[实用新型]低温液态空气储能系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及能源储存技术领域，尤其涉及一种采用液体预冷工质的低 温液态空气储能系统。

背景技术

随着社会的快速发展，人类对电能的使用和依赖变得越来越大。电能属于 二次能源，是由其他形式的能量转换而来，主要有火力发电、水力发电、核电、 风力发电、太阳能发电等。目前发电比例最大的是燃煤、天然气等化石能源， 然而由于化石能源的不可再生性，将面临资源耗尽。随着可再生能源的普及和 利用，环保的发电形式逐步成熟，然而由于可再生能源的间歇性和反调峰特性， 一直难以达到大规模集中利用；同时受到自然环境的约束，一部分能源利用效 率低下，例如目前我国风电的平均弃风率已高达15％以上。

因此迫切需要提高电能质量，大力发展相关电力储能技术，储能技术对电 网负荷起到削峰填谷的改善，提供电力系统供电的稳定性，储能技术可应用于 大规模可再生能源并网、能源互联网的智能调控、应急电源等方向。目前已有 的储能技术有电池储能、抽水蓄能、压缩空气等，电池储能由于循环寿命有限， 储能量小，生产和后处理过程存在污染，所以现在大储能容量的抽水蓄能和压 缩空气被成熟应用。

抽水蓄能需要足够的地势差，建设水库，对生态和周边环境影响较大；而 压缩空气相比于抽水蓄能，对自然环境的苛刻要求稍小，空气可存储于报废矿 井、沉降的海底储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中。传统的压缩空气 储能是采用补燃形式存在，配合燃气轮机使用。当电力负荷低时，利用多余电 量将空气压缩至储气装置中进行存储，完成储能阶段；当电力负荷高时，从储 气装置中释放高压空气，进入燃气轮机燃烧室与燃料混合燃烧，然后驱动透平 机组发电，完成释能阶段。但是，传统压缩空气储能依赖于化石燃料的使用， 不符合低碳排放、可再生发展要求。国内外学者针对其进行改进，提出了多种 非补燃形式，通过回收储存利用压缩过程产生的压缩热，避免外界热源燃烧， 但其依然存在储能密度低，需要克服大容积储气室的不足之处。

为克服储气空间限制的问题，近些年来国内外学者相继开展液态空气储能 技术的研究，与压缩空气储能相比，其核心部分在于空气液化过程，将压缩空 气液化后通入储液罐储存。目前已提出的方案主要是蓄冷器与节流阀的组合， 高压空气在蓄冷器中与蓄冷介质直接接触或非直接接触换热；储能时，蓄冷器 对高压空气进行冷却；释能时，储存液态空气升温过程中释放的冷量。目前研 究提到的蓄冷介质有两类，一类是固体显热蓄冷介质，如岩石、混凝土、陶瓷 等，利用蓄冷介质显热储存冷量，但在液化-储存-膨胀过程中，由于固体介质 的不可逆传热损失过大，导致蓄冷效率无法满足整体液化要求；另一类是固液 相变潜热蓄冷介质，如氨及其水溶液、盐类水溶液、醇类及其水溶液中的一种 或几种，但目前还没有把它们作为从室温到液氮温区的相变储热材料。因此迫 切需要基于高效蓄冷的低温液态空气储能系统。

实用新型内容

有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷和问题，本实用新型提供一种采用液 体液体预冷工质的低温液态空气储能系统。

一种低温液态空气储能系统，其包括储能单元、释能单元及储存液体预冷 工质的工质储存单元，所述储能单元包括依次连接的压缩机组、第一换热器组、 节流阀和液体储罐，所述释能单元包括依次连接的低温泵、第二换热器组及膨 胀机组，所述低温泵和所述液体储罐相连接，所述工质储存单元连接于所述第 一换热器组和所述第二换热器组之间，形成所述液体预冷工质以液相循环流动、 换热和储存的通道。

本实用新型一较佳实施方式中，所述压缩机组包括多台串联的压缩机，所 述膨胀机组包括多台串联的膨胀机。

本实用新型一较佳实施方式中，所述压缩机和所述膨胀机均为螺杆式、活 塞式或离心式。

本实用新型一较佳实施方式中，所述工质储存单元包括多对蓄冷器，所述 第一换热器组和所述第二换热器组具有数量相同、且一一对应通过一对所述蓄 冷器连接的低温换热器。

本实用新型一较佳实施方式中，所述低温换热器为翅板式换热器或绕管式 换热器。

本实用新型一较佳实施方式中，所述液体储罐的液体侧、所述第一换热器 组及所述压缩机组通过低温管道连通形成低温空气返流通道。

本实用新型一较佳实施方式中，所述液体预冷工质以显热形式回收和再利 用冷量。

本实用新型一较佳实施方式中，所述液体预冷工质为R123制冷剂、丙烷、 戊烷或其组合。