CN208966383U - 一种风能与液化空气储能互补的能源站 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种风能与液化空气储能互补的能源站。包括空气压缩系统、液化空气储罐和深冷发电系统，所述空气压缩系统包括风力发电装置、空气压缩机、制冷机和气液分离器；所述空气压缩机、所述制冷机和所述气液分离器依次连通形成气液通路，所述气液分离器与所述空气压缩机之间还设置有气体通路；所述深冷发电系统包括深冷储罐、蒸发器、膨胀机和发电机，所述液化空气储罐、所述蒸发器和所述膨胀机依次连通并形成深冷通路，所述膨胀机与所述发电机连接，所述发电机与电网电连接；所述膨胀机与所述深冷储罐连通并形成余冷通路。该能源站适合于有风力发电条件的小城镇、乡村使用，建成集发电、供冷、供热、储能于一身的分布式能源站。

Description

一种风能与液化空气储能互补的能源站

技术领域

本实用新型涉及储能技术领域，特别涉及一种风能与液化空气储能互补的能源站。

背景技术

风能是最具商业潜力、最具活力的可再生能源之一，使用清洁，成本低，取之不尽。风力发电在为经济增长提供稳定电力供应的同时，可以有效缓解空气污染、水污染和全球变暖问题。在各类新能源开发中，风力发电是技术相对成熟、并具有大规模开发和商业开发条件的发电方式。

风力发电最根本的缺点在于受自然环境因素的影响其功率输出的不可控性、间歇性和随机性，其发电过程中能量输入及功率输出无法达到像化石能源那样的精确控制，具有波动大、不稳定度高等特点。而电力需求的高峰往往与风力的高峰段不完全相同，导致了大规模弃风的产生。不管是化石能源时代还是新能源时代，储能技术对电厂负荷调度及电力系统运营都起到了显著的优化调节作用，依靠储能技术能够平衡发电和用电的峰值。

目前可再生能源储存的方法有很多，大多数储能技术对这些间歇性可再生能源的存储非常困难，而且存在地理环境条件的限制。但是，液化空气储能不但可以对间歇性可再生能源进行有效地储存，而且不受地理环境的限制，便于管理和运输。因此，需要一种风能与液化空气储能互补的能源站来解决利用风力发电时所遇到的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种风能与液化空气储能互补的能源站。该能源站能够通过低温制冷技术利用通过风力发电装置将风能转化为的电能对空气进行压缩，产生液化空气进行储存，在需要的时候，抽出液化空气驱动发电机产生电能。使电网运营起到了显著的优化调节作用，依靠储能技术来平衡发电和用电的峰值。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种风能与液化空气储能互补的能源站，其特征在于，包括空气压缩系统、液化空气储罐和深冷发电系统，其中，所述空气压缩系统包括风力发电装置、空气压缩机、制冷机和气液分离器；所述风力发电装置通过供电电路与所述空气压缩机电连接，所述风力发电装置能够为所述空气压缩机的运转提供电能，所述空气压缩机能够压缩空气，所述空气压缩机、所述制冷机和所述气液分离器依次连通形成气液通路，所述气液分离器与所述空气压缩机之间还设置有气体通路；所述液化空气储罐与所述气液分离器的底部连通；

由所述空气压缩机压缩的空气流入到所述制冷机内并在所述制冷机内冷却形成由低温气体和液化空气组成的混合物，所述混合物流入到所述气液分离器内，由所述气液分离器进行气液分离，其中所述低温气体通过所述气体通路流回到所述空气压缩机内进行重新压缩、液态的所述液化空气流入所述液化空气储罐内并进行存储；

所述深冷发电系统包括深冷储罐、蒸发器、膨胀机和发电机，所述液化空气储罐、所述蒸发器和所述膨胀机依次连通并形成深冷通路，所述液化空气由所述液化空气储罐流入所述蒸发器并在所述蒸发器内蒸发形成深冷气体，所述深冷气体流入所述膨胀机，所述膨胀机与所述发电机连接，所述深冷气体在所述膨胀机内做功使所述膨胀机带动所述发电机产生电能，所述发电机与电网电连接，所述发电机产生的电能并入所述电网；

所述膨胀机与所述深冷储罐连通并形成余冷通路，所述深冷气体在所述膨胀机内做功后变为余冷气体，所述余冷气体通过所述余冷通路流入所述深冷储罐进行存储。

进一步地，在上述能源站中，所述气体通路经过所述制冷机，所述低温气体能够与所述气液通路内的被压缩的空气进行热量交换。

进一步地，在上述能源站中，所述蒸发器与所述膨胀机之间设置有热交换器，所述深冷通路和所述余冷通路均经过所述热交换器，所述余冷通路内的所述余冷气体能够在所述热交换器内与所述深冷通路内的所述深冷气体进行热量交换，使所述深冷气体的温度升高。

进一步地，在上述能源站中，所述制冷机、所述深冷储罐和所述制冷机依次连通形成制冷回路，所述深冷储罐能够通过所述制冷回路为所述制冷机提供冷量。

进一步地，在上述能源站中，所述深冷储罐与所述气液分离器连通，所述深冷储罐内的所述余冷气体经过所述气液分离器进行气液分离后通过所述气体通路流回所述空气压缩机进行重新压缩。

进一步地，在上述能源站中，还包括光伏光电发电装置，所述光伏光电发电装置与所述供电电路电连接，所述光伏光电发电装置能够为所述供电电路提供电能。

进一步地，在上述能源站中，还包括过滤箱，所述过滤箱设置在所述空气压缩机的进风口处，所述过滤箱能够过滤进入所述空气压缩机的空气。

进一步地，在上述能源站中，还包括第一房间，所述第一房间设置有供冷设备，所述气体通路上设置用户端换热器，与所述供冷设备连接有用于第一介质循环的供冷回路，所述供冷回路经过所述用户端换热器，所述第一介质能够在所述用户端换热器内与所述低温气体进行热量交换并通过所述供冷设备为所述第一房间供冷，所述供冷回路上设置有第一水泵。

进一步地，在上述能源站中，还包括第二房间和用户端加热器，所述第二房间设置有供暖设备，与所述供暖设备连接有用于第二介质循环的供暖回路，所述供暖回路经过所述用户端加热器，所述供电电路与所述热交换器和所述用户端加热器均电连接，所述风力发电装置所产生的电能能够通过所述热交换器提升所述深冷气体的温度，所述风力发电装置所产生的电能能够通过所述用户端加热器加热所述供暖回路中的所述第二介质，进而通过所述供暖设备为所述第二房间供暖，所述供暖回路上设置有第二水泵。

进一步地，在上述能源站中，所述液化空气储罐与所述蒸发器之间设置有深冷泵。

分析可知，本实用新型公开一种风能与液化空气储能互补的能源站，包括空气压缩系统、液化空气储罐和深冷发电系统，空气压缩系统通过低温制冷技术(温度降至-196摄氏度)对压缩的空气进行降温得到液化空气；液化空气储罐能够对液化空气进行储存；深冷发电系统把液化空气从液化空气储罐中抽出，液化空气吸收热量后产生高压气体驱动发电机进行发电。

该能源站适合于有风力发电条件的小城镇、乡村使用，建成集发电、供冷、供热、储能于一身的分布式能源站。该能源站在运行过程中无化石燃料燃烧、无污染、不产生任何废气及PM2.5排放。在有条件的场合还可以与光伏光电技术相结合，产生更大的经济效益。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。其中：

图1本实用新型一实施例的结构示意图。

附图标记说明：1风力发电装置；2空气压缩机；3制冷机；4气液分离器；5液化空气储罐；6深冷储罐；7蒸发器；8膨胀机；9发电机；10热交换器；11电网；12过滤箱；13光伏光电发电装置；14深冷泵；15用户端换热器；16第一水泵；17用户端加热器；18第二水泵；19第一房间；20供冷设备；21第二房间；22供暖设备；23气体通路；24气液通路；25深冷通路；26余冷通路；27制冷回路；28供冷回路；29供暖回路；30供电电路。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。各个示例通过本实用新型的解释的方式提供而非限制本实用新型。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本实用新型的范围或精神的情况下，可在本实用新型中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本实用新型包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，根据本实用新型的实施例，提供了一种风能与液化空气储能互补的能源站，包括空气压缩系统、液化空气储罐5和深冷发电系统，其中，空气压缩系统包括风力发电装置1、空气压缩机2、制冷机3和气液分离器4，风力发电装置1通过供电电路30与空气压缩机2电连接，风力发电装置1能够为空气压缩机2的运转提供电能，空气压缩机2能够压缩空气，空气压缩机2、制冷机3和气液分离器4依次连通形成气液通路24，气液分离器4与空气压缩机2之间还设置有气体通路23，气液分离器4底端与液化空气储罐5连通。空气压缩机2能够在外界吸收常温的空气并利用风力发电装置1能够产生电能对空气进行压缩产生高压的空气，制冷机3能够冷却进入制冷机3的高压的空气，使高压空气的温度降低至-196℃，进而使空气转变为液态。

由空气压缩机2压缩的空气流入到制冷机3内并在制冷机3内冷却形成由低温气体和液化空气组成的混合物，混合物流入到气液分离器4内，由气液分离器4进行气液分离，其中低温气体通过气体通路23流回到空气压缩机2内进行重新压缩、气液分离器4的底部设置有出液口，液态的液化空气经出液口流入液化空气储罐5内并进行存储，液化空气储罐5为低压绝缘容器。

深冷发电系统包括深冷储罐6、蒸发器7、膨胀机8和发电机9，液化空气储罐5、蒸发器7和膨胀机8依次连通并形成深冷通路25，液化空气由液化空气储罐5流入蒸发器7并在蒸发器7内蒸发形成深冷气体，深冷气体流入膨胀机8，膨胀机8与发电机9连接，深冷气体在膨胀机8内做功使膨胀机8带动发电机9产生电能，发电机9与电网11电连接，发电机9产生的电能并入电网11。

膨胀机8与深冷储罐6连通并形成余冷通路26，深冷气体在膨胀机8内做功后变为余冷气体，余冷气体通过余冷通路26流入深冷储罐6进行存储。深冷储罐6的设置能够对余冷气体进行储存，提高能源站的工作效率。

进一步地，气体通路23经过制冷机3，气体通路23内的低温气体能够与气液通路24内的被压缩的空气进行热量交换，降低被压缩的空气的温度。

进一步地，蒸发器7与膨胀机8之间设置有热交换器10，深冷通路25和余冷通路26均经过热交换器10，余冷通路26中的余冷气体能够在热交换器10内与深冷通路25中的深冷气体进行热量交换并使深冷气体的温度升高。

进一步地，制冷机3、深冷储罐6和制冷机3依次连通形成制冷回路28，深冷储罐6能够通过制冷回路28为制冷机3提供冷量，降低制冷机3内被压缩的空气的温度到-196℃，使被压缩的空气能够产生液态的液化空气。

深冷储罐6与气液分离器4连通，深冷储罐6内的余冷气体经过气液分离器4进行气液分离后通过气体通路23流回空气压缩机2进行重新压缩。

进一步地，该能源站还包括光伏光电发电装置13，光伏光电发电装置13与供电电路30电连接，光伏光电发电装置13能够为供电电路30提供电能。在拥有光伏光电发电装置13的场合，该能源站可以使风力发电技术和光伏光电技术相结合，产生更大的经济效益。

进一步地，该能源站还包括过滤箱12，过滤箱12设置在空气压缩机2的进风口处，过滤箱12能够过滤进入空气压缩机2的空气，过滤箱12能够防止空气中的灰尘进入空气压缩机2，保证空气压缩机2的正常工作。

进一步地，该能源站还包括第一房间19，第一房间19设置有供冷设备20，气体通路23上设置用户端换热器15，与供冷设备20连接有用于第一介质循环的供冷回路，供冷回路经过用户端换热器15，第一介质能够在用户端换热器15内与气体通路23中的低温气体进行热量交换并通过供冷设备20为第一房间19供冷，如此设置能够使在液化过程中所产生的废冷得到充分利用，提高该能源站的效率。供冷回路上设置有第一水泵16，第一水泵16能够提高第一介质在供冷回路中的流速，进而提高供冷效率。

进一步地，该能源站还包括第二房间21和用户端加热器17，第二房间21设置有供暖设备22，与供暖设备22连接有用于第二介质循环的供暖回路29，供暖回路29经过用户端加热器17，供电电路30与热交换器10和用户端加热器17均电连接，风力发电装置1所产生的电能能够通过热交换器10提升深冷气体的温度，风力发电装置1所产生的电能能够通过用户端加热器17加热供暖回路29中的第二介质，进而通过供暖设备22为第二房间21供暖，供暖回路29上设置有第二水泵18。第二水泵18能够提高第二介质在供暖回路29中的流速，进而提高供暖效率。

进一步地，液化空气储罐5与蒸发器7之间设置有深冷泵14。深冷泵14能够将液化空气储罐5中的液化空气泵送至蒸发器7。

该能源站包括液化过程、能量存储过程和深冷发电过程，具体为：

液化过程：风力发电装置1所产生的富余的电能驱动空气压缩机2压缩经过滤箱12过滤的洁净的空气，被压缩的空气通入制冷机3中通过制冷回路27与深冷储罐6中的余冷气体进行换热冷却，从气液分离器4返回的低温气体进一步冷却制冷机3内的被压缩的空气，使被压缩的空气温度降低至-196℃，被冷却的空气形成由低温气体和液化空气组成的混合物，混合物流入到气液分离器4内，由气液分离器4进行气液分离，其中低温气体通过气体通路23流回空气压缩机2进行重新压缩。气体通路23经过用户端换热器15时，低温气体与供冷回路中的第一介质进行热量交换，第一介质通过供冷设备20为第一房间19提供冷量。

能量存储过程：由液化过程中气液分离器4分离出来的液化空气经气液分离器4底部的出液口流入液化空气储罐5进行存储。

深冷发电过程：深冷泵14将液化空气储罐5中的液化空气引出后送入蒸发器7吸热气化形成深冷气体，深冷气体再通入热交换器10进一步加热升温和升压后进入膨胀机8做功，膨胀机8做功带动发电机9产生电能并输送给电网11。从膨胀机8里出来的余冷气体依次经过热交换器10和蒸发器7流入深冷储罐6进行存储。由于液化空气的沸点比较低，所以在深冷发电过程中从膨胀机8里出来的余冷气体在经过热交换器10和蒸发器7时能够加热深冷气体并使之气化。由风力发电装置1产生的电能在热交换器10中加热深冷通路25中的深冷气体后，余下的低品位热能在用户端加热器17中加热供暖回路29中的第二介质，第二介质通过供暖设备22为第二房间21供暖。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：

一种风能与液化空气储能互补的能源站，包括空气压缩系统、液化空气储罐5和深冷发电系统，空气压缩系统通过低温制冷技术(温度降至-196摄氏度)对压缩的空气进行降温得到液化空气；液化空气储罐5能够对液化空气进行储存；深冷发电系统把液化空气从液化空气储罐5中抽出，液化空气吸收热量后产生高压的气体进而驱动发电机9产生的电能。700公斤的气体能够被压缩成1公斤的液化空气，其中存储的能量能够达到千兆瓦的级别。同时该能源站能够对运行过程中所产生的废热或废冷进行再利用，从而提高整个过程的效率。在能量存储过程中产生的低温冷气可以用来为冷库供冷或作为空调制冷的冷源。在深冷发电过程中产生的低品位热能进行回收再利用作为房间供暖的热源。

该能源站适合于有风力发电条件的小城镇、乡村使用，建成集发电、供冷、供热、储能于一身的分布式能源站。该技术在运行过程中无化石燃料燃烧、无污染、不产生任何废气包括PM2.5。该技术在有条件的场合还可以结合光伏光电技术，会产生更大的经济效益。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风能与液化空气储能互补的能源站，其特征在于，包括空气压缩系统、液化空气储罐和深冷发电系统，其中，

所述空气压缩系统包括风力发电装置、空气压缩机、制冷机和气液分离器；

所述风力发电装置通过供电电路与所述空气压缩机电连接，所述风力发电装置能够为所述空气压缩机的运转提供电能，所述空气压缩机能够压缩空气，所述空气压缩机、所述制冷机和所述气液分离器依次连通形成气液通路，所述气液分离器与所述空气压缩机之间还设置有气体通路；

所述液化空气储罐与所述气液分离器的底部连通；

由所述空气压缩机压缩的空气流入到所述制冷机内并在所述制冷机内冷却形成由低温气体和液化空气组成的混合物，所述混合物流入到所述气液分离器内，由所述气液分离器进行气液分离，其中所述低温气体通过所述气体通路流回到所述空气压缩机内进行重新压缩、液态的所述液化空气流入所述液化空气储罐内并进行存储；

所述深冷发电系统包括深冷储罐、蒸发器、膨胀机和发电机，所述液化空气储罐、所述蒸发器和所述膨胀机依次连通并形成深冷通路，所述液化空气由所述液化空气储罐流入所述蒸发器并在所述蒸发器内蒸发形成深冷气体，所述深冷气体流入所述膨胀机，所述膨胀机与所述发电机连接，所述深冷气体在所述膨胀机内做功使所述膨胀机带动所述发电机产生电能，所述发电机与电网电连接，所述发电机产生的电能并入所述电网；

所述膨胀机与所述深冷储罐连通并形成余冷通路，所述深冷气体在所述膨胀机内做功后变为余冷气体，所述余冷气体通过所述余冷通路流入所述深冷储罐进行存储。

2.根据权利要求1所述的能源站，其特征在于，所述气体通路经过所述制冷机，所述低温气体能够与所述气液通路内的被压缩的空气进行热量交换。

3.根据权利要求1所述的能源站，其特征在于，所述蒸发器与所述膨胀机之间设置有热交换器，所述深冷通路和所述余冷通路均经过所述热交换器，所述余冷通路内的所述余冷气体能够在所述热交换器内与所述深冷通路内的所述深冷气体进行热量交换，使所述深冷气体的温度升高。

4.根据权利要求1所述的能源站，其特征在于，所述制冷机、所述深冷储罐和所述制冷机依次连通形成制冷回路，所述深冷储罐能够通过所述制冷回路为所述制冷机提供冷量。

5.根据权利要求1所述的能源站，其特征在于，所述深冷储罐与所述气液分离器连通，所述深冷储罐内的所述余冷气体经过所述气液分离器进行气液分离后通过所述气体通路流回所述空气压缩机进行重新压缩。

6.根据权利要求1所述的能源站，其特征在于，还包括光伏光电发电装置，所述光伏光电发电装置与所述供电电路电连接，所述光伏光电发电装置能够为所述供电电路提供电能。

7.根据权利要求1所述的能源站，其特征在于，还包括过滤箱，所述过滤箱设置在所述空气压缩机的进风口处，所述过滤箱能够过滤进入所述空气压缩机的空气。

8.根据权利要求1所述的能源站，其特征在于，还包括第一房间，所述第一房间设置有供冷设备，所述气体通路上设置用户端换热器，与所述供冷设备连接有用于第一介质循环的供冷回路，所述供冷回路经过所述用户端换热器，所述第一介质能够在所述用户端换热器内与所述低温气体进行热量交换并通过所述供冷设备为所述第一房间供冷，所述供冷回路上设置有第一水泵。

9.根据权利要求3所述的能源站，其特征在于，还包括第二房间和用户端加热器，所述第二房间设置有供暖设备，与所述供暖设备连接有用于第二介质循环的供暖回路，所述供暖回路经过所述用户端加热器，所述供电电路与所述热交换器和所述用户端加热器均电连接，所述风力发电装置所产生的电能能够通过所述热交换器提升所述深冷气体的温度，所述风力发电装置所产生的电能能够通过所述用户端加热器加热所述供暖回路中的所述第二介质，进而通过所述供暖设备为所述第二房间供暖，所述供暖回路上设置有第二水泵。

10.根据权利要求1所述的能源站，其特征在于，所述液化空气储罐与所述蒸发器之间设置有深冷泵。