專利名稱：預(yù)熱高級絕熱壓縮空氣蓄能系統(tǒng)中壓縮空氣的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主題的實施例主要涉及發(fā)電系統(tǒng)，且更具體地涉及高級絕熱壓縮空氣蓄能系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著人口增加，對更多電力的要求通常也會增加。對這種電力的需求通常在一天當(dāng)中會發(fā)生變化，其中下午和傍晚早期時段一般是需求高峰期，而下半夜和凌晨時段則一般是電力需求最低期。然而，發(fā)電系統(tǒng)需要既滿足最低系統(tǒng)需求又滿足最高系統(tǒng)需求以便在各種需求水平有效地輸送電力。一種系統(tǒng)試圖通過蓄存在非高峰需求時段生成的能量以便在高峰需求時段使用來解決此問題。該系統(tǒng)稱為高級絕熱壓縮空氣蓄能(AA-CAES)系統(tǒng)并在圖1中作為發(fā)電系統(tǒng)2的一部分示出?，F(xiàn)在通過順循空氣流的路徑在總體上描述發(fā)電系統(tǒng)2。最初，在步驟 3a中，將空氣吸入軸向壓縮機(jī)4并進(jìn)行壓縮，在此期間空氣經(jīng)加壓并經(jīng)歷升溫。此空氣在步驟北中排出，并在中間冷卻器6處進(jìn)行冷卻而冷卻到期望溫度以便進(jìn)一步壓縮。然后，空氣流在步驟3c中進(jìn)入第一徑向壓縮機(jī)8。然后，空氣由第一徑向壓縮機(jī)8壓縮，離開第一徑向壓縮機(jī)8，并在步驟3d中進(jìn)入第二徑向壓縮機(jī)10以便進(jìn)一步壓縮。然后，空氣流在步驟!Be中從第二徑向壓縮機(jī)10來到蓄能單元，例如，熱能蓄存裝置12。然后，來自第二徑向壓縮機(jī)10的熱壓縮空氣由熱能蓄存裝置12冷卻。熱能蓄存在熱能蓄存裝置12中以便以后使用并排出由冷卻過程所產(chǎn)生的任何水。然后，在步驟3f中將冷卻的壓縮空氣輸送到安全冷卻器14，其中在空氣于步驟3g中輸送到蓄存設(shè)施如地下儲槽(cavern) 16之前對空氣進(jìn)行進(jìn)一步冷卻。這種將壓縮空氣蓄存在地下儲槽16中并將能量蓄存在熱能蓄存裝置12中通常發(fā)生在發(fā)電系統(tǒng)2的非高峰需求操作期間。當(dāng)對來自發(fā)電系統(tǒng)2的電力的需求增加到期望程度時，可以通過釋放所蓄存的壓縮空氣回到系統(tǒng)內(nèi)以驅(qū)動膨脹裝置18如渦輪機(jī)來增加能量輸出。例如，地下儲槽16在步驟 3h中將一部分蓄存的壓縮空氣釋放到熱能蓄存裝置12以便進(jìn)行加熱。熱能從熱能蓄存裝置12轉(zhuǎn)移到壓縮空氣并且經(jīng)加熱的壓縮空氣在步驟3i中流到顆粒過濾器20。然后，經(jīng)加熱的壓縮空氣在步驟3j中流到渦輪機(jī)18的膨脹區(qū)段。在膨脹期間，空氣冷卻并經(jīng)歷壓降同時產(chǎn)生驅(qū)動軸沈的功，該軸沈繼而又旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)30的一部分以便發(fā)電。在膨脹之后， 空氣在步驟3k中從渦輪機(jī)18流到空氣出口 22，通常用于釋放到大氣。發(fā)電系統(tǒng)2還可包括用于壓縮機(jī)的軸M、齒輪箱28和馬達(dá)32。雖然圖1所示的系統(tǒng)確實允許蓄存能量以便在高峰需求時段使用，但可以理解的是，電力需求持續(xù)增長并且希望找到使得增長的需求得以滿足的方式。因此，希望有用于提高發(fā)電系統(tǒng)的效率的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個示例性的實施例，提供了一種用于捕獲發(fā)電系統(tǒng)中的熱能的系統(tǒng)。該
5系統(tǒng)包括第一壓縮機(jī)，該第一壓縮機(jī)構(gòu)造成用以排出第一壓縮、經(jīng)加熱的空氣流；熱交換器，該熱交換器連接到第一壓縮機(jī)上并且構(gòu)造成用以接收第一壓縮、經(jīng)加熱的空氣流，并且構(gòu)造成用以將來自第一壓縮、經(jīng)加熱的空氣流的熱能轉(zhuǎn)移到油；至少一個泵，該泵連接到熱交換器上并且構(gòu)造成用以將閉環(huán)系統(tǒng)中經(jīng)加熱的油泵送到隔熱蓄存罐(tank)；第二壓縮機(jī)，該第二壓縮機(jī)構(gòu)造成用以連接到熱交換器上并且構(gòu)造成用以排出第二壓縮、經(jīng)加熱的空氣流；蓄能單元，該蓄能單元連接到第二壓縮機(jī)上并且構(gòu)造成用以蓄存來自第二壓縮、經(jīng)加熱的空氣流的熱能；蓄存設(shè)施，該蓄存設(shè)施連接到蓄能單元上并且構(gòu)造成用以蓄存從蓄能單元接收的經(jīng)冷卻的壓縮空氣，并且構(gòu)造成用以將冷卻的壓縮空氣選擇性地釋放回到發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)；以及隔熱蓄存罐，該蓄存罐與上述至少一個泵成流體連接，構(gòu)造成用以蓄存經(jīng)加熱的油，并且構(gòu)造成用以將來自經(jīng)加熱的油的熱能轉(zhuǎn)移到經(jīng)冷卻的壓縮空氣。根據(jù)另一示例性的實施例，提供了一種用于捕獲發(fā)電系統(tǒng)中的熱能的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括第一壓縮機(jī)，該第一壓縮機(jī)構(gòu)造成用以排出第一壓縮、經(jīng)加熱的空氣流；隔熱蓄存罐，該蓄存罐連接到第一壓縮機(jī)上并且構(gòu)造成用以蓄存油，接收第一壓縮、經(jīng)加熱的空氣流，將來自第一壓縮、經(jīng)加熱的空氣流的熱能轉(zhuǎn)移到油，以及將來自經(jīng)加熱之后的油的熱能轉(zhuǎn)移到經(jīng)冷卻的壓縮空氣流；第二壓縮機(jī)，該第二壓縮機(jī)連接到隔熱蓄存罐上并且構(gòu)造成用以排出第二壓縮、經(jīng)加熱的空氣流；蓄能單元，該蓄能單元連接到第二壓縮機(jī)上并且構(gòu)造成用以蓄存來自第二壓縮、經(jīng)加熱的空氣流的熱能；以及蓄存設(shè)施，該蓄存設(shè)施連接到蓄能單元上并且構(gòu)造成用以蓄存從蓄能單元接收的經(jīng)冷卻的壓縮空氣，并且構(gòu)造成用以將經(jīng)冷卻的壓縮空氣選擇性地釋放回到發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)。根據(jù)另一示例性的實施例，提供了一種用于捕獲發(fā)電系統(tǒng)中的熱能的方法。該方法包括從第一壓縮機(jī)排出第一壓縮、經(jīng)加熱的空氣流；將油蓄存在隔熱蓄存罐內(nèi)；在隔熱蓄存罐處接收第一壓縮、經(jīng)加熱的空氣流；在隔熱蓄存罐處將來自第一壓縮、經(jīng)加熱的空氣流轉(zhuǎn)移到油；在隔熱蓄存罐處將來自經(jīng)加熱之后的油的熱能轉(zhuǎn)移到經(jīng)冷卻的壓縮空氣；通過第二壓縮機(jī)排出第二壓縮、經(jīng)加熱的空氣流；將來自第二壓縮、經(jīng)加熱的空氣流的熱能蓄存在蓄能單元處；將從蓄能單元接收的經(jīng)冷卻的壓縮空氣蓄存在蓄存設(shè)施處；以及通過蓄存設(shè)施選擇性地釋放經(jīng)冷卻的壓縮空氣以便用于發(fā)電。


附圖示出了示例性的實施例，在其中圖1示出了發(fā)電系統(tǒng)和高級絕熱壓縮空氣蓄能(AA-CAES)系統(tǒng)；圖2示出了根據(jù)示例性實施例的發(fā)電系統(tǒng)和高效AA-CAES系統(tǒng)；圖3示出了根據(jù)示例性實施例的具有示例性的值的圖2的系統(tǒng)；圖4示出了根據(jù)示例性實施例的發(fā)電系統(tǒng)和另一高效AA-CAES系統(tǒng)；圖5示出了根據(jù)示例性實施例的具有示例性的值的圖4的系統(tǒng)；圖6示出了根據(jù)示例性實施例的發(fā)電系統(tǒng)中的空氣冷卻系統(tǒng)；圖7示出了根據(jù)示例性實施例的空氣處理裝置和蒸汽吸收冷凍器；圖8示出了根據(jù)示例性實施例的具有示例性的值的圖6的系統(tǒng)；圖9和圖10是示出根據(jù)示例性實施例的用于捕獲發(fā)電系統(tǒng)中的熱能的方法的流程圖；以及
圖11是示出根據(jù)示例性實施例的用于冷卻發(fā)電系統(tǒng)中的空氣的方法的流程圖。
具體實施例方式以下對示例性實施例的詳細(xì)描述參照附圖。不同附圖中的相同參考標(biāo)號表示相同或相似的元件。另外，附圖不一定按比例繪制。而且，以下詳細(xì)描述并不限制本發(fā)明。相反， 本發(fā)明的范圍通過所附權(quán)利要求來限定。說明書全文對“一個實施例”或“實施例”的談及意指在所公開的主題的至少一個實施例中包括結(jié)合實施例所述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。因此，短語“在一個實施例中”或 “在實施例中”在說明書全文各處的出現(xiàn)不一定指的是同一實施例。此外，特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可采用任何適當(dāng)?shù)姆绞浇Y(jié)合在一個或多個實施例中。如在“背景技術(shù)”部分中所述，希望有用于提高發(fā)電系統(tǒng)效率的系統(tǒng)和方法。本文所述的示例性的實施例提供用于提高發(fā)電系統(tǒng)效率的系統(tǒng)和方法。根據(jù)示例性的實施例， 可以回收通常在壓縮空氣蓄能(CAES)系統(tǒng)中的壓縮機(jī)之間損失的熱能以便用于經(jīng)改造的絕熱CAES (AA-CAES)系統(tǒng)中，該AA-CAES系統(tǒng)的一個實例在圖2中示出。根據(jù)示例性的實施例，圖2示出了包括經(jīng)改造的AA-CAES系統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)202，該 AA-CAES系統(tǒng)捕獲并蓄存通常在軸向壓縮機(jī)204與徑向壓縮機(jī)206之間損失的熱能，以便在高峰或接近高峰負(fù)載狀態(tài)期間使用。通過捕獲此熱能，發(fā)電系統(tǒng)202的整體操作效率當(dāng)與圖1所示的系統(tǒng)2相比時可以提高大約8-10%?，F(xiàn)將通過總體上順循空氣在系統(tǒng)中從通向軸向壓縮機(jī)204的空氣進(jìn)口開始的流動來描述此系統(tǒng)。最初，在步驟fe中，將空氣吸入軸向壓縮機(jī)204并進(jìn)行壓縮，在此期間空氣經(jīng)加壓并經(jīng)歷升溫。此空氣在步驟恥中從軸向壓縮機(jī)204排出，并與處于其自身的閉環(huán)系統(tǒng)中的油在熱交換器如中間冷卻器208中進(jìn)行熱交換。下面更詳細(xì)地說明這種熱交換和用于油的閉環(huán)系統(tǒng)。然后，經(jīng)冷卻的空氣流在步驟 5c中進(jìn)入第一徑向壓縮機(jī)206。然后，空氣由第一徑向壓縮機(jī)206壓縮，離開第一徑向壓縮機(jī)206，并在步驟5d中進(jìn)入第二徑向壓縮機(jī)210以便進(jìn)一步壓縮。應(yīng)注意，可使用或多或少的徑向壓縮機(jī)，例如，發(fā)電系統(tǒng)202可包括軸向壓縮機(jī)204和單個徑向壓縮機(jī)206。然后，空氣流在步驟k中從第二徑向壓縮機(jī)210來到蓄能單元，例如，熱能蓄存裝置212。然后，來自第二徑向壓縮機(jī)210的熱壓縮空氣由熱能蓄存裝置212冷卻。熱能蓄存在熱能蓄存裝置212中以便以后使用并且排出由冷卻過程所產(chǎn)生的任何水。然后，在步驟 5f中將冷卻的壓縮空氣輸送到安全冷卻器214，其中在空氣于步驟5g中輸送到蓄存設(shè)施如地下儲槽216之前對空氣進(jìn)行進(jìn)一步冷卻。這種將壓縮空氣蓄存在地下儲槽216中并將能量蓄存在熱能蓄存裝置212中通常發(fā)生在發(fā)電系統(tǒng)202的非高峰需求操作期間。當(dāng)對發(fā)電系統(tǒng)202的需求增加到期望程度時，可以通過釋放所蓄存的壓縮空氣回到系統(tǒng)內(nèi)以驅(qū)動膨脹裝置218如渦輪機(jī)來增加能量輸出。例如，地下儲槽216在步驟證中釋放一部分所蓄存的壓縮空氣，該壓縮空氣在隔熱熱油罐220內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱。然后，所釋放的壓縮空氣在步驟5i中流到熱能蓄存裝置212以便加熱。熱能從熱能蓄存裝置212轉(zhuǎn)移到壓縮空氣并且經(jīng)加熱的壓縮空氣在步驟5j中(任選地)流到顆粒過濾器222。然后，經(jīng)加熱的壓縮空氣在步驟證中從顆粒過濾器222流到渦輪機(jī)218的膨脹區(qū)段。在膨脹期間，空氣冷卻并經(jīng)歷壓降同時產(chǎn)生驅(qū)動軸224的功，該軸2M繼而又旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)226的一部分以便發(fā)電。在膨脹之后，空氣在步驟51中從渦輪機(jī)218流到空氣出口 228，通常用于釋放到大氣。發(fā)電系統(tǒng)202還可以包括用于壓縮機(jī)的軸230、齒輪箱234和用于驅(qū)動壓縮機(jī)204的馬達(dá) 232?，F(xiàn)回到中間冷卻器208和閉環(huán)油系統(tǒng)，現(xiàn)將描述支持上述熱能轉(zhuǎn)移的油的流動。 根據(jù)示例性的實施例，油最初在中間冷卻器208中通過來自軸向壓縮機(jī)204的排出空氣加熱。其它類型的壓縮機(jī)也可在發(fā)電系統(tǒng)202中使用。此經(jīng)加熱的油由例如熱油泵236從中間冷卻器208轉(zhuǎn)移到隔熱熱油罐220。如前文所述，當(dāng)壓縮空氣從地下儲槽216釋放時， 熱量從熱油轉(zhuǎn)移到壓縮空氣。然后，此經(jīng)冷卻的油由冷油泵238泵送到通常不隔熱的冷油罐M0。從這里將冷卻的油泵回到中間冷卻器208以再次繼續(xù)該過程。用于此閉環(huán)熱傳遞過程的油可具有高比熱。該油可為任何導(dǎo)熱油(di-thermic oil)，例如，在大約250°C具有 2. 3kJ/kg-K的比熱的Dowtherm (道氏熱載體)流體。根據(jù)示例性的實施例，在圖2所示系統(tǒng)的各個部位處具有空氣和油的壓力和溫度值的說明性實例在圖3中示出。這些值是示例性的而非意圖限制實施例。圖3中的系統(tǒng)將如上文關(guān)于圖2所示的系統(tǒng)所述那樣操作，因此省略該描述。根據(jù)另一示例性的實施例，在如圖4所示的發(fā)電系統(tǒng)402中，可以將熱能捕獲并蓄存以便以后使用。發(fā)電系統(tǒng)402包括經(jīng)改造的AA-CAES系統(tǒng)，該AA-CAES系統(tǒng)蓄存通常在軸向壓縮機(jī)404與徑向壓縮機(jī)408之間損失的熱能以便在高峰或接近高峰負(fù)載狀態(tài)期間使用。通過捕獲該熱能，發(fā)電系統(tǒng)402的整體操作效率可以提高大約8-10%?，F(xiàn)將通過總體上順循空氣在系統(tǒng)中從通向軸向壓縮機(jī)404的空氣進(jìn)口開始的流動來描述此系統(tǒng)。最初， 在步驟7a中，將空氣吸入軸向壓縮機(jī)404并進(jìn)行壓縮，在此期間空氣經(jīng)加壓并經(jīng)歷升溫。該空氣在步驟7b中從軸向壓縮機(jī)404排出，并與隔熱熱油罐406進(jìn)行熱交換(也即加熱油或另一空氣流)。然后，經(jīng)冷卻的空氣流在步驟7c中離開隔熱熱油罐406并進(jìn)入第一徑向壓縮機(jī)408。然后，空氣由第一徑向壓縮機(jī)408壓縮，離開第一徑向壓縮機(jī)408，并在步驟7d 中進(jìn)入第二徑向壓縮機(jī)410以便進(jìn)一步壓縮。徑向壓縮機(jī)的數(shù)量可以不同并且壓縮機(jī)的類型也可以不同。然后，空氣流在步驟7e中從第二徑向壓縮機(jī)410來到蓄能單元，例如，熱能蓄存裝置412。然后，來自第二徑向壓縮機(jī)410的熱壓縮空氣由熱能蓄存裝置412冷卻。熱能蓄存在熱能蓄存裝置412中以便以后使用，并且排出由冷卻過程所產(chǎn)生的任何水。然后，在步驟 7f中將冷卻的壓縮空氣輸送到安全冷卻器414，其中在空氣于步驟7g中輸送到蓄存設(shè)施如地下儲槽416之前對空氣進(jìn)行進(jìn)一步冷卻。這種將壓縮空氣蓄存在地下儲槽416中并將熱能蓄存在熱能蓄存裝置412中通常發(fā)生在發(fā)電系統(tǒng)402的非高峰需求操作期間。當(dāng)對發(fā)電系統(tǒng)402的需求增加到期望程度時，可以通過釋放所蓄存的壓縮空氣回到系統(tǒng)內(nèi)以驅(qū)動膨脹裝置418如渦輪機(jī)來增加能量輸出。例如，地下儲槽416在步驟中釋放一部分所蓄存的壓縮空氣，該壓縮空氣在隔熱熱油罐406處進(jìn)行預(yù)熱。然后，所釋放的壓縮空氣在步驟7i中流到熱能蓄存裝置412中以便加熱。熱能從熱能蓄存裝置412轉(zhuǎn)移到壓縮空氣并且經(jīng)加熱的壓縮空氣在步驟7j中流到顆粒過濾器420。然后，經(jīng)加熱的壓縮空氣在步驟作中從顆粒過濾器420流到渦輪機(jī)418的膨脹區(qū)段。在膨脹期間，空氣冷卻并經(jīng)歷壓降同時產(chǎn)生驅(qū)動軸422的功，該軸422繼而又旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)424的一部分以便發(fā)電。在膨脹之后，空氣在步驟71中從渦輪機(jī)418流到空氣出口 426，通常用于釋放到大氣。發(fā)電系統(tǒng)402還可以包括用于壓縮機(jī)的軸428、齒輪箱430和馬達(dá)432。
根據(jù)示例性的實施例，在圖4所示系統(tǒng)的各個部位處具有空氣和油的壓力和溫度值的說明性實例在圖5中示出。這些值是示例性的而非意圖限制實施例。圖5中的系統(tǒng)將如上文關(guān)于圖4所示的系統(tǒng)所述那樣操作，因此省略該描述。根據(jù)另一示例性的實施例，可以在如圖6所示的發(fā)電系統(tǒng)602的開始階段實施空氣處理單元604和蒸汽吸收冷凍器606。這允許發(fā)電系統(tǒng)602冷卻進(jìn)入軸向壓縮機(jī)608的空氣，從該空氣除去水分(這繼而又可以減少/消除對于從熱能蓄存裝置12下游的空氣中除去水分的需求)并降低來自軸向壓縮機(jī)的排出空氣的溫度?，F(xiàn)將通過總體上順循空氣在系統(tǒng)中向上流到第一徑向壓縮機(jī)610來描述該系統(tǒng)，接著描述空氣處理單元604和蒸汽吸收冷凍器606中的流體環(huán)路。最初，在步驟9a中，空氣進(jìn)入空氣處理單元604并經(jīng)冷卻，除去水分，且然后將空氣吸入軸向壓縮機(jī)608。然后，空氣在軸向壓縮機(jī)608中經(jīng)壓縮，在此期間空氣經(jīng)加壓并經(jīng)歷升溫。此空氣在步驟9b中從軸向壓縮機(jī)608排出，并在蒸汽吸收冷凍器606內(nèi)進(jìn)行熱交換。然后，經(jīng)冷卻的空氣流在步驟9c中離開蒸汽吸收冷凍器606并進(jìn)入第一徑向壓縮機(jī)610。然后，空氣由第一徑向壓縮機(jī)610壓縮，離開第一徑向壓縮機(jī)610，并在步驟9d中進(jìn)入第二徑向壓縮機(jī)10以便進(jìn)一步壓縮。元件10-30與圖1所示的那些元件相似，因此省略對它們的描述。根據(jù)示例性的實施例，蒸汽吸收冷凍器606用作熱交換器，該熱交換器繼而又允許將來自軸向壓縮機(jī)608的排出空氣冷卻到期望溫度，并允許空氣處理單元604在空氣進(jìn)入軸向壓縮機(jī)608之前冷卻空氣，正如現(xiàn)將參考圖7所述的那樣。最初，空氣進(jìn)入空氣處理單元604并由冷卻環(huán)路702冷卻。冷卻環(huán)路702可以包括冷凍的水或乙二醇溶液。此外， 從空氣中除去水分。然后，此經(jīng)冷卻的空氣來到軸向壓縮機(jī)608。來自軸向壓縮機(jī)608的熱排氣進(jìn)入蒸汽吸收冷凍器606并通過與發(fā)電級704中的制冷劑換熱而在流到第一徑向壓縮機(jī)610的途中經(jīng)受冷卻。根據(jù)示例性的實施例，蒸汽吸收冷凍器606內(nèi)的制冷劑蒸汽在發(fā)電級704期間蒸發(fā)并流到冷凝器706。冷凝器706包括熱交換器708并輸出液體制冷劑，該液體制冷劑繼而又冷卻如在熱交換器710中示出的冷卻環(huán)路702。然后，此制冷劑由冷卻環(huán)路712冷卻并由泵714泵送回到發(fā)電級704。此外，來自發(fā)電級704的保持呈液體形式的一部分制冷劑進(jìn)入熱交換器710并且在經(jīng)泵送回到發(fā)電級704之前也通過冷卻環(huán)路712冷卻。根據(jù)示例性的實施例，在圖6所示系統(tǒng)的各個部位處具有空氣和油的壓力和溫度值的說明性實例在圖8中示出。這些值是示例性的而非意圖限制實施例。圖8中的系統(tǒng)將如上文關(guān)于圖6所述的系統(tǒng)所述那樣操作，因此省略該描述。雖然上述示例性的實施例已示出串聯(lián)并捕獲軸向壓縮機(jī)與徑向壓縮機(jī)之間的熱能的三個壓縮機(jī)，但存在其它示例性的變型。例如，可以使用其它數(shù)量和類型的壓縮機(jī)，例如一個軸向壓縮機(jī)和一個徑向壓縮機(jī)。另外，可以根據(jù)需要從其它壓縮機(jī)的排氣捕獲熱能以便以后使用。利用上述根據(jù)示例性實施例的示例性系統(tǒng)，用于捕獲發(fā)電系統(tǒng)中的熱能的方法在圖9和圖10的流程圖中示出。該方法包括步驟902，也即從第一壓縮機(jī)排出第一壓縮、經(jīng)加熱的空氣流；步驟904，也即將油蓄存在隔熱蓄存罐中；步驟906，也即在隔熱蓄存罐處接收第一壓縮、經(jīng)加熱的空氣流；步驟908，也即在隔熱蓄存罐處將來自第一壓縮、經(jīng)加熱的空氣流的熱能轉(zhuǎn)移到油；步驟910，也即在隔熱蓄存罐處將來自經(jīng)加熱之后的油的熱能轉(zhuǎn)移到經(jīng)冷卻的壓縮空氣；步驟912，也即通過第二壓縮機(jī)排出第二壓縮、經(jīng)加熱的空氣流； 步驟914，也即將來自第二壓縮、經(jīng)加熱的空氣流的熱能蓄存在蓄能單元處；步驟916，也即將從蓄能單元接收的經(jīng)冷卻的壓縮空氣蓄存在蓄存設(shè)施處；以及步驟918，也即通過蓄存設(shè)施選擇性地釋放經(jīng)冷卻的壓縮空氣以便用于發(fā)電。利用上述根據(jù)示例性實施例的示例性系統(tǒng)，用于冷卻發(fā)電系統(tǒng)中的空氣的方法在圖11的流程圖中示出。該方法包括步驟1102，也即在空氣處理單元處接收空氣；步驟1104，也即在空氣處理單元處冷卻空氣以獲得經(jīng)冷卻的空氣；步驟1106，也即在空氣處理單元處從經(jīng)冷卻的空氣除去水分以獲得經(jīng)冷卻的干燥空氣；步驟1108，也即通過第一壓縮機(jī)對空氣進(jìn)行壓縮；步驟1110，也即從第一壓縮機(jī)排出第一壓縮、經(jīng)加熱的空氣流；步驟 1112，也即在蒸汽吸收冷凍器處在包括壓縮、經(jīng)加熱的空氣的多種介質(zhì)之間轉(zhuǎn)移熱能；步驟 1114，也即在蒸汽吸收冷凍器處冷卻第一壓縮、經(jīng)加熱的空氣流；步驟1116，也即在第二壓縮機(jī)處壓縮經(jīng)冷卻的第一壓縮、經(jīng)加熱的空氣流；以及步驟1118，也即從第二壓縮機(jī)排出第二壓縮、經(jīng)加熱的空氣流。上述示例性的實施例旨在對本發(fā)明的所有方面進(jìn)行說明而非加以限制。因此，在本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以從本文包含的描述得出的詳細(xì)實施方案中，本發(fā)明能夠具有許多變型。所有此類變型和改型認(rèn)為是處在如通過所附權(quán)利要求來限定的本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。本申請的描述中所用的元件、方案或指示不應(yīng)解釋為對本發(fā)明來說是關(guān)鍵的或必要的， 除非明確地這樣描述。而且，如本文所用，用詞“一”意指包括一個或多個物件。本書面描述使用所公開的主題的實例以使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵤┧_的主題，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何所結(jié)合的方法。本主題可取得專利的范圍通過權(quán)利要求來限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實例。此類其它實例認(rèn)為是處在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于捕獲發(fā)電系統(tǒng)中的熱能的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括第一壓縮機(jī)，所述第一壓縮機(jī)構(gòu)造成用以排出第一壓縮、經(jīng)加熱的空氣流；熱交換器，所述熱交換器連接到所述第一壓縮機(jī)上并且構(gòu)造成用以接收所述第一壓縮、經(jīng)加熱的空氣流，并且構(gòu)造成用以將來自所述第一壓縮、經(jīng)加熱的空氣流的熱能轉(zhuǎn)移到油；至少一個泵，所述泵連接到所述熱交換器上并且構(gòu)造成用以將閉環(huán)系統(tǒng)中經(jīng)加熱的油從所述熱交換器泵送到隔熱蓄存罐；第二壓縮機(jī)，所述第二壓縮機(jī)連接到所述熱交換器上并且構(gòu)造成用以排出第二壓縮、 經(jīng)加熱的空氣流；蓄能單元，所述蓄能單元連接到所述第二壓縮機(jī)上并且構(gòu)造成用以蓄存來自所述第二壓縮、經(jīng)加熱的空氣流的熱能；蓄存設(shè)施，所述蓄存設(shè)施連接到所述蓄能單元上并且構(gòu)造成用以蓄存從所述蓄能單元接收的經(jīng)冷卻的壓縮空氣，并且構(gòu)造成用以將所述經(jīng)冷卻的壓縮空氣選擇性地釋放回到所述發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)；以及隔熱蓄存罐，所述隔熱蓄存罐與所述至少一個泵成流體連接，構(gòu)造成用以蓄存所述經(jīng)加熱的油，并且構(gòu)造成用以將來自所述經(jīng)加熱的油的熱能轉(zhuǎn)移到所述經(jīng)冷卻的壓縮空氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述蓄存設(shè)施是地下儲槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于所述油的閉環(huán)系統(tǒng)連接到所述隔熱蓄存罐上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括熱油泵，所述熱油泵與所述熱交換器成流體連接并且構(gòu)造成用以將熱油泵送到所述隔熱蓄存罐；冷油泵，所述冷油泵與所述隔熱蓄存罐成流體連接并且構(gòu)造成用以將冷油泵送到冷油罐；以及冷油罐，所述冷油罐與所述冷油泵成流體連接并且構(gòu)造成用以容納所述冷油。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述發(fā)電系統(tǒng)在非高峰需求時段操作時，所述經(jīng)冷卻的壓縮空氣蓄存在所述蓄存設(shè)施內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括膨脹裝置，所述膨脹裝置連接到所述蓄能單元上并且構(gòu)造成用以使驅(qū)動軸的空氣流膨脹，并且構(gòu)造成用以排出較冷、壓力較低的空氣流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括空氣出口，所述空氣出口與所述膨脹裝置成流體連接并且構(gòu)造成用以將較冷、壓力較低的空氣流排出到大氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述蓄能單元還構(gòu)造成用以從所述隔熱蓄存罐接收經(jīng)預(yù)熱的壓縮空氣并加熱所述經(jīng)預(yù)熱的壓縮空氣以便用于渦輪機(jī)中。
9.一種用于捕獲發(fā)電系統(tǒng)中的熱能的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括第一壓縮機(jī)，所述第一壓縮機(jī)構(gòu)造成用以排出第一壓縮、經(jīng)加熱的空氣流；隔熱蓄存罐，所述隔熱蓄存罐連接到所述第一壓縮機(jī)上并且構(gòu)造成用以蓄存油，接收所述第一壓縮、經(jīng)加熱的空氣流，將來自所述第一壓縮、經(jīng)加熱的空氣流的熱能轉(zhuǎn)移到所述油，以及將來自經(jīng)加熱之后的所述油的熱能轉(zhuǎn)移到經(jīng)冷卻的壓縮空氣流；第二壓縮機(jī)，所述第二壓縮機(jī)連接到所述隔熱蓄存罐上并且構(gòu)造成用以排出第二壓縮、經(jīng)加熱的空氣流；蓄能單元，所述蓄能單元連接到所述第二壓縮機(jī)上并且構(gòu)造成用以蓄存來自所述第二壓縮、經(jīng)加熱的空氣流的熱能；以及蓄存設(shè)施，所述蓄存設(shè)施連接到所述蓄能單元上并且構(gòu)造成用以蓄存從所述蓄能單元接收的經(jīng)冷卻的壓縮空氣，并且構(gòu)造成用以將所述經(jīng)冷卻的壓縮空氣選擇性地釋放回到所述發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述蓄存設(shè)施是地下儲槽。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述發(fā)電系統(tǒng)在非高峰需求時段操作時，所述經(jīng)冷卻的壓縮空氣蓄存在所述蓄存設(shè)施中。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括膨脹裝置，所述膨脹裝置連接到所述蓄能單元上并且構(gòu)造成用以使驅(qū)動軸的空氣流膨脹，并且構(gòu)造成用以排出較冷、壓力較低的空氣流。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括空氣出口，所述空氣出口與所述膨脹裝置成流體連接并且構(gòu)造成用以將較冷、壓力較低的空氣流排出到大氣。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述蓄能單元還構(gòu)造成用以從所述隔熱蓄存罐接收經(jīng)預(yù)熱的壓縮空氣并加熱所述經(jīng)預(yù)熱的壓縮空氣以便用于渦輪機(jī)中。
15.一種用于捕獲發(fā)電系統(tǒng)中的熱能的方法，所述方法包括 從第一壓縮機(jī)排出第一壓縮、經(jīng)加熱的空氣流；將油蓄存在隔熱蓄存罐中；在所述隔熱蓄存罐處接收所述第一壓縮、經(jīng)加熱的空氣流；在所述隔熱蓄存罐處將來自所述第一壓縮、經(jīng)加熱的空氣流轉(zhuǎn)移到所述油；在所述隔熱蓄存罐處將來自經(jīng)加熱之后的所述油的熱能轉(zhuǎn)移到經(jīng)冷卻的壓縮空氣；通過第二壓縮機(jī)排出第二壓縮、經(jīng)加熱的空氣流；將來自所述第二壓縮、經(jīng)加熱的空氣流的熱能蓄存在蓄能單元處；將從所述蓄能單元接收的經(jīng)冷卻的壓縮空氣蓄存在蓄存設(shè)施處；以及通過所述蓄存設(shè)施選擇性地釋放所述經(jīng)冷卻的壓縮空氣以便用于發(fā)電。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述蓄存設(shè)施是地下儲槽。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法還包括當(dāng)所述發(fā)電系統(tǒng)在非高峰需求時段操作時，將所述經(jīng)冷卻的壓縮空氣蓄存在所述蓄存設(shè)施中。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在膨脹裝置處使驅(qū)動軸的空氣流膨脹，并且所述膨脹裝置構(gòu)造成用以排出較冷、壓力較低的空氣流。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法還包括通過空氣出口將從所述膨脹裝置接收的較冷、壓力較低的空氣流排出到大氣。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在所述蓄能單元處接收來自所述隔熱蓄存罐的經(jīng)預(yù)熱的壓縮空氣并加熱所述經(jīng)預(yù)熱的壓縮空氣以便用于渦輪機(jī)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及預(yù)熱高級絕熱壓縮空氣蓄能系統(tǒng)中壓縮空氣的系統(tǒng)和方法。具體而言，提供了用于捕獲發(fā)電系統(tǒng)中的熱能的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括第一壓縮機(jī)，其構(gòu)造成用以排出第一壓縮、經(jīng)加熱的空氣流；熱交換器，其連接到第一壓縮機(jī)上并且構(gòu)造成用以接收第一壓縮、經(jīng)加熱的空氣流，并且構(gòu)造成用以將來自第一壓縮、經(jīng)加熱的空氣流的熱能轉(zhuǎn)移到油；至少一個泵，其連接到熱交換器上并且構(gòu)造成用以將閉環(huán)系統(tǒng)中經(jīng)加熱的油泵送到隔熱蓄存罐；第二壓縮機(jī)，其連接到熱交換器上并且構(gòu)造成用以排出第二壓縮、經(jīng)加熱的空氣流；以及蓄能單元，其連接到第二壓縮機(jī)上并且構(gòu)造成用以蓄存來自第二壓縮、經(jīng)加熱的空氣流的熱能。
文檔編號F01D25/10GK102536352SQ201110348278
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者B·科薩馬納, S·阿尼克欣迪 申請人:諾沃皮尼奧內(nèi)有限公司