本發(fā)明涉及一種冷力發(fā)電裝置，具體涉及一種采用液態(tài)氣體儲(chǔ)能的冷力發(fā)電裝置。

背景技術(shù)：

1、氣體產(chǎn)品作為現(xiàn)代工業(yè)重要的基礎(chǔ)原料，應(yīng)用范圍十分廣泛。

2、為了便于大量的儲(chǔ)存和輸運(yùn)，通常將氣體進(jìn)行液化，變成液態(tài)氣體以提高運(yùn)輸和儲(chǔ)存的效率。使用時(shí)，再將液態(tài)氣體如lng（液化天然氣）、液態(tài)空氣、液氮、液氧、液氫、液體二氧化碳、液氨等轉(zhuǎn)化為常溫氣體，這個(gè)過(guò)程中大量的可用冷能釋放出來(lái)，目前這部分冷能的大部分沒(méi)有得到有效的利用，浪費(fèi)了大量的寶貴資源。以lng為例：目前世界上的lng冷能利用項(xiàng)目大都是單一用戶，極少有多用戶集成的項(xiàng)目，迄今僅有約20%lng的冷能被利用；冷能利用量?jī)H占lng?冷能總量的8%左右。在現(xiàn)在的利用技術(shù)中，除空分利用的溫位在-145～-75℃外，其他用戶用冷溫位大都與lng氣化的冷能溫度分布不匹配，即“高質(zhì)低用”，過(guò)程可用能損失大，例如目前的冷能發(fā)電其實(shí)質(zhì)只是冷能的低品位利用。

3、在碳中和的大背景下，構(gòu)筑新能源為主體的新型電力系統(tǒng)成為全球共識(shí)，儲(chǔ)能將作為核心環(huán)節(jié)參與其中，是維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要保障。

4、由于光伏及風(fēng)力發(fā)電具有隨機(jī)性、間歇性等特點(diǎn)，并且電力具有供需實(shí)時(shí)平衡以及難以大規(guī)模存儲(chǔ)的特征，大規(guī)模的光伏及風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)并網(wǎng)將會(huì)加劇電力系統(tǒng)供需兩側(cè)的雙重波動(dòng)性和不確定性，系統(tǒng)調(diào)峰難度大，并帶來(lái)了棄光、棄風(fēng)等一系列問(wèn)題，而儲(chǔ)能可以平抑光伏及風(fēng)力發(fā)電的不穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)電力供需的動(dòng)態(tài)平衡。

5、夏季電力需求旺盛，峰谷電價(jià)差持續(xù)擴(kuò)大，17省區(qū)峰谷電價(jià)差超0.7元/kwh，工商業(yè)儲(chǔ)能項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性凸顯。2024年7月，夏季來(lái)臨，全國(guó)各地區(qū)峰谷電價(jià)差擴(kuò)大，共有17個(gè)地區(qū)峰谷電價(jià)差超過(guò)0.7元/kwh，其中前三位分別為廣東?。ㄖ?三角五市）、海南省和江蘇省，最大峰谷價(jià)差分別達(dá)到1.27元/kwh、1.22元/kwh和1.14元/kwh，峰谷套利經(jīng)濟(jì)性顯著提高。即使在電力需求相對(duì)平穩(wěn)的春季，3月仍有16個(gè)地區(qū)峰谷電價(jià)差超0.7元/kwh，有效保障了工商業(yè)儲(chǔ)能系統(tǒng)在全年維度上峰谷套利的盈利穩(wěn)定性。

6、新能源供電體系中將面臨電能供需錯(cuò)位等問(wèn)題，儲(chǔ)能、虛擬電廠、微電網(wǎng)等調(diào)節(jié)手段不可或缺。電能是動(dòng)態(tài)的過(guò)程性能源，不易儲(chǔ)存，主要通過(guò)電力網(wǎng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、輸送和消納同步進(jìn)行。新能源（如風(fēng)能和太陽(yáng)能）發(fā)電方式受天氣條件影響較大，?具有間歇性、波動(dòng)性和不穩(wěn)定性的特點(diǎn)，大規(guī)模應(yīng)用會(huì)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生沖擊。為應(yīng)對(duì)新能源發(fā)電的發(fā)電特征，儲(chǔ)能、虛擬?電廠、微電網(wǎng)等調(diào)節(jié)手段未來(lái)都將迎來(lái)大規(guī)模應(yīng)用。因此儲(chǔ)能的配置在未來(lái)的綠電能源體系中是不可或缺的，新型儲(chǔ)能在促進(jìn)新能源開發(fā)消納和電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行等方面的作用正在逐步顯現(xiàn)。

7、傳統(tǒng)運(yùn)載器如汽車、柴油車、飛機(jī)及船舶等，采用油氣等作為燃料驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)或內(nèi)燃機(jī)，提供驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，燃料燃燒過(guò)程必然產(chǎn)生熱污染及其他污染物等，例如氮氧化物、燃料帶入并在燃燒過(guò)程產(chǎn)生的硫氧化物、二噁英等，會(huì)造成對(duì)人及環(huán)境的危害。

8、作為新能源汽車的代表，純電動(dòng)汽車發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，且有替代油氣車的政策驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向。而目前純電動(dòng)汽車存在一定的問(wèn)題：續(xù)航里程普遍較短，通常300公里以內(nèi)，相比燃油燃?xì)廛嚸黠@不足；充電時(shí)間長(zhǎng)，充電不夠便捷；蓄電池壽命有限，充放電次數(shù)有限制，需要定期更換，而且蓄電池的回收處理問(wèn)題亟需解決；蓄電池的數(shù)量多，有很多電池模塊采用串并聯(lián)方式連接，電池之間的連接焊點(diǎn)或連接處，如出現(xiàn)虛焊等，極易發(fā)熱，引發(fā)的火災(zāi)事故救援難且危害大。

9、報(bào)道中的空氣能汽車，采用高壓儲(chǔ)氣罐中儲(chǔ)存的高壓空氣作為動(dòng)力源，清潔、環(huán)保，但儲(chǔ)能密度較低。

10、因此，?如何回收液態(tài)氣體的高品位冷能、如何利用液態(tài)氣體儲(chǔ)能并回收液態(tài)氣體冷能用于冷力發(fā)電，乃至采用液態(tài)氣體為運(yùn)載器的新能源并用作驅(qū)動(dòng)動(dòng)力來(lái)源，值得深入研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為解決上述問(wèn)題、提供一種冷力發(fā)電裝置，既可以用于構(gòu)建一種儲(chǔ)能型冷力發(fā)電廠，也可以用于工廠常用液化氣體的冷能回收，還可以利用儲(chǔ)存的液化氣體進(jìn)行冷力發(fā)電，為運(yùn)載器如汽油車、柴油車、船舶或飛行器等提供驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。

2、一種冷力發(fā)電裝置，其實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

3、儲(chǔ)能時(shí)：

4、采用低壓儲(chǔ)液罐3或高壓儲(chǔ)液罐5儲(chǔ)能，采用高壓儲(chǔ)液罐5儲(chǔ)能時(shí)，低壓儲(chǔ)液罐3中的液態(tài)氣體經(jīng)過(guò)高壓泵4增壓后，進(jìn)入高壓儲(chǔ)液罐5儲(chǔ)能，所述高壓儲(chǔ)液罐5的高壓是相對(duì)于低壓儲(chǔ)液罐3而言；

5、釋能時(shí)：

6、低壓儲(chǔ)液罐3或高壓儲(chǔ)液罐5中的液態(tài)氣體經(jīng)高壓端回冷器13釋放冷量、氣化形成高壓氣態(tài)氣體15，進(jìn)入氣體膨脹機(jī)17膨脹做功，拖動(dòng)氣體發(fā)電機(jī)18發(fā)電，氣體膨脹機(jī)排氣19進(jìn)入低沸點(diǎn)工質(zhì)冷凝器21釋放冷量后排出，成為輸出氣體22，輸出氣體22可作為冷庫(kù)或空調(diào)系統(tǒng)等用冷單元的冷源；低沸點(diǎn)工質(zhì)冷凝器21中利用氣體膨脹機(jī)排氣19釋放的冷量，將氣態(tài)低沸點(diǎn)工質(zhì)27液化，再送入低沸點(diǎn)工質(zhì)循環(huán)泵23升壓后，經(jīng)低沸點(diǎn)工質(zhì)蒸發(fā)器24氣化，形成的氣態(tài)低沸點(diǎn)工質(zhì)進(jìn)入低沸點(diǎn)工質(zhì)膨脹機(jī)25膨脹做功，拖動(dòng)低沸點(diǎn)工質(zhì)發(fā)電機(jī)26發(fā)電，從低沸點(diǎn)工質(zhì)膨脹機(jī)25排出的氣態(tài)低沸點(diǎn)工質(zhì)27再進(jìn)入低沸點(diǎn)工質(zhì)冷凝器21吸收冷量液化，從而形成低沸點(diǎn)工質(zhì)朗肯循環(huán)回路。

7、所述高壓端回冷器13中，回冷介質(zhì)20吸收液態(tài)氣體氣化時(shí)釋放的冷量，形成供用冷單元介質(zhì)37，供工藝生產(chǎn)使用；

8、或者所述高壓端回冷器13中，氣體膨脹機(jī)排氣19進(jìn)入低沸點(diǎn)工質(zhì)冷凝器21釋放冷量后排出的輸出氣體22，輸出氣體22分流出的返流氣8，經(jīng)壓縮機(jī)9壓縮后進(jìn)入高壓端回冷器13，吸收液態(tài)氣體氣化時(shí)釋放的冷量形成液態(tài)返流氣10，返回低壓儲(chǔ)液罐3；

9、或者所述高壓端回冷器13中，氣體膨脹機(jī)抽氣16經(jīng)高壓端回冷器13吸收液態(tài)氣體氣化時(shí)釋放的冷量，形成高壓端液態(tài)抽氣11，返回低壓儲(chǔ)液罐3。

10、設(shè)有氣體液化單元2：?jiǎn)谓M分或多組分氣體1經(jīng)氣體液化單元2制取液態(tài)氣體，送入低壓儲(chǔ)液罐3儲(chǔ)能；或者單組分或多組分氣體1經(jīng)氣體液化單元2制取液空，送入低壓儲(chǔ)液罐3，低壓儲(chǔ)液罐3中的液態(tài)氣體再經(jīng)過(guò)高壓泵4增壓后，進(jìn)入高壓儲(chǔ)液罐5儲(chǔ)能。

11、上述的氣體液化單元2，采用公知的空分或制氧機(jī)原理、氣體壓縮液化原理（如精餾等）進(jìn)行氣體液化操作，如cn2013100302473-一種空氣等壓分離制取氧氮的空分裝置、cn2013100309237-一種等壓分離制取氧氮的空分裝置等提供了可制取液態(tài)氣體的技術(shù)途徑。

12、所述的氣體液化單元2包括氣體壓縮、冷卻過(guò)程，還包括氣體的凈化與純化。

13、所述氣體膨脹機(jī)17與低沸點(diǎn)工質(zhì)膨脹機(jī)25為渦旋式、螺桿式、離心式、透平式或活塞式膨脹機(jī)。

14、所述氣體發(fā)電機(jī)18、低沸點(diǎn)工質(zhì)發(fā)電機(jī)26為交流發(fā)電機(jī)或直流發(fā)電機(jī)。

15、所述低壓儲(chǔ)液罐3或高壓儲(chǔ)液罐5中的液態(tài)氣體為液態(tài)空氣、液態(tài)天然氣、液氫、液氧、液氮、液氬、液態(tài)富氧空氣、液態(tài)富氮空氣或液態(tài)二氧化碳等。所述的富氧空氣是指氣體中的氧氣組分高于空氣中的氧氣組分含量，所述的富氮空氣是指氣體中的氮?dú)饨M分高于空氣中的氮?dú)饨M分含量。

16、所述低沸點(diǎn)工質(zhì)朗肯循環(huán)回路中的低沸點(diǎn)工質(zhì)，其標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸點(diǎn)小于-10℃，例如cn2013100293794-蒸汽朗肯-低沸點(diǎn)工質(zhì)朗肯聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置、cn2013100293775-抽汽型蒸汽朗肯-低沸點(diǎn)工質(zhì)朗肯聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置等，提供了低沸點(diǎn)工質(zhì)的進(jìn)一步說(shuō)明。例如可選用丙烷作為低沸點(diǎn)工質(zhì)朗肯循環(huán)回路的工質(zhì)。

17、上述低沸點(diǎn)工質(zhì)蒸發(fā)器24的加熱工質(zhì)為熱媒30，可選擇常溫的空氣或海水等，在低沸點(diǎn)工質(zhì)蒸發(fā)器24中加熱液態(tài)的低沸點(diǎn)工質(zhì)，使之氣化，從低沸點(diǎn)工質(zhì)蒸發(fā)器24出來(lái)的溫度降低的冷媒31，可作為冷源供冷給冷庫(kù)或冷能海水淡化系統(tǒng)等用冷單元。

18、所述氣體液化單元2為空氣液化單元時(shí)，設(shè)有精餾單元33：從低壓儲(chǔ)液罐3出來(lái)的液空，經(jīng)液空泵32增壓后，進(jìn)入精餾單元33，產(chǎn)生液氧34及氣相氮?dú)廨敵觯?/p>

19、設(shè)有液化單元35：從精餾單元33產(chǎn)生的氣相氮?dú)?，?jīng)液化單元35，制得液氮36。

20、所述的精餾單元33參照空分裝置的精餾塔設(shè)計(jì)、安裝、操作。

21、所述的液化單元35采用常規(guī)壓縮制冷工藝或低溫膨脹機(jī)工藝實(shí)現(xiàn)。

22、設(shè)有低壓氣化器28：所述低壓氣化器28的一端通過(guò)管線連接所述低壓儲(chǔ)液罐3的底部液體側(cè)，另一端通過(guò)管線連接所述低壓儲(chǔ)液罐3的頂部氣體側(cè)；低壓儲(chǔ)液罐3中儲(chǔ)存的液態(tài)氣體釋能時(shí)，低壓儲(chǔ)液罐3內(nèi)的壓力降低，通過(guò)加熱低壓氣化器28中的液態(tài)氣體，使之氣化進(jìn)入低壓儲(chǔ)液罐3的頂部氣體空間，從而維持低壓儲(chǔ)液罐3內(nèi)的壓力穩(wěn)定。

23、設(shè)有高壓氣化器29：所述高壓氣化器29的一端通過(guò)管線連接所述高壓儲(chǔ)液罐5的底部液體側(cè)，另一端通過(guò)管線連接所述高壓儲(chǔ)液罐5的頂部氣體側(cè)；高壓儲(chǔ)液罐5中儲(chǔ)存的液態(tài)氣體釋能時(shí)，高壓儲(chǔ)液罐5內(nèi)的壓力降低，通過(guò)加熱高壓氣化器29中的液態(tài)氣體，使之氣化進(jìn)入高壓儲(chǔ)液罐5的頂部氣體空間，從而維持高壓儲(chǔ)液罐5內(nèi)的壓力穩(wěn)定。

24、所述低壓氣化器28或高壓氣化器29中的加熱器采用金屬盤管或翅片管等制成，加熱介質(zhì)優(yōu)選為空氣，加熱介質(zhì)宜少含水，避免操作不當(dāng)使加熱器結(jié)冰堵塞。

25、高壓儲(chǔ)液罐5的液態(tài)氣體因吸熱使得壓力升高時(shí)，設(shè)有泄壓閥6釋放壓力，防止超壓事故發(fā)生；低壓儲(chǔ)液罐3亦類此設(shè)置泄壓閥門。

26、所述氣體膨脹機(jī)17、低沸點(diǎn)工質(zhì)膨脹機(jī)25、壓縮機(jī)9中的兩個(gè)或三個(gè)，可共軸布置。

27、設(shè)有低壓端回冷器14：從氣體膨脹機(jī)17抽出的氣體膨脹機(jī)抽氣16經(jīng)低壓端回冷器14吸收氣體膨脹機(jī)排氣19的冷量，產(chǎn)生的低壓端液態(tài)抽氣12返回至低壓儲(chǔ)液罐3，氣體膨脹機(jī)17的排氣經(jīng)低壓端回冷器14進(jìn)入低沸點(diǎn)工質(zhì)冷凝器21。

28、本發(fā)明中未說(shuō)明的設(shè)備及其系統(tǒng)、管道、儀表、閥門、保冷、具有調(diào)節(jié)功能旁路設(shè)施等，參照或按照公知的傳統(tǒng)工藝中的成熟技術(shù)進(jìn)行配套。

29、本發(fā)明中的設(shè)備及管道采用需要的回?zé)?、回冷、回質(zhì)等措施。

30、本發(fā)明中未提及的部分如安全附件、自動(dòng)控制等，采用現(xiàn)有公知技術(shù)進(jìn)行配套，即將現(xiàn)有的成熟可靠的合理技術(shù)措施應(yīng)用于本裝置。

31、本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

32、1、相比現(xiàn)有的液態(tài)空氣儲(chǔ)能熱力發(fā)電站，本發(fā)明保留了液態(tài)空氣儲(chǔ)能熱力發(fā)電站的優(yōu)點(diǎn)，提供了一種全新的儲(chǔ)能型冷力發(fā)電裝置，采用抽氣回冷液化或返流氣回冷液化等工藝回收液態(tài)氣體的高品位冷能，是對(duì)傳統(tǒng)冷力發(fā)電技術(shù)的改進(jìn)；

33、2、相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明可結(jié)合儲(chǔ)能型冷力發(fā)電系統(tǒng)富余冷能多的特點(diǎn)，跟大型冷庫(kù)、中央空調(diào)或采用冷源方式進(jìn)行海水淡化的系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，或者用作集中供冷系統(tǒng)的冷源，實(shí)現(xiàn)冷電聯(lián)產(chǎn)；

34、3、相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的冷力發(fā)電系統(tǒng)，可有效吸納光電、風(fēng)電或用于“移谷填峰”，優(yōu)化運(yùn)行，氣體液化單元可選用來(lái)源極其豐富的環(huán)境空氣，潔凈、環(huán)保，根據(jù)市場(chǎng)需求，聯(lián)產(chǎn)液氧、氮?dú)?、液氮，從而提高冷力發(fā)電裝置的綜合優(yōu)勢(shì)；

35、4、相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明可選用液態(tài)空氣作為載能體用于冷力發(fā)電，為運(yùn)載器提供驅(qū)動(dòng)動(dòng)力；

36、5、相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明可用于液化氣體冷能的高效回收利用；

37、6、本發(fā)明的儲(chǔ)能型冷力發(fā)電裝置，可方便作為供戰(zhàn)時(shí)人群使用的分布式冷力發(fā)電站，如只要有轉(zhuǎn)運(yùn)來(lái)的液空，即可使用備用電源啟動(dòng)冷力發(fā)電機(jī)組，供電、供冷，且能提供優(yōu)質(zhì)的空氣資源用于防空設(shè)施空間呼吸。