【技术实现步骤摘要】
本专利技术的目的是用于存储电能的设备和方法。更准确地说，本专利技术的目的是下述系统：该系统能够在表现出过剩的可用性和/或消耗的稀缺性时从电网或系统中吸收/使用电能、能够及时保持所存储的能量并且能够将所存储的能量转换成电能并且在需要所述电能时将其放回电网中。详细地，本专利技术涉及以势能(压力)和热/热力学能的形式存储电能的系统。本专利技术是用于陆地和海洋应用的中型和大型能量存储系统的一部分，通常具有数百kw直至数十mw(例如20mw至25mw)、但也可以是数百mw的功率，并且具有从数百kwh直至数百mwh并且甚至直至若干gwh的存储容量。本专利技术还可以安置在用于家用和商业应用、陆地和海洋的小型能量存储系统的领域中，通常具有从数kw直至数百kw的功率并且具有从数kwh直至数百kwh的存储容量。定义以下定义将用于本说明书和所附权利要求书中。·热力学循环(ct)：从点x至点y的热力学转换，其中，x与y重合；与下面的ttc(热力学循环转换)不同，ct在循环内没有质量积聚(对于能量目的而言意义重大)，而ttc通常在工作流体的两个存储器之间工作，一个存储器是初始的并且另一存储器是最终的；·热力学循环转换(ttc)：从点x至点y以及从点y至点x的热力学转换，不一定通过相同的中间点；·闭合式ct和/或ttc：与大气没有质量交换(对于能量目的而言意义重大)；·开放式ct和/或ttc：与大气有质量交换(对于能量目的而言意义重大)。
技术介绍
1、近来，由于用于生产来自可再生能源并且特别是来自风力和光伏能源的下述系统日益普及：这些系统的特点在于生产可
2、电能存储系统可以为隔离的和互连的电网执行各种基本功能，包括频率的调节/动态惯性的供应，“灵活爬坡”系统的供应、即允许启动应急生产系统，从生产较多且需求较少的时间至在另一方面呈现出较大需求和/或缺乏生产、季节性补偿等的时间的“能量转移”。
3、除了根据通常具有高成本和有限的使用寿命的电化学原理(电池)操作的系统、仅适用于少量存储能量的机械装置(飞轮)之外，目前正在使用或正在开发或以其他方式已知的系统包括以下内容。
4、主要使用的系统是水电抽水蓄能系统(pumped hydro storage-phs)，目前所述系统占比超过全球安装存储容量的90％。这些系统适用于长期和短期存储，在成本方面极具竞争力，但是具有只能在具有特定地貌条件的地方建造的缺点。所述phs系统可以以潜在形式并且特别是以重力形式算在能量存储系统中。在文件gb 2518125 a中公开的系统也属于重力系统族系。
5、使用的第二系统是所谓的caes系统(压缩空气能量存储系统)，该系统包括开放式ttc，开放式ttc通过转换为势能(压力)和(可能的)热能而积聚。该caes系统在基本(非绝热)配置和更高级的aa-caes(高级绝热的caes；参见us 4,147,205——压缩空气储能装置)配置中是已知的。这些系统适用于长期和短期存储，在成本方面极具竞争力，在“往返效率”方面比phs系统效率低，并且这些系统也具有只能在具有特定地貌条件的地方建造的缺点。
6、caes系统还具有另外的缺点，即容器/空穴的压力随其充注水平而变化。这会影响ttc的效率和执行caes的涡轮机的效率。
7、已知该系统还可以弥补caes系统缺少地下空穴的缺陷。特别地，已知的解决方案是寻求使其在地上容器中存储能量在经济上可行，而无需地下空穴。示例在lightsail的us2011/0204064中，其中，提出了特殊结构的容器，以试图控制地上存储容器的成本，反之会使所述caes地上系统的成本无利可图。这些解决方案也属于根据开放式ttc工作的系统。
8、结合两个前述系统的系统也是已知的(参见us 7,663,255 b2)，其中，caes和phs的组合也允许caes系统在恒定的压缩压力下操作。这些系统也根据开放式ttc工作。
9、文件“压缩空气能量存储和热电能量存储的新概念(novel concept ofcompressed air energy storage and thermos-electric energy storage)”-thesen.5525(2012)-ecole polytechnique federalede lousanne公开了所有类型的caes能量存储系统。其中，公开了非绝热、绝热、等温以及与phs结合以允许恒定压缩压力的caes系统，该系统被称为与phs结合的恒压caes。这些系统也是根据开放式ttc工作的系统。
10、同一文件还公开了由abb公司研究中心提出的所谓的tees(热电能量存储系统)(另外参见ep 2532843 a1和ep 2698506 a1)。这是根据闭合式ct工作的系统中的一个系统，并且可以算在phes系统中。phes系统(泵送热电存储系统)是用于通过使用例如rankine、brayton或kalina ct将电能/机械能转化为热能而存储电能/机械能的系统。
11、除了上述使用跨临界和超临界co2循环或其他流体循环以及因此使用可逆的跨超临界rankine循环的系统之外，具有brayton循环的phes系统是已知的，该系统通常使用氩气，但也可以使用空气(参见isoentropic ep 2220343b1和us2010/0257862 a1以及laughlin us2016/0298455 a1。这是根据闭合式ct中工作系统中的一个系统，并且可以算在phes系统中)。
12、可以算在phes/tees系统中的另一系统是siemens-gamesa系统(参见us2014/0223910 a1和us 8,991,183 b2以及us 8,966,902 b2)，该系统结合了用于充注阶段和排放阶段的两个不同循环，并且特别是为高温热存储容器的充注阶段提供了brayton循环或简单的电阻耗散并且为电能的排放/产生阶段提供了蒸汽rankine循环。这种类型的解决方案是phes系统中的一个系统。该系统是借助于多个开放和/或闭合式ct执行的。
13、应当注意的是，也被称为tees的所有phes系统都是基于“闭合式”且可逆的热力学循环原理。根据提出的不同的解决方案，所述循环可以是“闭合式”rankine循环或brayton循环，但是在任何情况下几乎可逆的马达/热泵的工作流体根据“闭合式”热力学循环执行转换，在该循环中，不存在根据所需存储容量而定尺寸的中间积聚物。
14、所有类型的所有caes系统都是根据“开放式”热力学循环首先沿一个方向并且然后沿另一方向进行转换——也就是说，将空气吸入并返回至大气——的替代系统。
15、另一已知的能量存储方法是所谓的laes系统(液体空气能量存储系统，参见us2009/0282840a1)。laes方法涉及根据“开放式”热力学转换进行转换，即将空气吸入并返回至大气。此外，该系统在接近-200℃的低温下工作，具有很高的技术难度。这也属于根据开放式tt本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于能量存储的方法，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述充注阶段包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述次级热交换器(10)和所述初级热交换器(7)执行所述工作流体的超临界转换，使得所述工作流体以超临界相积聚在所述容器(9)中。
4.根据权利要求3所述的方法，包括：将热从所述初级热交换器(7)中的所述工作流体中移除，直至所述工作流体在T-S图中达到所述临界温度以上的温度并且在Andrews钟形图以上。
5.根据权利要求4所述的方法，包括：通过使所述工作流体进入所述超临界相并且使所述工作流体遵循所述Andrews钟形图的右侧部分而从所述次级热交换器(10)中的所述工作流体中移除热。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述次级热交换器(10)和所述初级热交换器(7)执行所述工作流体的亚临界转换，使得所述工作流体以液相积聚在所述容器(9)中。
7.根据权利要求6所述的方法，包括：将热从所述初级热交换器(7)中的所述工作流体中移除，直至所述工作流体在T-S图中达到所述临界温度以下的温度并
8.根据权利要求7所述的方法，包括：通过使所述工作流体通过饱和蒸汽区直至所述工作流体达到所述液相而从所述次级热交换器(10)中的所述工作流体中移除热。
9.根据权利要求6至8中的任一项所述的方法，其中，所述次级热交换器(10)包括供次级流体穿过的次级回路，并且所述方法包括：调节所述次级流体的流速和/或温度，以调节所述容器(9)中的压力。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，通过从所述大气中增加热或向所述大气中移除热来进行对所述次级流体的温度控制。
11.根据权利要求2所述的方法，其中，积聚在所述容器(9)中的所述工作流体的温度在0℃与100℃之间，并且其中，积聚在所述容器(9)中的所述工作流体的压力在10bar与150bar之间。
12.根据权利要求2所述的方法，其中，排放及产生能量的阶段包括：
13.根据权利要求12所述的方法，其中，在所述排放及产生能量的阶段，在所述初级热交换器(7)与所述涡轮机(2)之间，通过附加的热源(230)进一步加热所述工作流体。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述附加的热源(230)选自：太阳能源、工业废热回收、燃气轮机的余热。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工作流体具有以下物理-化学性能：在0℃至200℃之间的临界温度，在25℃时在0.5kg/m3至10kg/m3之间的密度。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述工作流体选自包括以下各者的组：CO2、SF6、N2O。
...【技术特征摘要】
1.一种用于能量存储的方法，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述充注阶段包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述次级热交换器(10)和所述初级热交换器(7)执行所述工作流体的超临界转换，使得所述工作流体以超临界相积聚在所述容器(9)中。
4.根据权利要求3所述的方法，包括：将热从所述初级热交换器(7)中的所述工作流体中移除，直至所述工作流体在t-s图中达到所述临界温度以上的温度并且在andrews钟形图以上。
5.根据权利要求4所述的方法，包括：通过使所述工作流体进入所述超临界相并且使所述工作流体遵循所述andrews钟形图的右侧部分而从所述次级热交换器(10)中的所述工作流体中移除热。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述次级热交换器(10)和所述初级热交换器(7)执行所述工作流体的亚临界转换，使得所述工作流体以液相积聚在所述容器(9)中。
7.根据权利要求6所述的方法，包括：将热从所述初级热交换器(7)中的所述工作流体中移除，直至所述工作流体在t-s图中达到所述临界温度以下的温度并且达到andrews钟形图的左侧部分的点。
8.根据权利要求7所述的方法，包括：通过使所述工作流体通过饱和蒸汽区直至所述工作流体达到所述液相而从所述次级热交换器(10)中的所述工作流体中移除热...
【专利技术属性】
技术研发人员：克劳迪奥·斯帕达奇尼，
申请(专利权)人：能源穹顶公司，
类型：发明
国别省市：
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