[发明专利]一种与深冷空分装置耦合集成的压缩空气储能系统

说明书

本发明提供了一种与深冷空分装置耦合集成的压缩空气储能系统，属于能量储存与利用技术领域。本发明从峰谷电差和分时电价政策出发，将深冷空分与压缩空气储能耦合集成，通过用电负荷削峰填谷大幅降低运行成本。由于关键设备、运行维护、管理模式等方面高度相似，本发明对储能装置和空分装置的空气压缩机整体考虑，减少设计裕量和设备投资；合理利用空分装置产生的废热，提高储能系统的发电效率；在电价高位阶段由压缩空气储能系统直接向空分装置提供带压空气，大幅减少高成本电能的消耗。通过深冷空分装置和压缩空气储能系统的耦合集成，用电高峰阶段与用电低谷阶段的总运行成本可节约45％，压缩空气储能装置的投资回收期约为5年。

技术领域

本发明涉及一种与深冷空分装置耦合集成的压缩空气储能系统，属于能量储存与利用技术领域。该系统整体考虑空分和储能的空气压缩机，减少设计裕量和设备投资；储存的高压空气在电价高位阶段膨胀发电，实现用电负荷的削峰填谷；与此同时，利用空分装置的废热提高发电效率，向深冷空分装置提供压缩空气，减少电价高位阶段的能耗。

背景技术

大型空气分离装置主要采用深冷精馏工艺，通过空气压缩、膨胀制冷、低温精馏等过程将空气分离为氧气、氮气以及氩气，广泛应用于煤化工、石油化工和冶金等工业过程。在深冷空分装置中，空气压缩机和增压机是主要耗能单元，约占全装置总用能的90％。综合考虑环保、运输和生产操作便捷性等因素，深冷空分装置主要采用电力驱动。

深冷空分装置，尤其是超大规模空分装置，是耗电量巨大的能量密集型工业装置。以林德集团在中国建成的100000Nm³/h(氧气/液氧产量)深冷空分装置为例，空气压缩机的驱动电机功率达到41000kW，增压机的驱动电机功率达到23000kW。如何降低运行成本，是深冷空分装置用户企业重点关注的研究方向。

由于电力需求的多样性和不确定性，电力供应部门按照最大需求设置的供电能力，在需求低谷时段大量被闲置(尤其是经济发达地区，用电负荷存在显著的波峰和波谷，大多数情况下白天用电高峰，晚上用电低谷)，显著增加发供电成本。为了优化电力资源配置，提高发供电设备利用率，保证电网安全运行，电力供应和政府部门逐渐将负荷转移管理作为电力营销的重要任务。近年来，负荷转移管理逐渐采用与客户利益挂钩的经济激励措施，比如分时电价转移高峰负荷，鼓励消费企业改变用电时间和方式，平衡电力供需关系，推动用电负荷削峰填谷，减少电费支出。深冷空分装置，作为耗电量巨大的能量密集型工业装置，如果能够充分利用峰谷分时电价这一优惠条件，即可以为装置用户显著降低运行成本，又可以为电力需求的削峰填谷提供巨大的容量。

储能装置通过物理或化学的手段实现电能储存，可以在用电低谷阶段储能，在用电高峰阶段放电，帮助企业合理利用峰谷电差和分时电价政策，降低运行成本。目前已经或者接近工业化应用的大规模储能方式包括抽水储能、压缩/液化空气储能、全钒液流电池储能以及锂电池储能等。其中，压缩空气储能涉及的介质无污染，装置所使用设备已发展成熟，并具有使用寿命长(大于15年)和效率高(70～80％)等众多优点。除此之外，压缩空气储能装置和深冷空分装置在关键设备、运行维护以及管理模式等方面具有很高的相似性，可以更好地进行耦合集成，从而降低设备投资、提高能量利用效率、简化运行维护。

基于以上背景技术，以及压缩空气储能装置与深冷空分装置在多个方面的相似性，本发明提出一种与深冷空分装置耦合集成的压缩空气储能系统，在用电低谷阶段储能，在用电高峰阶段放电，合理利用分时电价政策，实现用电负荷削峰填谷、降低空分装置运行成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种与深冷空分装置耦合集成的压缩空气储能系统，通过用电负荷的削峰填谷来大幅降低深冷空分装置的运行成本。在此基础上，综合考虑储能和空分的空气压缩机，降低设备投资；合理利用空分装置产生的废热来提高发电效率；在电价高位阶段直接向空分装置提供中压压缩空气，大幅减少高成本电能的消耗。本发明中实现深冷空分装置与压缩空气储能装置耦合集成的具体技术方案是：