CN105074141B - 产生电能的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在包括发电设备、冷储存系统和空气压缩系统的组合系统中产生电能的方法以及通过使用包括发电设备、冷储存系统和空气压缩系统的组合系统产生电能的装置。

Description

产生电能的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于在包括发电设备、冷储存系统和空气压缩系统的组合系统中产生电能的方法以及通过使用包括发电设备、冷储存系统和空气压缩系统的组合系统产生电能的装置。
背景技术
“一次空气压缩机”可以是专指用于燃烧单元和冷储存系统的空气量(本文称为“一次压缩空气流”)，或者除了用于燃烧单元和冷储存系统的空气量(本文称为“一次压缩空气流”)之外，还可以产生用于其他使用者的其他的空气比例。这些其他的空气比例可以相对较小(例如仪表空气)，或者相反，也可以非常大；因此，一次空气压缩机是更大的、集成的空气压缩系统的一部分。通常，一次空气压缩机所属的空气压缩系统主要用来供给燃烧单元和冷储存系统。在本文中，在任何情况下，“一次压缩空气流，其在一次空气压缩机内被压缩到第一压缩空气水平”应被理解为是指在一次空气压缩机内压缩的空气比例的总和，其最终被导入燃烧单元或冷储存系统。
所述一次空气压缩机可以具有一个或多个串联连接的级，并且由一个或多个流(flow)构成。一次空气压缩机和升压器可以有共同的驱动器，或由单独的轴来驱动。
在本文中使用术语“压力水平”以便可以忽略不可避免和非故意造成的压力差，比如，流所通过的设备的自然压力损失。压力水平包括，例如，+/-1bar的压力范围。本发明中提到的第二压力水平可以等于、低于或高于第一压力水平。通常，它至少比第一压力水平高5bar，优选地高8bar以上。
在本发明中，冷量的生成、储存和回收可通过任何合适的方法来进行。在所述冷储存系统内，用于从压缩空气产生冷量(冷生成)的构件以及用于产生具有第二压力水平的压缩空气流(冷回收)的构件可以由分别的设备来形成；然而，优选地，至少在一定程度上相同的设备用于冷生成和回收。冷储存可以以任何已知的方式进行，例如以冷流体或低温流体的形式或以固体冷储存器的形式，例如再生器。在冷生成的情况中，储存流体可以仅仅由显热的变化冷却，否则可以通过气体的液化而形成。在本发明的上下文中，冷量的生成、储存和回收的所有可能性的组合也是可以的。
术语“冷储存系统”所未包括的是用于另一个主要目的且额外充当冷储存器的系统，例如空气分馏系统，其在本文中随电力和缓冲液产品的价格而可变地运行。
在本文开始时所提到的类型的方法以及相应的装置可从US2003101728A1中获知。在此，一次空气压缩机只在正常运行和装载运行下运行；在此，一次空气压缩机的出口压力(“第一压力水平”)等于燃烧单元的运行压力(“第二压力水平”)。卸载运行开始前，一次空气压缩机与驱动器分开，并因此停止；这需要大量的设备支出和运行技术。
发明内容
因此，本发明是基于减少组合系统的设备支出的目的。
该目的是通过本发明的方法的特征的组合来实现的。在本文中，一次空气压缩机还以第二运行模式(卸载运行)运行。因此，复杂的机器可在组合系统的所有运行阶段中使用；其他用于燃烧空气的压缩的系统可以被配置为更小、更经济，或者，在最好的情况下完全省略。
在本发明中，在卸载运行中，给冷储存器卸载所需要的热量至少部分地由一次空气压缩机内产生的空气引入。
在本发明中，第一压力水平和第二压力水平是不同的。“第一压力水平”介于4bar和10bar之间，优选4bar和8bar之间，并且“第二压力水平”高于10bar，优选介于12bar和70bar之间。
特别地，这种压力差是由第一升压器产生的，其用于在一次空气压缩机内被压缩到第二压力水平的压缩空气的升压。第一升压器是“空气压缩系统”的一部分。在正常运行中，所有来自一次空气压缩机的空气被引导入第一升压器。
此外，在本发明中，所述系统的能量储存容量通过使用至少一个冷压缩机增大，而在已知的系统中，虽然也使用冷压缩机，但其仅用于装载运行。该冷压缩机被用于冷储存系统内的至少部分第一压缩空气流的第二运行模式，使其达到第二压力水平(并且在一些实施方案中，超过第二压力水平，达到较高的压力水平)。为此，不完全使用常规的暖气体压缩机，其中，压缩热在再冷器内被除去。在本发明的上下文中，冷压缩机被用于此目的。在本文中，“冷压缩机”应理解为是指气体压缩机，其入口温度低于240K。当然，本发明的冷储存系统也可以具有两个或更多个冷压缩机。
在第二运行模式(卸载运行)下，第一压缩空气流可以仅由一次空气压缩机内所产生的一次压缩空气流的第一部分形成。剩余部分或其部分可以被直接引导入燃烧单元内(即绕过冷储存系统)。
例如，在本发明的上下文中，在发电设备中使用未耦合到空气压缩机的燃烧涡轮机(combustion turbine)是足够的。在本文中，“燃烧涡轮机”应理解为是指一种系统，其中，以和典型的燃气轮机(gas turbine)系统类似的方式，燃烧废气在涡轮机(膨胀器)内膨胀做功，以在与涡轮机耦合的发电机内产生电能。但是，与包括燃气轮机燃烧室、燃气轮机膨胀器以及用于压缩燃烧空气的燃气轮机压缩机的典型的燃气轮机系统不同，“燃烧涡轮机”不与压缩机机械耦合，而是将所获得的机械能全部或基本上全部传递给发电机用于产生电能。因此，在机器的效率的范围内，通过燃烧气体做功膨胀而在燃烧涡轮机内产生的机械能全部或基本上全部被转化成电能。
在本发明的这项特别优选的改进中，用于所述冷储存系统的一次空气压缩机还完全承担了压缩发电设备的燃烧空气的功能。
优选地，在冷储存系统中，更确切地在用于从压缩空气产生冷量的构件中，至少在第一运行模式(装载运行)下，通过膨胀空气做功而获得冷量。为此，第一压缩空气流的至少一部分(“第一分流”)被引导入空气涡轮机。后者驱动用于第一压缩空气流的至少一部分(“第二分流”)的“第二升压器”。优选地，第二分流包括第一分流，这意味着升压器增大了空气涡轮机的入口压力，并因此在那里产生冷输出，而无需从外部导入额外的能量。可以提供一个或多个另外的升压器，它们被并联或串联连接到第二升压器，并且类似地被空气涡轮机内的空气的做功膨胀驱动或通过从外部(例如电动机)引入的能量驱动。例如，所述冷储存系统可以具有两个涡轮机-升压器组合，以及额外的外部驱动的升压器；后者也可以被构造为循环压缩机。在多种情况下，在本发明中，可以在第一运行模式下不需要另外的外部驱动压缩机来运行；于是，流入冷储存系统的全部外部能量源自一次空气压缩机。这种情况的一个实例是冷储存系统，其中在第一运行模式下，仅有单个用于空气的升压器运行，其由空气涡轮机驱动。
本发明的冷储存系统可以特别地被构造为根据本发明的液态空气储存系统。在本文中，在第二运行模式下，使所储存的液态空气达到高压，其至少处于第二压力水平下，并且在此高压下，其蒸发或伪蒸发(pseudo-evaporate)。这种类型的冷储存系统本身在早先的欧洲专利申请EP 2 604 824 A1、EP 2 662 552 A1、12004833.5以及与其对应的专利申请中已知。
在所述液态空气储存系统中，“用于从压缩空气产生冷量的构件”形成空气液化器，“用于产生具有第二压力水平的压缩空气流的构件”形成空气蒸发器。
在本发明中，液态空气可不加压储存(也即，在环境压力下)。可替代地，将其储存在增大的压力下，优选的范围是3-25bar，例如在4bar、6bar、8bar或16bar下。
在本发明的上下文中，所述空气蒸发器可以具有空气涡轮机，其中，在第二运行模式下，至少部分被蒸发的空气(被伪蒸发的空气)从第四压力水平膨胀到第二压力水平，做功，空气涡轮机特别地机械耦合于发电机或用于增大第二运行模式下的空气流的压力的冷机(cold machine)。在本发明中，也可以使用两个或更多个空气涡轮机。
为此目的，在其蒸发(伪蒸发)前，使液态空气达到第四压力水平，其大于42bar，优选大于63bar。第四压力水平的上限由空气涡轮机的运行参数形成。空气涡轮机还可以被构造为热涡轮机，其入口温度高于环境温度(热气体膨胀器)。
也可以在空气蒸发器内提供多个这样的空气涡轮机，例如，为每个冷机提供一个。在本文中，“冷机”应理解为是指用于增大空气流的压力的机器，其入口温度远远低于环境温度，尤其是低于240K。其可以是气态空气的冷压缩机或液态空气的泵。
在本发明的替代性的改进中，在第一运行模式下，在冷储存系统中液态储存流体被冷却，并被引导入冷箱，并且在第二运行模式下，液态储存流体被从所述冷箱取出并加热。在这种情况下，有利的是被加热的液态储存流体被储存在第二暖箱内。在本文中，只有显热被转移到储存流体或从储存流体转移出，这意味着在冷却过程中或在加热过程中它都不经历相变。
在此情况下，所述储存流体的冷却和加热在两个温度水平之间进行。在这种情况下，第一个较低的温度水平T1可以在78-120K的范围内，优选78-100K，第二个较高的温度水平T2在130-200K的范围内，优选130-180K。
在本发明的变体的具体实施方案中，其中使用两种储存流体的冷储存系统记载在例如WO2014026738 A1和与其对应的专利申请中。
其他优选的替代方案将再生器用作冷储存装置。在本文中，同样地，在第一运行模式(A)下，“第一压缩空气流”不被液化，而只是被冷却。这种冷量不作为低温液态空气储存而是在再生器的固体储存物质中。
此外，本发明还涉及通过使用包括发电设备、冷储存系统和空气压缩系统的组合系统产生电能的装置。根据本发明的装置可以通过对应于本发明的方法的特征的装置特征来补充。
附图说明
下面使用在附图中示意性说明的示例性实施方案，更详细地说明本发明以及本发明的其他细节，其中：
图1用至少三种运行模式(本文中为五种)显示本发明的基本原理，
图2显示本发明的第一示例性实施方案，其中冷储存系统被构造为空气液化和蒸发系统，
图3至图5显示在根据图2的系统中使用的空气蒸发器的三种替代性实施方案，
图6至图12显示具有不同冷储存系统的其他示例性实施方案，
图13至图17显示用于前述各示例性实施方案的发电设备的三种替代性实施方案，并且
图18显示空气蒸发器的替代性实施方案。
具体实施方式
在各个附图中，相互对应的组件和方法步骤带有相同的标号。系统中各不运行的部件被划去。在所有示例性实施方案中，虽然空气压缩单元没有提供其他较大的空气消耗构件(这是很有可能的)，但空气压缩单元提供用于其他目的的较少量的空气(例如：仪表空气)。但是，在附图中只显示了“一次压缩空气流”，其供给发电设备和/或冷储存系统。在示例性实施方案中的“第一压力水平”约为5bar，“第二压力水平”约为17bar。
在图1中，大致示意性显示的根据本发明的组合系统具有空气压缩系统100、冷储存系统200以及发电设备300。所述空气压缩系统100包括一次空气压缩机2和第一升压器10，所述冷储存系统200包括用于从压缩空气产生冷量的构件201、用于储存在过程中产生的冷量的构件202以及用于产生具有更高的第二压力水平的压缩空气流的构件203。发电设备300具有燃烧单元和燃烧涡轮机，其连接到发电机(未在图1中详细显示)。
三种运行模式示于图1中：
A：“第一运行模式”(纯装载运行)
B：“第二运行模式”(纯卸载运行)，以及
C：“第三运行模式”(正常运行-纯产生能量)
A'：修改后的“第一运行模式”(联合装载运行与产生能量)
B'：修改后的“第二运行模式”(联合卸载运行与直接来自一次空气压缩机的燃烧空气)。
在第一运行模式A中，第一升压器10、发电设备300以及用于产生压缩空气流的构件203是不运行的。只有冷储存器202被装载。在一次空气压缩机2内，大气空气99被压缩到第一压力水平。“一次压缩空气流”101作为“第一压缩空气流”完全被引导入用于从压缩空气产生冷量的构件201，在那里产生的冷量被储存在冷储存构件202中。
在第二运行模式B下，所述第一升压器10和用于从压缩空气产生冷量的构件201是不运行的。只有冷储存器202被装载。在一次空气压缩机2内，大气空气99被压缩到第一压力水平。在冷储存器202中储存的冷量的帮助下，“一次压缩空气流”101被完全作为“第一压缩空气流”导入用于产生压缩空气流的构件203。在这个过程中产生的“第三压缩空气流”204在第二压力水平下，并且作为燃烧空气被引导入发电设备(300)。膨胀做功的燃烧气体301被吹出到大气(amb)中，如果需要的话，此前适当地纯化，或者此前分离二氧化碳。
在第三运行模式C下，冷储存系统200是完全不运行的。(当然，除了自然损失外，储存在冷储存器202中的冷量被保持；然而，冷储存器不进行针对性的装载或卸载。)只运行发电设备，但是一次空气压缩机2继续起作用。作为“第二压缩空气流”103，全部一次压缩空气流101在第一升压器10内升压到第二压力水平，并在发电设备300内用作燃烧空气104。在此运行模式下，空气流104优选构成发电设备300的燃烧空气的单一来源。
在修改后的第一运行模式A'下，只有用于生成压缩空气流的构件203是不运行的。一次压缩空气流101在冷储存系统200(第一压缩空气流102)和发电设备(第二压缩空气流103)之间进行分配。因此，在同一时间，冷储存器202被装载，并在发电设备300内产生电能。原则上，任何所需比例的所述一次压缩空气流101可以作为第一压缩空气流102被引导入冷储存系统200。对于相对长的时间，优选50-100％被引导入所述冷储存系统。一般仅在改变到正常运行C或纯装载运行A期间短暂地取得超出这个数值范围的值。
在修改后的第二运行模式B'下，只有用于从压缩空气产生冷量的构件201是不运行的。同样地，一次压缩空气流101在冷储存器系统200(第一压缩空气流102-下文称为203)和发电设备(第二压缩空气流103)之间分配。因此，在同一时间，冷储存器202被卸载并且给发电设备300提供额外的燃烧空气104，其(除了升压10)直接到达一次空气压缩机2。原则上，任何所需比例的所述一次压缩空气流101可以作为第一压缩空气流102被引导入冷储存系统200。对于相对长的时间，优选50-100％被引导入所述冷储存系统。一般只在改变到正常运行C或纯卸载运行B期间短暂地取得超出这个数值范围的值。
用于从压缩空气产生冷量的构件201和用于产生压缩空气流的构件203可以通过单独的设备组形成，如图1所示。然而，优选地，用于从压缩空气产生冷量的构件201的设备的一个、几个或所有部件同时是用于产生压缩空气流的构件203的组成部分；于是，在第一运行模式和第二运行模式下均使用这些设备部件。因此，设备支出被进一步降低。
图2示出了本发明的第一示例性实施方案，其中所述冷储存系统200被构造为空气液化和蒸发系统。显示了来自图1的运行案例A至C；在本文中，运行案例A'和B'当然也类似地是可以的。此外，图2仍然是示意性的；然而，与从图1中省略的或者以普通术语显示的相比，显示了更多的细节。在图2中，对于显示的所有三种运行情况，所有存在的管线被纳入；然而，在每种情况下，只在粗体线条显示的那些之内发生流动，在相应的运行情况下，其余的是不运行的。
除了所有的空气的进气管线99和实际的一次空气压缩机2，空气压缩系统100具有过滤器1、预冷器3和升压器10的再冷器98。一次空气压缩机2和升压器10分别由一道流构成。一次空气压缩机2具有三至四个级，升压器10具有一至三个级。净化装置4被加入“第一压缩空气流”的管线102/102a中，在该空气流进入冷储存系统200的冷部件之前，其特别地去除水和二氧化碳。发电设备的这些部件以及下文描述的冷储存系统的元件在示例性实施方案中以空气液化技术以及低温空气分馏系统中常用的方式构造。
在图2的示例性实施方案中，“用于从压缩空气产生冷量的构件”被构造成空气液化器201，“用于储存在过程中产生的冷量的构件”被构造成液态空气罐202，并且“用于产生具有第二压力水平的压缩空气流的构件“被构造成空气蒸发器203。在图2的实施例中，空气液化器201和空气蒸发器203是完全独立的。
在第一运行模式A(纯装载运行)下，再次仅有冷储存器202被装载并且仅空气液化器201是可运行的。在此，通过清洁构件4并通过管线102a，一次压缩空气流101作为第一压缩空气流102被完全送至空气液化器201。
第一部分210(其可以同时形成在本发明意义上的“第一分流”和“第二分流”)在具有再冷器5b的第二升压器5a中升压到6-10bar的压力，在二次热交换器26中被冷却，并在第一空气涡轮机5内膨胀到略高于大气压力并做功。第一空气涡轮机5被机械地耦合到第二升压器5a上。所述膨胀做功的空气在一次热交换器21的冷部件中加热，并在二次热交换器26内进一步加热至约环境温度，并最终经由管线211被吹出到大气中或用于干燥目的。
在外部由电动机驱动并具有再冷器11b的再循环压缩机11中，以及在具有再冷器12b的第三升压器12a中，纯化的第一压缩空气流102a的剩余部分212被进一步压缩至30-60bar的更高的第三压力水平；并且，最后在驱动第三升压器12a的第二空气涡轮机12内，所述剩余部分的第一部分膨胀到第二压力水平并做功，在一次热交换器21内被再次加热，并被送回至再循环压缩机11的入口。第三压力水平的压缩空气的剩余部分在一次热交换器21内被冷却，在第一节流阀22内被伪液化并膨胀到第二压力水平，并被引导入分离器(相分离器)23。在过冷器24内，来自分离器23的液态空气被进一步冷却，并且大部分被引导入液态空气罐202，其在该示例性实施方案中处于正压力(第二压力水平)下。在一次热交换器21内，来自分离器23的闪蒸气体213被加热到约环境温度，并被送回再循环压缩机11的入口。在第二节流阀25内，小部分过冷液态空气进一步膨胀到约大气压力，在过冷器24内加热，并与来自第一空气涡轮机5的废气混合。
在第二运行模式B(纯卸载运行)下，发电设备300和空气蒸发器203，所述发电设备只从所述空气蒸发器获取其燃烧空气。在此，通过清洁装置4并通过管线102a，一次压缩空气流101作为第一压缩空气流102被全部供给到空气蒸发器203，并为蒸发和加热储存的液态空气提供热量，此外，其本身形成燃烧空气的一部分。
纯化的第一压缩空气流102a的第一部分在另一个二次热交换器29和另一个一次热交换器28内被冷却而没有被液化，在第一冷压缩机31内达到第二压力水平，在二次热交换器29内再次被加热到环境温度，并被送入燃烧空气管线204。第二部分在一次热交换器28内被冷却到中间温度(在本实施例中为150K)，并且在第二冷压缩机32内达到第二压力水平，并送入燃烧空气管线204。
从液态空气罐202中取出液态空气，在泵27内达到第二压力水平，并被送入一次热交换器28内蒸发和加热。
所述发电设备包括燃烧涡轮机，其包括燃烧室(燃烧单元)42、用于燃烧气体303的膨胀器44以及用于产生电能的发电机43，但不具有用于燃烧空气的压缩机。相反，在膨胀器44内获得的所有机械能经由机械耦合被传递至发电机43。
在加热器41内，燃烧空气204与膨胀的燃烧气体304方向相反被加热，并进入燃烧室(燃烧单元)42，在其中，具体由天然气形成的燃料302被燃烧。在燃烧涡轮机内，热燃烧气体303膨胀至约为大气压力，并做功。其废热用在加热器41内；未提供蒸汽产生。
在第三运行模式C(正常运行-纯发电设备运行)下，冷储存系统200是不运行的，当然，液态空气罐202继续履行其储存功能。在此，发电设备300的燃烧空气经由管线104仅仅来自空气压缩系统100。在此，全部一次压缩空气流101在第一升压器10内被升压到第二压力水平。
当然，采用如图2中所示的组合系统，混合在图1中所示的运行模式A'和B'也是可以的。
流入组合系统的和流出组合系统的能量流用粗体示出的箭头来指示。在所有三种运行模式下，空气压缩系统的驱动能量来自外部。通过蒸汽涡轮机、燃气轮机、电动机或其他电动机，例如柴油机，能够以同样的方式或不同的方式驱动一次空气压缩机2和第一升压器10(以及再循环压缩机11)。
在具有装载运行的运行模式(A，A')下，两个升压器5a和12a由空气涡轮机(也即，间接地来自一次空气压缩机2和后者的驱动器)驱动，因此不需要额外的能量输入。但是，来自外部的其他能量必须输入再循环压缩机11。
在电力的价格升高时，经常使用卸载运行(B，B')。乍一看，为此目的采用受外部能量驱动的三种机器27、31、32似乎是荒谬的。然而，这些机器都在冷温度中运行。相比在暖温度下，其压力增大的流的体积低得多。因此，在此只输入非常少量的能量，正如在图2中用相应的较小箭头所示。
在卸载运行过程中和正常运行过程中，能量以发电机获得的电能的形式输出，也即，用于产生电能的组合系统的实际的最终产物。
在图2中，包括二次热交换器和一次热交换器的对12/26和28/29分别由一对分开的板式热交换器块来实现。这两对中的每一对都可以通过结合这两种功能的集成一次热交换器来实现。
图3至图5显示空气蒸发器的另外三个实施方案，所述空气蒸发器可分别替换图2中的空气蒸发器。
图3显示空气蒸发器的实施方案，其没有超出一次空气压缩机的任何外部能量供应也可以运行。冷机27、31、32分别由空气涡轮机27t、31t和32t驱动。
为此目的，在泵27内，液态空气达到第四压力水平，这比第二压力水平高得多，并且在本示例性实施方案以及下文的示例性实施方案中，其为65bar。在一次热交换器28内加热之后，在此过程中产生的特别高压的空气被分配到三个并联连接的涡轮机27t、31t和32t，并在那里膨胀到第二压力水平，做功。膨胀做功的空气再度结合，在一次热交换器28内加热，并最终被送入燃烧空气管线204。
当然，图2和图3中的空气蒸发器的变体之间的中间形式也是可以的，因为，例如，图2中的冷机27、31和32只有一个或两个配备有根据图3的涡轮机驱动器。
在图4中，液态空气同样在所述泵内达到上述第四压力水平。在此过程中产生的特别高压力的空气，在一次热交换器28内加热到约环境温度之后，在涡轮机204内膨胀到第二压力水平，做功。膨胀做功的空气在一次热交换器28内被加热并最终送入燃烧空气管线204。
在图4中，空气涡轮机204被联接到发电机，其在第二运行模式(卸载运行)下，提供额外的电能。冷机27、31和32以类似于图2的方式消耗能量。
图5大致对应于图4，但第四压力水平的空气在做功膨胀240之前，仅被加热至中间温度140-290K，优选200-290K。因此，空气涡轮机240具有比在图4中更低的入口温度(以及较低的出口温度)。
可替代地，在本发明中，也可以使用其中空气液化和空气蒸发至少在一定程度上在相同的设备中进行的系统作为冷储存系统。例如，这样的系统在较早的专利申请EP12004833.5和与之对应的专利申请中被描述。
在图6的示例性实施方案中，在第一运行模式(A)下，通过做功膨胀，以类似于图2至图5中的方式，“第一压缩空气流”102的部分在冷储存系统中产生。在这个实施例中，在第一运行模式下可以省去第一压缩空气流的纯化(干燥)。
“从压缩空气产生冷量的构件201”具有空气涡轮机13t和具有再冷器13b的升压器13a。“用于产生具有第二压力水平的压缩空气流的构件203”包括外部驱动的升压器31。暖热交换器21和冷热交换器26是构件201和构件203两者的组成部分。与图2至图5相反，冷储存器202没有构造成液态空气罐，而是作为在两个不同的温度水平T1和T2下储存液态储存流体的一对液体罐73/74，其中T2>T1。
在第一运行模式(A)下，来自暖罐73的储存流体被冷却至约T1，并被引导入冷罐74中。在本实施例中，液体丙烷用作储存流体，T1为约90K，T2为约150K。为此目的所需要的(显)冷在空气涡轮机13t内生成。第一压缩空气流102首先在具有再冷器13b的升压器13a内从第二压力水平升压到第三压力水平，然后在暖热交换器21内冷却到例如155K的温度，并在空气涡轮机13t内膨胀到约大气压力，并做功。空气在约85K的温度下进入冷热交换器26，在那里以及在暖热交换器21内被加热至约环境温度。它可以随后被放出到大气中，或者如图6中所示，被送回一次空气压缩机2的入口；在极端情况下，空气仅仅被循环，并且全部一次压缩空气流101作为第一压缩空气流102被引导至冷储存系统(纯装载运行)。
同时，在第一运行模式下，来自暖罐73的储存流体通过泵71递送到冷热交换器26，在那里从约T2冷却到约T1，最后被导入冷罐74。
在第二运行模式(B-纯卸载运行)下，全部一次压缩空气流101作为第一压缩空气流102通过纯化装置4装载，并作为纯化的第一压缩空气流102a进入冷储存系统。在那里，它在两个热交换器21和26内冷却，在冷压缩机31内达到第二压力水平，在热交换器21内被加热并最终作为“第三压缩空气流”被引导入燃烧空气管线204。小部分206可以通过再生气体加热器6和净化装置4改道，在那里它被用作再生气体。
与此同时，在第二运行模式下，来自冷罐74的储存流体通过泵71递送至冷热交换器26，在那里从约T1加热至约T2，并且最后被引导入暖罐73。
在运行案例B下，“第三压缩空气流”形成发电设备300的全部燃烧空气。
图6的系统也可以在图1中的修改后的第一运行模式A'和修改后的第二运行模式B'下运行。
在第三运行模式C(正常运行-纯发电设备运行)下，冷储存系统200是不运行的，并且在罐73和74内的液体水平保持不变。在此，用于发电设备300的燃烧空气经由管线104全部来自空气压缩系统100。在那里，在第一升压器10内，全部一次压缩流101被升压到第二压力水平。
图7显示组合系统，其仅仅与图6中的略有不同。在此，只显示纯装载运行(A)。在此，代替一次空气压缩机2，第一升压器10被用于产生第一压缩空气流102。在第一升压器10的入口，大气压力占优势。在此，可以这么说，所述冷储存器由升压器装载。
同样地，图8不同于图6和7之处仅在于装载运行(A)，特别是在于，一次空气压缩机2和第一升压器10两者被用于产生第一压缩空气流102。在此，从两个压缩机2和10运行冷回路。涡轮机具有相同的入口温度和出口温度。
此外，“用于从压缩空气产生冷量的构件201”具有第二涡轮机-升压器组合12。这在涡轮机侧上并联且在压缩机侧串联到第一涡轮机-升压器组合13。
图9不同于图8之处在于：两个涡轮机-升压器组合12和13也在压缩机侧并联连接。
图10大致对应于图6。然而，冷储存器200被构造为再生器冷储存器。再生器28的储存物质在第一运行模式(A)下被冷却，并且在第二运行模式(B)下被再次加热。冷量生成以及第三压缩空气流的生成以类似于图6的方式运行。正常运行与图6(C)没有不同。
以类似于图7、图8和图9的压缩机配置的方式，图10的示例性实施方案也可以被修改，以使得在第一运行模式下，只有第一升压器10或一次空气压缩机和升压器2两者产生“第一压缩空气流”，其被引导进入冷储存系统。如果在这里使用两个涡轮机-升压器组合，那么还必须使用两个并联连接的再生器或者一个具有两个通道的再生器。
在图11中，详细显示了图6至图9的冷储存器202，特别是在第一运行模式(A)(冷空气送入热交换器26)下和在第二运行模式(B)(暖空气送入热交换器26)下。尽管来自容器73/74的液体被往复泵送到74/73的另一个中，来自液体上方的气体空间中的蒸汽或气体被引出接收容器74/73而进入源容器73/74。这两个容器73/74的气体空间可以被诸如氮气的不冷凝气体填充。
图10的再生器28的其他细节显示在图12中。其具有外部容器120、保温器121和内部容器122，其填充有具有高热容量的多孔物质123。
在迄今所示的所有示例性实施方案中，可以使用发电设备300的替代性实施方案之一，如在图13至18图中所示。
在图13中，图2的热交换器(回流换热器)41被略去，而是使用蒸汽产生系统46(HRSG＝热回收蒸汽发生器-有时也指废热锅炉)，以通过蒸汽涡轮机产生其他电能。
在图14中，其他热量经由额外的加热器45结合到燃烧空气中。其他热量的来源可以是期望的任何一种，例如来自另一过程的余热，来自热储存器的热量或者来自太阳能系统(solar system)。其结果是，与图2的发电设备300相比具有相同的能量产生率(energygeneration rate)时，可以节约燃料。
图15显示具有两台燃烧涡轮机44a和44b的系统的三种变体，所述两台燃烧涡轮机均耦合到发电机43。
在图16中，所述回流换热器41被同时用于净化装置4的再生气体206的加热。左侧所示的是组合热交换器41的变体，右侧所示的是另一个变体，其中，仅使用双流高温热交换器41、41a和41b。
此外，在第二运行模式(卸载运行)下，通过其他加热器47，来自一次空气压缩机的压缩热1700可以与燃烧空气结合，如图17所示。
图18显示本发明的第二运行模式的变体，其可被应用于图2-5中的系统。在此，在泵27内，液态空气达到40-200bar的第四压力水平，在加热器41内通过与燃烧气体进行间接热交换被加热到例如600℃的温度，并且，通过在热空气涡轮机1800内的做功膨胀，达到燃烧过程的第二压力水平，通过这种方式产生额外的电能。

Claims (12)

1.用于在包括发电设备(300)、冷储存系统(200)和空气压缩系统(100)的组合系统中产生电能的方法，其中
-所述空气压缩系统(100)具有一次空气压缩机(2)，其用于产生具有第一压力水平的一次压缩空气流(101)，
-所述发电设备具有燃烧单元(42)，其产生从中产生电能的燃烧气体，
-所述冷储存系统具有用于从压缩空气产生冷量的构件(201)、冷储存器(202)以及在所述储存冷量的帮助下用于产生具有第二压力水平的压缩空气流的构件(203)，其中所述第二压力水平高于所述第一压力水平，并且
其中，在所述方法中，
-在第一运行模式下，来自所述空气压缩系统(100)的第一压缩空气流(102,102a)被引导入所述冷储存系统(200)，以便装载所述冷储存器(202)，
-在第二运行模式下，所述冷储存器(202)被卸载，在这里产生第三压缩空气流(204)，其被引导入所述燃烧单元，并且
-在第三运行模式下，一次空气压缩机(2)内产生的全部所述一次压缩空气流被引导入所述燃烧单元(42)，
其特征在于，
-在第二压力水平下运行所述燃烧单元(42)，
-所述空气压缩系统另外还具有第一升压器(10)，其用于将在一次空气压缩机(2)内压缩的压缩空气升压至第二压力水平，
-在第三运行模式下，在被引导入所述燃烧单元之前，在一次空气压缩机(2)内所产生的全部所述一次压缩空气流在第一升压器(10)内升压到所述第二压力水平，
-在第二运行模式下，由至少一部分在一次空气压缩机(2)内产生的所述一次压缩空气流(101)形成的第一压缩空气流(102,102a)被引导入所述冷储存系统(200)，以便卸载所述冷储存器(202)，并因此产生具有第二压力水平的第三压缩空气流(204)，其被引导入所述燃烧单元(42)，并且
-在冷储存系统(200)内用于产生具有第二压力水平的压缩空气流的构件(203)具有冷压缩机(31，32)，其用于将至少部分所述第一压缩空气流(102，102a)升压。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第二运行模式下，所述第一压缩空气流(102,102a)仅由在一次空气压缩机(2)内产生的一次压缩空气流(101)的第一部分形成。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在第二运行模式下，在一次空气压缩机(2)内产生的一次压缩空气流(101)的第二部分被引导绕过所述冷储存系统(200)并被引导入所述燃烧单元(42)。
4.如权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，在发电设备(300)中，来自所述燃烧单元的燃烧气体在燃烧涡轮机中膨胀做功，所述燃烧涡轮机耦合到用于产生电能的发电机，但不被耦合到空气压缩机。
5.如权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，用于从压缩空气产生冷量的构件(201)包括空气涡轮机，并且其中，在第一运行模式下，所述第一压缩空气流(102,102a)的至少第一分流膨胀做功，其中，所述空气涡轮机被机械耦合到第二升压器，其中，在第一运行模式下，所述第一压缩空气流的至少第二分流被升压。
6.如权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，所述冷储存系统的冷储存器具有低温液态空气的液态空气罐(202)，其中
-在第一运行模式下，所述第一压缩空气流的一部分在用于从压缩空气产生冷量的构件(201)中被液化，并且被引导入液态空气罐(202)，并且
-在第二运行模式下，从液态空气罐(202)取出液态空气，并且，在高于大气压力的压力下，在用于产生具有第二压力水平的压缩空气流的构件(203)内被蒸发或伪蒸发。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述用于产生具有第二压力水平的压缩空气流的构件(203)具有空气涡轮机(31t,32t；240)，其中，在第二运行模式下，至少一部分蒸发的或伪蒸发的空气从第四压力水平膨胀到第二压力水平，做功，其中，在所述第二运行模式下，所述空气涡轮机特别地机械耦合于发电机或用于增大空气流压力的冷机(31,32；1800)。
8.如权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，在所述冷储存系统(200)内，
-在第一运行模式下，液态储存流体被冷却(26)并被引导入冷罐(74)，并且，
-在第二运行模式下，液态储存流体被从冷罐(74)取出并加热(26)。
9.如权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，所述冷储存系统(200)具有再生器(28,29)，在第一运行模式和第二运行模式下，至少部分第一压缩空气流(102,102a)流过所述再生器。
10.如权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，所述第二压力水平高于所述第一压力水平。
11.通过使用包括发电设备(300)、冷储存系统(200)和空气压缩系统(100)的组合系统产生电能的装置，其中
-所述空气压缩系统(100)具有一次空气压缩机(2)，其用于产生具有第一压力水平的一次压缩空气流(101)，
-所述发电设备具有产生燃烧气体的燃烧单元，
-所述发电设备具有从燃烧气体产生电能的构件，
-所述冷储存系统具有用于从压缩空气产生冷量的构件(201)、冷储存器(202)以及在所述储存冷量的帮助下用于产生具有第二压力水平的压缩空气流的构件(203)，其中所述第二压力水平高于所述第一压力水平，并且
-所述装置具有控制构件，通过所述控制构件
-在第一运行模式下，来自空气压缩系统(100)的第一压缩空气流(102,102a)被引导入所述冷储存系统(200)，以便装载所述冷储存器(202)，
-在第二运行模式下，所述冷储存器(202)被卸载，在这里产生第三压缩空气流(204)，其被引导入所述燃烧单元，并且
-在第三运行模式下，一次空气压缩机(2)内产生的一次压缩空气流全部被引导入所述燃烧单元(42)，
其特征在于
-所述空气压缩系统另外还具有用于将在一次空气压缩机(2)内压缩的压缩空气升压至第二压力水平的第一升压器(10)，并且
-所述控制构件以如下方式构成：
-在第二压力水平下运行所述燃烧单元(42)，
-在第三运行模式下，在一次空气压缩机(2)内产生的一次压缩空气流全部被导入，并且在导入所述燃烧单元前在第一升压器(10)内升压到第二压力水平，
-在第二运行模式下，通过至少一部分在一次空气压缩机(2)内产生的所述一次压缩空气流(101)形成的第一压缩空气流(102,102a)被引导入所述冷储存系统(200)，以便卸载所述冷储存器(202)，并因此产生具有第二压力水平的第三压缩空气流(204)，其被引导入所述燃烧单元(42)，并且
-在冷储存系统(200)中用于产生具有第二压力水平的压缩空气流的构件(203)具有冷压缩机(31,32)，其用于将至少部分所述第一压缩空气流(102,102a)升压。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述控制构件以如下方式构成：在第二运行模式下，第一压缩空气流(102,102a)仅由在一次空气压缩机(2)内所产生的一次压缩空气流(101)的第一部分形成。
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