一種分層儲冷裝置和一種利用分層儲冷裝置的深冷液化空氣儲能系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種分層儲冷裝置和一種利用分層儲冷裝置的深冷液化空氣儲能系統(tǒng)，所述分層儲冷裝置包括：至少兩個儲冷器，相鄰所述儲冷器之間借助輸冷通道串聯，至少一個所述儲冷器和冷能的輸出端相連接；在儲冷過程中，前一級所述儲冷器儲冷過程中溢出的冷能借助所述輸冷通道進入后一級所述儲冷器中，為后一級所述儲冷器預冷,前一級儲冷器中釋放的尾氣仍包含一定的冷能，再對后一級儲冷器預冷后，尾氣中的冷能能夠較大限度的交換給儲冷器中的儲冷介質，從而較大程度的提高冷能的存儲率，避免冷能浪費。
【專利說明】
一種分層儲冷裝置和一種利用分層儲冷裝置的深冷液化空氣儲能系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及冷能存儲和輸送技術領域，具體涉及一種分層儲冷裝置、液化空氣儲冷系統(tǒng)和電力存儲輸冷系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]深冷液化空氣儲能技術是指在電網負荷低谷期將電能用于壓縮空氣，將空氣高壓密封在報廢礦井、沉降的海底儲氣罐、山洞、過期油氣井或新建儲氣井中，在電網負荷高峰期釋放壓縮空氣推動汽輪機發(fā)電的儲能方式，液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)具有儲能容量較大、儲能周期長、占地小不依賴于地理條件等優(yōu)點。儲能時，電能將空氣壓縮、冷卻并液化，同時存儲該過程中釋放的熱能，用于釋能時加熱空氣;釋能時，液態(tài)空氣被加壓、氣化，推動膨脹發(fā)電機組發(fā)電，同時存儲該過程的冷能，用于儲能時冷卻空氣。
[0003]現有的深冷液化空氣儲能技術中，被儲存的冷能常用于氣態(tài)空氣液化過程中對氣態(tài)空氣進行冷卻降溫，然而氣態(tài)空氣液化所需要消耗的冷能有限，而多余的冷能則被排出，從而造成了冷能的浪費。為此，本領域技術人員通常使用儲冷裝置來將冷能收集存儲，再將冷能進行定向的輸送，例如為室內輸送冷氣等。實際使用過程中，一個儲冷裝置能夠儲存的冷能是有限的，要使用多個儲冷裝置協同儲冷，通常在一個儲冷裝置儲冷完成以后，再對下一個儲冷裝置進行儲冷，這種儲冷方法存在以下缺陷:1.前一級儲冷過程中將會有冷能不斷逸出，使得冷能的儲存率較低;2.后一級的儲冷裝置由于是在后存儲，因此其內的冷能存量常常比前一級儲冷裝置的存量更多，也即是，通過后一級儲冷裝置釋放出的冷能溫度更低，這樣就造成了冷能釋放時，輸出的溫度不同，輸出的冷能品質不均勻。

【發(fā)明內容】

[0004]因此，本發(fā)明要解決的技術問題在于克服現有技術中的儲冷裝置中冷能的儲存率較低，以及在輸出冷能時，其輸出的溫度不同，輸出的冷能品質不均勻的技術缺陷。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種分層儲冷裝置，其特征在于，包括:
[0006]至少兩個儲冷器，相鄰所述儲冷器之間借助輸冷通道串聯，至少一個所述儲冷器和冷能的輸出端相連接;在儲冷過程中，前一級所述儲冷器儲冷過程中溢出的冷能借助所述輸冷通道進入后一級所述儲冷器中，為后一級所述儲冷器預冷。
[0007]上述的分層儲冷裝置中，若干個相鄰的所述儲冷器為一組，且每組所述儲冷器中在在前的一級連接所述冷能的輸出端。
[0008]上述的分層儲冷裝置中，位于串聯第一級的所述儲冷器連接所述冷能的輸出端。
[0009 ] 上述的分層儲冷裝置中，還包括釋冷通道，所述釋冷通道將所述儲冷器一一串聯。
[0010]上述的分層儲冷裝置中，所述釋冷通道與所述輸冷通道為同一通道。
[0011]本發(fā)明還提供一種利用分層儲冷裝置的深冷液化空氣儲能系統(tǒng)，包括能量輸入裝置，用于為儲能系統(tǒng)中輸入能量；
[0012]空氣壓縮裝置，受所述能量輸入裝置驅動將氣態(tài)空氣壓縮成液態(tài)空氣；
[0013]氣化裝置，將所述液態(tài)空氣氣化；
[0014]以及，上述的分層儲冷裝置，將所述氣化裝置中液態(tài)空氣氣化過程中產生的冷能存儲。
[0015]上述的利用分層儲冷裝置的深冷液化空氣儲能系統(tǒng)中，所述空氣壓縮裝置包括:第一級空氣壓縮機、空氣凈化機、以及第二級空氣壓縮機，所述第一級空氣壓縮機為低壓壓縮機，所述第二級為高壓壓縮機，所述空氣凈化裝置將經過低壓壓縮的空氣凈化，并輸入至所述第二級空氣壓縮機中進一步壓縮為液態(tài)空氣。
[0016]上述的利用分層儲冷裝置的深冷液化空氣儲能系統(tǒng)中，所述氣化裝置通過所述輸冷通道和所述儲冷器相連接。
[0017]上述的利用分層儲冷裝置的深冷液化空氣儲能系統(tǒng)中，所述氣化裝置為蒸發(fā)器。
[0018]上述的利用分層儲冷裝置的深冷液化空氣儲能系統(tǒng)中，還包括膨脹機組，所述膨脹機組為至少一級，且所述膨脹機組和發(fā)電機組的輸入軸相連接，從而帶動所述發(fā)電機組運轉發(fā)電。
[0019]本發(fā)明技術方案，具有如下優(yōu)點:
[0020]1.本發(fā)明的分層儲冷裝置中，包括至少兩個儲冷器，相鄰所述儲冷器之間借助輸冷通道串聯，至少一個所述儲冷器和冷能的輸出端相連接;在儲冷過程中，前一級所述儲冷器儲冷過程中溢出的冷能借助所述輸冷通道進入后一級所述儲冷器中，為后一級所述儲冷器預冷，前一級儲冷器中釋放的尾氣仍包含一定的冷能，再對后一級儲冷器預冷后，尾氣中的冷能能夠較大限度的交換給儲冷器中的儲冷介質，從而較大程度的提高冷能的存儲率，避免冷能浪費。
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發(fā)明【具體實施方式】或現有技術中的技術方案，下面將對【具體實施方式】或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1為本發(fā)明的實施例1中所述的分層儲冷裝置儲冷過程的原理示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明的實施例1中所述的分層儲冷裝置釋冷過程的原理示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明的實施例3中所述的液化空氣儲冷系統(tǒng)的原理示意圖；
[0025]圖4為本發(fā)明的實施例4中所述的電力存儲輸冷系統(tǒng)的原理示意圖。
[0026]附圖標記說明:
[0027]1-儲冷器;2-輸冷通道;3-釋冷通道;4-能量輸入裝置;5-空氣壓縮裝置;6_氣化裝置;7-膨脹機組。
【具體實施方式】
[0028]下面將結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0029]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0030]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。
[0031]此外，下面所描述的本發(fā)明不同實施方式中所涉及的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互結合。
[0032]實施例1
[0033]參考圖1，本實施例提供一種分層儲冷裝置，包括若干儲冷器I，儲冷器I的數量不少于2，任一儲冷器I和冷能輸出端相連接，從而接收冷能輸出端輸出的冷能并存儲，并且，相鄰的存儲器I之間借助輸冷通道2進行串聯，這樣在儲冷過程中，前一級儲冷器I儲冷過程中逸出的冷能能夠通過輸冷通道2進入到后一級的儲冷器I中，從而為后一級儲冷器I進行預冷。
[0034]上述實施方式是本實施例的核心技術方案，通過將儲冷器I之間借助輸冷通道2串聯的設計，將前一級儲冷器I在儲冷過程中一逸出的余冷導入到后一級儲冷器I中，為后一級儲冷器I預冷。
[0035]作為一種優(yōu)選的實施方式，冷能是借助于空氣、液體或其他介質在儲冷器I中進行換熱的，以空氣為例，前一級儲冷器I中釋放的尾氣仍包含一定的冷能，再對后一級儲冷器I預冷后，尾氣中的冷能能夠較大限度的交換給儲冷器I中的儲冷介質，從而較大程度的提高冷能的存儲率，避免冷能浪費。
[0036]本實施例中優(yōu)選將為于串聯第一級的儲冷器I和冷能的輸出端相連，其后的多級儲冷器I也分別和冷能的輸出端通過輸冷通道2相連，并且在每條輸冷通道2上設置有可打開、關閉或調解冷能流速的控制閥。
[0037]上述分層儲冷裝置的儲冷過程為:
[0038]參考圖1.首先打開位于第一級的儲冷器I和冷能輸出端之間的控制閥，以及第一級的儲冷器I和第二級的儲冷器I之間的控制閥，冷能首先進入到第一級的儲冷器I中，在換熱過程中尾氣通過控制閥進入到第二級的儲冷器I中，從而對第二級的儲冷器I進行預冷，保證了冷能的充分利用。在第一級的儲冷器I儲冷完畢后，關閉第一級的儲冷器I和冷能輸出端之間的控制閥，以及第一級的儲冷器I和第二級的儲冷器I之間的控制閥，至此第一級的儲冷器I儲冷完畢。而后打開第二級的儲冷器I和冷能輸出端之間的控制閥，冷能由輸冷通道2進入到第二級的儲冷器I中，并打開第二級的儲冷器I和第三級的儲冷器I之間的控制閥，第二級的儲冷器I在儲冷過程中逸出的帶有余冷的尾氣進入到第三級的儲冷器I中，為其預冷，從而完成了第二級的儲冷器I的儲冷，以及第三級的儲冷器I的預冷過程。其后的第三級、第四級、第五級等的儲冷過程與之相同，在此則不一一贅述。
[0039]上述分層儲冷裝置的釋冷過程為:
[0040]依次打開每個儲冷器I之間的控制閥，關閉每個儲冷器I和冷能輸出端之間的控制閥，以最后一級的儲冷器I為起始，以空氣作為冷能的輸出介質。向最后一級的儲冷器I通入常溫空氣，常溫氣體依次通過每一級的儲冷器I后輸出，從而使得輸出的氣體處于較小幅度變動的溫度區(qū)間內，使得輸出的冷能品質更高，適用范圍更廣。
[0041]需要說明的是，本實施例中優(yōu)選釋能過程中所使用的釋冷通道3和儲冷通道2為同一通道，從而有助于簡化結構和降低成本。但釋冷通道3也可以是和儲冷通道2不為同一通道，而單獨進行設計的。以下則結合釋冷通道3和儲冷通道2為同一通道的實施方式，并結合圖2對本實施例的釋冷過程進行解釋說明。
[0042]而另一方面，在上述優(yōu)選的分層儲冷裝置中，只有其中一級儲冷器I是與冷能的輸出端相連通的，這樣就使得該級儲冷器I始終處于接收冷能的狀態(tài)，因此其儲存的冷能最多。如不經過上述尾氣預冷過程，那么儲冷器中存儲的冷能將隨著級數的遞增而遞減，這就造成了不同儲冷器I內儲冷溫度不同，在需要釋放冷能時，就會使得輸出冷能的品質不均勻，影響到儲冷器I釋放冷能的適用范圍。例如，利用儲冷器I輸出冷能對某些材料進行保藏時，冷能輸出不均勻就可能導致材料變質或發(fā)生物理狀態(tài)的變化等等，在此則不一一舉例說明。
[0043]實施例2
[0044]本實施例和實施例1不同的是，本實施例中，僅采用若干儲冷器I的其中之一和冷能的輸出端相連接，在儲冷過程中，依次儲存在各級儲冷器I中，釋能過程和實施例1相同。
[0045]這種儲冷方式相比于實施例1來說，逸出的尾氣仍然包含較多的冷能，但前一級儲冷器I中排出的尾氣仍能為后一級的儲冷器I進行預冷，因此相比于現有技術中的儲冷裝置來說，仍能在一定程度上提高儲冷率，減少冷能浪費。
[0046]實施例3
[0047]以下結合圖3詳細說明本實施例提供的利用分層儲冷裝置的深冷液化空氣儲能系統(tǒng)，該液化空氣儲冷系統(tǒng)包括:能量輸入裝置4，用于為儲能系統(tǒng)中輸入能量；
[0048]空氣壓縮裝置5，受所述能量輸入裝置4驅動將氣態(tài)空氣壓縮成液態(tài)空氣；
[0049]氣化裝置6，將所述液態(tài)空氣氣化；
[0050]以及，實施例1或2中所述的分層儲冷裝置，用于將所述氣化裝置6中液態(tài)空氣氣化過程中產生的冷能存儲。
[0051]上述實施方式是本實施例的核心技術方案，將實施例1或2中所述的分層儲冷裝置和液態(tài)空氣儲能裝置相結合使用，實際工作過程是，氣態(tài)空氣首先經過空氣壓縮裝置在特定的環(huán)境條件下壓縮成液態(tài)空氣，在此過程中收集儲存熱能。液態(tài)空氣氣化的過程中釋放大量的冷能，經過收集后的冷能存儲在實施例1或實施例2所述的分層儲冷裝置中。
[0052]具體地，氣化裝置6為蒸發(fā)器，其通過輸冷通道2和儲冷器I相連接。所述空氣壓縮裝置5包括:第一級空氣壓縮機、空氣凈化機、以及第二級空氣壓縮機，所述第一級空氣壓縮機為低壓壓縮機，所述第二級為高壓壓縮機，所述空氣凈化裝置將經過低壓壓縮的空氣凈化，并輸入至所述第二級空氣壓縮機中進一步壓縮為液態(tài)空氣。
[0053]實施例4
[0054]本實施例提供一種利用分層儲冷裝置的深冷液化空氣儲能系統(tǒng)，使用實施例3中所述的液化空氣儲冷系統(tǒng)，具體地，還包括膨脹機組7，所述膨脹機組7為至少一級，且所述膨脹機組7和發(fā)電機組的輸入軸相連接，從而帶動所述發(fā)電機組運轉發(fā)電。
[0055]參考圖4，氣態(tài)空氣經過液化后釋放了大量的熱能，熱能被儲存與熱能的存儲裝置中，也即是將能量輸入裝置4輸入的機械能轉化成了液態(tài)空氣和熱能進行儲存，當需要使用液態(tài)空氣存儲的能量時，將液態(tài)空氣氣化，經過氣化裝置6氣化后的液態(tài)空氣進入到膨脹機組7中，由于體積的變化，氣化后的液態(tài)空氣能夠驅動膨脹機組7做功，進而使得膨脹機組7能夠帶動與其連接的發(fā)電機組運轉發(fā)電，將液態(tài)空氣存儲的能量轉化為電能。同時液態(tài)空氣在氣化過程中將釋放大量的冷能，該部分冷能使用實施例1或2所述的分層儲冷裝置進行高效的冷能存儲。
[0056]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之中。
【主權項】
1.一種分層儲冷裝置，其特征在于，包括: 至少兩個儲冷器(I)，相鄰所述儲冷器(I)之間借助輸冷通道(2)串聯，至少一個所述儲冷器(I)和冷能的輸出端相連接;在儲冷過程中，前一級所述儲冷器(I)儲冷過程中溢出的冷能借助所述輸冷通道(2)進入后一級所述儲冷器(I)中，為后一級所述儲冷器(I)預冷。2.根據權利要求1所述的一種分層儲冷裝置，其特征在于: 若干個相鄰的所述儲冷器(I)為一組，且每組所述儲冷器(I)中在在前的一級連接所述冷能的輸出端。3.根據權利要求1所述的分層儲冷裝置，其特征在于: 位于串聯第一級的所述儲冷器(I)連接所述冷能的輸出端。4.根據權利要求1-3中任一項所述的分層儲冷裝置，其特征在于: 還包括釋冷通道(3)，所述釋冷通道(3)將所述儲冷器(I) 一一串聯。5.根據權利要求4所述的分層儲冷裝置，其特征在于: 所述釋冷通道(3)與所述輸冷通道(2)為同一通道。6.—種利用分層儲冷裝置的深冷液化空氣儲能系統(tǒng)，其特征在于，包括權利要求1-5中任一項所述的分層儲冷裝置，還包括: 能量輸入裝置(4)，用于為儲能系統(tǒng)中輸入能量； 空氣壓縮裝置(5)，受所述能量輸入裝置(4)驅動將氣態(tài)空氣壓縮成液態(tài)空氣； 氣化裝置(6)，將所述液態(tài)空氣氣化； 以及，權利要求1-5中任一項所述的分層儲冷裝置，將所述氣化裝置(6)中液態(tài)空氣氣化過程中產生的冷能存儲。7.—種根據權利要求6所述的利用分層儲冷裝置的深冷液化空氣儲能系統(tǒng)，其特征在于: 所述空氣壓縮裝置(5)包括:第一級空氣壓縮機、空氣凈化機、以及第二級空氣壓縮機，所述第一級空氣壓縮機為低壓壓縮機，所述第二級為高壓壓縮機，所述空氣凈化裝置將經過低壓壓縮的空氣凈化，并輸入至所述第二級空氣壓縮機中進一步壓縮為液態(tài)空氣。8.根據權利要求6所述的利用分層儲冷裝置的深冷液化空氣儲能系統(tǒng)，其特征在于: 所述氣化裝置(6)通過所述輸冷通道(2)和所述儲冷器(I)相連接。9.根據權利要求8所述的利用分層儲冷裝置的深冷液化空氣儲能系統(tǒng)，其特征在于: 所述氣化裝置(6)為蒸發(fā)器。10.根據權利要求6-9所述的利用分層儲冷裝置的深冷液化空氣儲能系統(tǒng)，其特征在于:還包括膨脹機組(7)，所述膨脹機組(7)為至少一級，且所述膨脹機組(7)和發(fā)電機組的輸入軸相連接，從而帶動所述發(fā)電機組運轉發(fā)電。
【文檔編號】F01K7/02GK105928405SQ201610417341
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月14日
【發(fā)明人】王樂, 宋潔, 趙波, 徐桂芝, 鄧占鋒, 楊岑玉, 金翼, 胡曉, 宋鵬翔, 李志遠, 梁立曉
【申請人】全球能源互聯網研究院, 國家電網公司