集成液化空气与RSOFC的发电储能一体化系统及运行

本发明属于可逆固体氧化物燃料电池发电储能系统运行以及液化空气储能等能源领域，涉及一种将固体氧化物燃料电池发电储能系统与液化空气储能集成技术，具体涉及到一种提高电网调峰调频性能的发电储能一体化系统。背景技术：1、由于风能和太阳能的间歇性和不稳定性，新能源大规模并网确实带来了一系列挑战，其中最为关键的就是电力系统的消纳能力问题。储能技术因此成为解决这一问题的重要手段。储能系统可以在新能源发电量高于需求时存储能量，并在需求高于发电量时释放能量，从而平衡供需，提高电网的稳定性和可靠性。液态空气储能技术是一种先进的大规模能量存储解决方案，它基于传统的压缩空气储能技术，并融入了低温液化过程。这项技术通过在低压或常压下将压缩空气转换为液态进行储存。具有储能密度高、成本相对较低、对地理条件依赖小等优点，适合大规模推广应用，可在很大程度上解决可再生能源发电的间歇性和波动性问题，增强电网稳定性。但液化空气储能系统受限于卡诺循环以及自身既需要冷却又需要加热的性质，工质温度导致做功效率不高。技术实现思路1、为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种集成液化空气与rsofc的发电储能一体化系统及运行方法，将可逆固体氧化物燃料电池rsofc与液化空气储能耦合，能将可逆固体氧化物燃料电池的高温尾气提供给液化空气储能系统，将可逆固体氧化物燃料电池的能量进行回收利用，并能提高液化空气储能的能量转换效率。该系统将电网中输入或输出的功率进行分配，令可逆固体氧化物燃料电池与液化空气储能之间相互协调，实现更高效的电网调控。2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：3、一种集成液化空气与rsofc的发电储能一体化系统及运行方法，其特征在于，包括液化空气储能单元、燃气轮机发电单元、sofc发电单元、soec储能单元和电网控制单元。其中，rsofc表示可逆固体氧化物燃料电池，sofc表示固体氧化物燃料电池，soec表示固体氧化物电解池。4、所述液化空气储能单元包括空气压缩机1、第一换热器2、第二换热器3、节流阀4、第一气液分离器5、储液罐6、第一控制阀7、低温泵8、第三换热器9、储冷罐10、储热罐11、连接各类设备之间的管路等；换热工质来自储冷罐10，流经第一换热器2后流入储热罐11，从储热罐11流经第三换热器9后流入储冷罐，空气来自外部环境，经由空气压缩机1，流经第一换热器2和第二换热器3，经过节流阀4后进入第一气液分离器5，空气中的气体部分流经第二换热器3后排出，液体部分流入储液罐6，液化空气从储液罐6出口流经第一控制阀7后通过低温泵8流经第二换热器3和第三换热器9，第三换热器9出口管道与燃气轮机发电单元相连接。5、所述燃气轮机发电单元，包括第四换热器12、后燃烧室13、燃气轮机14、连接各类设备之间的管道等；空气来自液化空气储能单元，流经第四换热器12，进入后燃烧室，反应氢气和氧气或者sofc反应后尾气来自sofc发电单元，并分别有管道连接，后燃烧室13出口水蒸气通过燃气轮机14，燃气轮机14出口管道与sofc发电单元相连接。6、所述sofc发电单元，包括熔盐储热罐15、sofc电堆16、第二控制阀17、第三控制阀18、第四控制阀19、第五控制阀20、第五换热器21、第六换热器22、第六控制阀23、第七控制阀24；氧气和氢气来自soec储能单元的soec电堆，氧气流经第六控制阀23、第五换热器21和第五控制阀20进入sofc电堆16，或者氧气流经第六控制阀23、第五换热器21和第四控制阀19进入燃气轮机发电单元中的后燃烧室13，氢气流经第七控制阀24、第五换热器21和第三控制阀18进入sofc电堆16，或者氢气流经第七控制阀24、第五换热器21和第二控制阀17进入燃气轮机发电单元中的后燃烧室13，sofc电堆16出口管道与燃气轮机发电单元中的后燃烧室13相连接，水蒸气来自燃气轮机发电单元中的燃气轮机14，流经第五换热器21和第六换热器22进入soec储能单元，换热工质来自熔盐储热罐15，流经第五换热器21后流入熔盐储热罐15，或者流经第六换热器22后流入熔盐储热罐15，或者流经燃气轮机发电单元的第四换热器12后流入熔盐储热罐15，或者流经soec储能单元后流入熔盐储热罐15。7、所述soec储能单元包括储氢罐25、储氧罐26、第七换热器27、第八控制阀28、蓄水池29、soec电堆30、干燥器31、第二气液分离器32、第八换热器33；电解水来自蓄水池29，流经第八控制阀28、第七换热器27和第八换热器33，进入soec电堆30，soec电堆30中的氧气流经第八换热器33后进入储氧罐26，soec电堆30中的氢气流经第八换热器33、第二气液分离器32和干燥器31后进入储氢罐25，第二气液分离器32和sofc发电单元中的第六换热器22的水流入蓄水池29，sofc发电单元熔盐储热罐15的换热工质流经第七换热器27后流入熔盐储热罐15。8、所述电网控制单元包括电子负载控制器34；空气压缩机1、燃气轮机14、sofc电堆16和soec电堆30分别与电子负载控制器34通过电缆连接，电子负载控制器34与外电路连接形成电路回路。9、优选的，所述第二换热器(3)采用高压丙烷储存冷能，其具备较高的能量密度和较低的沸点，且成本较低，能够实现高效、低成本的冷能回收利用。10、所述的集成液化空气与rsofc的发电储能一体化系统的运行方法，具体如下：11、1)当电网电能过剩时，利用电子负载控制器34优化计算后将功率分配给液化空气储能单元和soec储能单元。12、所述的液化空气储能单元，其工作方法如下，当功率分配给液化空气储能单元时，启动空气压缩机1将外界空气压缩进管道，此时储冷罐10中的换热工质流过第一换热器2将被压缩的空气冷却并流到储热罐11，而被压缩的空气在第二换热器3中进行第二次冷却，进入节流阀4液化后进入第一气液分离器5，被液化的空气流入储液罐6中，未被液化的空气通过第二换热器3对空气冷却后排出，此时第一控制阀7处于关闭状态。13、所述的soec储能单元，其工作方法如下，当功率分配给soec储能单元时，打开第八控制阀28，将水从蓄水池29流经第七换热器27，将熔盐储热罐15的换热工质流经第七换热器27加热水变成水蒸气，水蒸气通过第八换热器33被加热后进入soec电堆30进行电解，生成的氧气流经第八换热器33冷却后进入储氧罐26，生成的氢气流经第八换热器33冷却后通过气液分离器32和干燥器31，最后进入储氢罐25，在第二气液分离器32中被分离的水流入蓄水池29，此时第六控制阀23和第七控制阀24处于关闭状态。14、2)当电网电能不足时，利用电子负载控制器34优化计算后将功率供给任务分配给燃气轮机发电单元和sofc发电单元。15、所述的燃气轮机发电单元，其工作方法如下，当令燃气轮机发电单元提供功率时，打开第一控制阀7，用低温泵8将液化空气流经第二换热器3、第三换热器9和第四换热器12进行加热膨胀后进入后燃烧室13，其中储热罐11的换热工质流经第三换热器9对液化空气进行加热后流入储冷罐10，熔盐储热罐15中的换热工质流经第四换热器12对空气进行加热后流回熔盐储热罐15，打开第六控制阀23和第四控制阀19，将储氢罐26中的氢气流经第五换热器21后进入后燃烧室13，打开第七控制阀24和第二控制阀17，将储氧罐25中的氧气流经第五换热器21后进入后燃烧室13，其中熔盐储热罐15中的换热工质流经第五换热器21对氧气和氢气进行加热后流回熔盐储热罐15，sofc电堆16的高温尾气流入后燃烧室13，后燃烧室13进行完全燃烧反应，反应后的气体流经燃气轮机14进行做功发电，之后通过第五换热器21对氢气和氧气进行加热和第六换热器22对换热工质进行换热进入蓄水池29。16、所述的sofc发电单元，其工作方法如下，打开第六控制阀23和第五控制阀20，将储氢罐26中的氢气流经第五换热器21被加热后进入sofc电堆16，打开第七控制阀24和第三控制阀18，将储氧罐25中的氧气流经第五换热器21被加热后进入sofc电堆16，在sofc电堆16进行氧化还原反应，反应过后的高温尾气流入后燃烧室13中。17、和现有技术相比较，本发明具备如下优点：18、1)本发明在实现发电与储能一体化的同时，利用固体氧化物燃料电池sofc和液化空气储能相互协调，能使电网调控效果更好。19、2)本发明充分利用固体氧化物燃料电池的高温热量对液化空气储能进行加热，使整个系统的热量得到充分利用，能量效率更高，液化空气储能的响应速度也更快。20、3)本发明中燃烧反应所使用的氧气来自液化空气储能所液化的空气以及固体氧化物燃料电池电解的氧气，由于液化空气储能在气液分离时分离了部分氮气，氧气浓度较高，而固体氧化物燃料电池电解的氧气浓度也较高，燃烧时能实现富氧燃烧，燃烧更充分稳定，能量效率更高。21、4)本发明充分利用固体氧化物燃料电池的高温尾气，将尾气进入液化空气储能系统进行燃烧利用，在提高液化空气储能能量效率和响应速度的同时，避免燃料浪费。