低溫液態空氣儲能系統技術方案

本發明專利技術提供一種低溫液態空氣儲能系統，其包括儲能單元、釋能單元及儲存液體預冷工質的工質儲存單元，所述儲能單元包括依次連接的壓縮機組、第一換熱器組、節流閥和液體儲罐，所述釋能單元包括依次連接的低溫泵、第二換熱器組及膨脹機組，所述低溫泵和所述液體儲罐相連接，所述工質儲存單元連接于所述第一換熱器組和所述第二換熱器組之間，形成所述液體預冷工質以液相循環流動、換熱和儲存的通道。所述低溫液態空氣儲能系統采用液體預冷工質作為蓄冷工質，以換熱器作為冷量交換設備，在換熱器內部可實現非常小的傳熱溫差，減小傳熱過程中的損失，有利于提高系統儲能效率。

【技術實現步驟摘要】
低溫液態空氣儲能系統
本專利技術涉及能源儲存
，尤其涉及一種采用液體預冷工質的低溫液態空氣儲能系統。
技術介紹
隨著社會的快速發展，人類對電能的使用和依賴變得越來越大。電能屬于二次能源，是由其他形式的能量轉換而來，主要有火力發電、水力發電、核電、風力發電、太陽能發電等。目前發電比例最大的是燃煤、天然氣等化石能源，然而由于化石能源的不可再生性，將面臨資源耗盡。隨著可再生能源的普及和利用，環保的發電形式逐步成熟，然而由于可再生能源的間歇性和反調峰特性，一直難以達到大規模集中利用；同時受到自然環境的約束，一部分能源利用效率低下，例如目前我國風電的平均棄風率已高達15％以上。因此迫切需要提高電能質量，大力發展相關電力儲能技術，儲能技術對電網負荷起到削峰填谷的改善，提供電力系統供電的穩定性，儲能技術可應用于大規模可再生能源并網、能源互聯網的智能調控、應急電源等方向。目前已有的儲能技術有電池儲能、抽水蓄能、壓縮空氣等，電池儲能由于循環壽命有限，儲能量小，生產和后處理過程存在污染，所以現在大儲能容量的抽水蓄能和壓縮空氣被成熟應用。抽水蓄能需要足夠的地勢差，建設水庫，對生態和周邊環境影響較大；而壓縮空氣相比于抽水蓄能，對自然環境的苛刻要求稍小，空氣可存儲于報廢礦井、沉降的海底儲氣罐、山洞、過期油氣井或新建儲氣井中。傳統的壓縮空氣儲能是采用補燃形式存在，配合燃氣輪機使用。當電力負荷低時，利用多余電量將空氣壓縮至儲氣裝置中進行存儲，完成儲能階段；當電力負荷高時，從儲氣裝置中釋放高壓空氣，進入燃氣輪機燃燒室與燃料混合燃燒，然后驅動透平機組發電，完成釋能階段。但是，傳統壓縮空氣儲能依賴于化石燃料的使用，不符合低碳排放、可再生發展要求。國內外學者針對其進行改進，提出了多種非補燃形式，通過回收儲存利用壓縮過程產生的壓縮熱，避免外界熱源燃燒，但其依然存在儲能密度低，需要克服大容積儲氣室的不足之處。為克服儲氣空間限制的問題，近些年來國內外學者相繼開展液態空氣儲能技術的研究，與壓縮空氣儲能相比，其核心部分在于空氣液化過程，將壓縮空氣液化后通入儲液罐儲存。目前已提出的方案主要是蓄冷器與節流閥的組合，高壓空氣在蓄冷器中與蓄冷介質直接接觸或非直接接觸換熱；儲能時，蓄冷器對高壓空氣進行冷卻；釋能時，儲存液態空氣升溫過程中釋放的冷量。目前研究提到的蓄冷介質有兩類，一類是固體顯熱蓄冷介質，如巖石、混凝土、陶瓷等，利用蓄冷介質顯熱儲存冷量，但在液化-儲存-膨脹過程中，由于固體介質的不可逆傳熱損失過大，導致蓄冷效率無法滿足整體液化要求；另一類是固液相變潛熱蓄冷介質，如氨及其水溶液、鹽類水溶液、醇類及其水溶液中的一種或幾種，但目前還沒有把它們作為從室溫到液氮溫區的相變儲熱材料。因此迫切需要基于高效蓄冷的低溫液態空氣儲能系統。
技術實現思路
有鑒于此，為了克服現有技術的缺陷和問題，本專利技術提供一種采用液體液體預冷工質的低溫液態空氣儲能系統。一種低溫液態空氣儲能系統，其包括儲能單元、釋能單元及儲存液體預冷工質的工質儲存單元，所述儲能單元包括依次連接的壓縮機組、第一換熱器組、節流閥和液體儲罐，所述釋能單元包括依次連接的低溫泵、第二換熱器組及膨脹機組，所述低溫泵和所述液體儲罐相連接，所述工質儲存單元連接于所述第一換熱器組和所述第二換熱器組之間，形成所述液體預冷工質以液相循環流動、換熱和儲存的通道。本專利技術一較佳實施方式中，所述壓縮機組包括多臺串聯的壓縮機，所述膨脹機組包括多臺串聯的膨脹機。本專利技術一較佳實施方式中，所述壓縮機和所述膨脹機均為螺桿式、活塞式或離心式。本專利技術一較佳實施方式中，所述工質儲存單元包括多對蓄冷器，所述第一換熱器組和所述第二換熱器組具有數量相同、且一一對應通過一對所述蓄冷器連接的低溫換熱器。本專利技術一較佳實施方式中，所述低溫換熱器為翅板式換熱器或繞管式換熱器。本專利技術一較佳實施方式中，所述液體儲罐的液體側、所述第一換熱器組及所述壓縮機組通過低溫管道連通形成低溫空氣返流通道。本專利技術一較佳實施方式中，所述液體預冷工質以顯熱形式回收和再利用冷量。本專利技術一較佳實施方式中，所述液體預冷工質為R123制冷劑、丙烷、戊烷或其組合。本專利技術一較佳實施方式中，所述低溫液態空氣儲能系統中的壓縮壓力范圍為30bar～150bar。相對于現有技術，本專利技術提供的低溫液態空氣儲能系統采用液體預冷工質作為蓄冷工質，以低溫換熱器作為冷量交換設備，由此在低溫換熱器內部可以實現非常小的傳熱溫差，減小傳熱過程中的損失，有利于提高低溫液態空氣儲能系統的儲能效率。附圖說明圖1為本專利技術提供的低溫液態空氣儲能系統的組成示意圖；圖2為圖1所示低溫液態空氣儲能系統的工作狀態示意圖。具體實施方式為了便于理解本專利技術，下面將參照相關附圖對本專利技術進行更全面的描述。附圖中給出了本專利技術的較佳實施方式。以上僅為本專利技術的優選實施例，并非因此限制本專利技術的專利范圍，凡是利用本專利技術說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的
，均同理包括在本專利技術的專利保護范圍內。除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本專利技術的
的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本專利技術的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在于限制本專利技術。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。請參閱圖1，本專利技術一較佳實施例提供一種低溫液態空氣儲能系統，其包括儲能單元10、釋能單元20及儲存液體預冷工質的工質儲存單元30，所述儲能單元10包括依次連接的壓縮機組11、第一換熱器組13、節流閥15和液體儲罐17，所述釋能單元20包括依次連接的低溫泵21、第二換熱器組23及膨脹機組25，所述低溫泵21和所述液體儲罐17相連接，所述工質儲存單元30連接于所述第一換熱器組13和所述第二換熱器組23之間，形成所述液體預冷工質以液相循環流動、換熱和儲存的通道。本實施例中，所述壓縮機組11包括多臺串聯的壓縮機111，所述膨脹機組25包括多臺串聯的膨脹機251。優選地，所述壓縮機111和所述膨脹機251均為螺桿式、活塞式或離心式。本實施例中，所述低溫液態空氣儲能系統中的壓縮壓力范圍為30bar～150bar。本實施例中，所述工質儲存單元30包括多對蓄冷器，所述第一換熱器組13和所述第二換熱器組23具有數量相同、且一一對應通過一對所述蓄冷器連接的低溫換熱器。具體地，所述工質儲存單元30包括多個冷態蓄冷器31和數量相同的多個熱態蓄冷器33；所述第一換熱器組13包括多個第一低溫換熱器131，所述第二換熱器組23包括多個第二低溫換熱器231。所述第一低溫換熱器131、所述熱態蓄冷器33、所述第二低溫換熱器231和所述冷態蓄冷器33一一對應，并通過管道順序連通形成所述液體預冷工質以液相循環流動、換熱和儲存的通道。優選地，所述第一低溫換熱器131和所述第二低溫換熱器231均為翅板式換熱器或繞管式換熱器。由此，可以利用所述第一低溫換熱器131和所述第二低溫換熱器231的大換熱面積來實現小溫差高效換熱。本實施例中，所述液體儲罐17的液體側、所述第一換熱器組13及所述壓縮機組11通過低溫管道連通形成低溫空氣返流通道。具體地，低溫管道從所述液體儲罐17的液體側將低溫空氣導出，依次通過本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種低溫液態空氣儲能系統，其特征在于，包括儲能單元、釋能單元及儲存液體預冷工質的工質儲存單元，所述儲能單元包括依次連接的壓縮機組、第一換熱器組、節流閥和液體儲罐，所述釋能單元包括依次連接的低溫泵、第二換熱器組及膨脹機組，所述低溫泵和所述液體儲罐相連接，所述工質儲存單元連接于所述第一換熱器組和所述第二換熱器組之間，形成所述液體預冷工質以液相循環流動、換熱和儲存的通道。

【技術特征摘要】
1.一種低溫液態空氣儲能系統，其特征在于，包括儲能單元、釋能單元及儲存液體預冷工質的工質儲存單元，所述儲能單元包括依次連接的壓縮機組、第一換熱器組、節流閥和液體儲罐，所述釋能單元包括依次連接的低溫泵、第二換熱器組及膨脹機組，所述低溫泵和所述液體儲罐相連接，所述工質儲存單元連接于所述第一換熱器組和所述第二換熱器組之間，形成所述液體預冷工質以液相循環流動、換熱和儲存的通道；儲能階段時，所述壓縮機組出口的高壓空氣依次經過所述第一換熱器組中的多個第一低溫換熱器，分別與所述工質儲存單元中的多種不同的液體預冷工質進行熱量交換，逐步冷卻之后進入所述節流閥繼續降溫降壓，節流液化后進入所述液體儲罐存儲；釋能階段時，所述液體儲罐內的低溫液態空氣由所述低溫泵抽出，依次經過所述第二換熱器組中的多個第二低溫換熱器，分別與所述工質儲存單元中之前吸收熱量的多種不同的液體預冷工質換熱，升溫后進入所述膨脹機組膨脹做功。2.如權利要求1所述的低溫液態空氣儲能系統，其特征在于，所述壓縮機組包括多臺串聯的壓縮機，所述膨脹...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王俊杰，鄧章，王思賢，楊魯偉，李路遙，
申請(專利權)人：中國科學院理化技術研究所，
類型：發明
國別省市：北京;11