一种用于商业楼宇的液化空气储能系统及其工作方法与流程

1.本公开涉及液化储能技术领域，具体涉及一种用于商业楼宇的液化空气储能系统及方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.储能技术简而言之就是将多余的能量储存，并在有需求的时候释放能量的技术。根据不同的应用场景可选择不同的储能系统，根据储能技术的原理以及存储形式差异可将储能系统主要分为电气式储能、机械式储能、化学式储能和热能式储能。
4.目前，抽水蓄能和电化学储能占据全球储能市场的90％以上。液化空气储能是压缩空气储能的一个分支，相比抽水蓄能和电化学储能，具有初始投资低、储能密度大、运行寿命长和选址灵活等优势。由于液化空气储能系统设备较多，系统相对复杂，因此常规液化空气储能循环效率较低，一般在40～50％，应用场景受限。
5.液化空气储能过程主要可分为空气液化过程、能力存储过程和电力恢复过程。在空气液化过程中，空气被压缩液化，释放能量；在电力恢复过程中，液化空气需要吸热膨胀，产生冷量。因此，液化空气储能系统在循环过程中，会产生可观的热量和冷量。而这部分冷量和热量往往都没有被有效利用，因此影响整个系统的效率。
6.现代商业楼宇在每日运维中，一般都有电、热、冷的需求，基本都直接或者间接依靠电力供应。由于分时电价机制的完善，峰谷电价价差进一步拉大，这就提高了商业楼宇的运维成本。


技术实现要素：

7.本公开为了解决上述问题，提出了一种用于商业楼宇的液化空气储能系统及其工作方法，利用空气液化过程储能、利用空气气化膨胀释能，实现电、热、冷多联产的液化空气储能系统，利用夜间谷电储能，白天非谷电时段释能，降低生产生活成本。
8.根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
9.一种用于商业楼宇的液化空气储能系统，包括热水系统、暖通系统、储能系统和释能系统，所述储能系统包括通过管路依次连接的多级压缩机、多级冷却器、液化器、气液分离器以及液化空气储存罐。
10.所述多级冷却器与储热罐连接，用于将压缩机压缩过程中的产生的废热，在冷却器中冷却后进行存储；
11.所述释能系统包括通过管路依次相连的液化空气储存罐、深冷泵、气化器、多级再热器、多级膨胀机；所述多级再热器与储冷罐连接，用于将经过再热器中产生的冷量进行存储。
12.根据另一些实施例，本公开采用如下技术方案：
13.一种用于商业楼宇的液化空气储能系统的工作方法，包括：
14.谷电时段：
15.将环境空气利用压缩机和冷却器，经过多级压缩后，加压，压缩过程中产生的废热，通过冷却器传递至储热罐中存储，压缩空气再进入液化器进一步冷却液化，液化之后被输送到液化空气储存罐中存储。
16.其中，在气液分离器中未被液化的空气将被送回到压缩机入口，重新进行压缩、冷却以及液化后，输送到液化空气储存罐中存储。
17.进一步的，
18.在非谷电时段：
19.液化空气储存罐中的液态空气，通过深冷泵输送至气化器，液态空气在气化器中吸收大量热量，这部分热量与谷电时段液化器产生的废热形成耦合利用；液态空气在气化器中被气化后，经过再热器加热后，进入膨胀机做工发电。
20.与现有技术相比，本公开的有益效果为：
21.本公开提出一种商业楼宇的液化空气储能系统，该系统在谷电时段将低价电能转化为液化空气进行存储，在非谷电时段将存储的液化空气膨胀发电，同时有效利用液化和气化过程中产生的热量和冷量，为商业楼宇提供电力、热水、热风、冷风。本系统所用设备技术成熟，可靠性高；无易燃易爆物质，安全性高；系统运行寿命可达20～30年，长期运行可充分利用峰谷电价差，显著降低楼宇运维成本；多点推广，可提升电网谷电时段的消纳能力，降低电网负荷波动，提升电网稳定性。
附图说明
22.构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
23.图1为本公开的液化空气储能系统连接图
具体实施方式：
24.下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
25.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
26.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
27.实施例1
28.本公开的一种实施例中提供一种用于商业楼宇的液化空气储能系统，包括热水系统、暖通系统、储能系统和释能系统，如图1所示，所述储能系统包括通过管路依次连接的多级压缩机1、多级冷却器2、液化器3、气液分离器4以及液化空气储存罐5。
29.所述多级冷却器2与储热罐10连接，用于将压缩机1压缩过程中的产生的废热，在
冷却器2中冷却后进行存储；所述多级压缩机与多级冷却器的连接方式为依次间隔连接，即压缩机的输出端连接冷却器的输入端，所述冷却器的输出端连接下一级压缩机的输入端，下一级压缩机的输出端再连接有冷却器的输入端，以此依次连接有多级，就是将环境空气进行多级压缩以及多级冷却。
30.释能系统包括通过管路依次相连的液化空气储存罐5、深冷泵6、气化器7、多级再热器8、多级膨胀机9；所述多级再热器8与储冷罐11连接，用于将经过再热器8中产生的冷量进行存储。
31.所述多级再热器与多级膨胀机的连接方式为，所述再热器的输出端连接膨胀机的输入端，膨胀机的输出端连接下一级再热器的输入端，下一级再热器的输出端连接膨胀机的输入端，以此将再热器与膨胀机进行多级依次连接。
32.图1中所示，气液分离器与液化空气储存罐之间设置有手动调节阀，液化空气储存罐与深冷泵之间设置有手动调节阀。所述手动调节阀的作用为调节液化空气的流量，同时具备关闭和开启功能，用以分别控制储能和释能。当在储能时，气液分离器与液化空气储存罐之间的入口储罐入口阀门打开；释能时，液化空气储存罐与深冷泵之间的出口手动阀门打开。
33.液化器3具有两个输入端和两个输出端，其作用是所述液化器3压缩空气进行冷却液化后，经过液化器3输出端输入到气液分离器4中进行气液分离，然后经过气液分离器4的输出端输入到液化空气存储罐5。
34.气液分离器4的另一输出端连接液化器3的另一输入端，所述液化器3的另一输出端连接压缩机1入口，用于将未液化的压缩空气送回压缩机1之后再进行压缩、冷却以及液化的过程。
35.即气液分离器4能够接收来自液化器3的液化空气，也能输出未液化的空气返回至液化器中，液化器再将其输送到压缩机入口重新进行压缩、冷却以及液化。
36.楼宇中设置有热水系统以及暖通系统，储热罐10与楼宇的热水系统相连，为楼宇提供40～60℃的热水；储热罐10同时与楼宇的暖通系统相连，在冬季为楼宇提供暖风。所述多级压缩机与多级冷却器连接，具体为：
37.所述压缩机的输出端连接冷却器的输入端，所述冷却器的输出端连接下一级压缩机的输入端，所述下一级压缩机的输出端连接下一级冷却器的输入端，以此依次连接。
38.储冷罐11与楼宇的暖通系统相连，在夏季为楼宇的各类房间提供冷风；在冬季为数据机房提供冷风。
39.整个系统将以24小时为周期，循环往复运作。
40.实施例2
41.本公开的另一种实施例提供一种用于商业楼宇的液化空气储能系统的工作方法，基于由压缩机、冷却器、气液分离器、液态空气储罐、深冷泵、气化器、再热器、膨胀机、发电机、储热罐、储冷罐组成的系统，实现24小时循环运行的系统工作过程；包括热水系统、暖通系统、储能系统和释能系统，所述储能系统包括通过管路依次连接的多级压缩机、多级冷却器、液化器、气液分离器以及液化空气储存罐。
42.所述多级冷却器与储热罐连接，用于将压缩机压缩过程中的产生的废热，在冷却器中冷却后进行存储；
43.所述释能系统包括通过管路依次相连的液化空气储存罐、深冷泵、气化器、多级再热器、多级膨胀机；所述多级再热器与储冷罐连接，用于将经过再热器中产生的冷量进行存储。所述多级冷却器与储热罐连接，用于将压缩机压缩过程中的产生的废热，在冷却器中冷却后进行存储；所述多级压缩机与多级冷却器的连接方式为依次间隔连接，即压缩机的输出端连接冷却器的输入端，所述冷却器的输出端连接下一级压缩机的输入端，下一级压缩机的输出端再连接有冷却器的输入端，以此依次连接有多级，就是将环境空气进行多级压缩以及多级冷却。
44.释能系统包括通过管路依次相连的液化空气储存罐、深冷泵、气化器、多级再热器、多级膨胀机；所述多级再热器与储冷罐连接，用于将经过再热器中产生的冷量进行存储。
45.所述多级再热器与多级膨胀机的连接方式为，所述再热器的输出端连接膨胀机的输入端，膨胀机的输出端连接下一级再热器的输入端，下一级再热器的输出端连接膨胀机的输入端，以此将再热器与膨胀机进行多级依次连接。
46.在工作时划分谷电时间段与非谷电时间段；
47.谷电时段：
48.将环境空气利用压缩机和冷却器，经过多级压缩后，加压，压缩过程中产生的废热，通过冷却器传递至储热罐中存储，压缩空气再进入液化器进一步冷却液化，液化之后被输送到液化空气储存罐中存储。
49.其中，在气液分离器中未被液化的空气将被送回到压缩机入口，重新进行压缩、冷却以及液化后，输送到液化空气储存罐中存储。
50.在空气压缩液化过程中，产生的热量存储在储热罐中；这部分热量可直接或间接为楼宇提供热水和热风。
51.非谷电时段：
52.液化空气储存罐中的液态空气，通过深冷泵输送至气化器，液态空气在气化器中吸收大量热量，这部分热量与谷电时段液化器产生的废热形成耦合利用；液态空气在气化器中被气化后，经过再热器加热后，进入膨胀机做工发电，为楼宇提供电力供应。
53.液化空气经过再热器吸热时产生的冷量存储在储冷罐中；这部分冷量可直接或间接为楼宇提供冷风，用于办公室和数据机房等场所的制冷。
54.具体的实施方式是：
55.在谷电时段，环境空气利用压缩机和冷却器，经过3级压缩后，加压至25℃26222，压缩过程中产生的废热，通过冷却器传递至储热罐中存储。随后，压缩空气进入液化器进一步冷却液化，并在气液分离器中将一部分未液化的空气送回压缩机入口。气液分离器出口的液化空气状态参数为-193℃21222，将被存储于液化空气储存罐中。
56.在非谷电时段，液化空气储存罐中的液态空气，通过深冷泵输送至气化器7，液态空气在气化器中吸收大量热量，这部分热量与谷电时段液化器产生的废热形成耦合利用。空气液化过程放出的热量通过储热介质进行存储，在气化过程中这部分热量可以被吸收利用，实现耦合利用；液态空气在气化器中被气化后，经过再热器加热后，进入膨胀机做工发电。空气经过再热器产生的冷量被存储于储冷罐中。
57.储热罐与楼宇的热水系统相连，为楼宇提供40～60℃的热水；储热罐同时与楼宇
的暖通系统相连，在冬季为楼宇提供暖风。
58.储冷罐与楼宇的暖通系统相连，在夏季为楼宇的各类房间提供冷风；在冬季为数据机房提供冷风。
59.本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
60.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
61.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
62.以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
63.上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。