[發明專利]用于氣體的壓縮、膨脹和/或存儲的方法、系統和設備

有效

• 申請號: 201980032801.7
• 申請日: 2019-05-16
• 公開（公告）號: CN112424482B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 拉菲克·巴胡米;帕特里克·鮑曼;多米尼克·施納爾維爾
• 申請（專利權）人: 綠意能源股份公司
• 主分類號: F15B1/08
• 分類號: F15B1/08;F15B21/14;F01K27/00;F03B13/00;H02J15/00;F02C6/16;F04F1/06
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;李偉

該方法用于管理作為能量存儲系統的組件的蓄壓器(1)，能量存儲系統由工作機(4)、集水池(7)、置換裝置(6)和蓄壓器(1)組成，用于存儲加壓的氣態介質。蓄壓器(1)部分地填充有液體介質，以便能夠用液體介質控制氣體存儲量。將壓縮氣體(3)輸送到蓄壓器(1)中涉及移除液體(2)。從蓄壓器(1)中移除壓縮氣體(3)涉及輸送液體(2)，使得根據需要將存儲壓力保持在控制之下，特別是保持恒定。為此，通過置換裝置(6)從蓄壓器(1)中移除一個單位的液體(2)而將加壓的單位氣體(3)引入蓄壓器(1)，反之亦然。本發明的方法和布置使得可以用可控壓力的加壓氣體(3)完全填充蓄壓器(1)以及完全排空壓力存儲單元(1)，這導致了蓄壓器容積的利用的改善，并且因此增加了能量存儲系統的能量密度。該方法還使得能夠在恒定的操作點操作能量存儲系統，因此提高了單獨的組件和整個系統的效率，并且最大程度地縮短蓄壓器(1)中的壓縮和膨脹過程。

背景技術

該方法用于管理作為能量存儲系統的組成部分的壓力存儲罐，該壓力存儲罐由工作機、用于接收液體的集水池、轉移裝置和用于存儲加壓氣態介質的蓄壓器組成。蓄壓器在一定程度上填充有液體介質，以便能夠控制氣體存儲量，從而在蓄壓器中充入加壓氣體，會伴隨液體的抽出。從壓力存儲罐中抽出加壓氣體時會伴隨液體的充入，尤其是通過轉移裝置利用從壓力存儲罐中抽出單位液體而將單位加壓的氣體引入壓力存儲罐，使壓力存儲罐中的壓力保持恒定。相反地，通過轉移裝置引入到壓力存儲罐中的單位液體將要從壓力存儲罐中移除的單位氣體從壓力存儲罐中輸送出去。該方法或布置使得可以用加壓氣體完全填充和排空壓力存儲罐，這導致壓力存儲容積的更好利用，并因此增加了能量存儲系統的能量密度。另外，最小化了壓力存儲罐中的壓力波動，這減小了壓力存儲罐上的負載并且最小化流入和流出壓力存儲罐的熱量。可以針對一個工作點優化工作機，而與壓力存儲罐的填充液位無關，這帶來了進一步的優勢。

能量存儲系統，諸如電池或抽水蓄能電站，用于存儲在高能量需求時再次可用的能量。能量存儲建立在常規的能量生產中，并且在防止產生發電和配電的過剩容量方面，對于可再生電力的生成越來越需要能量存儲。例如，由于生成的太陽能和風能取決于當地的天氣狀況，因此可能無法適應當前的能量需求，或者根本無法適應當前的能量需求，因此需要能量存儲的能力。

以加壓氣體形式存儲能量的存儲系統使用在非高峰時段生成的能量來壓縮氣態介質(主要是環境空氣)，并將加壓氣體存儲在壓力存儲罐中。可以通過使用加壓氣體驅動膨脹機(例如驅動發電機)來回收存儲在壓力存儲罐中的能量。這個概念以各種形式稱為CAES，是壓縮空氣儲能的縮寫。在本發明的以下描述中，可以使用術語“空氣”，但是根據本發明當然可以使用各種各樣的氣態介質，諸如取自管道網絡并在較高壓力下存儲在壓力存儲罐中的天然氣，后來膨脹到管道網絡的壓力。通常，從第一容器中抽出的氣體通過增加壓力而被壓縮并被存儲在與第一容器相比具有更高壓力水平的第二容器中，和/或從第二容器中抽出的氣體被膨脹并供給到第三容器中，第三容器的壓力水平低于第二容器，該“第三容器”也可以是第一容器。

在壓縮空氣期間，幾乎所有使用的壓縮能量都轉移為熱量，可以在壓縮期間或壓縮之后將熱量從壓縮空氣中移除，以便將壓縮空氣存儲在中等溫度下。如果散熱主要發生在壓縮期間，則壓縮空氣的熱量要小于僅在壓縮后才從空氣散發的熱量。取決于空氣的最大溫差(壓縮開始時的空氣溫度與壓縮期間的最高溫度之間的差)，可以說是等溫壓縮(壓縮期間大量散熱，并且溫差保持最小)、多向壓縮(壓縮期間會部分散熱，并且溫差介于最小差和最大差之間)或絕熱壓縮(絕熱壓縮后大量散熱，導致最大溫差)。壓縮空氣的膨脹也是如此，除了此處的熱流是反向的。如果在膨脹期間將熱量添加到壓縮空氣中，則空氣的冷卻要比僅在膨脹之前或之后將熱量添加到空氣中的空氣冷卻小，由此使空氣經歷最大的溫差。不同CAES概念的設計差異在于，壓縮之前、壓縮期間和/或壓縮之后的熱量散發在何處以及在什么溫差下發生，壓縮空氣膨脹的熱量來自何處以及在空氣膨脹之前、期間和/或之后在什么溫差下將熱量提供給空氣。