一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲能系統運行方法與流程

本發明屬于水力壓縮儲能領域，具體涉及一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲能系統運行方法。

背景技術：

1、水力壓縮儲能系統作為一種高效、環保的儲能方式，在電力系統中具有重要的應用價值。隨著技術的不斷進步和政策的推動，其發展前景將更加廣闊。水力儲能技術具有較廣泛的應用領域，如環保類、水資源類、能源類等，特別是在太陽能、風能等能源不穩定的情況下，水力壓縮儲能水力儲能系統能夠進行能源儲存，滿足需求量最大的時期的能源供應。系統能夠在需要供電時單獨進行空氣膨脹發電或輔助水力發電進行供電，增強電網的調節能力和可再生能源的消納能力。

2、當前，水力壓縮儲能系統一般采用基于空氣的水力壓縮儲能系統，因空氣水力壓縮儲能系統具有儲能效率高、儲能時間長、使用壽命長等優勢，使其在電力系統儲能領域具有廣闊的應用前景；然而，基于空氣的水力壓縮儲能系統同時存在諸多問題，例如中國專利cn114893263a-一種耦合壓縮空氣儲能的熱電聯產系統及運行方法，具體表現在：第一，由于壓縮空氣儲能系統需要一系列的設備來實現儲存與釋放空氣能量的過程，包括壓縮機、儲氣罐、膨脹機等，這些設備需要高強度的材料來承受高壓氣體的作用力，同時還需要較為精密的制造工藝，因此設備成本高昂；第二，由于空氣的物理性質，導致其壓縮性及密度限制使得其能量密度相對較低；第三，在儲能過程中，空氣被壓縮至高壓并存儲在儲氣罐中，這會產生較高的儲能壓力；而在釋能過程中，高壓氣體被釋放并通過渦輪機驅動發電機產生電能，此時壓力會迅速降低，導致整個系統的壓力變化范圍較大；由此可見，現有基于空氣的水力壓縮儲能系統儲能成本高、儲能密度低以及壓力變化范圍大的問題；為了解決上述問題，越來越多的研究人員開始采用其他工質代替空氣實現壓縮儲能，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能夠存儲更多的能量，同時還能也降低整個系統的運行成本。

3、但是由于系統的儲能介質由空氣替換為二氟甲烷，相比空氣水力壓縮儲能系統，二氟甲烷的水力壓縮儲能系統的運行相對復雜，需要精準控制整個系統的運行，現有的運行方法中缺少一套精準且完整的控制策略，從而確保二氟甲烷的水力壓縮儲能系統的穩定運行。

技術實現思路

1、本發明目的在于提供一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲能系統運行方法，以解決在現有的運行方法中，缺少一套精準且完整的控制策略以確保二氟甲烷的水力壓縮儲能系統的穩定運行的技術問題。

2、為了達到上述目的，本發明采用技術方案如下：

3、一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲能系統運行方法，包括壓縮儲能過程和放能發電過程；

4、所述壓縮儲能過程包括：壓縮二氟甲烷至儲氣罐，同時將水工質與二氟甲烷進行換熱；其中，在壓縮過程中，二氟甲烷未發生相變前，持續增大壓縮速率直至二氟甲烷開始發生相變；當二氟甲烷開始發生相變時，降低壓縮速率；

5、所述放能發電過程包括：液相二氟甲烷吸收熱量發生氣化膨脹，推動儲氣罐內的水工質帶動水輪機做功，以產生電能。

6、進一步地，采用連續短時壓縮-短時停止的方式對二氟甲烷進行壓縮，用于控制二氟甲烷的溫升。

7、進一步地，采用連續短時壓縮-短時停止的方式對二氟甲烷進行壓縮的具體步驟如下：

8、s1:啟動壓縮機，開始壓縮二氟甲烷氣體，當壓縮時間達到第一預設時間時停止壓縮，在整個壓縮和停止壓縮過程中，持續對二氟甲烷進行散熱；

9、s2：當停止壓縮時間達到第二預設時間時，重新啟動壓縮機繼續壓縮二氟甲烷氣體；

10、s3:重復s1和s2直至液相二氟甲烷達到預設質量比例。

11、進一步地，采用在儲氣罐的上下兩端同時通入水工質，與二氟甲烷進行換熱。

12、進一步地，通過調整儲氣罐的上下兩端的進水比例以控制水工質與二氟甲烷的換熱速率。

13、進一步地，在儲氣罐的上端采用噴淋方式通入水工質。

14、進一步地，當通入水工質的體積分數達到40％時，降低壓縮速率。

15、進一步地，向儲氣罐中持續通入水工質，直至水工質的體積分數達到90％。

16、進一步地，所述二氟甲烷的相變壓力點控制為1.5—2mpa。

17、進一步地，液相二氟甲烷通過吸收汽相二氟甲烷壓縮過程中回收的熱量以實現汽化膨脹。

18、相比于現有技術，本發明具有有益效果如下：

19、本發明提供一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲能系統運行方法，本方法包括壓縮儲能和放能發電兩個階段；壓縮儲能過程包括在壓縮過程中，二氟甲烷未發生相變前，持續增大壓縮速率直至二氟甲烷開始發生相變；當二氟甲烷開始發生相變時，降低壓縮速率；放能發電過程包括液相二氟甲烷吸收熱量發生氣化膨脹，推動儲氣罐內的水工質帶動水輪機做功，以產生電能；在壓縮過程中，系統采取的策略是在二氟甲烷未發生相變前持續增大壓縮速率，以充分利用機械能轉化為二氟甲烷的勢能，實現高效儲能；當二氟甲烷開始發生相變時，降低壓縮速率的策略有助于減少能量損失，確保儲能過程的高效性；在壓縮過程中，通過水工質與二氟甲烷進行換熱能夠有效移除壓縮過程中產生的熱量，降低系統溫度，從而提高壓縮效率和儲能密度；同時也有利于維持二氟甲烷在壓縮過程中的穩定性，保證系統運行的可靠性；本方法保證了基于二氟甲烷的水力壓縮儲能系統運行安全性和穩定性，為儲能系統的實際運行提供了理論指導。

20、優選地，本發明中，通過連續短時壓縮-短時停止的方式控制二氟甲烷的溫升，有效避免了因溫升過高可能導致的設備損壞或安全隱患，提高了系統的穩定性和安全性。

21、優選地，本發明中，通過在儲氣罐的上下兩端同時通入水工質，與二氟甲烷進行換熱，提高了換熱效率，加快了能量的傳遞和存儲速度。

22、優選地，本發明中，調整儲氣罐上下兩端的進水比例，可以精確控制水工質與二氟甲烷的換熱速率，滿足不同條件下的能量存儲需求。

23、進一步優選地，本發明中，在儲氣罐的上端采用噴淋方式通入水工質，可以更加均勻地分布水工質，提高換熱效率，并減少水工質的浪費。

24、優選地，本發明中，當通入水工質的體積分數達到40％時，二氟甲烷開始發生汽液轉變，降低壓縮速率，這樣有助于平衡系統的熱負荷，防止過熱，保證系統的穩定運行。

25、優選地，本發明中，持續通入水工質直至其體積分數達到90％，液相二氟甲烷的質量可以達到80～85％，這樣可以最大化地利用儲氣罐的容量，提高能量存儲的密度和效率。

26、優選地，本發明中，將二氟甲烷的相變壓力點控制在1.5～2mpa范圍內，有助于優化系統的性能，確保其在特定工作條件下的高效運行。

27、優選地，本發明中，采用液相二氟甲烷通過吸收汽相二氟甲烷壓縮過程中回收的熱量實現汽化膨脹，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，有助于實現節能減排。

技術特征：

1.一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲能系統運行方法，其特征在于，包括壓縮儲能過程和放能發電過程；

2.根據權利要求1所述的一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲能系統運行方法，其特征在于，采用連續短時壓縮-短時停止的方式對二氟甲烷進行壓縮，用于控制二氟甲烷的溫升。

3.根據權利要求2所述的一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲能系統運行方法，其特征在于，采用連續短時壓縮-短時停止的方式對二氟甲烷進行壓縮的具體步驟如下：

4.根據權利要求1所述的一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲能系統運行方法，其特征在于，采用在儲氣罐的上下兩端同時通入水工質，與二氟甲烷進行換熱。

5.根據權利要求4所述的一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲能系統運行方法，其特征在于，通過調整儲氣罐的上下兩端的進水比例以控制水工質與二氟甲烷的換熱速率。

6.根據權利要求4所述的一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲能系統運行方法，其特征在于，在儲氣罐的上端采用噴淋方式通入水工質。

7.根據權利要求1所述的一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲能系統運行方法，其特征在于，當通入水工質的體積分數達到40％時，降低壓縮速率。

8.根據權利要求1所述的一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲能系統運行方法，其特征在于，向儲氣罐中持續通入水工質，直至水工質的體積分數達到90％。

9.根據權利要求1所述的一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲能系統運行方法，其特征在于，所述二氟甲烷的相變壓力點控制為1.5—2mpa。

10.根據權利要求1所述的一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲能系統運行方法，其特征在于，液相二氟甲烷通過吸收汽相二氟甲烷壓縮過程中回收的熱量以實現汽化膨脹。

技術總結
本發明公開了一種基于二氟甲烷的水力壓縮儲能系統運行方法，屬于水力壓縮儲能領域，壓縮儲能過程包括在壓縮過程中，二氟甲烷未發生相變前，持續增大壓縮速率直至二氟甲烷開始發生相變；當二氟甲烷開始發生相變時，降低壓縮速率；放能發電過程包括液相二氟甲烷吸收熱量發生氣化膨脹，推動儲氣罐內的水工質帶動水輪機做功，以產生電能；本方法保證了基于二氟甲烷的水力壓縮儲能系統運行安全性和穩定性，為儲能系統的實際運行提供了理論指導。

技術研發人員：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
受保護的技術使用者：西安熱工研究院有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/11/4