PL248517B1 - Installation for storing energy in liquefied air and energy recovery with an oxy-combustion module - Google Patents

Installation for storing energy in liquefied air and energy recovery with an oxy-combustion module

Info

Publication number
PL248517B1
PL248517B1 PL450572A PL45057224A PL248517B1 PL 248517 B1 PL248517 B1 PL 248517B1 PL 450572 A PL450572 A PL 450572A PL 45057224 A PL45057224 A PL 45057224A PL 248517 B1 PL248517 B1 PL 248517B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
stream
heat exchanger
liquid
air
heat
Prior art date
Application number
PL450572A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL450572A1 (en
Inventor
Aleksandra Dzido
Piotr Krawczyk
Krzysztof Badyda
Original Assignee
Politechnika Warszawska
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Politechnika Warszawska filed Critical Politechnika Warszawska
Priority to PL450572A priority Critical patent/PL248517B1/en
Publication of PL450572A1 publication Critical patent/PL450572A1/en
Publication of PL248517B1 publication Critical patent/PL248517B1/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04078—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression
    • F25J3/04084—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression of nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/14—Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C9/00—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure
    • F17C9/02—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure with change of state, e.g. vaporisation
    • F17C9/04—Recovery of thermal energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0012—Primary atmospheric gases, e.g. air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0201—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using only internal refrigeration means, i.e. without external refrigeration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0228—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes
    • F25J1/0234—Integration with a cryogenic air separation unit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0228—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes
    • F25J1/0235—Heat exchange integration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04527—Integration with an oxygen consuming unit, e.g. glass facility, waste incineration or oxygen based processes in general
    • F25J3/04533—Integration with an oxygen consuming unit, e.g. glass facility, waste incineration or oxygen based processes in general for the direct combustion of fuels in a power plant, so-called "oxyfuel combustion"
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04563—Integration with a nitrogen consuming unit, e.g. for purging, inerting, cooling or heating
    • F25J3/04575—Integration with a nitrogen consuming unit, e.g. for purging, inerting, cooling or heating for a gas expansion plant, e.g. dilution of the combustion gas in a gas turbine
    • F25J3/04581—Hot gas expansion of indirect heated nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04612—Heat exchange integration with process streams, e.g. from the air gas consuming unit
    • F25J3/04618—Heat exchange integration with process streams, e.g. from the air gas consuming unit for cooling an air stream fed to the air fractionation unit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J5/00—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants
    • F25J5/002—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger
    • F25J5/005—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger in a reboiler-condenser, e.g. within a column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/40—Air or oxygen enriched air, i.e. generally less than 30mol% of O2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/42—Nitrogen or special cases, e.g. multiple or low purity N2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/50—Oxygen or special cases, e.g. isotope-mixtures or low purity O2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2260/00—Coupling of processes or apparatus to other units; Integrated schemes
    • F25J2260/20—Integration in an installation for liquefying or solidifying a fluid stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2260/00—Coupling of processes or apparatus to other units; Integrated schemes
    • F25J2260/42—Integration in an installation using nitrogen, e.g. as utility gas, for inerting or purging purposes in IGCC, POX, GTL, PSA, float glass forming, incineration processes, for heat recovery or for enhanced oil recovery
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2260/00—Coupling of processes or apparatus to other units; Integrated schemes
    • F25J2260/50—Integration in an installation using oxygen, e.g. in the burner of a glass facility, waste incineration or oxygen based process [OBP] in general
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2260/00—Coupling of processes or apparatus to other units; Integrated schemes
    • F25J2260/80—Integration in an installation using carbon dioxide, e.g. for EOR, sequestration, refrigeration etc.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest instalacja do magazynowania energii w skroplonym powietrzu i odzysku energii z modułem oksy-spalania, posiadająca układ upłynniania powietrza zawierający sprężarkę lub układ wielostopniowych sprężarek połączonych z wymiennikiem ciepła oraz wymiennikiem wielostrumieniowym na ostatnim stopniu schładzania połączonym na wylocie z rozdzielaczem fazy ciekłej i gazowej, do którego podłączony jest obwód recyrkulacji fazy gazowej, a także posiadająca zbiornik do magazynowania ciekłego powietrza i jednostkę separacji powietrza zawierającą kolumnę destylacyjną do rozdziału powietrza na strumień ciekłego azotu i strumień ciekłego tlenu, charakteryzuje się tym, że kolumna destylacyjna (11) połączona jest z układem regazyfikacji azotu w wymienniku ciepła (16) pierwszego obiegu chłodniczego (I) poprzez pompę kriogeniczną ciekłego azotu (14) do pompowania strumienia ciekłego azotu (12), przy czym wymiennik ciepła (16) połączony jest z układem ogrzewania w wymienniku ciepła (19) drugiego obiegu chłodniczego (II), przy czym wymiennik ciepła (19) połączony jest z ekspanderem (21) zasilającym generator energii elektrycznej (23), przy czym kolumna destylacyjna (11) połączona jest ponadto z parownikiem tlenu (28) poprzez pompę kriogeniczną ciekłego tlenu (26) do pompowania strumienia ciekłego tlenu (13) do modułu oksy-spalania, który zawiera komorę spalania (30), zasilaną strumieniem paliwa (29) oraz wylot spalin, który połączony jest z turbiną gazową (31) sprzężoną z generatorem energii elektrycznej (32).The subject of the application is an installation for storing energy in liquefied air and recovering energy with an oxy-combustion module, having an air liquefaction system comprising a compressor or a system of multi-stage compressors connected to a heat exchanger and a multi-stream exchanger at the last cooling stage connected at the outlet to a liquid and gas phase separator to which a gas phase recirculation circuit is connected, and also having a tank for storing liquid air and an air separation unit comprising a distillation column for separating air into a liquid nitrogen stream and a liquid oxygen stream, characterized in that the distillation column (11) is connected to a nitrogen regasification system in a heat exchanger (16) of the first refrigeration circuit (I) via a liquid nitrogen cryogenic pump (14) for pumping the liquid nitrogen stream (12), wherein the heat exchanger (16) is connected to a heating system in a heat exchanger (19) of the second refrigeration circuit (II), wherein the heat exchanger (19) is connected to an expander (21) supplying an electrical energy generator (23), wherein the distillation column (11) is further connected to an oxygen vaporizer (28) via a liquid oxygen cryogenic pump (26) for pumping a liquid oxygen stream (13) to an oxy-combustion module which comprises a combustion chamber (30) supplied with a fuel stream (29) and an exhaust gas outlet which is connected to a gas turbine (31) coupled to an electrical energy generator (32).

Description

Przedmiotem wynalazku jest instalacja do magazynowania energii w skroplonym powietrzu i odzysku energii z modułem oksy-spalania.The subject of the invention is an installation for storing energy in liquefied air and recovering energy with an oxy-combustion module.

Znane są układy magazynowania energii w skroplonym powietrzu typu LAES (Liquid Air Energy Storage) z aparaturą do odzysku ciepła i chłodu, wyposażone w instalacje do sprężania powietrza i przepuszczenia go przez wymienniki ciepła w celu wstępnego schłodzenia. Następnie powietrze jest rozprężane na turbinie, gdzie częściowo się wykrapla, a także możliwy jest odzysk części energii włożonej w jego sprężanie. Skroplone powietrze jest magazynowane. Podczas rozładowania magazynu skroplone powietrze oddaje część chłodu a następnie rozpręża się na turbinie, umożliwiając odzysk energii.Liquid Air Energy Storage (LAES) systems are known for storing energy in liquefied air, with heat and cold recovery equipment. They are equipped with systems for compressing the air and passing it through heat exchangers for pre-cooling. The air is then expanded in a turbine, where it partially condenses, allowing for the recovery of some of the energy used in its compression. The liquefied air is stored. When the storage is unloaded, the liquefied air releases some of its cold and then expands in the turbine, enabling energy recovery.

W opisie patentowym PL233789B1 opisana jest adiabatyczna instalacja do magazynowania energii w skroplonym powietrzu i odzysku energii, posiadająca wielostopniową instalację sprężania i schładzania powietrza złożoną z połączonych szeregowo sprężarek na przemian z kolejnymi wymiennikami ciepła, oraz wymiennik wielostrumieniowy na ostatnim stopniu schładzania. Wymiennik wielostrumieniowy jest połączony na wylocie z separatorem fazy ciekłej i fazy gazowej. Faza ciekła jest kierowana do zbiornika magazynującego, a faza gazowa jest zawracana obwodem recyrkulacji na pierwszy stopień sprężania. Układ regazyfikacji fazy ciekłej ma obwód regazyfikacji łączący zbiornik magazynujący z turbiną gazową rozprężną. Do obwodu regazyfikacji przyłączone są inne wymienniki ciepła służące do optymalizacji przepływu ciepła pomiędzy obwodem regazyfikacji a wymiennikiem wielostrumieniowym. Ostatni wymiennik ciepła układu regazyfikacji, przyłączony do obwodu regazyfikacji przed turbiną gazową, wchodzi w skład obiegu grzewczego, do którego jest dołączony magazyn gorącego i zimnego czynnika przepływającego przez wymienniki ciepła wielostopniowego układu chłodzenia. W rozwiązaniu tym do układu regazyfikacji przyłączono moduł separacji tlenu w celu zwiększenia efektywności ekonomicznej magazynowania energii.Patent description PL233789B1 describes an adiabatic system for storing energy in liquefied air and recovering energy. It comprises a multi-stage air compression and cooling system consisting of series-connected compressors alternating with subsequent heat exchangers, and a multi-stream heat exchanger in the final cooling stage. The multi-stream heat exchanger is connected at the outlet to a liquid-gas separator. The liquid phase is directed to a storage tank, and the gas phase is returned via a recirculation circuit to the first compression stage. The liquid phase regasification system has a regasification circuit connecting the storage tank to the expansion gas turbine. Other heat exchangers are connected to the regasification circuit to optimize heat transfer between the regasification circuit and the multi-stream heat exchanger. The final heat exchanger of the regasification system, connected to the regasification circuit upstream of the gas turbine, forms part of a heating circuit, which is connected to a storage tank for hot and cold media flowing through the heat exchangers of the multi-stage cooling system. In this solution, an oxygen separation module is connected to the regasification system to increase the economic efficiency of energy storage.

W opisie zgłoszenia CN109812304A ujawniono system wytwarzania energii w szczycie zapotrzebowania, który integruje obieg nadkrytycznego dwutlenku węgla (sCO2) z magazynowaniem energii w postaci skroplonego powietrza. Jako utleniacz w komorze spalania gazu ziemnego w cyklu obiegu nadkrytycznego cyklu dwutlenku węgla wykorzystywany jest czysty tlen.Application No. CN109812304A discloses a peak demand energy generation system that integrates a supercritical carbon dioxide (sCO2) cycle with energy storage in the form of liquefied air. Pure oxygen is used as the oxidant in the natural gas combustion chamber of the supercritical carbon dioxide cycle.

W opisie zgłoszenia US2022389841A1 ujawniono system magazynowania i odzyskiwania energii, który integruje ciekłe powietrze (w postaci skroplonego azotu i tlenu) z obiegiem nadkrytycznego dwutlenku węgla (sCO2). System ten umożliwia wykorzystanie nadwyżek energii - szczególnie z niestabilnych źródeł odnawialnych - do skraplania i separacji powietrza atmosferycznego, a następnie przechowywania uzyskanych cieczy w zbiornikach kriogenicznych. Gdy energia jest potrzebna, ciekły tlen i azot są ogrzewane i rozprężane, co pozwala na wytwarzanie energii w turbinach. Ciepło potrzebne do odparowania tych gazów dostarcza strumień sCO2, który krąży w zamkniętym obiegu i dodatkowo może zasilać trzecią turbinę poprzez cykl Rankine’a.Application US2022389841A1 discloses an energy storage and recovery system that integrates liquid air (in the form of liquefied nitrogen and oxygen) with a supercritical carbon dioxide (sCO2) cycle. This system allows for the use of excess energy—particularly from intermittent renewable sources—to liquefy and separate atmospheric air, and then store the resulting liquids in cryogenic tanks. When energy is needed, the liquid oxygen and nitrogen are heated and expanded, allowing power to be generated in turbines. The heat required to vaporize these gases is provided by a stream of sCO2, which circulates in a closed loop and can additionally power a third turbine via the Rankine cycle.

W opisie zgłoszenia WO2003069131A1 ujawniono m.in. zintegrowany system do generowania energii i rozdzielania powietrza, zawierający zespół komory spalania tlenowego, który wytwarza strumień gazu o wysokiej temperaturze, wprowadzany do jednego lub więcej wymienników ciepła do wytwarzania/ogrzewania pary i następnie wprowadzany do jednej lub więcej turbin do generowania energii. Dodatkowa moc jest generowana przez strumień azotu pod wysokim ciśnieniem, wytwarzany przez jednostkę separacji powietrza.The description of application WO2003069131A1 discloses, among other things, an integrated power generation and air separation system comprising an oxy-fuel combustor that produces a high-temperature gas stream that is fed to one or more heat exchangers for generating/heating steam and then fed to one or more turbines for power generation. Additional power is generated by a high-pressure nitrogen stream generated by an air separation unit.

W opisie zgłoszenia WO2022070124A1 ujawniono sposób wytwarzania energii i skraplania gazu, obejmujący następujące etapy: 1) wytwarzania w komorze spalania spalin zawierających parę wodną i CO2, 2) rozprężania wymienionych spalin w pierwszym rozprężaczu z wytwarzaniem energii, uzyskując w ten sposób rozprężone spaliny, 3) chłodzenia rozprężonych spalin uzyskanych w ten sposób w jednostce odzysku ciepła, uzyskując w ten sposób schłodzone spaliny i częściową kondensację pary wodnej, 4) oddzielania skroplonej pary wodnej w pierwszym separatorze, uzyskując w ten sposób częściowo odwodnione spaliny, 5) pompowania części skroplonej pary wodnej za pomocą pierwszej pompy i recyklingu jej do komory spalania, 6) chłodzenia wymienionych częściowo odwodnionych spalin w pierwszym wymienniku ciepła, uzyskując w ten sposób dalsze schłodzone spaliny, 7) oddzielania drugiej części skroplonej pary wodnej w drugim separatorze, uzyskując w ten sposób dalszy odwodniony gaz spalinowy, który w etapie 8) poddawany jest dalszemu odwodnieniu w jednostce odwadniającej DHU, uzyskując w ten sposób gaz spalinowy składający się głównie z CO2, 9) skraplanie CO2 w wymienionym gazie spalinowym składającym się głównie z CO2 w jednostce skraplania, uzyskując w ten sposób strumień ciekłego CO2, 10) oddzielanie części wymienionego strumienia skroplonego CO2 i zawracanie go do komory spalania.The description of application WO2022070124A1 discloses a method for generating energy and liquefying gas, comprising the following steps: 1) generating exhaust gases containing water vapor and CO2 in a combustion chamber, 2) expanding said exhaust gases in a first expander with the generation of energy, thereby obtaining expanded exhaust gases, 3) cooling the expanded exhaust gases obtained in this way in a heat recovery unit, thereby obtaining cooled exhaust gases and partial condensation of the water vapor, 4) separating the condensed water vapor in a first separator, thereby obtaining partially dehydrated exhaust gases, 5) pumping part of the condensed water vapor by means of a first pump and recycling it to the combustion chamber, 6) cooling said partially dehydrated exhaust gases in a first heat exchanger, thereby obtaining further cooled exhaust gases, 7) separating the second part of the condensed water vapor in a second separator, thereby obtaining further dehydrated exhaust gas, which in step 8) is further dehydrated in a dehydration unit DHU, thereby obtaining a flue gas consisting mainly of CO2, 9) condensing the CO2 in said flue gas consisting mainly of CO2 in a condensation unit, thereby obtaining a liquid CO2 stream, 10) separating a portion of said liquefied CO2 stream and returning it to the combustion chamber.

W opisie patentowym EP2703717B1 ujawniono sposób eksploatacji układu kotła do spalania tlenowego, w którym strumienie tlenu i paliwa są spalane w celu wytworzenia strumienia gazów spalinowych zawierających dwutlenek węgla, przy czym układ umożliwia pracę w trybie odparowania i skraplania, gdzie w trybie odparowania strumień tlenu ze zbiornika ciekłego tlenu jest odparowywany przed wprowadzeniem do kotła przez przeniesienie energii cieplnej do strumienia ciekłego tlenu z pierwszego strumienia dwutlenku węgla jednostki przetwarzania gazu, przy czym w trybie skraplania, strumień gazowego tlenu ze źródła gazowego tlenu jest skraplany przed wprowadzeniem go do zbiornika ciekłego tlenu przez przeniesienie ciepła ze strumienia gazowego tlenu do drugiego strumienia dwutlenku węgla, przy czym przełączanie pomiędzy trybem odparowania i skraplania odbywa się na podstawie obciążenia układu kotła w czasie pracy, przy czym strumień dwutlenku węgla pod ciśnieniem jest sprężany w jednostce sprężania do ciśnienia umożliwiającego jego składowanie, przy czym w trybie skraplania jednostka sprężania działa częściowo w trybie recyrkulacji a nadwyżka chłodu jest pobierana ze strumienia pochodzącego z jednostki sprężania i wykorzystywana do upłynnienia gazowego tlenu wytwarzanego przez źródło gazowego tlenu.Patent EP2703717B1 discloses a method of operating an oxy-fuel boiler system in which oxygen and fuel streams are combusted to produce a flue gas stream containing carbon dioxide, the system being operable in an evaporation and condensation mode, wherein in the evaporation mode, the oxygen stream from a liquid oxygen tank is evaporated prior to being introduced into the boiler by transferring thermal energy to the liquid oxygen stream from a first carbon dioxide stream of a gas processing unit, wherein in the liquefaction mode, the oxygen gas stream from the oxygen gas source is condensed prior to being introduced into the liquid oxygen tank by transferring heat from the oxygen gas stream to a second carbon dioxide stream, wherein switching between the evaporation and condensation mode is performed based on the load of the boiler system during operation, the pressurized carbon dioxide stream is compressed in the compression unit to a pressure that allows it to be stored, wherein in the liquefaction mode, the compression unit is operated partially in a recirculation mode and excess cooling is taken from the stream coming from the compression unit and used to liquefy the oxygen gas produced by the oxygen gas source.

Celem wynalazku jest zapewnienie zintegrowanej instalacji do magazynowania energii oraz jej wysokosprawnego odzysku w okresach zwiększonego zapotrzebowania.The aim of the invention is to provide an integrated installation for energy storage and its highly efficient recovery during periods of increased demand.

Przedmiotem wynalazku jest instalacja do magazynowania energii w skropionym powietrzu i odzysku energii z modułem oksy-spalania, posiadająca układ upłynniania powietrza zawierający sprężarkę lub układ wielostopniowych sprężarek połączonych z wymiennikiem ciepła oraz wymiennikiem wielostrumieniowym na ostatnim stopniu schładzania połączonym na wylocie z rozdzielaczem fazy ciekłej i gazowej, do którego podłączony jest obwód recyrkulacji fazy gazowej, a także posiadająca zbiornik do magazynowania ciekłego powietrza i jednostkę separacji powietrza, zawierającą kolumnę destylacyjną do rozdziału powietrza na strumień ciekłego azotu i strumień ciekłego tlenu, charakteryzująca się tym, że kolumna destylacyjna połączona jest z układem regazyfikacji azotu w pierwszym wymienniku ciepła pierwszego obiegu chłodniczego poprzez pompę kriogeniczną ciekłego azotu do pompowania strumienia ciekłego azotu, przy czym pierwszy wymiennik ciepła połączony jest z układem ogrzewania w drugim wymienniku ciepła drugiego obiegu chłodniczego, przy czym drugi wymiennik ciepła połączony jest z ekspanderem zasilającym generator energii elektrycznej, przy czym kolumna destylacyjna połączona jest ponadto z parownikiem tlenu poprzez pompę kriogeniczną ciekłego tlenu do pompowania strumienia ciekłego tlenu do modułu oksy-spalania, który zawiera komorę spalania, zasilaną strumieniem paliwa oraz wylot spalin, który połączony jest z turbiną gazową sprzężoną z generatorem energii elektrycznej.The subject of the invention is an installation for storing energy in liquefied air and recovering energy with an oxy-combustion module, having an air liquefaction system comprising a compressor or a system of multi-stage compressors connected to a heat exchanger and a multi-stream exchanger at the last cooling stage connected at the outlet to a liquid and gas phase separator to which a gas phase recirculation circuit is connected, and also having a tank for storing liquid air and an air separation unit comprising a distillation column for separating air into a liquid nitrogen stream and a liquid oxygen stream, characterized in that the distillation column is connected to a nitrogen regasification system in the first heat exchanger of the first refrigeration circuit via a liquid nitrogen cryogenic pump for pumping the liquid nitrogen stream, wherein the first heat exchanger is connected to a heating system in the second heat exchanger of the second refrigeration circuit, wherein the second heat exchanger is connected to an expander supplying an electric energy generator, wherein the distillation column is further connected to the oxygen vaporizer via a liquid oxygen cryogenic pump to pump the liquid oxygen stream to the oxy-combustion module, which contains a combustion chamber fed with a fuel stream and an exhaust gas outlet, which is connected to a gas turbine coupled to an electricity generator.

Korzystnie, drugi obieg chłodniczy zawiera magazyn ciepła do magazynowania ciepła odebranego od powietrza za sprężarką w trzecim wymienniku ciepła, przy czym magazyn ciepła połączony jest z drugim wymiennikiem ciepła, który połączony jest ze zbiornikiem nośnika ciepła.Preferably, the second refrigeration circuit comprises a heat store for storing heat extracted from the air downstream of the compressor in a third heat exchanger, the heat store being connected to the second heat exchanger which is connected to the heat carrier tank.

Korzystnie, pierwszy obieg chłodniczy zawiera magazyn chłodu do magazynowania chłodu pozyskanego w procesie regazyfikacji azotu w pierwszym wymienniku ciepła, przy czym magazyn chłodu połączony jest z wielostrumieniowym wymiennikiem ciepła, który połączony jest ze zbiornikiem czynnika chłodniczego.Preferably, the first refrigeration circuit comprises a cold store for storing cold obtained in the process of nitrogen regasification in the first heat exchanger, the cold store being connected to a multi-stream heat exchanger which is connected to a refrigerant tank.

Korzystnie, drugi wymiennik ciepła połączony jest z ekspanderem poprzez wymiennik regeneracyjny, do którego kierowane są spaliny zza turbiny gazowej.Preferably, the second heat exchanger is connected to the expander via a regenerative exchanger to which exhaust gases from behind the gas turbine are directed.

Korzystnie, wymiennik regeneracyjny połączony jest ponadto z kondensatorem spalin, który jest przystosowany do rozdzielania spalin na strumień czystego dwutlenku węgla i wody przez jej wykraplanie ze strumienia spalin.Preferably, the regenerative exchanger is further connected to an exhaust gas condenser which is adapted to separate the exhaust gases into a stream of pure carbon dioxide and water by condensing it from the exhaust gas stream.

Wynalazek jest objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy instalacji według przykładu wykonania, a fig. 2 przedstawia schemat blokowy instalacji według przykładu wykonania.The invention is explained in an embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows a schematic diagram of an installation according to an embodiment, and Fig. 2 shows a block diagram of an installation according to an embodiment.

Jak przedstawiono na fig. 1, instalacja według przykładu wykonania obejmuje sekcję upłynniania powietrza atmosferycznego przez jego sprężanie, a następnie skraplanie w wyniku schładzania. Skroplone powietrze poddawane jest następnie destylacji, w wyniku której rozdzielone zostają strumienie azotu i tlenu. W okresie zwiększonego zapotrzebowania na energię elektryczną strumienie azotu i tlenu są pompowane oddzielnymi pompami kriogenicznymi, przepływają przez moduły odzysku chłodu a następnie strumień azotu kierowany jest do sekcji rozładowania LAES, a strumień tlenu do modułu oksy-spalania. Moduł ten zawiera komorę spalania, do której dostarczane jest paliwo np. węglowodór lub mieszanina lekkich węglowodorów pod ciśnieniem (np. metan, propan, butan) oraz tlen. Spalanie odbywa się w czystym tlenie, generując wysokotemperaturowy strumień spalin, składających się wyłącznie z wody i dwutlenku węgla. Spaliny kierowane są następnie na turbinę gazową, sprzęgniętą z generatorem energii elektrycznej. Za turbiną woda jest usuwana w łatwy sposób poprzez wykraplanie po obniżeniu mieszaniny do temperatury otoczenia. Ze spalin otrzymuje się zatem czysty strumień CO2, który może być łatwo zaabsorbowany w dedykowanej instalacji lub wykorzystany do celów technologicznych np. do produkcji napojów gazowanych czy po uprzednim zestaleniu jako suchy lód do transportu, czy technologii dry-ice blasting. Spaliny zza turbiny gazowej mają temperaturę wyższą, niż temperatura otoczenia. Ponadto znajduje się w nich niewykroplona para wod na. Aby ją usunąć spaliny takie należy schłodzić. Korzystnie, ciepło to może być wykorzystane do ogrzewania strumienia azotu przed turbiną gazową na linii azotowej, zwiększając sprawność magazynu LAES, jako źródło ciepła w układzie parowym (kocioł odzysknicowy) lub na inne cele grzewcze.As shown in Figure 1, the installation according to the exemplary embodiment includes a section for liquefying atmospheric air by compressing it and then liquefying it by cooling. The liquefied air is then distilled, which separates the nitrogen and oxygen streams. During periods of increased electricity demand, the nitrogen and oxygen streams are pumped by separate cryogenic pumps and flow through cooling recovery modules. The nitrogen stream is then directed to the LAES discharge section, and the oxygen stream to the oxy-combustion module. This module contains a combustion chamber to which a fuel, e.g., a hydrocarbon or a mixture of light hydrocarbons under pressure (e.g., methane, propane, butane), and oxygen are supplied. Combustion takes place in pure oxygen, generating a high-temperature exhaust gas stream consisting solely of water and carbon dioxide. The exhaust gases are then directed to a gas turbine coupled to an electrical generator. Downstream of the turbine, water is easily removed by condensation after the mixture is cooled to ambient temperature. This produces a pure CO2 stream from the exhaust gases, which can be easily absorbed in a dedicated installation or used for technological purposes, such as the production of carbonated beverages, or after solidification as dry ice for transport, or in dry-ice blasting technology. The exhaust gases downstream of the gas turbine are at a higher temperature than the ambient temperature. Furthermore, they contain uncondensed water vapor. To remove it, such exhaust gases must be cooled. This heat can be advantageously used to heat the nitrogen stream upstream of the gas turbine in the nitrogen line, increasing the efficiency of the LAES storage system, as a heat source in the steam system (waste heat boiler), or for other heating purposes.

Jak przedstawiono na fig. 2, w fazie ładowania magazynu LAES, strumień powietrza wlotowego 1 pobierany jest z atmosfery i sprężany na sprężarce lub układzie wielostopniowym sprężarek 3, zasilanych nadmiarową energią elektryczną 2. Powietrze o wysokim ciśnieniu i podwyższonej temperaturze jest chłodzone w trzecim wymienniku ciepła 4 obiegu chłodniczego II, a następnie trafia na wielostrumieniowy wymiennik ciepła 5, gdzie realizowane jest dalsze schładzanie gazu. Schłodzone powietrze trafia następnie na zawór dławiący 6, gdzie ulega dalszemu schładzaniu w wyniku efektu Joule’a-Thompshona i częściowo się wykrapla. Mieszanina dwufazowa kierowana jest do rozdzielacza faz 7. Faza gazowa 8 jest zawracana poprzez wielostrumieniowy wymiennik ciepła 5 i jako strumień zawracanego powietrza 9 łączy się z powietrzem wlotowym 1. Strumień powietrza ciekłego zza rozdzielacza faz 7 trafia do zbiornika powietrza ciekłego 10, gdzie jest magazynowany.As shown in Fig. 2, during the LAES storage loading phase, the inlet air stream 1 is drawn from the atmosphere and compressed by a compressor or a multi-stage compressor system 3, powered by excess electrical energy 2. The high-pressure, elevated-temperature air is cooled in the third heat exchanger 4 of refrigeration circuit II and then passes to the multi-stream heat exchanger 5, where further gas cooling is performed. The cooled air then passes to the throttle valve 6, where it is further cooled by the Joule-Thompshon effect and partially condenses. The two-phase mixture is directed to the phase separator 7. The gaseous phase 8 is recycled through the multi-stream heat exchanger 5 and combines with the inlet air 1 as a recycled air stream 9. The liquid air stream from behind the phase separator 7 passes to the liquid air tank 10, where it is stored.

W fazie rozładowania magazynu LAES, ciekłe powietrze ze zbiornika ciekłego powierza 10 trafia do jednostki separacji powietrza, zawierającej kolumnę destylacyjną 11. Strumień ciekłego azotu 12 kierowany jest na pompę kriogeniczną ciekłego azotu 14, zasilaną strumieniem energii elektrycznej 15. Następnie strumień ciekłego azotu o wysokim ciśnieniu jest regazyfikowany w pierwszym wymienniku ciepła 16 pierwszego obiegu chłodniczego I, a następnie podgrzewany w drugim wymienniku ciepła 19 drugiego obiegu chłodniczego II. Ewentualnie, strumień ten może być dalej podgrzewany w wymienniku regeneracyjnym azot-spaliny 20. Strumień podgrzanego azotu o wysokim ciśnieniu zza wymiennika regeneracyjnego azot-spaliny 20 trafia następnie na ekspander 21, zasilający generator, w wyniku czego uzyskiwany jest strumień energii elektrycznej 23. Azot wypuszczany jest do atmosfery lub używany na inne cele technologiczne, jako strumień 22. Ewentualnie, wymienniki 19 i 20 mogą być zainstalowane do przegrzewu strumienia azotu za kolejnymi stopniami rozprężania, jeśli ekspander 21 jest wykonany jako wielostopniowy.In the discharge phase of the LAES storage, liquid air from the liquid air tank 10 is fed to an air separation unit containing a distillation column 11. The liquid nitrogen stream 12 is directed to a liquid nitrogen cryogenic pump 14 powered by an electric energy stream 15. Then, the high-pressure liquid nitrogen stream is regasified in the first heat exchanger 16 of the first refrigeration circuit I and then heated in the second heat exchanger 19 of the second refrigeration circuit II. Optionally, this stream may be further heated in the nitrogen-exhaust gas regenerative exchanger 20. The stream of heated high-pressure nitrogen from behind the nitrogen-exhaust gas regenerative exchanger 20 then goes to the expander 21, which powers the generator, as a result of which an electrical energy stream 23 is obtained. The nitrogen is released into the atmosphere or used for other technological purposes, as stream 22. Optionally, exchangers 19 and 20 may be installed to superheat the nitrogen stream after subsequent expansion stages, if the expander 21 is designed as a multi-stage one.

W drugim obiegu chłodniczym II, ciepło odebrane od powietrza za sprężarką 3 w trzecim wymienniku ciepła 4 jest magazynowane w magazynie ciepła 25. Ciepło to służy do przegrzania powietrza w fazie rozładowania magazynu LAES, w drugim wymienniku ciepła 19. Nośnik ciepła jest następnie magazynowany w zbiorniku 24.In the second refrigeration circuit II, the heat removed from the air downstream of the compressor 3 in the third heat exchanger 4 is stored in the heat storage tank 25. This heat is used to superheat the air in the discharge phase of the LAES storage tank, in the second heat exchanger 19. The heat carrier is then stored in the tank 24.

W pierwszym obiegu chłodniczym I, chłód pozyskany w procesie regazyfikacji powietrza w pierwszym wymienniku ciepła 16 jest magazynowany w magazynie chłodu 17 pierwszego obiegu chłodniczego I i wykorzystywany podczas ładowania magazynu LAES, jako czynnik chłodzący strumień powietrza w wielostrumieniowym wymienniku ciepła 5. Czynnik chłodniczy pierwszego obiegu chłodniczego I jest następnie magazynowany w zbiorniku 18.In the first refrigeration circuit I, the cold obtained in the process of air regasification in the first heat exchanger 16 is stored in the cold storage 17 of the first refrigeration circuit I and used during the charging of the LAES storage as a cooling medium for the air stream in the multi-stream heat exchanger 5. The refrigerant of the first refrigeration circuit I is then stored in the tank 18.

Pozyskany w wyniku destylacji na kolumnie destylacyjnej 11 strumień ciekłego tlenu 13, w fazie rozładowania magazynu LAES, kierowany jest na pompę kriogeniczną ciekłego tlenu 26 zasilaną strumieniem energii elektrycznej 27, w celu podniesienia ciśnienia. Następnie strumień ciekłego tlenu o wysokim ciśnieniu trafia na parownik tlenu 28, gdzie zachodzi przemiana fazowa tlenu ciecz-gaz. Następnie strumień wysokociśnieniowego, gazowego tlenu kierowany jest do komory spalania 30, zasilanej strumieniem paliwa 29 np. gazowego (o wysokim ciśnieniu), ciekłego (o wysokim ciśnieniu) lub stałego. Strumień spalin o wysokim ciśnieniu i temperaturze zza komory spalania 30 kierowany jest na turbinę gazową 31, sprzężoną z generatorem, produkującym energię elektryczną 32. Spaliny zza turbiny gazowej 31 opuszczają układ. Ewentualnie, jak pokazano na fig. 2, spaliny kierowane są na wymiennik regeneracyjny 20, aby przegrzać powietrze, co jest korzystne z punktu widzenia sprawności układu LAES. Spaliny zza wymiennika 20 trafiają na kondensator spalin 33, gdzie wykrapla się woda 34, a strumień czystego CO2 35 jest kierowany do celów procesowych lub magazynowania.The liquid oxygen stream 13 obtained through distillation in the distillation column 11, during the discharge phase of the LAES storage, is directed to a liquid oxygen cryogenic pump 26 powered by an electrical energy stream 27 to raise the pressure. The high-pressure liquid oxygen stream then enters an oxygen vaporizer 28, where the liquid-gas phase transition occurs. The high-pressure gaseous oxygen stream is then directed to a combustion chamber 30, powered by a fuel stream 29, e.g., gaseous (high-pressure), liquid (high-pressure), or solid. The high-pressure and high-temperature exhaust gas stream from behind the combustion chamber 30 is directed to a gas turbine 31, coupled to a generator that produces electricity 32. The exhaust gases from behind the gas turbine 31 exit the system. Alternatively, as shown in Fig. 2, the exhaust gases are directed to a regenerative exchanger 20 to superheat the air, which is beneficial for the efficiency of the LAES system. The exhaust gases from the exchanger 20 are directed to an exhaust gas condenser 33, where water 34 condenses, and the pure CO2 stream 35 is directed to process or storage purposes.

Zaletą wynalazku jest zapewnienie wysokosprawnej instalacji do produkcji czystej energii elektrycznej z użyciem paliw kopalnych. Integracja układu LAES z modułem oksy-spalania według wynalazku zapewnia efekt synergii, który pozwala produkować tlen w okresach nadwyżek energii elektrycznej (kiedy jest ona tania) i go magazynować, a następnie wykorzystać do generowania dodatkowej mocy w okresach zapotrzebowania na energię elektryczną.The advantage of this invention is that it provides a highly efficient system for producing clean electricity using fossil fuels. Integrating the LAES system with the oxy-combustion module according to the invention provides a synergistic effect, allowing oxygen to be produced during periods of electricity surplus (when it is cheap), stored, and then used to generate additional power during periods of electricity demand.

Wykaz oznaczeńList of markings

- strumień powietrza wlotowego- intake air flow

- strumień energii elektrycznej- stream of electrical energy

- sprężarka lub układ wielostopniowych sprężarek- compressor or multi-stage compressor system

- trzeci wymiennik ciepła- third heat exchanger

- wielostrumieniowy wymiennik ciepła- multi-stream heat exchanger

- zawór dławiący- throttle valve

- rozdzielacz faz- phase splitter

- faza gazowa- gas phase

- strumień zawracanego powietrza- recirculated air flow

- zbiornik powietrza ciekłego- liquid air tank

- kolumna destylacyjna- distillation column

- strumień ciekłego azotu- liquid nitrogen stream

- strumień ciekłego tlenu- liquid oxygen stream

- pompa kriogeniczna ciekłego azotu- liquid nitrogen cryogenic pump

- strumień energii elektrycznej- stream of electrical energy

- pierwszy wymiennik ciepła- first heat exchanger

- magazyn chłodu- cold storage

- zbiornik czynnika chłodniczego- refrigerant tank

- drugi wymiennik ciepła- second heat exchanger

- wymiennik regeneracyjny- regenerative exchanger

- ekspander- expander

- strumień gazowego azotu- nitrogen gas stream

- generator energii elektrycznej- electricity generator

- zbiornik nośnika ciepła- heat carrier tank

- magazyn ciepła- heat storage

- pompa kriogeniczna ciekłego tlenu- liquid oxygen cryogenic pump

- strumień energii elektrycznej zasilającej pompę kriogeniczną ciekłego tlenu- a stream of electrical energy powering the cryogenic liquid oxygen pump

- parownik tlenu- oxygen vaporizer

- strumień paliwa- fuel flow

- komora spalania- combustion chamber

- turbina gazowa- gas turbine

- generator energii elektrycznej- electricity generator

- kondensator spalin- exhaust gas condenser

- woda- water

- strumień dwutlenku węgla- carbon dioxide stream

I - pierwszy obieg chłodniczyI - first refrigeration circuit

II - drugi obieg chłodniczyII - second cooling circuit

Claims (5)

1. Instalacja do magazynowania energii w skropionym powietrzu i odzysku energii z modułem oksy-spalania, posiadająca układ upłynniania powietrza zawierający sprężarkę lub układ wielostopniowych sprężarek połączonych z wymiennikiem ciepła oraz wymiennikiem wielostrumieniowym na ostatnim stopniu schładzania połączonym na wylocie z rozdzielaczem fazy ciekłej i gazowej, do którego podłączony jest obwód recyrkulacji fazy gazowej, a także posiadająca zbiornik do magazynowania ciekłego powietrza i jednostkę separacji powietrza, zawierającą kolumnę destylacyjną do rozdziału powietrza na strumień ciekłego azotu i strumień ciekłego tlenu, znamienna tym, że kolumna destylacyjna (11) połączona jest z układem regazyfikacji azotu w pierwszym wymienniku ciepła (16) pierwszego obiegu chłodniczego (I) poprzez pompę kriogeniczną ciekłego azotu (14) do pompowania strumienia ciekłego azotu (12), przy czym pierwszy wymiennik ciepła (16) połączony jest z układem ogrzewania w drugim wymienniku ciepła (19) drugiego obiegu chłodniczego (II), przy czym drugi wymiennik ciepła (19) połączony jest z ekspanderem (21) zasilającym generator energii elektrycznej (23), przy czym kolumna destylacyjna (11) połączona jest ponadto z parownikiem tlenu (28) poprzez pompę kriogeniczną ciekłego tlenu (26) do pompowania strumienia ciekłego tlenu (13) do modułu oksy-spalania, który zawiera komorę spalania (30), zasilaną strumieniem paliwa (29) oraz wylot spalin, który połączony jest z turbiną gazową (31) sprzężoną z generatorem energii elektrycznej (32).1. Installation for storing energy in liquefied air and recovering energy with an oxy-combustion module, having an air liquefaction system comprising a compressor or a system of multi-stage compressors connected to a heat exchanger and a multi-stream exchanger at the last cooling stage connected at the outlet to a liquid and gas phase separator to which a gas phase recirculation circuit is connected, and also having a tank for storing liquid air and an air separation unit comprising a distillation column for separating air into a liquid nitrogen stream and a liquid oxygen stream, characterized in that the distillation column (11) is connected to a nitrogen regasification system in the first heat exchanger (16) of the first cooling circuit (I) via a liquid nitrogen cryogenic pump (14) for pumping the liquid nitrogen stream (12), wherein the first heat exchanger (16) is connected to a heating system in the second heat exchanger (19) of the second circuit a refrigerant (II), wherein the second heat exchanger (19) is connected to an expander (21) supplying an electric energy generator (23), wherein the distillation column (11) is further connected to an oxygen vaporizer (28) via a liquid oxygen cryogenic pump (26) for pumping a liquid oxygen stream (13) to an oxy-combustion module which comprises a combustion chamber (30) supplied with a fuel stream (29) and an exhaust gas outlet which is connected to a gas turbine (31) coupled to an electric energy generator (32). 2. Instalacja według zastrz. 1, znamienna tym, że drugi obieg chłodniczy (II) zawiera magazyn ciepła (25) do magazynowania ciepła odebranego od powietrza za sprężarką (3) w trzecim wymienniku ciepła (4), przy czym magazyn ciepła (25) połączony jest z drugim wymiennikiem ciepła (19), który połączony jest ze zbiornikiem nośnika ciepła (24).2. An installation according to claim 1, characterized in that the second refrigeration circuit (II) comprises a heat store (25) for storing heat extracted from the air downstream of the compressor (3) in a third heat exchanger (4), wherein the heat store (25) is connected to a second heat exchanger (19), which is connected to a heat carrier tank (24). 3. Instalacja według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że pierwszy obieg chłodniczy (I) zawiera magazyn chłodu (17) do magazynowania chłodu pozyskanego w procesie regazyfikacji azotu w pierwszym wymienniku ciepła (16), przy czym magazyn chłodu (17) połączony jest z wielostrumieniowym wymiennikiem ciepła (5), który połączony jest ze zbiornikiem czynnika chłodniczego (18).3. Installation according to claim 1 or 2, characterized in that the first refrigeration circuit (I) comprises a cold store (17) for storing cold obtained in the process of nitrogen regasification in the first heat exchanger (16), wherein the cold store (17) is connected to a multi-stream heat exchanger (5) which is connected to a refrigerant tank (18). 4. Instalacja według któregokolwiek z zastrz. 1 do 3, znamienna tym, że drugi wymiennik ciepła (19) połączony jest z ekspanderem (21) poprzez wymiennik regeneracyjny (20), do którego kierowane są spaliny zza turbiny gazowej (31).4. Installation according to any of claims 1 to 3, characterized in that the second heat exchanger (19) is connected to the expander (21) via a regenerative exchanger (20), to which exhaust gases from behind the gas turbine (31) are directed. 5. Instalacja według zastrz. 4, znamienna tym, że wymiennik regeneracyjny (20) połączony jest ponadto z kondensatorem spalin (33), który jest przystosowany do rozdzielania spalin na strumień czystego dwutlenku węgla (35) i wody (34) przez jej wykraplanie ze strumienia spalin.5. Installation according to claim 4, characterized in that the regenerative exchanger (20) is further connected to a flue gas condenser (33), which is adapted to separate the flue gas into a stream of pure carbon dioxide (35) and water (34) by condensing it from the flue gas stream.
PL450572A 2024-12-14 2024-12-14 Installation for storing energy in liquefied air and energy recovery with an oxy-combustion module PL248517B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL450572A PL248517B1 (en) 2024-12-14 2024-12-14 Installation for storing energy in liquefied air and energy recovery with an oxy-combustion module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL450572A PL248517B1 (en) 2024-12-14 2024-12-14 Installation for storing energy in liquefied air and energy recovery with an oxy-combustion module

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL450572A1 PL450572A1 (en) 2025-06-09
PL248517B1 true PL248517B1 (en) 2025-12-22

Family

ID=95937415

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL450572A PL248517B1 (en) 2024-12-14 2024-12-14 Installation for storing energy in liquefied air and energy recovery with an oxy-combustion module

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL248517B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL370247A1 (en) * 2002-02-11 2005-05-16 L'air Liquide, Societe Anonyme A Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Integrated air separation and oxygen fired power generation system
CN109812304A (en) * 2019-03-06 2019-05-28 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 Peak shaving power generation system and method integrating carbon dioxide cycle and air liquefied energy storage
PL233789B1 (en) * 2017-04-27 2019-11-29 Politechnika Warszawska Installation for storage of energy in condensed air, with the oxygen separation module
US20220389841A1 (en) * 2021-06-04 2022-12-08 Southwest Research Institute Charge, Storage, and Discharge Energy System Using Liquid Air and sCO2

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL370247A1 (en) * 2002-02-11 2005-05-16 L'air Liquide, Societe Anonyme A Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Integrated air separation and oxygen fired power generation system
PL233789B1 (en) * 2017-04-27 2019-11-29 Politechnika Warszawska Installation for storage of energy in condensed air, with the oxygen separation module
CN109812304A (en) * 2019-03-06 2019-05-28 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 Peak shaving power generation system and method integrating carbon dioxide cycle and air liquefied energy storage
US20220389841A1 (en) * 2021-06-04 2022-12-08 Southwest Research Institute Charge, Storage, and Discharge Energy System Using Liquid Air and sCO2

Also Published As

Publication number Publication date
PL450572A1 (en) 2025-06-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6104926B2 (en) Power generation system and corresponding method
CN101707880B (en) Lng regasification and power generation
Kim et al. Advanced natural gas liquefaction and regasification processes: liquefied natural gas supply chain with cryogenic carbon capture and storage
KR102196751B1 (en) System for Liquid Air Energy Storage using Liquefied Gas Fuel
MX2007000341A (en) Configurations and methods for power generation with integrated lng regasification.
US11821682B2 (en) Natural gas processing using supercritical fluid power cycles
US20110308275A1 (en) Method and system for periodic cooling, storing, and heating of atmospheric gas
WO2006016211A1 (en) Power generation system including a gas generator combined with a liquified natural gas supply
PL233789B1 (en) Installation for storage of energy in condensed air, with the oxygen separation module
CN119145953B (en) A natural gas power generation system and method combined with liquefied air energy storage
RU2739165C1 (en) Power technological complex of natural gas processing and method of operation of complex
PL247338B1 (en) Method of storing electrical energy in liquefied air
PL248516B1 (en) Installation for storing energy in liquefied air and energy recovery with an oxy-combustion module
KR101922274B1 (en) A Treatment System of Liquefied Gas
RU2759793C1 (en) Installation for producing thermal and mechanical energy and method for its operation
KR102874435B1 (en) Power Generation System and Method Using Cold Energy of Liquefied Gas
RU2806868C1 (en) Energy complex for generating thermal and electrical energy and its method of operation (variant)
KR101938911B1 (en) A Treatment System of Liquefied Gas
RU2848584C1 (en) Compressorless steam-gas plant for generating thermal and mechanical energy and its operating method
RU2837104C1 (en) Power plant and method of its operation
US20260063250A1 (en) Liquid air energy conversion system and method
PL236371B1 (en) Installation for storage of energy in condensed air and for recovery of energy, with the steam cycle
PL236372B1 (en) Installation for storage of energy in condensed air and for recovery of energy, with the steam module
CN119102816A (en) A device for generating electricity and treating BOG using LNG cold energy and a near-zero emission method
KR20150115101A (en) A Treatment System of Liquefied Gas