CN105794101A - 用于具有能量储存的电力峰值的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了示例性的实施方式，包括用于具有能量储存的电力峰值的系统和方法。在示例性、非限制性实施方式中，电力设备包括热力循环管道，所述热力管道线路具有包含在其中的工作流体，所述工作流体具有流动方向和流动速率。电力设备组件插入在热力管道线路中。所述电力设备组件包括压缩机系统、换热器系统、热源、涡轮系统、排热系统和热能量传递系统。阀门系统可操作地选择性地连接与维持流动方向和流动速率的工作流体热工水力连通的排热系统、热能储存系统、压缩机系统连接，以实现热力循环，所述热力循环选自布雷顿循环、布雷顿循环/制冷循环组合、和兰金循环。

Description

用于具有能量储存的电力峰值的系统和方法
本申请的优先权申请的所有主题内容通过引用的方式并入本申请中，并入的程度是这些主题与本申请不相矛盾。
技术领域
本申请公开内容一般涉及热力循环，尤其是涉及使用能量储存提供电力峰值的热力循环。
背景技术
一些已知的热能储存系统可以以冰和/或热的形式储存热能，而且在以后的某一时间，可以使用储存的热能来产生电力。热能储存系统的一些已知类型可能导致效率低下，因为它们使用电来产生冰。因此，其中固有的低效率可能发生两次。并且，热能储存系统的一些已知类型可以使用一种仪器购买电来装载(charge)热和冷的温度热源(比如通过热泵)，然后等到某个时间阶段在使用另一系统前释放(discharge)热能储存罐来产生电力。此外，在热能储存系统的一些已知的类型中，工作流体在热能储存系统的组件中在不同的操作模式下可以以一个以上的方向和/或以一个以上的质量流动速率流动。
发明内容
本发明公开的示例性的实施方式包括用于具有能量储存的功能峰值的系统和方法。
在示例性的非限制性的实施方式中，电力设备包括热力管道线路，所述热力管道线路具有包含在其中的工作流体，所述工作流体具有流动方向和流动速率。电力设备组件插入在热力管道线路中。所述电力设备组件包括压缩机系统、换热器系统、热源、涡轮系统、排热系统和热能传递系统。阀门系统可操作地连接与维持流动方向和流动速率的工作流体热工水力连通的排热系统、热能储存系统、压缩机系统，以实现热力循环，所述热力循环选自布雷顿循环、布雷顿循环/制冷循环组合、和兰金循环。
在另一示例性的非限制性的实施方式中，电力设备包括压缩机系统，所述压缩机系统被配置成压缩工作流体。换热器系统被配置成加热被压缩的工作流体。热源被配置为进一步加热来自于换热器系统的被加热的被压缩的工作流体。涡轮系统被连接来接收来自于热源的进一步被加热的被压缩的工作流体，所述涡轮系统被配置为将工作流体的焓下降转化为机械能，换热器系统进一步被配置为冷却来自于涡轮系统的膨胀的工作流体。排热系统被配置为选择性地冷却膨胀的工作流体，并且提供通过排热系统冷却的膨胀的工作流体，以及所述排热系统进一步被配置为选择性地提供没有被排热系统冷却的膨胀的工作流体。热能储存系统被配置为选择性地进一步膨胀工作流体，以及选择性地在工作流体和热能储存介质之间传递热能，并且将所述工作流体提供给所述压缩机系统。
在另一示例性的非限制性的实施方式中，一种方法，其包括：使用插入在热力管道线路中的电力设备组件实现第一热力循环，所述热力管道线路具有包含在其中的工作流体，所述工作流体具有流动方向和流动速率，所述电力设备组件包括压缩机系统、换热器系统、热源、涡轮系统、排热系统和热能量传递系统，所述第一热力循环包括选自布雷顿循环、布雷顿循环/制冷循环组合、兰金循环的热力循环。操作阀门系统以选择性地连接与维持流动方向和流动速率的工作流体热工水力连通的排热系统、热能储存系统、压缩机系统，以实现第二热力循环，所述第二热力循环不同于第一热力循环，第二热力循环选自布雷顿循环、布雷顿循环/制冷循环组合、兰金循环。
在另一示例性的非限制性的实施方式中，一种方法，其包括：在与第一级别电力需求和第一电力价格相关的第一时间阶段期间，定位多个阀门来操作具有工作流体的电力设备，以实现布雷顿循环/制冷循环组合，从而储存热能和产生电能，所述工作流体具有流动速率和流动方向。在与比第一级别电力需求高的第二级别电力需求和比第一级别电力需求高的第二电力价格相关的第二时间阶段期间，重新定位多个阀门来操作具有工作流体的电力设备，所述工作流体具有流动速率和流动方向，以实现兰金循环，从而恢复被储存的热能。重新定位多个阀门来操作具有工作流体的电力设备，以实现布雷顿循环，产生电能，所述工作流体具有流动速率和流动方向。
上述的概括仅仅是示例性的，并不以任何方式限制本发明。除了上述示例性的方面、实施方式、以及特征，本发明将结合附图和下面的具体描述来更清楚地说明进一步的方面、实施方式和特征。
附图说明
图1示出了电力设备的示例性的实施方式的部分示意图形式的框图。
图2示出了图1的电力设备的详细部件的部分示意图形式的框图。
图3示出了电力设备的另一示例性的实施方式的部分示意图形式的框图。
图4示出了电力设备的另一示例性的实施方式的部分示意图形式的框图.
图5示出了图1、3、4的电力设备实现的热力循环的熵与温度的图。
图6示出了图1、3、4的电力设备实现的另一热力循环的熵与温度的图。
图7示出了图1、3、4的电力设备实现的另一热力循环的熵与温度的图。
具体实施方式
在下面的详细描述中，参考附图，附图形成本发明的一部分。在附图中，相似的符号一般表示相似部件，除非上下文另有指示。
在详细的描述、附图、权利要求中描述的示例性的实施方式并不是限制本发明。可以使用其它的实施方式，也可以进行其它的变化，只要不偏离本发明的主题或范围。
本领域的技术人员认为本发明公开的部件(比如操作)、设备、物体、以及伴随它们的讨论被使用作为为了概念清楚目的的例子，并且考虑了不同的配置的修改。因此，如同本发明中所使用的，列出的具体例子和随后的讨论是为了表示它们更一般的类型。总而言之，任何具体例子的使用是为了表示其类型，没有包含的具体的部件(比如操作)、设备、物体不应当受到限制。
为了叙述清楚的目的，本发明使用正式大纲标题。但是，应当理解大纲标题是为了叙述目的，在本申请中讨论了不同类型的主题(比如设备/结构可以在过程/操作的标题下讨论和/或过程/操作可以在结构/过程的标题下讨论；和/或单个主题的描述可以跨越两个或更多的主题标题)。因此正式大纲标题并不以任何方式限制本发明。
综述
通过概述，公开的示例性的实施方式包括用于具有能量储存的功能峰值的系统和方法。
参考图1，在通过非限制性的例子给出的示例性实施方式中，电力设备10包括热力管道线路，所述热力管道线路具有包含在其中的工作流体，所述工作流体具有流动方向和流动速率。电力设备组件插入在热力管道线路中。所述电力设备组件包括压缩机系统12、换热器系统14、热源16、涡轮系统18、排热系统20和热能量传递系统22。阀门系统可操作地选择性地连接与维持流动方向和流动速率的工作流体热工水力连通的排热系统20、热能储存系统22、压缩机系统12，以实现热力循环，所述热力循环选自布雷顿循环、布雷顿循环/制冷循环组合、和兰金循环。
继续根据综述，电力设备10的示例性实施方式通过使用超临界的布雷顿循环产生电力，在跨临界布雷顿循环/制冷循环组合(有时本申请中被称为“组合冷却和电力循环”或“CCP循环”或“装载模式”)中通过生产冰来产生电力和储存能量，在兰金循环中(有时本申请中被称为“释放模式”)恢复储存的热能(也就是使用冰)为温度很低的热吸收器来促进提高电力循环效率。电力设备10使用阀门来选择压缩机系统12的部件、与排热系统20的热交换器组合、热能储存系统22的膨胀阀、热能储存系统22的热交换器，来储存能量(即生产冰)或恢复储存的热能(即溶化冰)。
各种实施方式需要使用二氧化碳(CO2)作为工作流体。二氧化碳是无毒、不易燃、可以加热到高温不分解且不贵的天然的制冷剂(R744)。由于CO2的制冷性能，它也可以在电力设备10的实施方式中被使用，因为CO2不会经受水冻结(如在蒸汽系统或在其他燃气驱动的系统诸如燃气涡轮)。但是，应该理解的是依照特定的应用的要求，可以使用其他工作流体。
各种实施方式需要使用水作为热能储存介质。在一些例子中，储存热能有时被称为“生产冰”，释放热能有时被称为“溶化冰”。
超临界的布雷顿循环仅仅产生电力。与布雷顿循环相比，跨临界布雷顿循环/制冷循环组合或CCP产生减少量的电力(减少至大约35％)，但是也作为制冷循环运作来产生足够量的冰(能量储存)。通过使用在冰的冰点(0℃)附近凝结工作流体的超临界兰金循环，兰金循环使用储存的冰以降低电力设备10的排热温度来提高效率和增加电力的产生。兰金循环或释放模式比布雷顿循环模式产生足够的更多的电力(大约70％或更多的电力)。通过简单地打开和关闭阀门选择使用的具体运作模式(布雷顿、CCP/装载、或兰金/释放)，以引导工作流体流向压缩机、涡轮、阀门、和热交换器的合适的组合，以提供产生电、产生冰、和溶化冰的功能。
继续根据综述，应当理解，电力设备10的各种实施方式可以促进呈现理想的与能量储存和/或电力峰值相关的特性。作为第一示例性的特性，大部分硬件部件可以被所有三种循环模式再次使用。再次使用部件不像许多其他类型的热能储存系统，其使用一种仪器购买电力去装载热的和冷的温度热源(比如通过热泵)，然后等一段时间再使用另一种系统去释放热能储存罐来产生电力。此外，应该理解，在所有部件中，流体流向和质量流动速率在所有的操作模式(布雷顿循环、布雷顿循环/制冷循环组合、兰金循环)下都是相同的。
作为第二示例性的特性，电力设备10的实施方式可以再次使用大部分的主要部件直至24小时/每天(而不仅仅是短时间比如装载8小时，释放4-5小时)直至七天/每星期。
作为第三示例性的特性，可以不必买电力用于装载模式，因为过多的热机械能(即轴功率)可以用于生产冰。因此，使用电来生产冰的一些低效率不会发生两次。
这三个非限制性、示例性的特性(大部分硬件部件的再次使用、可能的连续使用(24小时持续7天每星期)、装载线路以在不购买电力的情况下运作的能力)可以促进电力设备10的实施方式的经济性的提高。
继续根据综述，应当理解，在电力设备10的不同实施方式中只使用冰储存用于储存热能。也就是说，不需要高温度的储存系统，也不需要用于高温度储存系统的电力设备硬件。只有冰的储存意味着能量储存的低效率仅归因于装载/释放冰储存，而不是装载/释放热吸收器和热源。为了该目的，能量储存的量仅仅被冰能量储存单元的大小所限定。比如举个非限制性实施方式，示例性冰能量储存单元的大小可以被定为允许大约10小时的冰生产(CCP循环)，而冰溶化(兰金)循环可以运作持续大约5.7小时。在这个非限制性实施例中，布雷顿循环可以运作持续剩余的大约8.3小时。由于电力现货价格的大幅波动，电力设备10的各种实施方式的电力销售利润可以超过传统电力设备的电力销售利润。此外，与运行标准布雷顿循环24小时的燃料用量相比，仅仅需要燃料用量最少程度的增加以在24小时的期间生产冰和储存冰。各种实施方式中一般增加可以是大约1.8-2.5％。
通过综述总结，在电力设备10的各种实施方式中，能量作为冰或热水储存，在超临界CO2的制冷循环中产生能量，以从-5℃的CO2中生产冰。在电力设备10的各种实施方式中，在晚上和清晨，当电力的需求和价格较低时，“装载”循环可以运作8小时。在傍晚大约4小时的期间，当峰值电力需求和电力价格较高时，可以恢复储存的热能，或者“释放”。因为电力设备10被重新配置使得储存的冰被用作排热介质，因此储存的能量加上另外来自余热流的能量被回收。通过溶化冰，这冷却了工作流体(CO2)至5℃。这也导致了降低工作流体(CO2)冷侧压力，并凝结工作流体(CO2)，这意味着释放循环运作为兰金循环。因此，较低的排热温度可以帮助提高效率，可以帮助增加电力大约70％，可以促进更有效地使用余热。早期计算表明针对代表燃气涡轮的余热流(538℃)，可分派的循环效率的范围可以是148％-183％。效率超过一的原因是从余热流和储存的能量中回收电。超过的可分派的循环效率小于一。它被定义为超过不使用储存的能量的情况下电力设备的产生的电力。它可能在大约59-73％的范围内变化，取决于电力设备是如何配置的。
电力设备10的示例性实施方式
仍然参照图1，在根据非限制性实施例给出的示例性实施方式中，电力设备10包括被配置为压缩工作流体的压缩机系统12。换热器系统14被配置为加热被压缩的工作流体。热源16被配置为进一步加热来自于换热器系统14的被加热的被压缩的工作流体。涡轮系统18被连接以接收来自于热源16的进一步被加热的被压缩的工作流体，并且涡轮系统18被配置为将工作流体的焓下降转化为机械能，换热器系统14进一步被配置为冷却来自于涡轮系统18的膨胀的工作流体。排热系统20被配置为选择性地冷却膨胀的工作流体，并且提供排热系统20冷却的膨胀的工作流体，以及所述排热系统进一步被配置为选择性地提供没有被排热系统20冷却的膨胀的工作流体。热能储存系统22被配置为选择性地进一步使工作流体膨胀，以及选择性地在工作流体和热能储存介质之间传递热能，并且将所述工作流体提供给所述压缩机系统12。
下面通过详细阐述来解释非限制性的细节，不是限制本发明。
首先描述压缩机系统12。应当理解，三种操作模式(布雷顿、CCP、兰金)下的压缩机压力比都需要不同的压力比。举例并通过阐述的方式给出而不是限制本发明，在示例性的实施方式中，布雷顿循环的压力比是大约3，CCP循环的压力比是大约7.68，兰金循环的压力比是大约5.89。因此，图1显示了三种压缩机12A、12B和12C。应当理解，根据特定应用的需要，压缩机12A、12B和12C的任何一个或多个可以具有多个步骤。应当理解，压缩机12A、12B和12C是阀门进或阀门出，取决于使用了哪种操作模式(布雷顿、CCP或兰金)。用于通过给合适的压缩机设置阀门为“进”或“出”决定压缩机的压力比的压缩机组件的使用是用于阐述的目的，并不是限制本发明。比如，在仅仅使用压缩机12A的另一实施方式中，安排预压缩步骤来提供合适的整体压力比。不论发生何种情况，合成效应是具有三个独立的压缩机组件来提供合适的压力比，并且可以在各种不同的入口温度和密度下操作。应当理解，压缩机12C(和兰金循环一起使用)在本申请中也可以被称为“泵”。
在一些实施方式中，压缩机12A、12B和12C可通过与涡轮系统18共同的轴运行。但是，在一些其它的实施方式中，可以使用电力来运行压缩机来生产冰。比如，在不同的实施方式中，根据特定应用的需要，可以通过发电机24(下面有描述)将来自电网或来自再生电源的电力提供给压缩机。电力可以被发动机消耗，来驱动压缩机12A、12B和/或12C，并且在没有燃烧热的情况下继续所述冷却循环。当电力成本很便宜时，这种情况是最有价值的。比如，在有太阳的有风的日子，设施可以具有来自于其它来源的额外产生的能量，需要批发市场上便宜的销售或者收集后再释放。这种额外的电力可以被用作运行电力设备10的制冷循环，该能量可以以冰的形式被保存，以后可以用来提高循环DT，减少涡轮系统18的后端的蒸汽压，以及因此提高循环效率。
压缩机12A(布雷顿循环)的输入与排热系统20的输出连接，压缩机系统12A的输出和换热器系统14的高压侧输入通过阀门26连接。压缩机12B(CCP)的输入和热能储存系统22的输出连接，压缩机系统12B的输出和换热器系统14的高压侧输入通过阀门28连接。压缩机12C(兰金循环)的输入与热能储存系统22的输出连接，压缩机12C的输出与换热器系统14的高压侧输入通过阀门30连接。
换热器系统14包括换热器32。在各种实施方式中，相同的换热器(即换热器32)被适当地用在三种操作模型(布雷顿循环、CCP和兰金循环)中。对于三种操作模型来说，质量流动速率和流动方向都是适当地相同的。但是，换热器系统32适当地被规定大小，以用在三种操作模式中最大的热传递要求来操作。因此，换热器32的大小取决于电力设备10的特定实施方式的设计。尤其是，换热器32的大小取决于压缩机系统14的出口和换热器32的低压侧的出口温度之间的温差。根据非限制性的实施例，CCP功能需要换热器的大小大约比布雷顿循环功能需要的换热器大小大30％。应当理解，根据特定应用的需要，换热器32可以是任何可接受类型的换热器。
根据特定应用的需要，热源16适当地可以包括任何热源。在各种实施方式和非限制性的实施例中，热源16可以包括燃烧热源、余热、核热源、太阳热源等等。简单地参考图2，在一个非限制性的实施方式中，热源16可以是包括加热器组件34的燃烧热源。加热器组件34适当地可以使用燃烧器诸如程序加热器，比如天然气程序加热器。来自于程序加热器的高温度的燃烧气加热热交换器中36中的高压工作流体。在各种实施方式中，热源16可适当地包括热交换器，该热交换器用热交换器36排出的燃烧气预热空气(在空气进入加热器组件34之前)。程序加热器和热交换器36都被三种操作模式(布雷顿循环、CCP、和兰金循环)使用。燃烧器和热交换器36的大小是基于兰金循环的，因为兰金循环的操作模式需要来自于燃烧器的最多热量(比布雷顿循环多大约44％-55％)。
再参考图1，在各种实施方式中，涡轮系统18适当地包括涡轮40，涡轮40可以被用在所有的操作模式(布雷顿循环、CCP、和兰金循环)中。针对兰金循环的操作模式，涡轮42被设置为阀门进。兰金循环的操作模式中使用涡轮42，因为通过组合的涡轮系统的压力比高于布雷顿循环或CCP操作模式中的压力比。通过使用涡轮42提供更高的压力比。应当理解，在一些实施方式中，在CCP操作模式中可以不需要涡轮42(即使压缩机压力比高于布雷顿循环操作模式中的压力比)，因为涡轮压力比与布雷顿循环操作模式中的压力比相同。
根据特定应用的需要，涡轮40和42适当地可以是任何可以接受类型的涡轮机械。涡轮40和42适当地绕着相同的轴44旋转。工作流体从热源16中被放入涡轮40中。膨胀的工作流体从涡轮40通过阀门46被提供至换热器32的低压侧的进口，膨胀的工作流体从涡轮40通过阀门48被提供至涡轮42。膨胀的工作流体从涡轮42被提供至换热器32的低压侧的进口。
发电机24以旋转方式连接至轴44上。根据特定应用的需要，发电机24适当地是任何可以接受的涡轮发电机，涡轮发电机产生电力。
在各种实施方式中，排热系统20包括热交换器50。热交换器50适当地可以是工作流体至空气热交换器或者工作流体至水热交换器。如同图1所示，在一些实施方式中，根据需要，阀门52与热交换器50的工作流体入口相连，以完全绕开热交换器，根据需要，阀门52A与热交换器50中的工作流体管道连接，以绕过部分热交换器。阀门54与热交换器50的工作流体出口相连。压缩机12A的进口被连接，以接收热交换器50的工作流体出口和阀门54之间的工作流体。简单参考图3，根据需要，在一些实施方式中，仅有阀门52与热交换器50的工作流体进口连接，以完全绕开热交换器(没有提供阀门52A)。简单参考图4，根据需要，在一些其它实施方式中，仅有阀门52A与热交换器50内的工作流体管道连接，以绕开部分热交换器(没有提供阀门52)。
再参考图1，根据特定操作模式的需要，排热系统20适当地可以被用于排出余热。排热系统20适当地可以被用在三种操作模式(布雷顿/CCP/兰金)中。但是，在生产冰(兰金)循环操作模式中不需要排热系统20。对于布雷顿循环操作模式，排热系统20是仅有的排出余热的装置。对于CCP操作模式，在热能储存系统的膨胀阀门中膨胀超临界工作流体前，热交换器50被用于降低工作流体的温度(参见下面)。对于兰金循环的操作模式，通过阀门52(图1和图3)完全绕过热交换器50，或者通过阀门52A部分绕过热交换器50(图2和图4)，主要的热吸收器是热能储存系统中的容器(参见下面)。将理解的是，在大多数操作条件期间，在熔化热能储存介质(比如冰)前，热交换器50也可以被用于排出热量。这个操作后，在热能储存系统22中的热能储存介质以更低的速率被熔化。因此，在有效的高电力的兰金循环操作模式中，可以更大地提高操作时间或持续时间。这就是阀门52A提供的热交换器50中替代的热去除连接的原因(图1和图4)。因此，热交换器50可以被用于三个操作模式中(布雷顿/CCP/兰金)，即使兰金循环模式可适当地在没有它的情况下操作。
在各种实施方式中，热能储存系统22包括膨胀装置56(诸如膨胀阀)、热交换器58和容器60。膨胀装置56可以是任何可接收的膨胀装置，诸如膨胀阀。根据特定应用的需要，热交换器58可以是任何可接受类型的热交换器。热交换器58包括用于工作流体的一侧，和用于热能储存介质的另一侧。容器60可以是任何类型的用于包含热能储存介质的容器。在各种实施方式中，容器60可以是槽、湖床或类似物、地形等等。在各种实施方式中，容器60适当地包括含有热能储存介质的管道62。
膨胀装置56膨胀介质压力、流出换热器32的工作流体至较低的压力和温度。该膨胀降低了压力和温度，导致很冷(大约-5℃)的两相工作流体(诸如CO2)，工作流体用于冷冻容器60中热能储存系统介质(诸如水)。当工作流体低于0℃时，它会冷冻热能储存介质(诸如水)。实际的工作流体膨胀温度是通过热交换器58的设计面积选择的，因为面积决定了工作流体和热能储存介质(诸如冰)(一般保持在0℃)之间的温度差(dT)。在一些实施方式中，-5℃被用作温度差，但是如果热交换器58的面积足够大，温度差可以是-2℃。降低这个温度差对热交换器58中熵的减少有很强的作用，因此，也强烈影响循环效率。在2℃时，循环效率可以高达75％。通过设计，将流出容器60的工作流体(诸如CO2)设置成-5℃的饱和蒸汽。因此，它具有相对低的蒸汽压力(大约30巴，与压缩机进口12B的压力75巴相比)。因此，到压缩机12C的较低进口压力需要压缩机系统12中的较大压力比。
操作模式
下面将讨论电力设备10的各种操作模式。对于每种操作模式，将讨论用于被选择的操作模式的在配置电力设备10中所需要的阀门位置，接着是用于被选择的操作模式的温度-熵(T-S)的图的解释。
在下面讨论的温度-熵的图中，会理解的是，从压缩机系统12的出口经过来自热源16的出口温度峰值，电力/热循环的高压腿(high-pressureleg)在所有三种操作模式中基本是相同的。这就是为什么热交换器50和涡轮40能被用在电力设备10的所有操作模式中。另外，如上所述，在涡轮40的阶段中的膨胀基本上与用于高压膨胀阶段(压力比大约是3/1)的膨胀相同，但是兰金循环操作模式(除了涡轮40外，其需要第二“低”压涡轮42)的膨胀较大。
现在参考图1、3和4，将讨论布雷顿操作模式(仅仅产生电力)。通过定位关闭阀门28、30、52(和/或52A)和54，并定位打开阀门26和46，配置布雷顿操作模式。注意到图1、3和4中显示的阀门位置可对应于或不对应于用于这个特定操作模式的上述的阀门位置。
另外参考图5，曲线70绘制了电力设备10的示例性的实施方式实现的示例性的布雷顿操作模式的沿x轴的熵(Kj/kg-K)与沿y轴的温度(K度)。会理解的是，熵和温度的值通过示例给出，但并不用于限制本发明。在下面的讨论中，图5显示的热力循环的阶段被映射到可以实现与此相关的相的电力设备10的相应的部件上。字母的引用(图1、3、4和5中所显示的)被用于将图5中显示的循环的相与图1、3和4中相关的部件关联。
现在参考图1、3、4和5，在点A和B之间，在接近基本等熵的过程中提高工作流体的温度，因为工作流体的压力在压缩机12A中被提高(近似已知的关系PV＝nRT)。在点B和C之间，在换热器32的高压进口和换热器32的高压出口之间提高工作流体的温度和熵。在点C和D之间，通过热源16提高工作流体的温度。在点D和E之间，因为工作流体膨胀，在接近基本等熵的过程中降低工作流体的温度，其在涡轮40中的压力也相应地降低。注意到图5显示了，通过示例给出但不是用于限制本发明，涡轮40中的两个阶段的膨胀。在点E和F之间，在换热器32的低压进口和换热器32的低压出口之间降低了工作流体的温度和熵。在点F和A之间，通过热交换器50更进一步降低了工作流体的温度和熵。
会理解的是，在一些实施方式中，在图5显示的热力循环的所有相中，工作流体(诸如CO2)可以保持在超临界状态。但是，会理解的是，沿曲线70显示的这个过程期间的一个或多个点上，可以存在不是临界状态的状态。但是，为了清楚的目的，仅参考作为超临界工作流体(或在一些实施方式中超临界CO2或sCO2)的工作流体，相对于具有不是超临界流体的一个或多个特性的流体。
为了该目的，如本文所使用的“超临界”流体指的是在一个或多个循环的操作部分期间的处于超临界状态的流体。
现在参考图1、3和4，将讨论布雷顿循环/制冷循环组合(CCP或生产冰)操作模式。通过定位关闭阀门26、30、48、52(和/或52A)，定位打开阀门28和46，配置布雷顿循环/制冷循环组合操作模式。注意到图1、3和4中显示的阀门位置可对应于或不对应于用于这个特定操作模式的上述的阀门位置。
另外参考图6，曲线80绘制了电力设备10的示例性的实施方式实现的示例性的布雷顿循环/制冷循环组合操作模式的沿x轴的熵(Kj/kg-K)与沿y轴的温度(K度)。会理解的是，熵和温度的值通过示例给出，但并不用于限制本发明。在下面的讨论中，图6显示的热力循环的相被映射到可以实现与此相关的相的电力设备10的相应的部件上。参考字母(图1、3、4和6中所显示的)被用于将图6中显示的循环的相与图1、3和4中相关的部件关联。
现在参考图1、3、4和6，在点A’和B之间，在接近基本等熵的过程中提高工作流体的温度，因为工作流体的压力在压缩机12B中被提高(近似已知的关系PV＝nRT)。在点B和C之间，在换热器32的高压进口和换热器32的高压出口之间提高工作流体的温度和熵。在点C和D之间，通过热源16提高工作流体的温度。在点D和E之间，在接近基本等熵的过程中降低工作流体的温度，因为工作流体膨胀，其在涡轮40中的压力也相应地降低。注意到图6显示了，通过示例给出但不是用于限制本发明，涡轮40中的两个阶段的膨胀。在点E和F之间，在换热器32的低压进口和换热器32的低压出口之间降低了工作流体的温度和熵。在点F和G之间，通过热交换器50更进一步降低了工作流体的温度和熵。在点G和H之间，在接近基本等熵的过程中降低工作流体的温度，因为通过膨胀装置56，工作流体膨胀，其压力也相应地降低。在点H和A’之间，在接近基本等熵的过程中提高工作流体的熵，因为热能从热能储存介质传递到热交换器58中的工作流体。
会理解的是，图6中显示的用于CCP操作模式的温度-熵图是非常规的。在各种实施方式中，热交换器50的出口温度是大约305K(89F)，与布雷顿操作模式中使用的温度相同。当空气-CO2气体冷却器被用作热交换器50时，在这年的部分期间，气体冷却器的室温会显著地低。有最大的利润率的兰金循环(冰溶化)的操作持续时间可以通过室温排热来增加(在热交换器50中可行)，来降低冰溶化速率，无论当室温空气或水温低于约89F时。当这些条件发生时，在CO2膨胀前可进一步降低的温度。这进一步的降低可以导致产生具有较大液体分数的两相流体。这也使得热交换器58从热能储存介质(诸如水)中除去更多能量，因此生产更多的冰(假设容器60足够大)。也开启了提供一种或多种控制CCP操作模式中电力设备10的方法的可能性-因为出口温度可以允许浮动，只要它低于冰冻点。
会理解的是，沿曲线80显示的过程期间的一个或多个点上，可以存在不是临界状态的状态。因此，为了清楚的目的，仅参考作为跨临界循环的热力循环。在沿曲线80显示的过程期间的一个或多个点上，工作流体可以是超临界工作流体(或在一些实施方式中超临界CO2或sCO2)。但是沿曲线80显示的过程期间的一些其他点上(诸如在点G和H之间，在H和A’之间，在A’和B之间的部分路线)，工作流体可具有不是超临界状态的状态。
现在参考图1、3和4，将讨论兰金循环(释放或冰溶化)操作模式(仅生产电力)。通过定位关闭阀门26、28、46、54，定位打开阀门30、48和52(和/或52A)，配置兰金循环操作模式。注意到图1、3和4中显示的阀门位置可对应于或不对应于用于这个特定操作模式的上述的阀门位置。
另外参考图7，曲线90绘制了用于电力设备10的示例性的实施方式实现的示例性的兰金循环操作模式的沿x轴的熵(Kj/kg-K)与沿y轴的温度(K度)。会理解的是，熵和温度的值通过示例给出，但并不用于限制本发明。在下面的讨论中，图7显示的热力循环的相被映射到可以实现与此相关的相的电力设备10的相应的部件上。参考字母(图1、3、4和7中所显示的)被用于将图7中显示的循环的相与图1、3和4中相关的部件关联。
现在参考图1、3、4和7，在点A”和B之间，在接近基本等熵的过程中提高工作流体的温度，因为工作流体的压力在泵12C中被提高(近似已知的关系PV＝nRT)。在点B和C之间，在换热器32的高压进口和换热器32的高压出口之间提高工作流体的温度和熵。在点C和D之间，通过热源16提高工作流体的温度。在点D和E之间，在接近基本等熵的过程中降低工作流体的温度，因为工作流体膨胀，其在涡轮40中的压力也相应地降低。注意到图7显示了，通过示例给出但不是用于限制本发明，涡轮40中的两个阶段的膨胀。在点E和F(和H)之间，在换热器32的低压进口和换热器32的低压出口之间降低了工作流体的温度和熵。在点F(和H)和A”之间，在接近基本等熵的过程中降低工作流体的熵，因为热能从工作流体传递到热交换器58中的热能储存介质。
会理解的是，在沿曲线90显示的这个过程期间的一个或多个点上，可以存在不是临界状态的状态。因此，为了清楚的目的，仅参考作为跨临界循环的热力循环。在沿曲线90显示的过程期间的一个或多个点上，工作流体可以是超临界工作流体(或在一些实施方式中超临界CO2或sCO2)。但是在沿曲线90显示的这个过程期间的一些其他点上(诸如在点F、H和A”之间)，工作流体可以具有不是超临界状态的状态。
相关方法
与电力设备10的实施方式相关的示例性方法将通过例证来讨论，但并不是限制本发明。
在示例性的实施方式中，一种方法，其包括：使用插入在热力管道线路中的电力设备组件实现第一热力循环，所述热力管道线路具有包含在其中的工作流体，所述工作流体具有流动方向和流动速率，所述电力设备组件包括压缩机系统、换热器系统、热源、涡轮系统、排热系统和热能量传递系统，所述第一热力循环包括选自布雷顿循环、布雷顿循环/制冷循环组合、兰金循环的热力循环。操作阀门系统，以选择性地连接与维持流动方向和流动速率的工作流体热工水力连通的排热系统、热能储存系统、压缩机系统，以实现第二热力循环，所述第二热力循环不同于第一热力循环，第二热力循环选自布雷顿循环、布雷顿循环/制冷循环组合、和兰金循环。
在一些其他实施方式中，操作阀门系统以实现布雷顿循环以及操作阀门系统以实现布雷顿循环/制冷循环组合可包括：定位经选择的阀门，使得工作流体沿流动方向以流动速率流动，在排热系统中的第一热交换器中的热交换器介质和工作流体之间传递热量。
在一些实施方式中，操作阀门系统以实现布雷顿循环可进一步包括定位经选择的阀门，使得工作流体沿流动方向以流动速率流动，将由第一热交换器冷却的膨胀的工作流体仅仅提供给压缩机系统。
在一些实施方式中，操作阀门系统以实现布雷顿循环/制冷循环组合可进一步包括定位经选择的阀门，使得工作流体沿流动方向以流动速率流动，将由第一热交换器冷却的膨胀的工作流体提供给所述压缩机系统以及热能储存系统的膨胀装置；在第二热交换器中将热量从热能储存介质传递给工作流体，所述工作流体进一步被热能储存的膨胀装置膨胀；以及将第二热交换器冷却的进一步膨胀的工作流体提供给所述压缩机系统。
在一些实施方式中，操作阀门系统实现兰金循环可包括定位经选择的阀门，使得工作流体沿流动方向以流动速率流动，以将膨胀的工作流体提供给热能储存系统，并且热能储存系统的膨胀装置没有进一步膨胀工作流体。
在一些实施方式中，操作阀门系统实现兰金循环可进一步包括定位经选择的阀门，使得工作流体沿流动方向以流动速率流动，以将膨胀的工作流体提供给热能储存系统，并且排热系统的第一热交换器没有冷却工作流体，热能储存系统的膨胀装置没有进一步膨胀工作流体。
在一些实施方式中，操作阀门系统实现兰金循环可进一步包括定位经选择的阀门，使得工作流体沿流动方向以流动速率流动，以将膨胀的工作流体提供给热能储存系统，并且排热系统的第一热交换器冷却工作流体，热能储存系统的膨胀装置没有进一步膨胀工作流体。
在一些实施方式中，所述方法进一步包括用与涡轮系统旋转连接的发电机产生电能。
在一些实施方式中，所述工作流体可包括二氧化塘。
在一些实施方式中，所述热能储存介质可包括水。
在一些实施方式中，一种方法，其包括：在与第一级别电力需求和第一电力价格相关的第一时间阶段内，定位多个阀门来操作具有工作流体的电力设备，以实现布雷顿循环/制冷循环组合，从而储存热能和产生电能，所述工作流体具有流动速率和流动方向；在与比第一级别电力需求高的第二级别电力需求和比第一级别电力需求高的第二电力价格相关的第二时间阶段内，重新定位多个阀门来操作具有工作流体的电力设备，以实现兰金循环，恢复被储存的热能，所述工作流体具有流动速率和流动方向。重新定位多个阀门来操作具有工作流体的电力设备，以实现布雷顿循环，产生电能，所述工作流体具有流动速率和流动方向。
在本申请说明书中参考的和/或在任何申请数据表上列出的上述所有的美国专利、美国专利公开、美国专利申请、外国专利、外国专利申请以及非专利公开，在其不与本文抵触的程度上，通过引用的方式合并入本申请。
关于本处使用的基本上任何复数与/或单数术语，那些本领域技术人员可以从复数改为单数与/或从单数改为复数，为适合于上下文和/或应用。为清楚起见各种单数/复数置换未在此处明确阐述。
在本文中所描述主题有时解释了包含在不同的其它部件或连接着不同的其它部件的不同的组件。应当理解，这样描绘的架构仅仅是示例性的，并且事实上许多其他体系结构可以被实现，其获得相同的功能。在概念意义上，为实现同一功能的组件的任何配置被有效地“关联”，使得期望的功能得以实现。因此，这里组合来实现特定功能的任何两个组件可以被看作是彼此"相关联的”，使得实现期望的功能，而不管架构或中间组件。同样，如此关联的任何两个组件也可以被视为彼此“可操作地连接”或“可操作地耦接”，以实现所需的功能，并且能够被如此关联的任何两个组件也可以被视为彼此“可操作地可耦接”，以实现所需的功能。可操作地可耦接的具体实例包括但不限于物理上可配对和/或物理相互作用的组件，和/或无线地可相互作用的，和/或无线地相互作用的组件、和/或逻辑相互作用、和/或逻辑可相互作用的组件。
在一些情况下，一个或多个部件可以在此被称为“配置成”、“被配置”、“可配置为”、“可操作/操作成”、“适于/适用于”、“能”、“适合的/适合于”等。本领域技术人员会认识到，这样的术语(例如“配置成”)一般可以包括活动状态的部件和/或失活状态的部件和/或待机状态组件，除非上下文另有要求。
虽然已经示出和描述了在此描述的本主题的特定方面，但显然本领域技术人员基于本文的教导可作出改变和修改而不偏离此处所描述的主题和其更广泛的方面，因此，所附的权利要求在其范围内包括如在本文中所描述的主题的真实精神和范围内的所有这些变化和修改。本领域技术人员应理解，一般本文所用的术语，特别是在所附的权利要求(例如，所附权利要求的主体)中，一般旨在作为“开放式”术语(例如，术语“包括”应被解释为“包括但不限于”，术语“具有”应该被解释为“具有至少”，术语“包括”应解释为“包括但不限于”，等等)。本领域技术人员应理解，如果意在引入特定数量的权利要求陈述，则这样的意图将明确地在权利要求中记载，在不存在这样的陈述的情况下，没有这样的意图存在。例如，作为对理解的帮助，下面的所附权利要求可包含引导性短语“至少一个”和“一个或多个”的用法，以引入权利要求陈述。然而，使用这样的短语不应被理解为暗示，通过不定冠词“一”或“一个”引入的权利要求陈述将包含这种引入的权利要求陈述的权利要求限定为于仅包含一个这样的陈述的权利要求，即使当相同的权利要求包括引入短语“一个或多个”或“至少一个”和不定冠词例如“一”或“一个”(例如，“一”和/或“一个”通常应被解释为是指“至少一个”或“一个或多个”)也是如此；同样适用于使用用于引入权利要求陈述的定冠词。此外，即使特定数量的所引入的权利要求陈述被明确记载，本领域的技术人员将认识到，这样的陈述应通常被解释为意指至少所列举的数值(例如，单叙述“两个陈述”没有其他修饰语，通常意指至少两个陈述或两个或更多个陈述)。此外，在那使用类似“至少一个A、B和C等等中的至少一个”等规范用语的情况下，通常这样的结构指的是本领域技术人员将理解该规范用语的意义(如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”将包括但不限于具有单独的A的系统、单独的B的系统、单独的C的系统、A和B一起的系统、A和C一起的系统、B和C一起的系统、和/或A、B和C一起的系统等)。在使用类似“A、B和C等等中的至少一个”等规范用语的情况下，通常这样的结构指的是本领域技术人员将理解该规范用语的意义(如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”将包括但不限于具有单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起、和/或A、B和C一起的系统等)。本领域技术人员应理解，通常转折性词语和/或短语表示两个或多个可选术语，无论在说明书、权利要求书、或附图中，应该被理解为设想包括术语中的一个、任何一个术语、两个术语的可能性，除非上下文另有规定。例如，短语“A或B”一般理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。
相对于所附的权利要求，本领域的技术人员将理解，其中列举的操作一般可以以任何顺序执行。此外，尽管各种操作流程按顺序呈现，但是应该理解的是，各种操作可以以不同于示出的其他顺序进行，或可同时进行。这种交替排序的例子可包括重叠的、交错的、中断的、重新排序的、递增的、预备的、补充的、同时的、反转的或其他变体的排序，除非上下文另外指示。此外，术语如“响应于”、“涉及”或其他过去时态的形容词一般不旨在排除这样的变体，除非上下文另外指示。
本领域的技术人员将理解，前面的具体的示例性过程和/或设备和/或技术是本申请其他部分教示的代表性的一般过程和/或设备和/或技术，如在本申请一起提交的权利要求中和/或本申请中其他部分教示的那样。
虽然各种方面和实施方式已在此公开，对于本领域技术人员来说，其他方面和实施方式将是显而易见的。本文所公开的各种方面和实施方式是为了说明的目的，并不是用于限制本发明，随附权利要求显示真正的范围与精神。
本申请记载的主题的方面列在下面的编号的条款中。
1.一种电力设备，其包括：
热力管道线路，所述热力管道线路具有包含在其中的工作流体，所述工作流体具有流动方向和流动速率；
插入在热力管道线路中的电力设备组件，所述电力设备组件包括压缩机系统、换热器系统、热源、涡轮系统、排热系统和热能量传递系统；以及
阀门系统，其可操作地选择性地连接与维持流动方向和流动速率的工作流体热工水力连通的排热系统、热能储存系统、压缩机系统，以实现热力循环，所述热力循环选自布雷顿循环、布雷顿循环/制冷循环组合、和兰金循环。
2.根据条款1所述的电力设备，其中，所述排热系统包括第一热交换器，所述第一热交换器被配置为在工作流体和热传递介质之间传递热量。
3.根据条款2所述的电力设备，其中，所述排热系统被配置为将被所述第一热交换器冷却的膨胀的工作流体仅提供给压缩机系统。
4.根据条款2所述的电力设备，其中，所述热能储存系统包括：
被配置为其中含有所述热能储存介质的容器；以及
第二热交换器，所述第二热交换器被配置为在工作流体和包含在容器中的热能储存介质之间传递热量。
5.根据条款4所述的电力设备，其中，所述容器包括至少一个被配置为其中含有工作流体的管道。
6.根据条款4所述的电力设备，其中，所述热能储存系统进一步包括膨胀装置，所述膨胀装置被配置为进一步膨胀来自于排热系统的工作流体以及将进一步膨胀的工作流体提供给第二热交换器。
7.根据条款6所述的电力设备，其中，所述排热系统被配置为将被第一热交换器冷却的膨胀的工作流体提供给压缩机系统和热能储存系统的膨胀装置。
8.根据条款4所述的电力设备，其中，所述排热系统被配置为将膨胀的工作流体提供给热能储存系统的第二热交换器，其中没有进一步通过热能储存系统膨胀工作流体。
9.根据条款8所述的电力设备，其中，所述排热系统进一步被配置为将膨胀的工作流体提供给热能储存系统，其中没有通过第一热交换器冷却工作流体，且没有进一步通过热能储存系统膨胀工作流体。
10.根据条款8所述的电力设备，其中，所述排热系统被进一步配置为将膨胀的工作流体提供给热能储存系统，其中通过第一热交换器冷却工作流体，并且没有进一步通过热能储存系统膨胀工作流体。
11.根据条款1所述的电力设备，所述电力设备进一步包括与涡轮系统旋转连接的发电机。
12.根据条款1所述的电力设备，其中，所述压缩机系统与涡轮系统旋转连接。
13.根据条款1所述的电力设备，其中，所述压缩机系统没有与涡轮系统旋转连接。
14.根据条款1所述的电力设备，其中，所述工作流体包括二氧化碳。
15.根据条款1所述的电力设备，其中，所述热能储存介质包括水。
16.一种电力设备，其包括：
压缩机系统，所述压缩机系统被配置成压缩工作流体；
换热器系统，所述换热器系统被配置成加热被压缩的工作流体；
热源，所述热源被配置为进一步加热来自于换热器系统的被加热的被压缩的工作流体；
涡轮系统，连接所述涡轮系统以接收来自于热源的进一步被加热的被压缩的工作流体，所述涡轮系统被配置为将工作流体的焓下降转化为机械能，换热器系统进一步被配置为冷却来自于涡轮系统的膨胀的工作流体；
排热系统，所述排热系统被配置为选择性地冷却膨胀的工作流体，并且提供通过排热系统冷却的膨胀的工作流体，以及所述排热系统进一步被配置为选择性地提供没有被排热系统冷却的膨胀的工作流体；以及
热能储存系统，所述热能储存系统被配置为选择性地进一步膨胀工作流体，以及选择性地在工作流体和热能储存介质之间传递热能，并且将所述工作流体提供给所述压缩机系统。
17.根据条款16所述的电力设备，其中，所述排热系统包括第一热交换器，所述第一热交换器被配置为在所述工作流体和热传递介质之间传递热量。
18.根据条款17所述的电力设备，其中，所述排热系统被配置为将由第一热交换器冷却的膨胀的工作流体仅仅提供给压缩机系统。
19.根据条款17所述的电力设备，其中，所述热能储存系统包括：
被配置为其中含有所述热能储存介质的容器；以及
第二热交换器，所述第二热交换器被配置为在工作流体和包含在所述容器中的热能储存介质之间传递热量。
20.根据条款19所述的电力设备，其中，所述容器包括至少一个被配置为其中含有工作流体的管道。
21.根据条款19所述的电力设备，其中，所述热能储存系统进一步包括膨胀装置，所述膨胀装置被配置为进一步膨胀来自于排热系统的工作流体以及将进一步膨胀的工作流体提供给第二热交换器。
22.根据条款21所述的电力设备，其中，所述排热系统被配置为将由第一热交换器冷却的膨胀的工作流体提供给压缩机系统和热能储存系统的膨胀装置。
23.根据条款19所述的电力设备，其中，所述排热系统被配置为将膨胀的工作流体提供给热能储存系统的第二热交换器，其中没有进一步通过热能储存系统膨胀工作流体。
24.根据条款23所述的电力设备，其中，所述排热系统进一步被配置为将膨胀的工作流体提供给热能储存系统，其中没有通过第一热交换器冷却工作流体，并且没有进一步通过热能储存系统膨胀工作流体。
25.根据条款23所述的电力设备，其中，所述排热系统被进一步配置为将膨胀的工作流体提供给热能储存系统，其中通过第一热交换器冷却工作流体，并且其中没有进一步通过热能储存系统膨胀工作流体。
26.根据条款16所述的电力设备，所述电力设备进一步包括与涡轮系统旋转连接的发电机。
27.根据条款16所述的电力设备，其中，所述压缩机系统与涡轮系统旋转连接。
28.根据条款16所述的电力设备，其中，所述压缩机系统没有与涡轮系统旋转连接。
29.根据条款16所述的电力设备，其中，所述工作流体包括二氧化碳。
30.根据条款16所述的电力设备，其中，所述热能储存介质包括水。
31.一种方法，其包括：
用插入在热力管道线路中的电力设备组件实现第一热力循环，所述热力管道线路具有包含在其中的工作流体，所述工作流体具有流动方向和流动速率，所述电力设备组件包括压缩机系统、换热器系统、热源、涡轮系统、排热系统和热能传递系统，所述第一热力循环包括选自布雷顿循环、布雷顿循环/制冷循环组合、兰金循环的热力循环；以及
操作阀门系统，以选择性地连接与维持流动方向和流动速率的工作流体热工水力连通的排热系统、热能储存系统、压缩机系统，以实现第二热力循环，所述第二热力循环不同于第一热力循环，第二热力循环选自布雷顿循环、布雷顿循环/制冷循环组合、和兰金循环。
32.根据条款31所述的方法，其中，操作阀门系统以实现布雷顿循环以及操作阀门系统以实现布雷顿循环/制冷循环组合包括：
定位经选择的阀门，使得工作流体沿流动方向以流动速率流动，在排热系统的第一热交换器中在工作流体和热交换器介质之间传递热量。
33.根据条款32所述的方法，其中，操作阀门系统以实现布雷顿循环进一步包括定位经选择的阀门，使得工作流体沿流动方向以流动速率流动，从而：
将由第一热交换器冷却的膨胀的工作流体仅仅提供给压缩机系统。
34.根据条款32所述的方法,其中，操作阀门系统以实现布雷顿循环/制冷循环组合进一步包括定位经选择的阀门以使得工作流体沿流动方向以流动速率流动，从而：
将由第一热交换器冷却的膨胀的工作流体提供给所述压缩机系统以及热能储存系统的膨胀装置；
在第二热交换器中将热量从热能储存介质传递给工作流体，所述工作流体进一步被热能储存的膨胀装置膨胀；以及
将由第二热交换器冷却的进一步膨胀的工作流体提供给所述压缩机系统。
35.根据条款31所述的方法，其中，操作阀门系统以实现兰金循环包括定位经选择的阀门以使得工作流体沿流动方向以流动速率流动，从而：
将膨胀的工作流体提供给热能储存系统，其中没有进一步通过热能储存系统的膨胀装置膨胀工作流体。
36.根据条款35所述的方法，其中，操作阀门系统以实现兰金循环进一步包括定位经选择的阀门以使得工作流体沿流动方向以流动速率流动，从而：
将膨胀的工作流体提供给热能储存系统，其中没有通过排热系统的第一热交换器冷却工作流体，并且其中没有进一步通过热能储存系统的膨胀装置膨胀工作流体。
37.根据条款35所述的方法，其中，操作阀门系统以实现兰金循环进一步包括定位经选择的阀门以使得工作流体沿流动方向以流动速率流动，从而：
将膨胀的工作流体提供给热能储存系统，其中通过排热系统的第一热交换器冷却工作流体，并且其中没有进一步通过热能储存系统的膨胀装置膨胀工作流体。
38.根据条款31所述的方法，其进一步包括用与涡轮系统旋转连接的发电机产生电能。
39.根据条款31所述的方法，其中，所述工作流体包括二氧化塘。
40.根据条款31所述的方法，其中，所述热能储存介质包括水。
41.一种方法，其包括：
在与第一级别电力需求和第一电力价格相关的第一时间阶段期间，定位多个阀门来操作具有工作流体的电力设备，以实现布雷顿循环/制冷循环组合，从而储存热能和产生电能，所述工作流体具有流动速率和流动方向；
在与比第一级别电力需求高的第二级别电力需求和比第一级别电力需求高的第二电力价格相关的第二时间阶段期间，重新定位多个阀门来操作具有工作流体的电力设备，以实现兰金循环，恢复被储存的热能，所述工作流体具有流动速率和流动方向；以及
重新定位多个阀门来操作具有工作流体的电力设备，以实现布雷顿循环，产生电能，所述工作流体具有流动速率和流动方向。

Claims (41)

1.一种电力设备，其包括：
热力管道线路，所述热力管道线路具有包含在其中的工作流体，所述工作流体具有流动方向和流动速率；
插入在所述热力管道线路中的电力设备组件，所述电力设备组件包括压缩机系统、换热器系统、热源、涡轮系统、排热系统和热能量传递系统；以及
阀门系统，其可操作地选择性地连接与维持流动方向和流动速率的工作流体热工水力连通的排热系统、热能储存系统、压缩机系统，以实现热力循环，所述热力循环选自布雷顿循环、布雷顿循环/制冷循环组合、和兰金循环。
2.根据权利要求1所述的电力设备，其中，所述排热系统包括第一热交换器，所述第一热交换器被配置为在所述工作流体和热传递介质之间传递热量。
3.根据权利要求2所述的电力设备，其中，所述排热系统被配置为将由所述第一热交换器冷却的膨胀的工作流体仅提供给所述压缩机系统。
4.根据权利要求2所述的电力设备，其中，所述热能储存系统包括：
被配置为其中含有所述热能储存介质的容器；以及
第二热交换器，所述第二热交换器被配置为在所述工作流体和包含在所述容器中的所述热能储存介质之间传递热量。
5.根据权利要求4所述的电力设备，其中，所述容器包括至少一个被配置为其中含有所述工作流体的管道。
6.根据权利要求4所述的电力设备，其中，所述热能储存系统进一步包括膨胀装置，所述膨胀装置被配置为进一步膨胀来自于所述排热系统的所述工作流体以及将进一步膨胀的所述工作流体提供给所述第二热交换器。
7.根据权利要求6所述的电力设备，其中，所述排热系统被配置为将被第一热交换器冷却的膨胀的所述工作流体提供给所述压缩机系统和所述热能储存系统的所述膨胀装置。
8.根据权利要求4所述的电力设备，其中，所述排热系统被配置为将膨胀的工作流体提供给所述热能储存系统的所述第二热交换器，其中没有进一步通过所述热能储存系统膨胀所述工作流体。
9.根据权利要求8所述的电力设备，其中，所述排热系统进一步被配置为将膨胀的工作流体提供给所述热能储存系统，其中没有通过所述第一热交换器冷却所述工作流体，并且没有进一步通过所述热能储存系统膨胀所述工作流体。
10.根据权利要求8所述的电力设备，其中，所述排热系统被进一步配置为将膨胀的工作流体提供给所述热能储存系统，其中通过所述第一热交换器冷却工作流体，并且没有进一步通过所述热能储存系统膨胀所述工作流体。
11.根据权利要求1所述的电力设备，其进一步包括与所述涡轮系统旋转连接的发电机。
12.根据权利要求1所述的电力设备，其中，所述压缩机系统与所述涡轮系统旋转连接。
13.根据权利要求1所述的电力设备，其中，所述压缩机系统没有与所述涡轮系统旋转连接。
14.根据权利要求1所述的电力设备，其中，所述工作流体包括二氧化碳。
15.根据权利要求1所述的电力设备，其中，所述热能储存介质包括水。
16.一种电力设备，其包括：
压缩机系统，所述压缩机系统被配置成压缩工作流体；
换热器系统，所述换热器系统被配置成加热被压缩的所述工作流体；
热源，所述热源被配置为进一步加热来自于所述换热器系统的被加热的被压缩的所述工作流体；
涡轮系统，连接所述涡轮系统以接收来自于所述热源的进一步被加热的被压缩的工作流体，所述涡轮系统被配置为将工作流体的焓下降转化为机械能，所述换热器系统进一步被配置为冷却来自于所述涡轮系统的膨胀的工作流体；
排热系统，所述排热系统被配置为选择性地冷却膨胀的工作流体，并且提供由所述排热系统冷却的膨胀的工作流体，以及所述排热系统进一步被配置为选择性地提供没有被所述排热系统冷却的膨胀的工作流体；以及
热能储存系统，所述热能储存系统被配置为选择性地进一步膨胀所述工作流体，以及选择性地在所述工作流体和热能储存介质之间传递热能，并且将所述工作流体提供给所述压缩机系统。
17.根据权利要求16所述的电力设备，其中，所述排热系统包括第一热交换器，所述第一热交换器被配置为在所述工作流体和热传递介质中传递热量。
18.根据权利要求17所述的电力设备，其中，所述排热系统被配置为将由所述第一热交换器冷却的膨胀的工作流体仅仅提供给所述压缩机系统。
19.根据权利要求17所述的电力设备，其中，所述热能储存系统包括：
被配置为其中含有所述热能储存介质的容器；以及
第二热交换器，所述第二热交换器被配置为在所述工作流体和包含在所述容器中的所述热能储存介质之间传递热量。
20.根据权利要求19所述的电力设备，其中，所述容器包括至少一个被配置为其中含有所述工作流体的管道。
21.根据权利要求19所述的电力设备，其中，所述热能储存系统进一步包括膨胀装置，所述膨胀装置被配置为进一步膨胀来自于所述排热系统的所述工作流体以及将进一步被膨胀的所述工作流体提供给所述第二热交换器。
22.根据权利要求21所述的电力设备，其中，所述排热系统被配置为将被第一热交换器冷却的膨胀的工作流体提供给所述压缩机系统和所述热能储存系统的所述膨胀装置。
23.根据权利要求19所述的电力设备，其中，所述排热系统被配置为将膨胀的工作流体提供给所述热能储存系统的所述第二热交换器，其中没有进一步通过所述热能储存系统膨胀所述工作流体。
24.根据权利要求23所述的电力设备，其中，所述排热系统进一步被配置为将膨胀的工作流体提供给所述热能储存系统，其中没有通过所述第一热交换器冷却所述工作流体，并且没有进一步通过所述热能储存系统膨胀所述工作流体。
25.根据权利要求23所述的电力设备，其中，所述排热系统被进一步配置为将膨胀的工作流体提供给所述热能储存系统，其中通过所述第一热交换器冷却所述工作流体，并且没有进一步通过所述热能储存系统膨胀所述工作流体。
26.根据权利要求16所述的电力设备，其进一步包括与所述涡轮系统旋转连接的发电机。
27.根据权利要求16所述的电力设备，其中，所述压缩机系统与所述涡轮系统旋转连接。
28.根据权利要求16所述的电力设备，其中，所述压缩机系统没有与所述涡轮系统旋转连接。
29.根据权利要求16所述的电力设备，其中，所述工作流体包括二氧化碳。
30.根据权利要求16所述的电力设备，其中，所述热能储存介质包括水。
31.一种方法，其包括：
用插入在热力管道线路中的电力设备组件实现第一热力循环，所述热力管道线路具有包含在其中的工作流体，所述工作流体具有流动方向和流动速率，所述电力设备组件包括压缩机系统、换热器系统、热源、涡轮系统、排热系统和热能量传递系统，所述第一热力循环包括选自布雷顿循环、布雷顿循环/制冷循环组合、以及兰金循环的热力循环；以及
操作阀门系统，以选择性地连接与维持流动方向和流动速率的所述工作流体热工水力连通的所述排热系统、所述热能储存系统、所述压缩机系统，以实现第二热力循环，所述第二热力循环不同于所述第一热力循环，所述第二热力循环选自布雷顿循环、布雷顿循环/制冷循环组合、和兰金循环。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，操作阀门系统以实现布雷顿循环以及操作阀门系统以实现布雷顿循环/制冷循环组合包括：
定位经选择的阀门，使得工作流体沿所述流动方向以所述流动速率流动，以在所述排热系统的第一热交换器中在所述工作流体和热交换器介质之间传递热量。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，操作阀门系统以实现布雷顿循环进一步包括定位经选择的阀门以使得工作流体沿所述流动方向以所述流动速率流动，从而：
将由所述第一热交换器冷却的膨胀的所述工作流体仅仅提供给所述压缩机系统。
34.根据权利要求32所述的方法，其中，操作阀门系统以实现布雷顿循环/制冷循环组合进一步包括定位经选择的阀门以使得工作流体沿所述流动方向以所述流动速率流动，从而：
将由所述第一热交换器冷却的膨胀的所述工作流体提供给所述压缩机系统以及所述热能储存系统的膨胀装置；
在第二热交换器中将热量从热能储存介质传递给所述工作流体，所述工作流体进一步被所述热能储存的所述膨胀装置膨胀；以及
将由所述第二热交换器冷却的进一步膨胀的所述工作流体提供给所述压缩机系统。
35.根据权利要求31所述的方法，其中，操作阀门系统以实现兰金循环包括定位经选择的阀门以使得工作流体沿所述流动方向以所述流动速率流动，从而：
将膨胀的工作流体提供给所述热能储存系统，其中，没有进一步通过所述热能储存系统的膨胀装置膨胀所述工作流体。
36.根据权利要求35所述的方法，其中，操作阀门系统以实现兰金循环进一步包括定位经选择的阀门以使得工作流体沿所述流动方向以所述流动速率流动，从而：
将膨胀的工作流体提供给所述热能储存系统，其中，没有通过所述排热系统的第一热交换器冷却所述工作流体，并且没有通过所述热能储存系统的膨胀装置进一步膨胀所述工作流体。
37.根据权利要求35所述的方法，其中，操作阀门系统以实现兰金循环进一步包括定位经选择的阀门以使得工作流体沿所述流动方向以所述流动速率流动，从而：
将膨胀的工作流体提供给所述热能储存系统，其中通过所述排热系统的第一热交换器冷却所述工作流体，并且没有进一步通过所述热能储存系统的膨胀装置膨胀所述工作流体。
38.根据权利要求31所述的方法，其进一步包括用与所述涡轮系统旋转连接的发电机产生电能。
39.根据权利要求31所述的方法，其中，所述工作流体包括二氧化塘。
40.根据权利要求31所述的方法，其中，所述热能储存介质包括水。
41.一种方法，其包括：
在与第一级别电力需求和第一电力价格相关的第一时间阶段期间，定位多个阀门来操作具有工作流体的电力设备，以实现布雷顿循环/制冷循环组合，储存热能和产生电能，所述工作流体具有流动速率和流动方向；
在与比所述第一级别电力需求高的第二级别电力需求和比所述第一级别电力需求高的第二电力价格相关的第二时间阶段期间，重新定位所述多个阀门来操作具有所述工作流体的所述电力设备，以实现兰金循环，恢复被储存的热能，所述工作流体具有所述流动速率和所述流动方向；以及
重新定位所述多个阀门来操作具有所述工作流体的所述电力设备，以实现布雷顿循环，产生电能，所述工作流体具有所述流动速率和所述流动方向。
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