专利名称：具有可逆压缩机-膨胀器单元的压缩空气能量储存系统的制作方法
技术领域：
本发明的实施例主要涉及压缩空气能量储存(CAES)系统，并且更具体地涉及具有空气压缩和膨胀系统的CAES系统，该空气压缩和膨胀系统包括用于在压缩和膨胀操作模式期间压缩和膨胀空气的可逆压缩机-膨胀器単元。
背景技术：
空气压缩和膨胀系统在大量行业中用于多种应用。例如，一种这样的应用为将空气压缩和膨胀系统如涡轮机那样用于产生和储存能量。压缩空气能量储存(CAES)系统通常包括具有多个压缩机的压缩组列(train)，这些压缩机压缩进入空气且将压缩的进入空气提供至储器(cavern)、地下储存装置，或其它压缩空气储存构件。然后，压缩空气随后用于驱动涡轮以产生能量，举例来说，例如电能。在CAES系统压缩阶段的操作期间，通常冷却经压缩的进入空气。在膨胀阶段的操作期间，空气从地下储存装置经由涡轮排出且膨胀，使得空气在环境压カ下离开涡轮。通常，CAES系统中的压缩机和涡轮分别通过相应的离合器而连接到发电机/马达装置上，从而容许在适合的选定时间周期期间压缩机単独地操作或涡轮单独地操作。在电网中的非高峰电カ需求周期期间(即，夜晚和周末)，压缩机组列通过其离合器由发电机/ 马达来驱动。在此方案中，发电机/马达用作马达，从电网中获取功率。然后，压缩空气经冷却并输送至地下储存装置。在高峰需求周期期间，在涡轮离合器接合的情况下，从储存装置提取空气且然后将其经由涡轮组列加热和膨胀以通过驱动发电机/马达而提供功率。在此方案中，发电机/马达用作发电机，例如将功率提供至电网。图1中示出了如在现有技术中所公知的CAES系统100中的空气压缩和膨胀系统的典型布置。空气压缩和膨胀系统101构造成用以交替地以压缩模式和膨胀模式操作并且包括組合马达-发电机単元102、驱动轴104，106、离合器108，110、压缩机系统112以及涡轮系统114。马达-发电机単元102经由功率传输缆线电性地连接到基础负载功率源(或电源)上，且在压縮操作模式期间自该功率源接收功率。在压缩模式的操作期间，马达-发电机単元102产生旋转功率，该旋转功率通过驱动轴104传输至压缩机系统112。离合器108 接合以将压縮机系统112联接到驱动轴104和马达-发电机単元102上，从而驱动压缩机系统112来压缩空气，该空气经储存用于随后的功率生成。当将空气压缩和膨胀系统101切換至膨胀操作模式吋，向马达-发电机単元102 供送功率终止，使得向驱动轴104传递旋转功率终止且不再向压缩机系统112供给功率。然后，离合器110接合以将涡轮系统114联接到驱动轴106和马达-发电机単元102上，从而容许功率从涡轮系统114传递至马达-发电机単元102。当将所储存的压缩空气输送至涡轮系统114吋，从涡轮系统114提供旋转功率，该旋转功率通过驱动轴106传递至马达-发电机单元102。尽管在空气压缩和膨胀系统101中包括的驱动轴104，106、离合器108，110、压缩机系统112和涡轮系统114用于产生功率，但其并非没有缺陷。例如，多个驱动轴104，106 和离合器108，110的布置需要许多构件和大量空间。此外，使用単独的压缩机和涡轮系统増加了此类单元的停机时间，因为它们分别仅可在CAES系统100的单个操作模式期间操作 (即，压缩操作模式或膨胀操作模式)。因此，对于CAES系统100中的压缩机系统112和涡轮系统114的布置而言，出现了资金支出、操作支出和系统占地面积的增加，而操作效率将降低。因此，将期望的是设计出克服上述缺陷的系统及方法。
发明内容
本发明的实施例提供了一种用于在压缩空气能量储存(CAES)系统中压缩和膨胀空气的系统及方法。CAES系统包括空气压缩和膨胀系统，其具有用于压缩和膨胀空气的可逆压缩机-膨胀器単元。可逆压缩机-膨胀器単元在压缩操作模式期间用作压缩机而交替地在膨胀操作模式期间用作膨胀器。根据本发明的ー个方面，压缩空气能量储存(CAEQ系统可交替地以压缩模式和膨胀模式操作，并且包括马达-发电机単元和连接到马达-发电机単元上的驱动轴，该驱动轴构造成用以传送旋转功率往返于马达-发电机单元。CAES系统还包括至少ー个可逆压缩机-膨胀器単元，其联接到驱动轴上且构造成用以有选择地压缩和膨胀空气以及空气储存单元，其连接到可逆压缩机-膨胀器単元上且构造成用以储存从可逆压缩机-膨胀器单元所接收的压缩空气，其中，该至少ー个可逆压缩机-膨胀器単元在压缩模式期间压缩空气而在膨胀模式期间使空气膨胀。根据本发明的另一方面，一种用于在压缩空气能量储存(CAES)系统中压缩和膨胀空气的方法包括以下步骤在压缩操作阶段期间将旋转功率提供至可逆压缩机-涡轮单元，其中，旋转功率从组合马达-发电机単元且经由驱动轴提供至可逆压缩机-涡轮单元。 该方法还包括以下步骤在压缩操作阶段期间响应于旋转功率而在可逆压缩机-涡轮单元中压缩空气、将压缩空气储存在空气储存単元中持续所期望的时间周期、在膨胀操作阶段期间将压缩空气从空气储存单元传递至可逆压缩机-涡轮单元，以及在膨胀操作阶段期间在可逆压缩机-涡轮单元中使压缩空气膨胀，其中，可逆压缩机-涡轮单元由所传递的压缩空气驱动。该方法还包括以下步骤在膨胀操作阶段期间将由可逆压缩机-涡轮单元所产生的旋转功率经由驱动轴传递至组合马达-发电机単元，从而致使組合马达-发电机単元产生电功率。根据本发明的又一方面，一种压缩空气能量储存(CAEQ系统交替地以压缩模式和膨胀模式操作并且包括組合马达-发电机単元以及驱动轴，其中，組合马达-发电机単元构造成用以产生机械功率和电功率两者，以及驱动轴连接到马达-发电机単元上且构造成用以传送旋转功率往返于马达-发电机单元。CAES系统还包括可逆压缩机-膨胀器単元和空气储存単元，其中，可逆压缩机-膨胀器単元固定地联接到驱动轴上，以及空气储存単元连接到可逆压缩机-膨胀器単元上且构造成用以储存从可逆压缩机-膨胀器単元所接收的压缩空气。可逆压缩机-膨胀器単元在不使用离合器的情况下联接到驱动轴上，使得可逆压缩机-膨胀器単元操作以在压缩模式期间压缩空气而在膨胀模式期间使空气膨胀。各种其它特征和优点将根据以下详细说明和附图而变得清楚。
附图示出了当前构想出的用于执行本发明的优选实施例。在附图中图1为如在现有技术中所公知的压缩空气能量储存(CAES)系统的框图。图2为根据本发明实施例的CAES系统的框图。图3为根据本发明实施例的绝热CAES系统的框图。
具体实施例方式根据本发明的实施例，提供了ー种具有空气压缩和膨胀系统的压缩空气能量储存 (CAES)系统，该空气压缩和膨胀系统包括用于压缩和膨胀空气的可逆压缩机-膨胀器单元。可逆压缩机-膨胀器単元在压缩操作模式期间用作压缩机而交替地在膨胀操作模式期间用作膨胀器。參看图2，示出了根据本发明实施例的CAES系统10。CAES系统10构造成用以交替地如由操作人员所确定那样以压缩模式和膨胀模式操作，以便有选择地产生能量，举例来说，例如电能。CAES系统10包括組合马达-发电机単元12、驱动轴14、包括ー个或多个可逆压缩机-膨胀器単元18的空气压缩和膨胀系统16，以及空气储存単元或储器20。如图2中所示，空气压缩和膨胀系统16包括两个压缩机-膨胀器単元18，使得空气压缩和膨胀系统16构造为两级压缩和膨胀系统。然而，认识到的是，空气压缩和膨胀系统16可包括更多或更少数目的压缩机-膨胀器単元18。因此，举例而言，空气压缩和膨胀系统16可为仅具有一个压缩机-膨胀器単元18的单级系统形式，或作为备选，空气压缩和膨胀系统16可为具有三个压缩机-膨胀器単元18的三级系统形式。因此，本发明的实施例可根据CAES系统10的设计考虑如所期望地包括任何数目的压缩机-膨胀器単元18。各个可逆压缩机-膨胀器単元18均构造成用以在CAES系统10的相应压缩和膨胀操作模式期间交替地压缩空气和使空气膨胀。即是说，可逆压缩机-膨胀器単元18构造成用以在压缩模式期间当由马达-发电机単元12和驱动轴14驱动时操作为压缩机并且构造成用以在膨胀操作模式期间当供有来自于空气储存単元20的压缩空气时操作为膨胀器。因此，压缩机-膨胀器単元18在压缩和膨胀操作模式中的各个期间都进行操作。有利的是，压缩机-膨胀器単元18的频繁操作减少了与单元启动相关的问题，因为单元几乎总是〃暧热的〃。由于可逆压缩机-膨胀器単元18在压缩和膨胀操作模式中的各个期间都进行操作，故压缩机-膨胀器単元以无离合器布置而联接到驱动轴14上。由于单元18构造成用以在压缩操作模式期间当由马达-发电机単元12和驱动轴14驱动时操作为压缩机且构造成用以在膨胀操作模式期间当供有来自于空气储存単元20的压缩空气时操作为膨胀器，故不需要离合器来使可逆压缩机-膨胀器単元18与驱动轴14有选择地联接和断开。因此， 由可逆压缩机-膨胀器単元18所提供的无离合器布置简化了 CAES系统10中空气压缩和膨胀系统16的操作，从而降低了与空气压缩和膨胀系统16相关的资金支出和操作支出成本，例如単元生产成本、维护成本等。相比于包括単独的压缩机単元和涡轮单元的系统，在空气压缩和膨胀系统16中使用可逆压缩机-膨胀器単元18还减小了系统的整体占地面积(footprint)。根据本发明的实施例，可逆压缩机-膨胀器単元18可采用众多形式中的ー种。例如，可逆压缩机-膨胀器単元18可构造为径向型压缩机-膨胀器単元或轴向型压缩机-膨胀器单元。可逆压缩机-膨胀器単元18还可构造为螺杆型压缩机-膨胀器単元或活塞型压缩机-膨胀器単元。包括在CAES系统10中的可逆压缩机-膨胀器単元18其尺寸形成为提供范围在大约200MW至300MW的功率生成。仍參看图2，在CAES系统10的压缩操作模式期间，马达_发电机単元12电性地连接到基础负载功率源(未示出)上以便自其接收功率。电功率的输入致使马达-发电机单元12以马达模式操作，从而响应于电功率而产生旋转功率的机械输出。旋转功率传递至驱动轴14，从而导致驱动轴旋转。因此，压缩机-膨胀器単元18由旋转功率驱动以压缩向其供送的空气。根据图2的实施例，空气通过第一压缩机-膨胀器単元22压缩至低压且随后经由压缩-膨胀通路沈传送至第二压缩机-膨胀器単元对，其中，压縮-膨胀通路沈流体地连接该第一和第二単元。空气由第二压缩机-膨胀器単元24进ー步压缩至高压，且然后经由压缩-膨胀通路沈传递至空气储存単元20以备随后使用。根据本实施例，在压缩空气储存在空气储存単元20中之前，该压缩空气传送经过多个冷却単元观，这些冷却単元观在储器的储存之前从压缩空气中除热。冷却単元观定位在第一压缩机-膨胀器単元22和第二压缩机-膨胀器単元M中的各个的下游，以便对空气在各级的压缩之后进行冷却。当期望CAES系统10以膨胀操作模式操作吋，通向马达_发电机単元12的电功率终止，且空气从空气储存单元20取回以便膨胀。从储存単元20取回的先前压缩的空气提供至压缩-膨胀通路沈且经由其传递至第二压缩机-膨胀器単元对。压缩空气致使第二压缩机-膨胀器単元M用作膨胀器/涡轮，且空气因此通过第二压缩机-膨胀器単元M 从高压膨胀至较低压力(即，“低"压)。然后，空气继续传送穿过压縮-膨胀通路沈以由第一压缩机-膨胀器単元22接收。第一压缩机-膨胀器単元22由低压压缩空气驱动且用作膨胀器/涡轮以便使空气进一歩膨胀。压缩空气在第一压缩机-膨胀器単元22和第 ニ压缩机-膨胀器単元M中的各个中的膨胀产生旋转功率。旋转功率传递至驱动轴14，驱动轴14接收旋转功率且将该功率传递至马达-发电机単元12。马达-发电机単元12在膨胀操作模式期间以发电机模式操作，且因此响应于从涡轮系统22所接收的旋转功率输出而产生电功率。根据本实施例，在压缩空气由第一压缩机-膨胀器単元22和第二压缩机-膨胀器単元M而膨胀之前，该压缩空气传送经过对压缩空气加热的多个加热単元或燃烧器30。加热单元30定位在第一压缩机-膨胀器単元22和第二压缩机-膨胀器単元M中的各个的上游，以便对压缩空气在各级的膨胀之前进行加热。现在參看图3，示出了根据本发明实施例的绝热压缩空气能量储存(ACAES)系统 32的框图。ACAES系统32构造成用以交替地如由操作人员所确定那样以压缩模式和膨胀模式操作，以便有选择地产生能量，举例来说，例如电能。ACAES系统32包括組合马达-发电机单元12、驱动轴14、包括ー个或多个可逆压缩机-膨胀器単元18的空气压缩和膨胀系统16、空气储存単元或储器20，以及用于在压缩和膨胀操作模式期间加热和冷却空气的ー 个或多个热能储存(TEQ単元34。
如图3中所示，空气压缩和膨胀系统16包括两个压缩机-膨胀器単元18，使得空气压缩和膨胀系统16构造为两级压缩和膨胀系统。然而，认识到的是，空气压缩和膨胀系统16可包括更多或更少数目的压缩机-膨胀器単元18。可逆压缩机-膨胀器単元18中的各个均构造成用以在ACAES系统32的相应压缩和膨胀操作模式期间交替地压缩空气和使空气膨胀。即是说，可逆压缩机-膨胀器単元18构造成用以在压缩模式期间当由马达-发电机单元12和驱动轴14驱动时操作为压缩机且构造成用以在膨胀操作模式期间当供有来自于空气储存単元20的压缩空气时操作为膨胀器。因此，压缩机-膨胀器単元18在压缩和膨胀操作模式中的各个期间都进行操作。在ACAES系统32的压缩操作模式期间，马达_发电机単元12电性地连接到基础负载功率源(未示出)上以便自其接收功率。电功率的输入致使马达-发电机単元12以马达模式操作，从而响应于电功率而产生旋转功率的机械输出。旋转功率传递至驱动轴14， 从而导致驱动轴旋转。因此，压缩机-膨胀器単元18由旋转功率驱动以压缩向其供送的空气。根据图3的实施例，空气通过第一压缩机-膨胀器単元22压缩至低压且随后经由压縮-膨胀通路26传送至第二压缩机-膨胀器単元对，其中，压縮-膨胀通路沈流体地连接该第一和第二単元。空气由第二压缩机-膨胀器単元M进ー步压缩至高压且然后经由压縮-膨胀通路沈传递至空气储存単元20以备随后使用。另外在ACAES系统32的压缩操作模式期间，空气在各级的压缩之后传送经过TES 単元34。TES単元34用于在压缩操作模式期间冷却(S卩，除热)传送经过压缩-膨胀通路的空气。TES単元34在其中包括热填料(fill)36，其由足量的储热材料构成以在储存于空气储存単元20之前储存在压缩阶段期间所产生的压缩热，其中，所储存的热随后在ACAES 系统32的膨胀阶段/操作模式期间传送回至压缩空气。在膨胀操作模式期间，空气从空气储存単元20取回以便膨胀。从储存単元20取回的先前压缩的空气提供至压缩-膨胀通路26且经由其传送至第二压缩机-膨胀器単元对。压缩空气致使第二压缩机-膨胀器単元M用作膨胀器/涡轮，且空气因此通过第二压縮机-膨胀器単元M从高压膨胀至较低压力(即，“低"压)。然后，空气继续传送经过压缩-膨胀通路26以由第一压缩机-膨胀器単元22接收。第一压缩机-膨胀器単元22由低压压缩空气驱动且用作膨胀器/涡轮以使空气进一歩膨胀。压缩空气在第一压缩机-膨胀器单元22和第二压缩机-膨胀器単元M中的各个中的膨胀产生旋转功率。旋转功率传递至驱动轴14，驱动轴14接收旋转功率且将该功率传递至马达-发电机单元12。马达-发电机单元12在膨胀操作模式期间以发电机模式操作，且因此响应于从涡轮系统22所接收的旋转功率输出而产生电功率。另外在ACAES系统32的膨胀操作模式期间，空气在各级的膨胀之前传送经过TES 単元34。TES単元34用于在膨胀操作模式期间加热传送经过压缩-膨胀通路沈的空气。 在压缩操作模式期间产生的储存在TES単元34中的热随着压缩空气在ACAES系统32的膨胀操作模式期间经由其传送回而加回至压缩空气。因此，根据本发明的一个实施例，压缩空气能量储存(CAEQ系统可交替地以压缩模式和膨胀模式操作且包括马达-发电机単元和连接到马达-发电机単元上的驱动轴，该驱动轴构造成用以传递旋转功率往返于马达-发电机单元。CAES系统还包括至少ー个可逆压缩机-膨胀器单元以及空气储存単元，其中，可逆压缩机-膨胀器单元联接到驱动轴上且构造成用以有选择地压缩空气和使空气膨胀，以及空气储存单元连接到可逆压缩机-膨胀器単元上且构造成用以储存自其所接收的压缩空气，其中，该至少ー个可逆压缩机-膨胀器単元在压缩模式期间压缩空气而在膨胀模式期间使空气膨胀。根据另ー实施例，一种用于在压缩空气能量储存(CAES)系统中压缩和膨胀空气的方法包括以下步骤在压缩操作阶段期间将旋转功率提供至可逆压缩机-涡轮单元，其中，旋转功率从组合马达-发电机単元且经由驱动轴提供至可逆压缩机-涡轮单元。该方法还包括以下步骤在压缩操作阶段期间响应于旋转功率而在可逆压缩机-涡轮单元中压缩空气、将压縮空气储存在空气储存単元中持续所期望的时间周期、在膨胀操作阶段期间将压缩空气从空气储存単元传递至可逆压缩机-涡轮单元，以及在膨胀操作阶段期间在可逆压缩机-涡轮单元中使压缩空气膨胀，其中，可逆压缩机-涡轮单元由所传递的压缩空气驱动。该方法还包括以下步骤在膨胀操作阶段期间将由可逆压缩机-涡轮单元所产生的旋转功率经由驱动轴传递至组合马达-发电机単元，从而致使組合马达-发电机单元产生电功率。根据本发明的又ー实施例，一种压缩空气能量储存(CAES)系统交替地以压缩模式和膨胀模式操作且包括組合马达-发电机単元以及驱动轴，其中，組合马达-发电机単元构造成用以产生机械功率和电功率二者，以及驱动轴连接到马达-发电机単元上且构造成用以传送旋转功率往返于马达-发电机単元。CAES系统还包括固定地联接到驱动轴上的可逆压缩机-膨胀器単元以及连接到可逆压缩机-膨胀器単元上的空气储存単元，其中，空气储存单元构造成用以储存从可逆压缩机-膨胀器単元所接收的压缩空气。可逆压缩机-膨胀器单元在不使用离合器的情况下联接到驱动轴上，使得可逆压缩机-膨胀器単元操作以在压缩模式期间压缩空气而在膨胀模式期间使空气膨胀。本书面说明使用了包括最佳模式的实例来公开本发明，且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何所结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求限定，且可包括本领域技术人员构想出的其它实例。如果这些其它实例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无实质差异的同等结构元件，则认为这些实例落在权利要求的范围之内。
权利要求
1.ー种交替地以压缩模式和膨胀模式操作的压缩空气能量储存(CAES)系统，所述 CAES系统包括马达-发电机単元；驱动轴，其连接到所述马达-发电机単元上且构造成用以传送旋转功率往返于所述马达-发电机单元；至少ー个可逆压缩机-膨胀器単元，其联接到所述驱动轴上且构造成用以有选择地压缩和膨胀空气；以及空气储存単元，其连接到所述可逆压缩机-膨胀器単元上且构造成用以储存从所述可逆压缩机-膨胀器単元所接收的压缩空气；其中，所述至少ー个可逆压缩机-膨胀器単元在所述压缩模式期间压缩空气而在所述膨胀模式期间使空气膨胀。
2.根据权利要求1所述的CAES系统，其特征在干，所述可逆压缩机-膨胀器单元构造成用以当由所述驱动轴驱动时用作压缩机。
3.根据权利要求1所述的CAES系统，其特征在干，所述可逆压缩机-膨胀器单元构造成用以当供有来自于所述空气储存単元的压缩空气时用作膨胀器。
4.根据权利要求1所述的CAES系统，其特征在干，所述可逆压缩机-膨胀器単元包括径向型压缩机-膨胀器単元。
5.根据权利要求1所述的CAES系统，其特征在干，所述可逆压缩机-膨胀器単元包括轴向型压缩机-膨胀器単元。
6.根据权利要求1所述的CAES系统，其特征在干，所述可逆压缩机-膨胀器単元包括螺杆型压缩机-膨胀器単元。
7.根据权利要求1所述的CAES系统，其特征在干，所述可逆压缩机-膨胀器単元包括活塞型压缩机-膨胀器単元。
8.根据权利要求1所述的CAES系统，其特征在干，所述至少ー个可逆压缩机-膨胀器単元包括第一可逆压缩机-膨胀器単元；以及第二可逆压缩机-膨胀器単元；其中，所述第一可逆压缩机-膨胀器単元和所述第二可逆压缩机-膨胀器単元由压縮-膨胀通路流体地连接以形成两级压缩膨胀系统。
9.根据权利要求1所述的CAES系统，其特征在干，所述CAES系统还包括至少ー个热能储存(TES)単元，使得所述CAES系统构造为绝热CAES系统。
10.根据权利要求1所述的CAES系统，其特征在干，至少ー个可逆压缩机-膨胀器単元以无离合器布置而固定地联接到所述驱动轴上。
11.一种用于在压缩空气能量储存(CAES)系统中压缩和膨胀气体的方法，包括在压缩操作阶段期间将旋转功率提供至可逆压缩机-涡轮单元，所述旋转功率从组合马达-发电机单元旦经由驱动轴而提供至所述可逆压缩机-涡轮单元；在所述压缩操作阶段期间响应于所述旋转功率而在所述可逆压缩机-涡轮单元中压縮空气；将所述压缩空气储存在空气储存単元中持续所期望的时间周期；在膨胀操作阶段期间将所述压缩空气从所述空气储存单元传递至所述可逆压缩机-涡轮单元；在所述膨胀操作阶段期间使所述压缩空气在所述可逆压缩机-涡轮单元中膨胀，所述可逆压缩机-涡轮单元由所传递的压缩空气驱动；以及将在所述膨胀操作阶段期间由所述可逆压缩机-涡轮单元所产生的旋转功率经由所述驱动轴传递至所述组合马达-发电机単元，从而致使所述组合马达-发电机単元产生电功率。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在干，在所述可逆压缩机-涡轮单元中压缩空气包括在径向型压缩机-膨胀器単元中压缩空气。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在干，在所述可逆压缩机-涡轮单元中压缩空气包括在轴向型压缩机-膨胀器単元中压缩空气。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在干，在所述可逆压缩机-涡轮单元中压缩空气包括在螺杆型压缩机-膨胀器単元中压缩空气。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在干，在所述可逆压缩机-涡轮单元中压缩空气包括在活塞型压缩机-膨胀器単元中压缩空气。
16.根据权利要求11所述的方法，其特征在干，在所述可逆压缩机-涡轮单元中压缩和膨胀空气包括分別在所述压缩操作阶段和所述膨胀操作阶段期间在第一可逆压缩机-膨胀器単元中压缩和膨胀空气；以及分別在所述压缩操作阶段和所述膨胀操作阶段期间在第二可逆压缩机-膨胀器単元中压缩和膨胀空气。
17.ー种交替地以压缩模式和膨胀模式操作的压缩空气能量储存(CAEQ系统，所述 CAES系统包括组合马达-发电机单元，其构造成用以产生机械功率和电功率两者；驱动轴，其连接到所述马达-发电机单元上且构造成用以传送旋转功率往返于所述马达-发电机单元；可逆压缩机-膨胀器単元，其固定地联接到所述驱动轴上；以及空气储存単元，其连接到所述可逆压缩机-膨胀器単元上且构造成用以储存从所述可逆压缩机-膨胀器単元所接收的压缩空气；其中，所述可逆压缩机-膨胀器単元在不使用离合器的情况下联接到所述驱动轴上， 使得所述可逆压缩机-膨胀器単元操作以在所述压缩模式期间压缩空气而在所述膨胀模式期间使空气膨胀。
18.根据权利要求17所述的CAES系统，其特征在干，所述可逆压缩机-膨胀器单元构造成用以在所述压缩操作模式期间当由所述驱动轴驱动时用作压缩机。
19.根据权利要求17所述的CAES系统，其特征在干，所述可逆压缩机-膨胀器单元构造成用以当供有来自于所述空气储存単元的压缩空气时用作膨胀器。
20.根据权利要求17所述的CAES系统，其特征在干，所述可逆压缩机-膨胀器単元包括径向型压缩机-膨胀器単元、轴向型压缩机-膨胀器単元、螺杆型压缩机-膨胀器单元以及活塞型压缩机-膨胀器単元中的ー个。
21.根据权利要求17所述的CAES系统，其特征在干，所述CAES系统包括至少ー个附加的可逆压缩机-膨胀器単元，使得所述可逆压缩机-膨胀器単元和所述至少一个附加的可逆压缩机-膨胀器単元形成多级空气压缩和膨胀系統。
全文摘要
公开的是一种用于在压缩空气能量储存(CAES)系统中压缩和膨胀空气的系统及方法。提供了CAES系统，其交替地以压缩模式和膨胀模式操作且在其中包括马达-发电机单元和连接到马达-发电机单元上的驱动轴，其中，驱动轴构造成用以传送旋转功率往返于马达-发电机单元。CAES系统还包括至少一个可逆压缩机-膨胀器单元以及空气储存单元，其中，可逆压缩机-膨胀器单元联接到驱动轴上且构造成用以有选择地压缩和膨胀空气，以及空气储存单元连接到可逆压缩机-膨胀器单元上且构造成用以储存从可逆压缩机-膨胀器单元所接收的压缩空气，其中，该至少一个可逆压缩机-膨胀器单元在压缩模式期间压缩空气而在膨胀模式期间使空气膨胀。
文档编号F02C6/16GK102597458SQ201080049816
公开日2012年7月18日 申请日期2010年9月13日 优先权日2009年10月28日
发明者A·辛普森, C·阿尔伯格, G·阿斯特, M·勒哈, M·芬肯拉特, R·奥曼, S·M-N·霍夫曼, T·弗里 申请人:通用电气公司