液體預(yù)冷工質(zhì)蓄冷系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及能源儲(chǔ)存技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于低溫液態(tài)空氣儲(chǔ)能的液體預(yù)冷工質(zhì)蓄冷系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著可再生能源的日益普及，在電力系統(tǒng)中，大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的重要性日益凸顯。大規(guī)模電力儲(chǔ)能技術(shù)可以有效解決風(fēng)能、太陽(yáng)能、潮汐能等間歇式能源發(fā)電不穩(wěn)定的問(wèn)題，可以有效利用峰谷電價(jià)差實(shí)現(xiàn)“削峰填谷”，改善電網(wǎng)質(zhì)量，同時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)還可以作為應(yīng)急不間斷電源供應(yīng)。
[0003]截止到2013年底，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電累計(jì)總裝機(jī)容量為91.4GW，太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量為10GW ;預(yù)計(jì)至2020年我國(guó)風(fēng)電總裝機(jī)容量將達(dá)到200GW，太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到50GW。與可再生能源蓬勃發(fā)展相對(duì)應(yīng)的是可再生能源固有間歇性和不穩(wěn)定性導(dǎo)致的大量棄風(fēng)限電現(xiàn)象，其中2014年全國(guó)大型風(fēng)電年平均利用小時(shí)過(guò)低(平均1893h)。大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)作為靈活調(diào)節(jié)手段可以實(shí)現(xiàn)電能的較長(zhǎng)時(shí)間有效存儲(chǔ)和快速回饋于電網(wǎng)，從而提高電力系統(tǒng)聚納大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的能力；大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)與可再生能源協(xié)同控制將使大型風(fēng)光發(fā)電站向受端電力系統(tǒng)供電出力平穩(wěn)、可靠、穩(wěn)定，有利于提高系統(tǒng)運(yùn)行安全性，提升電網(wǎng)接納新能源發(fā)電的能力。
[0004]常規(guī)的儲(chǔ)能技術(shù)主要有飛輪儲(chǔ)能、電池儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)能、超級(jí)電容器儲(chǔ)能、抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能和液態(tài)空氣儲(chǔ)能等。但是能夠持續(xù)數(shù)小時(shí)進(jìn)行大容量輸出的儲(chǔ)能技術(shù)主要包括:抽水蓄能、電池儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能和液態(tài)空氣儲(chǔ)能，它們是少數(shù)幾種能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間和大容量(數(shù)百到數(shù)千兆瓦時(shí))儲(chǔ)能應(yīng)用的技術(shù)。
[0005]抽水蓄能需要足夠的地勢(shì)差，建設(shè)水庫(kù)對(duì)生態(tài)和周邊環(huán)境影響較大。而壓縮空氣相比于抽水蓄能，對(duì)自然環(huán)境的苛刻要求稍小，傳統(tǒng)的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，工作原理與抽水蓄能相類似，當(dāng)電力系統(tǒng)的用電處于低谷時(shí)，系統(tǒng)儲(chǔ)能，利用系統(tǒng)中的富余電量，驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)以壓縮空氣，把能量以壓縮空氣的形式儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣裝置中；當(dāng)電力系統(tǒng)用電負(fù)荷達(dá)到高峰發(fā)電量不足時(shí)，系統(tǒng)釋能，儲(chǔ)氣裝置將儲(chǔ)氣空間內(nèi)的壓縮空氣釋放出來(lái)，進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室同燃料一起燃燒，然后驅(qū)動(dòng)透平發(fā)電。但是壓縮空氣儲(chǔ)能的儲(chǔ)能密度還是相對(duì)較低，需要大容積儲(chǔ)氣空間，如德國(guó)Huntorf電站儲(chǔ)能容量290*3Mffh，儲(chǔ)氣容積需要31萬(wàn)立方，這直接限制了壓縮空氣儲(chǔ)能的進(jìn)一步發(fā)展。
[0006]為克服儲(chǔ)氣空間限制問(wèn)題，近些年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者相繼開(kāi)展液態(tài)空氣儲(chǔ)能技術(shù)的研究，液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)采用低溫液態(tài)空氣作為儲(chǔ)能介質(zhì)，利用液態(tài)空氣高密度大大提高系統(tǒng)儲(chǔ)能密度，是壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的7-10倍。
[0007]液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)能時(shí)，采用低谷電能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)將空氣壓縮，利用上個(gè)周期儲(chǔ)存的冷能將空氣冷卻液化后進(jìn)入低溫儲(chǔ)槽中儲(chǔ)存；液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)釋能時(shí)，利用低溫栗將液態(tài)空氣從低溫儲(chǔ)槽中引出加壓，利用低溫蓄冷系統(tǒng)回收蓄存液態(tài)空氣復(fù)溫過(guò)程的冷能，使其吸熱復(fù)溫后推動(dòng)透平膨脹機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)做功，同時(shí)低溫儲(chǔ)冷系統(tǒng)回收儲(chǔ)存液態(tài)空氣中的冷能用于下一個(gè)周期的空氣冷卻液化。影響液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行效率的高低在于蓄冷過(guò)程冷量回收利用過(guò)程效率的高低。
[0008]當(dāng)前研究中，蓄冷系統(tǒng)主要采用固體介質(zhì)或者固液相變材料作為蓄冷介質(zhì)。在固體材料中，采用巖石、陶瓷、金屬塊，利用蓄冷介質(zhì)顯熱儲(chǔ)存冷量，但是由于儲(chǔ)冷和釋冷的過(guò)程固體介質(zhì)導(dǎo)熱，產(chǎn)生很大的非穩(wěn)態(tài)傳熱溫差，當(dāng)前蓄冷效率一般只能達(dá)到50%，導(dǎo)致無(wú)法滿足整體液化要求；另一類是固液相變潛熱蓄冷介質(zhì)，如氨及其水溶液、鹽類水溶液、醇類及其水溶液中的一種或幾種，但目前還沒(méi)有把它們作為從室溫到液氮溫區(qū)的相變儲(chǔ)熱材料。因此，迫切需要發(fā)展新型的用于低溫液態(tài)空氣儲(chǔ)能的高效蓄冷系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]有鑒于此，為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和問(wèn)題，本發(fā)明提供一種用于低溫液態(tài)空氣儲(chǔ)能的液體預(yù)冷工質(zhì)蓄冷系統(tǒng)。
[0010]一種液體預(yù)冷工質(zhì)蓄冷系統(tǒng)，用于低溫液態(tài)空氣儲(chǔ)能，其包括儲(chǔ)冷換熱單元、釋冷換熱單元及儲(chǔ)存液體預(yù)冷工質(zhì)的工質(zhì)儲(chǔ)存單元，所述工質(zhì)儲(chǔ)存單元連接于所述儲(chǔ)冷換熱單元和所述釋冷換熱單元之間，形成所述液體預(yù)冷工質(zhì)以液相循環(huán)流動(dòng)、換熱和儲(chǔ)存的通道。
[0011]本發(fā)明一較佳實(shí)施方式中，所述儲(chǔ)冷換熱單元包括多個(gè)串聯(lián)的第一換熱器，所述釋冷換熱單元包括多個(gè)串聯(lián)的第二換熱器，所述工質(zhì)儲(chǔ)存單元包括多個(gè)冷態(tài)工質(zhì)儲(chǔ)存器和多個(gè)熱態(tài)工質(zhì)儲(chǔ)存器，所述第一換熱器、所述熱態(tài)工質(zhì)儲(chǔ)存器、所述第二換熱器和所述冷態(tài)工質(zhì)儲(chǔ)存器一一對(duì)應(yīng)，并通過(guò)管道順序連通形成所述液體預(yù)冷工質(zhì)以液相循環(huán)流動(dòng)、換熱和儲(chǔ)存的通道。
[0012]本發(fā)明一較佳實(shí)施方式中，所述熱態(tài)工質(zhì)儲(chǔ)存器和所述第二換熱器之間、所述述冷態(tài)工質(zhì)儲(chǔ)存器和所述第一換熱器之間均設(shè)有調(diào)節(jié)所述液體預(yù)冷工質(zhì)流量的調(diào)節(jié)閥。
[0013]本發(fā)明一較佳實(shí)施方式中，還包括節(jié)流閥和液體儲(chǔ)罐，高壓空氣順序通過(guò)所述多個(gè)第一換熱器逐級(jí)換熱降溫，并經(jīng)過(guò)所述節(jié)流閥節(jié)流液化后以液態(tài)空氣儲(chǔ)存于所述液體儲(chǔ)罐。
[0014]本發(fā)明一較佳實(shí)施方式中，所述液體儲(chǔ)罐內(nèi)未液化的空氣以和所述高壓空氣相反的流向反流通過(guò)所述多個(gè)第一換熱器。
[0015]本發(fā)明一較佳實(shí)施方式中，所述液體儲(chǔ)罐內(nèi)的液態(tài)空氣由低溫栗抽出并通過(guò)所述多個(gè)第二換熱器逐級(jí)換熱升溫形成膨脹空氣。
[0016]本發(fā)明一較佳實(shí)施方式中，所述第一換熱器和所述第二換熱器為翅板式換熱器或繞管式換熱器。
[0017]本發(fā)明一較佳實(shí)施方式中，所述液體預(yù)冷工質(zhì)的使用溫區(qū)為_(kāi)196°C?0°C。
[0018]本發(fā)明一較佳實(shí)施方式中，所述液體預(yù)冷工質(zhì)為R123制冷劑、丙烷、戊烷或其組入口 ο
[0019]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的液體預(yù)冷工質(zhì)蓄冷系統(tǒng)采用室溫-液氮溫區(qū)的液體介質(zhì)作為蓄冷工質(zhì)，以換熱器作為冷量交換設(shè)備，可在換熱器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)非常小的傳熱溫差，減小傳熱過(guò)程中損失，從而有利于提1?系統(tǒng)儲(chǔ)能效率。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明提供的液體預(yù)冷工質(zhì)蓄冷系統(tǒng)的組成示意圖；
[0021]圖2為圖1所示液體預(yù)冷工質(zhì)蓄冷系統(tǒng)的工作狀態(tài)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實(shí)施方式。以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
[0023]除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中所使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體的實(shí)施方式的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“及/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。
[0024]請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明一較佳實(shí)施例提供一種液體預(yù)冷工質(zhì)蓄冷系統(tǒng)，用于低溫液態(tài)空氣儲(chǔ)能，其包括儲(chǔ)冷換熱單元10、釋冷換熱單元20及儲(chǔ)存液體預(yù)冷工質(zhì)的工質(zhì)儲(chǔ)存單元30，所述工質(zhì)儲(chǔ)存單元30連接于所述儲(chǔ)冷換熱單元10和所述釋冷換熱單元20之間，形成所述液體預(yù)冷工質(zhì)以液相