CN110159513A - 一种利用电热能的液化空气储能系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用电热能的液化空气储能系统，包括储能系统及释能系统，所述储能系统包括空气储能系统及热水储能系统；所述空气储能系统，包括压缩机、压缩机换热器、液化冷箱、液空贮槽及蓄冷器；所述热水储能系统，包括常温蓄热罐及高温蓄热罐，所述释能系统包括低温液体泵、汽化器、膨胀机换热器及膨胀发电机；本发明的有益效果是：该系统提供的电加热和压缩热联合加热的高温热水系统方案有效提高液化空气储能系统的单机发电能力和系统循环效率，而且流程工艺简单、易于控制，加之电加热结构广泛应用、成熟可靠，是一种较有价值的应用方案。
Description
技术领域
本发明涉及液化空气储能技术领域，具体涉及一种利用电热能的液化空气储能系统。
背景技术
相较于传统一次能源，可再生能源受天气、地形等自然因素影响大，具有不确定性和不可预测性，接入电网会产生冲击，严重时可能引发大规模恶性事故。综合我国能源结构，大规模地推广高效率、大容量的储能技术，用于电力系统的削峰填谷和平抑波动，对于提高电厂的灵活性及可再生能源的稳定运行具有重要的作用。
近些年越来越受关注的液化空气储能技术兼备储能密度高和场地要求低的优点，是实现电力系统削峰填谷的一个理想解决方案。为提高液化空气储能技术的实用价值，通常利用余热回用方法提高系统的循环效率，但依靠特定外部条件的使用环境限制了该技术的推广应用。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提出了一种与高温热水系统耦合应用的液化空气储能系统，利用压缩热和电加热器实现系统内冷热联动，既提高系统循环效率又克服了系统对外部热源的依赖，从而适应更加多样化的应用场合。
本发明的技术方案如下：
一种利用电热能的液化空气储能系统，其特征在于，包括储能系统及释能系统，所述储能系统包括空气储能系统及热水储能系统；
所述空气储能系统，包括压缩机、压缩机换热器、液化冷箱、液空贮槽及蓄冷器；所述压缩机的出气口连接压缩机换热器的上侧进气口，所述压缩机换热器的上侧出气口连接液化冷箱入口，所述液化冷箱底部出口与液空贮槽入口相连接，空气经过压缩机增压，高温空气热量传递给压缩机换热器后进入液化冷箱，空气在液化冷箱内实现换热和膨胀液化，液空暂时储存于液空贮槽，所述液化冷箱侧部出口与蓄冷器入口相连，液化冷箱通过蓄冷器获取冷量；
所述热水储能系统，包括常温蓄热罐及高温蓄热罐，所述常温蓄热罐的顶部出口与压缩机换热器的下侧进气口相连，所述压缩机换热器的下侧出气口与高温蓄热罐顶部入口相连，常温热水从常温蓄热罐经压缩机换热器加热后储存在高温蓄热罐内继续加热；
所述释能系统包括低温液体泵、汽化器、膨胀机换热器及膨胀发电机；所述液空贮槽的出口连接低温液体泵的入口，所述低温液体泵的出口连接汽化器的入口，汽化器的侧出口与膨胀机换热器的下侧入口相连，所述膨胀机换热器的出口与膨胀发电机相连，高压空气从汽化器的侧出口进入膨胀机换热器进行加热，高温高压气体驱动膨胀发电机输出电能；所述高温蓄热罐的底部出口与膨胀机换热器的上侧入口相连，高温热水通过膨胀机换热器降温后回到常温蓄热罐循环。
所述的一种利用电热能的液化空气储能系统，其特征在于，所述汽化器的顶部出口与蓄冷器底部入口相连，液空贮槽从汽化器气化释放的冷量传递给蓄冷器。
所述的一种利用电热能的液化空气储能系统，其特征在于，所述汽化器的底部出口与液化冷箱的侧入口相连。
所述的一种利用电热能的液化空气储能系统，其特征在于，所述高温蓄热罐的内置电加热器，且为浸入式加热器，电加热器与罐体之间采用法兰连接。
所述的一种利用电热能的液化空气储能系统，其特征在于，所述高温蓄热罐内置多组电加热器并行工作，每组加热器可独立工作，且高温蓄热罐的电加热器设置温控开关，能够实现过流、超温报警及超温连锁保护功能。
所述的一种利用电热能的液化空气储能系统，为，所述高温蓄热罐配置充气孔，供高温蓄热罐工作时充气加压。
本发明的有益效果是：
1）该系统提供的电加热和压缩热联合加热的高温热水系统方案有效提高液化空气储能系统的单机发电能力和系统循环效率，而且流程工艺简单、易于控制，加之电加热结构广泛应用、成熟可靠，是一种较有价值的应用方案。
2）该系统基于电加热和压缩热联合加热，提高系统最大单机容量，有效为液化空气储能系统增产提效，且解决了系统依赖外界热源的问题。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图中：1-压缩机，2-压缩机换热器，3-液化冷箱，4-液空贮槽，5-低温液体泵，6-汽化器，7-蓄冷器，8-膨胀机换热器，9-膨胀发电机，10-常温蓄热罐，11-高温蓄热罐。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1所示，一种利用电热能的液化空气储能系统，包括用电低谷时段的储能系统和电高峰时段的释能系统；
其中：储能系统包括空气储能系统及热水储能系统，
空气储能系统包括压缩机1、压缩机换热器2、液化冷箱3、液空贮槽4及蓄冷器7；压缩机1的出气口连接压缩机换热器2的上侧进气口，压缩机换热器2的上侧出气口连接液化冷箱3入口，所述液化冷箱3底部出口与液空贮槽4入口相连接，空气经过压缩机1增压，高温空气热量传递给压缩机换热器2后进入液化冷箱3，空气在液化冷箱3内实现换热和膨胀液化，液空暂时储存于液空贮槽4，液化冷箱3侧部出口与蓄冷器7入口相连，液化冷箱3通过蓄冷器7获取冷量；
热水储能系统，包括常温蓄热罐10及高温蓄热罐11，常温蓄热罐10的顶部出口与压缩机换热器2的下侧进气口相连，压缩机换热器2的下侧出气口与高温蓄热罐11顶部入口相连，常温热水从常温蓄热罐10经压缩机换热器2加热后储存在高温蓄热罐11内继续加热。
释能系统包括低温液体泵5、汽化器6、膨胀机换热器8及膨胀发电机9；液空贮槽4的出口连接低温液体泵5的入口，所述低温液体泵5的出口连接汽化器6的入口，汽化器6的侧出口与膨胀机换热器8的下侧入口相连，膨胀机换热器8的出口与膨胀发电机9相连，高压空气从汽化器6的侧出口进入膨胀机换热器8进行加热，高温高压气体驱动膨胀发电机9输出电能；所述高温蓄热罐11的底部出口与膨胀机换热器8的上侧入口相连，高温热水通过膨胀机换热器8降温后回到常温蓄热罐10循环；高温热水为常压下获取很高操作温度，可以选用导热油作为替代高温热水。
为了便于操作维护，高温蓄热罐11的电加热为浸入式加热器，加热器与罐体之间采用密封性能好的法兰连接，高温蓄热罐11内置多组电加热器并行工作，每组加热器可独立工作，而且设置温控开关、过流、超温报警和超温连锁等多种保护功能。高温蓄热罐11还配置充气孔，供高温蓄热罐工作时充气加压，防止热水沸腾汽化。
用电低谷时段的储能过程：过滤后的原料空气经过压缩机1增压，高温空气热量传递给压缩机换热器2后进入液化冷箱3，空气在液化冷箱3内实现换热和膨胀液化，液空暂时储存于液空贮槽4。同时，液化冷箱3通过蓄冷器7获取冷量；来自常温蓄热罐10的热水经压缩机换热器2加热后储存在高温蓄热罐11。
用电高峰时段的释能过程：低温液空经液体泵5增压，进入汽化器6加热气化，高压空气由膨胀机换热器8加热后驱动膨胀发电机9输出电能。与此同时，液空气化释放的冷量传递给蓄冷器7，来自高温蓄热罐11的高温热水通过膨胀机换热器8降温后回到常温蓄热罐10。
实施例：
膨胀发电机9首级入口压力为12MPa，4级等膨胀比发电，膨胀发电机运行效率保持在85%，忽略级间热量损失、机械损失和介质换热效率和温差等，主要参数表如下：
各方案主要参数比较表
| 方案 | 无热量回用方案 | 压缩热方案 | 压缩热+电加热 |
| 每级入口温度 ℃ | 0 | 120 | 250 |
| 发电量MW | 10 | 14.4 | 19.2 |
| 系统循环效率 % | 30 | 43.2 | 49.3 |
| 膨胀功增量比 % | 0 | 44 | 92 |
| 循环效率增比 % | 0 | 44 | 64.3 |
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种利用电热能的液化空气储能系统，其特征在于，包括储能系统及释能系统，所述储能系统包括空气储能系统及热水储能系统；
所述空气储能系统，包括压缩机（1）、压缩机换热器（2）、液化冷箱（3）、液空贮槽（4）及蓄冷器（7）；所述压缩机（1）的出气口连接压缩机换热器（2）的上侧进气口，所述压缩机换热器（2）的上侧出气口连接液化冷箱（3）入口，所述液化冷箱（3）底部出口与液空贮槽（4）入口相连接，空气经过压缩机(1)增压，高温空气热量传递给压缩机换热器(2)后进入液化冷箱（3），空气在液化冷箱（3）内实现换热和膨胀液化，液空暂时储存于液空贮槽（4），所述液化冷箱（3）侧部出口与蓄冷器（7）入口相连，液化冷箱（3）通过蓄冷器（7）获取冷量；
所述热水储能系统，包括常温蓄热罐（10）及高温蓄热罐（11），所述常温蓄热罐（10）的顶部出口与压缩机换热器（2）的下侧进气口相连，所述压缩机换热器（2）的下侧出气口与高温蓄热罐（11）顶部入口相连，常温热水从常温蓄热罐（10）经压缩机换热器（2）加热后储存在高温蓄热罐（11）内继续加热；
所述释能系统包括低温液体泵（5）、汽化器（6）、膨胀机换热器（8）及膨胀发电机（9）；所述液空贮槽（4）的出口连接低温液体泵（5）的入口，所述低温液体泵（5）的出口连接汽化器（6）的入口，汽化器（6）的侧出口与膨胀机换热器（8）的下侧入口相连，所述膨胀机换热器（8）的出口与膨胀发电机（9）相连，高压空气从汽化器（6）的侧出口进入膨胀机换热器（8）进行加热，高温高压气体驱动膨胀发电机（9）输出电能；所述高温蓄热罐（11）的底部出口与膨胀机换热器（8）的上侧入口相连，高温热水通过膨胀机换热器（8）降温后回到常温蓄热罐（10）循环。
2.根据权利要求1所述的一种利用电热能的液化空气储能系统，其特征在于，所述汽化器（6）的顶部出口与蓄冷器（7）底部入口相连，液空贮槽（4）从汽化器（6）气化释放的冷量传递给蓄冷器（7）。
3.根据权利要求1所述的一种利用电热能的液化空气储能系统，其特征在于，所述汽化器（6）的底部出口与液化冷箱（3）的侧入口相连。
4.根据权利要求1所述的一种利用电热能的液化空气储能系统，其特征在于，所述高温蓄热罐（11）的内置电加热器，且为浸入式加热器，电加热器与罐体之间采用法兰连接。
5.根据权利要求4所述的一种利用电热能的液化空气储能系统，其特征在于，所述高温蓄热罐（11）内置多组电加热器并行工作，每组加热器可独立工作，且高温蓄热罐（11）的电加热器设置温控开关，能够实现过流、超温报警及超温连锁保护功能。
6.根据权利要求1所述的一种利用电热能的液化空气储能系统，为，所述高温蓄热罐（11）配置充气孔，供高温蓄热罐（11）工作时充气加压。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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