CN109132251B - 一种基于液态气体储能的离岸可再生能源输运系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于液态气体储能的离岸可再生能源输运系统及方法，包括液态气体储能循环回路、能源运输循环回路和液态气体发电循环回路，以液态气体作为离岸可再生能源的传输工质，替代传统昂贵的HVAC/HVDC传输技术，大大降低投资和维护成本，利用液态气体存储离岸可再生能源，可以消除可再生能源的间歇性，起到移峰填谷的作用，为实现离岸可再生能源的输运提供了一种可行的新方法。

Description

一种基于液态气体储能的离岸可再生能源输运系统及方法

技术领域

本发明涉及一种基于液态气体储能的离岸可再生能源输运系统及方法，属于能源储存及运输领域。

背景技术

为了应对全球能源危机和气候变化，可再生能源得到了广泛的关注和发展。离岸可再生能源资源丰富并可以避免占用陆地面积，具有很大的发展潜力，其中离岸风能占据主导地位。离岸风场具有较高的风能和较稳定的风速双重优点，但是其能量运输成本较高。

对于连接交流电网较远的离岸可再生能源，为了降低电力损失，可以采用高压交流传输，但这将导致高成本的变压器和大直径的海底输电线缆，大大增加投资成本。高压直流传输是另一个降低电力损失的选择，而且若可再生能源容量越大、传输距离越远，使用高压直流输电将会更具有经济效益，但随着可再生能源容量的增加，由于电力电子开关元件的电子特性的关系，离岸交流转直流变电平台和高压直流海底电缆造价将更加昂贵，从而影响离岸可再生能源的经济效益。

液态气体储能技术是一种利用液态气体(如空气或氮气)作为储能介质的深冷储能技术，包括气体液化过程和气体发电过程：气体液化过程中，低谷电或可再生能源以液态气体的形式存储起来；用电高峰时段，液态气体经过加压加热后，进入气体透平膨胀发电。液态气体储能系统具有储能密度大和不受地理条件的限制等特点，得到了广泛的关注。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于液态气体储能的离岸可再生能源输运系统及方法。该方法利用液态气体作为离岸可再生能源的运输介质，不依赖现有昂贵的HVAC/HVDC传输技术，大大降低了投资和维护成本，并避免了海底电缆影响海洋生态等问题。

为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：

一种基于液态气体储能的离岸可再生能源输运系统，其特征在于，包括液态气体储能循环回路、能源运输循环回路和液态气体发电循环回路，其中：

所述液态气体储能循环回路包括离岸可再生能源发电场、气体液化平台、第一压缩热储罐、第一液态气体储罐和第一低温冷能储罐；所述离岸可再生能源发电场的输出端与气体液化平台的第一输入端连接，第一低温冷能储罐的输出端与气体液化平台的第二输入端连接；气体液化平台的第一输出端与第一压缩热储罐的输入端连接，气体液化平台的第二输出端与第一液态气体储罐的输入端连接；

所述能源运输循环回路与所述液态气体储能循环回路共用第一压缩热储罐、第一液态气体储罐和第一低温冷能储罐，还包括接驳船、接驳船码头、压缩热接驳车和/或压缩热输送管道、液态气体接驳车和/或液态气体输送管道、低温冷能接驳车和/或低温冷能输送管道、第二压缩热储罐、第二液态气体储罐和第二低温冷能储罐；所述第一压缩热储罐、第一液态气体储罐分别通过接驳船运输至接驳船码头，再分别通过压缩热接驳车和/或压缩热输送管道、液态气体接驳车和/或液态气体输送管道存入第二压缩热储罐和第二液态气体储罐内；所述第二低温冷能储罐通过低温冷能接驳车和/或低温冷能输送管道运输至接驳船码头，再通过接驳船存入第一低温冷能储罐内；

所述液态气体发电循环回路与所述能源运输循环回路共用第二压缩热储罐、第二液态气体储罐和第二低温冷能储罐，还包括液态气体发电站、中高压电网、工业用户和居民用户；所述第二压缩热储罐的输出端分两路：一路与液态气体发电站的第一输入端连接，另一路直接供给给居民用户；第二液态气体储罐的输出端与液态气体发电站的第二输入端连接；液态气体发电站的第一输出端与中高压电网的输入端连接，中高压电网的输出端分两路：一路供给工业用户，另一路供给居民用户；液态气体发电站的第二输出端与第二低温冷能储罐的输入端连接。

其中，所述气体液化平台、第一压缩热储罐、第一液态气体储罐和第一低温冷能储罐放置在岛屿或者漂浮平台，或者集成在接驳船上。

本发明还提供上述基于液态气体储能的离岸可再生能源输运系统的能源运输方法，包括以下步骤：

离岸可再生能源存储：离岸可再生能源发电场的发电量驱动气体液化平台将气体压缩至高压，经过第一低温冷能储罐中存储的低温冷能冷却后，膨胀降压获取液态气体，并存储在第一液态气体储罐内，气体液化可以包括气体分离过程；与此同时，气体压缩过程产生的高温压缩热存储在第一压缩热储罐内；

液态气体、高温压缩热和低温冷能运输：第一压缩热储罐和第一液态气体储罐中存储的压缩热和液态气体通过接驳船运输到接驳船码头，并分别通过压缩热接驳车和/或压缩热输送管道和液态气体接驳车和/或液态气体输送管道将压缩热和液态气体运输到第二压缩热储罐和第二液态气体储罐内；第二低温冷能储罐中存储的低温冷能通过低温冷能接驳车和/或低温冷能输送管道运输到接驳船码头，并通过接驳船将低温冷能储存到第一低温冷能储罐内；

液态气体发电：液态气体发电站将第二液态气体储罐中存储的液态气体加压至高压，并将液态气体的低温冷能存储在第二低温冷能储罐内；释冷后的常温高压气体进一步被第二压缩热储罐中存储的高温压缩热加热至高温，进入气体透平膨胀发电；液态气体发电站的发电量通过中高压电网供给工业用户和居民用户。

进一步地，第二压缩热储罐中存储的多余高温压缩热供给居民用户，实现热电联供。

优选地，液态气体为液态空气和/或液态氮气，以及其他合适的单种或多种气体，多种气体情形可以分罐存储和运输。

进一步地，所述接驳船的全部或部分动力由液态气体提供。

优选地，离岸可再生能源为风能、潮汐能或者太阳能。

当液态气体为液态空气时，其可以运往天然气田，用于液化天然气，从而省去燃烧天然气发电和其过程中造成的环境问题。

液态气体冷能及低温冷能可用于海上产品冷藏和冷链运输。

液态气体冷能及低温冷能可直接为冷链运输载具充能及电动载具电解充能。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1)、本发明以液态气体作为离岸可再生能源的传输工质，替代传统昂贵的HVAC/HVDC传输技术，大大降低投资和维护成本，利用液态气体存储离岸可再生能源，可以消除可再生能源的间歇性，起到移峰填谷的作用，为实现离岸可再生能源的输运提供了一种可行的新方法；

2)、本发明液态空气可运输至液化天然气田，从而省去燃烧天然气发电和其过程中造成的环境问题；液态气体可用于接驳载具的动力供应，减少碳排放；

3)、本发明通过合理利用气体压缩热，可以实现热电联供；

4)、本发明通过合理利用余冷，可以实现冷-热-电联供。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为本发明基于液态气体储能的离岸可再生能源输运系统的结构示意图；

其中，离岸可再生能源发电场1，空气液化平台2，第一压缩热储罐3，第一液态空气储罐4，第一低温冷能储罐5，接驳船6，接驳船码头7，压缩热接驳车8和/或压缩热输送管道8a，液态空气接驳车9和/或液态空气输送管道9a，低温冷能接驳车10和/或低温冷能输送管道10a，第二压缩热储罐11，第二液态空气储罐12，第二低温冷能储罐13，液态空气发电站14，中高压电网15，工业用户16，居民用户17。

具体实施方式

根据下述实施例，并以液态空气为例，可以更好地理解本发明。

说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，该基于液态空气储能的离岸可再生能源输运系统包括液态空气储能循环回路、能源运输循环回路和液态空气发电循环回路。

其中，液态空气储能循环回路包括离岸可再生能源发电场1、空气液化平台2、第一压缩热储罐3、第一液态空气储罐4和第一低温冷能储罐5；

具体地，离岸可再生能源发电场1的输出端与空气液化平台2的左侧输入端连接；空气液化平台2的右侧第一输出端与第一压缩热储罐3的输入端连接；空气液化平台2的右侧第二输出端与第一液态空气储罐4的输入端连接；空气液化平台2的右侧输入端与第一低温冷能储罐5的输出端连接；

能源运输循环回路与液态空气储能循环回路共用第一压缩热储罐3、第一液态空气储罐4和第一低温冷能储罐5，还包括接驳船6、接驳船码头7、压缩热接驳车8和/或压缩热输送管道8a、液态空气接驳车9和/或液态空气输送管道9a、低温冷能接驳车10和/或低温冷能输送管道10a、第二压缩热储罐11、第二液态空气储罐12和第二低温冷能储罐13；

具体地，第一压缩热储罐3的输出端与接驳船6的上部第一输入端连接；第一液态空气储罐4的输出端与接驳船6的上部第二输入端连接；第一低温冷能储罐5的输入端与接驳船6的上部输出端连接；接驳船6的下部第一输出端与接驳船码头7的右侧第一输入端连接；接驳船6的下部第二输出端与接驳船码头7的右侧第二输入端连接；接驳船6的下部输入端与接驳船码头7的右侧输出端连接；接驳船码头7的左侧第一输出端通过压缩热接驳车8和/或压缩热输送管道8a与第二压缩热储罐11的输入端连接；接驳船码头7的左侧第二输出端通过液态空气接驳车9和/或液态空气输送管道9a与第二液态空气储罐12的输入端连接；接驳船码头7的左侧输入端通过低温冷能接驳车10和/或低温冷能输送管道10a与第二低温冷能储罐13的输出端连接；

液态空气发电循环回路与能源运输循环回路共用第二压缩热储罐11、第二液态空气储罐12和第二低温冷能储罐13，还包括液态空气发电站14、中高压电网15、工业用户16和居民用户17；

具体地，第二压缩热储罐11的输出端分两路：一路与液态空气发电站14的右侧第一输入端连接，另一路与居民用户17的上部输入端连接；第二液态空气储罐12的输出端与液态空气发电站14的右侧第二输入端连接；第二低温冷能储罐13的输入端与液态空气发电站14的右侧输出端连接；液态空气发电站14的左侧输出端与中高压电网15的输入端连接；中高压电网15的输出端分两路：一路与工业用户16的输入端连接，另一路与居民用户17的左侧输入端连接。

该基于液态空气储能的离岸可再生能源输运方法包括以下步骤：

离岸可再生能源存储：离岸可再生能源发电场1的发电量驱动空气液化平台2将空气压缩至高压，经过第一低温冷能储罐5中存储的低温冷能冷却后，膨胀降压获取液态空气，并存储在第一液态空气储罐4内；与此同时，空气压缩过程产生的高温压缩热存储在第一压缩热储罐3内；

液态空气、高温压缩热和低温冷能运输：第一压缩热储罐3和第一液态空气储罐4中存储的压缩热和液态空气通过接驳船6运输到接驳船码头7，并进一步通过压缩热接驳车8和/或压缩热输送管道8a以及液态空气接驳车9和/或液态空气输送管道9a分别将压缩热和液态空气运输到第二压缩热储罐11和第二液态空气储罐12；与此同时，第二低温冷能储罐13中存储的低温冷能通过低温冷能接驳车10运输到接驳船码头7，并进一步通过接驳船6运输到第一低温冷能储罐5；

液态空气发电：液态空气发电站14将第二液态空气储罐12中存储的液态空气加压至高压，并将液态空气的低温冷能存储在第二低温冷能储罐13；释冷后的高压空气进一步被第二压缩热储罐11中存储的高温压缩热加热至高温，进入空气透平膨胀发电；液态空气发电站14的发电量通过中高压电网15供给工业用户16和居民用户17；液态空气发电站14不能完全利用第二压缩热储罐11中存储的高温压缩热，多余的高温压缩热可以供给居民用户17，实现热电联供。

为进一步说明本发明，以100MW离岸风场为例，配一个约20MW的空气液化平台、一艘5000吨级的液态空气接驳船和一套50MW液态空气发电装置，假设液态空气储能效率为60％，设计使用年限为30年，投资约为人民币4.22亿元。而基于HVAC/HVDC的100MW离岸风场的投资约为人民币6.83亿。本发明相比基于HVAC/HVDC的技术可节省约40％的投资成本。

本发明提供了一种基于液态气体储能的离岸可再生能源输运系统及方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种基于液态气体储能的离岸可再生能源输运系统，其特征在于，包括液态气体储能循环回路、能源运输循环回路和液态气体发电循环回路，其中：

所述液态气体储能循环回路包括离岸可再生能源发电场、气体液化平台、第一压缩热储罐、第一液态气体储罐和第一低温冷能储罐；所述离岸可再生能源发电场的输出端与气体液化平台的第一输入端连接，第一低温冷能储罐的输出端与气体液化平台的第二输入端连接；气体液化平台的第一输出端与第一压缩热储罐的输入端连接，气体液化平台的第二输出端与第一液态气体储罐的输入端连接；

所述能源运输循环回路与所述液态气体储能循环回路共用第一压缩热储罐、第一液态气体储罐和第一低温冷能储罐，还包括接驳船、接驳船码头、压缩热接驳车和/或压缩热输送管道、液态气体接驳车和/或液态气体输送管道、低温冷能接驳车和/或低温冷能输送管道、第二压缩热储罐、第二液态气体储罐和第二低温冷能储罐；所述第一压缩热储罐、第一液态气体储罐分别通过接驳船运输至接驳船码头，再分别通过压缩热接驳车和/或压缩热输送管道、液态气体接驳车和/或液态气体输送管道存入第二压缩热储罐和第二液态气体储罐内；所述第二低温冷能储罐通过低温冷能接驳车和/或低温冷能输送管道运输至接驳船码头，再通过接驳船存入第一低温冷能储罐内；

所述液态气体发电循环回路与所述能源运输循环回路共用第二压缩热储罐、第二液态气体储罐和第二低温冷能储罐，还包括液态气体发电站、中高压电网、工业用户和居民用户；所述第二压缩热储罐的输出端分两路：一路与液态气体发电站的第一输入端连接，另一路直接供给给居民用户；第二液态气体储罐的输出端与液态气体发电站的第二输入端连接；液态气体发电站的第一输出端与中高压电网的输入端连接，中高压电网的输出端分两路：一路供给工业用户，另一路供给居民用户；液态气体发电站的第二输出端与第二低温冷能储罐的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于液态气体储能的离岸可再生能源输运系统，其特征在于，所述气体液化平台、第一压缩热储罐、第一液态气体储罐和第一低温冷能储罐集成在接驳船上。

3.根据权利要求1所述的基于液态气体储能的离岸可再生能源输运系统的能源运输方法，其特征在于，包括以下步骤：

离岸可再生能源存储：离岸可再生能源发电场的发电量驱动气体液化平台将气体压缩至高压，经过第一低温冷能储罐中存储的低温冷能冷却后，膨胀降压获取液态气体，并存储在第一液态气体储罐内；与此同时，气体压缩过程产生的高温压缩热存储在第一压缩热储罐内；

液态气体、高温压缩热和低温冷能运输：第一压缩热储罐和第一液态气体储罐中存储的压缩热和液态气体通过接驳船运输到接驳船码头，并分别通过压缩热接驳车和/或压缩热输送管道和液态气体接驳车和/或液态气体输送管道将压缩热和液态气体运输到第二压缩热储罐和第二液态气体储罐内；第二低温冷能储罐中存储的低温冷能通过低温冷能接驳车和/或低温冷能输送管道运输到接驳船码头，并通过接驳船将低温冷能储存到第一低温冷能储罐内；

液态气体发电：液态气体发电站将第二液态气体储罐中存储的液态气体加压至高压，并将液态气体的低温冷能存储在第二低温冷能储罐内；释冷后的常温高压气体进一步被第二压缩热储罐中存储的高温压缩热加热至高温，进入气体透平膨胀发电；液态气体发电站的发电量通过中高压电网供给工业用户和居民用户。

4.根据权利要求3所述的基于液态气体储能的离岸可再生能源输运系统的能源运输方法，其特征在于，第二压缩热储罐中存储的多余高温压缩热供给居民用户。

5.根据权利要求3所述的基于液态气体储能的离岸可再生能源输运系统的能源运输方法，其特征在于，液态气体为液态空气和/或液态氮气。

6.根据权利要求3所述的基于液态气体储能的离岸可再生能源输运系统的能源运输方法，其特征在于，所述接驳船的全部或部分动力由液态气体提供。

7.根据权利要求3所述的基于液态气体储能的离岸可再生能源输运系统的能源运输方法，其特征在于，离岸可再生能源为风能、波浪能、潮汐能或者太阳能。