液态空气储能系统技术方案

本发明专利技术提供了一种液态空气储能系统。该液态空气储能系统包括：燃烧室J；空气液化装置A；膨胀机K；液态空气储罐C，其进口通过进口阀门B连接至空气液化装置A的出口，其出口通过出口阀门D、液体泵E和高压空气换热器G连接至燃烧室J；蓄冷/换热装置F，内含蓄冷介质，其第一冷流体进口连接至液化天然气储罐L，其第一冷流体出口通过LNG换热器连接至燃烧室J。本发明专利技术将液态空气储能系统与LNG冷能利用耦合在一起，从而实现了LNG冷能的温度对口应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能量循环利用
，尤其涉及一种液态空气储能系统。
技术介绍
传统压缩空气储能系统(CAES)是上世纪50年代发展起来的一种基于燃气轮机技术的能量存储系统。该系统利用低谷电，将空气压缩并储存于储气室中，使电能转化为空气的内能存储起来；在用电高峰，高压空气从储气室释放，进入燃气轮机燃烧室同燃料一起燃烧，然后驱动膨胀机发电。目前，德国(Huntorf 60MWh)和美国(McIntosh 110MW，Ohio 9×300MW，Texas 4×135MW和Iowa 200MW项目等)等国家建成CAES商业运行电站，日、瑞士、俄、法、意、卢森堡、以色列和韩国等也在积极开发CAES电站。虽然传统CAES系统具有储能容量大、周期长、效率高和单位投资小等诸多优点，但是，传统CAES系统需要特定的地理条件建造大型储气室，如岩石洞穴、盐洞、废旧矿井等，从而大大限制了传统压缩空气储能系统的推广与应用。为了解决传统压缩空气储能系统面临的依赖大型储气室问题，近年来国内外学者分别开展了液化空气储能系统的研究，使空气储能系统脱离对大型储气室的依赖。但是，由于将空气液化将消耗大量的能量，导致系统效率有所降低。目前，液化空气储能系统效率只有40％。LNG是天然气经净化、液化而成的-162℃低温液体混合物，生产LNG耗电约为850kWh/t。当LNG在1标准大气压(0.101325MPa)下气化时，释放出-162℃到5℃的冷量约为230kWh/t。由于LNG的冷量的温度较低，在现有的冷能利用技术中，除空分利用冷能的温度与LNG的匹配外，很少有与LNG温度匹配的冷能利用技术。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于上述技术问题，本专利技术提供了一种液态空气储能系统，以利用LNG的冷能，有效降低空气液化过程的能耗。(二)技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种液态空气储能系统。该液态空气储能系统包括：燃烧室；空气液化装置；膨胀机；液态空气储罐，其进口连接至空气液化装置的出口，其出口通过液体泵和高压空气换热器连接至燃烧室；以及蓄冷/换热装置，内含蓄冷介质，其第一冷流体进口连接至液化天然气储气罐，其第一冷流体出口通过液化天然气换热器连接至燃烧室；该液态空气储能系统处于两个工作状态其中之一：在储能状态下，空气液化装置利用蓄冷/换热装置内蓄冷介质存储的冷能及电能将气态空气液化，并将其储存至液态空气储罐中；在释能状态下，液化天然气储罐中储存的液态天然气经过蓄冷/换热装置，该蓄冷/换热装置内的蓄冷介质储存该液态天然气释放的冷能，释放冷能后的液态天然气成为气态，经由液化天然气换热器进入燃烧室，液态空气储罐储存的液态空气由液体泵升压后经过高压空气换热器进入燃烧室；进入燃烧室的天然气和高压空气燃烧，驱动膨胀机做功。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术液态空气储能系统充分利用LNG的冷能，为LNG的冷能利用技术开辟一条新途径，并且大幅提高了液化空气储能系统效率，促进空气储能系统的规模发展。附图说明图1为本专利技术实施例液态空气储能系统的结构示意图；图2为本专利技术第二实施例耦合液态天然气冷能的液态空气储能系统的示意图；图3为本专利技术第三实施例耦合液态天然气冷能的液态空气储能系统的示意图；图4为本专利技术第四实施例耦合液态天然气冷能的液态空气储能系统的示意图。【本专利技术主要元件符号说明】具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。本专利技术液态空气储能系统中，空气液化需要-196℃至常温的低温冷量，而LNG可提供-162℃的冷能，通过将液态空气储能系统与LNG冷能利用耦合在一起，从而实现了LNG冷能的温度对口应用。在本专利技术的一个示例性实施例中，提供了一种液态空气储能系统。请参照图1，该液态空气储能系统包括：燃烧室J；空气液化装置A；膨胀机K；液态空气储罐C，其进口通过进口阀门B连接至空气液化装置A的出口，其出口通过出口阀门D、液体泵E和高压空气换热器G连接至燃烧室J；蓄冷/换热装置F，内含蓄冷介质，其第一冷流体进口连接至液化天然气储罐L，其第一冷流体出口通过LNG换热器连接至燃烧室J。本实施例液态空气储能系统可以处于两个工作状态：(1)在储能状态下，空气液化装置A利用蓄冷/换热装置F内蓄冷介质存储的冷能及电能将气态空气液化，并将其通过进口阀门B储存至液态空气储罐C中，即将电能和LNG冷能转化为液态空气的冷能加以储存；(2)在释能状态下，液态天然气储罐L中储存的液态天然气经过蓄冷/换热装置F，蓄冷/换热装置F内的蓄冷介质储存该液态天然气释放的冷能；释放冷能后的液态天然气成为气态，经由LNG换热器H进入燃烧室J；液态空气储罐C储存的液态空气经过出口阀门，由液体泵E升压后经过高压空气换热器G进入燃烧器J；进入燃烧室J的天然气和高压空气燃烧，驱动膨胀机K做功。以下分别对本实施例液态空气储能系统各个组成部分进行详细说明：蓄冷/换热装置F，释能时用于回收升压后LNG的冷能，同时将这些冷能储存；储能时将储存的冷能传递给空气液化装置A用于空气液化。其中，蓄冷/换热装置F中的蓄冷介质为：石子、混泥土、金属、无机盐、纳米材料等本领域通用蓄冷介质。空气液化装置A，储能时用于利用蓄冷/换热装置F储存的冷能液化空气，其液化空气过程可以为传统液化过程(分为三个压力等级，其中，最高压力等级不超过20atm)、超临界液化过程(指将空气压力压缩至超临界状态，一般为70atm以上)以及其他空气液化过程，而且该过程回收利用蓄冷/换热装置中储存的冷量。此外，该空气液化装置A所用电能为可再生能源电力、电网或发电厂多余的电力，以节约能源。液态空气储罐C用于储存液态空气。该液态空气储罐与外界绝热或有良好的保温措施，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液态空气储能系统，其特征在于，包括：燃烧室；空气液化装置；膨胀机；液态空气储罐，其进口连接至所述空气液化装置的出口，其出口通过液体泵和高压空气换热器连接至燃烧室；以及蓄冷/换热装置，内含蓄冷介质，其第一冷流体进口连接至液化天然气储气罐，其第一冷流体出口通过液化天然气换热器连接至燃烧室；该液态空气储能系统处于两个工作状态其中之一：在储能状态下，所述空气液化装置利用所述蓄冷/换热装置内蓄冷介质存储的冷能及电能将气态空气液化，并将其储存至所述液态空气储罐中；在释能状态下，所述液化天然气储罐中储存的液态天然气经过所述蓄冷/换热装置，该蓄冷/换热装置内的蓄冷介质储存该液态天然气释放的冷能，释放冷能后的液态天然气成为气态，经由所述液化天然气换热器进入燃烧室，所述液态空气储罐储存的液态空气由所述液体泵升压后经过所述高压空气换热器进入所述燃烧室；进入所述燃烧室的天然气和高压空气燃烧，驱动所述膨胀机做功。

【技术特征摘要】
1.一种液态空气储能系统，其特征在于，包括：
燃烧室；
空气液化装置；
膨胀机；
液态空气储罐，其进口连接至所述空气液化装置的出口，其出口通过
液体泵和高压空气换热器连接至燃烧室；以及
蓄冷/换热装置，内含蓄冷介质，其第一冷流体进口连接至液化天然气
储气罐，其第一冷流体出口通过液化天然气换热器连接至燃烧室；
该液态空气储能系统处于两个工作状态其中之一：在储能状态下，所
述空气液化装置利用所述蓄冷/换热装置内蓄冷介质存储的冷能及电能将
气态空气液化，并将其储存至所述液态空气储罐中；在释能状态下，所述
液化天然气储罐中储存的液态天然气经过所述蓄冷/换热装置，该蓄冷/换
热装置内的蓄冷介质储存该液态天然气释放的冷能，释放冷能后的液态天
然气成为气态，经由所述液化天然气换热器进入燃烧室，所述液态空气储
罐储存的液态空气由所述液体泵升压后经过所述高压空气换热器进入所
述燃烧室；进入所述燃烧室的天然气和高压空气燃烧，驱动所述膨胀机做
功。
2.根据权利要求1所述的液态空气储能系统，其特征在于，所述蓄
冷/换热装置的第二冷流体进口还连接至液体泵的出口，其第二冷流体出口
连接至高压空气换热器；
所述液态空气通过液体泵升压后，进入蓄冷/换热装置，其中蕴含的冷
能储存至蓄冷/换热装置的蓄冷介质，该冷能同样用于在储能阶段空气液化
装置将气态空气液化。
3.根据权利要求1所述的液态空气储能系统，其特征在于，还包括：
回热器，其热流体进口连接至所述膨胀机的废气排出口，其第一冷流
体进口连接至所述高压空气换热器的出口，其第...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐玉杰，陈海生，谭春青，刘畅，张新敬，许剑，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11