[發明專利]壓縮空氣能量儲存(CAES)系統和方法

在審

• 申請號: 202010586222.1
• 申請日: 2014-12-15
• 公開（公告）號: CN112145296A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: B·科薩馬納;K·K·文卡塔查拉姆
• 申請（專利權）人: 諾沃皮尼奧內股份有限公司
• 主分類號: F02C6/16
• 分類號: F02C6/16
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張珺;王麗輝

描述了一種壓縮空氣能量儲存系統(1)。系統包括：用于壓縮空氣流的第一壓縮機布置(3)；熱能儲存單元(13)，通過其，來自第一壓縮機布置(3)的壓縮空氣相對于熱積聚器件交換熱；空氣儲存裝置(17)，該空氣儲存裝置(17)布置并且構造用于接收和積聚來自熱能儲存單元(13)的壓縮空氣；至少一個膨脹器(21)，該至少一個膨脹器(21)用于接收來自空氣儲存裝置(17)的壓縮空氣，并且產生來自其的有用功率。又一壓縮機布置(15)位于熱能儲存單元(13)和空氣儲存裝置(17)之間。

技術領域

本公開涉及壓縮空氣能量儲存系統，其還簡短地稱作CAES系統。本公開還提到用于使用CAES系統的能量儲存和電能產生的方法。更具體而言，本發明涉及所謂的絕熱CAES系統(ACAES)，其還稱作先進絕熱CAES系統(AACAES)。

背景技術

CAES發電站或系統通常用作用于優化能量的利用的手段。如本領域技術人員已知的，由電分配網要求的電功率以白天期間的電功率請求的高峰和在夜間減少的功率請求而變化。大蒸汽發電站或可再生發電站產生一定量的功率，其不可隨意變化。這引起在夜間在電分配網上可得到的功率的超過和高峰時間期間的功率短缺。使用燃氣渦輪(尤其是航改燃氣渦輪)的小發電站被實施，以便覆蓋高峰功率請求。這些站可根據24小時期間的可變功率要求來開啟和關閉。盡管如此，必須滿足另外的措施，以便儲存夜間產生的過多能量并且回收儲存的能量以增加高峰時間期間的電功率產生。用于該目的的手段中的一個為CAES技術。這些系統典型地包括具有一個或更多個壓縮機的壓縮機組，該一個或更多個壓縮機通過夜間期間的來自網的電功率驅動，即，當要求比在網上可得到的少的功率時。能夠從網得到的過多功率因此轉化成儲存的壓縮空氣的壓力能。

壓縮空氣接著在白天期間利用以覆蓋來自網的高峰功率請求，將壓縮空氣膨脹至適合的壓力，并且在燃燒室中焚燒空氣/燃料混合物以生成燃燒氣體，該燃燒氣體在渦輪中膨脹用于功率生成。

為了減少這些站的環境沖擊，開發了所謂的絕熱或先進絕熱壓縮空氣能量儲存系統(ACAES或AACAES)。ACAES或AACAES系統不使用化石燃料來將積聚的能量轉換成電功率。相反，它們儲存通過空氣壓縮的過程生成的熱，并且回收所述熱以在通過一個或更多個膨脹器使壓縮空氣膨脹之前增大空氣溫度。

在圖1中，示意性地表示根據當前技術的AACAES或ACAES系統。ACAES系統整體標注為100。系統包括壓縮機機組101，壓縮機機組101在圖1中示出的示例性實施例中包括具有公共軸線路109的三個連續布置的壓縮機103、105、107。在壓縮機入口103I處進入第一壓縮機103的空氣隨后在增大的壓力值下被壓縮，并且最終在最末壓縮機107的出口107E處輸送。中間冷卻器111布置在至少兩個連續布置的壓縮機之間，在實例中，布置在壓縮機103和壓縮機105之間。中間冷卻器為換熱器，其中，從上游壓縮機輸送的部分壓縮空氣在進入下一個壓縮機之前被冷卻，以使處理的空氣的體積通過從其移除熱而減小。熱借助于相對于周圍空氣、水或任何其它冷卻介質的熱交換來移除。通過從部分壓縮空氣移除熱，驅動壓縮機機組101所需的機械功率的量減少。

在107E處離開壓縮機機組的壓縮空氣流過熱能儲存布置113，其中，熱從壓縮空氣流移除，并且儲存在適合的熱能儲存介質(例如，固體熱儲存介質(如石頭)、或液體熱儲存介質(如油、壓縮水或乙二醇))中。在一些已知的實施例中，熱儲存在熱儲存介質中，該熱儲存介質選擇成以便經受從固體到液體的相轉化，因此以潛在的液化熱的形式積聚熱能。