CN106050344B - 一种混合工质型深冷液态空气储能方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用低温气态蓄冷工质的深冷液化空气储能系统，其通过所述冷能存储装置的设置，使得冷能可以通过换热器暂存在低温工质存储装置中的储冷工质中，并且配合惰性气体特别是氦气，化学性质稳定，凝固点低、沸点高的特性，使得损失减小，进而保证了冷能存储装置中的冷能品质，降低了冷能浪费。

Description

一种混合工质型深冷液态空气储能方法和系统

技术领域

本发明涉及深冷液化空气的储能技术领域，具体涉及一种深冷液化空气的储能方法、使用液态空气作为工质的储能系统和发电系统。

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：现有的深冷液态空气储能系统中，往往直接将冷能输入到储冷装置中，导致所储存的冷能损失很大，因此深冷液态空气储能系统中，所储存的冷能品质不高，冷能浪费严重。

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所储存的冷能品质不高、且冷能浪费严重的技术缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供一种深冷液态空气储能系统，包括：

能量输入装置，用于为储能系统中输入能量；

第一空气压缩装置，受所述能量输入装置驱动将气态空气进行一级压缩；

空气净化装置，对一级压缩的所述气态空气进行净化；

第二空气压缩装置，受所述能量输入装置驱动对经过一级压缩的所述气态空气进行二级压缩成液态空气，并收集至液态空气储罐中；

热能回收装置，对一级压缩和二级压缩过程中产生的热能进行收集，并在气化过程中将收集的热量输入到气化装置中；

气化装置，对液态空气加压，并接收所述热能回收装置提供的热能，以使液态空气气化；

冷能回收装置，对所述气化装置中液态空气气化过程中产生的冷能进行收集，并能够将收集的冷能输出至第一空气压缩装置中；

膨胀机组，受所述液态空气气化驱动膨胀做功；

发电机组，所述发电机组的输入轴与所述膨胀机组的输出轴相连接；

所述冷能回收装置包括冷能存储装置、与所述冷能存储装置相连接的换热器；

所述换热器与常温工质存储装置和低温工质存储装置分别连通；释能过程中，所述冷能存储装置中的冷能通过换热器将冷能交换给所述低温工质存储装置中，常温储冷工质由所述常温工质存储装置进入所述低温工质存储装置中变为低温储冷工质；储能过程中，低温储冷工质由低温工质存储装置经过所述换热器与所述冷能存储装置发生热交换，使所述冷能存储装置接收冷能，低温储冷工质变为常温储冷工质并进入到所述常温工质存储装置中。

上述的深冷液态空气储能系统中，所述储冷工质为惰性气体。

上述的深冷液态空气储能系统中，所述储冷工质为氦气。

上述的深冷液态空气储能系统中，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。

上述的深冷液态空气储能系统中，所述第一空气压缩装置为低压压缩机；

所述第二空气压缩装置和液化装置为高压压缩机。

上述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。

上述的深冷液态空气储能系统中，所述热能回收装置和所述气化装置之间通过换热器相连；

所述冷能回收装置和所述第二空气压缩装置和液化装置之间通过所述换热器相连。

本发明技术方案，具有如下优点：

1、本发明提供的深冷液态空气储能系统中，通过所述冷能存储装置的设置，使得冷能可以通过换热器暂存在低温工质存储装置中的储冷工质中，并且配合惰性气体特别是氦气，化学性质稳定，凝固点低、沸点高的特性，使得损失减小，进而保证了冷能存储装置中的冷能品质，降低了冷能浪费。

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1中的使用液态空气作为工质的储能系统的原理示意图；

图2为本发明实施例1中使用的冷能回收装置工作原理示意图。

附图标记说明：

1-能量输入装置；2-第一空气压缩装置；3-空气净化装置；4-第二空气压缩装置和液化装置；5-液态空气储罐；6-气化装置；7-膨胀机组；9-冷能回收装置；91-冷能存储装置；92-常温工质存储装置；93-低温工质存储装置；10-换热器。

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

本实施例提供一种使用液态空气作为工质的储能系统，以下结合图1对本实施例的储能系统进行详细的说明：

本实施例的使用液态空气作为工质的储能系统中包括：能量输入装置1，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2和第二空气压缩装置做功，其中第一空气压缩装置2为低压压缩机；第二空气压缩装置为高压压缩机。还包括热能回收装置、气化装置6、冷能回收装置9、膨胀机组7和发电机组。

以下结合图1详细说明本实施例的深冷液态空气储能系统的储能流程：

第一空气压缩装置2受所述能量输入装置1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3净化后再进行二级压缩，第二空气压缩装置和液化装置4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，并将液态空气收集到液态空气储罐5中。在一级和二级压缩过程进行的同时，热能回收装置对一级和二级压缩过程中产生的热能进行收集储存。能量输入装置1即电动机所消耗的机械能，转化为了液态空气的内能，由此完成了能量的储存过程。

与此同时，所述冷能存储装置91中的冷能通过换热器10将冷能交换给所述低温工质存储装置93中，常温储冷工质由所述常温工质存储装置92进入所述低温工质存储装置93中变为低温储冷工质。冷能存储装置91中的冷能能够输出，并为一级和二级压缩提供低温环境。

参考图2详细说明本实施例中冷能回收装置9的设置方式：

冷能回收装置9对所述气化装置6中液态空气气化过程中产生的冷能进行收集，并能够将收集的冷能输出至第一空气压缩装置2中；具体地，冷能回收装置9包括冷能存储装置91、与所述冷能存储装置91相连接的换热器10；所述换热器10与常温工质存储装置92和低温工质存储装置93分别连通，储冷工质可以经过换热器10由常温工质存储装置92流动至低温工质存储装置93，或逆向流动，从而在换热器10中完成于冷能存储装置91的换热过程。其工作原理是：

释能过程中，所述冷能存储装置91中的冷能通过换热器10将冷能交换给所述低温工质存储装置93中，常温储冷工质由所述常温工质存储装置92进入所述低温工质存储装置93中变为低温储冷工质；

储能过程中，低温储冷工质由低温工质存储装置93经过所述换热器10与所述冷能存储装置91发生热交换，使所述冷能存储装置91接收冷能，低温储冷工质变为常温储冷工质并进入到所述常温工质存储装置92中。

通过所述冷能存储装置9的设置，使得冷能可以通过换热器暂存在低温工质存储装置93中的储冷工质中，并且配合惰性气体特别是氦气，化学性质稳定，凝固点低、沸点高的特性，使得损失减小，进而保证了冷能存储装置中的冷能品质，降低了冷能浪费。

本实施例中优选储冷工质为惰性气体，例如氦气、氖气、氩气等，特别优选储冷工质为氦气，由于惰性气体具备化学性质稳定、低凝固点、高沸点的特性，因此其适合作为储冷工质使用，并且不会对环境造成污染。

以下结合图1对本实施例的深冷液态空气储能系统的释能流程进行详细说明：

将液态空气输入到气化装置6中，气化装置6能够对液态空气加压，从而促使液态空气发生气化膨胀，于此同时，由于热能回收装置和所述气化装置6之间通过换热器10相连，热能回收装置中收集到的热能也输入到气化装置6中，也能够起到促进液态空气气化的效果。

与此同时，所述冷能存储装置91中的冷能通过换热器10将冷能交换给所述低温工质存储装置93中，常温储冷工质由所述常温工质存储装置92进入所述低温工质存储装置93中变为低温储冷工质。

为了提高由液态空气转化为气态空气的转化率和气化速率，以及提高气态空气的焓值，本实施例的混合型深冷液态空气储能系统中还设置有混合工质储罐11，混合工质储罐11与液态空气储罐5通过管道相连通，在管道上设置有用于将混合工质储罐11内的工质导入液态空气储罐5中的泵体和控制阀。混合工质储罐11用于存储比热容大于空气的非可燃性惰性气体构成的混合工质，当比热容大于空气的混合工质与液态空气混合后进行气化时，混合工质的混入能够使液态空气吸收更多的热能、有助于提高热能吸收速率，且能够辅助提升气态空气的焓值，从而能够大幅度提升气态空气在膨胀发电环节的效率与动态响应性能。

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，例如所述膨胀机组7可以是两级膨胀机组，其包含低压膨胀机和高压膨胀机；显然其还可以是三级膨胀机组或四级膨胀机组等，在此则不一一赘述。

进一步，还包括发电机组，发电机组的输入轴与膨胀机组7的输出轴相连接，这样液态空气中所储存的内能能够转化为膨胀机组7做功的动能，进一步驱动发电机组做功，将液态空气中所储存的内能进一步转化为电能，以供给使用。

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)

1.一种深冷液态空气储能系统，包括：

能量输入装置(1)，用于为储能系统中输入能量；

第一空气压缩装置(2)，受所述能量输入装置(1)驱动将气态空气进行一级压缩；

空气净化装置(3)，对一级压缩的所述气态空气进行净化；

第二空气压缩装置，受所述能量输入装置(1)驱动对经过一级压缩的所述气态空气进行二级压缩成液态空气，并收集至液态空气储罐(5)中；

热能回收装置，对一级压缩和二级压缩过程中产生的热能进行收集，并在气化过程中将收集的热量输入到气化装置(6)中；

气化装置(6)，对液态空气加压，并接收所述热能回收装置提供的热能，以使液态空气气化；

冷能回收装置(9)，对所述气化装置(6)中液态空气气化过程中产生的冷能进行收集，并能够将收集的冷能输出至第一空气压缩装置(2)中；

膨胀机组(7)，受所述液态空气气化驱动膨胀做功；

发电机组，所述发电机组的输入轴与所述膨胀机组(7)的输出轴相连接；

其特征在于：

所述冷能回收装置(9)包括冷能存储装置(91)、与所述冷能存储装置(91)相连接的换热器(10)；

所述换热器(10)与常温工质存储装置(92)和低温工质存储装置(93)分别连通；释能过程中，所述冷能存储装置(91)中的冷能通过换热器(10)将冷能交换给所述低温工质存储装置(93)中，常温储冷工质由所述常温工质存储装置(92)进入所述低温工质存储装置(93)中变为低温储冷工质；储能过程中，低温储冷工质由低温工质存储装置(93)经过所述换热器(10)与所述冷能存储装置(91)发生热交换，使所述冷能存储装置(91)接收冷能，低温储冷工质变为常温储冷工质并进入到所述常温工质存储装置(92)中。

2.根据权利要求1所述的深冷液态空气储能系统，其特征在于：

所述储冷工质为惰性气体。

3.根据权利要求2所述的深冷液态空气储能系统，其特征在于：

所述储冷工质为氦气。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的深冷液态空气储能系统，其特征在于：

所述能量输入装置(1)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(2)和第二空气压缩装置和液化装置(4)做功。

5.根据权利要求4所述的深冷液态空气储能系统，其特征在于：

所述第一空气压缩装置(2)为低压压缩机；

所述第二空气压缩装置和液化装置(4)为高压压缩机。

6.根据权利要求1-3中任一项所述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。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的深冷液态空气储能系统，其特征在于：

所述热能回收装置和所述气化装置(6)之间通过换热器(10)相连；

所述冷能回收装置(9)和所述第二空气压缩装置和液化装置(4)之间通过所述换热器(10)相连。