一种基于LNG冷能利用的氢液化耦合液态空气储能综合能源系统的制作方法

本申请属于冷能利用、深冷液化及液态空气储能系统，特别是涉及一种基于lng冷能利用的氢液化耦合液态空气储能综合能源系统。

背景技术：

1、液化天然气(liquefied natural gas，简称lng)作为一种清洁、优质的燃料，蕴藏了大量高品质的冷能，lng气化时可释放约830kj/kg的高品位冷量。lng接收站中高压lng气化的冷能无法充分利用，导致大量优质冷能被海水等介质带走，造成能量的浪费。风光发电场中的电能会随着天气等客观原因而波动，无法直接上网使用；虽然风光发电场可与电解制氢装置耦合生产，但制取的氢气仍然存在无法高效储运等问题。因此，如何实现能量峰谷匹配及氢气液化外输是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述技术问题，本申请实施例提供了一种基于lng冷能利用的氢液化耦合液态空气储能综合能源系统。

2、本申请实施例采用的技术方案是：一种基于lng冷能利用的氢液化耦合液态空气储能综合能源系统，包括：

3、lng供给单元；

4、风光发电单元，利用风能和太阳能进行发电，所述风光发电单元具有第一发电状态和第二发电状态，在所述第一发电状态，所述风光发电单元能够输出第一电能，在所述第二发电状态，所述风光发电单元能够输出所述第一电能和超出所述第一电能的第二电能；

5、风光发电制氢单元，利用所述风光发电单元输出的所述第一电能制取氢气；

6、氢气液化单元，利用所述lng供给单元中lng的冷能对所述风光发电制氢单元制取的氢气进行液化；

7、液态空气储能单元，与所述lng供给单元中的lng进行换热，以使空气液化并储能，液化的空气经增压后膨胀发电，并与所述风光发电单元输出的第二电能合并一起进入电网。

8、可选实施例中，所述液态空气储能单元包括空气纯化增压装置、压缩机级后换热器、多通道换热器、空气膨胀机、液空分离罐、液态空气储罐、高压泵、发电机前换热器及发电机，所述空气依次经所述空气纯化增压装置纯化增压和所述压缩机级后换热器换热降温后进入所述多通道换热器的第一热流体通道，与流经所述多通道换热器的第一冷流体通道的lng换热降温，然后经所述空气膨胀机降温后进入所述液空分离罐进行气液分离，分离出的液态空气进入所述液态空气储罐储存；所述高压泵与所述液态空气储罐连接，用于将所述液态空气储罐内的液态空气增压后送入所述发电机前换热器换热升温，升温气化后的液态空气进入所述发电机发电。

9、可选实施例中，所述液态空气储罐和所述液空分离罐的顶部分别连接所述多通道换热器的第二冷流体通道的入口，以使所述液空分离罐分离出来的低温空气和所述液态空气储罐中蒸发出来的蒸发气均作为液空返气进入所述多通道换热器参与换热，释放冷能并升温，并在换热升温后进入所述空气纯化增压装置的入口。

10、可选实施例中，所述液态空气储能单元还包括蓄热填充床，所述蓄热填充床连接蓄热回路和释热回路；

11、所述压缩机后换热器的冷流体通道串联于所述蓄热填充床的蓄热回路上，以使所述蓄热填充床的蓄热回路内的循环热油在所述压缩机后换热器内与流经所述压缩机后换热器的热流体通道的空气换热，吸收空气压缩热，并将所吸收的热能储存于所述蓄热填充床内；

12、所述发电机前换热器的热流体通道串联于所述蓄热填充床的释热回路上，以使所述蓄热填充床的释热回路内的循环热油在所述发电机前换热器内与流经所述发电机前换热器的冷流体通道的液态空气换热，以将所述蓄热填充床储存的热能释放给液态空气。

13、可选实施例中，所述液态空气储能单元还包括蓄冷填充床，所述蓄冷填充床连接蓄冷回路和释冷回路；

14、所述多通道换热器的第二热流体通道串联于所述蓄冷填充床的蓄冷回路上，以使所述蓄冷填充床的蓄冷回路中的循环冷剂在所述多通道换热器内与流经所述多通道换热器的第一冷流体通道的lng换热，吸收lng的冷能，并将所吸收的lng的冷能储存于所述蓄冷填充床内；

15、所述蓄冷填充床的释冷回路与所述氢气液化单元连接，用于将所述蓄冷填充床储存的冷能提供给所述氢气液化单元，用于氢气液化。

16、可选实施例中，所述氢气液化单元包括预冷冷箱，所述预冷冷箱的热流体通道的入口与所述风光发电制氢单元连接，以使由所述风光发电制氢单元制取的氢气进入所述预冷冷箱的热流体通道；所述预冷冷箱的第一冷流体通道连接所述多通道换热器的第一冷流体通道，以使在所述多通道换热器内换热后的lng再进入所述预冷冷箱与氢气换热，使氢气降温冷却。

17、可选实施例中，所述氢气液化单元还包括深冷冷箱，所述深冷冷箱的热流体通道与所述预冷冷箱的热流体通道连接，以使在所述预冷冷箱换热后的氢气进入所述深冷冷箱的热流体通道；

18、所述多通道换热器的第二热流体通道串联于蓄冷填充床的蓄冷回路上，以使所述蓄冷填充床的蓄冷回路中的循环冷剂在所述多通道换热器内与流经所述多通道换热器的第一冷流体通道的lng换热，吸收lng的冷能，并将所吸收的lng的冷能储存于所述蓄冷填充床内；所述深冷冷箱的第一冷流体通道串联于所述蓄冷填充床的释冷回路，以使所述蓄冷填充床的释冷回路内的循环冷剂在所述深冷冷箱的冷流体通道内与流经所述深冷冷箱的热流体通道的氢气换热，以将所述蓄冷填充床储存的冷能释放给氢气，使氢气冷却降温。

19、可选实施例中，所述氢气液化单元还包括氢气膨胀机、氢气分离罐和液氢储罐，所述氢气膨胀机的入口与所述深冷冷箱的热流体通道的出口连接，所述氢气膨胀机的出口与所述氢气分离罐的入口连接，所述氢气分离罐的出口与所述液氢储罐连接，以使在所述深冷冷箱降温后的氢气由所述氢气膨胀机降压降温，并储存于所述液氢储罐。

20、可选实施例中，所述液氢储罐和所述氢气分离罐的顶部分别连接至所述深冷冷箱的第二冷流体通道的入口，所述深冷冷箱的第二冷流体通道的出口连接至所述预冷冷箱的第二冷流体通道的入口，所述预冷冷箱的第二冷流体通道的出口连接至所述风光发电制氢单元。

21、与现有技术相比，本申请实施例的有益效果在于：本申请通过风光发电单元、风光发电制氢单元、氢气液化单元、lng接收站(lng提供单元)、液态空气储能单元五种大型能量系统耦合联产，解决了能源及能量无法高效利用的问题，对于大型能量系统的耦合联产提供了工程可行性方案。

22、应当理解，前面的一般描述和以下详细描述都仅是示例性和说明性的，而不是用于限制本申请。

23、本申请中描述的技术的各种实现或示例的概述，并不是所公开技术的全部范围或所有特征的全面公开。

技术特征：

1.一种基于lng冷能利用的氢液化耦合液态空气储能综合能源系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于lng冷能利用的氢液化耦合液态空气储能综合能源系统，其特征在于，所述液态空气储能单元包括空气纯化增压装置、压缩机级后换热器、多通道换热器、空气膨胀机、液空分离罐、液态空气储罐、高压泵、发电机前换热器及发电机，所述空气依次经所述空气纯化增压装置纯化增压和所述压缩机级后换热器换热降温后进入所述多通道换热器的第一热流体通道，与流经所述多通道换热器的第一冷流体通道的lng换热降温，然后经所述空气膨胀机降温后进入所述液空分离罐进行气液分离，分离出的液态空气进入所述液态空气储罐储存；所述高压泵与所述液态空气储罐连接，用于将所述液态空气储罐内的液态空气增压后送入所述发电机前换热器换热升温，升温气化后的液态空气进入所述发电机发电。

3.根据权利要求2所述的基于lng冷能利用的氢液化耦合液态空气储能综合能源系统，其特征在于，所述液态空气储罐和所述液空分离罐的顶部分别连接所述多通道换热器的第二冷流体通道的入口，以使所述液空分离罐分离出来的低温空气和所述液态空气储罐中蒸发出来的蒸发气均作为液空返气进入所述多通道换热器参与换热，释放冷能并升温，并在换热升温后进入所述空气纯化增压装置的入口。

4.根据权利要求2所述的基于lng冷能利用的氢液化耦合液态空气储能综合能源系统，其特征在于，所述液态空气储能单元还包括蓄热填充床，所述蓄热填充床连接蓄热回路和释热回路；

5.根据权利要求2所述的基于lng冷能利用的氢液化耦合液态空气储能综合能源系统，其特征在于，所述液态空气储能单元还包括蓄冷填充床，所述蓄冷填充床连接蓄冷回路和释冷回路；

6.根据权利要求2所述的基于lng冷能利用的氢液化耦合液态空气储能综合能源系统，其特征在于，所述氢气液化单元包括预冷冷箱，所述预冷冷箱的热流体通道的入口与所述风光发电制氢单元连接，以使由所述风光发电制氢单元制取的氢气进入所述预冷冷箱的热流体通道；所述预冷冷箱的第一冷流体通道连接所述多通道换热器的第一冷流体通道，以使在所述多通道换热器内换热后的lng再进入所述预冷冷箱与氢气换热，使氢气降温冷却。

7.根据权利要求6所述的基于lng冷能利用的氢液化耦合液态空气储能综合能源系统，其特征在于，所述氢气液化单元还包括深冷冷箱，所述深冷冷箱的热流体通道与所述预冷冷箱的热流体通道连接，以使在所述预冷冷箱换热后的氢气进入所述深冷冷箱的热流体通道；

8.根据权利要求7所述的基于lng冷能利用的氢液化耦合液态空气储能综合能源系统，其特征在于，所述氢气液化单元还包括氢气膨胀机、氢气分离罐和液氢储罐，所述氢气膨胀机的入口与所述深冷冷箱的热流体通道的出口连接，所述氢气膨胀机的出口与所述氢气分离罐的入口连接，所述氢气分离罐的出口与所述液氢储罐连接，以使在所述深冷冷箱降温后的氢气由所述氢气膨胀机降压降温，并储存于所述液氢储罐。

9.根据权利要求8所述的基于lng冷能利用的氢液化耦合液态空气储能综合能源系统，其特征在于，所述液氢储罐和所述氢气分离罐的顶部分别连接至所述深冷冷箱的第二冷流体通道的入口，所述深冷冷箱的第二冷流体通道的出口连接至所述预冷冷箱的第二冷流体通道的入口，所述预冷冷箱的第二冷流体通道的出口连接至所述风光发电制氢单元。

技术总结本申请提供了一种基于LNG冷能利用的氢液化耦合液态空气储能综合能源系统，包括：LNG供给单元；风光发电单元，利用风能和太阳能进行发电，风光发电单元在第一发电状态下能够输出第一电能，在第二发电状态下能够输出第一电能和超出第一电能的第二电能；风光发电制氢单元，利用第一电能制取氢气；氢气液化单元，利用LNG供给单元中LNG的冷能对制取的氢气进行液化；液态空气储能单元，与LNG供给单元中的LNG进行换热，以使空气液化并储能，液化的空气经增压后膨胀发电，并与第二电能合并一起进入电网。本申请可产出绿氢产品、可稳定上网的绿电、可外输的高压天然气，而消耗的仅为合理利用的LNG冷能、可再生风光能量，实现了能量的高效利用及转化。技术研发人员：李方遒,范嘉堃,程昊,许佳伟,李恩道,张晓慧,杨文刚,苏清博,李欣欣,盖小刚受保护的技术使用者：中海石油气电集团有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/7/4