[发明专利]一种采用液态蓄冷工质的液化压缩空气储能系统

说明书

技术领域

本发明涉及可再生能源储能技术领域，特别涉及一种液化压缩空气的储能系统。

背景技术

随着可再生能源的蓬勃发展，截止到2013年底，我国风力发电累计总装机容量为91.4GW，太阳能发电总装机容量为10GW。预计至2015年和2020年我国风电总装机容量将分别达到130GW和200GW，太阳能发电总装机容量将分别达到20GW和50GW。与可再生能源蓬勃发展相对应的是可再生能源固有间歇性和不稳定性导致的大量“弃风限电”现象，严重制约可再生能源进一步大规模并网和安全稳定运行。大规模储能技术作为灵活调节手段可以实现电能的较长时间有效存储和快速回馈于电网，从而提高电力系统聚纳大规模风力发电和光伏发电系统的能力。

常规的储能发电方式主要有飞轮储能、电池储能、超导储能、超级电容器储能、抽水储能和压缩空气储能、液化空气储能等。其中，电池储能因寿命短，造价高，不适合大规模储能系统；抽水蓄能对地理条件要求高，建设成本高，不能完全满足大规模储能的需求；压缩空气储能，受限于地下储气室，无法进行大规模的推广；超导储能、飞轮储能、超级电容等由于储能容量、储能时间、效率、技术等原因也无法满足大容量储存的需求。液化压缩空气储能作为一种大容量储能技术，其采用液态空气作为储能介质，大大提高了储能的密度，具有容量大、转换效率高、无地理条件依赖、运行方式灵活、环境污染小等优点，具有大规模推广应用的潜力。

液化压缩空气储能系统通常引入蓄冷系统来提高整套系统的循环效率。目前蓄冷子系统主要为石子填充床蓄冷系统或基于组合式相变材料的梯度蓄冷系统。然而，石子填充床蓄冷器内存储冷量时，斜温层内存在温度梯度，易产生轴向的导热，引起系统的损失；利用组合式相变蓄冷材料需要在不同温度端配备不同组合的工质，温度段分得越小，系统损失越少，因此对多种材料的选取及制备有很高的要求，同时也具有一定的传热损失。

为了解决液化压缩空气储能系统中蓄冷子系统存在的问题，本发明提出了一种采用液态蓄冷工质的液化压缩空气储能系统；该系统采用凝固点低、沸点高的液态蓄冷工质回收液态空气的冷能，利用液态工质比热容大的特性实现大温跨换热，性能稳定，损失小，结构简单；相对于目前的相变蓄冷材料，可以减少多种材料配置的繁琐过程，成本较低；相对于石子填充床蓄冷器，具有更少的损失；同时，该系统中采用了储热子系统，回收了压缩过程中的热量，提高了系统的效率；本发明能够高效实现电能的较长时间有效存储和快速回馈于电网，从而提高电力系统聚纳大规模风力发电和光伏发电系统的能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用液态蓄冷工质的液化压缩空气储能系统，以克服风能发电、太阳能发电的间隙性、不稳定性等因素导致其发电对电网的不良影响，提升电网接纳新能源发电的能力；同时，本发明引入储热子系统和蓄冷子系统，提高整套系统的循环效率；其中，蓄冷子系统采用液态工质，利用其大比热容的特性进行大温跨蓄冷过程，结构简单，性能稳定，损失小。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的采用液态蓄冷工质的液化压缩空气储能系统，包括：压缩机子系统、蓄冷子系统、储热子系统、液化子系统和透平发电子系统；

所述压缩机子系统由串接的多级压缩换热单元组成，所述多级压缩换热单元中的每一级压缩换热单元均由一个压缩机串接一个压缩换热器组成；

所述蓄冷子系统由蓄冷换热器5、常温蓄冷液体罐12和低温蓄冷液体罐13组成，所述低温蓄冷液体罐13通过所述蓄冷换热器5与常温蓄冷液体罐12相连；

所述储热子系统由多级储热单元组成，所述多级储热单元中的每一级储热单元均由一个高温储热箱并联一个常温储热箱组成；

所述液化子系统由节流阀6、低温储罐7和低温泵8组成；

所述透平发电子系统由发电机11和串接的多级膨胀换热单元组成，所述多级膨胀换热单元中的每一级膨胀换热单元均由一个透平膨胀换热器串接一个透平膨胀机组成；

所述多级储热单元中的各级储热单元的一端连接相应级的压缩换热单元的压缩换热器，所述多级储热单元中的各级储热单元的另一端连接相应级的膨胀换热单元的膨胀换热器；

所述多级压缩换热单元的最末级压缩换热单元出口端通过蓄冷换热器5依次连接节流阀6和低温储罐7，所述低温储罐7出口端通过低温泵8连接所述多级膨胀换热单元中的第一级膨胀换热单元的透平膨胀换热器，最末级膨胀换热单元的透平膨胀机与发电机11相连；

所述多级压缩换热单元中的第一级压缩换热单元的第一级压缩机连通于一可再生电源，所述发电机11输出电能；