一种液化空气储能系统及工作方法与流程

本发明涉及能量储存领域，尤其涉及一种液化空气储能系统及工作方法。

背景技术：

1、液化空气储能技术是实现风光等新能源深度消纳并网、合理吸收电网低谷电和不同形式的余热资源，并在需求是稳定输出冷、热、电及工业用气等多种形式能源的新型储能方法。该技术具有大规模长时储能、清洁低碳、安全、长寿命和不受地理条件限制的突出优点。

2、公开号为的专利cn206073780u中公开了一种分层储冷装置和一种利用分层储冷装置的深冷液化空气储能系统，空气在经过分层储冷装置后空气的温度还不够低，所以液化率较低，液态空气和气态空气质量份数比在3:1左右，未能液化的空气被压缩降温后无法转化存入储罐，这部分转化低温高压气态空气内能的电能就无法存储，电能转化液化空气内能效率降低，造成液态空气发电量少。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种液化空气储能系统。

2、本发明还体统一种液化空气储能系统的工作方法。

3、本发明的创新点在于加入过冷子系统，为液化空气提供冷量，使其达到更低温度，提高液化率。

4、为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

5、一种液化空气储能系统，包括空气液化子系统、蓄冷回热器、液态空气储存罐、发电子系统，蓄冷回热器上设有换热通道，液态空气储存罐上设有液化空气入口、液化空气出口、冷气出口，空气液化子系统、蓄冷回热器的换热通道、液态空气储存罐的液化空气入口通过液化管道依次连通，液化空气入口前设有节流阀，液态空气储存罐的液化空气出口、蓄冷回热器的换热通道、发电子系统通过气化管道依次连通；其特征在于，节流阀和换热通道之间的液化管道上设有用于给空气降温的过冷子系统。

6、空气液化子系统压缩空气后得到高压空气，使高压空气冷却至常温，高压空气进入蓄冷回热器上的换热通道降温，过冷子系统制造冷量来再次降低高压空气的温度，提高空气的液化率，提升整个系统的转化效率。

7、进一步地，过冷子系统包括通过循环管道连通的第一压缩机、第一冷却器、第一换热器、第二换热器、第一透平膨胀机；循环管道内设有循环工质，第一换热器上设有第一降温通道和第一升温通道，第二换热器上设有第二降温通道、第二升温通道、过冷通道，所述过冷通道两端分别连通节流阀和换热通道；循环工质依次流过第一压缩机、第一冷却器、第一降温通道、第二降温通道、第一透平膨胀机、第二升温通道、第一升温通道后返回第一压缩机。

8、常温常压的循环工质经过第一压缩机增压后，被第一冷却器冷却，经过第一降温通道、第二降温通道降温，再通过第一透平膨胀机降温，然后进入第二升温通道与过冷通道的空气进行换热升温，然后经过第一升温通道与第一降温通道换热升温，然后返回第一压缩机，结构简单，整体效率高。

9、进一步地，循环工质为沸点-190℃以下的流动介质。这些流动介质如空气、氮气，其具有制冷速度快，冷却温度低的特点。

10、进一步地，循环管道上设有第一空气储罐和第一过滤器，第一空气储罐和第一过滤器位于第一压缩机和第一降温通道之间。第一空气储罐起缓冲过冷子系统压力波动，保证过冷子系统的平稳用气，降低气流脉动的作用，从而减小过冷子系统压力波动；过滤器用于循环介质中的杂质，避免第一换热器、第二换热器发生堵塞。

11、进一步地，循环管道上设有第一截止阀。第一截止阀用于控制过冷子系统的开关，不需要打开过冷子系统时可以通过第一截止阀关闭。

12、进一步地，液化管道和气化管道上均设有两第二截止阀，第二截止阀位于换热通道的两端。液化管道和气化管道不可以同时工作，所以其中一条管道工作时，另一条管道的第二截止阀需要关闭，第二截止阀控制简单。

13、进一步地，空气液化子系统包括多级串联的第二压缩机，每个第二压缩机后端设有第二冷却器；所述发电子系统包括若干串联的膨胀发电机以及给膨胀发电机供热的加热器。第二压缩机压缩将空气后用第二冷却器冷却至常温，多级压缩后使空气能达到目标压力，多级压缩对第二压缩机的负载小，设备使用寿命长，多级膨胀发电机膨胀发电，有效利用空气气化膨胀的能量。

14、进一步地，空气液化子系统与蓄冷回热器之间的液化管道上依次设有第二空气储罐和空气净化模块。第一空气储罐起缓冲过液化空气储能系统压力波动，保证过液化空气储能系统的平稳用气，降低气流脉动的作用，从而减小过液化空气储能系统压力波动；空气净化模块确保空气保持洁净进入蓄冷回热器和液态空气储存罐。

15、进一步地，空气净化模块包括依次管道连通的冷干机、第二过滤器、除油器、干燥机。对空气进行除尘、除油、除水，防止杂质与水分凝结与管道中，造成管道堵塞或者换热效率低的情况，空气保持洁净进入蓄冷回热器。

16、一种如权利要求1~9所述的液化空气储能系统的工作方法，包括以下步骤：

17、s1对从大气抽取的空气加压、降温后形成液态空气，将液态空气存入液态空气储存罐；

18、s1.1空气液化子系统从大气抽取空气压缩形成高压空气，高压空气的压力35~40bar，温度为30℃，高压空气被送至蓄冷回热器;

19、s1.2高压空气通过蓄冷回热器的换热通道后降温，高压空气的热量被存贮在蓄冷回热器内；

20、s1.3高压空气从蓄冷回热器出来后温度下降至-140~-130℃，经过过冷子系统再次降温，温度下降至-160~-150℃，然后高压空气通过节流阀后液化形成混合态空气，混合态空气中液态空气和气态空气的质量比9~15：1，混合态空气温度-170~-165℃、压力20~25bar，混合态空气从液化空气入口进入液态空气储存罐内，混合态空气中液态空气存贮在液态空气储存罐内，混合态空气中气态空气从冷气出口排出；

21、s2对液态空气储存罐的液态空气升温、气化形成常温空气，常温空气进入发电子系统膨胀发电；

22、s2.1液态空气储存罐内的液态空气输送至蓄冷回热器内；

23、s2.2液态空气经过蓄冷回热器的换热通道时，吸收步骤s1.2中蓄冷回热器存贮的热量，液态空气气化形成常温气体，液态空气的冷量留存在蓄冷回热器内；

24、s2.2常温气体从蓄冷回热器出来后进入发电子系统，常温气体升温后膨胀发电，最后常温排入大气。

25、通过过冷子系统进行二次降温，节流后液化液态空气和气态空气的质量比提升到9~15：1，电能转化为液态空气的内能的转化率高。

26、本发明的有益效果是：

27、1、本发明中加入过冷子系统，为液化空气提供冷量，使其达到更低温度，提高液化率。

28、2、本发明中第一空气储罐起缓冲过冷子系统压力波动，保证过冷子系统的平稳用气，降低气流脉动的作用，从而减小过冷子系统压力波动；过滤器用于循环介质中的杂质，避免第一换热器、第二换热器发生堵塞。

29、3、本发明中第一空气储罐起缓冲过液化空气储能系统压力波动，保证过液化空气储能系统的平稳用气，降低气流脉动的作用，从而减小过液化空气储能系统压力波动；空气净化模块确保空气保持洁净进入蓄冷回热器和液态空气储存罐。