本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的外部壓力流體儲(chǔ)存器以及根據(jù)權(quán)利要求21所述的用于生產(chǎn)此類外部流體壓力儲(chǔ)存器的方法。

背景技術(shù)：

1、由于可再生能量的生產(chǎn)越來越重要，儲(chǔ)存能量變得越來越重要。許多類型的可再生能量都受到天氣條件(太陽、風(fēng))的影響，這些能量不一定在生產(chǎn)它們時(shí)就投入使用。因此，只有當(dāng)從太陽或風(fēng)獲得的熱量或電力形式的能量可以被儲(chǔ)存起來以備不時(shí)之需(即當(dāng)天氣條件使得無法生產(chǎn)足夠量的能量時(shí))，生成這些能量才有意義。

2、存在用于儲(chǔ)存熱量的熱儲(chǔ)存器，并且存在用于儲(chǔ)存電力的泵送式水電儲(chǔ)存系統(tǒng)(phs系統(tǒng))或壓力容器，其中電力用于將phs系統(tǒng)中的水泵送到更高的海拔，水然后可以用于為發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力，以生成以其他方式無法獲得的電力。在壓力容器中，可以加壓的流體(比如空氣)被電動(dòng)壓縮機(jī)壓縮并且儲(chǔ)存在壓力容器中，直到加壓流體可以用于為聯(lián)接到發(fā)電機(jī)的渦輪提供動(dòng)力，以按需生產(chǎn)電力，同時(shí)將能量?jī)?chǔ)存一段時(shí)間。

3、例如，除了泵送式水電儲(chǔ)存系統(tǒng)外，工業(yè)層面的能量?jī)?chǔ)存既困難又昂貴，而且基本上未被開發(fā)。

4、用加壓氣體獲得的能量?jī)?chǔ)存被稱為壓縮空氣能量?jī)?chǔ)存(caes)。對(duì)氣體的加壓會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，這些熱量必須被單獨(dú)地儲(chǔ)存，以防止在儲(chǔ)存加壓氣體時(shí)熱量通過高壓容器的壁逸出——這里重要的是，在這種情況下，有效的加壓能量?jī)?chǔ)存所需的壓力可以在50到100bar之間，在這種情況下，流體可能會(huì)達(dá)到比環(huán)境溫度高500℃或者更高的溫度。即使當(dāng)熱量被單獨(dú)地儲(chǔ)存時(shí)，建造能夠適應(yīng)必要內(nèi)部壓力的壓力容器在技術(shù)上也是困難的。

5、為了避免理想壓力儲(chǔ)存中的這些重大缺點(diǎn)，將壓力容器放置在水下被認(rèn)為是利用水壓來適應(yīng)必要內(nèi)部壓力的一種手段。當(dāng)可以被加壓的流體在陸地上或在水面處被壓縮，然后被泵送到水下幾百米的高壓能量?jī)?chǔ)存容器中時(shí)，內(nèi)部壓力和外部壓力之間的差異是微不足道的，從而消除了caes的主要問題之一(壓力容器的結(jié)構(gòu))，但是仍然需要在水面上單獨(dú)地儲(chǔ)存熱能，并且通往水中壓力容器的高壓管線仍然具有結(jié)構(gòu)問題，并且由于流動(dòng)阻力而出現(xiàn)顯著的損失。

6、為深海儲(chǔ)存器建立的stensea(海上儲(chǔ)存能量)項(xiàng)目建議將包含電動(dòng)泵渦輪的壓力容器放置在水下。當(dāng)壓力容器是空的時(shí)，該壓力容器會(huì)被淹沒到只含有殘留氣泡的程度，這樣其中的水和氣泡處于與周圍的水相同的壓力。為了給壓力容器充氣，泵渦輪由水面處生產(chǎn)的電力提供動(dòng)力，這迫使水克服外部壓力流出壓力容器。開始時(shí)，內(nèi)部壓力和外部壓力相等，并且當(dāng)給容器充氣時(shí)，氣泡擴(kuò)張以置換水，導(dǎo)致內(nèi)部壓力降低，對(duì)應(yīng)于被移除的水的量，從而增加了與外部壓力的差和泵送所需的能量。泵送會(huì)消耗能量，直到從壓力容器中泵出預(yù)期量的水。這就是stensea壓力容器是如何充氣的。

7、為了釋放stensea壓力容器，該壓力容器周圍的加壓水通過渦輪被送回到內(nèi)部壓力較低的空壓力容器中，渦輪生成被輸送到水面的電力。stensea壓力容器中包含的勢(shì)能在該容器充滿水時(shí)被釋放。

8、這意味著充氣的stensea壓力容器中的內(nèi)部壓力顯著低于外部壓力，并且這種差異隨著其中儲(chǔ)存的能量的量而增加。在水面以下500到700米的建議深度處，對(duì)于直徑為30米的球形壓力容器，由混凝土制成的壓力容器非常昂貴，因?yàn)閷?duì)于50到70bar的預(yù)期壓力差，該壓力容器需要2.5米或者更厚的壁。預(yù)期用stensea壓力容器生產(chǎn)20mwh在儲(chǔ)存容量方面花費(fèi)超過3,000,000美元/mwh，這是不合理的。到目前為止，該項(xiàng)目還沒有超越概念階段。

9、換句話說，由于電動(dòng)水下泵渦輪，所以不需要位于水面上的caes熱儲(chǔ)存和延伸到壓力容器的深度的壓力管線，但是必須有外部壓力流體儲(chǔ)存器而不是caes內(nèi)部壓力容器，以供能量?jī)?chǔ)存，caes內(nèi)部壓力容器太昂貴以至于在經(jīng)濟(jì)上是不可行的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、因此，本發(fā)明的目的是創(chuàng)造一種具有簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)可行的外部壓力流體儲(chǔ)存器，其可以用于水下能量?jī)?chǔ)存，內(nèi)部壓力低。

2、該問題通過權(quán)利要求1和22所述的表征特征得以解決。

3、通過在封閉外部壓力流體儲(chǔ)存器的內(nèi)部的液體密封壁中用散狀材料填充該外部壓力流體儲(chǔ)存器，該外部壓力流體儲(chǔ)存器已經(jīng)足以能夠承受在很深的深度處產(chǎn)生的高壓。當(dāng)內(nèi)部壓力低于外部壓力時(shí)(在充氣狀態(tài)下)，因?yàn)楸谟缮畈牧现?，所以該壁不必承受高壓，并且可以具有?jiǎn)化且便宜的設(shè)計(jì)，盡管如此，該壁對(duì)于液體來說是不可滲透的。堅(jiān)固的散狀材料填充物也很便宜，并且在其各個(gè)部件之間為比如空氣和水等流體提供了足夠的空間。

4、利用通過一個(gè)實(shí)施例獲得的支撐散狀材料的外部形狀的骨架結(jié)構(gòu)，還可以生產(chǎn)更小的外部壓力流體儲(chǔ)存器或者設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單的流體儲(chǔ)存器，在這些流體儲(chǔ)存器中，壁本身能夠包含散狀材料。利用骨架結(jié)構(gòu)，還可以生產(chǎn)任何大小或形狀的流體儲(chǔ)存器，即使有引力(其與深度無關(guān))，因?yàn)楣羌芙Y(jié)構(gòu)使散狀材料保持預(yù)期的操作位置或形狀，因此防止了散狀材料由于重力而移動(dòng)。

5、由于壁和骨架結(jié)構(gòu)圍繞氣動(dòng)主體形成，因此它們可以很容易地生產(chǎn)，并且可以在完成后首先放置在水中并用散狀材料填充。這意味著壁只需承受重力引起的低壓，該壓力在更深的深度處不會(huì)增加，因?yàn)楸诤凸羌芙Y(jié)構(gòu)只需在陸地上自支撐，在陸地上壁和骨架結(jié)構(gòu)還沒有用沉重的散狀材料填充。在水中，壁和骨架結(jié)構(gòu)只需要抵抗較低的重力影響支撐其中包含的散狀材料填充物的外部功能形狀，但它們本身不必承受在更深的深度處出現(xiàn)的更高壓力。

6、總的來說，通過本發(fā)明獲得的散狀材料填充物適應(yīng)外部壓力流體儲(chǔ)存器上的壓力，該外部壓力流體儲(chǔ)存器的壁對(duì)于流體來說不可滲透，以便儲(chǔ)存流體(例如，水和空氣)，并且使散狀材料抵抗重力的影響保持在其操作位置。這意味著壁本身不必承受高壓，并且因此可以容易地且便宜地生產(chǎn)。如果需要額外的骨架結(jié)構(gòu)，其至少有助于保持散狀材料填充物的操作形狀，則壁可以更簡(jiǎn)單。

7、進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例具有從屬權(quán)利要求中給出的特征。

技術(shù)特征：

1.一種外部壓力流體儲(chǔ)存器(1，20，50)，其具有：能夠容納流體的內(nèi)部(5，24)；在使用時(shí)受到外部壓力的外壁(3)，外壁以流體密封的方式將所述內(nèi)部(5，24)與外部隔開；以及所述內(nèi)部(5，24)和所述外部之間的用于在所述內(nèi)部(5，24)和外部之間交換流體的連接，其特征在于，所述內(nèi)部(5，24)填充有散狀材料(4)，并且所述壁(3)被設(shè)計(jì)成將超過所述內(nèi)部中的壓力的外部壓力傳導(dǎo)到填充物(4)中，以在使用時(shí)承受所述外部壓力。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外部壓力流體儲(chǔ)存器(1，20，50)，其中，所述壁(3)本身不能承受所述外部壓力和所述內(nèi)部(5，24)中的壓力之間的預(yù)定的操作壓力差，而是由所述填充物(4)支撐。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外部壓力流體儲(chǔ)存器(1，20，50)，其中，所述壁(3)是柔性的，使得其能夠適應(yīng)在預(yù)定的操作壓力差下發(fā)生的所述散狀材料(4)的移動(dòng)，同時(shí)保持流體密封。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外部壓力流體儲(chǔ)存器(1，20，50)，其中，所述壁(3)形成包含所述內(nèi)部(5，24)的柔性表皮。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的外部壓力流體儲(chǔ)存器(1，20，50)，其中，所述壁(3)的一部分包含塑料薄膜、塑料織物和/或扁平板。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外部壓力流體儲(chǔ)存器(1，20，50)，其具有支撐填充物(4)的外形的骨架結(jié)構(gòu)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的外部壓力流體儲(chǔ)存器(1，20，50)，其中，所述骨架結(jié)構(gòu)包含位于所述壁(3)和所述填充物(4)之間的剛性中間層(12)，所述中間層包裹所述填充物(4)，至少達(dá)到盡管存在引力仍然保持所述填充物的外部形狀的程度。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的外部壓力流體儲(chǔ)存器(1，20，50)，其中，所述中間層(12)包含能夠基本上承受外部操作壓力的材料。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的外部壓力流體儲(chǔ)存器(1，20，50)，其中，所述中間層(12)由噴射混凝土制成。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的外部壓力流體儲(chǔ)存器(1，20，50)，其中，所述骨架結(jié)構(gòu)包含結(jié)構(gòu)元件，所述結(jié)構(gòu)元件優(yōu)選放置在所述壁(3)的外側(cè)上。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的外部壓力流體儲(chǔ)存器(1，20，50)，其中，所述結(jié)構(gòu)元件是環(huán)(22)。

12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外部壓力流體儲(chǔ)存器(1，20，50)，其中，所述散狀材料(4)是粗沙、礫石、碎石和/或石塊碎片。

13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外部壓力流體儲(chǔ)存器(1，20，50)，其中，所述內(nèi)部(5，24)是球形的、柱形的或者立方體形的。

14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外部壓力流體儲(chǔ)存器(1，20，50)，其中，所述內(nèi)部(5，24)的大小在至少一個(gè)維度上大于5米，優(yōu)選地大于10米，理想地大于15米，特別地大于20米。

15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的外部壓力流體儲(chǔ)存器(1，20，50)，其中，所述至少一個(gè)維度是半徑或高度。

16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外部壓力流體儲(chǔ)存器(1，20，50)，其中，所述外部壓力流體儲(chǔ)存器包含功能性地連接到用于交換流體的所述連接的泵渦輪(7)。

17.根據(jù)權(quán)利要求1、4和11所述的外部壓力流體儲(chǔ)存器(1，20，50)，其中，所述內(nèi)部(5，24)是柱形的，在其高度上分布有相同大小的支承在柔性壁(3)上的多個(gè)結(jié)構(gòu)環(huán)(22)，并且其中，在所述內(nèi)部(5，24)中存在豎直通道，所述豎直通道形成用于交換流體的所述連接，包含泵渦輪(7)。

18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的外部壓力流體儲(chǔ)存器(1，20，50)，其中，所述泵渦輪(7)被設(shè)計(jì)成傳送水。

19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外部壓力流體儲(chǔ)存器(1，20，50)，其中，所述外部壓力流體儲(chǔ)存器位于水下。

20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外部壓力流體儲(chǔ)存器(1，20，50)，其中，所述外部壓力流體儲(chǔ)存器還包含將所述內(nèi)部(5，24)連接到大氣的通氣管(41)。

21.一種用于生產(chǎn)外部壓力流體儲(chǔ)存器(1，20，50)的方法，所述外部壓力流體儲(chǔ)存器具有能夠容納流體的內(nèi)部(5，24)、在使用時(shí)受到外部壓力的外壁(3)，所述外壁以流體密封的方式將所述內(nèi)部(5，24)與外部隔開，其中，所述內(nèi)部(5，24)填充有支撐所述壁(3)抵抗操作壓力差的散狀材料，其特征在于，首先，生產(chǎn)所述外部壓力流體儲(chǔ)存器的下部部分，在此之后將氣動(dòng)主體(54)放置在所述下部部分中并且使所述氣動(dòng)主體膨脹到所述內(nèi)部的預(yù)期大小和形狀，在此之后將骨架結(jié)構(gòu)和所述壁(3)放置在所述氣動(dòng)主體(54)上，其中，在所述壁(3)的頂部處存在孔，通過所述孔，所述散狀材料(4)能夠在稍后的步驟中被引入到由所述壁(3)形成的所述內(nèi)部(5，24)中，以使其準(zhǔn)備好使用。

22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的用于生產(chǎn)外部壓力流體儲(chǔ)存器(1，20，50)的方法，其中，在將由所述骨架結(jié)構(gòu)保持形狀的所述壁(3)浸沒在水中后，添加所述填充物(4)，在水中，其能夠下沉到預(yù)期位置。

23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的用于生產(chǎn)外部壓力流體儲(chǔ)存器(1，20，50)的方法，其中，所述氣動(dòng)主體(54)在膨脹時(shí)是球形的。

24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的用于生產(chǎn)外部壓力流體儲(chǔ)存器(1，20，50)的方法，其中，所述骨架結(jié)構(gòu)由噴射到所述氣動(dòng)主體(54)上的噴射混凝土層(55)形成。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種外部壓力流體儲(chǔ)存器，其具有：用于接收流體的內(nèi)部；外壁，在操作期間由來自外部環(huán)境的外部壓力對(duì)該外壁施加壓力，并且該外壁以流體密封的方式將內(nèi)部與外部環(huán)境隔開；以及連接，該連接設(shè)置在內(nèi)部和外部環(huán)境之間，用于在內(nèi)部和外部環(huán)境之間選擇性地交換流體；其中，內(nèi)部由散狀材料填充物形成，并且壁被設(shè)計(jì)成使得在操作期間所述壁吸收超過內(nèi)部中的壓力的外部壓力，并且將外部壓力引入到散狀材料填充物中，該散狀材料填充物反過來在其操作位置支撐所述壁抵抗多余的外部壓力。

技術(shù)研發(fā)人員：毛羅·佩德雷蒂羅迪
受保護(hù)的技術(shù)使用者：能源庫公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30