[0001] 本发明属于压缩二氧化碳储能技术领域，特别涉及一种压缩二氧化碳储能系统安全性的除水系统和除水方法。

[0002] 压缩二氧化碳储能系统所用工质为二氧化碳，核心设备为二氧化碳压缩机和二氧化碳透平，均是在高压、高转速状态下运行。如果系统中混入水分，就会和二氧化碳反应产生碳酸，造成压缩机和透平以及其他附属金属设备及管道的腐蚀，对系统的安全性造成极大的隐患。

[0003] 在二氧化碳储能系统中，会用到气膜储气仓和表面式换热器。对气膜储气仓而言，内部为二氧化碳工质，外部为大气，大气中含有水分，而气膜有一定的透水率，因此一定会有空气中的水分透过气膜和二氧化碳工质混合；对表面式换热器而言，它是水和二氧化碳发生热交换的装置，如果出现泄漏，也会造成二氧化碳中混入水分，因此整个系统混入水分的潜在风险是较大的。

[0032] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

[0033] 如图1所示，压缩二氧化碳储能系统包括储能系统1和释能系统2，储能系统1包括[0034] 如图2所示，一种压缩二氧化碳储能系统安全性的除水系统，其特征在于，包括：依次设置的储气仓11、预热器12、压缩系统13、冷却系统14、冷凝器15和二氧化碳储液罐16；释能系统2包括依次设置的二氧化碳液泵21、蒸发器22、过热器23、透平膨胀机24和后冷器25；所述二氧化碳液泵21与二氧化碳储液罐16连通，所述后冷器25与储气仓11连通。

[0035] 压缩二氧化碳储能、释能过程简述：

[0036] 储能过程：常压二氧化碳从储气仓11进入预热器12，达到预期温度后，进入压缩系统13，利用低谷电驱动压缩系统13，将二氧化碳压缩成高温高压状态，然后送入冷却系统14，采用水等介质将高温二氧化碳冷却，同时储存热量，冷却后的二氧化碳送入冷凝器15，用低温冷源将二氧化碳进一步冷却，使其凝结成液态，送入二氧化碳储液罐16中储存起来，至此完成储能过程；

[0037] 释能过程：二氧化碳储液罐16中的高压液态二氧化碳经由二氧化碳液泵21输送至蒸发器22，在此加热后蒸发为气态，然后进入过热器23，利用储能过程中储存的压缩热，将其加热至高温状态，高温高压的二氧化碳气体进入透平膨胀机24中膨胀发电，乏汽进入后冷器25中进一步冷却，变为常温常压态，再送回到储气仓11中储存，至此完成释能过程。

[0038] 所述储能系统1还包括送风机17和抽风机18，所述送风机17和抽风机18分别与储气仓11连接

[0039] 储气仓11为双层结构，分为外膜和内膜，内膜用于储存常压二氧化碳，外膜主要起支撑保护左右，在内外膜夹层中有空气，用于平衡内外膜压差。在储能过程中，储气仓11中二氧化碳减少，内膜塌陷，此时要开启送风机17，将空气送入内外膜夹层中；在释能过程中，储气仓11中二氧化碳增加，内膜鼓起，此时要开启抽风机18，将内外膜夹层中的空气抽走。

[0040] 由于膜材料本身的性质决定其具有一定的透水率，而空气中总是含有水分，内膜与空气直接接触，因此一定会有水分透过内膜进入到二氧化碳工质中；此外，在诸如预热器12、冷却系统14等换热器中，如果采用水做介质，那么也必然存在换热器泄露导致二氧化碳进水的潜在风险。

[0041] 如图2所示。为了提升压缩二氧化碳储能系统的安全性，在图1的基础上，设置了除水系统3，除水系统3包括第一气液分离器31、第二气液分离器系统32和第三气液分离器33，所述第一气液分离器31设置在预热器12和压缩系统13之间，所述第二气液分离器系统32设置在压缩系统13和冷却系统14之间，所述第三气液分离器33设置在过热器23和透平膨胀机24之间。

[0042] 除水系统3还包括第一气体在线水分仪系统34，所述第一气体在线水分仪34系统设置在第一气液分离器31与压缩系统13之间。

[0043] 第一气液分离器31主要用于保证核心设备压缩系统13中的压缩机安全稳定运行。它可以去除透过储气仓11内膜进入到二氧化碳工质中的水分，此外，如果预热器12出现泄漏导致二氧化碳工质中进水，也可由第一气液分离器31去除。为保证除水效果，建议第一气液分离器31对≥10μm的液滴分离率应达到99％以上。

[0044] 经过第一气液分离器31除水后，二氧化碳工质中的大水滴基本被除去，但经压缩系统13压缩后，根据水蒸气的性质，压力升高使其中原本所含气态水会变为液态，第二气液分离器系统32的作用是将压缩系统13压缩后产生的液态水分离并除去，进一步降低工质中的水含量。为保证除水效果，建议第二气液分离器系统32对≥10μm的液滴分离率应达到99％以上。

[0045] 第三气液分离器33主要用于除去进入透平膨胀机24中的水分，保证核心设备透平膨胀机24的安全稳定运行，为保证除水效果，建议第三气液分离器33对≥10μm的液滴分离率应达到99％以上。

[0046] 第一气体在线水分仪系统34主要用于监测进入核心设备压缩系统13中的压缩机的工质含水量，如含水量较高，则向控制系统发出报警信号，提示工作人员对相关设备进行排查；如果含水量突然激增，则有极大可能预热器12水侧泄漏，此时需立即向控制系统发出停机信号，运行人员确认后将压缩系统13中的压缩机打闸停机，并对预热器12进行检修、恢复至设计状态。为保证监测的准确性，第一气体在线水分仪系统34的测量精度建议不低于±0.2％。

[0047] 除水系统3还包括第三气体在线水分仪37，第三气体在线水分仪37设置在第三气液分离器33与透平膨胀机24之间。

[0048] 第三气体在线水分仪37主要用于保证核心设备透平膨胀机24的安全稳定运行，为保证监测的准确性，第三气体在线水分仪37的测量精度建议不低于±0.2％。

[0049] 对于多级压缩而言，每一级压缩机都要配置相应的除水保护系统，以确保核心设备的安全性。

[0050] 如图3所示，为两级压缩系统，所述压缩系统13包括第一压缩机131和第二压缩机132，冷却系统14包括第一冷却器141和第二冷却器142。所述第二气液分离器系统32包括第二气液分离器I321和第二气液分离器II322，所述第一压缩机131、第一冷却器141、第二压缩机132和第二冷却器142依次设置，所述第二气液分离器I321设置在第一压缩机131和第一冷却器141之间，所述第二气液分离器II322设置在第二压缩机132和第二冷却器142之间，在第一压缩机131的出口设置第二气液分离器I321，在第二压缩机132的出口设置第二气液分离器II322，因为在压缩过程中会不断有气态水变为液态，通过气液分离器将其分离去除，能有效降低系统中含水量，保护后续设备和系统的安全性。

[0051] 所述第一气体在线水分仪系统34包括第一气体在线水分仪I341和第一气体在线水分仪II342，所述第一气体在线水分仪I341设置在第一气液分离器31与第一压缩机131之间。

[0052] 在第一压缩机131入口设置第一气体在线水分仪I341，在第二压缩机132入口设置第一气体在线水分仪II342，用以监测压缩机入口工质含水量。

[0053] 如图4所示，为三级压缩系统，压缩系统13还包括第三压缩机133，所述冷却系统14还包括第三冷却器143，所述第二气液分离器系统32包括第二气液分离器III323，所述第三压缩机133的一端与第二冷却器142连接，所述第三压缩机133的另一端与第三冷却器143连接，所述第二气液分离器III323设置在第三压缩机133和第三冷却器143之间。

[0054] 三级压缩系统，包括第一压缩机131、第二压缩机132和第三压缩机133，在第一压缩机131后设置第一冷却器141，在第二压缩机132后设置第二冷却器142，在第三压缩机133后设置第三冷却器143，与图3所示两级压缩系统类似，在第一压缩机131、第二压缩机132和第三压缩机133出口分别需要设置第二气液分离器I321、第二气液分离器II322、第二气液分离器III323，用以将压缩产生的液态水分离去除；建议在第一压缩机131入口前设置第一气体在线水分仪I341，在第二压缩机132入口前设置第一气体在线水分仪II342，第三压缩机133前可以不设置气体在线水分仪。

[0055] 压缩机入口前是否设置气体在线水分仪的判断逻辑为：若冷却器水侧压力高于气侧压力，则如果出现泄漏，二氧化碳工质中一定会进水，压缩机入口必需配置气体在线水分仪；若冷却器水侧压力低于气侧压力，即使出现泄漏，也是二氧化碳气体往水侧漏，压缩机入口含水量大的可能性较小，因此可以不配或者选配气体在线水分仪。

[0056] 三级以上的压缩系统可参照上述原则配置气液分离器和气体在线水分仪，其主要原则就是重点保证压缩机这一核心设备的安全性。

[0057] 如图5所示，除水系统3还包括除湿装置35，所述除湿装置35与送风机17的进风口连接。所述除湿装置35包括第一输送管、第一截止阀351、第二输送管、第四气液分离器352、第二截止阀353和第三输送管，所述第一输送管与第二输送管并联，所述第一输送管与第二输送管分别与第三输送管串联，所述第三输送管与送风机17连接，所述第一截止阀351设置在第一输送管上，所述第四气液分离器352设置在第二输送管上，所述第二截止阀353设置在第二输送管上并位于在第四气液分离器352与第三输送管之间。

[0058] 由于储气仓11的内膜有一定透水率，当空气中含水量较高时，透过内膜进入到储气仓11内部的水分也会增加，因此需增设除湿装置35，在空气湿度不大的时候，将第一截止阀351打开，第二截止阀353关闭，送风机17直接将空气经由第一输送管和第三输送管送入储气仓11夹层；如果空气湿度较大(如雨雪天气、回南天等情况时)，将第二截止阀353打开，第一截止阀351关闭，空气先经过第四气液分离器352，将其所含水分分离去除，经由第二输送管和带伞输送管再送入储气仓11夹层。由于第四气液分离器352会增大管道压损、使风机功耗增加，综合考虑能耗和安全性，建议在空气湿度≥50％时启用除湿装置35进行空气除湿功能。

[0059] 所述除水系统3还包括第二气体在线水分仪36，所述第二气体在线水分仪36设置在储气仓11内。第二气体在线水分仪36主要用于监测储气仓11内水分含量，建议安装在距离二氧化碳送出口正前方500mm的位置，这样更能反应出将要进入压缩系统13的二氧化碳工质的含水量。

[0060] 气液分离器底部的疏水为酸性水，不能直排，该系统还包括挥发池4，所述第一气液分离器31、第二气液分离器系统32和第三气液分离器33的均与挥发池4连接。经由管道送入挥发池4内自然挥发，在满足环保及其他相关标准后，可用于绿化、冲洗或直接排放。

[0061] 第四气液分离器352也与挥发池4连接，经由管道送入挥发池4内自然挥发。

[0062] 由于储气仓11内膜具有透水性，因此进入预热器12的二氧化碳工质中含有水分，而且如果预热器12出现泄漏也会导致二氧化碳工质中进水，因此需要对预热器12进入压缩系统13之前进行除水，防止含水的二氧化碳工质进入压缩系统13。

[0063] 但经压缩系统13压缩后，根据水蒸气的性质，压力升高使其中原本所含气态水会变为液态，也需要对压缩系统13压缩后产生的液态水分离并除去。

[0064] 为了防止经过过热器23后含有的水分进入透平膨胀机24中，为了保证透平膨胀机24的安全稳定运行，因此也需要对进入透平膨胀机24之前的二氧化碳工质进行除水。

[0065] 因此本发明涉及到一种压缩二氧化碳储能系统安全性的除水系统的除水方法，包括以下步骤：

[0066] 在预热器12和压缩系统13之间设置第一气液分离器31，通过第一气液分离器31去除预热器12中含有水分的二氧化碳工质，防止带有水分的二氧化碳工质进入压缩系统13；

[0067] 在压缩系统13和冷却系统14之间设置第二气液分离器系统32，通过第二气液分离器系统32将压缩系统13压缩后产生的液态水分离并除去；

[0068] 在过热器23和透平膨胀机24之间设置第三气液分离器33，通过第三气液分离器33去除过热器23中含有水分的二氧化碳工质，防止带有水分的二氧化碳工质进入透平膨胀机24。

[0069] 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。