一种自调节液态空气储能系统的制作方法

本技术属于液态空气储能，涉及液态空气储能系统，具体涉及一种自调节液态空气储能系统。

背景技术：

1、随着人类社会快速发展，电能的需求量日益增长，传统的火力发电和水力发电势必面临着能源枯竭、环境破坏等问题，可再生能源如风能、太阳能和生物质能等的发电量将在未来占据发电容量的绝大部分。可再生能源虽然能够有效解决环境污染，但在利用其发电的过程中仍存在一些问题，例如风能和太阳能是间歇性能源，产生的能量不是持续性的，因此难以保障持续性发电。

2、大规模储能技术的提出能够满足可再生能源供电的稳定性需求，有效实现并网，推动电力运输网络建设和提升电力网络的调峰能力。液态空气储能技术是目前可以应用于大规模储能的技术之一，它克服了抽水蓄能的资源依赖性和压缩空气储能的选址限制，相较电池储能，具有存储规模大、寿命周期长、生产成本低的优势。

3、液态空气储能系统包括储能过程和释能过程，储能过程是在用电低谷时，利用多余的电能带动空气压缩机压缩空气后将其冷却液化并存储；释能过程是在用电高峰时，储存的高压液空经过蓄冷系统换热后进入膨胀系统做功，带动发电机发电。

4、目前，对液态空气储能技术的研究多集中于系统流程的热力学分析和优化，以及系统能量回收和梯级利用，与其他循环的联合等，且多为原理技术层面，对系统实际运行成本的优化和经济性方案的研究较少。传统的液态空气储能系统通常在固定工作负荷下运行并产出定量的空气产品，并不能根据用电峰谷时段灵活调节系统输入量，未考虑变工况系统利用电价差带来的巨大经济效益。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的缺陷和不足，本实用新型的目的在于，提供一种自调节液态空气储能系统，解决现有技术中的液态空气储能系统由于只能定工况定产量运行，难以根据用电峰谷时段灵活调节系统输入量，系统储能效率有待进一步提高技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

3、一种自调节液态空气储能系统，包括空气压缩机构，所述的空气压缩机构的进气端用于通入原料空气，空气压缩机构的出气液端与空气分离-液化储存机构的进气端和进气液端均相连通，所述的空气分离-液化储存机构的出氧气端、出液氧端、出氮气端和出液氮端均与空气生产-外供机构相连通。

4、所述的空气压缩机构包括空气分流器，空气分流器的进气端用于通入原料空气，空气分流器的第一出气端与多级压缩机组的进气端相连通，多级压缩机组的出气液端与第一空气冷却器的进气液端相连通，第一空气冷却器的出气液端与空气混合器的第一进气液端相连通，空气混合器的出气液端与空气分离-液化储存机构相连通。

5、所述的空气分流器的第二出气端与空气压缩机的进气端相连通，空气压缩机的出气端与第二空气冷却器的进气液端相连通，第二空气冷却器的出气液端与空气混合器的第二进气液端相连通。

6、所述的空气分离-液化储存机构包括空气换热器，空气换热器的进气端和进气液端均与空气混合器相连通，空气换热器的出气端与空气输送管道的进气端相连通，空气输送管道的出气端与膨胀机的进气端相连通，膨胀机的出气端与空分精馏塔的上塔相连通，空分精馏塔的上塔的出氧气端和出氮气端均与空气生产-外供机构相连通。

7、所述的空气换热器的出气液端与空分精馏塔的下塔的进气液端相连通，空分精馏塔的下塔的出液空端与液空储槽的进液空端相连通，液空储槽的出液空端与液空泵的进液空端相连通，液空泵的出液空端与空分精馏塔的下塔的进液空端相连通。

8、本实用新型还具有如下技术特征：

9、所述的空气输送管道上设置有空气调压阀。

10、所述的空分精馏塔的下塔的出液氮端与液氮储槽的进液氮端相连通，液氮储槽的出液氮端与空气生产-外供机构相连通。

11、所述的空分精馏塔的下塔的出液氧端与液氧储槽的进液氧端相连通，液氧储槽的出液氧端与空气生产-外供机构相连通。

12、所述的空分精馏塔的上塔的出氩气端与氩气精馏塔相连通。

13、所述的空气生产-外供机构包括氮气压力调节器，氮气压力调节器的进气端与空分精馏塔的上塔相连通，氮气压力调节器的第一出气端与氮气外供输送管道相连通，氮气压力调节器的第二出气端与氮气球罐的进气端相连通，氮气球罐的出气端与氮气外供输送管道相连通；所述的氮气外供输送管道上设置有氮气外供调压阀组。

14、所述的空气生产-外供机构还包括液氮泵，液氮泵的进液氮端与液氮储槽相连通，液氮泵的出液氮端与液氮水浴式蒸发器的进液氮端相连通；液氮水浴式蒸发器的出氮气端与氮气外供输送管道相连通，连通处位于氮气压力调节器和氮气外供调压阀组之间。

15、所述的空气生产-外供机构包括氧气压力调节器，氧气压力调节器的进气端与空分精馏塔的上塔相连通，氧气压力调节器的第一出气端与氧气外供输送管道相连通，氧气压力调节器的第二出气端与氧气球罐的进气端相连通，氧气球罐的出气端与氧气外供输送管道相连通；所述的氧气外供输送管道上设置有氧气外供调压阀组。

16、所述的空气生产-外供机构还包括液氧泵，液氧泵的进液氧端与液氧储槽相连通，液氧泵的出液氧端与液氧水浴式蒸发器的进液氧端相连通；液氧水浴式蒸发器的出氧气端与氧气外供输送管道相连通，连通处位于氧气压力调节器和氧气外供调压阀组之间。

17、所述的多级压缩机组包括一级空气压缩机，一级空气压缩机的进气端与空气分流器相连通，一级空气压缩机的出气端与二级空气冷却器的进气端相连通，二级空气冷却器的出气液端与三级空气压缩机的进气液端相连通，三级空气压缩机的出气液端与第一空气冷却器相连通。

18、本实用新型与现有技术相比，具有如下有益的技术效果：

19、(ⅰ)本实用新型的自调节液态空气储能系统，独立设置了自调节空气压缩模块，使空气压缩量处于可调节的范围，根据峰谷电时期的变化动态调节原料空气进量，通过改变空气压缩单元的运行负荷，获得变流量的高压空气，改变了传统液态空气储能系统定工况定产量运行的模式。此外，该系统还设置了自调节液空储存模块，能够自动储存系统高负荷运行期间多产的液空，并在系统低负荷运行时将储存液空快速补给至空分精馏塔参与精馏，实现空气产品的灵活调节，提高系统储能侧的高效性和供给侧的稳定性。

20、(ⅱ)本实用新型的自调节液态空气储能系统，采取了多级压缩机组和一台空气压缩机并联的设置，当遇到多级压缩机组故障或检修时，仍能够保证一台压缩机正常运行，满足系统一定量高压空气的产出，压缩系统的工作分配也更加灵活。

21、(ⅲ)本实用新型的自调节液态空气储能系统，利用峰谷电价差实现的经济效益在达到回收期后，即可获得长期收益。本实用新型既适用于新建的液态空气储能系统，又能利用本实用新型对原有系统进行改造，提升原系统的储能效率和经济性。

技术特征：

1.一种自调节液态空气储能系统，其特征在于，包括空气压缩机构(1)，所述的空气压缩机构(1)的进气端用于通入原料空气(4)，空气压缩机构(1)的出气液端与空气分离-液化储存机构(2)的进气端和进气液端均相连通，所述的空气分离-液化储存机构(2)的出氧气端、出液氧端、出氮气端和出液氮端均与空气生产-外供机构(3)相连通；

2.如权利要求1所述的自调节液态空气储能系统，其特征在于，所述的空气输送管道(202)上设置有空气调压阀(207)。

3.如权利要求1所述的自调节液态空气储能系统，其特征在于，所述的空分精馏塔(204)的下塔的出液氮端与液氮储槽(208)的进液氮端相连通，液氮储槽(208)的出液氮端与空气生产-外供机构(3)相连通。

4.如权利要求1所述的自调节液态空气储能系统，其特征在于，所述的空分精馏塔(204)的下塔的出液氧端与液氧储槽(209)的进液氧端相连通，液氧储槽(209)的出液氧端与空气生产-外供机构(3)相连通。

5.如权利要求1所述的自调节液态空气储能系统，其特征在于，所述的空分精馏塔(204)的上塔的出氩气端与氩气精馏塔(210)相连通。

6.如权利要求1所述的自调节液态空气储能系统，其特征在于，所述的空气生产-外供机构(3)包括氮气压力调节器(301)，氮气压力调节器(301)的进气端与空分精馏塔(204)的上塔相连通，氮气压力调节器(301)的第一出气端与氮气外供输送管道(302)相连通，氮气压力调节器(301)的第二出气端与氮气球罐(303)的进气端相连通，氮气球罐(303)的出气端与氮气外供输送管道(302)相连通；所述的氮气外供输送管道(302)上设置有氮气外供调压阀组(304)。

7.如权利要求6所述的自调节液态空气储能系统，其特征在于，所述的空气生产-外供机构(3)还包括液氮泵(305)，液氮泵(305)的进液氮端与液氮储槽(208)相连通，液氮泵(305)的出液氮端与液氮水浴式蒸发器(306)的进液氮端相连通；液氮水浴式蒸发器(306)的出氮气端与氮气外供输送管道(302)相连通，连通处位于氮气压力调节器(301)和氮气外供调压阀组(304)之间。

8.如权利要求1所述的自调节液态空气储能系统，其特征在于，所述的空气生产-外供机构(3)包括氧气压力调节器(307)，氧气压力调节器(307)的进气端与空分精馏塔(204)的上塔相连通，氧气压力调节器(307)的第一出气端与氧气外供输送管道(308)相连通，氧气压力调节器(307)的第二出气端与氧气球罐(309)的进气端相连通，氧气球罐(309)的出气端与氧气外供输送管道(308)相连通；所述的氧气外供输送管道(308)上设置有氧气外供调压阀组(310)。

9.如权利要求8所述的自调节液态空气储能系统，其特征在于，所述的空气生产-外供机构(3)还包括液氧泵(311)，液氧泵(311)的进液氧端与液氧储槽(209)相连通，液氧泵(311)的出液氧端与液氧水浴式蒸发器(312)的进液氧端相连通；液氧水浴式蒸发器(312)的出氧气端与氧气外供输送管道(308)相连通，连通处位于氧气压力调节器(307)和氧气外供调压阀组(310)之间。

10.如权利要求1所述的自调节液态空气储能系统，其特征在于，所述的多级压缩机组(102)包括一级空气压缩机(10201)，一级空气压缩机(10201)的进气端与空气分流器(101)相连通，一级空气压缩机(10201)的出气端与二级空气冷却器(10202)的进气端相连通，二级空气冷却器(10202)的出气液端与三级空气压缩机(10203)的进气液端相连通，三级空气压缩机(10203)的出气液端与第一空气冷却器(103)相连通。

技术总结
本技术给出了一种自调节液态空气储能系统，该系统包括空气压缩机构、空气分离‑液化储存机构和空气生产‑外供机构。本技术通过设置自调节空气压缩模块，使空气压缩量处于可调节的范围，根据峰谷电时期的变化动态调节原料空气进量，通过改变空气压缩单元的运行负荷，获得变流量的高压空气，改变了传统液态空气储能系统定工况定产量运行的模式。此外，该系统还设置了自调节液空储存模块，能够自动储存系统高负荷运行期间多产的液空，并在系统低负荷运行时将储存液空快速补给至空分精馏塔参与精馏，实现空气产品的灵活调节，提高系统储能侧的高效性和供给侧的稳定性。

技术研发人员：杨立博,李忠育,张鹏武,邓丹,方磊
受保护的技术使用者：西安陕鼓动力股份有限公司
技术研发日：20230214
技术公布日：2024/1/13