[发明专利]改进的能量存储和收集系统

说明书

本发明涉及使用压缩气体来储存和回收能量的系统和方法，包括至少一个第一换热器和至少一个第二换热器、用于储存冷液体的装置和用于储存热液体的装置。第一换热器包括至少一个非直接接触的换热器，而至少一个第二换热器是直接接触的换热器。

技术领域

本发明涉及藉由空气压缩和膨胀的能量储存和产生的领域。

背景技术

例如借助太阳能电池板或者陆上或海上风力涡轮机从可再生能源发电正在迅猛发展。这些生产手段的主要缺点是间歇生产以及生产周期与消耗周期之间可能的不匹配。因此，重要的是具有在生产期间储存能量的装置，从而在消耗期间释放能量。

存在许多允许实现这种平衡的技术。

其中最周知的是使用在不同海拔处的两个蓄水池的抽水蓄能电站(PSP，PumpedStorage Plant)。在注水阶段期间，水被从下部水池泵送到上部水池。然后，在排放期间，朝着下部水池，水被送到涡轮机。

使用不同类型的电池(锂、镍、钠-硫、铅-酸等)也可以满足这种能量储存要求。

另一种技术，飞轮能量储存(FES，Flywheel Energy Storage)，包括将转子(飞轮)加速到非常高的速度，以及将系统中的能量保持为动能的形式。当从FES系统提取能量时，由于能量守恒原理，飞轮的旋转速度降低。因此，向FES系统增加能量导致飞轮速度增加。

使用压缩气体(通常是压缩空气)的能量储存技术是有前途的。所产生的未被消耗的能量用于使用(可能是多级)压缩机将空气压力压缩到40巴(bar)至200巴的范围。在压缩时，空气温度升高。为了限制储存罐的成本并使压缩机的电力消耗最小化，空气可以在每个压缩级之间被冷却。然后，压缩空气在压力下储存在天然腔(洞穴)或人造储层中。

在发电阶段期间，所储存的空气然后被送至涡轮机以产生电力。在膨胀时，空气冷却。为了避免过低的温度(-50℃)对涡轮机造成损坏，可以在膨胀之前加热空气。这样的发电厂现在已运行多年，例如1978年以来德国的Huntorf发电厂，或1991年以来美国(阿拉巴马，Alabama)的MacIntosh发电厂。这两个发电厂具有使用储存的压缩空气来供给燃气轮机的具体特征。这些燃气轮机在压力空气存在下燃烧天然气，从而在高压(40巴和11巴)下产生非常热的燃烧气体(550℃和825℃)，然后在发电的涡轮机中使它们膨胀。这种类型的方法排放二氧化碳。Huntorf发电厂每兆瓦发电可放出大约830kg CO₂。

存在一种正在研发的变型。这是所谓的绝热方法，其中，由空气压缩产生的热量被回收、储存并在空气膨胀之前释放到空气中。这是一种已知为AACAES(先进绝热压缩空气能量存储，Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage)的技术。

在该技术中，空气通常是从周围介质中获取的空气。因此，它可能包含蒸汽形式的水。该湿度根据地理位置和温度和/或季节变化。在压缩之后冷却空气时，空气中包含的水可能全部或部分地冷凝。当不从气体中除去时，气体中所含的水会对压缩机和压缩气体在其中循环的其它设备造成损害。

所谓的“压缩管线”是将气体入口连接到压缩气体储存装置并穿过至少一个压缩装置的气体管线。

所谓的“膨胀管线”是将压缩气体储存装置连接到气体出口并穿过至少一个膨胀装置的气体管线。

换热器用于冷却和/或加热空气。存在几种换热器技术。

其中，几种类型的换热器允许两种流体(通常是气体和液体)之间的交换。这些交换器允许从冷流体(通常是冷液体)冷却热气体，或者从热流体(通常是热液体)加热冷气体。

直接接触的换热器被理解为其中在流体(通常为液体)和气体之间发生直接接触的换热器。当使用直接接触的换热器时，物质交换也可发生在流体与气体之间。