一种超临界二氧化碳储能控制装置及流量调节方法与流程

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1.本发明属于储能技术领域，特别是涉及一种超临界二氧化碳储能控制装置及流量调节方法。

背景技术：

2.随着能源的不断利用,新能源的规模应用及间歇性可再生能源的大规模入网,许多能源应用问题也随之出现，储能是实现可再生能源大规模利用的关键支撑技术，储能技术的应用为解决这些问题提供了非常有效的途径。储能技术在电力行业的各个环节均有应用价值：在发电领域，储能可辅助传统发电动态运行，取代或延缓新建机组，帮助可再生能源削峰填谷、跟踪计划出力、平滑输出；在输配电领域，起到无功支持、缓解线路阻塞、延缓输配电扩容升级、变电站直流电源的作用；在用电领域，起到辅助服务的作用，如调频、调峰、电压支持、备用容量等。
3.超临界压缩二氧化碳储能系统具有设备紧凑、高效、安全等优点，目前被认为是具有发展前景的大规模储能技术之一，但现有技术中，超临界压缩二氧化碳储能系统中的储气罐与泄气罐均存在滑压的问题，且无法对气体的充气泄气过程进行控制，对系统的稳定性造成了较大的影响，同时易导致能量损失。

技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种超临界二氧化碳储能控制装置及流量调节方法，以解决上述现有技术存在的问题。
5.一方面为实现上述目的，本发明提供了一种超临界二氧化碳储能控制装置，包括：
6.控制系统、流量计、压力传感器、高压储气库、缓冲罐、空气传感器、膨胀机；
7.所述控制系统用于对所述高压储气库的充气过程与所述缓冲罐的气体释放过程进行控制；
8.所述流量计用于检测所述高压储气库内的空气流量；
9.所述压力传感器用于检测所述高压储气库的外部压力；
10.所述高压储气库用于对超临界二氧化碳进行存储；
11.所述缓冲罐用于对超临界二氧化碳进行释放；
12.所述空气传感器用于检测所述缓冲罐中的气体体积。
13.可选地，所述流量计、所述压力传感器与所述高压储气库相连接；所述空气传感器与所述缓冲罐相连接。
14.可选地，所述高压储气库的进气端设有输入控制阀，所述输入控制阀用于控制输入所述高压储气库中的气体流量。
15.可选地，所述控制系统基于所述压力传感器检测到的外部压力，对所述高压储气库中气体的充入压力进行控制。
16.可选地，所述控制系统通过将输入高压储气库的气体流量与高压储气库可容纳的
最大流量进行比较，并通过控制输入控制阀的开闭对所述高压储气库的充气过程进行控制。
17.可选地，所述缓冲罐的出气端设有输出控制阀，所述输出控制阀用于控制所述缓冲罐释放的气体体积。
18.可选地，所述控制系统通过将缓冲罐中的气体体积与缓冲罐可容纳的最大气体体积进行比较，并通过控制输出控制阀的开闭对所述缓冲罐的气体释放过程进行控制。
19.另一方面为实现上述目的，本发明提供了一种超临界二氧化碳储能的流量调节方法，包括一下步骤：
20.基于压力传感器检测高压储气罐接入口的气体压力；
21.控制系统基于接入口的气体压力控制所述高压储气库中气体的充入压力；
22.基于流量计检测输入高压储气库的气体流量；
23.控制系统基于所述气体流量控制所述高压储气库的充气过程；
24.基于空气传感器检测缓冲罐中的气体体积；
25.控制系统基于所述气体体积控制所述缓冲罐的气体释放。
26.可选地，控制系统基于接入口的气体压力控制所述高压储气库中气体的充入压力的过程中包括：
27.当pc≤pw时，控制系统增大对高压储气罐的充入压力pc；若pc≥pw+λα时，则控制系统减少对高压储气罐的充入压力pc；其中λ为大于1的安全值，可根据系统需要自行设置，α为高压储气库的抗压强度；pw为接入口的气体压力；
28.控制系统基于所述气体流量控制所述高压储气库的充气过程的过程中包括：
29.若输入高压储气库的气体流量vc≤εvm时，控制系统打开输入控制阀继续充气，当vc》εvm时，则控制系统关闭输入控制阀停止充气；其中，vc为输入高压储气库的气体流量，vm为高压储气库可容纳的最大气体体积；ε为大于1的安全值。
30.可选地，控制系统基于所述气体体积控制所述缓冲罐的气体释放的过程中包括：
31.控制系统根据空气传感器检测到缓冲罐中的气体体积vr对输出调节阀进行控制，若vr≥μvh时，则打开输出控制阀释放气体，当vr《μvh时，则关闭输出控制阀；其中vh为缓冲罐可容纳的最大气体体积，μ为大于1的安全值。
32.本发明的技术效果为：
33.本发明通过在高压储气库上设置流量计、压力传感器，在缓冲罐上设置空气传感器可实时显示高压储气库以及缓冲罐进行充气泄气中的状态，并通过输入输出控制阀的设置与控制系统的集中控制模式，可实现根据系统的状态对充气过程以及泄气过程进行控制，达到了精确控制膨胀机进口压力和流量的效果，解决了目前超临界二氧化碳在高压储气库出口滑压的问题。同时本发明提供了一套可根据系统需要进行调整的流量调节方法，方便灵活，保障了输入与输出流量的稳定，同时避免能量损失。
附图说明
34.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
35.图1为本发明实施例中的超临界二氧化碳储能控制装置结构图；
36.图2为本发明实施例中的超临界二氧化碳流量调节方法流程图。
具体实施方式
37.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
38.需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
39.实施例一
40.如图1所示，本实施例中提供一种超临界二氧化碳储能装置包括：
41.控制系统、流量计、压力传感器、高压储气库、缓冲罐、空气传感器、膨胀机；
42.其中，控制系统用于对高压储气库的充气过程与缓冲罐的气体释放过程进行控制；
43.流量计用于检测高压储气库内的空气流量；流量计以科氏力为基础，在传感器内部有两根平行的流量管，中部装有驱动线圈，两端装有检测线圈，变送器提供的激励电压加到驱动线圈上时，振动管作往复周天然气流量计期振动，流体介质流经传感器的振动管，就会在振管上产生科氏力效应，使两根振管扭转振动，安装在振管两端的检测线圈将产生相位不同的两组信号，这两个信号的相位差与流经传感器的流体质量流量成比例关系。计算机解算出流经振管的质量流量。不同的介质流经传感器时，振管的主振频率不同。
44.压力传感器用于检测高压储气库的外部压力；压力传感器通过感受压力信号,并按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号。
45.高压储气库用于对超临界二氧化碳进行存储；本实施例中的高压储气库为立式储气罐，高度或长度为直径的2倍。
46.缓冲罐用于对超临界二氧化碳进行释放；
47.空气传感器用于检测缓冲罐中的气体体积；空气传感器基于空气压力为传导对象，实现感应控制。在空气压力传感器的内部，设置有能够使空气进入的进气管，一旦通电之后就能够将空气转入传感器的内部，当空气进入之后，就会产生挤压感应器的压力，通过捕捉电路内部的电流的大小，就能够通过压力大小来传导电子信号。
48.其中，流量计、压力传感器与高压储气库相连接；空气传感器与缓冲罐相连接；并且高压储气库的进气端设有输入控制阀，输入控制阀用于控制输入高压储气库中的气体流量；缓冲罐的出气端设有输出控制阀，输出控制阀用于控制缓冲罐释放的气体体积。
49.控制系统基于压力传感器检测到的外部压力，对所述高压储气库中气体的充入压力进行控制；并通过将输入高压储气库的气体流量与高压储气库可容纳的最大流量进行比较，通过控制输入控制阀的开闭对高压储气库的充气过程进行控制；控制系统还可通过将缓冲罐中的气体体积与缓冲罐可容纳的最大气体体积进行比较，并通过控制输出控制阀的开闭对所述缓冲罐的气体释放过程进行控制。
50.实施例二
51.如图2所示，本实施例中提供一种超临界二氧化碳的流量调节方法，包括以下步骤：
52.本实施例中的控制系统可同时对高压储气库的充气过程与缓冲罐的泄气过程进行控制。
53.对高压储气库的充气过程控制包括如下步骤：在对高压储气库输入超临界二氧化碳气体时，通过压力传感器检测高压储气库的外部压力pw与充入超临界二氧化碳气体过程中的充入压力pc，确保充入压力高于外部压力：当pc≤pw时，控制系统增大对高压储气罐的充入压力pc；若pc≥pw+λα时，则控制系统减少对高压储气罐的充入压力pc；其中λ为大于1的安全值，可根据系统需要自行设置，α为高压储气库的抗压强度。
54.在对高压储气库进行充气的过程中，若通过流量计检测到输入高压储气库的气体流量vc≤εvm时则继续充气，当达到vc》εvm时，则关闭输入控制阀。其中，vc为输入高压储气库的气体流量，vm为高压储气库可容纳的最大气体体积；ε为大于1的安全值，可根据系统需要自行设置。
55.缓冲罐的泄气过程控制包括如下步骤：控制系统根据空气传感器检测到缓冲罐中的气体体积vr对输出调节阀进行控制，若vr≥μvh时，则打开输出控制阀释放气体，当vr《μvh时，则关闭输出控制阀；其中vh为缓冲罐可容纳的最大气体体积，μ为大于1的安全值，可根据系统需要自行设置。
56.以上所述，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：

1.一种超临界二氧化碳储能控制装置，其特征在于，包括：控制系统、流量计、压力传感器、高压储气库、缓冲罐、空气传感器、膨胀机；所述控制系统用于对所述高压储气库的充气过程与所述缓冲罐的气体释放过程进行控制；所述流量计用于检测输气过程中所述高压储气库接口处的空气流量；所述压力传感器用于检测所述高压储气库的外部压力；所述高压储气库用于对超临界二氧化碳进行存储；所述缓冲罐用于缓冲系统的压力波动以及对超临界二氧化碳进行释放；所述空气传感器用于检测所述缓冲罐中的气体体积。2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳储能控制装置，其特征在于，所述流量计、所述压力传感器与所述高压储气库相连接；所述空气传感器与所述缓冲罐相连接。3.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳储能控制装置，其特征在于，所述高压储气库的进气端设有输入控制阀，所述输入控制阀用于控制输入所述高压储气库中的气体流量。4.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳储能控制装置，其特征在于，所述控制系统基于所述压力传感器检测到的外部压力，对所述高压储气库中气体的充入压力进行控制。5.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳储能控制装置，其特征在于，所述控制系统通过将输入高压储气库的气体流量与高压储气库可容纳的最大流量进行比较，并通过控制输入控制阀的开闭对所述高压储气库的充气过程进行控制。6.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳储能控制装置，其特征在于，所述缓冲罐的出气端设有输出控制阀，所述输出控制阀用于控制所述缓冲罐释放的气体体积。7.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳储能控制装置，其特征在于，所述控制系统通过将缓冲罐中的气体体积与缓冲罐可容纳的最大气体体积进行比较，并通过控制输出控制阀的开闭对所述缓冲罐的气体释放过程进行控制。8.一种基于权利要求1至7中任意一项所述的超临界二氧化碳储能控制装置的流量调节方法，其特征在于，包括以下步骤：基于压力传感器检测高压储气罐接入口的气体压力；控制系统基于接入口的气体压力控制所述高压储气库中气体的充入压力；基于流量计检测输入高压储气库的气体流量；控制系统基于所述气体流量控制所述高压储气库的充气过程；基于空气传感器检测缓冲罐中的气体体积；控制系统基于所述气体体积控制所述缓冲罐的气体释放。9.根据权利要求8所述的超临界二氧化碳储能控制装置的流量调节方法，其特征在于，控制系统基于接入口的气体压力控制所述高压储气库中气体的充入压力的过程中包括：当p
c
≤p
w
时，控制系统增大对高压储气罐的充入压力p
c
；若p
c
≥p
w
+λα时，则控制系统减少对高压储气罐的充入压力p
c
；其中λ为大于1的安全值，可根据系统需要自行设置，α为高压储气库的抗压强度；p
w
为接入口的气体压力；控制系统基于所述气体流量控制所述高压储气库的充气过程的过程中包括：若输入高压储气库的气体流量v
c
≤εv
m
时，控制系统打开输入控制阀继续充气，当v
c
>εv
m
时，则控制系统关闭输入控制阀停止充气；其中，v
c
为输入高压储气库的气体流量，v
m
为高压
储气库可容纳的最大气体体积；ε为大于1的安全值。10.根据权利要求8所述的超临界二氧化碳储能控制装置的流量调节方法，其特征在于，控制系统基于所述气体体积控制所述缓冲罐的气体释放的过程中包括：控制系统根据空气传感器检测到缓冲罐中的气体体积v
r
对输出调节阀进行控制，若v
r
≥μv
h
时，则打开输出控制阀释放气体，当v
r
<μv
h
时，则关闭输出控制阀；其中v
h
为缓冲罐可容纳的最大气体体积，μ为大于1的安全值。

技术总结

本发明公开了一种超临界二氧化碳储能控制装置及流量调节方法，其中控制装置包括：控制系统、流量计、压力传感器、高压储气库、缓冲罐、空气传感器、膨胀机，控制系统根据流量计、压力传感器、空气传感器检测的气体参数对高压储气库的充气过程与缓冲罐的气体释放过程进行控制。流量调节方法包括：控制系统通过将检测到的气体参数与高压储气库、缓冲罐中的气体参数进行比较，并通过控制输入输出控制阀的开闭对高压储气库的充气过程与缓冲罐的气体释放过程进行控制。本发明可实现精确控制膨胀机进口压力和流量的效果，解决了目前超临界二氧化碳在高压储气库出口滑压的问题，同时保障了输入与输出流量的稳定，避免能量损失。避免能量损失。避免能量损失。