液化天然气再气化和液态空气储能的耦合系统的制作方法

本发明属于大规模储能，尤其涉及一种液化天然气再气化和液态空气储能的耦合系统。

背景技术：

1、液态空气储能(laes，liquidair energy storage)，作为储能技术中的一种，其原理是利用价格低廉的谷电，吸收环境中的空气，然后将其冷却直至其成为液体进行存储，而在用电高峰时再从罐中释放液态空气并升压升温，然后进入膨胀机做功发电，实现谷电峰用，可以在电网调峰中起到重要作用，但其在充电和放电的过程中都会存在冷能的损失，而为了补充其损失的冷能，通常需要消耗额外的电能对冷能进行补充，成本较高。

2、近年来，天然气作为清洁能源在能源消耗中的比重稳步上升，尤其是随着天然气液化技术的改善及lng(liquefied natural gas)运输成本的降低，lng得到了广泛的应用与关注。在lng的接收终端常涉及lng的再汽化(rg，re-gasification)工艺；lng复温变为天然气的过程中会释放大量冷能，laes系统与lng-rg系统的耦合运用具有极大的实际应用意义与前景。

3、目前，国内外已有学者和厂商针对laes系统与lng-rg系统提出了多个耦合模型，但是并未考虑lng-rg系统和laes系统在各自多种工况下的耦合连续运行，耦合系统不完善，系统间的冷能和热能的有效耦合利用率较低。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的一个目的是提出一种液化天然气再气化和液态空气储能的耦合系统,以解决现有技术中laes系统与lng-rg系统的耦合系统不完善，系统间的冷能和热能的有效耦合利用率较低的问题。

2、在一些说明性实施例中，所述lng-rg和laes的耦合系统，包括lng-rg系统和laes系统；lng-rg系统包括：接入液化天然气再气化路径中的天然气换热器；laes系统包括：蓄冷罐、接入主气液化路径中的充电换热器与接入液化主气再气化路径中的放电换热器；

3、所述天然气换热器和所述充电换热器之间构成以第一换热介质进行冷能交换的第一换热循环；所述充电换热器、所述蓄冷罐和所述放电换热器之间构成以第二换热介质进行冷能交换的第二换热循环；

4、其中，所述第一换热循环中所述天然气换热器和所述充电换热器之间，热端分别连接，冷端分别连接；所述第二换热循环中所述充电换热器、所述蓄冷罐和所述放电换热器之间，热端分别连接，冷端分别连接。

5、在一些可选地实施例中，在lng-rg系统运行且laes系统处于充电工况、静置工况、放电工况或工况变更时，所述第一换热循环中的第一换热介质保持以所述天然气换热器冷端、所述充电换热器冷端、所述充电换热器热端、所述天然气换热器热端的流向循环；所述第二换热循环中的第二换热介质在所述充电换热器内与所述第一换热介质进行冷能交换。

6、在一些可选地实施例中，在lng-rg系统停运且laes系统处于充电工况时，所述第二换热循环中的第二换热介质以所述蓄冷罐冷端、所述充电换热器冷端、所述充电换热器热端、所述蓄冷罐热端的流向循环；laes系统充电工况下的主气在所述充电换热器内与所述第二换热介质进行冷能交换。

7、在一些可选地实施例中，在lng-rg系统停运且laes系统处于放电工况时，所述第二换热循环中的第二换热介质以所述放电换热器冷端、所述蓄冷罐冷端、所述蓄冷罐热端、所述放电换热器热端的流向循环；laes系统放电工况下的液化主气在所述放电换热器内与所述第二换热介质进行冷能交换。

8、在一些可选地实施例中，所述蓄冷罐包括：存储与释放浅冷能的浅冷罐、以及存储与释放深冷能的深冷罐；所述天然气换热器包括：在所述液化天然气再气化路径上沿液化天然气再气化方向依次布置的深冷天然气换热器和浅冷天然气换热器；所述充电换热器包括：在所述主气液化路径上沿主气液化方向依次布置的浅冷充电换热器和深冷充电换热器；所述放电换热器包括：在所述液化主气再气化路径上沿液化主气再气化方向依次布置的深冷放电换热器和浅冷放电换热器；所述第一换热介质包括：第一浅冷换热介质和第一深冷换热介质；所述第二换热介质包括：第二浅冷换热介质和第二深冷换热介质。

9、在一些可选地实施例中，所述第一换热循环，包括：所述浅冷天然气换热器和所述浅冷充电换热器之间以第一浅冷换热介质进行冷能交换的第一浅冷封闭回路；以及，所述深冷天然气换热器和所述深冷充电换热器之间以第一深冷换热介质进行冷能交换的第一深冷封闭回路；其中，所述第一浅冷封闭回路中所述浅冷天然气换热器和所述浅冷充电换热器之间，热端分别连接，冷端分别连接；所述第一深冷封闭回路中所述深冷天然气换热器和所述深冷充电换热器之间，热端分别连接，冷端分别连接；

10、在一些可选地实施例中，所述第二换热循环，包括：所述浅冷充电换热器、所述浅冷罐、所述浅冷放电换热器之间以第二浅冷换热介质进行冷能交换的第二浅冷封闭回路；以及，所述深冷充电换热器、所述深冷罐、所述深冷放电换热器之间以第二深冷换热介质进行冷能交换的第二深冷封闭回路；其中，所述第二浅冷封闭回路中所述浅冷充电换热器、所述浅冷罐、所述浅冷放电换热器之间，热端分别连接，冷端分别连接；所述第二深冷封闭回路中所述深冷充电换热器、所述深冷罐、所述深冷放电换热器之间，热端分别连接，冷端分别连接。

11、在一些可选地实施例中，所述浅冷充电换热器包括：在所述主气液化路径上沿主气液化方向依次布置的第一浅冷充电换热器和第二浅冷充电换热器；

12、其中，所述浅冷天然气换热器和所述第一浅冷充电换热器之间构成以第一浅冷换热介质进行冷能交换的所述第一浅冷封闭回路；所述第一浅冷充电换热器、所述第二浅冷充电换热器、所述浅冷罐和所述浅冷放电换热器之间构成以第二浅冷换热介质进行冷能交换的所述第二浅冷封闭回路；

13、其中，所述第一浅冷封闭回路中所述浅冷天然气换热器和所述第一浅冷充电换热器之间，热端分别连接，冷端分别连接；所述第二浅冷封闭回路中所述第一浅冷充电换热器、所述第二浅冷充电换热器、所述浅冷罐和所述浅冷放电换热器之间，热端分别连接，冷端分别连接。

14、在一些可选地实施例中，在lng-rg系统运行且laes系统处于充电工况、静置工况、放电工况或工况变更时，所述第一深冷封闭回路中的第一深冷换热介质保持以所述深冷天然气换热器冷端、所述深冷充电换热器冷端、所述深冷充电换热器热端、所述深冷天然气换热器热端的流向循环；同时，所述第一浅冷封闭回路中的第一浅冷换热介质保持以所述浅冷天然气换热器冷端、所述第一浅冷充电换热器冷端、所述第一浅冷充电换热器热端、所述浅冷天然气换热器热端的流向循环。

15、在一些可选地实施例中，在lng-rg系统运行且laes系统处于充电工况时，所述第二浅冷封闭回路中的第二浅冷换热介质以所述第一浅冷充电换热器热端、所述浅冷罐热端、所述浅冷罐冷端、所述第一浅冷充电换热器冷端的流向循环；和，以所述浅冷罐冷端、所述第二浅冷充电换热器冷端、所述第二浅冷充电换热器热端、所述蓄冷罐热端的流向循环；同时，所述第二深冷封闭回路中的第二深冷换热介质以所述深冷充电换热器热端、所述深冷罐热端、所述深冷罐冷端、所述深冷充电换热器冷端的流向循环；laes系统充电工况下的主气依次在所述第一浅冷充电换热器、所述第二浅冷充电换热器、所述深冷充电换热器内与相应的换热介质进行冷能交换。

16、在一些可选地实施例中，在lng-rg系统运行且laes系统处于静置工况时，所述第二浅冷封闭回路中的第二浅冷换热介质以第一浅冷充电换热器冷端、所述浅冷罐冷端、所述浅冷罐热端、所述第一浅冷充电换热器热端的流向循环，为所述浅冷罐补充浅冷能；同时，所述第二深冷封闭回路中的第二深冷换热介质以深冷充电换热器冷端、所述深冷罐冷端、所述深冷罐热端和所述深冷充电器热端的流向循环，为所述深冷罐补充深冷能。

17、在一些可选地实施例中，在lng-rg系统运行且laes系统处于放电工况时，所述第二浅冷封闭回路中的第二浅冷换热介质以所述第一浅冷充电换热器冷端、所述浅冷罐冷端、所述浅冷罐热端、所述第一浅冷充电换热器热端的流向循环；和，以所述浅冷放电换热器冷端、所述浅冷罐冷端、所述浅冷罐热端、所述浅冷放电换热器热端的流向循环，为所述浅冷罐补充浅冷能；同时，所述第二深冷封闭回路中的第二深冷换热介质以所述深冷充电换热器冷端、所述深冷罐冷端、所述深冷罐热端、所述深冷充电换热器热端的流向循环；和，以所述深冷放电换热器冷端、所述深冷罐冷端，所述深冷罐热端、所述深冷放电换热器热端的流向循环，为所述深冷罐补充深冷能；

18、laes系统放电工况下的液化主气依次在所述深冷放电换热器和所述浅冷放电换热器内与相应的换热介质进行冷能交换。

19、在一些可选地实施例中，所述laes系统，还包括：在所述主气液化路径上沿主气液化方向依次布置的压缩机、低温膨胀机、液气分离器和液态空气储罐；其中，所述第一浅冷充电换热器设于所述压缩机的主气入口前，所述第二浅冷充电换热器设于所述压缩机与所述低温膨胀机之间；所述深冷充电换热器设于所述第二浅冷充电换热器与所述低温膨胀机之间。

20、在一些可选地实施例中，所述laes系统，还包括：同时接入所述主气液化路径和回流主气路径上的超冷充电换热器；其中，所述超冷充电换热器在所述主气液化路径上沿主气液化方向位于所述深冷充电换热器之后，在所述回流主气路径上沿回流主气方向位于所述深冷充电换热器之前，用于梯级回收与使用回流主气的超冷能和深冷能。

21、在一些可选地实施例中，所述耦合系统，还包括：贯穿所述浅冷天然气换热器和所述深冷天然气换热器之间的气相通路，用于在所述lng-rg系统运行且所述laes系统停运或所述蓄冷罐冷能过剩时，以所述气相通路输送经过净化的环境空气，并使其在所述浅冷天然气换热器和所述深冷天然气换热器内依次与lng-rg系统进行冷能交换。

22、与现有技术相比，本技术具有如下优势：

23、本发明实施例中不仅将lng-rg系统运行工况与laes系统充电工况进行了耦合，还将lng-rg系统运行工况与laes系统静置工况、laes系统放电工况进行了分别耦合，无论是laes系统处于充电工况、静置工况、放电工况中的任何一种工况均可实现与lng-rg系统之间的冷能和热能的有效耦合利用，完善耦合系统，提升系统间的冷能和热能的有效耦合利用率。同时，保证lng-rg系统在与laes系统的多种工况耦合下的持续运行，laes系统或lng-rg系统可根据自身实际所需切换工况。