本發(fā)明涉及液態(tài)空氣儲能，更具體涉及一種用于提高冷能品質(zhì)的固相蓄冷系統(tǒng)及運行方法。
背景技術(shù)：
1、液態(tài)空氣儲能作為新型物理儲能技術(shù)，憑借其儲能密度高、設(shè)備壽命長、環(huán)境兼容性好以及地理適應(yīng)性強等顯著優(yōu)勢，被視為支撐未來高比例可再生能源電力系統(tǒng)的頗具潛力的解決方案，蓄冷系統(tǒng)作為液態(tài)空氣儲能體系的關(guān)鍵組成部分，其運行特性與效率對整個儲能系統(tǒng)的能效及可靠性起到絕對性作用。目前，在示范項目及研究活動中，公認的深冷蓄冷技術(shù)主要以巖石等固體作為蓄冷材料的填充床蓄冷技術(shù)和液相蓄冷為主，其中液相蓄冷雖然具有較高的蓄冷效率，但可選的蓄冷介質(zhì)較少，如以甲醇和丙烷為組合的雙級液相蓄冷可實現(xiàn)-150℃以下的深冷低溫的儲存，但其易燃、易爆特性帶來的安全隱患極大限制了液態(tài)空氣儲能系統(tǒng)在人流密集區(qū)、負荷中心等場景的應(yīng)用。固相蓄冷因其材料來源廣泛、長壽命、安全、無污染等問題被認為是液態(tài)空氣儲能未來發(fā)展最主要的蓄冷方式之一，但固相蓄冷中因利用中間循環(huán)介質(zhì)將冷量進行二次傳遞，造成了較大的?損失，尤其是高品質(zhì)部分的冷能損失較多，同時因斜溫層的存在，導(dǎo)致整體往返效率不高，因此，針對固相蓄冷系統(tǒng)，如何提高固相蓄冷系統(tǒng)在釋冷過程中的冷能品質(zhì)是液態(tài)空氣儲能蓄冷系統(tǒng)未來發(fā)展的重要方向之一。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種用于提高冷能品質(zhì)的固相蓄冷系統(tǒng)及運行方法，克服固相蓄冷系統(tǒng)因斜溫層的存在導(dǎo)致的蓄冷品質(zhì)降低的問題，進一步提高釋冷過程的冷能品質(zhì)，提高儲能過程液化率。
2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。
3、一種用于提高冷能品質(zhì)的固相蓄冷系統(tǒng)，包括用于將空氣進行液化儲存的液態(tài)空氣儲存單元、用于儲存高壓液態(tài)空氣從液態(tài)氣化至氣態(tài)時釋放的冷量的固相蓄冷單元和用于將固相填充床儲存的冷能進行釋放的固相釋冷單元，液態(tài)空氣儲存單元的前后兩端分別與固相釋冷單元和固相蓄冷單元串聯(lián)連接，固相釋冷單元的前端連接有壓縮空氣流股，固相蓄冷單元的后端連接有用于將空氣升溫的加熱器；
4、所述固相釋冷單元包括與液態(tài)空氣儲存單元連接的液化主換熱器，液化主換熱器與固相填充床之間設(shè)置有常規(guī)釋冷循環(huán)回路和提高冷能品質(zhì)循環(huán)回路；
5、所述常規(guī)釋冷循環(huán)回路包括連接在液化主換熱器換熱熱端與固相填充床之間的釋冷風(fēng)機入口控制閥、釋冷風(fēng)機和釋冷風(fēng)機出口控制閥以及連接在液化主換熱器換熱冷端與固相填充床之間的再冷膨脹機旁路控制閥；
6、所述提高冷能品質(zhì)循環(huán)回路包括連接在液化主換熱器換熱熱端與固相填充床之間的釋冷壓縮機入口控制閥、釋冷壓縮機和釋冷壓縮機出口控制閥以及液化主換熱器換熱冷端與固相填充床之間的再冷膨脹機入口控制閥、再冷膨脹機和再冷膨脹機出口控制閥。
7、進一步優(yōu)化技術(shù)方案，所述液態(tài)空氣儲存單元包括與固相釋冷單元串聯(lián)連接用于降低高壓液態(tài)空氣壓力的低溫節(jié)流閥，低溫節(jié)流閥的后端設(shè)置有氣液分離器，氣液分離器的后端設(shè)置用于儲存液態(tài)空氣的液態(tài)空氣儲罐。
8、進一步優(yōu)化技術(shù)方案，所述固相蓄冷單元包括串聯(lián)連接在液態(tài)空氣儲存單元后端用于對液態(tài)空氣進行升壓的低溫泵和用于對液態(tài)空氣進行氣化的蒸發(fā)器，蒸發(fā)器的換熱熱端串聯(lián)連接有固相填充床和蓄冷風(fēng)機。
9、進一步優(yōu)化技術(shù)方案，所述固相填充床與蒸發(fā)器之間的管路上設(shè)置有填充床蓄冷入口控制閥，蓄冷風(fēng)機前后兩側(cè)的管路上分別設(shè)置有蓄冷風(fēng)機入口控制閥和蓄冷風(fēng)機出口控制閥。
10、一種用于提高冷能品質(zhì)的固相蓄冷系統(tǒng)的運行方法，基于一種用于提高冷能品質(zhì)的固相蓄冷系統(tǒng)來實現(xiàn)，包括固相蓄冷單元運行和固相釋冷單元運行，其中固相蓄冷單元運行包括以下幾個步驟：
11、a1.設(shè)定固相蓄冷單元中蒸發(fā)器的運行參數(shù)，包括設(shè)定蒸發(fā)器中換熱冷端液態(tài)空氣側(cè)的入口溫度為、出口溫度為、蒸發(fā)器冷端設(shè)計換熱溫差為、熱端設(shè)計換熱溫差為；循環(huán)介質(zhì)側(cè)的入口溫度為和出口溫度為；
12、a2.設(shè)定蓄冷回路運行方式，使固相填充床內(nèi)循環(huán)介質(zhì)流向由底部流向頂部；
13、a3.設(shè)定蓄冷單元運行參數(shù)控制目標(biāo)，包括蒸發(fā)器換熱冷端運行換熱溫差要不大于設(shè)計溫差，即：；相應(yīng)地，蒸發(fā)器熱端參數(shù)控制目標(biāo)為，換熱熱端運行換熱溫差要不大于設(shè)計溫差，即：；
14、固相釋冷單元運行包括以下幾個步驟：
15、b1.設(shè)定不同釋冷時段的運行方式，包括設(shè)定固相填充床釋冷出口溫度為，運行過程中隨著釋冷時間延長溫升設(shè)定為，再冷膨脹機出口溫度為，固相填充床內(nèi)運行壓力為，釋冷壓縮機出口壓力為；
16、b2.設(shè)定釋冷單元運行參數(shù)控制目標(biāo)，包括釋冷單元在釋冷不同時期的參數(shù)控制目標(biāo)。
17、進一步優(yōu)化技術(shù)方案，所述步驟b1中，設(shè)定不同釋冷時段的運行方式包括以下步驟：
18、b11.設(shè)定常規(guī)釋冷循環(huán)回路運行方式，再冷膨脹機和釋冷壓縮機不投入使用，釋冷風(fēng)機投入使用，填充床內(nèi)循環(huán)介質(zhì)流向為由熱端流向冷端，即由固相填充床頂部流入底部；
19、b12.設(shè)定提高冷能品質(zhì)循環(huán)回路運行方式，釋冷風(fēng)機不投入使用，再冷膨脹機和釋冷壓縮機投入使用，填充床內(nèi)循環(huán)介質(zhì)流向為由熱端流向冷端，即由固相填充床頂部流入底部。
20、進一步優(yōu)化技術(shù)方案，所述步驟b2中，釋冷單元運行參數(shù)控制目標(biāo)包括：
21、b21.設(shè)定常規(guī)釋冷循環(huán)回路參數(shù)控制目標(biāo)，固相填充床出口溫度與初始溫度相比，溫升小于10℃，即℃；
22、b22.設(shè)定提高冷能品質(zhì)循環(huán)回路參數(shù)控制目標(biāo)，控制再冷膨脹機出口溫度控制目標(biāo)為，且釋冷壓縮機出口壓力。
23、由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明所取得技術(shù)進步如下。
24、本發(fā)明提供的一種用于提高冷能品質(zhì)的固相蓄冷系統(tǒng)及運行方法，通過在固相蓄冷系統(tǒng)中的釋冷循環(huán)回路中增設(shè)再冷膨脹機的形式，在填充床原有釋冷品質(zhì)的基礎(chǔ)上進一步提高冷能品質(zhì)，有效解決了固相蓄冷在釋冷過程中因斜溫層的存在導(dǎo)致的冷能品質(zhì)逐漸降低和?損失較大的問題，保證了儲能過程系統(tǒng)的液化率，提高了蓄冷系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，為固相蓄冷系統(tǒng)的普及應(yīng)用提供了參考。
1.一種用于提高冷能品質(zhì)的固相蓄冷系統(tǒng)，其特征在于：包括用于將空氣進行液化儲存的液態(tài)空氣儲存單元、用于儲存高壓液態(tài)空氣從液態(tài)氣化至氣態(tài)時釋放的冷量的固相蓄冷單元和用于將固相填充床儲存的冷能進行釋放的固相釋冷單元，液態(tài)空氣儲存單元的前后兩端分別與固相釋冷單元和固相蓄冷單元串聯(lián)連接，固相釋冷單元的前端連接有壓縮空氣流股，固相蓄冷單元的后端連接有用于將空氣升溫的加熱器；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于提高冷能品質(zhì)的固相蓄冷系統(tǒng)，其特征在于：所述液態(tài)空氣儲存單元包括與固相釋冷單元串聯(lián)連接用于降低高壓液態(tài)空氣壓力的低溫節(jié)流閥（101），低溫節(jié)流閥（101）的后端設(shè)置有氣液分離器（102），氣液分離器的后端設(shè)置用于儲存液態(tài)空氣的液態(tài)空氣儲罐（103）。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于提高冷能品質(zhì)的固相蓄冷系統(tǒng)，其特征在于：所述固相蓄冷單元包括串聯(lián)連接在液態(tài)空氣儲存單元后端用于對液態(tài)空氣進行升壓的低溫泵（201）和用于對液態(tài)空氣進行氣化的蒸發(fā)器（202），蒸發(fā)器（202）的換熱熱端串聯(lián)連接有固相填充床（204）和蓄冷風(fēng)機（206）。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于提高冷能品質(zhì)的固相蓄冷系統(tǒng)，其特征在于：所述固相填充床（204）與蒸發(fā)器（202）之間的管路上設(shè)置有填充床蓄冷入口控制閥（203），蓄冷風(fēng)機（206）前后兩側(cè)的管路上分別設(shè)置有蓄冷風(fēng)機入口控制閥（205）和蓄冷風(fēng)機出口控制閥（207）。
5.一種用于提高冷能品質(zhì)的固相蓄冷系統(tǒng)的運行方法，基于權(quán)利要求1至4任一項所述的一種用于提高冷能品質(zhì)的固相蓄冷系統(tǒng)來實現(xiàn)，其特征在于：包括固相蓄冷單元運行和固相釋冷單元運行，其中固相蓄冷單元運行包括以下幾個步驟：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于提高冷能品質(zhì)的固相蓄冷系統(tǒng)的運行方法，其特征在于：所述步驟b1中，設(shè)定不同釋冷時段的運行方式包括以下步驟：
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于提高冷能品質(zhì)的固相蓄冷系統(tǒng)的運行方法，其特征在于：所述步驟b2中，釋冷單元運行參數(shù)控制目標(biāo)包括：