【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太阳能发电和液态空气储能，具体涉及一种太阳能梯级利用的液态空气储能系统及其运行方法。
技术介绍
1、在当今全球能源转型的背景下，光热发电技术作为一种重要的清洁能源技术备受关注。其利用太阳能将光能直接转化为电能，无污染、可再生等优点使其成为清洁能源领域的热门选择。但由于天气变化等因素的影响，光热发电系统的输出电力存在间歇性和波动性，这给电力系统的稳定运行带来一定挑战。液态空气储能(laes)技术利用电力将空气压缩并液化储存，在需要时释放空气并通过膨胀机产生电力。相比传统的电池储能技术，具有储能密度高、寿命长、环境友好等优势，被视为一种具有巨大潜力的新型储能技术。但液化空气储能系统受限于卡诺循环效率以及自身既需要冷却又需要加热的性质，膨胀做工阶段的工质温度低导致做功效率不高。在这样的背景下，光热发电系统与液态空气储能技术相结合，有望提高储能效率、光热发电系统的利用效率和电力系统的稳定性，可以充分利用光热发电的电能和热能以弥补电力供需间的不平衡。然而，现有专利中耦合光热的液态空气储能系统在能量梯级利用和余热利用方面，存在很多不足，同时现有专利中针对耦合光热的液态空气储能系统的能量利用形式单一，存在不足。
技术实现思路
1、为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种太阳能梯级利用的液态空气储能系统及其运行方法，能充分利用液态空气储能的调峰潜力，将光热系统的热能、电能有机结合，有利于提高整体能源转化效率，实现全天候可再生能源利用。
2、为了达到上述
3、一种太阳能梯级利用的液态空气储能系统，包括液态空气储能子系统、光热发电子系统、有机朗肯循环发电子系统，其中：
4、所述液态空气储能子系统包括液化储能单元和膨胀释能单元；其中，所述液化储能单元，包括多级压缩机、每级压缩机后连接的空气循环热端换热器、储热罐24、储冷罐25、储冷罐出口泵37、储冷罐出口阀36、蓄冷循环冷端换热器7、蓄冷循环低温罐27、蓄冷循环第一控制阀28、蓄冷循环冷泵44、蓄冷循环常温罐26、低温涡轮8、节流阀9、气液分离器10、储液罐11；工质来自环境空气，空气工质经过每级压缩机及对应的空气循环热端换热器后，进入蓄冷循环冷端换热器7中冷却至液态温度，再进入低温涡轮8膨胀至环境压力，空气经节流阀9节流和气液分离器10成为液态，储存至储液罐11；同时，热油作为换热介质储存至储冷罐25，储冷罐25出口与储冷罐出口泵37和储冷罐出口阀36相连，储冷罐出口阀36分别连接空气循环热端第一换热器2、空气循环热端第二换热器4和空气循环热端第三换热器6的换热入口，换热之后的热油进入储热罐24；同时，丙烷作为蓄冷循环的介质储存在蓄冷循环低温罐27中，蓄冷循环低温罐27连接冷循环第一控制阀28和蓄冷循环冷泵44，蓄冷介质由蓄冷循环冷泵44输送至蓄冷循环冷端换热器7入口，蓄冷循环冷端换热器7出口连接蓄冷循环常温罐26；
5、所述膨胀释能单元包括储液罐11、储液罐出口阀46、低温加压泵12、蓄冷循环常温端换热器13、蓄冷循环低温罐27、蓄冷循环常温罐26、蓄冷循环第一控制阀28、蓄冷循环第二控制阀47、蓄冷循环常温泵45、预热器23、储热罐24、储冷罐25、储热罐出口泵39、储热罐出口阀38、空气循环冷端第一换热器14、第一级空气膨胀机15、空气循环冷端第二换热器16、第二级空气膨胀机17、空气循环冷端第三换热器18、光热第一换热器19、第三级空气膨胀机20、光热第二换热器21、第四级空气膨胀机22；常压液态空气作为储能介质储存在储液罐11中，储液罐11出口连接储液罐出口阀46和低温加压泵12，低温加压泵12将空气介质输送至蓄冷循环常温端换热器13，空气介质换热后进入预热器23，预热器23出口连接空气循环冷端第一换热器14，加热后的空气介质进入第一级空气膨胀机15做功输出电能，第一级空气膨胀机15出口连接空气循环冷端第二换热器16，加热后的空气介质进入第二级空气膨胀机17，之后空气依次进入空气循环冷端第三换热器18和光热第一换热器19进行换热，加热后的空气介质进入第三级空气膨胀机20，出口空气进入光热第二换热器21进行换热，加热后的空气介质进入第四级空气膨胀机22，第四级空气膨胀机22出口连接预热器23；同时，存储着多级压缩热能的热油由储热罐24进入储热罐出口泵39和储热罐出口阀38，热油作为供热介质分别进入空气循环冷端第一换热器14、空气循环冷端第二换热器16和空气循环冷端第三换热器18的换热入口，换热之后的热油进入储冷罐25；同时，蓄冷循环常温罐26中的工质丙烷进入蓄冷循环第二控制阀47和蓄冷循环常温泵45，之后进入蓄冷循环常温端换热器13换热，最后低温的丙烷储存至蓄冷循环低温罐27中；
6、所述光热发电子系统包括太阳能集热器31、热罐29、冷罐30、1#热罐出口泵40、2#热罐出口泵42、1#热罐出口阀41、2#热罐出口阀43、光热第一换热器19、光热第二换热器21和蒸发器34；太阳能集热器31通过聚集阳光，将太阳能转换为热能传递至热罐29中的太阳能储热介质，热罐29有两路出口：其一连接1#热罐出口泵40和1#热罐出口阀41，1#热罐出口阀41分别连接光热第一换热器19和光热第二换热器21，太阳能储热介质在光热第一换热器19和光热第二换热器21出口汇集后进入蒸发器34，其二连接2#热罐出口泵42和2#热罐出口阀43，太阳能储热介质直接进入蒸发器34，蒸发器34换热端出口连接冷罐30；
7、所述有机朗肯循环发电子系统包括蒸发器34、汽轮机33、冷凝器32和泵35；蒸发器34换热端连接光热第一换热器19和光热第二换热器21出口，由太阳能储热介质加热工质，蒸发器34出口连接汽轮机33，工质膨胀做功后进入冷凝器32，冷凝器32出口连接泵35，由泵35加压后的工质进入蒸发器34入口。
8、进一步地，光热发电子系统中太阳能储热介质的热能梯级利用，首先太阳能储热介质在热罐29中聚集热量，然后太阳能储热介质进入光热第一换热器19和光热第二换热器21把部分热能传递给空气介质，之后进入蒸发器34换热，驱动有机朗肯循环发电子系统的汽轮机33，之后太阳能储热介质进入冷罐30储存，最后回到太阳能集热器31重新聚集太阳能热量，始终重复此过程。
9、进一步地，膨胀释能单元的第一级膨胀中，工质由预热器23和空气循环冷端第一换热器14加热后进入小功率的第一级空气膨胀机15，其运行温度区间为370～500℃，膨胀释能单元的第二级膨胀中，工质由空气循环冷端第二换热器16加热后，进入第二级空气膨胀机17，其运行温度区间为370～500℃；膨胀释能单元的第三级膨胀，液态空气储能子系统的空气循环冷端第三换热器18和光热第一换热器19组成并联加热单元，大幅度提高工质温度后进入第三级空气膨胀机20，其运行温度区间为450～900℃；膨胀释能单元的第四级膨胀，工质进入光热第二换热器21加热后进入第四级空气膨胀机22，其运行温度区间为450～900℃。
10、进一步本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种太阳能梯级利用的液态空气储能系统，其特征在于：所述系统包括液态空气储能子系统、光热发电子系统、有机朗肯循环发电子系统；其中：
2.根据权利要求1所述的一种太阳能梯级利用的液态空气储能系统，其特征在于：光热发电子系统中太阳能储热介质的热能梯级利用，首先太阳能储热介质在热罐(29)中聚集热量，然后太阳能储热介质进入光热第一换热器(19)和光热第二换热器(21)把部分热能传递给空气介质，之后进入蒸发器(34)换热，驱动有机朗肯循环发电子系统的汽轮机(33)，之后太阳能储热介质进入冷罐(30)储存，最后回到太阳能集热器(31)重新聚集太阳能热量，始终重复此过程。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能梯级利用的液态空气储能系统，其特征在于：膨胀释能单元的第一级膨胀中，工质由预热器(23)和空气循环冷端第一换热器(14)加热后进入小功率的第一级空气膨胀机(15)，其运行温度区间为370～500℃；膨胀释能单元的第二级膨胀中，工质由空气循环冷端第二换热器(16)加热后，进入第二级空气膨胀机(17)，其运行温度区间为370～500℃；膨胀释能单元的第三级膨胀，液态空
4.根据权利要求1所述的一种太阳能梯级利用的液态空气储能系统，其特征在于：膨胀释能单元的第一级空气膨胀机(15)、第二级空气膨胀机(17)、第三级空气膨胀机(20)和第四级空气膨胀机(22)同轴相连。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能梯级利用的液态空气储能系统，其特征在于：液态空气储能子系统至少由3级压缩机组成，当液态空气储能子系统由3级压缩机组成时，即一级压缩机(1)、二级压缩机(3)和三级压缩机(5)，采用离心式压缩机，出入口综合压比范围8～10；对应的空气循环热端换热器即空气循环热端第一换热器(2)、空气循环热端第二换热器(4)和空气循环热端第三换热器(6)。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能梯级利用的液态空气储能系统，其特征在于：气液分离器(10)采用垂直重力型分离器，分离后的液态空气进入储液罐(11)，分离后的气态空气进入一级压缩机。
7.权利要求1至6任一项所述的一种太阳能梯级利用的液态空气储能系统的运行方法，其特征在于：液态空气储能子系统有两个运行阶段：
...【技术特征摘要】
1.一种太阳能梯级利用的液态空气储能系统，其特征在于：所述系统包括液态空气储能子系统、光热发电子系统、有机朗肯循环发电子系统；其中：
2.根据权利要求1所述的一种太阳能梯级利用的液态空气储能系统，其特征在于：光热发电子系统中太阳能储热介质的热能梯级利用，首先太阳能储热介质在热罐(29)中聚集热量，然后太阳能储热介质进入光热第一换热器(19)和光热第二换热器(21)把部分热能传递给空气介质，之后进入蒸发器(34)换热，驱动有机朗肯循环发电子系统的汽轮机(33)，之后太阳能储热介质进入冷罐(30)储存，最后回到太阳能集热器(31)重新聚集太阳能热量，始终重复此过程。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能梯级利用的液态空气储能系统，其特征在于：膨胀释能单元的第一级膨胀中，工质由预热器(23)和空气循环冷端第一换热器(14)加热后进入小功率的第一级空气膨胀机(15)，其运行温度区间为370～500℃；膨胀释能单元的第二级膨胀中，工质由空气循环冷端第二换热器(16)加热后，进入第二级空气膨胀机(17)，其运行温度区间为370～500℃；膨胀释能单元的第三级膨胀，液态空气储能子系统的空气循环冷端第三换热器(18)和光热第一换热器(19)组成并联加热单元，大幅度提高工质温度后进入第三级空...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵永亮，王志浩，王珠，刘明，王朝阳，严俊杰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。