[发明专利]一种耦合LNG冷能、ORC技术和自然热源的液化空气储能系统及其工作方法

说明书

本发明属于能量的储存与利用领域，具体涉及一种耦合LNG冷能、ORC技术和自然热源的液化空气储能系统及其工作方法，包括LNG气化子系统、空气液化子系统、液化空气气化子系统和太阳能加热子系统；LNG气化子系统包括连接的丙烷蓄冷循环和回热式朗肯循环；空气液化子系统包括连接的压缩液化设备组和液化空气储罐，压缩液化设备组与丙烷蓄冷循环耦合；液化空气气化子系统包括连接的再热式朗肯循环和膨胀做功设备组，再热式朗肯循环与液化空气储罐相连；太阳能加热子系统与回热式朗肯循环和再热式朗肯循环相连，为回热式朗肯循环与再热式朗肯循环中的换热器提供热源。与现有技术相比，本发明解决现有技术能量损失较大，效率较低的缺陷。

技术领域

本发明属于能量的储存与利用领域，具体涉及一种耦合LNG冷能、ORC技术和自然热源的液化空气储能系统及其工作方法。

背景技术

随着社会经济水平的不断提高，电能的需求量持续增加，可再生能源已逐步发展成为能源供应系统中至关重要的一部分。由于可再生能源发电所具有的间歇性和波动性，以及使用端的电力需求波动，因而需要采用储能技术将富余电能储存起来实现能源供需管理。液化空气具有储能密度大、运行寿命长、行业基础好、不受严格地理因素限制和投资成本低等优点，吸引了越来越多学者关注该领域的研究。

LNG的冷能利用是学术界和工业界广泛讨论研究的话题。在长距离运输中，液化天然气的体积比气态天然气的体积小600倍，天然气的液化是为了能够更高效地储存和运输。在沿海LNG接收站，通常要加热气化后以常温气态的形式输运到用户网络中才能被用户利用。标准沸点下(-162℃)液体纯甲烷气化为标准状态甲烷气体，可释放出大约830kJ/kg冷量。这部分冷量若能加以充分利用，可以使天然气的整个产业链进一步达到更加节能减排的目标，同时还会带来极大的环境和经济效益。

但是目前由于常规的液化空气储能系统需要消耗大量能源将空气压缩为液态储存，因此其压缩耗功较大，实用效率不高，循环效率仅能达到40-70％。即使已有一些研究采用耦合LNG冷源的方式去改善系统性能，但LNG利用效率依然较低，无法有效应对电力供需波动的问题，整体系统的经济性和灵活性较差。

公开号为CN105863752A的中国发明专利公开了一种利用液化天然气冷能的压缩空气储能系统，空气先在换热器单元内与液化天然气进行换热，降温后的空气进入压气机组进行压缩，将压缩后的空气储存在储气装置中，释能时储气装置输出压缩空气，进入膨胀机组做功发电，采用级间再热以提高系统总效率。然而该系统中空气仍然以气态形式储存，对储存容器的耐压性要求较高，在低储存压力下储能密度较低。

公开号为CN113932564A的中国发明专利公开了一种采用液化天然气蓄冷的液化空气储能系统，储能阶段空气经过空气处理单元，而后进入压缩制冷组件先升压后膨胀降温，其中压缩热被液化天然气吸收，膨胀后的空气进入气液分离组件，气态空气的冷量被重新利用，液态空气进入储罐存储；释能阶段，利用天然气回收液化空气的富余冷能，并将降温液化后的天然气用于储能阶段降低压缩后的工质温度，加热后的释能空气经过膨胀机组做功发电。该系统直接利用液化天然气与压缩后的工质进行换热、天然气与液化空气进行换热，会导致极大的损失，同时其液化率较低，流程过于复杂，稳定性和可靠性有待进一步提高。

公开号为CN112254561A的中国发明专利公开了利用LNG冷能和燃气调峰发电余热的液态空气储能系统，将液态空气储能子系统、燃气调峰发电子系统和蒸汽循环发电子系统三者耦合，液态空气储能子系统中空气利用液化天然气的冷量预冷，燃气调峰发电子系统中气化的天然气直接燃烧发电，并将燃烧发电后的余热作为朗肯循环以及液化空气储能子系统释能阶段的热源。然而在该系统的预冷器中常温的空气直接与液化天然气换热，会造成极大的损失，此外燃烧后的烟气余热利用效率较低运行调控困难，还会导致液化空气储能系统释能工质的中低品味冷能大幅度损失。