CN221258578U - 液态空气储能站 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及液态空气储能领域，提供一种液态空气储能站，其中，液态空气储能站，包括：储能回路，所述储能回路包括分子筛吸附塔，所述分子筛吸附塔用于对压缩后的液态空气进行纯化；释能回路，所述储能回路与所述释能回路连接，所述释能回路排放的热空气通过管道与所述分子筛吸附塔连接，用于给所述分子筛吸附塔提供脱附再生热源。用以解决现有技术中分子筛吸附塔脱附过程所需热量多，耗费大量的缺陷，本实用新型提供的液态空气储能站，通过将释能回路排放的热空气通过管道与储能回路的分子筛吸附塔连接，用于给分子筛吸附塔提供脱附再生热源，减少了分子筛吸附塔的脱附能耗，节约能源，提高储能电站电能存储和释放的电转化效率。

Description

液态空气储能站

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站。

背景技术

可再生能源将迎来爆发式增长，高占比可再生能源将对电网的稳定运行带来巨大冲击，其固有的间歇性和波动性亟需大规模储能技术来平抑。

液态空气储能是一种清洁、低碳、安全和长寿命的大规模长时储能技术，可实现在用电低谷时段将电能通过压缩机压缩成高压空气经水换热后进入冷箱冷却降温转换成液态空气，水冷却高压高温空气口被加热成高温热水存储在储罐内。在用电高峰时段利用液态空气通过低温离心泵加压送入冷箱复温成高压气态空气经压缩阶段存储高温热水加热后进入膨胀机膨胀发电。

在液态空气储能装置空气压缩过程中，需要通过分子筛吸附塔对进入冷箱的空气去除水分、CO2以及其他碳氢化合物，防止其在冷箱低温环境下凝固堵塞冷箱换热通道。分子筛吸附塔在吸附到一定阶段后，需要进行脱附再生，现有的大多分子筛吸附塔采用电加热氮气或干燥空气进行脱附，脱附过程所需热量多，耗费大量电能加热氮气或干燥空气，对与储能电站而言，造成大量电能浪费，严重影响储能电站储能电量和发电量之间的转化效率。

实用新型内容

本实用新型提供一种液态空气储能站，用以解决现有技术中分子筛吸附塔脱附过程所需热量多，耗费大量的缺陷，实现利用释能过程余热给分子筛吸附塔提供脱附热量，降低脱附所需的热量，减少电量浪费，提高储能电站储能电量和发电量之间的转化效率。

本实用新型提供一种液态空气储能站，包括：

储能回路，所述储能回路包括分子筛吸附塔，所述分子筛吸附塔用于对压缩后的液态空气进行纯化；

释能回路，所述释能回路排放的热空气通过管道与所述分子筛吸附塔连接，用于给所述分子筛吸附塔提供脱附再生热源。

根据本实用新型提供的液态空气储能站，还包括换热系统，所述换热系统包括冷却回路，所述冷却回路产生的热介质用于给所述释能回路排放的热空气加热。

根据本实用新型提供的液态空气储能站，换热系统还包括第一换热器，所述释能回路的热空气排放口与所述第一换热器连接，所述第一换热器与所述分子筛吸附塔连接；

所述冷却回路产生的热介质通过所述第一换热器给所述释能回路排放的热空气加热。

根据本实用新型提供的液态空气储能站，还包括送风机，所述送风机连接在所述释能回路的热空气排放口与所述第一换热器之间。

根据本实用新型提供的液态空气储能站，所述释能回路包括膨胀机组，所述膨胀机组与所述储能回路连接，所述膨胀机组包括膨胀机和预热器；

所述膨胀机与所述预热器连接，所述预热器与所述第一换热器连接。

根据本实用新型提供的液态空气储能站，所述储能回路还包括压缩机组，所述压缩机组包括压缩机和冷却器；

所述压缩机与所述冷却器连接，所述冷却器与所述冷却回路的储热罐连接，所述第一换热器与所述储热罐连接。

根据本实用新型提供的液态空气储能站，所述换热系统还包括加热回路，所述加热回路连接在所述预热器与所述冷却器之间。

根据本实用新型提供的液态空气储能站，所述储能回路还包括压缩机组，所述压缩机组包括一级压缩机、二级压缩机和三级压缩机；

所述一级压缩机与所述二级压缩机连接，所述二级压缩机与所述分子筛吸附塔连接，所述分子筛吸附塔与所述三级压缩机连接。

根据本实用新型提供的液态空气储能站，所述储能回路还包括冷箱，所述冷箱连接在所述压缩机组与所述膨胀机组之间。

根据本实用新型提供的液态空气储能站，所述加热回路包括空冷器和储冷罐，所述空冷器与所述预热器连接，所述储冷罐与所述空冷器连接，所述冷却器与所述储冷罐连接。

本实用新型提供的液态空气储能站，通过将释能回路排放的热空气通过管道与储能回路的分子筛吸附塔连接，用于给分子筛吸附塔提供脱附再生热源，减少了分子筛吸附塔的脱附能耗，节约能源，提高储能电站电能存储和释放的电转化效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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是本实用新型提供的液态空气储能站的系统图。

附图标记：

100：储能回路；101：一级压缩机；102：二级压缩机；103：三级压缩机；104：分子筛吸附塔；105：气液分离器；106：冷却器；110：送风机；200：释能回路；201：膨胀机；202：预热器；203：排放口；310：冷却回路；311：储热罐；312：第一换热器；320：加热回路；321：储冷罐；322：空冷器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型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。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“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”、“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。

下面结合图1，对本实用新型的实施例进行描述。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限定。

常规空分装置中，分子筛吸附塔脱附过程利用氮气经电加热至170℃左右通入分子筛吸附塔进行脱附。液态空气储能装置中，分为压缩空气液化存储的储能阶段、储能电站停静置阶段、储能电站液态空气气化释能阶段。其中，分子筛吸附塔在压缩空气液化储能过程中吸附，在非储能阶段进行脱附再生。

如图1所示，本实用新型提供了一种液态空气储能站，包括：储能回路100和释能回路200，储能回路100包括分子筛吸附塔104，分子筛吸附塔104用于对压缩后的液态空气进行纯化；释能回路200排放的热空气通过管道与分子筛吸附塔104连接，用于给分子筛吸附塔104提供脱附再生热源。

具体地，储能回路100将空气压缩并冷却至液态进行存储，释能回路200获取存储的液态空气，进行膨胀发电，并排出废气。在储能阶段，分子筛吸附塔104进行吸附，在非储能阶段，例如释能阶段，分子筛吸附塔104获取释能阶段排放的废气余热进行热交换，实现脱附再生。从而降低分子筛吸附塔104脱附所需的能耗，节约了分子筛吸附塔104脱附所需电能消耗，节约能源，提高液态空气储能站电能存储和释放的电转化效率。

其中，分子筛吸附塔104包括空气进气口、空气出气口和脱附气进气口和脱附气排气口，空气进气口用于通入压缩空气，空气出气口用于将纯化后的压缩空气排出，脱附气进气口与释能回路200的废气排放口203连接，脱附气排气口与外界大气连接。释能回路200排放的热空气在分子筛吸附塔104中进行热交换，实现分子筛吸附塔104的脱附再生。

例如，在分子筛吸附塔104之前设置气液分离器105，气液分离器105分离游离水后进入分子筛吸附塔104吸附水分和CO2等杂质。

进一步地，在本实用新型的一个实施例中，液态空气储能站还包括换热系统，换热系统包括冷却回路310，冷却回路310产生的热介质用于给释能回路200排放的热空气加热。

具体而言，冷却回路310与储能回路100进行热交换，冷却回路310用于给储能回路100压缩过程提供冷量，进而得到热介质。热介质的温度高于释能回路200排放的热空气的温度，通过高温的热介质给释能回路200排放的废气进行加热升温，以满足分子筛吸附塔104的脱附再生热量的需求。也就是说，在释能回路200排放的热空气进入分子筛吸附塔104之前，通过冷却回路310产生的热介质进行加热，然后在进入分子筛吸附塔104中。

继续参考图1，在本实用新型的一些实施例中，换热系统还包括第一换热器312，释能回路200的热空气排放口203与第一换热器312连接，第一换热器312与分子筛吸附塔104连接；冷却回路310产生的热介质通过第一换热器312给释能回路200排放的热空气加热。

换言之，第一换热器312的一侧连接在释能回路200的热空气排放口203与分子筛吸附塔104之间，将释能回路200的热空气传递至分子筛吸附塔104的脱附进气口，同时第一换热器312的另一侧连接在释能回路200的换热口与冷却回路310之间，对经过第一换热器312的热空气进行热交换。从第一换热器312排出的热介质进入释能回路200进行热交换。

此外，在本实用新型的一个具体实施例中，释能回路200包括膨胀机201组，膨胀机201组与储能回路100连接，膨胀机201组包括膨胀机201和预热器202；膨胀机201与预热器202连接，预热器202与第一换热器312连接。

其中，膨胀机201组包括多组膨胀机201，多组膨胀机201进行串联，逐级膨胀发电，膨胀机201组包括多组预热器202，多组预热器202与多组膨胀机201交替设置。例如，进入膨胀机201组的液态空气先经过预热器202进行加热，然后进入膨胀机201内进行膨胀。预热器202可以是管壳式、板式中的一种。

进一步地，预热器202中的热介质来自于冷却回路310，因此，冷却回路310与第一换热器312连接，第一换热器312与预热器202连接。也就是说，空气经过多级膨胀之后从膨胀机201中排出，从末级膨胀机201排出的废气即热空气进入到第一换热器312中，经过冷却回路310的热介质加热后，进入到分子筛吸附塔104中提供热量；即末级膨胀机201的排放口203与第一换热器312连接。在第一换热器312中完成热交换的热介质进入到预热器202中为膨胀机201膨胀发电提供热量。

其中，冷却回路310产生的热介质温度大于等于195℃，膨胀机201排出的废气经过第一换热器312内的热介质进行加热，热介质在第一换热器312中对废气加热后的温度为191℃，不影响膨胀机组释能阶段的发电需求。

另外，在本实用新型的一些可选实施例中，储能回路100还包括压缩机组，压缩机组包括压缩机和冷却器106；压缩机与冷却器106连接，冷却器106与冷却回路310的储热罐311连接，第一换热器312与储热罐311连接。

也就是说，冷却回路310包括储热罐311，储热罐311内存储冷却回路310产生的热介质，储热罐311的进口与冷却器106连接，储热罐311的出口与第一换热器312连接。

其中，压缩机组包括多组压缩机，多组压缩机彼此串联，压缩机组还包括多组冷却器106，多组冷却器106与多组压缩机交替设置，空气进入压缩机压缩，再经过冷却器106冷却。

更进一步地，在本实用新型的一个可选实施例中，储能回路100还包括压缩机组，压缩机组包括一级压缩机101、二级压缩机102和三级压缩机103；一级压缩机101与二级压缩机102连接，二级压缩机102与分子筛吸附塔104连接，分子筛吸附塔104与三级压缩机103连接。也就是说，分子筛吸附塔104置于压缩机组的中压段。

具体而言，将分子筛吸附塔104设置在压缩机组的中压段相较于设置在低压段即一级压缩机101之后，分子筛吸附塔104的体积更小，耗电量低；相较于设置在高压段即三级压缩机103之后，分子筛吸附塔104的厚度更小，不用考虑较高承压能力。因此，将分子筛吸附塔104设置在中压段体积较小，耗电量较低，同时压力限制较少。

具体地，在本实用新型的一些实施例中，储能回路100还包括冷箱(图中未示出)，冷箱连接在压缩机组与膨胀机201组之间。

在储能阶段，压缩机将空气压缩后进入分子筛吸附塔104中吸附空气水分、CO₂以及其他碳氢化合物，然后在进一步压缩，将最终压缩后的空气通入冷箱中进行空气液化，液化后的空气存储在第一储罐中。

在释能阶段，从第一储罐中获取液态空气，再次经过冷箱将液态空气汽化，汽化后的液态空气进入膨胀机201组进行膨胀发电。

另外，在本实用新型的其它实施例中，换热系统还包括加热回路320，加热回路320连接在预热器202与冷却器106之间。其中，加热回路320、冷却器106、冷却回路310以及预热器202形成闭合回路，实现储能阶段和释能阶段的换热。

具体来说，加热回路320将冷却回路310中的热介质与预热器202进行换热，给膨胀机201释能提供热量，然后再次进行冷却存储，以用于给冷却器106提供冷介质。其中，冷介质和热介质的材质相同只是温度不同。

继续参考图1，在本实用新型的可选实施例中，加热回路320包括空冷器322和储冷罐321，空冷器322与预热器202连接，储冷罐321与空冷器322连接，冷却器106与储冷罐321连接。

也就是说，储热罐311的热介质在与预热器202换热后降温，再通过空冷器322进一步冷却后，存储在储冷罐321中。储冷罐321与冷却器106连接，例如，在储冷罐321与冷却器106之间设置泵，在储热罐311与第一换热器312之间设置泵。

其中，在本实用新型的实施例中，液态空气储能站还包括送风机110，送风机110连接在释能回路200的热空气排放口203与第一换热器312之间。送风机110将膨胀机201产生的余热输送至第一换热器312中。

在释能阶段，来自冷箱空气经预热器202换热后进入膨胀机201膨胀做功，膨胀后空气约80℃，依次类推膨胀机201排放干燥空气80℃，经送风机110加压至110℃后送入第一换热器312进行升温至170℃，在送入分子筛吸附塔104中。送风机110类型可以是离心、罗茨风机中的一种。

此外，在分子筛吸附塔104的脱附气进气口设置有调节阀，调节阀可以控制进入分子筛吸附塔104的脱附气的进入量。其中，调节阀为气动或电动调节阀。

本实用新型提供的液态空气储能站，通过将释能回路200排放的热空气通过管道与储能回路100的分子筛吸附塔104连接，用于给分子筛吸附塔104提供脱附再生热源，减少了分子筛吸附塔104的脱附能耗，节约能源，提高储能电站电能存储和释放的电转化效率。

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站，其特征在于，包括：

储能回路，所述储能回路包括分子筛吸附塔，所述分子筛吸附塔用于对压缩后的液态空气进行纯化；

释能回路，所述储能回路与所述释能回路连接，所述释能回路排放的热空气通过管道与所述分子筛吸附塔连接，用于给所述分子筛吸附塔提供脱附再生热源。

2.根据权利要求1所述的液态空气储能站，其特征在于，还包括换热系统，所述换热系统包括冷却回路，所述冷却回路产生的热介质用于给所述释能回路排放的热空气加热。

3.根据权利要求2所述的液态空气储能站，其特征在于，换热系统还包括第一换热器，所述释能回路的热空气排放口与所述第一换热器连接，所述第一换热器与所述分子筛吸附塔连接；

所述冷却回路产生的热介质通过所述第一换热器给所述释能回路排放的热空气加热。

4.根据权利要求3所述的液态空气储能站，其特征在于，还包括送风机，所述送风机连接在所述释能回路的热空气排放口与所述第一换热器之间。

5.根据权利要求3所述的液态空气储能站，其特征在于，所述释能回路包括膨胀机组，所述膨胀机组与所述储能回路连接，所述膨胀机组包括膨胀机和预热器；

所述膨胀机与所述预热器连接，所述预热器与所述第一换热器连接。

6.根据权利要求5所述的液态空气储能站，其特征在于，所述储能回路还包括压缩机组，所述压缩机组包括压缩机和冷却器；

所述压缩机与所述冷却器连接，所述冷却器与所述冷却回路的储热罐连接，所述第一换热器与所述储热罐连接。

7.根据权利要求6所述的液态空气储能站，其特征在于，所述换热系统还包括加热回路，所述加热回路连接在所述预热器与所述冷却器之间。

8.根据权利要求1或6所述的液态空气储能站，其特征在于，所述储能回路还包括压缩机组，所述压缩机组包括一级压缩机、二级压缩机和三级压缩机；

所述一级压缩机与所述二级压缩机连接，所述二级压缩机与所述分子筛吸附塔连接，所述分子筛吸附塔与所述三级压缩机连接。

9.根据权利要求6或7所述的液态空气储能站，其特征在于，所述储能回路还包括冷箱，所述冷箱连接在所述压缩机组与所述膨胀机组之间。

10.根据权利要求7所述的液态空气储能站，其特征在于，所述加热回路包括空冷器和储冷罐，所述空冷器与所述预热器连接，所述储冷罐与所述空冷器连接，所述冷却器与所述储冷罐连接。