[发明专利]一种高效液空储能/释能系统

说明书

技术领域

本发明涉及可再生能源并网和电网调峰的储能技术领域，特别是一种高效液空储能/释能系统。

背景技术

随着可再生能源(风能、光热)发电的大规模普及，由于其随机性、间歇性等特点，接入电网将带来电压波动、频率波动等电能质量问题，甚至可能影响电网的安全稳定运行。而大规模电力储能技术可在电力系统中增加能源存储环节，使得实时平衡的“刚性”电力系统变得更加“柔性”，从而提高电网运行的安全性、经济性和灵活性，是解决风能、光热、潮汐能等可再生能源发电不稳定的关键技术。此外，大规模电力储能技术还可以有效解决电力生产与使用中峰谷差的矛盾，可提高电网(特别是微网或孤岛电网)的调峰能力。

现有的电力储能技术主要分三大类：化学储能类，包括铅酸电池、液流电池、钠硫电池和锂电池等；电磁储能类，包括超级电容器储能和超导磁储能；物理储能类，包括抽水储能、飞轮储能、压缩空气储能和液空储能。其中，飞轮储能、超级电容器储能和超导磁储能等功率型储能技术储能容量小、储能时间短，铅酸电池和锂电池造价高、安全性差且电池寿命短，钠硫电池造价高、安全性差且需要额外加热维持300℃以上的工作温度，液流电池能量密度低、材料受限且成本昂贵，都无法满足大规模电力储存的需求；抽水储能具有技术成熟、效率较高(70％～80％)、储能容量大、寿命长等优点，但需要特殊的地理条件、建设周期很长、初期投资巨大，因此建造抽水储能系统受到了越来越大的限制；压缩空气储能具有效率较高(50％～70％)、储能容量较大、寿命长等优点，但需要大型洞穴储气、储能密度低且需要依赖化石燃料，限制了该技术的大规模推广；液空储能作为一种大容量储能技术，采用液空作为储能介质，大大提高了能量密度，具有技术成熟、成本低、储能容量大、转化效率较高、无地理条件限制、寿命长及环境污染小等优点，具备大规模储能技术推广应用的潜力。

常规液空储能/释能系统中空气液化能耗较高、液空发电效率较低，导致系统总转化效率仅40％～50％(详见《工程热物理学报》第31卷第12期“新型液化空气储能技术及其在风电领域的应用”)，很难与抽水储能、压缩空气储能等大规模储能技术竞争。

发明内容

本发明的目的是公开一种高效液空储能/释能系统，通过集成优化系统中的空气液化单元、液空发电单元、蓄热单元和蓄冷单元，大幅度提高系统总转化效率，实现可再生能源发电的大规模并网，还可提高电网的调峰能力。

为达到以上目的，本发明的技术方案如下：

一种高效液空储能/释能系统，包括：空气液化单元、液空发电单元、蓄热单元和蓄冷单元；

所述空气液化单元包括原料空气压缩机、原料空压机常温水冷却器A、原料空压机低温水冷却器A、空气纯化器、循环空气增压机、空气增压机常温水冷却器B、空气增压机低温水冷却器B、热端增压透平膨胀机的膨胀端、热端增压透平膨胀机的增压端、冷端增压透平膨胀机的膨胀端、冷端增压透平膨胀机的增压端、空气液化换热器、发电机制动高压液空膨胀机的膨胀端、高压液空膨胀机的发电端和液空储罐，原料空气压缩机的出口与原料空压机常温水冷却器A的进口连接，原料空压机常温水冷却器A的出口与原料空压机低温水冷却器A的进口相连，原料空压机低温水冷却器A的出口与空气纯化器的进口相连，空气纯化器的出口与空气液化换热器的通道II出口合并后一起与循环空气增压机的进口相连，循环空气增压机的出口与空气增压机常温水冷却器B的进口相连，空气增压机常温水冷却器B的出口与空气增压机低温水冷却器B的进口相连，空气增压机低温水冷却器B的出口分别与空气液化换热器的通道I进口、热端增压透平膨胀机的增压端的进口和冷端增压透平膨胀机的增压端的进口相连，热端增压透平膨胀机的增压端的出口与冷端增压透平膨胀机的增压端的出口合并后一起与空气液化热换器的通道III进口相连，空气液化热换器的通道I出口与热端增压透平膨胀机的膨胀端的进口相连，热端增压透平膨胀机的膨胀端的出口与空气液化换热器的通道II上进口相连，空气液化热换器的通道III上出口与冷端增压透平膨胀机的膨胀端的进口相连，冷端增压透平膨胀机的膨胀端的出口与空气液化换热器的通道II下进口相连，空气液化换热器的通道III下出口与发电机制动高压液空膨胀机的膨胀端的进口相连，液空膨胀机的发电端与液空膨胀机的膨胀端通过变速箱相连，液空膨胀机的膨胀端的出口与液空储罐的进口相连；