一种面向工程应用的液态空气储能系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种面向工程应用的液态空气储能系统及方法，系统包括：空气液化子系统，包括空压机组、制冷回冷单元和液态空气储罐；制冷回冷单元将空压机组输出的空气冷却至液态、加热液态空气使其汽化；发电子系统，包括预热器和透平机组，预热器用于预热从制冷回冷单元输出的汽化后空气，透平机组输出的乏气为预热器提供主热源；低温热能回收单元，用于回收空压机组后级压缩的热能、回收的热能为预热器提供辅热源；高温热能回收单元，用于回收空压机组前级压缩的热能，回收的热能用于进一步加热推动透平机组做功的空气，以提高透平机组的做功能力。本发明专利技术实现了压缩热能高效梯级利用和液态空气冷能的有效回收，技术可行性高，工程应用较易实现。应用较易实现。应用较易实现。

【技术实现步骤摘要】
一种面向工程应用的液态空气储能系统及方法


[0001]本专利技术涉及液态空气储能
，尤其是一种面向工程应用的液态空气储能系统及方法。

技术介绍

[0002]液态空气储能技术是一种利用液态空气或液态氮气作为储能介质的深冷储能技术。电网多余电力用于驱动空气液化循环制造液态空气并储存起来，同时将空气压缩过程中产生的高温压缩热储存起来并在需要时提高空气透平做功能力；在需要用电时，液态空气经液体泵加压，低温冷能回收存储后，驱动空气透平做功发电。液态空气储能具有体积储能密度大、部件寿命长、环境友好和不受地理条件限制等特点，能够适用于大规模、能量型的电力系统应用。能否高效储存回收液态空气的低温汽化冷能和压缩空气的高温压缩热能，对提升液态空气储能系统的整体性能至关重要。
[0003]现有技术中，液态空气储能系统及方法存在的问题有：由于制造工艺和成本的限制，较难实现工程应用；基于国内压缩机制造工艺水平和系统工艺，压缩机出口温度很难保持均准，压缩热的回收和液态空气汽化冷能回收的循环效率低；压缩热存在高品位和低品位区别，对于不同品位压缩热进行统一利用存在回收利用率低、能量浪费的问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种面向工程应用的液态空气储能系统及方法，解决了液态空气储能过程中压缩热回收利用率低造成能量浪费的技术问题。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种面向工程应用的液态空气储能系统，包括空气液化子系统、低温热能回收单元、高温热能回收单元和发电子系统；
[0007]所述空气液化子系统，包括空气压缩机组、制冷回冷单元和液态空气储罐；所述空气压缩机组为带级间冷却的多级压缩装置；所述制冷回冷单元用于将空气压缩机组输出的压缩空气冷却至液态，所述液态空气储罐用于储存冷却后的液态空气，制冷回冷单元还用于回收液态空气汽化产生的冷能以减少空气液化能耗；
[0008]所述发电子系统，包括预热器和透平机组，所述预热器用于预热从制冷回冷单元输出的汽化后的空气，所述透平机组为以空气为做功工质、带级间加热的多级透平发电装置，透平机组输出的乏气为预热器提供主热源；
[0009]所述低温热能回收单元用于回收空气压缩机组后级压缩的低品位热能，回收的低品位热能为预热器提供辅热源；
[0010]所述高温热能回收单元，用于回收空气压缩机组前级压缩的高品位热能，回收的高品位热能用于进一步加热推动透平机组做功的空气，以提高透平机组的做功能力。
[0011]进一步技术方案为：
[0012]所述制冷回冷单元包括回冷模块和低温膨胀机；
[0013]所述回冷模块包括蓄冷器和换热器，所述蓄冷器回收液态空气汽化产生的冷能，并将回收的冷能用于进一步冷却空气压缩机组输出的压缩空气；
[0014]在所述蓄冷器的冷量不足时，空气压缩机组输出的压缩空气分两股分别进入所述低温膨胀机和所述换热器，经低温膨胀机膨胀冷却至低温的空气作为冷源空气将流经换热器的空气进一步冷却至液态。
[0015]所述回冷模块与所述空气压缩机组之间设置回流管路，用于将释冷后的所述冷源空气输回空气压缩机组再次加压形成循环。
[0016]所述低温热能回收单元包括冷水罐和热水罐；
[0017]所述冷水罐、空气压缩机组的末级冷却器、所述热水罐和所述预热器串联成循环回路。
[0018]所述高温热能回收单元包括蓄热器、散热器、第一三通阀和第二三通阀；
[0019]所述第一三通阀分别与蓄热器的导热流体介质的热端出口、透平机组的各级加热器入口及空气压缩机组的各级冷却器出口相连；
[0020]所述第二三通阀分别与蓄热器的导热流体介质的冷端出口、散热器的出口及空气压缩机组的各级冷却器入口相连；
[0021]透平机组的各级加热器出口分别与散热器的入口相连。
[0022]高温热能回收单元采用的导热流体介质为导热油；所述蓄热器内填充有蓄能材料，所述蓄能材料采用鹅卵石，瓷球，金属球中的一种。
[0023]所述低温膨胀机与空气压缩机组动力连接，使得空气压缩机组回收低温膨胀机的输出功用于增压空气。
[0024]所述预热器的主热源不足时，利用所述辅热源供热，否则不利用所述辅热源供热。
[0025]所述低温热能回收单元、所述高温热能回收单元还分别用于将回收的热量供给外部用户。
[0026]一种所述的面向工程应用的液态空气储能系统的储能方法，包括：
[0027]用电低谷时段，空气压缩机组将外界空气压缩至高压，高压空气经制冷回冷单元被冷却至低温液态空气，并存储在液态空气储罐内；同时高温热能回收单元回收空气压缩机组前级压缩的高品位热能、低温热能回收单元回收空气压缩机组后级压缩的低品位热能；
[0028]用电高峰时段，液态空气由液态空气储罐泵出，流经制冷回冷单元汽化，并将冷能储存在制冷回冷单元中，汽化后的空气在预热器中初步加热，然后经透平机组级间加热并膨胀做功以带动发电机发电；
[0029]用电高峰时段透平机组级间加热的热源来自用电低谷时段高温热能回收单元通过导热流体介质回收的高品位热能；用电低谷时段空气压缩机组级间冷却的冷源来自在高温热能回收单元内部释热后的导热流体介质；
[0030]用电高峰时段预热器的主热源来自透平机组做功排放的乏气，辅热源来自低温热能回收单元回收的低品位热能；当主热源不足时，启动辅热源。
[0031]本专利技术的有益效果如下：
[0032]本专利技术的针对压缩及出口温度难以保持均匀准确的问题，对压缩热进行梯级储存和利用，显著提升了能量的回收利用率。
[0033]本专利技术实现了压缩热的高效梯级利用和液态空气冷能的有效回收，大大提高系统的热力学性能和经济效益，理论循环储电效率可达50％以上。
[0034]本专利技术系统采用的工艺设备设计稳健，其中主要设备如压缩机、透平膨胀机、高压换热器、蓄冷器和蓄热器等均能在国内制造，理论上不存在“卡脖子”难题，技术可行性较高。
[0035]本专利技术的制冷回冷单元、高温热能回收单元的集成度高，制造难度小且冷耗散小。
附图说明
[0036]图1为本专利技术实施例的系统结构示意图。
[0037]图2为本专利技术实施例的回冷模块中蓄冷器的结构示意图。
[0038]图中：100、空气压缩机组；101、过滤器；102、离心空压机组；103、第一冷却器；104、第二冷却器；105、预冷机；106、纯化器；107、空气换向三通；108、离心增压机组；109、第三冷却器；110、第四冷却器；200、制冷回冷单元；201、回冷模块；202、低温膨胀机；300、液态空气储罐；400、液空泵；500、预热器；600、透平机组；601、第一加热器；602、第一透平；603、第二加热器；604、第二透平；605、第三加热器；606、第三透平；700、低温热能回收单元；701、冷水罐；702、热水罐；800、高温热能回收单元；801、蓄热器；802、第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向工程应用的液态空气储能系统，其特征在于，包括空气液化子系统、低温热能回收单元(700)、高温热能回收单元(800)和发电子系统；所述空气液化子系统，包括空气压缩机组(100)、制冷回冷单元(200)和液态空气储罐(300)；所述空气压缩机组(100)为带级间冷却的多级压缩装置；所述制冷回冷单元(200)用于将空气压缩机组(100)输出的压缩空气冷却至液态，所述液态空气储罐(300)用于储存冷却后的液态空气，制冷回冷单元(200)还用于回收液态空气汽化产生的冷能以减少空气液化能耗；所述发电子系统，包括预热器(500)和透平机组(600)，所述预热器(500)用于预热从制冷回冷单元(200)输出的汽化后的空气，所述透平机组(600)为以空气为做功工质、带级间加热的多级透平发电装置，透平机组(600)输出的乏气为预热器(500)提供主热源；所述低温热能回收单元(700)用于回收空气压缩机组(100)后级压缩的低品位热能，回收的低品位热能为预热器(500)提供辅热源；所述高温热能回收单元(800)，用于回收空气压缩机组(100)前级压缩的高品位热能，回收的高品位热能用于进一步加热推动透平机组(600)做功的空气，以提高透平机组(600)的做功能力。2.根据权利要求1所述的面向工程应用的液态空气储能系统，其特征在于，所述制冷回冷单元(200)包括回冷模块(201)和低温膨胀机(202)；所述回冷模块(201)包括蓄冷器和换热器，所述蓄冷器回收液态空气汽化产生的冷能，并将回收的冷能用于进一步冷却空气压缩机组(100)输出的压缩空气；在所述蓄冷器的冷量不足时，空气压缩机组(100)输出的压缩空气分两股分别进入所述低温膨胀机(202)和所述换热器，经低温膨胀机(202)膨胀冷却至低温的空气作为冷源空气将流经换热器的空气进一步冷却至液态。3.根据权利要求2所述的面向工程应用的液态空气储能系统，其特征在于，所述回冷模块(201)与所述空气压缩机组(100)之间设置回流管路，用于将释冷后的所述冷源空气输回空气压缩机组(100)再次加压形成循环。4.根据权利要求1所述的面向工程应用的液态空气储能系统，其特征在于，所述低温热能回收单元(700)包括冷水罐(701)和热水罐(702)；所述冷水罐(701)、空气压缩机组(100)的末级冷却器、所述热水罐(702)和所述预热器(500)串联成循环回路。5.根据权利要求1所述的面向工程应用的液态空气储能系统，其特征在于，所述高温热能回收单元(800)包括蓄热器(801)、散热器(803)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晨，卞咏，薛鲁，张小松，肖龙昆，贾盛兰，岳峥，
申请(专利权)人：苏州市兴鲁空分设备科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：