液态空气储能发电系统

1.本实用新型涉及液态空气储能技术领域，尤其涉及一种液态空气储能发电系统。


背景技术：

2.在液态空气储能系统中，空气在进入冷箱液化之前，需要先利用分子筛纯化系统去除其所含有的水蒸汽、二氧化碳和乙炔等。传统的分子筛纯化系统需要在进气前配置制冷机组以预冷进入分子筛纯化系统的空气，增大分子筛的吸附能力。同时，分子筛再生时也需要额外配置电加热器以加热再生气，尽可能多的带走杂质气体。在吸附和再生过程中，均需要增加额外的设备和能耗，系统的运行效率较低且经济性较差。


技术实现要素：

3.针对上述技术问题，本实用新型提出一种液态空气储能发电系统。
4.本实用新型提供了一种液态空气储能发电系统，包括：液态空气储能单元和分子筛吸附塔自动再生单元。
5.其中，所述液态空气储能单元包括第一分子筛吸附塔和第二分子筛吸附塔。所述第一分子筛吸附塔和所述第二分子筛吸附塔并联连接。所述第一分子筛吸附塔和所述第二分子筛吸附塔能够相互独立且交替进行脱碳脱水。所述分子筛吸附塔自动再生单元与所述液态空气储能单元连接，使得所述第一分子筛吸附塔和所述第二分子筛吸附塔能够利用液态空气储能过程中所产生的热量相互独立且交替进行自动再生过程。
6.根据本实用新型提供的一种液态空气储能发电系统，所述液态空气储能单元还包括一级空气压缩机组、预冷器和二级空气压缩机组。所述预冷器包括第一换热侧。
7.其中，所述一级空气压缩机组的出口与所述预冷器的第一换热侧的入口连接。所述第一换热侧的出口处连接有压缩空气总管。所述第一分子筛吸附塔的入口通过第一压缩空气分支管路与所述压缩空气总管连接。所述第一压缩空气分支管路上设有第一流量控制阀。所述第一分子筛吸附塔的出口与所述二级空气压缩机组的入口连接。
8.其中，所述第二分子筛吸附塔的入口通过第二压缩空气分支管路与所述压缩空气总管连接。所述第二压缩空气分支管路上设有第二流量控制阀。所述第二分子筛吸附塔的出口与所述二级空气压缩机组的入口连接。
9.根据本实用新型提供的一种液态空气储能发电系统，所述液态空气储能单元还包括压缩热存储利用装置、蓄冷器、节流元件、气液分离器和低温储罐。所述压缩热存储利用装置包括第二换热侧。所述蓄冷器包括第三换热侧。
10.其中，所述二级空气压缩机组的出口与所述压缩热存储利用装置的第二换热侧的入口连接。所述第二换热侧的出口与所述蓄冷器的第三换热侧的入口连接。所述第三换热侧的出口与所述节流元件的入口连接。所述节流元件的出口与所述气液分离器的入口连接。所述气液分离器的液态空气出口与所述低温储罐的入口连接。
11.根据本实用新型提供的一种液态空气储能发电系统，所述分子筛吸附塔自动再生
单元包括热吹总管。所述蓄冷器还包括第四换热侧。所述压缩热存储利用装置还包括第五换热侧。
12.其中，所述气液分离器的气相空气出口与所述蓄冷器的第四换热侧的入口连接。所述第四换热侧的出口与所述压缩热存储利用装置的第五换热侧的入口连接。所述第五换热侧的出口处连接所述热吹总管。所述第一分子筛吸附塔通过第一再生分支管路与所述热吹总管连接。所述第二分子筛吸附塔通过第二再生分支管路与所述热吹总管连接。
13.根据本实用新型提供的一种液态空气储能发电系统，所述热吹总管上设有第三流量控制阀。所述第一再生分支管路上设有第四流量控制阀。所述第二再生分支管路上设有第五流量控制阀。
14.根据本实用新型提供的一种液态空气储能发电系统，所述分子筛吸附塔自动再生单元还包括冷吹总管。所述蓄冷器的第四换热侧的出口处连接所述冷吹总管。所述第一分子筛吸附塔通过所述第一再生分支管路与所述冷吹总管连接。所述第二分子筛吸附塔通过所述第二再生分支管路与所述冷吹总管连接。所述冷吹总管上设有第六流量控制阀。
15.根据本实用新型提供的一种液态空气储能发电系统，还包括液态空气释能单元。所述液态空气释能单元包括低温泵、空气透平机组和发电机。所述蓄冷器还包括第六换热侧。所述压缩热存储利用装置还包括第七换热侧。
16.其中，所述低温储罐的出口与所述低温泵的入口连接。所述低温泵的出口通过释能管路与所述蓄冷器的第六换热侧的入口连接。所述第六换热侧的出口与所述压缩热存储利用装置的第七换热侧的入口连接。所述第七换热侧的出口与所述空气透平机组的进气口连接。所述空气透平机组与所述发电机连接。
17.根据本实用新型提供的一种液态空气储能发电系统，所述释能管路上安装有第七流量控制阀。
18.根据本实用新型提供的一种液态空气储能发电系统，所述液态空气释能单元还包括排气冷量回收装置。所述预冷器还包括第八换热侧。
19.其中，所述空气透平机组的排气口与所述排气冷量回收装置，以将排气冷量存储至所述排气冷量回收装置内。所述排气冷量回收装置与所述预冷器的第八换热侧连接，以形成预热器制冷循环回路。所述预冷器制冷循环回路中安装有第八流量控制阀和作为循环动力源的制冷循环泵。
20.根据本实用新型提供的一种液态空气储能发电系统，所述液态空气存储单元还包括电动机和空气净化器。所述电动机与所述一级空气压缩机组和所述二级空气压缩机组连接，以驱动所述一级空气压缩机组和所述二级空气压缩机组运行。所述空气净化器的出口与所述一级空气压缩机组的入口连接。
21.在本实用新型提供的液态空气储能发电系统中，所述液态空气储能单元包括第一分子筛吸附塔和第二分子筛吸附塔。所述第一分子筛吸附塔和所述第二分子筛吸附塔并联连接。所述第一分子筛吸附塔和所述第二分子筛吸附塔能够相互独立且交替进行脱碳脱水。所述分子筛吸附塔自动再生单元与所述液态空气储能单元连接，使得所述第一分子筛吸附塔和所述第二分子筛吸附塔能够利用液态空气储能过程中的多余热量相互独立且交替进行自动再生过程。
22.通过这种结构设置，第一分子筛吸附塔和第二分子筛吸附塔并联连接，且第一分
子筛吸附塔和第二分子筛吸附塔能够利用液态空气储能过程中所产生的热量进行冷吹和热吹流程。第一分子筛吸附塔和第二分子筛吸附塔能够连续交替进行吸附和再生。由此，该系统能够充分利用液态空气储能过程中的冷热能来完成分子筛吸附塔的吸附和再生过程，可实现液态空气储能发电系统的辅冷热自供应，改善了系统的自洽性，提高了系统的经济性和能量利用效率。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是本实用新型实施例提供的液态空气储能发电系统的系统原理图；
25.附图标记：
26.1：空气净化器；
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2：一级空气压缩机组；
27.3：预冷器；
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4：第一分子筛吸附塔；
28.5：第二分子筛吸附塔；
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6：二级空气压缩机组；
29.7：压缩热存储利用装置；
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8：蓄冷器；
30.9：节流元件；
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10：气液分离器；
31.11：低温储罐；
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12：低温泵；
32.13：第七流量控制阀；
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14：空气透平机组；
33.15：排气冷量回收装置；
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16：第三流量控制阀；
34.17：第六流量控制阀；
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18：第五流量控制阀；
35.19：第四流量控制阀；
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20：第一流量控制阀；
36.21：第二流量控制阀；
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22：第八流量控制阀；
37.23：制冷循环泵；
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24：压缩空气总管；
38.25：第一压缩空气分支管路；
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26：第二压缩空气分支管路；
39.27：热吹总管；
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28：第一再生分支管路；
40.29：第二再生分支管路；
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30：冷吹总管；
41.31：释能管路；
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h1：第一换热侧；
42.h2：第二换热侧；
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h3：第三换热侧；
43.h4：第四换热侧；
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h5：第五换热侧；
44.h6：第六换热侧；
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h7：第七换热侧；
45.h8：第八换热侧；
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m：电动机；
46.g：发电机。
具体实施方式
47.下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。
48.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
49.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。
50.在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
51.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
52.下面结合图1对本实用新型提供的液态空气储能发电系统进行描述。应当理解的是，以下所述仅是本实用新型的示意性实施方式，并不对本实用新型构成任何特别限定。
53.本实用新型的实施例提供了一种液态空气储能发电系统。如图1 所示，该液态空气储能发电系统包括：液态空气储能单元和分子筛吸附塔自动再生单元。
54.其中，液态空气储能单元包括第一分子筛吸附塔4和第二分子筛吸附塔5。第一分子筛吸附塔4和第二分子筛吸附塔5并联连接。第一分子筛吸附塔4和第二分子筛吸附塔5能够相互独立且交替进行脱碳脱水。分子筛吸附塔自动再生单元与液态空气储能单元连接，使得第一分子筛吸附塔4和第二分子筛吸附塔5能够利用液态空气储能过程中所产生的热量相互独立且交替进行自动再生过程。
55.通过这种结构设置，第一分子筛吸附塔4和第二分子筛吸附塔5 并联连接，且第一分子筛吸附塔4和第二分子筛吸附塔5能够利用液态空气储能过程中所产生的热量进行冷吹和热吹流程。第一分子筛吸附塔4和第二分子筛吸附塔5能够连续交替进行吸附和再生。
由此，该系统能够充分利用液态空气储能过程中的冷热能来完成分子筛吸附塔的吸附和再生过程，可实现液态空气储能发电系统的辅冷热自供应，改善了系统的自洽性，提高了系统的经济性和能量利用效率。
56.在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，液态空气储能单元还包括一级空气压缩机组2、预冷器3和二级空气压缩机组6。预冷器3 包括第一换热侧h1。
57.其中，一级空气压缩机组2的出口与预冷器3的第一换热侧h1的入口连接。第一换热侧h1的出口处连接有压缩空气总管24。第一分子筛吸附塔4的入口通过第一压缩空气分支管路25与压缩空气总管24 连接。第一压缩空气分支管路25上设有第一流量控制阀20。第一分子筛吸附塔4的出口与二级空气压缩机组6的入口连接。
58.其中，第二分子筛吸附塔5的入口通过第二压缩空气分支管路 26与压缩空气总管24连接。第二压缩空气分支管路26上设有第二流量控制阀21。第二分子筛吸附塔5的出口与二级空气压缩机组6 的入口连接。
59.此处应当说明的是，一级空气压缩机组2和二级空气压缩机组6 的形式可以为活塞式、螺杆式或离心式等结构。且一级空气压缩机组 2和二级空气压缩机组6可以包括一台或多台空气压缩机。多台空气压缩机可以串联、并联或集成为相应的空气压缩机组。
60.预冷器3可以为管壳式结构、板翅式结构、绕管式结构等中的一种或几种组合，也可以为空冷塔。
61.在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，液态空气存储单元还包括电动机m和空气净化器1。电动机m与一级空气压缩机组2 和二级空气压缩机组6连接，以驱动一级空气压缩机组2和二级空气压缩机组6运行。空气净化器1的出口与一级空气压缩机组2的入口连接。
62.此处应当说明的是，对于空气净化器1的类型，本实用新型不作任何限定。例如，空气净化器1包括但是不限于自洁式过滤器。
63.进一步，在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，液态空气储能单元还包括压缩热存储利用装置7、蓄冷器8、节流元件9、气液分离器10和低温储罐11。压缩热存储利用装置7包括第二换热侧h2。蓄冷器8包括第三换热侧h3。
64.其中，二级空气压缩机组6的出口与压缩热存储利用装置7的第二换热侧h2的入口连接。第二换热侧h2的出口与蓄冷器8的第三换热侧h3的入口连接。第三换热侧h3的出口与节流元件9的入口连接。节流元件9的出口与气液分离器10的入口连接。气液分离器10的液态空气出口与低温储罐11的入口连接。
65.具体地，在液态空气储能过程中，电动机m带动一级空气压缩机组2和二级空气压缩机组6运行。常温常压状态的空气经空气净化器1被一级空气压缩机组2压缩至中温高压状态后由第一换热侧h1 的入口进入预冷器3内。
66.打开第一流量控制阀20，并关闭第二流量控制阀21，被预冷器 3冷却后的空气由第一换热侧h1的出口经压缩空气总管24和第一压缩空气分支管路25进入第一分子筛吸附塔4内完成吸附过程。或者，打开第二流量控制阀21，并关闭第一流量控制阀20，被预冷器3冷却后的空气由第一换热侧h1的出口经压缩空气总管24和第二压缩空气分支管路26进入第二分子筛吸附塔5内完成吸附过程。
67.经第一分子筛吸附塔4或者第二分子筛吸附塔5的吸附作用之后的空气进入二级
空气压缩机组6内继续增压。经二级空气压缩机组6 增压后的空气由第二换热侧h2的入口进入压缩热存储利用装置7内，将压缩热存储至压缩热存储利用装置7内后冷却至常温。常温高压状态的空气由第二换热侧h2的出口和第三换热侧h3的入口进入蓄冷器8内，吸收蓄冷介质的冷能并降温。低温高压状态的空气由第三换热侧h3的出口进入节流元件9内，经过节流元件9的膨胀降压作用后，产生气液两相空气并进入气液分离器10内。其中，液态空气经气液分离器10的液态空气出口流入并储存至低温储罐11内。由此，完成液态空气的储能过程。
68.此处应当说明的是，压缩热存储利用装置7可以为填充床式蓄热器，也可以为热水循环或导热油循环系统。
69.蓄冷器8可采用液相(甲醇、丙烷和r123等)、固相(金属、岩石和玻璃等)或相变蓄冷材料等中的一种或多种。液态或气态的空气与蓄冷介质直接或间接接触换热。蓄冷器8可以设为一级或多级。
70.低温储罐11包括但是不限于杜瓦罐或低温储槽。
71.在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，分子筛吸附塔自动再生单元包括热吹总管27。蓄冷器8还包括第四换热侧h4。压缩热存储利用装置7还包括第五换热侧h5。
72.其中，气液分离器10的气相空气出口与蓄冷器8的第四换热侧 h4的入口连接。第四换热侧h4的出口与压缩热存储利用装置7的第五换热侧h5的入口连接。第五换热侧h5的出口处连接热吹总管27。第一分子筛吸附塔4通过第一再生分支管路28与热吹总管27连接。第二分子筛吸附塔5通过第二再生分支管路29与热吹总管27连接。
73.进一步，在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，热吹总管 27上设有第三流量控制阀16。第一再生分支管路28上设有第四流量控制阀19。第二再生分支管路29上设有第五流量控制阀18。
74.具体来讲，经气液分离器10分离后的气相空气由第四换热侧h4 的入口反流至蓄冷器8内，并为蓄冷器8提供冷量后升温。经蓄冷器8升温后的空气由第五换热侧h5的入口进入压缩热存储利用装置7 内。
75.打开第三流量控制阀16和第四流量控制阀19，并且关闭第五流量控制阀18。经压缩热存储利用装置7加热后的空气由第五换热侧 h5的出口经热吹总管27和第一再生分支管路28流动至第一分子筛吸附塔4内进行热吹。或者，打开第三流量控制阀16和第五流量控制阀18，并且关闭第四流量控制阀19。经压缩热存储利用装置7加热后的空气由第五换热侧h5的出口经热吹总管27和第二再生分支管路29流动至第二分子筛吸附塔5内进行热吹。
76.在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，分子筛吸附塔自动再生单元还包括冷吹总管30。蓄冷器8的第四换热侧h4的出口处连接冷吹总管30。第一分子筛吸附塔4通过第一再生分支管路28与冷吹总管30连接。第二分子筛吸附塔5通过第二再生分支管路29与冷吹总管30连接。冷吹总管30上设有第六流量控制阀17。
77.结合上述描述的实施例来说，待第一分子筛吸附塔4或者第二分子筛吸附塔5完成热吹流程，并且达到脱附标准后。关闭第三流量控制阀16，并打开第六流量控制阀17，以封闭热吹总管27，并开启冷吹总管30。
78.打开第四流量控制阀19，并且关闭第五流量控制阀18。经气液分离器10分离后的气相空气由第四换热侧h4的入口反流至蓄冷器8 内为蓄冷器8提供冷量后，由第四换热侧
h4的出口经冷吹总管30 和第一再生分支管路28进入第一分子筛吸附塔4内进行冷吹，由此，完成第一分子筛吸附塔4的再生流程。或者，打开第五流量控制阀 18，并且关闭第四流量控制阀19。经气液分离器10分离后的气相空气由第四换热侧h4的入口反流至蓄冷器8内为蓄冷器8提供冷量后，由第四换热侧h4的出口经冷吹总管30和第二再生分支管路29进入第二分子筛吸附塔5内进行冷吹。由此，完成第二分子筛吸附塔5的再生流程。
79.此处应当说明的是，第一分子筛吸附塔4和第二分子筛吸附塔5 应当交替进行吸附和再生流程。例如，可以首先打开第一流量控制阀 20，并关闭第二流量控制阀21，使得第一分子分子筛吸附塔4先进行吸附工作。然后，打开第三流量控制阀16和第五流量控制阀18，并关闭第四流量控制阀19和第六流量控制阀17，使得第二分子筛吸附塔5完成热吹流程。待第二分子筛吸附塔5完成热吹流程并达到脱附标准后，关闭第三流量控制阀16，并打开第六控制阀17，使得第二分子筛吸附塔5完成冷吹流程。由此，能够实现在第一分子筛吸附塔4进行吸附的过程中，第二分子筛吸附塔5能够同时进行再生流程。
80.待第一分子筛吸附塔4完成吸附工作后，可以打开第二流量控制阀21，并关闭第一流量控制阀20，使得第二分子分子筛吸附塔5进行吸附工作。然后，打开第三流量控制阀16和第四流量控制阀19，并关闭第五流量控制阀18和第六流量控制阀17，使得第一分子筛吸附塔4完成热吹流程。待第一分子筛吸附塔4完成热吹流程并达到脱附标准后，关闭第三流量控制阀16，并打开第六控制阀17，使得第一分子筛吸附塔4完成冷吹流程。由此，能够实现在第二分子筛吸附塔5进行吸附的过程中，第一分子筛吸附塔4能够同时进行再生流程。例如，可以设置第一分子筛吸附塔4吸附一定的时间后，自动切换第二分子筛吸附塔5进行吸附工作。
81.根据以上描述的实施例可知，通过这种结构设置，能够保证分子筛纯化装置能够利用液态空气储能过程中的冷热能连续不间断进行工作。
82.在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，该液态空气储能发电系统还包括液态空气释能单元。液态空气释能单元包括低温泵12、空气透平机组14和发电机g。蓄冷器8还包括第六换热侧h6。压缩热存储利用装置7还包括第七换热侧h7。
83.其中，低温储罐11的出口与低温泵12的入口连接。低温泵12 的出口通过释能管路31与蓄冷器8的第六换热侧h6的入口连接。第六换热侧h6的出口与压缩热存储利用装置7的第七换热侧h7的入口连接。第七换热侧h7的出口与空气透平机组14的进气口连接。空气透平机组14与发电机g连接。
84.此处应当说明的是，低温泵12的结构形式可以为活塞式或离心式等。空气透平机组14的结构形式可以为径流式、轴流式或径轴流式等。空气透平机组可以包括一台或多台空气透平机。多台空气透平机可以串联、并联或集成为空气透平机组14。
85.进一步，在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，释能管路 31上安装有第七流量控制阀13。
86.具体地，在液态空气释能的过程中，低温储罐11中的液态空气经低温泵12增压后经释能管路31和第六换热侧h6的入口进入蓄冷器8内，将冷量存储于蓄冷器8的蓄冷介质后复温气化。气化后的高压空气由第六换热侧h6的出口和第七换热侧h7的入口进入压缩热存储利用装置7内预热。经压缩热存储利用装置7预热后的空气由第七换热侧h7的出口进入空气透平机组14内做功，并驱动发电机g 发电。由此，完成液态空气的释能过程。同时，第七流
量控制阀13 能够调节液态空气的流量。
87.在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，液态空气释能单元还包括排气冷量回收装置15。预冷器3还包括第八换热侧h8。
88.其中，空气透平机组14的排气口与排气冷量回收装置15，以将排气冷量存储至排气冷量回收装置15内。排气冷量回收装置15与预冷器 3的第八换热侧h8连接，以形成预热器制冷循环回路。预冷器制冷循环回路中安装有第八流量控制阀22和作为循环动力源的制冷循环泵 23。
89.在回收排气冷量过程中，空气透平机组14的低温排气由空气透平机组14的排气口进入排气冷量回收装置15内，并将冷量存储于排气冷量回收装置15中的蓄冷介质内。在下次液态空气储能过程中，打开第八流量控制阀22和制冷循环泵23，能够将排气冷量回收装置15内的冷量输送至预冷器3内，以为预冷器3提供冷量。
90.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。