專利名稱：高壓液態(tài)空氣儲(chǔ)能/釋能系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能量?jī)?chǔ)存技術(shù)領(lǐng)域，是一種基于高壓液態(tài)空氣存儲(chǔ)能量以及利用所存能量產(chǎn)生電能的儲(chǔ)能/釋能系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著可再生能源(風(fēng)能、太陽能等)的日益普及，以及電網(wǎng)調(diào)峰、提高電網(wǎng)可靠性和改善電能質(zhì)量的迫切需求，電力儲(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)可以有效解決電力生產(chǎn)與使用中峰谷差的矛盾；可以提供電力系統(tǒng)供電的可靠性；可以解決風(fēng)力發(fā)電、太陽能、潮汐能等間歇式能源發(fā)電不穩(wěn)定性的關(guān)鍵技術(shù)。 同時(shí)，電力儲(chǔ)能系統(tǒng)還是分布式能源系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。分布式能源系統(tǒng)采用大量小型分布式電力系統(tǒng)代替常規(guī)大型集中式電力系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)遇到了局部的線路故障時(shí)，電力儲(chǔ)能系統(tǒng)可以提供不間斷的電源供應(yīng)。目前已有電力儲(chǔ)能技術(shù)包括抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、蓄電池儲(chǔ)能、超導(dǎo)磁能、飛輪儲(chǔ)能和超級(jí)電容等。其中以抽水儲(chǔ)能、儲(chǔ)熱儲(chǔ)能和壓縮空氣儲(chǔ)能為代表的物理方法儲(chǔ)能由于其成本低、儲(chǔ)能容量大，適合大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，約占世界儲(chǔ)能總量的99. 5%。抽水電站儲(chǔ)能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)處于谷值負(fù)荷時(shí)讓電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵把低水庫的水通過管道抽到高水庫以消耗一部分電能。當(dāng)峰值負(fù)荷來臨時(shí)，高水庫的水通過管道使水泵和電動(dòng)機(jī)逆向運(yùn)轉(zhuǎn)而變成水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)發(fā)出電能供給用戶，由此起到削峰填谷的作用。抽水電站儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)上成熟可靠、效率高( 70%)、儲(chǔ)能容量大等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)廣泛使用。但是，抽水電站儲(chǔ)能系統(tǒng)需要特殊的地理?xiàng)l件建造兩個(gè)水庫和水壩，建設(shè)周期很長(zhǎng)(一般約7 15年)，初期投資巨大。更為棘手的是，建造大型水庫會(huì)大面積淹沒植被甚至城市，造成生態(tài)和移民問題，因此建造抽水電站儲(chǔ)能系統(tǒng)受到了越來越大的限制。傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)在用電低谷，將空氣壓縮并存于儲(chǔ)氣室中，使電能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能存儲(chǔ)起來；在用電高峰，高壓空氣從儲(chǔ)氣室釋放，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。壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)具有儲(chǔ)能容量較大、儲(chǔ)能周期長(zhǎng)、效率高(50% 70%)和單位投資相對(duì)較小等優(yōu)點(diǎn)。但是，壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的儲(chǔ)能密度低，難點(diǎn)是需要合適的能儲(chǔ)存壓縮空氣的場(chǎng)所，例如密封的山洞或廢棄礦井等。而且，壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)仍然依賴燃燒化石燃料提供熱源，一方面面臨化石燃料逐漸枯竭和價(jià)格上漲的威脅，另一方面其燃燒仍然產(chǎn)生氮化物、硫化物和二氧化碳等污染物，不符合綠色(零排放)、可再生的能源發(fā)展要求。為解決傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)面臨的主要問題，最近幾年國(guó)內(nèi)外學(xué)者分別開展了地面壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)(SVCAES)、帶回?zé)岬膲嚎s空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)(AACAES)和空氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)(CASH)的研究等，使壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)基本可以避免燃燒化石燃料，但是壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量密度仍然很低，需要大型的儲(chǔ)氣室。近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者發(fā)展了液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，由于采用常壓液態(tài)空氣儲(chǔ)存，儲(chǔ)能密度較高。但是，在儲(chǔ)能過程的降壓節(jié)流環(huán)節(jié)和釋能過程的低溫泵增壓環(huán)節(jié)有需要消耗較高的能量，從而降低了儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開一種新型儲(chǔ)能/釋能系統(tǒng)，是高壓液態(tài)空氣儲(chǔ)能/釋能系統(tǒng)，相比現(xiàn)有的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)等具有儲(chǔ)能密度大的特點(diǎn)。相比液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，具有系統(tǒng)儲(chǔ)能效率高的特點(diǎn)，可以適合各種類型的電站配套使用。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是 一種高壓液態(tài)空氣儲(chǔ)能/釋能系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)組、蓄熱/換熱器、蓄冷器、低溫?fù)Q熱器、高壓低溫儲(chǔ)罐、主膨脹機(jī)組、低溫膨脹機(jī)組、發(fā)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)單元，其特征在于，所述儲(chǔ)能/釋能系統(tǒng)包括儲(chǔ)能子系統(tǒng)和釋能子系統(tǒng)
所述儲(chǔ)能子系統(tǒng)中，所述驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)組，所述壓縮機(jī)組、蓄冷器、低溫?fù)Q熱器、高壓低溫儲(chǔ)罐的底部液體側(cè)經(jīng)管線依次順序聯(lián)通，所述高壓低溫儲(chǔ)罐的頂部氣體側(cè)、低溫膨脹機(jī)組、低溫?fù)Q熱器、蓄冷器經(jīng)管線依次順序聯(lián)通，且所述低溫膨脹機(jī)組和高壓低溫儲(chǔ)罐之間的管線上設(shè)有調(diào)節(jié)閥門I;所述釋能子系統(tǒng)包括自增壓?jiǎn)卧妥龉卧渲?，所述自增壓?jiǎn)卧ㄗ栽鰤浩?，所述自增壓器一端通過管線連接所述高壓低溫儲(chǔ)罐的底部液體側(cè)，另一端通過管線連接所述高壓低溫儲(chǔ)罐的頂部氣體側(cè)，且所述自增壓器和高壓低溫儲(chǔ)罐的底部液體側(cè)之間的管線上設(shè)有調(diào)節(jié)閥門II ;所述做功單元中，所述高壓低溫儲(chǔ)罐的底部液體側(cè)、蓄冷器、蓄熱/換熱器、主膨脹機(jī)組經(jīng)管線依次連接，所述高壓低溫儲(chǔ)罐的底部液體側(cè)和蓄冷器之間的管線上設(shè)有另一調(diào)節(jié)閥門III，所述主膨脹機(jī)組驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。優(yōu)選地，壓縮機(jī)組包括至少一臺(tái)壓縮機(jī)，多臺(tái)壓縮機(jī)相互串聯(lián)或集成為整體多級(jí)壓縮機(jī)，每一臺(tái)初級(jí)壓縮機(jī)入口接空氣源。優(yōu)選地，主膨脹機(jī)組包括至少一臺(tái)膨脹機(jī)，多臺(tái)膨脹機(jī)相互串聯(lián)或集成為整體多級(jí)膨脹機(jī)，每一臺(tái)末級(jí)膨脹機(jī)的氣體出口通大氣。優(yōu)選地，低溫膨脹機(jī)組包括至少一臺(tái)低溫低壓膨脹機(jī)，多臺(tái)低溫膨脹機(jī)相互串聯(lián)為多級(jí)膨脹機(jī)，每一臺(tái)末級(jí)膨脹機(jī)的氣體出口進(jìn)入蓄冷器內(nèi)的換熱器。驅(qū)動(dòng)單元與壓縮機(jī)組的傳動(dòng)軸固接，發(fā)電機(jī)與主膨脹機(jī)組的傳動(dòng)軸固接。本發(fā)明的高壓液態(tài)空氣儲(chǔ)能/釋能系統(tǒng)，其流程為儲(chǔ)能時(shí)，利用驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)由低壓壓縮機(jī)與高壓壓縮機(jī)組成的壓縮機(jī)組，將一定量的空氣壓縮至常溫高壓狀態(tài)；常溫高壓空氣進(jìn)入蓄冷器中冷卻，高壓空氣經(jīng)過蓄冷器和低溫?fù)Q熱器后溫度降至液化溫度以下變成高壓液態(tài)空氣；高壓液態(tài)空氣進(jìn)入高壓低溫儲(chǔ)罐存儲(chǔ)；與此同時(shí)高壓低溫儲(chǔ)罐內(nèi)部的氣態(tài)高壓空氣經(jīng)低溫膨脹機(jī)膨脹后產(chǎn)生低溫冷能，通過低溫?fù)Q熱器將冷能傳給主路的高壓空氣，經(jīng)過蓄冷器釋放剩余冷能。釋能時(shí)，自增壓器使高壓低溫液態(tài)空氣儲(chǔ)罐加壓，高壓液態(tài)空氣在蓄冷器中升溫至常溫高壓狀態(tài)并回收冷能，在蓄熱/換熱器中吸收熱量使高壓空氣進(jìn)一步升溫，然后進(jìn)入主膨脹機(jī)組膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。優(yōu)選地，所述的高壓液態(tài)空氣儲(chǔ)能/釋能系統(tǒng)，其所述驅(qū)動(dòng)單元，為驅(qū)動(dòng)電機(jī)或風(fēng)力機(jī)；為驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，是以常規(guī)電站低谷電、核電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電、水電或潮汐發(fā)電其中的一種或多種為電源。優(yōu)選地，所述的高壓液態(tài)空氣系統(tǒng)，其所述蓄熱/換熱器設(shè)有管線，該管線與外界熱源相通連。優(yōu)選地，本發(fā)明的高壓液態(tài)空氣儲(chǔ)能/釋能系統(tǒng)，其空氣壓縮、冷卻過程中還包括空氣凈化與純化，除去空氣中的固體物及雜質(zhì)氣體；空氣凈化與純化設(shè)備集成在壓縮機(jī)組和/或蓄冷器中。
優(yōu)選地，所述壓縮機(jī)組，總壓比在38 340之間；當(dāng)為多臺(tái)壓縮機(jī)時(shí)，多臺(tái)壓縮機(jī)為共軸串聯(lián)形式、或分軸并聯(lián)形式；并聯(lián)形式中，各分軸與主驅(qū)動(dòng)軸動(dòng)連接。優(yōu)選地，所述膨脹機(jī)組，總膨脹比在38 340之間，末級(jí)膨脹機(jī)排氣接近常壓；當(dāng)為多臺(tái)膨脹機(jī)時(shí)，多臺(tái)膨脹機(jī)為共軸串聯(lián)形式、或分軸并聯(lián)形式；并聯(lián)形式中，各分軸與主驅(qū)動(dòng)軸動(dòng)連接；各級(jí)膨脹機(jī)的進(jìn)氣均先經(jīng)過蓄熱/換熱器加熱升溫。優(yōu)選地，所述多臺(tái)壓縮機(jī)、多臺(tái)主膨脹機(jī)分布在一根驅(qū)動(dòng)軸或多根驅(qū)動(dòng)軸上。優(yōu)選地，所述壓縮機(jī)組、主膨脹機(jī)組、和/或低壓膨脹機(jī)組，是活塞式、軸流式、離心式、螺桿式或混合式。優(yōu)選地，所述蓄熱/換熱器，儲(chǔ)能時(shí)經(jīng)管線存儲(chǔ)下列熱能的一種或幾種壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮熱；工業(yè)余熱或廢熱；太陽熱能。釋能時(shí)，加熱進(jìn)各級(jí)膨脹機(jī)前的壓縮空氣。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述儲(chǔ)能子系統(tǒng)中，所述壓縮機(jī)組產(chǎn)生的高壓空氣經(jīng)所述蓄熱/換熱器冷卻后進(jìn)入蓄冷器。進(jìn)一步地，所述釋能子系統(tǒng)中還包括高溫蓄熱/換熱器，經(jīng)所述蓄熱/換熱器加熱后的高壓空氣通過所述高溫蓄熱/換熱器后進(jìn)入所述主膨脹機(jī)組，所述高溫蓄熱/換熱器為余熱/廢熱換熱器，通過管線與太陽能集熱器或工業(yè)余熱/廢熱流體相通連，通過余熱/廢熱換熱器直接加熱高壓空氣，來提高進(jìn)主膨脹機(jī)組前高壓空氣的溫度。優(yōu)選地，所述蓄熱/換熱器，其換熱形式是高壓空氣直接接觸蓄熱材料或者通過換熱器與蓄熱材料換熱，其蓄熱形式是顯熱、潛熱或化學(xué)反應(yīng)熱中的一種或幾種；采用的蓄熱介質(zhì)是水、石蠟、生物質(zhì)油、無機(jī)類結(jié)晶水合鹽、熔融鹽、金屬及其合金、有機(jī)類脂肪酸、石頭、巖石或混凝土，蓄熱介質(zhì)儲(chǔ)存在絕熱容器中。優(yōu)選地，所述蓄冷器，將高壓空氣冷卻至78K-160K (K為開氏溫度單位)，是顯熱蓄冷或固液相變蓄冷中的一種或組合；采用的顯熱蓄冷介質(zhì)，是巖石、陶瓷、金屬氧化物球、密封冰球、沙礫、混凝土、鋁帶盤或其它金屬或非金屬物質(zhì)中的一種或幾種；固液相變蓄冷介質(zhì)，是固液相變溫度在81K 273K之間的氨及其水溶液、鹽類水溶液、烷烴類、烯烴類物質(zhì)及其化合物，醇類及其水溶液中的一種或幾種，蓄冷介質(zhì)存儲(chǔ)在絕熱容器中；高壓空氣或低壓空氣在蓄冷器中與蓄冷介質(zhì)直接接觸換熱或通過換熱器與蓄冷換熱器換熱；儲(chǔ)能時(shí)，蓄冷器對(duì)高壓空氣進(jìn)行冷卻，釋能時(shí)，蓄冷器回收并儲(chǔ)存高壓液態(tài)空氣升溫過程中的冷量。優(yōu)選地，所述的低溫膨脹機(jī)用于儲(chǔ)能時(shí)高壓空氣的液化補(bǔ)充低溫冷能，多級(jí)低溫膨脹機(jī)每級(jí)的氣體出口都通向低溫?fù)Q熱器，多級(jí)低溫膨脹機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸可以與某級(jí)壓縮機(jī)固連，其膨脹過程的輸出功可以帶動(dòng)某級(jí)壓縮機(jī)來壓縮空氣。優(yōu)選地，所述低溫儲(chǔ)罐，為高壓杜瓦儲(chǔ)罐或低溫儲(chǔ)槽，液態(tài)空氣在高壓狀況下儲(chǔ)存，設(shè)計(jì)壓力要遠(yuǎn)高于實(shí)際工作的最高壓力。優(yōu)選地，所述的高壓液態(tài)空氣儲(chǔ)能/釋能系統(tǒng)，其所述控制第一級(jí)壓縮機(jī)進(jìn)氣量，是通過調(diào)節(jié)壓縮機(jī)負(fù)載、開停部分壓縮機(jī)或調(diào)節(jié)壓比來實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣量的控制。優(yōu)選地，所述的高壓液態(tài)空氣儲(chǔ)能/釋能系統(tǒng)，其釋能時(shí)，通過管線上的閥門來控制低溫高壓儲(chǔ)罐內(nèi)壓力，通過管線上的閥門控制高壓液態(tài)空氣氣化量來調(diào)節(jié)發(fā)電能力。優(yōu)選地，所述的高壓液態(tài)空氣儲(chǔ)能/釋能系統(tǒng)，將壓縮熱、余熱、廢熱或太陽能集熱儲(chǔ)存在蓄熱/換熱器中用于加熱高壓空氣，提高進(jìn)膨脹機(jī)前高壓空氣的溫度，余熱、廢熱為電廠、水泥行業(yè)、鋼鐵冶金行業(yè)、化工行業(yè)的余熱、廢熱。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于能量密度高、效率高、發(fā)電階段不耗功耗電、適用于各種電站(包括太陽能、風(fēng)能等可再生能源電站)、不產(chǎn)生溫室氣體、可回收中低溫(熱值)廢熱等優(yōu)點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例I的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例I如圖I所示，為本發(fā)明的高壓液態(tài)空氣儲(chǔ)能/釋能系統(tǒng)實(shí)施例I。其中，壓縮機(jī)組1，蓄冷器2，低溫?fù)Q熱器3，高壓液態(tài)空氣儲(chǔ)罐4，自增壓器5，低溫膨脹機(jī)6，蓄熱/換熱器7，主膨脹機(jī)組8，發(fā)電機(jī)24，驅(qū)動(dòng)電機(jī)9，閥門14，19，21，管線10，11，12，13，15，16，17，18，20，22，23，25，26，進(jìn)口空氣 A。驅(qū)動(dòng)電機(jī)9與壓縮機(jī)組I的共有傳動(dòng)軸固接，發(fā)電機(jī)24與膨脹機(jī)8的共有傳動(dòng)軸固接。壓縮機(jī)組I入口接空氣A，經(jīng)管線10與蓄冷器2相通連。蓄冷器2、低溫?fù)Q熱器3、高壓低溫液態(tài)儲(chǔ)罐4經(jīng)管線11、12順序相通連。高壓低溫液態(tài)儲(chǔ)罐4頂部與低溫膨脹機(jī)6、低溫?fù)Q熱器3、蓄冷器2經(jīng)管線13、15、16順序相通連。管線13中設(shè)有調(diào)節(jié)閥門14。高壓低溫液態(tài)儲(chǔ)罐4與自增壓器5經(jīng)管線18相通連，管線18上有調(diào)節(jié)閥門19。高壓低溫液態(tài)儲(chǔ)罐4、蓄冷器2、蓄熱/換熱器7、膨脹機(jī)組8經(jīng)管線20、22、23相通連。膨脹機(jī)組8的氣體出口管線25通大氣。儲(chǔ)能時(shí)，低谷(低價(jià))電驅(qū)動(dòng)電機(jī)9帶動(dòng)壓縮機(jī)組，空氣A進(jìn)入壓縮機(jī)組I壓縮至常溫高壓狀態(tài)，壓縮機(jī)出口空氣通過管線10進(jìn)入蓄冷器2，被蓄冷介質(zhì)冷卻至接近液化溫度或液化溫度以下。出蓄冷器2的低溫高壓空氣經(jīng)低溫?fù)Q熱器3吸收進(jìn)一步降溫，得到高壓液化空氣，經(jīng)管線12進(jìn)入高壓低溫液體儲(chǔ)罐4中。同時(shí)，管線13上的閥門14開啟，高壓低溫液體儲(chǔ)罐4上部的低溫高壓氣體經(jīng)管線13進(jìn)入低溫膨脹機(jī)組6，膨脹后溫度進(jìn)一步降低，經(jīng)低溫?fù)Q熱器3換熱后，進(jìn)入蓄冷器2，剩余冷能被蓄冷換熱器吸收后經(jīng)管線17后排空。釋能時(shí)，打開閥門19與21，自增壓器5將來自高壓低溫儲(chǔ)罐4的液態(tài)空氣增壓到一定壓力后，由管線20輸送至蓄冷器2與蓄冷介質(zhì)換熱并氣化，同時(shí)回收冷量，出蓄冷器2的高壓空氣再經(jīng)由管線22進(jìn)入蓄熱/換熱器7進(jìn)一步升溫，溫度升高后的高壓空氣通過管線23注入主膨脹機(jī)組8膨脹做功。一般情況下，儲(chǔ)能與釋能過程不同時(shí)運(yùn)行，儲(chǔ)能時(shí)，壓縮機(jī)組I工作，主膨脹機(jī)組8關(guān)停，閥門21關(guān)閉，蓄冷器2釋放冷量，將高壓空氣冷卻至低溫。自增壓器5關(guān)停，閥門19關(guān)閉。低溫膨脹機(jī)組6工作，閥門14開啟。釋能時(shí)則相反，壓縮機(jī)組I關(guān)停，低溫膨脹機(jī)組6關(guān)停，閥門14關(guān)閉。自增壓器5工作，閥門19開啟。主膨脹機(jī)組8工作，閥門21開啟，蓄冷器2回收、儲(chǔ)存冷量，同時(shí)高壓液態(tài)空氣升溫，蓄熱/換熱器7則釋放熱能，進(jìn)一步提升高壓空氣溫度。另外，外界熱量則可以隨時(shí)經(jīng)由管線26進(jìn)入蓄熱/換熱器7進(jìn)行儲(chǔ)存。實(shí)施例2圖2是本發(fā)明的存儲(chǔ)與釋放壓縮熱的高壓液態(tài)空氣儲(chǔ)能/釋能系統(tǒng)的實(shí)施例2，其主體結(jié)構(gòu)與實(shí)施例I相同，壓縮機(jī)組I產(chǎn)生的高壓空氣經(jīng)蓄熱/換熱器7’降溫后進(jìn)入蓄冷器2，蓄熱/換熱器7’主要存貯與釋放壓縮空氣的壓縮熱。儲(chǔ)能時(shí)，壓縮機(jī)組I出口高壓空氣首先進(jìn)入蓄熱/換熱器7’，空氣被壓縮產(chǎn)生的熱量被蓄熱材料吸收，同時(shí)高壓空氣的溫度降至常溫。出蓄熱/換熱器7’的常溫高壓空氣依次進(jìn)入蓄冷器2，低溫?fù)Q熱器3液化后保存在高壓液態(tài)儲(chǔ)罐4中。而在釋能階段，出蓄冷器2的常溫高壓空氣進(jìn)入蓄熱/換熱器7’吸收熱量，加熱至高溫后進(jìn)入主膨脹機(jī)組8膨脹做功。 實(shí)施例3圖3是本發(fā)明的高壓液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)與太陽能熱發(fā)電或工業(yè)余熱利用相結(jié)合的實(shí)施例3，其主體結(jié)構(gòu)與實(shí)施例2相同，另增加了與太陽能集熱器或工業(yè)余熱/廢熱管道的連接部分。來自太陽能集熱器或工業(yè)余熱/廢熱的高溫流體通過管線26進(jìn)入高溫蓄熱/換熱器7〃，在高溫蓄熱/換熱器7〃中高溫流體放熱降溫。而出蓄熱/換熱器7’的主高壓空氣在高溫蓄熱/換熱器7〃中被加熱至高溫，然后經(jīng)過管線23進(jìn)入主膨脹機(jī)組8膨脹做功。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高壓液態(tài)空氣儲(chǔ)能/釋能系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)組(I)、蓄冷器(2)、低溫?fù)Q熱器(3)、高壓低溫儲(chǔ)罐(4)、低溫膨脹機(jī)組(6)、蓄熱/換熱器(7，7’)、主膨脹機(jī)組(8)、驅(qū)動(dòng)單元(9)、發(fā)電機(jī)(24)，其特征在于， 所述儲(chǔ)能/釋能系統(tǒng)包括儲(chǔ)能子系統(tǒng)和釋能子系統(tǒng) 所述儲(chǔ)能子系統(tǒng)中，所述驅(qū)動(dòng)單元(9)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)組(1)，所述壓縮機(jī)組(I)、蓄冷器(2)、低溫?fù)Q熱器(3)、高壓低溫儲(chǔ)罐(4)的底部液體側(cè)經(jīng)管線(10、11、12)依次順序聯(lián)通，所述高壓低溫儲(chǔ)罐(4)的頂部氣體側(cè)、低溫膨脹機(jī)組(6)、低溫?fù)Q熱器(3)、蓄冷器(2)經(jīng)管線(13、15、16、17)依次順序聯(lián)通，且所述低溫膨脹機(jī)組(6)和高壓低溫儲(chǔ)罐(4)之間的管線(13)上設(shè)有調(diào)節(jié)閥門I (14); 所述釋能子系統(tǒng)包括自增壓?jiǎn)卧妥龉卧?，其中，所述自增壓?jiǎn)卧ㄗ栽鰤浩?5)，所述自增壓器(5)—端連接所述高壓低溫儲(chǔ)罐(4)的底部液體側(cè)，另一端連接所述高壓低溫儲(chǔ)罐(4)的頂部氣體側(cè)，且所述自增壓器(5)和高壓低溫儲(chǔ)罐(4)的底部液體側(cè)之間的管線上設(shè)有調(diào)節(jié)閥門II (19);所述做功單元中，所述高壓低溫儲(chǔ)罐(4)的底部液體側(cè)、蓄冷器(2)、蓄熱/換熱器(7，7’)、主膨脹機(jī)組(8)經(jīng)管線(20、22、23)依次連接，所述高壓低溫儲(chǔ)罐(4)的底部液體側(cè)和蓄冷器(2)之間的管線(20)上設(shè)有調(diào)節(jié)閥門111(21)，所述主膨脹機(jī)組(8)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)(24)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高壓液態(tài)空氣儲(chǔ)存能量的儲(chǔ)能/釋能系統(tǒng)，其特征在于， 其儲(chǔ)能流程為 利用驅(qū)動(dòng)單元(9)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)組(I)，將一定量的空氣壓縮至常溫高壓狀態(tài)；常溫高壓空氣進(jìn)入蓄冷器(2 )中冷卻，高壓空氣經(jīng)過蓄冷器(2 )和低溫?fù)Q熱器(3 )后溫度降至液化溫度以下變成高壓低溫液態(tài)空氣；高壓低溫液態(tài)空氣進(jìn)入高壓低溫儲(chǔ)罐(4)存儲(chǔ)；與此同時(shí)高壓低溫儲(chǔ)罐(4)內(nèi)部的氣態(tài)高壓空氣經(jīng)低溫膨脹機(jī)組(6)膨脹后產(chǎn)生低溫冷能，通過低溫?fù)Q熱器(3)將冷能傳給主路的高壓空氣，并經(jīng)過蓄冷器(2)釋放剩余冷能； 其釋能流程為 自增壓器(5)通過吸熱使得部分液態(tài)空氣氣化使高壓低溫儲(chǔ)罐(4)增壓，高壓液態(tài)空氣在蓄冷器(2)中升溫至常溫高壓狀態(tài)并回收冷能，在蓄熱/換熱器(7，7’ )中吸收熱量使高壓空氣進(jìn)一步升溫，然后進(jìn)入主膨脹機(jī)組(8 )膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)(24 )發(fā)電。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高壓液態(tài)空氣儲(chǔ)能/釋能系統(tǒng)，其特征在于所述自增壓器(5)由金屬盤管或翅片管制成，加熱介質(zhì)為水或空氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高壓液態(tài)空氣儲(chǔ)能/釋能系統(tǒng)，其特征在于所述高壓低溫儲(chǔ)罐(4)，為高壓杜瓦儲(chǔ)罐或高壓低溫儲(chǔ)槽，液態(tài)空氣在中高壓狀況下儲(chǔ)存，壓力為3.8MPa 以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高壓液態(tài)空氣儲(chǔ)能/釋能系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)單元(9)，為驅(qū)動(dòng)電機(jī)或風(fēng)力機(jī)；為驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，是以常規(guī)電站低谷電、核電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電、水電或潮汐發(fā)電其中的一種或多種電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高壓液態(tài)空氣儲(chǔ)能/釋能系統(tǒng)，其特征在于所述蓄熱/換熱器(7)通過管線(26)與太陽能集熱器或工業(yè)余熱/廢熱流體相通連，形成載熱循環(huán)回路，將余熱、廢熱或太陽能集熱儲(chǔ)存在蓄熱/換熱器(7)中用于加熱高壓空氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高壓液態(tài)空氣儲(chǔ)能/釋能系統(tǒng)，其特征在于所述儲(chǔ)能子系統(tǒng)中，所述壓縮機(jī)組(I)產(chǎn)生的高壓空氣經(jīng)所述蓄熱/換熱器(7’ )冷卻后進(jìn)入蓄冷器(2)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高壓液態(tài)空氣儲(chǔ)能/釋能系統(tǒng)，其特征在于所述釋能子系統(tǒng)中還包括高溫蓄熱/換熱器(7〃)，經(jīng)所述蓄熱/換熱器(7’)加熱后的高壓空氣通過所述高溫蓄熱/換熱器(7〃)后進(jìn)入所述主膨脹機(jī)組(8)，所述高溫蓄熱/換熱器(7〃)為余熱/廢熱換熱器，通過管線(26)與太陽能集熱器或工業(yè)余熱/廢熱流體相通連，通過余熱/廢熱換熱器直接加熱高壓空氣，來提高進(jìn)主膨脹機(jī)組(8)前高壓空氣的溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高壓液態(tài)空氣儲(chǔ)能/釋能系統(tǒng)，其特征在于空氣壓縮、冷卻過程中還包括空氣凈化與純化，除去空氣中的固體物及雜質(zhì)氣體；空氣凈化與純化設(shè)備集成在所述壓縮機(jī)組(I)和/或蓄冷器(2 )中。
10.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高壓液態(tài)空氣儲(chǔ)能/釋能系統(tǒng)，其特征在于所述壓縮機(jī)組(1)，總壓比在36 340之間，當(dāng)為多臺(tái)壓縮機(jī)時(shí)，多臺(tái)壓縮機(jī)為共軸串聯(lián)形式、或分軸并聯(lián)形式，并聯(lián)形式中，各分軸與主驅(qū)動(dòng)軸動(dòng)連接；所述主膨脹機(jī)組(8)，總膨脹比在38 340之間，末級(jí)膨脹機(jī)排氣接近常壓，當(dāng)為多臺(tái)膨脹機(jī)時(shí)，多臺(tái)膨脹機(jī)為共軸串聯(lián)形式、或分軸并聯(lián)形式，并聯(lián)形式中，各分軸與主驅(qū)動(dòng)軸動(dòng)連接，各級(jí)膨脹機(jī)的進(jìn)氣均先經(jīng)過蓄熱/換熱器(7，7’)加熱升溫。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高壓液態(tài)空氣儲(chǔ)能/釋能系統(tǒng)，包括儲(chǔ)能子系統(tǒng)和釋能子系統(tǒng)儲(chǔ)能子系統(tǒng)中，壓縮機(jī)組(1)、蓄冷器(2)、低溫?fù)Q熱器(3)、高壓低溫儲(chǔ)罐(4)、低溫膨脹機(jī)組(6)、低溫?fù)Q熱器(3)、蓄冷器(2)依次順序聯(lián)通；釋能子系統(tǒng)包括自增壓?jiǎn)卧?5)和做功單元，高壓低溫儲(chǔ)罐(4)、蓄冷器(2)、蓄熱/換熱器(7)、主膨脹機(jī)組(8)依次連接，所述主膨脹機(jī)組(8)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)(24)。本發(fā)明的高壓液態(tài)空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)具有能量密度高、效率高、發(fā)電階段不耗功耗電、適用于各種電站、不產(chǎn)生溫室氣體、可回收中低溫廢熱等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F03G7/00GK102758748SQ20121026670
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月29日
發(fā)明者劉金超, 張新敬, 王亮, 盛勇, 譚春青, 陳海生 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所