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新型高密度空气储能发电系统技术方案

技术编号:20893867 阅读:92 留言:0更新日期:2019-04-17 14:39
本发明专利技术涉及储能领域,提供了一种新型高密度空气储能发电系统。该系统包括压缩单元、液化单元、ORC单元和发电单元;压缩单元包括多级压缩机和多级冷却器,相邻的各级压缩机通过级间冷却器连通,末级压缩机通过末级冷却器与液化单元连通;液化单元用于将末级冷却器的排气液化后进行存储以及将存储的液化空气进行气化;ORC单元用于利用低温空气冷却有机工质、并将升温后的低温空气输出至发电单元;发电单元包括多级透平膨胀机和多级换热器,ORC单元的出口通过初级换热器与初级透平膨胀机连通,相邻的各级透平膨胀机通过级间换热器连通。本发明专利技术在利用液化空气大幅提高储能密度的同时,还能利用气化冷能驱动ORC循环,使该系统内的能量得到充分利用。

【技术实现步骤摘要】
新型高密度空气储能发电系统
本专利技术涉及储能
,具体涉及一种新型高密度空气储能发电系统。
技术介绍
全球面临着能源和环境的双重压力,为了协调社会的发展与自然环境保护的关系,大力发展可再生能源、增加可再生能源在能源格局中的占比已经成为各界人士的共识。其中,压缩空气储能具有储能容量大、存储时间长、寿命长且无污染等优点,被广泛应用于削峰填谷、平抑可再生能源间歇性和参与电网二次调频等场合。压缩空气储能具备两大优势:第一、压缩空气储能装机容量高达100-300MW,规模仅次于抽水蓄能,便于开展大规模的商业化应用;第二、压缩空气储能不仅技术成熟、发展前景广阔、响应时间短,而且几乎对地理条件无特殊要求,建设周期较短,一般仅需3~5年时间,而建设一座同样规格的抽水蓄能电站则需要5~8年。另外,压缩空气储能电站的使用寿命与抽水蓄能电厂的寿命相当,如果在使用的过程中注意维护,压缩空气储能电站的使用寿命也可达四五十年。目前,压缩空气储能电站通常采用空气作为储能介质,不仅会导致压缩空气储能系统的能量密度较低,而且还会增加储气室投资成本。虽然将空气液化之后再进行存储的技术路径可有效提升储能密度,但由于现有的压缩空气储能系统的冷能、热能匹配度较差,从而整个系统的能效很低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高效、低成本的新型高密度空气储能发电系统。为实现上述目的,本专利技术提供了一种新型高密度空气储能发电系统,该系统包括压缩单元、液化单元、ORC单元和发电单元;所述压缩单元包括多级压缩机和多级冷却器,相邻的各级压缩机通过级间冷却器连通,末级压缩机通过末级冷却器与所述液化单元连通;所述液化单元用于将所述末级冷却器的排气液化后进行存储以及将存储的液化空气气化为低温空气后输送至所述ORC单元,所述液化单元的出口与所述ORC单元连通;所述ORC单元用于利用所述液化单元提供的低温空气冷却有机工质、并将升温后的所述低温空气输出至所述发电单元;所述发电单元包括多级透平膨胀机和多级换热器,所述ORC单元的出口通过初级换热器与初级透平膨胀机的进口连通,相邻的各级透平膨胀机通过级间换热器连通。其中,所述液化单元包括常温冷却器、低温冷却器、气液分离器和储液室,所述常温冷却器和所述低温冷却器均具有第一通道和第二通道;所述常温冷却器的第一通道的进口与所述末级冷却器连通、出口依次通过所述低温冷却器的第一通道和节流阀与所述气液分离器的进液口连通;所述气液分离器的出液口通过所述储液室与所述ORC单元连通,所述气液分离器的出气口通过所述低温冷却器的第二通道与所述常温冷却器的第一通道连通。其中,所述液化单元还包括蒸发器、低温蓄热器和低温蓄冷器,所述低温冷却器还具有第三通道;所述低温冷却器的第三通道、所述低温蓄热器、所述蒸发器的高温侧和所述低温蓄冷器首尾依次连接;所述储液室通过所述蒸发器的低温侧与所述ORC单元连通。其中,所述常温冷却器还具有第三通道,所述常温冷却器的第三通道与外部冷源连通。其中,所述发电单元还包括预热器,所述预热器低温侧的进口与所述ORC单元连通、出口与所述初级换热器连通;所述预热器高温侧进口与末级透平膨胀机的出口连通,所述预热器高温侧出口与大气连通。其中,所述ORC单元包括三通道冷凝器、高温ORC透平机、低温ORC透平机、高温ORC蒸发器和低温ORC蒸发器;所述液化单元通过所述三通道冷凝器的第一通道与所述初级换热器连通;所述三通道冷凝器的第二通道、所述低温ORC蒸发器的低温侧和所述低温ORC透平机首尾依次连接;所述三通道冷凝器的第三通道、所述高温ORC蒸发器的低温侧和所述高温ORC透平机首尾依次连接。其中,所述级间冷却器包括低压高温冷却器和低压中温冷却器,所述末级冷却器包括高压高温冷却器和高压中温冷却器;相邻的各级压缩机中前级压缩机的出口依次通过所述低压高温冷却器和所述低压中温冷却器的高温侧与后级压缩机的进口连通,所述末级压缩机的出口依次通过所述高压高温冷却器和所述高压中温冷却器的高温侧与所述液化单元连通。其中,所述低压高温冷却器和所述高压高温冷却器的低温侧出口均通过高温蓄热器与所述初级换热器和所述级间换热器的高温侧进口连通,所述初级换热器和所述级间换热器的高温侧出口均通过高温蓄冷器与述低压高温冷却器和所述高压高温冷却器的低温侧进口连通。其中,所述ORC单元还包括低温ORC再热器和低温ORC冷凝器,所述低温ORC蒸发器的低温侧依次通过所述低温ORC再热器的低温侧和所述低温ORC透平机与所述低温ORC冷凝器高温侧连通;所述液化单元通过所述低温ORC冷凝器低温侧与所述三通道冷凝器的第一通道连通,所述低温ORC再热器高温侧进、出口分别与所述高温蓄热器和所述高温蓄冷器连通。其中,所述低压中温冷却器和所述高压中温冷却器的低温侧出口均通过中温蓄热器与所述低温ORC蒸发器和所述高温ORC蒸发器的低温侧进口连通,所述低温ORC蒸发器和所述高温ORC蒸发器的低温侧出口均通过中温蓄冷器与所述低压中温冷却器和所述高压中温冷却器的低温侧进口连通。其中,所述ORC单元还包括高温ORC再热器,所述高温ORC蒸发器的低温侧通过所述高温ORC再热器的低温侧与所述高温ORC透平机连通,所述高温ORC再热器的高温侧与外部热源连通。本专利技术结构简单、安装便捷,通过利用液化单元将压缩单元排气液化,就能以液化空气作为储能介质来大幅提高该系统的储能密度。与此同时,该系统通过利用液化空气冷却ORC单元内的有机工质,不仅能使液化空气的冷能得到充分利用,而且还能提高整个系统的能效。附图说明图1是本专利技术实施例中的一种新型高密度空气储能发电系统的结构示意图;图2是本专利技术实施例中压缩单元的结构示意图;图3是本专利技术实施例中液化单元的结构示意图;图4是本专利技术实施例中ORC单元的结构示意图;图5是本专利技术实施例中发电单元的结构示意图。附图标记:1、低压压缩机;2、高压压缩机;3、常温冷却器;4、低温冷却器;5、节流阀;6、气液分离器;7、储液室;8、高压透平膨胀机;9、低压透平膨胀机;10、低压高温冷却器;11、高压高温冷却器;12、高温蓄冷器;13、高温蓄热器;14、初级换热器;15、级间换热器;16、低压中温冷却器;17、高压中温冷却器;18、中温蓄冷器;19、中温蓄热器;20、液化天然气源;21、蒸发器;22、低温蓄热器;23、低温蓄冷器;24、预热器;25、低温ORC冷凝器;26、三通道冷凝器;27、低温ORC蒸发器;28、低温ORC再热器;29、低温ORC透平膨胀机;30、高温ORC蒸发器;31、高温ORC蒸发器;32、高温ORC透平膨胀机;A、外界空气;B、压缩单元排气;C、低温空气;D、ORC单元的排气;E、天然气。具体实施方式为使专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合专利技术中的附图,对专利技术中的技术方案进行清楚地描述,显然,所描述的实施例是专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于专利技术中的实施例,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,都属于专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中,除非另有说明,术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本专利技术和简化描述,而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型高密度空气储能发电系统,其特征在于,包括压缩单元、液化单元、ORC单元和发电单元;所述压缩单元包括多级压缩机和多级冷却器,相邻的各级压缩机通过级间冷却器连通,末级压缩机通过末级冷却器与所述液化单元连通;所述液化单元用于将所述末级冷却器的排气液化后进行存储以及将存储的液化空气气化为低温空气后输送至所述ORC单元,所述液化单元的出口与所述ORC单元连通;所述ORC单元用于利用所述液化单元提供的低温空气冷却有机工质、并将升温后的所述低温空气输出至所述发电单元;所述发电单元包括多级透平膨胀机和多级换热器,所述ORC单元的出口通过初级换热器与初级透平膨胀机的进口连通,相邻的各级透平膨胀机通过级间换热器连通。

【技术特征摘要】
1.一种新型高密度空气储能发电系统,其特征在于,包括压缩单元、液化单元、ORC单元和发电单元;所述压缩单元包括多级压缩机和多级冷却器,相邻的各级压缩机通过级间冷却器连通,末级压缩机通过末级冷却器与所述液化单元连通;所述液化单元用于将所述末级冷却器的排气液化后进行存储以及将存储的液化空气气化为低温空气后输送至所述ORC单元,所述液化单元的出口与所述ORC单元连通;所述ORC单元用于利用所述液化单元提供的低温空气冷却有机工质、并将升温后的所述低温空气输出至所述发电单元;所述发电单元包括多级透平膨胀机和多级换热器,所述ORC单元的出口通过初级换热器与初级透平膨胀机的进口连通,相邻的各级透平膨胀机通过级间换热器连通。2.根据权利要求1所述的新型高密度空气储能发电系统,其特征在于,所述液化单元包括常温冷却器、低温冷却器、气液分离器和储液室,所述常温冷却器和所述低温冷却器均具有第一通道和第二通道;所述常温冷却器的第一通道的进口与所述末级冷却器连通、出口依次通过所述低温冷却器的第一通道和节流阀与所述气液分离器的进液口连通;所述气液分离器的出液口通过所述储液室与所述ORC单元连通,所述气液分离器的出气口通过所述低温冷却器的第二通道与所述常温冷却器的第一通道连通。3.根据权利要求2所述的新型高密度空气储能发电系统,其特征在于,所述液化单元还包括蒸发器、低温蓄热器和低温蓄冷器,所述低温冷却器还具有第三通道;所述低温冷却器的第三通道、所述低温蓄热器、所述蒸发器的高温侧和所述低温蓄冷器首尾依次连接;所述储液室通过所述蒸发器的低温侧与所述ORC单元连通。4.根据权利要求2所述的新型高密度空气储能发电系统,其特征在于,所述常温冷却器还具有第三通道,所述常温冷却器的第三通道与外部冷源连通。5.根据权利要求1所述的新型高密度空气储能发电系统,其特征在于,所述发电单元还包括预热器,所述预热器低温侧的进口与所述ORC单元连通、出口与所述初级换热器连通;所述预热器高温侧进口与末级透平膨胀机的出口连通,所述预热器高温侧出口与大气连通。6.根据权利要求1-5任一项所述的新型高密度空气储能发电系统,其特征在于,所述ORC单元包括三通道冷凝器、高温ORC透平机、低温ORC透平机、高温ORC蒸发器...

【专利技术属性】
技术研发人员:梅生伟薛小代张学林张通陈来军
申请(专利权)人:清华大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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