[发明专利]用于气体的压缩、膨胀和/或存储的方法、系统和设备

说明书

该方法用于管理作为能量存储系统的组件的蓄压器(1)，能量存储系统由工作机(4)、集水池(7)、置换装置(6)和蓄压器(1)组成，用于存储加压的气态介质。蓄压器(1)部分地填充有液体介质，以便能够用液体介质控制气体存储量。将压缩气体(3)输送到蓄压器(1)中涉及移除液体(2)。从蓄压器(1)中移除压缩气体(3)涉及输送液体(2)，使得根据需要将存储压力保持在控制之下，特别是保持恒定。为此，通过置换装置(6)从蓄压器(1)中移除一个单位的液体(2)而将加压的单位气体(3)引入蓄压器(1)，反之亦然。本发明的方法和布置使得可以用可控压力的加压气体(3)完全填充蓄压器(1)以及完全排空压力存储单元(1)，这导致了蓄压器容积的利用的改善，并且因此增加了能量存储系统的能量密度。该方法还使得能够在恒定的操作点操作能量存储系统，因此提高了单独的组件和整个系统的效率，并且最大程度地缩短蓄压器(1)中的压缩和膨胀过程。

背景技术

该方法用于管理作为能量存储系统的组成部分的压力存储罐，该压力存储罐由工作机、用于接收液体的集水池、转移装置和用于存储加压气态介质的蓄压器组成。蓄压器在一定程度上填充有液体介质，以便能够控制气体存储量，从而在蓄压器中充入加压气体，会伴随液体的抽出。从压力存储罐中抽出加压气体时会伴随液体的充入，尤其是通过转移装置利用从压力存储罐中抽出单位液体而将单位加压的气体引入压力存储罐，使压力存储罐中的压力保持恒定。相反地，通过转移装置引入到压力存储罐中的单位液体将要从压力存储罐中移除的单位气体从压力存储罐中输送出去。该方法或布置使得可以用加压气体完全填充和排空压力存储罐，这导致压力存储容积的更好利用，并因此增加了能量存储系统的能量密度。另外，最小化了压力存储罐中的压力波动，这减小了压力存储罐上的负载并且最小化流入和流出压力存储罐的热量。可以针对一个工作点优化工作机，而与压力存储罐的填充液位无关，这带来了进一步的优势。

能量存储系统，诸如电池或抽水蓄能电站，用于存储在高能量需求时再次可用的能量。能量存储建立在常规的能量生产中，并且在防止产生发电和配电的过剩容量方面，对于可再生电力的生成越来越需要能量存储。例如，由于生成的太阳能和风能取决于当地的天气状况，因此可能无法适应当前的能量需求，或者根本无法适应当前的能量需求，因此需要能量存储的能力。

以加压气体形式存储能量的存储系统使用在非高峰时段生成的能量来压缩气态介质(主要是环境空气)，并将加压气体存储在压力存储罐中。可以通过使用加压气体驱动膨胀机(例如驱动发电机)来回收存储在压力存储罐中的能量。这个概念以各种形式称为CAES，是压缩空气储能的缩写。在本发明的以下描述中，可以使用术语“空气”，但是根据本发明当然可以使用各种各样的气态介质，诸如取自管道网络并在较高压力下存储在压力存储罐中的天然气，后来膨胀到管道网络的压力。通常，从第一容器中抽出的气体通过增加压力而被压缩并被存储在与第一容器相比具有更高压力水平的第二容器中，和/或从第二容器中抽出的气体被膨胀并供给到第三容器中，第三容器的压力水平低于第二容器，该“第三容器”也可以是第一容器。

在压缩空气期间，几乎所有使用的压缩能量都转移为热量，可以在压缩期间或压缩之后将热量从压缩空气中移除，以便将压缩空气存储在中等温度下。如果散热主要发生在压缩期间，则压缩空气的热量要小于仅在压缩后才从空气散发的热量。取决于空气的最大温差(压缩开始时的空气温度与压缩期间的最高温度之间的差)，可以说是等温压缩(压缩期间大量散热，并且温差保持最小)、多向压缩(压缩期间会部分散热，并且温差介于最小差和最大差之间)或绝热压缩(绝热压缩后大量散热，导致最大温差)。压缩空气的膨胀也是如此，除了此处的热流是反向的。如果在膨胀期间将热量添加到压缩空气中，则空气的冷却要比仅在膨胀之前或之后将热量添加到空气中的空气冷却小，由此使空气经历最大的温差。不同CAES概念的设计差异在于，压缩之前、压缩期间和/或压缩之后的热量散发在何处以及在什么温差下发生，压缩空气膨胀的热量来自何处以及在空气膨胀之前、期间和/或之后在什么温差下将热量提供给空气。