用于液态空气储能系统的紧凑式冷箱及液态空气储能系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种用于液态空气储能系统的紧凑式冷箱及液态空气储能系统，液态空气储能系统包括：液态空气储能通路、液态空气释能通路，以及用于存储液态空气的液态空气储罐，紧凑式冷箱包括：壳体、低温换热器和蓄冷器；低温换热器设置于壳体的内部；蓄冷器设置于壳体的外部；其中，低温换热器和蓄冷器连接形成循环回路；循环回路在液态空气储能通路中释放冷能，在液态空气释能通路中吸收冷能。本实用新型专利技术提供具有可同时完成空气液化和复温的紧凑式冷箱，这样既解决了系统初始投资、占地面积大等问题，简化了设备的运行管理，又可减少换热器在运行间歇期，由于轴向导热产生换热器冷热端温度梯度导致的衰减幅度，提高系统储能效率。储能效率。储能效率。

【技术实现步骤摘要】
用于液态空气储能系统的紧凑式冷箱及液态空气储能系统


[0001]本技术涉及液态空气储能
，尤其涉及一种用于液态空气储能系统的紧凑式冷箱及液态空气储能系统。

技术介绍

[0002]为了应对“能源危机”和“温室效应”对人类社会发展造成的潜在威胁，全球各国都在积极地发展清洁的可再生能源。然而，可再生能源的随机性和波动性会对电网产生巨大冲击，带来安全隐患。同时，由于白天和夜晚对电力的需求差异较大，电网对削峰填谷的需求也日益强烈。液态空气储能是解决大规模可再生能源并网和电网削峰填谷的一种极具前景的技术，已经得到了广泛的研究。液态空气储能技术的核心装备是低温蓄冷系统。传统的低温蓄冷子系统由液化侧冷箱、复温侧冷箱和蓄冷器组成。然而，使用两台冷箱一方面会导致系统初始投资大，占地面积大，运行管理复杂；另一方面，由于液化侧冷箱在储能期间运行，复温侧冷箱在释能期间运行，二者每天分别只运行一次，这样导致同一台冷箱中的换热器在运行间歇期内由于轴向导热会产生换热器冷热端温度梯度(
‑
190～20℃)的大幅衰减，而在下一次储能过程开始时需要重新建立温度梯度，进而消耗额外的冷能，降低系统储能效率。

技术实现思路

[0003]本技术提供一种用于液态空气储能系统的紧凑式冷箱，用以解决现有液态空气储能系统中，冷箱在启动过程中需重新建立温度梯度，进而消耗额外的冷能，降低系统储能效率的缺陷，通过提供具有可同时完成空气液化和复温的紧凑式冷箱，既解决了系统初始投资、占地面积大等问题，简化了设备的运行管理，又可减少换热器在运行间歇期，由于轴向导热产生换热器冷热端温度梯度(
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190～20℃)导致的衰减幅度，提高系统储能效率。
[0004]本技术还提供一种液态空气储能系统，用以解决现有液态空气储能系统中，需同时设置两台冷箱，且在运行期间两台冷箱只能分别运行，在启动过程中需重新建立温度梯度，进而消耗额外的冷能，降低系统储能效率的缺陷，在传统液态空气储能技术的基础上，具有可同时完成空气液化和复温的紧凑式冷箱，这样既解决了系统初始投资、占地面积大等问题，简化了设备的运行管理，又可减少换热器在运行间歇期，由于轴向导热产生换热器冷热端温度梯度(
‑
190～20℃)导致的衰减幅度，提高系统储能效率。
[0005]根据本技术第一方面提供的一种用于液态空气储能系统的紧凑式冷箱，所述液态空气储能系统包括：液态空气储能通路、液态空气释能通路，以及用于存储液态空气的液态空气储罐，所述紧凑式冷箱包括：壳体、低温换热器和蓄冷器；
[0006]所述低温换热器设置于所述壳体的内部；
[0007]所述蓄冷器设置于所述壳体的外部；
[0008]其中，所述低温换热器和所述蓄冷器连接形成循环回路；
[0009]所述循环回路在所述液态空气储能通路中释放冷能；
[0010]所述循环回路在所述液态空气释能通路中吸收冷能。
[0011]根据本技术的一种实施方式，所述循环回路包括：第一通道和风机；
[0012]所述第一通道依次与所述蓄冷器的一端、所述风机、所述低温换热器和所述蓄冷器的另一端连接。
[0013]具体来说，本实施例提供了一种循环回路的实施方式，通过设置第一通道，实现了冷能在低温换热器和蓄热器之间蓄冷介质的循环；而风机的设置则为蓄冷介质的循环提供了动力。
[0014]需要说明的是，所述冷箱的壳体可以是圆柱形或者方形结构，内部填充珠光砂或者其他隔热材料，冷箱可为一级或多级，串联或并联，或者相应的组合结构。
[0015]根据本技术的一种实施方式，所述循环回路还包括：第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第二通道和第三通道；
[0016]所述第一控制阀与所述第一通道连接，并设置于所述蓄冷器和所述风机之间；
[0017]所述第二控制阀与所述第一通道连接，并设置于所述风机和所述低温换热器之间；
[0018]所述第三控制阀与所述第二通道连接；
[0019]所述第四控制阀与所述第三通道连接；
[0020]其中，所述第二通道的一端接入所述第一控制阀和所述风机之间，所述第二通道的另一端接入所述第一通道连接；
[0021]所述第三通道的一端接入所述第二控制阀和所述风机之间，所述第三通道的另一端接入所述第一通道连接。
[0022]具体来说，本实施例提供了另一种循环回路的实施方式，在储能阶段的液态空气储能通路中，打开第一控制阀、第二控制阀和风机，关闭第三控制阀和第四控制阀，蓄冷器内的蓄冷介质在风机的作用下进入低温换热器，与流经的空气进行热交换，将蓄冷介质内的冷能释放，而流经换热器的空气则吸收冷能，进一步实现降温。
[0023]进一步地，在释能阶段的液态空气释能通路中，打开第三控制阀、第四控制阀和风机，关闭第一控制阀和第二控制阀，风机的转动方向不变，而蓄冷介质则与从液态空气储罐内流出的低温空气进行冷能交换，蓄冷介质吸收低温空气的冷能，实现降温，而低温空气在释放冷能后则实现了升温，得到冷能的蓄冷介质在风机的作用下，实现循环。
[0024]需要说明的是，通过设置第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀和风机，实现了降低对系统初始的投资，在保证功能的同时简化了设备，并且由于取消了原有的两台冷箱设备，使得冷箱在启动过程中无需重新建立温度梯度，避免额外消耗冷量，以及由于消耗额外冷量带来的系统存储效率低的问题。
[0025]在一个应用场景中，所述风机可以是离心式或轴流式等结构。
[0026]根据本技术的一种实施方式，所述蓄冷器采用固相蓄冷介质或者相变蓄冷介质。
[0027]具体来说，本实施例提供了一种蓄冷器内部蓄冷介质的实施方式，所述蓄冷器可采用固相(金属、岩石和玻璃等)或相变蓄冷材料等蓄冷介质中的一种或多种。
[0028]根据本技术的一种实施方式，所述蓄冷器的蓄冷介质直接或间接与流经所述低温换热器的空气接触。
[0029]具体来说，本实施例提供了一种蓄冷介质与低温换热器换热方式的实施方式，蓄冷介质直接接触空气的换热保证了换热的效果，而蓄冷介质间接接触空气的换热则是考虑到了蓄冷器所要承受的空气压力问题，在实际使用中，可以根据需求和工况进行切换。
[0030]根据本技术的一种实施方式，所述蓄冷器采用一级或多级的组合形式；
[0031]其中，当所述蓄冷器为多级时，采用串联或并联的组合形式。
[0032]具体来说，本实施例提供了一种蓄冷器的实施方式，蓄冷器串联的设置满足了对蓄冷功率的灵活改变，而蓄冷器并联的设置则提升了系统的效率。
[0033]根据本技术的一种实施方式，所述循环回路还包括：第五控制阀、第六控制阀、第四通道、第五通道和第六通道；
[0034]所述第四通道穿过所述低温换热器；
[0035]所述第五通道的一端接入所述第四通道连接，另一端接入所述液态空气储罐连接；
[0036]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于液态空气储能系统的紧凑式冷箱，所述液态空气储能系统包括：液态空气储能通路、液态空气释能通路，以及用于存储液态空气的液态空气储罐，其特征在于，所述紧凑式冷箱包括：壳体、低温换热器和蓄冷器；所述低温换热器设置于所述壳体的内部；所述蓄冷器设置于所述壳体的外部；其中，所述低温换热器和所述蓄冷器连接形成循环回路；所述循环回路在所述液态空气储能通路中释放冷能；所述循环回路在所述液态空气释能通路中吸收冷能。2.根据权利要求1所述的一种用于液态空气储能系统的紧凑式冷箱，其特征在于，所述循环回路包括：第一通道和风机；所述第一通道依次与所述蓄冷器的一端、所述风机、所述低温换热器和所述蓄冷器的另一端连接。3.根据权利要求2所述的一种用于液态空气储能系统的紧凑式冷箱，其特征在于，所述循环回路还包括：第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第二通道和第三通道；所述第一控制阀与所述第一通道连接，并设置于所述蓄冷器和所述风机之间；所述第二控制阀与所述第一通道连接，并设置于所述风机和所述低温换热器之间；所述第三控制阀与所述第二通道连接；所述第四控制阀与所述第三通道连接；其中，所述第二通道的一端接入所述第一控制阀和所述风机之间，所述第二通道的另一端接入所述第一通道连接；所述第三通道的一端接入所述第二控制阀和所述风机之间，所述第三通道的另一端接入所述第一通道连接。4.根据权利要求1至3任一所述的一种用于液态空气储能系统的紧凑式冷箱，其特征在于，所述蓄冷器采用固相蓄冷介质或者相变蓄冷介质。5.根据权利要求4所述的一种用于液态空气储能系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：季伟，郭璐娜，高诏诏，陈六彪，崔晨，郭嘉，王俊杰，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：新型
国别省市：