[发明专利]利用LNG冷能的多级朗肯发电循环耦合水合物储能的系统

说明书

本发明公开了一种利用LNG冷能的多级朗肯发电循环耦合水合物储能的系统，其特征在于，包括：燃烧发电系统、有机朗肯循环系统、跨临界二氧化碳循环系统、二氧化碳水合物储能系统、海水制冰循环系统；其中，LNG依次通过有机朗肯循环系统、跨临界二氧化碳循环系统、二氧化碳水合物储能系统、海水制冰循环系统；燃烧发电系统产生的高温余热依次通过跨临界二氧化碳循环和有机朗肯循环的蒸发器提供热量。基于对LNG冷能使用的现实情况的考虑，明确工业余热存在的极大利用潜力，采用梯级利用的方式，极大减少了大温差造成的系统的不可逆损失，提高了系统的效率，增强了系统的性能表现。

技术领域

本发明涉及LNG冷能回收利用技术领域，尤其涉及一种利用LNG冷能的多级朗肯发电循环耦合水合物储能的系统。

背景技术

天然气在世界一次能源消耗占比逐年升高。根据英国石油公司的2021世界能源统计年鉴可知，天然气占比上升到了24.7％，达到历史新高。长距离运输天然气大多将其转化为液态通过管道运输。液化天然气一般在-162℃的超低温状态下储存，这一液化过程根据不同液化方式的能耗在700～850kW·h/kg 之间，而供给用户使用时需要将液化天然气再气化。由于温差较大，再气化过程将会释放出大量可被利用的冷能，这一大量冷能如果不加以合理利用不仅会造成大量的能量损失，甚至会对环境造成污染。

LNG冷能利用方式分为直接利用和间接利用两种，常见的直接利用方式有低温发电，空气分离，制取干冰，冷库制冷等，间接利用的方式有低温粉碎和运输冷藏食品等。单一的LNG 冷能的方式适合的温区范围较小，存在大量的不可逆损失。而梯级利用LNG冷能的方式能够充分地提高系统性能表现，使系统更高效，减少能量损失。

利用LNG冷能发电技术发展较成熟，朗肯循环应用尤为广泛。工质种类的选择对于朗肯循环的性能表现影响尤为显著，经过一系列研究可选取性能表现显著性优于其他工质而经济性也较好的丙烷和二氧化碳作为多级朗肯循环的两种工质。同时气体水合物储能技术作为一种应用前景良好的储能技术具有较大的研究潜力，但是关于该方面的应用研究仍存在大片空白。基于上述所述问题，本发明提出一种利用LNG冷能的多级朗肯发电循环耦合水合物储能的系统以高效回收利用LEG冷能。

发明内容

为了提高LNG冷能利用系统的效率，本发明提供了一种利用LNG冷能的多级朗肯发电循环耦合水合物储能的系统，将有机朗肯循环、跨临界二氧化碳循环、二氧化碳水合物储能循环以及海水制冰循环相结合，回收利用LNG冷能以及燃气燃烧发电之后的高温余热。

本发明提供的一种利用LNG冷能的多级朗肯发电循环耦合水合物储能的系统，包括：燃烧发电系统、有机朗肯循环系统、跨临界二氧化碳循环系统、二氧化碳水合物储能系统、海水制冰循环系统；其中，LNG依次通过有机朗肯循环系统、跨临界二氧化碳循环系统、二氧化碳水合物储能系统、海水制冰循环系统；燃烧发电系统产生的高温余热依次通过跨临界二氧化碳循环和有机朗肯循环的蒸发器提供热量。

进一步地，所述燃烧发电系统包括第一压缩机、中间冷却换热器、第二压缩机、空气储罐、第一截止阀、燃烧器、第一膨胀机、第一发电机；其中，第一压缩机出口侧连接中间冷却换热器的热流进口侧，中间冷却换热器的热流出口侧与第二压缩机的进口侧相连通，第二压缩机的出口侧与空气储罐的进口侧连通，空气储罐的出口侧与第一截止阀的进口侧连通，第一截止阀的出口侧与燃烧器的进口侧连通，燃烧器的出口侧与第一膨胀机的进口侧连通，第一膨胀机的出口侧与跨临界二氧化碳循环中的第二蒸发器的热流进口侧相连通，第二蒸发器的热流出口侧与有机朗肯循环中的第一蒸发器的热流进口侧相连通：第一膨胀机与第一发电机电连接。

优选地，所述燃烧器的燃料种类为甲烷；所述中间冷却换热器的冷流种类为水。