[发明专利]液化空气储能-温差发电耦合系统及其工作方法

权利要求书

1.一种液化空气储能-温差发电耦合系统，其特征在于：包括空气压缩装置、空气液化装置、液态空气加压气化装置、空气膨胀装置、温差发电装置及储热蓄冷装置；

所述空气压缩装置包括至少一级空气压缩机及其级后空气冷却器，所述空气液化装置包括至少一个冷箱和一个液态空气储罐，所述液态空气加压气化装置包括一低温液体泵和至少一个空气气化器，所述空气膨胀装置包括至少一级空气膨胀机及其级前空气再热器，所述温差发电装置包括至少一级半导体发电模块及其冷热端换热器，所述储热蓄冷装置包括一高温储热罐、一常温储热罐和一低温蓄冷罐；

所述空气压缩机的进气口与环境大气连通，空气压缩机排气口经级后空气冷却器热端与冷箱热端入口相连，所述冷箱热端出口与液态空气储罐相连，所述液态空气储罐气体出口经冷箱第一冷端与大气连通，液体出口与低温液体泵入口相连；

所述低温液体泵出口与空气气化器冷端入口相连，所述空气气化器冷端出口与级前空气再热器冷端入口相连，级前空气再热器冷端出口经空气膨胀机与温差发电装置中的冷端换热器入口相连，所述温差发电装置的冷端换热器出口与大气连通；

所述常温储热罐出口经级后空气冷却器冷端与高温储热罐相连，高温储热罐出口分为两个支路，一支路经温差发电装置中的热端换热器回到常温储热罐，另一支路经级前空气再热器热端回到常温储热罐，储热罐中介质通过管路与循环泵构成闭式循环；

所述低温蓄冷罐与冷箱第二冷端通过管路与循环泵组成一闭式循环，所述低温蓄冷罐和空气气化器热端通过管路与循环泵组成一闭式循环。

2.根据权利要求1所述的液化空气储能-温差发电耦合系统，其特征在于：所述高温储热罐和低温蓄冷罐以及液态空气储罐均设置有隔热保温层，所述常温储热罐工作温度为环境温度。

3.根据权利要求1所述的液化空气储能-温差发电耦合系统，其特征在于：所述高温/常温储热罐中储热介质为液态工质，并根据空气压缩机出口温度确定工质。

4.根据权利要求1所述的液化空气储能-温差发电耦合系统，其特征在于：所述低温蓄冷罐中的蓄冷介质为单相工作状态，所述冷箱和空气气化器的数量相等。

5.根据权利要求1所述的液化空气储能-温差发电耦合系统，其特征在于：所述空气压缩机、低温液体泵由能够根据负荷波动进行转速调节的变频电机驱动做功，空气膨胀机与发电机同轴相连，向外输出电能。

6.根据权利要求1所述的液化空气储能-温差发电耦合系统，其特征在于：所述储热蓄冷装置上均安装有循环泵与流量调节阀。

7.根据权利要求1所述的液化空气储能-温差发电耦合系统，其特征在于：所述温差发电装置中的半导体发电模块与实现直流电能存储的可充放电电池相连，或者与逆变器相连进行并网发电。

8.根据权利要求1所述的液化空气储能-温差发电耦合系统，其特征在于：所述温差发电装置包括半导体发电模块以及位于半导体发电模块两侧的热端换热器和冷端换热器，且在半导体发电模块与热端换热器、冷端换热器之间还设置有热端导热部件和冷端导冷部件。

9.一种如权利要求1所述系统的液化空气储能-温差发电耦合工作方法，其特征在于：包括储能阶段和释能阶段，所述储能阶段消耗外部电能，通过空气压缩装置、空气液化装置、储热蓄冷装置实现空气液化存储及压缩热回收，所述释能阶段为超临界工作模式，其通过液态空气加压气化装置、储热蓄冷装置将液态空气加压至16～20MPa并完成空气气化及冷能回收，最后通过空气膨胀装置和温差发电装置向外供电。

10.根据权利要求9所述的液化空气储能-温差发电耦合工作方法，其特征在于：在储能阶段，通过储热介质的流量调整将级后空气冷却器出口空气冷却至环境温度，储热介质被加热至高温并存储在高温储热罐中，其中，高温储热介质温度T_htf及总量q_m,tot由如下公式计算：

T_htf＝T_air,o-△T_cooler

式中T_air,o、△T_cooler分别为空气压缩机出口温度和级后空气冷却器最小换热温差，其中，△T_cooler的取值范围为2～5℃；q_m,i和N分别为第i级级后空气冷却器内储热介质流量和空气压缩机工作级数；

在释能阶段，级前空气再热器热端工质流量q_m1、温差发电装置中热端换热器流量q_m2和出口温度T_w,o，以及温差发电装置的工作温度T_h、T_c参数通过参数优化方法进行确定，以获得最大系统效率η；其数学优化模型如下：

目标函数：maxη(q_m1,q_m2,T_h,T_c)

约束条件：

式中T_air,m、△T分别为空气中间温度及夹点温差，其中，T_air,m通过温差发电装置中冷端换热器能量守恒计算得到，△T的取值范围为3～10℃；同时，储能系统及温差发电装置的工作特性方程作为上述优化模型的物理约束条件。