用于液化过程中的冷却的方法和设备技术

公开了通过来自热能存储的冷循环的一体化使用在空气液化过程中有效冷却的方法和设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及低温能量储存系统，并且特别涉及通过一体化使用来自外部来源诸如 热能存储的冷循环使液化过程有效平衡的方法。
技术介绍
电传输和配电网络（或配电网）必须使发电与消费者的需求相平衡。通常通过打 开或关闭发电站来调制发电侧（供应侧）以及使一些在降低的负载下运行以实现这一点。 由于多数现有的热和核发电站当在满负载下连续运行时非常有效，因此按照这种方式，存 在平衡供应侧方面的效率损失。向网络期望地引入显著的间歇性可再生发电容量诸如风力 涡轮和太阳能聚集器将通过产生发电车队的部件的可利用性的不确定性而进一步使配电 网的平衡复杂。在低需求期存储能力以在之后用于高需求期中或者在间歇发电机的低输出 期间的装置将成为平衡该配电网并且提供供应安全性的主要益处。 蓄电器械具有三个操作阶段：充电、存储和放电。当在传输和配电网络上存在发电 容量不足时，蓄电器械基于高间歇而发电（放电）。这可通过当地电力市场中的高价的电或 者通过负责操作网络的组织对额外容量的请求来告知储存器械操作员。在一些国家，诸如 英国，网络操作员通过具有快速起动能力的电厂的操作员进入用于将备用储备供应至网络 的合同。这种合同可覆盖几个月甚至几年，但是通常供电器将操作（发电）的时间非常短。 另外，储存器械在从间歇可再生发电机将电力过度供应至配电网时在提供额外负载时可提 供额外服务。在需求低的夜晚风速通常高。网络操作员必须通过低能量价格信号或与消费 者的特定合同在网络上安排额外需求以利用过度供应，或约束来自其它站或风力发电场的 动力供应。在一些情况下，尤其是补贴风力发电机的市场中，网络操作员将必须向风力发电 场操作员付费以"关闭"风力发电场。储存器械向网络操作员提供可用的额外负载，这能够 用于在过度供应时平衡配电网。 对于市售的储存器械，以下因素是重要的：可从初期投资预期的MWh(能量容量）、 往返循环效率、相对于充电放电循环数目的寿命和每MW(功率容量）的资本成本。对于普 遍的实用规模的应用，还重要的是，储存器械在地理上不受约束一一它可建立在任何地方， 尤其靠近高需求点或靠近传输和配电网络的瓶颈或间歇源。 一种这种存储器械技术是通过利用在市场提供多个优点的冷冻剂诸如液体空气 或氮（低温能量储存（CES))来存储能量。广泛的说，在充电阶段，CES系统在低需求或从 间歇可再循环发电机过度供应期间将利用低成本或过剩的电来液化工作流体诸如空气或 氮。然后，该工作流体作为低温流体被存储在存储罐中，随后在高需求或来自间歇可再生发 电机的供应不足的时期被释放以驱动涡轮，从而在放电或电力回收阶段期间产生电。 低温能量储存（CES)系统具有超过市场上的其它技术的多个优点，其中一个优点 是它们在经证明的成熟的过程中的发现。在充电阶段必要的液化空气的装置存在了不止 一个世纪；利用其中周围空气压缩至高于临界（多38巴）的压力的简单林德循环的早期 系统，并且在通过膨胀器械诸如焦耳-汤姆逊阀经历焓膨胀之前逐渐冷却该早期系统至低 温，以产生液体。通过在临界阈值以上对空气施压，空气出现独特的特性，并且在膨胀中产 生大量液体的潜能。排掉液体，并且使用冷气态空气的其余馏分以使到来的暖过程流冷却。 通过需要的量的冷蒸汽来控制产生的液体的量，并且必然导致低特定产量。 该过程的演变是克劳德循环（对于克劳德循环，目前技术水平示于图4中）；该过 程广义上与林德循环相同，但是一个或更多个流36、39与其中所述一个或更多个流36、39 通过涡轮3、4隔热地膨胀的主过程流31分离，从而与等焓过程相比导致针对给定膨胀比的 更低温度，并且因此有效冷却。通过涡轮3、4膨胀的空气然后再加入返回流34,并帮助高压 流31经由热交换器100的冷却。与林德循环类似，通过膨胀器械诸如焦耳-汤姆逊阀1经 由膨胀形成大部分液体。克劳德过程的主要改进在于通过膨胀涡轮3、4产生的功率直接或 间接降低整体功耗，从而导致更大的能量效率。 最有效的现代空气液化过程通常使用两个涡轮的克劳德设计，并且在商业规模上 通常能够实现用数字表示的约0. 4kWh/kg的最佳特定功。虽然高度有效，但是这不可使CES 系统能够实现用数字表示的50%的市场进入往返效率，而不明显减少特定功。 为了实现更高的效率，完全一体化的CES系统诸如在W02007-096656A1中公开的 中的液化过程利用在电力回收阶段期间冷冻剂的蒸发中俘获的冷能量。这借助于一体化热 存储诸如GB1115336. 8中详细描述的来存储，并且随后在充电阶段中使用该一体化热存储 以在液化过程中对主过程流提供额外的冷却。冷回收流的有效使用是实现有效低温能量储 存系统的先决条件。 在图1中示出了任意高压过程流必须经历当通过膨胀器械诸如焦耳-汤姆逊阀而 被膨胀时以达到所需温度以最大化液体产生的焓中的必要改变。典型的理想冷却流必须如 在图2中的标记为'无冷循环'的曲线所示的过程中始终类似地经历焓变。图2中的第二 曲线证明了当大量冷循环被引入标记'冷循环'的系统中时在所需冷却中的明显改变（即 焓的相对改变）。图2示出了在250kJ/kg(定义为每kg递送的液体产物的冷却焓）的区域 中的冷循环的量，该量与全一体化低温能量系统诸如在W02007-096656A1中公开的系统中 使用的冷循环的水平一致。如图2中明显看出，添加冷循环完全满足过程的较高温端中的 冷却需求。 这提出了设计为使用更先进的热能曲线的目前技术水平的液化过程的问题，并且 通过单个冷却流在热交换器范围内允许的更有效得多地处理该液化过程。如可从图3中看 出，通过目前技术水平的过程（通过标记为'目前技术水平'的曲线指示）产生的有效的冷 却流诸如图4所示的克劳德循环与通过利用大量冷循环的系统（通过标记为'理想曲线'的 曲线指示）中的所需曲线相比是完全线性的，并且匹配很差。为了符合在低温端处的苛刻 的冷却需求，典型的目前技术水平的过程必须通过作为无冷循环的系统的冷涡轮来扩展类 似量的空气。这导致在过程热交换器中的差的效率和高于该器械的最大设计水平的传热需 求。 本专利技术的专利技术人认识到存在尤其在该过程的低温端处对能够向过程的集中区域 提供重点的非进行性冷却的系统的需求。
技术实现思路
在第一实施例中，本专利技术的第一方面通过提供低温液化器械解决了这些需求，所 述低温液化器械包括： 热交换器； 第一分相器； 第一膨胀器械； 第一膨胀涡轮； 第二膨胀涡轮； 冷回收回路，所述冷回收回路包括传热流体；以及 管道的布置，其中： 第一膨胀涡轮和第二膨胀涡轮的操作入口压力彼此不同；并且 管道的布置被布置为使得： 受压的气体流的第一部分被导向通过热交换器、第一膨胀器械和第一分相器； 受压当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温液化器械，包括：热交换器；第一分相器；第一膨胀器械；第一膨胀涡轮；第二膨胀涡轮；冷回收回路，所述冷回收回路包括传热流体；以及管道的布置，其中：所述第一膨胀涡轮和所述第二膨胀涡轮的操作入口压力彼此不同；并且所述管道的布置被布置为使得：受压的气体流的第一部分被导向通过所述热交换器、所述第一膨胀器械和所述第一分相器；所述受压的气体流的第二部分被导向通过所述第一膨胀涡轮，然后在相对于所述受压的气体流的所述第一部分而言的逆流方向上通过所述热交换器，然后通过所述第二膨胀涡轮，并且所述传热流体被导向通过所述热交换器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗波·摩根，斯图尔特·内尔梅斯，尼克拉·卡斯泰卢奇，丹尼尔·哈里斯，
申请(专利权)人：高维有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB