用于产生电能的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及依据权利要求1前序部分的用于产生电能的方法和设备，以及涉及对应设备。
【背景技术】
[0002]“低温液体”被理解为沸点低于环境温度并且是例如200K或更低的液体，特别是沸点低于220K的液体。
[0003]低温液体在“蒸发”期间可能受到亚临界压力。然而，如果低温液体达到高于临界压力的高压下，则不存在真正的相变(“蒸发”)，而是存在称为“伪蒸发”的相变。
[0004]“换热系统”以一个或多个冷流经由间接换热用来冷却用于空气处理设施的馈送空气。换热系统可以由单一换热部段或并联和/或串联连接的多个换热部段形成，例如由一个或多个板式换热器区块形成。
[0005]已知的是使用液态空气或液氮用于网络控制和用于在电网中提供控制功率的方法和设备。在这种情况下，在廉价功率期间，环境空气在具有集成液化器的空气分离设施中或在单独液化设施中液化，并且存储在形成为低温存储器的液体罐中。在峰值负载时，液化空气从存储器中被提取并且液化空气的压力在泵中升高；液化空气接下来被加热到接近或高于环境温度。这种热高压空气接下来在膨胀单元中膨胀到环境压力，所述膨胀单元包括具有中间加热的一个或多个涡轮机。涡轮机单元中产出的机械能在发电机中转换成电能并且作为特别有价值的能源馈送到电网中。这样的系统在W02007096656中和在DE3139567A1中描述。
[0006]这样的方法也可以从根本上以包含40 mol%或更多氧的存储流体执行，并且这也是本发明的方法的情况。然而，在这种情况下，上述方案被排除，以便避免与以下系统混淆，特别富氧流体被引入所述系统中，以便支持气轮机系统中的氧化反应。
[0007]在【背景技术】中提及类型的方法和对应设备从US2009293502A1已知。在此，在第二操作模式期间，低温液体不被引入单独换热器中并且例如相对于环境空气或热蒸汽蒸发或伪蒸发；而是相反，该步骤在空气处理设施的换热系统中执行，所述换热系统在任何情况下都存在用于在第一操作模式中冷却馈送空气。同样地，在第二操作模式中，馈送空气在空气压缩单元中被压缩并且在换热系统中被冷却。这产生对于使已存储的低温液体蒸发而言必要的加热介质。低温液体在空气处理设施中产出，空气处理设施在第一操作模式中形成为空气液化设施，即是说在这种情况下馈送空气不主要用于通过低温分馏产出其成分氧和/或氮；而是相反，全部馈送空气、或至少馈送空气的主要部分在第一操作模式中液化并且在不分馏的情况下作为低温液体获得。
[0008]在本发明的范围内，类似于在US2009293502A1中那样，在第二操作模式中机械能从高压存储流体中产生，因为存储流体自身或从存储流体得到的流体在气体膨胀单元中膨胀以便做功。从存储流体得到的流体可以例如包括存储流体与一种或多种其他流体的混合物，或包括存储流体与一种或多种物质的反应产物。在存储流体包含氧并且用于使燃料燃烧的情况下，包括存储流体与一种或多种物质的反应产物可以例如为包括燃烧排气。
【发明内容】
[0009]本发明基于以下目的，将这样的系统相对于其利润率改进并且特别是可以相对简单地构建所述设备。
[0010]该目的以权利要求1的特征特性实现。因此，根据本发明，在第二操作模式中，在空气压缩单元中压缩的馈送空气至少部分地不液化而是作为辅助空气在至少一个冷压缩机中经受进一步压缩并且接下来与气态高压存储流体混合。因此，与通过蒸发获得的高压气体相比，基本上更多高压气体可用于在气体膨胀单元中膨胀，并且因此能够在第二操作模式中获得更多电能。
[0011]在第二操作模式中附加地操作一个或多个冷压缩机可能首先出现缺点，在第二操作模式期间能源价格较高。然而，在本发明的范围内，已令人惊讶地发现的是，借助于附加量的高压气体，能够获得如此多的附加电能，以至于总体上得到在经济上特别有利的系统。相反的是，对于能够在第二操作模式中产生的能源的同一最大量而言，更大比例的设施部件能够制得更小并且因此更具有成本效益。与此同时，在第二操作模式中使用更少的能源。
[0012]优选地，辅助空气在并联连接的至少两个冷压缩机中被进一步压缩。因此，该压缩步骤特别有效地执行；此外，辅助空气的量能够灵活地适应当前需要。两个冷压缩机可以具有相同入口温度，尽管它们的入口温度优选地不同。例如，用于冷压缩机的这些入口温度差别至少10K，优选地差别大于30K。
[0013]在根据本发明的方法的第一变形中，在第二操作模式中，电能从气态高压存储流体的产出的至少一部分在气轮机电站的气轮机系统的气轮机膨胀器中执行，其中存储流体在蒸发器下游被馈送到气轮机系统。气轮机系统于是为根据权利要求1范畴内气体膨胀单元的一部分。这种使用气轮机系统自身用于从高压存储流体获取能源在权利要求5和6中并且在先前德国专利申请102011121011中和与其对应的专利申请中被更详细地描述。
[0014]“气轮机系统”具有气轮机(气轮机膨胀器)和燃烧室。在气轮机中，来自燃烧室的热气体膨胀以便做功。气轮机系统还可以具有由气轮机驱动的气轮机压缩机。在气轮机中产生的机械能的一部分通常用于驱动气轮机压缩机。另一部分大体上在发电机中被转换以产生电能。
[0015]在该变形中，机械能从气态高压存储流体的产生的至少一部分在电站的气轮机系统中进行，即是说在存在于电站中的任何情况下，在用于将压力能转换为机械驱动能的设备中进行。在本发明的范围内，用于高压存储流体的做功膨胀的附加单独系统可以较不复杂地设计或可以完全省略。在最简单的情况下，在本发明的范围内可能的是，机械能从气态高压存储流体的全部产生都在气轮机系统中进行。高压存储流体接下来被馈送到气轮机系统，例如以低于(伪)蒸发压力的压力被馈送到气轮机系统。
[0016]在第二变形中，气体膨胀单元具有热气轮机系统，所述热气轮机系统具有至少一个加热器和一个热气轮机。电能从气态高压存储流体的产生接下来在热气轮机系统中至少部分地作为做功膨胀进行，所述热气轮机系统具有至少一个加热器和一个热气轮机。在此，能源从高压存储流体的产生在气轮机系统外部进行。
[0017]“热气轮机系统”可以被形成为具有加热器和单一阶段涡轮机的单一阶段。替代地，热气轮机系统可以具有多个涡轮机阶段，优选地具有中间加热。在任何情况下适宜的是在热气轮机系统的最后阶段的下游提供另一个加热器。热气轮机系统优选地被耦连到用于产生电能的一个或多个发电机。
[0018]“加热器”在此被理解为用于在加热流体与气态存储流体之间间接换热的系统。因此可以将余热或废热传递到存储流体并且使用该热量用于在热气轮机系统中产生能源。
[0019]本发明的两个变形还可以被组合，在于气体膨胀单元具有一个或多个热气轮机以及一个或多个气轮机系统。气态高压存储流体接下来在两个步骤中膨胀，其中第一步骤作为热气轮机系统中的做功膨胀进行，并且第二步骤在气轮机系统中进行，其中气态高压存储流体被馈送到热气轮机系统，气态高压存储流体在热气轮机系统处膨胀到中等压力，并且气态中等压力存储流体从热气轮机系统被提取并且最终被馈送到气轮机系统。
[0020]优选地，在第一操作模式中，来自空气压缩单元的被压缩馈送空气的至少一部分在换热系统的同一 /相同通道中被冷却，所述同一 /相同通道在第二操作模式中用于蒸发或伪蒸发。特别是在第一操作模式中，至少50mol% (摩尔百分比)、特别是至少80mol%或至少90mol %的馈送空气流经这些共享通道。
[0021]本发明