組合循環(huán)caes技術(shù)(ccc)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于壓縮大氣空氣并將其限制在罐或地穴內(nèi)以存儲能量的系統(tǒng)，其結(jié)合了大氣空氣遵循的熱力循環(huán)(布雷頓循環(huán))和被限制在同一地穴的膜內(nèi)的輔助液體遵循的另一熱力循環(huán)，遵循蘭金循環(huán)的兩個分段，其中一個分段位于空氣壓縮和進入地穴的過程中，另一個分段位于在空氣排出及渦轉(zhuǎn)的過程中，使用渦輪機排放氣體的熱量作為附加蘭金循環(huán)的熱源，并且可以利用罐或地穴實現(xiàn)壓縮空氣以及/或者輔助液體的額外定容加熱。
【專利說明】組合循環(huán)CAES技術(shù)(CCC)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種專門設(shè)計為通過壓縮大氣空氣并將其限制在罐或地穴內(nèi)來存儲能量的系統(tǒng)，以獲得比現(xiàn)有技術(shù)而言具有明顯改進的整體效率，同時能夠有效降低對罐或地穴容量的需求。

【背景技術(shù)】
[0002]CAES能量存儲技術(shù)以壓縮大氣空氣的存儲為基礎(chǔ)。當電力網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)電量過剩，啟動壓壓縮機，將大氣空氣壓縮到預(yù)設(shè)壓強，消耗輸電干線上的過剩電量。將產(chǎn)生的壓縮空氣存儲在自然洞穴、廢棄礦井或者鹽洞地穴中(如果想要存儲大量的能量，考慮到巨大的空間需求及需要承受的高壓，不可以使用罐)。
[0003]為了使能量一直保持到電力網(wǎng)絡(luò)電量需求再次上升為止，通過一個關(guān)斷閥足以使洞穴保持關(guān)閉狀態(tài)。當電力網(wǎng)絡(luò)最終需要更多的能量時，打開閥門，加壓空氣排出并用于驅(qū)動渦輪機，進而產(chǎn)生電能。
[0004]利用這種技術(shù)建成的電站要比當下應(yīng)用最廣泛的大規(guī)模電力存儲系統(tǒng)，抽水蓄能電站，在經(jīng)濟上更具可行性。但是CAES技術(shù)的主要缺陷在于可實現(xiàn)的效率非常低，導致了電站操作的可行性非常低。其實，盡管ACES技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了 30多年，當今世界上僅有兩個運作的CAES電站。
[0005]此外，對地穴容量以及對需承受壓強的巨大需求使得這種類型的電站可行的選址范圍急劇縮小，如前面解釋的那樣，被限制在具有自然洞穴、廢棄礦井或鹽洞的位置上。
[0006]可用的自然地穴或廢棄礦井難以尋找，因此現(xiàn)運作的兩個CAES電站均使用鹽洞。這涉及到大量的附加問題，如不能對地穴熱絕緣(開鑿是通過約600m深的井眼溶解鹽執(zhí)行的)，否則當空氣排出地穴時，其中會出現(xiàn)高深度的懸浮顆粒。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]解決這些問題的方案是將大氣空氣的熱力循環(huán)(布雷頓循環(huán))與另一輔助液體的熱力循環(huán)相結(jié)合，所述輔助液體被限制在同一地穴的膜內(nèi)，其中在熱力循環(huán)中，輔助液體承受體積變化，從而形成壓縮大氣空氣進入或排出地穴的入口和出口。
[0008]存在多種輔助液體可遵循的可行循環(huán)，可使液體的體積產(chǎn)生實質(zhì)性的變化。例如，它可以遵循蘭金循環(huán)的兩個分段，一段處于在空氣壓縮和進入地穴的過程中，而另一段則處于空氣排出及渦轉(zhuǎn)的過程中，以使:
[0009]-每一分段的起始狀態(tài)和最終狀態(tài)壓強相同；
[0010]-空氣壓縮及進入地穴過程的初始狀態(tài)與空氣排出和渦轉(zhuǎn)過程的最終狀態(tài)相同，并且為非常低濃度的狀態(tài)，即具有高蒸汽干度的過熱蒸汽、飽和蒸汽或者濕蒸汽；
[0011]-空氣壓縮及進入地穴過程的最終狀態(tài)與空氣排出和渦轉(zhuǎn)過程的初始狀態(tài)相同，并且為非常高濃度的狀態(tài)，即具有低干度的過冷液體、飽和液體或者濕蒸汽；
[0012]-在空氣壓縮及進入地穴/空氣排出及渦轉(zhuǎn)期間，輔助液體被排出膜外，遵循其蘭金循環(huán)分段，然后再次進入膜內(nèi)，處于使得被限制在膜內(nèi)的輔助液體具有減少/增加的總體積的連續(xù)過程中，從而允許空氣進入地穴/空氣排出地穴；
[0013]-在空氣存儲在地穴期間，以及地穴中空氣被排空期間，輔助液體在與先前遵循的蘭金循環(huán)分段相對應(yīng)的最后階段中存儲在膜內(nèi)。
[0014]如上所述，輔助液體遵循的循環(huán)可具有多種設(shè)計。例如，蘭金循環(huán)的冷焦點可設(shè)定為輔助液體的存儲溫度，以使輔助液體在空氣壓縮和進入地穴過程中遵循的蘭金循環(huán)分段正好經(jīng)過冷凝器，或者設(shè)定為更低的溫度，以實現(xiàn)最佳的能效率，但是代價就是當電力網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)電量過剩時(即在空氣壓縮和進入到地穴過程中)，必需執(zhí)行渦轉(zhuǎn)分段。
[0015]假設(shè)蘭金循環(huán)的兩個分段在初始和結(jié)束時的壓強都是一樣的，并且輔助液體在膜內(nèi)占用的空間在空氣壓縮和進入地穴的過程中逐漸變小，并在空氣的排出和渦轉(zhuǎn)的過程中逐漸變大，地穴空氣填充和排空操作在恒壓下進行，一方面提高了渦輪機和壓壓縮機的效率，另一方面急劇地減少了對地穴的容量需求。
[0016]對地穴容量需求的降低使得通過硬巖開采，而非鹽洞水溶開采開鑿地穴變得可行。這以非常重要方式擴大了 CAES電站的可行選址范圍。此外，還使明顯較低的額定功率的電站變得可行(通過在鹽洞中溶鹽開鑿僅在實現(xiàn)大容量時可行)，其次它還可使地穴熱絕緣。同樣的，它還使采用加壓罐，而非地穴成為可能。
[0017]因此，由于提供了在CAES電站中執(zhí)行的過程，以高溫存儲空氣并且采用水或者有機液體作為輔助液體成為可能，而空氣存儲的溫度越高，整體系統(tǒng)效率就越高。此外，冷凝器可以利用自然冷源，如水或大氣空氣。
[0018]因此，結(jié)果就是布雷頓循環(huán)(空氣遵循)和蘭金循環(huán)(輔助液體遵循)的結(jié)合。該設(shè)計還可以利用布雷頓循環(huán)排放氣體殘留的熱量以再蒸發(fā)并加熱輔助液體，以使其遵循其蘭金循環(huán)。
[0019]我們把這整個過程叫做“組合循環(huán)CAES技術(shù)”，或“CCC技術(shù)”，這是本發(fā)明的基礎(chǔ)，正如所描述的那樣，它在各方面都比傳統(tǒng)的CAES技術(shù)相比明顯具有更高的效益。利用CCC技術(shù)可以實現(xiàn)多重目的地:
[0020]-使電站能源效率最優(yōu)化；
[0021]-優(yōu)化對地穴或罐的容量需求，以存儲空氣；
[0022]-擴大CAES電站的可行選址范圍；
[0023]-使其可以在高溫下操作；
[0024]-使用去除雜質(zhì)的空氣。
[0025]CCC技術(shù)為很多的能源效率優(yōu)化的可能性組合打開了機會之門。例如渦輪機排放氣體的熱量可以作為另一使用輔助液體本身或其他有機液體的蘭金循環(huán)的熱源。
[0026]另一方面，熱絕緣材料的最新技術(shù)已經(jīng)得到發(fā)展，可以制作出隔熱膜，其具有彈性，可以將壓縮空氣與輔助液體分隔開，它們可以保持兩者間的溫度差。這可使空氣在比輔助液體更高的溫度上存儲，因此，可以考慮在單級上壓縮空氣，而不需要中間冷卻，并在壓縮后獲得的溫度存儲壓縮空氣。這一過程需要消耗更多的能量，但這不意味著會成為困擾，因為這種能量消耗在電力網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)電量過剩時是需要的，因此要存儲起來，即這一過程實際產(chǎn)生的效果是:由于單位容量存儲的能量更高了，所以對罐或地穴的容量需求明顯減少。
[0027]本過程的顯著優(yōu)勢在于，當空氣進入到渦輪機時，不需要再次加熱，這使系統(tǒng)的能源效率顯著提高。
[0028]執(zhí)行單級壓縮和渦轉(zhuǎn)還可以使用同樣的機器執(zhí)行兩個功能，如抽水蓄電站那樣。
[0029]但是，除了披露的所有優(yōu)勢之外，CCC技術(shù)還具有其他優(yōu)勢，克服了很多其他一般發(fā)電過程中的缺陷:
[0030]-本發(fā)明允許罐或地穴內(nèi)的壓縮空氣以及/或者輔助液體具有額外的恒容加熱，因為它們被設(shè)計成承受高工作壓力，即罐或地穴需作為汽鍋工作，與傳統(tǒng)的汽鍋相比，其優(yōu)勢在于它們可以承受高工作壓力，并且具有足夠的容量存儲置在其內(nèi)部執(zhí)行定容加熱，從而顯著地提高了能源效率；
[0031]-完全有可能將其與可再生資源，甚至核能結(jié)合。
[0032]CCC還具有其它的有用設(shè)計:
[0033]-執(zhí)行一相反的過程，將壓縮空氣存儲在膜內(nèi)并將輔助液體存儲在膜外，由于空氣和輔助液體在不同的狀態(tài)具有不同的濃度，因此表現(xiàn)出一些機械上的優(yōu)勢
[0034]-當輔助液體為液體狀態(tài)時，利用輔助罐或地穴存儲輔助液體，同時將其限制在輔助罐或地穴的膜內(nèi)部，而輔助罐或地穴的其余空間則填充有來自主罐或地穴的壓縮空氣，這樣當輔助罐或地穴中充滿了液態(tài)的輔助液體時，能將壓縮空氣從輔助罐或地穴中輸送到王--或地穴，當其被排空時，反向執(zhí)彳丁，從而在輔助或地穴中保持恒壓，冋時在空氣存儲在地穴時，即在抽取和渦轉(zhuǎn)之前，允許空氣以及輔助液體具有不同的定容加熱；
[0035]-在上述使用輔助罐或地穴工作的情況下，可在蘭金循環(huán)的兩種狀態(tài)中存儲輔助液體，在不同的壓強下強制其遵循蘭金循環(huán)，利用兩個罐或地穴，例如，使在空氣壓縮及進入主罐或地穴期間遵循分段與蘭金循環(huán)的冷凝器和泵部分匹配，從而當電力網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)電能過剩時，在泵處消耗能量；
[0036]-將蘭金循環(huán)的冷凝器釋放的熱量作為另一附加蘭金循環(huán)的熱源，其使用相同的輔助液體在不同的壓強下工作，或使用水或者有機液體工作；
[0037]-將蘭金循環(huán)的冷凝器釋放的熱量作為另一附加蘭金循環(huán)的熱源，其使用相同的輔助液體在不同的壓強下工作，或使用水或者有機液體工作，將輔助液體或水或有機液體存儲在新的熱絕緣的罐或者輔助地穴中，以在電力網(wǎng)絡(luò)具有很高的電力需求時進行抽取和潤轉(zhuǎn)；
[0038]-存儲蘭金循環(huán)的冷凝器釋放的熱量以及/或者中間壓壓縮機冷卻及熱存儲系統(tǒng)釋放的熱量，這些熱量在之后作為從地穴排出的空氣在渦輪轉(zhuǎn)動之前的預(yù)熱以及再次蒸發(fā)輔助液體的熱源，以及/或者作為另一附加蘭金循環(huán)的熱源，當電力網(wǎng)絡(luò)中具有高電力需求時，其使用相同的輔助液體在不同的壓強下工作，或使用水或有機液體工作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]為了對已做出的描述進行補充，以及為了更好地幫助理解本發(fā)明的技術(shù)特征，本文提供了兩個附圖，所述附圖只做描述的目的，而不作為本發(fā)明的限制，其中:
[0040]圖1示出了 CCC技術(shù)電站的其中一個可能布局的流程圖，所述電站以相同的壓強和溫度條件存儲壓縮空氣與輔助液體(水)，并且具有存儲在壓縮大氣空氣過程中產(chǎn)生的熱量的熱能存儲系統(tǒng)；
[0041]圖2示出了具有隔熱膜的CCC技術(shù)電站的其中一個可能布局的流程圖，所述電站在比輔助液體(水)更高的溫度上存儲空氣。

【具體實施方式】
[0042]下文披露了本發(fā)明的兩個優(yōu)選實施例，這兩個設(shè)計均具有值得注意的市場預(yù)期:
[0043]模式1:溫度平衡運作
[0044]圖1在描述性而非限制性的基礎(chǔ)上示出了了本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，其從具有CCC電站技術(shù)的電力網(wǎng)絡(luò)I中存儲能量，其中當電力網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)電能過剩時，電動機2驅(qū)動壓縮機3捕獲大氣空氣并將其隔熱地單級壓縮到具有約40巴的壓強和約550°C的溫度。
[0045]壓縮空氣在換熱器4中流通，在這里它將熱量輸送到熱存儲系統(tǒng)5，例如熱存儲系統(tǒng)5可以是一個具有兩個溫度不同的罐的熔融鹽熱存儲系統(tǒng)，溫度降低到250°C，壓強相當于水在該溫度時相對應(yīng)的蒸汽壓(約39.75巴)。
[0046]空氣壓縮也可以分成幾個階段執(zhí)行，具有中間冷卻器并將熱量輸送到熱存儲系統(tǒng)5。
[0047]之后，壓縮空氣流入人造地穴6內(nèi)，人造地穴6通過硬巖開采開鑿，而且其內(nèi)壁為熱絕緣的。人工地穴6起初充滿了處于飽和蒸汽狀態(tài)的水，其壓力和溫度條件與之后的壓縮空氣相同(250°C以及約39.75巴)。
[0048]在人工地穴6的空氣入口處具有一層防水膜7，其具有彈性并能承受250°C的工作溫度，如由具有彈性的聚四氟乙烯制成。該膜起初是完全折疊的，如前面解釋的，將人工地穴所有的空間留給飽和蒸汽狀態(tài)的水。
[0049]當空氣進入膜7時，其將飽和蒸汽排出，飽和蒸汽從人工地穴6中排出并流入冷凝器8中，其在恒壓恒溫下液化，并在同樣的壓力和溫度環(huán)境下變成飽和液體。如圖1所示，冷凝器8可通過冷卻塔9實現(xiàn)冷凝，或者提供較高的工作溫度，其釋放的熱量可存儲在熱存儲系統(tǒng)5中，或者作為利用較低溫度的水或者有機液體工作的輔助蘭金循環(huán)的熱源。
[0050]飽和液態(tài)水回流到人工地穴6中，與剩余的飽和蒸汽水共享空間，但是它占用的空間要遠小于飽和蒸汽狀態(tài)時所占用的空間，從而允許膜7逐漸充滿進入的溫度為250°C、壓強約為39.75巴的壓縮空氣。
[0051]此過程一直到膜7完全充滿空氣而飽和蒸汽水完全轉(zhuǎn)化為飽和液態(tài)水，或者電力網(wǎng)絡(luò)要求最好停止儲能時才停止。此時，人工地穴6的關(guān)斷閥是關(guān)閉的，空氣和水存儲在地穴中，CCC電站完全停止，沒有電能的消耗或產(chǎn)生。
[0052]該電站直到電力網(wǎng)絡(luò)具有電力需求，即需要發(fā)電時才啟動。然后開始從地穴中抽取飽和液態(tài)水，由泵10驅(qū)動并送入換熱器11，隨后進入汽鍋12，在汽鍋12中水再次蒸發(fā)并進一步得到加熱直到其變成具有高壓和高溫條件的蒸汽，使其穿過蒸汽渦輪機13，蒸汽渦輪機13驅(qū)動交流發(fā)電機14，交流發(fā)電機14產(chǎn)生電能，并將電能返回給電力網(wǎng)絡(luò)I。
[0053]在蒸汽渦輪機的出口，水再次變回約39.75巴及250°C的飽和蒸汽狀態(tài)，并被輸送回地穴中。
[0054]當回到地穴中，飽和蒸汽水比以前明顯占用更多的體積，密封在膜7內(nèi)的空氣被排出人工地穴6并在換熱器15中得到加熱，其熱量源于熱存儲系統(tǒng)5，隨后被送入汽鍋16，最后在渦輪機17中驅(qū)動渦輪轉(zhuǎn)動，渦輪機17是同壓縮機3 —樣但工作方式相反的機器，渦輪機17驅(qū)動交流發(fā)電機18，產(chǎn)生電能并將電能添加到電力網(wǎng)絡(luò)I中去。
[0055]渦輪機17排放的氣體具有重要的熱能，可用于再蒸發(fā)并進一步通過換熱器11加熱輔助液體，隨后輸送到出口煙囪19，或存儲在熱存儲系統(tǒng)5，或者作為利用較低溫度的水或者有機液體工作的輔助蘭金循環(huán)的熱源。
[0056]這一過程直到電力網(wǎng)絡(luò)的電力需求下降到足夠停止電站，或者人工地穴6中已經(jīng)完全沒有空氣，完全充滿飽和蒸汽水才停止。
[0057]從這時起，關(guān)斷閥再次關(guān)閉，而電站直到電力網(wǎng)絡(luò)再次出現(xiàn)電量過剩，需要存儲時啟動，再次開始執(zhí)行上述整個循環(huán)，并無限次地重復(fù)整個過程。
[0058]例如，假定在250°C、壓強約為39.75巴(水在此溫度下的蒸汽壓力)的狀態(tài)下采用具有彈性的特氟龍片狀物。但是采用其它材料是完全可能的，例如彈性鐵箔，其可以在明顯更高的溫度下操作，而且具有彈性，并可以防止空氣或水蒸汽通過。因此，完全可以復(fù)制本發(fā)明其他優(yōu)選實施例，利用相似的過程，但工作在更高的溫度及對應(yīng)于該溫度的水蒸汽壓力上。
[0059]正如“
【發(fā)明內(nèi)容】
”已經(jīng)解釋的那樣，工作壓強越大、溫度越高，則獲得的整體效率就越高，而工作環(huán)境的最大壓強和溫度由罐或地穴的結(jié)構(gòu)強度，以及熱絕緣層以及其他材料的可用性決定。
[0060]模式2:絕熱膜運作
[0061]圖1所示為本發(fā)明另一僅作示例性目的，不作為保護范圍限制的優(yōu)選實施例，其利用CCC電站技術(shù)從電力網(wǎng)絡(luò)I中存儲能量，其中，當電力網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)電量過剩時，電動發(fā)動機2驅(qū)動壓壓縮機3捕獲大氣空氣并將其絕熱地單級壓縮到約60巴的壓強以及約650°C的溫度上。
[0062]壓縮空氣流入到人工地穴6內(nèi)，人工地穴6通過硬巖開采開鑿，其內(nèi)壁為熱絕緣的。人工地穴6初始為充滿飽和蒸汽狀態(tài)的水，壓強為60巴，而當水蒸汽壓為60巴時的對應(yīng)溫度約為275 °C。
[0063]在人工地穴6的空氣入口處，有一層彈性、熱絕緣的防水膜7，在空氣側(cè)能夠承受至少為650°C的溫度并在水蒸汽側(cè)能夠承受至少為275°C的溫度，例如，其被可制成為陶瓷墊在內(nèi)部而彈性金屬片在外部的三明治結(jié)構(gòu)。這種膜7起初是完全折疊的，如前面解釋的，把人工地穴所有的空間留給飽和蒸汽狀態(tài)的水。
[0064]當空氣進入膜7內(nèi)，它將飽和蒸汽水排出人工地穴6外，飽和蒸汽水流入冷凝器8中，在冷凝器8中其在恒壓恒溫的環(huán)境下液化，成為壓強為60巴、溫度為275°C的飽和液態(tài)水。如圖2所示，冷凝器8可由冷卻塔9實現(xiàn)冷凝，或者提供較高的工作溫度，其中釋放的熱量可存儲在熱存儲系統(tǒng)中，或者作為利用較低溫度的水或者有機液體工作的輔助蘭金循環(huán)的熱源。
[0065]飽和液態(tài)水回流到人工地穴6，與剩余的飽和蒸汽水共享空間，但是它占用的空間要遠小于飽和蒸汽狀態(tài)時所占用的空間，從而允許膜7逐漸充滿進入的壓強為60巴、溫度為650°C的壓縮空氣。
[0066]此過程一直到膜7完全充滿空氣，而飽和蒸汽水完全轉(zhuǎn)化為飽和液態(tài)水，或者電力網(wǎng)絡(luò)要求最好停止儲能時才停止。此時，人工地穴6的關(guān)斷閥是關(guān)閉的，空氣和水存儲在地穴中，CCC電站完全停止，沒有電能的消耗或產(chǎn)生。
[0067]該電站直到電力網(wǎng)絡(luò)具有電力需求，即需要發(fā)電時才啟動。然后開始從地穴中抽取飽和液態(tài)水，由泵10驅(qū)動并輸送入換熱器11，隨后進入汽鍋12，在這里水再次蒸發(fā)并進一步被加熱直到其變成具有高壓和高溫條件的蒸汽，使其穿過蒸汽渦輪機13，而蒸汽渦輪機13可驅(qū)動交流發(fā)電機14，交流發(fā)電機14產(chǎn)生電能，并將電能返回給電力網(wǎng)絡(luò)I。
[0068]在蒸汽渦輪機的出口，水再次返回到約60巴及275°C的飽和蒸汽狀態(tài)，被輸送回地穴中。
[0069]當回到地穴中，飽和蒸汽水比以前明顯占用更多的體積，密封在膜7內(nèi)的空氣排出人工地穴6并在汽鍋16中加熱，最后在渦輪機17中推動渦輪轉(zhuǎn)動，渦輪機17可以是與壓縮機3 —樣但工作方式相反的機器，渦輪機17驅(qū)動交流發(fā)電機18，產(chǎn)生電能并將電能添加到電力網(wǎng)絡(luò)I中去。
[0070]渦輪機17排放的氣體具有重要的熱能，可用于再蒸發(fā)并進一步通過換熱器11加熱輔助液體，隨后輸送到出口煙囪19,或存儲在熱存儲系統(tǒng),或者作為利用較低溫度的水或者有機液體工作的輔助蘭金循環(huán)的熱源。
[0071]這一過程直到電力網(wǎng)絡(luò)的電力需求下降到足夠停止電站，或者直到人工地穴6已經(jīng)完全沒有空氣，完全充滿飽和蒸汽水才停止。
[0072]從這時起，關(guān)斷閥再次關(guān)閉，而電站直到電力網(wǎng)絡(luò)再次出現(xiàn)電量過剩，需要存儲時啟動，再次開始執(zhí)行上述整個循環(huán)，并無限次地重復(fù)整個過程。
[0073]在這兩個優(yōu)選實施例中指出的壓強和溫度值均為近似值，僅作為指導目的，這是因為它們是通過假定的理想過程，不考慮耗損進行粗略計算得出的。
[0074]實際電站的工作值根據(jù)就罐或地穴的強度和可用的熱絕緣材料而言可接受的實際過程以及工作條件而定。
[0075]在這兩個實施例中均假設(shè)利用飽和液態(tài)和蒸汽水工作，然而，系統(tǒng)可以設(shè)計為采用濕蒸汽、過熱蒸汽或過冷液體工作。
【權(quán)利要求】
1.組合循環(huán)CAES(壓縮空氣儲能)技術(shù)，其特征在于，結(jié)合傳統(tǒng)CAES技術(shù)(即基于在地穴中存儲壓縮大氣空氣的儲能技術(shù))中的大氣空氣遵循的熱力循環(huán)(布雷登循環(huán))與被限制在同一地穴的膜內(nèi)的輔助液體遵循的另一熱力循環(huán)，在輔助液體的熱力循環(huán)中輔助液體承受體積的變化，以使壓縮的大氣空氣進入和排出地穴。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合循環(huán)CAES技術(shù)，其特征在于，輔助液體定制為遵循蘭金循環(huán)的兩個分段，其中一分段處于在空氣壓縮及進入到地穴的過程中，另一段處于空氣排出及渦轉(zhuǎn)的過程中，以使: -每一分段的起始狀態(tài)和最終狀態(tài)壓強相同； -空氣壓縮以及進入地穴過程的初始狀態(tài)與空氣排出和渦轉(zhuǎn)過程的最終狀態(tài)相匹配，并且具有非常低濃度的狀態(tài)，即為具有高蒸汽干度的過熱蒸汽、飽和蒸汽或者濕蒸汽； -空氣壓縮以及進入地穴過程的最終狀態(tài)與空氣排出和渦轉(zhuǎn)過程的初始狀態(tài)相匹配，并且具有非常高濃度的狀態(tài)，即為具有低干度的過冷液體、飽和液體或者濕蒸汽； -在空氣壓縮以及進入地穴/空氣排出及渦轉(zhuǎn)期間，輔助液體被強制排出膜外，遵循其蘭金循環(huán)的分段，然后再次進入膜內(nèi)，處于使被限制在膜內(nèi)的輔助液體具有整體減少/增加的體積的連續(xù)過程中，從而允許空氣進入地穴/將空氣排出地穴； -在空氣存儲在地穴期間，以及在地穴中空氣排空期間，輔助液體在與先前遵循的蘭金循環(huán)段相對應(yīng)的最后階段中存儲在膜內(nèi)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的組合循環(huán)CAES技術(shù)，其特征在于，將蘭金循環(huán)的冷源溫度設(shè)定為輔助液體的存儲溫度。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的組合循環(huán)CAES技術(shù)，其特征在于，將蘭金循環(huán)的冷源溫度設(shè)定為比輔助液體的存儲溫度更低的溫度。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的組合循環(huán)CAES技術(shù)，其特征在于，罐或地穴內(nèi)部具有熱絕緣，以使空氣及輔助液體的存儲在高溫下執(zhí)行。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的組合循環(huán)CAES技術(shù)，其特征在于，使用渦輪機排放氣體的熱量作為熱源，用于再蒸發(fā)并進一步加熱輔助液體以使其遵循其蘭金循環(huán)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的組合循環(huán)CAES技術(shù)，其特征在于，使用渦輪機排放氣體的熱量作為另一使用較低溫度的輔助液體或有機液體運行的蘭金循環(huán)的熱源。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的組合循環(huán)CAES技術(shù)，其特征在于，利用隔熱膜，其除具有彈性以及能夠?qū)嚎s空氣與輔助液體分隔開外，還能夠保持兩者間的溫度差。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的組合循環(huán)CAES技術(shù)，其特征在于，將隔熱膜制作成陶瓷墊在內(nèi)，而彈性、防滲透的抗熱片在外的三明治結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8和9所述的組合循環(huán)CAES技術(shù)，其特征在于，在無需中間冷卻的情況下單級壓縮空氣，并在壓縮后獲得的溫度上存儲壓縮空氣。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的組合循環(huán)CAES技術(shù)，其特征在于，使用與空氣壓縮機和渦輪機相同的機器，反向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的組合循環(huán)CAES技術(shù)，其特征在于，形成罐或地穴內(nèi)的壓縮空氣以及/或者輔助液體的額外定容加熱，即作為汽鍋使用罐或地穴。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的組合循環(huán)CAES技術(shù)，其特征在于，將壓縮空氣存儲在膜的內(nèi)部，將輔助液體留在膜的外部。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的組合循環(huán)CAES技術(shù)，其特征在于，當輔助液體為液體狀態(tài)時，利用輔助罐或地穴存儲，同時將其限制在輔助罐或地穴的膜內(nèi)，所述輔助罐或地穴的其余空間由來自主罐或地穴的壓縮空氣填充，以使當所述輔助罐或地穴中充滿了液態(tài)的輔助液體時，將壓縮空氣從輔助罐或地穴輸送到主罐或地穴，當所述輔助罐或地穴被排空時，反向執(zhí)行，從而在所述輔助罐或地穴中保持恒壓，同時在空氣存儲在地穴時，即在抽取和渦轉(zhuǎn)之前，允許空氣以及輔助液體具有不同的定容加熱。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的組合循環(huán)CAES技術(shù)，其特征在于，在蘭金循環(huán)的兩種狀態(tài)中存儲輔助液體，利用具有兩個罐或地穴的優(yōu)勢，在不同的壓強下強制其遵循蘭金循環(huán)。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的組合循環(huán)CAES技術(shù)，其特征在于，將蘭金循環(huán)的冷凝器釋放的熱量作為另一附加蘭金循環(huán)的熱源，所述附加蘭金循環(huán)使用相同的輔助液體在不同的壓強下運行，或使用水或者有機液體運行。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的組合循環(huán)CAES技術(shù)，其特征在于，將附加蘭金循環(huán)運行液體存儲在一新的熱絕緣的罐或者輔助地穴中，以在電力網(wǎng)絡(luò)具有很高的電力需求時抽取并渦轉(zhuǎn)所述附加蘭金循環(huán)運行液體。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的組合循環(huán)CAES技術(shù)，其特征在于，將蘭金循環(huán)的冷凝器釋放的熱量以及/或者中間壓縮機冷卻器釋放的熱量以及/或者渦輪機排放氣體殘留的熱量儲存在熱存儲系統(tǒng)中，因此這些熱量之后作為對從地穴排出的空氣在渦轉(zhuǎn)之前進行預(yù)熱以再次氣化輔助液體的熱源，以及/或者作為另一附加蘭金循環(huán)的熱源，此附加蘭金循環(huán)當電力網(wǎng)絡(luò)中具有高電力需求時使用相同的輔助液體在不同的壓強下運行，或使用水或有機液體運行。
【文檔編號】F02C6/16GK104204462SQ201380009268
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年2月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月23日
【發(fā)明者】F·魯伊斯戴爾奧爾莫 申請人:普雷斯特有限公司