用于通过超临界膨胀在流体再气化时发电的改进的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于在再气化时发电的装置(1)，其包括用于低温流体的储罐(2)，通过第一管路(3)与所述储罐(2)连通的第一泵(4)，与所述第一泵(4)通过第二管路(5)连通的第一换热器(6)和连接在第一换热器(6)之后的第二换热器(7)，以及直接布置在第二换热器(7)之后的第一涡轮机(8)，其中，从所述第一涡轮机(8)分支出第三管路(9)并且通入第一换热器(6)中，从所述第一换热器(6)分支出第四管路(10)并且通入所述第二管路(5)中，其中，第二泵(11)连接到第四管路(10)中。本发明专利技术还涉及一种用于发电的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于通过超临界膨胀在流体再气化时发电的改进的方法本专利技术涉及一种用于在再气化时发电的装置以及一种用于发电的相应方法。在发电厂建造中趋势是从大型的燃烧化石燃料的发电厂变为可再生的能源生产，例如风、光伏等等。此外，去中心化的能源生产也更重要。为了符合对电网稳定性和供应可靠性的要求，存储式解决方案在将来将变得越来越重要。在此，除了相应的应用的专门要求以外，经济性也越来越重要。能量存储器应耐用并且能快速使用，不以有毒物质污染环境，不受地理环境影响，功率范围大，能含量高，效率高，并且最好还是廉价的。一种可行方案是液体空气形式的能量存储(LAES＝liquidairenergystorage)。LAES技术还处于初始阶段并且似乎还有改善和进一步降低成本的潜力。简而言之，用于纯存储过程的LAES方法由空气液化器、用于液态空气的储罐和再发电单元构成，在所述再发电单元中液态空气被泵压至高压，被蒸发并且在涡轮机中多级地利用中间加热或者说再加热而膨胀。为了提高效率，可以存储在空气液化时产生的压缩热并且在再发电循环中用于将空气在涡轮机入口前达到更高的温度。与此相同的是，在再发电循环中在蒸发空气时产生的“冷量”被存储，以便使得在液化循环中的能量耗费最小化。此外也有LAES与其他方法例如燃气轮机过程的结合。此外可以有利地将否则就要例如从液化天然气蒸发器中放弃的冷量结合到LAES中。这同样适用于工业过程的低价值废热，由于LAES方法的较小较低的过程温度，所述废热仍可以经济地使用。作为冷量存储器可以是有机化合物，其相对于蒸发的空气相反地液化。首要的是，降低投资成本当前对于商业上的成功似乎很重要。天然气为了运输目的被液化，为此必须消耗很多能量。在LNG终端中，液态的天然气(LiquidNaturalGas＝LNG)被加压，蒸发并且供应到管线中。为了将存在于液态天然气中的冷量的潜力用于发电和重新获得一部分为了液化而消耗的能量，迄今为止的方法效率低和/或昂贵并且复杂。通常所使用的方法需要额外的工作介质并且包含很多组件。可用性很低并且为此的复杂程度更高。本专利技术要解决的技术问题是提供一种具有较高效率的用于存储和再发电的装置和方法，其同时廉价、简单并且可靠。本专利技术解决了上述针对装置的技术问题，方式是本专利技术规定，一种用于在再气化时发电的装置，其包括用于低温流体的储罐，通过第一管路与所述储罐连通的第一泵，与所述第一泵通过第二管路连通的第一换热器和连接在第一换热器之后的第二换热器，以及直接布置在第二换热器之后的第一涡轮机，从所述第一涡轮机分支出第三管路并且通入第一换热器中，并且从所述第一换热器分支出第四管路并且通入所述第二管路中，其中，第二泵连接到第四管路中。在有利的实施方式中，第三换热器连接到第二管路中并且在第二泵上游连接到第四管路中。所述第三换热器(回热式热交换器)提高所述装置的可实现的电功率，但并不是必须的，因此它也可以被取消，以便节省投资成本。在取消这种回热式热交换器的情况下，所述装置的电功率降低约1％。适宜的是，从第一涡轮机中分支出第五管路并且通入管线中。备选地并且与所使用介质无关地，可以想到燃气轮机燃烧室、冷量存储器或者在进一步膨胀之后排入大气。此外适宜的是，第四换热器接到第五管路中。若需要的管线压力应小于需要的超临界膨胀压力，输至管线的流可以在另外的涡轮机级中膨胀到管线压力的水平。在此情况中，第二涡轮机连接到第五管路中，第四换热器就布置在第二涡轮机的下游。在此可以在最后的膨胀级前进行加热。就是说适宜的是，第五换热器在第二涡轮机上游布置在第五管路中。在备选的有利实施方式中，第一换热器、第三换热器和第四管路到第二管路中的输入位置集成在一个部件中。在本专利技术的优选实施方式中，所述储罐包含液态天然气(LNG)。但是液态的空气、液态的氮气、液态的氧气或者液态的氩气也是可以考虑的流体。本专利技术的基本构思是，例如天然气作为工作介质在涡轮机中膨胀到超临界压力。以此可以将较大的支流在此引回，通过泵加压并且在涡轮机中膨胀前从环境和/或其他过程吸收热量。以此可以以很小的耗费提高电功率。支流被返回导引至以足够低的输入功率工作的泵只能通过超临界的膨胀实现，因为以此在天然气-天然气-换热器中两个质量通量表现出相似的温度变化，产生较小的收缩点并且以此可以实现很好的热转移。泵进入温度以此足够低并且泵功率相应地小。因此，针对方法的技术问题通过一种用于发电的方法解决，其中，流体被带至第一压力并且因此产生高压流，所述高压流与大于所述高压流的第二流体流合并，并且产生的总流体流导引至第一换热器，在第一换热器中所述总流体流通过第二流体流加热，其中，然后加热的总流体流在第二换热器中通过加入环境热量和/或源自其他过程的废热进一步加热(或者说升温、稍微加热)，并且被进一步加热的总流体流在第一涡轮机中膨胀到更低的、但是超临界的压力，其中，从第一涡轮机流出的总流体流分为第二流体流和更小的第三流体流，并且第二流体流在它把第二流体流的热量释放到总流体流上之后被带至所述高压流的压力水平。在此有利的是，第二流体流在其被带至高压流的压力水平上之前，通过第三换热器更进一步地冷却，其中，所述高压流被加热。适宜的是，流体从储罐中提取。所述方法仅仅涉及存储在储罐中的液态介质的再气化。有利的是，借助第一泵将从储罐提取的流体带至超过150bara的压力。有利的是，进一步的加热导致尽可能高的涡轮机进入温度。若只有环境热量可用，则有利的是，所述进一步的加热尽可能近地接近环境温度，但是至少至环境温度以下5℃。有利的是，环境热量从空气或者海水中提取。此外有利的是，所述更低的、但是超临界的压力约为大于70bara。超临界的膨胀的优点在上文已述。第三流体流的可行的适宜的利用是其供应到管线中用于进一步使用，例如若从储罐提取的流体是液态天然气时。但是其他流体也能用在该有创造性的方法中，例如液态的空气、液态的氮气、液态的氧气或者液态的氩气。为了进一步改善效率有利的是，在第一涡轮机中多级式膨胀并且中间加热。利用本专利技术得到以下优点：-效率相对较高。-设计非常简单。利用较少的耗费可以构成可靠的调节和自动化。-由于组件和机器数量少，可以实现较大的运行灵活性。快速的负载变化也不会产生大问题。-除了流体本身(例如天然气)之外不需要另外的工作介质。-由于复杂度较低，所以所述新方法不易出错并且因此可用性较高，这对于客户接受度是非常重要的。-与其他在文献中理论性介绍的方法相反，不需要针对部件重新研发的耗费。-通过在(例如)天然气流之间传递的较大热量，天然气的温度已经相当高，所述天然气还必须通过环境热量加热。以此得到成本更低的换热器，因为现在海水结冰或者空气水分的冻结带来的问题明显更少。用于在再气化时发电的完整解决方案既可以用于规划的LNG终端，也可以作为改装系统用于现有终端。从客户的角度看，能在清楚的投资成本中明显降低运营成本，因为利用新本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在再气化时发电的装置(1)，其包括用于低温流体的储罐(2)、通过第一管路(3)与所述储罐(2)连通的第一泵(4)、与所述第一泵(4)通过第二管路(5)连通的第一换热器(6)和连接在第一换热器(6)之后的第二换热器(7)、以及直接布置在第二换热器(7)之后的第一涡轮机(8)，其特征在于，从所述第一涡轮机(8)分支出第三管路(9)并且第三管路(9)通入第一换热器(6)中，从所述第一换热器(6)分支出第四管路(10)并且第四管路(10)通入所述第二管路(5)中，其中，第二泵(11)连接到第四管路(10)中。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171127 EP 17203813.51.一种用于在再气化时发电的装置(1)，其包括用于低温流体的储罐(2)、通过第一管路(3)与所述储罐(2)连通的第一泵(4)、与所述第一泵(4)通过第二管路(5)连通的第一换热器(6)和连接在第一换热器(6)之后的第二换热器(7)、以及直接布置在第二换热器(7)之后的第一涡轮机(8)，其特征在于，从所述第一涡轮机(8)分支出第三管路(9)并且第三管路(9)通入第一换热器(6)中，从所述第一换热器(6)分支出第四管路(10)并且第四管路(10)通入所述第二管路(5)中，其中，第二泵(11)连接到第四管路(10)中。


2.按照权利要求1所述的装置(1)，其中，第三换热器(12)连接到第二管路(5)中并且在第二泵(11)上游连接到第四管路(10)中。


3.按照权利要求1或2所述的装置(1)，其中，第五管路(13)从第一涡轮机(8)分支出，并且第五管路(13)通入管线(14)中。


4.按照权利要求3所述的装置(1)，其中，第四换热器(15)连接到第五管路(13)中。


5.按照权利要求4所述的装置(1)，其中，第二涡轮机(16)连接到第五管路(13)中，并且第四换热器(15)布置在第二涡轮机(16)下游。


6.按照权利要求5所述的装置(1)，其中，第五换热器(17)在第二涡轮机(16)上游布置在第五管路(13)中。


7.按照权利要求2所述的装置(1)，其中，第一换热器(6)、第三换热器(12)和第四管路(10)到第二管路(5)中的输入位置(19)布置在集成的换热器(18)中。


8.按照上述权利要求之一所述的装置(1)，其中，储罐(2)包含液态天然气(LNG)。


9.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：S哈斯，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE