本技術(shù)涉及低溫儲能，尤其涉及一種應用于液氫儲能的液氮液氖聯(lián)合蓄冷系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、液氫具有儲存密度高、運輸成本低、工作壓力低等優(yōu)點，逐漸成為長距離、大容量、長時間的大規(guī)模儲能，以及耦合電解水制氫進行棄電消納、平抑波動、移峰填谷的有效手段。

2、由于氫液化溫度低至20k，導致液化過程功耗達到12-15kwh/kg，越低溫度的氫冷量火用越大，不可逆性越大，因此，在再次汽化使用氫氣之前，必須要采用一定措施減少高品質(zhì)冷火用的浪費，來提高整個過程的效率和能量利用率，以實現(xiàn)降本增效。

3、目前液氫儲能系統(tǒng)大多數(shù)關(guān)于耦合多個換熱單元或冷能發(fā)電裝置，例如專利cn114232005a公開了一種耦合電解水制氫、液氮預冷氫液化系統(tǒng)、液氫-液氮及液氫-載冷劑的換熱系統(tǒng)、空氣分離系統(tǒng)的儲能方法，cn?218888212?u公開了一種利用光伏、風電、潮汐能電解水制氫的分布式液氫儲能系統(tǒng)，采用了液氖膨脹發(fā)電機組回收液氫冷能等，由于利用多個冷能發(fā)電裝置的方法會增加整個系統(tǒng)的復雜程度，且輸出的能量收到各個節(jié)點參數(shù)限制，難以統(tǒng)一規(guī)劃，而目前采用多個換熱單元的系統(tǒng)又無法對液氫77k以下的溫區(qū)進行很好的匹配。

4、鑒于此，本實用新型提供一種應用于液氫儲能的液氮液氖聯(lián)合蓄冷系統(tǒng)，利用常壓液氮、高壓液氖和常壓液氖來匹配液氫的各個溫區(qū)，能夠?qū)崿F(xiàn)對液氫低溫區(qū)高品質(zhì)冷能回收。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決冷能回收系統(tǒng)無法回收液氫低溫區(qū)冷能的問題，本實用新型提出一種應用于液氫儲能的液氮液氖聯(lián)合蓄冷系統(tǒng)。

2、本實用新型通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

3、本實用新型提出應用于液氫儲能的液氮液氖聯(lián)合蓄冷系統(tǒng)包括蓄冷單元、液化單元和供電單元，其中：

4、所述蓄冷單元包括第一壓縮機、第一儲罐、第二儲罐、第三儲罐、第四儲罐、第五儲罐、第一換熱器、第二換熱器、第三換熱器、第四換熱器和第五換熱器，所述第一儲罐的一個出口端依次連接第一換熱器的第一換熱側(cè)、第二換熱器的第一換熱側(cè)和第五儲罐，所述第二儲罐的一個出口端依次連接第一壓縮機、第一換熱器的第二換熱側(cè)、第三換熱器的第一換熱側(cè)和第四儲罐，所述第二儲罐的另一個出口端依次連接所述第一換熱器的第三換熱側(cè)、第三換熱器的第二換熱側(cè)、第四換熱器的第一換熱側(cè)和第三儲罐，所述第五換熱器的第一換熱側(cè)連接有二氧化碳源；

5、所述液化單元包括制氫裝置、預冷換熱器、正仲氫轉(zhuǎn)換器、末級換熱器和液氫儲罐；

6、所述供電單元包括儲存模塊和供電模塊；

7、當蓄冷單元蓄冷時，制氫裝置出口端依次連接預冷換熱器的第一換熱側(cè)、正仲氫轉(zhuǎn)換器、末級換熱器第一換熱側(cè)和液氫儲罐，液氫儲罐出口端依次連接第四換熱器的第二換熱側(cè)、第三換熱器的第三換熱器、第二換熱器的第二換熱側(cè)、第一換熱器的第四換熱側(cè)、第五換熱器的第二換熱側(cè)和供電模塊；

8、當蓄冷單元釋冷時，制氫裝置出口端依次連接第五換熱器的第二換熱側(cè)、第一換熱器的第四換熱側(cè)、第二換熱器的第二換熱側(cè)、第三換熱器的第三換熱側(cè)和第四換熱器的第二換熱側(cè)，末級換熱器的第一換熱側(cè)和液氫儲罐。

9、進一步地，還包括循環(huán)單元，所述循環(huán)單元包括第二壓縮機和第一膨脹機，所述第二壓縮機出口端依次連接所述預冷換熱器的第二換熱側(cè)、所述第一膨脹機、所述末級換熱器的第二換熱側(cè)、所述預冷換熱器的第三換熱側(cè)，并連回至所述第二壓縮機入口端。

10、進一步地，所述末級換熱器的第一換熱側(cè)至所述液氫儲罐之間還設(shè)置有節(jié)流閥。

11、進一步地，所述制氫裝置至所述預冷換熱器的第一換熱側(cè)、所述第一換熱器的第四換熱側(cè)之間還設(shè)有第三壓縮機。

12、進一步地，所述供電模塊包括氫汽輪機和燃料電池堆，所述第五換熱器的第一換熱側(cè)依次連接所述氫汽輪機和所述燃料電池堆。

13、進一步地，所述儲存模塊至所述第四換熱器的第二換熱側(cè)之間還設(shè)有第四壓縮機。

14、進一步地，應用于液氫儲能的液氮液氖聯(lián)合蓄冷系統(tǒng)的蓄冷方法包括以下步驟：

15、當蓄冷單元蓄冷時,儲存模塊內(nèi)的液氫依次經(jīng)過第四換熱器的第二換熱側(cè)、第三換熱器的第三換熱側(cè)、第二換熱器的第二換熱側(cè)、第一換熱器的第四換熱側(cè)和第五換熱器的第二換熱側(cè)釋放冷量，第一儲罐內(nèi)的氮氣依次經(jīng)過第一換熱器的預冷和第二換熱器的再次降溫并轉(zhuǎn)化為液氮儲存至第五儲罐內(nèi)，第二儲罐內(nèi)的一部分氖氣經(jīng)過第一壓縮機的壓縮后，高壓氖氣依次經(jīng)過第一換熱器預冷和第三換熱器的再次降溫并轉(zhuǎn)化為高壓液氖儲存至第四儲罐中，第二儲罐內(nèi)的另一部分氖氣經(jīng)過第一換熱器預冷、第三換熱器和第四換熱器的冷卻降溫轉(zhuǎn)化為常壓液氖儲存至第三儲罐內(nèi)，二氧化碳經(jīng)過第五換熱器與氫氣換熱降溫。

16、當蓄冷單元釋冷時,增壓后的氫氣依次經(jīng)過第一換熱器、第二換熱器、第三換熱器、第四換熱器與液氮、常壓液氖、高壓液氖進行換熱逐級冷卻，再經(jīng)過末級換熱器換熱并轉(zhuǎn)化為液氫儲存至液氫儲罐內(nèi)。

17、本實用新型的有益效果：

18、(1)本實用新型提出的應用于液氫儲能的液氮液氖聯(lián)合蓄冷系統(tǒng)以梯級換熱利用常壓氖、高壓氖和常壓氮進行回收液氫冷能，能夠最大限度匹配液氫的釋冷溫區(qū)，利用梯級蓄冷降低換熱溫差，提高低溫區(qū)高品質(zhì)冷能回收率，最后再利用回收的冷能在氫氣再次液化時對氫氣進行降溫，以增加液氫產(chǎn)出，減小液化功耗。

19、(2)本實用新型提出的應用于液氫儲能的液氮液氖聯(lián)合蓄冷系統(tǒng)將液化二氧化碳作為補充工質(zhì)，來進一步回收液氫高溫區(qū)的冷量，并將液化二氧化碳進行高溫區(qū)預冷或單獨輸出至外部進行發(fā)電、制冷，提高冷能利用。

20、(3)本實用新型提出的應用于液氫儲能的液氮液氖聯(lián)合蓄冷系統(tǒng)的蓄冷單元作為獨立單元，回收的冷能以液氖液氮的形式儲存，可以適用于長時間遠距離的調(diào)配，系統(tǒng)靈活性更高。

技術(shù)特征：

1.一種應用于液氫儲能的液氮液氖聯(lián)合蓄冷系統(tǒng)，其特征在于，包括蓄冷單元、液化單元和供電單元，其中：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用于液氫儲能的液氮液氖聯(lián)合蓄冷系統(tǒng)，其特征在于，還包括循環(huán)單元，所述循環(huán)單元包括第二壓縮機和第一膨脹機，所述第二壓縮機出口端依次連接所述預冷換熱器的第二換熱側(cè)、所述第一膨脹機、所述末級換熱器的第二換熱側(cè)、所述預冷換熱器的第三換熱側(cè)，并連回至所述第二壓縮機入口端。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用于液氫儲能的液氮液氖聯(lián)合蓄冷系統(tǒng)，其特征在于，所述末級換熱器的第一換熱側(cè)至所述液氫儲罐之間還設(shè)置有節(jié)流閥。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用于液氫儲能的液氮液氖聯(lián)合蓄冷系統(tǒng)，其特征在于，所述制氫裝置至所述預冷換熱器的第一換熱側(cè)、所述第一換熱器的第四換熱側(cè)之間還設(shè)有第三壓縮機。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用于液氫儲能的液氮液氖聯(lián)合蓄冷系統(tǒng)，其特征在于，所述供電模塊包括氫汽輪機和燃料電池堆，所述第五換熱器的第二換熱側(cè)依次連接所述氫汽輪機和所述燃料電池堆。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應用于液氫儲能的液氮液氖聯(lián)合蓄冷系統(tǒng)，其特征在于，所述儲存模塊至所述第四換熱器的第二換熱側(cè)之間還設(shè)有第四壓縮機。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)提出一種應用于液氫儲能的液氮液氖聯(lián)合蓄冷系統(tǒng)及蓄冷方法，具體涉及于低溫儲能技術(shù)領(lǐng)域,所述應用于液氫儲能的液氮液氖聯(lián)合蓄冷系統(tǒng)包括蓄冷單元，蓄冷單元包括第一換熱器、第二換熱器、第三換熱器和第四換熱器，液氫依次經(jīng)過每個換熱器并將冷量以高壓液氖、常壓液氖和常壓液氮進行儲存，在再次液化氫氣時，利用蓄冷單元的高壓液氖、常壓液氖和常壓液氮為氫氣提供預冷冷量，本技術(shù)利用高壓液氖、常壓液氖和常壓液氮作為蓄冷工質(zhì)，并利用梯級換熱來釋冷蓄冷，能夠最大限度匹配液氫的釋冷溫區(qū)，回收27K、40K及77K低溫區(qū)的高品質(zhì)冷能，降低換熱溫差，提高低溫高品質(zhì)冷能回收率。

技術(shù)研發(fā)人員：張趙雪,李正宇,王志平,王倩,龔領(lǐng)會
受保護的技術(shù)使用者：中山先進低溫技術(shù)研究院
技術(shù)研發(fā)日：20240626
技術(shù)公布日：2025/5/15