本发明专利技术公开了一种耦合电热蓄热装置的深冷液态空气储能系统，包括增压机组、液化冷箱、液空分离罐、蒸发器、蓄冷罐、再热器、膨胀发电机组以及电热蓄热装置；增压机组采用低谷电驱动对空气进行加压，其输出端与液化冷箱热端进口连接；所述液化冷箱的热端出口通过管道连接至液空分离罐；所述液化冷箱的冷端进出口分别连接至蓄冷罐；液空分离罐后端连接至蒸发器，与蓄冷罐通过蒸发器进行换热；蒸发器的后端连接至再热器，所述再热器后端连接至膨胀发电机组；膨胀发电机组包括一组膨胀发电机，以及设置在各级膨胀发电机间的一组加热器，各加热器的热端通过管道连接至电热蓄热装置，利用电热蓄热装置中的热能对进入加热器的空气进行加热。热。热。
【技术实现步骤摘要】
一种耦合电热蓄热装置的深冷液态空气储能系统
[0001]本专利技术属于深冷液态空气储能领域，具体涉及一种耦合电热蓄热装置的深冷液态空气储能系统。
技术介绍
[0002]深冷液态空气储能技术由英国高维公司于2007年提出，作为一整套独立储能装置被应用于电站调峰和可再生能源稳定接入等用途，该系统与压缩空气储能技术路线类似，将空气压缩指高温高压状态，并将热量储存起来，为了有效的提高储存的密度，将高压的空气通过低温膨胀过程转化为液态空气储存，实现了能量的储存过程。释能的时候液态空气蒸发成高压空气后被前端储存的高温热能加热指高温状态对膨胀机做功发电，完成整体能源储存的过程。
[0003]但对于独立系统来说，深冷液态空气储能系统能量效率整体不高50～55％，为了提升系统的能量效率，许多方案采用了耦合外部热源或冷源(如光热、余热和LNG冷能等)的模式来提高效率，但是这里并没有综合考虑系统整体能量效率，且应用场景会受到限制极大，推广性较差。
[0004]主要存在的问题如下：
[0005](1)深冷储能和压缩空气储能为了考虑系统整体效率，设计通常会提高膨胀机级间加热的温度，而这个过程通常是将压缩机的级间制冷取消，以获得出口更高的温度，约为300℃左右。由于受到了压缩机压缩过程中热力转化问题及压缩机自身加工难度等制约因素，压缩机出口空气温度需达到300℃左右，而更高的温度条件下热力转化效率过低，且压缩机的制造成本急剧升高，
[0006](2)压缩热的储存和释放过程涉及到了换热，而换热器端差较大，会造成能量的损失，减小端差的设计，尽管理论上可以减少能量的损失，但是实际工程中会因为换热面积过大而造成换热阻力升高，能量损失问题不能得到根本的解决。
[0007](3)由于压缩热的多次换热后仍然有富余的部分，但是考虑到热能用于发电的过程，其能量损失较多，余热品位较低(温度低，不到100℃)，可利用价值偏低。
技术实现思路
[0008]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种将电热高温储热装置与深冷系统进行耦合的技术路线，利用两者结合实现高温热源的有效利用，进而提高热能的利用价值。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0010]一种耦合电热蓄热装置的深冷液态空气储能系统，包括增压机组、液化冷箱、液空分离罐、蒸发器、蓄冷罐、再热器、膨胀发电机组以及电热蓄热装置；
[0011]所述增压机组采用低谷电驱动对空气进行加压，其输出端与液化冷箱热端进口连接，将加压空气送入液化冷箱中冷却；所述液化冷箱的热端出口通过管道连接至液空分离
罐，将冷后的加压空气送入液空分离罐中进行分离；所述液化冷箱的冷端进出口分别连接至蓄冷罐，利用蓄冷罐中储存的冷能对进入液化冷箱中的加压空气进行冷却；
[0012]所述液空分离罐后端连接至蒸发器，与蓄冷罐通过蒸发器进行换热，利用液态空气对蓄冷罐中的冷能进行补充；所述蒸发器的后端连接至再热器，所述再热器后端连接至膨胀发电机组，经加热后的高压空气进入膨胀发电机组做工发电；
[0013]所述膨胀发电机组包括一组膨胀发电机，以及设置在各级膨胀发电机间的一组加热器，各加热器的热端通过管道连接至电热蓄热装置，利用电热蓄热装置中的热能对进入加热器的空气先进行加热，再送入各级膨胀发电机中。
[0014]具体地，所述电热蓄热装置包括电热蓄热罐、罐内换热器、储热模块、电热加热元件、罐外循环管和罐外风机；
[0015]所述电热蓄热罐内填充有传热工质；所述储热模块采用相变储热材料、显热储热材料、相变潜热储热材料等储热材料；所述电热加热元件与储热模块间隔分布，电热加热元件利用低谷电或者风电转化为热能，并储存在相变储热材料构成的储热模块中；所述罐外循环管的两端分别连接在电热蓄热罐的底部和顶部；所述罐外风机安装在罐外循环管上，利用罐外风机强化罐内传热工质的流动，增强换热效率；
[0016]所述罐内换热器的换热器进口、换热器出口分别连接至膨胀发电机组的各级加热器中，对进入加热器的空气进行加热。
[0017]进一步地，所述电热蓄热罐内还添加有导热增强颗粒，所述导热增强颗粒包括但不限定为SiO2颗粒、MgO颗粒或Al2O3颗粒，添加量为罐内容积的0.5％～10％，颗粒尺寸在0.1mm～10mm之间；所述电热蓄热罐的底部安装有布风网，电热蓄热罐的底部顶部安装有罐口挡板，防止颗粒进入管道中破坏风机。需要说明的是，热源形式也可以为其他高温热源，如蒸汽，太阳能光热等，同样有利于热能的高效利用。
[0018]所述电热加热元件的上部和底部均设置有高温高压的绝缘子，利用绝缘子防止高压漏电等安全风险。
[0019]更进一步地，所述增压机组的前端，还设有压缩机组；所述压缩机组通过低谷电驱动将外部的空气进行预压缩，随后送入增压机组进一步压缩。
[0020]进一步地，所述压缩机组的各级压缩机之间，设有压缩机间冷却器；所述压缩机组与增压机组之间，设有压缩
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增加组间冷却器；所述增压机组的各级增压机之间，设有增压机间冷却器；所述增压机组的出口端设有增压机出口冷却器；所述压缩机间冷却器、压缩
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增加组间冷却器、增压机间冷却器、增压机出口冷却器的冷端分别连接至冷水罐和热水罐，利用各冷却器将加压空气的热能储存于水中，用于工业或民用供热。
[0021]进一步地，所述液化冷箱外部还连接有膨胀制冷机；所述膨胀制冷机进口端与液化冷箱连接，出口端与空气分离罐通过管道并联后，一同连接至液化冷箱冷端，经液化冷箱另一端出口连接至压缩
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增加组间冷却器。液化冷箱中冷却后的一部分空气被抽出进入膨胀制冷机，膨胀后与空气分离罐中未液化的气态空气混合后进入液化冷箱制冷300作为冷源，与进入增压机组出口的高压空气进行换热，加热至常温状态，随后与压缩机组出口的空气混合后送入增压机组循环。
[0022]具体地，所述液化冷箱热端出口与液空分离罐之间的管道上设有节流阀；经过节流阀膨胀后快速转变为液态空气，进入液空分离罐中；所述液空分离罐的后端连接有液空
储槽；所述液空储槽后端连接至蒸发器，液空储槽与蒸发器之间的管道上设置有低温泵。通过低温泵加压后送入到蒸汽器内，蒸发器通过空气为载体的循环工质加热至常温高压空气。
[0023]具体地，所述蓄冷罐的一组进出口连接至液化冷箱，为液化冷箱提供冷能；蓄冷罐的另一组进出口连接至蒸发器，利用液态空气的冷能通过循环工质带入蓄冷罐内进行储存，并被用于液化冷箱所需的外部冷源；所述蓄冷罐的出口管道上设有蓄冷器风机。
[0024]优选地，所述膨胀发电机组中，各级膨胀发电机前均设置有对应的各级加热器，各级加热器的热端通过管道并联至电热蓄热装置，利用电热蓄热装置中的热能对进入加热器的空气先进行加热，再送入各级膨胀发电机中做工发电。
[0025]优选地，各级加热器与对应的各级膨胀发电机依次串联连接，最后通过循环管道返回至再热器，对蒸发器出来的常温高压空气进行加本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种耦合电热蓄热装置的深冷液态空气储能系统，其特征在于，包括增压机组(200)、液化冷箱(300)、液空分离罐(500)、蒸发器(600)、蓄冷罐(700)、再热器(800)、膨胀发电机组(900)以及电热蓄热装置(10)；所述增压机组(200)采用低谷电驱动对空气进行加压，其输出端与液化冷箱(300)热端进口连接；所述液化冷箱(300)的热端出口通过管道连接至液空分离罐(500)；所述液化冷箱(300)的冷端进出口分别连接至蓄冷罐(700)，利用蓄冷罐(700)中储存的冷能对进入液化冷箱(300)中的加压空气进行冷却；所述液空分离罐(500)后端连接至蒸发器(600)，与蓄冷罐(700)通过蒸发器(600)进行换热；所述蒸发器(600)的后端连接至再热器(800)，所述再热器(800)后端连接至膨胀发电机组(900)，经加热后的高压空气进入膨胀发电机组(900)做工发电；所述膨胀发电机组(900)包括一组膨胀发电机，以及设置在各级膨胀发电机间的一组加热器，各加热器的热端通过管道连接至电热蓄热装置(10)，利用电热蓄热装置(10)中的热能对进入加热器的空气进行加热。2.根据权利要求1所述的耦合电热蓄热装置的深冷液态空气储能系统，其特征在于，所述电热蓄热装置(10)包括电热蓄热罐(11)、罐内换热器(12)、储热模块(14)、电热加热元件(15)、罐外循环管(19)和罐外风机(18)；所述电热蓄热罐(11)内填充有传热工质；所述储热模块(14)采用储热材料；所述电热加热元件(15)与储热模块(14)间隔分布；所述罐外循环管(19)的两端分别连接在电热蓄热罐(11)的底部和顶部；所述罐外风机(18)安装在罐外循环管(19)上；所述罐内换热器(12)的换热器进口(12
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1)、换热器出口(12
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2)分别连接至膨胀发电机组(900)的各级加热器中，对进入加热器的空气进行加热。3.根据权利要求2所述的耦合电热蓄热装置的深冷液态空气储能系统，其特征在于，所述电热蓄热罐(11)内还添加有导热增强颗粒(13)；所述导热增强颗粒(13)为SiO2颗粒、MgO颗粒或Al2O3颗粒，添加量为罐内容积的0.5％～10％，颗粒尺寸在0.1mm～10mm之间；所述电热蓄热罐(11)的底部安装有布风网(17)，电热蓄热罐(11)的底部顶部安装有罐口挡板(20)；所述电热加热元件(15)的上部和底部均设置有高温高压的绝缘子(16)。4.根据权利要求1所述的耦合电热蓄热装置的深冷液态空气储能系统，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁玉龙，金翼，张童童，
申请(专利权)人：开尔文热能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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