液化气体储能发电装置及其储能发电方法与流程

文档序号:15578919发布日期:2018-09-29 06:19

本发明的实施例涉及一种液化气体储能发电装置和液化气体储能发电装置的储能发电方法。



背景技术:

随着电力系统的发展,太阳能发电技术和风力发电技术等可再生能源发电技术越来越受到重视,装机规模也越来越大。然而,太阳能发电技术和风力发电技术等可再生能源发电技术产生的电力会随着天气、季节等因素而产生波动,具有一定的间歇性。

另一方面,电网的负荷也会随着昼夜、季节等因素而变化。因此,可利用储能发电技术在可再生能源发电技术产生的电力较多的情况下或者电网负荷较低的情况下将多余电能存储起来,在可再生能源发电技术产生的电力较少的情况下或者电网负荷较高的情况下利用存储的能量进行发电以提高对能源的利用效率。



技术实现要素:

本公开实施例提供一种液化气体储能发电装置及其储能发电方法。该液化储能发电装置可提供一种新型的利用液化空气进行储能发电的装置,液化气体储能发电技术的存储容量比较大,而所占用的体积则相对较小。该液化气体储能发电装置具有无污染、对环境友好、储能成本较低、经济效益高等优点。并且,该液化气体储能发电装置的能量利用效率较高。

本公开至少一个实施例提供一种液化气体储能发电装置,其包括:气体压缩膨胀单元,包括气体端口;液化储能单元,与所述气体压缩膨胀单元相连;热电交换单元,与所述液化储能单元相连;以及液体源,与所述热电交换单元相连,所述气体压缩膨胀单元被配置为利用电能对来自所述气体端口的气体进行压缩、膨胀以形成第一压缩气体并将所述第一压缩气体输送至所述液化储能单元,所述热电交换单元被配置为利用电能吸收所述液化储能单元中液态气体的热量并将热量转移至所述液体源以促使所述第一压缩气体在所述液化储能单元中液化,所述热电交换单元还被配置为利用所述液体源与所述液化储能单元中液态气体的温差进行发电并将所述液体源的热量转移至所述液化储能单元中液态气体以促使所述液化储能单元中液态气体气化,所述气体压缩膨胀单元还被配置为利用所述液化储能单元中的气体进行发电。

例如,在本公开一实施例提供的液化气体储能发电装置中,所述液化储能单元包括相互连通的液体空间和气体空间,所述液体空间被配置为存储液化气体,所述气体空间被配置为存储气体,所述气体压缩膨胀单元与所述气体空间相连,所述热电交换单元与所述液体空间相连。

例如,在本公开一实施例提供的液化气体储能发电装置中,所述第一压缩气体处于气液临界状态。

例如,在本公开一实施例提供的液化气体储能发电装置中所述气体压缩膨胀单元包括至少一个压缩膨胀模块,各所述压缩膨胀模块包括:等温压缩膨胀装置,与所述气体端口相连;绝热压缩膨胀装置,与所述等温压缩膨胀装置相连,以及控温液体源,与所述等温压缩膨胀设备相连,所述等温压缩膨胀装置被配置为利用电能和所述控温液体源中的液体对来自所述气体端口的气体进行等温压缩以形成第二压缩气体并输送至所述绝热压缩膨胀装置,所述绝热压缩膨胀装置被配置为对所述第二压缩气体进行绝热膨胀以形成第三压缩气体,所述第三压缩气体的压强小于所述第二压缩气体的压强,所述等温压缩膨胀装置还被配置为利用所述液化储能单元中的气体进行发电。

例如,在本公开一实施例提供的液化气体储能发电装置中,所述绝热压缩膨胀装置包括压缩机,所述压缩机被配置为利用电能压缩来自所述液化储能单元中的气体以形成第四压缩气体,所述等温压缩膨胀装置还被配置为利用所述第四压缩气体进行发电,所述第四压缩气体的压强大于所述第一压缩气体。

例如,在本公开一实施例提供的液化气体储能发电装置中,所述气体压缩膨胀单元包括N个压缩膨胀模块,N个所述压缩膨胀模块包括N个控温液体源,所述N个压缩膨胀模块串联设置以对来自所述气体端口的气体进行分级压缩和膨胀,所述N为大于1的正整数。

例如,在本公开一实施例提供的液化气体储能发电装置中,所述N个压缩膨胀模块被配置为利用对应设置的控温液体源进行等温压缩,所述N个压缩膨胀模块中各所述控温液体源的液体的温度范围不同。

例如,在本公开一实施例提供的液化气体储能发电装置中,所述热电交换单元包括至少一个热电交换模块,热电交换模块被配置在:液化储能单元与液体源之间;液化储能单元与控温液体源之间;温度不同的控温液体源之间;以及控温液体源与液体源之间。

例如,在本公开一实施例提供的液化气体储能发电装置中,所述热电交换单元包括P个热电交换模块,所述w个热电交换模块分别与所述液化储能单元和控温液体源相连,所述x个热电交换模块分别与所述温度不同的控温液体源相连,所述y个热电交换模块分别与所述控温液体源和液体源相连,所述z个热电交换模块分别与所述液化储能单元和液体源相连。所述w,x,y,z为小于P的非负整数,且w+x+y+z=P。

例如,在本公开一实施例提供的液化气体储能发电装置中,来自所述气体端口的气体包括M个气体组分,所述液化储能单元包括M个液化储能模块,第M个所述液化储能模块与第N个所述压缩膨胀模块相连,第g个所述液化储能模块与第k个所述压缩膨胀模块相连,第g个所述液化储能模块被配置为存储液化后的第g个所述气体组分,第g个所述气体组分的液化温度小于或等于与第k个所述压缩膨胀模块对应设置的所述控温液体源中液体的温度,所述g为小于M的正整数,所述k为小于N的正整数。

例如,在本公开一实施例提供的液化气体储能发电装置中,所述第g个液化储能模块被配置为将来自所述气体端口中的第g个气体组分液化并分离。

例如,在本公开一实施例提供的液化气体储能发电装置中,所述等温压缩膨胀装置包括:控温液压活塞,与所述气体端口和所述绝热压缩膨胀装置分别相连;以及抽蓄发电设备,与所述控温液压活塞和所述控温液体源相连,所述抽蓄发电设备被配置为利用电能将所述控温液体源中的液体输送至所述控温液压活塞以对来自所述气体端口的气体进行等温压缩,所述抽蓄发电设备还被配置利用所述控温液压活塞中气体膨胀进行发电。

例如,在本公开一实施例提供的液化气体储能发电装置中,所述绝热压缩膨胀装置包括:膨胀机,与所述控温液压活塞和所述液化储能单元分别相连;以及第一电机,与所述膨胀机相连,所述膨胀机被配置为对来自所述控温液压活塞的气体进行绝热膨胀,所述第一电机利用所述膨胀机中的气体的绝热膨胀进行发电。

例如,在本公开一实施例提供的液化气体储能发电装置中,所述等温压缩膨胀装置还包括:螺杆式空压机;储气装置;第二气体管道;以及发电设备,所述储气装置分别连接所述第二气体管道和所述第一气体管道;所述第二气体管道连接所述储气装置和所述螺杆式空压机;所述螺杆式空压机与所述气体端口相连,所述螺杆式空压机还与所述发电设备相连,所述绝热压缩膨胀装置还包括:液压活塞,所述液压活塞与所述螺杆式空压机和所述发电设备相连。

例如,在本公开一实施例提供的液化气体储能发电装置中,所述等温压缩膨胀装置包括:至少两级压缩膨胀装置;以及换热装置,与各两级压缩膨胀装置相连,各压缩膨胀装置包括膨胀机和压缩机并被配置为实现绝热压缩和绝热膨胀,所述换热装置被配置为恢复经对应设置的所述压缩膨胀装置绝热压缩或绝热膨胀之后的气体的温度。

例如,在本公开一实施例提供的液化气体储能发电装置中,所述绝热压缩膨胀装置包括:气体活塞,包括活塞杆并与所述等温压缩膨胀装置相连,第二电机,与所述活塞杆相连,所述气体活塞被配置为对来自所述等温压缩膨胀装置的气体进行绝热膨胀,所述第二电机利用所述活塞杆的运动进行发电。

例如,在本公开一实施例提供的液化气体储能发电装置中,所述热电交换单元包括至少一个热电交换模块,各所述热电交换模块包括:第一气体等温压缩膨胀装置,被配置为存储所述第一温度范围的液体和第一气体;第二气体等温压缩膨胀装置,被配置为存储所述第二温度范围的液体和第二气体;两个绝热压缩膨胀设备,分别与所述第一气体等温压缩膨胀装置和所述第二气体等温压缩膨胀装置相连,并被配置为交换所述第一气体和所述第二气体,所述第一气体等温压缩膨胀装置和第二气体等温压缩膨胀装置被配置为利用所述不同温度的控温液体源中的液体对来自所述两个绝热压缩膨胀设备的气体分别同时进行等温压缩和等温膨胀。所述绝热压缩膨胀设备被配置为分别对所述第一气体和所述第二气体同时进行绝热压缩和膨胀。

例如,在本公开一实施例提供的液化气体储能发电装置中,所述热电交换单元包括至少一个热电交换模块,各所述热电交换模块包括:第一压力罐,被配置为存储所述第一温度范围的液体和第一气体;第二压力罐,被配置为存储第二温度范围的液体和第二气体;第一液压活塞;第二液压活塞;换气机构,与所述第一压力罐和所述第二压力罐相连,并被配置为交换所述第一气体和所述第二气体;以及发电设备,所述第一压力罐与所述第一液压活塞相连,所述第二压力罐与所述第二液压活塞相连,所述第一液压活塞、所述第二液压活塞、所述发电设备机械相连。

例如,在本公开一实施例提供的液化气体储能发电装置中,所述热电交换单元包括至少一个热电交换模块,各所述热电交换模块包括:热泵,被配置为利用电能实现能量转移。

本公开至少一个实施例还提供一种液化气体储能发电装置的储能发电方法,所述液化气体储能发电装置包括上述任一项所述的液化气体储能发电装置,所述储能发电方法包括:储能阶段,通过所述气体端口向所述气体压缩膨胀单元通入气体;所述气体压缩膨胀单元利用电能对来自所述气体端口的气体进行压缩和膨胀以形成第一压缩气体并将所述第一压缩气体输送至所述液化储能单元;以及所述热电交换单元利用电能吸收所述液化储能单元中液态气体的热量并将热量转移至所述液体源以促使第一压缩气体在所述液化储能单元液化,在发电阶段,所述热电交换单元利用所述液体源与所述液化储能单元中液态气体的温差进行发电并将所述液体源的热量转移至所述液化储能单元中液态气体以促使所述液化储能单元中液态气体气化;以及所述气体压缩膨胀单元还被配置为利用所述液化储能单元中的气体进行发电。

例如,在本公开一实施例提供的液化气体储能发电装置的储能发电方法中,在储能阶段,所述气体压缩膨胀单元利用电能对来自所述气体端口的气体进行等温压缩。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案,下面将对实施例的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例,而非对本公开的限制。

图1为根据本公开一实施例提供的一种液化气体储能发电装置的示意图;

图2为根据本公开一实施例提供的另一种液化气体储能发电装置的示意图;

图3为根据本公开一实施例提供的一种气体膨胀压缩单元的示意图;

图4为根据本公开一实施例提供的另一种气体压缩膨胀单元的示意图;

图5为根据本公开一实施例提供的另一种气体压缩膨胀单元的示意图;

图6为根据本公开一实施例提供的另一种气体压缩膨胀单元的示意图;

图7为根据本公开一实施例提供的一种气体压缩膨胀单元中等温压缩膨胀装置的示意图;

图8为根据本公开一实施例提供的一种气体压缩膨胀单元中的绝热压缩膨胀装置的示意图;

图9为根据本公开一实施例提供的另一种气体压缩膨胀单元中的绝热压缩膨胀装置的示意图;

图10为本公开一实施例提供的一种液化气体储能发电装置的热电交换单元的示意图;

图11为本公开一实施例提供的另一种热电交换单元的示意图;

图12为根据本公开一实施例提供的一种热电交换模块中的绝热压缩膨胀装置的示意图;

图13为根据本公开一实施例提供的一种热电交换模块的液压控制机构的示意图;

图14为根据本公开一实施例提供的另一种热电交换模块的液压控制机构的示意图;

图15为根据本公开一实施例提供的一种液化气体储能发电装置的热电交换模块的配置示意图;

图16为根据本公开一实施例提供的一种液化气体储能发电装置的示意图;

图17为根据本公开一实施例提供的一种液化气体储能发电装置在储能时气体、电能及热量流向的示意图;

图18为根据本公开一实施例提供的一种液化气体储能发电装置在发电时气体、电能及热量流向的示意图;

图19为本公开一实施例提供的另一种液化气体储能发电装置的示意图;

图20为本公开一实施例提供的另一种液化气体储能发电装置的示意图;

图21为本公开一实施例提供的另一种液化气体储能发电装置的示意图;

图22为本公开一实施例提供的另一种液化气体储能发电装置的示意图;以及

图23为本公开一实施例提供的一种液化气体储能发电装置的液化储能单元液体空间连接外部管道的示意图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本公开实施例的附图,对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本公开的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本公开保护的范围。

除非另外定义,本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同,而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接,而是可以包括电性的连接,不管是直接的还是间接的。

在研究中,本申请的发明人发现:在液化气体储能发电技术、压缩空气储能发电技术和抽水储能发电技术三种大规模、大容量储能发电技术中,液化气体储能发电技术的储能密度是最大的;因此,液化气体储能发电技术的存储容量比较大,而所占用的体积则相对较小。另外,液化气体储能发电技术还具有无污染、对环境友好、并且储能成本较低,经济效益高等优点。液化气体储能发电技术在电力市场上将会扮演重要角色,具有较好的发展前景。

本发明实施例提供一种液化气体储能发电装置及其储能发电方法。该液化气体储能发电装置包括气体压缩膨胀单元、液化储能单元、热电交换单元以及液体源。气体压缩膨胀单元包括气体端口;液化储能单元与气体压缩膨胀单元相连;热电交换单元与液化储能单元相连;液体源与热电交换单元相连,气体压缩膨胀单元被配置为利用电能对来自气体端口的气体进行压缩、膨胀以形成第一压缩气体并将第一压缩气体输送至液化储能单元,热电交换单元被配置为利用电能吸收液化储能单元中液态气体的热量并将热量转移至液体源以促使第一压缩气体在液化储能单元中液化,热电交换单元还被配置为利用液体源与液化储能单元中液态气体的温差进行发电并将液体源的热量转移至液化储能单元中液态气体以促使液化储能单元中液态气体气化,气体压缩膨胀单元还被配置为利用液化储能单元中的气体进行发电。由此,该液化气体储能发电装置提供一种新型的利用液化空气进行储能发电的装置,液化气体储能发电技术的存储容量比较大,而所占用的体积则相对较小。该液化气体储能发电装置具有无污染、对环境友好、储能成本较低、经济效益高等优点。并且,该液化气体储能发电装置的能量利用效率较高。

下面结合附图对本发明实施例提供的液化气体储能发电装置及其储能发电方法进行说明。

本公开至少一个实施例提供一种液化气体储能发电装置。图1为根据本公开一实施例提供一种液化气体储能发电装置的示意图。如图1所示,该液化气体储能发电装置包括气体压缩膨胀单元110、液化储能单元120、热电交换单元130以及液体源140。气体压缩膨胀单元110包括气体端口112;液化储能单元120与气体压缩膨胀单元110相连;热电交换单元130与液化储能单元120相连;液体源140与热电交换单元130相连,气体压缩膨胀单元110被配置为利用电能对来自气体端口112的气体进行压缩、膨胀以形成第一压缩气体并将第一压缩气体输送至液化储能单元120,热电交换单元130被配置为利用电能吸收液化储能单元120中液态气体的热量并将热量转移至液体源140以促使第一压缩气体在液化储能单元120中液化,热电交换单元130还被配置为利用液体源140与液化储能单元120中液态气体的温差进行发电并将液体源的热量转移至液化储能单元120中液态气体以促使液化储能单元120中液态气体气化,气体压缩膨胀单元110还被配置为利用液化储能单元120中的气体进行发电。

在本实施例提供的液化气体储能发电装置中,在进行储能时,气体压缩膨胀单元110可消耗电能来压缩来自气体端口112的气体(例如,空气)以形成第一压缩气体(具有特定压强和温度的气体)并将第一压缩气体输送至液化储能单元120,热电交换单元130可消耗电能吸收液化储能单元120中液态气体的热量并将热量转移至液体源140以促使第一压缩气体在液化储能单元120中液化,从而将电能存储在液化气体中。由于液化气体的体积较小,存储的能量较高,因此该液化气体储能发电技术的存储容量比较大,而所占用的体积则相对较小。另一方面,液化气体无污染、对环境友好、成本较低,因此该液化气体储能发电装置具有无污染、对环境友好、储能成本较低、经济效益高等优点。当本实施例提供的液化气体储能发电装置进行发电时,热电交换单元130还被配置为利用液体源140与液化储能单元120中液态气体的温差进行发电并将液体源的热量转移至液化储能单元120中液态气体,促使液态气体汽化以使液化储能单元120中液态气体气化,气体压缩膨胀单元110还被配置为利用液化储能单元120中的气体进行膨胀做功以进行发电。因此,该液化气体储能发电装置提供一种新型的利用液化空气进行储能发电的装置。并且,该液化气体储能发电装置的能量利用效率较高。需要说明的是,在本实施例提供的液化气体储能发电装置的运行过程中,液化储能单元120内气液两相物质通过混合实现热交换,从而可使液化储能单元120内气液两相物质温度保持稳定。

例如,在一些示例中,第一压缩气体处于气液临界状态。由此,当热电交换单元消耗电能吸收液化储能单元中液态气体的热量并将热量转移至液体源时,可便于将第一压缩气体在液化储能单元中液化。

例如,在一些示例中,如图1所示,气体压缩膨胀单元110和热电交换单元130可连接到电网300。由此,该液化气体储能发电装置可在电网300负荷较低的情况下将多余电能存储起来,在电网300负荷较高的情况下利用存储的能量进行发电以提高对能源的利用效率。

图2为根据本公开一实施例提供一种液化气体储能发电装置的示意图。如图2所示,液化储能单元120包括相互连通的液体空间121和气体空间122,液体空间121被配置为存储液化气体,气体空间122被配置为存储气体,气体压缩膨胀单元110与气体空间122相连,热电交换单元130与液体空间121相连。需要说明的是,上述的液体空间和气体空间是指液体或气体所占据的空间,另外,上述液体空间和气体空间的分界线可随着液体的增加、气体的减少或者液体的减少、气体的增加而变化,并非固定的空间。

图3为根据本公开一实施例提供的一种气体压缩膨胀单元的示意图。如图3所示,气体压缩膨胀单元110包括至少一个压缩膨胀模块1100,各压缩膨胀模块1100包括等温压缩膨胀装置114,绝热压缩膨胀装置116和控温液体源150。等温压缩膨胀装置114分别与气体端口112和控温液体源150相连;绝热压缩膨胀装置116与等温压缩膨胀装置114相连,等温压缩膨胀装置116可利用电能和控温液体源150中的液体对来自气体端口112的气体进行等温压缩以形成第二压缩气体并输送至绝热压缩膨胀装置116,绝热压缩膨胀单元116可对第二压缩气体进行绝热膨胀以形成第三压缩气体,等温压缩膨胀装置114还可利用液化储能单元110中的气体进行发电。由此,控温液体源150中的液体使压缩膨胀单元110的气体的温度保持稳定,从而进行等温压缩,从而可进一步提高该液化气体储能发电装置的能量利用效率。需要说明的是,由于气体压缩膨胀单元110可包括多个压缩膨胀模块1100,因此,第三压缩气体与第一压缩气体的状态不同;当气体压缩膨胀单元仅包括一个压缩膨胀模块1100时,第三压缩气体与第一压缩气体的状态相同。

在本实施例提供的液化气体储能发电装置进行储能时,外部气体(例如空气)先通过气体端口112进入等温压缩膨胀装置114进行等温压缩,以形成第二压缩气体,即高压气体;第二压缩气体再通过气体管道进入绝热压缩膨胀装置116进行绝热膨胀,从而变成第三压缩气体;第三压缩气体通过气体管道转移至液化储能单元120,或者,当气体压缩膨胀单元110包括多个压缩膨胀模块1100时,第三压缩气体通过气体管道进入另一个压缩膨胀模块110,以继续进行压缩。在本实施例提供的液化气体储能发电装置进行发电时,液化储能单元120中的气态气体先通过气体管道进入绝热压缩膨胀装置116进行绝热压缩,以变为高温高压的气体,高温高压的气体再通过气体管道进入等温压缩膨胀装置114以进行等温膨胀并进行发电,等温膨胀后的气体经气体管道排出,或者,当气体压缩膨胀单元110包括多个压缩膨胀模块1100时,等温膨胀后的气体经气体管道转移至另一个压缩膨胀模块1100以继续进行发电。需要说明的是,经过绝热膨胀后,第三压缩气体的压强小于第二压缩气体的压强。

例如,当气体压缩膨胀单元110仅包括一个压缩膨胀模块1100时,第三压缩气体为第一压缩气体。

例如,在一些示例中,绝热压缩膨胀装置116出口设置节流阀,在本实施例提供的液化气体储能发电装置进行储能时,第三压缩气体经节流阀节流液化进入液化储能单元120进一步促进气体液化的进行。

图4为根据本公开一实施例提供的另一种气体压缩膨胀单元的示意图。如图4所示,各压缩膨胀模块1100还包括第一活塞杆115和第一发电设备117。等温压缩膨胀装置114和绝热压缩膨胀装置116均通过第一活塞杆115与第一发电设备117相连,第一发电设备117连接电网300。当本示例提供的液化气体储能发电装置进行储能时,外部气体先通过气体端口112进入等温压缩膨胀装置114进行等温压缩,从而变为第二压缩气体,即高压气体;第二压缩气体再通过气体管道进入绝热压缩膨胀装置116进行绝热膨胀,从而变为第三压缩气体;最后,第三压缩气体通过气体管道转移至液化储能单元120或下一个压缩膨胀模块1100。当本示例提供的液化气体储能发电装置进行发电时,液化储能单元120中的气态气体先通过气体管道进入绝热压缩膨胀装置116进行绝热压缩,从而变为高温高压的气体,高温高压的气体再通过气体管道进入等温压缩膨胀装置114进行等温膨胀,从而进行发电;经过等温膨胀的气体通过气体端口112排出或转移至另一个压缩膨胀模块以继续进行发电。

例如,在一些示例中,第一发电设备117可为直线发电机、曲柄发电机、以液压机构为基础的虚拟抽蓄系统或液压泵系统。

例如,在一些示例中,如图4所示,等温压缩膨胀装置114和绝热压缩膨胀装置116通过第一活塞杆115同轴相连,当然,本公开包括但不限于此,等温压缩膨胀装置114和绝热压缩膨胀装置116也可分别与单独的活塞杆相连。

图5为根据本公开一实施例提供的另一种气体压缩膨胀单元的示意图。如图5所示,气体压缩膨胀单元110包括至少一个压缩膨胀模块1100。压缩膨胀模块1100包括气体端口112、等温压缩膨胀装置114以及绝热压缩膨胀装置116。等温压缩膨胀装置114和绝热压缩膨胀装置116均连接电网300,等温压缩膨胀装置114以及绝热压缩膨胀装置116可通过气体管道相连。

例如,在一些示例中,如图5所示,等温压缩膨胀装置114可通过控温液体活塞1140实现等温压缩和等温膨胀过程。例如,等温压缩膨胀装置114包括控温液体活塞1140、设置在气体端口112上的阀门1-1、设置在第一气体管道113上的阀门1-2、设置在液体管道1141上的阀门1-4、第二发电设备1142、以及第一电机1143。控温液体活塞1140通过阀门1-1连接气体端口112,通过阀门1-2连接第一气体管道113;控温液体活塞1140通过液体管道1141与控温液体源150相连,并通过阀门1-4连接第二发电设备1142;第一电机1143连接控温液体活塞1140的上下两端,通过循环抽水来促进温液体活塞1140中的气水混合;第二发电设备1142连接电网300。当然,本公开包括但不限于此,等温压缩膨胀装置也可采用其他方式来实现等温压缩和等温膨胀过程。例如,等温压缩膨胀装置可采用螺杆空压机、喷淋式等温压缩膨胀装置或多级压缩中间换热装置来实现等温压缩和等温膨胀过程。

例如,在一些示例中,第二发电设备1142可为直线发电机、曲柄发电机、以液压机构为基础的虚拟抽蓄系统或液压泵系统。

例如,在一些示例中,如图5所示,所述绝热压缩膨胀装置包括压缩机1161,压缩机1161被配置为利用电能压缩来自液化储能单元120中的气体以形成第四压缩气体,等温压缩膨胀装置114还可利用第四压缩气体进行发电,第四压缩气体的压强大于第一压缩气体。由此,可提高发电效率。

例如,在一些示例中,如图5所示,绝热压缩膨胀装置116可通过压缩机1161和膨胀机1162来实现绝热压缩和绝热膨胀过程。例如,绝热压缩膨胀装置116包括膨胀机1161、压缩机1162、阀门3-1、阀门3-2、阀门3-3、阀门3-4以及第三发电设备1163。第一气体管道113通过阀门3-1和阀门3-2分别连接膨胀机1161和压缩机1162;压缩机1161和膨胀机1162分别通过阀门3-3和阀门3-4与外界相连(例如,液化储能单元或者下一个压缩膨胀模块);膨胀机1161和压缩机1162分别通过第二活塞杆1164和第三活塞杆1165与第三发电设备1163相连;第三发电设备1163可连接电网300。例如,第三发电设备1163可包括电机和发电机,以利用电能做功以及利用机械能发电。

例如,在一些示例中,第三发电设备1163可为直线发电机、曲柄发电机、以液压机构为基础的虚拟抽蓄系统或液压泵系统。

图5示出的气体压缩膨胀单元在初始状态时,所有阀门全关闭,控温液体活塞1140注入部分控温液体源150中的液体。当本示例提供的液化气体储能发电系统进行储能时,先打开阀门1-1,外部气体(例如空气)先通过气体端口112进入控温液体活塞1140,关闭阀门1-1;打开阀门1-4,第二发电设备1142作为水泵运行,利用电能将控温液体源150中液体转移至控温液体活塞1140将控温液体活塞1140内的气体等温压缩变为高压气体,例如,将来自气体端口112的气体进行等温压缩以形成第二压缩气体,第一电机1143在压缩过程中一直运行使控温液体活塞1140内气水充分混合促进等温压缩;压缩完成后,打开阀门1-2、3-1、3-3,由于控温液体源150中的液体被持续转移至控温液体活塞1140,控温液体活塞1140内高压气体(例如,第二压缩气体)将通过第一气体管道113等压迁移进入膨胀机1161,经过绝热膨胀变为特定温度和压强的气体并通过第二活塞杆1164推动第三发电设备1163发电,例如,将所述第二压缩气体进行膨胀以形成第三压缩气体,最后将获得的气体转移至液化储能单元120或另一个压缩膨胀模块。在气体等温压缩过程,第二发电设备1142消耗电能,在气体绝热膨胀过程中,第三发电设备1163发出电能,整体上将消耗电能。

当本示例提供的液化气体储能发电系统进行发电时,打开阀门1-2、1-4、3-2、3-4,液化储能单元120中的气态气体或上一个压缩膨胀模块中的气体进入压缩机1162,以进行绝热压缩变为第四压缩气体,即高温高压的气体;高温高压的气体再通过第一气体管道113进入控温液体活塞1140;关闭阀门1-2,高温高压的气体在控温液体活塞1140中进行等温膨胀,从而推动第二发电设备1142发电。同样地,第一电机1143可在压缩过程中一直运行使控温液体活塞1140内气水充分混合促进等温压缩;气体发电后,打开阀门1-1,气体经气体端口112排出或转移至下一个压缩膨胀模块。在气体绝热压缩过程中,第三发电设备1163消耗电能,在气体等温膨胀过程中,第二发电设备1142发出电能,整体上将发出电能。

例如,在一些示例中,等温压缩膨胀装置可通过螺杆式空压机来实现等温压缩和等温膨胀。该等温压缩膨胀装置包括:螺杆式空压机;储气装置;第二气体管道;以及发电设备,储气装置分别连接第二气体管道和第一气体管道;第二气体管道连接储气装置和螺杆式空压机;螺杆式空压机与气体端口相连,螺杆式空压机还与发电设备相连,绝热压缩膨胀装置还包括:控温液压活塞,控温液压活塞与螺杆式空压机和发电设备相连。

图6为根据本公开一实施例提供的另一种气体压缩膨胀单元的示意图。如图6所示,气体压缩膨胀单元110包括至少一个压缩膨胀模块1100。压缩膨胀模块1100包括气体端口112、第一气体管道113、等温压缩膨胀装置114、绝热压缩膨胀装置116、第四发电设备1144、第四活塞杆1145。等温压缩膨胀装置114通过气体端口112与外界或另一个压缩膨胀模组相连,通过第一气体管道113与绝热压缩膨胀装置116相连。绝热压缩膨胀装置116可连接液化储能单元120或下一个压缩膨胀模块。等温压缩膨胀装置114和绝热压缩膨胀装置116均通过第四活塞杆1145与第四发电设备1144相连。第四发电设备1144可连接电网300。

例如,如图6所示,等温压缩膨胀装置114可通过螺杆式空压机1146、储气装置1147和第二气体管道1148实现等温压缩过程。储气装置1147分别通过阀门1-9、阀门1-10连接第二气体管道1148和第一气体管道113;第二气体管道1148连接储气装置1147和螺杆式空压机1146;螺杆式空压机1146通过阀门1-6与气体端口112相连;因此储气装置1147通过阀门1-9、螺杆式空压机1146、阀门1-6与气体端口112相连。螺杆式空压机1146还通过第四活塞杆1145连接第四发电设备1144。绝热压缩膨胀装置116包括液压活塞1160,从而可通过液压活塞1160实现绝热压缩膨胀。绝热压缩膨胀装置116包括阀门3-14、阀门3-15、阀门3-16和阀门3-17。液压活塞1160通过第四活塞杆1145与螺杆式空压机1146和第四发电设备1144相连。液压活塞1160与通过阀门3-14和阀门3-15连接第一气体管道113,通过阀门3-16和阀门3-17与外界或另一个压缩膨胀模块相连。

例如,在一些示例中,第四发电设备1144可为直线发电机、曲柄发电机、以液压机构为基础的虚拟抽蓄系统或液压泵系统。

图6示出的气体压缩膨胀单元在初始状态时,所有阀门全关闭。当本示例提供的液化气体储能发电系统进行储能时,先打开阀门1-6,外部气体先通过气体端口112进入螺杆式空压机1146,同时第二电机1149将控温液体源115的液体转移至螺杆式空压机1146;第四发电设备1144作电动机运行推动第四活塞杆1145将螺杆式空压机1146内气液混合物进行等温压缩,变为高压气液混合物;打开阀门1-9,高压气液混合物通过第二气体管道1148进入储气装置1147;压缩完成后,关闭阀门1-9,打开阀门1-10、阀门3-15,储气装置1147内高压气体将通过第一气体管道113等压迁移进入液压活塞1160中,关闭阀门3-15;高压气体在液压活塞1160中绝热膨胀变为特定温度和压强的气体并推动第四活塞杆1145,此时第四发电设备1144作发电机进行发电;最后打开阀门3-14和阀门3-17,高压气体进入液压活塞1160,同时,特定温度和压强的气体转移至液化储能单元120或另一个压缩膨胀模块;之后,关闭阀门3-14,准备下一次绝热膨胀。在本示例提供的液化气体储能发电系统进行储能的整个过程中,阀门1-12和第四发电设备1144通过相互配合维持储气装置1147内压强的稳定。另外,在本示例提供的液化气体储能发电系统进行储能的整个过程中,与第四活塞杆1145同轴相连的螺杆式空压机1146和液压活塞1160可以使气体等温压缩过程和绝热膨胀过程同时进行,从而可提高运行效率。在气体等温压缩过程,第四发电设备1144消耗电能,在气体绝热膨胀过程中,第四发电设备1144发出电能,整体上将消耗电能。

例如,在一些示例中,等温压缩膨胀装置包括:至少两级压缩膨胀装置;以及换热装置,与各两级压缩膨胀装置相连,各压缩膨胀装置包括膨胀机和压缩机并被配置为实现绝热压缩和绝热膨胀,换热装置被配置为恢复经对应设置的压缩膨胀装置绝热压缩或绝热膨胀之后的气体的温度。

图7为根据本公开一实施例提供的一种气体压缩膨胀单元中等温压缩膨胀装置的示意图。等温压缩膨胀装置114可通过多级压缩膨胀、中间换热的方式以实现等温压缩膨胀。图7示出了一种两级压缩膨胀,中间换热的等温压缩膨胀装置。如图7所示,等温压缩膨胀装置114包括阀门1-15、阀门1-16、阀门1-19、阀门1-20、压缩机1-18、膨胀机1-17、发电设备1-21、换热器1-22、电机1-23、阀门1-24、阀门1-25、阀门1-28、阀门1-29、压缩机1-27、膨胀机1-16、发电设备1-30、换热器1-31、电机1-32。气体端口112分别通过阀门1-15、阀门1-16连接膨胀机1-17、压缩机1-18,换热器1-22分别通过阀门1-19、阀门1-20连接膨胀机1-17、压缩机1-18,发电设备1-21分别通过活塞杆连接膨胀机1-17、压缩机1-18;换热器1-22分别通过阀门1-24、阀门1-25连接膨胀机1-26、压缩机1-27,换热器1-31分别通过阀门1-28、阀门1-29连接膨胀机1-26、压缩机1-27,发电设备1-30分别通过活塞杆连接膨胀机1-26、压缩机1-27,换热器1-31连接第一气体管道113;发电设备1-21、发电设备1-30连接电网,换热器1-22、换热器1-31分别通过电机1-23、阀门1-32与外部液体管道相连,从而与控温液体源相连。

图7示出的气体压缩膨胀单元在初始状态时,所有阀门全关闭。当本示例提供的液化气体储能发电系统进行储能时,打开阀门1-16、阀门1-20、阀门1-25、阀门1-29,外部气体先通过气体端口112进入压缩机1-17绝热压缩升温升压;气体绝热压缩后进入换热器1-22与控温液体源中的液体换热恢复至最初的温度后进入压缩机1-27;气体在压缩机1-27中再次绝热压缩升温升压;气体绝热压缩后进入再次进入换热器1-31与控温液体换热恢复至最初的温度后进入第一气体管道113。在本示例提供的液化气体储能发电系统进行储能的整个过程中,电机1-23、电机1-32不断通过外部液体管道将控温液体源中的液体转移至换热器1-22、换热器1-31与气体换热;整个过程为近似的等温压缩过程,分级数越多,整个过程越接近等温。

当本示例提供的液化气体储能发电系统进行发电时,打开阀门1-28、1-24、1-19、1-15,气体先通过第一气体管道113进入膨胀机1-26绝热膨胀降温降压;气体绝热膨胀后进入换热器1-22与控温液体换热恢复至最初的温度后进入膨胀机1-17;气体在压缩机1-17中再次绝热压缩降温降压;气体绝热膨胀后进入再次进入换热器1-34与控温液体换热恢复至最初的温度后进入气体端口112;在本示例提供的液化气体储能发电系统进行储能的整个过程中,电机1-23、1-33不断通过将控温液体转移至换热器1-22、1-34与气体换热;整个过程为近似的等温膨胀过程,分级数越多,整个过程越接近等温。

图8为根据本公开一实施例提供的一种气体压缩膨胀单元中的绝热压缩膨胀装置的示意图。绝热压缩膨胀装置116可通过液压活塞实现绝热压缩膨胀。如图8所示,绝热压缩膨胀装置116包括阀门3-8、阀门3-9、阀门3-10、活塞杆3-11、活塞缸3-12、发电设备3-13。第一气体管道130通过阀门3-8、阀门3-10连接活塞缸3-12;活塞缸3-12通过阀门3-9、阀门3-10与外界或另一个压缩膨胀模块相连;发电设备3-13通过活塞杆3-11连接活塞缸3-12,发电设备3-13连接电网。

图8示出的气体压缩膨胀单元在初始状态时,所有阀门全关闭。当本示例提供的液化气体储能发电系统进行储能时,打开阀门3-8、阀门3-10,气体先通过第一气体管道113进入活塞缸3-12,关闭阀门3-8;气体在活塞缸3-12中绝热膨胀推动活塞杆3-11使发电设备3-13发出电能;气体降至指定温度和压强后,打开阀门3-9,气体进入液化储能单元120或另一个压缩膨胀模块。

当本示例提供的液化气体储能发电系统进行发电时,打开阀门3-9、阀门3-10,气体先进入活塞缸3-12,关闭阀门3-9;发电设备3-13消耗电能推动活塞杆3-11使气体在活塞缸3-12中绝热压缩;气体压缩至指定压强和温度后,打开阀门3-8,气体通过第一气体管道113进入等温压缩膨胀装置。

图9为根据本公开一实施例提供的另一种气体压缩膨胀单元中的绝热压缩膨胀装置的示意图。绝热压缩膨胀装置可通过液体活塞实现绝热压缩膨胀。如图9所示,绝热压缩膨胀装置116包括阀门3-21、阀门3-22、液体活塞3-23、阀门3-24、液体管道3-26、液体源3-27、发电设备3-25。液体活塞分别通过阀门3-21连接第一气体管道113,通过阀门3-22与外界相连;液体活塞3-23通过阀门3-24连接发电设备3-25和液体管道3-26,液体管道3-26连接液体源3-27;发电设备3-25连接电网300。

图9示出的气体压缩膨胀单元在初始状态时,所有阀门全关闭。当本示例提供的液化气体储能发电系统进行储能时,打开阀门3-21,气体先通过第一气体管道113进入液体活塞3-23,关闭阀门3-21;打开阀门3-24,气体在液体活塞3-23中绝热膨胀,液体活塞3-23中的液体推动发电设备3-25进行发电,液体排出至液体源3-27;气体降至指定温度和压强后,关闭阀门3-24,打开阀门3-22,气体进入液化储能单元120或另一个压缩膨胀模块。

当本示例提供的液化气体储能发电系统进行发电时,打开阀门3-22,气体先进入液体活塞3-23,关闭阀门3-22;打开阀门3-24,发电设备3-25消耗电能将液体源3-27内液体转移至液体活塞3-23使气体在液体活塞3-23中绝热压缩;气体压缩至指定压强和温度后,关闭阀门3-24,打开阀门3-21,气体通过第一气体管道113进入等温压缩膨胀装置。

图10为本公开一实施例提供的一种液化气体储能发电装置的热电交换单元的示意图。如图10所示,该热电交换单元130包括第一气体等温压缩膨胀装置1301、第二气体等温压缩膨胀装置1302和两个绝热压缩膨胀装置1303。第一气体等温压缩膨胀装置1301被配置为对第一气体进行等温压缩、膨胀;第二气体等温压缩膨胀装置1302被配置为对第二气体进行等温压缩、膨胀;绝热压缩膨胀装置1303被配置为分别对第一气体和第二气体进行绝热压缩、膨胀,实现第一气体和第二气体的交换。

例如,当采用图10所示的热电交换单元的液化气体储能发电系统在进行储能时,假设初始状态时,第一气体为低温高压气体,第一气体等温压缩膨胀装置的控温液体源为低温液体;第二气体为高温低压气体,第二气体等温压缩膨胀装置的控温液体源为高温液体。热电交换单元利用电能使第二气体在第二气体等温压缩膨胀装置等温压缩变为高温高压的气体,同时使第一气体在第一气体等温压缩膨胀装置等温膨胀变为低温低压的气体;高温高压的第二气体经绝热压缩膨胀设备绝热膨胀变为高压低温的第一气体送入第一气体等温压缩膨胀装置,同时低温低压的第一气体经另一绝热压缩膨胀设备绝热压缩变为低压高温的第二气体送入第二气体等温压缩膨胀装置。热电交换单元消耗电能将第一气体等温压缩膨胀装置的低温的控温液体源的热量转移至第二气体等温压缩膨胀装置的高温的控温液体源。

当采用图10所示的热电交换单元的液化气体储能发电系统在进行发电时,假设初始状态时,第一气体为低温低压气体,第一气体等温压缩膨胀装置的控温液体源为低温液体;第二气体为高温高压气体,第二气体等温压缩膨胀装置的控温液体源为高温液体。第二气体在第二气体等温压缩膨胀装置等温膨胀变为高温低压的气体,同时使第一气体在第一气体等温压缩膨胀装置等温压缩变为低温高压的气体;高温低压的第二气体经绝热压缩膨胀设备绝热膨胀变为低压低温的第一气体送入第一气体等温压缩膨胀装置,同时低温低压的第一气体经另一绝热压缩膨胀设备绝热压缩变为高压高温的第二气体送入第二气体等温压缩膨胀装置。第二气体等温压缩膨胀装置的高温的控温液体源的热量转移至第一气体等温压缩膨胀装置的低温温的控温液体源,热电交换单元发出电能。

需要说明的是,第一外部液体源310内的液体的温度可大于第二外部液体源320内液体的温度。

例如,在一些示例中,第一气体和第二气体可以同时采用氢气或氦气,第一气体和第二气体也可以分别同时采用氢气和氦气。

图11为本公开一实施例提供的另一种热电交换单元的示意图。如图11所示,该热电交换单元130包括至少一个热电交换模块1300,各热电交换模块1300包括第一压力罐134,可存储第一温度范围的液体和第一气体;第二压力罐136,可存储第二温度范围的液体和第二气体;液压控制机构1310,包括第一液压活塞137;第二液压活塞139;换气机构138,与第一压力罐134和第二压力罐136相连,并可交换第一气体和第二气体;以及发电设备135。第一压力罐134与第一液压活塞137相连,第二压力罐136与第二液压活塞139相连,第一液压活塞137、第二液压活塞139、发电设备135机械相连,例如,通过活塞杆同轴相连。初始状态时,假设第一气体为高压气体,第一液压活塞137可在第一气体的膨胀作用下运动,发电设备135被第一液压活塞137驱动,第二液压活塞139推动第二温度范围的液体进入第二压力罐136并压缩第二气体。当第二气体转变为高压气体时,第二液压活塞133可在第二气体的膨胀作用下运动,发电设备135被第二液压活塞139驱动,第一液压活塞137推动第一温度范围的液体进入第一压力罐136并压缩第一气体。由此,该热电交换模块可利用第一温度范围的液体和第二温度范围的液体的温度差进行发电。

例如,如图11所示,该热电交换模块1300包括第一压力罐第一压力罐134、发电设备135、第二压力罐136、换气机构138。该换气机构138通过液压活塞实现,包括阀门8-1、阀门8-2、阀门8-3、液压活塞缸8-6、活塞杆8-5、发电设备8-4。液压活塞缸8-6通过阀门8-3、8-1连接第一压力罐134;液压活塞缸8-6通过阀门8-3、8-2连接第二压力罐136;液压活塞缸8-6通过活塞杆8-5连接发电设备8-4。该热电交换模块还包括第一液压活塞137、第二液压活塞139、阀门9-1、阀门9-2、阀门9-3、阀门9-4、阀门9-5、阀门9-6、阀门9-7和阀门9-8。液压第一液压活塞137通过阀门9-1、9-2连接第一压力罐134;液压第一液压活塞137通过阀门9-3、9-4连接第一外部液体源310;液压第二液压活塞139通过阀门9-5、9-6连接第二压力罐136;液压第一液压活塞137通过阀门9-7、9-8连接第二外部液体源320;发电设备135通过活塞杆连接第一液压活塞137和第二液压活塞139;发电设备135可连接电网300。

需要说明的是,第一外部液体源310内的液体的温度可小于第二外部液体源320内液体的温度;发电设备135也可为直线发电机或曲柄发电机或以液压机构为基础的虚拟抽蓄系统或液压泵系统;第一液压活塞137和第二液压活塞139可通过活塞杆同轴相连或分别与单独的活塞杆相连。

图11所示的热电交换模块处于初始状态时,所有阀门全关闭。

当采用图11所示的热电交换模块的的液化气体储能发电系统在进行储能时,假设初始时第一液压活塞137的活塞杆9-16位于第一液压活塞137最左侧(其他位置类似),打开阀门9-1、9-4、9-6、9-7,第一压力罐134中的低温低压气体等温膨胀,第一温度范围的液体从第一压力罐134中流出,并经阀门9-1进入第一液压活塞137第一液压活塞137的左侧,第一液压活塞137右侧的第一温度范围的液体经阀门9-4进入第一外部液体源310,活塞杆9-16在第一温度范围的液体的推动下向右运动,同时,活塞杆9-16在第二液压活塞139中向右运动,第二液压活塞139右侧的第二温度范围的液体经阀门9-6进入第二压力罐136,第二温度范围的液体进入第二压力罐136,压缩第二压力罐136内的第二气体,第二温度范围的液体经阀门9-7进入第二液压活塞139的左侧,如此,活塞杆9-16运动到第一液压活塞137的最右侧。关闭阀门9-1、9-4、9-6、9-7,打开阀门9-2、9-3、9-5、9-8,第一压力罐134中的第一气体等温膨胀,第一温度范围的液体从第一压力罐134中流出经阀门9-2进入第一液压活塞137的右侧,第一液压活塞137的左侧的第一温度范围的液体经阀门9-3进入第一外部液体源310,活塞杆9-16在上述过程中被第一温度范围的液体推动,并向左运动,同时,活塞杆9-16在第二液压活塞139中向左运动,推动活塞缸9-16左侧的第二温度范围的液体经阀门9-5进入第二压力罐136中,第二温度范围的液体进入第二压力罐6,压缩第二压力罐6内的第二气体,第二温度范围的液体经阀门9-8进入第二液压活塞139的右侧,这样直到活塞杆9-16运动到第一液压活塞137的最左侧,再关闭阀门9-2、9-3、9-5、9-8,打开阀门9-1、9-4、9-6、9-7,如此往复,从而实现活塞杆9-16在第一液压活塞137和第二液压活塞139内往复运动,并通过发电设备135消耗电能,实现热量由低温热源向高温热源的转移。当上述过程结束后,需要将第一压力罐134内气体送入第二压力罐136,第二压力罐136内的气体送入第一压力罐134。首先,可将第一压力罐134内的等温膨胀后的气体通过阀门8-1、8-3迁移至液压活塞缸8-6内,例如,可通过将发电设备135运行在电机模式以驱动活塞杆9-16在第一液压活塞137和第二液压活塞139中往复运动,消耗电网中的电能驱动活塞杆9-16运动。由此,发电设备135可以驱动活塞杆9-16进行往复运动,当活塞杆9-16向右运动时,打开阀门9-2、9-3、8-1、8-3,关闭阀门9-1、9-4,同时将第二液压活塞139屏蔽,即打开阀门9-7、9-8,关闭阀门9-5、9-6,保证第二液压活塞139左右两侧都与第二外部液体源320相连,这样第一液压活塞139左右两侧压力相同,对活塞杆9-16的运动没有影响,同时也不改变第二压力罐136内的气体状态。开闭相关阀门后,第一温度范围的液体经阀门9-3进入第一液压活塞137的左侧,第一液压活塞137右侧的低温液体在活塞杆9-16的推动下经阀门9-2进入第一压力罐134内,第一压力罐134内的气体通过阀门8-1、8-3进入液压活塞8-6内。当活塞杆9-16向左运动时,打开阀门9-1、9-4、8-1、8-3,关闭阀门9-2、9-3,同时打开阀门9-7、9-8,关闭阀门9-5、9-6,将第二液压活塞139屏蔽,第一温度范围的液体经阀门9-4进入第一液压活塞137的右侧,第一液压活塞137左侧的第一温度范围的液体经阀门9-1进入第一压力罐134内,第一压力罐134内的气体通过阀门8-1、8-3进入液压活塞8-6内。如此,活塞杆9-16往复运动直到第一压力罐134内的气体全部进入液压活塞8-6内,此时,需要将第一压力罐136内的气体迁移到第一压力罐134内,关闭阀门8-3,打开阀门8-1、8-2,当活塞杆9-16向右运动时,打开阀门9-1、9-4、9-6、9-7,关闭阀门9-2、9-3、9-5、9-8,第二温度范围的液体经阀门9-7进入第二液压活塞139的左侧,第二液压活塞139右侧的第二温度范围的液体被活塞杆9-16推动经阀门9-6进入第一压力罐136内,第一压力罐136内的气体经阀门8-1、8-3进入第一压力罐134内,第一压力罐134内的第一温度范围的液体经阀门9-1进入第一液压活塞137的左侧,第一液压活塞137右侧的第一温度范围的液体经阀门9-4进入第一外部液体源310内。当活塞杆9-16向左运动时,打开阀门9-2、9-3、9-5、9-8,关闭阀门9-1、9-4、9-6、9-7,第二外部液体源320内的第二温度范围的液体经阀门9-8进入第二液压活塞139的右侧,第二液压活塞139左侧的第一温度范围的液体被活塞9-16推动经阀门9-5进入第一压力罐6内,第一压力罐6内的气体经过阀门8-1、8-3进入第一压力罐134内,第一压力罐134内的第一温度范围的液体经阀门9-2进入第一液压活塞137的右侧,第一液压活塞137左侧的低温液体被活塞9-16推动经阀门9-3进入第一外部液体源310。如此,活塞杆9-16往复运动,直到第一压力罐6内的气体全部迁移到第一压力罐134内,此时需要将液压活塞8-6内的气体迁移至第一压力罐136内,关闭阀门8-1,打开阀门8-2、8-3,同时关闭阀门9-1、9-2,打开阀门9-3、9-4,将第一液压活塞137屏蔽,当活塞杆9-16向右运动时,打开阀门9-5、9-8,关闭阀门9-6、9-7,第二液压活塞139右侧的第二温度范围的液体被活塞杆9-16推动经阀门9-8进入第二外部液体源320,第一压力罐136内的第二温度范围的液体经阀门9-5进入第二液压活塞139的左侧,液压活塞8-6内的气体经阀门8-2、8-3进入第一压力罐136内,当活塞杆9-16向左运动时,打开阀门9-6、9-7,关闭阀门9-5、9-8,第二液压活塞139的左侧的第二温度范围的液体被活塞杆9-16推动经阀门9-7进入第二外部液体源320内,第二压力罐136内的第二温度范围的液体经阀门9-6进入第二液压活塞139的右侧,液压活塞8-6内的气体经阀门8-2、8-3进入第二压力罐136内。如此,活塞杆9-16往复运动直到液压活塞8-6内的气体全部迁移到第二压力罐136内,至此,气体中转迁移过程结束。

需要说明的是,上述的气体中转迁移过程是先将第一压力罐134内的气体迁移至液压活塞8-6,然后再将第二压力罐136内的气体迁移至第一压力罐134。然而,本公开包括但不限于上述的迁移顺序,也可先将第二压力罐136内的第二气体迁移至液压活塞8-6,然后再将第一压力罐134内的第一气体迁移至第二压力罐136。

当采用图11所示的热电交换模块的的液化气体储能发电系统在进行发电时,假设初始时第一液压活塞137的活塞杆9-16位于第一液压活塞137的最左侧(其他位置类似),打开阀门9-2、9-3、9-5、9-8,第二压力罐136中的高温高压气体等温膨胀,第二温度范围的液体从第二压力罐136中流出,并经阀门9-5进入第二液压活塞139的左侧,第二液压活塞139右侧的第一温度范围的液体经阀门9-8进入第二外部液体源320,活塞杆9-16在第二温度范围的液体的推动下向右运动,同时,活塞杆9-16在第一液压活塞137中向右运动,第一液压活塞137右侧的低温液体经阀门9-2进入第一压力罐134,低温液体进入第一压力罐134,压缩第一压力罐134内的低温低压气体,第一外部液体源310中的第一温度范围的液体经阀门9-3进入第一液压活塞137的左侧,如此,活塞杆9-16运动到第二液压活塞139的最右侧。关闭阀门9-2、9-3、9-5、9-8,打开9-1、9-4、9-6、9-7,第一压力罐136中的高温高压气体等温膨胀,第二温度范围的液体从第一压力罐136中流出经阀门9-6进入第二液压活塞139的右侧,第二液压活塞139的左侧的第一温度范围的液体经阀门9-7进入第二外部液体源320,活塞杆9-16在上述过程中被第二温度范围的液体推动,并向左运动,同时,活塞杆9-16在第一液压活塞137中向左运动,推动活塞缸9-16左侧的具有第一温度范围的液体经阀门9-1进入第一压力罐134中,低温液体进入第一压力罐134,压缩第一压力罐134内的低温低压气体,第一外部液体源310中的第一温度范围的液体经阀门9-4进入第一液压活塞137的右侧,这样直到活塞杆9-16运动到第二液压活塞139的最左侧,再关闭阀门9-1、9-4、9-6、9-7,打开阀门9-2、9-3、9-5、9-8,如此往复,从而实现活塞杆9-16在第一液压活塞137和第二液压活塞139内往复运动,实现热量由高温热源向低温热源的转移,并通过发电设备135发出电能。

当上述过程结束后,需要将第一压力罐134内气体送入第一压力罐136,第一压力罐136内的气体送入第一压力罐134。该气体中转迁移过程可参考储能时的气体中转迁移过程。

图12为本公开一实施例提供的一种热电交换模块中绝热压缩膨胀装置的示意图。如图12所示,该绝热压缩膨胀装置138采用液压活塞实现,包括阀门8-7、阀门8-9、阀门8-11、液压活塞8-13、活塞杆8-14、发电设备8-15、阀门8-8、阀门8-10、阀门8-12、液压活塞8-16、活塞杆8-17、发电设备8-18。液压活塞8-13通过阀门8-7、8-11连接第一压力罐;液压活塞8-13通过阀门8-9、8-11连接第二压力罐;液压活塞8-13通过活塞杆8-14连接发电设备8-15;液压活塞8-16通过阀门8-8、8-12连接第一压力罐;液压活塞8-16通过阀门8-10、8-12连接第二压力罐;液压活塞8-16通过活塞杆8-17连接发电设备8-18。发电设备8-15和发电设备8-18均连接电网300。

当采用图12所示的换气机构的的液化气体储能发电系统进行储能时,当该热电交换模块的等温压缩膨胀过程结束后,需要将第一压力罐134内气体绝热压缩后送入第二压力罐136,第二压力罐136内的气体绝热膨胀后送入第一压力罐134。可先将第一压力罐134中气体迁移到液压活塞8-13中,保持阀门9-7、9-8打开,阀门9-5、9-6关闭,将第二液压活塞139屏蔽,交替打开阀门9-1、9-4,关闭阀门9-2、9-3,发电设备9-9推动活塞杆9-16在第一液压活塞137、9-15内往复运动,通过活塞杆9-16在第一液压活塞137中的往复运动,将第一外部液体源310中的第一温度范围的液体推入第一压力罐134中,将第一压力罐134中的气体迁移至液压活塞8-13中。同样地,再将第一液压活塞137屏蔽,交替打开阀门9-5、9-8,关闭阀门9-6、9-7,发电设备推动活塞杆9-16在第一液压活塞137、9-15内往复运动,通过活塞杆9-16在第二液压活塞139中的往复运动,将第二外部液体源320中的高温液体推入第二压力罐136中,将第二压力罐136中的气体迁移至液压活塞8-16中。

此时,为了将迁移到液压活塞8-13的气体绝热压缩,将迁移到液压活塞8-16的气体绝热膨胀,以分别与第二压力罐136和第二压力罐136的温度匹配,可通过发电设备8-15驱动活塞杆8-14运动,以使迁移到液压活塞8-13的气体绝热压缩升温,可通过发电设备8-18驱动活塞杆8-17运动,以使迁移到液压活塞8-16的气体绝热膨胀降温。由此,该换气机构可较快地使迁移到液压活塞8-13的气体和迁移到液压活塞8-16的气体分别与第二压力罐136和第一压力罐134的温度匹配。

在完成上述的变温过程后,可将液压活塞8-13中进行完绝热压缩过程的气体转移到第二压力罐136内,将液压活塞8-16中进行完绝热膨胀后的气体转移到第一压力罐134中,继续进行下一次气体等温压缩膨胀过程,交替进行,实现连续发电。需要说明的是,上述将液压活塞8-13中进行完绝热压缩过程的气体转移到第二压力罐136内,将液压活塞8-16中进行完绝热膨胀后的气体转移到第一压力罐134中的具体步骤可参见前述示例的相关描述,再次不再赘述。

当采用图12所示的换气机构的的液化气体储能发电系统进行发电时,当该热电交换模块的等温压缩膨胀过程结束后,需要将第二压力罐136内气体绝热膨胀后送入第一压力罐134,第一压力罐134内的气体绝热压缩后送入第二压力罐136。可先将第二压力罐136中气体迁移到液压活塞8-16中,保持阀门9-3、9-4打开,阀门9-1、9-2关闭,将第一液压活塞137屏蔽,交替打开阀门9-5、9-8,关闭阀门9-6、9-7,发电设备135推动活塞杆9-16在第一液压活塞137、9-15内往复运动,通过活塞杆9-16在第二液压活塞139中的往复运动,将第二外部液体源320的第二温度范围液体推入第二压力罐136中,将第二压力罐136中的气体迁移至液压活塞8-16中。同样地,再将第二液压活塞139屏蔽,交替打开阀门9-1、9-4,关闭阀门9-2、9-3,发电设备9-9推动活塞杆9-16在第一液压活塞137、9-15内往复运动,通过活塞杆9-16在第一液压活塞137中的往复运动,将第一外部液体源310中的第一温度范围液体推入第一压力罐134中,将第一压力罐134中的气体迁移至液压活塞8-13中。

此时,为了将迁移到液压活塞8-16的气体绝热膨胀,将迁移到液压活塞8-16的气体绝热压缩,以分别与第一压力罐134和第二压力罐136的温度匹配,可通过发电设备8-18驱动活塞杆8-17运动,以使迁移到液压活塞8-16的气体绝热膨胀降温,可通过发电设备8-15驱动活塞杆8-14运动,以使迁移到液压活塞8-13的气体绝热压缩升温。由此,该换气机构可较快地使迁移到液压活塞8-16的气体和迁移到液压活塞8-13的气体分别与第一压力罐134和第二压力罐136的温度匹配。

在完成上述的变温过程后,可将液压活塞8-16中进行完绝热膨胀过程的气体转移到第一压力罐134内,将液压活塞8-13中进行完绝热压缩后的气体转移到第二压力罐136中,继续进行下一次气体等温压缩膨胀过程,交替进行,实现连续发电。需要说明的是,上述将液压活塞8-16中进行完绝热膨胀过程的气体转移到第一压力罐134内,将液压活塞8-13中进行完绝热压缩后的气体转移到第二压力罐136中的具体步骤可参见前述示例的相关描述,再次不再赘述。

图13为根据本公开一实施例提供的另一种热电交换模块中的液压控制机构的示意图。如图13所示,该液压控制机构通过发电设备实现,包括阀门9-11、阀门9-13、发电设备9-10、发电设备9-12。发电设备9-10连接第一压力罐,发电设备9-12连接第二压力罐;发电设备9-10通过阀门9-11连接第一外部液体源310,发电设备9-12通过阀门9-13连接第二外部液体源320;发电设备9-10和发电设备9-12均连接电网300。

当采用图13所示的液压控制机构的的液化气体储能发电系统进行储能时,第一压力罐134中的低温低压气体等温膨胀,第一温度范围的液体从第一压力罐134中流出,并经阀门9-11和发电设备9-10进入第一外部液体源310,第二外部液体源320中第二温度范围的液体经阀门9-13和发电设备9-12进入第二压力罐136,第二压力罐136中的高温高压气体等温压缩。整个过程发电设备9-10发出电能,发电设备9-12消耗电能,总体消耗电能。

当采用图13所示的液压控制机构的的液化气体储能发电系统进行发电时,第二压力罐136中的高温高压气体等温膨胀,高温液体从第二压力罐136中流出,并经阀门9-13和发电设备9-10进入第二外部液体源320,第一外部液体源310中第一温度范围的液体经阀门9-11和发电设备9-11进入第一压力罐134,第一压力罐134中的低温低压气体等温压缩。整个过程发电设备9-12发出电能,发电设备9-10消耗电能,总体发出电能。

图14为根据本公开一实施例提供的另一种热电交换模块的液压控制机构的示意图。如图14所示,该液压控制机构通过发电设备实现,包括阀门9-11、阀门9-13、发电设备9-10、发电设备9-12。发电设备9-10连接第一压力罐,发电设备9-12连接第二压力罐;发电设备9-10通过阀门9-11连接第一外部液体源310,发电设备9-12通过阀门9-13连接第二外部液体源320;发电设备9-10和发电设备9-11存在机械连接,例如通过连杆相连;发电设备9-12连接电网300。

当采用图14所示的液压控制机构的的液化气体储能发电系统进行储能时,第一压力罐134中的低温低压气体等温膨胀,第一温度范围的液体从第一压力罐134中流出,并经阀门9-11和发电设备9-10进入第一外部液体源310,第二外部液体源320中第二温度范围的液体经阀门9-13和发电设备9-12进入第二压力罐136,第二压力罐136中的高温高压气体等温压缩。整个过程中,第一温度范围的液体推动发电设备9-10发电,发电设备9-10通过机械连接带动发电设备9-12将高温液体转移至第二压力罐136中;整个过程发电设备9-10发出电能,发电设备9-12消耗电能,总体消耗电能。

当采用图14所示的液压控制机构的的液化气体储能发电系统进行发电时,第二压力罐136中的高温高压气体等温膨胀,第二温度范围的液体从第二压力罐136中流出,并经阀门9-13和发电设备9-10进入第二外部液体源320,第一外部液体源310中低温液体经阀门9-11和发电设备9-110进入第一压力罐134,第一压力罐134中的低温低压气体等温压缩。整个过程中,第二温度范围的液体推动发电设备9-12发电,发电设备9-12通过机械连接带动发电设备9-10将第一温度范围的液体转移至第一压力罐134中;整个过程发电设备9-12发出电能,发电设备9-10消耗电能,总体发出电能。

图15为根据本公开一实施例提供的一种液化气体储能发电装置的热电交换模块的配置示意图。如图15所示,液化储能单元120的液体空间和液体源140之间存在温差,可以设置热电交换模块;液化储能单元120的液体空间和压缩膨胀模块1100的控温液体源150之间存在温差,可以设置热电交换模块;不同压缩膨胀模块1100的控温液体源150之间存在温差,可以设置热电交换模块;压缩膨胀模块1100的控温液体源150和液体源140之间存在温差,可以设置热电交换模块

图16为根据本公开一实施例提供的一种液化气体储能发电装置的示意图。如图16所示,气体压缩膨胀单元110包括N个压缩膨胀模块1100,N个压缩膨胀模块1100包括N个控温液体源150,N个压缩膨胀模块1100串联设置以对来自气体端口112的气体进行分级压缩和膨胀,N为大于1的正整数。由此,通过N个压缩膨胀模块对来自气体端口的气体进行分级压缩和膨胀,可在气体压力不大的压缩膨胀模块中使用耐压强度较低的设备,在气体压力大的压缩膨胀模块中使用耐压强度高的设备,从而可从整体上降低设备的成本。

例如,在一些示例中,如图16所示,N个控温液体源150与N个压缩膨胀模块1100一一对应设置,压缩膨胀模块1100被配置为利用对应设置的控温液体源150来进行等温压缩,N个控温液体源150中各控温液体源的液体的温度范围不同。需要说明的是,本公开实施例包括但不限于此,N个控温液体源150中各控温液体源的液体的温度范围也可相同。

例如,在一些示例中,上述的热电交换模块也可采用其他设备来实现。例如,热电交换模块可为热泵,可利用电能实现能量转移。例如,热泵可通过气体膨胀吸热和气体压缩放热的方式或蒸发和冷凝的方式消耗电能实现热量转移,并被配置为通过气体在高温液体内等温膨胀和在低温液体内等温压缩的方式或基于热电材料的塞贝克效应的温差发电器实现发电。例如,在一些示例中,如图16所示,热电交换单元130包括N个热电交换模块1300,N个热电交换模块1300与N个控温液体源150一一对应设置,第N个热电交换模块150分别与液化储能单元120与第N个控温液体源150相连,第n个热电交换模块1300分别与第n个控温液体源150与第n+1个控温液体源150相连,n为小于N的正整数。由此,N个热电交换模块1300可实现分级换热,从而可从整体上降低设备的成本。

例如,在一些示例中,如图16所示,该液化气体储能发电装置对气体进行多级压缩膨胀实现液化。该液化气体储能发电装置包括三个部分:气体压缩膨胀单元110、液化储能单元120和热电交换单元130。气体压缩膨胀单元110由N个压缩膨胀模块1100构成,热电交换单元130由N个热电交换模块1300构成;此外,N个压缩膨胀模块1100配置N个控温液体源150,N个热电交换模块1300与N个控温液体源150一一对应设置,第N个热电交换模块150分别与液化储能单元120与第N个控温液体源150相连,第n个热电交换模块1300分别与第n个控温液体源150与第n+1个控温液体源150相连,n为小于N的正整数。N个压缩膨胀模块串联设置,即第一个压缩膨胀模块的出口与第二个压缩膨胀模块的入口相连,第二个压缩膨胀模块的出口与第三个压缩膨胀模块的入口相连,以此类推。第N个压缩膨胀模块的出口与液化储能单元120的气体空间相连。N个压缩膨胀模块与N个控温液体源一一对应设置,各压缩膨胀模块利用对应设置的控温液体源来实现等温压缩。

图16所示的液化气体储能发电装置在进行储能时,外部气体经气体端口112进入第一个压缩膨胀模块,第一个压缩膨胀模块消耗电能将外部气体转换为特定压强和温度的气体并通过气体管道转移至第二个压缩膨胀模块,第二个压缩膨胀模块消耗电能将外部气体转换为特定压强和温度的气体并通过气体管道转移至第三个压缩膨胀模块,以此类推;最后,第N个压缩膨胀模块消耗电能将外部气体转换为第一个压缩气体并通过气体管道转移至液化储能单元120的气体空间;同时,第一个控温液体源吸收第一个压缩膨胀模块中气体等温压缩的热量维持气体温度恒定,第二个控温液体源吸收第二个压缩膨胀模块中气体等温压缩的热量维持气体温度恒定,以此类推;同时,第一个热电交换模块消耗电能将第二个控温液体源的多余的热量转移至第一个控温液体源以维持第二个控温液体源的温度恒定,第二个热电交换模块消耗电能将第三个控温液体源的多余的热量转移至第二个控温液体源以维持第三个控温液体源的温度恒定,以此类推;第N个热电交换模块消耗电能吸收液化储能单元120液态气体的热量转移至第N个控温液体源;这样液化储能单元120内液态气体温度下降、气态气体压强上升使气体液化,实现电能存储。另外,在该液化气体储能发电装置的运行过程中,液化储能单元120内气液两相物质通过混合实现热交换,使液化储能单元120内气液两相物质温度保持稳定。

图16所示的液化气体储能发电装置在进行发电时,第N个热电交换模块利用第N个控温液体源和液化储能单元120中的液态气体的温度差发电,第N个控温液体源的热量转移至液化储能单元120内的液态气体中使液态气体升温,液化储能单元120内的气态气体转移至压缩膨胀单元110,液化储能单元120内液态气体温度上升、气态气体压强下降使液态气体汽化;气态气体经气体管道进入第N个压缩膨胀模块发电后经气体管道进入第N-1个压缩膨胀模块发电,第N-1个压缩膨胀模块发电后的气体经气体管道进入第N-2个压缩膨胀模块发电,以此类推;最后,气体经气体端口112排出;同时,第N个控温液体源补充第N个压缩膨胀模块中气体等温膨胀的热量维持气体温度恒定,第N-1个控温液体源补充第N-1个压缩膨胀模块中气体等温膨胀的热量维持气体温度恒定,以此类推;同时,第N-1个热电交换模块利用第N-1控温液体源和第N个控温液体源的温度差发电,第N-1个控温液体源的热量转移至第N个控温液体源以维持第N个控温液体源的温度恒定,第N-2个热电交换模块利用第N-2控温液体源和第N-1个控温液体源的温度差发电,第N-2个控温液体源的热量转移至第N-1个控温液体源以维持第N-1个控温液体源的温度恒定,以此类推;在该液化气体储能发电装置的运行过程中,液化储能单元120内气液两相物质通过混合实现热交换,使液化储能单元120内气液两相物质温度保持稳定。

图17为根据本公开一实施例提供的一种液化气体储能发电装置在储能时气体、电能及热量流向的示意图。如图17所示,在液化气体储能发电装置进行储能时,电网300中电能分别流向气体压缩膨胀单元110的压缩膨胀模块1100和热电交换单元130的热电交换模块1300;外部气体经压缩膨胀模块单元110最终进入液化储能单元120的气体空间被液化;各压缩膨胀模块1100的热量分别流入与之对应的控温液体源150;液化储能单元120的液体空间的热量转移至压缩膨胀模块单元110,压缩膨胀模块单元110的热量经热电交换模块最终流出。

图18为根据本公开一实施例提供的一种液化气体储能发电装置在发电时气体、电能及热量流向的示意图。如图18所示,在液化气体储能发电装置进行发电时,气体压缩膨胀单元110的压缩膨胀模块1100和热电交换单元130的热电交换模块1300发出的电能均流向电网300;液化储能单元120的气体空间的气态气体经气体端口112最终排出。

图19为本公开一实施例提供的另一种液化气体储能发电装置的示意图。如图19所示,热电交换单元130包括N+1个热电交换模块1300,N+1个热电交换模块1300与N个气体压缩膨胀单元110150和液化储能单元120一一对应设置,第N+1个热电交换模块1300分别与液化储能单元120与液体源140相连,第p个热电交换模块1300分别与第p个气体压缩膨胀单元110的控温液体源150与液体源140相连,p为小于等于N的正整数。由此,各热电交换模块1300可共用一个液体源140。

例如,如图19所示,该液化气体储能发电装置对气体进行多级压缩膨胀实现液化,包括三个部分:气体压缩膨胀单元110、液化储能单元120和热电交换单元130。气体压缩膨胀单元110由N个压缩膨胀模块1100构成,热电交换单元130由N+1个热电交换模块1300构成;此外,N个气体压缩膨胀单元110配置N个控温液体源150;液体源140配置1个。N个压缩膨胀模块串联设置,即第一个压缩膨胀模块的出口与第二个压缩膨胀模块的入口相连,第二个压缩膨胀模块的出口与第三个压缩膨胀模块的入口相连,以此类推。第N个压缩膨胀模块的出口与液化储能单元120的气体空间相连。N个压缩膨胀模块与N个控温液体源一一对应设置,各压缩膨胀模块利用对应设置的控温液体源来实现等温压缩。N+1个热电交换模块1300与N个气体压缩膨胀单元110的N个控温液体源150和液化储能单元120一一对应设置,第N+1个热电交换模块1300分别与液化储能单元120与液体源140相连,第p个热电交换模块1300分别与第p个气体压缩膨胀单元110的控温液体源150与液体源140相连,p为小于等于N的正整数。由此,该液化气体储能发电单元中的N个热电交换模块可共享同一个液体源140。

图19所示的液化气体储能发电装置在进行储能时,外部气体经气体端口112进入第一个压缩膨胀模块,第一个压缩膨胀模块消耗电能将外部气体转换为特定压强和温度的气体并通过气体管道转移至第二个压缩膨胀模块,第二个压缩膨胀模块消耗电能将外部气体转换为特定压强和温度的气体并通过气体管道转移至第三个压缩膨胀模块,以此类推;最后,第N个压缩膨胀模块消耗电能将外部气体转换为第一个压缩气体并通过气体管道转移至液化储能单元120的气体空间;同时,第一个控温液体源吸收第一个压缩膨胀模块中气体等温压缩的热量维持气体温度恒定,第二个控温液体源吸收第二个压缩膨胀模块中气体等温压缩的热量维持气体温度恒定,以此类推;同时,第一个热电交换模块消耗电能将第一个控温液体源的多余的热量转移至液体源以维持第一个控温液体源的温度恒定,第二个热电交换模块消耗电能将第二个控温液体源的多余的热量转移至液体源以维持第二个控温液体源的温度恒定,以此类推;第N+1个热电交换模块消耗电能吸收液化储能单元120液态气体的热量转移至液体源;这样液化储能单元120内液态气体温度下降、气态气体压强上升使气体液化,实现电能存储。另外,在该液化气体储能发电装置的运行过程中,液化储能单元120内气液两相物质通过混合实现热交换,使液化储能单元120内气液两相物质温度保持稳定。

图17所示的液化气体储能发电装置在进行发电时,第N+1个热电交换模块利用液体源140和液化储能单元120中的液态气体的温度差发电,液体源140转移至液化储能单元120内的液态气体中使液态气体升温,液化储能单元120内的气态气体转移至压缩膨胀单元110,液化储能单元120内液态气体温度上升、气态气体压强下降使液态气体汽化;气态气体经气体管道进入第N个压缩膨胀模块发电后经气体管道进入第N-1个压缩膨胀模块发电,第N-1个压缩膨胀模块发电后的气体经气体管道进入第N-2个压缩膨胀模块发电,以此类推;最后,气体经气体端口112排出;同时,第N个控温液体源补充第N个压缩膨胀模块中气体等温膨胀的热量维持气体温度恒定,第N-1个控温液体源补充第N-1个压缩膨胀模块中气体等温膨胀的热量维持气体温度恒定,以此类推;同时,第N个热电交换模块利用第N控温液体源和液体源的温度差发电,液体源的热量转移至第N个控温液体源以维持第N个控温液体源的温度恒定,第N-1个热电交换模块利用第N-1控温液体源和液体源的温度差发电,液体源的多余热量转移至第N-1个控温液体源以维持第N-1个控温液体源的温度恒定,以此类推;在该液化气体储能发电装置的运行过程中,液化储能单元120内气液两相物质通过混合实现热交换,使液化储能单元120内气液两相物质温度保持稳定。

图20为本公开一实施例提供的另一种液化气体储能发电装置的示意图。如图20所示,热电交换单元130包括N+1个热电交换模块1300,N+1个热电交换模块1300与N个气体压缩膨胀单元110的N个控温液体源150和液化储能单元120一一对应设置,第N+1个热电交换模块1300分别与液化储能单元120与第N个温控液体源150相连,第1个热电交换模块1300分别与第1个控温液体源150与液体源140相连,第q个热电交换模块1300分别与第q个控温液体源150与第q-1个控温液体源150相连,q为小于等于N的正整数。

例如,如图20所示,该液化气体储能发电装置对气体进行多级压缩膨胀实现液化,包括三个部分:气体压缩膨胀单元110、液化储能单元120和热电交换单元130。气体压缩膨胀单元110由N个压缩膨胀模块1100构成,热电交换单元130由N+1个热电交换模块1300构成;此外,N个压缩膨胀模块1100配置N个控温液体源150;液体源140配置1个。N个压缩膨胀模块串联设置,即第一个压缩膨胀模块的出口与第二个压缩膨胀模块的入口相连,第二个压缩膨胀模块的出口与第三个压缩膨胀模块的入口相连,以此类推。第N个压缩膨胀模块的出口与液化储能单元120的气体空间相连。N个压缩膨胀模块与N个控温液体源一一对应设置,各压缩膨胀模块利用对应设置的控温液体源来实现等温压缩。N+1个热电交换模块1300与N个控温液体源150和液化储能单元120一一对应设置,第N+1个热电交换模块1300分别与液化储能单元120与第N各控温液体模组相连,第p个热电交换模块1300分别与第p个控温液体源150与第p-1个控温液体源150相连,p为小于等于N的正整数。第1个热电交换模块1300分别与第1个控温液体源150和液体源130相连。

图20所示的液化气体储能发电装置在进行储能时,外部气体经气体端口112进入第一个压缩膨胀模块,第一个压缩膨胀模块消耗电能将外部气体转换为特定压强和温度的气体并通过气体管道转移至第二个压缩膨胀模块,第二个压缩膨胀模块消耗电能将外部气体转换为特定压强和温度的气体并通过气体管道转移至第三个压缩膨胀模块,以此类推;最后,第N个压缩膨胀模块消耗电能将外部气体转换为第一个压缩气体并通过气体管道转移至液化储能单元120的气体空间;同时,第一个控温液体源吸收第一个压缩膨胀模块中气体等温压缩的热量维持气体温度恒定,第二个控温液体源吸收第二个压缩膨胀模块中气体等温压缩的热量维持气体温度恒定,以此类推;同时,第一个热电交换模块消耗电能将第一个控温液体源的多余的热量转移至液体源以维持第一个控温液体源的温度恒定,第二个热电交换模块消耗电能将第二个控温液体源的多余的热量转移至第一个控温液体源以维持第二个控温液体源的温度恒定,以此类推;第N+1个热电交换模块消耗电能吸收液化储能单元120液态气体的热量转移至第N个控温液体源;这样液化储能单元120内液态气体温度下降、气态气体压强上升使气体液化,实现电能存储。另外,在该液化气体储能发电装置的运行过程中,液化储能单元120内气液两相物质通过混合实现热交换,使液化储能单元120内气液两相物质温度保持稳定。

图20所示的液化气体储能发电装置在进行发电时,第N+1个热电交换模块利用第N个控温液体源和液化储能单元120中的液态气体的温度差发电,第N个控温液体源的热量转移至液化储能单元120内的液态气体中使液态气体升温,液化储能单元120内的气态气体转移至压缩膨胀单元110,液化储能单元120内液态气体温度上升、气态气体压强下降使液态气体汽化;气态气体经气体管道进入第N个压缩膨胀模块发电后经气体管道进入第N-1个压缩膨胀模块发电,第N-1个压缩膨胀模块发电后的气体经气体管道进入第N-2个压缩膨胀模块发电,以此类推;最后,气体经气体端口112排出;同时,第N个控温液体源补充第N个压缩膨胀模块中气体等温膨胀的热量维持气体温度恒定,第N-1个控温液体源补充第N-1个压缩膨胀模块中气体等温膨胀的热量维持气体温度恒定,以此类推;同时,第N+1个热电交换模块利用第N控温液体源和液化储能单元中液体的温度差发电,第N个热电交换模块利用第N个控温液体源和第N-1个控温液体源的温度差发电,第N-1个控温液体源的热量转移至第N个控温液体源以维持第N个控温液体源的温度恒定,以此类推;第一个热电交换模块利用第1个控温液体源和液体源的温度差发电;在该液化气体储能发电装置的运行过程中,液化储能单元120内气液两相物质通过混合实现热交换,使液化储能单元120内气液两相物质温度保持稳定。

图21为本公开一实施例提供的另一种液化气体储能发电装置的示意图。如图21和图22所示,来自气体端口的气体包括M个气体组分,液化储能单元120包括M个液化储能模块1200,第M个液化储能模块1200与第N个压缩膨胀模块1100相连,第g个液化储能模块1200与第k个压缩膨胀模块1100相连,第g个液化储能模块1200被配置为存储液化后的第g个气体组分,第g个气体组分的液化温度小于或等于与第k个压缩膨胀模块100对应设置的控温液体源150中液体的温度,g为小于M的正整数,k为小于N的正整数。

例如,在一些示例中,第g个液化储能模块可用于将来自气体端口中的第g个气体组分分离出来,以实现其他用途,从而可提高该液化气体储能发电装置的综合经济效益。例如,来自气体端口中的气体为空气,第g个气体组分可为氧气。

例如,在一些示例中,如图21所示,该液化气体储能发电装置对气体进行多级液化分离。来自气体端口的气体包括M个气体组分,例如,空气可包括氮气、氧气、二氧化碳等气体。液化储能单元120包括M个液化储能模块1200,也就是说,液化储能模块的数量可以与气体组分的数量相同,以分别存储对应的液化气体组分。第M个液化储能模块1200与第N个压缩膨胀模块1100相连,也就是说,第M个液化储能模块存储第N个压缩膨胀模块的产物;第g个液化储能模块1200与第k个压缩膨胀模块1100相连,第g个液化储能模块1200被配置为存储液化后的第g个气体组分,第g个气体组分的液化温度小于或等于与第k个压缩膨胀模块100对应设置的控温液体源150中液体的温度,g为小于M的正整数,k为小于N的正整数。由此,该液化气体储能发电装置不仅可以进行储能发电,还可利用M个液化储能模块来实现气体中组分的分离和利用。需要说明的是,压缩膨胀模块的数量可等于液化储能模块的数量,也可大于液化储能模块的数量。

例如,在一些示例中,如图22所示,压缩膨胀模块的数量大于液化储能模块的数量,也就是说,M个液化储能模块可根据压缩膨胀模块对应设置的控温液体源中液体的温度插入N个串联设置的压缩膨胀模块之中。在压缩膨胀模块的分级压缩和膨胀过程中,由于气体中各组分的气体液化温度都比较低,需要经过多个压缩膨胀模组分级压缩和膨胀之后才能到达气体中各组分中液化温度最高的组分所需的液化温度。例如,第g个液化储能模块1200与第k个压缩膨胀模块1100相连,第g个液化储能模块1200被配置为存储液化后的第g个气体组分,第g个气体组分的液化温度小于或等于与第k个压缩膨胀模块100对应设置的控温液体源150中液体的温度,g为小于M的正整数,k为小于N的正整数。外部气体在多个压缩膨胀模块的连续压缩之后完成某一组分的液化后,第一液化储能模组的气体空间的气态气体将不再含有这一组分或含量极小,第一液化储能模组的气体空间的气态气体进入下一个压缩膨胀模块或多个压缩膨胀模块以完成另一组分的液化,以此类推。最终实现外部气体分级液化分离。

例如,在一些示例中,液化储能模组与下一级的气体压缩膨胀模组之间可增加过滤装置以过滤残留的未液化的这一组分,从而可提高液化后的各气体组分的纯度。

图23为本公开一实施例提供的一种液化气体储能发电装置的液化储能单元液体空间连接外部储气空间的示意图。利用电机122将液化储能单元120的液体空间124的液态空气经液体管道125送入外部储气空间121,与外部储气空间121内的气体热交换后进入气体空间126构成液态空气的循环流动。外部储气空间121内的气体与液体空间124的液化空气的温度和压强均不同。外部储气空间121内的气体由气体管道123与外界气体源构成气体的循环流动。

例如,液化储能单元120在储能时,液体空间124内存储压强为3MPa、温度为-150℃的液态空气,外界气体源为外部储气空间121充入压强为1MPa、温度为-160℃的氮气并使其经气体管道123构成气体的循环流动。在电机122的作用下,液体空间124内的液态空气经液体管道125送入外部储气空间121,液态空气与氮气发生热交换,液态空气热量转移至氮气中,液态空气热交换后进入气体空间126构成液态空气的循环流动。液态空气与氮气的循环流动使液体空间124的液态空气热量转移至氮气中,促进液化过程的进行,以实现不同压强下具有不同温度的同种介质之间的热量交换。

例如,外部气体源为热电交换模块1300的第一气体等温压缩膨胀装置或第二气体等温压缩膨胀装置。第一气体等温压缩膨胀装置或第二气体等温压缩膨胀装置内的气体经过经气体管道123循环流动的同时实现压缩或膨胀过程。

本公开一实施例还提供一种液化气体储能发电装置的储能发电方法,该液化气体储能发电装置为上述任一项描述的液化气体储能发电装置,该储能发电方法包括以下步骤:

步骤S101:储能阶段,通过气体端口向气体压缩膨胀单元通入气体;步骤S102:气体压缩膨胀单元利用电能压缩来自气体端口的气体以形成第一压缩气体并将第一压缩气体输送至液化储能单元;

步骤S103:热电交换单元利用电能吸收液化储能单元中液态气体的热量并将热量转移至液体源以使第一压缩气体在液化储能单元液化;

步骤S104:在发电阶段,热电交换单元利用液体源与液化储能单元中液态气体的温差进行发电并将液体源的热量转移至液化储能单元中液态气体以使液化储能单元中液态气体气化;以及

步骤S105:气体压缩膨胀单元还被配置为利用液化储能单元中的气体进行发电。

由此,在本实施例提供的液化气体储能发电装置的储能发电方法中,在进行储能时,气体压缩膨胀单元可消耗电能来压缩来自气体端口的气体(例如,空气)以形成第一压缩气体(具有特定压强和温度的气体)并将第一压缩气体输送至液化储能单元,热电交换单元可消耗电能吸收液化储能单元中液态气体的热量并将热量转移至液体源以使第一压缩气体在液化储能单元中液化,从而将电能存储在液化气体中。由于液化气体的体积较小,存储的能量较高,因此该液化气体储能发电技术的存储容量比较大,而所占用的体积则相对较小。另一方面,液化气体无污染、对环境友好、成本较低,因此该液化气体储能发电装置具有无污染、对环境友好、储能成本较低、经济效益高等优点。当本实施例提供的液化气体储能发电装置进行发电时,热电交换单元还被配置为利用液体源与液化储能单元中液态气体的温差进行发电并将液体源的热量转移至液化储能单元中液态气体,使液态气体汽化以使液化储能单元中液态气体气化,气体压缩膨胀单元还被配置为利用液化储能单元中的气体进行膨胀做功以进行发电。并且,该液化气体储能发电装置的能量利用效率较高。需要说明的是,在本实施例提供的液化气体储能发电装置的运行过程中,液化储能单元内气液两相物质通过混合实现热交换,从而可使液化储能单元内气液两相物质温度保持稳定。

例如,在一些示例中,在储能阶段,气体压缩膨胀单元利用电能对来自气体端口的气体进行等温压缩。

有以下几点需要说明:

(1)本发明实施例附图中,只涉及到与本发明实施例涉及到的结构,其他结构可参考通常设计。

(2)在不冲突的情况下,本发明同一实施例及不同实施例中的特征可以相互组合。

以上,仅为本公开的具体实施方式,但本公开的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此,本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

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