本發(fā)明涉及機械能量儲存的領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及能量儲存系統(tǒng)及用于能量儲存系統(tǒng)的方法，壓縮氣體能夠從該能量儲存系統(tǒng)釋放以供以后使用。

背景技術(shù)：

1、已知從各種可持續(xù)能源、比如風(fēng)能源、太陽能源和波浪能源收集的能量將以壓縮氣體的形式儲存。在動力需求的時間段期間，壓縮氣體從儲存容器中排放，并且能夠產(chǎn)生電力。替代性地，儲存的壓縮氣體可以在不同的工業(yè)應(yīng)用中使用。

2、現(xiàn)有技術(shù)中已知許多壓縮空氣能量儲存(caes)系統(tǒng)。壓縮空氣傳統(tǒng)上已經(jīng)儲存在大型且昂貴的地下洞穴或水下彈性球狀物中。盡管caes設(shè)備具有大的額定功率和儲存容量，但它們也有一些主要缺點。首先，空氣具有非常大的壓縮熱，從而在被壓縮時經(jīng)受約85％的熱損失。隨著壓縮空氣的溫度升高，能夠儲存的壓縮空氣越少。其次，隨著額外空氣釋放，壓縮空氣所儲存的洞穴中的壓力變得緩慢降低，由此對能夠由釋放的壓縮空氣驅(qū)動的渦輪機產(chǎn)生的電量產(chǎn)生負(fù)面影響。

3、已經(jīng)嘗試通過恒溫充注空氣和排放空氣來降低壓縮熱；然而，采用熱交換器來促進恒溫壓縮的需要不必要地增加了儲存設(shè)施的成本。

4、在其他caes系統(tǒng)中，已經(jīng)采用了非絕熱空氣能量儲存(d-caes)裝置、絕熱空氣能量儲存(a-caes)裝置和液體空氣能量儲存(laes)裝置。這些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的空氣溫度明顯偏離環(huán)境溫度，并且因此這些現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)還需要使用昂貴的熱交換器和旋轉(zhuǎn)設(shè)備、即壓縮機和燃?xì)鉁u輪機。

5、本發(fā)明的目的是提供一種相對于現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)具有增加的能量密度的壓縮氣體能量儲存系統(tǒng)。

6、本發(fā)明的另一目的是提供一種相對于現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)具有增加的系統(tǒng)往返效率的壓縮氣體能量儲存系統(tǒng)。

7、本發(fā)明的另一目的是提供一種相對于現(xiàn)有技術(shù)具有減少的資金和操作成本的壓縮氣體能量儲存系統(tǒng)和方法。

8、隨著描述的進行，本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點將變得明顯。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、一種多相能量儲存系統(tǒng)，包括：第一壓力容器，該第一壓力容器具有至少四個端口，對應(yīng)的管道與所述至少四個端口中的每個端口流體連通；以及第二壓力容器，該第二壓力容器構(gòu)造有一個或更多個端口，該第二壓力容器設(shè)定為不大于環(huán)境溫度的溫度，并且能夠與所述第一壓力容器流體連通，其中，在環(huán)境溫度下可冷凝的可冷凝工作流體(cwf)能夠通過所述至少四個端口中的第一端口引入至所述第一壓力容器，并且能夠于所述第一壓力容器內(nèi)在與所述第一壓力容器和所述第二壓力容器中為不可蒸發(fā)的且能夠通過所述至少四個端口中的第二端口引入至所述第一壓力容器的液體直接接觸時壓縮，其中，在將足夠體積的cwf或不可蒸發(fā)液體引入至所述第一壓力容器之后，經(jīng)壓縮的cwf的至少一部分能夠在與不可蒸發(fā)液體直接接觸時通過所述至少四個端口中的第三端口從所述第一壓力容器通過所述一個或更多個端口中的一個端口傳遞至所述第二壓力容器，使得所述第二壓力容器內(nèi)的所有或大部分cwf在被壓縮至其飽和壓力并冷凝后能夠以液態(tài)儲存在所述第二壓力容器內(nèi)，其中，位于所述第一壓力容器中的不可蒸發(fā)液體中的至少一些不可蒸發(fā)液體能夠由從所述第二壓力容器排放的經(jīng)壓縮cwf推進通過所述至少四個端口的第四端口，以排放儲存的能量。

2、在一個方面中，該系統(tǒng)還包括氣體源，該氣體源與所述第一壓力容器流體連通并包含cwf，cwf能夠從所述氣體源進給至所述第一壓力容器。

3、在一個方面中，能量儲存系統(tǒng)還包括能夠由不可蒸發(fā)液體驅(qū)動的至少一個液壓渦輪機，其中，位于第一壓力容器內(nèi)的不可蒸發(fā)流體的至少一部分在經(jīng)壓縮的cwf從第二壓力容器釋放時能夠由經(jīng)壓縮的cwf朝向所述至少一個液壓渦輪機推進。

4、在一個方面中，該系統(tǒng)還包括：液體貯存器，該液體貯存器與所述第一壓力容器流體連通并包含不可蒸發(fā)液體；以及用于將不可蒸發(fā)液體從液體貯存器輸送至第一壓力容器的裝置，其中，不可蒸發(fā)液體能夠由輸送裝置通過至少四個端口中的第二端口引入至第一壓力容器。

5、理解的是，“不可蒸發(fā)液體”在經(jīng)受其他狀態(tài)時可能能夠蒸發(fā)。在由多相能量儲存系統(tǒng)、并且特別地由第一壓力容器和第二壓力容器以及可選地由液體貯存器施加的狀態(tài)下，也稱為“傳遞液體”的液體是不可蒸發(fā)的。

6、在一個方面中，從至少一個液壓渦輪機排放的不可蒸發(fā)液體能夠容納在液體貯存器中。

7、在一個方面中，cwf在與所述第一壓力容器內(nèi)的不可蒸發(fā)液體直接接觸期間基本上能夠恒溫壓縮以及能夠恒溫膨脹。

8、在一個方面中，輸送裝置是用于將不可蒸發(fā)液體從液體貯存器輸送至第一壓力容器的至少一個液壓泵。

9、在一個方面中，能量儲存系統(tǒng)還包括用于將不可蒸發(fā)液體從第一壓力容器輸送至液體貯存器的至少一個附加的液壓泵。

10、在一個方面中，當(dāng)將額外的不可蒸發(fā)液體引入至第一壓力容器的同時，第一壓力容器內(nèi)的cwf被連續(xù)地且額外地壓縮。

11、在一個方面中，能量儲存系統(tǒng)還包括位于第一壓力容器與第二壓力容器之間以防止不可蒸發(fā)液體流動至第二壓力容器的液體-氣體分離器，并且還可以包括位于第一壓力容器與第二壓力容器之間以防止不可蒸發(fā)液體流動至第二壓力容器的液體-液體分離器。

12、在一個方面中，能量儲存系統(tǒng)還包括位于第一壓力容器與第二壓力容器之間以防止不可蒸發(fā)液體流動至第二壓力容器的液體-液體分離器。

13、在一個方面中，能量儲存系統(tǒng)還包括能夠與所述第一壓力容器流體連通的第三壓力容器，其中，在執(zhí)行充注循環(huán)或排放循環(huán)中的一者之前，所述第三壓力容器完全填充有選自cwf氣體或不可蒸發(fā)液體的第一流體，并且所述第一壓力容器完全填充有選自cwf氣體或不可蒸發(fā)液體的與第一流體不同的第二流體，使得當(dāng)終止時，所述第三壓力容器完全填充有第二流體并且所述第一壓力容器完全填充有第一流體。

14、在一個方面中，第一壓力容器也暴露于環(huán)境溫度。

15、在一個方面中，能量儲存系統(tǒng)包括多個第一壓力容器。

16、在一個方面中，所有第一壓力容器彼此流體連通，或者選定的第一壓力容器彼此流體連通。

17、在一個方面中，能量儲存系統(tǒng)包括多個第二壓力容器。

18、在一個方面中，所有第二壓力容器彼此流體連通，或者選定的第二壓力容器彼此流體連通。

19、在一個方面中，氣體保持器附加地包含能夠與能夠cwf混合的非cwf，非cwf氣體在cwf液化后能夠額外地壓縮。

20、在一個方面中，能量儲存系統(tǒng)還包括流動控制部件，該流動控制部件操作性地連接至對應(yīng)管道中的每個管道以選擇性地控制流體通過所述管道的流動。

21、在一個方面中，第二壓力容器暴露于環(huán)境溫度或暴露于低于環(huán)境溫度的溫度。

22、一種用于利用儲存的能量產(chǎn)生動力的方法，該方法包括以下步驟：提供第一壓力容器和第二壓力容器，其中，所述第二壓力容器能夠與所述第一壓力容器流體連通并且被設(shè)定為不大于環(huán)境溫度的溫度；在所述第一壓力容器內(nèi)，將在環(huán)境溫度下能夠冷凝的可冷凝工作流體(cwf)在與不可蒸發(fā)液體直接接觸期間基本恒溫壓縮，并導(dǎo)致經(jīng)壓縮的cwf的至少一部分響應(yīng)于與不可蒸發(fā)液體的相互作用而從所述第一壓力容器傳遞至所述第二壓力容器；將額外量的經(jīng)壓縮cwf傳遞至所述第二壓力容器，以使所述第二壓力容器內(nèi)的所有或大部分cwf被壓縮到cwf的飽和壓力并冷凝以產(chǎn)生液體cwf；由從所述第二壓力容器排放的經(jīng)壓縮的cwf將位于所述第一壓力容器中的不可蒸發(fā)液體中的至少一些不可蒸發(fā)液體朝向至少一個液壓渦輪機推進；以及由推進的不可蒸發(fā)液體以可旋轉(zhuǎn)的方式驅(qū)動所述至少一個液壓渦輪機以產(chǎn)生動力，其中，在將經(jīng)壓縮的cwf的至少一部分從所述第一壓力容器傳遞至所述第二壓力容器的同時，防止不可蒸發(fā)液體流動至所述第二壓力容器。

23、如本文所述，術(shù)語“防止不可蒸發(fā)液體流動至所述第二壓力容器”的含義包括相對于第二壓力容器內(nèi)的液體cwf的體積，只有可忽略體積的不可蒸發(fā)液體被引入至第二壓力容器的可能性。防止不可蒸發(fā)液體流動至第二壓力容器是通過合適的設(shè)備、比如除霧器來執(zhí)行。

24、在一個方面中，通過啟用與第一壓力容器或第二壓力容器流體連通的混合設(shè)備的單元并且由此消除cwf內(nèi)的溫度梯度，cwf基本上被恒溫壓縮。

25、在一個方面中，混合設(shè)備的單元響應(yīng)于指示cwf液化的感測狀態(tài)而啟用。

26、在一個方面中，當(dāng)排放的經(jīng)壓縮的cwf處于液態(tài)、氣態(tài)或處于多相狀態(tài)時，位于所述第一壓力容器中的不可蒸發(fā)液體中的至少一些不可蒸發(fā)液體由從所述第二壓力容器排放的經(jīng)壓縮的cwf朝向至少一個液壓渦輪機推進。

27、在一個方面中，在多個充注循環(huán)期間執(zhí)行下述步驟：使經(jīng)壓縮的cwf的至少一部分從所述第一壓力容器傳遞至所述第二壓力容器。

28、在一個方面中，在多個排放循環(huán)期間執(zhí)行下述步驟：由從所述第二壓力容器排放的經(jīng)壓縮的cwf推進位于所述第一壓力容器中的不可蒸發(fā)液體中的至少一些不可蒸發(fā)液體。

29、在一個方面中，該方法還包括以下步驟：提供能夠與所述第一壓力容器流體連通的第三壓力容器，其中，在執(zhí)行充注循環(huán)或排放循環(huán)中的一者之前，所述第三壓力容器完全填充有選自cwf氣體或不可蒸發(fā)液體的第一流體，并且所述第一壓力容器完全填充有選自cwf氣體或不可蒸發(fā)液體的與第一流體不同的第二流體；以及執(zhí)行充注循環(huán)或排放循環(huán)中的所述一者，使得當(dāng)終止時，所述第三壓力容器完全填充有第二流體，并且所述第一壓力容器完全填充有第一流體。

30、在一個方面中，該方法還包括當(dāng)所述第三壓力容器完全填充有第二流體并且所述第一壓力容器完全填充有第一流體時，執(zhí)行充注循環(huán)或排放循環(huán)中的另一者。

31、在一個方面中，從所述第二壓力容器排放的經(jīng)壓縮的cwf在與第一壓力容器內(nèi)的不可蒸發(fā)液體直接接觸期間基本上恒溫膨脹。

32、一種直接接觸流體傳遞(dcft)模塊，包括：第一壓力容器，該第一壓力容器具有至少四個端口，對應(yīng)的管道與所述至少四個端口中的每個端口流體連通；第二壓力容器，該第二壓力容器暴露于環(huán)境溫度，該第二壓力容器具有一個或更多個端口；以及流動控制部件，該流動控制部件操作性地連接至所述對應(yīng)管道中的每個管道以選擇性地控制流體通過所述管道的流動，其中，在環(huán)境溫度下能夠冷凝的可冷凝工作流體(cwf)能夠通過所述至少四個端口中的第一端口引入至所述第一壓力容器，其中，不可蒸發(fā)液體能夠通過所述至少四個端口中的第二端口引入至所述第一壓力容器以導(dǎo)致cwf在與不可蒸發(fā)液體直接接觸時的基本上恒溫壓縮，其中，在將足夠的額外體積的不可蒸發(fā)液體引入至所述第一壓力容器之后，經(jīng)壓縮的cwf的至少一部分在與不可蒸發(fā)液體直接接觸時能夠通過所述至少四個端口中的第三端口從所述第一壓力容器通過所述一個或更多個端口中的一個端口傳遞至所述第二壓力容器，并且經(jīng)壓縮的cwf的至少一部分在被壓縮至cwf的飽和壓力并冷凝后能夠以液態(tài)儲存在所述第二壓力容器內(nèi)，其中，位于所述第一壓力容器中的不可蒸發(fā)液體中的至少一些不可蒸發(fā)液體在cwf從所述第二壓力容器排放時能夠由cwf推進通過所述至少四個端口中的第四端口，以排放儲存的能量。