该方法用于管理作为能量存储系统的组件的蓄压器(1)，能量存储系统由工作机(4)、集水池(7)、置换装置(6)和蓄压器(1)组成，用于存储加压的气态介质。蓄压器(1)部分地填充有液体介质，以便能够用液体介质控制气体存储量。将压缩气体(3)输送到蓄压器(1)中涉及移除液体(2)。从蓄压器(1)中移除压缩气体(3)涉及输送液体(2)，使得根据需要将存储压力保持在控制之下，特别是保持恒定。为此，通过置换装置(6)从蓄压器(1)中移除一个单位的液体(2)而将加压的单位气体(3)引入蓄压器(1)，反之亦然。本发明专利技术的方法和布置使得可以用可控压力的加压气体(3)完全填充蓄压器(1)以及完全排空压力存储单元(1)，这导致了蓄压器容积的利用的改善，并且因此增加了能量存储系统的能量密度。该方法还使得能够在恒定的操作点操作能量存储系统，因此提高了单独的组件和整个系统的效率，并且最大程度地缩短蓄压器(1)中的压缩和膨胀过程。膨胀过程。膨胀过程。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于气体的压缩、膨胀和/或存储的方法、系统和设备
技术介绍
[0001]该方法用于管理作为能量存储系统的组成部分的压力存储罐，该压力存储罐由工作机、用于接收液体的集水池、转移装置和用于存储加压气态介质的蓄压器组成。蓄压器在一定程度上填充有液体介质，以便能够控制气体存储量，从而在蓄压器中充入加压气体，会伴随液体的抽出。从压力存储罐中抽出加压气体时会伴随液体的充入，尤其是通过转移装置利用从压力存储罐中抽出单位液体而将单位加压的气体引入压力存储罐，使压力存储罐中的压力保持恒定。相反地，通过转移装置引入到压力存储罐中的单位液体将要从压力存储罐中移除的单位气体从压力存储罐中输送出去。该方法或布置使得可以用加压气体完全填充和排空压力存储罐，这导致压力存储容积的更好利用，并因此增加了能量存储系统的能量密度。另外，最小化了压力存储罐中的压力波动，这减小了压力存储罐上的负载并且最小化流入和流出压力存储罐的热量。可以针对一个工作点优化工作机，而与压力存储罐的填充液位无关，这带来了进一步的优势。
[0002]能量存储系统，诸如电池或抽水蓄能电站，用于存储在高能量需求时再次可用的能量。能量存储建立在常规的能量生产中，并且在防止产生发电和配电的过剩容量方面，对于可再生电力的生成越来越需要能量存储。例如，由于生成的太阳能和风能取决于当地的天气状况，因此可能无法适应当前的能量需求，或者根本无法适应当前的能量需求，因此需要能量存储的能力。
[0003]以加压气体形式存储能量的存储系统使用在非高峰时段生成的能量来压缩气态介质(主要是环境空气)，并将加压气体存储在压力存储罐中。可以通过使用加压气体驱动膨胀机(例如驱动发电机)来回收存储在压力存储罐中的能量。这个概念以各种形式称为CAES，是压缩空气储能的缩写。在本专利技术的以下描述中，可以使用术语“空气”，但是根据本专利技术当然可以使用各种各样的气态介质，诸如取自管道网络并在较高压力下存储在压力存储罐中的天然气，后来膨胀到管道网络的压力。通常，从第一容器中抽出的气体通过增加压力而被压缩并被存储在与第一容器相比具有更高压力水平的第二容器中，和/或从第二容器中抽出的气体被膨胀并供给到第三容器中，第三容器的压力水平低于第二容器，该“第三容器”也可以是第一容器。
[0004]在压缩空气期间，几乎所有使用的压缩能量都转移为热量，可以在压缩期间或压缩之后将热量从压缩空气中移除，以便将压缩空气存储在中等温度下。如果散热主要发生在压缩期间，则压缩空气的热量要小于仅在压缩后才从空气散发的热量。取决于空气的最大温差(压缩开始时的空气温度与压缩期间的最高温度之间的差)，可以说是等温压缩(压缩期间大量散热，并且温差保持最小)、多向压缩(压缩期间会部分散热，并且温差介于最小差和最大差之间)或绝热压缩(绝热压缩后大量散热，导致最大温差)。压缩空气的膨胀也是如此，除了此处的热流是反向的。如果在膨胀期间将热量添加到压缩空气中，则空气的冷却要比仅在膨胀之前或之后将热量添加到空气中的空气冷却小，由此使空气经历最大的温差。不同CAES概念的设计差异在于，压缩之前、压缩期间和/或压缩之后的热量散发在何处以及在什么温差下发生，压缩空气膨胀的热量来自何处以及在空气膨胀之前、期间和/或之
后在什么温差下将热量提供给空气。
[0005]除了压缩和膨胀的类型(等温的、多变的、绝热的/单级或多级的/具有可逆的工作机，或者分别具有压缩机和膨胀机，在燃料燃烧下)，CAES概念在使用的压力存储概念的类型上不同。在此，关于使用恒定的还是可变的压力存储容积进行区分。如果用压缩空气充入或排出恒定的压力存储容积，则压力存储中的压缩空气的压力随压缩空气的存储量线性变化。这需要一种工作机，该工作机能够适应存储压力并且通常防止压力存储罐的完全排空，因为该工作机只能在一定的压力范围内工作。因此，一定量的压缩空气必须始终保留在压力存储罐中，以免降至低于工作机的最小工作压力。取决于压力存储罐，压力可能仅在一定范围内波动，以不使压力存储罐过载，这也使得不可能完全排空压力存储罐。流入和流出压力存储罐的热流也是不可忽略的，因为在填充和排空期间，压力存储罐中的压缩空气也会被压缩或膨胀。
[0006]在装载和卸载具有可变存储罐容积的压力存储罐时，可以控制压力存储罐中的压缩空气的压力变化。通常这样做的目的是在压力存储罐的填充或排出期间将压力存储罐中的空气的压力保持恒定或至少在一定范围内。恒定的存储压力使得可以用压缩空气完全填充和排空压力存储罐，而无需将工作机的操作参数调整到填充水平。此外，压力存储罐没有压力波动或仅有最小的压力波动，这减小了压力存储罐上的负载。流入和流出压力存储罐的热量也被最小化。
[0007]在不同概念的实现期间，出现了不同的技术问题，如下所示。例如，DE19803002892/US4392354公开了一种部分注水的压力存储罐的布置，其中压力存储罐中的压缩空气的压力通过水柱保持恒定。为了在压力存储罐中装满压缩空气时吸收排出的水，必须在水柱的上端处安装集水池。例如，在60bar的存储压力下，水柱必须高600m，这导致了对压力存储罐的地理依赖性。
[0008]US20120174569A1/US9109512B2示出了一种具有较高集水池和液压驱动的两级活塞式压缩机/膨胀机的布置。当排空压力存储罐时，水柱的静水压力将保持压力存储罐中的最小压力。为了使压力存储罐达到比压力存储罐与集水池之间的高度差所允许的更高的压力水平，仅需要将集水池与压力存储罐隔离。当排空压力存储罐时，一旦压力存储罐中的压力对应于水柱的静水压力，集水池将重新连接至压力存储罐，并且在进一步排空压力存储罐时，将压力保持在最小存储压力以上。在这里，地势较高的集水池也存在地理依赖性。
[0009]US20120305411A1/US8801332B2示出了压力存储罐的构造，其被安装在水下。在压力存储罐的下端存在开口，水通过静水压力穿过该开口被压入压力存储罐。压缩空气由位于水位上方的工作机导入或导出罐。还有其他版本的水下(恒定)压力存储罐，例如呈充气气球的形式，该气球保持在水下。所有这些配置均取决于地理位置，并且压力罐会由于存储的压缩空气而承受浮力，必须对其进行补偿，以将压力存储罐保持在水下。
[0010]此外，根据WO1993006367A1，从现有技术中已知一种系统，其中两个洗出的盐穴部分地填充有液体，并且在液体和气体侧具有流体连接。当用压缩空气填充更深的洞穴时，通过同时移除液体来减少洞穴中的压力波动。该系统依赖于较高的集水池，并且两个洞穴必须位于不同的深度，这对应于地理依赖性。如果现有的高度差太小，即静水压力低于下部洞穴中的压力，则可用液体电机或液体泵调节洞穴中的压力。该流体电机或流体泵降低了整体效率以及系统的功率输入或输出。另外，这是一个封闭的空气系统，其中，从两个洞穴上
方看，气密密封的空气被压缩以存储能量，这具有许多缺点。在相同的工作压力下，封闭空气系统的能量密度通常比开放空气系统低得多，因为总空气量是预先确定的，因此无法将额外的空气量引入系统。这产生在相同的工作压力下具有较低能量密度本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于管理具有至少一个压力存储罐的压力存储系统的方法，即，一方面用压缩气体填充所述压力存储罐，和/或另一方面用于从所述压力存储罐中抽出所述压缩气体，其中，所述压力存储罐(1)部分地填充有液体(2)，其余容积填充有压缩气体(3)，其特征在于，向所述压力存储罐(1)充入单位压缩气体(30)伴随着从所述压力存储罐(1)中抽出单位液体(20)，由此所抽出的单位液体(20)用于通过转移装置(6)在需要时以低功率将所述单位压缩气体(30)置换到所述压力存储罐(1)中，所述转移装置(6)由至少一个转移机构(61)和至少一个转移容器(60)组成，反之亦然，从所述压力存储罐(1)中抽出单位压缩气体(30)伴随着单位液体(20)充入所述压力存储罐(1)，由此所述单位液体(20)用于通过所述转移装置(6)在需要时以低功率从所述压力存储罐(1)中抽出所述单位压缩气体(30)。2.一种用于操作根据权利要求1所述的压力存储系统的方法，其中，还使用机械能将工作机(4)用于压缩气体(3)，反之亦然，通过释放机械能使压缩气体(3)膨胀，相应地所述机械能由驱动器或输出(8)提供或吸收，并且其中，该工作机(4)流体连接至气体源/槽(5)，其特征在于，在需要时在气体侧上从所述转移装置(6)建立至所述工作机(4)和/或所述压力存储罐(1)的流体连接(11、12)，以及在需要时在液体侧上通过打开相应的阀(64、65)建立至所述压力存储罐(1)和/或集水池(7)的流体连接(13、14)，以便使液体(2)在所述转移装置(6)和所述压力存储罐(1)或所述集水池(7)之间能够转移，并且同时以便使气体(3)在所述转移装置(6)和所述压力存储罐(1)或所述工作机(4)之间能够转移。3.根据前述权利要求中的一项所述的用于管理压力存储系统的方法，其中，所述转移装置(6)尤其与多个单独的或组合的转移容器(60a、60b、60c)一起操作，所述多个单独的或组合的转移容器(60a、60b、60c)彼此机械或流体连接并且并联和/或串联地布置。4.根据前述权利要求中的一项所述的用于管理压力存储系统的方法，其中，所述转移装置(6)用于通过使液体在所述转移装置(6)和所述压力存储罐(1)、集水池(7)之间或所述转移装置(6)本身内即在转移容器(60a、60b、/60c)之间选择性地转移来分别压缩气体或使气体膨胀。5.根据前述权利要求中的一项所述的用于管理压力存储系统的方法，其中，将位于所述转移装置(6)、所述压力存储罐(1)或集水池(7)内的液体用作热传递介质和/或热存储介质，以在气体的压缩或膨胀之前、期间和/或之后，优选地在移动容器(60a、60b、60c)内向气体提供热量或从气体中移除热量。6.根据前述权利要求中的一项所述的用于管理压力存储系统的方法，其中，通过蓄热器(69)增加在转移容器(60a、60b、60c)内的气体和液体之间的热交换，以将热量从气体传递至液体，或将热量从液体传递至气体。7.根据前述权利要求中的一项所述的用于管理压力存储系统的方法，其中，所述压力存储罐(1)由至少两个单独的压力容器(101、102)组成，并且在第一压力容器(101)充入所述压缩气体(3)期间，将所述液体(2)置换到第二压力容器(102)，在对第一压力容器(101)进行充入之后，向所述第二压力容器(102)中充入所述压缩气体(3)，并且仅在充入最后一个压力容器期间将所述液体(2)置换到集水池(7)，其中，当从所述压力存储罐(1)移除所述压...
【专利技术属性】
技术研发人员：拉菲克，
申请(专利权)人：绿意能源股份公司，
类型：发明
国别省市：
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