耦合高温热泵循环的液态空气储能方法及系统与流程

1.本发明涉及分布式能源和储能技术领域，尤其涉及一种耦合高温热泵循环的液态空气储能方法及系统。


背景技术：

2.受能源危机和环境污染的影响，可再生能源的合理发展日益重要。2020年可再生能源全球状况报告指出，可再生能源在终端能源消费占比为11％，在发电市场占比超过27％，可再生能源在全球范围内得到了快速发展。然而，可再生能源的发电量受天气状况和昼夜周期的影响，固有的间歇性和波动性为电网的安全、稳定运行带来严峻挑战。储能技术作为一种有效提升可再生能源消纳的技术手段，能够增强可再生能源利用的可调控性，灵活实现用能的削峰填谷。
3.其中，液态空气储能是一种具有高储能密度，无地理条件限制，环境友好型的大规模物理储能技术。在用能低谷时，经压缩后的空气液化并进行常压存储，在用电高峰时，液态空气释放冷能、膨胀发电。在空气压缩过程中所产生的压缩热通常过剩，无法被完全利用并部分以热能形式耗散。空气膨胀过程中的膨胀机入口温度主要取决于压缩热的品位，系统的电能转化效率低，液态空气储能系统的整体能源利用效率有待进一步提高。
4.另一方面，工业余热的回收方式有很多种，目前主要的应用领域包括预热、制冷、供热等。对于工业余热中的低温热源，直接对其利用比较困难，采用中高温热泵技术提升工业余热温度、进行能量升级，拓展工业余热的应用具有广阔发展前景。


技术实现要素：

5.本发明提供一种耦合高温热泵循环的液态空气储能方法，用以解决现有空气膨胀过程中的膨胀机入口温度主要取决于压缩热的品位，系统的电能转化效率低的缺陷，通过提出以系统循环效率、效率最大化为目标，建立系统优化模型，并结合热泵循环通路，提升进入膨胀机的空气温度，增大发电功率，有效改善系统的性能指标，实现了耦合高温热泵循环的系统效率最大化。
6.本发明还提供一种耦合高温热泵循环的液态空气储能系统，用以解决现有空气膨胀过程中的膨胀机入口温度主要取决于压缩热的品位，系统的电能转化效率低的缺陷，通过在液态空气储能系统中耦合高温热泵循环，以压缩余热为低温热源，通过高温热泵循环，提升进入膨胀机的空气温度，增大发电功率，有效改善系统的性能指标。
7.根据本发明第一方面提供的一种耦合高温热泵循环的液态空气储能方法，包括：液态空气储能通路、液态空气释能通路和高温热泵循环通路，其中，所述高温热泵循环通路分别与所述液态空气储能通路和所述液态空气释能通路连接，所述方法包括：
8.获取所述液态空气储能通路、所述液态空气释能通路和所述高温热泵循环通路的系统比例参数；
9.构建所述液态空气储能通路、所述液态空气释能通路和所述高温热泵循环通路基
于第一系统参数的循环效率目标函数和效率目标函数；
10.以循环效率、效率最大化为目标，构建基于所述循环效率目标函数和所述效率目标函数的耦合高温热泵循环函数，并根据所述第一系统参数和智能算法对耦合高温热泵循环函数求解，得到耦合高温热泵循环方案集；
11.根据所述系统比例参数分别为所述循环效率目标函数和所述效率目标函数添加权重特征值，利用模糊隶属函数求解得到所述耦合高温热泵循环函数的最优折衷解，输出所述最优折衷解的第二系统参数，并将所述第二系统参数作为耦合高温热泵循环的参数。
12.根据本发明的一种实施方式，所述获取所述液态空气储能通路、所述液态空气释能通路和所述高温热泵循环通路的系统比例参数的步骤中，具体包括：
13.获取空气压缩比、膨胀比、环境温度、节流状态和工质压缩机压比，并根据所述空气压缩比、所述膨胀比、所述环境温度、所述节流状态和所述工质压缩机压比确定所述系统比例参数。
14.具体来说，本实施例提供了一种获取系统比例参数的实施方式，根据相应的参数确定系统比例参数。
15.在一个应用场景中，根据系统的容量，设定空气压缩比、膨胀比、环境温度、节流状态、工质压缩机压比等参数范围。如系统的空气压缩比为2.5～4，空气压缩机的排气温度为140～160℃，空气的膨胀比为1.5～3；环境温度为15～30℃；节流前空气的温度为
‑
170～
‑
180℃，节流后的空气压力为1bar；工质压缩机的压比为2.5～4。
16.根据本发明的一种实施方式，所述构建所述液态空气储能通路、所述液态空气释能通路和所述高温热泵循环通路基于第一系统参数的循环效率目标函数的步骤中，具体包括：
17.获取所述液态空气释能通路的供电量参数；
18.获取所述高温热泵循环通路的供热量参数、供电量参数和热电转化系数；
19.获取所述液态空气储能通路、所述液态空气释能通路和所述高温热泵循环通路的耗电量参数；
20.根据所述供电量参数、所述供热量参数、所述热电转化系数和耗电量参数构建所述循环效率目标函数；
21.其中，所述获取所述高温热泵循环通路的热电转化系数的步骤中，具体包括：
22.获取所述高温热泵循环通路的空气平均比热参数、空气质量流量参数、出口温度参数和进口温度参数；
23.根据所述空气平均比热参数、所述空气质量流量参数、所述出口温度参数和所述进口温度参数确定所述热电转化系数。
24.具体来说，本实施例提供了一种基于第一系统参数构建循环效率目标函数的实施方式，构建基于第一系统参数的循环效率目标函数，应用如下公式：
[0025][0026]
其中，rte是循环效率目标函数；
[0027]
w
atb
是液态空气释能通路的供电量参数；
[0028]
w
gt
是高温热泵循环通路的供电量参数；
[0029]
w
com
是液态空气释能通路的耗电量参数；
[0030]
w
lap
是液态空气储能通路的耗电量参数；
[0031]
w
gc
是高温热泵循环通路的耗电量参数；
[0032]
q
h
是高温热泵循环通路的供热量参数；
[0033]
cop
h
是高温热泵循环通路的热电转化系数。
[0034]
根据本发明的一种实施方式，所述构建所述液态空气储能通路、所述液态空气释能通路和所述高温热泵循环通路基于第一系统参数的效率目标函数的步骤中，具体包括：
[0035]
获取所述液态空气释能通路的供电量参数；
[0036]
获取所述高温热泵循环通路的供电量参数和热参数；
[0037]
获取所述液态空气储能通路、所述液态空气释能通路和所述高温热泵循环通路的耗电量参数；
[0038]
根据所述供电量参数、所述热参数和所述耗电量参数构建所述效率目标函数。
[0039]
具体来说，本实施例提供了一种基于第一系统参数构建效率目标函数的实施方式，构建基于第一系统参数的效率目标函数，应用如下公式：
[0040]
η
ex
＝(w
atb
w
gt
‑
w
lap
ex
h
)/(w
com
w
gc
)
[0041]
其中，η
ex
是效率目标函数；
[0042]
w
atb
是液态空气释能通路的供电量参数；
[0043]
w
gt
是高温热泵循环通路的供电量参数；
[0044]
w
com
是液态空气释能通路的耗电量参数；
[0045]
w
lap
是液态空气储能通路的耗电量参数；
[0046]
w
gc
是高温热泵循环通路的耗电量参数；
[0047]
ex
h
是高温热泵循环通路的热参数。
[0048]
根据本发明的一种实施方式，所述以循环效率、效率最大化为目标，构建基于所述循环效率目标函数和所述效率目标函数的耦合高温热泵循环函数，并根据所述第一系统参数和智能算法对耦合高温热泵循环函数求解，得到耦合高温热泵循环方案集的步骤中，具体包括：
[0049]
以传热流体的分流比和高温热泵循环性能参数为变量，对所述第一系统参数进行调节，并根据调节后的所述第一系统参数和智能算法对耦合高温热泵循环函数求解，得到耦合高温热泵循环方案集。
[0050]
具体来说，本实施例提供了一种以循环效率、效率最大化为目标构建耦合高温热泵循环函数，并求解耦合高温热泵循环方案集的实施方式，在压缩热温度不变的情况下，所述传热流体的分流比改变，将引起再热器利用的压缩热量改变；经再热器和供热装置利用后混合的传热流体温度也会改变，即高温储罐中的温度会改变，将导致冷却器后的空气温度发生改变；在换热装置满足夹点温差的要求下，系统的发电量和供热量将发生改变，进
而影响系统的性能指标。
[0051]
高温热泵循环性能系数的改变，将影响流经冷凝器后的空气温度，进而引起第一膨胀机组入口温度的变化，膨胀机组的发电量改变，进一步影响系统的性能指标
[0052]
在一个应用场景中，智能算法可优选遗传算法。
[0053]
在另一个应用场景中，耦合高温热泵循环的液态空气储能系统包括两级膨胀机组，即第一膨胀机组和第二膨胀机组，第一膨胀机组对空气进行膨胀之后，再进入第二膨胀机组中。
[0054]
根据本发明的一种实施方式，根据所述系统比例参数分别为所述循环效率目标函数和所述效率目标函数添加权重特征值，并利用模糊隶属函数求解得到所述耦合高温热泵循环函数的最优折衷解，并输出所述最优折衷解的第二系统参数，并将所述第二系统参数作为耦合高温热泵循环的参数的步骤中，具体包括：
[0055]
根据系统比例参数，利用模糊隶属度函数求解最优折衷解，得到系统的最优运行参数。
[0056]
在一个应用场景中，系统比例参数设置为w1＝w2＝1/2，来求解满足最优解集且使得max(w1×
rte w2×
η
ex
)成立的耦合高温热泵循环最优的运行参数。
[0057]
根据本发明第二方面提供的一种耦合高温热泵循环的液态空气储能系统，具有上述的一种耦合高温热泵循环的液态空气储能方法，或者上述的一种耦合高温热泵循环的液态空气储能装置，所述系统包括：热能回路；
[0058]
所述液态空气储能通路利用低谷电将空气压缩成液态空气实现储能；
[0059]
所述液态空气储能通路和所述液态空气释能通路通过所述热能回路进行耦合换热。
[0060]
根据本发明的一种实施方式，还包括：压缩机组、冷却器、蒸发器、蓄冷装置、降压装置、液态空气储罐、低温泵、冷凝器、第一膨胀机组、再热器和第二膨胀机组；
[0061]
所述压缩机组、所述冷却器、所述蒸发器、所述蓄冷装置、所述降压装置和所述液态空气储罐依次连接形成所述液态空气储能通路；
[0062]
所述液态空气储罐、所述低温泵、所述冷凝器、所述第一膨胀机组、所述再热器和所述第二膨胀机组依次连接形成所述液态空气释能通路。
[0063]
具体来说，本实施例提供了一种液态空气储能通路和液态空气释能通路的实施方式。
[0064]
根据本发明的一种实施方式，还包括：工质压缩机、高压储罐、节流装置和低压储罐；
[0065]
所述工质压缩机、所述高压储罐、所述冷凝器、所述节流装置、所述低压储罐和所述蒸发器依次连接形成所述高温热泵循环通路。
[0066]
具体来说，本实施例提供了一种高温热泵循环通路的实施方式。
[0067]
根据本发明的一种实施方式，还包括：中温储罐和高温储罐；
[0068]
所述中温储罐、所述冷却器、所述高温储罐和所述再热器依次连接形成所述热能回路。
[0069]
具体来说，本实施例提供了一种热能回路的实施方式。
[0070]
根据本发明的一种实施方式，还包括：供热装置；
[0071]
所述中温储罐、所述冷却器、所述高温储罐和所述供热装置连接形成供热通路。
[0072]
具体来说，本实施例提供了一种供热通路的实施方式。
[0073]
本发明中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：本发明提供的一种耦合高温热泵循环的液态空气储能方法及系统，通过提出以系统循环效率、效率最大化为目标，建立系统优化模型，并结合热泵循环通路，提升进入膨胀机的空气温度，增大发电功率，有效改善系统的性能指标，实现了耦合高温热泵循环的系统效率最大化。
[0074]
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0075]
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0076]
图1是本发明提供的耦合高温热泵循环的液态空气储能方法的流程示意图；
[0077]
图2是本发明提供的耦合高温热泵循环的液态空气储能系统的布置关系示意图之一；
[0078]
图3是本发明提供的耦合高温热泵循环的液态空气储能系统的布置关系示意图之二。
[0079]
附图标记：
[0080]
10、压缩机组；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
20、冷却器；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
30、蒸发器；
[0081]
40、蓄冷装置；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
50、降压装置；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
60、液态空气储罐；
[0082]
70、低温泵；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
80、冷凝器；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
90、再热器；
[0083]
100、第一膨胀机组； 110、工质压缩机；
ꢀꢀꢀꢀꢀ
120、高压储罐；
[0084]
130、节流装置；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
140、低压储罐；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
150、中温储罐；
[0085]
160、高温储罐；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
170、供热装置；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
180、第二膨胀机组。
具体实施方式
[0086]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0087]
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0088]
图1是本发明提供的耦合高温热泵循环的液态空气储能方法的流程示意图；图2是
本发明提供的耦合高温热泵循环的液态空气储能系统的布置关系示意图之一；图3是本发明提供的耦合高温热泵循环的液态空气储能系统的布置关系示意图之二。需要说明的是，在典型的液态空气储能系统中，在储能阶段，经过压缩后的空气流经蓄冷单元获得冷能，完成液化，在释能阶段，液态空气流经蓄冷单元复温气化，经储存的压缩热再热，空气进入膨胀机膨胀发电。压缩过程产生的压缩热用于释能阶段中膨胀过程补热后常常会有剩余，压缩热并不能被充分的利用，系统的电能转化效率和效率仍需进一步提高。此外，膨胀机入口温度主要取决于压缩热品位，膨胀发电功率仍有进一步增大的潜能。因此，将液态空气储能系统中耦合高温热泵循环，可以充分利用压缩余热，实现能量品位提升，增大系统的发电功率，提高能源利用效率及液态空气储能系统电能转化效率、循环效率。
[0089]
本发明提供的耦合高温热泵循环的液态空气储能系统包括压缩单元、含高温热泵循环的蓄冷单元及膨胀单元。压缩单元包括压缩机组10，冷却器20和高温储罐160；含高温热泵循环的蓄冷单元包括高温热泵循环、蓄冷装置40、降压装置50、液态空气储罐60和低温泵70；高温热泵循环包括蒸发器30，工质压缩机110，高压储罐120，冷凝器80，节流装置130和低压储罐140；膨胀单元包括再热器90，供热装置170，中温储罐150、第一膨胀机组100和第二膨胀机组180。
[0090]
进一步地，高温热泵循环以经冷却器20回收后的剩余压缩热为热源，制得高品位热能用于再热膨胀机组入口空气，增大膨胀发电功率，提升系统性能指标。
[0091]
进一步地，在耦合高温热泵循环的液态空气储能系统中，高温热泵循环具有蓄冷单元一级蓄冷功能。在储能阶段，空气流经蒸发器30获得工质冷能，并最终以液态空气形式存储；在释能阶段，空气流经冷凝器80释放冷能，提升温度，进入第一膨胀机组100和第二膨胀机组180膨胀发电。这种耦合关系不会增加液态空气储能集成系统的结构复杂性。
[0092]
进一步地，高温热泵循环中包括蒸发器30，工质压缩机110，高压储罐120，冷凝器80，节流装置130和低压储罐140。在用能低谷时，工质消耗低谷电实现工质压缩，并存储于高压储罐120中，在用能高峰时，工质释放高品位热能并流经节流装置130膨胀做功，存储于低压储罐140，有效进行能量品位的分时匹配，实现用能的削峰填谷。
[0093]
具体来说，液态空气储能系统采用高温热泵循环替代传统液态空气储能系统中的一级蓄冷，可实现剩余压缩热的再利用，进行能量品位的升级，增大膨胀机的入口温度，增大膨胀发电功率，进一步提高液态空气储能系统的电能转化效率及循环效率。在高温热泵循环中，采用剩余的中品位压缩热作为热源，热源稳定易得，降低了高温热泵循环的运行成本。高温热泵循环及液态空气系统中在用能低谷时，以低谷电或可再生能源发电为驱动能源，在用能高峰时释放热能及相应电能，可实现用能的削峰填谷，降低系统的运行成本，促进可再生能源的消纳。
[0094]
在一个应用场景中，高温热泵循环除了直接耦合在液态空气储能系统的蓄冷单元，还可以灵活、独立于液态空气储能系统运行，将过剩的低品位压缩热或产能过剩的太阳能光热、回收利用不充分的工业余热作为低温热源用于高温热泵循环，制得的高品位热能用于加热膨胀机入口空气。
[0095]
在一个应用场景中，在高温热泵循环中，在储能阶段，经过工质压缩机110加压后的工质可通过换热装置将高品位热能转移到导热油、高压水等换热流体中并进行存储，增大能量存储密度，降低工质高压存储的成本，在释能阶段，由换热流体再热膨胀机入口空
气。
[0096]
在一个应用场景中，当有蒸汽需求时，通过高温热泵获得的高品位热能可用于产生蒸汽。
[0097]
在一个应用场景中，液态空气储能系统也可以改为压缩空气储能，将蓄冷单元改为由高温热泵循环及高压空气储罐组成的单元可实现同样的功能。
[0098]
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
[0099]
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0100]
在本发明的一些具体实施方案中，如图1所示，本方案提供一种耦合高温热泵循环的液态空气储能方法，包括：液态空气储能通路、液态空气释能通路和高温热泵循环通路，其中，高温热泵循环通路分别与液态空气储能通路和液态空气释能通路连接，方法包括：
[0101]
获取液态空气储能通路、液态空气释能通路和高温热泵循环通路的系统比例参数；
[0102]
构建液态空气储能通路、液态空气释能通路和高温热泵循环通路基于第一系统参数的循环效率目标函数和效率目标函数；
[0103]
以循环效率、效率最大化为目标，构建基于循环效率目标函数和效率目标函数的耦合高温热泵循环函数，并根据第一系统参数和智能算法对耦合高温热泵循环函数求解，得到耦合高温热泵循环方案集；
[0104]
根据系统比例参数分别为循环效率目标函数和效率目标函数添加权重特征值，利用模糊隶属函数求解得到耦合高温热泵循环函数的最优折衷解，输出最优折衷解的第二系统参数，并将第二系统参数作为耦合高温热泵循环的参数。
[0105]
详细来说，本发明提供一种耦合高温热泵循环的液态空气储能方法，用以解决现有空气膨胀过程中的膨胀机入口温度主要取决于压缩热的品位，系统的电能转化效率低的缺陷，通过提出以系统循环效率、效率最大化为目标，建立系统优化模型，并结合热泵循环通路，提升进入膨胀机的空气温度，增大发电功率，有效改善系统的性能指标，实现了耦合高温热泵循环的效率最大化。
[0106]
在本发明一些可能的实施例中，获取液态空气储能通路、液态空气释能通路和高温热泵循环通路的系统比例参数的步骤中，具体包括：
[0107]
获取空气压缩比、膨胀比、环境温度、节流状态和工质压缩机110压比，并根据空气压缩比、膨胀比、环境温度、节流状态和工质压缩机110压比确定系统比例参数。
[0108]
具体来说，本实施例提供了一种获取系统比例参数的实施方式，根据相应的参数
确定系统比例参数。
[0109]
在一个应用场景中，根据系统的容量，设定空气压缩比、膨胀比、环境温度、节流状态、工质压缩机110压比等参数范围。如系统的空气压缩比为2.5～4，空气压缩机的排气温度为140～160℃，空气的膨胀比为1.5～3；环境温度为15～30℃；节流前空气的温度为
‑
170～
‑
180℃，节流后的空气压力为1bar；工质压缩机110的压比为2.5～4。
[0110]
在本发明一些可能的实施例中，构建液态空气储能通路、液态空气释能通路和高温热泵循环通路基于第一系统参数的循环效率目标函数的步骤中，具体包括：
[0111]
获取液态空气释能通路的供电量参数；
[0112]
获取高温热泵循环通路的供热量参数、供电量参数和热电转化系数；
[0113]
获取液态空气储能通路、液态空气释能通路和高温热泵循环通路的耗电量参数；
[0114]
根据供电量参数、供热量参数、热电转化系数和耗电量参数构建循环效率目标函数；
[0115]
其中，获取高温热泵循环通路的热电转化系数的步骤中，具体包括：
[0116]
获取高温热泵循环通路的空气平均比热参数、空气质量流量参数、出口温度参数和进口温度参数；
[0117]
根据空气平均比热参数、空气质量流量参数、出口温度参数和进口温度参数确定热电转化系数。
[0118]
具体来说，本实施例提供了一种基于第一系统参数构建循环效率目标函数的实施方式，构建基于第一系统参数的循环效率目标函数，应用如下公式：
[0119][0120]
其中，rte是循环效率目标函数；
[0121]
w
atb
是液态空气释能通路的供电量参数；
[0122]
w
gt
是高温热泵循环通路的供电量参数；
[0123]
w
com
是液态空气释能通路的耗电量参数；
[0124]
w
lap
是液态空气储能通路的耗电量参数；
[0125]
w
gc
是高温热泵循环通路的耗电量参数；
[0126]
q
h
是高温热泵循环通路的供热量参数；
[0127]
cop
h
是高温热泵循环通路的热电转化系数。
[0128]
在本发明一些可能的实施例中，构建液态空气储能通路、液态空气释能通路和高温热泵循环通路基于第一系统参数的效率目标函数的步骤中，具体包括：
[0129]
获取液态空气释能通路的供电量参数；
[0130]
获取高温热泵循环通路的供电量参数和热参数；
[0131]
获取液态空气储能通路、液态空气释能通路和高温热泵循环通路的耗电量参数；
[0132]
根据供电量参数、热参数和耗电量参数构建效率目标函数。
[0133]
具体来说，本实施例提供了一种基于第一系统参数构建效率目标函数的实施方式，构建基于第一系统参数的效率目标函数，应用如下公式：
[0134]
η
ex
＝(w
atb
w
gt
‑
w
lap
ex
h
)/(w
com
w
gc
)
[0135]
其中，η
ex
是效率目标函数；
[0136]
w
atb
是液态空气释能通路的供电量参数；
[0137]
w
gt
是高温热泵循环通路的供电量参数；
[0138]
w
com
是液态空气释能通路的耗电量参数；
[0139]
w
lap
是液态空气储能通路的耗电量参数；
[0140]
w
gc
是高温热泵循环通路的耗电量参数；
[0141]
ex
h
是高温热泵循环通路的热参数。
[0142]
在本发明一些可能的实施例中，以循环效率、效率最大化为目标，构建基于循环效率目标函数和效率目标函数的耦合高温热泵循环函数，并根据第一系统参数和智能算法对耦合高温热泵循环函数求解，得到耦合高温热泵循环方案集的步骤中，具体包括：
[0143]
以传热流体的分流比和高温热泵循环性能参数为变量，对第一系统参数进行调节，并根据调节后的第一系统参数和智能算法对耦合高温热泵循环函数求解，得到耦合高温热泵循环方案集。
[0144]
具体来说，本实施例提供了一种以循环效率、效率最大化为目标构建耦合高温热泵循环函数，并求解耦合高温热泵循环方案集的实施方式，在压缩热温度不变的情况下，传热流体的分流比改变，将引起再热器90利用的压缩热量改变；经再热器90和供热装置170利用后混合的传热流体温度也会改变，即高温储罐160中的温度会改变，将导致冷却器20后的空气温度发生改变；在换热装置满足夹点温差的要求下，系统的发电量和供热量将发生改变，进而影响系统的性能指标。
[0145]
高温热泵循环性能系数的改变，将影响流经冷凝器80后的空气温度，进而引起第一膨胀机组100入口温度的变化，膨胀机组的发电量改变，进一步影响系统的性能指标
[0146]
在一个应用场景中，智能算法可优选遗传算法。
[0147]
在另一个应用场景中，如图2所示，耦合高温热泵循环的液态空气储能系统包括两级膨胀机组，即第一膨胀机组100和第二膨胀机组180，第一膨胀机组100对空气进行膨胀之后，再进入第一膨胀机组100和第二膨胀机组180中。
[0148]
在又一个应用场景中，如图3所示，耦合高温热泵循环的液态空气储能系统包括一级膨胀机，即第一膨胀机组100，空气流经冷凝器80后，直接进入第一膨胀机组100作用，在本应用场景中，不设置再热器90。
[0149]
在本发明一些可能的实施例中，根据系统比例参数分别为循环效率目标函数和效率目标函数添加权重特征值，并利用模糊隶属函数求解得到耦合高温热泵循环函数的最优折衷解，并输出最优折衷解的第二系统参数，并将第二系统参数作为耦合高温热泵循环的参数的步骤中，具体包括：
[0150]
根据系统比例参数，利用模糊隶属度函数求解最优折衷解，得到系统的最优运行参数。
[0151]
在一个应用场景中，系统比例参数设置为w1＝w2＝1/2，来求解满足最优解集且使得max(w1×
rte w2×
η
ex
)成立的耦合高温热泵循环最优的运行参数。
[0152]
在本发明的一些具体实施方案中，如图2和图3所示，本方案提供一种耦合高温热泵循环的液态空气储能系统，具有上述的一种耦合高温热泵循环的液态空气储能方法，或
者上述的一种耦合高温热泵循环的液态空气储能装置，系统包括：热能回路；液态空气储能通路利用低谷电将空气压缩成液态空气实现储能；液态空气储能通路和液态空气释能通路通过热能回路进行耦合换热。
[0153]
详细来说，本发明还提供一种耦合高温热泵循环的液态空气储能系统，用以解决现有空气膨胀过程中的膨胀机入口温度主要取决于压缩热的品位，系统的电能转化效率低的缺陷，通过在液态空气储能系统中耦合高温热泵循环，以压缩余热为低温热源，通过高温热泵循环，提升进入膨胀机的空气温度，增大发电功率，有效改善系统的性能指标。
[0154]
在本发明一些可能的实施例中，还包括：压缩机组10、冷却器20、蒸发器30、蓄冷装置40、降压装置50、液态空气储罐60、低温泵70、冷凝器80、第一膨胀机组100、再热器90和第二膨胀机组180；压缩机组10、冷却器20、蒸发器30、蓄冷装置40、降压装置50和液态空气储罐60依次连接形成液态空气储能通路；液态空气储罐60、低温泵70、冷凝器80、第一膨胀机组100、再热器90和第二膨胀机组180依次连接形成液态空气释能通路。
[0155]
具体来说，本实施例提供了一种液态空气储能通路和液态空气释能通路的实施方式。
[0156]
在本发明一些可能的实施例中，还包括：工质压缩机110、高压储罐120、节流装置130和低压储罐140；工质压缩机110、高压储罐120、冷凝器80、节流装置130、低压储罐140和蒸发器30依次连接形成高温热泵循环通路。
[0157]
具体来说，本实施例提供了一种高温热泵循环通路的实施方式。
[0158]
在本发明一些可能的实施例中，还包括：中温储罐150和高温储罐160；中温储罐150、冷却器20、高温储罐160和再热器90依次连接形成热能回路。
[0159]
具体来说，本实施例提供了一种热能回路的实施方式。
[0160]
在本发明一些可能的实施例中，还包括：供热装置170；
[0161]
中温储罐150、冷却器20、高温储罐160和供热装置170连接形成供热通路。
[0162]
具体来说，本实施例提供了一种供热通路的实施方式。
[0163]
在本发明的一些具体实施方案中，如图2和图3所示，本方案提供一种耦合高温热泵循环的液态空气储能系统，包括压缩单元、含高温热泵循环的蓄冷单元及膨胀单元。压缩单元包括压缩机组10，冷却器20和高温储罐160；含高温热泵循环的蓄冷单元包括高温热泵循环、蓄冷装置40、降压装置50、液态空气储罐60和低温泵70；高温热泵循环包括蒸发器30，工质压缩机110，高压储罐120，冷凝器80，节流装置130和低压储罐140；膨胀单元包括再热器90，供热装置170，中温储罐150和第一膨胀机组100，其中，在图2中设置第一膨胀机组100，在图3中设置第一膨胀机组100和第二膨胀机组180。
[0164]
在储能阶段，压缩机组10将常温常压空气压缩至高温高压，流经冷却器20冷却，然后经过蒸发器30和蓄冷装置40获得冷量，流经降压装置50完成液化，存储在液态空气储罐60中。在此过程中，高温热泵循环中的工质从低压储罐140流出，在蒸发器30中获得空气的中品位热能，工质完成气化，流经工质压缩机110加压后，存储于高压储罐120。在释能阶段，液态空气经过低温泵70加压，通过蓄冷装置40释放冷能，复温气化，流经冷凝器80获得高品位热能，然后进入膨胀机组膨胀发电。
[0165]
在一个应用场景中，当同时设置第一膨胀机组100和第二膨胀机组180时，再热器90设置于第一膨胀机组100和第二膨胀机组180之间。
[0166]
在一个应用场景中，空气压缩机组10包括一级或多级压缩机，串联、并联或集成为压缩机组10，压缩机结构形式可以为活塞式、螺杆式或离心式等，每级压缩机后都配置有冷却器20来回收压缩热。
[0167]
在一个应用场景中，膨胀机组包括一级或多级膨胀机，串联、并联或集成为膨胀机组，膨胀机结构形式可以为径流式、轴流式或径轴流式等，每两级膨胀机间设置有再热器90，再热器90的热源是压缩热。
[0168]
在一个应用场景中，冷却器20和高温储罐160用于回收和储存压缩热，压缩热用于释能阶段中空气的再热及生活热水供应。经回收利用后的剩余压缩热作为高温热泵循环的热源。压缩热的传热介质可以是导热油、加压水或熔融盐等材料。
[0169]
在一个应用场景中，蓄冷单元的降压装置50可以是节流阀或低温膨胀机。
[0170]
在一个应用场景中，高温热泵循环中的节流装置130可以是节流阀或低温膨胀机。
[0171]
在一个应用场景中，蓄冷装置40可采用液相、固相或相变蓄冷等方式中的一种或多种，液态或气态的空气与蓄冷介质直接或间接接触换热，蓄冷装置40可为一级或多级，串联或并联，或者相应的组合结构。
[0172]
在一个应用场景中，冷却器20、再热器90、蒸发器30和冷凝器80可以是绕管式或板翅式换热装置。
[0173]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0174]
最后应说明的是：以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。