约1.6°C或更小的温度变化(对应于1.023的多变指数)。但是，应当理解的是，系统还可以以实施与大于1.1的多变指数相对应的压缩/膨胀过程的构型进行操作。例如，操作系统以实现1.05的多变指数所需的设备和/或操作费用可能超过在实施操作实现大于1.1的多变指数的系统时的热低效的费用。由此，可能期望的是实施系统以在更高的多变指数下进行操作。
[0103]压缩机膨胀机装置的实施例可以构造为快速地达到操作速度和/或功率水平以向发电设施提供辅助服务，包括但不限于黑启动服务、热备用服务、电压支援服务、和/或频率调节服务。
[0104]应当理解的是，尽管本文所述的主要用于与风力涡轮机和/或风力发电厂一起使用，但是压缩机/膨胀机装置的实施例可以与各种发电设施一起使用，包括但不限于太阳能发电厂、燃煤发电厂、燃气发电厂、核电厂、地热发电厂、生物能发电厂和/或水力发电厂等。在一个实施例中，来自太阳能发电厂的热能可以通过本文描述的装置和过程而非通过或附加于更常规的蒸汽涡轮机或有机Rankine循环涡轮机、或其他热机使用作为热源的部分或全部，以当使压缩空气膨胀时提高发电的效率。从太阳能发电厂的热能到电能的转变效率通过该系统可以为70%、80%和更高。
[0105]尽管本文描述了用于在压缩或膨胀空气中使用的压缩机/膨胀机装置的实施例，但是应当理解的是，压缩机/膨胀机装置可以用于压缩和/或膨胀任何其他气体物质，比如但不限于二氧化碳、天然气、氧气、氮气、丁烷、丙烷和其他气体。还应当理解的是，压缩机/膨胀机装置的实施例在本文描述为用于与水或液体，以及任何其他也可以用作热传递和/或压力传递介质的液体状物质，包括其他类型的冷却剂一起使用。
[0106]由此已经描述了本发明的至少一个实施例的若干方面，应当理解的是，各种变化、修改和改进对于本领域的技术人员而言将容易发生。这些变化、改变和改进旨在作为本公开的一部分，并且旨在落在本发明的范围内。因此，前述描述和附图仅作为示例。
[0107]在一些实施例中，如本文描述的装置包括空气可以在其中被压缩和/或膨胀的至少一个压力容器。所述至少一个压力容器至少部分地填充液体并且有时填充空气。所述至少一个压力容器联接至致动器，该致动器移动体积中的液体以压缩压力容器中的空气，或者致动器通过在压力容器内膨胀的空气移动以驱动致动器。压力容器包括保持空气和/或贯穿压力容器设置的多个分隔器以生成用于到/从空气、分隔器和液体的热传导的较大面积。当与缺少分隔器的类似构造的容器进行比较时，分隔器可以明显减小空气与液体或结构之间的热路径的总长度。当与缺少分隔器的类似构造的容器进行比较时，分隔器可以明显增大空气/液体界面的总面积。另外，贯穿压缩或膨胀循环和朝向压缩或膨胀循环的终点，分隔器可以提供面积保持基本恒定的空气/液体界面和/或空气/分隔器界面和/或液体/分隔器界面，否则在压缩或膨胀循环的终点缺少热传递的空气温度变化可能为最大。在一些实施例中，分隔器可以布置为叠置构型，其中每个分隔器与歧管流体连通，该歧管又与压力容器的端口流体连通。
[0108]在一些实施例中，如本文描述的装置能够压缩和/或膨胀空气并且包括串联布置的两个或更多个级，其中每一级包括第一压力容器和第二压力容器以及联接到第一压力容器和第二压力容器中的每一个上的致动器。第一压力容器和第二压力容器中的每一个的体积至少部分地填充液体，该液体通过致动器在对应的压力容器内移动，以交替地压缩空气和使空气能够在对应体积的未被液体占据的一部分中膨胀。致动器在第一压力容器与第二压力容器之间移动，使得第一压力容器和第二压力容器中的每一个彼此异相地动作。所述装置的两个或更多个级中的每一级的致动器相对于任一紧接的上游和/或下游级的致动器异相地移动。根据一些实施例，分隔器可以包括在压力容器中的每一个中，以增大用于向被压缩和/或膨胀的空气传递热量和从该空气传递热量的可用面积。
[0109]在一些实施例中，如本文描述的装置能够等温地和/或近等温地压缩和/或膨胀空气。装置包括至少部分填充液体的压力容器。压力容器连接至致动器，该致动器可以移动在压力容器中的液体以压缩其中的空气，或者当空气在压力容器中膨胀时该致动器可以由移位的液体移动。液体与空气在一个或多个空气/液体界面和空气/分隔器界面和液体/分隔器界面处相接触，通过这些界面，热量从被压缩的空气传递和/或传递到膨胀的空气中。压力容器还包括热交换器，比如一个或多个热管，该热交换器在液体与装置的外部环境之间传递热量。热量可以从被压缩的空气移出和/或移动到膨胀的空气中以实现等温或近等温的压缩和/或膨胀过程。较全面的热传递表面积(即，空气/液体界面和空气/分隔器界面和液体/分隔器界面)和/或较慢的循环速度(例如，对于单个压缩或膨胀循环为6秒)可以有助于装置实现等温或近等温的压缩和/或膨胀。
[0110]在一些实施例中，如本文描述的多个装置均能够通过压缩空气用于存储来存储能量，并且随后通过相同的多个装置释放压缩空气用于膨胀和产生能量。多个装置中的每一个定尺寸为(例如，小于2兆瓦的容量或小于1.2兆瓦的容量)使得典型的设施一一其具有为单个装置的功率存储容量的5倍、10倍、20倍、50倍、100倍或150倍、或者甚至更大的功率存储需求一一可以利用任意期望数目的装置，例如达到5个装置，达到10个装置，达到20个装置，达到50个装置，达到100个装置，达到150个装置，或者甚至更大数目的装置，以满足在特定设施中的功率存储需求。具有多个装置可以提供一个或多个益处，包括但不限于以与小于设施的全功率存储容量相关联的速率来容易地存储和/或释放能量的能力、从使用中移除单个装置或多组装置用于维护或修理而不会明显影响总设施的操作的能力、和/或以大的体积构建单个装置的能力，从而实现规模的经济并且便利于装置的运输和安装。
[0111]在一些实施例中，如本文描述的装置能够压缩空气用于将能量存储为存储结构中的压缩空气。存储结构可以以改变的压力水平保持空气。装置还以改变的压力水平从存储结构接收空气，并且膨胀空气以从其释放能量用于产生电能。根据一些实施例，装置是正排量压缩机和/或膨胀机，其可以以膨胀模式操作以膨胀空气，该空气在向上改变到高达250个大气压或更高的压力水平被接收。根据一些实施例，装置可以包括串联布置的多个级用于空气的压缩和/或膨胀。
[0112]在一些实施例中，如本文描述的装置能够压缩空气用于将能量存储为存储结构中的压缩空气，并且当需要时能够膨胀从存储结构接收的加压空气以产生电能。空气可以以改变的压力水平存储在存储结构中。装置包括压力容器和致动器，致动器以基本恒定的体积排量使液体移动通过装置。装置包括阀和控制器，该控制器可以被编程以控制由用于膨胀的装置接收的空气质量，而不管空气被保持在存储结构中的压力。
[0113]在一些实施例中，如本文描述的装置能够压缩空气用于将能量存储为压缩空气，并且当需要时膨胀该压缩空气以产生能量。该装置可以结合到风力涡轮机的结构内，比如在吊舱或在塔结构中。根据一些实施例，风力涡轮机和该装置可以共享部件以减小总的系统成本和/或减小总的系统尺寸，这可以证实为对于离岸应用特别有用。作为示例，风力涡轮机与装置之间可以共享控制软件和/或硬件。另外地或可选地，发电机可以通过液压电机和泵联接到风力涡轮机的转子上，并且可以在风力充足时由风力涡轮机驱动，而当风力不足时当压缩空气时由装置驱动。
[0114]在一些实施例中，如本文描述的装置包括空气可以在其中被压缩的上游压力容器和下游压力容器。上游压力容器和下游压力容器中的每一个至少部分地填充液体并且有时填充空气。在下游压力容器中用于空气的最大可用体积小于在上游压力容器中用于空气的最大可用体积。上游压力容器联接到上游致动器上，而下游压力容器联接到下游致动器上。上游致动器和下游致动器中的每一个移动在对应的压力容器的内部体积中的液体，以交替地增大和减小在对应的压力容器中用于空气的可用体积。导管在上游压力容器与下游压力容器之间延伸，并且包括阀，该阀可以有选择地打开以提供在上游压力容器与下游压力容器之间的流体连通。空气的压缩始于阀打开以提供在上游压力容器与下游压力容器之间的流体连通。在压缩的起点，在上游压力容器中用于空气的可用体积为最大值，而在下游压力容器中用于空气的可用体积为最小值。上游致动器随后移动在上游压力容器中的液体以压缩在上游压力容器中用于空气的可用体积中的、导管中的、以及在下游压力容器中用于空气的可用体积中的空气。同时，下游致动器移动在下游压力容器中的液体以增大在下游压力容器中可用于空气的体积。当在上游压力容器中可用于空气的体积的减小量大于在下游压力容器中可用于空气的体积的增大量时，空气在上游压力容器中的可用于空气的体积、导管、和在下游压力容器中的可用于空气的体积中的每一个中被压缩。
[0115]尽管以上已经描述了本发明的各种实施例，但是应当理解的是，它们已经仅作为示例而非限制性地提出。尽管上述方法及步骤指示以特定的顺序发生的特定事件，但是从本公开受益的本领域的技术人员将认识到特定步骤的顺序可以被改变并且这些改变是符合本发明的变型。另外，当可能时，某些步骤可以以并联过程同时执行，以及如上述按序地执行。已经具体示出和描述了多个实施例，但是应当理解的是，可以进行各种形式和细节上的变化。
[0116]例如，尽管各种实施例已经描述为具有特定的特征和/或部件的组合，但是具有来自本文描述的实施例中的任一个的任意特征和/或部件的任意组合或子组合的其他实施例是可能的。不同部件的特定构型也能够改变。例如，不同部件的尺寸和具体形状能够不同于所示的实施例，同时仍然提供如本文描述的功能。
[0117]压缩机/膨胀机单元可以在项目中模块化布置，并且它们可以布置在建筑物的外部或内部。在建筑物中，它们可以布置为具有中央通道的构型，其中多个单元在通道的任一侧上彼此相邻。压缩机/膨胀机单元可以与如下中的一些或全部彼此互连:电、水、液压流体、空气、润滑油、热水、冷水、和其他公共服务。可以设有用于压缩机/膨胀机的热水和/ 或冷水的分离的存储器和/或源。
【主权项】
1.一种系统，包括: 压力容器，所述压力容器限定有内部区域，在所述内部区域中容纳液体和气体中的至少一种； 致动器，所述致动器联接到所述内部区域并且与所述内部区域流体连通，所述致动器具有第一操作模式，在所述第一操作模式中，所述致动器将所述液体引入所述内部区域内，以压缩所述气体并且将所述压缩气体从所述内部区域排放，所述致动器具有第二操作模式，在所述第二操作模式中，在所述内部区域中接收压缩气体以将所述液体从所述内部区域移位到所述致动器内；以及 热传递装置，所述热传递装置设置在所述压力容器内，并且构造为当所述致动器在所述第一模式中操作时将热能传递离开所述气体，并且当所述致动器在所述第二模式中操作时将热能传递到所述气体。2.如权利要求1所述的系统，其中，所述热传递装置构造为当所述致动器在所述第一模式中操作时将热能从所述气体传递到所述液体，并且当所述致动器在所述第二模式中操作时将热能从所述液体传递到所述气体。3.如权利要求1所述的系统，其中，所述致动器构造为当在所述第二模式中操作时驱动发电机以产生电力。4.如权利要求1所述的系统，还包括: 联接到所述压力容器上的存储结构，所述存储结构构造为当在所述第一模式中操作时接收和容纳从所述内部区域排放的压缩气体。5.如权利要求1所述的系统，其中，所述压力容器是第一压力容器，而所述内部区域是第一内部区域，所述系统还包括: 第二压力容器，所述第二压力容器限定有第二内部区域，在所述第二内部区域中能够容纳液体和气体中的至少一种； 所述致动器能够联接到所述第二内部区域并且与所述第二内部区域流体连通，所述致动器、所述第一内部区域和所述第二内部区域共同容纳所述液体的体积，所述致动器构造为当在所述第一模式中操作时将所述液体的体积从所述第二内部区域移动到所述第一内部区域以压缩所述气体，并且将压缩气体排放出所述第一内部区域，并且同时将气体吸入所述第二内部区域内。6.如权利要求5所述的系统，其中，所述第一操作模式是第一压缩模式，并且其中所述致动器还构造为当在第二压缩模式中操作时将所述液体的体积从所述第一内部区域移动到所述第二内部区域以压缩所述气体，并且将压缩气体排放出所述第二内部区域，并且同时将气体吸入所述第一内部区域内。7.如权利要求1所述的系统，其中，所述热传递装置包括定位在所述压力容器内部以将所述内部区域分成多个子区域的多个分隔器，每个所述分隔器构造为当液体移动到所述内部区域内时容纳气体。8.如权利要求7所述的系统，还包括: 设置在所述多个分隔器中的至少一个上的湍流器。9.如权利要求7所述的系统，还包括: 设置在所述多个分隔器中的至少一个上的传热翅片。10.如权利要求1所述的系统，其中，所述热传递装置是第一热传递装置，并且还包括第二热传递装置，所述第二热传递装置构造为在容纳在所述内部区域中的所述液体或所述气体中的至少一种与所述压力容器的外部环境之间传递热能。11.一种系统，包括: 压力容器，所述压力容器限定有内部区域，在所述内部区域中容纳液体和气体中的至少一种； 致动器，所述致动器联接到所述内部区域并且与所述内部区域流体连通，所述致动器构造为当压缩气体接收在所述内部区域中时将存储在所述压缩气体中的势能的至少一部分转变成动能以将所述液体从所述内部区域移位到所述致动器内；以及 热传递装置，所述热传递装置设置在所述压力容器内，并且构造为在所述气体与所述液体之间传递热能。12.如权利要求11所述的系统，其中，所述致动器构造为当压缩气体接收在所述内部区域中以将所述液体从所述内部区域移位到所述致动器内时驱动发电机以产生电力。13.如权利要求11所述的系统，其中，所述热传递装置包括定位在所述第一压力容器内部以将所述内部区域分成多个子区域的多个分隔器，每个所述分隔器构造为当压缩气体接收在所述内部区域中时容纳气体。14.如权利要求11所述的系统，其中，所述热传递装置是第一热传递装置，并且还包括第二热传递装置，所述第二热传递装置构造为在容纳在所述内部区域中的所述液体或所述气体中的至少一种与所述压力容器的外部环境之间传递热能。15.—种系统，包括: 第一压力容器，所述第一压力容器限定有第一内部区域，在所述第一内部区域中能够容纳液体和气体中的至少一种； 第二压力容器，所述第二压力容器限定有第二内部区域，在所述第二内部区域中能够容纳液体和气体中的至少一种； 致动器，所述致动器联接到所述第一内部区域和所述第二内部区域并且与所述第一内部区域和所述第二内部区域流体连通，所述致动器、所述第一内部区域和所述第二内部区域共同容纳所述液体的体积，所述致动器构造为当在第一压缩模式中操作时将所述液体的体积从所述第二内部区域移动到所述第一内部区域以压缩所述气体，并将压缩气体排放出所述第一内部区域并且同时将气体吸入所述第二内部区域内，所述致动器构造为当在第二压缩模式中操作时将所述液体的体积从所述第一内部区域移动到所述第二内部区域以压缩所述气体，并将所述压缩气体排放出所述第二内部区域并且同时将气体吸入所述第一内部区域内； 第一热传递装置，所述第一热传递装置设置在所述第一内部区域内并且构造为当所述致动器在所述第一压缩模式中操作时将热能从所述气体传递到所述液体；以及 第二热传递装置，所述第二热传递装置设置在所述第二内部区域内并且构造为当所述致动器在所述第二压缩模式中操作时将热能从所述气体传递到所述液体。16.如权利要求15所述的系统，还包括: 存储结构，所述存储结构联接到所述第一压力容器和所述第二压力容器并且与所述第一压力容器和所述第二压力容器流体连通，所述存储结构构造为接收和容纳从所述第一压力容器和所述第二压力容器排放的压缩气体。17.如权利要求15所述的系统，其中，所述第一热传递装置和所述第二热传递装置中的一个包括多个分隔器以将所述内部区域分成多个子区