CN101023253A

CN101023253A - 具有形成在蓄水层中的地下蓄热器的空气压缩蓄热发电站

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Publication number: CN101023253A
Application number: CNA2005800146801A
Authority: CN
Inventors: 埃吉尔斯·斯波尔特
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-05-08
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2007-08-22
Also published as: EP1778958A1; LV13216B; WO2005108758A1; EA200602039A1; US20080034756A1

Abstract

所涉及的高温GAES被设计为在高功率电能系统中的稳定化元件以确保这些系统的质量、经济和可靠性能。它涉及蓄能设备，其中额外的电能被电驱动压缩器(4、6)转变为被积蓄在地下蓄热器(14)中的空气压缩热量和压力能量，并且如果需要的话，利用空气涡轮机(18、19)和涡轮发电机(21)将其回转为电能。所涉及的GAES(图1)的特征在于，其高温(至700℃)蓄热器(14)形成在垂直封闭的多孔含水地下收集层(收集器蓄水层)(15)中，收集器蓄水层为压缩空气存储空间同时确保与地下蓄热器(14)的操作的预定参数一致的空气压力、温度和湿度的稳定性。提供本发明的几个实施例，诸如：用于冷却形成在收集器蓄水层(15)中的压缩器热量的地下水积蓄器，摩擦热再生系统，高温类似热水瓶的压力导管，在强大的入口岩中的压力导管实施例的方法。GAES可形成在150－700米深的收集地层上，具有90％的效率系数以及很高的能量容量(在二十亿立方米的收集器蓄水层(砂、沙砾)－207GW.h)。

Description

具有形成在蓄水层中的地下蓄热器的空气压缩蓄热发电站

本发明的描述

根据国际专利分类(IPC)，本发明涉及分类号F02C6/14；F02C6/16。

本发明涉及具有形成在蓄水层(GAES)(即，GAES)中的地下蓄热器的空气压缩蓄热发电站并且被设计成在大功率发电系统中的稳定元件以确保这些系统的高质量运行、它们的经济性和安全性。

大功率发电系统中的GAES的一个主要任务是通过积累在最少的夜晚消耗时间中便宜剩余电能以及在峰值时间中将其返回到能量系统中来使得每天消耗不规则计划平衡。

满足该任务，GAES确保核电站(APP)和热电站(TPP)的操作，在顶部最佳状态下产生基本能力。

因此GAES与NPP一起工作确保：

-NPP的有效功率增加大约1.3倍；

-由于无需利用NPP能力操控，因此NPP的安全性较高，并且NPP以最佳操作状态工作；

-确保核燃料更充分地“燃烧”；

-减小所产生的电能的生产成本，延长设备的使用寿命等；

上述也用于TPP。

在电能的自由市场中，GAES可作为在夜晚和其他情况下最少消耗时间中购买便宜剩余能量并且在峰值时间以较高的价格出售其以及提供其他服务的独立元件。

GAES是为100MW以及更大的功率设计的，能量容量为500MW-h或者更大。

GAES涉及电能积蓄设备，其中利用电驱动空气压缩机(即，压缩机)使得电能被转变为空气压缩热量和在最少消耗时间和其他情况中被积蓄的压缩空气压力潜能，并且如果需要的话(在峰值时间和其他情况)，利用空气涡轮机和涡轮式发电机将其变回电能。

这样一种能量积蓄方法在专利DE 2939631、US4403477、WO9601942、JP1110779、JP63208627中被描述，其中提出利用储气器-人工形成在致密岩石中的天然(穴、洞等)或者地下存储空间-作为工作介质的积蓄器-压缩器的末段或者末体的压缩空气和空气压缩热量。

应该清楚的是，这样的储气器的体积是有限的，因此它限制了基于这样的储气器设计的空气蓄能站的能量容量(MW-h)以及有条件地限制其功率。这样的储气器的缺点是，当它们还同时用作蓄热器时，被加热的空气直接接触储气器的外致密壁所造成的热损失较高，储气器的外致密壁是良好的热导体。热损失直接影响空气积蓄发电站的效率系数(即，CE)。

本发明与上述类似的专利的不同之处在于，为了增大GAES的能量容量和功率以及提高其CE，压缩器的末段或者末体的空气压缩热量被转移到地下蓄热器(即，UHA)中，地下蓄热器形成在垂直封闭的多孔地下含水收集器地层(即，蓄水层、收集器蓄水层)并且同时是压缩空气存储器。这样的蓄水层广阔分布，并且这能够使GAES靠近主要消费者(大城市、工业中心)建造或者发电，这是GAES优于蓄水发电站的一个大的优点。

本发明所涉及的GAES可基于深度在150至700米的收集器蓄水层建造。所述的GAES的实施例取决于蓄水层的深度以及其(内)压力，其(内)压力决定GAES的操作压力以及压缩器和空气涡轮机的实施例。对于其操作压力(即，蓄水层的深度)，GAES可被分成两组：

GAES形成在深度达到400米的收集器蓄水层，在没有空气交叉冷却的情况下操作，压缩器工作介质是空气(即，WMA)，将来自于压缩器末体的所有空气压缩热量转移到UHA中(如果损失被忽略)；

GAES形成在深度大于400米的收集器蓄水层，在WMA交叉冷却的情况下操作，交叉冷却热量的积蓄或者从冷却系统去除，在涡轮机循环中积蓄的热量的再生；WMA压缩热量的一部分从压缩机末段转移到UHA。

本发明的目的不是压缩机或者涡轮机的实施，因此所述GAES的实施在其最简单的实施例中被描述，当在没有WMA交叉冷却的情况下将空气压缩热量从压缩机末体直接转移到UHA中时。

确定压缩机实施的主要标准是不能高于多孔岩或者UHA的其主要成分的熔化温度的其最大允许压缩空气温度以及今天建造的机器(汽轮机等)所达到的材料的耐热的工程标准以确保压缩机和涡轮机的持久性能(200-300千小时或者更多)。今天压缩空气温度的这样一个限制为650-700℃的温度。实施中建立的多孔岩的熔化温度满足这些要求。

应该清楚的是，如果GAES是为具有较高的压力的较深蓄水层的使用收集器设计的，空气压缩温度将比允许的最大(650-700℃)的高并且压缩器是利用公知的交叉冷却热量积蓄和再生的方式以多段的形式实施。当GAES以WMA交叉冷却、交叉冷却热量积蓄和再生的方式操作时，当蓄热器形成在地下蓄水层中时我们仅讨论WMA交叉冷却热量积蓄型式。同时，应该注意的是，当空气压缩热直接从压缩机的末体转移到UHA中时，不利用交叉冷却的压缩机实施例是所述GAES的最简单的并且最经济的实施例。这样一种GAES可以其最简单的实施形式建造在收集器蓄水层上，并且压力达到3.2Mpa。

处于以下考虑，我们为所述的GAES实施例选择300MW的能量块：

具有足够的功率以根据其功率值保证每一个能量块的高技术和经济指标；

同时他具有足够的移动功率以使得GAES的分离能量块的发动和停止特征与高功率电能系统的每日不平均的消耗计划对应。

GAES可包括一个或者几个这样的能量块。

GAES操作由下列附图表示：

图1-GAES的框图；

图2-GAES的点型压力导管的结构；

图3-GAES的轴型压力导管的结构；

图4-GAES的点型压力导管的地下入口的结构及其构造方法；

图5-GAES的操作计划；

图6-压缩器和涡轮机单元的操作计划；

图7-UHA的操作图。

本GAES(图1)包括输入输出变压器1，输入输出变压器1根据压缩器块2的电动马达3的供给电压降低外部电能系统的高压网络的电压。电动马达3驱动轴向低压透平压缩机4并且通过倍增器5驱动中等压力离心透平压缩机6。利用倍增器5使得电动马达3的3000转/分钟的转数增大到驱动离心透平压缩机6所需的8000-9000转/分钟。压缩器4和6以及倍增器5以确保压缩器4和6和倍增器5的同时高隔音的异型垫的形式被封闭在隔热壳7中。空气通过空气过滤器8沿着空气导管9从大气输送到压缩器4中。在直接压缩器循环中，WMA沿着主空气导管10通过阀11(阀12关闭)从压缩器6的出口输送并且沿着收集器蓄水层(即压力导管)中的压力导管13输送到形成在蓄水层15中的地下蓄热器(即UHA)中。

图1有条件地示出了UHA14形成在圆屋顶形收集器蓄水层15中。这样一种UHA14类似物也可形成在水平或者略微倾斜的蓄水层中。

在逆涡轮机循环中，WMA沿着压力导管13和主空气导管10通过阀11(阀12关闭)从UHA14输送，并且通过空气净化单元16被输送到包括中等压力空气涡轮机18、低压空气涡轮机19、倍增器20和涡轮式发电机21的涡轮机块17。排出的空气从涡轮机19通过消音器22排出到大气中。倍增器20的任务是使得向心空气涡轮机18的8000-9000转/分钟与涡轮式发电机21的3000转/分钟匹配。

与压缩机块的情况类似，涡轮机18和19以及倍增器20被封闭在隔热壳7中。

由于GAES用作高功率电能系统中的稳定化因素，因此它必须保证压缩器和涡轮机块2和17的高机动性，即，压缩器块2必须在任何时刻确保系统的剩余电能在UHA14中的接收、转换和积蓄；并且因此涡轮机块17必须在存储在UHA14中的能量损耗的情况下覆盖系统中的电能的任何亏损。由于WMA的高温(650-700℃)和相关的热膨胀以及压缩机和涡轮机结构中的热张力的出现，因此确保压缩器和涡轮机块2和17的高机动性是有问题的。为了达到高机动性，压缩机和涡轮机被分成两个主体，将在高温范围内工作的压缩器和涡轮机的中等压力主体分离，因此，与如果这些主体在轴向实施的情况不同，将这些主体转变为具有下列优点的中等压力离心透平压缩器6和中等压力向心透平压缩器18：

很小的轴向尺寸；

在定子体和涡轮之间提供附加的迷宫汽封，能够使得离心压缩器6和向心空气涡轮机18在涡轮和定子之间具有很大的轴向间隙，确保在整个温度范围内确保它们的自由操作；

在涡轮和扩散器或者喷射装置之间的径向间隙没有限制并且不确定操作操作机动性。

有意义的是，以两流实施方式使得压缩器6和涡轮机18具有公共两侧涡轮。低压压缩器4和涡轮19的工作温度的最大范围不超过300℃，并且从温度变化的观点出发，它们的轴向实施确保足够的机动性。

如果无需高的机动性，压缩机6和涡轮机18必须明确地轴向实施。

为了避免热膨胀的轴向总和，有意义的是，将低压单元4和19和中等压力单元6和18放置在电动马达3和涡轮发电机21的两侧上。

如果利用压缩机的交叉冷却、涡轮机循环期间交叉冷却热量的积聚和再生操作GAES，那么伴随交叉冷却蓄热器的设计而出现的问题使得这样的系统是几乎不可能实现的。为了通过涡轮机的交叉热交换在空气涡轮机中提供热量再生的形式(冷却液体-WMA)，必须实现蓄热器的工作温度至少为250℃。考虑到蓄热器的所需能量以及因此而导致的其大体积这是有问题的，这排除了使用水作为热载体的可能性，因为在压力下使用水实际上排除在所述体积以外。

提供了利用压缩机交叉冷却热量积聚和再生系统操作的这样一种GAES，它们装有在地下含水蓄水层(层)中形成的压缩机交叉冷却热量地下蓄热器。主含水蓄水层15可用作其中形成有UHA14的蓄水层，或者蓄水层的上层(如果有的话)。如果存在多部分压缩机冷却的话，那么每个部分必须有其自己的地下水蓄热器。设在蓄水层中的水蓄热器能够使用热载体相应压力下的水；由于不需要具有耐热油的容器，因此能够提供较为简单的结构；由于在蓄水层中形成的所述水蓄热器的热量损失非常小，因此显著增加蓄热器的CE因而增加GAES的CE；增加无需具有加热的高温油的大容器的GAES安全性。

蓄水层中的水或多或少被矿化，这可在压缩机或涡轮机交叉热交换器，即WMA-所含的水上形成含盐沉积物。因此目的是使用辅助热交换器，即WMA-热载体液体，其冷却或加热WMA管道中的相应压缩机或涡轮机热交换器。适当压力下的蒸馏水或耐热油等可用作热载体流体，从而保护昂贵的热载体液体免受沉积物的损害。这些辅助热交换器可具有平行储备连接，确保在另一个交换器处于修理(清洁)时一个交换器操作。

本发明的一个目的是使用设在蓄水层中的用于GAES中压缩机交叉冷却积聚的水蓄热器。如果GAES由几个能量块构成的话，形成在蓄水层中的地下水蓄热器可为这些能量块共用的。

如果使用压缩机内部冷却和涡轮机内部加热系统的话，那么上述压缩机和涡轮机交叉冷却和加热是有效的。

为了提高GAES的CE，压缩机和涡轮块2和17装有轴承和齿轮摩擦能量损耗的积聚和再生系统。该系统的目的是通过涡轮块2将能量损耗积聚和再生为电能，所述能量损耗相当于电动马达3、压缩机4和6、涡轮机18和19、涡轮发电机21和倍增器5和20的轴承和齿轮的机械摩擦产生的热量。同时，通过该系统，热能损耗也可部分地积聚和再生，由于热量通过压缩机4和6、涡轮机18和19的转子端的流出会出现这种情况。上述摩擦能量损耗通过热油从电动马达3、压缩机4和6、涡轮机18和19和涡轮发电机21转移到油冷却器23。以相同的方式，摩擦能量损耗从倍增器5和20转移到装有热交换油热载体形式的油冷却器24。水和相应粘性及沸点的其他液体可用作液体热载体。图1没有示出压缩机和涡轮块2和17的完全滑油系统，仅示出了这些系统的冷却器23和24。

与机械摩擦能量损耗相当的热的热载体液体的所述热量借助于循环泵25被输送并积聚在蓄热器26中，其为适当体积和热绝缘壳体的容器7。蓄热器26在变温模式下操作。

在涡轮机循环期间储存在蓄热器26中的热能通过循环泵25被传送到用于加热涡轮机19的各个阶段的低压空气涡轮机19的内部加热系统28中，并且通过这些阶段，流动的WMA，通过涡轮发电机21将涡轮机19中的热载体液体的热能转变为等量机械能，反之亦然-转变回电能。

应该注意的是，涡轮块17中的机械摩擦能量损耗没有积聚而只是流过蓄热器26。由于只有压缩机块2的机械摩擦热能积聚，因此这种情况将蓄热器26的体积减小一半。

涡轮机19中的内部加热系统是以这种方式形成的，即，它确保了热载体液体在涡轮机和喷射装置的各个阶段定子壳体中的循环。如果设在空气涡轮机19中的内部加热系统28不能“获取”所有积聚热量的话，那么其目的就是将相应阶段之间的涡轮机19分成为两个独立主体以及加热布置于这些主体之间的热交换器液体中的WMA。

为了实现用于摩擦能量损耗的积聚和再生的上述系统，高质量、耐热总和涡轮机和齿轮减速器油应用在压缩机和涡轮块2和17的润滑系统中。蓄热器26可形成在蓄水层15中并且共用于几个能量块。

机械摩擦能量损耗的积聚和再生系统的使用可增加约3.5％的GAES的CE，该系统在GAES中的使用是本发明的一个目的。

由于以下原因，压力导管13的传统设计不适于加热至600-700℃的空气的传送：

-由于压力导管13(650-700℃)和周围岩29(15-20℃)之间的高温度差以及确保压力导管13在周围岩29中的压力导管的紧固和紧固的非渗透性被破坏的水泥块30的温度循环变化(24小时至少两次)。

-由于可能导致大的热损失而对GAES的CE产生不利影响的大的温度差。

为了防止常规压力导管的这些缺陷，提供压力导管13的一种设计(图2)，它是本发明的一个目的。压力导管13(图2)包括利用水泥块30粘结在周围岩29中的壳管31。壳管31具有吹管32，WMA通过吹管32被供给到UHA14中(从中排出)。所提供的压力导管13(图2)与已知的不同点在于，它形成为确保在壳管31和吹管32之间的空间中的真空的热水瓶状；壳管31的内表面和吹管32的外表面设有质量满足热水瓶要求的涂层；温度补偿器33设置在壳管31和吹管32之间。温度补偿器33的目的是补偿在壳管31和吹管32之间的轴向热膨胀差。利用真空泵34保证在壳管31和吹管32之间的空间中的真空。

压力导管13的入口的一个可能实施例如附图标记A所示(图2)。为了确保所需的强度，在壳管31和吹管32之间使用楔35。它们被焊接在吹管32和壳管31的端部的纵向沟槽中。楔35的数量和长度由强度计算来确定。楔35的焊点被盖36覆盖，确保在壳管31和吹管32之间的出口端的非渗透性。利用焊接的方法使得壳管31和吹管32同时安装在井中。

采用热水瓶的压力导管13的实施例基本上防止了在压力导管13中的所有损失。使得壳管31的温度与周围岩29的温度保持相等，确保压力导管13在周围岩29中的稳定和安全的紧固，以及粘结点的非渗透性。

如果UHA以适度的岩粘结(粘结良好的砂石、石灰石、白云石等)形成在足够集成和厚的收集器蓄水层15中，压力导管可具有带中心热水瓶类型的压力导管的轴的形式和形成在收集器蓄水层15(图3)中的水平沟道37。在GAES中的压力导管(图3)的这样一个轴实施例是本发明的另一个目的。压力导管13(图3)包括直径较大(3-5米)的壳管31和具有相应直径的吹管32。利用标准技术和借助于水泥块30，壳管31被分离地粘结在周围岩29中，在工作区域38形成并且适当地固定在收集器蓄水层15中后，利用液压驱动机器人或者其他采矿方法在所述工作区域38中形成水平沟道37。沟道的直径和长度取决于所用方法的技术可行性。

在完成上述操作后，利用标准技术使得吹管32被安装在壳管31中并且利用其法兰39使得吹管32被支撑在壳管31上。利用焊接完成所有连接。温度补偿器33被放置在压力导管13的入口端处。如在图2中所示的压力导管13的情况，壳管31的内表面和吹管32的外表面应该被修整以满足热水瓶的要求。利用真空泵34提供在壳管31和吹管32之间的空间中的真空。

图2中所示的压力导管13被看作点型压力导管，这是由于与UHA14的体积不同，出口接触表面的体积相当小。

图3中所示的压力导管13被看作体积型压力导管，这是由于出口沟道37的体积与UHA14的体积相当。

压力导管的选择是由蓄水层15的地理结构确定的。点型压力导管13(图2)用于当收集器蓄水层15由松软沉积岩形成并且具有高的孔隙率和渗透性，诸如砂、沙砾、砂和沙砾的混合物、松软砂石等的情况。

轴型压力导管13(图3)由于其具有相当大的解除表面而最好用于具有低的孔隙率和渗透性的收集器蓄水层15中，诸如粘结良好的砂石、石灰石、白云石等，其中可利用采矿的方法形成水平沟道37。在这样的收集器蓄水层15的地层上，GAES可仅利用轴型压力导管13(图3)构建。

如果使用点型压力导管13(图2)，那么GAES工程可容易地实现，如果操作压力导管的数量不大于30-40。通常用于地下气体存储器(即，UGS)中的点型压力导管的地下入口构造不符合这些要求，这是由于它们的渗透性低。在已知UGS结构中的低压导管的入口通过量涉及岩中的压力导管入口的小接触表面并且由于在气体从储存器中消耗的过程中压力导管中的高压下降可能导致岩移动。为了防止常规点型压力导管入口的设计缺陷(低渗透性、岩移动)，提供点型压力导管13的入口结构以及其实施方法(图4)，这是本发明的一个目的。

点型压力导管的所涉及的入口结构是利用下列方法实现的(图4)。

空气从移动压缩器40和空气加热单元41被输送到热水瓶点型压力导管13的粘结和真空吹管32，空气具有下列参数：

在收集器蓄水层15中的入口端处的最大可允许空气压力取决于上岩的总压力；

最大可允许的空气温度取决于压力导管13的结构、收集器蓄水层15的岩熔化温度和所施加的岩硬化液体的沸腾温度。

液体(在给定温度下)用作在700℃温度下在热空气中硬化或者烧掉并且利用硬化(烧掉)保证砂和沙砾在硬化后不溶于水的良好的粘结(粘接)度的岩硬化剂。许多有机和无机物质符合这些要求；当然，岩硬化剂应该广泛使用并且价廉。其中一种用于岩硬化的这样液体可是废油。

岩硬化剂在高压釜42中被加热到上述温度并且在超过吹管32中的压缩机40的空气压力的压力下，阀43关闭。

热空气从收集器蓄水层15流过吹管32的入口端的横向孔和其开口端。通过检查被泵送到收集器蓄水层15中的空气量，收集器蓄水层15中水被压回到空气-水前态44；温度略小于被泵送的空气温度的岩温度等温线设为状态T1。在该状态下，通过打开阀43使得一定量加压的加热岩硬化液体从高压釜42被快速引入到吹管32中；该液体从吹管32被压到加热的收集器蓄水层15中。

当热空气的泵送持续时，达到这样一个状态，其中收集器蓄水层15中的空气液压阻力基本上等于在引入岩硬化剂之前的收集器蓄水层15的空气液压阻力。在这种情况下，岩硬化剂将占据收集器蓄水层15中的由轮廓线45限定的一个区域。持续泵送空气，利用空气加热单元41使其被加热到至700℃，并且岩硬化剂的硬化或者烧掉(对于油)发生。如果在这样一个循环中没有达到足够的岩粘结度，那么重复这些循环。所需的循环的数量由测试台实验确定。

如果岩硬化剂在由轮廓线45限定的区域中硬化，那么在压力导管13的入口周围形成具有高透气性的良好粘结的疏松收集器蓄水层15。在硬化剂变硬后，吹管32中的压力慢慢减小，并且它被收集器蓄水层15的水淹没。

吹管32的入口空气液压阻力取决于压力导管入口和岩的接触面积；远离入口的总空气液压阻力与距离的平方成反比。为了增大压力导管入口的接触面积-利用常用的采矿技术在岩中形成WMA入口空间(利用可膨胀的凿头或者利用水力检查计利用高压水流冲刷)，该空间被轮廓线46限定。在收集器蓄水层15中的压力导管13的这样的点型入口端具有较大的压力导管入口与岩的接触面积，因此增大压力导管入口的通过量。同时这样一种压力导管13的端部确保在涡轮机循环中在良好粘结的疏松岩层中的高空气过滤。

基于前面选择的示例描述所述GAES的操作当相关的GAES的功率为300MW时。作为WMA的测量单元，我们利用下列初始参数(即，大气参数)接受质量为1千克的空气，但空气过滤器8的液压阻力没有被考虑：

温度Ta＝276K；

压力Pa＝0.1Mpa；

质量为1千克的空气的体积Va＝0.7921立方米/千克；

质量为1千克的空气的焓Ha＝276KJ/kg；

空气的相对平均湿度a＝95％。

大气空气温度和相对平均湿度设为北欧年夜间平均指标，这是因为压缩器块2基本上在夜晚条件下工作。

在热力学过程方面，GAES是加强的热力学系统，即，其热力学性能不取决于系统的质量。该假设可使得我们考虑1千克质量的操作下的GAES过程。

GAES过程(图5)包括三个主要循环：

能量转换压缩器循环Ck；

UHA14中积蓄的能量的存储循环-Ca；

能量转换涡轮机循环-Ct。

辅助循环被认为是压缩器4和6、气体涡轮机18和19的预备循环Cks和Cts。

除了机动性以外，GAES操作的一个主要指标是其CEηGAES。

ηGAES＝Eoutput/Einput

其中Eoutput是在有限的持续时间内(一个月、一年)的变压器1的输出下的GAES释放的能量总和，Einput是在UHA14能量状态(p14、T14)在参考时间的开始和结束时是相同的情况下在相同时间内消耗的能量总和。

GAES的CE包括四个不同的因素：

ηGAES＝ηck·ηca·ηct·ηcz (1)

其中ηck-能量转换压缩器循环Ck的CE；

ηca-UHA14中积蓄的能量的存储循环Ca的CE；

ηct-能量转换涡轮机循环Ct的CE；

ηcz-未测量的能量损失的CE。

图5示出了在如图6中所示的GAES的操作模式下的UHA14的循环Ck、Ca、Ct中的能量E的变化。如果在从11p.m.到6.30am.的夜晚最小消耗时间中循环Ck进行；在从7a.m.到10.00以及从6p.m.到11p.m.的早晨和夜晚最大消耗时间中循环Ct进行；但在从10a.m.到6p.m.的白天中基本循环Ca进行，那么这样一种GAES操作模式的计划将对应于在常规能量系统中的非常简单的功率条件下的变化。如果用功率表示的循环Ct的负载设为90％，那么在Ct循环中2.160GW.h的电能被输送到外部电能系统。当GAES的CE为ηGAES＝90.963％(见17页)时，在循环Ck中从外部电能系统消耗2.375GW.h的电能；当循环Ck的CEηck＝98.493％(见12页)时，在循环Ck中2.339GW.h的能量积蓄在UHA14中。考虑在循环Ck中积蓄的能量E(图5)，我们理解UHA14中的动能量的变化：

Ek＝E3-E1

我们称之为实际不能施加的缓冲能量的能量E1的量及其数值取决于UHA14操作的特定环境。在钱方面，缓冲能量E1的量可被分配到GAES建造的投资。

如果GAES被看作联合热力学系统，该系统以绝热模式操作，并且所有GAES元件应该被绝热安装。利用GAES元件4、6、10、16、18、19的绝热壳7、压力导管13的类似热水瓶的实施例和UHA操作的特定条件来保证绝热。绝热过程的条件是有效的，如果转移到涡轮机19的内部加热系统28中的摩擦热忽略。

在实施中，上述情况不保证热力学系统的完全绝热。充分绝热质量的标准(绝热的材料和厚度的选择)是根据银行信贷的利率和在最大消耗时间中的电能的高价格的技术性和经济性计算。

在WMA为真正两原子气体的情况下讨论压缩机4和6的操作，单独用于每一个压缩机的其绝热指标K的平均值是由在每一个压缩器的温度范围内的空气热力学性能表确定的。

在内部摩擦和其他因素的影响下，绝热模式操作的涡轮压缩机的多变指标n大于绝热指标k。

压缩机4被选为轴向9段涡轮压缩机，在压力下的平均压缩指数ε4＝1.26。压缩机4的输出压力：

pb＝pa·ε4⁹ pb＝0.80045Mpa

多变过程的空气压缩指数n4由下列表达式的近似方法确定

n4/(n4-1)＝kaverage/(kaverage-1)·η4pol

如果kaverage＝1.3925并且多变工作涡轮压缩机的CEηpol＝0.9

n4＝1.456

在这些条件下，压缩后的温度

Tb＝Ta(ph/pa)[n4/(n4-1)]

Tb＝276(0.80045/0.1)[1.456/(1.456-1)] Tb＝529K(256℃)

如果离心涡轮压缩器6以具有一个两向工作轮的单体实施并且压力下的压缩指数ε6＝4.5，那么

Pc＝3.602Mpa

如同压缩机4，得到压缩机6的空气压缩温度Tc；如果离心涡轮压缩机的多变操作的CEηpol＝085并且n6＝1.461，那么

Tc＝850K(577℃)

如果不考虑损失，从电动马达3输送到压缩机4和6的功为消耗以提高WMA的焓。WMA的焓增量Δhc-a为传递的功的测量值。

GAES以滑动压力模式工作。滑动压力的工作间隔被确定为考虑收集器蓄水层15的地理成分、UHA14的结构原理、压力导管13的类型和数量等的复杂技术和经济计算的结果。

对于我们的示例，有条件地假设GAES的滑动压力模式构成压缩机6的最大工作压力的10％(3.602MPa)。在这种情况下，GAES的滑动压力工作间隔从3.242变为3.602Mpa。平均压力pc＝3.442Mpa被设为计算GAES时的额定工作压力。

在前面示例中在压力pc＝3.442Mpa下空气压缩温度被确定为

Tc＝843K(570℃)

在压力pc＝3.442Mpa和温度Tc＝843K时，WMA焓hc＝871kJ/kg。

对于1kg的WMA的压缩从初始参数(Pa＝0.1Mpa，Ta＝276K)到额定滑动压力参数(pc＝3.442Mpa，Tc＝843K)的压缩机4和6的理论功Lc-a构成：

Lc-a＝Δhc-a＝871-276＝595kJ/kg

压缩机4和6压缩后的WMA温度Tc和它们的理论功Lc-a取决于环境的温度Ta。

压缩机4和6在压缩后的最大WMA温度Tcmax和最大理论功L(ca)max为压缩机6的最大夜晚温度Ta＝303K(30℃)和最大工作压力Pcmax＝3.602Mpa。

Tcmax＝933K(660℃)L(ca)max＝669kJ/kg

因此，最小温度Tcmin和最小功L(ca)min为压缩机6的最小夜晚温度Ta＝233K(-40℃)和最小工作压力Pcmin＝3.242Mpa。

在我们的示例中，压缩机6的最大工作温度Tcmax＝933K(660℃)满足现代机器建造标准规定的压缩机的工作温度不超过650-700℃，并且它应该低于收集层14的疏松岩(这里为砂和沙砾的混合物)的最小熔化温度(1710℃)。

当绝热壳7具有高质量时，压缩器4和6的WMA焓损失基本包括通过压缩机4和6的转子轴端的出口迷宫汽封(三片)的空气量泄漏。我们假设在端部出口迷宫的压力Pb＝0.80045MPa下，泄漏不超过压缩机功率的0.1％。我们估计通过绝热壳7的热损失和声音损失共为0.05％。利用摩擦能量损失的再生系统使得在压缩机4和6的轴承中的机械摩擦能量损失被积蓄和再生，并且它们不影响压缩机4和6的EC。

在上述条件下，压缩机4和6的EC被估算为

η_4.6＝99.85％

能量转换压缩机循环C_k的EC为：

η_ck＝η₁·η₃·η_4，6·η₅·η₈·η₁₀·η₁₃

其中η₁-变压器1的输入输出负载的EC，η₁＝99.92％

η₃-具有机械摩擦损失的再生系统的电动马达3的EC η₃＝98.90％

η₅-具有机械摩擦损失的再生系统的倍增器5的EC η₅＝99.985％

η₈-在Δp8＝300MPa时的空气过滤器8的EC η₈＝99.953％

η₁₀-主要管线10的EC η₁₀＝99.940％

η₁₃-压力导管13的EC η₁₃＝99.940％。

那么η_ck＝98.493％。

在循环C_k中分别区分损失UHA不是有利的，在24小时的时间考察它们是有意义的。

在循环C_k中，压缩机块2应该将1.4152×10⁷千克的WMA泵入UHA14中，压缩机块2在95％的负载因子下的功率应该为524.146千克/秒。

在涡轮压缩机的轴承中的机械能损失到达1-2％，取决于涡轮压缩机的功率。我们假设此时这些损失达到1.05％，这是由于从压缩机4和6的转子轴的端部泄漏的热量也应该被加到这些损失中。电动马达3的机械摩擦能量损失假设为电动马达3的额定功率的0.13％。我们假设倍增器5的机械摩擦能量损失为所输送的功率的1％，因此构成了额定功率的0.56％。相当于被蓄热器26积蓄的机械摩擦能量损失的总热能量达到压缩机块2的额定功率的1.74％，或者在循环C_k中146.49GJ的热能应该被积蓄。

压缩机块2的起动计划应该设有电动马达2和压缩机4和6的功率调节系统，能够利用外部电能系统的功率传递参数调节压缩机块2的功率。压缩机块2的最佳功率调节形式是调节压缩机4的输入空气流。为了确保压缩机和涡轮机块2和17的高机动性，提供辅助循环C_ks和C_ts以准备这些块的操作，其中分别利用小WMA流对压缩机4和6、涡轮机18和19加热以使得它们达到准备工作状态。为了以非操作模式防止压缩机块和涡轮机块2和17的转子的热变形的可能性，类似汽轮机，应该装有转子转动机构。

利用点式热水瓶压力导管在图7中有条件地处理UHA14的操作。对于GAES，在UHA14中的水-空气替换过程完全不同于在UGS中发生的。为了有质量地执行其功能，UHA14的压力、温度、空气和岩的湿度必须被调节。

压力调节的UHA14在该状态下在收集器蓄水层15中被观察，当压缩空气已经将水推到状态h_k。通过在循环C_k中将一定质量m_k的WMA泵入到UHA14中并且在循环C_k中消耗同样质量mt的WMA(m_k＝m_t)使得UHA14的循环操作在收集器蓄水层15中形成空气和水的两向移动，在UHA14中的水气体动态过程是周期性的。这些过程的周期性导致空气-水前部(即，前部)47的周期性振荡。通过在循环c_k中将质量为m_k的WMA泵入UHA14中，使得前部47被推动距离Δh，在循环c_t中从UHA14中消耗相同量的质量为m_t的WMA，前部47回到其以前状态m_t。当单位时间的循环次数(或者频率)增加并且以前的条件保持为m_k＝m_t＝常数，前部47的振荡幅度Δh将减小，并且以有限的频率，前部47的状态实际上未变，即，质量m_k的WMA在循环c_k中的积蓄和相同质量m_t在循环c_k中的返回在UHA14的实际上不变的体积中进行。在这种情况下，WMA积蓄过程是等体积的，即V14＝常数。

对于GAES，需要在前部47的振荡幅度Δh在24小时内以频率1循环并且积蓄质量m_k的WMA(这里，m_k＝1.4152×10⁷千克)被最小允许时需要找出前部的最小状态h_k。这样一种UHA14的状态在前部47的有限值hk下，我们将称之为UHA14的压力调节状态(体积)。UHA14的压力调节状态为多函数关系式，被确定为：

h_k＝f(mk，mt，Ψ，p14，T14，p15，T15，α，β)

其中Ψ-在UHA14的特定工作条件下的收集器蓄水层15的地理参数，诸如孔隙率、渗透性，压力传导等；

p14-UHA14中的WMA压力；

T14-UHA14的温度；

P15-收集器蓄水层15的压力；

T15-收集器蓄水层15的温度；

α-收集器蓄水层15的几何形状的指标；

β-GAES的工作模式指标，例如，如果GAES在早晨最大时间内操作。

在h高于h_k的最小值的UHA14的所有状态中，UHA14将处于一种压力调节状态，在h低于h_k的最小值的UHA14的状态下，UHA14将处于一种非压力调节状态。在非压力调节状态中，由于前部47的移动，UHA14的等温区域的淹没将发生，可能导致附加的热量损失，从而影响UHA14的EC。

UHA14的热能被积蓄在收集器蓄水层15的疏松岩中，这里它们为沉积的沙砾和砂，但热空气被积蓄在这些颗粒周围的空间中。如果对UHA进行压力、颗粒和岩的湿度调节，那么UHA14中的主要热能积蓄在实际干燥的收集器蓄水层15中进行，除了该岩的大部分处于过热状态以外，并且在这样一种状态下，该岩的耐热性很高。因此，我们可认为在UHA14中的传热实际上发生，仅由于空气质量传递(对流)。

在循环ck中移动通过收集器蓄水层15的疏松岩的加热空气接触岩的颗粒并且将一部分热能传递到它们，对其加热，并且同时冷却，减小体积。在这样一种方式中，可变温度的区域出现在UHA14中，其中心为压力导管13的入口并且落在UHA14的外壁上(顶部、覆盖前部的层)。图7中利用等温线表示该温度区域的状态。由于热流出由空气质量流出确定，等温线在空气质量移动的主要方向上延伸。在图7中，等温线在循环c_k开始时由实线表示但在循环c_k结束时由虚线表示。

如果在循环ck过程中热量从空气传到岩，那么在循环Ct中发生相反的过程-被存储在岩中的热量回到从UHA14周围移动的空气，并且朝向温度较高的压力导管13的中心区域温度较低，并且空气绝热，其体积增大。

如果UHA14压力调节，在m_k＝m_t＝常数的条件下，每一个独立循环的等温线相同。UHA14几个循环中达到温度调节。

从热力学的观点出发并且考虑在WMA在疏松岩中膨胀时发生的Joule-Thomson效应，在UHA14内的过程是等焓的。这意味着，由于空气在UHA14的疏松岩中移动和积蓄而出现的WMA焓保持为全热函数，如果由于它们在UHA14周围的岩中的泄漏而出现的热损失忽略。

当UHA14对压力和温度进行调节时，UHA14被看作处于对空气和岩石水分的调节状态；在这种状态下，借助空气和水的相，UHA14可以分为两个部分。

在由等温区t_kr包围的所有的UHA14的容积中(其中t_kr是在特定压力下的水的沸腾温度，在本示例中，t_kr≈230-235℃)，水处于未饱和蒸气的气态。在等温区t_kr的容积内，该容积占据UHA14绝大部分的容积，水和空气系统处于单相的气态，并且在该容积中，岩石处于干的过热状态，空气和水蒸气完全地(100％)置换收集蓄水层15中的水。在对空气和岩石水分调节的UHA14容积中，空气的水分取决于泵送到其中的空气的水分。

当空气在循环C_k过程中超出等温区t_kr的边界之后，该空气冷却下来，并且超出了等温区t_p的限制界限，其中空气借助水达到饱和状态，并且出现了水蒸气的部分冷凝。在等温区t_kr和t_p之间的容积中，UHA14处于两相状态-即水在收集蓄水层15的毛细管中保持液态，而空气和水蒸气处于气态。超出了等温区t_p的限制界限至UHA14的实际边界，该液态由形成在收集蓄水层15的毛细管中的水蒸气冷凝液补充，水蒸气冷凝液借助所谓的“水活塞”从而被推到UHA14的外周并且经由排水孔或前部47从UHA14中排出。这些“水活塞”的一部分在循环C_t过程中返回到等温区t_kr和t_p的容积中并且在其中蒸发。由于在循环C_k过程中借助“水活塞”排出的冷凝液的量大于在循环C_t过程中返回到冷凝液的量，因此在循环C_t过程中返回的空气的水分小于在循环C_k过程中泵送的空气的水分，这对于确保低压涡轮机19的出口级的可靠工作是非常重要的，(消除了下落腐蚀)。

由于超出等温区t_kr的界限的岩石具有的温度明显高于WMA的情况(15-20℃)，在UHA14的该部分中水-气体动态过程非常剧烈地进行，并且具有非常大的空气-水置换系数。这与以下事实相关，即，超出等温区t_kr的界限的水粘度显著地低于WMA的情况，并且在岩石毛细管中用作空气-水逐出过程中的反作用力的水表面张力液相应地降低。UHA14的在等温区t_kr和t_p之间的容积实际上是干的，收集蓄水层15的保留的水不超过3-4％。UHA14被认为是调节空气和岩石水分，这是由于在循环C_t过程中出口空气稍微比在循环C_k过程中泵送到UHA14中的空气更干。

由于在UHA14中发生的所述过程是等焓的，因此UHA14的EC受到与积聚在UHA14中的WMA质量流的焓的变化相关的所有因素的影响，在UHA14的示例中这些因素是从UHA14泄漏到周围岩石中的热能以及由于UHA14的顶覆盖物的层(间隙)的渗透性而导致的经UHA14的顶覆盖物的WMA质量流泄漏。研究从含水的地下收集地层的热泄漏的目的在于，使用所述地层作为在工作温度达到200℃的情况下的水蓄热器。在GAES的示例中当热损失在24小时内不超过在一循环中热量泵送量的0.5％，可获得对于所述收集地层中的温度的调节状态。这种有益的效果是借助隔离该收集地层的粘土层的高隔热性而实现的。作为在这种蓄热器的运行中的负力矩，应当注意：

-热水仍然处于与蓄水层的隔离地层的紧靠接触；

-由于在收集地层中的水移动而导致热水泄漏到周围岩石。

为了确保UHA14的高CE并且避免热空气与隔离蓄水层15的粘土层的紧靠接触，如果收集蓄水层15不超过200m的话，压力导管13的进入收集蓄水层15的入口插入到收集蓄水层15的一半厚度。在压力导管13的这种布置的情况下，避免了高温等温区与起隔离作用的粘土层之间的直接接触，这同时保护了这些层免受高温的有害影响(即，可能出现硬化和开裂等)。压力导管13在收集蓄水层15中的这种布置是本发明的目的。在压力导管13的这种布置的情况下，基本量的WMA焓积聚在等温区t_kr和t_p的容积内，其中岩石处于过热的且实际上干燥的状态并具有非常大的热阻，并且等温区之间的热泄漏是非常小的。作为正力矩，如果UHA14被调节压力，应当注意到在UHA14的隔离壁(顶、地面覆盖物、和前部47)处实际上没有空气移动。也不存在移动的水的热量的流出。

考虑到上述的力矩，可以确信在UHA14中真实的热量损失明显低于0.5％。对于因UHA14的渗透性导致的空气质量流泄漏的可能而言，在UGS的情况下可构想到标准的气体泄漏系数，在GAES情况下该气体泄漏系数是在一年循环中泵送进入UGS的有效气体量的1％，在24小时循环中其为0.003％。考虑到上述的力矩，我们假设在连续24小时的工作循环中UHA14的EC是：

η₁₄＝η_ca＝99.5％

当沉积岩(沙和砂砾的混合物)的空隙率是0.4时，在UHA14中WHA平均温度T_14vid＝550K，在UHA14中的平均压力P_14vid≈3.0Mpa，并且平均空气-水置换系数为90％，UHA14的容积在本示例中是

V₁₄≈2.083·10⁷m³

为了确保UHA14的高的EC，收集蓄水层15应当足够厚。在本示例中收集蓄水层15的最小厚度大约为25-30m。

如果GAES包括多个独立的能量模块，这些能量模块可具有共用的UHA14。在UHA14对于压力、温度和岩石水分的完全调节之后，实际上干的且适当净化的空气与从压力导管13的入口的工作空间轮廓46的壁上下落的沙和砂砾一起在循环Ct过程中沿压力导管13输送到涡轮机模块17。从压力导管13，WMA沿主空气管道10经阀12(阀11是关闭的)和空气净化单元16传输到涡轮机模块17。空气净化单元16的最合理的实施例是重力式过滤器，其中下落的沙和砂砾可以被阻挡。

涡轮机模块17的目的在于将WMA焓的能量逆转换，以及借助空气涡轮机18和19使得聚集在集热器26中的摩擦热能转变成机械能，并且借助涡轮发电机21转变成电能。

WMA压力在涡轮机18和19之间的分配、在轴向涡轮机19中的级数、以及涡轮机喷射装置的实施形式应当以这样的方式来选择，即，使得WMA膨胀过程的多样指数(polytrophic index)尽可能的高，也就是说，使得从涡轮机19排出的使用之后的WMA的温度是最低的，在涡轮机18的入口与涡轮机19的出口之间的WMA焓的差值最大，该差值是有涡轮机18和19所提供的机械功的测量值并且基本上确定了涡轮机18和19的CE。涡轮机18和19的最近似的模拟是NPP燃气涡轮机机组，其中气体(He，CO₂等)用作热量载体和工作介质。这些NPP燃气涡轮机的所获得的CE大约为94.5％。机械摩擦能量损失的再生系统的应用使得可将涡轮机18和19的CE提高大约1.05％，并且我们假定涡轮机18和19的总EC为η_18，19＝95.55％。

当在压缩机循环Ck的情况下，涡轮机循环Ct的CE是

η_ct＝η₁·η₁₀·η₁₃·η₁₆·η_18，19·η₂₀·η₂₁·η₂₂

其中：

η₁-输入-输出转换器的负载的CE，＝99.92％；

η₁₀-主管路10的CE，η₁₀＝99.94％；

η₁₃-压力导管13的CE，η₁₃＝99.94％；

η₁₆-空气净化单元16的CE，即，在重力塔中的热损失，η₁₆＝99.98％；

η₂₀-倍增器20与机械摩擦损失的再生系统的CE，η₂₀＝99.985％；

η₂₁-涡轮发电机21与机械摩擦损失的再生系统的CE，η₂₁＝99.90％；

η₂₂-噪音衰减器22在ΔP₂₂＝300Mpa时的CE，η₂₂＝99.953％；

这样，η_ct＝94.232％。

主要的没有计入的能量损失是：

-循环Cks和Cts的能量消耗；

-自动控制系统和照明的能量消耗；

-集热器26、压缩机的润滑系统、和涡轮机模块2和17的热损失，摩擦损失的再生系统的CE。

我们估计总的没有计入的能量损失是GAES的额定功率的1.5％。在这种情况下，没有计入的能量损失的CE为η_nz＝98.5％。

GAES的CE形成为(等式1)

H_GAES＝90.963％

在用于积聚大量电能(1000MW·h或更大)的化学蓄电器的现有发展水平上，唯一的可能性是水利蓄电发电设备(即HAPP)，其CE实现为65-75％，这取决于上和下蓄水的液面差。GAES作为HAPP的替代方案具有以下的优点：

-非常高的CE，大约高20％，这对于最大电能周转量的经济性是非常重要的；

-由于足够的收集蓄水层的分布，因此形成GAES的可能性明显大于HAPP的可能性，HAPP受到地形地貌的限制；

-GAES完全符合生态地收集电能。建设HAPP水库导致许多特定的环境问题；

-即使基于小型的收集蓄水层(2-3百万m³)，GAES构造成具有实际上无限大的能量容量和能量模块总功率(27GW或更大)，这是HAPP无法实现的，HAPP的总功率受到地形地貌的限制。

作为HAPP优于GAES的优点，应当指出HAPP具有高度的灵活性，两种蓄能的联合工作是希望的，这使得HAPP作为第一时间的紧急情况(非常大的故障)下获得的选择方案，GALES是接下来的选择。

有机燃料(石油和天然气)耗尽之后，所能看到的是，对于能源的开发是APP和太阳能的应用。如果使用APP发电以确保高可靠性而言是不可能的，则蓄能发电设备对于能源的进一步开发是必需的。相似的，在没有充分开发蓄能容量的情况下太阳能的广泛应用是不可缺少。本发明的GAES对于蓄能方面的技术方案可以作出非常大的贡献。

Claims

1.一种具有形成在蓄水层(GAES)中的地下蓄热器的空气压缩蓄热发电站，包括具有电动马达(3)的空气压缩器(具有或不具有外部交叉或内部冷却)，来自于外部电能系统的电能借助于电动马达(3)转变为空气压缩热量和空气压力潜能，来自于空气压缩器外部交叉或内部冷却的热能积聚在蓄热器(在外部交叉或内部冷却的情况中)中，或从外部交叉或内部冷却中排出，以及空气压缩热量和空气压力潜能从空气压缩机的最终部分或空气压缩器的最后主体(6)转移并积聚在自然形成在致密岩石(空腔、中空部分等)中或人造地形成在地下容器中的地下蓄热器中，所述地下蓄热器同时也是空气容器、或具有涡轮发电机(21)的空气涡轮机(具有或不具有工作介质(空气)外部交叉或内部加热)，外部交叉或内部冷却蓄热器(如果使用的话)和地下蓄热器的积聚空气压缩热量和空气压力潜能借助于涡轮发电机(21)转变成返回到外部电能系统的电能，其特征在于，为了增加能量、功率和效率系数，其装有从空气压缩机的最终部分或空气压缩器(6)的最后主体中排出的空气压缩热量和空气压力潜能的地下蓄热器(14)，所述地下蓄热器(14)被形成在竖直封闭的、多孔含水地下蓄水层(蓄水层)(15)中，其同时也是压缩空气容器，地下蓄热器(14)习惯于(满足一定工作就绪标准的条件)积聚空气和岩石的压力(体积)、温度、湿气，确保与地下蓄热器(14)操作的一定标准相一致的所述参数的稳定性；本权利要求所涉及的地下蓄热器(14)共用于几个独立能量块，具有形成在蓄水层(GAES)中的地下蓄热器的空气压缩蓄热发电站由所述几个独立能量块构成。

2.如权利要求1所述的具有形成在蓄水层(GAES)中的地下蓄热器的空气压缩蓄热发电站，其特征在于，为了简化结构，为了提高其可靠性和效率参数，具有形成在蓄水层(GAES)中的地下蓄热器的空气压缩蓄热发电站，在涡轮循环中通过加热空气涡轮机外部交叉或者内部工作介质(空气)使得在外部交叉或者外部冷却、内部交叉或者外部冷却热量积蓄和被积蓄的热转变为电能的情况下操作的空气压缩器设有用于空气压缩器或者内部冷却的外部交叉的热量的地下水蓄热器，所述地下水蓄热器形成在垂直封闭的、多孔含水地下收集层(蓄水层)中，利用来自于热交换器或者地下水蓄热器的带热液体(在相应压力下的蒸馏水、油等)使得用于加热空气涡轮交叉的工作介质(空气)在外部或者内部冷却系统中的空气压缩器工作介质(空气)的交叉冷却热交换器以及热交换器或者内部加热系统被冷却或者加热；地下水蓄热器对于具有形成在蓄水层(GAES)中的地下蓄热器的空气压缩蓄热发电站的几个单独的能量块是公共的。

3.如权利要求1所述的具有形成在蓄水层(GAES)中的地下蓄热器的空气压缩蓄热发电站，其特征在于，为了提高具有形成在蓄水层(GAES)中的地下蓄热器的空气压缩蓄热发电站的效率系数，空气压缩器和空气涡轮机块(2和17)设有轴承和传动装置摩擦热的积蓄和再生系统，利用带热液体使得来自于所述摩擦热积蓄在蓄热器(26)中，利用带热液体使得空气涡轮机(19)的相应的出口段在涡轮机循环中被加热，在空气涡轮机(19)的所述出口段中的工作介质(空气)的温度低于带热液体的温度，在空气涡轮机(19)的相应段被加热之前，带热液体-工作介质(空气)的热交换器位于工作介质(空气)的导管中；蓄热器(26)作为地下水蓄热器形成在垂直封闭的多孔含水地下收集层(蓄水层)中；根据该权利要求，地下水蓄热器对于具有形成在蓄水层(GAES)中的地下蓄热器的空气压缩蓄热发电站的几个单独的能量块是公共的。

4.如权利要求1所述的具有形成在蓄水层(GAES)中的地下蓄热器的空气压缩蓄热发电站，其特征在于，为了确保高温的工作介质(空气)输送到地下蓄热器(14)，收集器蓄水层(图2)中的压力导管具有确保真空在收集器蓄水层(图2)中的压力导管的壳管(31)和吹管(32)之间的空间中以及确保壳管(31)的内表面和吹管(32)的外表面的修整(涂层和质量)满足热水瓶的要求的热水瓶形状；收集器蓄水层(图2)中的压力导管具有形成在壳管(31)和吹管(32)之间的出口端处的温度补偿器(33)。

5.如权利要求1所述的具有形成在蓄水层(GAES)中的地下蓄热器的空气压缩蓄热发电站，其特征在于，为了确保垂直封闭的多孔含水地下收集层(蓄水层)(15)中的地下水蓄热器(14)的实施例具有低孔隙率、渗透性和足够的粘结度(粘结良好的砂石、白云石、石灰石等)，在收集器蓄水层(图3)中的压力导管具有在垂直封闭的多孔含水地下收集层(蓄水层)(15)中的具有直径较大的中心热水瓶类型的压力导管的轴形，其中水平沟道(37)形成有安装在收集器蓄水层中的类似热水瓶的压力导管的入口端处的温度补偿器(33)。

6.如权利要求1所述的具有形成在蓄水层(GAES)中的地下蓄热器的空气压缩蓄热发电站，其特征在于，为了确保地下蓄热器(14)的高效率系数，在收集器蓄水层(13)中的压力导管的入口端被插入到垂直封闭的多孔含水地下收集层(蓄水层)(15)的半厚度，如果其厚度不超过200米。

7.在用于如权利要求4所述的具有形成在蓄水层(GAES)中的地下蓄热器的空气压缩蓄热发电站的垂直封闭的多孔含水地下收集层(蓄水层)(15)中的收集器蓄水层(13)中的压力导管的入口端的实施方法，其特征在于，为了提高收集器蓄水层(图2)中的压力导管的入口端的输出以及避免岩(砂、砂砾等)移动，入口端形成在被加热的岩(等温线T1，图4)中的空间中并且利用泵入到其中并且引到一定量的被加热到沸腾温度的岩硬化剂液体中的空气使其干燥，在最大允许的压力和温度下的空气流中硬化或者燃烧后，形成多孔的粘结的岩区(45)，利用采矿技术，钻出扩大的空间(46)以使得空气进入(流出)地下蓄热器(14)。

8.如权利要求1所述的地下蓄热器(14)，还可用于其他技术需求，诸如用于高温气体的以循环操作模式的气体存储工作。

9.如权利要求4中所述的在类似热水瓶实施例中的收集器蓄水层中的压力导管，也可用于其他技术需求，诸如将高温气体输送到形成在垂直封闭的多孔含水地下收集层(蓄水层)(15)的松软岩石(砂、沙砾等)中的高温地下储气空间中。

10.如权利要求5中所述的收集器蓄水层(图3)中的轴压力导管，也可用于其他技术需求，诸如将高温气体输送到形成在垂直封闭的多孔含水地下收集层(蓄水层)(15)的松软岩石(砂、沙砾等)中的高温地下储气空间中，具有低孔隙率、渗透性和足够的粘结度(粘结良好的砂石、白云石、石灰石等)。

11.如权利要求7中所述的在松软岩石(砂、沙砾等)中的垂直封闭的多孔含水地下收集层(蓄水层)(15)中的收集器蓄水层中的压力导管的入口端的实施例，也可用于其他技术需求，诸如当如权利要求4所述的类似热水瓶的收集器压力导管用作在收集器蓄水层中的压力导管时。