[发明专利]液化空气储能-温差发电耦合系统及其工作方法

说明书

一种液化空气储能‑温差发电耦合系统及其工作方法。该系统包括：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。其工作方法为：在储能阶段，空气压缩装置、空气液化装置和储热蓄冷装置处于工作状态，消耗外部电能实现空气液化存储及压缩热回收；在释能阶段，为超临界工作模式，液态空气加压气化装置、空气膨胀装置、温差发电装置以及储热蓄冷装置处于工作状态，通过空气膨胀装置和温差发电装置向外供电，并完成液态空气气化潜热回收。本发明在液化空气储能系统中引入半导体温差发电装置，利用压缩余热和膨胀余冷驱动温差发电装置输出额外电能，不仅可以提升系统运行效率，还可以减少废热排放。

技术领域

本发明属于能量存储及余热回收技术领域，涉及一种压缩空气储能系统，具体涉及一种液化空气储能-温差发电耦合系统及其工作方法。

背景技术

液化空气储能技术是最有应用前景的大规模储能技术之一，不仅具备显著的调峰调频能力，还可以实现风力发电、光伏发电等可再生能源的非稳态存储和平稳输出。在液化空气储能系统工作过程中，由于可用冷能有限而无法实现100％空气液化，使得储能阶段产生的压缩热量无法在释能阶段完全消耗，造成大量的热量损失，不仅对系统的全周期运行效率造成不利影响，还会产生环境热污染。

为了解决压缩热富余而造成储能系统效率低的问题，通常可以引入外部循环，利用多余的压缩热驱动动力装置产生额外的能量输出，如：有机朗肯循环和kalina循环等，但是外部动力循环的引入不仅会造成系统复杂度的显著增加，而且还会大大增加系统的设备投资和运行维护成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不仅可以回收压缩余热输出额外电能，并且极大节省设备新增投资成本和维护成本的液化空气储能-温差发电耦合系统及其工作方法。

为达到上述目的，本发明的系统包括空气压缩装置、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。

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。

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。

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。

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。