CN215672382U - 液态空气储能发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型的实施例提供了一种液态空气储能发电系统，包括：液态空气储能单元、液态空气释能单元、膨胀发电单元和分子筛吸附塔自动再生单元。液态空气储能单元包括分子筛吸附塔。分子筛吸附塔自动再生单元连接于膨胀发电单元和分子筛吸附塔之间，以使用膨胀发电单元的排气进行分子筛吸附塔的再生流程。通过这种结构设置，在液态空气储能过程中，分子筛吸附塔可以进行吸附工作；在液态空气释能膨胀发电过程中，分子筛吸附塔能够利用膨胀发电单元的排气进行冷吹和热吹流程。由此，该系统能够充分利用液态空气释能膨胀发电过程中的冷热能来完成分子筛吸附塔的自动再生过程，提高了系统的经济性和能量利用效率。

Description

液态空气储能发电系统

技术领域

本实用新型涉及液态空气储能技术领域，尤其涉及一种液态空气储能发电系统。

背景技术

在液态空气储能系统中，由于水蒸气和二氧化碳在空气冷却过程中会冻结析出，将堵塞换热器流道，致使换热器无法生产；乙炔在冷箱中聚集会导致爆炸事故的发生。因此，空气在进入冷箱液化前需要先利用分子筛纯化系统除去其所含有的水蒸汽、二氧化碳、乙炔等。

传统的分子筛纯化系统需要在进气前配置制冷机组，以预冷进入分子筛纯化系统的空气，增大分子筛的吸附能力；分子筛再生时，也需要额外的配置电加热器，以加热再生气，尽可能多的带走杂质气体。在吸附和再生过程，均需要增加额外的设备和能耗，系统的运行效率较低且经济性较差。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型提供了一种液态空气储能发电系统。

本实用新型提供了一种液态空气储能发电系统，包括：液态空气储能单元、液态空气释能单元、膨胀发电单元和分子筛吸附塔自动再生单元。

其中，所述液态空气储能单元与所述液态空气释能单元连接。所述液态空气释能单元与所述膨胀发电单元连接，以使用液态空气进行膨胀发电。

其中，所述液态空气储能单元包括分子筛吸附塔。所述分子筛吸附塔自动再生单元连接于所述膨胀发电单元和所述分子筛吸附塔之间，以使用所述膨胀发电单元的排气进行所述分子筛吸附塔的再生流程。

根据本实用新型提供的一种液态空气储能发电系统，所述液态空气储能单元还包括一级空气压缩机组、预冷器、二级空气压缩机组、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。所述预冷器包括第一换热侧。所述压缩热存储利用装置包括第二换热侧。所述蓄冷器包括第三换热侧。

其中，所述一级空气压缩机组的出口与所述预冷器的第一换热侧的入口连接。所述第一换热侧的出口与所述分子筛吸附塔的入口连接。所述分子筛吸附塔的出口与所述二级空气压缩机组的入口连接。所述二级空气压缩机组的出口与所述压缩热存储利用装置的第二换热侧的入口连接。所述第二换热侧的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一种液态空气储能发电系统，所述蓄冷器还包括第四换热侧。所述预冷器还包括第五换热侧。

其中，所述气液分离器的气相空气出口与所述蓄冷器的第四换热侧的入口连接。所述第四换热侧的出口与所述预冷器的第五换热侧的入口连接。所述第五换热侧的出口与所述二级空气压缩机组的入口连接。

根据本实用新型提供的一种液态空气储能发电系统，所述液态空气释能单元包括低温泵。所述蓄冷器还包括第六换热侧。所述压缩热存储利用装置还包括第七换热侧。

其中，所述低温储罐的出口与所述低温泵的入口连接。所述低温泵的出口与所述蓄冷器的第六换热侧的入口连接。所述第六换热侧的出口与所述压缩热存储利用装置的第七换热侧的入口连接。所述第七换热侧的出口与所述膨胀发电单元连接。

根据本实用新型提供的一种液态空气储能发电系统，所述膨胀发电单元包括空气透平机组和发电机。

其中，所述压缩热存储利用装置的第七换热侧的出口通过释能发电管路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。

根据本实用新型提供的一种液态空气储能发电系统，所述释能发电管路上设有第一流量控制阀。

根据本实用新型提供的一种液态空气储能发电系统，所述分子筛吸附塔自动再生单元包括热吹支管。所述空气透平机组的排气口处连接有排气总管。所述压缩热存储利用装置还包括第八换热侧。所述第八换热侧的入口通过所述热吹支管与所述排气总管连接。所述热吹支管上设有第二流量控制阀。所述第八换热侧的出口与分子筛吸附塔连接，以进行热吹流程。

根据本实用新型提供的一种液态空气储能发电系统，所述分子筛吸附塔自动再生单元还包括冷吹支管。所述分子筛吸附塔通过所述冷吹支管与所述排气总管连接，以进行冷吹流程。所述冷吹支管上设有第三流量控制阀。

根据本实用新型提供的一种液态空气储能发电系统，所述液态空气储能单元还包括电动机。所述电动机与所述一级空气压缩机组和所述二级空气压缩机组连接，以驱动所述一级空气压缩机组和所述二级空气压缩机组运行。

根据本实用新型提供的一种液态空气储能发电系统，所述液态空气储能单元还包括空气净化装置，所述空气净化装置的出口与所述一级空气压缩机组的入口连接。

在本实用新型提供的液态空气储能发电系统中，所述液态空气储能单元与所述液态空气释能单元连接。所述液态空气释能单元与所述膨胀发电单元连接，以使用液态空气进行膨胀发电。所述液态空气储能单元包括分子筛吸附塔。所述分子筛吸附塔自动再生单元连接于所述膨胀发电单元和所述分子筛吸附塔之间，以使用所述膨胀发电单元的排气进行所述分子筛吸附塔的再生流程。

通过这种结构设置，在液态空气储能过程中，分子筛吸附塔可以进行吸附工作；在液态空气释能膨胀发电过程中，分子筛吸附塔能够利用膨胀发电单元的排气进行冷吹和热吹流程。由此，该系统能够充分利用液态空气释能膨胀发电过程中的冷热能来完成分子筛吸附塔的自动再生过程，提高了系统的经济性和能量利用效率。

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液态空气储能发电系统的系统原理图；

附图标记：

1：空气净化装置； 2：一级空气压缩机组；

3：预冷器； 4：分子筛吸附塔；

5：二级空气压缩机组； 6：压缩热存储利用装置；

7：蓄冷器； 8：节流元件；

9：气液分离器； 10：低温储罐；

11：低温泵； 12：第一流量控制阀；

13：空气透平机组； 14：第二流量控制阀；

15：第三流量控制阀； 16：释能发电管路；

17：热吹支管； 18：排气总管；

19：冷吹支管； 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；

H6：第六换热侧； H7：第七换热侧；

H8：第八换热侧； 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液态空气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。

本实用新型提供了一种液态空气储能发电系统。如图1所示，该液态空气储能发电系统包括：液态空气储能单元、液态空气释能单元、膨胀发电单元和分子筛吸附塔自动再生单元。

其中，液态空气储能单元与液态空气释能单元连接。液态空气释能单元与膨胀发电单元连接，以使用液态空气进行膨胀发电。

其中，液态空气储能单元包括分子筛吸附塔4。分子筛吸附塔自动再生单元连接于膨胀发电单元和分子筛吸附塔4之间，以使用膨胀发电单元的排气进行分子筛吸附塔4的再生流程。

通过这种结构设置，在液态空气储能过程中，分子筛吸附塔4可以进行吸附工作；在液态空气释能膨胀发电过程中，分子筛吸附塔4能够利用膨胀发电单元的排气进行冷吹和热吹流程。由此，该系统能够充分利用液态空气释能膨胀发电过程中的冷热能来完成分子筛吸附塔4的自动再生过程，提高了系统的经济性和能量利用效率。

在本实用新型的一个实施例中，液态空气储能单元还包括一级空气压缩机组2、预冷器3、二级空气压缩机组5、压缩热存储利用装置6、蓄冷器7、节流元件8、气液分离器9和低温储罐10。预冷器3包括第一换热侧H1。压缩热存储利用装置6包括第二换热侧H2。蓄冷器7包括第三换热侧H3。

其中，一级空气压缩机组2的出口与预冷器3的第一换热侧H1的入口连接。第一换热侧H1的出口与分子筛吸附塔4的入口连接。分子筛吸附塔4的出口与二级空气压缩机组5的入口连接。二级空气压缩机组5的出口与压缩热存储利用装置6的第二换热侧H2的入口连接。第二换热侧H2的出口与蓄冷器7的第三换热侧H3的入口连接。第三换热侧H3的出口与节流元件8的入口连接。节流元件8的出口与气液分离器9的入口连接。气液分离器9的液态空气出口与低温储罐10的入口连接。

在本实用新型的一个实施例中，液态空气储能单元还包括电动机M。电动机M与一级空气压缩机组2和二级空气压缩机组5连接，以驱动一级空气压缩机组2和二级空气压缩机组5运行。

进一步，在本实用新型的又一实施例中，液态空气储能单元还包括空气净化装置1。空气净化装置1的出口与一级空气压缩机组2的入口连接。

具体地，在液态空气储能过程中，电动机M驱动一级空气压缩机组2和二级空气压缩机组5运行。常温常压状态的空气经空气净化装置1净化后被一级空气压缩机组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的入口进入预冷器3内。被预冷器3冷却后的空气由第一换热侧H1的出口进入分子筛吸附塔4内进行吸附流程。经分子筛吸附塔4吸附后的空气进入二级空气压缩机组5内继续增压。经二级空气压缩机组5增压后的空气由第二换热侧H2的入口进入压缩热存储利用装置6内，将压缩热存储至压缩热存储利用装置6内并被冷却至常温。常温高压状态的空气由第二换热侧H2的出口和第三换热侧H3的入口进入蓄冷器7内，吸收蓄冷介质中的冷能并降温至低温状态。低温高压状态的空气由第三换热侧H3的出口进入节流元件8内，经节流元件8的降压膨胀作用后产生气液两相空气，并进入气液分离器9内。其中，液态空气由气液分离器9的液态空气出口流动并存储至低温储罐10内。由此，完成液态空气的储能过程。

此处应当说明的是，对于空气净化装置1的类型，本实用新型不作任何限定。例如，上述空气净化装置1包括自洁式过滤器。

一级空气压缩机组2和二级空气压缩机组5的形式可以为活塞式、螺杆式或离心式等结构。且一级空气压缩机组2和二级空气压缩机组5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、并联或集成为相应的空气压缩机组。

预冷器3可以为管壳式结构、板翅式结构、绕管式结构等中的一种或几种组合，也可以为空冷塔。

压缩热存储利用装置6可以为填充床式蓄热器，也可以为热水循环或导热油循环系统。

蓄冷器7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。蓄冷器7可以设为一级或多级。

节流元件8包括但是不限于低温膨胀机，且低温膨胀机包括但是不限于带液膨胀机或纯液体膨胀机。

低温储罐10可以为杜瓦罐或低温储槽。

在本实用新型的一个实施例中，蓄冷器7还包括第四换热侧H4。预冷器3还包括第五换热侧H5。

其中，气液分离器9的气相空气出口与蓄冷器7的第四换热侧H4的入口连接。第四换热侧H4的出口与预冷器3的第五换热侧H5的入口连接。第五换热侧H5的出口与二级空气压缩机组5的入口连接。

结合上述实施例来说，经气液分离器9分离后的气相空气，由气液分离器9的气相空气出口和第四换热侧H4的入口反流至蓄冷器7内为蓄冷器7提供冷量后，由第四换热侧H4的出口和第五换热侧H5的入口进入预冷器3内冷却由一级空气压缩机组2进入预冷器3内的空气并升温，升温后的空气汇入二级空气压缩机组5内被重新压缩利用。

在本实用新型的一个实施例中，液态空气释能单元包括低温泵11。蓄冷器7还包括第六换热侧H6。压缩热存储利用装置6还包括第七换热侧H7。

其中，低温储罐10的出口与低温泵11的入口连接。低温泵11的出口与蓄冷器7的第六换热侧H6的入口连接。第六换热侧H6的出口与压缩热存储利用装置6的第七换热侧H7的入口连接。第七换热侧H7的出口与膨胀发电单元连接。

进一步，在本实用新型的一个实施例中，膨胀发电单元包括空气透平机组13和发电机G。

其中，压缩热存储利用装置6的第七换热侧H7的出口通过释能发电管路16与空气透平机组13的进气口连接。空气透平机组13与发电机G连接。

更进一步，在本实用新型的一个实施例中，释能发电管路16上设有第一流量控制阀12。

具体来讲，在液态空气释能发电过程中，低温储罐10中的液态空气经低温泵11增压后由第六换热侧H6的入口进入蓄冷器7内，并将冷量存储至蓄冷介质内后复温气化。复温后的空气由第六换热侧H6的出口和第七换热侧H7的入口进入压缩热存储利用装置6内进行预热。被压缩热存储利用装置6预热后的空气由第七换热侧H7的出口经释能发电管路16进入空气透平机组13内做功，并进一步驱动发电机G发电。同时，释能发电管路16上的第一流量控制阀12能够控制进入空气透平机组13内的空气流量。

此处应当说明的是，低温泵11的结构形式可以为活塞式或离心式等。空气透平机组13的结构形式可以为径流式、轴流式或径轴流式等。且空气透平机组13可以包括一台或多台空气透平机。多台空气透平机串联、并联或集成为空气透平机组13。

在本实用新型的一个实施例中，分子筛吸附塔自动再生单元包括热吹支管17。空气透平机组13的排气口处连接有排气总管18。压缩热存储利用装置6还包括第八换热侧H8。第八换热侧H8的入口通过热吹支管17与排气总管18连接。热吹支管17上设有第二流量控制阀14。第八换热侧H8的出口与分子筛吸附塔4连接，以进行热吹流程。

在分子筛吸附塔4的热吹流程中，打开第二流量控制阀14，空气透平机组13的干燥洁净的排气经排气总管18和热吹支管17由第八换热侧H8的入口进入压缩热存储利用装置6内预热后，由第八换热侧H8的出口进入分子筛吸附塔4内进行热吹流程。

在本实用新型的一个实施例中，分子筛吸附塔自动再生单元还包括冷吹支管19。分子筛吸附塔4通过冷吹支管19与排气总管18连接，以进行冷吹流程。冷吹支管19上设有第三流量控制阀15。

待分子筛吸附塔4完成热吹流程并达到脱附标准后，打开第三流量控制阀15并关闭第二流量控制阀14，以进行分子筛吸附塔4的冷吹流程。空气透平机组13的干燥洁净的排气经排气总管18和冷吹支管19进入分子筛吸附塔4内进行冷吹流程。由此，完成分子筛吸附塔4的自动再生流程。

根据以上描述的实施例可知，该液态空气储能发电系统能够实现在液态空气储能过程中，使分子筛吸附塔4进行吸附工作；在液态空气释能发电过程中，利用空气透平机组13的排气进行分子筛吸附塔4的冷吹和热吹流程。由此，使得分子筛吸附塔4能够进行循环连续进行吸附和再生流程。

此处应当说明的是，第一流量控制阀12、第二流量控制阀14和第三流量控制阀15包括但是不限于气动、电动或液态等驱动形式。

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)

1.一种液态空气储能发电系统，其特征在于，包括：液态空气储能单元、液态空气释能单元、膨胀发电单元和分子筛吸附塔自动再生单元，

其中，所述液态空气储能单元与所述液态空气释能单元连接，所述液态空气释能单元与所述膨胀发电单元连接，以使用液态空气进行膨胀发电，

其中，所述液态空气储能单元包括分子筛吸附塔(4)，所述分子筛吸附塔自动再生单元连接于所述膨胀发电单元和所述分子筛吸附塔(4)之间，以使用所述膨胀发电单元的排气进行所述分子筛吸附塔(4)的再生流程。

2.根据权利要求1所述的液态空气储能发电系统，其特征在于，所述液态空气储能单元还包括一级空气压缩机组(2)、预冷器(3)、二级空气压缩机组(5)、压缩热存储利用装置(6)、蓄冷器(7)、节流元件(8)、气液分离器(9)和低温储罐(10)，所述预冷器(3)包括第一换热侧(H1)，所述压缩热存储利用装置(6)包括第二换热侧(H2)，所述蓄冷器(7)包括第三换热侧(H3)，

其中，所述一级空气压缩机组(2)的出口与所述预冷器(3)的第一换热侧(H1)的入口连接，所述第一换热侧(H1)的出口与所述分子筛吸附塔(4)的入口连接，所述分子筛吸附塔(4)的出口与所述二级空气压缩机组(5)的入口连接，所述二级空气压缩机组(5)的出口与所述压缩热存储利用装置(6)的第二换热侧(H2)的入口连接，所述第二换热侧(H2)的出口与所述蓄冷器(7)的第三换热侧(H3)的入口连接，所述第三换热侧(H3)的出口与所述节流元件(8)的入口连接，所述节流元件(8)的出口与所述气液分离器(9)的入口连接，所述气液分离器(9)的液态空气出口与所述低温储罐(10)的入口连接。

3.根据权利要求2所述的液态空气储能发电系统，其特征在于，所述蓄冷器(7)还包括第四换热侧(H4)，所述预冷器(3)还包括第五换热侧(H5)，

其中，所述气液分离器(9)的气相空气出口与所述蓄冷器(7)的第四换热侧(H4)的入口连接，所述第四换热侧(H4)的出口与所述预冷器(3)的第五换热侧(H5)的入口连接，所述第五换热侧(H5)的出口与所述二级空气压缩机组(5)的入口连接。

4.根据权利要求2所述的液态空气储能发电系统，其特征在于，所述液态空气释能单元包括低温泵(11)，所述蓄冷器(7)还包括第六换热侧(H6)，所述压缩热存储利用装置(6)还包括第七换热侧(H7)，

其中，所述低温储罐(10)的出口与所述低温泵(11)的入口连接，所述低温泵(11)的出口与所述蓄冷器(7)的第六换热侧(H6)的入口连接，所述第六换热侧(H6)的出口与所述压缩热存储利用装置(6)的第七换热侧(H7)的入口连接，所述第七换热侧(H7)的出口与所述膨胀发电单元连接。

5.根据权利要求4所述的液态空气储能发电系统，其特征在于，所述膨胀发电单元包括空气透平机组(13)和发电机(G)，

其中，所述压缩热存储利用装置(6)的第七换热侧(H7)的出口通过释能发电管路(16)与所述空气透平机组(13)的进气口连接，所述空气透平机组(13)与所述发电机(G)连接。

6.根据权利要求5所述的液态空气储能发电系统，其特征在于，所述释能发电管路(16)上设有第一流量控制阀(12)。

7.根据权利要求5所述的液态空气储能发电系统，其特征在于，所述分子筛吸附塔自动再生单元包括热吹支管(17)，所述空气透平机组(13)的排气口处连接有排气总管(18)，所述压缩热存储利用装置(6)还包括第八换热侧(H8)，所述第八换热侧(H8)的入口通过所述热吹支管(17)与所述排气总管(18)连接，所述热吹支管(17)上设有第二流量控制阀(14)，所述第八换热侧(H8)的出口与分子筛吸附塔(4)连接，以进行热吹流程。

8.根据权利要求7所述的液态空气储能发电系统，其特征在于，所述分子筛吸附塔自动再生单元还包括冷吹支管(19)，所述分子筛吸附塔(4)通过所述冷吹支管(19)与所述排气总管(18)连接，以进行冷吹流程，所述冷吹支管(19)上设有第三流量控制阀(15)。

9.根据权利要求2所述的液态空气储能发电系统，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)与所述一级空气压缩机组(2)和所述二级空气压缩机组(5)连接，以驱动所述一级空气压缩机组(2)和所述二级空气压缩机组(5)运行。

10.根据权利要求2所述的液态空气储能发电系统，其特征在于，所述液态空气储能单元还包括空气净化装置(1)，所述空气净化装置(1)的出口与所述一级空气压缩机组(2)的入口连接。

Images