CN108286496A - 一种利用风能液化空气和太阳能加热的储能发电一体化系统 - Google Patents

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Abstract

一种利用风能液化空气和太阳能加热的储能与发电一体化系统，它包括风能液化空气系统、液态空气发电系统及太阳能加热系统。本发明是直接利用风能驱动风力机，洁净空气通过压缩机后进入稳压罐，使其压力稳定后到GM制冷机进行液化，通过节流阀进行节流，液态空气到达储罐进行储存；在用电高峰期，低温储罐中的液态空气被引出，经低温泵加压后，先被全流螺杆膨胀机输出气体的余热在低温换热器中加热，再与从太阳能热水箱中引出的热水在高温换热器中进行换热，使其变成高温高压的气态空气，最后经过全流螺杆膨胀机进行膨胀做功，带动发电机旋转发电。本发明是一种新型液化空气储能与发电技术，其无污染，具有良好的应用前景。

Description

一种利用风能液化空气和太阳能加热的储能发电一体化系统
技术领域
本发明涉及一种储能与发电一体化的系统，尤其是一种利用风能液化空气和太阳能加热的新型储能发电一体化系统及流程，属于绿色能源技术领域。
背景技术
能源安全和环境问题将是我国能源领域长期面临的双重挑战，大力发展可再生能源己成为必须采取的途径之一。目前在技术上已得到证实可行的规模储能技术主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、大容量蓄电池和氧化还原液流电池。可见，经过多年的发展，多种储能技术的研究和商业化取得了重要进展，并建有多个示范项目，但还没有一种储能方式能够在风力发电系统中得到广泛应用。液化空气储能作为一种新型规模储能技术，为风能的高效、安全利用提供了一个新的、有吸引力的解决方案。
液化空气储能技术的历史可以溯及到1970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。
新型液化空气储能系统流程简单独特，大多数设备采用可靠的现成标准设备；储能介质为空气，可免费获得且液化后能量密度高；系统通过充分利用工质状态变化过程中能量形式的转化以及冷量回收大幅改善储能效率；同时，系统中液化部分与气化膨胀部分相对独立，可根据需要灵活匹配。液化空气储能系统具有初投资较低，储能效率较高，存储容量大，调节灵活，运行寿命长，易于维护，不依赖于地理条件等优点，使它在间歇性可再生能源的存储，分布式供能等领域具备广阔的应用前景。
太阳能热水器已经商业化，是较为成熟的可再生能源利用技术。太阳能热水器的大规模应用对实现可再生能源发展目标十分重要。但是太阳能具有稀薄性、间歇性和不稳定性，为了进一步稳定供热、供电装置的连续运行，将太阳能转化为水的热能进行储存与利用，可以大幅度改善太阳能的稀薄性、间歇性和不稳定性等缺点，为太阳能的有效利用提供良好的解决方案。采用太阳能集热器将太阳能传递给通过集热器中的水，使流经集热器的水温升高，将被加热完的热水储存到热水箱中。太阳能加热技术在国内外运用广泛，有效利用可再生能源，具有清洁、安全、无污染、对环境友好、经济效益高等优点，在可再生能源应用领域有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种直接利用风能作为驱动能源、太阳能作为加热能源的储能发电一体化系统。
本发明所述问题是以下述技术方案实现的：
一种利用风能液化空气太阳能加热的储能与发电一体化系统，它包括风能液化空气系统、液态空气发电系统及太阳能加热系统；大自然的风能驱动风力机，洁净空气通过压缩机后进入稳压罐，使其压力稳定后到GM制冷机进行液化，通过节流阀进行节流，液态空气到达储罐进行储存；在用电高峰期，低温储罐中的液态空气被引出，经低温泵加压后，先被全流螺杆膨胀机输出气体的余热在低温换热器中加热，再与从太阳能热水箱中引出的热水在高温换热器中进行换热，使液态空气变成高温高压的气态空气，最后经过全流螺杆膨胀机进行膨胀做功，膨胀机与发电机相连，带动发电机旋转发电；
所述风能液化空气系统由风力机，压缩机，稳压罐，阀门，GM制冷机，节流阀，液态空气储罐组成；
所述液态空气发电系统由低温泵，低温换热器，高温换热器，全流螺杆膨胀机，发电机组成；
所述太阳能加热系统由循环水泵，集热器，热水箱组成。
上述利用风能液化空气和太阳能加热的储能发电一体化系统，所述风能液化空气系统中利用风能直接驱动压缩机工作，取消切入和切出风速，可以大规模利用风能，充分利用风能的能量。
上述利用风能液化空气和太阳能加热的储能发电一体化系统，所述风能液化空气系统中采用稳压罐作为压力稳定装置。
上述利用风能液化空气和太阳能加热的储能发电一体化系统，所述风能液化空气系统中采用GM制冷机进行液化空气。
上述利用风能液化空气和太阳能加热的储能发电一体化系统，所述液态空气发电系统中采用全流螺杆膨胀机做功。
上述利用风能液化空气和太阳能加热的储能发电一体化系统，所述液态空气发电系统中将高温高压的气态空气经过所采用的全流螺杆膨胀机做功之后，接入低温换热器加热经低温泵加压后的液态空气，以提高系统的效率。
本发明利用风能液化空气系统、液态空气发电系统及太阳能加热系统，将大自然的风能转化为液化空气进行储存，在用电高峰期，可直接利用储存的液化空气经低温换热器与高温换热器加热后膨胀做功达到发电的目的。风能和太阳能均为大自然的可再生能源，具有清洁、安全、可靠的优点，不用担心能源的短缺和造成的环境污染。
另外，本发明还具有如下优点：
1、本发明直接利用风能作为驱动能源、太阳能作为加热能源，有利于资源的循环利用；
2、本发明采用的工质是洁净空气，不会对环境产生污染与破坏；
3、本发明利用具有间歇性、不稳定性的风能直接驱动压缩机，通过设置稳压罐作为稳压装置，使其输出的空气压力稳定后进入GM制冷机开始液化，从而解决风能供应不稳定的难题，实现了将风能直接转化为液态空气的冷能进行储存，提高了风能的利用率，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为本发明利用风能液化空气和太阳能加热的储能发电一体化系统图。
图中各标号为：1、风力机；2、压缩机；3、稳压罐；4、阀门；5、GM制冷机；6、节流阀；7、液态空气储罐；8、低温泵；9、低温换热器；10、高温换热器；11、全流螺杆膨胀机；12、发电机；13、循环水泵；14、集热器；15、热水箱。
具体实施方式
本发明是一种利用风能液化空气和太阳能加热的储能发电一体化系统，该系统包括风能液化空气系统、液态空气发电系统及太阳能加热系统，这三种系统的结合实现本发明的目的，当外界有风时，可以利用风能作为驱动能源驱动压缩机工作，空气从压缩机出来经过稳压罐使其输出压力稳定后进入GM制冷机开始液化，将液化之后的空气储存到储罐中，实现了将风能直接转化为液化空气的冷能进行储存；在用电高峰期，低温储罐中的液态空气被引出，经低温泵加压后，先被全流螺杆膨胀机输出气体的余热在低温换热器中加热，再与从太阳能热水箱中引出的热水在高温换热器中进行换热，使液态空气变成高温高压的气态空气，最后经过全流螺杆膨胀机进行膨胀做功，膨胀机与发电机相连，带动发电机旋转发电；从而实现了风能与太阳能的有效利用，满足了用户在用电高峰期用电的需求。
整个系统由风能液化空气系统、液态空气发电系统及太阳能加热系统组成，如图1所示。风能液化空气系统由风力机(1)，压缩机(2)，稳压罐(3)，阀门(4)，GM制冷机(5)，节流阀(6)，液态空气储罐(7)组成。该系统利用风能作为驱动能源驱动压缩机工作，空气从压缩机出来经过稳压罐使其输出压力稳定后进入GM制冷机开始液化，将液化之后的空气储存到储罐中，实现了将风能直接转化为液化空气的冷能进行储存。
液态空气发电系统由低温泵(8)，低温换热器(9)，高温换热器(10)，全流螺杆膨胀机(11)，发电机(12)组成。该系统在用电高峰期，低温储罐中的液态空气被引出，经低温泵加压后，先被全流螺杆膨胀机输出气体的余热在低温换热器中加热，再与从太阳能热水箱中引出的热水在高温换热器中进行换热，使液态空气变成高温高压的气态空气，最后经过全流螺杆膨胀机进行膨胀做功，膨胀机与发电机相连，带动发电机旋转发电。
太阳能加热系统由循环水泵(13)，集热器(14)，热水箱(15)组成。该系统在有太阳时，太阳能集热器将太阳能传递给通过集热器中的水，使流经集热器的水温升高，将被加热完的热水储存到热水箱中，在管路上设置循环水泵，通过循环水泵将热水箱中已经加热的热水输送到高温换热器中，与经过高温换热器的空气进行热交换，提高空气的温度，完成能量转移的过程。
本发明利用风能液化空气和太阳能加热的储能发电一体化系统，将具有间歇性、不稳定性的风能直接驱动压缩机，通过设置稳压罐作为稳压装置，使其输出的空气压力稳定后进入GM制冷机开始液化，从而解决风能供应不稳定的难题，实现了将风能直接转化为液态空气的冷能进行储存，提高了风能的利用率，使整个装置的使用寿命延长。
本发明利用风能液化空气和太阳能加热的储能发电一体化系统，直接利用风能作为驱动能源、太阳能作为加热能源，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，从而实现了一种利用风能液化空气和太阳能加热的储能与发电一体化的系统。

Claims (3)

1.一种利用风能液化空气和太阳能加热的储能与发电一体化系统，其特征在于，它包括风能液化空气系统、液态空气发电系统及太阳能加热系统三部分；
所述风能液化空气系统由风力机(1)，压缩机(2)，稳压罐(3)，阀门(4)，GM制冷机(5)，节流阀(6)，液态空气储罐(7)组成；
所述液态空气发电系统由低温泵(8)，低温换热器(9)，全流螺杆膨胀机(11)，发电机(12)组成；
所述太阳能加热系统由高温换热器(10)，热水箱(13)组成；
其中，大自然的风能驱动风力机，洁净空气通过压缩机后进入稳压罐，使其压力稳定后到GM制冷机进行液化，通过节流阀进行节流，液态空气到达储罐进行储存；在用电高峰期，低温储罐中的液态空气被引出，经低温泵加压后，先被全流螺杆膨胀机输出气体的余热在低温换热器中加热，再与从太阳能热水箱中引出的热水在高温换热器中进行换热，使液态空气变成高温高压的气态空气，最后经过全流螺杆膨胀机进行膨胀做功，膨胀机与发电机相连，带动发电机旋转发电。
2.如权利要求1所述的一种利用风能液化空气和太阳能加热的储能与发电一体化系统，其特征在于，风能液化空气系统中利用风能直接驱动压缩机工作，取消切入和切出风速，可以大规模利用风能，充分利用风能的能量。
3.如权利要求1所述的一种利用风能液化空气和太阳能加热的储能与发电一体化系统，其特征在于，液态空气发电系统中将高温高压的气态空气经过所采用的全流螺杆膨胀机做功之后，接入低温换热器加热经低温泵加压后的液态空气，以提高系统的效率。
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