CN217737678U - 一种耦合lng冷能及orc的液化空气储能系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种耦合LNG冷能及ORC的液化空气储能系统，包括储能单元、释能单元和ORC单元。储能单元包括多股物流换热器、压缩机组、丙烷储罐和液态空气储罐。释能单元包括低温泵、海水加热器和膨胀机组。ORC单元与储能单元相连以利用LNG低品位的冷能。在用电低谷期，LNG和液态丙烷的冷能共同液化压缩空气，存储能量。在用电高峰期，液态空气释能发电，丙烷回收LNG的冷能。与传统的液化空气储能系统相比，本实用新型能够将LNG全天候连续释放的冷能进行存储，且LNG冷能降低了储能单元的能耗，提高了储能系统的效率。LNG高品位的冷能用于液化空气或者液化丙烷，低品位的冷能用于ORC发电，冷能的梯级利用提高了能源利用率。
Description
技术领域
本实用新型涉及能量储存技术领域，尤其涉及一种耦合LNG冷能及ORC的液化空气储能系统。
背景技术
以太阳能和风能为主的可再生能源具有波动性、间歇性的特点，且用户的用电需求同样是波动的，这给电网的正常运行造成了极大的冲击，因此需要储能技术对能量进行存储，以平衡能源需求。
液化空气储能技术不受严格地理限制、运行寿命长、能量密度大，近年来备受关注。但这项技术最大的劣势是无冷源来降低压缩机的功耗，压缩机需要消耗大量的电能来液化空气，故它的循环效率较低(40～70％)。因此，可以尝试将合适的冷源引入液化空气储能系统，降低压缩机进口空气的温度，从而减少压缩机的功耗，提升储能系统的循环效率。
2020年我国LNG进口量已超过6000万吨，在用户接收终端，LNG必须气化至常温后才能使用。每千克LNG从进口温度升至常温会释放出约830kJ的冷能。如果冷能被合理回收利用，将会带来极大的经济效益和环境效益。
目前研究最多、应用最广泛的LNG冷能利用方式是发电。虽然发电是一种从LNG中回收冷能的有效途径，但LNG冷能直接用来发电，发电量较小、冷能利用率较低。因此，可以对LNG连续释放的冷能进行储存，再根据用户的电力需求灵活释能发电，这样可以有效的应对能源电网的负荷波动。
综上所述，鉴于传统的液化空气储能技术循环效率低、LNG冷能直接发电功率较小的问题，有必要提供一种循环效率较高、可以连续的储存LNG冷能、灵活的释放能量的新型储能系统，以应对电网负荷波动。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种耦合LNG冷能及ORC的液化空气储能系统，包括液化空气储能单元、液态空气释能单元和ORC单元；
所述的液化空气储能单元包括依次连接的换热器一、换热器二、换热器三、换热器四；压缩机一设置在换热器一与换热器二的空气管路之间，压缩机二设置在换热器二与换热器三空气管路之间，压缩机三设置在换热器三与换热器三空气管路之间；所述的压缩机一、压缩机二、压缩机三分别与电机连接；换热器四空气管路出口与液态空气储罐连接；
所述的液态空气释能单元包括低温泵，低温泵输入口与液态空气储罐连接，低温泵的输出口与海水加热器一连接，海水加热器一、空气膨胀机组一、海水加热器二、空气膨胀机组二、海水加热器三、空气膨胀机组三、海水加热器四、空气膨胀机组四依次连接；空气膨胀机组一、空气膨胀机组二、空气膨胀机组三、空气膨胀机组四分别与发电机一连接；
所述的ORC单元包括换热器五、工质泵、气化器、工质蒸发器和工质膨胀机；换热器五的LNG管路入口与换热器一的LNG管路出口连接，换热器五的LNG管路出口与气化器连接，换热器五的丙烷管路一端与工质泵的入口连接，工质泵的出口与工质蒸发器的入口连接，工质蒸发器的出口与工质膨胀机的入口连接，工质膨胀机的出口与换热器五的丙烷管路另一端连接。
优选的，所述的换热器一、换热器二、换热器三、换热器四均包括空气管路、丙烷管路、 LNG管路，各管路依次对应连接。
优选的，所述的液化空气储能单元还包括丙烷冷储罐、丙烷热储罐，丙烷冷储罐的出口与换热器四的丙烷管路的入口连接，换热器一的丙烷管路出口与丙烷热储罐连接。
优选的，所述的ORC单元还包括发电机二，所述的发电机二与所述的工质膨胀机连接。
优选的，所述的液化空气储能单元还包括LNG泵，LNG泵出口与换热器四LNG管路入口连接。
优选的，所述的LNG泵出口LNG压力为3.0Mpa～10Mpa。
优选的，所述的低温泵出口液态空气压力为3.5Mpa～21Mpa。
本实用新型的有益效果是：本实用新型提供了一种耦合LNG冷能及ORC的液化空气储能系统，它将LNG全天候连续释放的冷能和储能系统进行结合，在不同时间段的两种运行模式(储能模式和释能模式)可以有效应对电网的负荷波动。引入LNG冷能来降低常规液化空气储能系统的功耗，提高储能系统的循环效率；使用两个丙烷储罐作为中间存储器，无论用电高峰期还是用电低谷期，都能够回收存储LNG冷能；引入ORC单元，回收LNG低品位的冷能，提高能量利用率，输出电能提升系统整体效率。
附图说明
图1为一种耦合LNG冷能及ORC的液化空气储能系统；
图2为本实用新型的耦合LNG冷能及ORC的液化空气储能系统释能过程示意图；
图中各标号为：1-空气过滤装置，2-换热器一，3-换热器二，4-换热器三，5-换热器四， 6-空气压缩机一，7-空气压缩机二，8-空气压缩机三，9-电动机，10-液态空气，11-液态空气储罐，12-液态空气，13-低温泵，14-高压液态空气，15-海水加热器一，16海水加热器二，17 海水加热器三，18海水加热器四，19-空气膨胀机一，20-空气膨胀机二，21-空气膨胀机三， 22-空气膨胀机四，23-发电机一，24-丙烷冷储罐，25-丙烷热储罐，26-LNG泵，27-高压LNG， 28-低温天然气，29-换热器五，30-低温天然气，31-气化器(海水加热器)，32-ORC工质泵，33-工质蒸发器，34-工质膨胀机，35-发电机二。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。
为了使本实用新型的目的，技术方案及优点更加清楚明白，结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述
如图1所示，一种耦合LNG冷能及ORC的液化空气储能系统，包括液化空气储能单元、液态空气释能单元和ORC单元；
所述的液化空气储能单元包括依次连接的换热器一2、换热器二3、换热器三4、换热器四5；压缩机一6设置在换热器一2与换热器二3的空气管路之间，压缩机二7设置在换热器二3与换热器三4空气管路之间，压缩机三8设置在换热器三4与换热器三4空气管路之间；所述的压缩机一6、压缩机二7、压缩机三8分别与电机9连接；换热器四5空气管路出口与液态空气储罐11连接；
所述的液态空气释能单元包括低温泵13，低温泵13输入口与液态空气储罐11连接，低温泵13的输出口与海水加热器一15连接，海水加热器一15、空气膨胀机组一19、海水加热器二16、空气膨胀机组二20、海水加热器三17、空气膨胀机组三21、海水加热器四18、空气膨胀机组四22依次连接；空气膨胀机组一19、空气膨胀机组二20、空气膨胀机组三21、空气膨胀机组四22分别与发电机一23连接；
所述的ORC单元包括换热器五29、工质泵32、气化器31、工质蒸发器33和工质膨胀机34；换热器五29的LNG管路入口与换热器一2的LNG管路出口连接，换热器五29的 LNG管路出口与气化器31连接，换热器五29的丙烷管路一端与工质泵32的入口连接，工质泵32的出口与工质蒸发器33的入口连接，工质蒸发器33的出口与工质膨胀机34的入口连接，工质膨胀机34的出口与换热器五29的丙烷管路另一端连接。
所述的换热器一2、换热器二3、换热器三4、换热器四5均包括空气管路、丙烷管路、LNG管路，各换热器对应管路依次对应连接。
所述的液化空气储能单元还包括丙烷冷储罐24、丙烷热储罐25，丙烷冷储罐24的出口与换热器四5的丙烷管路的入口连接，换热器一2的丙烷管路出口与丙烷热储罐25连接。
所述的ORC单元还包括发电机二35，所述的发电机二35与所述的工质膨胀机34连接。
所述的液化空气储能单元还包括LNG泵26，LNG泵26出口与换热器四5LNG管路入口连接。
所述的LNG泵(26)出口LNG压力为3.0Mpa～10Mpa。所述的低温泵13出口液态空气压力为3.5Mpa～21Mpa。
具体的，本实用新型的一种耦合LNG冷能及ORC的液化空气储能系统，工作原理如下：
它在用电低谷期，系统利用电网富余的电能驱动空气压缩机组，空气经带有级间冷却的三级压缩过程升压，同时LNG和液态丙烷依次经过4个换热器回收压缩热，使压缩空气液化，此时的空气经过一系列压缩冷却后，以高压低温的状态储存于液态空气储罐11中。从换热器 2排出的低温天然气进入换热器29与有机朗肯循环工质ORC进行换热，再次升温的低温天然气进入气化器31加热至常温，流出系统。在用电高峰期，系统运行释能模式。高压液态空气进入空气膨胀机组做功。另外，LNG气化释放的高品位冷能则经过4个流换热器被丙烷回收存储，从换热器2排出的低温天然气流向与储能模式相同，先经换热器29换热升温，再经气化器升至常温，流出系统。
其中，所述ORC为以丙烷为工质的有机朗肯循环，用以回收冷能并输出电能。
系统还包括液化天然气泵26，常压LNG经所述液化天然气泵输出压力为7.5MPa，并进入所述多股物流换热器。
系统还包括发电机，与所述对膨胀机相连，用于在所述膨胀机做功时带动发电机发电。其中图1和图2中的G为发电机。
系统还包括电动机，与所述对压缩机相连，用于在所述利用电能带动压缩机做功。其中图1和图2中的M为发电机。
空气膨胀机组包括四级串联的空气膨胀机组，每一级空气膨胀机入口均连接有空气膨胀再热器。
ORC系统和空气膨胀机组的热源为海水，其可以是工厂废热或者太阳能。
系统还包括丙烷储罐系统，所述包括：丙烷热储罐24和丙烷冷储罐25，系统储能时丙烷冷罐中的低温丙烷，经多股物流换热器，与空气换热升温，最后储存在丙烷热罐中，系统释能时丙烷热罐中的高温丙烷反向流动，与LNG在多股物流换热器中换热，回收LNG的冷能。
系统还包括气化器31，经过所述ORC系统换热器后的低温天然气输入气化器，在气化器中，经海水换热后输出气态天然气。气化器直接与天然气用户相连通。
系统还包括空气过滤装置1，空压机组的空气入口处设置有空气过滤装置，用于去除杂质及液滴。
系统还包括自稳压装置，在液态空气从储罐排出过程中，液态空气储罐需打开自稳压装置，以维持内部压力恒定。
空气经所述四个多股物流换热器和压缩机组的降温加压，空气由最初的常温常压状态变为出口温度为-148℃，压力为3.5MPa的液态空气。
系统还包括液化空气升压泵13，液态空气储罐11出口的液态空气经液化空气升压泵加压至7MPa～21MPa，高压液态空气经海水加热器一15吸热升温后进入膨胀机19做功。
在本实用新型中，空气压缩机和多股物流换热器设置数量为3个和4个，其也可以根据实际需要设置为其他数量。
本实用新型提供一种耦合LNG冷能及ORC的液化空气储能系统，在空气压缩液化过程中引入LNG的冷量，降低了压缩机的功耗，提高了储能系统的循环效率，极大简化了蓄冷流程，提升了储能系统的实用性。
在LNG冷能释放过程中，引入ORC系统以回收LNG低品位的冷能，梯级利用冷能的方式，减少了能量损失，提高了冷能利用率。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种耦合LNG冷能及ORC的液化空气储能系统，其特征在于，包括液化空气储能单元、液态空气释能单元和ORC单元；
所述的液化空气储能单元包括依次连接的换热器一(2)、换热器二(3)、换热器三(4)、换热器四(5)；压缩机一(6)设置在换热器一(2)与换热器二(3)的空气管路之间，压缩机二(7)设置在换热器二(3)与换热器三(4)空气管路之间，压缩机三(8)设置在换热器三(4)与换热器四(5)空气管路之间；所述的压缩机一(6)、压缩机二(7)、压缩机三(8)分别与电机(9)连接；换热器四(5)空气管路出口与液态空气储罐(11)连接；
所述的液态空气释能单元包括低温泵(13)，低温泵(13)输入口与液态空气储罐(11)连接，低温泵(13)的输出口与海水加热器一(15)连接，海水加热器一(15)、空气膨胀机组一(19)、海水加热器二(16)、空气膨胀机组二(20)、海水加热器三(17)、空气膨胀机组三(21)、海水加热器四(18)、空气膨胀机组四(22)依次连接；空气膨胀机组一(19)、空气膨胀机组二(20)、空气膨胀机组三(21)、空气膨胀机组四(22)分别与发电机一(23)连接；
所述的ORC单元包括换热器五(29)、工质泵(32)、气化器(31)、工质蒸发器(33)和工质膨胀机(34)；换热器五(29)的LNG管路入口与换热器一(2)的LNG管路出口连接，换热器五(29)的LNG管路出口与气化器(31)连接，换热器五(29)的丙烷管路一端与工质泵(32)的入口连接，工质泵(32)的出口与工质蒸发器(33)的入口连接，工质蒸发器(33)的出口与工质膨胀机(34)的入口连接，工质膨胀机(34)的出口与换热器五(29)的丙烷管路另一端连接。
2.根据权利要求1所述的一种耦合LNG冷能及ORC的液化空气储能系统，其特征在于，所述的换热器一(2)、换热器二(3)、换热器三(4)、换热器四(5)均包括空气管路、丙烷管路、LNG管路，各换热器对应管路依次对应连接。
3.根据权利要求2所述的一种耦合LNG冷能及ORC的液化空气储能系统，其特征在于，所述的液化空气储能单元还包括丙烷冷储罐(24)、丙烷热储罐(25)，丙烷冷储罐(24)的出口与换热器四(5)的丙烷管路的入口连接，换热器一(2)的丙烷管路出口与丙烷热储罐(25)连接。
4.根据权利要求1所述的一种耦合LNG冷能及ORC的液化空气储能系统，其特征在于，所述的ORC单元还包括发电机二(35)，所述的发电机二(35)与所述的工质膨胀机(34)连接。
5.根据权利要求1所述的一种耦合LNG冷能及ORC的液化空气储能系统，其特征在于，所述的液化空气储能单元还包括LNG泵(26)，LNG泵(26)出口与换热器四(5)LNG管路入口连接。
6.根据权利要求5所述的一种耦合LNG冷能及ORC的液化空气储能系统，其特征在于，所述的LNG泵(26)出口LNG压力为3.0Mpa～10Mpa。
7.根据权利要求1所述的一种耦合LNG冷能及ORC的液化空气储能系统，其特征在于，所述的低温泵(13)出口液态空气压力为3.5Mpa～21Mpa。
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