一种液态空气储能与LNG冷能互补的系统的制作方法

本发明涉及液态空气储能系统及lng冷能利用，更具体地说，涉及一种液态空气储能与lng冷能互补的系统。

背景技术：

1、随着我国可再生能源规模的快速发展，以风电和光电为代表的可再生能源在推动我国能源结构绿色低碳转型、实现“双碳”战略实现的同时，由于其天然具有的波动性、间歇性和随机性等特点对电网系统的安全稳定运行带来极大冲击和挑战。由于新能源电力供需的时空错配原因，使电网系统亟需大规模长时储能系统进行削峰填谷，在充分消纳新能源、降低供电成本的同时实现电力能源的供需平衡，提升电力系统的灵活调节能力，支撑新型电力系统的建设。

2、液态空气储能技术是当前重要的大规模长时储能技术之一，其衍生于压缩空气储能技术，但又不需要建设地下储气库，摆脱了对地质条件限制，极大提升了系统建设的灵活性、可控性、安全性。但是由于空气的液化工艺条件苛刻，需要消耗大量的电能来产生冷量，导致液态空气储能系统的系统转换效率受到极大限制。

3、液化天然气（lng）是天然气的液态形式，以低温液态的形式进行存储，其蕴含了大量的高品位冷能，而目前大部分冷能无法有效回收利用，被白白浪费。同时，lng在日常存储以及卸载过程中会产生一定的蒸发汽bog，对于大型lng接收站，一般通过bog压缩机尽可能将部分bog通过再冷凝过程重新液化，但仍有部分bog无法及时回收被排空燃烧造成能用浪费，而且bog在压缩冷凝过程中也会增加较大的压缩能耗。

4、液态空气储能系统在储能阶段需要有高品位的冷能以实现液化空气，在释能阶段又气化释放回收大量高品位冷能，将液态空气储能系统与lng进行耦合实现冷能的高效利用，成为lng冷能利用与液态空气储能优势相结合的一种有效方式。

5、目前液态空气储能系统与lng冷能耦合的方式中都仅考虑了储能系统储能阶段对lng冷能的利用实现空气液化，而缺乏液态空气储能系统与lng接收站之间冷能互补的应用，即液态空气储能将释能气化阶段产生的高品位冷能反向提供给lng接收站为bog的液化提供服务，以减少lng接收站处理bog过程的能耗及bog排放燃烧浪费。

6、同时，目前液态空气储能耦合lng冷能利用方式要么仅用于通液化冷箱液化环节，未尽可能降低压缩环节能耗；要么将lng冷能以逆向自液化冷箱向压缩机各段间冷器串级梯次换热利用，以最高效利用lng冷能，但是该种方式一方面在空气与天然气逆向流动，空气自压缩机入口输送至液化冷箱以及天然气冷能自液化冷箱输送至压缩机前端存在时间差，将导致每次系统启动时空气冷却液化过程及lng升温过程一直处于一个动态变化的非稳态过程，系统压缩储能也处于一个变工况过程，尽管系统会逐渐趋于收敛并达到设计工况，但该过程对系统的性能及lng的气化需求带来较大不确定性和影响。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种液态空气储能与lng冷能互补的系统。

2、为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：

3、一种液态空气储能与lng冷能互补的系统，包括：压缩机组子系统、蓄热子系统、液化气化子系统、液空储罐子系统、蓄冷子系统和膨胀发电子系统；

4、所述压缩机组子系统包括空气过滤器、常温压缩机、换热器、分子筛纯化器、低温换热器、低温压缩机及管路阀门，用于对空气进行压缩；

5、所述蓄热子系统包括冷储罐、热储罐及水泵，用于存储和循环热媒介质；

6、所述液化气化子系统包括液化冷箱、液体膨胀机、节流阀、气液分离器、蒸发器、bog冷凝器、bog缓存罐、bog控制阀和lng缓存罐，用于实现空气的液化和气化以及bog的再冷凝液化；

7、所述液空储罐子系统包括液空储罐及低温液泵，用于存储和泵送液态空气；

8、所述蓄冷子系统包括蓄冷器及驱动设备、阀门及管路，用于存储和释放冷能；

9、所述膨胀发电子系统包括再热器、预热器和膨胀发电机组，用于利用高温带压空气推动膨胀机膨胀做功，带动发电机发电。

10、作为本发明进一步的方案：所述空气过滤器出口端与常温压缩机入口端相连通，所述常温压缩机出口端与换热器空气介质流股入口端相连通，所述换热器出口与分子筛纯化器入口端相连通，所述换热器热媒介质流股入口端与蓄热子系统冷储罐相连通，所述级间换热器热媒介质流股出口端与蓄热子系统热储罐相连通；

11、所述低温换热器的空气介质流股出口端与低温压缩机入口相连通，所述低温换热器的低温介质流股入口端与lng场站高压侧lng管道相连通，所述低温换热器的低温介质流股出口端与lng场站ng管道相连通。

12、作为本发明进一步的方案：所述水泵包括冷水泵和热水泵，所述冷储罐用于存储蓄热前或冷却后的热媒介质，所述冷储罐入口端与膨胀发电子系统的再热器热媒介质流股出口相连通，所述冷储罐出口与冷水泵相连；所述冷水泵与压缩机组子系统的换热器热媒介质流股入口端相连通；

13、所述热储罐用于存储蓄热后的热媒介质存储，所述热储罐出口端与热水泵相连通，所述热储罐入口端与压缩机组子系统的换热器热媒介质流股出口相连通，所述热水泵与膨胀发电子系统的再热器热媒介质流股入口端相连通。

14、作为本发明进一步的方案：所述液化冷箱热侧空气流股入口端连接压缩机组子系统末段出口，所述液化冷箱热侧空气流股出口端与液体膨胀机相连通，所述液化冷箱冷侧lng流股入口端与lng场站高压侧lng管道相连通，所述液化冷箱冷侧lng流股出口端与lng场站ng管道相连通；所述液化冷箱冷侧蓄冷器流股入口端与蓄冷子系统释冷出口端相连接，所述液化冷箱冷侧蓄冷器流股出口端与蓄冷子系统释冷入口端相连接；所述液化冷箱冷侧返流空气流股入口端与bog冷凝器空气流股出口相连接，所述液化冷箱冷侧空气流股出口端与低温压缩机入口连接；

15、所述液体膨胀机连接液化冷箱和节流阀；

16、所述气液分离器入口与节流阀出口端相连接，所述气液分离器液态空气出口端与液空储罐子系统相连接，所述气液分离器气态空气出口端与bog冷凝器冷侧空气流股入口端相连；

17、所述bog冷凝器用于实现lng接收站bog的再冷凝液化，所述bog冷凝器冷侧出口与液化冷箱冷侧返流空气流股入口端相连，所述bog冷凝器热侧入口与bog控制阀出口相连，所述bog冷凝器热侧出口与lng缓存罐相连；

18、所述蒸发器冷侧空气流股入口端与液空储罐系统低温液泵出口相连，所述蒸发器冷侧空气流股出口端与膨胀发电子系统再热器空气流股入口端相连，所述蒸发器热侧蓄冷器流股入口端与蓄冷子系统蓄冷出口端相连，所述蒸发器热侧蓄冷器流股出口端与蓄冷子系统蓄冷入口端相连，所述蒸发器热侧bog流股入口端与bog控制阀出口相连，所述蒸发器热侧出口与lng缓存罐相连。

19、作为本发明进一步的方案：所述液空储罐入口与气液分离器液态出口端相连，所述液空储罐出口与低温液泵相连，所述低温液泵出口端与蒸发器进行连接。

20、作为本发明进一步的方案：所述再热器空气流股入口端与蒸发器空气流股出口或预热器出口相连，所述再热器出口端与膨胀发电机组入口相连；所述再热器热媒介质流股入口端与蓄热子系统热储罐及热水泵相连通，所述再热器热媒介质流股出口端与蓄热子系统冷储罐冷储罐相连通；

21、所述预热器空气流股入口端与膨胀发电机组出口相连，所述预热器空气流股出口端与再热器空气流股入口相连。

22、相比于现有技术，本发明的优点在于：

23、本发明提供一种耦合lng冷能互补利用的液态空气储能系统和方法，实现液态空气储能系统与lng之间的高品位冷能互补利用。在最大化利用lng冷能的同时，可以将释能阶段产生的高品位冷能再反向提供给lng接收站的bog，实现bog的液化，降低lng接收站bog的浪费及bog压缩机的能耗，实现冷能的互补利用。

24、同时通过系统工艺流程优化降低压缩阶段能耗，以及避免因冷热流股逆向输送时差导致的非稳态变工况过程，满足液态空气储能系统及lng气化工程的设计工况，保障系统运行的稳定性。又可以利用其他的余热、废热，极大提升系统效率。