[发明专利]新型高密度空气储能发电系统

说明书

本发明涉及储能领域，提供了一种新型高密度空气储能发电系统。该系统包括压缩单元、液化单元、ORC单元和发电单元；压缩单元包括多级压缩机和多级冷却器，相邻的各级压缩机通过级间冷却器连通，末级压缩机通过末级冷却器与液化单元连通；液化单元用于将末级冷却器的排气液化后进行存储以及将存储的液化空气进行气化；ORC单元用于利用低温空气冷却有机工质、并将升温后的低温空气输出至发电单元；发电单元包括多级透平膨胀机和多级换热器，ORC单元的出口通过初级换热器与初级透平膨胀机连通，相邻的各级透平膨胀机通过级间换热器连通。本发明在利用液化空气大幅提高储能密度的同时，还能利用气化冷能驱动ORC循环，使该系统内的能量得到充分利用。

技术领域

本发明涉及储能技术领域，具体涉及一种新型高密度空气储能发电系统。

背景技术

全球面临着能源和环境的双重压力，为了协调社会的发展与自然环境保护的关系，大力发展可再生能源、增加可再生能源在能源格局中的占比已经成为各界人士的共识。其中，压缩空气储能具有储能容量大、存储时间长、寿命长且无污染等优点，被广泛应用于削峰填谷、平抑可再生能源间歇性和参与电网二次调频等场合。

压缩空气储能具备两大优势：第一、压缩空气储能装机容量高达100-300MW，规模仅次于抽水蓄能，便于开展大规模的商业化应用；第二、压缩空气储能不仅技术成熟、发展前景广阔、响应时间短，而且几乎对地理条件无特殊要求，建设周期较短，一般仅需3～5年时间，而建设一座同样规格的抽水蓄能电站则需要5～8年。另外，压缩空气储能电站的使用寿命与抽水蓄能电厂的寿命相当，如果在使用的过程中注意维护，压缩空气储能电站的使用寿命也可达四五十年。

目前，压缩空气储能电站通常采用空气作为储能介质，不仅会导致压缩空气储能系统的能量密度较低，而且还会增加储气室投资成本。虽然将空气液化之后再进行存储的技术路径可有效提升储能密度，但由于现有的压缩空气储能系统的冷能、热能匹配度较差，从而整个系统的能效很低。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效、低成本的新型高密度空气储能发电系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种新型高密度空气储能发电系统，该系统包括压缩单元、液化单元、ORC单元和发电单元；

所述压缩单元包括多级压缩机和多级冷却器，相邻的各级压缩机通过级间冷却器连通，末级压缩机通过末级冷却器与所述液化单元连通；

所述液化单元用于将所述末级冷却器的排气液化后进行存储以及将存储的液化空气气化为低温空气后输送至所述ORC单元，所述液化单元的出口与所述ORC单元连通；

所述ORC单元用于利用所述液化单元提供的低温空气冷却有机工质、并将升温后的所述低温空气输出至所述发电单元；

所述发电单元包括多级透平膨胀机和多级换热器，所述ORC单元的出口通过初级换热器与初级透平膨胀机的进口连通，相邻的各级透平膨胀机通过级间换热器连通。

其中，所述液化单元包括常温冷却器、低温冷却器、气液分离器和储液室，所述常温冷却器和所述低温冷却器均具有第一通道和第二通道；所述常温冷却器的第一通道的进口与所述末级冷却器连通、出口依次通过所述低温冷却器的第一通道和节流阀与所述气液分离器的进液口连通；所述气液分离器的出液口通过所述储液室与所述ORC单元连通，所述气液分离器的出气口通过所述低温冷却器的第二通道与所述常温冷却器的第一通道连通。

其中，所述液化单元还包括蒸发器、低温蓄热器和低温蓄冷器，所述低温冷却器还具有第三通道；所述低温冷却器的第三通道、所述低温蓄热器、所述蒸发器的高温侧和所述低温蓄冷器首尾依次连接；所述储液室通过所述蒸发器的低温侧与所述ORC单元连通。

其中，所述常温冷却器还具有第三通道，所述常温冷却器的第三通道与外部冷源连通。