CN111305922A - 液态空气储能系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液态空气储能技术领域，提供了液态空气储能系统，包括冷却单元，所述冷却单元设有冷却流体管线，所述冷却流体管线用以向所述冷却单元输入冷却流体。本发明通过在冷却单元增设冷却流体管线，向冷却单元输入冷却流体，实现对冷量损失的补充，抵消漏冷对蓄冷性能的影响，进而提高储能效率，结构简单，操作方便。

Description

液态空气储能系统

技术领域

本发明涉及液态空气储能技术领域，特别是涉及一种液态空气储能系统。

背景技术

面对当前严峻的能源危机和环境污染问题，可再生能源的合理利用愈发重要。然而可再生能源固有的不确定性和间歇性直接影响着电力系统的安全稳定运行，因此储能技术的推进已经成为可再生能源发展的必然要求。

液态空气储能作为可实现大规模长时储能的技术之一，其蓄冷部分是系统的核心，蓄冷效率是影响系统效率的关键因素。目前，对液态空气储能技术的研究多集中于流程的优化，包括系统能量的回收及梯级利用，联合其他循环等，且以上研究均基于储能和释能阶段及间歇期不存在能量损失的理想状态。

然而，在实际过程中，液态空气储能技术在用电低谷时段进行储能，在用电高峰时段完成释能，储、释能过程存在时间间隔，蓄冷部分不可避免的存在着冷量损失的问题。蓄冷效率的降低，将会进一步引起系统储能效率的降低。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在技术问题之一。为此，本发明提出一种液态空气储能系统，以解决现有储能系统存在冷量损失，降低储能效率的问题。

根据本发明实施例的一种液态空气储能系统，包括冷却单元，所述冷却单元设有冷却流体管线，所述冷却流体管线用以向所述冷却单元输入冷却流体。

根据本发明实施例的液态空气储能系统，通过在冷却单元增设冷却流体管线，向冷却单元输入冷却流体，实现对冷量损失的补充，抵消漏冷对蓄冷性能的影响，进而提高储能效率，结构简单，操作方便。

根据本发明的一个实施例，还包括加热单元，所述加热单元设有第一蓄冷介质管线，所述冷却单元设有第二蓄冷介质管线，所述第一蓄冷介质管线与所述第二蓄冷介质管线连接构成循环回路。

根据本发明的一个实施例，所述冷却单元包括至少一个空气冷却器，所述加热单元包括至少一个空气加热器，所述空气冷却器与所述空气加热器一一对应。

根据本发明的一个实施例，所述加热单元包括至少两个空气冷却器，所述冷却流体管线设置在所述空气冷却器内，所述空气冷却器之间的所述冷却流体管线串联或并联。

根据本发明的一个实施例，所述冷却流体为液态空气或液氮或液化天然气，并联设置的所述冷却流体管线内的所述冷却流体相同或不同。

根据本发明的一个实施例，所述第一蓄冷介质管线和所述第二蓄冷介质管线内设有蓄冷介质，所述蓄冷介质为液相材料或固相材料或相变材料。

根据本发明的一个实施例，还包括空气压缩单元，所述空气压缩单元包括至少一台空气压缩机，所述空气压缩机串联或并联，所述空气压缩机通过空气管线与所述冷却单元的进口连接。

根据本发明的一个实施例，还包括液态空气储罐，所述液态空气储罐的进口通过空气管线与所述冷却单元的出口连接，所述空气管线上设有节流阀。

根据本发明的一个实施例，所述液态空气储罐的第一出口通过空气管线与所述加热单元的进口连接，所述液态空气储罐的第二出口通过空气管线与所述冷却单元连接，所述液态空气储罐与所述加热单元之间的空气管线上设有低温泵。

根据本发明的一个实施例，还包括涡轮机组，所述涡轮机组包括至少一台涡轮机，所述涡轮机组通过空气管线与所述加热单元的出口连接。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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为本发明实施例一液态空气储能系统的工艺流程示意图；

图2为本发明实施例二液态空气储能系统冷却单元和加热单元的装配示意图；

图3为本发明实施例三液态空气储能系统冷却单元和加热单元的装配示意图。

附图标记：

1：空气冷却器；2：冷却流体管线；3：空气加热器；4：第二蓄冷介质管线；5：液态空气储罐；6：节流阀；7：低温泵；8：空气压缩机；9：涡轮机；10：第一换热介质储罐；11：第二换热介质储罐；12：第一蓄冷介质管线；13：第一空气预热器；14：第二空气预热器；15：换热介质管线；16：级间冷却器；17：级间加热器；18：空气管线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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实施例和简化描述，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实施例的限制。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。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。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实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

如图1至图3所示，本发明实施例提供一种液态空气储能系统，包括冷却单元，冷却单元设有冷却流体管线2，冷却流体管线2用以向冷却单元输入冷却流体。可以理解的，冷却单元设置冷却流体管线2，冷却流体通过冷却流体管线2输入冷却单元，增加冷却单元热交换的冷量，补充冷量的损失，抵消漏冷对蓄冷性能的影响，进而提高储能效率，结构简单，操作方便。

在本发明的一个实施例中，还包括加热单元，加热单元设有第一蓄冷介质管线12，冷却单元设有第二蓄冷介质管线4，第一蓄冷介质管线12与第二蓄冷介质管线4连接构成循环回路。可以理解的，加热单元和冷却单元通过第一蓄冷介质管线12和第二蓄冷介质管线4连通，且构成循环回路，实现蓄冷介质的循环流通，为冷却单元提供冷量。也就是说，蓄冷介质通过第二蓄冷介质管线4流入冷却单元，进行热交换，吸收热量，释放冷量，之后，完成热交换的蓄冷介质由第一蓄冷介质管线12流入加热单元，进行热交换，吸收冷量，放出热量，放热后的蓄冷介质循环流入冷却单元，进行再次放冷热交换。

在本发明的一个实施例，冷却单元包括至少一个空气冷却器1，加热单元包括至少一个空气加热器3，空气冷却器1与空气加热器3一一对应，空气冷却器1内的第二蓄冷介质管线4与空气加热器3内的第一蓄冷介质管线12连接构成循环回路。可以理解的，冷却单元和加热单元构成一个蓄冷介质的循环流通回路。冷却单元包括至少一个空气冷却器1，加热单元包括至少一个空气加热器3，且空气冷却器1和空气加热器3个数相同一一对应。每个空气冷却器1内均设有第二蓄冷介质管线4，每个空气加热器3内均设有第一蓄冷介质管线12。相对应的空气冷却器1和空气加热器3通过第二蓄冷介质管线4和第一蓄冷介质管线12实现蓄冷介质的循环换热。

在本发明的一个实施例中，冷却单元包括至少两个空气冷却器1，冷却流体管线2设置在空气冷却器1内，空气冷却器1之间的冷却流体管线2串联或并联。可以理解的，冷却单元包括一个或多个空气冷却器1，每个空气冷却器1内均设置冷却流体管线2，冷却流体管线2可串联，冷却流体由同一冷却流体源提供，实现每个空气冷却器1的冷量补充；或者，冷却单元包括多个空气冷却器1，冷却流体管线2之间并联，每个冷却流体管线2分别与冷却流体源连接，实现空气冷却器1各自冷量的补充，同时实现不同温度区间能量高效梯级利用，提高储能效率。

在本发明的一个实施例中，冷却流体为液态空气或液氮或液化天然气，并联设置的冷却流体管线2内的冷却流体相同或不同。可以理解的，冷却流体为低温流体，具体可选用液态空气或液氮或液化天然气，用以为空气冷却器1提供冷量。并联设置的空气冷却器1，每个空气冷却器1内的冷却流体管线2流动的冷却流体可以相同，也可以设置为不同流体，以满足实际需求。

在本发明的一个实施例中，第一蓄冷介质管线12和第二蓄冷介质管线4内设有蓄冷介质，蓄冷介质为液相材料或固相材料或相变材料。可以理解的，蓄冷介质用以循环提供冷量，可采用液相材料或固相材料或相变材料，进行冷量的存储和释放，液态或气态的空气与蓄冷介质直接或间接接触，以实现热交换的作用。

在本发明的一个实施例中，还包括空气压缩单元，空气压缩单元包括至少一台空气压缩机8，空气压缩机8串联或并联，空气压缩机8通过空气管线18与冷却单元的进口连接。可以理解的，空气压缩单元用以将常温常压空气压缩为高压空气。空气压缩单元包括至少一台空气压缩机8，可根据实际空气处理量及出口压力设置空气压缩机8的台数。多台空气压缩机8串联或并联或集成为空气压缩机组，经空气压缩机组压缩后的高压空气经空气管线18输送至冷却单元内进行降温，并由冷却单元将低温高压空气输出。

值得说明的，空气压缩机组压缩空气产生的热量由换热器回收。具体的，每台空气压缩机8连接一个级间冷却器16，每个级间冷却器16的进口均通过换热介质管线15与第一换热介质储罐10连通，每个级间冷却器16的出口均通过换热介质管线15与第二换热介质储罐11连通。其中，第一换热介质储罐10和第二换热介质储罐11内的换热介质可选用水或导热油流体，实现对空气压缩机8的压缩热的回收再利用。第一换热介质储罐10为低温换热介质储罐，第二换热介质储罐11为高温换热介质储罐。

在本发明的一个实施例中，还包括液态空气储罐5，液态空气储罐5的进口通过空气管线18与冷却单元的出口连接，空气管线18上设有节流阀6。可以理解的，液态空气储罐5具体为低温储罐，可选用杜瓦罐或低温储槽，用以存储低温常压液态空气。

其中，液态空气储罐5的进口通过空气管线18与冷却单元的出口连接，实现低温空气的传输，空气管线18上设置节流阀6，实现对低温高压空气的节流后进一步降温降压，进而将空气转变为低温常压液态空气，存储至液态空气储罐5内。

在本发明的一个实施例中，液态空气储罐5的第一出口通过空气管线18与加热单元的进口连接，液态空气储罐5的第二出口通过空气管线18与冷却单元连接，液态空气储罐5与加热单元之间的空气管线18上设有低温泵7。可以理解的，液态空气储罐5内的低温常压液态空气经第一出口，由空气管线18传输，并经低温泵7加压后进入加热单元，即空气加热器3，进行冷量释放，完成空气复温。

其中，液态空气储罐5的第二出口通过空气管线18与冷却单元连接，即空气冷却器1连接，用以为空气冷却器1提供部分冷却所需冷量，提高冷却效率。

在本发明的一个实施例中，还包括涡轮机组，涡轮机组包括至少一台涡轮机9，涡轮机9通过空气管线18与加热单元的出口连接。可以理解的，涡轮机组包括至少一台涡轮机9，多台涡轮机9串联或并联或集成为涡轮机组。涡轮机9通过空气管线18与加热单元即空气加热器3连接，经空气加热器3进行热交换后的高压空气进入涡轮机9进行膨胀做功。

其中，空气加热器3的出口通过空气管线18与串联的第一空气预热器13和第二空气预热器14连接，经第一空气预热器13和第二空气预热器14预热后的空气进入涡轮机9。值得说明的，第一空气预热器13的换热流体介质为涡轮机9的热排气，第二空气预热器14的换热流体介质为第二换热介质储罐11内的换热流体介质，提高压缩热的回收利用率。其中，涡轮机9的排气口通过空气管线18与级间加热器17连接，经级间加热器17加热后的尾气进入第一空气预热器13，提高尾气余热的利用率。

实施例1：

如图1所示，本发明实施例液态空气储能系统，设置一个空气冷却器1和一个空气加热器3，经过第一蓄冷介质管线12和第二蓄冷介质管线4实现空气冷却器1和空气加热器3的循环连通，实现蓄冷介质的循环利用。空气冷却器1内设有冷却流体管线2，用以为空气冷却器1补充冷量，以弥补漏冷量，提高蓄冷性能。

实施例2：

本实施例与实施例1基本相同，为了描述的简要，在本实施例的描述过程中，不再描述与实施例1相同的技术特征，仅说明本实施例与实施例1不同之处：

如图2所示，本发明实施例液态空气储能系统，设置两个空气冷却器1和两个个空气加热器3，且一一对应。两个空气冷却器1内的冷却流体管线2串联，输入同一低温流体介质，实现冷量的补充。

实施例3：

本实施例与实施例1基本相同，为了描述的简要，在本实施例的描述过程中，不再描述与实施例1相同的技术特征，仅说明本实施例与实施例1不同之处：

如图3所示，本发明实施例液态空气储能系统，设置两个空气冷却器1和两个个空气加热器3，且一一对应。两个空气冷却器1内的冷却流体管线2并联，分别输入不同的低温流体介质，以实现对每个空气冷却器1的冷量独立补充。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种液态空气储能系统，其特征在于，包括冷却单元，所述冷却单元设有冷却流体管线，所述冷却流体管线用以向所述冷却单元输入冷却流体。

2.根据权利要求1所述的液态空气储能系统，其特征在于，还包括加热单元，所述加热单元设有第一蓄冷介质管线，所述冷却单元设有第二蓄冷介质管线，所述第一蓄冷介质管线与所述第二蓄冷介质管线连接构成循环回路。

3.根据权利要求2所述的液态空气储能系统，其特征在于，所述冷却单元包括至少一个空气冷却器，所述加热单元包括至少一个空气加热器，所述空气冷却器与所述空气加热器一一对应。

4.根据权利要求2所述的液态空气储能系统，其特征在于，所述冷却单元包括至少两个空气冷却器，所述冷却流体管线设置在所述空气冷却器内，所述空气冷却器之间的所述冷却流体管线串联或并联。

5.根据权利要求4所述的液态空气储能系统，其特征在于，所述冷却流体为液态空气或液氮或液化天然气，并联设置的所述冷却流体管线内的所述冷却流体相同或不同。

6.根据权利要求2所述的液态空气储能系统，其特征在于，所述第一蓄冷介质管线和所述第二蓄冷介质管线内设有蓄冷介质，所述蓄冷介质为液相材料或固相材料或相变材料。

7.根据权利要求1所述的液态空气储能系统，其特征在于，还包括空气压缩单元，所述空气压缩单元包括至少一台空气压缩机，所述空气压缩机串联或并联，所述空气压缩机通过空气管线与所述冷却单元的进口连接。

8.根据权利要求2所述的液态空气储能系统，其特征在于，还包括液态空气储罐，所述液态空气储罐的进口通过空气管线与所述冷却单元的出口连接，所述空气管线上设有节流阀。

9.根据权利要求8所述的液态空气储能系统，其特征在于，所述液态空气储罐的第一出口通过空气管线与所述加热单元的进口连接，所述液态空气储罐的第二出口通过空气管线与所述冷却单元连接，所述液态空气储罐与所述加热单元之间的空气管线上设有低温泵。

10.根据权利要求9所述的液态空气储能系统，其特征在于，还包括涡轮机组，所述涡轮机组包括至少一台涡轮机，所述涡轮机通过空气管线与所述加热单元的出口连接。

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