[发明专利]压缩空气能量储存(CAES)系统和方法

说明书

描述了一种压缩空气能量储存系统(1)。系统包括：用于压缩空气流的第一压缩机布置(3)；热能储存单元(13)，通过其，来自第一压缩机布置(3)的压缩空气相对于热积聚器件交换热；空气储存装置(17)，该空气储存装置(17)布置并且构造用于接收和积聚来自热能储存单元(13)的压缩空气；至少一个膨胀器(21)，该至少一个膨胀器(21)用于接收来自空气储存装置(17)的压缩空气，并且产生来自其的有用功率。又一压缩机布置(15)位于热能储存单元(13)和空气储存装置(17)之间。

技术领域

本公开涉及压缩空气能量储存系统，其还简短地称作CAES系统。本公开还提到用于使用CAES系统的能量储存和电能产生的方法。更具体而言，本发明涉及所谓的绝热CAES系统(ACAES)，其还称作先进绝热CAES系统(AACAES)。

背景技术

CAES发电站或系统通常用作用于优化能量的利用的手段。如本领域技术人员已知的，由电分配网要求的电功率以白天期间的电功率请求的高峰和在夜间减少的功率请求而变化。大蒸汽发电站或可再生发电站产生一定量的功率，其不可随意变化。这引起在夜间在电分配网上可得到的功率的超过和高峰时间期间的功率短缺。使用燃气涡轮(尤其是航改燃气涡轮)的小发电站被实施，以便覆盖高峰功率请求。这些站可根据24小时期间的可变功率要求来开启和关闭。尽管如此，必须满足另外的措施，以便储存夜间产生的过多能量并且回收储存的能量以增加高峰时间期间的电功率产生。用于该目的的手段中的一个为CAES技术。这些系统典型地包括具有一个或更多个压缩机的压缩机组，该一个或更多个压缩机通过夜间期间的来自网的电功率驱动，即，当要求比在网上可得到的少的功率时。能够从网得到的过多功率因此转化成储存的压缩空气的压力能。

压缩空气接着在白天期间利用以覆盖来自网的高峰功率请求，将压缩空气膨胀至适合的压力，并且在燃烧室中焚烧空气/燃料混合物以生成燃烧气体，该燃烧气体在涡轮中膨胀用于功率生成。

为了减少这些站的环境冲击，开发了所谓的绝热或先进绝热压缩空气能量储存系统(ACAES或AACAES)。ACAES或AACAES系统不使用化石燃料来将积聚的能量转换成电功率。相反，它们储存通过空气压缩的过程生成的热，并且回收所述热以在通过一个或更多个膨胀器使压缩空气膨胀之前增大空气温度。

在图1中，示意性地表示根据当前技术的AACAES或ACAES系统。ACAES系统整体标注为100。系统包括压缩机机组101，压缩机机组101在图1中示出的示例性实施例中包括具有公共轴线路109的三个连续布置的压缩机103、105、107。在压缩机入口103I处进入第一压缩机103的空气随后在增大的压力值下被压缩，并且最终在最末压缩机107的出口107E处输送。中间冷却器111布置在至少两个连续布置的压缩机之间，在实例中，布置在压缩机103和压缩机105之间。中间冷却器为换热器，其中，从上游压缩机输送的部分压缩空气在进入下一个压缩机之前被冷却，以使处理的空气的体积通过从其移除热而减小。热借助于相对于周围空气、水或任何其它冷却介质的热交换来移除。通过从部分压缩空气移除热，驱动压缩机机组101所需的机械功率的量减少。

在107E处离开压缩机机组的压缩空气流过热能储存布置113，其中，热从压缩空气流移除，并且储存在适合的热能储存介质(例如，固体热储存介质(如石头)、或液体热储存介质(如油、压缩水或乙二醇))中。在一些已知的实施例中，热储存在热储存介质中，该热储存介质选择成以便经受从固体到液体的相转化，因此以潜在的液化热的形式积聚热能。