CN104747315A - 液化空气辅助储能发电装置 - Google Patents

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CN104747315A CN201510043220.7A CN201510043220A CN104747315A CN 104747315 A CN104747315 A CN 104747315A CN 201510043220 A CN201510043220 A CN 201510043220A CN 104747315 A CN104747315 A CN 104747315A
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

一种液化空气辅助储能发电装置，包括温差发动机、液化空气储存罐、高温储热罐、低温储热罐。所述的温差发动机的加热器封闭在一个密封容器内，密封容器有至少一个入口和一个出口供导热油流通。从高温储能罐和温差发动机的加热器之间装置有节流阀，ECU可以通过对节流阀的控制来调节从高温储热罐流到温差发动机的加热器的导热油的流量。本装置利用液化空气和储热之间的温差，产生动力输出，进而转化为电力输出。本发明提出的技术方案，可将液化空气转变为电力，让液化空气作为储能介质成为可能，可对发展新能源、节能减排、保护环境作出贡献，为绿色工业文明的发展提供坚实的基础。

Description

液化空气辅助储能发电装置
技术领域
本发明涉及储能发电的技术领域，还涉及一种液化空气辅助废热回收装置(参见专利申请号201510014085.3)，也涉及一种程控开关式温差发动机(参见专利申请号201410058639.5)、一种多缸式温差发动机(参见专利申请号201410712134.6)、一种转子式温差发动机(参见专利申请号201410679583.5)、一种采用正时系统控制的温差发动机(参见专利申请号201410740508.5)。
背景技术
储能是新能源发展中不可缺少的环节。由于风电、太阳能发电的不稳定性，必须有储能电站与之配合才能保证电力的稳定供应。常见的储能方式有蓄水储能、电池储能、压缩空气储能等等。水库蓄水储能有环境条件要求严酷，符合条件的地点少且偏远的问题；电池储能有使用寿命、电池价格高昂、容量不高等问题；压缩空气储能则有如何寻找可存储大量压缩空气的储存空间的问题。
液化空气储能还没有出现在储能方式的候选名单中，但它确实是一种有显著优点的储能方式。利用低谷电力生产液化空气就是储能的过程，而利用液化空气发电则是储能发电的过程。与其它储能发式相比，液化空气储能有如下优点：1、不需要选址，任何地点都可以建设液化空气储能装置；2、液化空气技术成熟，有大量现成的空分设备生产商，即买即用，方便快捷；3、液化空气储能发电的整个过程不会产生二次污染，是清洁程度最高的一种储能方式；4、生活生产液化空气的设备已经大量存在，如钢铁和化工企业等，都配备了大规模液化空气生产能力所需的空分设备，用于分离空气以获得氧气等纯净空气，已经具备了开展储能发电业务的物质基础，只是目前还没有意识到可以把这些空分设备作为储能发电设备来使用。尽管液化空气储能有如此多的优点，却并没有进入储能发电的候选名单中，其原因是现在还没有一种切实可行的方法，可以将液化空气重新转化为电力。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种液化空气辅助储能发电的技术方案。本技术方案以温差发动机为核心，以液化空气为冷源，同时利用储热罐储存的热能为热源，利用热源和冷源之间的温差转化动力，进而转化为电力输出。
本发明的技术方案是：一种液化空气辅助储能发电装置，包括温差发动机、液化空气储存罐、高温储热罐、低温储热罐。
所述的温差发动机的加热器封闭在一个密封容器内，密封容器有至少一个入口和一个出口供导热油流通。
导热油从高温储热罐出发，流经温差发动机的加热器，对其进行加热后，流动到低温储热罐中。
从高温储热罐和温差发动机的加热器之间装置有节流阀，ECU可以通过对节流阀的控制来调节从高温储热罐流到温差发动机的加热器的导热油的流量。
所述的温差发动机的冷却器封闭在一个密封容器内，密封容器有至少一个入口供液化空气流入，至少有一个出气口，供气化后的气体流出。
液化空气从液化空气储存罐出发，以液态形式流经温差发动机的冷却器，对其进行冷却后从出气口排出。
液化空气在温差发动机的冷却器中气化后可直接经由烟囱排出，也可引流到指定地点进行利用后排出。
所述的温差发动机可以是程控开关式温差发动机，也可以是基于正时系统的温差发动机，其通过利用高温废气和液化空气之间的温差产生动力输出。
系统中还可以包括发电机，将温差发动机的动力输出转变为电力输出。
本发明的有益效果
本发明提出了一种液化空气辅助储能发电装置，该装置可利用液化空气和来自储能罐的热能之间的温差产生动力，进而转化为电力输出。该发明提供了一条新的技术路径，可将液化空气作为一种新的储能发电介质使用-----利用低谷电力生产液化空气就是储能的过程，而本方案则提供了一种利用液化空气转化为电力输出的技术方案。与其它储能发式相比，液化空气储能有如下优点：1、不需要选址，任何地点都可以建设液化空气储能装置；2、液化空气技术成熟，有大量现成的空分设备生产商，即买即用，方便快捷；3、液化空气储能发电的整个过程不会产生二次污染，是清洁程度最高的一种储能方式；4、生产液化空气的空分设备已经在钢铁和化工企业等领域大量装备，可将这些空分设备直接加以利用，开展储能发电业务。本发明提出的技术方案，可将液化空气转变为电力，为液化空气储能发电业务的开展提供了技术支持，可对发展新能源、节能减排、保护环境作出贡献，为绿色工业文明的发展提供坚实的基础。
附图说明
图1为该液化空气辅助储能发电装置的系统结构示意图；
图中1.高温储热罐、2.低温储热罐、3.烟囱、4、液化空气储存罐、5.温差发动机的冷却器、6.电网、7.配电站、8.发电机、9、温差发动机主体、10.温差发动机的加热器。
实施方式
实施例一：参见图1，一种液化空气辅助储能发电装置，包括温差发动机、液化空气储存罐、高温储热罐、低温储热罐。
所述的温差发动机的加热器封闭在一个密封容器内，密封容器有至少一个入口和一个出口供导热油流通。
导热油从高温储热罐出发，流经温差发动机的加热器，对其进行加热后，流动到低温储热罐中。
从高温储热罐和温差发动机的加热器之间装置有节流阀，ECU可以通过对节流阀的控制来调节从高温储热罐流到温差发动机的加热器的导热油的流量。
所述的温差发动机的冷却器封闭在一个密封容器内，密封容器有至少一个入口供液化空气流入，至少有一个出气口，供气化后的气体流出。
液化空气从液化空气储存罐出发，以液态形式流经温差发动机的冷却器，对其进行冷却后从出气口排出。
液化空气在温差发动机的冷却器中气化后可直接经由烟囱排出，也可引流到指定地点进行利用后排出。
所述的温差发动机可以是程控开关式温差发动机，也可以是基于正时系统的温差发动机，其通过利用高温废气和液化空气之间的温差产生动力输出。
系统中还可以包括发电机，将温差发动机的动力输出转变为电力输出。
本发明也是温差发动机的一项应用，所述的温差发动机包括本人发明的程控开关式温差发动机(参见专利申请号201410058639.5)、一种多缸式温差发动机(参见专利申请号201410712134.6)，一种转子式温差发动机(参见专利申请号201410679583.5)，一种采用正时系统控制的温差发动机(参见专利申请号201410740508.5)。这些温差发动机表现形式各异，但其基本工作原理是相同的。本文所使用的温差发动机可以是上述几种形式中的一种或多种混合，也可以是建立上述基本构型之上的其它形式的温差发动机。
该装置利用从高温储热罐流出的导热油来加热温差发动机的加热器，同时利用液化空气来冷却温差发动机的冷却器。温差发动机利用两者之间的温差将其转化为动力输出，可以对动力进行直接利用，也可以带动发电机产生电力输出，以电力的方式加以利用。
来自高温储热罐的导热油在对温差发动机的加热器进行加热后，回流到低温储热罐。低温储热罐中的导热油将会在一道加热工序后流动到高温储热罐，加热工序可以是太阳能聚光加热、工业废热回收加热，也可以是其它加热方式。加热的问题在本方案中居于次要地位，不做详细描述。
液化空气用于提高温差发动机冷端和热端之间的温差，以提高温差发动机的效率。液化空气以液态方式进入冷却器，通过吸收冷却器的热能，从液体变成气体，所以在这里温差发动机的冷却器也就是液化空气的蒸发器。在此过程中，气体的化学性质不会有任何改变，其应用范围也不会发生任何改变，可直接输送到需要该气体的应用环节中进行再次利用，也可以通过烟囱直接排放大气中。
液化空气储存在相应的容器中，与温差发动机通过一个节流阀相连。温差发动机中的ECU对节流阀进行控制，可以根据需要调节液化空气的流量。调节流量会影响到温差发动机的输出功率，因此可以作为一种输出功率调节方法。另外，调节导热油的流量也是一种调节输出功率的方法。
该装置使用的温差发动机的控制系统可以采用电磁阀控制，也可以采用正时系统控制。电磁阀控制的优点是控制灵活，适用性强；缺点是在高温使用环境下磁力可能减弱甚至消失。正时系统控制的温差发动机的优点则是性能稳定可靠，设计方案成熟，零部件供应来源充足，质量可靠，也适应较高的环境温度下工作；而缺点就是不够灵活。实际使用中可以根据使用场合选择其中一种。
该方案所使用的液化空气一般是液氮，这是一种非常安全的中性气体，为大气的主要组成部分。但如果使用其他气体，比如液氧这样由单一元素组成的的纯净气体，或者是是甲烷之类的化合物，工作原理上并没有本质区别，可根据具体情况酌情采用。经过该装置后液化空气从液体变成了气体，但其化学性质不发生任何变化，仍可以根据需要输送到所需的地方，实现原有的功能。
本方案可应用到很多领域，但将其作为新能源领域的储能发电设备应用则效果最为显著。利用用电低谷时的电力生产液化空气即为储能过程，而把液化空气转化为电力，则是利用储能发电的过程。本方案将为储能发电业务提供一个新的候选方案，可为新能源的发展做出贡献。

Claims (9)

1.一种液化空气辅助储能发电装置，包括温差发动机、液化空气储存罐、高温储热罐、低温储热罐。
2.根据权利要求1所述的液化空气辅助储能发电装置，其特征是：所述的温差发动机的加热器封闭在一个密封容器内，密封容器有至少一个入口和一个出口供导热油流通。
3.根据权利要求1所述的液化空气辅助储能发电装置，其特征是：导热油从高温储热罐出发，流经温差发动机的加热器，对其进行加热后，流动到低温储热罐中。
4.根据权利要求3所述的液化空气辅助储能发电装置，其特征是：从高温储热罐和温差发动机的加热器之间装置有节流阀，ECU可以通过对节流阀的控制来调节从高温储热罐流到温差发动机的加热器的导热油的流量。
5.根据权利要求1所述的液化空气辅助储能发电装置，其特征是：所述的温差发动机的冷却器封闭在一个密封容器内，密封容器有至少一个入口供液化空气流入，至少有一个出气口，供气化后的气体流出。
6.根据权利要求5所述的液化空气辅助储能发电装置，其特征是：液化空气从液化空气储存罐出发，以液态形式流经温差发动机的冷却器，对其进行冷却后从出气口排出。
7.根据权利要求6所述的液化空气辅助储能发电装置，其特征是：液化空气在温差发动机的冷却器中气化后可直接经由烟囱排出，也可引流到指定地点进行利用后排出。
8.根据权利要求1所述的液化空气辅助储能发电装置，其特征是：所述的温差发动机可以是程控开关式温差发动机，也可以是基于正时系统的温差发动机，其通过利用高温废气和液化空气之间的温差产生动力输出。
9.根据权利要求8所述的液化空气辅助储能发电装置，其特征是：系统中还可以包括发电机，将温差发动机的动力输出转变为电力输出。
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