CN215633352U - 氢气与液态空气的联合储能发电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的实施例提供了一种氢气与液态空气的联合储能发电系统。风力发电机组与变电站连接。变电站分别与氢气储能单元和液态空气储能单元连接。氢气储能单元和液态空气储能单元均与燃烧发电单元连接，以使氢气和液态空气能够在燃烧发电单元内燃烧发电。燃烧发电单元与变电站连接。变电站与电网连接，以向电网输电。通过这种结构设置，能够将液态空气储能技术和氢气储能技术有机结合。一方面，就地使用氢气能够解决氢气的存储和运输成本高的问题。另一方面，通过使氢气和液态空气燃烧发电能够成倍提升液态空气储能单元的释能功率。该联合储能发电系统能够产生极高的社会效益和经济效益。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种氢气与液态空气的联合储能发电系统。
背景技术
液态空气储能是一种有效的大规模长时绿色储能技术。然而，独立运行的液态空气储能电站的循环效率偏低，提高单位发电功率的初始投资成本大。氢能是另外一种新兴的清洁能源，可利用不稳定的可再生能源电解水生产氢气并存储，实现氢储能。但是，氢气的存储和输运成本极高，如不能就地使用，将大幅降低氢能利用的经济性。
实用新型内容
针对上述技术问题，本实用新型提供了一种氢气与液态空气的联合储能发电系统。
根据本实用新型提供了一种氢气与液态空气的联合储能发电系统，包括：风力发电机组、变电站、氢气储能单元、液态空气储能单元、燃烧发电单元和电网。
其中，所述风力发电机组与所述变电站连接。所述变电站分别与所述氢气储能单元和所述液态空气储能单元连接，以在所述风力发电机组的电力作用下，驱动所述氢气储能单元制造并存储氢气、且驱动所述液态空气储能单元存储液态空气。
其中，所述氢气储能单元和所述液态空气储能单元均与所述燃烧发电单元连接，以使所述氢气和所述液态空气能够在所述燃烧发电单元内燃烧发电。所述燃烧发电单元与所述变电站连接。所述变电站与所述电网连接，以向所述电网输电。
根据本实用新型提供的氢气与液态空气的联合储能发电系统，所述燃烧发电单元包括燃烧室、空气透平机组和发电机。
其中，所述氢气储能单元和所述液态空气储能单元均与所述燃烧室的入口连接，以将所述氢气和所述液态空气输送至所述燃烧室内。所述燃烧室的出口与所述空气透平机组的进气口连接。所述空气透平机组与所述发电机连接。所述发电机与所述变电站连接。
根据本实用新型提供的氢气与液态空气的联合储能发电系统，所述氢气储能单元包括水电解制氢装置、氢气压缩机组和高压氢储罐。
其中，所述水电解制氢装置与所述变电站连接。所述水电解制氢装置的氢气出口与所述氢气压缩机组的入口连接。所述氢气压缩机组的出口与所述高压氢储罐的入口连接。所述高压氢储罐的出口与所述燃烧室的入口之间连接氢气释能管路。
根据本实用新型提供的氢气与液态空气的联合储能发电系统，所述液态空气储能单元包括空气压缩机组、压缩热存储利用装置、蓄冷器、节流元件、气液分离器和低温储罐。所述压缩热存储利用装置包括第一换热侧，所述蓄冷器包括第二换热侧。
其中，所述空气压缩机组的出口与所述压缩热存储利用装置的第一换热侧的入口连接。所述第一换热侧的出口与所述蓄冷器的第二换热侧的入口连接。所述第二换热侧的出口与所述节流元件的入口连接。所述节流元件的出口与所述气液分离器的入口连接。所述气液分离器的液态空气出口与所述低温储罐的入口连接。
根据本实用新型提供的氢气与液态空气的联合储能发电系统，所述蓄冷器还包括第三换热侧。所述气液分离器的气相空气出口与所述蓄冷器的第三换热侧的入口连接。所述第三换热侧的出口与所述空气压缩机组的入口连接。
根据本实用新型提供的氢气与液态空气的联合储能发电系统，所述液态空气储能单元还包括低温泵。所述蓄冷器还包括第四换热侧。所述压缩热存储利用装置还包括第五换热侧。
其中，所述蓄冷器的第四换热侧的入口与所述低温储罐的出口之间连接有液态空气释能管路。所述低温泵安装于所述液态空气释能管路上。所述蓄冷器的第四换热侧的出口与所述压缩热存储利用装置的第五换热侧的入口连接。所述第五换热侧的出口与所述燃烧室的入口连接。
根据本实用新型提供的氢气与液态空气的联合储能发电系统，所述氢气释能管路上安装有氢气流量控制阀。
根据本实用新型提供的氢气与液态空气的联合储能发电系统，所述液态空气释能管路上安装有空气流量控制阀。
根据本实用新型提供的氢气与液态空气的联合储能发电系统，所述液态空气储能单元还包括空气净化器。所述空气净化器的出口与所述空气压缩机组的入口连接。
根据本实用新型提供的氢气与液态空气的联合储能发电系统，所述液态空气储能单元还包括电动机。所述电动机与所述变电站和所述空气压缩机组连接，以在所述风力发电机组的电力作用下，驱动所述空气压缩机组运行。
在本实用新型实施例提供的氢气与液态空气的联合储能发电系统中，所述风力发电机组与所述变电站连接。所述变电站分别与所述氢气储能单元和所述液态空气储能单元连接，以在所述风力发电机组的电力作用下，驱动所述氢气储能单元制造并存储氢气、且驱动所述液态空气储能单元存储液态空气。所述氢气储能单元和所述液态空气储能单元均与所述燃烧发电单元连接，以使所述氢气和所述液态空气能够在所述燃烧发电单元内燃烧发电。所述燃烧发电单元与所述变电站连接。所述变电站与所述电网连接，以向所述电网输电。
通过这种结构设置，能够将液态空气储能技术和氢气储能技术有机结合。一方面，就地使用氢气能够解决氢气的存储和运输成本高的问题。另一方面，通过使氢气和液态空气燃烧发电能够成倍提升液态空气储能单元的释能功率。该联合储能发电系统能够产生极高的社会效益和经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例提供的氢气与液态空气的联合储能发电系统的系统原理图；
附图标记：
1：空气净化器； 2：空气压缩机组；
3：压缩热存储利用装置； 4：蓄冷器；
5：节流元件； 6：气液分离器；
7：低温储罐； 8：低温泵；
9：空气流量控制阀； 10：燃烧室；
11：空气透平机组； 12：水电解制氢装置；
13：氢气压缩机组； 14：高压氢储罐；
15：氢气流量控制阀； 16：风力发电机组；
17：变电站； 18：电网；
19：氢气释能管路； 20：液态空气释能管路；
H1：第一换热侧； H2：第二换热侧；
H3：第三换热侧； H4：第四换热侧；
H5：第五换热侧； M：电动机；
G：发电机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。
在本实用新型实施例的描述中，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实用新型实施例和简化描述，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实用新型实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型实施例的描述中，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实用新型实施例中的具体含义。
在本实用新型实施例中，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实用新型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为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
下面结合图1对本实用新型提供的氢气与液态空气的联合储能发电系统进行描述。应当理解的是，以下所述仅是本实用新型的示意性实施方式，并不对本实用新型构成任何特别限定。
本实用新型的实施例提供了一种氢气与液态空气的联合储能发电系统。如图1所示，该联合储能发电系统包括：风力发电机组16、变电站17、氢气储能单元、液态空气储能单元、燃烧发电单元和电网18。
其中，风力发电机组16与变电站17连接。变电站17分别与氢气储能单元和液态空气储能单元连接，以在风力发电机组16的电力作用下，驱动氢气储能单元制造并存储氢气、且驱动液态空气储能单元存储液态空气。
其中，氢气储能单元和液态空气储能单元均与燃烧发电单元连接，以使氢气和液态空气能够在燃烧发电单元内燃烧发电。燃烧发电单元与变电站17连接，变电站17与电网18连接，以向电网18输电。
通过这种结构设置，风力发电机组16运转时发出的不稳定电力进入变电站17变电后，一部分用于驱动液态空气储能单元运行，另一部分用于驱动氢气储能单元运行。由此，该联合储能发电系统能够将液态空气储能技术和氢气储能技术有机结合。一方面，就地使用氢气能够解决氢气的存储和运输成本高的问题。另一方面，通过使氢气和液态空气燃烧发电能够成倍提升液态空气储能单元的释能功率。因此，该联合储能发电系统能够产生极高的社会效益和经济效益。
在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，燃烧发电单元包括燃烧室10、空气透平机组11和发电机G。
其中，氢气储能单元和液态空气储能单元均与燃烧室10的入口连接，以将氢气和液态空气输送至燃烧室10内。燃烧室10的出口与空气透平机组11的进气口连接。空气透平机组11与发电机G连接。发电机G与变电站17连接。
具体来说，由氢气储能单元释放的高压氢气和由液态空气储能单元释放的高压空气能够在燃烧室10内混合燃烧，并产生高温高压气体。高温高压气体由空气透平机组11的出口进入空气透平机组11内部做功，并驱动发电机G发电。发电机G所发的电力经变电站17升压后并入电网18。
此处应当说明的是，上述燃烧室10可以为单管燃烧室、联管燃烧室或环形燃烧室。空气透平机组11的结构形式可以为径流式、轴流式或径轴流式等结构。且空气透平机组11可以包括一台或多台空气透平机。多台空气透平机可以串联、并联或集成为空气透平机组11。
在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，氢气储能单元包括水电解制氢装置12、氢气压缩机组13和高压氢储罐14。
其中，水电解制氢装置12与变电站17连接。水电解制氢装置12的氢气出口与氢气压缩机组13的入口连接。氢气压缩机组13的出口与高压氢储罐14的入口连接。高压氢储罐14的出口与燃烧室10的入口之间连接氢气释能管路19。
在氢气储能过程中，风力发电机组16运转时发出的不稳定电力进入变电站17变电后，一部分用于驱动水电解制氢装置12运行并产生氢气。氢气被氢气压缩机组13压缩至高压状态。高压状态的氢气被输送并存储至高压氢储罐14内。在氢气存储单元释能时，高压氢气由高压氢储罐14的出口经氢气释能管路19被输送至燃烧室10内，并与来自液态空气存储单元的高压空气混合燃烧。
此处应当说明的是，氢气压缩机组13的结构形式可以为往复式、隔膜式或离心式等结构。且氢气压缩机组13可以包括一台或多台氢气压缩机。多台氢气压缩机可以串联、并联或集成为氢气压缩机组13。同时，高压氢储罐14包括但是不限于高压钢储罐或碳纤维储罐。氢气存储压力可以为1-5MPa。
在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，液态空气储能单元包括空气压缩机组2、压缩热存储利用装置3、蓄冷器4、节流元件5、气液分离器6和低温储罐7。压缩热存储利用装置3包括第一换热侧H1。蓄冷器4包括第二换热侧H2。
其中，空气压缩机组2的出口与压缩热存储利用装置3的第一换热侧H1的入口连接。第一换热侧H1的出口与蓄冷器4的第二换热侧H2的入口连接。第二换热侧H2的出口与节流元件5的入口连接。节流元件5的出口与气液分离器6的入口连接。气液分离器6的液态空气出口与低温储罐7的入口连接。
此处应当说明的是，空气压缩机组2的结构形式可以为活塞式、螺杆式或离心式等结构。且空气压缩机组2可以包括一台或多台空气压缩机。多台空气压缩机可以串联、并联或集成为空气压缩机组2。同时，每一级空气压缩机后均相应地配置有压缩热存储利用装置3。
同时，还应说明的是，压缩热存储利用装置3所存储的压缩热可以用于预热燃烧室10的进气，也可以用于生产生活热水，采暖用水或者用于驱动吸收式制冷机组供冷，如溴化锂机组或氨水机组。
蓄冷器4可采用液相(甲醇、丙烷和R123等)、固相(金属、岩石和玻璃等)或相变蓄冷材料等中的一种或多种。液态或气态的空气与蓄冷介质直接或间接接触换热。且蓄冷器4可为一级或多级。同时，多级蓄冷器4可以串联或并联，或者相互组合以形成相应的组合结构。
上述节流元件5包括但是不限于低温膨胀机或者节流阀。上述低温储罐7包括但是不限于杜瓦罐或者低温储槽。
进一步，在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，液态空气储能单元还包括空气净化器1。空气净化器1的出口与空气压缩机组2的入口连接。
此处应当说明的是，对于空气净化器1的具体类型，本实用新型不作任何具体限定。例如，空气净化器1包括自洁式过滤器。
在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，液态空气储能单元还包括电动机M。电动机M与变电站17和空气压缩机组2连接，以在风力发电机组16的电力作用下，驱动空气压缩机组2运行。
具体地，在液态空气储能过程中，风力发电机组16运转时发出的不稳定电力进入变电站17变电后，部分用于驱动电动机M工作进而带动空气压缩机组2运行。
常温常压状态的空气经空气净化器1除尘净化后被空气压缩机组2压缩至中温高压状态。中温高压状态的空气由第一换热侧H1的入口进入压缩热存储利用装置3内，以将中温压缩热存储至压缩热存储利用装置3内，同时，中温高压状态的空气被冷却至常温高压状态。常温高压状态的空气由第一换热侧H1的出口和第二换热侧H2的入口进入蓄冷器4内，并被蓄冷介质冷却至低温高压状态。低温高压状态的空气经节流元件5的降压膨胀作用后，产生气液两相空气并进入气液分离器6内。其中，液态空气经气液分离器6的液态空气出口存储至低温储罐7内。
在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，蓄冷器4还包括第三换热侧H3。气液分离器6的气相空气出口与蓄冷器4的第三换热侧H3的入口连接。第三换热侧H3的出口与空气压缩机组2的入口连接。
根据以上描述的实施例可知，经气液分离器6分离后的气相空气，由气相空气出口和第三换热侧H3的入口进入蓄冷器4内，并为蓄冷器4提供冷量。复温后的气相空气由第三换热侧H3的出口汇入空气压缩机组2内被重新压缩利用。
在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，液态空气储能单元还包括低温泵8。蓄冷器4还包括第四换热侧H4。压缩热存储利用装置3还包括第五换热侧H5。
其中，蓄冷器4的第四换热侧H4的入口与低温储罐7的出口之间连接有液态空气释能管路20。低温泵8安装于液态空气释能管路20上。蓄冷器4的第四换热侧H4的出口与压缩热存储利用装置3的第五换热侧H5的入口连接。第五换热侧H5的出口与燃烧室10的入口连接。
具体地，在液态空气释能过程中，低温储罐7中的液态空气经低温泵8增压后由液态空气释能管路20经第四换热侧H4的入口进入蓄冷器4内，并将冷量存储于蓄冷器4的蓄冷介质内。复温后的高压空气由第四换热侧H4的出口和第五换热侧H5的入口进入压缩热存储利用装置3内被加热后进入燃烧室10内与氢气混合燃烧，并产生高温高压的气体以驱动空气透平机组11旋转做功。进一步驱动发电机G发电并输送至变电站17升压后并入电网18。
此处应当说明的是，上述低温泵8可以为活塞式或离心式等结构。
在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，氢气释能管路19上安装有氢气流量控制阀15。
在本实用新型的又一实施例中，如图1所示，液态空气释能管路20上安装有空气流量控制阀9。
通过这种结构设置，通过调节氢气流量控制阀15和空气流量控制阀9，能够调节进入燃烧室10内的空气和氢气的流量，进而能够控制释能阶段液态空气储能单元的发电功率。
根据以上描述的实施例可知，风力发电机组16的不稳定电力通过变电站17变电作用变为稳定电能后被氢气储能单元和液态空气储能单元重新利用。通过将氢气储能单元和液态空气储能单元有机结合，使得氢气和空气能够在燃烧室10内燃烧，由此，大幅度提升了空气透平机组11的进气温度，进而提高了发电功率。同时，无需远距离存储和运输氢气，使得氢气被就地使用，极大减少了氢气的存储和运输成本。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种氢气与液态空气的联合储能发电系统，其特征在于，包括：风力发电机组(16)、变电站(17)、氢气储能单元、液态空气储能单元、燃烧发电单元和电网(18)，
其中，所述风力发电机组(16)与所述变电站(17)连接，所述变电站(17)分别与所述氢气储能单元和所述液态空气储能单元连接，以在所述风力发电机组(16)的电力作用下，驱动所述氢气储能单元制造并存储氢气、且驱动所述液态空气储能单元存储液态空气，
其中，所述氢气储能单元和所述液态空气储能单元均与所述燃烧发电单元连接，以使所述氢气和所述液态空气能够在所述燃烧发电单元内燃烧发电，所述燃烧发电单元与所述变电站(17)连接，所述变电站(17)与所述电网(18)连接，以向所述电网(18)输电。
2.根据权利要求1所述的氢气与液态空气的联合储能发电系统，其特征在于，所述燃烧发电单元包括燃烧室(10)、空气透平机组(11)和发电机(G)，
其中，所述氢气储能单元和所述液态空气储能单元均与所述燃烧室(10)的入口连接，以将所述氢气和所述液态空气输送至所述燃烧室(10)内，所述燃烧室(10)的出口与所述空气透平机组(11)的进气口连接，所述空气透平机组(11)与所述发电机(G)连接，所述发电机(G)与所述变电站(17)连接。
3.根据权利要求2所述的氢气与液态空气的联合储能发电系统，其特征在于，所述氢气储能单元包括水电解制氢装置(12)、氢气压缩机组(13)和高压氢储罐(14)，
其中，所述水电解制氢装置(12)与所述变电站(17)连接，所述水电解制氢装置(12)的氢气出口与所述氢气压缩机组(13)的入口连接，所述氢气压缩机组(13)的出口与所述高压氢储罐(14)的入口连接，所述高压氢储罐(14)的出口与所述燃烧室(10)的入口之间连接氢气释能管路(19)。
4.根据权利要求3所述的氢气与液态空气的联合储能发电系统，其特征在于，所述液态空气储能单元包括空气压缩机组(2)、压缩热存储利用装置(3)、蓄冷器(4)、节流元件(5)、气液分离器(6)和低温储罐(7)，所述压缩热存储利用装置(3)包括第一换热侧(H1)，所述蓄冷器(4)包括第二换热侧(H2)，
其中，所述空气压缩机组(2)的出口与所述压缩热存储利用装置(3)的第一换热侧(H1)的入口连接，所述第一换热侧(H1)的出口与所述蓄冷器(4)的第二换热侧(H2)的入口连接，所述第二换热侧(H2)的出口与所述节流元件(5)的入口连接，所述节流元件(5)的出口与所述气液分离器(6)的入口连接，所述气液分离器(6)的液态空气出口与所述低温储罐(7)的入口连接。
5.根据权利要求4所述的氢气与液态空气的联合储能发电系统，其特征在于，所述蓄冷器(4)还包括第三换热侧(H3)，所述气液分离器(6)的气相空气出口与所述蓄冷器(4)的第三换热侧(H3)的入口连接，所述第三换热侧(H3)的出口与所述空气压缩机组(2)的入口连接。
6.根据权利要求4所述的氢气与液态空气的联合储能发电系统，其特征在于，所述液态空气储能单元还包括低温泵(8)，所述蓄冷器(4)还包括第四换热侧(H4)，所述压缩热存储利用装置(3)还包括第五换热侧(H5)，
其中，所述蓄冷器(4)的第四换热侧(H4)的入口与所述低温储罐(7)的出口之间连接有液态空气释能管路(20)，所述低温泵(8)安装于所述液态空气释能管路(20)上，所述蓄冷器(4)的第四换热侧(H4)的出口与所述压缩热存储利用装置(3)的第五换热侧(H5)的入口连接，所述第五换热侧(H5)的出口与所述燃烧室(10)的入口连接。
7.根据权利要求3所述的氢气与液态空气的联合储能发电系统，其特征在于，所述氢气释能管路(19)上安装有氢气流量控制阀15。
8.根据权利要求6所述的氢气与液态空气的联合储能发电系统，其特征在于，所述液态空气释能管路(20)上安装有空气流量控制阀(9)。
9.根据权利要求4所述的氢气与液态空气的联合储能发电系统，其特征在于，所述液态空气储能单元还包括空气净化器(1)，所述空气净化器(1)的出口与所述空气压缩机组(2)的入口连接。
10.根据权利要求4所述的氢气与液态空气的联合储能发电系统，其特征在于，所述液态空气储能单元还包括电动机(M)，所述电动机(M)与所述变电站(17)和所述空气压缩机组(2)连接，以在所述风力发电机组(16)的电力作用下，驱动所述空气压缩机组(2)运行。
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|---|---|---|---|
| CN202121285541.5U CN215633352U (zh) | 2021-06-09 | 2021-06-09 | 氢气与液态空气的联合储能发电系统 |
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Cited By (1)
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| CN113294243A (zh) * | 2021-06-09 | 2021-08-24 | 中国科学院理化技术研究所 | 氢气与液态空气的联合储能发电系统 |
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