【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于储能技术和发电领域，尤其是涉及一种结合液化空气储能的天然气发电系统及方法。
技术介绍
1、天然气作为最清洁高效的化石燃料，是发电行业的重要能源之一。通过采用燃气轮机和联合循环等方式，可以高效地将天然气转化为电能。
2、由于天然气液化后体积可减小600倍，因而天然气都是以lng的形式进行长距离跨海运输。在沿海接收站，lng需要重新被加热气化为常温天然气，再输送进供气管网。液态纯甲烷从标准沸点（111.65 k）气化为常温常压气体时，可释放出约830 kj/kg的冷能。通过对这部分冷能加以利用，可以实现天然气产业链的节能增效，带来显著的环境和经济效益。
3、此外，随着可再生能源的广泛应用，其固有的波动性和间歇性导致无法直接并入电网，进而引起了严重的“弃风”和“弃光”现象。为了解决这些问题，将可再生能源发电与储能技术相结合，能够有效平衡电力供需，提升电网的稳定性和效率。液化空气储能技术以其清洁无污染、储能密度高、不受地理条件限制等优势，成为一种可行且有前景的选择。如公开号为cn111648833a的中国专利文献公开了一种液化空气储能系统；公开号为cn113700628a的中国专利文献公开了一种多联供液化空气储能系统及优化控制方法。
4、当前，天然气发电技术面临低温余热利用不充分和燃烧过程中温室气体排放量仍然较大的问题，并且lng的气化冷能在发电过程中的整合尚未达到最佳效果，限制了其更广泛的应用。液化空气储能技术则受制于充电过程压缩耗功较大而放电过程发电出力不足的缺陷，能量转换效率有待进
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种结合液化空气储能的天然气发电系统及方法，可以实现低能量损失、低温室气体排放以及高能量效率和高集成度。
2、一种结合液化空气储能的天然气发电系统，包括空气液化子系统、液化空气气化子系统、lng气化子系统、燃气轮机子系统、余热利用子系统和二氧化碳捕集子系统；
3、所述的空气液化子系统包括依次连接的压缩液化设备组和液化空气储罐；
4、所述的液化空气气化子系统包括与液化空气储罐出口连接的膨胀做功设备组；
5、所述的余热利用子系统包括蒸汽朗肯循环，并与膨胀做功设备组耦合；
6、所述的lng气化子系统包括三条支路，第一支路与压缩液化设备组耦合，第二支路与二氧化碳捕集子系统耦合，第三支路与丙烷蓄冷循环耦合；
7、在用电低谷时段，全部lng进入第一支路，经过压缩液化设备组和回热式朗肯循环的换热，气化得到的第一部分天然气全部输出到供气管网；在用电高峰时段，lng进入第二支路和第三支路，第二支路的lng实现余热利用子系统出口烟气的二氧化碳凝华捕集，第三支路的lng用于丙烷蓄冷循环，第二支路和第三支路中升温的lng合流后经过回热式朗肯循环的换热，气化分为第二部分天然气和第三部分天然气；第二部分天然气进入供气管网，第三部分天然气作为燃料输送给燃气轮机子系统。
8、优选地，所述的压缩液化设备组包括若干级串联的多股流换热器，上一级多股流换热器的热流出口与下一级多股流换热器的热流入口之间连接有压缩机；
9、所述的压缩液化设备组的热源为空气，冷源为lng和丙烷蓄冷循环的循环介质。
10、优选地，所述的膨胀做功设备组包括若干级串联的换热器，上一级换热器的冷流出口与下一级换热器的冷流进口之间连接有膨胀机；
11、所述的膨胀做功设备组的热源来自余热利用子系统的烟气，冷源为液化空气或空气。
12、优选地，所述的丙烷蓄冷循环包括依次相连的第一丙烷储罐、第一丙烷泵、压缩液化设备组、第二丙烷泵、第二丙烷储罐和第六换热器，且第六换热器与第一丙烷储罐相连，构成循环；
13、所述的第六换热器的热源为丙烷蓄冷循环的循环介质，冷源为第三支路的lng。
14、优选地，所述的回热式朗肯循环包括混合工质泵、第一回热器、加热膨胀单元和第七换热器；
15、第七换热器的热流出口与混合工质泵的入口相连，混合工质泵的出口与第一回热器的冷流入口相连，第一回热器的冷流出口与加热膨胀单元的入口连接，加热膨胀单元的出口与第一回热器的热流入口相连，第一回热器的热流出口与第七换热器的热流入口相连，构成循环；
16、所述的加热膨胀单元包括至少一级加热器，每一级加热器的冷流出口之后连接有膨胀机，通过膨胀机输出功；
17、所述的第七换热器的热源为回热式朗肯循环的循环介质，冷源为第一支路、第二支路或第三支路的lng；所述的加热器的热源为工艺水，冷源为回热式朗肯循环的循环介质。
18、进一步优选地，所述的回热式朗肯循环的循环介质为烃类混合物，优选摩尔组成为乙烷31.61 mol %、丙烷41.59 mol %、正丁烷13.39 mol %和异丁烷13.40 mol %的烃类混合物。
19、优选地，所述的燃气轮机子系统包括燃烧室、燃气透平、压气机和第二回热器；
20、压气机的入口连通外界环境，压气机的出口与第二回热器的冷流入口相连，第二回热器的冷流出口与燃烧室的第一入口相连，燃烧室的第二入口用于接收第三部分天然气，燃烧室的出口与燃气透平的入口相连，燃气透平的出口与第二回热器的热流入口相连，第二回热器的热流出口连接到余热利用子系统。
21、进一步优选地，所述的燃烧室中发生的是富氧燃烧反应，空气为过量空气，所述的空气与第三部分天然气的优选质量流量比例为52.77：1。
22、所述的燃气透平与压气机均为轴流式，由燃气透平带动压气机同轴旋转；当燃气透平不足以驱动同轴运行的压气机时，采用额外的驱动装置（如电动机或辅助燃气透平）来提供补充动力。
23、优选地，所述的蒸汽朗肯循环包括给水泵、第八换热器、汽轮机和凝汽器；
24、给水泵的出口与第八换热器的冷流入口相连，第八换热器的冷流出口与汽轮机的入口相连，汽轮机的出口与凝汽器的热流入口相连，凝汽器的热流出口与给水泵的入口相连，构成循环；
25、所述的第八换热器的热源为接收的燃气轮机子系统的烟气，所述的凝汽器的冷源为工艺水，适于将汽轮机的排出乏汽全部冷凝；所述的蒸汽朗肯循环的循环介质为液态水或水蒸汽。
26、优选地，所述的二氧化碳捕集子系统包括气液分离器、回热器单元、第五换热器、固态二氧化碳储罐和第二调温器；
27、气液分离器的气相出口与回热器的热流入口相连，回热器的热流出口与第五换热器的热流入口相连，第五换热器的热流出口与回热器单元的冷流入口相连，回热器单元的冷流出口与第二调温器的冷流入口相连，第二调温器的冷流出口连通外界环境；
28、所述的回热器单元包括至少一级回热器，前一级回热器的热流出口和冷流入口分别与下一级回热器的热流入口和冷流出口相连；
29、所述的气液分离器接收余热本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种结合液化空气储能的天然气发电系统，其特征在于，包括空气液化子系统、液化空气气化子系统、LNG气化子系统、燃气轮机子系统、余热利用子系统和二氧化碳捕集子系统；
2.根据权利要求1所述的结合液化空气储能的天然气发电系统，其特征在于，所述的压缩液化设备组包括若干级串联的多股流换热器，上一级多股流换热器的热流出口与下一级多股流换热器的热流入口之间连接有压缩机；
3.根据权利要求1所述的结合液化空气储能的天然气发电系统，其特征在于，所述的膨胀做功设备组包括若干级串联的换热器，上一级换热器的冷流出口与下一级换热器的冷流进口之间连接有膨胀机；
4.根据权利要求1所述的结合液化空气储能的天然气发电系统，其特征在于，所述的丙烷蓄冷循环包括依次相连的第一丙烷储罐（28）、第一丙烷泵（29）、压缩液化设备组、第二丙烷泵（30）、第二丙烷储罐（31）和第六换热器（23），且第六换热器（23）与第一丙烷储罐（28）相连，构成循环；
5.根据权利要求1所述的结合液化空气储能的天然气发电系统，其特征在于，所述的回热式朗肯循环包括混合工质泵（32）、第一回
6.根据权利要求1所述的结合液化空气储能的天然气发电系统，其特征在于，所述的燃气轮机子系统包括燃烧室（38）、燃气透平（39）、压气机（40）和第二回热器（41）；
7.根据权利要求1所述的结合液化空气储能的天然气发电系统，其特征在于，所述的蒸汽朗肯循环包括给水泵（43）、第八换热器（42）、汽轮机（44）和凝汽器（45）；
8.根据权利要求1所述的结合液化空气储能的天然气发电系统，其特征在于，所述的二氧化碳捕集子系统包括气液分离器（46）、回热器单元、第五换热器（22）、固态二氧化碳储罐（49）和第二调温器（50）；
9.根据权利要求1所述的结合液化空气储能的天然气发电系统，其特征在于，所述的天然气发电系统还包括连接于液化空气储罐（10）与膨胀做功设备组之间的液态空气泵（11）、连接于丙烷蓄冷循环之前的LNG泵（20）和第一分流器（21）、连接于丙烷蓄冷循环与回热式朗肯循环之间的混合器（24）以及连接于回热式朗肯循环之后的第一调温器（26）和第二分流器（27）；
10.一种结合液化空气储能的天然气发电方法，其特征在于，基于权利要求1~9任一项所述的天然气发电系统，包括用电低谷时的充电过程和用电高峰时的放电过程，具体如下：
...【技术特征摘要】
1.一种结合液化空气储能的天然气发电系统，其特征在于，包括空气液化子系统、液化空气气化子系统、lng气化子系统、燃气轮机子系统、余热利用子系统和二氧化碳捕集子系统；
2.根据权利要求1所述的结合液化空气储能的天然气发电系统，其特征在于，所述的压缩液化设备组包括若干级串联的多股流换热器，上一级多股流换热器的热流出口与下一级多股流换热器的热流入口之间连接有压缩机；
3.根据权利要求1所述的结合液化空气储能的天然气发电系统，其特征在于，所述的膨胀做功设备组包括若干级串联的换热器，上一级换热器的冷流出口与下一级换热器的冷流进口之间连接有膨胀机；
4.根据权利要求1所述的结合液化空气储能的天然气发电系统，其特征在于，所述的丙烷蓄冷循环包括依次相连的第一丙烷储罐（28）、第一丙烷泵（29）、压缩液化设备组、第二丙烷泵（30）、第二丙烷储罐（31）和第六换热器（23），且第六换热器（23）与第一丙烷储罐（28）相连，构成循环；
5.根据权利要求1所述的结合液化空气储能的天然气发电系统，其特征在于，所述的回热式朗肯循环包括混合工质泵（32）、第一回热器（33）、加热膨胀单元和第七换热器（25）；
6.根据权利要求...
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