一种循环利用余热的深冷液态空气储能系统技术领域
本发明涉及深冷液化空气的储能技术领域，具体涉及循环用热的深冷
液态空气储能系统。
背景技术
深冷液化空气储能技术是指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，
将空气高压密封在报废矿井、沉降的海底储气罐、山洞、过期油气井或新
建储气井中，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电的储能方式，
液态空气储能系统具有储能容量较大、储能周期长、占地小不依赖于地理
条件等优点。储能时，电能将空气压缩、冷却并液化，同时存储该过程中
释放的热能，用于释能时加热空气；释能时，液态空气被加压、气化，推
动膨胀发电机组发电，同时存储该过程的冷能，用于储能时冷却空气。
但现有的深冷液态空气储能系统还存在以下缺陷：深冷液化空气储能
系统容易受到环境、设备、以及能量损失等多方面因素的影响导致其循环
储能效率较低，运行成本较高，因此有必要提供一种高效能、低成本的深
冷液态空气储能系统。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中深冷液化空气的
储能系统中存在的循环储能效率较低，运行成本较高的技术缺陷。
为解决上述技术问题，本发明提供一种循环利用余热的深冷液态空气储能
系统，包括：
空气压缩机组，包括若干级空气压缩机，使低温低压空气压缩为高温
高压的气态空气；
空气液化装置，将所述高温高压的气态空气液化为液态空气；
热能回收装置，对空气压缩过程中产生的热能进行收集；
液态空气储罐，储存所述高温高压的液态空气；
气化装置，使所述高温高压的液态空气气化为高温高压的气态空气，
并接收所述热能回收装置中储存的热能；
冷能回收装置，对液态空气气化为气态空气过程中产生的冷能进行收
集，并将冷能释放至气态空气压缩为液态空气的过程中；
膨胀机组，经液态空气气化得到的所述气态空气进入所述膨胀机组中
驱动所述膨胀机组做工，所述膨胀机组中输出的气态空气回收输入至所述
空气压缩机组；
级间加热器，对所述膨胀机组中的若干个膨胀机进行多级加热；
还包括：余热循环利用系统，所述余热循环利用系统收集所述级间加
热器加热所述膨胀机组后剩余的热能，并使用所述剩余的热能加热所述气
化装置出口处的气态空气，从而提高所述气态空气的内能。
上述的循环利用余热的深冷液态空气储能系统中，所述余热循环利用
系统包括余热管道和设置在所述余热管道上的余热换热器，所述余热管道
连通所述级间加热器和所述热能回收装置，所述余热换热器用于使所述余
热管道内的热能和所述气化装置出口处的气态空气交换热能。
上述的循环利用余热的深冷液态空气储能系统中，所述能量输入装置为
电动机，其将电能转化为机械能并带动所述第一空气压缩装置和第二空气
压缩装置和液化装置做功。
上述的循环利用余热的深冷液态空气储能系统中，所述膨胀机组至少
为两级膨胀机组，其中每个膨胀机之间的压力值相同或不同。
上述的循环利用余热的深冷液态空气储能系统中，所述热能回收装置
为至少一个储热罐。
上述的循环利用余热的深冷液态空气储能系统中，所述余热换热器为
气-气换热器。
本发明技术方案，具有如下优点：
1、本发明提供的循环利用余热的深冷液态空气储能系统中，通过级间
加热器对膨胀机组7进行加热后，会产生较多的余热，一般来说余热的储
存和利用存在着严重的浪费，本实施中通过利用该余热加热气化装置5出
口处的气态空气，从而提高所述气态空气的内能，以提高膨胀机组7的做
功效率，有效的利用了余热。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下
面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，
显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普
通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获
得其他的附图。
图1为本发明实施例1中的循环利用余热的深冷液态空气储能系统的
原理示意图。
附图标记说明：
3-热能回收装置；4-液态空气储罐；5-气化装置；7-膨胀机组。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，
所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发
明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得
的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、
“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附
图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是
指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和
操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第
三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术
语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也
可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；
可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的
连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本
发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼
此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种循环用热的深冷液态空气储能系统，以下结合图1
对本实施例的储能系统进行详细的说明，其包括：
空气压缩机组，包括若干级空气压缩机，使低温低压空气压缩为高温
高压的气态空气；
热能回收装置3，对空气压缩过程中产生的热能进行收集；
液态空气储罐4，储存所述高温高压的液态空气；
气化装置5，使所述高温高压的液态空气气化为高温高压的气态空气，
并接收所述热能回收装置3中储存的热能；
冷能回收装置，对液态空气气化为气态空气过程中产生的冷能进行收
集，并将冷能释放至气态空气压缩为液态空气的过程中；
膨胀机组7，经液态空气气化得到的所述气态空气进入所述膨胀机组7
中驱动所述膨胀机组7做工，所述膨胀机组7中输出的气态空气回收输入
至所述空气压缩机组；
还包括对余热循环利用系统，所述余热循环利用系统收集所述级间加
热器加热所述膨胀机组7后剩余的热能，并使用所述剩余的热能加热所述
气化装置5出口处的气态空气，从而提高所述气态空气的内能。
上述实施方式是本实施例的核心技术方案，通过级间加热器对膨胀机
组7进行加热后，会产生较多的余热，一般来说余热的储存和利用存在着
严重的浪费，本实施中通过利用该余热加热气化装置5出口处的气态空气，
从而提高所述气态空气的内能，以提高膨胀机组7的做功效率，有效的利
用了余热。
进一步，余热加热过所述气化装置5出口处的气态空气后仍具备一定
热能，本实施例中所述余热循环利用系统包括余热管道和设置在所述余热
管道上的余热换热器，所述余热管道连通所述级间加热器和所述热能回收
装置3，所述余热换热器用于使所述余热管道内的热能和所述气化装置5出
口处的气态空气交换热能。
具体而言，所述余热换热器为气-气换热器。
本实施例的储罐增压型的深冷液化空气储能系统中，能量输入装置，
即电动机，其将电能转化为机械能并带动第一空气压缩装置和第二空气压
缩装置做功，其中第一空气压缩装置为低压压缩机；第二空气压缩装4为
高压压缩机。具体地，第一空气压缩装置对受能量输入装置驱动将气态空
气进行一级压缩，此时经过一级压缩的空气仍为气态，而后被一级压缩后
的气体通过空气净化装置净化后再进行二级压缩，第二空气压缩装置和液
化装置将经过净化后的空气在低温高压的环境下压缩成液态空气，并将液
态空气收集，储存至液态空气储罐4中。在二级压缩过程进行的同时，热
能回收装置对二级压缩过程中产生的热能进行收集储存。能量输入装置所
消耗的机械能，转化为了液态空气的内能，由此完成了能量的储存过程。
能量的释放过程为：
液态空气储存在液化空气储罐4中，液态空气通过深冷泵等设备输出
至气化装置5中，所述气化装置5包括蒸发器等。气化装置5能够对液态
空气加压，从而促使液态空气发生气化膨胀，将储能过程中收集的热能交
换给液态空气，，从而促进液态空气气化速率的提升，并提高气态空气的焓
值，提高所述气态空气的做功效率和动态响应速度，在液态空气气化的同
时，冷能回收装置对液态空气气化所产生的冷能进行收集，冷能回收装置
中收集到的冷能能够用于储能过程中，第一空气压缩装置和第二空气压缩
装置内。进一步，液态空气气化成气态以后，能够驱动膨胀机组7膨胀做
功，从而完成了释能过程。
需要说明的是，在实际工作过程中，液态空气是通过多次膨胀过程完
成气化的，例如，本实施例中使用的膨胀机组7还可以是为蒸汽轮机、燃
气轮机或斯特林机中的一种或任意两种或三种。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方
式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可
以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予
以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保
护范围之中。