[发明专利]储能的改进

说明书

一种低温储能系统，包括：液化装置，其用于使气体液化以形成制冷剂，其中液化装置能够控制用以从外部电源汲取功率以使气体液化；低温储罐，其与液化装置流体连通，以用于储存由液化装置产生的制冷剂；功率回收装置，其与低温储罐流体连通，以用于通过加热制冷剂以形成气体并且使气体膨胀来从来自低温储罐的制冷剂回收功率；热储热器，其用于储存热的热能，其中热储热器和功率回收装置被布置为使得来自热储热器的热的热能能够在功率回收装置中膨胀之前和/或期间被传递到气体；以及充能装置，其能够控制用以在由液化装置汲取的功率低于阈值时从外部电源汲取功率，并且给低温储能系统供应热能。

技术领域

本发明涉及储能系统和方法，具体是热储能系统和方法，并且更具体是低温储能系统和方法。

背景技术

电力传输和配电网络(或电网)必须使电力的发电与来自消费者的需求相平衡。目前，这通常通过以下实现：通过打开和关闭电站并且/或者使一些电站在减小的负荷下运行来对网络的发电侧(供电侧)进行调制。因为大多数现有的热电站和核电站当在满负荷下连续地运行时效率最高，所以以这种方式使供电侧平衡导致效率损失。预期有效间歇可再生能源发电容量(诸如风力涡轮机和太阳能集热器)将不久被引入到电网，并且这通过在发电侧的各部分的可用性方面产生不确定性而将进一步使电网的平衡复杂化。

电力储存设备和系统通常具有三个操作阶段：充电、储存和放电。当在传输和配电网络上存在发电容量的短缺时，电力储存设备通常在高度间歇基础上发电(放电)。这可通过本地电力市场上电力的高价格或者通过来自负责电网的运营的组织对额外容量的请求而用信号通知储存设备运营商。在诸如英国的一些国家中，电网运营商为了向电网供应后备储量而与具有快速启动能力的发电厂的运营商签订合同。此类合同可达数月或甚至数年，但是通常电力提供商将工作(发电)的时间是非常短的。此外，在从间歇可再生发电机向电网过度供应电力时，储存设备可在提供额外负荷时提供附加服务。风速常常整夜在电力需求较低时是较高的。电网运营商必须通过较低的能源价格信号或与消费者之间的特定合同来对电网上的额外电力需求进行安排，以利用过度的电量供应，或者限制来自其它电站或风电场的电力的供应。在一些情况下，特别是在风力发电机被补贴的市场中，电网运营商将不得不承担风电场运营商“关闭”风电场的费用。储存设备为电网运营商提供可用于在过度供应时使电网平衡的有用的额外负荷。

为让储存系统或设备在商业上可行，以下因素是重要的：每兆瓦(功率容量)的资本成本、每兆瓦时(能量容量)的资本成本、双向循环(round trip cycle)效率以及相对于可根据初始投资预计的充电和放电循环次数的使用寿命。对于遍布的公用事业规模应用，同样重要的是，储存设备在地理上不受约束，即它可被建在任何地方，特别是挨着高电力需求点或者挨着传输和配电网络中的间歇或瓶颈源。

一个这样的储存设备技术是使用诸如液态空气或液氮的制冷剂的能量的储存(液态空气储能(LAES))，这在市场上提供许多优点。广义地说，LAES系统将通常在充电阶段中在低电力需求或来自间歇可再生发电机的过度电量供应时期利用低成本或过剩电力，以在第一液化阶段期间使诸如空气或氮的工作流体液化。这然后在储存阶段期间作为低温流体被储存在储罐中，并且随后释放，以驱动涡轮机，从而在放电或功率回收阶段期间在高电力需求或来自间歇可再生发电机的不足电量供应时期产生电力。

LAES系统主要以机械方式为基础，其中主要的系统部件是涡轮膨胀器、压缩机和泵。尽管这些部件可给予几分钟的响应时间，然而响应通常不是即时的。

LAES系统常常包括热储存器，以储存在制冷循环中使用的由压缩机产生的热量，以对系统进行充电。此热量然后用于在功率回收阶段期间使工作流体(即，制冷剂)过热，从而增加可以被回收的能量的量。也可以从同位过程储存废热。

在储存阶段期间，尽管热储存器是绝热的，但是发生热量流出，从而使热能的一小部分损失到周围环境。

因此，改进LAES系统的即时响应同时也减轻来自热储存器的热量流出的影响并且提供另外的热量以便增加LAES系统的输出将是有利的。