深冷液化空气储能技术
深冷液化空气储能技术
发电机
电能返回电网
•换热/冷、储热/冷、 汽化器
•级间加热的膨胀机
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深冷液化空气储能系统—系统计算
输入 功率
7.7MW
压力 温度 状态
1bar 15℃ 气态
主压缩机
空气 净化
输入 功率
12.4MW
循环 压缩机
储热罐
液化组件
液态空气 储罐
G 低温泵
级间加热
深冷储罐
气化器
输出 功率
12.5MW
G
膨胀透平
➢每年可以产生1892万元电费收入
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深冷液化空气储能系统—维护与消防设计
系统维护说明
➢ 液化空气储能每天夜间谷电时间储电，转化为液态空气，白天峰电 时间放电，采用自动控制，安全可靠，运行维护量小。
➢ 运行人员可以由风光储输示范基地运行人员兼职。 ➢ 运维人员只需对压缩机、膨胀机等设备进行日常巡视检查。 ➢ 每3-5年进行系统大修，大修时间10-15天左右。主要设备随系统大
液流电池
20-70
70%~80% 0.5-10 8—10
较好
5000-8000
钠硫电池
150-300 75%~85% 0.5-30 8—10
பைடு நூலகம்
一般
1500-3000
抽水蓄能和压缩空气储能是满足大规模调峰的能量型储能技术。
抽水蓄能受限于地理条件和水资源的约束；压缩空气储能技术正
向高效、低成本、无地理条件限制的方向发展。
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深冷液化空气储能系统—经济性效益分析
深冷液化空气储能的作用主要体现在提升电力系统调峰能力 与消纳弃风电。 经济效益
➢弃风电消纳的节电效益 ➢降低电力系统峰谷差，提高电力系统经济性 ➢增加电力系统调峰能力，产生显著节煤效益
大型深冷液态空气储能发电系统工程化应用分析沈威
大型深冷液态空气储能发电系统工程化应用分析沈威发布时间：2023-05-31T03:04:44.278Z 来源：《中国电业与能源》2023年6期作者：沈威[导读] 对于深冷液化空气储能发电系统来看，它属于能量型储能方式，有着良好的运用前景。
本文先综述了空气储能技术的发展、运用和研究状况。
然后围绕多个子系统介绍了该系统的技术原理、工艺和有关子系统的功能，还对核心设备的研制情况进行了分析。
最后，归纳了系统工程化运用的技术问题，给出了今后的发展趋势与研究重点。
盈德气体（上海）有限公司 200137摘要：对于深冷液化空气储能发电系统来看，它属于能量型储能方式，有着良好的运用前景。
本文先综述了空气储能技术的发展、运用和研究状况。
然后围绕多个子系统介绍了该系统的技术原理、工艺和有关子系统的功能，还对核心设备的研制情况进行了分析。
最后，归纳了系统工程化运用的技术问题，给出了今后的发展趋势与研究重点。
关键词：深冷液态空气；储能；发电系统；工程化研制运用引言：现如今，很多液态空气储能技术路线还处在试验平台环节，仅用来开展技术验证，没有开展工业化投产，也没有产生标准集中的可借鉴运用模式。
10MW级深冷液态空气储能示范项目在国内尚属第一次运用，此系统包含多种设备，有着能量使用和转换过程，随着系统运行参数提高，外部运行条件也更加复杂，为达到性能和可靠性的要求，在选型和运行方式上都应该有所改变，所以，根据国内能源结构与状况，根据地方实际情况推广该系统的工程化运用且达到高效可靠运行，是目前亟需处理的关键问题。
1.系统的能量转换过程液态空气储能电站是在用电低估时把电能转化成液态空气储存起来，处于用电高峰阶段，又把空气转化成电能的场所，工艺流程可分成多个子系统，如压缩与储热、储冷、空气透平发电。
能量转换过程：在储能环节，电机做功，电能转化成机械能，之后压缩空气，转化成空气热能，空气和储热介质开展热交换，获取热能之后保存于介质罐中，并且利用组件把空气液化保存于贮槽内。
多余的风能别浪费 用液态空气来存储
据蝌蚪科普网消息，一名来自赫特福郡的发明家兼Dearman Engine公司老总
Peter Dearman开发了一种名为Liquid Air Storage（液态空气）存储的处理系统HPS，这种技术原本是打算应用在动力电动汽车上，现在已经率先应用在风能绿色存储上。
据了解，Peter Dearman创建了一个新公司——Highview Power Storage，与英国政府进一步研究这项技术。
到目前为止，这项技术在Berkshire电站已经成功测试了两年。
据了解，风力电厂晚上生成的电力可以用于空气制冷，使得空气处于一个低温状态。
HPS可将二氧化碳和水蒸汽抽出，然后冻结余下的气体（氮气和氧气）至零下190摄氏度的低温状态，在这个状态下，氮气将会转化成为液体形式，存储在绝缘气罐里。
这就是能源的封存过程。
当能源需求超过当前风力电厂可提供的能源量时，这些装有液体氮气的罐子将会连接至涡轮机，然后进行加热。
由液体氮气转化成为气体的过程中生成的巨大压力足以驱动涡轮机。
此外，连接到气罐的热量还可以进行调节，在不需要复杂控制系统的帮助下减缓气体的膨胀速度。
在节能方面，HPS系统每千瓦能源可减少至少1000美元开支。
一种深冷液化空气储能的分布式供能系统及其调度方法
一种深冷液化空气储能的分布式供能系统及其调度方法一种深冷液化空气储能的分布式供能系统是一种新型的能源储存和供应解决方案，它利用液化空气作为储存介质，将低负荷时的电力转化为液化空气，通过储存和再利用的方式提供高峰时段的电力供应。
下面是关于这种系统及其调度方法的详细描述：1. 储存设备：深冷液化空气储能系统包括一个液化空气储罐，用于存储液态空气。
2. 蓄能转化：低负荷时段，电力系统将多余的电力用来压缩和冷却空气，将其液化并储存在储罐中。
3. 蓄能储存：液化空气在储罐中保存，可以长期储存，并且不会有能量损失。
4. 供能转化：高峰时段，液化空气通过蒸发器和膨胀阀等装置，将储存在储罐中的液态空气转化为高温高压气体，通过膨胀发电机组进行发电。
5. 供能输出：供能转化后的气体驱动发电机组产生电力，为高峰时段的电力需求提供能源。
6. 供能调度：分布式供能系统需要根据实际的电力需求进行调度，确保能在需要的时候提供持续稳定的能源供应。
7. 调度策略：供能系统的调度策略需要基于需求预测、实时电力价格和能源供应能力等因素，结合深度学习和优化算法等技术，确定最佳的供能调度方案。
8. 能量管理：系统需要对能量转换、储存和供应进行管理和优化，以提高能量利用效率和经济性。
9. 供能优先级：供能系统的调度策略可以根据不同用户的需求进行优先级设置，如工商业用户的用电需求可能比居民用户更为紧急，因此可以优先满足工商业用户的需求。
10. 故障处理：系统需要具备故障检测和处理机制，一旦发现故障，需要及时切换备用能源或采取其他措施，确保供能的连续性和稳定性。
11. 物流管理：液化空气的供应需要配备相应的物流管理系统，确保液化空气的及时运输和储存。
12. 安全管理：液化空气具有较低的温度和高压，系统需要具备相应的安全措施和管理机制，确保操作和使用安全。
13. 可持续性：深冷液化空气储能系统的可持续性需要考虑能源效率、环境影响和经济性等因素，以便将其作为一种可选的清洁能源解决方案。
液化天然气冷能储存技术研究
第3卷第3期上海电气技术V01．3N o．3 2010年9月J O U R N A L0F S H A N G H A I E L E C T R I C T E C H N O L()G Y Sep2010文章编号：1674—540X(2010)03—026—03液化天然气冷能储存技术研究曾乐才1，张东2，徐建辉3，廖文俊(1．上海电气中央研究院，上海200070；2．同济大学，上海200092；3．上海电机学院，上海200240)摘要：简述了国内外液化天然气(L N G)冷能利用概况及冷能利用对储能技术的需求，研发了LN G冷能储存所需要的低温相变材料，研制了L N G冷能储存试验装置，并进行了低温蓄冷、释冷、散冷(热)试验。
试验表明：L N G冷能储存与利用是可行的。
关键词：液化天然气；冷能利用；储能技术；低温相变材料中图分类号：T E8文献标识码：AT he St udy on t he L N G O ol d E ner gy St or age T e chnol ogyZ E N GL ecai l，Z H A N G D ong2，X U Ji anhui3，L I A O W enj unl (1．Shanghai E l ect r i c G r oup C o．，L t d．C e nt r a l A cade m e，Shangh ai200070，C hi na；2．T ongj i U ni ver s i t y，S ha nghai200092，C hi na；3．Shanghai D i anj i U ni ver s i t y，S ha nghai200240，C hi na)A bs t r act：T hi s pape r br i e fl y r evi ew ed t he l i quef i e d nat ur al ga s(L N G)c ol d ene r gy ut i l i za t i on andi ts ne ed of ener gy s t or age t e chno l ogy．T h e r equi r ed phase—change m at er i al f or c ool s t or age at var i oust em p er at u r es w as de vel oped．A n exper i m ent al cool s t or age equ i pm e nt w as es t abl i s hed．E xper i m ent s on t he st ore，re l e as e and l os s of col d ener gy sho u t ha t L N G C ol d Ener gy St or age and ut i l i za t i on isf easi bl e．K ey w or ds：l i quefi ed nat ur al gas(L N G)；ut i l i zat i on of c ol d ene r gy；ener gy s t or age t ec hnol ogy；phas e-cha nge m at er i al作为低排放的清洁燃料，液化天然气(L i quef i e d N at ur al G as，LN G)是当今世界能源供应增长最快的能源。
深冷液化压缩空气储能技术解读
深冷液化压缩空气储能技术解读段晋飞摘要：21世纪是能源时代，能源供需矛盾日益突出。
在节能减排的同时，人类迫切需要新的能源供应形式来满足日益增长的能源需求。
化石能源在应用形式、储运、储量等方面的局限性和不足。
引领人们逐步锁定以风能和光能为主要供应商、电能为传输和应用载体的绿色可再生能源领域。
经过多年的探索和实践，可再生能源已经成为能源供应的主要形式之一。
关键词：深冷液化；压缩空气；储能技术；深冷液化空气储能技术是一种将电能转化为室内液体空气能量实现储能的技术。
在能量存储过程中，电能压缩、冷却和液化空气，并存储在能量释放过程中用于加热空气的热能。
当能量释放时，液体空气被加压和气化，带动涡轮机发电。
同时，它在这一过程中存储冷能量，在能量存储过程中用来冷却空气。
一、压缩空气储能技术的发展趋势压缩空气储能技术的总体发展趋势是消除地理和资源限制，提高效率，降低成本。
传统压缩空气储能功率可达100 MW以上，运行效率为40% ~ 50%。
高压气体储存在废弃矿井或盐洞穴中，其效率取决于化石燃料的燃烧。
先进的绝热压缩空气储能采用多级压缩和热回收利用等技术来提高系统效率，设计效率可达60%左右。
洞穴式气藏在大规模应用中(100 MW以上)，需要地理支持，在没有天然洞穴的情况下，管道式钢质气藏可以采用。
中国完成了100 MW-小时示范工程建设。
超临界大气能量的储存仍处于实验室研究阶段。
低温压缩空气能量存储在先进的绝热空气能量存储的基础上，以液体状态存储压缩空气，回收压缩过程中损失的热量和膨胀过程中残留的冷。
其储能密度高，预期运行效率为50% ~ 60%，不取决于地理条件，施工期短，是压缩空气储能技术的发展趋势之一。
二、深冷液化空气储能技术原理与特点1.技术原则。
冷冻液化空气储能技术将电能转化为室内液体空气能量并加以储存。
在储存能量时，电能压缩、冷却和液化空气，储存能量释放时在空气加热过程中释放的热能；在能量释放时，液体空气被加压和冷冻，促使膨胀机发电。
lng液态空气储能原理-概述说明以及解释
lng液态空气储能原理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述液态天然气（LNG）作为一种清洁能源，在能源行业中具有重要地位。
随着能源需求的不断增长和环境保护意识的提高，LNG作为一种替代能源的应用逐渐受到关注。
液态空气储能技术是利用LNG的特性进行能量储存和释放的一种新型技术。
本文将重点介绍LNG液态空气储能原理，分析其优势以及未来的发展前景。
通过对LNG液态空气储能技术的深入了解，我们可以更好地掌握这一领域的发展趋势，为清洁能源的推广和应用提供有力支持。
1.2 文章结构:本文将主要分为三个部分，分别是引言、正文和结论。
其中引言部分将对LNG液态空气储能进行概述，介绍文章的结构和说明研究目的；正文部分将详细介绍LNG液态空气储能的原理，包括工作原理、技术特点等内容；结论部分将对文章进行总结，展望LNG液态空气储能的发展前景并给出结论和建议。
整体结构清晰，旨在全面介绍和探讨LNG液态空气储能的相关内容，为读者提供一份全面且具有参考价值的文献。
1.3 目的：本文的目的旨在深入探讨LNG液态空气储能原理，介绍其基本概念、工作原理和优势特点，以期能够帮助读者了解并掌握这一新兴的能源储存技术。
通过对LNG液态空气储能的详细介绍，期望能够为相关领域的研究人员和工程师提供理论支持和实践指导，推动该技术在能源领域的广泛应用和发展。
同时，希望通过本文的阐述，让读者对于LNG液态空气储能有一个全面的了解，为未来的研究和实际应用奠定基础。
2.正文2.1 LNG液态空气储能介绍LNG（液化天然气）液态空气储能是一种新型的储能技术，它将空气压缩、减温后液化成为液态空气，以此来实现能源的储存和释放。
在储存过程中，液态空气通过蒸发释放能量，将液态空气再次压缩成气态空气，并通过蒸发这一过程再次释放能量。
这种技术可以帮助平衡能源的供需关系，提高能源利用效率，减少环境污染。
与传统的电池储能技术相比，LNG液态空气储能具有更高的储能密度和更短的应急响应时间。
天然气深冷工艺流程简介
天然气深冷液化技术是以天然气或合成天然气为原料，经脱酸、脱水、脱重烃后，进行深冷液化产出LNG，在此基础上，开发了小型通用模块化LNG产线。
技术亮点、主要技术性能或产品功能：1）可根据项目规模和气源特点，选用分子筛、甲醇洗等高效净化工艺，选择膨胀制冷、混合制冷、简单级联等低能耗LNG生产工艺，及多类型LNG储存系统；2）在DSC系统中嵌入具有报警预分析，提供预处理建议的DCS帮助系统。
3）国家863项目“合成天然气液化技术”经专家论证，水平先进。
目前，该技术成果已在长沙应急调峰液化工厂、京宝焦炉气制LNG等项目成功应用。
a.煤层气液化技术煤层气液化采用氮气膨胀制冷工艺，该技术工艺简单、设备较少、操作方便、运行平稳、能耗较低，为新地自有技术。
主体设备包括净化单元（原压机、净化装置）、制冷单元（循环压机、冷箱、膨胀机）、贮存单元（LNG储罐及附属系统）及控制单元，设备已全部实现国产化。
新地以总承包模式在山西晋城建成一座煤层气液化工厂，规模15万方/日，达产后运行安全、平稳。
b.天然气液化技术在天然气液化技术方面，新地拥有氮气膨胀制冷液化工艺、天然气膨胀制冷液化工艺、混合制冷液化工艺、级联制冷液化工艺等实例。
尤其新地自主开发的混合制冷液化工艺，由于采用了独特的液相流分布技术，避免了冷箱底部积液，使装置即节能又稳定；独特的制冷系统干燥设计，大幅缩短开车时间及开车费用；独特的制冷剂补充系统设计，节省开车时间。
c.液化天然气工厂压力液改造技术通过对原有天然气液化装置中的LNG储罐BOG回收及压缩系统进行技术改造，将“高温高压态”产品LNG变成“低温低压态”产品LNG，降低气损。
技术亮点、主要技术性能或产品功能：技术特点：（1）降低产品LNG的温度和压力，有效降低运输、汽车加注过程中的气损；（2）流程更加先进，参数更加合理，设备更加可靠。
技术参数：改造前LNG：温度-140～-145℃，压力为饱和压力；改造后LNG：温度-155～-162℃，压力为饱和压力。
液态空气储能案例
液态空气储能案例
液态空气储能是一种新型的储能技术，通过将空气压缩成液态并在需要时释放能量，可以有效地解决能源储存和调节的问题。
下面介绍几个液态空气储能的应用案例。
第一，英国的液态空气储能电站。
这个项目于2015年启动，储
能容量为5兆瓦时，可以为当地1500户家庭提供电力。
该电站使用
了空气压缩储能技术，将压缩空气存储在储罐中，并在需要时释放能量，驱动涡轮机发电。
这个项目成功地证明了液态空气储能技术的可行性和实用性。
第二，法国的液态空气储能项目。
这个项目由斯诺威集团和法国能源公司EDF合作开发，储能容量为10兆瓦时，可以为当地5000户家庭提供电力。
该项目使用了液态空气储能技术，将空气压缩成液态并储存于储罐中，释放能量时则将液态空气加热蒸发，推动涡轮机发电。
第三，中国的液态空气储能项目。
这个项目由中国电力科学院和江苏液态空气能源有限公司合作开发，储能容量为10兆瓦时。
该项
目使用了液态空气储能技术，将空气压缩成液态并储存于储罐中，释放能量时则将液态空气通过蒸汽发生器加热蒸发，推动涡轮机发电。
该项目在满足电力需求的同时，也有助于减少碳排放和改善环境质量。
总的来说，液态空气储能技术有着广泛的应用前景，可以在能源储存和调节方面发挥重要作用。
未来将会有越来越多的液态空气储能项目得到建设和推广，为可持续发展做出贡献。
一种基于深冷液化空气储能技术的新型发电系统概述
Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ Ｃ ｏ ． Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ４ ５ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
２． 全 球 能 源 互 联 网研 究 院 ， 北京 １ ０ ２ ２ ０ ０）
摘 要 ： 介 绍 一 种 新 型 深冷 液化 空 气储 能 发 电 （ Ｌ ＡＥ Ｓ）系统 ， 对 比 了新 型 深 冷 液 化 空 气储 能 系 统 与 传 统 压 缩
空 气储 能 系统 （ Ｃ Ａ Ｅ Ｓ ） 的优 缺 点 。 以 ５ ０ ０ ｋ Ｗ级Ｌ Ａ Ｅ Ｓ系统 为 例 ， 简要 介 绍 了其 工 艺 流 程 、 重要 节点参数及 关
键 设 备 的 选 型 。 最 后 对 该 系统 后 续工 程 化 应 用等 方 面 面 临 的 问题 进行 了总 结 。
关键词 ： 可再生能源 ； 储 能技 术 ； 液化 空气； 发 电 系统 中图 分 类 号 ： ＴＭ９ １ 文 献标 识 码 ： Ａ ＤＯＩ ： １ ０ ． １ ６ ３ ０ ８ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ｌ Ｏ ０ ３ — ９ １ ７ １ ． ２ ０ １ ７． Ｏ ０ ． ０ ０ ２
４６
华 北 电 力技 术
ＮＯＲＴ Ｈ ＣΒιβλιοθήκη Ｉ ＮＡ Ｅ Ｌ Ｅ Ｃ ＴＲ Ｉ Ｃ Ｐ Ｏ ＷＥＲ
一
新型液化空气储能技术及其在风电领域的应用
l L u J a ,2 i l
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A T N c h un 一 i g l Qn
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(1. 加戍儿 旎 o E l乡 e r og T e二 zdu 石 C 加e e A c d el I o s c 二 c s, B e 加9 1 0 90 , C 加a u f l i h i h Cs, s a 了 f i e J厂 j i 0 1 h ; 2 . G r d u 旎 肠 j~ a a
的年 平 均容 量 系数 (风 电场 年 实 际发 电量 与装 机额 定功率 年满发 电量 之 比) 远低 于欧美 各 国, 如表 1 所
示 己并 网的风 电也 普 遍受 到 限 电困 扰 , 对 于 间歇 性风 电的大 量并 网缺 乏 有效 的应 对措 施 , 是 造成 风
发 电国 , 到 20 20 年 , 我 国风 电总装 机预计 将达 到 1. 5 亿千 瓦 尽 管 风力发 电成 本 己与 常规 能源相 当接近 ,
0 引
言
万千 瓦 , 而 并 网总容 量仅 为 16 13 万千 瓦 , 风 电行业
能 源安 全和 环境 问题将 是 我 国能源 领域 长 期面
临 的双重 挑 战 , 大 力发 展可 再 生能 源 己成 为必 须采 取 的途径 之 一 近 年来 , 风力发 电 己成为 发 展最快 ,
除水 电外 技 术最 成熟 , 最具 规模 化 商业 前景 的 可再 生 能源发 电技术 目前 我 国 己成 为 世界 第二 大 风力
a ir a n d th e m e th o d o lo g y to in eo r P o r ate w ith w in d P o w er sy stem , m e an w h i le a n ee o n o m ie a n a ly sis
深冷液化技术空气分离
1.08 × 10-4
3 × 10-4
1.429 1.250 1.734 ０.９
０.１７ ３.７４
８Hale Waihona Puke ３－ 182.97
－ 195.7
9
－ 185.8
6
－
－
－
246.08 268.938 153.4
深冷液化技术空气分离
Xe
8 × 10-6
4 × 10-5 ５.８９
６
－ 108.11
CO2 氮氧 化物
0.03 水
深冷液化技术空气分离
第二节 空气的净化
空气净化的目的是脱除空气中所含的机 械杂质、水分、二氧化碳、烃类化合物 (主要为乙炔)等杂质,以保证空分装置顺 利进行和长期安全运转。这些杂质在空 气中的一般含量见表⒈3。
深冷液化技术空气分离
一、机械杂质的脱除
机械杂质一般用设置在空气压缩机入口 管道上的空气过滤器脱除。
深冷液化技术空气分离
空气分离的方法和原理
利用沸点差将液态空气分离为氧、氮、氩的过程称之为精馏过程。深 冷与精馏的组合是目前工业上应用最广泛的空气分离方法； ２）吸附法：利用多孔性物质分子筛对不同的气体分子具有选择性咐附 的特点，对气体分子不同组分有选择性的进行吸附，达到单高纯度 的产品。吸附法分离空气流程简章，操作方便运行成本较低，但不 能获得高纯度的的双高产品。 ３）膜分离法：利用一些有机聚合膜的潜在选择性，当空气通过薄膜或 中空纤维膜时，氧气穿过膜的速度比氮快的多的特点，实现氧、氮 的分离。这种分离方法得到的产品纯度不高，规模也较小，目前只 适用于生产富氧产品。
nSiO2・mH20
式中，M(I)和M(Ⅱ)分别为一价和二价金 属离子，多半是钠和钙，n称为沸石的硅 铝比，硅主要来自于硅酸钠和硅胶，铝 则来自铝酸钠和Al(OH)3等，它们与氢氧 化钠水溶液反应制得的胶体物，经干燥 后便成沸石.
深冷液化空气储能系统的关键因素影响规律
第３９卷 第４期２０１９年７月西安科技大学学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＸＩ’ＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．３９ Ｎｏ ４Ｊｕｌ ２０１９收稿日期：２０１９－０１－０５ 责任编辑：高 佳基金项目：国家电网公司总部科技项目资助（５２０１８Ｋ１７００２８）第一作者：黄葆华（１９７０－），男，河南郑州人，博士，高级工程师，Ｅ ｍａｉｌ：１２４９６０５１３４＠ｑｑ．ｃｏｍ通信作者：何雅玲（１９６３－），女，陕西西安人，博士，教授，Ｅ ｍａｉｌ：ｙａｌｉｎｇｈｅ＠ｍａｉｌ．ｘｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ黄葆华，葛 俊，倪经纬，等．深冷液化空气储能系统的关键因素影响规律［Ｊ］．西安科技大学学报，２０１９，３９（４）：６７２－６８０．ＨＵＡＮＧＢａｏ ｈｕａ，ＧＥＪｕｎ，ＮＩＪｉｎｇ ｗｅｉ，ｅｔａｌ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｋｅｙｏｐｅｒａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｃｒｙｏｇｅｎｉｃｌｉｑｕｅｆｉｅｄａｉｒｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９，３９（４）：６７２－６８０．深冷液化空气储能系统的关键因素影响规律摘 要：立足于提高深冷液化空气储能系统能量转换效率，建立了深冷液化空气储能系统的热力学模型，借助ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ商用软件建立了热力计算的稳态仿真模型。
模型验证工作说明了仿真模型的计算准确性。
开展了设计工况下系统热力学分析研究，结合系统性能参数，分析了系统效率较低的原因并指出了优化方向；研究了压缩机级数、压缩机级间冷却方案和膨胀机级数等系统关键运行参数对系统及部件性能的影响规律。
结果表明：系统采用原始设计方案时，压缩热利用率仅有３８．４２％，导致系统效率较低，仅为３１．１１％，可通过改善系统压缩热利用情况显著提升系统效率；当压缩机级数减少、采用无级间冷却方案时，膨胀机入口再热温度显著增加，使得系统效率大幅提升；随着膨胀机级数的增多，膨胀环节压缩热利用总量越多，系统效率越高。
深冷液化空气储能发电系统及其启停控制方法[发明专利]
![深冷液化空气储能发电系统及其启停控制方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/dfb005005b8102d276a20029bd64783e08127d5b.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810311868.1(22)申请日 2018.04.09(71)申请人 华北电力科学研究院有限责任公司地址 100045 北京市西城区复兴门外地藏庵南巷一号申请人 国网冀北电力有限公司电力科学研究院 国家电网公司(72)发明人 任彦 黄葆华 刘双白 赵宁 王维萌 张春雷 (74)专利代理机构 北京三友知识产权代理有限公司 11127代理人 王涛 杨冬英(51)Int.Cl.F25J 1/02(2006.01)(54)发明名称深冷液化空气储能发电系统及其启停控制方法(57)摘要本发明提供了一种深冷液化空气储能发电系统及其启停控制方法，该系统包括空气进气及空压机子系统、空气纯化及增压机子系统、增压透平膨胀机及液空子系统、深冷泵子系统、空气膨胀发电子系统、循环风机子系统、储能储热及冷却子系统及多条管道。
上述各子系统之间通过管道连接，可实现深冷液化空气储能发电系统在储能阶段的自动启停控制，以及该系统在释能阶段的自动启停控制。
权利要求书10页 说明书24页 附图13页CN 108592518 A 2018.09.28C N 108592518A1.一种深冷液化空气储能发电系统，其特征在于，所述系统包括：空气进气及空压机子系统、空气纯化及增压机子系统、增压透平膨胀机及液空子系统、深冷泵子系统、空气膨胀发电子系统、循环风机子系统、储能储热及冷却子系统及多条管道；所述空气进气及空压机子系统包括通过管道依次连接的空气过滤器、空压机第一级、空压机第一级间冷却器、空压机第二级及空压机第二级间冷却器；所述空气过滤器用于对原料空气进行过滤净化，净化后的空气经空压机第一级进行压缩，再经由空压机第一级间冷却器降温，再依次进入空压机第二级进行压缩，再经由空压机第二级间冷却器降温排出至所述空气纯化及增压机子系统；所述空气纯化及增压机子系统包括并联连接的两个分子筛、增压机第一级、增压机第一级间冷却器、增压机第二级及增压机第二级间冷却器；所述分子筛用于对空压机第二级间冷却器降温排出的压缩空气进行纯化处理，纯化后的空气进入增压机第一级压缩，再经由增压机第一级间冷却器降温，再依次进入增压机第二级进行压缩，再经由增压机第二级间冷却器降温排出至所述增压透平膨胀机液空子系统；所述增压透平膨胀机液空子系统包括增压器、增压透平膨胀机、冷箱换热器、气液分离器、节流阀及液空储槽；所述增压器用于对增压机第二级间冷却器的出口空气进行增压，增压后的空气进入冷箱换热器中冷却，冷却后的空气一路进入增压透平膨胀机膨胀降温并进入气液分离器，另一路经节流阀节流液化后进入气液分离器；气液分离器中的液态空气最终排入液空储槽，气态空气返回冷箱换热器复热至常温后去所述空气纯化及增压机子系统中的增压机第一级的入口；所述深冷泵子系统包括并联连接的两台深冷泵，用于将所述液空储槽输出的液化空气的压力提升后送入空气膨胀发电子系统；所述空气膨胀发电子系统包括蒸发器及膨胀发电机组，所述膨胀发电机组包括多级换热器及多级膨胀机；来自所述深冷泵子系统的液化空气经所述蒸发器蒸发形成高压常温空气，然后通过所述换热器提升温度后进入所述膨胀机做功后排出，其中一部分排气用于对所述空气过滤器进行反吹；所述循环风机子系统包括循环风机及储冷罐，所述循环风机及储冷罐分别与所述蒸发器、冷箱换热器通过管道连接；在系统储能阶段，循环风机驱动加压空气从储冷罐上部进入、下部排出，以使加压空气将携带的冷量送至所述冷箱换热器，复热后的加压空气被吸入循环风机进入下一个循环；在系统释能阶段，循环风机驱动加压空气经过蒸发器以将蒸发器中的液化空气蒸发，然后自储冷罐的下部进入、上部排出，以将液化空气的冷量送至储冷罐储存，储存冷量后升温的空气再进入循环风机的下一个循环；所述储冷储热及冷却子系统包括冷水储罐、热水储罐、冷水输送泵、热水输送泵及内置风机的闭式冷却塔；所述冷水输送泵将冷水储罐中的冷水输送至空气进气及空压机子系统、空气纯化及增压机子系统及增压透平膨胀机及液空子系统，吸收空气压缩过程中产生的热量后送至热水储罐储存；所述热水输送泵将热水储罐中的热水输送至所述空气膨胀发电子系统，用于给膨胀气体加热，冷却后的水送至闭式冷却塔经内置的风机进一步冷却后回至冷水储罐。
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• 智研院目前已经掌握深冷液化空气储能系统的 设计技术、冷热高效利用技术，正在和相关厂 家联合开发关键设备。
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深冷液化空气储能系统—维护与消防设计
系统维护说明
液化空气储能每天夜间谷电时间储电，转化为液态空气，白天峰电
时间放电，采用自动控制，安全可靠，运行维护量小。 运行人员可以由风光储输示范基地运行人员兼职。 运维人员只需对压缩机、膨胀机等设备进行日常巡视检查。 每3-5年进行系统大修，大修时间10-15天左右。主要设备随系统大 修进行检验检测
大规模能量型储能技术是提升电网调峰能力，缓解冀北 电网弃风限电的重要手段。 3
多种储能技术性能对比分析
储能方式 储能密度 Wh/L
抽水蓄能 压缩空气 铅蓄电池 锂离子电池 液流电池 0.5-1.5
效率 %
规模 MW
寿命 年
40-60 20-40 3—5 8—10 8—10
安全性 建设投资 元/kWh
深冷液化空气储能技术-技术原理
储热系 统 电能 输入 压缩 制冷 液态空 气存储 汽化 膨胀 电能 输出
净化 空气 入口
深冷存 储系统 空气 出口
充电过程
存储过程
放电过程
空气液化子系统
储热储冷子系统
膨胀发电子系统
深冷液化空气储能技术—示范工程
英国伦敦深冷储能示范 工程 •建 于 2010 年 ， 容 量 350kW × 7h ， 验 证 了 技术可行性。 英国曼彻斯特深冷储能 示范工程 •计划 2016 年投运，容 量 5MW × 3h ，设计效 率55%。
输入 功率 7.7MW 输入 功率 12.4MW
主压缩机
压力 温度 状态 1bar 15℃ 气态
空气 净化
循环 压缩机
液态空气 储罐 液化组件
G 储热罐 低温泵
级间加热
深冷储罐
气化器
输出 功率
12.5MW
G
膨胀透平
再热器
压力 1.2bar 温度 状态 29℃ 气态
• 完成系统仿真计算和主参数的设计，验证了流程设计的准确性； • 考虑了关键设备的耗能、换热器效能、管道压力损失等，完成系统的 效率分析计算； • 依据国内设备厂家所提供数据，可实现效率为54.5%，冷热综合利用 11 效率可达60%以上。
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深冷液化空气储能技术优势
传统 功率MW 能量密度 Wh/L 设计效率% 存储方式 存储压力 MPa 安全性 占地 m2/MW 地理条件限制 成本 RMB/kW 100~800 1.8~5.1 40~54 洞穴 7~10 差 先进绝热 1~800 3~6 50~70 小规模 高压储罐 大规模 洞穴 3~30 差 深冷液化 10~300 60~120 50~70 低压储罐式 0.5~1 （液态空气） 好
深冷液化空气储能系统—关键设备开发
功能
• 压缩机： 利用绝热式压缩过程，将入口的 常温空气压缩到高温高压的状态 • 膨胀机 ：利用级间加热的膨胀过程，将高 压空气膨胀降压，并对外输出机械能
选型和设计
优选了离心式、轴流式、以及离心和轴流 复合式等几种主要方案，正在开展深入设计。
主要参数：
压缩机功率：7.7MW和12.4MW（输入） 膨胀机功率：12.5MW（输出）
1200~5200
有
600~1300
有 12000~18000 4200~9100
140~300
无 12000 (10MW) 4200~8000(>50MW)
4000~6000
深冷液化空气储能技术，空气以低压、低温、液态存储，能量密度 高；低压罐体，安全性好，且不受地理位置限制；预期效率 6 50%~70% ，具有很好的应用前景。
高 高 较好 较好 较好 200-1000 300-2000 1000-2000 2000-5000 5000-8000
70%-85% 100-1000 40%~70% 70%~75% 80%~86% 70%~80% 1-300 1 0.5-20 0.5-10
1.8~6
60-120(液化) 30-100 100-200 20-70
目前正在开展与GE、西门子等国外厂家的联合设计
深冷液化空气储能系统—关键设备开发
换热器 • 功能：用于高压空气的冷却和膨胀前 端的加热 • 选型：管壳式的换热器，可实现高压 气体的换热过程 深冷储罐 功能： 储存气化器出口的冷能，并用于制 冷过程，降低液化功耗 结构设计： 采用球状的储冷载体，搭建基 于储冷载体的固定床式储冷换热装置 主要参数：最低存储温度达-150℃
发电机
完成子系统设计 •空气液化子系统 空气分离 •储热储冷子系统 •膨胀发电子系统 提出12.5MW × 8h 液化空气进入储罐 的深冷液化空气储能 系统技术方案 液化空气储罐 完成设备选型 •绝热压缩机 •换热/冷、储热/冷、 汽化器 电能返回电网 •级间加热的膨胀机
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深冷液化空气储能系统—系统计算
储热技术回收压缩余 热取代补燃，保证系 统效率
将空气液化并储存， 同时回收压缩余热和 膨胀余冷，提升系统 效率
• 德国Huntorf电站， 290MW×2h
• 美国McIntosh电站， 110M×26h
• 在建德国Adele电 站，90MW×4h • 中国芜湖500KW× 1h 小型样机
• 英国Slough电站， 350KW×7h • 在建Manchester 电站5MW×3h • 中国廊坊1.5MW × 1h试验样机
深冷液化空气储能技术 及智研院相关工作
一、储能需求及深冷液化空气储能技术
二、智研院相关工作
三、小结
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冀北电网储能需求分析
冀北电网新能源分布情况
冀北电网风电反调峰日曲线图
冀北电网内新能源发电呈高速发展趋势 。按照河北省可再生能源发 展规划， 2020 年，新能源消费量将占终端能源消费总量的 30% ； 2030年，将达到50%。 调峰约束是影响冀北风电消纳的重要因素 。风电呈现明显的反调峰 特性，约30%的风电弃风是由于调峰约束所致。
英国伦敦深冷储能示范工程实景图
一、储能需求及深冷液化空气储能技术
二、智研院相关工作
三、小结
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深冷液化空气储能系统--技术方案设计
常温空气 空气净化
低温气体
膨胀机 压缩机 电网接入 制冷机
深冷发电系统的余冷 深冷储罐 深冷泵 余冷进入深冷储罐储罐
汽化
换热器
深冷空气 热源输入 （常温空气或者低品位废~85%
0.5-30
8—10
一般
1500-3000
抽水蓄能和压缩空气储能是满足大规模调峰的能量型储能技术。 抽水蓄能受限于地理条件和水资源的约束；压缩空气储能技术正 向高效、低成本、无地理条件限制的方向发展。 4
压缩空气技术路线比较
传统 先进绝热 深冷液化
燃料补燃提升透平机 入口空气温度和压力， 提升系统效率
消防设计说明
本装置火灾类别大部分为丁、戊类，涉及的主要物料有空气、液空 等，主要生产介质为空气，不燃不爆，火险等级较低。
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一、储能需求及深冷液化空气储能技术
二、智研院相关工作
三、小结
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小结 • 大规模能量型深冷液化空气储能技术，可用于 提升张北示范区内电网的调峰能力，对于规模 化接纳新能源电力、缓解弃风限电具有重要意 义。
智研院基于前期的储热等研究工作，初步完成换热器及 深冷储罐的计算分析，正在开展与企业的联合设计工作
深冷液化空气储能系统—占地和造价
张北示范工程深冷液化空气储能装置布置
设备布置
压缩机、膨胀发电机组、储热蓄冷罐体、液化空气储罐、换热器、风
机泵阀和控制保护小室
占地面积约：2000平方米 设备造价：
按照国内外设备造价不同，系统主体造价2~2.5亿
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深冷液化空气储能系统—经济性效益分析
深冷液化空气储能的作用主要体现在提升电力系统调峰能力 与消纳弃风电。 经济效益 弃风电消纳的节电效益 降低电力系统峰谷差，提高电力系统经济性 增加电力系统调峰能力，产生显著节煤效益 效益分析 按照每天12.5MW机组发电8小时计，电费取风电 电价0.54元/kWh 每年可以产生1892万元电费收入