一种压缩空气储能系统，其用于将增压流体供给至涡轮机以产生电，所述压缩空气储能系统包括：至少一个压缩机，其用于压缩空气；热能回收系统，其用于回收由于对所述空气进行压缩而产生的热；热能库，其用于储存至少一定比例的回收热；压缩空气能量库；热能导入系统，其将所述热的至少部分重新导入位于所述压缩空气能量库下游的空气中；以及压缩空气流路，其将所述至少一个压缩机和所述压缩空气能量库连接。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及压缩空气储能(CAES)系统，尤其但非排他地涉及能够储存从再生源获取的过量能量以便当需要时将额外的电力提供给电网的压缩空气储能系统。本专利技术还涉及组合式压缩空气储能系统和发电机。
技术介绍
诸如由风、太阳光或潮汐产生的可再生能被认为是有价值的电力的来源。然而，这些能源的使用存在问题，因为供给会间断并且不一定与峰值用电需求的时间相对应。因此，将这些可再生能以某种形式进行储存以使得当需要时可使用是已知的。一种这样已知的储存方法是绝热CAES厂利用来自电网或可再生能的过量电力使电动机运转从而驱动压缩机。压缩空气被冷却并且用于将某种形式的储器(通常是地下洞室)填充至大约6000至7500kPa(60至75巴)的压力。在峰值需求时，压缩空气从洞室中 取出，进行加热，随后供给至改进的燃气轮机。来自压缩空气的能量与由燃烧过程供给的能量一起驱动涡轮机，因此经由发电机来生产电力。然后将电力供给至电网。还已知的是，在压缩空气进入储器中之前，从压缩空气中提取热能，并且将热能储存到热能库中。当电网需要能量时，在压缩空气用于驱动涡轮机之前，热能返回到压缩空气中。已知的CAES系统不是以最优的效率运行的。为了对用电需求的尖峰信号做出反应，膨胀涡轮机的最快起动是期望的。通过使涡轮机旋转以及预热，能够更容易实现这点，这样需要增加能量输入，不利地影响了效率。热能库对于CAES厂的总效率是重要的，并且现有的热能库提供了不能令人满意的效率水平。期望的是，通过更加高效的热能储存和涡轮机预热来提供具有改进效率的绝热CAES系统。还期望的是，提供组合式CAES系统和发电机，因为效率的进一步提高可通过经由来自压缩空气的水增压而不是直接来自压缩空气本身的动能来开发电力而实现。专利技术概述根据本专利技术，提供一种用于将增压流体供给至涡轮机以产生电的压缩空气储能系统，包括至少一个压缩机，其用于压缩空气；热能回收系统，其用于回收通过对空气进行压缩产生的热；热能库，其用于储存至少一定比例的回收热；压缩空气能量库；热能导入系统，其将热的至少部分重新导入位于所述压缩空气能量库下游的空气中；以及压缩空气流路，其将所述至少一个压缩机和压缩空气能量库连接。所述热能回收系统优选地包括回收装置，其提取直接来自压缩机主体的过量热；换热器，其回收来自压缩空气和/或流路的部分的热，所述流路被布置为贯通热能库。所述换热器可以为位于热能库下游的后冷却器。热能库可以包括固体储热材料，优选地为经干燥和沉淀的盐层，或者可以包括液体，优选地为水。压缩空气储能系统还可以包括涡轮机。从热能回收系统获取的热能的部分可供给至经预热的涡轮机，所述涡轮机可被配置为由压缩空气驱动。压缩空气储能系统可进一步包括至少一个水箱和液体流路，所述液体流路将所述至少一个水箱与涡轮机连接，其中所述压缩空气被配置为对水进行增压，并且增压水被配置为驱动涡轮机。还可以包括至少一个涡轮机，所述涡轮机优选地为佩尔顿(Pelton)涡轮机或类似的涡轮机。优选地，压缩空气储能系统还包括与至少一个涡轮机相关联的至少一个液压减震器。所述压缩空气储能系统的所述至少一个压缩机可以为往复式压缩机。还提供一种使如上所述的压缩空气储能系统运转的方法，包括如下步骤a)压缩空气；b)直接地和/或间接地从所述压缩空气回收热能；c)将热能储存在热能库中； d)将压缩空气储存在压缩空气能库中；以及e)选择性地使用储存在所述压缩空气能库和所述热能库中的能量来驱动涡轮机。在步骤a)中，可直接从压缩机主体回收热能，优选地借助于水循环。可存在另一步骤，即选择性地使用回收的热能来对涡轮机进行预热。增压空气或增压水可以驱动涡轮机。附图说明现在将参照附图对本专利技术的优选实施方案进行说明，其中图I示出了根据本专利技术的第一实施方案的CAES系统的示意图；图2示出了第一实施方案的CAES过程的储存阶段的流程图；图3示出了第一实施方案的CAES过程的发电阶段的流程图；图4示出了根据本专利技术的第二实施方案的带有发电机的CAES系统的示意图；图5示出了根据图4中的实施方案的CAES系统的储存阶段的流程图；以及图6示出了根据图4中的实施方案的CAES过程的发电阶段的流程图。专利技术详述参照图1，压缩空气能量系统10包括低压压缩机12、与低压压缩机12串联的高压压缩机14、热回收单元18、热能库20、后冷却器22、压缩空气能量库24、多个调节阀29、27以及至少一个涡轮机26。压缩机12、14、热能库20、后冷却器22、压缩空气能量库24、调节阀29、27和至少一个涡轮机26通过压缩空气流路21串联地链接到一起。压缩机12和14由电动机(未示出)供给动力并且由控制器11进行调节。存在多种适合于该应用的压缩机12、14，包括油润滑式压缩机、无油式压缩机、叶片式压缩机以及高压往复式压缩机。在该实施方案中，低压压缩机12为轴向压缩机，而高压压缩机14为径向压缩机。适合的压缩机是由例如德国的MAN Turbo AG of Oberhausen制造的。为了获得最优的效率，两种压缩机均优选地能够工作至高压和高温(大约7500kPa(75巴)以及650°C )。这两种压缩机应当有利地能够以高效率在宽的工作范围内运作，并且它们应当有利地与短的起动时间和频繁起动相兼容，并且能够以相当大的压力和温度梯度工作。每种压缩机均包括减压阀15和环绕水套13，用于从压缩机主体提取热，尤其是通过从各种压缩机12、14的润滑油中提取热。另外的低压压缩机(未示出)可馈到系统中的点31处，其位于低压压缩机12和高压压缩机14之间。冷凝液捕集器35位于高压压缩机14和热能库20之间。从该点处的空气去除的水被储存在储器37中。在该实施方案中，热能库20包括在增压容器内的经干燥和沉淀的盐层。容器有利地防止材料满溢而进入涡轮机中。对于诸如第一实施方案中的大规模方案，期望具有120-1200MWh的储热容量以及高的热提取率。增压容器保持固体储存介质，在该实施方案中，所述储存介质包括开采的经干燥和沉淀的盐层。固体储存介质为热传递提供了大的表面积，而盐层通常价格低廉并且因此是极具吸引力的介质。因此，该实施方案的能量库提供了从压缩空气中去除和储存压缩热的有效方式。在另外的实施方案中，可选的热能储存是以收容吸湿性材料的固态储器的形式提供的，例如由ZAE Bayern制造的那些吸湿性材料、“Zeolite”或类似的吸湿性材料。热回收回路17使在水套13周围泵送的水循环并且将经加热的水输送至热回收单 元18。冷却接口 16使水能够被馈入回路17中以及从回路17中馈出。热回收单元18合并有换热器，并且在该实施方案中并入了储热介质(例如，增压容器内的经干燥和沉淀的盐层)。这样，能够储存热，并且将热量选择性地传递至供热回路19，供热回路19将来自热回收单元18的热供给至涡轮机26。后冷却器22包括在压缩空气流路中位于热能库和压缩空气能库24之间的空气/水换热器。温度比相应空气低的水通过换热器，使得水被加热，而使空气被冷却。经加热的水馈送到供热回路19中。在该实施方案中，压缩空气能量库24包括地下洞室25，地下洞室25大约具有145m的高度且位于地面以下900m，是通过盐开采而形成的。在形成洞室25时移除的沉积物可用于热能库20中。对于能本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.23 GB 0922517.81.一种压缩空气储能系统，其用于将增压流体供给到涡轮机从而产生电，所述压缩空气储能系统包括至少一个压缩机，其用于压缩空气；热能回收系统，其用于回收由于对所述空气进行压缩而产生的热；热能库，其用于储存至少一定比例的回收热；压缩空气能量库；热能导入系统，其将所述热的至少部分重新导入位于所述压缩空气能量库下游的空气中；以及压缩空气流路，其将所述至少一个压缩机和所述压缩空气能量库连接。2.根据权利要求I所述的压缩空气储能系统，其中，所述热能回收系统包括回收装置，所述回收装置用于提取直接来自所述压缩机主体的过量热。3.根据权利要求I或权利要求2所述的压缩空气储能系统，其中，所述热能回收系统进一步包括换热器以回收来自所述压缩空气的热。4.根据任一前述权利要求所述的压缩空气储能系统，其中，所述热能回收系统包括布置为贯通所述热能库的所述流路的部分。5.根据当从属于权利要求3时的权利要求4所述的压缩空气储能系统，其中，所述换热器为位于所述热能库下游的后冷却器。6.根据任一前述权利要求所述的压缩空气储能系统，其中，所述热能库包括固体储热材料。7.根据权利要求6所述的压缩空气储能系统，其中，所述热能库包括经干燥和沉淀的盐层。8.根据权利要求I至5中的任一项所述的压缩空气储能系统，其中，所述热能库包括液体，所述液体优选地为水。9.根据任一前述权利要求所述的压缩空气储能系统，进一步包括至少一个水箱和将所述至少一个水箱与涡轮机连接的液体流路，其中所述压缩空气被配置为对水进行增压并且所述增压水被配置为驱动所述涡轮机。10.根据权利要求9所述的压缩空气储...
【专利技术属性】
技术研发人员：P·J·鲍尔斯，P·S·彼得斯，
申请(专利权)人：高宝能源有限公司，
类型：发明
国别省市：
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