一种液化空气储能系统技术方案

本发明专利技术公开了一种液化空气储能系统，包括储能单元、液化单元、储存液态工质的储液单元、气化单元和释能单元：储能单元包括依次连接的压缩装置、第一换热器和冷却器；释能单元包括依次连接的膨胀装置和第二换热器；液化单元包括进口端与冷却器的出口端相通的液化装置；气化单元包括出口端与第二换热器的进口端相通的蒸发装置；储液单元包括连接于液化装置和蒸发装置之间的储液装置；蒸发装置和第二换热器之间还连通有气体缓冲装置；蒸发装置中生成的气态工质在气体缓冲装置中暂存后进入第二换热器。通过在蒸发装置和第二换热器之间设置气体缓冲装置，可以缩短液化空气储能系统调节输出频率过程中的响应时间，提高液化空气储能系统的调频性能。

【技术实现步骤摘要】
一种液化空气储能系统
本专利技术涉及能源动力
，具体涉及一种液化空气储能系统。
技术介绍
压缩空气储能系统是以空气为介质的大规模储能系统，在用电低峰将电能转化为压缩空气的势能储存，在用电高峰通过压缩空气推动透平做功释放电能。液化空气储能系统是在压缩空气储能的基础上提出的新型储能系统。与压缩空气储能系统相比，液态空气储能系统储能密度大，不需要大型的压力存储容器，摆脱了地理条件的限制，更具发展和应用优势。参与电网调频是液化空气储能系统的主要应用方向之一。在电网中，大多数调频机组为火电机组和水电机组，该类发电设备均为旋转机械，调节性能受到机械惯性和物理磨损的制约。同时，火电机组响应时间长，不适合参与较短周期的调频控制，而水电机组的调频容量、性能也易受地域与季节的制约。风电和光伏发电大规模接入电网，对于调频性能提出了更高的要求。液化空气储能系统能够双向调频，即在电网负荷增加时，储能系统放电，电网负荷减小时，储能系统充电，其作为一种新型调频手段备受关注。透平在参与调频的过程中，需要调节机前阀门开度以实现输出功率的变化，而液态罐中的液态空气需要先吸热汽化后再进行膨胀做功，这增加了调频过程中系统的响应时间，不利于系统的调频性能。为解决这一问题，本专利技术提出了一种在透平前增加气体缓冲装置的新型液化空气储能系统，以此来缩短液化空气储能系统的响应时间，实现液化空气储能技术在电网调频领域的应用和推广。
技术实现思路
有鉴于此，针对现有技术中液化空气储能系统的调频过程存在响应时间较长的技术问题，本专利技术提出一种利用气体缓冲装置提升调频性能的液化空气储能系统，以缩短系统响应时间，提升系统调频性能。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种液化空气储能系统，包括储能单元、液化单元、储存液态工质的储液单元、气化单元和释能单元：所述储能单元包括通过管路依次连接的压缩装置、第一换热器和冷却器；所述释能单元包括通过管路依次相通的膨胀装置和第二换热器；所述液化单元包括进口端与所述冷却器的出口端相通的液化装置；所述气化单元包括出口端与所述第二换热器的进口端相通的蒸发装置；所述储液单元包括连接于所述液化装置和所述蒸发装置之间的储液装置；所述储能单元、所述液化单元、所述储液单元、所述气化单元和所述释能单元形成工质以气相－液相－气相的流动、换热和储存的通道；所述蒸发装置和所述第二换热器之间还连通有气体缓冲装置；所述蒸发装置中生成的气态工质在所述气体缓冲装置中暂存后进入所述第二换热器，以缩短所述膨胀装置调节输出频率和/或输出功率过程中的响应时间；储能阶段时，气态工质经过所述压缩装置压缩后依次经过所述第一换热器和所述冷却器进行逐步冷却，经过冷却后的气态工质经过所述液化装置液化后存储在所述储液装置中；释能阶段时，所述储液装置内的液态工质经过所述蒸发装置蒸发形成气态工质后进入所述气体缓冲装置中暂存，然后经过所述第二换热器升温后进入所述膨胀装置进行膨胀做功。进一步地，还包括与所述第一换热器和所述第二换热器构成换热循环通道的高温储热装置和低温储热装置，所述换热循环通道内设有换热介质；高温储热过程中，换热介质收集气态工质在经过所述第一换热器的过程中产生的高温热量，并存储在所述高温储热装置中；低温储热过程中，换热工质收集气态工质在经过所述第二换热器的过程中产生的低温热量，并存储在所述低温储热装置中。进一步地，所述蒸发装置和所述储液装置之间还连通有用于增加所述储液装置流出液态工质的流体压力的深冷泵。进一步地，所述蒸发装置和所述液化装置之间还连通有储冷装置，液态工质在所述蒸发装置中蒸发产生的冷能被储冷介质收集后存储在所述储冷装置中，所述储冷装置中储冷介质存储的冷能用于对所述液化装置中的工质进行冷却降温；所述液化装置和所述蒸发装置之间还设有供经过所述液化装置(4)释放冷能后的储冷介质回流至所述蒸发装置的介质通道。进一步地，所述气体缓冲装置为内部具有空腔的气体缓冲罐。进一步地，所述气体缓冲罐设有用于导流以使工质均匀稳定流向所述第二换热器的罐内导流结构。进一步地，所述工质为空气，或空气与R123制冷剂、丙烷、戊烷中一种或多种的组合。进一步地，所述膨胀装置的膨胀输出端连接有发电机。本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术提供的液化空气储能系统，储能阶段时，气态工质经过所述压缩装置压缩后依次经过所述第一换热器和所述冷却器进行逐步冷却，经过冷却后的气态工质经过所述液化装置液化后存储在所述储液装置中；释能阶段时，所述储液装置内的液态工质经过所述蒸发装置蒸发形成气态工质后进入所述气体缓冲装置中暂存，然后经过所述第二换热器升温后进入所述膨胀装置进行膨胀做功；与现有技术中，液态工质先吸热汽化再进行膨胀做功的方式相比，可以缩短液化空气储能系统调节输出频率和/或输出功率过程中的响应时间，提高液化空气储能系统的调频性能，实现液化空气储能技术在电网调频领域的应用和推广。2.本专利技术提供的液化空气储能系统，在所述蒸发装置和所述液化装置之间设置可存储气态工质蒸发生成的冷能用于降低液化装置中的温度，可以提高液化装置中气态工质的液化率。3.本专利技术提供的液化空气储能系统，利用第一换热器和高温储热装置储存气态介质压缩过程中产生的高温热量，并利用第二换热器和低温储热装置储存气态介质膨胀过程中产生的低温热量，第一换热器、高温储热装置、第二换热器和低温储热装置可以构成能量循环通道，可以实现系统能量的回收和利用，提高系统储能效率。4.本专利技术提供的液化空气储能系统，气体缓冲罐内罐内导流结构的设置，蒸发装置汽化产生的工质在气体缓冲罐内经过罐内导流结构的导流作用后，工质可以长时间均匀稳定地向第二换热器内输送，从而提高液化空气储能系统的调频性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例中液化空气储能系统的组成结构示意图。附图标记说明：1、压缩装置；2、第一换热器；3、冷却器；4、液化装置；5、储液装置；6、储冷装置；7、蒸发装置；8、气体缓冲装置；9、第二换热器；10、膨胀装置；11、发电机；12、高温储热装置；13、低温储热装置；14、深冷泵。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本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，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液化空气储能系统，包括储能单元、液化单元、储存液态工质的储液单元、气化单元和释能单元：/n所述储能单元包括通过管路依次连接的压缩装置(1)、第一换热器(2)和冷却器(3)；/n所述释能单元包括通过管路依次相通的膨胀装置(10)和第二换热器(9)；/n所述液化单元包括进口端与所述冷却器(3)的出口端相通的液化装置(4)；/n所述气化单元包括出口端与所述第二换热器(9)的进口端相通的蒸发装置(7)；/n所述储液单元包括连接于所述液化装置(4)和所述蒸发装置(7)之间的储液装置(5)；/n所述储能单元、所述液化单元、所述储液单元、所述气化单元和所述释能单元形成工质以气相－液相－气相的流动、换热和储存的通道；/n其特征在于，所述蒸发装置(7)和所述第二换热器(9)之间还连通有气体缓冲装置(8)；所述蒸发装置(7)中生成的气态工质在所述气体缓冲装置(8)中暂存后进入所述第二换热器(9)，以缩短所述膨胀装置(10)调节输出频率和/或输出功率过程中的响应时间。/n

【技术特征摘要】
1.一种液化空气储能系统，包括储能单元、液化单元、储存液态工质的储液单元、气化单元和释能单元：
所述储能单元包括通过管路依次连接的压缩装置(1)、第一换热器(2)和冷却器(3)；
所述释能单元包括通过管路依次相通的膨胀装置(10)和第二换热器(9)；
所述液化单元包括进口端与所述冷却器(3)的出口端相通的液化装置(4)；
所述气化单元包括出口端与所述第二换热器(9)的进口端相通的蒸发装置(7)；
所述储液单元包括连接于所述液化装置(4)和所述蒸发装置(7)之间的储液装置(5)；
所述储能单元、所述液化单元、所述储液单元、所述气化单元和所述释能单元形成工质以气相－液相－气相的流动、换热和储存的通道；
其特征在于，所述蒸发装置(7)和所述第二换热器(9)之间还连通有气体缓冲装置(8)；所述蒸发装置(7)中生成的气态工质在所述气体缓冲装置(8)中暂存后进入所述第二换热器(9)，以缩短所述膨胀装置(10)调节输出频率和/或输出功率过程中的响应时间。


2.根据权利要求1所述的液化空气储能系统，其特征在于，还包括与所述第一换热器(2)和所述第二换热器(9)构成换热循环通道的高温储热装置(12)和低温储热装置(13)，所述换热循环通道内设有换热介质；
高温储热过程中，换热介质收集气态工质在经过所述第一换热器(2)的过程中产生的高温热量，并存储在所述高温储热装置(12)中；低温储热过程中，换热工质收集气态工质在经过所...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐桂芝，白子为，邓占锋，梁丹曦，宋洁，彭笑东，蔡林海，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院有限公司，国网浙江省电力有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11