一种基于LNG罐的深冷储能储存系统及方法与流程

一种基于lng罐的深冷储能储存系统及方法
技术领域
1.本发明属于lng储能技术领域，尤其是涉及基于lng罐的深冷储能储存系统及方法。


背景技术：

2.储能是指通过介质或设备把能量存储起来，在需要时再释放的过程，而储能在参与电网调峰、备用、需求侧响应中可提高电力利用效率，提升电力稳定性和可用性，削峰填谷，可实现传统电力系统灵活性、经济性和安全性的重要手段。冷、热储能又是储能技术中的不同分支，冷、热储能作为一种物理性储能方法，较为突出的一个优点是储能和放能的工作过程中没有化学反应，清洁环保，储能介质物理性能不发生变化，容易发挥储能效益。
3.我国至2021年已建成有22个大型接收站及其大型lng储罐，全国总接收lng能力预计达到9915 万吨，2030年有望达到万吨。液化天然气（lng）是天然气经压缩、冷却至其沸点（-161.5℃）温度后变成液体，在标准状态下是超低温液体形式存在，通常储存在-160℃、0.1mpa左右的低温lng储罐内，lng接收站储罐大部分是采用全容式保温形式，通常为大容量5-22万立方米，但罐内lng长时间静止因与环境存在巨大温差，lng储罐的罐底罐壁有漏热影响，产生漏热效应，温度会由接货时的-160℃逐步升高，lng储存因受环境热影响易气化bog，bog主要成分为甲烷，lng因升温气化导致lng成分发生变化，另外lng储罐的温度不均匀，长期储存也容易分层，如上现象通称为lng储存老化问题，目前接收站都有储存导致lng老化的问题，没有可行方案解决。
4.且在lng接收站销售lng时，具有明显的淡旺季销售价格差异，对于成分稳定及更低温的lng气化损失少，更容易销售。
5.此外，利用lng冷能特性发电已经日趋成熟（以电能的形式回收lng冷能），lng冷能发电是基于低温lng升温，大量冷能释放出来进行发电工艺工艺，（具体指利用lng低温冷量使工质液化，工质经加热气化膨胀做功发电，其中发电方法包括中间媒介的rankine循环法、brayton循环法等）。


技术实现要素：

6.本发明要解决的问题是提供一种基于lng罐的深冷储能储存系统及方法，适用于基础广泛的lng接收站，利用电网的峰/谷电差实现lng低于-160℃的深冷储能功能，以lng做为介质和储罐现有条件，满足冷储能基本要求，通过深冷储能并利用深冷发电即可提高lng品质销售，实现lng深冷储能效益。
7.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于lng罐的深冷储能储存系统，包括lng储罐，lng循环泵位于lng储罐内，该lng循环泵输出口通过输出管线与热交换器的输入端相连通，所述热交换器的输出端通过深冷回流管线与lng储罐相连通，构成换热回路；温度控制模块分别与温度测量评价单元和深冷循环模块相连，所述温度测量评价
单元与lng储罐内的温度探测仪表相连，所述深冷循环模块与热交换器相连，实现温度控制；储能效益评价模块分别与lng循环泵、深冷循环模块、三通阀和冷能发电单元相连，实现效益评价。
8.进一步地，所述深冷回流管线的回流管入口与lng循环泵吸入口呈对角布置。回流管入口与lng循环泵吸入口呈对角布置，这样lng循环泵吸入口与深冷后的lng回流管入口形成最大距离，使lng在lng储罐内部实现有效混合作用，（由于lng循环泵吸入lng储罐底部的lng温度较高，经过热交换器深冷后流回的lng温度较低，则在lng储罐内形成不同密度不同温度的lng流体，形成对流效应），lng在lng储罐内能充分快速对流混合，可以保障lng储罐内温度均匀、成分稳定。
9.进一步地，所述三通阀安装于输出管线的支线上，该三通阀的第一支路与冷能发电单元相连通，该三通阀的第二支路与lng分销支路管系相连通。
10.一种基于lng罐的深冷储能储存方法，包括以下步骤：根据储能效益评价模块判断逻辑，启动lng循环泵和深冷循环模块，lng从lng储罐排出，经热交换器深冷，再经深冷回流管线回流至lng储罐，再根据储能效益评价模块判断逻辑，需要lng冷能发电时则lng去往冷能发电单元；lng需要进行品质销售时，lng至lng分销支路管系。
11.进一步地，通过温度测量评价单元模块对lng储罐温度进行综合判断，温度探测仪表在上部，中部，底部采集lng储罐多点温度值，通过加权平均计算得出温度，即为lng储罐的评价温度t1，所述评价温度t1值将作为温度控制模块的输入信号。
12.进一步地，所述储能效益评价模块将根据深冷循环模块额定输入功率、lng冷能发电额定输出功率、lng储罐参数、lng价格销售信息、电网峰/谷电价信息的评价信息作为储能效益评价模块的逻辑输入值，在储能效益评价模块智能逻辑a（优先）和储能效益评价模块智能逻辑b（其次）模型下进行效益价值比较和智能计算，根据逻辑决定lng储罐深冷作业是否执行，以及决定深冷储能后lng深冷设定温度，在逻辑下lng储罐深冷温度设定某温度区间内某个值t，即为lng储罐深冷储能和lng深冷后温度的设定目标。
13.进一步地，所述储能效益评价模块智能逻辑a：计算深冷循环模块额定输入功率*电网谷值电价*常数，对比lng对应温度冷能发电额定输出功率*电网峰值电价，以此判断lng深冷储能发电是否有价值，以及结合lng储罐1参数决定深冷后的温度值t2（假如在-160
°
至-172
°
之间）。
14.进一步地，所述储能效益评价模块智能计算判断深冷储能发电有价值，可执行时，并且lng储罐智能逻辑计算后温度设定在t2，t2将作为储能系统温度控制目标，所述温度控制模块通过设定值t2与t1比较，进行温度pid调节深冷作业，输出指令给深冷循环模块进行温度控制，判断电网峰值可以释放深冷发电时，则开启三通阀第一支路去往冷能发电单元，启动lng冷能发电。
15.进一步地，储能效益评价模块智能逻辑b：当出现电网谷值电价时，同时依据lng销售价格信息，对比lng深冷循环模块额定输入功率*电网谷值电价*预期时间*常数（即lng储罐维持低温t3产生的谷值电费），对比lng预期时间内高品质销售增值，综合判断深冷储存lng价值成立时，即启动lng深冷循环模块，根据储能效益评价模块智能逻辑b决定lng储罐深冷的储存温度t3，并对深冷循环模块进行lng储罐温度控制，lng储罐维持在t3，在储能效
益评价模块智能逻辑b下，判断lng高价销售条件成立时，即可进行高品质lng销售，增加lng销售价值，储能效益评价模块开启三通阀第二支路至lng分销支路管系进行销售。
16.进一步地，如果判断储能效益评价模块智能逻辑a和储能效益评价模块智能逻辑b先后都不成立时，lng储罐恢复原有自然储备状态。
17.本发明通过储能效益评价模块在电网电价峰/谷逻辑进行判断，借助深冷循环模块将lng储罐内lng（约-160℃）进行循环深冷至更低温度，储备深冷能量，在合适时机，深冷后的lng进行释放冷能，用于发电产生更多的电力；另外也可根据储能效益评价模块另外逻辑判断，将lng保存至较低温度低于-160℃，可使lng含甲烷量不变，保持lng成分，减少lng液的气化，有利于保持lng高品质有利于销售，即利用对lng深冷作业和逻辑判断功能实现了lng接收站储罐的深冷储能和利用开发。
18.本发明具体的效果如下：一、本发明可利用储能效益评价模块智能指导lng储罐的自然储存、lng深冷储存和深冷发电三种作业状态，运用智能手段实现了lng储存和储能效益判断；二、本发明利用储能效益评价模块的智能判断，在电网低价时进行lng深冷储能；三、本发明利用储能效益评价模块智能判断，在电网高价时lng冷能深冷释放发电；四、本发明利用温度测量评价单元对lng储罐进行评定综合温度；五、本发明通过温度控制模块进行lng储罐温度区间内（如-160℃至-170℃）的温度调节；本发明通过储能效益评价模块，综合判断lng深冷储存和高收益销售lng。
19.综上所述，对比其他储能方式（如蓄水池储能），本发明基于lng接收站储罐现有的lng储存功能，实现深冷储能功能开发，不但基础条件方便，改造工作简单，并且清洁环保。此外，期间lng物理性能不发生变化，提升了lng品质，容易更好的实现储能效益，同时智能判断价格进行销售，有利于lng接收站发挥更多效益。
20.随着我国lng接收站建设规模不断扩大，并在我国沿海地区分布广泛，对接收站进行储能改造，实现储能功能，有利于商业化推广，本发明可实现规模效应且容易产生良好价值，从而带动lng储能技术利用和发展。
附图说明
21.下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：图1是本发明lng罐的深冷储能存储系统图；图2是本发明lng罐的深冷储能储存功能逻辑示意图。
22.图中：1、lng储罐；2、lng循环泵；3、热交换器；4、深冷循环模块；5、温度测量评价单元；6、温度控制模块；7、储能效益评价模块；8、冷能发电单元；9、电动三通阀；10、lng分销支路管系；ⅰ、回流管入口；ⅱ、lng循环泵吸入口。
具体实施方式
23.如图1所示，本发明一种基于lng罐的深冷储能储存系统，包括lng储罐1、lng循环泵2、热交换器3、深冷循环模块4、温度测量评价单元5、温度控制模块6、储能效益评价模块
7、冷能发电单元8和三通阀（电动三通阀9）。
24.lng循环泵2位于lng储罐1内，lng循环泵2输出口通过输出管线与热交换器3的输入端相连通，热交换器3的输出端通过深冷回流管线与lng储罐1相连通，其中，深冷回流管线的回流管入口ⅰ与lng循环泵吸入口ⅱ呈对角布置。
25.温度控制模块6分别与温度测量评价单元5和深冷循环模块4相连，温度测量评价单元5与lng储罐1内的温度探测仪表相连，其中，温度探测仪表分别在对应上部（a点），中部（b点），底部（c点）采集lng储罐1多点温度值。同时，深冷循环模块4与热交换器3相连。
26.储能效益评价模块7分别与lng循环泵2、深冷循环模块4、电动三通阀9和冷能发电单元8相连，其中，电动三通阀9安装于输出管线的支线上，该电动三通阀9的第一支路与冷能发电单元8相连通，该电动三通阀9的第二支路与lng分销支路管系10相连通。
27.一种基于lng罐的深冷储能储存方法，包括：储能系统lng工艺流程：（根据储能效益评价模块7判断逻辑）启动lng储罐1底层的lng循环泵2、启动深冷循环模块4，lng从lng储罐1排出管排出，经热交换器3深冷，再经深冷回流管线从lng储罐1的顶部回流，回流管入口ⅰ与lng循环泵吸入口ⅱ呈对角布置，这样lng循环泵吸入口ⅱ与深冷后的lng回流管入口ⅰ形成最大距离，使lng在lng储罐1内部实现有效混合作用，（由于lng循环泵2吸入lng储罐1底部的lng温度较高，经过热交换器3深冷后流回的lng温度较低，则在lng储罐1内形成不同密度不同温度的lng流体，形成对流效应），lng在lng储罐1内能充分快速对流混合，可以保障lng储罐1内温度均匀、成分稳定；根据储能效益评价模块7判断逻辑，需要lng冷能发电时则开启电动三通阀9第一支路去往冷能发电单元8；lng需要进行品质销售时，开启电动三通阀9第二支路至lng分销支路管系10。
28.lng储罐1温度测量和评价方法：本实施例考虑了lng储罐1容积大，上中下温度不同，温度场复杂情况等因素，为对lng储罐1温度进行准确综合评价，设定了温度测量评价单元模块5对lng储罐1温度进行综合判断，在lng循环泵2一侧设有温度探测仪表，分别在对应上部（a点），中部（b点），底部（c点）采集lng储罐1多点温度值，通过加权平均计算，假如分别将a、b、c各点的权重值设定为0.5、0.3、0.2，加权平均算法算得出温度，即为lng储罐的评价温度t1。评价温度t1值将作为温度控制模块6的输入信号。
29.如图2所示，储能效益评价模块7中深冷储能逻辑及设定深冷温度的方法：储能效益评价模块7将根据深冷循环模块4额定输入功率、lng冷能发电额定输出功率、lng储罐参数、lng价格销售信息、电网峰/谷电价信息等评价信息作为储能效益评价模块7的逻辑输入值，在储能效益评价模块7智能优先逻辑a和其次逻辑b模型下进行效益价值比较和智能计算，根据逻辑决定lng储罐1深冷作业是否执行，以及决定深冷储能后lng深冷设定温度。在逻辑下lng储罐1深冷温度设定某温度区间内某个值t，即为lng储罐深冷储能和lng深冷后温度的设定目标。
30.储能效益评价模块智能逻辑a：计算深冷循环模块4额定输入功率*电网谷值电价*常数，对比lng对应温度冷能发电额定输出功率*电网峰值电价，以此判断lng深冷储能发电是否有价值，以及结合lng储罐1（容量性能等）参数决定深冷后的温度值t2（如-160℃至-172℃之间）。
31.在逻辑a下，假设储能效益评价模块7智能计算判断深冷储能发电有价值，可执行时，并且lng储罐智能逻辑计算后温度设定在-160℃至-172℃区间内某个值t2，t2将作为储
能系统温度控制目标，温度控制模块6通过设定值t2与t1比较，进行温度pid调节深冷作业，输出指令给深冷循环模块4进行温度控制。在储能效益评价模块判断逻辑a判断电网峰值可以释放深冷发电时，则开启电动三通阀9第一支路去往冷能发电单元8，启动lng冷能发电。
32.储能效益评价模块智能逻辑b：{高品质lng价值体现在深冷后lng成分保持了稳定，没有温升和气化耗损，更低温度(如从-160℃至-165℃之间）lng对于分销便于运输和储存，更易畅销，从而体现了lng的增值效益}。当出现电网谷值电价时，同时依据lng销售（不同阶段）价格信息，对比lng深冷循环模块4额定输入功率*电网谷值电价*预期时间*常数（即lng储罐维持低温t3产生的谷值电费），对比lng预期时间内高品质销售增值，综合判断深冷储存lng价值成立时，即启动lng深冷循环模块4，根据逻辑b决定lng储罐1深冷的储存温度t3（假如从-160℃至-165℃之间），并对深冷循环模块4进行lng储罐温度控制，lng储罐维持在t3。在储能效益评价模块判断逻辑b下，判断lng高价销售条件成立时（在达到预期销售价格时），即可进行高品质lng销售，增加lng销售价值，储能效益评价模块7开启电动三通阀9第二支路至lng分销支路管系10进行销售。
33.如在逻辑b下，初始lng储罐综合评价温度t1高于-160℃，储能温度控制模块6 pid调节深冷设备将输出功率，即进行深冷制冷动作，并不断对比储能效益评价模块7逻辑计算后设定的温度值t3进行pid控制深冷循环设备，lng储罐1温度维持在t3值。实现了lng储罐1通过深冷循环模块4循环制冷作业，lng储罐1在更低温下实现储能储存作用，通过温度自动控制实现系统温度调节的工况稳定。
34.如果判断储能效益评价模块智能逻辑a和储能效益评价模块智能逻辑b先后都不成立时，lng储罐1恢复原有自然储备状态。
35.本发明中的常数为效益常数。
36.本发明lng冷能发电是指利用lng低温通过介质逐步释放可用冷能，介质进行发电的工艺，目前方法可用，类似技术可参考《基于低温朗肯循环的lng冷能发电系统研究》等文献（作者许佳伟）。
37.lng深冷循环制冷是指利用逆布雷顿制冷循环方法进行lng深冷作业，方法可用，类似技术可参考文献《不可逆布雷顿制冷循环的性能优化》低温工程期刊（2004-03，作者林比宏）、文献《一种逆布雷顿制冷循环无级调节技术及工业化总结》低温与特性期刊（2016-10 作者陈剑军）。
38.电网的峰/谷电差：电网负荷和电网价格一般随时间和季节发生波动变化，例如用电需求在白天和冬夏季多，反之，在夜晚和春秋季少，电网负荷不同电价也有差异，峰/谷电价差为lng储罐1储能创造了条件，本发明正是利用电网不同时段的电价，在电网负荷小电价便宜时，输出温度控制指令，对lng储罐进行深冷储能作业，在电网负荷大电价贵时，利用深冷后的lng进行冷能发电作业，从而实现储能功能；根据逻辑判断深冷-发电储能效益与深冷储存-销售高效益lng对比，如果深冷储存-销售高品质lng效益大于深冷-发电储能效益，将对储罐内lng品质深冷储存，合适时机销售高品质lng。
39.高效益lng销售：lng储罐进行深冷储存可防止lng气化蒸发损失，lng温度保持在深冷较低温度（lng温度保持如从-160℃至-165℃之间），即可保持lng组分不变提高lng品质，又对lng销售实现lng液态高售价有利，具有较好储能意义。
40.本发明的设计方案针对lng储罐工况温度变量、深冷循环设备能耗、深冷利用发电
效益、电价差、lng销售价格信息等方面因素对系统产生不同影响展开储能评价模块的控制算法，不同工作模式下环境变量不同，从而形成lng储罐深冷储能储存系统的高效决策。
41.以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。