本發(fā)明屬于液化空氣儲能，具體涉及一種耦合lng冷能的液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著電力需求的增加和可再生能源的推廣利用，調(diào)峰電源的重要性將變得越來越突出。液態(tài)空氣儲能技術(shù)可實(shí)現(xiàn)電能的儲存和調(diào)節(jié)，并在需要時將其再轉(zhuǎn)化為電能，具有能量密度高、占地面積小、單位儲能容量成本低的優(yōu)勢，可靈活應(yīng)用在發(fā)電側(cè)、輸配側(cè)和用戶端，是一項(xiàng)中時長、大容量的儲能技術(shù)。

2、然而，由于空氣液化過程中的可用冷能有限，目前獨(dú)立液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率相對較低，僅有50~55%。對此最為常見的解決方案是耦合外部冷源，如結(jié)合lng冷能，利用lng氣化過程中釋放的冷量對高壓空氣進(jìn)行液化?，F(xiàn)有專利cn?202311705622.x提出一種冷熱集成的液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)，利用lng的冷能用于冷卻工質(zhì)，提高系統(tǒng)能量利用率，然而，這類系統(tǒng)在應(yīng)用時存在冷量調(diào)配不合宜等問題，如在液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)放電、停機(jī)階段，耦合系統(tǒng)中的lng冷能無法得到充分利用而造成冷能浪費(fèi)。

3、為了更好地耦合lng冷能，通常通過增加蓄冷單元來回收液態(tài)空氣釋能階段釋放的冷量，如液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)采用蓄冷器對lng冷能進(jìn)行回收，如現(xiàn)有專利cn?118463500?a提出的一種耦合lng冷能的液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)與方法，在適當(dāng)?shù)臅r候通過蓄冷器中的冷量對液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)進(jìn)行供冷，然而通過增加蓄冷單元后的液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)性能會受到蓄冷單元中冷量波動，因?yàn)殡S著運(yùn)行時間的增長，蓄冷單元中的冷量逐漸降低，若采用恒定的傳熱介質(zhì)流量，液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)的儲能階段液化率因冷量不足將大大降低。但是，目前少有研究提出動態(tài)控制方法去調(diào)節(jié)冷量不足的問題。因此，增強(qiáng)液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)耦合外部冷源的靈活性、適應(yīng)性，穩(wěn)定性，變得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種耦合lng冷能的液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)及其控制方法，增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性、適應(yīng)性、穩(wěn)定性。

2、為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

3、一種耦合lng冷能的液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)，包括lng氣化子系統(tǒng)、壓縮空氣液化子系統(tǒng)、氣化液態(tài)空氣膨脹發(fā)電子系統(tǒng)和余熱回收循環(huán)子系統(tǒng)；

4、lng氣化子系統(tǒng)包括依次連接的一號低溫泵、分離器、一號閥門和氣化器以及兩端分別通過一號四通閥門、二號四通閥門與氣化器連接的一號填充床蓄冷器；

5、壓縮空氣液化子系統(tǒng)包括依次連接的三號閥門、一號壓縮機(jī)、一號換熱器、二號壓縮機(jī)、二號換熱器、三號壓縮機(jī)、三號換熱器、冷箱、溫度控制器、減壓閥和液態(tài)空氣儲罐以及一號流量控制器、二號流量控制器、二號蓄冷填充床、二號閥門、加熱器、三號四通閥門、四號四通閥門和三號流量控制器；

6、冷箱的兩端分別通過一號四通閥門、二號四通閥門與一號蓄冷填充床相連接，且二號四通閥門與冷箱連接管道中設(shè)有二號流量控制器；

7、冷箱的兩端還與二號閥門和加熱器連接，二號閥門與冷箱連接管道中設(shè)有一號流量控制器；

8、二號蓄冷填充床的兩端分別通過三號四通閥門、四號四通閥門與冷箱相連接，且三號四通閥門與冷箱連接管道中設(shè)有三號流量控制器；

9、氣化液態(tài)空氣膨脹發(fā)電子系統(tǒng)包括依次連接的四號閥門、二號低溫泵、蒸發(fā)器、四號換熱器、一號膨脹機(jī)、五號換熱器、二號膨脹機(jī)、六號換熱器和三號膨脹機(jī)；

10、蒸發(fā)器熱側(cè)通過三號四通閥門、四號四通閥門與二號蓄冷填充床相連接；

11、余熱回收子系統(tǒng)包括冷油罐、一號溶液泵、熱油罐、二號溶液泵，冷油罐與一號溶液泵、一號換熱器、二號換熱器、三號換熱器、四號換熱器、五號換熱器、六號換熱器依次連接。

12、為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的具體措施還包括：

13、上述的lng氣化子系統(tǒng)中一號低溫泵的輸出端與分離器的輸入端相連，分離器的第一輸出端與一號閥門的輸入端相連，一號閥門的輸出端與氣化器的冷側(cè)輸入端相連，一號四通閥門的第一輸出端與氣化器的熱側(cè)輸入端相連，二號四通閥門的第一輸入端與氣化器的熱側(cè)輸出端相連，一號四通閥門的第二輸出端與一號填充床蓄冷器的輸入端相連，二號四通閥門的第一輸出端與一號填充床蓄冷器的輸出端相連。

14、上述的壓縮空氣液化子系統(tǒng)中三號閥門的輸出端與一號壓縮機(jī)的輸入端相連接，一號壓縮機(jī)的輸出端與一號換熱器的熱側(cè)輸入端相連接，一號換熱器的熱側(cè)輸出端與二號壓縮機(jī)的輸入端相連接，二號壓縮機(jī)的輸出端與二號換熱器的熱側(cè)輸入端相連接，二號換熱器的熱側(cè)輸出端與三號壓縮機(jī)的輸入端相連接，三號壓縮機(jī)的輸出端與三號換熱器的熱側(cè)輸入端相連接，三號換熱器的熱側(cè)輸出端與冷箱的第三輸入端相連接，冷箱的第三輸出端與減壓閥的輸入端相連接，減壓閥的輸出端與液態(tài)空氣儲罐的輸入端相連接，液態(tài)空氣儲罐的氣體輸出端與冷箱的第四輸入端相連接，冷箱的第一輸入端與二號四通閥門的輸出端相連接，冷箱的第一輸出端與一號四通閥門的第二輸入端相連接，三號四通閥門的第一輸出端與第五輸入端相連接，冷箱的第五輸出端與四號四通閥門的輸入端相連接，二號閥門的進(jìn)口與分離器的第二輸出端相連，二號閥門的輸出端與冷箱的第三輸入端相連接，冷箱的第三輸入端與加熱器的冷側(cè)輸出端相連接。

15、上述的氣化液態(tài)空氣膨脹發(fā)電子系統(tǒng)中四號閥門的輸出端與二號低溫泵的輸入端相連接，二號低溫泵的輸出端與蒸發(fā)器的冷側(cè)輸入端相連接，四號換熱器的冷側(cè)輸入端與蒸發(fā)器的冷側(cè)輸出端相連接，四號換熱器的冷側(cè)輸出端與一號膨脹機(jī)的輸入端相連接，一號膨脹機(jī)的輸出端與五號換熱器的冷側(cè)輸入端相連接，五號換熱器的冷側(cè)輸出端與二號膨脹機(jī)的輸入端相連接，二號膨脹機(jī)的輸出端與六號換熱器的冷側(cè)輸入端相連接，六號換熱器的冷側(cè)輸出端與三號膨脹機(jī)的輸入端相連接，三號膨脹機(jī)的輸出端與外界相連接，蒸發(fā)器的熱側(cè)輸入端與四號四通閥門的輸出端，蒸發(fā)器的熱側(cè)輸出端與三號四通閥門的第二輸入端相連接，三號四通閥門的第二輸出端與二號蓄冷填充床的輸入端相連接，四號四通閥門的第一輸入端與二號蓄冷填充床的輸出端相連接。

16、上述的余熱回收子系統(tǒng)中一號溶液泵的輸出端與一號換熱器的冷側(cè)輸入端、二號換熱器的冷側(cè)輸入端、三號換熱器的冷側(cè)輸入端依次連接，熱油罐的輸入端與一號換熱器的冷側(cè)輸出端、二號換熱器的冷側(cè)輸出端、三號換熱器的冷側(cè)輸出端依次連接，熱油罐的輸出端與二號溶液泵的輸入端相連接，二號溶液泵的輸出端與四號換熱器的熱側(cè)輸入端、五號換熱器的熱側(cè)輸入端、六號換熱器的熱側(cè)輸入端依次相連接，冷油罐的輸入端與四號換熱器的熱側(cè)輸出端、五號換熱器的熱側(cè)輸出端、六號換熱器的熱側(cè)輸出端依次相連接，冷油罐的輸出端與一號溶液泵的輸入端相連接。

17、上述的一號閥門、二號閥門與分離器的第一、第二輸出端連接，一號閥門、二號閥門為截斷閥門，通過調(diào)整閥門開度來調(diào)整工質(zhì)流量大小；

18、一號四通閥門分別與氣化器的熱側(cè)輸出端、一號蓄冷填充床的輸入端和冷箱的第一輸出端連接，一號四通閥門的第一輸入端與外界相連，根據(jù)運(yùn)行的要求進(jìn)行閉合和開啟，開啟時補(bǔ)充傳熱介質(zhì)；

19、二號四通閥門分別連接氣化器冷側(cè)輸出端、一號蓄冷填充床輸出端和冷箱第一輸入端，二號四通閥門的第二輸入端根據(jù)運(yùn)行的要求可進(jìn)行閉合和開啟，開啟時可釋放傳熱介質(zhì)；

20、三號四通閥門分別連接蒸發(fā)器的熱側(cè)輸出端、二號蓄冷填充床的輸入端和冷箱第五輸入端，三號四通閥門的第一輸入端與外界相連，根據(jù)運(yùn)行的要求可進(jìn)行閉合和開啟，開啟時可補(bǔ)充傳熱介質(zhì)；

21、四號四通閥門的第二輸出端分別連接蒸發(fā)器的熱側(cè)輸入端、二號蓄冷填充床的輸出端和冷箱的第五輸出端，四號四通閥門的第二輸入端根據(jù)運(yùn)行的要求可進(jìn)行閉合和開啟，開啟時可釋放傳熱介質(zhì)。

22、一種耦合lng冷能的液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)的控制方法，在儲能模式控制時，首先，打開三號閥門，關(guān)閉一號閥門、四號閥門，打開二號閥門，打開一號四通閥門的第一輸入端、第二輸入端、第二輸出端，關(guān)閉一號四通閥門的第一輸出端，打開二號四通閥門的第二輸入端、第一輸出端、第二輸出端，關(guān)閉二號四通閥門的第一輸入端，打開三號四通閥門的第一輸入端、第一輸出端、第二輸出端，關(guān)閉三號四通閥門的第二輸入端，打開四號四通閥門的第一輸入端、第一輸出端、第二輸入端，關(guān)閉四號四通閥門的第二輸出端；

23、此時，一號蓄冷填充床、二號蓄冷填充床中已經(jīng)存有液態(tài)天然氣與液態(tài)空氣氣化所釋放的冷量；工作空氣依次流經(jīng)三號閥門、一號壓縮機(jī)、二號壓縮機(jī)和三號壓縮機(jī)經(jīng)加壓升溫后，進(jìn)入一號換熱器、二號換熱器、三號換熱器中降至常溫后進(jìn)入冷箱中進(jìn)行再次冷卻，低溫工作空氣從冷箱第三輸出端中流出，進(jìn)入減壓閥中節(jié)流降壓，轉(zhuǎn)變?yōu)闅庖簝上酄顟B(tài)，隨后進(jìn)入液態(tài)空氣罐中，低溫氣態(tài)工作空氣從液態(tài)空氣罐氣體的輸出端流出，從冷箱的第四輸入端流進(jìn)冷箱中冷卻后，從冷箱的第四輸出端流出；與此同時，冷油罐中的常溫導(dǎo)熱油經(jīng)過溶液泵抽吸，依次送入一號換熱器、二號換熱器、三號換熱器中為高溫工作空氣進(jìn)行降溫；

24、在儲能模式，一號蓄冷填充床中的冷量冷卻傳熱介質(zhì)，低溫傳熱介質(zhì)經(jīng)過二號四通閥門的第二輸出端進(jìn)入冷箱中冷卻工作空氣，換熱完后的傳熱介質(zhì)經(jīng)過一號四通閥門進(jìn)入一號蓄冷填充床；二號蓄冷填充床中的冷量冷卻傳熱介質(zhì)，低溫傳熱介質(zhì)經(jīng)過四號四通閥門的第一輸出端進(jìn)入冷箱中冷卻工作空氣，換熱完后的傳熱介質(zhì)經(jīng)過三號四通閥門進(jìn)入二號蓄冷填充床，依次循環(huán)；隨著儲能時間不斷增長，一號蓄冷填充床與二號蓄冷填充床中的冷量不斷降低，此時液態(tài)天然氣經(jīng)過二號閥門進(jìn)入冷箱中為系統(tǒng)補(bǔ)充冷量，保證系統(tǒng)液化率保持平穩(wěn)。

25、上述的控制方法，在釋能模式控制時，首先，關(guān)閉三號閥門、二號閥門，打開一號閥門、四號閥門，關(guān)閉一號四通閥門的第一輸入端、第二輸入端，打開一號四通閥門的第一輸出端、第二輸出端，打開二號四通閥門的第一輸出端、第一輸入端，關(guān)閉二號四通閥門的第二輸入端、第二輸出端，打開三號四通閥門的第一輸出端、第二輸出端，關(guān)閉三號四通閥門的第一輸入端、第二輸入端，打開四號四通閥門的第一輸入端、第一輸出端，關(guān)閉四號四通閥門的第二輸入端、第二輸出端；

26、液態(tài)空氣從液態(tài)空氣儲罐的輸出端被三號溶液泵抽吸，送入蒸發(fā)器中進(jìn)行氣化，氣態(tài)工作空氣依次進(jìn)入四號換熱器、五號換熱器、六號換熱器進(jìn)行加熱升溫，隨后依次進(jìn)入一號膨脹機(jī)、二號膨脹機(jī)、三號膨脹機(jī)進(jìn)行膨脹發(fā)電。熱油箱中的高溫導(dǎo)熱油被二號溶液泵抽吸，依次送入四號換熱器、五號換熱器和六號換熱器中供熱，隨后匯合流入冷油罐中儲存，二號蓄冷填充床中傳熱介質(zhì)經(jīng)過四號四通閥門的第二輸出端進(jìn)入蒸發(fā)器中加熱液態(tài)工作空氣，冷卻后的傳熱介質(zhì)經(jīng)過三號四通閥門進(jìn)入二號蓄冷填充床儲存冷量；與此同時，液態(tài)天然氣被一號低溫泵抽吸，送入分離器中，經(jīng)過一號閥門進(jìn)入氣化器與傳熱介質(zhì)換熱，低溫傳熱介質(zhì)經(jīng)過二號四通閥門進(jìn)入一號蓄冷填充床，將冷量儲存起來。

27、上述的控制方法，在停機(jī)模式控制時，關(guān)閉二號閥門、三號閥門、四號閥門、三號四通閥門、四號四通閥門，關(guān)閉一號四通閥門的第一輸入端、第二輸入端，打開一號四通閥門的第一輸出端、第二輸出端，打開二號四通閥門的第二輸入端、第一輸入端，關(guān)閉二號四通閥門的第二輸出端、第一輸出端；

28、液態(tài)天然氣被一號低溫泵抽吸，送入分離器中，經(jīng)過一號閥門進(jìn)入氣化器與傳熱介質(zhì)換熱，低溫傳熱介質(zhì)經(jīng)過二號四通閥門進(jìn)入一號蓄冷填充床，將冷量儲存起來。

29、上述的控制方法，在儲能模式時，二號閥門、一號四通閥門、二號四通閥門、三號四通閥門、四號四通閥門開啟，并且通過調(diào)節(jié)的一號流量控制器、二號流量控制器、三號流量控制器控制二號閥門、一號四通閥門、二號四通閥門、三號四通閥門、四號四通閥門閥門開度，實(shí)現(xiàn)冷箱的第三輸出端的溫度保持一致，不受蓄冷填充床冷量降低的影響；

30、冷箱的第三輸出端的溫度受到一號蓄冷填充床和二號蓄冷填充床的影響而不斷的溫度升高，通過調(diào)節(jié)二號閥門、一號四通閥門、三號四通閥門的開度增加液態(tài)天然氣和傳熱介質(zhì)的流量從而增加帶蓄冷填充床的液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)中的供冷量，實(shí)現(xiàn)冷箱的第三輸出端的溫度保持一致。

31、本發(fā)明具有以下有益效果：

32、本發(fā)明利用一號蓄冷填充床回收、儲存液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)在釋能階段和停機(jī)階段時耦合的外部冷源，如lng的氣化冷量，以保證lng氣化過程的正常運(yùn)行。利用二號蓄冷填充床回收液態(tài)空氣氣化時產(chǎn)生的冷量，配合一號蓄冷填充床在液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)儲能階段釋放冷量，以提升液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)空氣液化率，增大系統(tǒng)發(fā)電功率。通過本發(fā)明提出的控制方法，動態(tài)調(diào)控液化天然氣和傳熱介質(zhì)的流量從而穩(wěn)定液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)的液化性能，實(shí)現(xiàn)冷箱輸出端的工作空氣溫度保持一致，不受蓄冷填充床冷量降低的影響。

33、一種耦合lng冷能的液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)及其控制方法，可以克服了lng連續(xù)氣化的問題；通過動態(tài)調(diào)節(jié)的方式緩解蓄冷填充床中冷量波動對液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)液化性能的影響，此外通過增加蓄冷填充床中傳熱介質(zhì)流量還能緩解蓄冷填充床在循環(huán)使用過程中的冷量殘留問題；通過增加lng氣化流量增加液化空氣的冷量，使得液化空氣更加充分。

34、發(fā)明涉及一種耦合lng冷能的液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)及控制方法。它包括lng氣化子系統(tǒng)，壓縮空氣液化子系統(tǒng)，氣化液態(tài)空氣膨脹發(fā)電子系統(tǒng)，余熱回收循環(huán)子系統(tǒng)。利用蓄冷器將lng、液態(tài)空氣氣化冷量儲存、回收并應(yīng)用于液化空氣儲能系統(tǒng)當(dāng)中，緩解了液化空氣儲能系統(tǒng)冷量不足而導(dǎo)致的儲能效率不高的問題，此外，通過控制方法對耦合lng冷能的液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)控制，減少蓄冷器冷量波動對系統(tǒng)液化性能的影響。該系統(tǒng)不僅對lng冷能梯級利用，提高了空氣液化功率，進(jìn)一步提升了液化空氣儲能系統(tǒng)液化性能的穩(wěn)定性。