CN105221351B - 利用太阳热能和风能源进行发电的混合系统 - Google Patents

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Abstract

描述了一种利用太阳热能和风能源进行发电的混合系统。该系统包括风力发电系统、由风力发电系统供电的太阳热能发电系统和空气压缩系统、以及压缩空气存储系统。太阳热能发电系统包括两个空气接收器，通过日光反射装置照射这两个空气接收器以加热由压缩空气存储系统提供的压缩大气空气，用于驱动太阳热能发电系统。该混合系统还包括热能存储系统，该热能存储系统存储热能并且预加热由压缩空气存储系统提供的压缩大气空气流。

Description

利用太阳热能和风能源进行发电的混合系统
本申请是申请号为201380021439.6(国际申请号PCT/IL2013/050354)、国际申请日为2013年04月24日、发明名称为“利用太阳热能和风能源进行发电的混合系统”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明总体上涉及利用太阳能的系统和方法，更具体地，涉及用于发电的系统和方法。
背景技术
近年来，为了用诸如阳光和风力的自然能源产生能量，已经进行了大量研究和开发。尝试减少对诸如来自外来能源的油和煤的依赖性已变成一个重要问题。能源专家担忧这些资源中的一些(包括油、气和煤)某天会变得耗尽。
已知太阳能是可被转换以产生电力的各种清洁能源中的一种。然而，太阳能发电系统的输出功率对天气状况的依赖程度大。例如，许多太阳能面板被设计成只在阳光充足的白天时间转换太阳能。它们在多云的日子或者在夜间不产生大量的能量。
虽然太阳热能可能是最公知的自然能源，但还存在利用大量风能的可能性。在许多有风自然吹动的地区建造了例如风电场。使用风能进行发电对于传统的基于石油的能源供给而言是一种清洁、可再生和生态友好的替代。
然而，使用风力作为能源的一个缺点在于，不会一直有风吹动，即使是有风吹动，它也不会一直以相同速度吹动，即，它并不总是可靠的。风也不会在每年的某日、某周、某月和各季节的不同时间内始终一致地吹动，即，它并不总是可预测的。因此，由于风速度和动力的季节性和日变化，风力发电机的输出功率经常波动，并不可靠。
因此，大规模接入风能和太阳能的主要障碍是太阳能和风力可再生资源的可变和间歇的性质。间歇性导致电力输出不稳定，从而为通过电网进行分配带来重大挑战。这种挑战还显露在电力削减问题中，现今在风力行业中这些问题变得越来越明显。由于某些地区中的风能在需求低的夜间是最可用的，因此需要削减来自风电场的电力以防止电网过载。
在本领域中已知用于提供能够转换用于发电机的风能和太阳能的一体互补能量产生系统的系统和方法。在白天的时间内，这种混合系统可同时用风能和太阳能的能源获取能量。在夜间，这些系统可连续地获取风能，而不管天气状况如何。因为往往会在每日和一年的不同时间出现风流动和阳光的峰值(例如，在阳光较少的冬天，风较强，在夜间风也较强)，这两种能源可彼此互补。
例如，授予Hope的美国专利No.4,229,941描述了一种用太阳能和风力的能源产生电能的整体系统。该系统包括收集太阳光线的太阳能收集器，这些光线被抛物面反射镜聚焦，之后被通过菲涅尔管(fresnel tube)引导到容器，从而该容器使与外部环境的热交换最小。容器内的光线的热能被锅炉和蒸汽动力涡轮机转换成机械能。风力收集器将气流转换成机械能，该机械能选择性地与从太阳能收集器得到的机械能以机械方式结合，之后被转换成电能。
美国专利No.6,661,113描述了一种发电系统，该发电系统包括具有下部和上部的基体组件。下部用于支承基体组件的上部。太阳能组件联接到基体组件的上部。电力存储组件可操作地联接到太阳能组件。电力存储组件用于存储来自太阳能组件的电力。电力存储组件定位在基体组件的下部中，使得基体组件的下部用于保护电力存储组件免受不利天气的影响。涡轮机组件联接到基体组件的上部。涡轮机组件用于利用风力产生电力。涡轮机组件可操作地联接到电力存储组件，使得电力存储组件用于存储利用涡轮机组件所产生的电力。
授予Sosonkina等人的美国专利No.7,172,386描述了一种产生电能的风能和太阳能发电站。该系统包括安装在车库状建筑物的平屋顶上的转子系统，各转子系统具有定位在保护罩和风道之间的多个转子。在风从高入口向着更高和更宽的出口流动时，风在风道的中下部加速。转子的叶片突出到风道的中部中，从而造成钻子绕着水平轴快速旋转。超扩散器、增压器和风道数百倍地增加了风和转子的动力。各转子系统包括与十二个发电机连接的高达六个转子。还可由安装在阳台和建筑物屋顶上的太阳能面板产生电能。
授予Tsao的美国专利No.7,964,981描述了一种能够转换用于发电机的风能和太阳能的一体式混合能量产生系统。该系统包括风力动力子系统，该风力动力子系统包括：转子，其用于接收风力，以产生机械能；第一轴，其用于提供转子和发电机之间的永久机械连接，用于将产生的机械能传递到发电机。该系统还包括太阳能动力子系统，所述太阳能动力子系统包括：太阳能收集器，其用于接收太阳能以产生热能；热-机械发动机，其联接到太阳能收集器，用于将产生的热能转换成机械能；第二轴，其机械地联接到热-机械发动机；互连子系统，其用于要么将第二轴联接到第一轴从而组合风能和太阳能动力子系统产生的机械能以将其传递到发电机，要么使第二轴从第一轴脱离。在白天的时间内，系统同时用风能和太阳能源获取能量。在夜间，它连续地获取风能，而不管天气状况如何。
发明内容
尽管在现有技术中有用于产生电力的太阳能和风能利用技术，但在本领域中仍然需要进一步进行改进，以提供利用太阳能和风能的更经济和低成本的系统和方法。
风力和太阳能资源的变化性还导致安装的风力或太阳能电站的设备利用率低。因此，将会有利的是，提供利用这两种能源并且可减少组合能量输出的波动的混合系统，进而在用电需求通常较高的时间在白天为都市和郊区地区产生更多电力。
还将有利的是，具有可有效利用来自风力涡轮机的可用能量并且存储它以备后续使用的改进系统和方法。
本发明通过提供用太阳热能和风能源进行发电的混合系统来满足上述需要。
根据本发明的实施方式，该混合系统包括被构造用于接收风力以产生电力的风轮机发电系统。
所述混合系统还包括空气压缩系统，空气压缩系统电联接到所述风轮机发电系统并且被从所述风轮机发电系统接收的电力驱动。所述空气压缩系统包括冷却系统，所述冷却系统被构造用于使大气空气穿过所述空气压缩系统以冷却所述空气压缩系统并且用于释放温度比所述大气空气的温度高的除热空气。
所述混合系统还包括压缩空气存储系统，该压缩空气存储系统被构造用于从所述空气压缩系统接收被压缩的大气空气并且用于以预定压力存储被压缩的大气空气。
所述混合系统还包括电力热发电系统，该电力热发电系统被构造用于接收被压缩的加热空气流，以产生电力。
所述混合系统还包括第一空气接收器，该第一空气接收器被构造用于接收从所述压缩空气存储系统流出的被压缩的大气空气，用于将被压缩的大气空气加热至预定加热温度，并且用于释放被压缩的加热空气流，以驱动所述电力热发电系统。
所述混合系统还包括热能存储系统，该热能存储系统与空气冷却系统和所述热能存储系统处于空气流动连通。所述热能存储系统被构造用于存储从所述空气冷却系统传递的热能并且用于预热由所述压缩空气存储系统提供的被压缩的大气空气流。
所述混合系统还包括第二空气接收器，该第二空气接收器被构造用于接收从热能存储系统流出的预热的压缩空气，用于进一步将预热的压缩空气加热至预定加热温度并且释放加热的压缩空气流，以驱动所述电力热发电系统。
所述混合系统还包括多个日光反射装置，这些日光反射装置被构造用于接收太阳光并且将所述太阳光反射到所述第一空气接收器和所述第二空气接收器中。
根据本发明的实施方式，所述混合系统还包括第一三通阀，所述第一三通阀具有一个第一阀入口。这个入口与所述热能存储系统处于气体流动连通。所述第一三通阀还包括两个第一阀出口。所述第一三通阀被构造成允许所述入口连接到第一阀出口中的任一个或两个。
根据本发明的实施方式，所述混合系统还包括第二三通阀，所述第二三通阀具有两个第二阀入口和一个第二阀出口。这两个第二阀入口中的一个入口与所述第一空气接收器处于气体流动连通，而所述两个第二阀入口中的另一个入口与所述第二空气接收器处于气体流动连通。所述第二三通阀被构造成允许仅一个第二阀出口连接到两个第二阀入口。
根据本发明的实施方式，所述混合系统还包括风扇，所述风扇与所述第二空气接收器和所述热能存储系统处于气体流动连通。所述风扇被构造成提供所述第二空气接收器和所述热能存储系统之间的空气循环，用于在其间传递热量。
根据本发明的实施方式，所述风轮机发电系统包括：塔；发电设备，其可旋转地安装于所述塔以绕着居中穿过所述塔的垂直旋转轴进行旋转。所述发电设备包括叶片部分和机舱部分。所述叶片部分包括多个涡轮机叶片和连接有所述叶片的旋转轮毂。所述机舱部分包括与所述叶片部分机械地联接的旋转变速驱动系统和与所述旋转变速驱动系统机械地联接的风力发电机。
根据本发明的实施方式，所述空气压缩系统包括空气压缩机、增压器和被构造用于冷却所述空气压缩机和所述增压器的冷却系统。
根据本发明的实施方式，所述冷却系统包括空气入口和除热空气出口。所述空气冷却系统被构造用于通过所述空气入口接收环境大气空气，用于使所述环境大气空气穿过所述压缩系统以冷却所述压缩系统，并且用于通过所述除热空气出口释放温度比所述大气空气的温度高的除热空气。所述除热空气被供给到所述热能存储系统。
根据本发明的实施方式，所述第一空气接收器和所述第二空气接收器都安装在所述塔上，位于所述风轮机发电系统下方。
根据本发明的实施方式，所述热能存储系统包括壳体，所述壳体包含热容元件(heat capacitive element)。所述热容元件的示例包括(但不限于)陶瓷三维基材、方格式砌体热介质元件、岩床和砾石。
根据本发明的实施方式，所述电力热发电系统包括被所述第一空气接收器和所述第二空气接收器所提供的压缩的加热空气流启动的热涡轮机。
根据本发明的实施方式，所述风轮机电力发电系统产生的电力与所述电力热发电系统产生的电力相组合。
根据本发明的实施方式，所述热能存储系统被构造成在操作期间具有渐变温度分布。例如，所述渐变温度分布的最高温度是大约800℃，而所述渐变温度分布的最低温度是大约200℃。
根据本发明的实施方式，所述热能存储系统包括加热器，所述加热器被构造成在操作期间保持所述渐变温度分布的最高温度。
根据本发明的实施方式，所述第一空气接收器和/或所述第二空气接收器包括：两个接收器集气管，它们具有管状形状并且成平行布置；多个吸收器管，它们将所述接收器集气管彼此连接，以提供所述接收器集气管之间的气体连通。
根据本发明的实施方式，每个吸收器管均具有Ω型形状，所述形状具有位于附接至所述接收器集气管的所述吸收器管的端部处的两个腿部和在所述腿部之间的圆形部分。
根据本发明的实施方式，所述空气接收器还包括接收器护罩，所述接收器护罩环绕所述吸收器管的所述圆形部分并且形成供所述吸收器管的所述圆形部分定位于其中的接收器腔体。
根据本发明的实施方式，所述接收器护罩具有高漫反射性内表面，所述高漫反射性内表面面对所述吸收器管。
根据本发明的实施方式，所述压缩空气存储系统包括布置在地面中的预定深度处的腔体和安装在所述腔体内的地下压力罐。
根据本发明的实施方式，所述地下压力罐包括可膨胀弹性气球。
根据本发明的实施方式，所述地下压力罐还包括布置在所述可膨胀弹性气球内的水囊(water balloon)。
本发明的技术具有优于现有技术的许多优点，同时克服了通常与之关联的一些缺点。
本申请结合了利用同一发电设备在利用给定位置使用太阳能和风能源。这样导致与太阳能和风能源的间歇性质管理相关的间隙效应明显减少。此外，它会导致本申请的系统产生的平准化电力成本(LCOE)降低并且造成对太阳能和风能的利用效率提高。
根据本发明的系统可容易且有效地制造并且投入市场。
根据本发明的系统是耐久且可靠的构造。
根据本发明的系统可具有相对低的制造成本。
因此已经概述了(并非广义地)本发明更重要的特征，使得可更好地理解下文中随后的本发明的具体实施方式，可更好地理解本发明对本领域的贡献。将在具体实施方式中阐述本发明的额外细节和优点。
附图说明
为了理解本发明并且明白实际上如何实施本发明，现在将参照附图只以非限制性示例的方式描述实施方式，其中：
图1是根据本发明的一个实施方式的利用太阳热能和风能源进行发电的混合系统的示意性正视图；
图2是根据本发明的一个实施方式的热涡轮机的示意性剖视图；
图3A和图3B示出根据本发明的实施方式的对应的图1的混合系统的空气接收器的平面图和侧视图；
图3C示出根据本发明的实施方式的图2的空气接收器的管状集气管的立体图；
图4是根据本发明的实施方式的图1的混合系统的压缩空气存储系统的示意性剖视图；
图5是根据本发明的实施方式的集合由图1的混合系统中的风轮机电力发电系统和电力热发电系统产生的电力以将电力供应到电网的总体电气接线图；以及
图6是根据本发明的实施方式的集合由图1的混合系统中的风轮机电力发电系统和电力热发电系统产生的电力以将电力供应到电网的总体电气接线图。
附图标记列表
1-日光反射装置
2-风扇
3-热能存储系统
5-第一空气接收器
6-第二空气接收器
7-热空气管
8-冷空气管
9-预热空气管
10-混合系统
15-齿轮箱传动模块
16-除热管
17-电热发生器
19-制动器模块
18-空气控制阀
20-第一三通阀
21-轮毂轴
22-机舱部分
23-热涡轮机
25-塔
26-第二三通阀
27-风力发电机
28-旋转轮毂
30-接收器护罩
31a和31b-接收器集气管
32-吸收器管
36-热容元件
40-热空气口
41-预热空气出口端口
42-压缩大气空气入口端口
43-热交换空气入口
48-压缩空气能量存储系统
49-加热器
50-增压器
52-布置在地面内的腔体
53-可膨胀弹性气球
54-空气导管
57-水囊
60-三通空气阀被切换以连接
61-三通空气阀60的第一端口
61-三通空气阀60的第二端口
63-三通空气阀60的第三端口
68-集气管31b的后端
69-集气管31a的前端
70-风轮机整流器
76-热整流器
91-预热空气阀
101-风轮机发电系统
102-空气压缩系统
104-排热空气出口
105-空气冷却系统
111-电力热发电系统
112-涡轮机轴
160-排热阀
180-叶片部分
201-第一阀入口
202和203-第一阀出口
230-转子-定子对
231-定子
232-喷嘴叶片
233-转子叶片
250-发电设备
252-叶片部分
261-第二阀出口
262和263-第二阀入口
300-空气接收器
321-吸收器管的圆形部分
322和323-吸收器管的腿部
330-接收器腔体
331-接收器孔
351-集气管入口端口
352-集气管出口端口
451-土壤剪切平面
481-压缩空气存储系统入口端口
482-压缩空气存储系统出口端口
485-地下压力罐
501-第一空气接收器入口
502-第一空气接收器出口
601-第二空气接收器入口
602-第二空气接收器出口
604-循环空气入口
具体实施方式
可参照附图和随附的描述更好地理解根据本发明的用太阳热能和风能源进行发电的设备的原理和操作。应该理解，这些附图只是出于图示目的而提供的，并不意味着是限制。应该注意，为了清楚，示出本发明的设备的各种示例的附图不是按比例绘制的，并不按比例。应该注意，这些附图中的框以及其它元件意图只是作为功能实体，使得实体之间的功能关系被示出，而不是示出任何物理连接和/或物理关系。本领域中技术人员应该理解，提供的许多示例具有可利用的合适替代形式。
参照图1，根据本发明的一个实施方式，示出了利用太阳热能和风能源进行发电的混合系统10的示意图。混合系统10包括被构造用于接收风力以产生电力的风轮机发电系统101。风轮机发电系统101可以是产生电力的任何合适的风轮机系统，通常包括竖直取向的可由基体(未示出)支承的塔25。在塔25的上端处具有发电设备250，该发电设备250可旋转地安装于塔25，以绕着居中地穿过塔25的竖直旋转轴旋转。发电设备250包括通常与风力风轮机一起使用的叶片部分180和机舱部分22。
叶片部分180包括多个风轮机叶片29和连接有叶片29的旋转轮毂28。机舱部分22包括与叶片部分180机械地联接的旋转变速驱动系统221和与旋转变速驱动系统221机械地联接的风力发电机27。变速驱动系统221包括：齿轮箱传动模块15，其通过轮毂轴21联接到叶片部分180的旋转轮毂28，以使旋转轮毂28和风力发电机27之间的旋转速度匹配；制动器模块19，其机械地联接到齿轮箱传动模块15。风力发电机27通过驱动风力发电机27的发电机轴210机械地联接到制动器模块19。风力发电机27在它连接到电网(未示出)时可为用户提供电力。此外，如以下描述的，风力发电机27可为混合系统10的其它元件提供电力。
根据本发明的实施方式，混合系统10还包括与风轮机发电系统101电联接的空气压缩系统102。空气压缩系统102电连接到风轮机发电系统101并且被从该风轮机发电系统接收的电力所驱动。
根据本发明的实施方式，空气压缩系统102包括空气压缩机4和增压器50。空气压缩机4可以是例如被构造为离心压缩机的大型空气压缩机4。这种离心压缩机可例如进行操作以提供1：10的压缩比。增压器50可例如被构造为基于压缩比在1：4至1：20的范围内的基于活塞的压缩机。在操作中，增压器50从空气压缩机4例如在10巴下接收被初步压缩的空气，进一步将该空气压缩达到更高的空气压力(可在40巴至200巴的范围内)。然后，压缩空气被供给到热能存储系统3，压缩空气可被存储在热能存储系统3中，供进一步使用。
由于在压缩过程期间空气温度增大，因此空气压缩系统102包括用于冷却空气压缩机4和增压器50二者的冷却系统105。冷却的结果是，可在压缩过程期间从这些装置去除过量的热。冷却系统可例如使用在冷却散热器(未示出)中循环的冷水。同样，冷却系统105可以基于大气空气的循环。在这种情况下，空气冷却系统具有空气入口(未示出)和除热空气出口104。空气冷却系统105被构造用于通过空气入口接收环境大气空气，使环境大气空气经过压缩系统102以将其冷却，通过除热空气出口104释放温度比大气空气温度高的除热空气。
除热过程是基于采用强制对流。根据本发明的实施方式，空气压缩系统102的冷却系统105可包括环绕压缩机4和增压器50的热交换器(未示出)，在热交换器中，环境温度下的空气(本文中还被称为冷空气)与在压缩过程期间被压缩机4和增压器50加热的压缩空气进行热交换。结果，冷空气被加热，同时压缩空气变冷。通过冷却系统105的除热空气出口104释放被加热的环境空气。
根据本发明的实施方式，在空气压缩系统102中被加热并且通过除热空气出口104释放的环境空气没有被排放到大气中，而是被用于预热被空气压缩系统102压缩的空气，如以下将详细描述的。例如，通过除热空气出口104释放的被加热的环境空气的温度可以是大约200℃。
根据本发明的实施方式，混合系统10还包括压缩空气能量存储系统48，压缩空气能量存储系统48具有存储系统入口端口481和存储系统出口端口482。存储系统入口端口481与空气压缩系统102处于气体流动连通。压缩空气能量存储系统48被构造用于从空气压缩系统102接收被压缩的大气空气并且用于在预定压力下存储该大气空气。该预定压力可以是例如在40巴至200巴的范围内。
根据一个示例，热能存储系统48可被构造为标准的高压罐。根据另一个示例，压缩空气存储系统48可被构造为地下洞室。根据又一个示例，压缩空气存储系统48可被构造为新型地下弹性罐。以下，将详细描述这个示例。
根据本发明的实施方式，混合系统10还包括第一三通阀20，该第一三通阀20具有通过空气控制阀18而与压缩空气存储系统48的出口端口482处于气体流动连通的一个第一阀入口201以及两个第一阀出口202和203。第一三通阀20被构造成允许第一阀入口201与第一阀出口202和203中的任一个或两个连接。
根据本发明的实施方式，混合系统10还包括第一空气接收器5，该第一空气接收器5具有第一空气接收器入口501和第一空气接收器出口502。第一空气接收器入口501与两个第一阀出口中的出口203处于气体流动连通。第一空气接收器5被构造用于通过第一空气接收器入口501接收被压缩的大气空气。被压缩的大气空气从压缩空气存储系统48起流过第一三通阀20。第一空气接收器5还被构造用于将压缩大气空气加热至预定加热温度，并且用于通过第一空气接收器出口502释放被压缩的加热空气流。
根据本发明的实施方式，混合系统10还包括第二空气接收器6，该第二空气接收器6具有第二空气接收器入口601和第二空气接收器出口602。第二空气接收器6被构造用于通过第一空气接收器入口601接收除热空气，进一步将接收到的空气加热至预定加热温度，然后通过第二空气接收器出口602释放被加热的空气。
根据本发明的实施方式，第一空气接收器5和第二空气接收器6安装在塔25上，位于风轮机发电系统101下方。以下，在本文中将描述第一空气接收器5和第二空气接收器6的构造示例。
根据本发明的实施方式，混合系统10还包括布置在第一空气接收器5和第二空气接收器6附近的多个日光反射装置1。日光反射装置1被构造用于接收太阳光并且将太阳光反射到第一空气接收器5中和第二空气接收器6中。
根据本发明的实施方式，混合系统10还包括热能存储系统3。热能存储系统3被构造为压力罐并且包括壳体，该壳体包括压缩大气空气入口端口42、预热空气出口端口41、热空气端口40和热交换空气入口43。热空气端口40与第二空气接收器6的第二空气接收器入口601处于气体流动连通。根据这个实施方式，热能存储系统3包含热容元件36。热容纳元件的示例包括但不限于陶瓷三维基质、方格式砌体热介质元件、岩床、砾石等。
根据本发明的实施方式，热能存储系统3的热交换空气入口43通过装配有除热阀160的除热管16与空气冷却系统105处于空气流动连通。除热管16的一端连接到除热空气出口104并且另一端连接到热交换空气入口43。在空气压缩系统102中被加热并且通过除热空气出口104释放的环境空气通过热交换空气入口43被供给到热能存储系统3。因此，热能存储系统3可接收从空气冷却系统105和第二空气接收器6传递的热能。
根据本发明的实施方式，混合系统10还包括第二三通阀26，该第二三通阀26具有两个第二阀入口262和263和一个第二阀出口261。第二阀入口262与第一空气接收器出口502处于气体流动连通，用于从第一空气接收器5接收被压缩的加热空气，而第二阀入口263与第二空气接收器出口602处于气体流动连通，用于从第二空气接收器6接收被压缩的加热空气。第二三通阀26被构造成允许第二阀出口261连接到两个第二阀入口262和263中的一个或两个。
根据本发明的实施方式，混合系统10还包括电力热发电系统111，该电力热发电系统111被构造成接收从所述一个第二阀出口301释放并且通过热空气管7被供应到电力热发电系统111的被压缩的加热空气流，以产生电力。
根据本发明的实施方式，电力热发电系统111包括被热空气管7提供的被压缩的加热空气流驱动的热涡轮机23。热涡轮机23旋转与电热发电机17连接的涡轮轴112，以驱动涡轮轴112。电热发电机17将从涡轮机接收的机械动力转换成电力。电力热发电系统111的电热发电机17产生的电力可与风轮机电力发电系统101的发电机27产生的电力相组合。
参照图2，根据本发明的一个实施方式，示出热涡轮机23的示意性剖视图。热涡轮机23包括多个转子-定子对230。各转子-定子对230的定子231包括多个喷嘴叶片232，而各转子-定子对230的转子232包括多个转子叶片233。
转子叶片233连接到轴112。当被压缩的加热空气流经过喷嘴叶片232和转子叶片233之间，由该流动提供的压力逐渐减小至环境压力。在操作中，在该流动中提供的能量(就压力和热二者来说)被转换成用于驱动轴并因此驱动电热发电机17的机械动力。
回到图1，根据本发明的实施方式，混合系统10还包括风扇2。风扇2通过循环空气入口604与第二空气接收器6处于气体流动连通，并且通过预热空气出口端口41与热能存储系统3处于气体流动连通。风扇2被构造成提供空气循环，用于使热量从第二空气接收器6传递至热能存储系统3。
根据本发明的实施方式，混合系统10还包括多个日光反射装置1，日光反射装置1被构造用于接收太阳光并且将太阳光反射到所述第一空气接收器5和所述第二空气接收器6中。
系统可按下面四种操作模式进行操作。
根据本发明的实施方式，在非高峰时间期间(例如，在夜间)，当用电需求较低，并因此电力零售价会降低时，系统10的其它元件可使用风轮机发电系统101产生的电能中的一部分。在本文中这种操作模式被称为“预热模式”。
根据本发明的实施方式，通过使用由风轮机发电系统101产生的电力来启动空气压缩系统102在非高峰时间期间压缩大气空气。热能存储系统48可用于存储由空气压缩系统102提供的压缩空气。
在预热操作模式下，从冷却系统的除热空气出口104释放的预热空气被供给到热能存储系统3(其中，预热空气经过热容元件36之间)，并且将热能传递至热容元件36。预热过程根据需要持续得足够长，使得热容元件36变得被均匀地加热至例如可以是大约200℃的预热温度。在预热热能存储系统3之后，除热阀160关闭，以避免在操作期间从热能存储系统3进一步释放加热空气。
在高峰时间期间，当太阳能可用时，系统可按其它操作模式进行操作。
因此，第二种操作模式与“直接”电力发电关联。在下文中被称为“直接热-加热模式”的这种模式下，第一三通阀20被切换成将第一阀入口201连接到第一阀出口203。在这种情况下，从热能存储系统48的出口端口482排出的高压空气被直接供给到第一空气接收器5，直到引入的空气在这两个容器中达到压力平衡为止。这种第一模式与第一空气接收器5的操作关联，第一空气接收器5接收通过冷空气管8从压缩空气存储系统48流出的压缩大气空气。
如上所述，可在非高峰时间期间准备压缩空气存储系统48中的压缩空气并且将压缩空气存储在其中。如上所述，第一空气接收器5通过第一三通阀20与压缩空气存储系统48处于空气流动连通。因此，压缩空气被第一空气接收器5加热至预定加热温度，因为一个或多个日光反射装置1在其上反射高度集中的太阳通量。因此，从第一空气接收器5的第一空气接收器出口502释放的被压缩的加热空气被传递至切换成将第二阀入口262连接到第二阀出口261的第二三通阀26。第二阀出口261连接到热空气管7，该热空气管7将从第一空气接收器5的第一空气接收器出口502释放的被压缩的加热空气传递到电力热发电系统111，用于产生电力。在处于10巴至250巴的压力下，被压缩的加热空气的预定加热温度可以是例如大约800℃。
混合系统10的最后两种(第三种和第四种)操作模式与第二空气接收器6的操作关联，该第二空气接收器6接收被热能存储系统3预热的压缩空气，来自热能存储系统48的冷压缩空气被供给至该热能存储系统。应该注意，这种操作模式可以是单独运行的或者是与“直接热-加热模式”的操作同时运行的。
在第三种操作模式(下文中也被称为“热荷”模式)下，第一三通阀20切换成将第一阀入口201连接到第一阀出口202。在这种情况下，高压空气首先被从热能存储系统48的出口端口482排出，并且通过压缩大气空气入口端口42被供给到热能存储系统3。该高压空气进一步从热能存储系统3通过预热空气出口端口41、装配有预热空气阀91的预热空气管9向着第二空气接收器6传递，并且通过第二空气接收器入口601被引入第二空气接收器6中。用高压空气进行填充的过程根据需要持续得足够长，直到被引入的高压空气在这两个容器中达到压力平衡。
然后，开启风扇2，以使高压空气通过管在第二空气接收器6和热能存储系统3之间的循环，该管将热能存储系统3连接到风扇2以允许空气流在第二空气接收器6和热能存储系统3之间循环。当太阳能可用时，日光反射装置1将光反射到第二空气接收器6中。因为第二空气接收器6被太阳通量照射，通过第二空气接收器6流动的空气因此可被加热。在高温(例如，大约800℃)的温度下可从第二空气接收器6释放空气。该热空气通过热空气端口40被供给到热能存储系统48，作为循环过程的一部分。
当高温空气(例如，大约800℃的温度下)经过热能存储系统3时，它与位于热能存储系统3内的热容元件36进行热交换并且在预热温度(例如，大约200℃的温度)下通过预热空气出口端口41离开热能存储系统3。
根据实施方式，从热能存储系统3的预热空气出口端口41释放的空气的最低温度取决于通过压缩大气空气入口端口42进入热能存储系统3的空气的温度。
根据实施方式，热能存储系统3被构造成在操作时具有渐变温度分布。优选地，渐变温度分布是明确分开温度不同的区域的温跃温度分布，使得热容元件36上的温度梯度是突变的。
特别地，温跃分布温度证实，热介质元件的最高温度接近热空气端口40(例如，大约800℃)，其在预热空气出口端口41处降低至最低温度(例如，大约200℃)。
根据另一个实施方式，为了在靠近热空气端口40的热介质元件是最高温度的情况下保持温跃分布温度，根据本发明的实施方式，热能存储系统3包括在该热能存储系统3的靠近热空气端口40一侧处布置的加热器49。加热器49被构造成在混合系统10操作期间保持温跃分布的最高温度。
根据本发明的实施方式，加热器49包括被电力启动的电子线圈(未示出)。电子线圈电连接到风轮机发电系统101并且从其接收电力以进行操作。在用电需求低的非高峰时间期间，电子线圈可例如从风轮机发电系统101接收电力。同样，当天气不利于第一空气接收器5和第二空气接收器6的操作时，使用加热器49可能是最有益的。
从风轮机发电系统101接收的电力被加热器49根据焦耳定律转换成热，焦耳定律定义了当电流流过导体时导体中释放的热量。焦耳定律表明，当伏打电的电流沿着导体传播时，给定时间内散发的热与导体的电阻和电强度的平方的乘积成正比。
一旦热能存储系统3充入热量，混合系统10就切换成在第四种模式(在下文中被称为“热排放”模式)下操作。在本文中被称为“直接热-加热模式”的这种模式下，热能存储系统3中存储的热被用于加热压缩空气并且将该被加热的压缩空气传递至电力热发电系统111，用于产生电力。
在操作中，预热空气阀91和除热阀160被关闭。第一三通阀20被切换成将第一阀入口201连接到第一阀出口202。在这种情况下，具有环境温度并且从热能存储系统48的出口端口482排出的高压空气通过压缩大气空气入口端口42从压缩系统102供给到热能存储系统3。压缩空气经过热能存储系统3并且从热容元件36接收热能，并且在升高的预定温度和预定的高压下通过热空气端口40离开热能存储系统3。所述预定温度可以例如在700℃至900℃的范围内，而预定温度可以例如在10巴至250巴的范围内。
因此，从第二空气接收器6的第二空气接收器出口602释放的被压缩的加热空气被传递至第二三通阀26，该第二三通阀切换成将第二阀入口263连接到第二阀出口261。如上所述，第二阀出口261连接到热空气管7，该热空气管7将从第二空气接收器6的第一空气接收器出口602释放的被压缩的加热空气传递至电力热发电系统111，用于产生电力。
参照图3A和图3B，对应地，根据本发明的实施方式示出空气接收器300的平面图和侧视图。根据本发明，第一空气接收器5和第二空气接收器6优选地被构造为空气接收器300，但这不是强制的。如图3A至3C中所示，空气接收器300包括具有管状形状并且成平行布置的两个接收器集气管31a和31b。空气接收器300还包括多个吸收器管32，吸收器管32联接接收器集气管31a和31b以提供接收器集气管31a和31b之间的气体连通。每个吸收器管32均具有包括圆形部分321和位于吸收器管32的末端处的两个腿部322和323的Ω型形状。
图3C示出根据本发明的实施方式的一个这样的管状集气管31b的立体示意图。应该注意，管状集气管31a具有类似构造，准用。每个管状集气管均包括将集气管的内部容积分成许多部分的多个集气管分隔板34。每个部分被定义为包围在附接至内集气管壁66的两个连续集气管分隔板34之间的部分。集气管分隔板34可附接到集气管壁的内表面。通过使用从焊接、铜焊等中选择(但不限于此)的任何合适技术进行附接。
接收器集气管31a和31b具有沿着它们的长度布置在集气管31a和31b的壁中的多个集气管开口67。如图3A和图3B中所示，吸收器管32的腿部322和323附接到集气管31a和31b的集气管开口67，以提供吸收器管和集气管之间的气体流动连通。如图3B中所示，腿部322的端部附接到集气管31a，而腿部323的端部附接到接收器集气管31b。
每个部分均具有至少两个集气管开口67。在每个部分中只布置有两个集气管开口67的情况下，一个集气管开口67可用于从集气管经过并进入吸收器管的空气流，另一个用于从吸收器管经过并进入集气管的气流。应该理解，当需要时，若干集气管开口67可用于使空气流从集气管经过并进入吸收器管，反之亦然。这种构造提供了从布置在集气管31b的后端68处的集气管入口端口351中引入的、通过吸收器管32的集合通向布置在另一个集气管31a的前端69处的集气管出口端口352的压缩空气的蜿蜒空气流。
根据实施方式，吸收器管32被涂有高放射性黑色涂料，以使对太阳通量的吸收最大。例如，吸收器管的内径可在15cm至30cm的范围内。集气管的典型内径可在13cm至28cm的范围内。
根据图3A和图3B中示出的实施方式，空气接收器300还包括环绕吸收器管32的圆形部分321并且形成接收器腔体330的接收器护罩30，吸收器管32的圆形部分321位于接收器腔体330内。接收器护罩30优选地具有面对吸收器管32的高反射性内表面，以使通过接收器孔径331进入的光通量在接收器腔体330内被多次反射。往往会从接收器逸出的太阳通量当它被护罩弹回并且被吸收器管32吸收时可被部分恢复。同样，陶瓷护罩被构造成将吸收器管32与环境条件隔离，以使由于温度增加导致的辐射损失最小。
接收器护罩30可以例如由具有高热稳定性的任何合适材料制成。适于护罩30的金属的示例包括(但不限于)白色陶瓷。
在操作中，压缩空气通过集气管入口端口351被引入与接收器集气管31b的端部68相邻的集气管部分(图3C中的353)中。空气流接着穿过布置在这个部分中的集气管开口67进入吸收器管32中，该吸收器管32在一端处与这些集气管开口67附接。空气流进入对应部分的接收器集气管31a中，吸收器管32的另一端附接到该接收器集气管。然后，空气流进入在该部分中附接到相邻开口的相邻吸收器管32并且流回到接收器集气管31b的下一个部分354中，下一个部分354是与接收器集气管31b的后端68相邻的部分353之后的下一个部分。
该空气流接着继续以蜿蜒方式流动。在操作过程中，太阳通量通过最开始穿过孔口331照射吸收器管32。太阳通量被吸收器管32吸收，因此被转换成热能并且升高流过吸收器管32的空气的温度。空气流在其被引入入口端口351中时具有最低温度，而它在另一个集气管31a的前端69处通过集气管出口端口352离开接收器时具有最高温度。
参照图4，根据本发明的实施方式，示出压缩空气存储系统48的示意性剖视图。压缩空气存储系统48包括布置在地面中的预定深度处的腔体52，位于安装在腔体内的地下压力罐485中。地下压力罐485包括具有气球端口530的可膨胀弹性气球53，气球端口530在操作中可用作入口端口(图1中的481)和/或出口端口(图1中的482)，准用。
可膨胀弹性气球53可例如由具有编织物或可进行大变形的其它增强件的弹性、耐用的坚固塑料或橡胶材料制成。大变形可以例如在200％至1000％的容积变化范围内。还要求，气球的材料可耐受地下化学反应(例如，土壤沉积)和湿气(例如，雨水)渗透。
压缩空气存储系统48还包括空气导管54，该空气导管54通过出口端口482联接到可膨胀弹性气球53的内部容积。端口530可通过装配有三通空气阀60的空气导管54联接到第一阀入口201或空气压缩系统102。三通空气阀60具有与空气压缩系统(图1中的102)联接的第一端口61、与第一阀入口201联接的第二端口62和通过空气导管54与可膨胀弹性气球53联接的第三端口63。
在操作过程中，当需要填充压缩空气存储系统48时，三通空气阀60切换成将第一端口61连接到第三端口63，从而将可膨胀弹性气球53联接到空气压缩系统102。另一方面，为了将来自可膨胀弹性气球53的空气连接到第一阀入口(图1中的201)，三通空气阀60切换成将第二端口62连接到第三端口63。
为了产生压缩空气存储系统48，根据这个实施方式，在地面中钻出钻孔51，达到预定深度。钻孔51的深度主要是由土壤性质和压缩空气存储系统48的地下压力罐485内的压缩空气的期望压力大小的最大值确定的。例如，钻孔51的深度可在10m至100m的范围内。钻出的钻孔51的直径是由压力罐的期望尺寸限定的。例如，钻孔51的直径可在1m至10m的范围内。根据一个实施方式，形成在地面中的压力罐的腔体具有椭圆形形状；然而，还料想到其它形状。
一旦钻出钻孔，就将可膨胀弹性气球53放置在钻孔51的底部。接着，将可膨胀弹性气球53经由空气导管54连接到高压增压器50。高压增压器50可提供例如10巴至250巴的范围内的空气压力。
低压下气球的容积被设计成略小于腔体52的容积。为了形成腔体52，最开始在低压下用空气填充气球。然后，将沙逐渐置于弹性气球表面和钻孔的内表面之间。然后，使用当最开始钻出钻孔时被去除的土壤回填钻孔。在这个过程期间，填充土壤被水淹并且变紧实。在这个过程期间，通过使用空气压缩机450，将气球中的空气压力逐渐增大。当钻孔被完全覆盖时，气球中的压力可例如在填充过程结束时增大至大约250巴的大小。应该理解，压力增大会造成气球周围的土壤变紧实。土壤对压力的阻力将是沿着土壤剪切平面451。由于可膨胀弹性气球53由弹性-塑料材料制成，因此它适应土壤大变形。
根据本发明的其它实施方式，压缩空气存储系统48的地下压力罐485包括布置在可膨胀弹性气球53内的水囊57。水囊57也由能够适应其初始容积的200％-1000％范围内的变形的弹性材料制成。水囊57经由水管56连接到水泵55。水泵55经由水安全阀59联接到水箱58。水泵55被构造成将水从水箱58传输到水囊57。
水囊57的目的是，在空气被引入弹性气球中时以及在从可膨胀弹性气球53释放一部分空气时，都保持操作期间可膨胀弹性气球53中的空气是恒定高压。因此，为了将可膨胀弹性气球53内的空气压力保持在恒定高压，将空气捕获在可膨胀弹性气球53和水囊57之间的区域62的容积可变化。最初，用高压下的空气填充可膨胀弹性气球57。在该填充过程期间，没有使用水囊57。在填充过程结束时，弹性球周围的土壤变紧实，以保持地下压力罐485所需的最大期望压力。
然后，空气从可膨胀弹性气球53排出，达到最小期望压力值。这个最小期望压力值可以是例如在最大期望压力的5％至30％的范围内。一旦空气被排放，水泵55就开始操作，通过将高压下的水引入水囊57中将水囊57中的水压增大至最大期望压力。
结果，被捕获在水囊和弹性气球之间的区域62内的空气与水达到压力平衡。一旦水囊57达到期望容积，水泵就关闭。水安全阀59被构造成当水囊57的水压超过针对水安全阀59创建的阈值压力值时将水从水囊57释放到水箱58。根据这个实施方式，水安全阀被设置至阈值压力，该阈值压力略小于可膨胀弹性气球53内的空气的最大期望压力。
在下一个步骤中，双通空气阀60被切换成将端口61连接到端口63，从而允许空气压缩系统102和可膨胀弹性气球53之间的空气连通，用于为压缩空气存储系统48充气。在充气模式期间，空气被传送至弹性气球53，达到最大期望压力。由于水囊内包含的空气和水导致的空气和水之间的压差，因此过量的水将经过水安全阀59回到水箱58。水囊57的容积可因此减小，而捕获在弹性气球53和水囊57之间的区域62中的空气可增加。结果，空气压缩系统102用恒定压力下的空气为弹性气球充气，这样显著增大了压缩效率。
在排放模式期间，从弹性气球释放空气。根据实施方式，弹性气球53和包含有空气的水囊57之间的区域62的容积保持恒定。因此，空气的释放导致空气压力减小。水压力进而也减小，以实现与空气的压力平衡。在这个阶段，启动水泵，以补偿水压的减小。结果，高压下的水被泵入水囊57中，因而将水压再次带到最大期望压力，同时增大了水囊57的容积，并且相应地减小了区域62的容积。由于水囊57和弹性气球53之间的匹配压力条件是从热力学角度实现的，因此区域62内的空气压力也将被设置回最大期望压力。这个空气压力补偿模式可被保持直至空气从区域62完全释放。
参照图5，根据本发明一个实施方式，示出用于集合由风轮机发电系统101和电力热发电系统111产生的电力以将电力供应到电网75的总体电气接线。
如图5中所示，风力发电机27连接到位于机舱部分22内的风轮机整流器70。在操作过程中，整流器70将风力发电机27产生的交流(AC)电力转换成直流(DC)电力。另一方面，电力热发电系统111的电力热发电机17联接到热整流器76，该热整流器76将由热整流器76产生的AC电力转换成DC电力。来自整流器70和76的DC电力被组合并且引入到公共DC/AC逆变器71中。公共DC/AC逆变器71将公共DC电力转换回具有与电网匹配的频率(例如，50Hz或60Hz)的AC电力。接着，将由公共DC/AC逆变器71产生的AC电力顺序地引入串联布置并联接到电网75的一个或多个开关设备73和74。开关设备73和74被构造成使产生的电压适应于电网75的电压。
如在图5中可看到的，这个实施方式提供了以下构造：其中由电力源(风力和太阳能)产生的电力与电网脱离。在这种情况下，由风能操作的发电机27和由太阳能操作的热发电机17可以不同的旋转速度进行旋转。
参照图6，根据本发明另一个实施方式，示出用于集合由风轮机发电系统101和电力热发电系统111产生的电力以将电力供应到电网75的电气接线。该构造与图5中示出的构造的不同之处在于以下事实：热和风力发电基础设置元件在没有AC/DC逆变器的情况下均直接连接到电网。在这种情况下，电网频率(通常是50Hz或60Hz)指示这两种发电机的旋转速度。在这种情况下，风力发电机27和热发电机17都具有相同频率，因此它们的AC电力可被提供到电网。
如此，本发明所属领域的技术人员可理解，虽然依据优选实施方式描述了本发明，但作为本公开基础的构思可容易地被用作设计执行本发明的许多目的的其它结构、系统和过程的基础。
另外，要理解，本文中采用的措辞和术语是出于描述的目的，不应该被视为限制。
最后，应该注意，在随附权利要求书中使用的词语“包括”将被理解为意思是“包括但不限于”。
因此，重要的是，本发明的范围不被理解为受本文阐述的示例性实施方式的限制。在随附权利要求书中定义的本发明的范围内，其它变形形式是可能的。通过在该申请或相关申请中修改当前权利要求书或提出新权利要求书，可要求保护特征、功能、元件和/或性质的其它组合和子组合。这种经修改的权利要求书或新的权利要求书(无论它们是涉及不同的组合还是涉及相同的组合，无论范围是与原始权利要求书不同、比原始权利要求书更广、更窄或与原权利要求书相同)也被视为被包括在本说明书的主题内。

Claims (15)

1.一种用于存储由空气压缩系统提供的压缩空气的压缩空气存储系统，该压缩空气存储系统包括：
地下压力罐，该地下压力罐(485)包括：
布置于形成在地面中的预定深度处的钻孔(51)中的腔体(52)，并且所述钻孔具有预定直径，所述预定直径等于或小于所述钻孔(51)的深度；
可膨胀弹性气球(53)，该可膨胀弹性气球布置在所述腔体(52)中，所述
可膨胀弹性气球(53)具有气球端口(530)以提供到所述可膨胀弹性气球(53)的内部容积的通路，并且所述可膨胀弹性气球(53)配置为存储所述压缩空气，
所述可膨胀弹性气球(53)被放置在所述可膨胀弹性气球(53)与所述钻孔(51)的内表面之间的紧实的填充材料围绕，由此在所述可膨胀弹性气球(53)的填充和排放期间保持所述腔体(52)的容积不改变；以及
空气阀(60)，该空气阀被配置为将所述压缩空气存储系统从填充模式切换至排放模式。
2.根据权利要求1所述的压缩空气存储系统，其中，所述空气阀(60)是具有第一阀端口(61)、第二阀端口(62)和第三阀端口(63)的三通空气阀(60)；所述第三阀端口(63)经由空气导管(54)联接至所述气球端口(530)，所述第一阀端口(61)联接至所述空气压缩系统，并且所述第二阀端口(62)配置为从所述可膨胀弹性气球(53)排放所述压缩空气；所述三通空气阀(60)配置为在所述第一阀端口(61)和所述第二阀端口(62)之间切换所述第三阀端口(63)的空气连接，由此相应地进行所述可膨胀弹性气球(53)的填充或排放。
3.根据权利要求1或2所述的压缩空气存储系统，该压缩空气存储系统还包括：
水囊(57)，该水囊布置在所述可膨胀弹性气球(53)内并且配置为在所述压缩空气存储系统的操作期间保持所述可膨胀弹性气球(53)中的空气的期望高压；
水泵(55)，该水泵经由水管(56)联接至所述水囊(57)并且配置为将水供应至所述水囊。
4.根据权利要求3所述的压缩空气存储系统，该压缩空气存储系统还包括水箱(58)，该水箱被配置为经由水安全阀(59)将水提供给所述水泵(55)，该水安全阀被配置为当所述水囊(57)处的水压超过预定的阈值压力值时将水从所述水囊(57)释放到所述水箱(58)。
5.根据权利要求3所述的压缩空气存储系统，其中，所述可膨胀弹性气球(53)和所述水囊(57)被配置为耐受在200％至1000％的容积变化范围内的变形。
6.一种用于生产压缩空气存储系统的方法，该方法包括：
提供具有气球端口(530)的可膨胀弹性气球(53)，所述气球端口用于提供到所述可膨胀弹性气球(53)的内部容积的通路；
提供空气阀(60)，该空气阀被配置为将所述压缩空气存储系统从填充模式切换至排放模式；
在地面中钻出钻孔(51)，所述钻孔(51)具有预定深度和预定直径，所述预定直径等于或小于所述钻孔(51)的深度；
在所述钻孔(51)内形成腔体(52)，包括：
将所述可膨胀弹性气球(53)放置在所述钻孔(51)的底部；
利用空气将所述可膨胀弹性气球(53)填充至初步压力，由此增加该可膨胀弹性气球的容积；
将填充材料放置在所述可膨胀弹性气球(53)与所述钻孔(51)的内表面之间，由此利用所述填充材料回填并覆盖所述钻孔(51)；以及
在将所述填充材料放置在所述可膨胀弹性气球(53)与所述钻孔(51)的内表面之间的过程中水淹所述填充材料，并且在水淹的同时，使所述可膨胀弹性气球(53)中的空气压力增加至最终压力，由此使所述可膨胀弹性气球(53)周围的所述填充材料变紧实，从而在所述可膨胀弹性气球(53)内形成用于存储由所述空气压缩系统提供的所述压缩空气的所述腔体(52)，在所述可膨胀弹性气球(53)的填充和排放期间所述腔体(52)的容积不改变。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述提供空气阀(60)的步骤包括：
提供具有第一阀端口(61)、第二阀端口(62)和第三阀端口(63)的三通空气阀；所述三通空气阀(60)配置为在所述第一阀端口(61)和所述第二阀端口(62)之间切换所述第三阀端口(63)的空气连接，
将所述第三阀端口(63)经由空气导管(54)联接至所述气球端口(530)，
将所述第一阀端口(61)联接至所述空气压缩系统，
将所述第二阀端口(62)配置为用于从所述可膨胀弹性气球(53)排放所述压缩空气。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，所述初步压力在10巴至250巴的范围内；并且所述最终压力为大约250巴。
9.根据权利要求6或7所述的方法，其中，放置在所述可膨胀弹性气球(53)与所述钻孔(51)的所述内表面之间的所述填充材料对所述初步压力的阻力是沿着土壤剪切平面(451)的。
10.根据权利要求6或7所述的方法，其中，所述钻孔(51)的所述预定深度在10米至100米的范围内；并且所述钻孔(51)的所述预定直径在1米至10米的范围内。
11.根据权利要求7所述的方法，该方法包括：
提供水囊(57)并且在所述可膨胀弹性气球(53)联接至所述第三阀端口(63)之前将该水囊布置在所述可膨胀弹性气球内；
提供水泵(55)并且将所述水囊(57)经由水管(56)联接至所述水泵(55)；
经由水安全阀(59)提供水箱(58)，该水安全阀配置为将水从所述水箱(58)传输至所述水囊(57)。
12.一种用于操作根据权利要求4所述的压缩空气存储系统的方法，该方法包括：
最初利用高压下的空气填充所述可膨胀弹性气球(53)，由此使所述可膨胀弹性气球周围的土壤变紧实，以保持地下压力罐(485)的最大期望压力；
将空气从所述可膨胀弹性气球(53)排出，以达到最小期望压力值；以及
一旦空气被排放而达到所述最小期望压力值，则根据需要操作所述水泵(55)以通过将高压下的水引入所述水囊(57)中而将所述水囊(57)中的水压增大至所述最大期望压力。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述最小期望压力值在所述最大期望压力的5％至30％的范围内。
14.根据权利要求12或13所述的方法，该方法包括对所述压缩空气存储系统充气，该充气的步骤包括：
切换所述空气阀(60)以允许所述空气压缩系统和所述可膨胀弹性气球(53)之间的空气连通，以对所述压缩空气存储系统充气，以及
使过量的水经过所述水安全阀(59)回到所述水箱(58)，由此减小所述水囊(57)的容积，而捕获在所述可膨胀弹性气球(53)和所述水囊(57)之间的区域中的空气的体积增加。
15.根据权利要求14所述的方法，该方法包括排放所述压缩空气存储系统，该排放的步骤包括切换所述空气阀(60)以允许从所述可膨胀弹性气球(53)释放所述压缩空气，以及
通过启动所述水泵(55)将水泵入所述水囊(57)中以补偿水压的减小，借此来保持所述可膨胀弹性气球(53)与水囊(57)之间的所述区域中的空气压力恒定。
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