CN105952504A - 一种余热增压型的深冷液态空气储能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种余热增压型的深冷液态空气储能系统，其利用深冷液态空气储能系统中再热后导热油中的低品位热(一般约为122℃，53.082kg/s，导热油)和膨胀机组7在膨胀发电做功过程中排气携带的低品位热(一般约为120℃，23.888kg/s，干空气)带动次级朗肯循环发电系统进行循环发电，从而使得深冷液态空气储能系统中的余热能够得到充分利用，避免了浪费，提高了发电效率。

Description

一种余热增压型的深冷液态空气储能系统
技术领域
本发明涉及深冷液化空气的储能技术领域，具体涉及一种余热增压型的深冷液态空气储能系统。
背景技术
深冷液化空气储能技术是指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将空气高压密封在报废矿井、沉降的海底储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电的储能方式，液态空气储能系统具有储能容量较大、储能周期长、占地小不依赖于地理条件等优点。储能时，电能将空气压缩、冷却并液化，同时存储该过程中释放的热能，用于释能时加热空气；释能时，液态空气被加压、气化，推动膨胀发电机组发电，同时存储该过程的冷能，用于储能时冷却空气。
但现有的深冷液态空气储能系统还存在以下缺陷：深冷液化空气储能系统容易受到环境、设备、以及能量损失等多方面因素的影响导致其循环储能效率较低，运行成本较高，因此有必要提供一种高效能、低成本的深冷液态空气储能系统。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中深冷液化空气的储能系统中存在的循环储能效率较低，运行成本较高的技术缺陷。
为解决上述技术问题，本发明提供一种余热增压型的深冷液态空气储能系统，包括：
空气压缩机组，包括若干级空气压缩机，使低温低压空气压缩为高温高压的气态空气；
空气液化装置，将所述高温高压的气态空气液化为液态空气；
热能回收装置，对空气压缩过程中产生的热能进行收集；
液态空气储罐，储存所述高温高压的液态空气；
气化装置，使所述高温高压的液态空气气化为高温高压的气态空气，并接收所述热能回收装置中储存的热能；
冷能回收装置，对液态空气气化为气态空气过程中产生的冷能进行收集，并将冷能释放至气态空气压缩为液态空气的过程中；
膨胀机组，经液态空气气化得到的所述气态空气进入所述膨胀机组中驱动所述膨胀机组做工，所述膨胀机组中输出的气态空气回收输入至所述空气压缩机组；
还包括：次级朗肯循环发电系统，所述次级朗肯循环发电系统利用所述热能回收装置中储存的热能以及所述膨胀机组做功过程中产生的热能作为能量输入。
上述的余热增压型的深冷液态空气储能系统中，所述空气压缩机组和所述膨胀机组之间设置有热能循环管路，由所述空气压缩机组流向所述膨胀机组的循环管路上设置有第一换热器；由所述膨胀机组流向所述空气压缩机组的循环管路上设置有第二换热器，所述次级朗肯循环系统设置在所述循环管路上。
上述的余热增压型的深冷液态空气储能系统中，所述次级朗肯循环系统设置在所述膨胀机组流向所述空气压缩机组的循环管路上。
上述的余热增压型的深冷液态空气储能系统中，在所述次级朗肯循环系统与所述循环管路连通的输入口和输出口之间还设置由增压装置。
上述的余热增压型的深冷液态空气储能系统中，所述增压装置为节流阀。
上述的余热增压型的深冷液态空气储能系统中，所述所述能量输入装置为电动机，其将电能转化为机械能并带动所述第一空气压缩装置和第二空气压缩装置和液化装置做功。
上述的余热增压型的深冷液态空气储能系统中，所述膨胀机组至少为两级膨胀机组，其中每个膨胀机之间的压力值相同或不同。
本发明技术方案，具有如下优点：
1、本发明提供的余热增压型的深冷液态空气储能系统中，其利用深冷液态空气储能系统中再热后导热油中的低品位热(一般约为122℃，53.082kg/s，导热油)和膨胀机组7在膨胀发电做功过程中排气携带的低品位热(一般约为120℃，23.888kg/s，干空气)带动次级朗肯循环发电系统进行循环发电，从而使得深冷液态空气储能系统中的余热能够得到充分利用，避免了浪费，提高了发电效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施方式，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为本发明实施例2中的余热增压型的深冷液态空气储能系统的原理示意图。
附图标记说明：
1-空气压缩机组；3-热能回收装置；4-液态空气储罐；5-气化装置；6-冷能回收装置；7-膨胀机组。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，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或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种循环用热的深冷液态空气储能系统，以下结合图1对本实施例的储能系统进行详细的说明，其包括：
空气压缩机组1，包括若干级空气压缩机，使低温低压空气压缩为高温高压的气态空气；
热能回收装置3，对空气压缩过程中产生的热能进行收集；
液态空气储罐4，储存所述高温高压的液态空气；
气化装置5，使所述高温高压的液态空气气化为高温高压的气态空气，并接收所述热能回收装置3中储存的热能；
冷能回收装置6，对液态空气气化为气态空气过程中产生的冷能进行收集，并将冷能释放至气态空气压缩为液态空气的过程中；
膨胀机组7，经液态空气气化得到的所述气态空气进入所述膨胀机组7中驱动所述膨胀机组7做工，所述膨胀机组7中输出的气态空气回收输入至所述空气压缩机组1；
还包括次级朗肯循环发电系统，所述次级朗肯循环发电系统利用所述热能回收装置3中储存的热能以及所述膨胀机组7做功过程中产生的热能作为能量输入。
上述实施方式是本实施例的核心技术方案，其利用深冷液态空气储能系统中再热后导热油中的低品位热(一般约为122℃，53.082kg/s，导热油)和膨胀机组7在膨胀发电做功过程中排气携带的低品位热(一般约为120℃，23.888kg/s，干空气)带动次级朗肯循环发电系统进行循环发电，从而使得深冷液态空气储能系统中的余热能够得到充分利用，避免了浪费，提高了发电效率。
具体而言，所述空气压缩机组1和所述膨胀机组7之间设置有热能循环管路，由所述空气压缩机组1流向所述膨胀机组7的循环管路上设置有第一换热器；由所述膨胀机组7流向所述空气压缩机组1的循环管路上设置有第二换热器，所述次级朗肯循环系统设置在所述循环管路上。其中第一换热器为热油换热气，其内导热油的温度相对较高；第二换热器为冷油换热气，其内导热油的温度相对较低。
具体地，所述次级朗肯循环系统设置在所述膨胀机组7流向所述空气压缩机组1的循环管路上，在所述次级朗肯循环系统与所述循环管路连通的输入口和输出口之间还设置由增压装置。更进一步，所述增压装置为节流阀。
本实施例的储罐增压型的深冷液化空气储能系统中，能量输入装置，即电动机，其将电能转化为机械能并带动第一空气压缩装置和第二空气压缩装置做功，其中第一空气压缩装置为低压压缩机；第二空气压缩装4为高压压缩机。具体地，第一空气压缩装置对受能量输入装置驱动将气态空气进行一级压缩，此时经过一级压缩的空气仍为气态，而后被一级压缩后的气体通过空气净化装置净化后再进行二级压缩，第二空气压缩装置和液化装置将经过净化后的空气在低温高压的环境下压缩成液态空气，并将液态空气收集，储存至液态空气储罐4中。在二级压缩过程进行的同时，热能回收装置对二级压缩过程中产生的热能进行收集储存。能量输入装置所消耗的机械能，转化为了液态空气的内能，由此完成了能量的储存过程。
能量的释放过程为：
液态空气储存在液化空气储罐4中，液态空气通过深冷泵等设备输出至气化装置5中，所述气化装置5包括蒸发器等。气化装置5能够对液态空气加压，从而促使液态空气发生气化膨胀，将储能过程中收集的热能交换给液态空气，，从而促进液态空气气化速率的提升，并提高气态空气的焓值，提高所述气态空气的做功效率和动态响应速度，在液态空气气化的同时，冷能回收装置6对液态空气气化所产生的冷能进行收集，冷能回收装置6中收集到的冷能能够用于储能过程中，第一空气压缩装置和第二空气压缩装置内。进一步，液态空气气化成气态以后，能够驱动膨胀机组7膨胀做功，从而完成了释能过程。
需要说明的是，在实际工作过程中，液态空气是通过多次膨胀过程完成气化的，例如，本实施例中使用的膨胀机组7还可以是为蒸汽轮机、燃气轮机或斯特林机中的一种或任意两种或三种。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种余热增压型的深冷液态空气储能系统，包括：
空气压缩机组(1)，包括若干级空气压缩机，使低温低压空气压缩为高温高压的气态空气；
空气液化装置(2)，将所述高温高压的气态空气液化为液态空气；
热能回收装置(3)，对空气压缩过程中产生的热能进行收集；
液态空气储罐(4)，储存所述高温高压的液态空气；
气化装置(5)，使所述高温高压的液态空气气化为高温高压的气态空气，并接收所述热能回收装置(3)中储存的热能；
冷能回收装置(6)，对液态空气气化为气态空气过程中产生的冷能进行收集，并将冷能释放至气态空气压缩为液态空气的过程中；
膨胀机组(7)，经液态空气气化得到的所述气态空气进入所述膨胀机组(7)中驱动所述膨胀机组(7)做工，所述膨胀机组(7)中输出的气态空气回收输入至所述空气压缩机组(1)；
其特征在于：
还包括：次级朗肯循环发电系统，所述次级朗肯循环发电系统利用所述热能回收装置(3)中储存的热能以及所述膨胀机组(7)做功过程中产生的热能作为能量输入。
2.根据权利要求1所述的余热增压型的深冷液态空气储能系统，
所述空气压缩机组(1)和所述膨胀机组(7)之间设置有热能循环管路，由所述空气压缩机组(1)流向所述膨胀机组(7)的循环管路上设置有第一换热器；由所述膨胀机组(7)流向所述空气压缩机组(1)的循环管路上设置有第二换热器，所述次级朗肯循环系统设置在所述循环管路上。
3.根据权利要求2所述的余热增压型的深冷液态空气储能系统，其特征在于：
所述次级朗肯循环系统设置在所述膨胀机组(7)流向所述空气压缩机组(1)的循环管路上。
4.根据权利要求3所述的余热增压型的深冷液态空气储能系统，其特征在于：
在所述次级朗肯循环系统与所述循环管路连通的输入口和输出口之间还设置由增压装置。
5.根据权利要求4所述的余热增压型的深冷液态空气储能系统，其特征在于：
所述增压装置为节流阀。
6.根据权利要求1所述的余热增压型的深冷液态空气储能系统，其特征在于：
所述所述能量输入装置为电动机，其将电能转化为机械能并带动所述第一空气压缩装置和第二空气压缩装置和液化装置做功。
7.根据权利要求1所述余热增压型的深冷液态空气储能系统，其特征在于：
所述膨胀机组(7)至少为两级膨胀机组，其中每个膨胀机之间的压力值相同或不同。
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