CN108240242A - 一种新型蓄冷液化空气储能发电系统 - Google Patents
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Abstract
一种新型蓄冷液化空气储能发电系统，所述系统包括：液化空气系统，风电或夜间富余电能作为驱动能源，压缩过程采用双级压缩中间冷却的方式，被压缩完的空气进入冷箱，进一步降温并通过节流阀液化，节流后的空气到达气液分离器，液态空气到达储罐进行储存，气态空气被引入冷箱冷却后续空气；蓄热系统，将压缩过程中的废热回收后用来加热膨胀过程中间再热的空气；蓄冷系统，液态空气在气化过程中通过蓄冷装置与储冷介质换热，实现冷量储存；发电系统，液态空气被引出，经低温泵加压后，在气化换热器中气化后再经过换热器加热，然后采用三级膨胀中间再热的膨胀机组做功，带动发电机发电。本发明采用蓄冷技术，有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种液化空气储能发电系统，尤其是一种蓄冷的新型储能发电一体化系统，属于绿色能源技术领域。
背景技术
能源和环境问题已成为世界难题，化石燃料面临枯竭，环境问题日益突出，如何解决这一世界难题已成为我们必须面临的问题。解决能源环境问题就是在能源需求满足的情况下提高能源利用效率、减少化石燃料等不可再生能源的消耗及污染物排放。电力系统为能源大户，解决电力系统问题对解决能源环境问题意义重大。电网存在用电高峰和用电低谷，会出现用电高峰时电能不足拉闸限电和用电低谷时电能浪费的情况。低谷时，虽然电厂具有降低负荷的功能，以低效率运行为代价，高峰时，调峰燃气轮机电厂可快速启动用于调峰，但调峰时效率较低和平时停机会造成设备的不完全利用。应用储能系统可使较少的发电机组在额定工况下连续运行，用电低谷时，多余的电能储存，用电高峰时，将电能释放补充电能不足，从而避免电能的浪费和不足、提高电站热循环效率、减少污染物排放。上述过程即削峰填谷，削峰填谷是电力储能出现的最重要的原因。除了削峰填谷，高电厂经济性外，电力储能还有很多优点，如：频率和电压调节等电能质量管理保证电网运行的安全性和电能品质；促进可再生能源如风电和太阳能发电的利用；使分布式能源系统得到大规模应用；保证核电满负荷运行，增强其安全可靠性等。
伴随着化石燃料的日益枯竭与环境问题的日益突出，世界各国都将大规模开发利用风能、太阳能等可再生能源作为应对能源危机的对策。但因可再生能源具有间歇性与不稳定性的固有属性，加之电网消纳能力不足等原因，再生能源发电规模与并网电量等都受到较大程度的限制。大规模储能系统的开发与应用是缓解上述问题的有效方法之一。大规模液化空气储能以其高可靠性、经济性和环境友好性等特点，为一种很有前景的储能方式，受到越来越多的关注。蓄冷液化空气储能发电作为一种新技术，有效的利用可再生能源，无污染，经济效益高。
能够以较低的成本持续数小时进行大功率输出的两种储能方式有：压缩空气储能和抽水蓄能。抽水蓄能不需要燃料燃烧，比压缩空气储能而言更容易实现。但是其实现的可行性也受到了建设不同高度的蓄水池的地点和建设成本的限制。而且，规模的抽水蓄能对环境的影响也日益复杂。在那些没有现成水库可以利用的地区，以及周边环境优美的具有不同海拔高度的大型天然水库地区，目前能够进行低成本建设的抽水蓄能电站越来越少。
国内对液化空气储能技术的研究时间比较晚，随着近年来电力储能需求的不断增加、可再生能源发电进展陷入瓶颈、电网调峰日趋突出等问题的出现，液化空气储能相关研究逐渐被重视。针对当前电网发展所面临的峰谷负荷比高、火电机组调峰不可持续、新能源上网等问题，发展液化空气储能作为一种大规模储能方式显得尤为迫切，液化空气储能系统作为一种新型储能方式，逐渐得到了重视。
液化空气储能技术的历史可以溯及到20世纪70年代，当时欧洲出现了利用液态空气进行能量储存的专利。日本近年也积极开展液化空气储能技术的研究，如三菱公司和日立公司等，但由于其系统效率太低，并没有太大的实用价值。最近，英国利兹大学研究人员提出了新型液态空气储能系统，它利用富余电能驱动电动机将空气压缩、冷却、液化后注入低温储槽储存，液化过程中消耗的大部分电能被转化成了低温冷能进行存储。发电时，液态空气从储槽中引出，加压后送入气化换热器和热交换器气化并加热到一定温度，最后高压气体注入膨胀机做功，带动发电机发电。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用风电或夜间富余电能作为驱动能源的新型蓄冷液化空气储能发电系统。
本发明所述问题是以下述技术方案实现的：
一种新型蓄冷液化空气储能发电系统，所述系统包括：液化空气系统，风电或夜间富余电能作为驱动能源，压缩过程采用双级压缩中间冷却的方式，被压缩完的空气进入冷箱，进一步降温并通过节流阀液化，节流后的空气到达气液分离器，液态空气到达储罐进行储存，气态空气被引入冷箱冷却后续空气；蓄热系统，将压缩过程中的废热回收后用来加热膨胀过程中间再热的空气；蓄冷系统，液态空气在气化过程中通过蓄冷装置与储冷介质换热，实现冷量储存；发电系统，液态空气被引出，经低温泵加压后，在气化换热器中气化后再经过换热器加热，然后采用三级膨胀中间再热的膨胀机组做功，带动发电机发电；
所述液化空气系统由电动机，空气压缩机A，换热器A，空气压缩机B，换热器B，节流阀，气液分离器，液态空气储罐组成；
所述蓄热系统由储冷器，循环泵A，储热器，循环泵B组成；
所述蓄冷系统由冷箱，气化换热器，低温储冷器，低温储热器组成；
所述发电系统由低温泵，换热器C，换热器D，全流螺杆膨胀机A，换热器E，全流螺杆膨胀机B，换热器F，全流螺杆膨胀机C，电动机组成。
上述新型蓄冷液化空气储能发电系统，所述液化空气系统中节流后的空气到达气液分离器，液态空气到达储罐进行储存，气态空气被引入冷箱冷却后续空气。
上述新型蓄冷液化空气储能发电系统，所述蓄冷系统中液态空气在气化过程中通过蓄冷装置与储冷介质换热，实现冷量储存，以提高系统的效率。
另外，本发明还具有如下优点：
1、本发明利用风电或夜间富余电能，解决电网调峰日趋突出的问题；
2、本发明用洁净空气作为循环工质，不会对环境产生污染与破坏；
3、本发明大量利用具有间歇性、不稳定性的风电作为驱动能源，驱动空气压缩机进行工作，通过配合后续系统，将风电或夜间富余电能转化为液态空气的冷能进行储存，从而解决风能供应不稳定的难题，有效利用风能，使整个装置的使用寿命延长；
4、本发明不受地理条件的限制，应用范围广，具有良好的商业前景。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1为本发明一种新型蓄冷液化空气储能发电系统的系统图。
图中各标号为：1、电动机；2、空气压缩机A；3、换热器A；4、空气压缩机B；5、换热器B；6、冷箱；7、节流阀；8、气液分离器；9、液态空气储罐；10、低温泵；11、气化换热器；12、低温储冷器；13、低温储热器；14、换热器C；15、换热器D；16、全流螺杆膨胀机A；17、换热器E；18、全流螺杆膨胀机B；19、换热器F；20、全流螺杆膨胀机C；21、电动机；22、储冷器；23、循环泵A；24、储热器；25、循环泵B。
具体实施方式
本发明是一种新型蓄冷液化空气储能发电系统，所述系统包括：液化空气系统，风电或夜间富余电能作为驱动能源，压缩过程采用双级压缩中间冷却的方式，被压缩完的空气进入冷箱，进一步降温并通过节流阀液化，节流后的空气到达气液分离器，液态空气到达储罐进行储存，气态空气被引入冷箱冷却后续空气；蓄热系统，将压缩过程中的废热回收后用来加热膨胀过程中间再热的空气；蓄冷系统，液态空气在气化过程中通过蓄冷装置与储冷介质换热，实现冷量储存；发电系统，液态空气被引出，经低温泵加压后，在气化换热器中气化后再经过换热器加热，然后采用三级膨胀中间再热的膨胀机组做功，带动发电机发电；从而实现了风电与夜间富余电能的有效利用，同时也满足了用户在用电高峰期用电的需求。
整个系统由液化空气系统、蓄热系统、蓄冷系统及发电系统组成，如图1所示。液化空气系统由电动机(1)，空气压缩机A(2)，换热器A(3)，空气压缩机B(4)，换热器B(5)，节流阀(7)，气液分离器(8)，液态空气储罐(9)组成。该系统利用风电或夜间富余电能作为驱动能源，压缩过程采用双级压缩中间冷却的方式，被压缩完的空气进入冷箱，进一步降温并通过节流阀液化，节流后的空气到达气液分离器，液态空气到达储罐进行储存，气态空气被引入冷箱冷却后续空气。
蓄热系统由储冷器(22)，循环泵A(23)，储热器(24)，循环泵B(25)组成。该系统将压缩过程中的废热回收后用来加热膨胀过程中间再热的空气。
蓄冷系统由冷箱(6)，气化换热器(11)，低温储冷器(12)，低温储热器(13)组成。该系统液态空气在气化过程中通过蓄冷装置与储冷介质换热，实现冷量储存。
发电系统由低温泵(10)，换热器C(14)，换热器D(15)，全流螺杆膨胀机A(16)，换热器E(17)，全流螺杆膨胀机B(18)，换热器F(19)，全流螺杆膨胀机C(20)，电动机(21)组成。该系统中液态空气被引出，经低温泵加压后，在气化换热器中气化后再经过换热器加热，然后采用三级膨胀中间再热的膨胀机组做功，带动发电机发电。
本发明一种新型蓄冷液化空气储能发电系统，将具有间歇性、不稳定性的风电或夜间富余电能作为驱动能源，驱动空气压缩机进行工作，解决电网调峰的难题，实现了将风电和夜间富余电能转化为液态空气的冷能进行储存，有效利用风能，使整个装置的使用寿命延长；
本发明一种新型蓄冷液化空气储能发电系统，利用清洁能源，有利于资源的循环利用，不受地理条件的限制，采用的工质是洁净空气，不会对环境产生污染与破坏，应用范围广，具有良好的商业前景。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、各个系统的工作流程进行了进一步的详细说明，从而实现了一种新型蓄冷液化空气储能发电系统。
Claims (3)
1.一种新型蓄冷液化空气储能发电系统，其特征在于，它包括液化空气系统、蓄热系统、蓄冷系统及发电系统四部分；
所述液化空气系统由电动机(1)，空气压缩机A(2)，换热器A(3)，空气压缩机B(4)，换热器B(5)，节流阀(7)，气液分离器(8)，液态空气储罐(9)组成；
所述蓄热系统由储冷器(22)，循环泵A(23)，储热器(24)，循环泵B(25)组成；
所述蓄冷系统由冷箱(6)，气化换热器(11)，低温储冷器(12)，低温储热器(13)组成；
所述发电系统由低温泵(10)，换热器C(14)，换热器D(15)，全流螺杆膨胀机A(16)，换热器E(17)，全流螺杆膨胀机B(18)，换热器F(19)，全流螺杆膨胀机C(20)，电动机(21)组成。
2.如权利要求1所述的一种新型蓄冷液化空气储能发电系统，其特征在于，液化空气系统中采用气液分离器，节流后的空气到达气液分离器之后，液态空气到达储罐进行储存，气态空气被引入冷箱冷却后续空气。
3.如权利要求1所述的一种新型蓄冷液化空气储能发电系统，其特征在于，蓄冷系统中采用气化换热器，液态空气在气化换热器中与储热介质换热而气化，实现冷量储存，以提高系统的效率。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180703 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |