甲烷在壓縮過(guò)程中的穩(wěn)定性，保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性；本方法保證了基于二氟甲烷的水力壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性，為儲(chǔ)能系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行提供了理論指導(dǎo)。

20、優(yōu)選地，本發(fā)明中，通過(guò)連續(xù)短時(shí)壓縮-短時(shí)停止的方式控制二氟甲烷的溫升，有效避免了因溫升過(guò)高可能導(dǎo)致的設(shè)備損壞或安全隱患，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

21、優(yōu)選地，本發(fā)明中，通過(guò)在儲(chǔ)氣罐的上下兩端同時(shí)通入水工質(zhì)，與二氟甲烷進(jìn)行換熱，提高了換熱效率，加快了能量的傳遞和存儲(chǔ)速度。

22、優(yōu)選地，本發(fā)明中，調(diào)整儲(chǔ)氣罐上下兩端的進(jìn)水比例，可以精確控制水工質(zhì)與二氟甲烷的換熱速率，滿(mǎn)足不同條件下的能量存儲(chǔ)需求。

23、進(jìn)一步優(yōu)選地，本發(fā)明中，在儲(chǔ)氣罐的上端采用噴淋方式通入水工質(zhì)，可以更加均勻地分布水工質(zhì)，提高換熱效率，并減少水工質(zhì)的浪費(fèi)。

24、優(yōu)選地，本發(fā)明中，當(dāng)通入水工質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到40％時(shí)，二氟甲烷開(kāi)始發(fā)生汽液轉(zhuǎn)變，降低壓縮速率，這樣有助于平衡系統(tǒng)的熱負(fù)荷，防止過(guò)熱，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

25、優(yōu)選地，本發(fā)明中，持續(xù)通入水工質(zhì)直至其體積分?jǐn)?shù)達(dá)到90％，液相二氟甲烷的質(zhì)量可以達(dá)到80～85％，這樣可以最大化地利用儲(chǔ)氣罐的容量，提高能量存儲(chǔ)的密度和效率。

26、優(yōu)選地，本發(fā)明中，將二氟甲烷的相變壓力點(diǎn)控制在1.5～2mpa范圍內(nèi)，有助于優(yōu)化系統(tǒng)的性能，確保其在特定工作條件下的高效運(yùn)行。

27、優(yōu)選地，本發(fā)明中，采用液相二氟甲烷通過(guò)吸收汽相二氟甲烷壓縮過(guò)程中回收的熱量實(shí)現(xiàn)汽化膨脹，這樣不僅提高了能量的利用效率，還減少了外部能源的消耗，有助于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

技術(shù)特征：

1.一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行方法，其特征在于，包括壓縮儲(chǔ)能過(guò)程和放能發(fā)電過(guò)程；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行方法，其特征在于，采用連續(xù)短時(shí)壓縮-短時(shí)停止的方式對(duì)二氟甲烷進(jìn)行壓縮，用于控制二氟甲烷的溫升。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行方法，其特征在于，采用連續(xù)短時(shí)壓縮-短時(shí)停止的方式對(duì)二氟甲烷進(jìn)行壓縮的具體步驟如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行方法，其特征在于，采用在儲(chǔ)氣罐的上下兩端同時(shí)通入水工質(zhì)，與二氟甲烷進(jìn)行換熱。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行方法，其特征在于，通過(guò)調(diào)整儲(chǔ)氣罐的上下兩端的進(jìn)水比例以控制水工質(zhì)與二氟甲烷的換熱速率。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行方法，其特征在于，在儲(chǔ)氣罐的上端采用噴淋方式通入水工質(zhì)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行方法，其特征在于，當(dāng)通入水工質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到40％時(shí)，降低壓縮速率。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行方法，其特征在于，向儲(chǔ)氣罐中持續(xù)通入水工質(zhì)，直至水工質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到90％。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行方法，其特征在于，所述二氟甲烷的相變壓力點(diǎn)控制為1.5—2mpa。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行方法，其特征在于，液相二氟甲烷通過(guò)吸收汽相二氟甲烷壓縮過(guò)程中回收的熱量以實(shí)現(xiàn)汽化膨脹。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行方法，屬于水力壓縮儲(chǔ)能領(lǐng)域，壓縮儲(chǔ)能過(guò)程包括在壓縮過(guò)程中，二氟甲烷未發(fā)生相變前，持續(xù)增大壓縮速率直至二氟甲烷開(kāi)始發(fā)生相變；當(dāng)二氟甲烷開(kāi)始發(fā)生相變時(shí)，降低壓縮速率；放能發(fā)電過(guò)程包括液相二氟甲烷吸收熱量發(fā)生氣化膨脹，推動(dòng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)的水工質(zhì)帶動(dòng)水輪機(jī)做功，以產(chǎn)生電能；本方法保證了基于二氟甲烷的水力壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性，為儲(chǔ)能系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行提供了理論指導(dǎo)。

技術(shù)研發(fā)人員：張順奇,寇攀高,韓偉,姚明宇,張可臻,楊曉,左芳菲,馮鵬輝,白銳槐,趙瀚辰,任耿
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安熱工研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/4