發(fā)電設(shè)備和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及使用諸如液態(tài)氮或液態(tài)空氣的低溫流體以及低級廢熱源的發(fā)電設(shè)備和方法，以及通過組合朗肯和布雷頓循環(huán)，提高從這些設(shè)備回收能量的效率的裝置。
【專利說明】發(fā)電設(shè)備和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用諸如液態(tài)氮或液態(tài)空氣的低溫流體以及低級廢熱源的發(fā)電設(shè)備以及方法，以及提高從這些設(shè)備回收能量的效率的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]配電網(wǎng)(或電網(wǎng))通常由柴油發(fā)電機機群(fleet)和開式循環(huán)燃氣輪機支持，柴油發(fā)電機機群和開式循環(huán)燃氣輪機在高需求時段以及諸如發(fā)電站意外故障的緊急事件時間段期間提供電力。這些發(fā)電資源，通常也稱為高峰電廠，以低效率燃燒化石燃料，并且能夠為相當大的大氣污染物源。這些高峰電廠提供的服務(wù)包括但不限于:
[0003].在一天中的不同時間并且快速地平衡供應(yīng)和需求之間的差；
[0004].在全網(wǎng)絡(luò)故障的情況下，提供為重新啟動發(fā)電資源所需的輔助設(shè)備供能所需的電力(黑啟動支持)；
[0005].對配電網(wǎng)的在高電能需求的時間段期間容量不足的部分進行網(wǎng)絡(luò)加強；
[0006].當對電力的需求快速增加時，將電能注入配電網(wǎng)，以支持電網(wǎng)的頻率。
[0007]另外，從配電網(wǎng)損失的電能能夠?qū)е聦χT如數(shù)據(jù)中心的一些消費者的相當大經(jīng)濟損失，或者例如在醫(yī)院中電力故障的情況下危及人員。這些應(yīng)用通常采用柴油發(fā)電機，以在來自配電網(wǎng)的供電供電中斷情況下提供備用電力。以使用來自可持續(xù)來源的零排放設(shè)備代替這些柴油發(fā)電機將是有益的。
[0008]存在一種對以下設(shè)備的需求，其能夠提供類似服務(wù)，但是使用源自可持續(xù)來源的、產(chǎn)生低的或者優(yōu)選零大氣污染的燃料。
[0009]本發(fā)明人已經(jīng)認識到，存在使用液態(tài)空氣、液態(tài)氮或制冷劑的膨脹發(fā)電來驅(qū)動渦輪機發(fā)電的潛力。這種設(shè)備能夠提供一種對平衡網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)和需求問題的緊湊、反應(yīng)性和環(huán)境清潔的解決方案。
[0010]W02007/096656公開了一種低溫能量儲存系統(tǒng)，其采用低溫液態(tài)空氣、液態(tài)氮或致冷劑與周圍空氣或廢熱之間的溫度或相差，在低需求和/或過量生產(chǎn)時間段儲存能量，允許該被儲存的能量隨后在高需求和/或受限輸出時間段期間被釋放來發(fā)電。該系統(tǒng)包括用于在低電力需求時間段期間液化空氣的裝置，用于儲存所產(chǎn)生的液態(tài)空氣的裝置，以及用于使液態(tài)空氣膨脹的膨脹渦輪機。膨脹渦輪機被連接至發(fā)電機，以當需要滿足供應(yīng)和需求之間的不足時發(fā)電。
[0011]GBl 100569.1改進了 W02007/096656的電能回收元件，并且公開了一種用于零排放發(fā)電的設(shè)備、冷凍機組(cryogenset)和方法，其使用低溫流體和低級廢熱源，并且能夠用于提供對配電網(wǎng)的負荷平衡和緊急支持，或者用作對諸如醫(yī)院或數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵消費者的備用電源。參考圖1，GB1100569.1的發(fā)明采用一種低溫流體，諸如液態(tài)氮或液態(tài)空氣，以及低級廢熱源140，以為渦輪發(fā)電機供能。設(shè)備的排放物是氣態(tài)氮或氣態(tài)空氣，并且不存在環(huán)境問題。在工業(yè)制冷或空氣分離廠100中，使用來自電網(wǎng)150或來自可再生源160的電能制造低溫流體，并且優(yōu)選地經(jīng)由儲存罐120將低溫流體由罐車或管道110供應(yīng)給冷凍機組 130。
[0012]對這種系統(tǒng)和設(shè)備的效率的主要約束在于，對在加熱至周圍溫度期間，從低溫流體釋放的熱能的利用不良。冷凍機組的排放物僅在低溫流體的溫度以上幾度，因此明顯地低于周圍溫度。理想地，由于從過程回收功更有效，所以來自過程的排放物將更接近周圍溫度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過在GB1100569.1中所述的主開式朗肯(Rankine)循環(huán)中包括另外的電能回收循環(huán)，能夠從工作流體進一步提取功。另外的電能回收循環(huán)與主朗肯循環(huán)的組合利用周圍環(huán)境與第一朗肯循環(huán)的排放物之間的溫度差，以從工作流體提取更多功。能夠包括幾個循環(huán)，以逐漸將最終排放物的溫度提高為接近周圍環(huán)境。然而，隨著循環(huán)的熱和冷部分之間的溫差降低，每個另外循環(huán)的效率也逐漸降低，由此降低了每個遞增的另外循環(huán)的卡諾效率(Carnot efficiency)。在實踐中,將應(yīng)用一個或兩個另外的循環(huán)，因為進一步循環(huán)的成本效益存在邊際效應(yīng)。
[0014]眾所周知該方法，并且通常將所謂的“頂”或“底”循環(huán)應(yīng)用于發(fā)電設(shè)備。例如，組合循環(huán)燃氣渦輪機發(fā)電站采用開式布雷頓(Brayton)循環(huán)與閉式蒸汽朗肯底循環(huán)的組合。冷凍機組能夠與閉式朗肯循環(huán)組合，該閉式朗肯循環(huán)采用在周圍環(huán)境和致冷劑溫度之間的運行范圍內(nèi)冷凝的工作流體(參見圖2)。替代地，能夠使用開式或閉式布雷頓循環(huán)(參見圖3a和b)。
[0015]在大多數(shù)情況下，對主循環(huán)和底循環(huán)使用不同的工作流體，諸如在上述情況下使用空氣和蒸汽。發(fā)明人已經(jīng)注意到，在冷凍機組的情況下，如果將開式布雷頓循環(huán)(諸如圖3b中所示的)用作底循環(huán)，就能夠?qū)χ鞴ぷ髁黧w和底循環(huán)工作流體兩者使用單一工作流體。這有利于簡化設(shè)計和降低成本，這是儲備電能的目標市場的必要特征。在圖3b的循環(huán)中，對布雷頓底循環(huán)的進氣空氣可以首先穿過空氣凈化單元，以移除水和二氧化碳。參考圖4，通過在第一或第二膨脹渦輪機的進口處組合主工作流體和底循環(huán)工作流體，實現(xiàn)了對設(shè)計的簡化。
[0016]因此，本發(fā)明提供了一種能量產(chǎn)生設(shè)備，包括:
[0017]儲存罐，用于儲存低溫流體，
[0018]流體泵，用于將從儲存罐獲得的低溫流體壓縮到高壓，
[0019]蒸發(fā)器，用于蒸發(fā)高壓低溫流體，以提供高壓氣體，
[0020]第一膨脹渦輪機，用于使高壓氣體膨脹，并且從高壓氣體提取功；
[0021]第一再加熱器，用于使用周圍環(huán)境或廢熱，對從第一膨脹渦輪機排放的氣體再加執(zhí).
[0022]第二膨脹渦輪機，用于使從第一再加熱器排放的工作流體膨脹，并且從第一再加熱器排放的工作流體提取功；其中
[0023]第二膨脹渦輪機具有排放出口，該排放出口分為第一和第二路徑，以便從第二膨脹渦輪機排放的工作流體被分為第一和第二部分，其中工作流體的第一部分被沿第一路徑，穿過第一排放出口引導(dǎo)至周圍環(huán)境，并且工作流體的第二部分被沿第二路徑引導(dǎo)至蒸發(fā)器的進口，使得工作流體的第二部分與蒸發(fā)器內(nèi)的高壓低溫流體交換熱能；和
[0024]第一壓縮機，用于在工作流體的第二部分穿過蒸發(fā)器后壓縮工作流體的第二部分，其中，壓縮機的排放出口與第一膨脹渦輪機的排放出口連接，使得工作流體的第二部分以及從第一膨脹渦輪排放的氣體被組合并且被引導(dǎo)到第一再加熱器中，以使用周圍環(huán)境或廢熱再加熱。
[0025]因此，本發(fā)明結(jié)合了朗肯循環(huán)和布雷頓循環(huán)。
[0026]壓縮機通常由電動馬達或類似設(shè)備驅(qū)動。
[0027]能夠使用膨脹渦輪機中的一個或全部來驅(qū)動發(fā)電機，以從由膨脹渦輪機產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)能量產(chǎn)生電。
[0028]低溫流體在系統(tǒng)內(nèi)起工作流體的作用。
[0029]通過本發(fā)明的布置，兩個循環(huán)中的工作流體相同。另外，通過第二渦輪機的流體的質(zhì)量流量本質(zhì)上大于通過第一渦輪機的流體的質(zhì)量流量。
[0030]流體泵將低溫流體壓縮為至少50巴，并且更通常超過100巴的高壓。
[0031]該發(fā)電設(shè)備還可以包括過熱器，以使用來自處于同一地點的過程的熱源，將蒸發(fā)器輸出的高壓工作流體加熱至高溫。處于同一地點的熱源可以來自周圍環(huán)境、來自大氣、大地、河流、海洋或湖泊水，或者來自廢熱源，諸如發(fā)電站，或者諸如鋼鐵廠或數(shù)據(jù)中心的工廠，或者例如發(fā)電站的冷卻水的類似的低級廢熱源。過熱器可以被定位在系統(tǒng)中在蒸發(fā)器和第一膨脹渦輪機之間。
[0032]穿過再加熱器的組合流體流在第二膨脹渦輪機中膨脹為約為周圍環(huán)境壓力。第二膨脹渦輪機包括低壓渦輪機，從該低壓渦輪機提取功。
[0033]第二低壓膨脹渦輪機的分開的排放物將流的一部分通過第一排放出口釋放至周圍環(huán)境，并且使其余部分循環(huán)至蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器，低壓工作流體與低溫高壓工作流體交換熱能。得到的低壓和低溫氣體在與第一高壓膨脹渦輪機的排放物匯合之前在壓縮機中被壓縮。
[0034]再加熱器使用周圍環(huán)境或廢熱源，將從第一膨脹渦輪機排放的工作流體再加熱。峰值循環(huán)溫度由可用熱源驅(qū)動?？捎脽嵩茨軌騺碜灾車h(huán)境，來自大氣、大地、河流、海洋或湖泊水，或者來自諸如發(fā)電站的處于同一地點的過程，或者諸如鋼鐵廠或數(shù)據(jù)中心的工廠，或者類似的低級廢熱源。
[0035]該設(shè)備還可以包括被定位在蒸發(fā)器與第一膨脹渦輪機之間的第三膨脹渦輪機和第二再加熱器，以及被定位在第一再加熱器和第二膨脹渦輪機之間的第四膨脹渦輪機和第三再加熱器。在該情況下，被加熱的低溫工作流體通過兩個高壓級和兩個低壓級膨脹，并且壓力在四個級中逐漸降低，在每個膨脹級之間存在級間再加熱。在該情況上下，過熱器可以被定位在蒸發(fā)器和第三膨脹渦輪機之間。
[0036]該設(shè)備還可以包括第二壓縮機，用于在工作流體的第二部分第一次穿過蒸發(fā)器后壓縮工作流體的第二部分，并且在工作流體的第二部分被第一壓縮機進一步壓縮之前，引導(dǎo)工作流體的第二部分第二次返回穿過蒸發(fā)器。在該布置中，工作流體的第二部分首先在蒸發(fā)器中冷卻，并且然后在返回以在蒸發(fā)器中進一步冷卻并且第一高壓壓縮機中壓縮之前，由第二低壓壓縮機壓縮。另外的壓縮機通過采用級間冷卻減少壓縮機工作。
[0037]高壓渦輪機級或多個級可以被安裝在與壓縮機或多個壓縮機相同的動力軸上。這種布置具有通過較低驅(qū)動損耗，效率較高并且成本較低的優(yōu)點。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備可以被用作低溫能量儲存系統(tǒng)的電能回收組件。
[0039]相對于GBl 100569.1中所述的冷凍機組，本發(fā)明的設(shè)備具有更高成本/效益權(quán)衡。發(fā)明人的計算指出，對于小于4%的設(shè)備成本提升，能夠?qū)崿F(xiàn)20%或更高的比功提高。在儲存市場中，對于資金成本的適度增加，由本發(fā)明的提高的效率導(dǎo)致的操作成本明顯下降將更有利。
[0040]本發(fā)明提供優(yōu)于圖2、3a、和3b中所示的設(shè)備的許多明顯優(yōu)點。這些優(yōu)點包括:
[0041]1.降低的零件數(shù)以及因此的成本。發(fā)明人已經(jīng)計算出，對于20%的效率提高，本發(fā)明相對于GB1100569.1的單循環(huán)冷凍機組的成本提高小于4%。對于類似的效率提高，圖
2、3a、和3b中所示的設(shè)計將可能導(dǎo)致20至40%的成本提高。
[0042]2.簡化的流體處理。閉式朗肯和布雷頓循環(huán)需要單獨的流體回路，這導(dǎo)致防止流體交叉污染時的相關(guān)復(fù)雜性。本發(fā)明的系統(tǒng)不受這種復(fù)雜性影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的實施例，其中:
[0044]圖1示出與處于同一地點的廢熱源以及從遠程定位的空氣分離廠的致冷劑輸送選項相關(guān)的冷凍機組的構(gòu)造；
[0045]圖2示出具有朗肯底循環(huán)的冷凍機組；
[0046]圖3a示出具有閉式布雷頓底循環(huán)的冷凍機組；
[0047]圖3b示出具有開式布雷頓底循環(huán)的冷凍機組；
[0048]圖4示出具有兩個渦輪機級的本發(fā)明發(fā)電設(shè)備和方法的第一實施例；
[0049]圖5示出示出圖4中所示的本發(fā)明第一實施例的溫度熵圖；
[0050]圖6示出具有四個渦輪機級的本發(fā)明發(fā)電設(shè)備和方法的第二實施例；并且
[0051]圖7示出具有四個渦輪機級和兩個壓縮機級的本發(fā)明發(fā)電設(shè)備和方法的第三實施例。

【具體實施方式】
[0052]圖4中所示的本發(fā)明的第一實施例由低溫儲罐400組成，低溫或工作流體被從低溫儲罐400輸送至高壓泵410。低溫流體被壓縮為至少50巴，并且更通常地超過100巴的高壓。然后，在被稱為蒸發(fā)器的熱交換器420中加熱該高壓流體，其中熱能在來自罐的低溫工作流體和組合循環(huán)的布雷頓回路中的低壓工作流體之間傳遞?？蛇x地，在過熱器430中，從諸如來自發(fā)電站的冷卻水的處于同一地點的廢熱源480添加進一步的熱。現(xiàn)在如果壓力在臨界壓力以下則為氣態(tài)，或者如果溫度和壓力條件超臨界則為液態(tài)的、得到的高壓流體通過第一高壓渦輪機440膨脹，從該第一高壓渦輪機440提取功。來自高壓渦輪機的排放物與來自布雷頓循環(huán)回路壓縮機470的排出物結(jié)合，并且在再加熱器450中使用周圍環(huán)境或廢熱480再加熱。組合流(朗肯回路和布雷頓回路)在從其提取功的低壓渦輪機460中膨脹為約為周圍環(huán)境壓力。然后，渦輪機的排放物被分離，流的一部分通過排放口 490被釋放至周圍環(huán)境，并且其余部分被循環(huán)至蒸發(fā)器420，在蒸發(fā)器420，低壓工作流體與低溫高壓工作流體交換熱能。來自排放口 490的穩(wěn)態(tài)流量等于來自低溫儲罐的質(zhì)量流量。循環(huán)至蒸發(fā)器420的排放物部分是低壓并且低溫的氣體，其在與高壓渦輪機440的排放物匯合之前在壓縮機470中被壓縮。朗肯回路和布雷頓回路中的工作流體本質(zhì)上相同。
[0053]在圖5中的溫度-熵圖上表示該循環(huán)，其中圖5的圖上所示的狀態(tài)數(shù)字對應(yīng)于圖4中的六邊形中所示的帶數(shù)字位置。
[0054]在圖6中所示的本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例中，向過程添加兩個另外的渦輪機級，以提高從工作流體回收功。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過以下方式，實現(xiàn)明顯改進的性能:通過兩個高壓級441和442以及兩個低壓級461和462使被加熱的低溫工作流體膨脹，其中壓力在四個級中逐漸降低，并且在每個膨脹級之間級間再加熱。通過這種方式，膨脹過程更接近理想的等溫情況。完整過程如下:低溫工作流體首先被從罐400輸送至高壓泵410。然后，在蒸發(fā)器420中加熱現(xiàn)在為高壓的流體，在蒸發(fā)器420中，與布雷頓回路中的低壓流體熱交換。然后，可選地，在過熱器430中，進一步由廢熱或周圍環(huán)境熱加熱高壓變暖的工作流體。然后，高壓和高溫工作流體在高壓渦輪機441中膨脹，在再加熱器451中再加熱，并且在另一高壓渦輪機442中膨脹。然后，工作流體與來自布雷頓回路的高壓進料結(jié)合，并且在另一再加熱器452中加熱。流體在低壓渦輪機461中膨脹，然后在另一再加熱器453中再加熱，最后在另一低壓渦輪機級462中膨脹。最終的低壓渦輪機的排放物被劃分為再循環(huán)流和排放流490。再循環(huán)流首先在蒸發(fā)器420中冷卻，然后在與再加熱器452上游的主工作流體流結(jié)合之前在壓縮機470中壓縮。在下表(表I)中示出循環(huán)附近的各個點處的典型溫度、壓力和質(zhì)量流量，并且參考圖6中的六邊形中所示的帶數(shù)字位置。
[0055]
過程溫度、壓力和流量壓力__溫度質(zhì)量流量
巴(絕對值)____Kg/s
1儲存罐5.0-19730
2蒸發(fā)器進口102-19330
3過熱器進口1()1.5-5730
4級I渦輪機進口1002030
5級I渦輪機出口31.6-5430
6級2渦輪機進口__3L6__20__30
7級2渦輪機出口__10__-5^9__30
8級3渦輪機進口102093.83
9級 3 渦輪機出口3.32-51,2693.83
10級4渦輪機進口3.322093.83
11級 4 禍輪機出口1.1-51.3793.83
12壓縮機進口1-1S663.83
13壓縮機出口10-96.0363.83
[0056]應(yīng)注意，表I中所示的狀態(tài)涉及本發(fā)明的一個實例，其在相對低的壓力(100巴的級I渦輪機進口)下操作，符合易于獲得的渦輪機器的操作壓力。發(fā)明人的分析已經(jīng)指出，能夠在這種設(shè)備應(yīng)當可獲得的更高峰值工作流體壓力下實現(xiàn)更好的性能。
[0057]在圖7中所示的另一實施例中，向系統(tǒng)添加另外的壓縮機級，以利用級間冷卻，減少壓縮機工作。低壓布雷頓回路工作流體在蒸發(fā)器420中冷卻，并且在返回以在蒸發(fā)器中進一步冷卻和在高壓壓縮機471中壓縮之前，首先由低壓壓縮機472壓縮。通過這種設(shè)計，減少了壓縮機的工作，但是代價是另外的壓縮機級的復(fù)雜性。
[0058]在圖中未示出的另一實施例中，高壓渦輪機級440或級441和442被安裝在與壓縮機470或壓縮機471和472相同的動力軸上。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，高壓渦輪機級傳輸?shù)碾娔軒缀鯂栏穹献罴堰\行條件下的壓縮機電能需求。通過經(jīng)由消除與壓縮機連接的電馬達并且降低電能輸出，因此減小被連接至渦輪機的發(fā)電機的尺寸，使驅(qū)動損失較低，該實施例具有更高效率和更低成本兩個優(yōu)點。雖然在該實施例中，發(fā)電機的輸出降低，但是系統(tǒng)的凈輸出保持與前一實施例相同，因為通過由高壓渦輪機直接驅(qū)動壓縮機，消除了壓縮機馬達的寄生電負荷。
【權(quán)利要求】
1.一種能量產(chǎn)生設(shè)備，包括: 儲存罐，用于儲存低溫流體， 流體泵，用于將從所述儲存罐獲得的低溫流體壓縮到高壓， 蒸發(fā)器，用于蒸發(fā)高壓低溫流體，以提供高壓氣體， 第一膨脹渦輪機，用于使所述高壓氣體膨脹，并且從所述高壓氣體提取功； 第一再加熱器，用于使用周圍環(huán)境或廢熱，對從所述第一膨脹渦輪機排放的氣體再加執(zhí).第二膨脹渦輪機，用于使從所述第一再加熱器排放的工作流體膨脹，并且從排放自所述第一再加熱器的工作流體提取功；其中 所述第二膨脹渦輪機具有排放出口，所述排放出口分為第一和第二路徑，使得從所述第二膨脹渦輪機排放的工作流體被劃分為第一和第二部分，其中，所述工作流體的第一部分被沿所述第一路徑通過所述第一排放出口引導(dǎo)至周圍環(huán)境，并且所述工作流體的第二部分被沿所述第二路徑引導(dǎo)至所述蒸發(fā)器的進口，使得所述工作流體的第二部分與所述蒸發(fā)器內(nèi)的所述高壓低溫流體交換熱能；和 第一壓縮機，用于在所述工作流體的第二部分穿過所述蒸發(fā)器后壓縮所述工作流體的第二部分，其中，所述壓縮機的排放出口與所述第一膨脹渦輪機的排放出口連接，使得所述工作流體的第二部分以及從所述第一膨脹渦輪排放的氣體被組合并且被引導(dǎo)到所述第一再加熱器中，以使用周圍環(huán)境或廢熱再加熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，使用所述第一和第二膨脹渦輪機中的至少一個產(chǎn)生電力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述流體泵用于將所述低溫流體壓縮為至少50巴的壓力。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，進一步包括過熱器，用于使用來自處于同一地點的過程的熱源，將從所述蒸發(fā)器輸出的高壓工作流體加熱至高溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述處于同一地點的熱源是周圍環(huán)境、大氣、大地、河流、海洋或湖泊水，或者來自發(fā)電站或工廠的廢熱。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，所述第一膨脹渦輪機被安裝在與所述第一壓縮機相同的動力軸上。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，進一步包括: 被定位在所述蒸發(fā)器與所述第一膨脹渦輪機之間的第三膨脹渦輪機和第二再加熱器，和 被定位在所述第一再加熱器和所述第二膨脹渦輪機之間的第四膨脹渦輪機和第三再加熱器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述第一和第三膨脹渦輪機被安裝在與所述第一壓縮機相同的動力軸上。
9.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，進一步包括第二壓縮機，用于在所述工作流體的第二部分第一次穿過所述蒸發(fā)器后壓縮所述工作流體的第二部分，并且在所述工作流體的第二部分被所述第一壓縮機壓縮之前，引導(dǎo)所述工作流體的第二部分返回第二次穿過所述蒸發(fā)器。
10.當從屬于權(quán)利要求8時根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述第一和第三膨脹渦輪機被安裝在與所述第一和第二壓縮機相同的動力軸上。
11.一種具有電能回收組件的低溫能量儲存系統(tǒng)，包括根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的設(shè)備。
12.—種產(chǎn)生能量的方法,包括: 在儲存罐中儲存低溫流體； 從所述儲存罐提取所述低溫流體，并且使用流體泵，將所述低溫流體壓縮為高壓； 在蒸發(fā)器中蒸發(fā)所述高壓低溫流體，以提供高壓氣體； 使用第一膨脹渦輪機使所述高壓氣體膨脹，并且從所述高壓氣體提取功； 使用第一再加熱器和周圍環(huán)境或廢熱，再加熱從所述第一膨脹渦輪機排放的氣體； 使用第二膨脹渦輪機，使從所述第一再加熱器排放的工作流體膨脹，并且從排放自所述第一再加熱器的工作流體提取功；其中 所述第二膨脹渦輪機具有排放出口，所述排放出口分為第一和第二路徑，使得從所述第二膨脹渦輪機排放的工作流體被劃分為第一和第二部分，其中， 所述工作流體的第一部分被沿第一路徑通過第一排放出口引導(dǎo)至周圍環(huán)境，并且所述工作流體的第二部分被沿第二路徑引導(dǎo)至所述蒸發(fā)器的進口，使得所述工作流體的第二部分在所述蒸發(fā)器內(nèi)與所述高壓低溫流體交換熱能；并且 使用第一壓縮機，以在所述工作流體的第二部分穿過所述蒸發(fā)器后，壓縮所述工作流體的第二部分，其中，所述壓縮機的排放出口與所述第一膨脹渦輪機的排放出口連接，使得所述工作流體的第二部分以及從所述第一膨脹渦輪機排放的氣體被組合并且被引導(dǎo)到所述第一再加熱器中，以使用周圍環(huán)境或廢熱再加熱。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進一步包括使用所述第一和第二膨脹渦輪機中的至少一個，以驅(qū)動發(fā)電機并且產(chǎn)生電力。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，進一步包括使用過熱器和來自處于同一地點的過程的熱源，以將從所述蒸發(fā)器輸出的高壓工作流體加熱至高溫。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中的任何一項所述的方法，進一步包括: 使用第三膨脹渦輪機使所述高壓氣體膨脹； 使用第二再加熱器，將從所述第三膨脹渦輪機排放的氣體再加熱；和 使用第四膨脹渦輪機，使從所述第一再加熱器排放的工作流體膨脹；和 使用第三再加熱器，將從所述第四膨脹渦輪機排放的氣體再加熱。
16.根據(jù)權(quán)利要求12至15中的任何一項所述的方法，進一步包括使用第二壓縮機，以在所述工作流體的第二部分第一次穿過所述蒸發(fā)器后壓縮所述工作流體的第二部分，并且在所述工作流體的第二部分被所述第一壓縮機壓縮之前，引導(dǎo)所述工作流體的第二部分返回第二次穿過所述蒸發(fā)器。
17.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的設(shè)備或方法，其中，所述低溫流體包括液態(tài)氮、液態(tài)空氣或液態(tài)天然氣。
18.—種基本如上文參考圖4至7所述的設(shè)備和方法。
【文檔編號】F02C1/08GK104169542SQ201380005329
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月13日
【發(fā)明者】約翰·丹尼爾·阿拉斯泰爾·哈里斯, 羅伯特·摩根, 斯蒂芬·加雷斯·布雷特 申請人:高維有限公司