一种高效液空储能/释能系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高效液空储能/释能系统，包括：空气液化单元、液空发电单元、蓄热单元和蓄冷单元；储能时，多余电能驱动空气压缩机组产生的高压空气经透平膨胀机组膨胀制冷后，一部分高压空气被液化后送入液空储罐；释能时，液空经高压液空泵加压后依次被蒸发器和加热器加热至高温空气，高温、高压空气再进入空气膨胀发电机组输出电能；同时采用循环水蓄热生产高温水和低温水，并采用低凝固点、高沸点的液体冷剂蓄冷，降低液化单元的能耗并提高发电单元的输出电量，从而提高储能/释能系统的总转化效率。本发明专利技术的有益效果是：提高储能/释能系统的转化效率，实现可再生能源发电的大规模并网，还可提高电网（特别是微网或孤岛电网）的调峰能力。

High efficiency liquid energy storage / energy release system

The invention discloses a high-efficiency liquid air storage / release system, including: air liquefaction unit, liquid air power unit, storage unit and storage unit; energy storage, excess power high-pressure air produced by the air compressor drive turbine expansion refrigeration, a part of high pressure air is liquefied into the liquid air storage tank; energy release, liquid air by high pressure liquid air pump pressure are heated to a high temperature air heater and evaporator, high temperature, high pressure air enters the air expansion turbine output power; at the same time the use of recycled water heat production of high temperature water and low temperature water, liquid refrigerant and the low freezing point, high the boiling point of the cold storage, reduce energy consumption and improve the liquefaction unit output power generation unit, so as to improve the energy storage / release energy system total conversion efficiency. The invention has the advantages that the conversion efficiency of the energy storage and energy release system is improved, the large-scale grid connection of the renewable energy generation is realized, and the peak shaving ability of the power grid, especially the micro grid or the isolated island power network is improved.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及可再生能源并网和电网调峰的储能
，特别是一种高效液空储能/释能系统。
技术介绍
随着可再生能源(风能、光热)发电的大规模普及，由于其随机性、间歇性等特点，接入电网将带来电压波动、频率波动等电能质量问题，甚至可能影响电网的安全稳定运行。而大规模电力储能技术可在电力系统中增加能源存储环节，使得实时平衡的“刚性”电力系统变得更加“柔性”，从而提高电网运行的安全性、经济性和灵活性，是解决风能、光热、潮汐能等可再生能源发电不稳定的关键技术。此外，大规模电力储能技术还可以有效解决电力生产与使用中峰谷差的矛盾，可提高电网(特别是微网或孤岛电网)的调峰能力。现有的电力储能技术主要分三大类：化学储能类，包括铅酸电池、液流电池、钠硫电池和锂电池等；电磁储能类，包括超级电容器储能和超导磁储能；物理储能类，包括抽水储能、飞轮储能、压缩空气储能和液空储能。其中，飞轮储能、超级电容器储能和超导磁储能等功率型储能技术储能容量小、储能时间短，铅酸电池和锂电池造价高、安全性差且电池寿命短，钠硫电池造价高、安全性差且需要额外加热维持300℃以上的工作温度，液流电池能量密度低、材料受限且成本昂贵，都无法满足大规模电力储存的需求；抽水储能具有技术成熟、效率较高(70％～80％)、储能容量大、寿命长等优点，但需要特殊的地理条件、建设周期很长、初期投资巨大，因此建造抽水储能系统受到了越来越大的限制；压缩空气储能具有效率较高(50％～70％)、储能容量较大、寿命长等优点，但需要大型洞穴储气、储能密度低且需要依赖化石燃料，限制了该技术的大规模推广；液空储能作为一种大容量储能技术，采用液空作为储能介质，大大提高了能量密度，具有技术成熟、成本低、储能容量大、转化效率较高、无地理条件限制、寿命长及环境污染小等优点，具备大规模储能技术推广应用的潜力。常规液空储能/释能系统中空气液化能耗较高、液空发电效率较低，导致系统总转化效率仅40％～50％(详见《工程热物理学报》第31卷第12期“新型液化空气储能技术及其在风电领域的应用”)，很难与抽水储能、压缩空气储能等大规模储能技术竞争。
技术实现思路
本专利技术的目的是公开一种高效液空储能/释能系统，通过集成优化系统中的空气液化单元、液空发电单元、蓄热单元和蓄冷单元，大幅度提高系统总转化效率，实现可再生能源发电的大规模并网，还可提高电网的调峰能力。为达到以上目的，本专利技术的技术方案如下：一种高效液空储能/释能系统，包括：空气液化单元、液空发电单元、蓄热单元和蓄冷单元；所述空气液化单元包括原料空气压缩机、原料空压机常温水冷却器A、原料空压机低温水冷却器A、空气纯化器、循环空气增压机、空气增压机常温水冷却器B、空气增压机低温水冷却器B、热端增压透平膨胀机的膨胀端、热端增压透平膨胀机的增压端、冷端增压透平膨胀机的膨胀端、冷端增压透平膨胀机的增压端、空气液化换热器、发电机制动高压液空膨胀机的膨胀端、高压液空膨胀机的发电端和液空储罐，原料空气压缩机的出口与原料空压机常温水冷却器A的进口连接，原料空压机常温水冷却器A的出口与原料空压机低温水冷却器A的进口相连，原料空压机低温水冷却器A的出口与空气纯化器的进口相连，空气纯化器的出口与空气液化换热器的通道II出口合并后一起与循环空气增压机的进口相连，循环空气增压机的出口与空气增压机常温水冷却器B的进口相连，空气增压机常温水冷却器B的出口与空气增压机低温水冷却器B的进口相连，空气增压机低温水冷却器B的出口分别与空气液化换热器的通道I进口、热端增压透平膨胀机的增压端的进口和冷端增压透平膨胀机的增压端的进口相连，热端增压透平膨胀机的增压端的出口与冷端增压透平膨胀机的增压端的出口合并后一起与空气液化热换器的通道III进口相连，空气液化热换器的通道I出口与热端增压透平膨胀机的膨胀端的进口相连，热端增压透平膨胀机的膨胀端的出口与空气液化换热器的通道II上进口相连，空气液化热换器的通道III上出口与冷端增压透平膨胀机的膨胀端的进口相连，冷端增压透平膨胀机的膨胀端的出口与空气液化换热器的通道II下进口相连，空气液化换热器的通道III下出口与发电机制动高压液空膨胀机的膨胀端的进口相连，液空膨胀机的发电端与液空膨胀机的的膨胀端通过变速箱相连，液空膨胀机的膨胀端的出口与液空储罐的进口相连；所述液空发电单元包括高压液空泵、液空蒸发器、高压空气加热器、高压空气膨胀发电机的膨胀端和高压空气膨胀机的发电端，高压液空泵的进口与液空储罐的出口相连，高压液空泵的出口与液空蒸发器的进口相连，液空蒸发器的出口与高压空气加热器进口相连，高压空气加热器的出口与高压空气膨胀发电机的膨胀端的进口相连，高压空气膨胀机的发电端与高压空气膨胀发电机的膨胀端通过变速箱相连；所述蓄热单元包括常温水罐、常温水泵、低温水罐、低温水泵、高温水罐、冷水机组和循环水冷却器，低温水罐与低温水泵的进口端相连，常温水泵的进口与冷水机组的蒸发器进口一起连接在常温水罐上，常温水泵的出口分别与原料空压机常温水冷却器A的进口和空气增压机常温水冷却器B的进口相连，且在相连的管道上设有调节阀门，同时原料空压机低温水冷却器A的出口与原料空压机常温水冷却器A的进口相连，空气增压机低温水冷却器B的出口与空气增压机常温水冷却器B的进口相连，冷水机组的蒸发器出口和低温水泵的进口一起连接在低温水罐上，且在连接的管道上设有调节阀门，低温水泵的出口分别与原料空压机低温水冷却器A的进口和空气增压机低温水冷却器B的进口相连，且在连接的管道上设有调节阀门，冷水机组的吸收器出口与循环水冷却器的进口相连，循环水冷却器的出口与常温水泵的进口相连，原料空压机常温水冷却器A的出口、空气增压机常温水冷却器B的出口、冷水机组的吸收器进口和高压空气加热器的进口均连接在高温水罐上；所述蓄冷单元包括常温冷剂罐、循环冷剂泵和低温冷剂罐，低温冷剂罐的出口与空气液化热换器的通道IV进口相连且在相连的管道上设有调节阀门，空气液化热换器的通道IV出口与常温冷剂罐的进口相连，常温冷剂罐的出口与循环冷剂泵的进口相连，循环冷剂泵的出口与液空蒸发器的进口相连，液空蒸发器的出口与低温冷剂罐的进口相连且在相连的管道上设有调节阀门。优选地，所述的高压液空泵为罐内潜液泵或带真空保冷腔的潜液泵。优选地，所述的液空蒸发器和高压空气加热器采用管壳式、板壳式或印刷电路板式换热器。优选地，所述的冷水机组为溴化锂吸收式制冷机组或吸收式制冷与压缩式制冷的组合机。优选地，所述的循环水冷却器为空冷型、水冷型或吸收式热泵的一种或多种组合。本专利技术的高效液空储能/释能的流程如下：储能区储能时，多余的电能驱动空气依次进入原料空气压缩机和循环空气增压机中，得到的压缩空气依次被常温水和低温水冷却后分成三股：一股高压冷却空气进入空气液化换热器的通道I，被冷流预冷后送入热端增压透平膨胀机的膨胀端膨胀制冷，膨胀后的空气返回空气液化换热器的通道II上部；其余两股高压冷却空气分别进入热端增压透平膨胀机的增压端和冷端增压透平膨胀机的增压端中并联增压，被增压的空气进入空气液化换热器的通道III后分成两股：一股空气被冷流预冷后送入冷端增压透平膨胀机的膨胀端膨胀制冷；另一股空气被冷却、液化后进入发电机制动的高压液空膨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效液空储能/释能系统，其特征在于：包括空气液化单元、液化空气发电单元、蓄热单元和蓄冷单元；所述空气液化单元包括原料空气压缩机（1）、原料空压机常温水冷却器A（2）、原料空压机低温水冷却器A（3）、空气纯化器（4）、循环空气增压机（5）、空气增压机常温水冷却器B（6）、空气增压机低温水冷却器B（7）、热端增压透平膨胀机的膨胀端（9）、热端增压透平膨胀机的增压端（8）、冷端增压透平膨胀机的膨胀端（10）、冷端增压透平膨胀机的增压端（11）、空气液化换热器（12）、发电机制动高压液空膨胀机的膨胀端（13）、高压液空膨胀机的发电端（14）和液空储罐（15），原料空气压缩机（1）的出口与原料空压机常温水冷却器A（2）的进口连接，原料空压机常温水冷却器A（2）的出口与原料空压机低温水冷却器A（3）的进口相连，原料空压机低温水冷却器A（3）的出口与空气纯化器（4）的进口相连，空气纯化器（4）的出口与空气液化换热器（12）的通道II出口合并后一起与循环空气增压机（5）的进口相连，循环空气增压机（5）的出口与空气增压机常温水冷却器B（6）的进口相连，空气增压机常温水冷却器B（6）的出口与空气增压机低温水冷却器B（7）的进口相连，空气增压机低温水冷却器B（7）的出口分别与空气液化换热器（12）的通道I进口、热端增压透平膨胀机的增压端（8）的进口和冷端增压透平膨胀机的增压端（11）的进口相连，热端增压透平膨胀机的增压端（8）的出口与冷端增压透平膨胀机的增压端（11）的出口合并后一起与空气液化热换器（8）的通道III进口相连，空气液化热换器（8）的通道I出口与热端增压透平膨胀机的膨胀端（9）的进口相连，热端增压透平膨胀机的膨胀端（9）的出口与空气液化换热器（12）的通道II上进口相连，空气液化热换器（8）的通道III上出口与冷端增压透平膨胀机的膨胀端（10）的进口相连，冷端增压透平膨胀机的膨胀端（10）的出口与空气液化换热器（12）的通道II下进口相连，空气液化换热器（12）的通道III下出口与发电机制动高压液空膨胀机的膨胀端（13）的进口相连，液空膨胀机的发电端（9B）与液空膨胀机的的膨胀端（9A）通过变速箱相连，液空膨胀机的膨胀端（9A）的出口与液空储罐（15）的进口相连；所述液空发电单元包括高压液空泵（50）、液空蒸发器（51）、高压空气加热器（52）、高压空气膨胀发电机的膨胀端（53）和高压空气膨胀机的发电端（54），高压液空泵（50）的进口与液空储罐（15）的出口相连，高压液空泵（50）的出口与液空蒸发器（51）的进口相连，液空蒸发器（51）的出口与高压空气加热器（52）进口相连，高压空气加热器（52）的出口与高压空气膨胀发电机的膨胀端（53）的进口相连，高压空气膨胀机的发电端（54）与高压空气膨胀发电机的膨胀端（53）通过变速箱相连；所述蓄热单元包括常温水罐（30）、常温水泵（31）、低温水罐（33）、低温水泵（34）、高温水罐（32）、冷水机组（35）和循环水冷却器（36），低温水罐（33）与低温水泵（34）的进口端相连，常温水泵（31）的进口与冷水机组（35）的蒸发器进口一起连接在常温水罐（30）上，常温水泵（31）的出口分别与原料空压机常温水冷却器A（2）的进口和空气增压机常温水冷却器B（6）的进口相连，且在相连的管道上设有调节阀门，同时原料空压机低温水冷却器A（3）的出口与原料空压机常温水冷却器A（2）的进口相连，空气增压机低温水冷却器B（7）的出口与空气增压机常温水冷却器B（6）的进口相连，冷水机组（35）的蒸发器出口和低温水泵（34）的进口一起连接在低温水罐（33）上，且在连接的管道上设有调节阀门，低温水泵（34）的出口分别与原料空压机低温水冷却器A（3）的进口和空气增压机低温水冷却器B（7）的进口相连，且在连接的管道上设有调节阀门，冷水机组（35）的吸收器出口与循环水冷却器（36）的进口相连，循环水冷却器（36）的出口与常温水泵（31）的进口相连，原料空压机常温水冷却器A（2）的出口、空气增压机常温水冷却器B（6）的出口、冷水机组（35）的吸收器进口和高压空气加热器（52）的进口均连接在高温水罐（32）上；所述蓄冷单元包括常温冷剂罐（20）、循环冷剂泵（21）和低温冷剂罐（22），低温冷剂罐（22）的出口与空气液化热换器（8）的通道IV进口相连且在相连的管道上设有调节阀门，空气液化热换器（8）的通道IV出口与常温冷剂罐（20）的进口相连，常温冷剂罐（20）的出口与循环冷剂泵（21）的进口相连，循环冷剂泵（21）的出口与液空蒸发器（51）的进口相连，液空蒸发器（51）的出口与低温冷剂罐（22）的进口相连且在相连的管道上设有调节阀门。...

【技术特征摘要】
1.一种高效液空储能/释能系统，其特征在于：包括空气液化单元、液化空气发电单元、蓄热单元和蓄冷单元；所述空气液化单元包括原料空气压缩机（1）、原料空压机常温水冷却器A（2）、原料空压机低温水冷却器A（3）、空气纯化器（4）、循环空气增压机（5）、空气增压机常温水冷却器B（6）、空气增压机低温水冷却器B（7）、热端增压透平膨胀机的膨胀端（9）、热端增压透平膨胀机的增压端（8）、冷端增压透平膨胀机的膨胀端（10）、冷端增压透平膨胀机的增压端（11）、空气液化换热器（12）、发电机制动高压液空膨胀机的膨胀端（13）、高压液空膨胀机的发电端（14）和液空储罐（15），原料空气压缩机（1）的出口与原料空压机常温水冷却器A（2）的进口连接，原料空压机常温水冷却器A（2）的出口与原料空压机低温水冷却器A（3）的进口相连，原料空压机低温水冷却器A（3）的出口与空气纯化器（4）的进口相连，空气纯化器（4）的出口与空气液化换热器（12）的通道II出口合并后一起与循环空气增压机（5）的进口相连，循环空气增压机（5）的出口与空气增压机常温水冷却器B（6）的进口相连，空气增压机常温水冷却器B（6）的出口与空气增压机低温水冷却器B（7）的进口相连，空气增压机低温水冷却器B（7）的出口分别与空气液化换热器（12）的通道I进口、热端增压透平膨胀机的增压端（8）的进口和冷端增压透平膨胀机的增压端（11）的进口相连，热端增压透平膨胀机的增压端（8）的出口与冷端增压透平膨胀机的增压端（11）的出口合并后一起与空气液化热换器（8）的通道III进口相连，空气液化热换器（8）的通道I出口与热端增压透平膨胀机的膨胀端（9）的进口相连，热端增压透平膨胀机的膨胀端（9）的出口与空气液化换热器（12）的通道II上进口相连，空气液化热换器（8）的通道III上出口与冷端增压透平膨胀机的膨胀端（10）的进口相连，冷端增压透平膨胀机的膨胀端（10）的出口与空气液化换热器（12）的通道II下进口相连，空气液化换热器（12）的通道III下出口与发电机制动高压液空膨胀机的膨胀端（13）的进口相连，液空膨胀机的发电端（9B）与液空膨胀机的的膨胀端（9A）通过变速箱相连，液空膨胀机的膨胀端（9A）的出口与液空储罐（15）的进口相连；所述液空发电单元包括高压液空泵（50）、液空蒸发器（51）、高压空气加热器（52）、高压空气膨胀发电机的膨胀端（53）和高压空气膨胀机的发电端（54），高压液空泵（50）的进口与液空储罐（15）的出口相连，高压液空泵（50）的出口与液空蒸发器（51）的进口相连，液空蒸发器（51）的出口与高压空气加热器（52）进口相连，高压空气加热器（52）的出口与高压空气膨胀发电机的膨胀端（53）的进口相连，高压空气膨胀机的发电端（54）与高压空气膨胀发电机的膨胀端（53）通过变速箱相连；所述蓄热单元包括常温水罐（30）、常温水泵（31）、低温水罐（33）、低温水泵（34）、高温水罐（32）、冷水机组（35）和循环水冷却器（36），低温水罐（33）与低温水泵（34）的进口端相连，常温水泵（31）的进口与冷水机组（35）的蒸发器进口一起连接在常温水罐（30）上，常温水泵（31）的出口分别与原料空压机常温水冷却器A（2）的进口和空气增压机常温水冷却器B（6）的进口相连，且在相连的管道上设有调节阀门，同时原料空压机低温水冷却器A（3）的出口与原料空压机常温水冷却器A（2）的进口相连，空气增压机低温水冷却器B（7）的出口与空气增压机常温水冷却器B（6）的进口相连，冷水机组（35）的蒸发器出口和低温水泵（34）的进口一起连接在低温水罐（33）上，且在连接的管道上设有调节阀门，低温水泵（34）的出口分别与原料空压机低温水冷却器A（3）的进口和空气增压机低温水冷却器B（7）的进口相连，且在连接的管道上设有调节阀门，冷水机组（35）的吸收器出口与循环水冷却器（36）的进口相连，循环水冷却器（36）的出口与常温水泵（31）的进口相连，原料空压机常温水冷却器A（2）的出口、空气增压机常温水冷却器B（6）的出口、冷水机组（35）的吸收器进口和高压空气加热器（52）的进口均连接在高温水罐（32）上；所述蓄冷单元包括常温冷剂罐（20）、循环冷剂泵（21）和低温冷剂罐（22），低温冷剂罐（22）的出口与空气液化热换器（8）的通道IV进口相连且在相连的管道上设有调节阀门，空气液化热换器（8）的通道IV出口与常温冷剂罐（20）的进口相连，常温冷剂罐（20）的出口与循环冷剂泵（21）的进口相连，循环冷剂泵（21）的出口与液空蒸发器（51）的进口相连，液空蒸发器（51）的出口与低温冷剂罐（22）...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹卫华，
申请(专利权)人：成都深冷液化设备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51