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申请/专利权人：西安交通大学

摘要：本发明公开了一种太阳能梯级利用的液态空气储能系统及其运行方法，该系统包括液态空气储能系统、光热发电子系统和有机朗肯循环发电子系统。在用电低谷和光照充足时，光热发电子系统产生电能，一部分供给负载使用，另一部分用于驱动液态空气储能子系统。系统采用空气液化和膨胀循环实现储能，将多余电能转化为液态空气储存。在用电高峰时，系统释能，通过气化和膨胀液态工质产生电能，并且以串联、并联换热的方式利用光热热量来加热工质，实现能量梯级利用，解决液态空气释能时膨胀机效率不高的难题。该系统能充分利用液态空气储能的调峰潜力，将光热系统的热能、电能有机结合，有利于提高整体能源转化效率，实现全天候可再生能源利用。

主权项：1.一种太阳能梯级利用的液态空气储能系统，其特征在于：所述系统包括液态空气储能子系统、光热发电子系统、有机朗肯循环发电子系统；其中：所述液态空气储能子系统包括液化储能单元和膨胀释能单元；其中，所述液化储能单元，包括多级压缩机、每级压缩机后连接的空气循环热端换热器、储热罐24、储冷罐25、储冷罐出口泵37、储冷罐出口阀36、蓄冷循环冷端换热器7、蓄冷循环低温罐27、蓄冷循环第一控制阀28、蓄冷循环冷泵44、蓄冷循环常温罐26、低温涡轮8、节流阀9、气液分离器10、储液罐11；工质来自环境空气，空气工质经过每级压缩机及对应的空气循环热端换热器后，进入蓄冷循环冷端换热器7中冷却至液态温度，再进入低温涡轮8膨胀至环境压力，空气经节流阀9节流和气液分离器10成为液态，储存至储液罐11；同时，热油作为换热介质储存至储冷罐25，储冷罐25出口与储冷罐出口泵37和储冷罐出口阀36相连，储冷罐出口阀36分别连接空气循环热端第一换热器2、空气循环热端第二换热器4和空气循环热端第三换热器6的换热入口，换热之后的热油进入储热罐24；同时，丙烷作为蓄冷循环的介质储存在蓄冷循环低温罐27中，蓄冷循环低温罐27连接冷循环第一控制阀28和蓄冷循环冷泵44，蓄冷介质由蓄冷循环冷泵44输送至蓄冷循环冷端换热器7入口，蓄冷循环冷端换热器7出口连接蓄冷循环常温罐26；所述膨胀释能单元包括储液罐11、储液罐出口阀46、低温加压泵12、蓄冷循环常温端换热器13、蓄冷循环低温罐27、蓄冷循环常温罐26、蓄冷循环第一控制阀28、蓄冷循环第二控制阀47、蓄冷循环常温泵45、预热器23、储热罐24、储冷罐25、储热罐出口泵39、储热罐出口阀38、空气循环冷端第一换热器14、第一级空气膨胀机15、空气循环冷端第二换热器16、第二级空气膨胀机17、空气循环冷端第三换热器18、光热第一换热器19、第三级空气膨胀机20、光热第二换热器21、第四级空气膨胀机22；常压液态空气作为储能介质储存在储液罐11中，储液罐11出口连接储液罐出口阀46和低温加压泵12，低温加压泵12将空气介质输送至蓄冷循环常温端换热器13，空气介质换热后进入预热器23，预热器23出口连接空气循环冷端第一换热器14，加热后的空气介质进入第一级空气膨胀机15做功输出电能，第一级空气膨胀机15出口连接空气循环冷端第二换热器16，加热后的空气介质进入第二级空气膨胀机17，之后空气依次进入空气循环冷端第三换热器18和光热第一换热器19进行换热，加热后的空气介质进入第三级空气膨胀机20，出口空气进入光热第二换热器21进行换热，加热后的空气介质进入第四级空气膨胀机22，第四级空气膨胀机22出口连接预热器23；同时，存储着多级压缩热能的热油由储热罐24进入储热罐出口泵39和储热罐出口阀38，热油作为供热介质分别进入空气循环冷端第一换热器14、空气循环冷端第二换热器16和空气循环冷端第三换热器18的换热入口，换热之后的热油进入储冷罐25；同时，蓄冷循环常温罐26中的工质丙烷进入蓄冷循环第二控制阀47和蓄冷循环常温泵45，之后进入蓄冷循环常温端换热器13换热，最后低温的丙烷储存至蓄冷循环低温罐27中；所述光热发电子系统包括太阳能集热器31、热罐29、冷罐30、1#热罐出口泵40、2#热罐出口泵42、1#热罐出口阀41、2#热罐出口阀43、光热第一换热器19、光热第二换热器21和蒸发器34；太阳能集热器31通过聚集阳光，将太阳能转换为热能传递至热罐29中的太阳能储热介质，热罐29有两路出口：其一连接1#热罐出口泵40和1#热罐出口阀41，1#热罐出口阀41分别连接光热第一换热器19和光热第二换热器21，太阳能储热介质在光热第一换热器19和光热第二换热器21出口汇集后进入蒸发器34，其二连接2#热罐出口泵42和2#热罐出口阀43，太阳能储热介质直接进入蒸发器34，蒸发器34换热端出口连接冷罐30；所述有机朗肯循环发电子系统包括蒸发器34、汽轮机33、冷凝器32和泵35；蒸发器34换热端连接光热第一换热器19和光热第二换热器21出口，由太阳能储热介质加热工质，蒸发器34出口连接汽轮机33，工质膨胀做功后进入冷凝器32，冷凝器32出口连接泵35，由泵35加压后的工质进入蒸发器34入口。

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