CN106150574A - 一种空气级间冷却的深冷液态空气储能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种空气级间冷却的深冷液态空气储能系统，常规液化流程中，空气经压缩机各级进行级间冷却，这样可以大大降低压缩机耗能，但当储热温度较低时，膨胀机组7单位质量出功较少；当储热温度较高时，空气压缩机组1的强度受限，因此，在进行液化空气储能系统设计过程中，要空气压缩机组1、膨胀机组7综合考虑，从而进行优化设计。本实施例中通过将某一级压缩机设置为只冷却不压缩的冷却压缩机，从而使得能够可靠地控制液态空气的温度和压力情况，从而有助于提高存储内能。

Description

一种空气级间冷却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，具体涉及空气级间冷却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，本发明提供一种空气级间冷却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；
级间加热器，对所述膨胀机组中的若干个膨胀机进行多级加热；
所述空气压缩机组中包括至少一个级间换热器，通过所述级间换热器使所述气态空气温度下降。
上述的空气级间冷却的深冷液态空气储能系统中，所述级间换热器为级间不相邻相邻设置。
上述的空气级间冷却的深冷液态空气储能系统中，所述空气压缩机组包括5级压缩机，其中第一级和最后一级设置有级间换热器。
上述的空气级间冷却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。
上述的空气级间冷却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。
上述的空气级间冷却的深冷液态空气储能系统中，
所述热能回收装置为至少一个储热罐。
上述的空气级间冷却的深冷液态空气储能系统中，所述余热换热器为气-气换热器。
本发明技术方案，具有如下优点：
1、本发明提供的空气级间冷却的深冷液态空气储能系统中，常规液化流程中，空气经压缩机各级进行级间冷却，这样可以大大降低压缩机耗能，但当储热温度较低时，膨胀机组7单位质量出功较少；当储热温度较高时，空气压缩机组1的强度受限，因此，在进行液化空气储能系统设计过程中，要空气压缩机组1、膨胀机组7综合考虑，从而进行优化设计。本实施例中通过将某一级压缩机设置为只冷却不压缩的冷却压缩机，从而使得能够可靠地控制液态空气的温度和压力情况，从而有助于提高存储内能。
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中的空气级间冷却的深冷液态空气储能系统中的原理示意图。
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；8-级间换热器。
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
本实施例提供一种空气级间冷却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；
所述空气压缩机组1中包括至少一个级间换热器8，通过所述级间换热器使所述气态空气温度下降。
上述实施方式是本实施例的核心技术方案，常规液化流程中，空气经压缩机各级进行级间冷却，这样可以大大降低压缩机耗能，但当储热温度较低时，膨胀机组7单位质量出功较少；当储热温度较高时，空气压缩机组1的强度受限，因此，在进行液化空气储能系统设计过程中，要空气压缩机组1、膨胀机组7综合考虑，从而进行优化设计。本实施例中通过将某一级压缩机设置为只冷却不压缩的冷却压缩机，从而使得能够可靠地控制液态空气的温度和压力情况，从而有助于提高存储内能。
作为一种优选的实施方式，所述级间换热器8为级间不相邻相邻设置。例如，本实施例中空气压缩机组可以为5级压缩机，其中第一级和最后一级所述压缩机为冷却压缩机。也可以是第二级和第四级是冷却压缩机；也可以第一级、第三级和第五级压缩机为冷却压缩机。同理当压缩机组中有更多压缩机时，本领域技术人员能够根据以上描述对冷却压缩机所在位置进行具体的设置。
本实施例的空气级间冷却的深冷液态空气储能系统中，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)

1.一种空气级间冷却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)；
级间加热器，对所述膨胀机组(7)中的若干个膨胀机进行多级加热；
其特征在于：
所述空气压缩机组(1)中包括至少一个级间换热器(8)，通过所述级间换热器使所述气态空气温度下降。
2.根据权利要求1所述的空气级间冷却的深冷液态空气储能系统，其特征在于：
所述级间换热器(8)为级间不相邻相邻设置。
3.根据权利要求2所述的空气级间冷却的深冷液态空气储能系统，其特征在于：
所述空气压缩机组(1)包括5级压缩机，其中第一级和最后一级设置有级间换热器(8)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的空气级间冷却的深冷液态空气储能系统，其特征在于：
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。
5.根据权利要求4所述的空气级间冷却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。
6.根据权利要求1所述的空气级间冷却的深冷液态空气储能系统，其特征在于：
所述热能回收装置(3)为至少一个储热罐。
7.根据权利要求1所述的空气级间冷却的深冷液态空气储能系统，其特征在于：
所述余热换热器为气-气换热器。
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