CN107702429A - 液态空气储能***能效提升装置及方法 - Google Patents

液态空气储能***能效提升装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了液态空气储能***能效提升装置及方法，该装置包括空气液化循环回路和空气发电循环回路。用电低谷时段，多余电力驱动空气液化循环获取液态空气，同时分级存储空气压缩热；用电高峰时段，空气发电循环工作：液态空气经过加压、分级存储低温冷量后，进入空气透平机组膨胀发电，消耗部分空气压缩热，而多余的空气压缩热既可以驱动朗肯循环获取额外电量，也可以驱动吸收式制冷循环获取低温冷量用于液化空气。本发明能够实现冷/热能分级存储、空气压缩热高效利用和提高***效率的目的。

Description

液态空气储能***能效提升装置及方法
技术领域
本发明涉及一种新型的液态空气储能***，是一种冷/热能分级存储、空气压缩热高效利用的装置及方法，属于液态空气储能、制冷和有机朗肯发电的技术领域。
背景技术
液态空气储能技术是一种利用液态空气或氮气作为储能介质的深冷储能技术。用电低谷时段，利用电能生产液态空气或氮气，同时将空气或氮气压缩过程中产生的高温压缩热储存起来；用电高峰时段，液态空气或氮气经过加压泵加压、低温冷能回收存储后，驱动空气透平做功发电。液态空气储能具有体积储能密度大、响应时间短和不受地理条件限制等特点，得到了广泛的关注。
液态空气储能过程中，高温空气压缩热能和低温液态空气冷能的储存，一般采用固定填充床的结构，其结果是储冷/热装置的轴向分散率非常大，而由其引起的损失和不稳定的温度输出不仅影响***的效率，而且影响***的运行工况。
此外，空气或氮气液化过程中产生的高温压缩热多于液态空气或氮气发电过程所需的热量，过量的高温压缩热(20-40％)通常直接排入环境，并没有得到有效利用，造成了能量的浪费。
因此，如何高效合理的存储冷/热能以及利用空气压缩热，对于增加***发电量、提高***发电效率具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了液态空气储能***能效提升装置及方法，该装置通过分级存储低温液态空气冷能和高温空气压缩热能，避免不同能级冷/热能混合造成的损失，实现冷/热能的有效存储；此外，利用多余的空气压缩热驱动朗肯循环获取额外发电量，提高***发电量；或者驱动吸收式制冷循环获取低温冷量，提高***液化率，是一种高效合理的储冷/热和空气压缩热利用方式。
为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的一种液态空气储能***能效提升装置及方法，包括空气液化循环回路和空气发电循环回路；其中，所述空气液化循环回路包括：空压机组，所述空压机组具有左侧输入端、左侧输出端、右侧输入端和右侧输出端；第六控制阀，所述第六控制阀的左侧输入端与所述空压机组的右侧输出端连接；空气压缩热分级存储单元，所述空气压缩热分级存储单元的左侧端口与所述第六控制阀的右侧端口连接；第五控制阀，所述第五控制阀的上部端口与所述空气压缩热分级存储单元的右侧端口连接；第五循环泵，所述第五循环泵的输入端与所述第五控制阀的左侧输出端连接；所述第五循环泵的输出端与所述空压机组的右侧输入端连接；第一换热器，所述第一换热器的右侧输入端与所述空压机组的左侧输出端连接；所述第一换热器的右上侧输出端与所述空压机组的左侧输入端连接；第一循环泵，所述第一循环泵的输出端与所述第一换热器的左下侧输入端连接；第一控制阀，所述第一控制阀的上部输出端与所述第一循环泵的输入端连接；中品位冷能分级存储单元，所述中品位冷能分级存储单元的左侧端口与所述第一控制阀的右侧端口连接；第二控制阀，所述第二控制阀的上部输入端与所述第一换热器的右下侧输出端连接；所述第二控制阀的左侧端口与所述中品位冷能分级存储单元的右侧端口连接；第二换热器，所述第二换热器的右侧输入端与所述第一换热器的左侧输出端连接；所述第二换热器的右上侧输出端与所述第一换热器的左上侧输入端连接；第三循环泵，所述第三循环泵的输出端与所述第二换热器的左下侧输入端连接；第三控制阀，所述第三控制阀的上部输出端与所述第三循环泵的输入端连接；高品位冷能分级存储单元，所述高品位冷能分级存储单元的左侧端口与所述第三控制阀的右侧端口连接；第四控制阀，所述第四控制阀的左侧端口与所述高品位冷能分级存储单元的右侧端口连接；所述第四控制阀的上部输入端与所述第二换热器的右下侧输出端连接；低温透平，所述低温透平的输入端与所述第二换热器的左侧输出端连接；液态空气储罐，所述液态空气储罐的上部输入端与所述低温透平的输出端连接；所述液态空气储罐的上部输出端与所述第二换热器的左上侧输入端连接；所述空气发电循环回路与空气液化循环回路共用第五控制阀、空气压缩热分级存储单元、第六控制阀、液态空气储罐、第三控制阀、高品位冷能分级存储单元、第四控制阀、第一控制阀、中品位冷能分级存储单元和第二控制阀，还包括：第一加压泵，所述第一加压泵的输入端与所述液态空气储罐的右侧输出端连接；第一蒸发器，所述第一蒸发器的左侧输入端与所述第一加压泵的输出端连接；所述第一蒸发器的左侧输出端与所述第三控制阀的下部输入端连接；第四循环泵，所述第四循环泵的输出端与所述第一蒸发器的右侧输入端连接；所述第四循环泵的输入端与所述第四控制阀的下部输出端连接；第二蒸发器，所述第二蒸发器的左侧输入端与所述第一蒸发器的右侧输出端连接；所述第二蒸发器的左侧输出端与所述第一控制阀的下部输入端连接；第二循环泵，所述第二循环泵的输出端与所述第二蒸发器的右侧输入端连接；所述第二循环泵的输入端与所述第二控制阀的下部输出端连接；空气透平机组，所述空气透平机组的上部输入端与所述第二蒸发器的右侧输出端连接；所述空气透平机组的右侧输入端与所述第六控制阀的下部输出端连接；流量调节阀，所述流量调节阀的左侧输入端与所述第六控制阀的下部输出端连接；第六循环泵，所述第六循环泵的输入端与所述空气透平机组的右侧输出端连接；所述第六循环泵的输出端与所述第五控制阀的下部输入端连接；多余空气压缩热利用单元，所述多余空气压缩热利用单元的下部输入端与所述流量调节阀的右侧输出端连接；所述多余空气压缩热利用单元的下部输出端与所述第六循环泵的输入端连接。
进一步地，所述空压机组包含一个或多个压缩机和冷却器；所述空气透平机组包含一个或多个透平和加热器。
进一步地，所述中品位冷能分级存储单元、高品位冷能分级存储单元和空气压缩热分级存储单元均包含一级或多级，各级采用相应温区的潜热或显热储能材料，并且各级均采用保温材料隔热。
进一步地，所述多余空气压缩热利用单元包括：工质膨胀机，所述工质膨胀机具有一个输入端和一个输出端；蒸发冷凝器，所述蒸发冷凝器的左侧输入端与所述工质膨胀机的输出端连接；第二加压泵，所述第二加压泵的输入端与所述蒸发冷凝器的右侧输出端连接；工质加热器，所述工质加热器的右侧输入端与所述第二加压泵的输出端连接；所述工质加热器的左侧输出端与所述工质膨胀机的输入端连接；所述工质加热器的左侧输入端与所述多余空气压缩热利用单元的下部输入端连接；所述工质加热器的右侧输出端与所述多余空气压缩热利用单元的下部输出端连接；第一制冷压缩机，所述第一制冷压缩机的输入端与所述蒸发冷凝器的左侧输出端连接；冷凝器，所述冷凝器的左侧输入端与所述第一制冷压缩机的输出端连接；所述冷凝器的右侧输入端与左侧输出端分别连接冷却介质的进口和出口；第一节流阀，所述第一节流阀的输入端与所述冷凝器的右侧输出端连接；所述第一节流阀的输出端与所述蒸发冷凝器的右侧输入端连接。
进一步地，所述多余空气压缩热利用单元还包括：吸收器，所述吸收器的右侧输入端与所述蒸发冷凝器的左侧输出端连接；溶液泵，所述溶液泵的输入端与所述吸收器的左侧输出端连接；溶液热交换器，所述溶液热交换器的下部输入端与所述溶液泵的输出端连接；溶液阀，所述溶液阀的输入端与所述溶液热交换器的下部输出端连接；所述溶液阀的输出端与所述吸收器的上部输入端连接；再生器，所述再生器的下部输入端与所述溶液热交换器的上部输出端连接；所述再生器的下部输出端与所述溶液热交换器的上部输入端连接；所述再生器的右侧输出端与所述冷凝器的左侧输入端连接；第七控制阀，所述第七控制阀的左侧输出端与所述再生器的左侧输入端连接；所述第七控制阀的右侧输出端与所述工质加热器的左侧输入端连接；所述第七控制阀的下部输入端与所述多余空气压缩热利用单元的下部输入端连接；第八控制阀，所述第八控制阀的左侧输入端与所述再生器的左侧输出端连接；所述第八控制阀的上部输出端与所述工质加热器的左侧输入端连接；所述第八控制阀的右侧输出端与所述多余空气压缩热利用单元的下部输出端连接；第二节流阀，所述第二节流阀的输入端与所述蒸发冷凝器的右侧输出端连接；低温蒸发器，所述低温蒸发器的右侧输入端与所述第二节流阀的输出端连接；所述低温蒸发器的左侧输入端和右侧输出端分别连接低温流体的进口和出口；第二制冷压缩机，所述第二制冷压缩机的输入端与所述低温蒸发器的左侧输出端连接；所述第二制冷压缩机的输出端与所述蒸发冷凝器的左侧输入端连接。
优选地，空气液化循环可以采用空气或氮气等工质；高品位冷能分级存储单元的传热流体可以为丙烷或空气等；中品位冷能分级存储单元的传热流体可以为甲醇或空气等；空气压缩热分级存储单元的传热流体可以为导热油或空气等；工质膨胀机可以采用R134A或R32等工质；第一制冷压缩机可以采用R134A或R410A等常温制冷剂；第二制冷压缩机可以采用R508B或R23等超低温制冷工质；吸收器和再生器可以采用NH3-H2O或LiBr-H2O等溶液。
具体地，本发明采用的液态空气储能***能效提升方法，包括以下步骤：
用电低谷时段，空气液化循环工作：环境空气净化后，进入空压机组加压至高压，同时将空气压缩过程产生的压缩热分级存储在空气压缩热分级存储单元；空压机组出口的高压空气经过第一换热器、第二换热器逐步冷却至低温，进入低温透平膨胀降压，获取液态空气，并存储在液态空气储罐；
用电高峰时段，空气发电循环工作：液态空气储罐出口的液态空气经过第一加压泵加压至高压，依次经过第一蒸发器、第二蒸发器分别将高品位冷能和中品位冷能分级存储在高品位冷能分级存储单元和中品位冷能分级存储单元，然后进入空气透平机组膨胀发电；空气压缩热分级存储单元存储的空气压缩热，一部分用于空气透平机组，加热膨胀前的空气，另一部分用于多余空气压缩热利用单元，获取额外发电量或低温冷量。
进一步地，中品位冷能分级存储单元、高品位冷能分级存储单元和空气压缩热分级存储单元均采用分级存储，可以有效降低传热过程的损失；此外各级均采用保温材料隔热，可以有效避免不同能级冷/热能混合造成的损失。
进一步地，多余空气压缩热利用单元采用的是空气压缩热分级存储单元中多余的空气压缩热，并不影响空气透平机组的发电量。
优选地，多余空气压缩热利用单元可以利用多余的空气压缩热驱动吸收式制冷循环获取低温冷量，用于空气液化循环，提高***液化率。
优选地，多余空气压缩热利用单元可以利用多余的空气压缩热驱动朗肯循环，获取额外的发电量，提高***发电量。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1)本发明采用分级存储低温液态空气冷能和高温空气压缩热能，可以有效降低传热过程的损失，并且避免不同能级冷/热能混合造成的损失，实现冷/热能的有效存储。
2)本发明通过合理分配空气压缩热，在不影响原***发电量的情况下，获取多余的空气压缩热，避免了高品位压缩热的浪费。
3)本发明利用多余的空气压缩热驱动朗肯循环，获取额外的发电量，可以显著增加***发电量，提高***整体效率。
4)本发明利用多余的空气压缩热驱动吸收式制冷循环，获取低温冷量，用于空气液化循环，提高***液化率，进而提高***整体效率。
5)本发明为实现液态空气储能***能效提升提供了一种可行的方法与方案。
附图说明
图1为本发明所述的液态空气储能***能效提升装置及方法的结构示意图；
图2为图1所示的中品位冷能分级存储单元的结构示意图；
图3为图1所示的高品位冷能分级存储单元的结构示意图；
图4为图1所示的空气压缩热分级存储单元的结构示意图；
图5为图1所示的液态空气储能***能效提升装置第一实施例的结构示意图；
图6为图1所示的液态空气储能***能效提升装置第二实施例的结构示意图；
图7为图1所示的液态空气储能***能效提升装置第三实施例的结构示意图；
其中，空压机组100，第一压缩机101，第一冷却器102，第二压缩机103，第二冷却器104，第三压缩机105，第三冷却器106，第一换热器201，第二换热器202，低温透平203，液态空气储罐204，第一加压泵205，第一蒸发器206，第二蒸发器207，第一控制阀208，第一循环泵209，第二控制阀210，第二循环泵211，第三控制阀212，第三循环泵213，第四控制阀214，第四循环泵215，第五控制阀216，第五循环泵217，第六控制阀218，流量调节阀219，第六循环泵220，中品位冷能分级存储单元300，中品位冷能存储第一级301，中品位冷能存储第二级302，中品位冷能存储第三级303，高品位冷能分级存储单元400，高品位冷能存储第一级401，高品位冷能存储第二级402，高品位冷能存储第三级403，高品位冷能存储第四级404，高品位冷能存储第五级405，空气透平机组500，第一加热器501，第一透平502，第二加热器503，第二透平504，第三加热器505，第三透平506，空气压缩热分级存储单元600，压缩热存储第一级601，压缩热存储第二级602，压缩热存储第三级603，多余空气压缩热利用单元700，工质膨胀机701，蒸发冷凝器702，第二加压泵703，工质加热器704，第一制冷压缩机705，冷凝器706，第一节流阀707，吸收器708，溶液泵709，溶液热交换器710，再生器711，溶液阀712，第七控制阀713，第八控制阀714，第二节流阀715，低温蒸发器716，第二制冷压缩机717。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明进行说明。
如图1所示，本发明的一种液态空气储能***能效提升装置及方法，包括空气液化循环回路和空气发电循环回路；
其中，空气液化循环回路包括：空压机组100、第一压缩机101、第一冷却器102、第二压缩机103、第二冷却器104、第三压缩机105、第三冷却器106、第一换热器201、第二换热器202、低温透平203、液态空气储罐204、第一控制阀208、第一循环泵209、第二控制阀210、第三控制阀212、第三循环泵213、第四控制阀214、第五控制阀216、第五循环泵217、第六控制阀218、中品位冷能分级存储单元300、高品位冷能分级存储单元400、空气压缩热分级存储单元600；
具体地，空压机组100具有左侧输入端、左侧输出端、右侧输入端和右侧输出端，包含多个压缩机和冷却器；第六控制阀218的左侧输入端与空压机组100的右侧输出端连接；空气压缩热分级存储单元600的左侧端口与第六控制阀218的右侧端口连接；第五控制阀216的上部端口与空气压缩热分级存储单元600的右侧端口连接；第五循环泵217的输入端与第五控制阀216的左侧输出端连接，第五循环泵217的输出端与空压机组100的右侧输入端连接；第一换热器201的右侧输入端与空压机组100的左侧输出端连接，第一换热器201的右上侧输出端与空压机组100的左侧输入端连接；第一循环泵209的输出端与第一换热器201的左下侧输入端连接；第一控制阀208的上部输出端与第一循环泵209的输入端连接；中品位冷能分级存储单元300的左侧端口与第一控制阀208的右侧端口连接；第二控制阀210的上部输入端与第一换热器201的右下侧输出端连接，第二控制阀210的左侧端口与中品位冷能分级存储单元300的右侧端口连接；第二换热器202的右侧输入端与第一换热器201的左侧输出端连接，第二换热器202的右上侧输出端与第一换热器201的左上侧输入端连接；第三循环泵213的输出端与第二换热器202的左下侧输入端连接；第三控制阀212的上部输出端与第三循环泵213的输入端连接；高品位冷能分级存储单元400的左侧端口与第三控制阀212的右侧端口连接；第四控制阀214的左侧端口与高品位冷能分级存储单元400的右侧端口连接，第四控制阀214的上部输入端与第二换热器202的右下侧输出端连接；低温透平203的输入端与第二换热器202的左侧输出端连接；液态空气储罐204的上部输入端与低温透平203的输出端连接，液态空气储罐204的上部输出端与第二换热器202的左上侧输入端连接；
空气发电循环回路与空气液化循环回路共用第五控制阀216、空气压缩热分级存储单元600、第六控制阀218、液态空气储罐204、第三控制阀212、高品位冷能分级存储单元400、第四控制阀214、第一控制阀208、中品位冷能分级存储单元300和第二控制阀210，还包括：第一加压泵205、第一蒸发器206、第二蒸发器207、第二循环泵211、第四循环泵215、流量调节阀219、第六循环泵220、空气透平机组500、第一加热器501、第一透平502、第二加热器503、第二透平504、第三加热器505、第三透平506、多余空气压缩热利用单元700；
具体地，第一加压泵205的输入端与液态空气储罐204的右侧输出端连接；第一蒸发器206的左侧输入端与第一加压泵205的输出端连接，第一蒸发器206的左侧输出端与第三控制阀212的下部输入端连接；第四循环泵215的输出端与第一蒸发器206的右侧输入端连接，第四循环泵215的输入端与第四控制阀214的下部输出端连接；第二蒸发器207的左侧输入端与第一蒸发器206的右侧输出端连接，第二蒸发器207的左侧输出端与第一控制阀208的下部输入端连接；第二循环泵211的输出端与第二蒸发器207的右侧输入端连接，第二循环泵211的输入端与第二控制阀210的下部输出端连接；空气透平机组500包含多个加热器和透平，空气透平机组500的上部输入端与第二蒸发器207的右侧输出端连接，空气透平机组500的右侧输入端与第六控制阀218的下部输出端连接；流量调节阀219的左侧输入端与第六控制阀218的下部输出端连接；第六循环泵220的输入端与空气透平机组500的右侧输出端连接，第六循环泵220的输出端与第五控制阀216的下部输入端连接；多余空气压缩热利用单元700的下部输入端与流量调节阀219的右侧输出端连接，多余空气压缩热利用单元700的下部输出端与第六循环泵220的输入端连接。
本发明所述的液态空气储能***能效提升装置及方法，包括以下步骤：
用电低谷时段，空气液化循环开始工作：环境空气净化后，进入空压机组100加压至高压(通常高于50bar)，同时将空气压缩过程产生的压缩热(温度470K左右)分级存储在空气压缩热分级存储单元600；空压机组100出口的高压空气(温度280K左右)进入第一换热器201，被回流冷空气和中品位冷能分级存储单元300存储的冷能冷却；预冷后的高压空气(温度220K左右)进入第二换热器202，被回流冷空气和高品位冷能分级存储单元400存储的冷能进一步冷却；冷却后的高压空气进入低温透平203膨胀降至常压，部分空气液化(温度78.8K)并存储在液态空气储罐204，未液化的气态常压空气(温度81.6K)回流进入第二换热器202、第一换热器201冷却高压空气；
用电高峰时段，空气发电循环开始工作：液态空气储罐204出口的液态空气经过第一加压泵205加压至高压(通常高于50bar)，进入第一蒸发器206释放高品位冷能(温度87K左右)，并分级存储在高品位冷能分级存储单元400；其次，进入第二蒸发器207释放中品位冷能(温度208K左右)，并分级存储在中品位冷能分级存储单元300；然后，进入空气透平机组500膨胀发电；空气压缩热分级存储单元600存储的空气压缩热通过第六控制阀218，一部分进入空气透平机组500加热膨胀前的空气，而多余的部分通过流量调节阀219进入多余空气压缩热利用单元700。
图2为图1所示的中品位冷能分级存储单元300，包括中品位冷能存储第一级301、中品位冷能存储第二级302、中品位冷能存储第三级303，但并不局限于三级；各级串联连接，并采用保温材料隔热。
图3为图1所示的高品位冷能分级存储单元400，包括高品位冷能存储第一级401、高品位冷能存储第二级402、高品位冷能存储第三级403、高品位冷能存储第四级404、高品位冷能存储第五级405，但并不局限于五级；各级串联连接，并采用保温材料隔热。
图4为图1所示的空气压缩热分级存储单元600，包括压缩热存储第一级601、压缩热存储第二级602、压缩热存储第三级603，但并不局限于三级；各级串联连接，并采用保温材料隔热。
如图2-图4所示，本发明的中品位冷能分级存储单元300、高品位冷能分级存储单元400和空气压缩热分级存储单元600均采用分级存储，可以有效降低传热过程的损失；此外各级均采用保温材料隔热，可以有效避免不同能级冷/热能混合造成的损失。
图5为图1所示的液态空气储能***能效提升装置及方法的第一实施例，其中，多余空气压缩热利用单元700包括：工质膨胀机701、蒸发冷凝器702、第二加压泵703、工质加热器704、第一制冷压缩机705、冷凝器706、第一节流阀707；
具体地，工质膨胀机701具有一个输入端和一个输出端；蒸发冷凝器702的左侧输入端与工质膨胀机701的输出端连接；第二加压泵703的输入端与蒸发冷凝器702的右侧输出端连接；工质加热器704的右侧输入端与第二加压泵703的输出端连接，工质加热器704的左侧输出端与工质膨胀机701的输入端连接，工质加热器704的左侧输入端与多余空气压缩热利用单元700的下部输入端连接，工质加热器704的右侧输出端与多余空气压缩热利用单元700的下部输出端连接；第一制冷压缩机705的输入端与蒸发冷凝器702的左侧输出端连接；冷凝器706的左侧输入端与第一制冷压缩机705的输出端连接，冷凝器706的右侧输入端与左侧输出端分别连接冷却介质的进口和出口；第一节流阀707的输入端与冷凝器706的右侧输出端连接，第一节流阀707的输出端与蒸发冷凝器702的右侧输入端连接。
如图5所示，第二加压泵703出口的高压流体(100bar左右)进入工质加热器704，被空气压缩热分级存储单元600中多余的空气压缩热加热，温度升高，进入工质膨胀机701膨胀发电，获取额外的发电量，然后进入蒸发冷凝器702被低温制冷工质冷凝为液态，通过第二加压泵703加压至高压；蒸发冷凝器702出口的气态制冷工质进入第一制冷压缩机705加压至高压，然后进入冷凝器706冷凝为高压液体，通过第一节流阀707节流降压进入蒸发冷凝器702；
为了进一步说明本发明的第一实施例，对图5进行了模拟计算，表一所示为***各关键点参数；***性能参数如表二所示，在该工况下***整体效率可提高10.3％。
表一图5中各工况点参数
表二图5***性能参数
图6为图1所示的液态空气储能***能效提升装置及方法的第二实施例，与图5相比，不同之处在于利用部分多余空气压缩热驱动吸收式制冷循环替代第一制冷压缩机705；多余空气压缩热利用单元700包括：工质膨胀机701、蒸发冷凝器702、第二加压泵703、工质加热器704、冷凝器706、第一节流阀707，还包括：吸收器708、溶液泵709、溶液热交换器710、再生器711、溶液阀712、第七控制阀713、第八控制阀714；
具体地，吸收器708的右侧输入端与蒸发冷凝器702的左侧输出端连接；溶液泵709的输入端与吸收器708的左侧输出端连接；溶液热交换器710的下部输入端与溶液泵709的输出端连接；溶液阀712的输入端与溶液热交换器710的下部输出端连接，溶液阀712的输出端与吸收器708的上部输入端连接；再生器711的下部输入端与溶液热交换器710的上部输出端连接，再生器711的下部输出端与溶液热交换器710的上部输入端连接，再生器711的右侧输出端与冷凝器706的左侧输入端连接；第七控制阀713的左侧输出端与再生器711的左侧输入端连接，第七控制阀713的右侧输出端与工质加热器704的左侧输入端连接，第七控制阀713的下部输入端与多余空气压缩热利用单元700的下部输入端连接；第八控制阀714的左侧输入端与再生器711的左侧输出端连接，第八控制阀714的上部输出端与工质加热器704的左侧输入端连接，第八控制阀714的右侧输出端与多余空气压缩热利用单元700的下部输出端连接。
如图6所示，多余空气压缩热利用单元700中多余空气压缩热的利用分为串联模式和并联模式：
串联模式，空气压缩热分级存储单元600出口的一部分高温流体(多余的空气压缩热，200℃左右)通过流量调节阀219、第七控制阀713进入再生器711加热溶液(NH3-H2O或LiBr-H2O)，高温流体温度降低(温降20℃左右)，通过第八控制阀714进入工质加热器704，加热工质膨胀机701入口的高压流体；
并联模式，空气压缩热分级存储单元600出口的一部分高温流体(多余的空气压缩热，200℃左右)通过流量调节阀219、第七控制阀713分两路：一路进入再生器711，另一路进入工质加热器704。
图7为图1所示的液态空气储能***能效提升装置及方法的第三实施例，其中多余空气压缩热利用单元700包括：蒸发冷凝器702、冷凝器706、第一节流阀707、吸收器708、溶液泵709、溶液热交换器710、再生器711、溶液阀712，还包括第二节流阀715、低温蒸发器716、第二制冷压缩机717；
具体地，第二节流阀715的输入端与蒸发冷凝器702的右侧输出端连接；低温蒸发器716的右侧输入端与第二节流阀715的输出端连接，低温蒸发器716的左侧输入端和右侧输出端分别连接低温流体的进口和出口；第二制冷压缩机717的输入端与低温蒸发器716的左侧输出端连接，第二制冷压缩机717的输出端与蒸发冷凝器702的左侧输入端连接。
如图7所示，多余空气压缩热进入再生器711加热溶液(NH3-H2O)，部分NH3蒸发进入冷凝器706冷凝为液态，通过第一节流阀707节流降压，进入蒸发冷凝器702将第二制冷压缩机717出口的低温制冷剂冷凝(温度-30℃左右)；再生器711出口的稀溶液通过溶液热交换器710、溶液阀712进入吸收器708，吸收蒸发冷凝器702出口的气态NH3，溶液浓度升高，通过溶液泵709、溶液热交换器710进入再生器711；蒸发冷凝器702出口的液态低温制冷剂通过第二节流阀715节流降压，进入低温蒸发器716获取低温冷量(温度-90℃左右)，可用于空气液化循环，提高***液化率；低温蒸发器716出口的气态低温制冷剂经过第二制冷压缩机717加压，进入蒸发冷凝器702。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (11)

1.一种液态空气储能***能效提升装置及方法，其特征在于，该装置包括空气液化循环回路和空气发电循环回路，所述空气液化循环回路包括：
空压机组(100)，所述空压机组(100)具有左侧输入端、左侧输出端、右侧输入端和右侧输出端；
第六控制阀(218)，所述第六控制阀(218)的左侧输入端与所述空压机组(100)的右侧输出端连接；
空气压缩热分级存储单元(600)，所述空气压缩热分级存储单元(600)的左侧端口与所述第六控制阀(218)的右侧端口连接；
第五控制阀(216)，所述第五控制阀(216)的上部端口与所述空气压缩热分级存储单元(600)的右侧端口连接；
第五循环泵(217)，所述第五循环泵(217)的输入端与所述第五控制阀(216)的左侧输出端连接；所述第五循环泵(217)的输出端与所述空压机组(100)的右侧输入端连接；
第一换热器(201)，所述第一换热器(201)的右侧输入端与所述空压机组(100)的左侧输出端连接；所述第一换热器(201)的右上侧输出端与所述空压机组(100)的左侧输入端连接；
第一循环泵(209)，所述第一循环泵(209)的输出端与所述第一换热器(201)的左下侧输入端连接；
第一控制阀(208)，所述第一控制阀(208)的上部输出端与所述第一循环泵(209)的输入端连接；
中品位冷能分级存储单元(300)，所述中品位冷能分级存储单元(300)的左侧端口与所述第一控制阀(208)的右侧端口连接；
第二控制阀(210)，所述第二控制阀(210)的上部输入端与所述第一换热器(201)的右下侧输出端连接；所述第二控制阀(210)的左侧端口与所述中品位冷能分级存储单元(300)的右侧端口连接；
第二换热器(202)，所述第二换热器(202)的右侧输入端与所述第一换热器(201)的左侧输出端连接；所述第二换热器(202)的右上侧输出端与所述第一换热器(201)的左上侧输入端连接；
第三循环泵(213)，所述第三循环泵(213)的输出端与所述第二换热器(202)的左下侧输入端连接；
第三控制阀(212)，所述第三控制阀(212)的上部输出端与所述第三循环泵(213)的输入端连接；
高品位冷能分级存储单元(400)，所述高品位冷能分级存储单元(400)的左侧端口与所述第三控制阀(212)的右侧端口连接；
第四控制阀(214)，所述第四控制阀(214)的左侧端口与所述高品位冷能分级存储单元(400)的右侧端口连接；所述第四控制阀(214)的上部输入端与所述第二换热器(202)的右下侧输出端连接；
低温透平(203)，所述低温透平(203)的输入端与所述第二换热器(202)的左侧输出端连接；
液态空气储罐(204)，所述液态空气储罐(204)的上部输入端与所述低温透平(203)的输出端连接；所述液态空气储罐(204)的上部输出端与所述第二换热器(202)的左上侧输入端连接；
所述空气发电循环回路与空气液化循环回路共用液态空气储罐(204)、第一控制阀(208)、第二控制阀(210)、第三控制阀(212)、第四控制阀(214)、第五控制阀(216)、第六控制阀(218)、中品位冷能分级存储单元(300)、高品位冷能分级存储单元(400)和空气压缩热分级存储单元(600)，还包括：
第一加压泵(205)，所述第一加压泵(205)的输入端与所述液态空气储罐(204)的右侧输出端连接；
第一蒸发器(206)，所述第一蒸发器(206)的左侧输入端与所述第一加压泵(205)的输出端连接；所述第一蒸发器(206)的左侧输出端与所述第三控制阀(212)的下部输入端连接；
第四循环泵(215)，所述第四循环泵(215)的输出端与所述第一蒸发器(206)的右侧输入端连接；所述第四循环泵(215)的输入端与所述第四控制阀(214)的下部输出端连接；
第二蒸发器(207)，所述第二蒸发器(207)的左侧输入端与所述第一蒸发器(206)的右侧输出端连接；所述第二蒸发器(207)的左侧输出端与所述第一控制阀(208)的下部输入端连接；
第二循环泵(211)，所述第二循环泵(211)的输出端与所述第二蒸发器(207)的右侧输入端连接；所述第二循环泵(211)的输入端与所述第二控制阀(210)的下部输出端连接；
空气透平机组(500)，所述空气透平机组(500)的上部输入端与所述第二蒸发器(207)的右侧输出端连接；所述空气透平机组(500)的右侧输入端与所述第六控制阀(218)的下部输出端连接；
流量调节阀(219)，所述流量调节阀(219)的左侧输入端与所述第六控制阀(218)的下部输出端连接；
第六循环泵(220)，所述第六循环泵(220)的输入端与所述空气透平机组(500)的右侧输出端连接；所述第六循环泵(220)的输出端与所述第五控制阀(216)下部输入端连接；
多余空气压缩热利用单元(700)，所述多余空气压缩热利用单元(700)的下部输入端与所述流量调节阀(219)的右侧输出端连接；所述多余空气压缩热利用单元(700)的下部输出端与所述第六循环泵(220)的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的液态空气储能***能效提升装置及方法，其特征在于，所述空压机组(100)包含一个或多个压缩机和冷却器；所述空气透平机组(500)包含一个或多个透平和加热器。
3.根据权利要求1所述的液态空气储能***能效提升装置及方法，其特征在于，所述中品位冷能分级存储单元(300)、高品位冷能分级存储单元(400)和空气压缩热分级存储单元(600)均包含一级或多级串联。
4.根据权利要求1所述的液态空气储能***能效提升装置及方法，其特征在于，所述多余空气压缩热利用单元(700)包括：
工质膨胀机(701)，所述工质膨胀机(701)具有一个输入端和一个输出端；
蒸发冷凝器(702)，所述蒸发冷凝器(702)的左侧输入端与所述工质膨胀机(701)的输出端连接；
第二加压泵(703)，所述第二加压泵(703)的输入端与所述蒸发冷凝器(702)的右侧输出端连接；
工质加热器(704)，所述工质加热器(704)的右侧输入端与所述第二加压泵(703)的输出端连接；所述工质加热器(704)的左侧输出端与所述工质膨胀机(701)的输入端连接；所述工质加热器(704)的左侧输入端与所述多余空气压缩热利用单元(700)的下部输入端连接；所述工质加热器(704)的右侧输出端与所述多余空气压缩热利用单元(700)的下部输出端连接；
第一制冷压缩机(705)，所述第一制冷压缩机(705)的输入端与所述蒸发冷凝器(702)的左侧输出端连接；
冷凝器(706)，所述冷凝器(706)的左侧输入端与所述第一制冷压缩机(705)的输出端连接；所述冷凝器(706)的右侧输入端与左侧输出端分别连接冷却介质的进口和出口；
第一节流阀(707)，所述第一节流阀(707)的输入端与所述冷凝器(706)的右侧输出端连接；所述第一节流阀(707)的输出端与所述蒸发冷凝器(702)的右侧输入端连接。
5.根据权利要求4所述的液态空气储能***能效提升装置及方法，其特征在于，所述多余空气压缩热利用单元(700)还包括：
吸收器(708)，所述吸收器(708)的右侧输入端与所述蒸发冷凝器(702)的左侧输出端连接；
溶液泵(709)，所述溶液泵(709)的输入端与所述吸收器(708)的左侧输出端连接；
溶液热交换器(710)，所述溶液热交换器(710)的下部输入端与所述溶液泵(709)的输出端连接；
溶液阀(712)，所述溶液阀(712)的输入端与所述溶液热交换器(710)的下部输出端连接；所述溶液阀(712)的输出端与所述吸收器(708)的上部输入端连接；
再生器(711)，所述再生器(711)的下部输入端与所述溶液热交换器(710)的上部输出端连接；所述再生器(711)的下部输出端与所述溶液热交换器(710)的上部输入端连接；所述再生器(711)的右侧输出端与所述冷凝器(706)的左侧输入端连接；
第七控制阀(713)，所述第七控制阀(713)的左侧输出端与所述再生器(711)的左侧输入端连接；所述第七控制阀(713)的右侧输出端与所述工质加热器(704)的左侧输入端连接；所述第七控制阀(713)的下部输入端与所述多余空气压缩热利用单元(700)的下部输入端连接；
第八控制阀(714)，所述第八控制阀(714)的左侧输入端与所述再生器(711)的左侧输出端连接；所述第八控制阀(714)的上部输出端与所述工质加热器(704)的左侧输入端连接；所述第八控制阀(714)的右侧输出端与所述多余空气压缩热利用单元(700)的下部输出端连接；
第二节流阀(715)，所述第二节流阀(715)的输入端与所述蒸发冷凝器(702)的右侧输出端连接；
低温蒸发器(716)，所述低温蒸发器(716)的右侧输入端与所述第二节流阀(715)的输出端连接；所述低温蒸发器(716)的左侧输入端和右侧输出端分别连接低温流体的进口和出口；
第二制冷压缩机(717)，所述第二制冷压缩机(717)的输入端与所述低温蒸发器(716)的左侧输出端连接；所述第二制冷压缩机(717)的输出端与所述蒸发冷凝器(702)的左侧输入端连接。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的液态空气储能***能效提升装置及方法，其特征在于，空气液化循环可以采用空气或氮气工质；中品位冷能分级存储单元(300)的传热流体可以为甲醇或空气；高品位冷能分级存储单元(400)的传热流体可以为丙烷或空气；空气压缩热分级存储单元(600)的传热流体可以为导热油或硅油；工质膨胀机(701)可以采用R134A或R32工质；第一制冷压缩机(705)可以采用R134A或R410A常温制冷剂；蒸发冷凝器(702)可以为蓄冷型换热器或常规板式换热器；第二制冷压缩机(717)可以采用R508B或R23超低温制冷工质；吸收器(708)和再生器(711)可以采用NH3-H2O或LiBr-H2O溶液。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的液态空气储能***能效提升装置及方法，其特征在于，装置在用电低谷时段，空气液化循环工作：环境空气净化后，进入空压机组(100)加压至高压，同时将空气压缩过程产生的压缩热分级存储在空气压缩热分级存储单元(600)；空压机组(100)出口的高压空气经过第一换热器(201)、第二换热器(202)逐步冷却至低温，进入低温透平(203)膨胀降压，获取液态空气，并存储在液态空气储罐(204)；
用电高峰时段，空气发电循环工作：液态空气储罐(204)出口的液态空气经过第一加压泵(205)加压至高压，进入第一蒸发器(206)释放高品位冷能，并分级存储在高品位冷能分级存储单元(400)；经过第二蒸发器(207)释放中品位冷能，并分级存储在中品位冷能分级存储单元(300)，然后进入空气透平机组(500)膨胀发电；空气压缩热分级存储单元(600)存储的空气压缩热，一部分用于空气透平机组(500)，加热膨胀前的空气，另一部分用于多余空气压缩热利用单元(700)。
8.根据权利要求7所述的液态空气储能***能效提升装置及方法，其特征在于，中品位冷能分级存储单元(300)、高品位冷能分级存储单元(400)和空气压缩热分级存储单元(600)均采用分级存储，可以有效降低传热过程的损失；此外各级均采用保温材料隔热，可以有效避免不同能级冷/热能混合造成的损失。
9.根据权利要求7所述的液态空气储能***能效提升装置及方法，其特征在于，多余空气压缩热利用单元(700)采用的是空气压缩热分级存储单元(600)中多余的空气压缩热，并不影响空气透平机组(500)的发电量。
10.根据权利要求7所述的液态空气储能***能效提升装置及方法，其特征在于，多余空气压缩热利用单元(700)可以利用多余的空气压缩热驱动朗肯循环，获取额外的发电量，提高***发电量。
11.根据权利要求7所述的液态空气储能***能效提升装置及方法，其特征在于，多余空气压缩热利用单元(700)可以利用多余的空气压缩热驱动吸收式制冷循环获取低温冷量，该低温冷量可进一步通过蒸汽压缩制冷循环转变为超低温冷量，用于空气液化循环，提高***液化率。
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