本发明涉及海上供电技术领域，尤其涉及一种基于液态空气储能技术的移动式海岛供电系统。
背景技术
海岛供电主要有两种模式，一种是联网型，一种是离网型。对于中大型海岛群岛而言，由于对电力需求总量和可靠性均有较高的要求，因此往往通过海缆与大陆联网，例如舟山群岛地区的舟山主网通过220kv和110kv海缆与大陆电网相连。而对于较偏远小海岛而言，由于最大负荷有限、输送距离较远、岛屿面积狭窄，铺设海缆在技术与经济方面需要付出更大代价，较适合离网型海岛供电模式。
在离网型海岛供电模式下，充分利用当地的太阳能、风能和潮汐能等可再生能源，依托分布式发电技术是解决海岛能源供应问题的一个有效的途径。然而这些可再生能源的间歇性和不稳定性导致海岛发电输电无法持续稳定。尤其是当海岛自身发电处于低谷时段，同时用户侧用电需求严重不足时，更需要一种由岛外提供电能的手段。
技术实现要素：
针对上述存在的问题，本发明目的在于提供一种凭借液态空气储能技术的独特优势，在海岛自身电力供应不足时，利用船载充电模块运送液态空气生产模块制造的液态空气到海岛，运行液态空气释能部分，产生的电力输送至海岛供电模块，以实现海岛供电的稳定性的基于液态空气储能技术的移动式海岛供电系统。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于液态空气储能技术的移动式海岛供电系统，包括船载充电模块、液态空气生产模块和海岛供电模块，所述的船载充电模块设置在船体上，液态空气生产模块设置在陆地上，所述的船载充电模块包括液态空气储罐和液态空气释能组件，两者之间通过管路相连接。
本发明的液态空气释能组件设置在船体的头部，所述的液态空气储罐设置在船体中部，所述的船体上还设有：船体头部下方的艏部区、船体尾部下方的机舱区、船体尾部的操舵室区和船体尾部上方的上建区等必要部分。
本发明的液态空气释能组件包括电能转换装置、第一换热器和蓄冷单元装置；所述的电能转换装置由低温泵，多根释能换热管和多级不同压力的透平串联而成，每一级透平的输入端设有一根释能换热管，最后一级透平的输出端连接在发电输电装置上；所述的蓄冷单元装置由收能换热管、控制阀、循环泵和蓄冷单元组合而成，所述的蓄冷单元通过两个控制阀并联在收能换热管的两端，蓄冷单元的一端通过循环泵连接用冷外端，蓄冷单元的另一端通过循环泵连接收能换热管；所述的第一换热器为封闭的壳体，收能换热管和多根释能换热管均安装在第一换热器上；该模块在液态空气生产模块中装配上液态空气储罐，当海岛电力供应不足时，充电船运送液态空气储罐至海岛，消耗液态空气，运行液态空气释能部分，产生的电力通过输电接口输送到海岛供电模块。
本发明的第一换热器的两端分别设有空气入口阀门和空气出口阀门；本发明的第一换热器在工作过程中，优先将液态空气气化时释放的冷能储存在蓄冷单元中，当蓄冷单元储冷能饱和或液态空气瞬时释放的冷能过多而不足以完全被蓄冷单元储存时，可打开空气入口阀门和空气出口阀门，利用外界空气流动将第一换热器中多余冷能带走。
本发明所述的液态空气释能组件中释能换热管和透平的数量不少于一个，每个透平均通过线路连接在发电输电装置上；当采用的释能换热管和透平的数量为多组时，可以充分的利用液态空气释放的能量进行发电，提高整体装置的能量利用率。
本发明所述的用冷外端通过循环管路连接在蓄冷单元上；本发明所述的蓄冷单元中的传热流体为甲醇或丙烷；在实施过程中：两种传热流体的传热性能好，经济实惠。所述用冷外端可用于运输给海岛的新鲜果蔬食品制冷储藏、室内人员空调制冷以及回到岸边给空气液化前预冷等以回收冷能提高能源利用率。
本发明所述的液态空气生产模块包括干燥器，多个压缩机，多个换热器，低温透平和液态空气储槽，所述的干燥器通过进气管依次连接压缩机，换热器、低温透平和液态空气储槽，进气管上每个压缩机的输出端均设有一个换热器，最后一个换热器通过低温透平连接液态空气储槽，液态空气储槽通过回流管依次连接换热器和干燥器，回流管上的多个换热器为串联的；该模块利用岸边电网或附近发电厂发出的电力生产所需的液态空气产品。
本发明所述的液态空气生产模块中压缩机和换热器的个数不少于一个。当采用的压缩机和换热器的数量为多组时，将液态空气生产过程中产生的多余能量进行充分利用，提高整体装置的能量利用率。
本发明所述的海岛供电模块包括充电接口，中央控制器、蓄电池和海岛发电系统，所述的充电接口、海岛发电系统、蓄电池均并联在中央控制器上，所述的中央控制器通过并网逆变器连接在海岛微电网上；当海岛发电系统发电量不足以满足用户用电需求，充电接口连接船载充电模块中的发电输电装置，电能被输往中央控制器，直接经并网逆变器输送至海岛微电网给用户侧供电，并且富余电力经中央控制器运作，储存在蓄电池中以实现供电的稳定性。
本发明的优点在于：采用液态空气储能技术，将岸边的电力转化成低温冷能储存在液态空气中，再把液态空气运送至海岛，将液态空气中的低温冷能转化为电力，有效解决了远洋海岛电力不足的问题。
本系统可实现海岛供电的稳定、可调度，具备兼容各种可再生能源并网与分布式能源发电的能力，以及提供诸如能源管理等辅助服务。
本系统效率高、初投资低、工艺流程设计节能无污染，随着液态空气储能技术技术的不断成熟，具有较好的应用前景。
附图说明
图1为本发明的基于液态空气储能技术的移动式海岛供电系统的总体结构图；
图2为本发明的船载充电模块的工作原理结构图；
图3为本发明的液态空气生产模块的工作原理结构图；
图4为本发明的海岛供电模块的工作原理结构图；
其中，1艏部区；2液态空气释能组件；3液态空气储罐；4机舱区；5操舵室区；6上建区；7液态空气生产模块；8海岛供电模块；
201低温泵；202第一换热器；203高压透平；204中压透平；205低压透平；206发电输电装置；207第一控制阀；208蓄冷单元；209第二控制阀；210第一循环泵；211第二循环泵；212用冷外端；2021第一释能换热管；2022第二释能换热管；2023第三释能换热管；2024收能换热管；2025空气入口阀门；2026空气出口阀门；
701干燥器；702压缩机组；703第二换热器；704低温透平；705液态空气储槽；706回流管；7021第一压缩机；7022第三换热器；7023第二压缩机；7024第四换热器；7025第三压缩机；
801充电接口；802中央控制器；803蓄电池；804海岛发电系统；805并网逆变器；806海岛微电网。
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例1：如图1所示，一种基于液态空气储能技术的移动式海岛供电系统，包括船载充电模块、液态空气生产模块7和海岛供电模块8，所述的船载充电模块设置在船体上，液态空气生产模块7设置在陆地上，所述的船载充电模块包括液态空气储罐3和液态空气释能组件2，两者之间通过管路相连接；液态空气释能组件2设置在船体的头部，所述的液态空气储罐3设置在船体中部，所述的船体上还设有：船体头部下方的艏部区1、船体尾部下方的机舱区4、船体尾部的操舵室区5和船体尾部上方的上建区6等必要部分。
实施例2：如图2所示，液态空气释能组件2包括电能转换装置、第一换热器202和蓄冷单元装置；所述的电能转换装置由低温泵201，多根释能换热管2021、2022、2023和多级不同压力的透平203、204、205串联而成，每一级透平的输入端设有一根释能换热管，最后一级透平205的输出端连接在发电输电装置206上；所述的蓄冷单元装置由收能换热管2024、控制阀207、209循环泵210、211和蓄冷单元208组合而成，所述的蓄冷单元208通过两个控制阀207、209并联在收能换热管2024的两端，蓄冷单元208的一端通过循环泵211连接用冷外端212，蓄冷单元208的另一端通过循环泵210连接收能换热管2024；所述的第一换热器202为封闭的壳体，收能换热管2024和多根释能换热管2021、2022、2023均安装在第一换热器202上。
实施例3：如图2所示，液态空气释能部分中低温泵201输入端与液态空气储罐部分3中的第一液态空气储罐301相连，输出端与第一释能换热管2021输入端相连，第一释能换热管2021输出端与高压透平203输入端相连，高压透平203输出端与第二释能换热管2022输入端相连，第二释能换热管2022输出端与中压透平204输入端相连，中压透平204输出端与第三释能换热管2023输入端相连，第三释能换热管2023输出端与低压透平205输入端相连，低压透平205输出端与发电输电装置206相连，从而构成液态空气释能发电过程。
第一换热器202右端设有空气入口阀门2025，左端设有空气出口阀门2026，上端设有的收能换热管2024依次与第一控制阀207、蓄冷单元208、第二控制阀209、第一循环泵210相连，下端设有的第一释能换热管2021、第二释能换热管2022、第三释能换热管2023，当需要产生电力时，第一控制阀207下入口和第二控制阀209下出口均打开，即蓄冷单元208蓄冷循环开启，液态空气储罐3中的液态空气经低温泵201加压至高压，进入第一换热器202通过释能换热管2021、2022、2023释放冷能，然后分别通过高、中、低压透平203、204、205膨胀做功发电，其中，冷能通过蓄冷循环储存在蓄冷单元208中。
实施例4：如图2所示，第一换热器202的两端分别设有空气入口阀门2025和空气出口阀门2026；本发明的第一换热器202在工作过程中，优先将液态空气气化时释放的冷能储存在蓄冷单元208中，当蓄冷单元208储冷能饱和或液态空气瞬时释放的冷能过多而不足以完全被蓄冷单元208储存时，可打开空气入口阀门2025和空气出口阀门2026，利用外界空气流动将第一换热器202中多余冷能带走。
实施例5：如图2所示，蓄冷单元208的冷能回收再利用过程能有效提高该系统的液态空气储能效率；在空气液化过程和液态空气释能过程中，空气的热交换都是在极高的工作压力下进行的；此时，空气的定压比热容几乎不随温度变化而变化，即空气在高压条件下的换热过程接近于显热换热过程，因此，本发明中提出以传热流体显热储冷的方式回收和再利用冷能，考虑多种传热流体的优缺，本发明中的传热流体选择甲醇和丙烷等。
实施例6：如图3所示，液态空气生产模块包括干燥器701，多个压缩机7021、7023、7025，多个换热器7022、7024、703，低温透平704和液态空气储槽705，所述的干燥器701通过进气管依次连接压缩机7021、7023、7025，换热器7022、7024、703低温透平704和液态空气储槽705，诸如：进气管上每个压缩机7021的输出端均设有一个换热器7022，最后一个换热器703通过低温透平704连接液态空气储槽705，液态空气储槽705通过回流管706依次连接换热器7022、7024、703和干燥器701，回流管上的多个换热器7022、7024、703为串联的。
实施例7：如图3所示，液态空气生产模块包括干燥器701，干燥器701输入端连接外界洁净空气，输出端与压缩机组702输入端相连，压缩机组702输出端与第二换热器703输入端相连，第二换热器703中端管路输出端与低温透平704输入端相连，低温透平704输出端与液态空气储槽705相连，第二换热器703上端管路和液态空气储槽705之间还连接有回流管706，并且所述第二换热器703下端换热管路可与充电船模块中用冷外端212连接换热以实现空气液化前预冷，经干燥器701干燥后的空气依次经过压缩机组702、第二换热器703、低温透平704的作用后，被生成液态部分和气态部分，液态部分流入液态空气储槽705，气态部分通过回流管706流回第二换热器703。
实施例8：如图3所示，压缩机组702包括第一压缩机7021、第二压缩机7023和第三压缩机7025；所述第一压缩机7021和第二压缩机7023之间连接有第三换热器7022，所述第二压缩机7023和第三压缩机7025之间连接有第四换热器7024；所述第四换热器7024下端管路输入端与第二换热器703上端管路输出端相连，输出端与第三换热器7022下端管路输入端相连；所述第三换热器7022下端管路输出端连向干燥器701输入端。
实施例8：如图4所示，海岛供电模块8包括充电接口801，所述充电接口输入端801与充电船模块中发电输电装置206输出端相连，输出端与中央控制器802左侧输入端相连；所述中央控制器802上端输入端与海岛发电系统804输出端相连，下端与蓄电池803相连，右端输出端与并网逆变器805输入端相连，所述并网逆变器805输出端连向海岛微电网806，当海岛发电系统发电量不足以满足用户用电需求，充电接口801连接船载充电模块中的发电输电装置206，电能被输往中央控制器802，直接经并网逆变器805输送至海岛微电网806给用户侧供电，并且富余电力经中央控制器802运作，储存在蓄电池803中以实现供电的稳定性。
实施例10：如图4所示，海岛发电系统804包括海岛上太阳能、风能、潮汐能等可再生能源发电系统以及柴油机发电系统。
实施例11：如图1所示，将本发明的系统应用于实际操作，当本发明的移动式海岛供电系统中的液态空气装载量1×104m3时，其中液态空气储能技术的比能214wh/kg计算，在操作过程中，给目标海岛提供约0.8gwh的发电量，同比之下，约为同规模下lng船中天然气发电量的2.5倍；另外本发明中的空气液化子系统由于采用了冷能储存和回收装置，大大减少了储能和释能过程中的能量损失，整个系统运行过程中的液态空气储能效率达70％。
需要说明的是，上述仅仅是本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述实施例的基础上所做出的任意组合或等同变换均属于本发明的保护范围。