三倍的n2。本发明的实施例通过允许空气分离装置成为半集中式储能设备(用于生产低温贮存介质)来基本解决这个不平衡，空气分离装置为很多分散的电能生产设备供应n2。在队是有价值商品而02是盈余的区域，02可作为被传送到场外的分布式电能生产设备的低温贮存介质。
[0077]示例性的贮存方法和系统有利地分隔(可能几百英里)大的半集中空气分离装置处的入流贮存设备，半集中空气分离装置具有规模经济并且能够从电网(在很多情况下已经存在)，从很多较小的分布式设备接收大量的非高峰电能，较小的分布式设备将使用每个这类设备在高峰时段生产的大部分电能，并且在每日高峰时段将“剩下”的适中量的电能销售到本地电网。因此，电能出流模式将广泛分布，并且分布式电力可以容易被现存电网“吸收”。每个枢纽和多个VPS出流模式站点之间的“连接”可以是多个容器，该容器通过在现存的高速公路上的货车，机动轨道车，船舶，或其它地表运输系统或方法，或现今已知或未来开发的包括空路、太空和地下的其它运输方法来输送液态o2/n2。
[0078]NG管线网络可在出流模式中输送原动机使用的NG，并且同一管线网络将输送NG到空气分离装置，空气分离装置将生产LNG，以给输送02/队到服务的场外的分散的分布式电能生产站点的货车提供燃料。空气分离装置处的LNG的生产是特别合理的，因为生产LNG所需的低温过程和生产液态空气、液态氧和液态氮的低温过程相似，全部都需要相似的前端的水和C02移除、多级压缩和深度制冷，以及相似的隔热低温罐中的贮存/运输。
[0079]第四个主要优点是示例性的系统和方法有助于在电网外部或独立于电网运输机械能。当前，“能量运输”常规地通过从一个位置到另一位置运送燃料来完成。示例包括管线中的NG的运输和由船、轨道和货车运输的LNG、煤、油或其它燃料，其中燃料有助于作为全部化石燃料发电系统中的规范的化学过程(燃烧、氧化和能量释放)。在另一方面，冰形式的“制冷”的运输具有可延伸到20世纪早期的漫长历史。现今，人造冰(机械能输入的产品)的运输不再是必需的或经济可行的，因为制冷可在任何需要的位置生产。本发明的实施例寻求在任何需要的地方生产电能，但是也允许一些“机械”方面的电能产品从一个站点运输到另一站点。
[0080]由机械装置生产电能或改善电能生产是很好理解的，但是直到今天都不是“运输”工作的主题。例如，众所周知，燃气涡轮机(GT)的进入空气的冷却增加了由GT“吸入”的空气的密度，因此减小了涡轮机的(前端)压缩机的机械负荷。然而，在公开的实施例之前，电能生产工业中没有意识到在将这类对电能生产机械改善从一个站点“运输”到另一个站点的有成本效益的可能性。直到现在，都没有将重要的机械能从一个位置运输到另一个位置(例如相隔100英里)的实用方法。
[0081]示例性的实施例使用02/N2 (在任何半集中空气分离装置处02和N 2都具有较低的价值)作为机械能运输介质，从而允许低温流体的“机械能含量”从生产站点(例如集中式空气分离装置)移动到多个场外的分布式电能生产设备。因此，驱动那些分布式电能生产站点的热燃料可以通过标准运输模式(通过NG管线，通过LNG挂车/机动轨道车/船等)送达，并且将增强该站点的电能输出的机械能含量也将随着02萬通过挂车、机动轨道车或船舶送达。
[0082]这个模型中的02/N2 “运输”它在空气分离装置处的压缩、液化和蒸馏过程中接收到的机械能。此外，驱动那个机械过程的非高峰电能也包含机械输入，特别是如果用来制造02萬的电能来自风力涡轮机，风力涡轮机将它们的机械能从电网送到空气分离装置。因此，本发明有助于并且(第一次)允许有成本效益的电网外部的机械能的运输。
[0083]参照图1A和1B，现将描述半集中式电能贮存和分布式发电系统的示例性实施例。示例性的电能贮存和分布式发电系统101a包括至少一个半集中式电能贮存设备100，半集中式电能贮存设备100包括电能贮存介质104，电能贮存介质104包括液态空气。电能贮存设备100可以是空气分离装置，在这种情况下电能贮存介质104可以是液态空气或来自分离成其成分的空气的02/N2。电能贮存设备也可以定位在军事/海军基地、铁路车场或港口，或在任何“公用事业规模”的电能贮存和电能出流设备。在图1A示出的示例性实施例中，部署半集中式电能贮存设备100，其中在同一设备实现两种功能，即入流贮存和出流贮存。
[0084]电网110从至少一个电能生产站点102(包括风力发电厂、太阳能发电厂、核能发电厂等)接收非高峰电能，并且在此电能通过电网110输送到电能贮存设备100。应注意的是，例如在站点有它自己的风力涡轮机、厌氧消化池或LFG源的情况下，在电能贮存设备100处可以生产非高峰电能，从而避免需要从电网接收(一些或全部)入流贮存电能。
[0085]来自电网110的电能连接可以操作以使电能在非高峰时段被传送到电能贮存设备100，并且作为液态空气或本发明中提到的其它低温贮存流体中的一个贮存在电能贮存设备100，其中电能贮存设备100在电能需求高峰时段使用所述电能，而没有电能离开站点，和/或其中在高峰时段，主站点100不需要的任何多余电能被发送到电网。因此电能112被显示成两端具有间隙地“漂浮”的双箭头，指示电网110和主站点100之间的连接有时“开启”有时“断开”。另一燃料源120 (可以是天然气网)为原动机提供燃料，原动机在电能输出模式期间操作，并且原动机提供使贮存在低温贮存流体中的机械能恢复的废热。因此，如上面概述的，电网110和天然气网120被集成到单个电能贮存和电能生产站点，其不仅仅是“峰化器”并且必定不是大规模发电厂。然而，图1A中示出的示例性的实施例能够位于与大规模发电厂相同的位置，从而允许来自这样的电厂的低值、非高峰电能生产被贮存以便在高峰时段释放。
[0086]参照图1B，示例性的电能贮存和分布式发电系统101b包括至少一个电能贮存设备100，电能贮存设备100可以是空气分离装置，并且包括电能贮存介质104，电能贮存介质104可以是空气或02/N2。电能贮存设备100沿着运输路线108向数个、场外的分布式发电设备106提供02/N2，分布式发电设备106在不同于电能贮存设备100的位置。在示例性的实施例中，电能贮存设备100起能源储存公司(类似于现今的能源服务公司(“ESC0”))的作用。电能贮存设备100贮存的电能的来源可以是多重电能生产站点102，其通过到电网110的本地连接111将它们的(非高峰)电能发送到电能贮存设备。贮存的电能的释放可在多个，远隔的电能释放设备106处发生，电能释放设备106可将它们产生的全部或部分电能用于现场发电需要，和/或将它们的多余电能送到电网110。
[0087]那些电能生产设备102可以是“可再生”发电设备，例如风力发电厂、太阳能发电厂或垃圾填埋气发电站点，或可以是烧煤炭或天然气的基荷发电厂，或核能发电厂，以上装置全部都不能在晚上完全关闭它们的非高峰电能生产，并且通过将它们的电能输出(以降低的价格)送到远处的电能贮存设备100来最好地服务。如同文中更详细讨论的，示例性的实施例利用低成本、非高峰电能产品的源(例如但不限于，风力涡轮机)，以及能够将所述非高峰电能输送到本实施例的部署站点的电网连接。同一电网连接能够在电能需求高峰时段带走部署站点生产的任何多余电能，主站点不使用所述多余电能。
[0088]在示例性的实施例中，如同贯穿全文概括的，通过在白天高峰时段释放电能，电能贮存设备100将是它自己的贮存电能的“客户”。然而，作为ESC0，电能贮存介质的一部分将被移动电能1C存/运输单元130 (例如卡车、机动轨道车或水运船舶或其它水陆运输系统)运输到分布式发电设备106，其中只部署低温贮存介质(液态空气/02/N2)贮存罐和出流贮存设备，而没有现场低温贮存介质生产能力。和空气分离装置100 —样，那些分布式发电站点106中的每一个也可以由包括但不限于NG管线120的任何外部燃料源服务。如果除了其正常空气产品之外空气分离装置100还生产LNG，那么液化天然气(LNG)可以给移动电能贮存/运输单元130提供燃料。
[0089]从电网110到分布式发电站点106的连结被显示成“漂浮”箭头112，因为每个站点可以从电网接收夜间电能(至其对这种非高峰电能的需求程度)并且将在每日高峰电能需求时段不(或减少)从电网110接收电能。而且，由于在分布式发电站点106处的每个商业规模部署将是特别定制规模的、采用预制件的、模块化的“装置”，因此电能释放设备的输出通常将大于由ESC0服务的数个站点106中的每个处的多种(并且波动的)电能需求要求。
[0090]在一些测量中，这样的ESC0网络的经济可行性依赖于所述采用预制件的出流贮存装置的“可购性”。每个部署的出流设备中的模块化越高，这类部署的本地、区域和国际市场越大，则每个部署的成本将可能越低。本发明的实施例通过允许每个分布式发电(即输出)设备106的“产量过剩”变成图1B示出的网络的关键元素诱发那些情况。例如，如果每个分布式发电设备106需要从1兆瓦到4兆瓦的电能，而不都是相同的5兆瓦，则采用预制件的、模块化的输出装置将在每个站点部署，以允许ESC0将来自每个分布式发电站点106的多余的产出销售到电网110。换句话说，多个分布式发电站点106处的每个部署可以相对于客户需求是过大的，这样ESC0可以将多余的电能销售给电网110。
[0091]因此，示例性的实施例包括在电能需求高峰时段(或在需要的其它时段)多余电能112从每个分布式发电设备106流回到电网110。这样，本地电网可以从多个分布式发电站点106接收电能并将该电能本地地分配给不属于ESC0网络的一部分的设备。这样的本地化电能生产减轻了电网拥堵，减少了线路损失，允许公用事业设备推迟/避免升级它们的配电线，并且允许到ESC0的另外的收入流。反过来多个、单一规模的部署允许ESC0为每个分布式发电站点106提供有竞争力的价格的服务，并且允许ESC0变成每个102电能生产者的更大客户和110电网经营者的优选客户。ESC0将是优选的，因为它是稳定的客户并且提供电网经营者不提供的重要服务。
[0092]NG网络120的经营者可以或可以不是经营电网110的同一实体。在任何情况下，NG系统120通过拥有更多的分布式客户群(包括100处的ESC0和分布式发电设备106处的多个电能出流点)从集中式电能贮存和分布式发电系统受益。显著地，在多季节地区，例如美国和欧洲，本发明覆盖的很多电能贮存和产生(输出)问题将在电能需求最高的夏季最严重。因此由于本实施例，NG网络120将在夏季被更充分地利用，然后它将为资产所有者和纳税人另外生产更大的“资本效率”。
[0093]此外，图1B示出了在遍及北美和欧洲的数百万点处彼此交错的天然气网络120、电网112以及道路/轨道/水路运输路线网络108的示意的汇流。通常，天然气网络是地下的，电网主要是地上的，而道路/轨道/水路网络在这两者之间。三个系统有时占据同一“道路权”，但是常常延伸到独立(不重叠)的网络。本实施例允许这三种网络在全部交错(汇流)点综合集成。在数千个这样的汇流点，或“节点”，存在电力的商业的、工业的或社区设备的“客户”。在本发明的实施例出现之前，对于在哪里和如何生产电能以及如何传输电能，客户只有非常少(如果有的话)的选择。的确，客户受到标准电网(不是“智能电网”而是低能电网)的禁锢，其中例如客户为了在高峰需求时段使用电能要承担“需量电费”，并且其中电网“抵抗”从客户接收电能的可能性。
[0094]与之相比，本发明的实施例为将数千这样的商业的、工业的或社区设备的电力客户(例如，需要1兆瓦或更多的高峰电能)包括到图1B所示的网络提供了机会。那三种传输系统-由电网传送的千瓦，由NG网络传送的BTU，以及由卡车或机动轨道车或驳船传送的贮存的机械能-的汇流允许本发明的实施例颠覆现有的电能生产、(贮存)和传送系统。(因为现有的功率系统几乎没有贮存能力，因此贮存在括号中)。
[0095]本发明的实施例通过“要求”电网在(它能够的)每个可能方向上工作而不是一个方向(从发电厂到客户)来适应智能电网，超越了软件以及测量方面的改进。因此图1A和1B示出的双头的、“漂浮的”箭头的象征意义是电网的多向方面，其中电网上几乎每个点可以和任何其它点一样重要。真正的智能电网将适于本发明的分布式电能贮存和分布式电能生产实施例。本实施例也将增加更小的ESCOs的可行性，为电力工业中的不那么敏捷的、更大参与者创建竞争。增加的竞争将导致更低的价格；增加可再生源生产的电能的供应能力；以及通常更少的排放物，而不管每个部署站点将有它自己的化石燃烧(NG)原动机的事实。
[0096]图1B适于至少再多一个实施例。每个分布式电能生产站点106也可包括非高峰生产能力，例如单个(器械规模)风力涡轮机。这样的设备能够采用和空气分离装置从多个(远离的)电能生产站点102接收电能的相同的方式将能够送回电能贮存设备100。图1B的这个实施例允许小规模的、本地部署的可再生发电系统。其它实施例可以包括从污水处理厂或乳牛场的厌氧消化池气体的燃烧产生的电能。在所有这种情况下，非高峰电源可以相当小(几千瓦)但是将相对靠近空气分离装置100，以利用本地电网。在极端情况下，这样的模型将允许每个建筑物(不管多小)占用例如单个(器械规模)风力涡轮机，该风力涡轮机将它的非高峰输出发送到半集中式电能贮存设备100。该模型将真正构成智能电网，因为电能(类似于信息)将在全部方向上流向和出流连接至电网的所有位置。本发明有助于那样的实施例。
[0097]图2示出了使用液态空气作为低温贮存介质来贮存机械能的入流模式的示例性的实施例。为了便于说明，图2示出了沿着示例的过程中的步骤顺序标号的点，图上的不同位置处的相同数字表示过程中的相同点。公开的入流贮存模式消除了使用吸收式冷冻机来在它们流过数个压缩级之间和之后冷却气流。反而，提供涡轮膨胀机进入处所需的相对深度制冷的机械式冷冻机也将提供低等级制冷的“边负荷”以便在空气流过主压缩机的之间和之后冷却所述空气。标记“P”和“R”分别对应于将被贮存的产品空气和作为液化压缩产品空气的制冷剂空气流的制冷剂/再循环空气。
[0098]示例性的电能存储系统201包括压缩机阵列200，压缩机阵列200包括多个压缩机200a-200g或压缩机级。至少一个换热器202流体连接至阵列200中的至少一个压缩机。示例性的实施例采用多个换热器202a-202g，使得换热器202b流体连接至压缩机200b，换热器202c流体连接至压缩机200c，换热器202d流体连接至压缩机200d，换热器202f流体连接至压缩机200f，并且换热器202g流体连接至压缩机200g。示出的实施例中的至少一个换热器202a流体连接至低温贮存容器204。示例性的系统还包括与压缩机阵列200特别是与压缩机200g流体连接的至少一个膨胀机206。机械式冷冻机220流体连接至膨胀机206并且向多个换热器提供边负荷制冷剂225，换热器用来之间和之后冷却存在于数个压缩级的空气。在整个系统的多个位置处使用阀，包括阀230，阀用来将空气分离成产品流(产品流变成电能贮存介质)和再循环流，如文中所描述的。
[0099]运行中，电能贮存介质212以近似14.7psia，平均夜间温度大约53° F的环境空气形式进入点1，并且在压缩机200a中被压缩，即多级压缩机200的第一级，这里示出了六级整体式齿轮压缩机。也可选择其它压缩机配置，包括两个这样的整体式齿轮压缩机，一个有两级，一个有四级；以及六级往复式压缩机(最适合于本发明的较小的部署)；和多级压缩机的其它变体。应注意到图2所示的压缩机阵列200只是一个可能配置。
[0100]在第一级压缩之后，电能贮存介质(现在为近似40psia的空气，由于压缩热它的温度升到大约242° F)进入清除组件210，清除组件210包括分子筛214 (或膜或其它相似设备)，在清除组件210中空气的水分和C02含量被移除，从而在之后的过程中不会结冰。气体加工工业中的技术人员很好理解分子筛设计，分子筛可包括容纳吸附剂(例如沸石)的数个容器，并且容器按编好的顺序操作。当沸石变得饱和，那个容器被来自其它容器的清扫空气215 “打扫”，并且含有水分和C02的那种无毒的打扫空气被排放到大气。打扫(或重建)过程可需要热输入，热输入可来自电加热器或来自燃烧天然气加热器。关于用于将水分和C02从空气中移除的最有效方法，本发明是不可知的。空气清扫组件210示出了多级孔分子筛214、电加热器216、打扫空气排气孔218和将打扫空气流215从产