二氧化碳储能系统的工质充装回收组件和方法

技术领域

本发明涉及储能技术领域，尤其涉及一种二氧化碳储能系统的工质充装回收组件及一种二氧化碳储能系统的工质充装回收方法。

背景技术

二氧化碳储能是一种新型物理储能技术，二氧化碳储能系统基于二氧化碳气液相变实现储能，主要工质为二氧化碳。现有二氧化碳储能系统一般包括依次闭环连接的储气库、储能组件、储液罐和释能组件。其中，储气库设置有用于容纳气态二氧化碳的容纳腔体。储能组件、储液罐和释能组件可以合称为工质运行系统。在二氧化碳储能系统运转时，二氧化碳在储气库和工质运行系统之间进行气态和液态之间的转变。具体地在物理储能系统的储能释能过程中，从储气库流出的气态二氧化碳经过储能组件转变为液态并流入储液罐，以完成能量存储；从储液罐流出的液态二氧化碳经过释能组件转变为气态并流入储气库，以将储能过程中存储的能量释放出去。二氧化碳储能系统试运行前需要向二氧化碳储能系统中充装二氧化碳工质，将系统中的空气全部置换成高纯度二氧化碳，现有的工质充装方式为气态充装方式，将二氧化碳气化成气态二氧化碳后充入系统，充装速度慢，严重影响二氧化碳储能系统的项目建设投产周期，如何向二氧化碳储能系统快速充入二氧化碳工质是保证二氧化碳储能系统运行的一个重要问题。

发明内容

因此，为解决现有技术中二氧化碳储能系统的工质充装速度较慢的问题，本发明实施例提供一种二氧化碳储能系统的工质充装回收组件及方法，能够实现液态二氧化碳的快速充装和回收，可节约建设工期降低项目建设费用。

本发明的一个实施例提供一种二氧化碳储能系统的工质充装回收组件包括：储液单元，用于存储液态二氧化碳和气态二氧化碳，所述储液单元具有液相接口，所述储液单元的顶部具有第一气相接口；所述储液单元用于在充装阶段通过所述液相接口接收从二氧化碳槽车充入的所述液态二氧化碳或者在回收阶段通过所述液相接口输出所述液态二氧化碳至所述二氧化碳槽车；压力平衡单元，包括调压装置和气相平衡支管，所述调压装置分别连接所述液相接口和所述第一气相接口；所述调压装置用于在所述充装阶段对二氧化碳进行气液转换以使所述储液单元内的压力达到设计压力；所述气相平衡支管的第一端与所述第一气相接口连接，所述气相平衡支管的第二端用于连接所述二氧化碳槽车；所述气态二氧化碳能够通过所述气相平衡支管在所述储液单元和所述二氧化碳槽车之间流动，以平衡所述储液单元和所述二氧化碳槽车之间的压力。

在一些实施例中，所述调压装置包括：液化部，所述液化部的工作工质出口连接所述液相接口，所述液化部的工作工质侧连接所述第一气相接口，所述液化部用于将所述气态二氧化碳转换为所述液态二氧化并输出所述液态二氧化碳至所述储液单元，以在所述充装阶段将所述储液单元内的压力降压至设计压力。

在一些实施例中，所述压力平衡单元还包括：第一平衡管，连接于所述第一气相接口和所述液化部之间；所述气相平衡支管的所述第一端连接于所述第一平衡管；或者所述气相平衡支管的所述第一端连接于所述液化部的工作工质进口。

在一些实施例中，所述调压装置包括：气化部，所述气化部的工作工质进口连接所述液相接口，所述气化部的工作工质出口连接所述第一气相接口；所述气化部用于将所述储液单元输出的液态二氧化碳气转换为气态二氧化碳，并输出所述气态二氧化碳至所述储液单元，以在所述充装阶段使所述储液单元内的压力升压到设计压力。

在一些实施例中，所述压力平衡单元还包括：第二平衡管，所述第二平衡管连接于所述气化部的工作工质出口和所述第一气相接口之间；所述气相平衡支管的所述第一连端连接于所述第二平衡管。

在一些实施例中，所述二氧化碳储能系统的工质充装回收组件还包括换热组件，所述换热组件用于在所述充装阶段将所述二氧化碳槽车输出的所述液态二氧化碳升温成预设充装温度的液态二氧化碳并输出至所述储液单元。

在一些实施例中，所述二氧化碳储能系统的工质充装回收组件还包括：第一传输管道，所述第一传输管道相对两端分别连接所述储液单元和所述二氧化碳槽车；输送泵，设置在所述第一传输管道上；第二传输管道，所述第二传输管道与所述输送泵并联，所述第二传输管道上设置有旁路控制阀。

在一些实施例中，所述输送泵为双向泵，所述输送泵用于在所述充装阶段为第一转向，将所述二氧化碳槽车输出的所述液态二氧化碳经由所述第一传输管道输送至所述储液单元；以及在所述回收阶段为第二转向将所述储液单元内的液态二氧化碳经由所述第一传输管道输送至所述二氧化碳槽车，所述第一转向和所述第二转向相反。

在一些实施例中，所述二氧化碳储能系统的工质充装回收组件还包括所述二氧化碳槽车，所述二氧化碳槽车用于在所述充装阶段向所述储液单元提供液态二氧化碳或者在所述回收阶段接收所述储液单元输出的液态二氧化碳并存储；所述二氧化碳槽车顶部具有第二气相接口，所述气相平衡支管的所述第二端连接至所述第二气相接口。

本发明一些实施例提供一种二氧化碳储能系统的工质充装回收方法，基于前述任意一项所述的二氧化碳储能系统的工质充装回收组件，所述工质充装回收方法包括：将所述二氧化碳槽车与所述气相平衡支管连通，通过所述气相平衡支管平衡所述二氧化碳槽车与所述储液单元之间的压力；将所述二氧化碳槽车与所述液相接口连通；在充装阶段，所述二氧化碳槽车输出所述液态二氧化碳至所述储液单元；或者在回收阶段所述储液单元输出所述液态二氧化碳至所述二氧化碳槽车；在所述充装阶段，所述调压装置将二氧化碳进行气液转换，使所述储液单元内的压力达到设计压力。

由上可知，本发明上述实施例可以达成以下一个或多个有益效果：本实施例中，储液单元可通过液相接口与二氧化碳槽车连通，可采用向储液单元充装液态二氧化碳的方式实现对二氧化碳储能系统的工质充装相比于气化后充装速度更快。并且通过设置气相平衡支管可将储液单元的顶部气相空间与二氧化碳槽车连通，以平衡二氧化碳槽车与储液单元气相压力一致，保证整个充装过程液体流动畅通，通过调压装置可使得储液单元内的压力可在充装过程中达到设计压力，以在后续二氧化碳储能系统运行器件可直接利用储液单元内设计压力的液态二氧化碳膨胀做功，因此本实施例提供的充装回收组件和方法大大缩短了灌注充装时间，节约了工期，将大大降低项目建设费用。

另外，目前二氧化碳储能系统暂未有针对系统运行工质回收的方案，本发明上述实施例提供的二氧化碳储能系统工质充装回收组件还可以将储液单元内存储的液态二氧化碳排出至二氧化碳槽车，并且在排出液态二氧化碳的过程中通过气相平衡支管可维持二氧化碳槽车与储液单元之间的气相压力一致，使得液态二氧化碳能流畅排出，可在二氧化碳储能系统机组维修、设备故障、改扩建等提供安全可靠保障，解决二氧化碳工质回收问题。

附图说明

下面将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细的说明。

图1为本发明一个实施例提供的二氧化碳储能系统的工质充装回收组件的结构示意图。

图2为图1所示二氧化碳储能系统的工质充装回收组件一个具体实施例的结构示意图。

图3为图2所示二氧化碳储能系统的工质充装回收组件应用在二氧化碳储能系统中的连接结构示意图。

图4为图1所示二氧化碳储能系统的工质充装回收组件一个具体实施例的结构示意图。

图5为图4所示二氧化碳储能系统的工质充装回收组件应用在二氧化碳储能系统中的连接结构示意图。

图6为图1所示二氧化碳储能系统的工质充装回收组件一个具体实施例的结构示意图。

图7为图6所示二氧化碳储能系统的工质充装回收组件应用在二氧化碳储能系统中的连接结构示意图。

图8为一个具体实施例提供的二氧化碳储能系统的工质充装回收组件应用在二氧化碳储能系统中的连接结构示意图。

图9为另一个具体实施例提供的二氧化碳储能系统的工质充装回收组件应用在二氧化碳储能系统中的连接结构示意图。

图10为另一个具体实施例提供的二氧化碳储能系统的工质充装回收组件应用在二氧化碳储能系统中的连接结构示意图。

图11为一个实施例提供的二氧化碳储能系统的工质充装回收组件中二氧化碳槽车的结构示意图。

【附图标记说明】

10：储液单元；11：液相接口；12：第一气相接口；13：温度检测单元；131：现场温度检测仪；132：远传温度检测仪；14：第一压力检测单元；141：第一现场压力检测仪；142：第一远传压力检测仪；15：第一液位检测单元；20：压力平衡单元；21：气相平衡支管；22：第一平衡管；23：第二平衡管；24：调压装置；30：二氧化碳槽车；31：第二气相接口；32：第二压力检测单元；33：第二液位检测单元；41：液化部；42：压缩机；51：气化部；52：释能换热器；53：透平机；60：储气库；71：换热组件；711：换热器温度检测单元；72：第一传输管道；73：输送泵；74：第二传输管道；75：旁路控制阀；801：第一阀门；802：第二阀门；803：第三阀门；804：第四阀门；805：第五阀门；806：第六阀门；807：第七阀门；808；第八阀门；809：第九阀门；810：第一气相控制阀；811：第一液相控制阀。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

为了使本领域普通技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

还需要说明的是，本发明中多个实施例的划分仅是为了描述的方便，不应构成特别的限定，各种实施例中的特征在不矛盾的情况下可以相结合，相互引用。

如图1所示，本发明一个实施例提供一种二氧化碳储能系统的工质充装回收组件，包括储液单元10和压力平衡单元20。

储液单元10用于存储液态二氧化碳和气态二氧化碳。储液单元10具有液相接口11，储液单元10的顶部具有第一气相接口12。储液单元10用于在充装阶段通过液相接口11接收从二氧化碳槽车30充入的液态二氧化碳或者在回收阶段通过液相接口11输出液态二氧化碳至二氧化碳槽车30。储液单元10为二氧化碳储能系统中用于存储液态二氧化碳的部分，当然，实际运行时储液单元10内存储的二氧化碳通常有部分以气态二氧化碳的形式存在。储液单元10例如包括多个存储容器，以提供存储液态二氧化碳的存储空间，多个存储容器例如以并联、串联或者串并联的方式组合。

压力平衡单元20包括调压装置24和气相平衡支管21，调压装置24分别连接液相接口11和第一气相接口12，调压装置24用于在充装阶段对二氧化碳进行气液转换以使储液单元内的压力达到设计压力。气相平衡支管21的第一端与第一气相接口12连接，气相平衡支管21的第二端用于连接二氧化碳槽车30。气态二氧化碳能够通过气相平衡支管在储液单元10和二氧化碳槽车30之间流动，以平衡储液单元10和二氧化碳槽车30之间的压力。

二氧化碳槽车30也可以称为二氧化碳罐车，可以以常温高压(20℃，7MPa)或者低温较高压(-40℃，2MPa)的方式运输液态二氧化碳，即二氧化碳槽车30可以7Mpa或者2Mpa等不同的运输压力存储并运输液态二氧化碳。在二氧化碳储能系统运行前，需要将二氧化碳槽车30运输来的液态二氧化碳充装至二氧化碳储能系统内，以保证储能系统的正常运行。此时可通过将二氧化碳槽车30与储液单元10的液相接口11连通，将二氧化碳槽车30内的液态二氧化碳经由液相接口11充装进入储液单元10。或者，在二氧化碳储能系统内机组维修或设备故障等场景下，需要将二氧化碳储能系统内的二氧化碳排出，此时可以通过将二氧化碳槽车30与储液单元10的液相接口11连通，将储液单元10内存储的液态二氧化碳经由液相接口11排出至二氧化碳槽车30。

在充装阶段，调压装置24可对二氧化碳进行气液转换，以使储液单元10内的压力达到设计压力。设计压力例如是二氧化碳储能系统正常运行时储液单元10内二氧化碳的压力，也可以称为储能压力。由于二氧化碳槽车30的运输压力与设计压力可能不同，通过上述设置，在二氧化碳储能系统正式运行之前，不仅可以保证向储液单元10快速充入二氧化碳，还可使得充入的液态二氧化碳的压力满足正常运行需求。

相关技术中，将液态二氧化碳通过气化装置气化后充入二氧化碳储能系统，对于大容量的二氧化碳储能系统，所需求灌注的二氧化碳量特别多，采用气化灌注的方式效率低，且易受外部环境影响，在寒冷天气极不易灌注，且正常气化后充装速度较慢，举例而言，一辆二氧化碳槽车一次充装灌注20t(吨)二氧化碳采用气化的方式将需要10～20小时才能完成，而整个二氧化碳储能系统正常运行所需的二氧化碳的质量高达上千吨，因此气化的充装方式将导致整个储能系统达到运行条件充装周期长，将严重影响整个项目建设投产周期。

本实施例中，储液单元10可通过液相接口11与二氧化碳槽车30连通，可采用向储液单元10充装液态二氧化碳的方式实现对二氧化碳储能系统的工质充装。通过设置压力平衡单元20，且压力平衡单元20中的气相平衡支管21可将储液单元10的顶部气相空间与二氧化碳槽车30连通，以平衡二氧化碳槽车30与储液单元10气相压力一致，保证整个充装过程液体流动畅通，调压装置24可将储液单元内的压力调整至设计压力以符合正常运行需求，也可维持储液单元10内压力平衡。例如在向采用气化方式充装二氧化碳的速度约为1～2t/h(吨每小时)，对于循环量为500t二氧化碳工质的储能系统，整个灌注充装周期约250～500h(小时)，整个灌注充装周期长。而本实施例可采用向储液单元10充装液态二氧化碳的方式进行充装，可达到10～20t/h的充装速度，对于储能系统循环量为500t二氧化碳工质的储能系统，整个灌注充装周期约25～50h，大大缩短了灌注充装时间，节约了工期，将大大降低项目建设费用。

另外，目前二氧化碳储能系统暂未有针对系统运行工质回收的方案，本发明上述实施例提供的二氧化碳储能系统工质充装回收组件还可以将储液单元10内存储的液态二氧化碳排出至二氧化碳槽车30，并且在排出液态二氧化碳的过程中通过气相平衡支管21可维持二氧化碳槽车30与储液单元10之间的气相压力一致，使得液态二氧化碳能流畅排出，可在二氧化碳储能系统机组维修、设备故障、改扩建等提供安全可靠保障，解决二氧化碳工质回收问题。

在一个实施例中，气相平衡支管21的第一端可直接连接于第一气相接口12。但在一些实施例中，由于第一气相接口12的位置较高气相平衡支管21还可通过其他方式连接至第一气相接口12，举例而言，气相平衡支管21可以连接于调压装置24与第一气相接口12之间的气相管路上，根据实际需求选择该气相管路的合适位置可节约管道材料，降低安装难度等。

在一个实施例中，参照图2，调压装置24包括液化部41，液化部41的工作工质出口连接液相接口11，液化部41的工作工质侧连接第一气相接口12，液化部41用于将气态二氧化碳转换为液态二氧化碳并输出液态二氧化碳至储液单元10，以在充装阶段将储液单元10内的压力降压至设计压力。其中液化部41例如可以是冷凝器，也可以是其他可将气态二氧化碳转换为液态二氧化碳的装置例如压缩机等。举例而言，液化部41通过非接触式换热实现液化，液化部41具有工作工质侧和换热介质侧，换热介质侧内流动换热介质，换热介质例如可以是水、导热油、LNG、氟利昂等，工作工质侧流动工作介质(也即二氧化碳)。在液化部41工作时，换热介质侧流动的换热介质与工作工质侧的气态二氧化碳非接触式换热，以将气态二氧化碳冷凝成液态二氧化碳后从工作工质出口输出液态二氧化碳。

因此在液化部41工作时可将储液单元10内的部分气态二氧化碳转换成液态后回流至储液单元10内，使得储液单元10内气态二氧化碳的体积减小、储液单元10内压力降低。例如二氧化碳槽车30的运输压力大于设计压力(例如运输压力为7Mpa，设计压力为6.8Mpa)，则充入储液单元10内的液态二氧化碳的压力也大于设计压力，此时可通过液化部41在充装阶段将部分气态二氧化碳转换成液态二氧化碳，以降储液单元10内的压力降低至设计压力。例如二氧化碳槽车30的运输压力等于设计压力(例如运输压力为7Mpa，设计压力为7Mpa)，或者略小于设计压力(例如运输压力为7Mpa，设计压力为7.2Mpa)，但在充装过程中液态二氧化碳由于吸收环境热量等原因膨胀导致充入储液单元10内的二氧化碳的压力大于设计压力，此时也可以通过液化部41将部分气态二氧化碳转换成液态二氧化碳，以维持储液单元10内的压力在设计压力。通过设置液化部41使得工质充装回收组件能适配运输压力较高的二氧化碳槽车30向储液单元10充装液态二氧化碳，并能符合后期二氧化碳储能系统正式运行的压力需求。

在一些实施例中，压力平衡单元20还包括第一平衡管22，第一平衡管22连接于第一气相接口12和液化部41之间。储液单元10内的气态二氧化碳通过第一平衡管22传输至液化部41以转换成液态。

其中，液化部41例如可以为二氧化碳储能系统内用于将气态二氧化碳冷凝为液态二氧化碳的装置(也即冷凝器)。举例而言，参照图3，二氧化碳储能系统例如包括储气库60和连接于储气库60和储液单元10之间的储能组件，储能组件包括液化部41(也即冷凝器)和以压缩机42为代表的储能压缩部。储气库60用于存储常压的气态二氧化碳，储能阶段储能压缩部将储气库60内的常压的气态二氧化碳压缩至储能压力，液化部41将储能压缩部输出的储能压力的气态二氧化碳冷凝液化成液态二氧化碳后输出至储液单元10，在此过程中能量以压缩能和热能的方式存储，实现储能循环。

当液化部41为二氧化碳储能系统内的冷凝器时，第一平衡管22可在储能阶段平衡储液单元10内的压力，在储能阶段，随着储液单元10内液态二氧化碳的量逐渐增加，压力将上升，通过第一平衡管22可维持储液单元10在储能阶段的压力为储能压力。因此本实施例中通过复用二氧化碳储能系统的冷凝器作为液化部41，可在充装阶段通过液化部41平衡储液单元10内的压力也可在储能阶段平衡储液单元10内的压力，实现设备在不同阶段的重复利用，可降低设备投入成本。

参照图2，气相平衡支管21的第一端连接于第一平衡管22，即气相平衡支管21通过第一平衡管22与第一气相接口12连接。

本实施例中通过将气相平衡支管21的第一端连接在第一平衡管22上，可以实现气相平衡支管21与第一气相接口12的连接，进而实现二氧化碳槽车30与储液单元10之间的气相压力一致。并且气相平衡支管21通过第一平衡管22实现与第一气相接口12的连接，可在第一平衡管22上选择合适的接入位置以方便安装和操作，还可节约管道材料。

或者参照图4，气相平衡支管21的第一端连接液化部41的工作工质进口。具体参照图5，气相平衡支管21具体连接在以压缩机42为代表的储能压缩部的出口和液化部41之间。液化部41和储液单元10之间的压力可通过第一平衡管22维持一致，因此将气相平衡支管21连接于液化部41的工作工质进口同样可以实现气相平衡支管21的连通，节省管道材料。

另外，在将储液单元10内的液态二氧化碳回收至二氧化碳槽车30的过程中，还可启动液化部41，以通过液化部41将部分气态二氧化碳转换成液态二氧化碳，可以带走部分热量，维持储液单元10内的压力稳定，保证液态二氧化碳流动畅通，实现快速回收的效果。

在另一些实施例中，参照图6，调压装置24还包括气化部51，气化部51的工作工质进口连接储液单元10，气化部51的工作工质出口连接第一气相接口12。气化部51用于将储液单元10输出的液态二氧化碳转换为气态二氧化碳，并输出气态二氧化碳至储液单元10。以在充装阶段使储液单元10的压力升压到设计压力。其中气化部51例如可以是蒸发器，也可以是其他能将液态二氧化碳转换为气态二氧化碳的装置例如气化器，具体例如空温气化器、水浴式气化器等。气化部51例如通过非接触式换热实现气化，气化部51例如具有工作工质侧和换热介质侧，换热介质内流动换热介质，换热介质例如可以是水、导热油、熔盐等。工作工质侧流动工作工质(也即二氧化碳)。在气化部51工作时换热介质侧流动的换热介质与工作工质侧的液态二氧化碳非接触式换热，以将液态二氧化碳气化成气态二氧化碳后从工作工质出口输出气态二氧化碳。

因此在气化部51工作时可将储液单元10内的部分液态二氧化碳转换成气态后回流至储液单元10内，使得储液单元10内的压力上升。例如二氧化碳槽车30的运输压力小于预设压力(例如运输压力为2Mpa，设计压力为7Mpa)，则充入储液单元10内的液态二氧化碳的压力小于设计压力，此时可通过气化部51在充装阶段将部分液态二氧化碳气化成气态二氧化碳，以对储液单元10内进行升压，以维持储液单元10内的压力设计压力。通过设置气化部51使得能适配运输压力较低的二氧化碳槽车30向储液单元10充装液态二氧化碳，维持储液单元10内压力平衡保证充装速度，并能符合后期二氧化碳储能系统的正式运行的压力需求。

压力平衡单元20还包括第二平衡管23，第二平衡管23连接于气化部51的工作工质出口和第一气相接口12之间。气化部51输出的气态二氧化碳可经第二平衡管23回流至储液单元10以平衡储液单元10内的压力。

其中，气化部51例如为二氧化碳储能系统内用于将液态二氧化碳蒸发为气态二氧化碳的装置(也即蒸发器)。举例而言，参照图7，二氧化碳储能系统包括储气库60和连接于储气库60和储液单元10之间的释能组件，释能组件包括气化部51(也即蒸发器)、以透平机53和释能换热器52为代表的释能膨胀部。释能阶段，气化部51将储液单元10内存储的液态二氧化碳蒸发为气态二氧化碳，释能膨胀部中释能换热器52将气态二氧化碳进一步升温膨胀，透平机53利用高温气态二氧化碳膨胀做功后输出常温常压的气态二氧化碳至储气库60存储，完成释能循环。

当气化部51为二氧化碳储能系统内的蒸发器时，在释能阶段，随着储液单元10内液态二氧化碳的量逐渐减少，压力下降，通过第二平衡管23可维持储液单元10的压力稳定。因此本实施例中通过复用二氧化碳储能系统的蒸发器作为气化部51，可实现在充装阶段维持储液单元10在设计压力，并在释能阶段维持储液单元10内压力平衡，可实现设备在不同时段的重复利用，可降低设备投入成本。

在一些实施例中，气相平衡支管21的第一端连接第二平衡管23。本实施例中通过将气相平衡支管21的第一端连接在第二平衡管23上，可以实现气相平衡支管21与第一气相接口12的连接，进而实现二氧化碳槽车30与储液单元10之间的气相压力一致。并且气相平衡支管21通过第二平衡管23实现与第一气相接口12的连接，可在第二平衡管23上选择合适的接入位置以方便安装和操作，还可节约管道材料。

在一些实施例中，如图8所示，该二氧化碳储能系统的工质充装回收组件包括液化部41、气化部51、第一平衡管22和第二平衡管23。其中第一平衡管22和第二平衡管23靠近储液单元10有共用管段，气相平衡支管21的第一端可连接在该共用管段上，同样具有平衡储液单元10和二氧化碳槽车30压力的效果。

在一些实施例中，调压装置24可同时包括液化部41和气化部51，可在充装阶段适配不同运输压力的二氧化碳槽车30。在一些实施例调压装置24例如还包括膨胀部(可以是二氧化碳储能系统的释能膨胀部)和压缩部(可以是二氧化碳储能系统的储能压缩部)，在回收阶段若需要以低于设计压力的运输压力将储液单元10内的液态二氧化碳回收至二氧化碳槽车30内，可以首先通过气化部51将部分液态二氧化碳气化成气态二氧化碳后输送至膨胀部膨胀做功，并通过压缩部将气态二氧化碳压缩到低于设计压力后再经液化部41对气态二氧化碳进行液化，若液化部41输出的液态二氧化碳的压力仍高于运输压力，则继续进行液态二氧化碳依次经气化部51、膨胀部、压缩部、液化部41的气液转换循环直至储液单元10内的液态二氧化碳的压力达到二氧化碳槽车30的运输压力。举例而言，例如二氧化碳储能系统运行期间正常运行压力为7Mpa，也即设计压力为7Mpa，当回收阶段需要以2Mpa的运输压力将液态二氧化碳回收到二氧化碳槽车30内时，可通过气化部51将储液单元10内的部分液态二氧化碳气化成气态二氧化碳后经膨胀部膨胀做功，再经压缩部压缩成例如5Mpa的中压气态二氧化碳，压缩部输出的中压气态二氧化碳经液化部41液化后回到储液单元10内，此时液化部41输出的液态二氧化碳的压力仍高于2Mpa，因此可由气化部51将中压的气态二氧化碳再次气化后经膨胀部膨胀做功后经压缩机压缩以及经液化部41液化，经多次循环后使得储液单元10内的压力达到2Mpa，即可实现较低运输压力回收。其中，由于气相平衡支管21可维持储液单元10与二氧化碳槽车30内的压力平衡，因此在上述结合气化部51、膨胀部、压缩部和液化部41对储液单元10进行降压至低运输压力的过程与储液单元10输出液态二氧化碳至二氧化碳槽车30的过程可同步进行。

在一些实施例中，如图9所示，二氧化碳储能系统的工质充装回收组件还包括换热组件71，换热组件71用于将二氧化碳槽车30输出的液态二氧化碳升温成预设充装温度的液态二氧化碳并输出至储液单元10。换热组件71例如包括换热器，换热器例如可以为电加热器、水浴换热器、空温换热器、烟气换热器、蒸汽换热器等。换热介质在换热器的热侧通道内流动以将流经换热器冷侧通道的液态二氧化碳进行升温，换热介质例如可以时工业余热的换热介质、可以为水、导热油、熔盐等。

换热组件71例如还包括换热器温度检测单元711(参照图10)，用于检测换热器出口的液态二氧化碳的温度，以保证输入储液单元10内的液态二氧化碳能达到预设充装温度。目前由于低温运输成本更低，二氧化碳槽车30运输来的液态二氧化碳为一般低至-40℃，通过换热组件71例如可将液态二氧化碳升温至-20～20℃左右以匹配储液单元10以及相关管道阀门等的正常工作温度。

在一些实施例中，也可以在储液单元10上设置温度检测单元13以检测储液单元10内的温度，温度检测单元13例如包括现场温度检测仪131和远传温度检测仪132(参照图10)，现场温度检测仪131例如可以为液体膨胀式温度计、固体膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计等。远传温度检测仪132例如包括温度传感器和温度变送器，可以将温度信号转变为远传电压或电流信号输出，便于远程监控和控制。温度检测单元13例如还可以采用远传双金属温度计，可以将热电阻或热电偶的信号远传功能与双金属的就地指示功能相结合既能满足现场测温需求，又能满足远程监测需求。通过温度检测单元13同样可实现保证输入储液单元10内的液态二氧化碳能达到预设充装温度。

在一些实施例中，参照图11，该二氧化碳储能系统的工质充装回收组件还包括第一传输管道72、输送泵73、第二传输管道74。第一传输管道72相对两端分别连接储液单元10(图11未示出)和二氧化碳槽车30。输送泵73设置在第一传输管道72上。第二传输管道74与输送泵73并联，第二传输管道74上设置有旁路控制阀75。其中第一传输管道72和第二传输管道74用于实现二氧化碳槽车30与储液单元10之间的液态二氧化碳的输送。输送泵73例如可以为离心泵、管道泵或者气动泵等。第二传输管道74可用于在二氧化碳槽车30和储液单元10之间的液位差较大时使得液态二氧化碳从二氧化碳槽车30自流进入储液单元10内或者从储液单元10自流进入二氧化碳槽车30内。当二氧化碳槽车30和储液单元10之间的液位差不足以使得液态二氧化碳自流传输时，可关闭旁路控制阀75，启动输送泵73实现液态二氧化碳的输送。通过第二传输管道74和输送泵73的并联设置，使得可根据不同需求选择液态二氧化碳的传输方式，可节省能耗。

在一些实施例中，输送泵73为双向泵，输送泵73用于在充装阶段为第一转向，将二氧化碳槽车30输出的液态二氧化碳经由第一传输管道72输送至储液单元10；在回收阶段为第二转向，将储液单元10内的液态二氧化碳经由第一传输管道72输送至二氧化碳槽车30；第一转向和第二转向相反。将输送泵73设置为双向泵可以通过改变泵的转向实现液态二氧化碳在二氧化碳槽车30和储液单元10之间的双向传输，充装时输送泵73正向(第一方向)转动以将二氧化碳槽车30内的液态二氧化碳输送至储液单元10内。回收时输送泵73反向(第二方向)转动以将储液单元10内的液态二氧化碳输送至二氧化碳槽车30。或者在其他实施例中，也可以通过两台泵分别实现液态二氧化碳的充装和回收，本实施例并不限制。

在一些实施例中，前述任意一种二氧化碳储能系统的工质充装回收组件均包括该二氧化碳槽车30。二氧化碳槽车30用于在充装阶段向储液单元10提供液态二氧化碳或者在回收阶段接收储液单元10输出的液态二氧化碳并存储。二氧化碳槽车30的顶部具有第二气相接口31，气相平衡支管21的第二端连接至第二气相接口31。在一些实施例中，例如可通过可拆卸的液相临时软管使二氧化碳槽车30和液相接口11连通，可通过可拆卸的气相临时软管使二氧化碳槽车30与气相平衡支管21的第二端连通。当完成充装或者完成回收后将液相临时软管和气相临时软管拆除，操作方便。在二氧化碳槽车30顶部设置第二气相接口31，当存储二氧化碳时，二氧化碳槽车30的下方为液态二氧化碳的液相空间，顶部为气相二氧化碳的气相空间。通过第一气相接口12、气相平衡支管21和第二气相接口31使得储液单元10顶部的气相空间与二氧化碳槽车30顶部的气相空间连通，可维持储液单元10和二氧化碳槽车30内压力一致，保证液态二氧化碳传输畅通。

在一些实施例中，参照图10，该二氧化碳储能系统的工质充装回收组件还包括压力检测装置和第一气相控制阀810，压力检测单元包括第一压力检测单元14和第二压力检测单元32(图11)，第一压力检测单元14用于检测储液单元10内的压力。第二压力检测单元32用于检测二氧化碳槽车30内的压力。第一气相控制阀810用于根据第一压力检测单元14和第二压力检测单元32的检测结果动作。

其中第一压力检测单元14例如可以包括现场第一现场压力检测仪141，第一现场压力检测仪141例如可以为压力表，具体例如按照读数方式，可以分为指针型压力表或数字型压力表。例如按照其测量压力的原理可以是弹性式压力计、液柱式压力机、膜片式压力计、活塞式压力计等，可以方便现场操作人员读数。第一压力检测单元14例如还可以包括第一远传压力检测仪142，第一远传压力检测仪142例如可以包括压力传感器，可将压力转换为电信号输出，具体例如可以为电阻式压力传感器、压电式压力传感器、电容式压力传感器、薄膜压力传感器等。第一远传压力检测仪142例如可将测得的压力值通过无线传输技术传输到接收端(例如控制组件)实现无线遥测功能。第二压力检测单元32可参照第一压力检测单元14设置现场或远传压力检测仪，以对二氧化碳槽车30内的压力进行监控。

第一气相控制阀810例如为电动阀，可以电动控制开度，具体可根据第一压力检测单元14和第二压力检测单元32的检测结果控制第一气相控制阀810的打开程度。例如在充装时将二氧化碳槽车30与气相平衡支管21的第二端连接，将二氧化碳槽车30与液相接口11连接时，首先根据第一压力检测单元14缓慢控制第一气相控制阀810缓慢打开以维持储液单元10压力升高速率在指定范围例如小于0.1Mpa/min。当储液单元10与二氧化碳槽车30压力达到平衡一致时第一气相控制阀810全开。例如在回收时将二氧化碳槽车30与气相平衡支管21的第二端连接，将二氧化碳槽车30与液相接口11连接时，首先根据第二压力检测单元32缓慢控制第一气相控制阀810缓慢打开以维持二氧化碳槽车30压力升高速率在指定范围例如小于0.1Mpa/min，当储液单元10与二氧化碳槽车30压力达到平衡一致时(压差小于预设差值时)第一气相控制阀810全开。本实施例中通过压力检测装置和第一气相控制阀可更准确的判断储液单元10和二氧化碳槽车30的压力情况以及便于更好的操作。

在一些实施例中，该二氧化碳储能系统的工质充装回收组件还包括液位检测装置，参照图10和图11液位检测装置包括第一液位检测单元15和第二液位检测单元33，第一液位检测单元15用于检测储液单元10内的液位。第二液位检测单元33用于检测二氧化碳槽车30内的液位。第一液位检测单元15和第二液位检测单元33例如可以是玻璃板液位计、磁翻板液位计、雷达液位计、电容式液位计、浮标液位计、超声波液位计等。其中，储液单元10例如包括多个并联的储能容器，例如对应每个储能容器均设置有液位计以独立感测各个储能容器内的液位，例如由二氧化碳槽车30向储液单元10充装液态二氧化碳时，当根据第一液位检测单元15判断一个储能容器的液位超过第一预设液位时切换向另一个储能容器将进行充装。当根据第二液位检测单元33判断一个二氧化碳槽车30液位低于第二预设液位时切换另一个二氧化碳槽车30进行充装，直至充装完成。例如由储液单元10向二氧化碳槽车30输出液态二氧化碳以回收时，当根据第一液位检测单元15判断一个储能容器的液位低于第三预设液位时切换另一个储能容器排出液态二氧化碳，当根据第二液位检测单元33判断一个二氧化碳槽车30的液位高于第四预设液位时切换另一个二氧化碳槽车30接收液态二氧化碳，直至回收完成。本实施例通过设置液位检测装置可便于确定储液单元10和二氧化碳槽车30内的液位状态，以方便根据液位状态调整充装和回收的操作，防止液位过低或过高时发生安全问题。在一些实施例中，可结合液位检测装置和自动控制阀实现自动切换，操作更方便、安全。

在一些实施例中，该二氧化碳储能系统的工质充装回收组件还包括控制组件，控制组件是对工质充装回收组件中的装置起到控制作用的控制器，包括但不限于中央处理器、可读式存储介质、控制器、PLC控制单元等。控制组件例如电连接前述实施例提到的输送泵73、压力检测装置、液位检测装置、温度检测装置、第一气相控制阀810等。控制组件例如可接收压力检测装置、液位检测装置和温度检测装置输出的检测结果，并根据检测结果发出相应的控制指令，实现自动化控制，使得控制更加精准操作更方便安全。

图10示出了本申请实施例提供的二氧化碳储能系统的工质充装回收组件应用在二氧化碳储能系统中的结构示意图。其中工质充装回收组件包括储液单元10、压力平衡单元20、二氧化碳槽车30和换热组件71。压力平衡单元20包括调压装置24和气相平衡支管21。二氧化碳储能系统还包括储气库60、以压缩机42为代表的储能组件和以透平机53为代表的释能组件。储液单元10用于存储液态二氧化碳，储气库60用于存储气态二氧化碳，压缩机42用于将储气库60内存储的气态二氧化碳压缩至设计储能压力，调压装置24包括液化部41和气化部51，液化部41还用于在储能组件中作为冷凝器将设计储能压力的气态二氧化碳冷凝为液态二氧化碳后输出至储液单元10。气化部51还用于在释能组件中作为蒸发器将储液单元10内的液态二氧化碳蒸发成气态二氧化碳，释能换热器52用于将蒸发后的气态二氧化碳进一步升温膨胀，透平机53用于利用高温的气态二氧化碳膨胀做功后输出至储气库60存储。压力平衡单元20包括连接于液化部41和第一气相接口12之间的第一平衡管22，第一平衡管22上设置有第一阀门801，第一阀门801用于控制第一平衡管22的通断。压力平衡单元20还包括连接于气化部51的工作工质出口和第一气相接口12之间的第二平衡管23。第二平衡管23上设置有第二阀门802，第二阀门802用于控制第二平衡管23的通断。如图10所示，气相平衡支管21的第一端连接在第八阀门808和液化部41之间。第八阀门808和第九阀门809用于实现压缩机42和液化部41之间的通断。气相平衡支管21上设置有第七阀门807，第七阀门807用于控制气相平衡支管21的通断。在其他实施例中，气相平衡支管21的第一端可以连接第二平衡管23，且连接于第二阀门802和气化部51的工作工质出口之间。或者气相平衡支管21的第一端也可以连接在第一平衡管22上位于第一阀门801和液化部41之间的位置。或者气相平衡支管21也可以连接在第一阀门801和第一气相接口12之间，也可以连接在第二阀门802和第一气相接口12之间。储液单元10与液化部41之间设置有第六阀门806用于实现液化部41的工作工质出口和储液单元10的液相接口11之间的通断，储液单元10与气化部51之间设置有第四阀门804用于实现储液单元10的液相接口11与气化部51的工作工质进口之间的通断。液相接口11处还设置有第三阀门803，可控制液相接口11的通断。第五阀门805设置在充装回收支管上，充装回收支管的一端连接在第三阀门803、第四阀门804和第六阀门806之间的管路上。二氧化碳槽车30具有第一液相控制阀811和第一气相控制阀810。

工质充装原理和过程如下：

(1.1)检测阀门状态。确认第一阀门801、第二阀门802、第三阀门803、第四阀门804、第五阀门805、第六阀门806，第七阀门807、第八阀门808、第九阀门809、第一气相控制阀810和第一液相控制阀811均为关闭状态。

(1.2)将二氧化碳槽车30与储液单元10连接。具体地将第一液相控制阀811与换热组件71的冷测进口连接，将换热组件71的冷测出口与第五阀门805连接。将第一气相控制阀810与第七阀门807连接。其中第一液相控制阀811与换热组件71，换热组件71与第五阀门805、第一气相控制阀810与第七阀门807的连接均可以使用临时软管，便于拆装。

(1.3)平衡二氧化碳槽车30与储液单元10之间的压力。具体地，按照图10中的连接方式时，打开第一阀门801(若气相平衡支管21连接于第二阀门802和气化部51的工作工质出口之间，且不需要液化部41调节储液单元10内压力时可保持第一阀门801关闭，打开第二阀门802；若气相平衡支管21连接与第一阀门801和储液单元10之间且位于第二阀门802和储液单元10之间，若不需要液化部41和气化部51调节储液单元10的压力，也可以保持第一阀门801和第二阀门802均关闭)，缓慢打开第七阀门807，缓慢微开第一气相控制阀810，通过第一压力检测单元14检测储液单元10的压力升高速率，第一气相控制阀810的打开程度和速度依据使得储液单元10的压力升高速率小于0.1Mpa/min的程度控制。通过第二压力检测单元32观察二氧化碳槽车30的压力，当储液单元10的压力与二氧化碳槽车30的压力达到平衡一致时(例如压差小于预设压差值，预设压差值理论为0)全开第一气相控制阀810。

(1.4)充装液态二氧化碳。具体地打开第三阀门803，打开第五阀门805，打开第一液相控制阀811，若需要提供输送压力，可关闭旁路控制阀75，启动输送泵73(参照图11)，使得输送泵73出口压力高于二氧化碳槽车30内压力0.1～0.2Mpa，利用输送泵73将二氧化碳槽车30内的液态二氧化碳传输至换热组件71，通过换热组件71升温后输送进入储液单元10。

(1.5)充装温度检测。具体地充装期间可通过换热器温度检测单元711检测换热组件71出口液态二氧化碳温度，对换热组件71进行调整确保输入至储液单元10内的液态二氧化碳的温度达到预设充装温度。

(1.6)充装进度检测。具体地充装期间可通过第一液位检测单元15和第二液位检测单元33检测储液单元10和二氧化碳槽车30的液位。当一个二氧化碳槽车30的液位低于第二预设液位时，停止输送泵73，关闭第一气相控制阀810、第一液相控制阀811、第五阀门805、第七阀门807，关闭换热组件71，该二氧化碳槽车30完成充装。对下一个二氧化碳槽车30重复步骤(1.2)至(1.6)。对于第一个二氧化碳槽车30，也即充装阶段最开始时，步骤(1.3)的前期例如为通过缓慢微开第一气相控制阀810使得二氧化碳槽车30内的气态二氧化碳置换掉储液单元10内原有的空气，当检测到储液单元10内的二氧化碳纯度达到预设纯度值(例如99％)完成置换，再使得储液单元10内的压力与二氧化碳槽车30的压力达到一致。并且在充装阶段，可根据储液单元10内的压力选择打开液化部41和第一阀门801，或者气化部51和第二阀门802以通过液化部41或气化部51调节储液单元10内的压力至设计压力。

工质回收原理和过程如下：

(2.1)检测阀门状态。确认第一阀门801、第二阀门802、第三阀门803、第四阀门804、第五阀门805、第六阀门806，第七阀门807、第八阀门808、第九阀门809、第一气相控制阀810和第一液相控制阀811均为关闭状态。

(2.2)将二氧化碳槽车30与储液单元10连接。具体地将第一液相控制阀811与第五阀门805连接。将第一气相控制阀810与第七阀门807连接。其中第一液相控制阀811与第五阀门805、第一气相控制阀810与第七阀门807的连接均可以使用临时软管，便于拆装。

(2.3)平衡二氧化碳槽车30与储液单元10之间的压力。具体地，按照图10中的连接方式时，打开第一阀门801(若气相平衡支管21连接于第二阀门802和气化部51的工作工质出口，则保持第一阀门801关闭，打开第二阀门802；若气相平衡支管21连接与第一阀门801和储液单元10之间且位于第二阀门802和储液单元10之间，则可以保持第一阀门801和第二阀门802均关闭)，缓慢打开第七阀门807，缓慢微开第一气相控制阀810，通过第二压力检测单元32检测二氧化碳槽车30内的压力升高速率，第一气相控制阀810的打开程度和速度依据使得二氧化碳槽车30内的压力升高速率小于0.1Mpa/min的程度控制。通过第一压力检测单元14观察储液单元10的压力，当储液单元10的压力与二氧化碳槽车30的压力达到平衡一致时(例如压差小于预设压差值，预设压差值理论为0)全开第一气相控制阀810。

(2.4)回收液态二氧化碳。具体地打开第三阀门803，打开第五阀门805，打开第一液相控制阀811，若需要提供输送压力，可关闭旁路控制阀75，启动输送泵73(参照图11)，使得输送泵73出口压力高于二氧化碳槽车30内压力0.1～0.2Mpa，利用输送泵73将储液单元10内的液态二氧化碳传输至二氧化碳槽车30。

(2.5)回收进度检测。具体地回收期间可通过第一液位检测单元15和第二液位检测单元33检测储液单元10和二氧化碳槽车30的液位。当一个二氧化碳槽车30的液位高于第四预设液位时，停止输送泵73，关闭第一气相控制阀810、第一液相控制阀811、第五阀门805、第七阀门807，该二氧化碳槽车30完成回收。对下一个二氧化碳槽车30重复步骤(2.2)至(2.5)。在回收阶段，可根据是否要调整储液单元10内的压力而相应控制其他阀门的通断以及设备的启停，具体操作可参照前述实施例的说明。

本发明实施例还提供一种二氧化碳储能系统的工质充装方法，基于前述任意一项实施例提供的二氧化碳储能系统的工质充装回收组件，工质充装回收方法包括：

S1：将二氧化碳槽车30与气相平衡支管21连通，通过气相平衡支管21平衡二氧化碳槽车30与储液单元10之间的压力。

步骤S2：将二氧化碳槽车30与液相接口11连通。

步骤S31(充装步骤)：在充装阶段，二氧化碳槽车30输出液态二氧化碳至储液单元10。

或者步骤S32(回收步骤)：在回收阶段，储液单元10输出液态二氧化碳至二氧化碳槽车30。

在执行步骤S31的同时，还可执行步骤S4：在充装阶段，调压装置24将二氧化碳进行气液转换，使储液单元10内的压力达到设计压力。

其中，步骤S1中具体通过气相平衡支管21将储液单元10的顶部气相空间与二氧化碳槽车30连通，以平衡二氧化碳槽车30与储液单元10气相压力一致，因此可以保证步骤S31或步骤S32中液体流动畅通，实现二氧化碳的快速充装或回收。步骤S4中可通过调压装置24使得能以设计压力实现对储液单元10进行液态二氧化碳的充装，可适配不同运输压力的二氧化碳槽车30，并且可维持储液单元10内压力平衡，保证快速充装。

在一些实施例中，工质充装回收组件例如还包括换热组件71，则步骤S2具体包括将二氧化碳槽车30经换热组件71与液相接口11连通。步骤S31中具体为：二氧化碳槽车30输出液态二氧化碳至换热组件71，换热组件71将液态二氧化碳升温至预设充装温度后输出至储液单元10。目前由于低温运输成本更低，二氧化碳槽车30运输来的液态二氧化碳为一般低至-40℃，通过换热组件71例如可将液态二氧化碳升温至-20～20℃左右以匹配储液单元10以及相关管道阀门等的正常工作温度。

在一些实施例中，工质充装回收组件例如还包括压力检测装置和第一气相控制阀810，步骤S1例如具体包括第一气相控制阀810根据第一压力检测单元14和第二压力检测单元32的检测结果动作。具体根据第一压力检测单元14和第二压力检测单元32的检测结果控制第一气相控制阀810的打开程度。通过上述控制可更准确的判断储液单元10和二氧化碳槽车30的压力情况以及便于更好的操作。

本发明实施例提供的工质充装回收方法的其他具体步骤可参照前述工质充装回收组件的实施例中运行过程和原理的描述，该工质充装回收方法具有与前述实施例相同的有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。