CN110476004A - 流体静力学补偿的压缩气体储能系统 - Google Patents

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达文·杨
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Abstract

一种压缩气体储能系统可以包括用于在液体层顶部容纳压缩气体层的蓄能器。气体导管可以具有与气体压缩机/膨胀器子系统连通的上端和与蓄能器内部连通的下端，用于在使用时将压缩气体输送到蓄能器的压缩气体层中。竖井可以具有用于容纳一定量的液体的内部，并且可以经由液体供应导管流体连接到液体源/水槽。隔板可以覆盖并且将蓄能器内部与竖井内部分开。内部蓄能器力可以作用在隔板的内表面上，竖井内的液体可以在隔板的外表面上施加外部反作用力，由此作用在隔板上的净力小于蓄能器力。

Description

流体静力学补偿的压缩气体储能系统
相关申请交叉引用
本申请要求2017年2月1日提交的题为“Integrated Air And Water TemperatureControl For Underground CAES System”的美国临时专利申请序列号62/453,278的优先权；2017年2月1日提交的题为“Water Pressurized Isobaric Compressed Air EnergyAccumulator With Low Pressure Bulkhead and Density Change Prevention Line”的美国临时专利申请序列号62/453,300的优先权；2017年2月1日提交的题为“IntegratedThermal Storage in Isobaric Compressed Air Energy Storage System”的美国临时专利申请序列号62/453,306的优先权；以及2017年2月1日提交的题为“Multi Point EnergyStorage Method”的美国临时专利申请序列号62/453,315的优先权。这些申请的全部内容通过引用包含于此。
技术领域
本公开总体上涉及一种压缩气体储能，更具体地，涉及一种压缩气体储能系统，例如，一种包括位于地下的流体静力学补偿的、基本等压的压缩空气储能蓄能器的压缩气体储能系统、及其用途以及存储压缩气体的方法。
背景技术
考虑到与低用电期间相比，高峰用电期间消耗来自于电网的电能时所产生的成本差异，储电备受追捧。本身具有不连续或间歇供应的性质的可再生能源的增加提高了全世界对经济型电能储存的需求。
因此，需要在非高峰期间有效存储在电网或可再生能源产生的电能，并在需要时将其返回电网。此外，为了最大程度降低基础设施准备成本和实现此类基础设施带来的环境的影响，增强了特定解决方案的实用性和可取性。
此外，随着电网改造，运营商除了寻求可再生能源之外还寻求存储来提供电力，并消除也提供例如电压支持等电网稳定性的传统发电形式，非常需要一种提供基于惯性的同步存储的存储方法。
发明内容
发明内容旨在向读者介绍以下更详细的描述，而不是限制或定义任何要求保护或尚未要求保护的发明。一个或多个发明可以存在于包括其权利要求和附图在内的本文件的任何部分中公开的元件或工艺步骤的任何组合或子组合中。
根据一个方面，提供了一种压缩气体储能系统，包括：地下基本水平的蓄能器；从蓄能器向上延伸穿过地面的竖井；将蓄能器的内部与竖井的内部分开的舱壁；当操作时，在竖井内一定量的液体以第一压力水平抵靠舱壁的外侧；当操作时，蓄能器在液体层顶部容纳压缩气体层，压缩气体以第二压力水平抵靠舱壁的内侧；气体导管，用于在压缩气体层和气体压缩机/膨胀器子系统之间输送压缩气体；以及液体导管，用于在蓄能器内的液体层和竖井之间输送液体，其中，通过在压缩机/膨胀器子系统和压缩气体层之间输送压缩气体以及通过在竖井和水层之间输送液体，可以将第一和第二压力水平之间的差维持在阈值水平以下。
在一个实施例中，气体导管经由储热子系统在压缩气体层和气体压缩机/膨胀器子系统之间输送压缩气体。
在一个实施例中，压缩气体储能系统还包括气体释放子系统。在一个实施例中，所述气体释放子系统包括至少一个阀，优选包括至少一个与舱壁相关联的单向阀，允许压缩气体从气体层通过舱壁选择性地释放到竖井中。
根据可以单独或与任何其他方面结合使用的本文描述的教导的一个广泛方面，一种压缩气体储能系统可以包括蓄能器，其具有主开口、上壁、下壁和至少部分地限定上壁和下壁的蓄能器内部，所述蓄能器用于在使用时在液体层顶部容纳压缩气体层。气体压缩机/膨胀器子系统可以与蓄能器间隔开，并且可以包括气体导管，所述气体导管具有与气体压缩机/膨胀器子系统连通的上端和与蓄能器内部连通的下端，用于在使用时将压缩气体输送到蓄能器的压缩气体层中。竖井可以具有邻近主开口的下端、与下端间隔开的上端以及竖井侧壁，所述竖井侧壁从下端向上延伸到上端，并且可以至少部分地限定用于容纳一定量的液体的竖井内部，所述竖井可经由液体供应导管流体连接到液体源/水槽。隔板可以覆盖主开口并可以将蓄能器内部与竖井内部分开。隔板可以具有与竖井内部连通的外表面和与蓄能器内部连通的相对内表面。辅助气体释放子系统可以包括辅助气体释放导管，辅助气体释放导管具有与蓄能器内部连通的入口以及出口。辅助气体释放导管可以与气体导管间隔开，并且可以被配置为便于从蓄能器内的气体层释放气体。当使用时，压缩气体层和液体层中的至少一层抵靠隔板的内表面并在其上施加内部蓄能器力，竖井内的一定量的液体抵靠隔板的外表面并在其上施加外部反作用力，由此当使用压缩气体储能系统时作用在隔板上的净力是蓄能器力和反作用力之间的差，并且小于蓄能器力。
辅助气体释放导管可以延伸穿过隔板。
辅助气体释放导管可以与竖井内部流体连通，使得离开所述辅助气体释放导管的气体可被释放到容纳在竖井中的一定量的液体中。
气体释放阀可以位于辅助气体释放导管中，并且可以可选择地打开，以允许释放气体。
气体释放阀可以是单向阀，其允许气体从气体层释放到竖井中，并且不允许液体从竖井流经辅助气体释放阀并流入蓄能器。
所述气体释放阀可以是压力致动阀，压力致动阀朝向闭合配置偏置，并且当压缩气体层中的压力达到预设压力阈值极限时被自动打开。
辅助气体释放阀可以是可远程致动的，并且可以由辅助释放系统控制器控制。
液体导管可以在竖井内部的液体和蓄能器中的液体层之间提供流体连通，由此液体可以响应于压缩气体层的压力变化而在竖井内部和蓄能器中的液体层之间流动。
液体导管可以包括辅助气体释放导管。
引导导管可以具有位于辅助气体释放导管出口附近以接收经由辅助气体释放导管排出的气体的入口端、与入口端间隔开的出口端以及在入口端和出口端之间延伸的导管侧壁。
所述引导导管的至少一部分可以设置在所述竖井内。
所述引导导管的内部可以与所述竖井内部流体连通，由此所述气体释放导管的内部容纳所述竖井内的一定量的液体的第一部分。
当从气体释放导管释放气体时，释放的气体可以向上行进通过所述引导导管，并将至少一些第一部分液体从所述引导导管内移动到所述竖井内部。
当从辅助气体释放导管释放气体时，气体可以在向上行进通过竖井时限制在引导导管内，并且不膨胀到竖井内部的位于引导导管之外的部分中。
所述引导导管的出口端可以设置在所述竖井内一定量的液体的自由表面上方。
所述引导导管的出口端可以与环境大气连通。
根据可以单独或与任何其他方面结合使用的本文描述的教导的一个广泛方面，一种压缩气体储能系统可以包括蓄能器，其具有主开口、上壁、下壁和至少部分地限定上壁和下壁的蓄能器内部。所述蓄能器可以在使用时在液体层顶部容纳压缩气体层。气体压缩机/膨胀器子系统可以与蓄能器间隔开，并且气体供应导管可以具有与气体压缩机/膨胀器子系统连通的上端和与蓄能器内部连通的下端，用于在使用时将压缩气体输送到蓄能器的压缩气体层中。竖井可以具有邻近主开口的下端、与下端间隔开的上端以及竖井侧壁，所述竖井侧壁从下端向上延伸到上端，并且至少部分地限定用于容纳一定量的液体的竖井内部。所述竖井可经由液体供应导管流体连接到液体源/水槽。隔板可以覆盖主开口并可以将蓄能器内部与竖井内部分开。所述隔板可以具有与竖井内部连通的外表面和与蓄能器内部连通的相对内表面。
压缩气体层和液体层中的至少一层可以抵靠隔板的内表面并在其上施加内部蓄能器力，所述竖井内的一定量的液体抵靠隔板的外表面并在其上施加外部反作用力，由此当使用压缩气体储能系统时作用在隔板上的净力是蓄能器力和反作用力之间的差，并且小于蓄能器力。
液体导管可以在竖井内部的液体和蓄能器中的液体层之间提供流体连通，由此液体可以响应于压缩气体层的压力变化而在竖井内部和蓄能器中的液体层之间流动。
所述液体导管的第一端可以靠近所述隔板的外表面，并且可以与所述竖井流体连通。
所述液体导管可以穿过所述隔板。
当使用所述压缩气体储能系统时，所述液体导管的第二端可以浸没在所述液体层中，并且可以保持与所述气体层流体隔离。
当通过将额外的气体输送到压缩气体层中来增加压缩气体层的压力时，可以增加内部蓄能器力的大小，并且可以将液体通过液体导管从蓄能器中的液体层输送到竖井内部，并且当通过从压缩气体层释放气体来降低压缩气体层的压力时，可以降低内部蓄能器力的大小，并且可以将液体通过液体导管从竖井内部输送到蓄能器中的液体层。
当使用所述压缩气体储能系统时，所述隔板上的压差可以在约0.3atm和约6atm之间。
所述压缩机/膨胀器子系统可以包括：a)气体压缩机，其具有至少第一压缩级，所述第一压缩级被配置为从空气源吸入空气，压缩空气，并且经由气体导管将压缩的空气输送到压缩气体层中；b)气体膨胀器，其具有至少第一膨胀级；以及c)第一发电机，其由气体膨胀器驱动，用于从蓄能器的压缩气体层接收压缩的空气，并通过压缩的空气的膨胀而发电。
所述第一膨胀级可以与所述气体供应导管流体连通。
第二气体导管可以与所述气体供应导管间隔开，并且可以流体地连接所述第一膨胀级和所述蓄能器内的压缩气体层。
所述空气源可以包括环境大气。
离开第一膨胀阶段的空气可以被释放到环境大气中。
所述气体供应导管可以穿过所述竖井内部，并且可以至少部分地浸没在一定量的液体中。
所述气体供应导管可以在所述竖井的外部。
所述蓄能器的上壁可以基本上是平面的，并且可以基本上水平地定向。
所述气体供应导管的下端可以位于所述蓄能器的上壁的高点。
所述气体供应导管可以穿过所述隔板。
所述液体导管可以在所述隔板下方通过。
所述气体供应导管可以至少部分地设置在所述液体导管内。
所述液体导管可以包括在所述隔板下方通过的流动通道，并且其中，所述气体供应导管设置在所述流动通道内并在所述隔板下方通过。
所述蓄能器可以至少部分地埋在地下，并且其中，所述竖井的上端可以在地面之上。
所述液体源可以包括水体。
所述液体供应导管可以朝向所述竖井的上端与所述竖井内部流体连通。
流量控制阀可以设置在所述液体供应导管中。所述流量控制阀可移动到关闭位置，由此中断所述竖井和所述液体源之间的流体连通。
所述竖井的上端可以对环境大气开放。
所述隔板还可以包括可打开和可重新密封的通道人孔，通道人孔可打开，以进入蓄能器内部。
所述隔板可以包括定位成密封所述主开口的舱壁。
所述隔板可以至少部分地由混凝土、石材、金属、复合材料和塑料中的至少一种形成。
所述蓄能器可以至少部分地埋在地下，并且所述隔板可以至少部分地由地面组成。
根据可以单独或与任何其他方面结合使用的本文描述的教导的一个广泛方面，一种压缩气体储能系统可以包括蓄能器，其具有主开口、上壁、下壁和至少部分地限定上壁和下壁的蓄能器内部。所述蓄能器可以用于在使用时在液体层顶部容纳压缩气体层。气体压缩机/膨胀器子系统可以与蓄能器间隔开，并且气体导管可以具有与气体压缩机/膨胀器子系统连通的上端和与蓄能器内部连通的下端，用于在蓄能器中的压缩气体层和压缩机/膨胀器子系统之间输送压缩气体。竖井可以具有邻近主开口的下端、与下端间隔开的上端以及竖井侧壁，所述竖井侧壁从下端向上延伸到上端，并且至少部分地限定用于容纳一定量的液体的竖井内部。所述竖井可经由液体供应导管流体连接到液体源/水槽。至少第一压缩热交换器可以被配置为在输送到气体压缩机/膨胀器子系统的气体和容纳在竖井内的一定量的液体之间交换热量。隔板可以覆盖主开口并可以将蓄能器内部与竖井内部分开，所述隔板可以具有与竖井内部连通的外表面和与蓄能器内部连通的相对内表面。压缩气体层和液体层中的至少一层可以抵靠隔板的内表面并在其上施加内部蓄能器力，所述竖井内的一定量的液体可以抵靠隔板的外表面并在其上施加外部反作用力，由此当使用压缩气体储能系统时作用在隔板上的净力是蓄能器力和反作用力之间的差，并且小于蓄能器力。
所述气体压缩机/膨胀器子系统可以包括至少第一压缩级和第二压缩级。所述第一压缩热交换器可以流体地连接在所述气体源和所述第一压缩级之间，并且可以被配置为在输送到所述第一压缩机级的气体和容纳在竖井内的一定量的液体之间交换热量。第二压缩热交换器可以流体地连接在第一压缩级和第二压缩级之间，并且可以被配置为在输送到第二压缩级的气体和容纳在竖井内的一定量的液体之间交换热量。
所述第一压缩热交换器可以至少部分地设置在所述竖井内。
所述气体压缩机/膨胀器子系统可以包括第一膨胀级和第二膨胀级，并且其中，第一膨胀热交换器流体连接在所述蓄能器和所述第一膨胀级之间，并且被配置为在输送到所述第一膨胀级的气体和容纳在竖井内的一定量的液体之间交换热量。第二膨胀热交换器可以流体连接在第一膨胀级和第二膨胀级之间并可以至少部分地设置在竖井内部。所述第二膨胀热交换器可以被配置为在输送到第二膨胀级的气体和容纳在竖井内的一定量的液体之间交换热量。
所述第一压缩热交换器可以作为所述第二膨胀热交换器发挥作用。
所述第一压缩热交换器可以与所述第二膨胀热交换器间隔开。
所述第一热交换器可以包括散热器，所述散热器具有浸没在容纳在竖井中的一定量的液体中的至少一个空气路径、从所述一定量的液体之外延伸到所述散热器的入口端的空气输入导管、以及流体地连接所述散热器的出口端和所述气体压缩机/膨胀器子系统的空气出口导管。
所述气体压缩机/膨胀器子系统可以包括成对相关联的膨胀级和压缩级，其中，每对膨胀级和压缩级设置有相应的热交换器，相应的热交换器被配置为在压缩周期，在容纳在竖井内的一定量的液体和要被压缩级压缩的气体之间交换热量，并且在膨胀周期，在容纳在竖井内的一定量的液体和已经被膨胀级膨胀的气体之间交换热量。
所述气体源可以是环境大气。
所述第一压缩热交换器可以可拆卸地安装在所述竖井内。
液体导管可以在竖井内部的液体和蓄能器中的液体层之间提供流体连通，由此液体可以响应于压缩气体层的压力变化而在竖井内部和蓄能器中的液体层之间流动。
所述液体导管的上端可以靠近所述隔板的外表面。
所述液体导管可以穿过所述隔板。
当使用所述压缩气体储能系统时，所述液体导管的下端可以浸没在所述蓄能器内的液体层中，并且可以保持与蓄能器内的气体层流体隔离。
当通过将额外的气体输送到压缩气体层中来增加压缩气体层的压力时，可以增加气体力的大小，并且可以将液体通过液体导管从蓄能器中的液体层输送到竖井内部，并且当通过从压缩气体层释放气体来降低压缩气体层的压力时，可以降低气体力的大小，并且可以将液体通过液体导管从竖井内部输送到蓄能器中的液体层。
所述气体供应导管可以穿过所述竖井内部，并且可以至少部分地浸没在一定量的液体中。
所述气体供应导管可以在所述竖井的外部。
所述气体供应导管可以穿过所述隔板。
所述第一压缩热交换器可以包括至少一个直接接触式热交换器。
进入所述第一压缩热交换器的水可以从所述竖井中抽取，并且离开所述第一压缩热交换器的水可以返回到所述竖井中。
根据可以单独或与任何其他方面结合使用的本文描述的教导的一个广泛方面，一种压缩气体储能系统可以包括蓄能器，其具有主开口、上壁、下壁和至少部分地限定上壁和下壁的蓄能器内部。所述蓄能器可以用于在使用时在液体层顶部容纳压缩气体层。气体压缩机/膨胀器子系统可以与蓄能器间隔开，气体导管可以具有与气体压缩机/膨胀器子系统连通的上端和与蓄能器内部连通的下端，用于在蓄能器内的压缩气体层与压缩机/膨胀器子系统之间输送压缩气体。竖井可以具有邻近主开口的下端、与下端间隔开的上端以及竖井侧壁，所述竖井侧壁从下端向上延伸到上端，并且至少部分地限定容纳一定量的液体的竖井内部。所述竖井可经由液体供应导管流体连接到液体源/水槽。储热子系统可以设置成在气体压缩机/膨胀器子系统和蓄能器之间流体连通，由此热能可以从以出口温度离开气体压缩机/膨胀器子系统并存储在储热子系统中的压缩气体中提取，并且离开储热子系统的气体的温度可以降低到低于出口温度的存储温度。隔板可以位于竖井下端并且覆盖主开口并将蓄能器内部与竖井内部分开，所述隔板具有与竖井内部连通的外表面和与蓄能器内部连通的相对内表面。压缩气体层和液体层中的至少一层可以抵靠隔板的内表面并可以在其上施加内部蓄能器力，所述竖井内的一定量的液体可以抵靠隔板的外表面并可以在其上施加外部反作用力，由此当使用压缩气体储能系统时作用在隔板上的净力是蓄能器力和反作用力之间的差，并且可以小于蓄能器力。
所述储热子系统可以包括多级储热设备。
所述储热子系统的至少一部分可以位于地下。
所述气体导管的上部可以在压缩机/膨胀器子系统和储热子系统之间延伸，所述气体导管的下部可以在储热子系统和蓄能器之间延伸并且至少部分地在竖井内部延伸。
所述气体导管的上部可以在所述竖井的外部。
所述储热子系统可以包括显热储存级和潜热储存级中的至少一个。
所述储热子系统可以包括一种或多种相变材料。
所述储热子系统可以包括利用第一相变材料的第一潜热储存级和利用不同的第二相变材料的第二储热级。
在膨胀过程中，离开蓄能器的气体可以在到达气体压缩机/膨胀器子系统之前穿过储热子系统，由此从进入蓄能器的压缩气体中提取的热能的至少一部分可以重新引入离开蓄能器的气体中，以在膨胀之前将气体的温度从存储温度升高到更高的出口温度。
可以基于压缩气体储能系统的压缩阶段持续时间或膨胀阶段持续时间来选择储热子系统的容量。
所述储热子系统的至少一部分可以设置在所述竖井内，并且可以至少部分地浸没在容纳在竖井内的一定量的液体中。
所述储热子系统可以浸没在容纳在竖井中的一定量的液体中。
所述储热子系统的至少一部分可以设置在所述蓄能器内。
整个储热子系统可以设置在蓄能器内。
所述储热子系统可以至少部分地浸没在所述蓄能器内的液体层中。
所述储热子系统可以设置在加压腔室内。
所述加压腔室可以在地下。
所述加压腔室可以与所述蓄能器中的气体层流体连通。
调节阀可以与所述储热子系统内部和所述加压腔室流体连通，所述调节阀可以被配置为保持所述储热子系统内部和所述加压腔室之间的阈值压差。
所述气体压缩机/膨胀器子系统可以包括第一压缩级和在所述第一压缩级下游的至少第二压缩级。所述储热子系统可以包括在所述第一压缩级和所述第二压缩级之间流体连通的第一储热级以及在所述第二压缩级和所述蓄能器中的气体层之间流体连通的第二储热级。
所述气体压缩机/膨胀器子系统可以包括第一膨胀级和在所述第一膨胀级下游的至少第二膨胀级。所述储热子系统可以包括在所述蓄能器中的气体层和所述第一膨胀级之间流体连通的第三储热级以及在所述第一膨胀级和所述第二膨胀级之间流体连通的第四储热级。
所述气体压缩机/膨胀器子系统可以包括第一压缩级、第一压缩级下游的至少第二压缩级、第一膨胀级和第一膨胀级下游的至少第二膨胀级。所述储热子系统可以包括在第一压缩级和第二压缩级段之间流体连通并且在第一膨胀级和第二膨胀级之间流体连通的第一储热级。
所述储热子系统可以包括在所述第二压缩级和所述蓄能器之间流体连通并且在所述蓄能器和所述第一膨胀级之间流体连通的第二储热级。
液体导管可以在竖井内部的液体和蓄能器中的液体层之间提供流体连通，由此液体可以响应于压缩气体层的压力变化而在竖井内部和蓄能器中的液体层之间流动。
所述液体导管的第一端可以靠近所述隔板的外表面，并且可以与所述竖井流体连通。
所述液体导管可以穿过所述隔板。
当使用所述压缩气体储能系统时，所述液体导管的第二端可以浸没在所述液体层中，并且可以保持与所述气体层流体隔离。
当通过将额外的气体输送到压缩气体层中来增加压缩气体层的压力时，可以增加气体力的大小，并且可以将液体通过液体导管从蓄能器中的液体层输送到竖井内部，并且当通过从压缩气体层释放气体来降低压缩气体层的压力时，可以降低气体力的大小，并且可以将液体通过液体导管从竖井内部输送到蓄能器中的液体层。
所述气体供应导管可以穿过所述竖井内部，并且可以至少部分浸没在一定量的液体中。
所述气体供应导管可以在所述竖井的外部。
所述气体供应导管可以穿过所述隔板。
根据可以单独或与任何其他方面结合使用的本文描述的教导的一个广泛方面，一种压缩气体储能系统可以包括蓄能器，其具有主开口、上壁、下壁和至少部分地限定上壁和下壁的蓄能器内部。所述蓄能器可以在液体层顶部容纳压缩气体层。气体压缩机/膨胀器子系统可以具有与蓄能器间隔开的至少第一压缩机和第一膨胀级。第一气体导管可以具有与第一压缩级连通的上端以及与蓄能器内部的第一位置连通的下端，用于将压缩气体输送到压缩气体层中。竖井可以具有邻近主开口的下端、与下端间隔开的上端以及竖井侧壁，所述竖井侧壁从下端向上延伸到上端，并且至少部分地限定容纳一定量的液体的竖井内部。所述竖井可经由液体供应导管流体连接到液体源/水槽。隔板可以位于竖井下端并且覆盖主开口并将蓄能器内部与竖井内部分开。所述隔板可以具有与竖井内部连通的外表面和与蓄能器内部连通的相对内表面。压缩气体层和液体层中的至少一层可以抵靠隔板的内表面并在其上施加内部蓄能器力，所述竖井内的一定量的液体可以抵靠隔板的外表面并在其上施加外部反作用力，由此当使用压缩气体储能系统时作用在隔板上的净力是蓄能器力和反作用力之间的差，并且可以小于蓄能器力。
第二气体导管可以与所述第一气体导管间隔开，并且可以具有与所述蓄能器内部的第二位置连通的下端和与所述第一气体导管的上端间隔开并与所述第一膨胀器流体连通的上端。
第三气体导管可以与所述第一气体导管和所述第二气体导管间隔开。所述第三气体导管可以具有与所述蓄能器内部的第三位置连通的下端以及上端，所述上端与所述第一气体导管的上端和所述第二气体导管的上端间隔开，并与和所述第一膨胀器间隔开的第二膨胀器流体连通。
所述第一气体导管、第二气体导管和第三气体导管中的至少一个可以延伸穿过所述竖井内部，并且可以浸没在容纳在竖井中的一定量的水中。
可选地，只有第一气体导管可以延伸穿过所述竖井内部并且浸没在容纳在竖井中的一定量的水中，并且所述第二气体导管和第三气体导管可以在所述竖井的外部。
所述第一膨胀器可以独立于所述第二膨胀器操作。
第三膨胀器可以靠近第一压缩机并且可以与第一气体导管的上端流体连通。
所述第一压缩机可以靠近所述竖井，并且所述第一膨胀器可以与所述竖井间隔开。
液体导管可以在竖井内部的液体和蓄能器中的液体层之间提供流体连通，由此液体可以响应于压缩气体层的压力变化而在竖井内部和蓄能器中的液体层之间流动。
所述液体导管的上端可以靠近所述隔板的上表面。
所述液体导管可以穿过所述隔板。
当使用所述压缩气体储能系统时，所述液体导管的下端可以浸没在所述蓄能器内的液体层中，并且可以保持与蓄能器内的气体层流体隔离。
当通过将额外的气体输送到压缩气体层中来增加压缩气体层的压力时，可以增加气体力的大小，并且可以将液体通过液体导管从蓄能器中的液体层输送到竖井内部，并且当通过从压缩气体层释放气体来降低压缩气体层的压力时，可以降低气体力的大小，并且可以将液体通过液体导管从竖井内部输送到蓄能器中的液体层。
至少所述第一气体供应导管可以穿过所述竖井内部，并且可以至少部分浸没在一定量的液体中。
至少所述第一气体供应导管可以在所述竖井的外部。
至少所述第一气体供应导管可以穿过所述隔板。
储热子系统可以设置成在气体压缩机/膨胀器子系统的下游和蓄能器的上游流体连通，由此以出口温度离开气体压缩机/膨胀器子系统的压缩气体穿过储热子系统，由此从压缩气体中提取并在储热子系统中存储热能，并且离开储热子系统的气体的温度降低到低于出口温度的存储温度。
将在下面进一步详细描述其他方面和实施例。
附图说明
现在将参考附图描述本发明的实施例，其中：
图1是流体静力学补偿的压缩气体储能系统的一个示例的部件的示意性剖视图；
图2是图1的压缩气体储能子系统的舱壁部件的俯视图；
图3是图2的舱壁的侧视图；
图4是沿线4-4截取的图2的舱壁的侧剖视图；
图5是根据一个实施例的可用于任何压缩气体储能系统的压缩机/膨胀器子系统的一个示例的部件的示意图；
图6A是压缩气体储能系统的另一示例的部件的示意性剖视图；
图7A是图6A的压缩气体储能系统的一部分部件的放大视图；
图6B是压缩气体储能系统的另一示例的部件的示意性剖视图；
图7B是图6B的压缩气体储能系统的一部分部件的放大视图；
图8是压缩气体储能系统的另一示例的部件的示意性剖视图；
图9是压缩气体储能系统的另一示例的部件的示意性剖视图；
图10是根据一个实施例的用于压缩气体储能系统的压缩机/膨胀器子系统的部件的示意图；
图11A是用于压缩气体储能系统的替代压缩机/膨胀器子系统的部件的示意图，该压缩机/膨胀器子系统具有多个压缩级，每个压缩级与相应的热交换器相关联；
图11B是用于压缩气体储能系统的替代压缩机/膨胀器子系统的部件的示意图，该压缩机/膨胀器子系统具有多个压缩级，每个压缩级与相应的热交换器相关联；
图12是用于压缩气体储能系统的替代压缩机/膨胀器子系统的部件的示意图，该压缩机/膨胀器子系统具有多个膨胀级，每个膨胀级与相应的热交换器相关联；
图13是用于压缩气体储能系统的替代压缩机/膨胀器子系统的部件的示意图，该压缩机/膨胀器子系统具有成对的压缩级和膨胀级，每对压缩级和膨胀级与相应的热交换器相关联；
图14是图13的替代压缩机/膨胀器子系统的部件的示意图，示出了气流在膨胀(释放)阶段从存储器通过多个膨胀器和热交换器；
图15是图13的替代压缩机/膨胀器子系统的部件的示意图，示出了气流在压缩(存储)过程中从周围环境通过多个压缩机和热交换器；
图16是根据一个实施例的压缩气体储能系统的部件的剖视图；
图17是根据一个实施例的用于压缩气体储能系统的压缩机/膨胀器子系统的部件的示意图；
图18是用于压缩气体储能系统的替代压缩机/膨胀器子系统的部件的示意图，该压缩机/膨胀器子系统具有多个压缩级，每个压缩级与储热子系统的相应级相关联；
图19是用于压缩气体储能系统的替代压缩机/膨胀器子系统的部件的示意图，该压缩机/膨胀器子系统具有多个膨胀级，每个膨胀级与储热子系统的相应级相关联；
图20是用于压缩气体储能系统的替代压缩机/膨胀器子系统的部件的示意图，该压缩机/膨胀器子系统具有成对的压缩级和膨胀级，每对压缩级和膨胀级与储热子系统的相应级相关联；
图21是图20的替代压缩机/膨胀器子系统的部件的示意图，示出了在气流膨胀(释放)阶段从存储器通过多个膨胀器和储热子系统的相应级；
图22是图20的替代压缩机/膨胀器子系统的部件的示意图，示出了气流在压缩(储存)过程中从周围环境通过多个压缩机和储热子系统的相应级；
图23是根据替代实施例的压缩气体储能系统的部件的剖视图；
图24是根据另一替代实施例的替代压缩气体储能系统的部件的剖视图；
图25是压缩气体储能系统的另一示例的部件的示意性剖视图；
图26是压缩气体储能系统的另一实施例的示意图；
图27是压缩气体储能系统的另一示例的部件的示意性剖视图；以及
图28是压缩气体储能系统的又一示例的部件的示意性剖视图。
具体实施方式
下面将描述各种设备或过程，以提供每个要求保护的发明的实施例的示例。下面描述的实施例没有限制任何要求保护的发明，并且任何要求保护的发明可以覆盖不同于下面描述的过程或设备。要求保护的发明不限于具有下面描述的任何一个设备或过程的所有特征的设备或过程，或者不限于下面描述的多个或所有设备的共同特征。下面描述的设备或过程可能不是任何要求保护的发明的实施例。在本文件中未要求保护的下面描述的设备或过程中公开的任何发明可以是另一保护性工具的主题，例如，持续的专利申请，并且申请人、发明人或所有人不打算通过在本文件中的公开放弃、否认或向公众奉献任何这样的发明。
由某些类型的能源(例如，风车、太阳能电池板等)产生的能量可能倾向于在某些时段(例如，分别在有风或阳光充足的时候)产生，而在其他时段不产生(如果没有风或在晚上等)。然而，对能源的需求可能并不总是与产生时段相匹配，储存能源供以后使用可能是有用的。类似地，储存使用传统发电机(例如，煤、天然气和/或核电厂)生成的能量可能是有帮助的，以帮助促进在非高峰时段(例如，当电力供应可能大于需求和/或当电力成本相对较高的时段)生成的能量的储存，并允许在高峰时段(例如，当电力需求可能等于或大于供应时，和/或当电力成本相对较高时)利用该能量。
如本文所述，使用合适的压缩气体储能系统来压缩和存储气体(例如，空气)是存储能量供以后使用的一种方式。例如，在非高峰时间，能量(即，电)可用于驱动压缩机并将一定体积的气体压缩至所需的相对较高的存储压力。气体然后可以在较高的压力下储存在任何合适的容器或器皿内，例如，合适的蓄能器。为了提取储存的能量，加压气体可以从蓄能器中释放并用于驱动任何合适的膨胀器设备等，最终用于驱动发电机等发电。可以存储在特定压缩气体储能系统中的能量的量可以与压缩/存储气体的压力相关，较高的压力存储通常有利于较高的储能。然而，在传统系统中容纳较高压(例如，在大约45-150atm之间)的气体可能需要相对坚固、专门且通常相对昂贵的存储容器/压力器皿。
参考图1，可用于压缩、储存和释放气体的流体静力学补偿的压缩气体储能系统10的一个示例包括位于地下的蓄能器12(尽管在另一实施例中，蓄能器可以位于地面之上)。在该示例中，蓄能器12用作容纳压缩气体和液体(例如，水)的腔室，并且可以包括任何合适类型的压力器皿或罐，或者如该示例中那样，可以是位于地面200内的地下洞穴或凹处。在该实施例中，蓄能器12具有内衬，例如，使用混凝土、金属、塑料及其组合等，以帮助使其基本上不透气和/或不透液体，从而有助于防止气体或液体从内部23中不希望的流出。在另一实施例中，蓄能器优选地在不需要内衬的情况下不透气和/或不透液体。
蓄能器12可以具有任何合适的配置，并且在该示例中，包括通过蓄能器高度17彼此分开的上壁13和相对的下壁15。上壁13和下壁15可以是任何合适的配置，包括弯曲的、弓形的、成角度的等，并且在图示的示例中显示为大致平坦的表面，其大致平行于水平参考平面19。蓄能器12还具有蓄能器宽度(未示出，如图1所示在页面中测量)。上壁13和下壁15以及一个或多个侧壁21至少部分地限定了蓄能器12的内部23，该内部23具有蓄能器容积。在系统10的给定实施例中的蓄能器12可以基于各种因素(例如，要存储的气体量、给定位置的可用空间等)来确定尺寸，并且在一些示例中，可以在大约1,000m3和大约2,000,000m3之间或更大。例如，在该实施例中，蓄能器12在液体层16的顶部容纳一层存储的压缩气体14，并且可以基于要存储的气体量14、系统10所需的存储持续时间、以及可能与系统10要关联的合适的电源和/或电力负载(参见图5中的电源/负载S/L)的容量或其他特征相关的其他合适的因素来选择其体积(因此，选择容量)。在一些示例中，电源/负载S/L可以是电网、电源(包括可再生和可选的不可再生源)等。
优选地，蓄能器12可以位于地面以下或水下，但是可替代地，可以至少部分位于地面以上。如图所示，将蓄能器12定位在地面200内，可以允许地面/土壤的重量帮助支撑/支持蓄能器12的壁13、15和21，并帮助抵抗施加在蓄能器内部23的壁13、15和21上的任何向外作用力。根据要使用的压缩/膨胀设备最有效运行的压力，确定其在地下的深度。
待压缩并存储在蓄能器12中的气体可以是任何合适的气体，包括但不限于空气、氮气、稀有气体及其组合等。在一些实施例中，使用空气可能是优选的，因为可以从周围环境将期望量的空气吸入系统，并且从蓄能器12内释放的气体/空气可以类似地排放到周围环境中，可选地在需要进一步处理的环境中。在该实施例中，压缩气体14是压缩大气，并且液体是水。
可选地，为了帮助提供进入蓄能器12内部的入口，例如，以供在蓄能器的建设期间使用和/或为了允许进入检查和/或维护，蓄能器12可以包括至少一个开口，当使用系统10时，该开口可以以大致气密/不透气的方式密封。在该示例中，蓄能器12包括设置在上壁13中的主开口27。主开口27可以是任何合适的尺寸，并且可以具有基于特定要求足够的横截面积(取自平面19)。在一个实施例中，横截面积在大约0.75m2和大约80m2之间，但是在特定实施例中可以更大或更小。
当使用系统10时，主开口27可以使用任何合适类型的隔板来密封，该隔板可以用作合适的密封构件。在图1的实施例中，系统10包括舱壁24形式的隔板，该舱壁24覆盖主开口27。图2是舱壁24的该实施例的部件的俯视图，图3和4分别是舱壁24的侧视图和侧剖视图。在该示例中，舱壁24具有主体25，该主体25包括：面向蓄能器12的内部23的下表面29，并且在一个替代方案中，该下表面29通常暴露于压缩气体层14并与压缩气体层14流体连通；以及在主体25的面向内部54的上端处的相对上表面31。凸缘26通常朝向隔板的下端横向向外延伸，使得舱壁24的上端具有大约1-8m之间的上部宽度33，并且其尺寸可以适合开口27，而且舱壁24的下端具有大于上部宽度33的下部宽度35，并且例如可以在大约1.2m和大约10m之间。在这种设置中，限定了大致朝上的肩部表面37，并围绕舱壁24的周边延伸。如图1所示，当舱壁24就位时，肩部表面37可以邻接蓄能器12的上表面13，并且可以帮助抵抗舱壁24通过开口27向上移动。舱壁24可以固定在上壁13上，并且优选地使用任何合适的机构与上壁13密封，以帮助密封和封闭内部23。在其他实施例中，舱壁24可以具有不同的合适配置。
舱壁24可以原位制造，或者可以异地制造，并且可以由任何合适的材料制成，包括混凝土、金属、塑料、复合材料等。在图示的实施例中，舱壁24在多块钢筋混凝土的竖井18和蓄能器12之间的界面处原位组装。
在图1的实施例中，主开口27设置在蓄能器12的上表面13中。或者，在其他实施例中，主开口27和任何相关联的隔板可以设置在蓄能器12的不同部分中，包括例如设置在侧壁(例如，侧壁21)上、下表面(例如，下表面15)内或其他合适的位置。主开口27和相关隔板的位置可以基于多种因素来选择，多种因素包括例如土壤和地下条件、现有结构的可用性(例如，如果系统10正在改造到一些现有空间中，例如，矿山、采石场、存储设施等)、操作压力、竖井配置等。例如，本文描述的系统10的一些方面可以改造到预先存在的地下腔室，该地下腔室可以被构造成在其侧壁、地板等中具有开口。利用这些现有构造中的一些可以有助于构造和/或改造系统中使用的腔室，并且可以减少或消除在腔室的上表面中形成额外开口的需要。减少蓄能器中开口的总数可以有助于密封，并且可以有助于减少泄漏等的机会。
当主开口27沿着蓄能器12的侧壁21延伸时，可以被定位成仅与气体层14接触(即，朝向蓄能器12的顶部)，仅与液体层16接触(即，浸没在液体层16内并朝向蓄能器的底部)，和/或与气体层14和液体层16的组合接触(即，部分浸没在液体中而部分不浸没在液体中)。当使用系统10时，液体层16的自由表面的特定位置(即，液体层16和气体层14之间的界面)可以随着气体被迫进入蓄能器(导致液体层下降)和/或从蓄能器中抽出(允许液面上升)而改变。
如图27中的示意图所示，主开口27设置在蓄能器12的侧壁15中，并且舱壁24被定位成当使用系统10H时通常部分浸没在液体层16中并且部分暴露于气体层14。在该示例中，气体供应导管22穿过舱壁24，并且被布置成使得其下端62朝向蓄能器12的顶部，使得其将保持与气体层14连通，并且与液体层16流体隔离，而不管蓄能器12内的液面如何。或者，气体供应导管22可以定位成使得当以这种方式配置系统时，不穿过舱壁24。
在图1和27的实施例中，隔板包括制造的舱壁24，舱壁24定位成覆盖并可选地密封蓄能器周边中的主开口27。或者，在其他实施例中，隔板可以至少部分由天然材料形成，例如，岩石等。例如，可以通过留下天然岩石的部分和/或将天然岩石的部分成形以帮助形成蓄能器内部和竖井之间的至少一部分压力边界，来形成合适的隔板。可以处理、涂覆或以其他方式修改这种构造，以帮助确保这种构造足够不透气，从而能够承受蓄能器内部和竖井之间的期望操作压差。在一些实施例中，这可以通过选择性地挖掘竖井18和蓄能器12来实现，使得在竖井18和蓄能器12的挖掘和建造期间，一部分周围的岩石通常不受干扰。或者，岩石或其他这种材料可以在先前已经挖掘之后重新引入蓄能器12和/或竖井18内的合适位置。这可以有助于减少制造单独舱壁并将其安装在系统10内的需要。在这种性质的布置中，主开口27可以形成为蓄能器12的侧壁21中的开口，或者可替代地，蓄能器12的一侧可以基本上打开，使得主开口27基本上延伸整个蓄能器高度17，并且基本上形成蓄能器12的一整侧。
参考图28，压缩气体存储系统10I的另一实施例配置有隔板，该隔板包括突起200A，在图28中用交叉影线标识该突起200A，该突起200A由与周围地面200大致相同的材料形成。在该示例中，系统10I不需要包括如其他实施例中所示的单独制造的舱壁24。该实施例中的系统10被配置为使得气体供应导管22与突起200A间隔开，并且不延伸穿过隔板。相反，可以提供单独的竖井或孔来容纳导管22。为了有助于在竖井18的内部和液体层16之间提供液体连通，可以提供液体供应导管40，以延伸穿过突起200A，或者如图所示，至少一些液体供应导管40可以由流动通道提供，该流动通道在突起200A下方通过并将竖井18流体连接到液体层16，并且通道的开口端可以在液体供应导管40的端部64和66。
可选地，在这样的实施例中，气体供应导管22可以布置成穿过隔板/突起200A，如图28所示。在这种布置中(并且在图27所示的实施例中)，导管22可以被配置为使得其端部62朝向蓄能器12的上侧定位，以帮助防止液体层16到达端部62。或者，气体供应导管22不需要穿过隔板，如使用备选导管22的虚线示意性示出的。
可选地，系统101可以被布置成使得气体供应导管22至少部分穿过液体供应导管40。这可以有助于减少需要在隔板/突起200A中设置的开口的数量。在图28的实施例中，使用虚线示出了气体供应导管22的另一可选布置，并且穿过流动通道，从竖井18进入蓄能器12内部。在这种布置中，气体供应导管22嵌套在液体供应导管40中，并且穿过液体供应导管40，并且还穿过突起200A下方。可选地，至少一些气体供应导管22容纳在一部分液体供应导管40内的配置也可以用于系统10的其他实施例(包括本文描述和示出的那些实施例)中，包括液体供应导管40和气体供应导管40都穿过隔板的那些实施例。
当使用蓄能器12时，加压气体层14和液体层16中的至少一层或这两者可以接触舱壁24的内表面29并在其上施加压力，这将导致作用在舱壁24上的由图1中箭头41表示的通常向外(在该实施例中向上)的内部蓄能器力。该内部蓄能器力41的大小取决于气体14的压力和下表面29的横截面积(取自平面19)。对于给定的下表面29面积，内部蓄能器力41的大小通常可以与气体14的压力成比例地变化。
优选地，向内(在该实施例中向下)的作用力可以施加到舱壁24的外表面31，以帮助抵消和/或平衡内部蓄能器力41。当使用系统10时，施加这种性质的反作用力，可以帮助减小作用在舱壁24上的净力。这可以有助于使用压力公差比舱壁24必须抵抗内部蓄能器力41的整个大小时所需的压力公差更低的舱壁24。这可以允许舱壁24相对较小、较轻且成本较低。这种布置也可以有助于减少使用系统10时舱壁24失效的机会。可选地，通过使上表面31经受加压环境，例如，与上表面31接触的加压气体或液体，并校准作用在上表面31上的压力(基于上表面31的相对横截面积和作用在下表面29上的压力)，可以产生合适的反作用力，使得如图1中箭头46所示的最终反作用力具有期望的大小。在一些配置中，反作用力46的大小可以在内部蓄能器力41的大约80％和大约99％之间，并且可以可选地在大约90％和大约97％之间，并且可以大约等于内部蓄能器力41的大小。
在本实施例中，系统10包括竖井18，该竖井18具有与蓄能器12的上壁13中的开口27连通的下端43、以及与下端43相隔竖井高度50的上端48。至少一个侧壁52从下端43延伸到上端48，并且至少部分地限定了具有容积的竖井内部54。在该实施例中，竖井18通常是线性的，并且沿着通常垂直的竖井轴线51延伸，但是在其他实施例中，可以具有其他配置，例如，线性或螺旋下降。如图所示，竖井18的上端48可以向大气A敞开，或者可以封盖、封闭或以其他方式密封。在该实施例中，竖井18通常为圆柱形，直径56约为3米，在其他实施例中，直径56可以在约2m至约15m之间或更大，或者可以在约5m至12m之间，或者在约2m至约5m之间。在这种设置中，竖井18的内部52能够容纳大约1,000-150,000m3的水。
在这种布置中，舱壁24位于竖井18和蓄能器12之间的界面处，并且外表面31(或其至少一部分)封闭并密封竖井18的下端43。优选地，竖井18的其他边界(例如，侧壁52)通常是液体不可渗透的，使得内部54可以填充并且通常可以保持一定量的液体，例如，水20。供水/补给导管58可以在竖井18的内部54和水源/水槽150之间提供流体连通，以允许在使用系统10时，水根据需要流入或流出竖井18的内部。可选地，流量控制阀59(如图1所示)可以设置在供水/补给导管58中。当使用系统10时，可以打开流量控制阀59，以帮助促进竖井18和水源/水槽150之间所需的水流。可选地，如果需要，可以关闭流量控制阀59以流体隔离竖井18和水源/水槽150。例如，可以关闭流量控制阀59以帮助促进排干竖井18的内部54，用于检查、维护等。
水源/水槽150可以是任何合适的性质，并且可以包括例如与市政供水或水库、特意建造的水库、储罐、水塔和/或天然水体(例如，湖泊、河流或海洋)、地下水或含水层的连接。在图示的示例中，水源/水槽150图示为湖泊。允许水流过导管58，可以帮助确保竖井18可以保持足够量的水20，并且过量的水20可以从竖井18排出。导管58可以在任何合适的位置连接到竖井18，并且优选地朝向上端48连接。优选地，导管58可以被定位和配置为使得水将经由重力从水源/水槽150流到竖井18，并且不需要包括外部动力泵或其他输送设备。尽管导管58在图中被描绘为水平的，但是可以是非水平的。
在该示例中，竖井18中的水20抵靠在舱壁24的外侧，从而支撑在舱壁24的顶部。在该示例中，作用在舱壁24的外表面31上的压力量将随着被支撑的水20的体积而变化，对于给定的直径56来说，水20的体积将随着水柱的高度50而变化。在这种布置中，反作用力46的大小通常可以与保持在竖井18中的水量20成比例。为了增加反作用力46的大小，可以添加更多的水20。为了减小反作用力46的大小，可以从内部54移除水20。
在舱壁24下面的存储压缩空气层14与舱壁24稳定地固定到地面周围(在一种替代方案中，固定到蓄能器12和竖井18之间的界面处的地下的石头周围)的技术一起用于支撑舱壁24和容纳在竖井18内的一定量的液体。
优选地，如下所述，可以保持一定量的水20抵靠在舱壁24上的压力，使得反作用力46的大小等于或几乎等于由储存在蓄能器12中的压缩气体层14中的压缩气体施加的内部蓄能器力41的大小。在图示的实施例中，操作系统10，以将压差(即蓄能器12内的气体压力和竖井18下端43处的流体静压之间的差)保持在阈值量内，该阈值量优选在0巴和4巴之间，例如，2巴，作用在舱壁24上的最终净力(即，内部蓄能器力41和反作用力46之间的差)可以保持在预定阈值净力极限以下。将净压差和相关的净力大小保持在阈值净压差极限以下，可以有助于减少舱壁24变得非常大和高度加强、并由此变得相对昂贵的需要。在替代实施例中，使用相对更坚固的舱壁24和/或用于将舱壁24固定到蓄能器12的安装技术可以有助于承受相对较高的压力和净压差，但是在所有其他条件相同的情况下，构造和安装可能更昂贵。此外，蓄能器12的高度17对于压差可能是重要的：如果高度17大约为10米，则舱壁24上的向上压力将比来自竖井18中的水20对舱壁24的向下压力高1巴。
竖井18和蓄能器12均可以使用类似于用于生产矿井和其他地下结构的技术形成在地面200中。
为了帮助在舱壁24上分别保持基本相等的外向力41和内向力46，系统10可以用于帮助保持蓄能器和竖井压力的期望差低于阈值量。可以通过使用任何合适的压缩机/膨胀器子系统100从蓄能器12的压缩气体层14中添加或移除气体来控制这些压力，并且可以在液体层16和竖井18中的水20之间输送水。
在该实施例中，提供气体导管22，以在压缩气体层14和压缩机/膨胀器子系统100之间输送压缩空气，该子系统可以将压缩空气能量转换成电能或从电能转换成压缩空气能量。类似地，液体导管40被配置为在液体层16和竖井18中的水20之间输送水。每个导管22和40可以由任何合适的材料形成，包括金属、塑料等。
在该示例中，气体导管22具有连接到压缩机/膨胀器子系统100的上端60和与气体层14连通的下端62。在该示例中，气体导管22位于竖井18内部并在竖井18内延伸，并且穿过舱壁24到达气体层14。将气体导管22定位在竖井18内，可以消除从地面到蓄能器12钻出第二竖井和/或接入点的需要。该位置也可以使气体导管22通常暴露出来，以便检查和维护，例如，通过使用能够穿过竖井18内的水20的潜水员或机器人和/或通过从竖井18排出一些或全部水来实现。或者，如图1和图28的实施例中虚线所示，气体导管22可以在竖井18的外部。将气体导管22定位在竖井18外部，可以有助于压缩机/膨胀机子系统100的远程放置(即，不需要靠近竖井18)，并且可以不要求气体导管22的外部(或其外壳)浸没在水中。这也可以消除气体导管22穿过分隔蓄能器12和竖井18的隔板的需要。
在该示例中，液体导管40配置有下端64和远上端66，下端64在使用系统10时浸没在水层16中，远上端66与竖井18的内部54连通。在这种配置中，液体导管40可以促进液体层16和竖井18中的水20之间的液体交换。如图1所示，液体导管40可以穿过舱壁24(如本文所述)，或者可替换地，如使用虚线所示，可以被配置为提供液体层16和水20之间的连通，但是不穿过舱壁24。
在这种布置中，随着在累积周期期间更多的气体被传输到气体层14中，并且随着其压力增加，在这种略微替代方案中，水层16中的水可以被排出并被迫向上通过液体导管40而进入竖井18，以克服竖井18中的水20的压力。更具体地，水可以优选地从蓄能器12的底部自由流入竖井18，并且最终可以经由补充导管58与水源/水槽150交换。或者，任何合适类型的流量限制或调节装置(例如，泵、阀、孔板等)可以设置在水导管40中。当从气体层14中移除气体时，可以迫使水从竖井18中通过水导管40，以重新填充水层16。通过补充导管58的流动可以有助于确保当迫使水流入和流出水层16时，在竖井18内可以保持期望量的水20，因为过量的水20可以从竖井18排出并且补充水可以供应到竖井18。这种布置可以允许蓄能器12和竖井18中的压力在气体被迫进入蓄能器12时至少部分地自动重新平衡。
优选地，液体导管40的下端64定位成使得当使用系统10时，其下端通常保持浸没在液体层16中，并且不与气体层14直接连通。在图示的示例中，下壁15是平面的，并且通常是水平的(平行于平面19，或者可选地布置成从水平方向具有在大约0.01％到大约1％之间的最大坡度，并且可选地在大约0.5％到大约1％之间)，并且液体导管40的下端64靠近下壁15放置。如果下壁15不是平的或者通常不是水平的，则液体导管40的下端64优选位于蓄能器12的较低点，以帮助降低下端64暴露于气体层14的机会。
类似地，为了有助于从气体层提取气体，气体导管22的下端62优选地位于靠近上壁13的位置，或者位于蓄能器12的内部23中的相对高点。这可以帮助减少蓄能器12中任何气体的材料捕集。例如，如果上壁13定向在坡度上，则气体导管22与气体层(即，其下端62)交界的点应该在蓄能器12中的高点，以帮助避免明显捕集气体。
图5是根据一个实施例的用于本文描述的压缩气体储能系统10的压缩机/膨胀器子系统100的部件的示意图。在该示例中，压缩机/膨胀器子系统100包括单级或多级压缩机112，由马达110驱动，在一个替代方案中，马达110使用来自电网的电力或可再生电源等来供电，并且可选地使用合适的控制器118来控制。压缩机112在运行的蓄能阶段由马达110驱动，并吸入大气A，压缩空气，并迫使其向下进入气体导管22，以存储在蓄能器12中(在包括蓄能器12的实施例中，经由储热子系统120(见图8))。压缩机/膨胀器子系统100还包括膨胀器116，膨胀器116在运行的膨胀阶段由从气体导管22排出的压缩空气驱动，并进而驱动发电机114发电。在驱动膨胀器116之后，输送膨胀的空气，以排出到大气A中。虽然示出为独立的设备，但是，如混合马达/发电机设备是共用设备的一部分一样，压缩机112和膨胀器116也可以是共用设备的一部分。可选地，马达和发电机可以设置在单个机器中。
应当理解，进入或离开压缩机/膨胀机子系统100的空气可以在其进入或离开之前予以调节。例如，离开或进入压缩机/膨胀器子系统100的空气可以被加热和/或冷却，以减少不期望的环境影响，或者使空气处于适合压缩机112或膨胀器116的特定阶段的有效运行范围的温度。控制器118操作压缩机/膨胀器子系统100，以便根据需要在蓄能级和膨胀级之间切换，包括根据需要操作阀，用于防止或允许压缩空气从气体导管22释放。
辅助气体释放
可选地，压缩气体储能系统10可以包括一个或多个辅助气体释放子系统，该子系统与气体导管22分离，以帮助促进气体从压缩气体层14释放。例如，如果蓄能器12内的压力接近和/或超过期望的最大存储压力，则从压缩气体层14排出至少一些气体，可以帮助将压力降低到期望的范围。这也可以用来帮助防止压缩气体层14达到其与导管40的下端64流体连通的水平。这种辅助气体释放子系统优选包括至少一个辅助气体释放导管，该辅助气体释放导管与气体供应导管22分离，并且可以被配置为将气体排放到地面、进入单独的通风竖井、进入充水的竖井18或其他期望的位置。例如，在从竖井18内抵靠舱壁24外侧的压力和从蓄能器12内抵靠舱壁24内侧的压力之间的压差上升到威胁舱壁24的完整性或其安装就位的程度的情况下，气体释放子系统可以通过可操作地释放气体，来进一步灵活地调节系统10内的压力。例如，如果竖井18中的液体20降低到降低压力的水平，从而将作用在舱壁24上的反作用力46的大小降低到期望的水平以下，那么气体释放子系统能够释放蓄能器12中的压力。
在该实施例中，气体释放子系统包括辅助气体释放导管45和可选阀42(见图1-4)，辅助气体释放导管45与气体供应导管22间隔开，可选阀42与压缩气体层14连通，并且在该示例中与舱壁24相关联。阀42可以优选为单向阀或止回阀，使得可以允许气体从压缩气体层14进入竖井18，但是阻碍或阻止水20从竖井18流入蓄能器12。阀42可以使用任何合适的机构来致动，包括被配置为压敏阀，该压敏阀可以朝向关闭配置偏压，并且当压缩气体层14中的压力超过预设阈值限制时，优选自动打开，和/或可以被配置为远程打开和关闭(例如，通过远程液压或电致动)，以允许气体层14中的气体根据需要通过舱壁24逸出。可选地，阀42可以由控制器118通过使用合适的阀致动系统来控制，该阀致动系统可以包括例如机械致动器、机电致动器、电磁致动器等。例如，阀42是否打开，以将压缩气体释放出蓄能器12，在如本文所述的蓄能或膨胀周期，压缩气体是否以及如何被引导通过系统10的其他部分(例如，储热子系统120(见图8-9))。
优选地，竖井18的尺寸、蓄能器12和舱壁24的整体性彼此相关，以允许蓄能器中的压缩气体层14保持在压力范围内，该压力范围最大化发挥压缩机/膨胀器子系统100中使用的设备的效率。可选地，系统10可以被配置为在大约20atm和大约40atm之间的压力下存储该压缩气体层。随着时间的推移，为了持续高效的运行，这种设备可能需要对压力范围进行调整。这可以通过调节竖井18中的液体20的量和蓄能器24中的气体压缩水平、调节导管尺寸等来实现。
可选地，舱壁24可以包括一个或多个孔或其他合适的结构，以容纳气体导管22、液体导管40、辅助气体释放导管45和其他这样的导管，使得导管穿过舱壁24以进入蓄能器12的内部23。将导管和其他这样的结构穿过舱壁24，可以消除制造额外的竖井/孔以到达蓄能器12的需要，并且可以减少上壁13中所需的单个开口的数量。参考图2-4，第一孔28延伸穿过主体25，用于容纳气体导管22从竖井18中的舱壁24上方穿过到蓄能器12中的气体层14的通道。气体导管22优选地密封到第一孔28上/内，以便最小化并优选地防止蓄能器12内的压缩气体泄漏或其他不受控制地释放到竖井18中，或者竖井18内的水20泄漏或其他不受控制地释放到蓄能器12中。第二孔32也延伸穿过舱壁24，用于容纳液体导管40从竖井18中的舱壁24上方穿过到蓄能器12中的液体层16的通道。液体导管40密封在第二孔32内，以便最小化并优选地防止蓄能器12内的压缩气体不受控制地释放到竖井18内或竖井18内的水20不受控制地释放到蓄能器12内(除了经由导管40)。
在该示例中，第三孔44也延伸穿过舱壁24，用于容纳气体从压缩气体层14流向阀42并穿过辅助气体释放导管45的通道，以便在所讨论的压差需要减小的情况下从压缩气体层14释放气体。应当理解，阀42不必位于舱壁24的顶部，并且实际上可以集成在第三孔44内或者以某种其他方式与第三孔44相关联。阀42也可以集成到第二孔32和液体导管40中，因此不需要第三孔44。
在该实施例中，提供了可打开和可重新密封的通道人孔30，以使得维护人员能够维护进入蓄能器12的内部，用于检查和清洁。这将通过关闭流量控制阀59(图1)和排空竖井18的液体20，并排空蓄能器12的压缩气体来实现，从而使人孔30能够打开，并且人员能够来回通过。至于舱壁24，变化是可能的。例如，在替代实施例中，舱壁24可以仅具有第一孔28和第二孔32，而没有人孔30。在替代实施例中，舱壁24可以包括人孔30，但是不需要包含第一孔28和第二孔、32，并且导管22和40不穿过舱壁24。在又一替代实施例中，舱壁24不包含人孔和孔，使得与蓄能器12的流体连通不穿过舱壁24。可选地，人孔等也可以设置在其他类型的隔板中，包括例如图28的实施例中所示的突起200A。
可选地，可以提供导管或其他类型的引导结构，以帮助引导经由辅助气体释放导管45，并且可选地经由气体释放阀42从蓄能器12排出的气体。例如，在某些情况下，可能希望沿着穿过竖井18的特定路径引导逸出的气体，而不是简单地将气体自由释放到水柱20中。图6A是压缩气体储能系统10A的替代实施例的部件的剖视图，该压缩气体储能系统10A类似于如上所述的压缩气体储能系统10，并且使用相同的附图标记来标识相同的特征。然而，在该示例中，气体释放子系统还包括引导导管53，该引导导管53从邻近辅助气体释放导管45的输出端(在该示例中，气体释放阀42的出口)的下部入口端68向上延伸到上部出口端70，该上部出口端70可以朝向竖井18的上端设置，并且可选地可以突出到保持在竖井20中的水20的自由表面上方。
引导导管53具有宽度72(如果引导导管53是圆柱形管，也可以称为直径)，并且相关的横截面积(在平行于平面19的平面中截取)可以被配置为在竖井18的横截面积的大约0.5％到大约5％之间。同样如图7A所示，引导导管53的下端68可以定位成靠近并优选地覆盖辅助气体释放导管45的基本上所有的出口，使得离开阀42的气体趋向于进入引导导管53的下端68，然后当继续向上行进通过竖井18并到达出口端70时，被限制在引导导管53内。
由于经由辅助气体释放导管45离开蓄能器12的气体可能趋向于处于较高的压力下(并且可能趋向于通常在过压类型的情况下释放)，所以水20中的气泡可能趋向于随着它们向上移动通过竖井18而膨胀。在某些情况下，气泡的膨胀可能倾向于从竖井18内排出水20(例如，迫使水通过导管20并进入液体源/水槽150)。这可以具有减小落在舱壁24上的水量的效果(即，可以减小竖井18的内部54的平均密度)，这可以减小作用在上表面31上的流体静压力，并进而减小反作用力46的大小。如果由于内部蓄能器压力过高而经由气体释放阀42排放气体，并且因此内部蓄能器力41的大小过高，反作用力46的大小的减小会进一步增加舱壁24上的力不平衡，并且可能趋向于加剧舱壁24的过载状态。
如图所示，引导导管53或有助于限制气泡膨胀的类似结构可以用作密度变化防止结构/边界；其可接收经由辅助气体释放导管45从蓄能器12释放的压缩气体，并将其向上传送并传送出竖井18，同时将其最大膨胀限于引导导管53的内部体积。这可以有助于限制由膨胀的上升气泡排出的水量，并且可以有助于减少气体释放/排出事件期间反作用力46的减小。也就是说，引导导管53还用于在气泡离开气体释放阀42时物理地容纳气泡，从而防止气泡在通过水20向上上升离开系统10A(或10J)时，将超过引导导管53中容纳的水量20的大量的水20排出。该附加的特征可有助于进一步保护竖井18中的水量20，从而保护施加在舱壁24上的向下压力的量。应当理解，如果需要，这可能有助于经由辅助气体释放导管45快速地释放压缩空气，这比使用不包括引导导管53的系统10的版本的速度更快。例如，在没有引导导管53的情况下，从气体释放阀42或辅助气体释放导管45释放的气体可以通过竖井18自由上升和扩散。由于这种自由扩散的气泡在上升(减压)时体积增大，将从竖井18排出水20，从而减少水20对舱壁24的向下压力。引导导管53控制气泡的释放，迫使气泡通过引导导管53向上膨胀，而不是向外进入竖井18的其余部分，从而将大部分体积的水20保留在竖井18中。控制气泡释放的引导导管53可有助于防止由于密度变化导致的灾难性故障，其中密度变化导致舱壁24由于相对突然的净力不平衡而释放、弯曲或失效。
优选地，引导导管53的内部与竖井18的内部54流体连通，例如，通过使下端68至少部分打开，使得当系统正常使用时(即，当引导导管53没有填充排出的气体时)，引导导管53的内部通常可以填充水20，同时仍然被配置为接收排出的气体。以这种方式，引导导管53从竖井18排出的水20比引导导管53被密封到舱壁24并且仅容纳空气/气体时少。在引导导管53内部充满水的情况下，在一些示例中，引导导管53可以仅排出大约等于引导导管53的侧壁体积的水量。
虽然为了便于说明，引导导管53被示为大致笔直的垂直导管，但是引导导管53可以具有其他配置，并且不需要是垂直的和/或线性的。可选地，在一些示例中，引导导管53的上端70不需要位于竖井18中的水20的表面上方，而是可以浸没在其中。在这种布置中，引导导管53的膨胀限制效果可以稍微减小(即，最终排出的水可能比上端70高于水面时多)，但是可以调节其他因素，例如，预期压力、通过阀42的气体释放速率等，以补偿这种差异，从而有助于确保在过压排放情况下从竖井18排出的总水量在可接受的范围内。优选地，上端70可以在竖井18的上半部(即，在其中点之上)，并且更优选地，上端70可以在竖井18的上部25％内，并且最优选地，如果不是在水面20之上的话，通常可以接近水20的表面。
图6B是压缩气体储能系统10J的替代实施例的部件的剖视图，该压缩气体储能系统10J类似于如上所述的压缩气体储能系统10，并且使用相同的附图标记来标识相同的特征。该实施例中的气体释放子系统被配置为使得辅助气体释放导管45基本上与液体供应导管40相连，并且还包括从下部入口端68延伸到上部出口端70的引导导管53。在该实施例中，气体释放子系统不需要包括如图6A和7A的实施例所示的阀42。相反，可以通过允许至少一些气体经由液体供应导管40离开蓄能器12来释放蓄能器12中的过压。
当系统10J在正常操作条件下操作时，液体供应导管40的下端64浸没在液体层16中，这将液体供应导管40与气体层14隔离。如果蓄能器12内的压力增加到超过期望的操作阈值，则可以迫使水从蓄能器12经由液体供应导管40进入竖井18。随着水离开蓄能器12，液体层16的高度可以下降到液体供应导管40的下端64至少部分暴露的水平。这可以允许来自压缩气体层14的一些气体流入液体供应导管40并从蓄能器12中逸出，从而降低蓄能器12内的压力。在这种布置中，液体供应导管40也用作辅助气体释放导管45。流过液体供应导管40/辅助气体释放导管45的气体然后可以逸出到竖井18的内部，并形成膨胀气泡，如本文所述。在该实施例中，气体释放子系统被配置为使得引导导管53的下端68被定位成捕捉离开液体供应导管40/辅助气体释放导管45的至少一些气体，并且容纳气体，如关于图6A和7A的实施例所述。该实施例可以消除包含单独阀42和相关致动器等的需要，这可以有助于简化系统10J(例如，与系统10A相比)，并且可以有助于减少将设置在舱壁24中的开口的数量。
随着蓄能器12内的压力由于逸出的气体而下降，液体可以通过液体供应导管40流入蓄能器，并且液体层16中的液面可以上升，以覆盖液体供应导管40的下端64。这可以将压缩气体层14与液体供应导管40重新隔离，并且可以阻止气体经由液体供应导管40的释放。
可选地，气体释放系统和适当配置的引导导管53也可以与图27的实施例的垂直定向舱壁24和/或隔板的其他实施例一起使用，例如，图28的实施例中所示的突起。
储热子系统
可选地，压缩气体储能系统的一些实施例可以包括储热子系统，该储热子系统可以用于从引导到蓄能器12(即，压缩机112的下游)的压缩气体吸收热量，隔离至少一部分热能一段时间，然后可选地将热量释放回从蓄能器12(即，膨胀器116的上游)提取/释放的气体中。在这样的示例中，气体可以在压缩后以约180℃至约300℃的出口温度离开压缩机/膨胀器子系统100，并且可以被储热子系统冷却至低于出口温度的储存温度，并且该储存温度在一些示例中可以在约30℃至约60℃之间。
图8是根据替代实施例的压缩气体储能系统10B的部件的剖视图。压缩气体储能系统10B类似于压缩气体储能系统10和/或10A，但增加了储热子系统120，其设置在压缩机/膨胀器子系统100和蓄能器12之间的气流路径中。在该示例中，在压缩气体层14和压缩机/膨胀器子系统100之间输送压缩气体的气体导管22包括在压缩机/膨胀器子系统100和储热子系统120之间延伸的上部22A以及在储热子系统120和蓄热器12之间延伸的下部22B。
储热子系统120可以包括任何合适类型的储热设备，包括例如潜热和/或显热储存设备。储热设备可以被配置为单级、两级和/或多级存储装置。储热子系统120或其部分可以位于任何合适的位置，包括地上、地下、竖井18内、蓄能器12内等。在图示的实施例中，储热子系统120位于地下，这可以有助于减少地上土地的使用，并且采用多级，包括例如多个显热和/或潜热储存级，例如，具有一种或多种相变材料和/或加压水或以级联方式设置的其他传热流体的级。将注意到，如果操作该系统持续部分存储/检索周期，则可以根据相变材料的时间周期来确定级的大小，使得在所需的时间周期内有效发生耗费时间的相变。
通常，当气体在蓄能周期被压缩机/膨胀器子系统100压缩并输送到蓄能器12存储时，压缩气体的热量可以从压缩气体中抽出并进入储热子系统120，用于显热和/或潜热存储。以这种方式，保存至少一部分热能，以备将来使用，而不是例如从压缩气体中过滤而进入水20或液体层16中，并且因此基本上丢失(即，不可被系统10回收)。
类似地，在膨胀周期，当气体从蓄能器12向压缩机/膨胀器子系统100释放时，气体可以可选地通过储热子系统120，以在去往压缩机/膨胀器子系统100的膨胀器级的途中重新吸收至少一些储存的热能。有利地，相应加热的压缩气体可以在期望的温度(膨胀温度，优选地比存储温度更热/更高)下到达压缩机/膨胀器子系统100，并且在一些示例中该温度可以在出口温度的大约10℃和大约60℃之内，这可以有助于使膨胀器能够在其相对有效的操作温度范围内运行，而不是必须在较冷的压缩气体的范围之外运行。
在一些实施例中，储热子系统120可采用至少一种相变材料，优选多种相变材料、多级以及可根据允许捕捉潜热的温度等级来选择的材料。通常，相变材料热量可用于储存大约150摄氏度及更高的热量。材料固定在适当的位置，待储存或膨胀的压缩空气流经该材料。在使用多个级联相变材料的实施例中，每个不同的相变材料表示存储级，使得第一类型的相变材料可以相变，从而存储在200至250摄氏度之间的热量，第二类型的相变材料可以相变，从而量存储在175至200摄氏度之间的热量，并且第三类型的相变材料可以相变，从而存储在150至175摄氏度之间的热量。可用于该系统的一些实施例的相变材料的一个示例包括硝酸钠和硝酸钾的共晶混合物或者由德克萨斯州休斯顿的Coastal Chemical公司制造的传热盐。
在采用显热存储的储热子系统120的实施例中，加压水或任何其他合适的流体和/或冷却剂可以用作显热存储介质。这种水被加压并保持在足以在吸热过程中通常保持水处于液相的操作压力下。可选地，加压水可以流经热交换器或一系列热交换器，以经由导管22从离开蓄能器的气流中捕捉热量并将该热量返回到该气流中。通常，显热储存可用于储存100摄氏度或更高温度的热量。
在一些实施例中，储热子系统120可以组合潜热和显热存储级，并且可以使用具有多级或单级的相变材料。优选地，特别是对于相变材料，在压缩和膨胀过程中输送空气所通过的级数可以由控制器118调节。这可以帮助系统10调整其热量存储和释放程序，以匹配期望和/或所需的操作条件。
可选地，至少一些气体导管22可以在竖井18的外部，使得其不浸没在保持在竖井18中的水20中。这可以帮助隔离气体导管22的这些部分，并且可以帮助减少导管22内的气体和水20之间的热传递。这对于气体导管22在压缩机/膨胀器子系统100和储热子系统120之间延伸的部分可能特别有用，因为在一些实施例中，通常希望将尽可能多的过量热量从气体传递到储热子系统120，并降低在水20中传输/损失热量的可能性。在膨胀级可以应用类似的考虑，因为可能希望加热的气体在期望的温度下从储热子系统120行进到压缩机/膨胀器子系统100，同时减少在运输过程中的热量损失。
图9是根据替代实施例的压缩气体储能系统10C的示意图。压缩气体储能系统10C类似于本文所述的其他压缩气体储能系统，但是被配置为使得在储热子系统120和压缩机/膨胀器子系统100之间输送压缩气体的气体导管22的上部22A延伸穿过地面200，而不是穿过竖井18和水20。其他变化也是可能的。
此外，尽管在图示的实施例中，储热子系统120从压缩机/膨胀器子系统100接收压缩气体，或者向压缩机/膨胀器子系统100提供压缩气体，但是以下替代方案也是可能的：热量存储与压缩机112的多级和膨胀器116的多级更紧密地集成以在各级之间存储热能。这样做可以使位于压缩机112和膨胀器116的下游级的各个设备能够接收和处理处于其最有效操作范围内的温度的压缩气体。例如，储热子系统120部件可以以与在图11A-15的实施例中示出的并如本文所述的热交换器500a、500b、500c等相同或类似的方式且可选地结合上述热交换器进行定位。这可能有助于在过程的两个或更多级中促进热传递和/或储存，这可能有助于提高系统效率。
参考图16，储热子系统120的另一示例浸入竖井18内的液体20中，并从以及向压缩机/膨胀器子系统100输送空气，用于从输送的空气中储存热量并且将热量释放到输送的空气中。在这种布置中，储热子系统120在储热子系统120内的储热材料和通过其输送的空气之间交换热量，从而将热交换的空气A’输送到蓄能器12中的气体层14。在该实施例中，储热子系统120具有单级(用于单级压缩机/膨胀器子系统100)，但是包括多个潜热(L)和显热(S)材料部分的组合。
在该实施例中，每个潜热材料部分包含相应量的相变材料(PCM)，并且显热材料部分包含相应量的水或其他液体材料、固体热物质或任何其他适于吸收热量的材料。优选地，基于特定压缩空气储能系统的存储和释放阶段的持续时间，为给定实施例建立/选择材料的量和类型。这可能有助于确保PCM相变或液体在储存或释放热量时升温或降温所需的时间通常与相变时间“匹配”。与使用反应太慢或太快的PCM相比，这可能有助于材料本身相对有效地用于热量存储和释放功能。
也参考图17，可选地，绝缘“护套”125(以虚线示出，以不遮盖储热子系统120的部分)可以缠绕在储热子系统120的上部周围，以在竖井18中的液体20和储热子系统120之间提供一些热绝缘，从而促进快速热分层，这可以帮助提高PCM热存储系统的性能。如上所述，从周围环境进入压缩机/膨胀器子系统100的空气A在进入压缩机112之前，可以通过使空气穿过储热子系统120而被调节成空气A’(见图11A和11B)，从而使空气A’处于适合压缩机112的特定级的有效操作范围的温度。
可选地，控制器118还可以被配置为改变储热子系统120的条件，以便改变通过储热子系统120进入压缩机112的空气和储热子系统120中的储热材料之间交换的热的性质，或者改变空气到压缩机112的路线，使其不穿过储热子系统120。
图18是用于压缩气体储能系统10的替代压缩机/膨胀器子系统100的部件的示意图，其具有多个压缩级，并且每个压缩级与储热子系统120的相应级相关联。特别地，在压缩(存储)级，来自环境的进入空气A首先被输送到由马达110a驱动的压缩机112a，用于第一压缩级，其中空气输送时可选地经由热交换器，以改变进入空气的温度。在第一压缩级之后，空气A然后通过储热子系统120的第一级120a被输送以储存从空气A移除的热量，从而被调节为空气A’，然后空气A’被输送到由马达110b驱动的压缩机112b中，用于第二压缩级。在第二压缩级之后，空气A’然后通过储热子系统120的任何其他级(例如，储热子系统120的第二级120b输送)，以在相应级中存储热量，从而被调节为空气A”。储热子系统120的最后级在该示例中被表示为级120x，其存储来自由马达110x驱动的压缩机112x压缩的压缩空气的热量，从而被调节为空气A”’。在该第x个压缩和蓄热阶段之后，空气A”’向下输送到蓄能器12中，如以上关于其他实施例所述。如将要描述的，在存储级期间存储在储热子系统120的各级中的热量可以完全存储，以便重新包含到在释放级期间释放的空气中，但是可以以一定的容量或量为了压缩气体储能系统的一些其他目的而被采用，例如，用于帮助调节另一子系统的温度。应当注意，虽然图6中示出了具有相应蓄热级的三级压缩，但是根据本发明的该实施例的压缩气体储能系统可以仅具有包括相应蓄热级的两个压缩级或三个以上的压缩级。此外，在替代实施例中，给定的压缩级不一定总是紧接着蓄热级。此外，在替代实施例中，尚未在压缩气体储能系统中压缩的进入空气可以在进入压缩机之前首先通过储热子系统或其级，以降低其热含量，而不是通过可散发来自系统的热量的热交换器。
图19是用于压缩气体储能系统的替代压缩机/膨胀器子系统的部件的示意图，具有多个膨胀级，每个膨胀级与储热子系统120的相应级相关联。特别地，在膨胀(释放)阶段，从蓄能器12释放的压缩空气A首先通过储热子系统120的第一级120a输送，以将来自级120a的热量合并到输送的空气中，从而调节为空气A’。将空气A’提供给第一膨胀器116a，第一膨胀器116a驱动发电机114a，用于第一膨胀级。在第一膨胀级之后，空气A’然后通过储热子系统120的第二级120b输送，以将储存的热量合并到输送的空气中，从而被调节为空气A”，然后，空气A”输送到膨胀器116b中，该膨胀器116b驱动发电机114b，用于第二膨胀级。在第二压缩级之后，空气A”然后通过储热子系统120的任何其他级输送。储热子系统120的最后级在该示例中表示为级120x，其储存热量并将储存的热量释放到通过级120x输送的压缩空气中，从而被调节为空气A”’。在该第x个膨胀级和热量从热量存储中释放之后，空气被输送到环境大气A中，如上面关于其他实施例所描述的。在储热子系统120各级中存储的热量可能已经在压缩气体储能系统的存储阶段期间从压缩的进入空气中存储，但是可替换地或以某种组合的方式，可能已经在压缩气体储能系统的另一方面或子系统的操作期间存储，例如，在另一子系统的温度调节期间。应当注意，虽然图19中示出了具有相应蓄热级的三个膨胀级，但是根据本发明的该实施例的压缩气体储能系统可以仅具有包括相应蓄热级的两个膨胀级或三个以上的膨胀级。此外，在替代实施例中，给定的膨胀级不一定总是在处理链中在从热存储中释放热量的级之后。此外，在替代实施例中，膨胀(解压)的空气可以通过如本文所述的热交换器来聚集热量，而不是通过储热子系统或其级来增加其在进入膨胀器之前的热含量。
图20是用于压缩气体储能系统的替代压缩机/膨胀器子系统的部件的示意图，具有成对的压缩级和膨胀级，每对与储热子系统120的相应级相关联。在该实施例中，在压缩级和膨胀级期间均使用储热子系统120的给定阶段，方式如下：将空气通过储热子系统120输送到蓄能器12中，以在随后的压缩级之前或存储之前从空气中移除热量，并且将空气通过储热子系统120输送出蓄能器12，以在从蓄能器释放之后或膨胀级之后向空气中添加热量。因此，在某种意义上，成对的压缩级和膨胀级共享储热子系统120的级120a、120b、120x，并且使用阀V控制气流，如图所示。该实施例适用于在存储级从输送到蓄能器12的压缩空气中存储的“相同”热量释放到在释放级从蓄能器12释放的空气中。
图21是图20的替代压缩机/膨胀器子系统的部件的示意图，示出了气流在膨胀(释放)阶段期间从存储器通过储热子系统120的多个膨胀器级和多个相应级。在这一阶段，通过阀V的控制，以类似于图19所示的方式引导气流通过多个膨胀级。虚线示出了多个压缩级，在膨胀阶段期间，通过阀v的控制来阻止气流进入这些压缩级。
图22是图20的替代压缩机/膨胀器子系统的部件的示意图，示出了压缩(储存)阶段期间气流从环境A通过多个压缩机级和储热子系统120的多个相应级。在这一阶段，通过阀V的控制，以类似于图18所示的方式引导气流通过多个压缩级。虚线示出了多个膨胀级，在压缩阶段期间，通过阀的控制来阻止气流进入这些膨胀级。
图23是根据一个实施例的替代压缩气体储能系统10D的部件的剖视图。在该实施例中，压缩气体储能系统10D类似于本文描述的压缩气体储能系统的其他实施例。然而，在该实施例中，储热子系统120位于蓄能器12内，并且浸没在压缩气体层14中的压缩气体中。储热子系统120可以在构造过程中经由开口27定位在蓄能器12内，此后，在用液体20填充竖井18之前，开口27被舱壁24阻挡。储热子系统120因此可以被设计成允许构造、隔热等在放置在蓄能器12内之前完成，和/或在蓄能器12内采用易于组装的部件构造。这允许单元在其构造上实现高度绝缘和质量控制，这使得除了锚定支撑(未示出)之外，储热子系统120通常独立于蓄能器12。
可选地，如果储热子系统120内的压力变得大于其内部和周围蓄能器12中的压缩气体层14的压力之间的设计压差，则与储热子系统120的内部相关联的调节阀130可以被设置和配置为打开。储热子系统120内的压力可以保持在特定水平，用于潜热或显热材料的优选操作。例如，作为显热材料的热水可以保持在特定的压力下。调节阀130可以打开，以允许内部的加压气体逸出到蓄能器12，并且一旦压差足够低，以达到指定水平，调节阀130可以关闭。在替代实施例中，这种调节阀可以在储热子系统120的内部和地表处的环境A之间提供流体连通，从而允许气体逸出到环境中，而不是逸出到蓄能器12中。虽然储热子系统120被示出为完全浸没在压缩气体层14中，但是替代的储热子系统120可以被配置为部分或全部浸没在液体层16中。
图24是根据另一替代实施例的替代压缩气体储能系统10E的部件的剖视图。在该实施例中，压缩气体储能系统10E类似于上述压缩气体储能系统。然而，储热子系统120位于地面200内的等压加压腔室140内，该等压加压腔室140可以保持与蓄能器12相同的压力或者基本上类似于蓄能器压力，或者可选地保持小于或大于蓄能器压力的压力。可选地，储热子系统120可以在构造期间经由开口定位在加压腔室140内，此后封闭该开口，使得腔室140可以加压到优选大于大气压的工作压力。储热子系统120因此可以被设计成允许构造、隔热等以在放置在腔室140内之前完成，和/或在腔室140内采用易于组装的部件构造。这允许单元在其构造上实现高度绝缘和质量控制，这使得除了锚定支撑(未示出)之外，储热子系统120通常独立于腔室140。如果储热子系统120内的压力变得大于其内部和周围加压腔室140之间的设计压差，则与储热子系统120的内部相关联的调节阀130可以被设置和配置为打开。储热子系统120内的压力可能需要保持在特定水平，用于潜热或显热材料的最佳操作。例如，作为显热材料的热水可能需要保持在特定的压力下。调节阀130可以打开，以允许内部的加压气体逸出到加压腔室140，并且一旦压差足够低，以达到指定水平，调节阀130可以关闭。在替代实施例中，这种调节阀可以在储热子系统120的内部和地表处的环境A之间提供流体连通，从而允许气体逸出到环境中，而不是逸出到加压腔室140中。
将储热子系统120定位在蓄能器12上方，从而在物理上更靠近压缩/膨胀子系统100，可有助于减少所需管道的长度，这可有助于降低管道、安装和维护的成本以及降低流体传输功率需求。
虽然压缩气体储能系统10E的实施例包括等压加压腔室140，但是腔室140不是严格等压的替代方案也是可能的。此外，在替代实施例中，加压腔室140可以与气体层14流体连通，因此可以用作被压缩机/膨胀器子系统100以及蓄能器12压缩的压缩气体的存储区域。以这种方式，储热子系统120浸入其中的气体的压力可以通过输送到蓄能器12和从蓄能器12输送的气体的相同膨胀和压缩来保持。
此外，尽管在上述实施例中，储热子系统120埋在地下，但是应当理解，这种储热子系统120可以在储罐中位于地面之上和/或在与竖井18相连但在建造之后隔开的凹处的地面之下。
热交换器
可选地，本文描述的压缩气体存储系统10可以设置有一个或多个热交换器(或类似物)，其可以合并到压缩机/膨胀器子系统100中，例如，当气体通过压缩机112和/或膨胀器116时，以及可选地当气体在两个或多个压缩级和/或膨胀级之间行进时，帮助调节气体的温度。这种热交换器可以是任何合适的类型，并且可以放置在系统10内的任何合适的位置，并且可选地可以放置在竖井18内，并且至少部分浸没在其中的水20内，使得水20可以作为交换器的热源/水槽操作。
如图10所示，热交换器500的一个示例浸没在竖井18内的液体20中，并且位于压缩机/膨胀器子系统100的上游，使得环境空气A在到达压缩机/膨胀器子系统100之前行进通过热交换器500。热交换器500在竖井18中的液体20和由热交换器500输送的空气之间交换热量，并且可以将热交换(即，加热或冷却)的空气A’输送到压缩机/膨胀器子系统100。
在该实施例中，热交换器500包括散热器504，散热器504具有浸没在竖井18内的液体20中的空气路径。空气输入导管502从液体20的外部延伸到散热器504，以接收大气A并将大气A输送到散热器的空气路径。在该实施例中，可以提供防雨罩和灰尘过滤器来保护空气输入导管502的开口。
空气输出导管506从散热器504延伸，以接收热交换后的大气A’，并且将热交换后的大气A’从空气路径输送到压缩机/膨胀器子系统100。在该实施例中，散热器504由通常导热的管道构成，该管道可适用于暴露于水20中，并在预期的温度、流量和腐蚀条件下使用。在该实施例中，管道由不锈钢制成，但是也可以使用其他材料，例如，其他金属、塑料、其组合等。
可选地，散热器504可以使用固定到竖井18的壁的内表面的悬挂支架(未示出)悬挂在竖井18内。在该实施例中，散热器504利用可拆卸销或其他这种可拆卸联接器安装在支架上，以允许移除散热器进行维修，而不需要移除竖井18中的液体。在替代实施例中，散热器504可以悬挂在横跨竖井18延伸的一个或多个承重杆上，并且可以解除悬挂并从竖井18中拉出，以进行维护或更换。在一个实施例中，散热器504优选地被成形为使得尽管放置在竖井18中，也不会不适当地抑制水在蓄能器12和补充导管58之间的流动。这样，如图所示，可以大致垂直地定位在竖井中，从而占据竖井18的很小的横截面积。然而，在其他实施例中，散热器504可以水平定向成兼作各种格栅，以防止从上方意外进入竖井18的大物体下沉到竖井18的底部。
可选地，在一些实施例中，设置在压缩机112上游的热交换器500不需要位于竖井18内，而是可以位于另一合适的位置。在这样的实施例中，热交换器500仍然可以流体地连接到竖井18的内部54，并且可以配置为利用来自竖井18内的水，作为热交换器500中的一股流。这有助于在进入压缩机112的空气和竖井18内的水之间的热交换。在这样的实施例中，热交换器500可以是任何合适类型的热交换器，其可以促进在气流和液流之间的热传递，包括例如直接接触式热交换器、管壳式热交换器、板框式热交换器、锅炉、蒸发冷却器、螺旋热交换器、发夹式热交换器等。
在图示的示例中，压缩机/膨胀器子系统100包括单级或多级压缩机112，由使用控制器118控制的马达110驱动。压缩机112在操作的蓄能级由马达110驱动，并吸入大气A，压缩空气，并迫使其向下进入气体导管22/22A，以存储在蓄能器12中(在包括储热子系统的实施例中，经由储热子系统120)。压缩机/膨胀器子系统100还包括膨胀器16，膨胀器16在操作的膨胀级由从气体导管22/22A排出的压缩空气驱动，并进而驱动发电机114发电。在驱动膨胀器116之后，输送膨胀的空气，以排出到大气A中。如上所述，在进入压缩机112之前，通过使空气穿过热交换器500，从周围环境进入压缩机/膨胀器子系统100的空气A被调节成空气A’，从而使空气A’处于适合压缩机112的特定阶段的有效操作范围的温度。
控制器118还可以被配置为改变热交换器500的条件，以便改变通过热交换器500进入压缩机112的空气和竖井18中的液体20之间交换的热的性质，或者改变空气到压缩机112的路线，使得不通过热交换器500。
图11A是用于压缩气体储能系统的替代压缩机/膨胀器子系统100的部件的示意图，具有多个压缩级，每个压缩级与相应的热交换器相关联。特别地，在压缩(储存)阶段，来自环境的进入空气A首先输送通过第一热交换器504a，以与竖井18中的水20交换热量，从而被调节为空气A’，然后空气A’被输送到压缩机112中，压缩机112由马达110a驱动，用于第一压缩级。在第一压缩级之后，空气A’然后输送通过第二热交换器504b，以与竖井18中的水20交换热量，从而被调节为空气A”，然后空气A”输送到由马达110b驱动的压缩机112b中，用于第二压缩级。在第二压缩级之后，空气A”然后通过包括相应的热交换器的任何其他压缩级输送。最后一个热交换器在该示例中被表示为热交换器504x，其与竖井18中的水20交换热量，从而被调节为空气A”’，空气A”’然后输送到由马达110x驱动的压缩机112x中，用于第“x”个压缩级。在该第“x”个压缩级之后，空气向下输送到蓄能器12中，如上面关于其他实施例所描述的。
可选地，一个或多个热交换器500可以位于流体流动路径内的其他位置，并且不需要设置在竖井18内。在一些配置中，竖井18外部的热交换器500可以流体连接到竖井18，例如，经由合适的流体导管，使得热交换器500仍然可以被配置为在空气和竖井18内的水20之间交换热量。例如，如图11B的替代实施例所示。
应当注意，虽然图11A和11B示出了具有相应热交换器的三个压缩级，但是应当理解，根据本发明的该实施例的压缩气体储能系统可以仅具有包括相应热交换器的两个压缩级或三个以上压缩级。在这些实施例中使用的热交换器可以是任何合适的类型，包括直接接触式、管壳式和板框式热交换器。
参考图11B，在该示例中，热交换器500a在竖井18的外部，并且没有浸没在水20中。优选地，热交换器500a可以位于第一压缩机112a附近。该热交换器500a优选配置为直接接触式热交换器，其中，从周围环境A吸入的空气与液体直接物理接触，在这种情况下，液体是从竖井18吸入的水20。气体入口510被配置为从环境中吸入空气，并且气体出口512在第一压缩机112a的上游以流体连接方式连接。进水口经由入口导管516与水20流体连接，以从竖井18中抽水。优选地，经由出水口导管离开热交换器504a的水可以经由出口导管520返回到竖井18。或者，水可以从除了竖井18之外的源供应到热交换器504a，并且离开热交换器504a的水可以引导到可选的排水管或水槽，而不是返回到竖井18。直接接触式热交换器504a可以被配置为同向流动(空气和水沿相同方向流动)或逆流(空气和水沿相反方向流动)热交换器，并且如果需要，可以包括两个或更多级。
图12是用于压缩气体储能系统的替代压缩机/膨胀器子系统的部件的示意图，具有多个膨胀级，每个膨胀级与相应的热交换器相关联。特别地，在膨胀(例如，释放)阶段，从蓄能器12释放的压缩空气首先输送通过驱动发电机114a的第一膨胀器116a，然后通过第一热交换器505a，以与竖井18中的水20交换热量，从而被调节为空气A”’。在第一膨胀级之后，空气A”’随后输送通过驱动发电机114b的第二膨胀器116b，然后通过第二热交换器505b，以与竖井18中的水20交换热量，从而被调节为空气A”。在第二膨胀级之后，空气A”然后输送通过包括相应的热交换器的任何额外的膨胀级。最后一个热交换器在该示例中被表示为热交换器505x，其使得空气A”能够在“第x”个膨胀级之后与竖井18中的水20交换热量，即通过驱动发电机114x的膨胀器116a，从而被调节为空气A’，然后空气A’输送出系统进入环境A。应当注意，尽管图12中示出了具有相应热交换器的三个压缩级，但是应当理解，根据本发明的该实施例的压缩气体储能系统可以仅具有包括相应热交换器的两个膨胀级或三个以上的膨胀级。
图13是用于压缩气体储能系统的替代压缩机/膨胀器子系统的部件的示意图，具有成对的压缩级和膨胀级，每个压缩级和膨胀级与相应的热交换器相关联。在该实施例中，共用热交换器504a、504b、504c在压缩级和膨胀级分别用于每个压缩/膨胀级，方式如下：例如，通过热交换器将输送的空气引导至蓄能器中，以及通过热交换器将输送的空气引导出蓄能器。因此，从某种意义上说，成对的压缩级和膨胀级共享一个热交换器，并且使用阀V来控制气流，如图所示。
图14是图13的替代压缩机/膨胀器子系统的部件的示意图，示出了气流在膨胀(释放)阶段从存储器通过多个膨胀器和热交换器。在该阶段，通过阀V的控制，以类似于图12所示的方式引导气流通过多个膨胀级。虚线示出了多个压缩级，在膨胀阶段，通过阀V的控制来阻止气流进入这些压缩级。
图15是图13的替代压缩机/膨胀器子系统的部件的示意图，示出了气流在压缩(存储)期间从周围环境通过多个压缩机和热交换器。在该阶段，通过阀V的控制，以类似于图11A和11B所示的方式引导气流通过多个压缩级。虚线示出了多个膨胀级，在压缩阶段，通过阀V的控制来阻止气流进入这些膨胀级。
上述用于或多或少交换热量的各种配置可以以各种相互组合或与其他配置组合的方式使用，以实现期望的热传递。
此外，可以不时地引导从环境A输送到压缩机/膨胀器子系统100的空气的替代方案是可能的，可能是考虑到天气变化或操作的需要，以便绕过浸没在竖井内液体中的任何热交换器，并且更直接地从环境输送到压缩机/膨胀器子系统100。
在本文公开的实施例中，压缩气体储能系统作为等压或近等压操作，由此通过在压缩机/膨胀器子系统和气体层之间输送压缩气体以及通过在竖井和液体层之间输送液体，由竖井内的一定量的液体向下施加在舱壁上的压力和由蓄能器内的压缩气体向上施加在舱壁上的压力之间的压差保持在阈值水平以下。然而，蓄能器和竖井之间的舱壁或其他分隔结构是坚固的并充分固定在原位使得压差可以更大的替代方案是可能的。
多个气体接入点
可选地，压缩气体储能系统的实施例可以被配置为具有两个或多个气体入口点/出口点。例如，两个、三个或更多气体供应导管22可以与公共蓄能器12相关联，并且可以与公共压缩气体层14连通。优选地，两个或多个气体供应导管可以彼此间隔开，以便从地面上的多个物理位置，例如，在工业设施、街区、城市、县等不同区域，提供进入压缩气体层14和存储在其中的能量的入口(取决于下面的蓄能器12的尺寸，在一些示例中，蓄能器12的长度可以是几千米)。这可以有助于连接到彼此间隔开的一个或多个电源和/或电力负载，并且可以有助于在向或从电网G提供或提取电能的位置接近的期望位置提供进入压缩气体层14的入口。
可选地，一个或多个气体供应导管22可以与供水/补给导管58和/或水源/水槽150间隔开。例如，在某些情况下，水源/水槽150的位置不可能或不切实际地改变，例如，如果水源/水槽150是如图所示的天然湖泊。为了帮助提供系统所使用的水，供水/补充导管58可以设置在蓄能器12的一端，这一端物理上靠近湖泊，或者以其他方式非常适合于促进竖井18和湖泊150之间的液体传输(例如，在利用重力驱动从水源/水槽湖泊150流入竖井18的地方)。然而，可能希望在蓄能器12的另一部分中提供至少一个气体入口点/出口点，该入口点/出口点靠近与电网G的连接并且相对远离湖泊150。由于形成层16的蓄能器12内的水可能倾向于在蓄能器12的内部23相对自由地流动，所以在大多数实施例中，利用单个竖井18和供水/补充导管58来提供整个蓄能器12所需的基本上所有的水可能是合理的。或者，可以提供两个以上竖井18以及相关联的供水/补给导管58。
可选地，压缩机/膨胀器子系统100的部件可以一起定位在相同的物理位置，如本文的一些实施例所示。或者，压缩机/膨胀器子系统100的部件可以彼此分离，并且设置在不同的位置。例如，压缩机112可以位于一个位置(例如，在具有适于吸入以便压缩的相对清洁的空气的区域)，并且可以通过第一气体导管22连接到气体层14，而膨胀器116可以位于另一位置(例如，在城市内部并且靠近电网连接)，并且可以通过单独的第二气体导管22连接到气体层14。在一些实施例中，多个压缩机112和/或膨胀器116可以设置在多个不同的位置，并且每个压缩机和/或膨胀器可以经由相应的气体导管22连接到气体层14。
例如，图25是压缩气体储能系统10F的另一实施例的示意图，该压缩气体储能系统10F类似于本文所述的其他压缩气体储能系统，并且包括与公共蓄能器12连通的三个间隔开的气体供应导管22。在该示例中，一个气体供应导管22(在如图所示的右侧)设置在竖井18内并靠近供水/补充导管58，而另外两个气体供应导管22彼此间隔开且不穿过竖井18。
图26是压缩气体储能系统10G的另一实施例的示意图，该压缩气体储能系统10G类似于本文描述的其他压缩气体储能系统，并且其中，压缩机/膨胀器子系统100的部件分离并分布在表面上。在该示例中，压缩机112和相关设备设置在竖井18附近，迫使压缩气体沿着相关气体供应导管22向下进入气体层14。另外两个气体导管22均连接到相应的膨胀器116，以从气体层14提取气体。在该示例中，气体通过一个气体导管22供应到蓄能器中，并经由其他导管22被提取。在一些实施例中，可以在期望提取能量和/或连接到电网G的每个位置提供一个气体导管22和膨胀器116(例如，为需要电力的每个建筑物提供一个气体导管22和膨胀器116等)，而不需要提供多个压缩机112并从多个位置吸入空气。在这样的示例中，压缩机112(或给定位置的多个压缩机/级)的容量可以大于所提供的多个膨胀机116中的任何一个的容量。可选地，每个压缩机112和/或膨胀器116可以独立操作。

Claims (113)

1.一种压缩气体储能系统，其特征在于，所述系统包括：
a)蓄能器，所述蓄能器具有主开口、上壁、下壁和至少部分地限定所述上壁和下壁的蓄能器内部，所述蓄能器用于在使用时在液体层顶部容纳压缩气体层；
b)与所述蓄能器间隔开的气体压缩机/膨胀器子系统和气体导管，所述气体导管具有与所述气体压缩机/膨胀器子系统连通的上端和与所述蓄能器内部连通的下端，用于在使用时将压缩气体输送到所述蓄能器的所述压缩气体层中；
c)竖井，所述竖井具有邻近所述主开口的下端、与所述下端间隔开的上端以及竖井侧壁，所述竖井侧壁从所述下端向上延伸到所述上端，并且至少部分地限定用于容纳一定量的液体的竖井内部，所述竖井可经由液体供应导管流体地连接到液体源/水槽；
d)隔板，所述隔板覆盖所述主开口并将所述蓄能器内部与所述竖井内部分开，所述隔板具有与所述竖井内部连通的外表面和与所述蓄能器内部连通的相对内表面；以及
e)辅助气体释放子系统，所述辅助气体释放子系统包括辅助气体释放导管，所述辅助气体释放导管具有与所述蓄能器内部连通的入口和出口，所述辅助气体释放导管与所述气体导管间隔开，并且被配置为便于从所述蓄能器内的所述气体层释放气体；
f)其中，当使用时，所述压缩气体层和所述液体层中的至少一层抵靠所述隔板的所述内表面并在所述隔板的所述内表面上施加内部蓄能器力，所述竖井内的所述一定量的液体抵靠所述隔板的所述外表面并在所述隔板的所述外表面上施加外部反作用力，由此当使用所述压缩气体储能系统时作用在所述隔板上的净力是所述蓄能器力和所述反作用力之间的差，并且小于所述蓄能器力。
2.根据权利要求1所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述辅助气体释放导管延伸穿过所述隔板。
3.根据权利要求1或2所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述辅助气体释放导管与所述竖井内部流体连通，使得离开所述辅助气体释放导管的气体被释放到容纳在所述竖井中的所述一定量的液体中。
4.根据权利要求3所述的压缩气体储能系统，其特征在于，气体释放阀位于所述辅助气体释放导管中，并且可选择地打开，以允许释放气体。
5.根据权利要求4所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述气体释放阀是单向阀，所述单向阀允许气体从所述气体层释放到所述竖井中，并且不允许液体从所述竖井流经所述辅助气体释放阀并流入所述蓄能器。
6.根据权利要求4至5中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述气体释放阀是压力致动阀，所述压力致动阀朝向关闭配置偏置，并且当所述压缩气体层中的压力达到预设压力阈值极限时被自动打开。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述辅助气体释放阀是可远程致动的，并且由辅助释放系统控制器控制。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，还包括液体导管，所述液体导管在所述竖井内部的所述液体和所述蓄能器中的所述液体层之间提供流体连通，由此液体可以响应于所述压缩气体层的压力变化而在所述竖井内部和所述蓄能器中的所述液体层之间流动。
9.根据权利要求8所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述液体导管包括所述辅助气体释放导管。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，还包括引导导管，所述引导导管具有位于所述辅助气体释放导管出口附近以接收经由所述辅助气体释放导管排出的气体的入口端、与所述入口端间隔开的出口端以及在所述入口端和所述出口端之间延伸的导管侧壁。
11.根据权利要求10所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述引导导管的至少一部分设置在所述竖井内。
12.根据权利要求10或11所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述引导导管的内部与所述竖井内部流体连通，由此所述气体释放导管的内部容纳所述竖井内的所述一定量的液体的第一部分。
13.根据权利要求12所述的压缩气体储能器，其特征在于，当从所述气体释放导管释放气体时，释放的气体向上行进通过所述引导导管，并将至少一些第一部分液体从所述引导导管内移动到所述竖井内部。
14.根据权利要求12或13所述的压缩气体储能器，其特征在于，当从所述辅助气体释放导管释放气体时，所述气体在向上行进通过所述竖井时被限制在所述引导导管内，并且不膨胀到所述竖井内部在所述引导导管外部的部分中。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的压缩气体储能器，其特征在于，所述导管的所述出口端设置在所述竖井内的所述一定量的液体的自由表面上方。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的压缩气体储能器，其特征在于，所述引导导管的所述出口端与环境大气连通。
17.一种压缩气体储能系统，其特征在于，所述系统包括：
a)蓄能器，所述蓄能器具有主开口、上壁、下壁和至少部分地限定所述上壁和下壁的蓄能器内部，所述蓄能器用于在使用时在液体层顶部容纳压缩气体层；
b)与所述蓄能器间隔开的气体压缩机/膨胀器子系统和气体供应导管，所述气体供应导管具有与所述气体压缩机/膨胀器子系统连通的上端和与所述蓄能器内部连通的下端，用于在使用时将压缩气体输送到所述蓄能器的所述压缩气体层中；
c)竖井，所述竖井具有邻近所述主开口的下端、与所述下端间隔开的上端以及竖井侧壁，所述竖井侧壁从所述下端向上延伸到所述上端，并且至少部分地限定用于容纳一定量的液体的竖井内部，所述竖井可经由液体供应导管流体连接到液体源/水槽；
d)隔板，所述隔板覆盖所述主开口并将所述蓄能器内部与所述竖井内部分开，所述隔板具有与所述竖井内部连通的外表面和与所述蓄能器内部连通的相对内表面；
e)其中，所述压缩气体层和所述液体层中的至少一层抵靠所述隔板的内表面并在所述隔板的内表面上施加内部蓄能器力，所述竖井内的所述一定量的液体抵靠所述隔板的外表面并在所述隔板的外表面上施加外部反作用力，由此当使用所述压缩气体储能系统时作用在所述隔板上的净力是所述蓄能器力和所述反作用力之间的差，并且小于所述蓄能器力。
18.根据权利要求17所述的压缩气体储能系统，其特征在于，还包括液体导管，所述液体导管在所述竖井内部的液体和所述蓄能器中的所述液体层之间提供流体连通，由此液体可以响应于所述压缩气体层的压力变化而在所述竖井内部和所述蓄能器中的所述液体层之间流动。
19.根据权利要求18所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述液体导管的第一端靠近所述隔板的所述外表面，并且与所述竖井流体连通。
20.根据权利要求18或19所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述液体导管穿过所述隔板。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，当使用所述压缩气体储能系统时，所述液体导管的第二端浸没在所述液体层中，并且保持与所述气体层流体隔离。
22.根据权利要求18至20中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，当通过将额外的气体输送到所述压缩气体层中来增加所述压缩气体层的压力时，增加所述内部蓄能器力的大小，并且将液体通过所述液体导管从所述蓄能器中的所述液体层输送到所述竖井内部，并且当通过从所述压缩气体层释放气体来降低所述压缩气体层的所述压力时，降低所述内部蓄能器力的大小，并且将液体通过所述液体导管从所述竖井内部输送到所述蓄能器中的所述液体层。
23.根据权利要求17至22中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，当使用所述压缩气体储能系统时，所述隔板上的压差在约0.3atm和约6atm之间。
24.根据权利要求17至23中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述压缩机/膨胀器子系统包括：
a)气体压缩机，所述气体压缩机具有至少第一压缩级，所述第一压缩级被配置为从空气源吸入空气，压缩所述空气，并且经由所述气体导管将压缩的空气输送到所述压缩气体层中；
b)气体膨胀器，所述气体膨胀器具有至少第一膨胀级；以及
c)第一发电机，所述第一发电机由所述气体膨胀器驱动，用于从所述蓄能器的所述压缩气体层接收所述压缩的空气，并通过所述压缩的空气的膨胀而发电。
25.根据权利要求24所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述第一膨胀级与所述气体供应导管流体连通。
26.根据权利要求24所述的压缩气体储能系统，其特征在于，还包括第二气体导管，所述第二气体导管与所述气体供应导管间隔开，并且流体地连接所述第一膨胀级和所述蓄能器内的所述压缩气体层。
27.根据权利要求24至26中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述空气源包括环境大气。
28.根据权利要求24至27中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，离开所述第一膨胀级的空气被释放到环境大气中。
29.根据权利要求17至28中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述气体供应导管穿过所述竖井内部，并且至少部分地浸没在所述一定量的液体中。
30.根据权利要求17至29中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述气体供应导管在所述竖井的外部。
31.根据权利要求17至30中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述蓄能器的所述上壁基本上是平面的，并且基本上水平地定向。
32.根据权利要求17至31中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述气体供应导管的所述下端位于所述蓄能器的所述上壁的高点。
33.根据权利要求17至32中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述气体供应导管穿过所述隔板。
34.根据权利要求17至32中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述液体导管在所述隔板下方通过。
35.根据权利要求17至32中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述气体供应导管至少部分地设置在所述液体导管内。
36.根据权利要求35所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述液体导管包括在所述隔板下方通过的流动通道，并且其中，所述气体供应导管设置在所述流动通道内并在所述隔板下方通过。
37.根据权利要求17至36中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述蓄能器至少部分地埋在地下，并且其中，所述竖井的所述上端在地面之上。
38.根据权利要求17至37中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述液体源包括水体。
39.根据权利要求17至38中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述液体供应导管朝向所述竖井的所述上端与所述竖井内部流体连通。
40.根据权利要求17至39中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，还包括设置在所述液体供应导管中的流量控制阀，所述流量控制阀可移动到关闭位置，在所述关闭位置，中断所述竖井和所述液体源之间的流体连通。
41.根据权利要求17至40中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述竖井的所述上端对环境大气开放。
42.根据权利要求17至41中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述隔板还包括可打开和可重新密封的通道人孔，所述通道人孔可打开，以提供到蓄能器内部的通道。
43.根据权利要求17至42中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述隔板包括定位成密封所述主开口的舱壁。
44.根据权利要求43所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述隔板至少部分地由混凝土、石头、金属、复合材料和塑料中的至少一种形成。
45.根据权利要求17至44中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述蓄能器至少部分地埋在地下，并且所述隔板至少部分地由地面组成。
46.一种压缩气体储能系统，其特征在于，所述系统包括：
a)蓄能器，所述蓄能器具有主开口、上壁、下壁和至少部分地限定所述上壁和下壁的蓄能器内部，所述蓄能器用于在使用时在液体层顶部容纳压缩气体层；
b)与所述蓄能器间隔开的气体压缩机/膨胀器子系统和气体导管，所述气体导管具有与所述气体压缩机/膨胀器子系统连通的上端和与所述蓄能器内部连通的下端，用于在所述蓄能器中的所述压缩气体层和所述压缩机/膨胀器子系统之间输送压缩气体；
c)竖井，所述竖井具有邻近所述主开口的下端、与所述下端间隔开的上端以及竖井侧壁，所述竖井侧壁从所述下端向上延伸到所述上端，并且至少部分地限定用于容纳一定量的液体的竖井内部，所述竖井可经由液体供应导管流体连接到液体源/水槽；
d)至少第一压缩热交换器，所述至少第一压缩热交换器被配置为在输送到所述气体压缩机/膨胀器子系统的气体和容纳在所述竖井内的所述一定量的液体之间交换热量；
e)隔板，所述隔板覆盖所述主开口并将所述蓄能器内部与所述竖井内部分开，所述隔板具有与所述竖井内部连通的外表面和与所述蓄能器内部连通的相对内表面；
其中，所述压缩气体层和所述液体层中的至少一层抵靠所述隔板的内表面并在所述隔板的内表面上施加内部蓄能器力，所述竖井内的所述一定量的液体抵靠所述隔板的外表面并在所述隔板的外表面上施加外部反作用力，由此当使用所述压缩气体储能系统时作用在所述隔板上的净力是所述蓄能器力和所述反作用力之间的差，并且小于所述蓄能器力。
47.根据权利要求46所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述气体压缩机/膨胀器子系统包括至少第一压缩级和第二压缩级，并且其中，所述第一压缩热交换器流体地连接在所述气体源和所述第一压缩级之间，并且被配置为在输送到所述第一压缩机级的气体和容纳在所述竖井内的所述一定量的液体之间交换热量；并且
a)还包括第二压缩热交换器，所述第二压缩热交换器流体地连接在第一压缩级之间，并且被配置为在输送到所述第二压缩级的气体和容纳在所述竖井内的所述一定量的液体之间交换热量。
48.根据权利要求46或47所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述第一压缩热交换器至少部分地设置在所述竖井内。
49.根据权利要求46至48中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述气体压缩机/膨胀器子系统包括第一膨胀级和第二膨胀级，并且其中，第一膨胀热交换器流体地连接在所述蓄能器和所述第一膨胀级之间，并且被配置为在输送到所述第一膨胀级的气体和容纳在竖井内的所述一定量的液体之间交换热量；并且
a)还包括第二膨胀热交换器，所述第二膨胀热交换器流体地连接在所述第一膨胀级和所述第二膨胀级之间、并至少部分地设置在所述竖井内部，由此所述第二膨胀热交换器被配置为在输送到所述第二膨胀级的气体和容纳在所述竖井内的所述一定量的液体之间交换热量。
50.根据权利要求49所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述第一压缩热交换器包括所述第二膨胀热交换器。
51.根据权利要求49所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述第一压缩热交换器与所述第二膨胀热交换器间隔开。
52.根据权利要求46至51中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述第一热交换器包括散热器，所述散热器具有浸没在容纳在所述竖井中的所述一定量的液体中的至少一个空气路径、从所述一定量的液体之外延伸到所述散热器的入口端的空气输入导管、以及流体地连接所述散热器的出口端和所述气体压缩机/膨胀器子系统的空气出口导管。
53.根据权利要求46所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述气体压缩机/膨胀器子系统包括成对相关联的膨胀级和压缩级，其中，每对膨胀级和压缩级设置有相应的热交换器，所述相应的热交换器被配置为在压缩循环期间，在容纳在所述竖井内的所述一定量的液体和要被所述压缩级压缩的气体之间交换热量，并且在膨胀循环期间，在容纳在所述竖井内的所述一定量的液体和已经被所述膨胀级膨胀的气体之间交换热量。
54.根据权利要求46至53中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述气体源是环境大气。
55.根据权利要求46至54中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述第一压缩热交换器可移除地安装在所述竖井内。
56.根据权利要求46至55中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，还包括液体导管，所述液体导管在所述竖井内部的液体和所述蓄能器中的所述液体层之间提供流体连通，由此液体可以响应于所述压缩气体层的压力变化而在所述竖井内部和所述蓄能器中的所述液体层之间流动。
57.根据权利要求56所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述液体导管的上端靠近所述隔板的所述外表面。
58.根据权利要求56或57所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述液体导管穿过所述隔板。
59.根据权利要求56至58中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，当使用所述压缩气体储能系统时，所述液体导管的下端浸没在所述蓄能器内的所述液体层中，并且保持与所述蓄能器内的所述气体层流体隔离。
60.根据权利要求46至59中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，当通过将额外的气体输送到所述压缩气体层中来增加所述压缩气体层的压力时，气体力的大小增加，并且液体通过所述液体导管从所述蓄能器中的所述液体层被输送到所述竖井内部，并且当通过从所述压缩气体层释放气体来降低所述压缩气体层的压力时，所述气体力的大小降低，并且液体通过所述液体导管从所述竖井内部被输送到所述蓄能器中的所述液体层。
61.根据权利要求46至60中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述气体供应导管穿过所述竖井内部，并且至少部分地浸没在所述一定量的液体中。
62.根据权利要求46至61中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述气体供应导管在所述竖井的外部。
63.根据权利要求46至62中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述气体供应导管穿过所述隔板。
64.根据权利要求46至63中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述第一压缩热交换器包括至少一个直接接触式热交换器。
65.根据权利要求46至64中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，进入所述第一压缩热交换器的水从所述竖井中抽出，并且离开所述第一压缩热交换器的水返回到所述竖井中。
66.一种压缩气体储能系统，其特征在于，所述系统包括：
a)蓄能器，所述蓄能器具有主开口、上壁、下壁和至少部分地限定所述上壁和下壁的蓄能器内部，所述蓄能器用于在使用时在液体层顶部容纳压缩气体层；
b)与所述蓄能器间隔开的气体压缩机/膨胀器子系统和气体导管，所述气体导管具有与所述气体压缩机/膨胀器子系统连通的上端和与所述蓄能器内部连通的下端，用于将压缩气体输送到所述压缩气体层中；
c)竖井，所述竖井具有邻近所述主开口的下端、与所述下端间隔开的上端以及竖井侧壁，所述竖井侧壁从所述下端向上延伸到所述上端，并且至少部分地限定容纳一定量的液体的竖井内部，所述竖井可经由液体供应导管流体连接到液体源/水槽；
d)储热子系统，所述储热子系统设置成在所述气体压缩机/膨胀器子系统和所述蓄能器之间流体连通，由此热能从以出口温度离开所述气体压缩机/膨胀器子系统并存储在所述储热子系统中的所述压缩气体中提取，并且离开所述储热子系统的气体的温度降低到低于所述出口温度的存储温度；
e)隔板，所述隔板位于所述竖井的所述下端并且覆盖所述主开口，并将所述蓄能器内部与所述竖井内部分开，所述隔板具有与所述竖井内部连通的外表面和与所述蓄能器内部连通的相对内表面；
其中，所述压缩气体层和所述液体层中的至少一层抵靠所述隔板的内表面并在所述隔板的内表面上施加内部蓄能器力，所述竖井内的所述一定量的液体抵靠所述隔板的外表面并在所述隔板的外表面上施加外部反作用力，由此当使用所述压缩气体储能系统时作用在所述隔板上的净力是所述蓄能器力和所述反作用力之间的差，并且小于所述蓄能器力。
67.根据权利要求66所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述储热子系统包括多级储热设备。
68.根据权利要求66至67中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述储热子系统的至少一部分位于地下。
69.根据权利要求66至68中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述气体导管的上部在所述压缩机/膨胀器子系统和所述储热子系统之间延伸，并且所述气体导管的下部在所述储热子系统和所述蓄能器之间延伸并且至少部分地在所述竖井内部延伸。
70.根据权利要求69所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述气体导管的所述上部在所述竖井的外部。
71.根据权利要求66至70中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述储热子系统包括显热储存级和潜热储存级中的至少一个。
72.根据权利要求71所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述储热子系统包括一种或多种相变材料。
73.根据权利要求72所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述储热子系统包括利用第一相变材料的第一潜热储存级和利用不同的第二相变材料的第二储热级。
74.根据权利要求66至73中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，在膨胀过程中，离开所述蓄能器的气体在到达所述气体压缩机/膨胀器子系统之前穿过所述储热子系统，由此从进入所述蓄能器的所述压缩气体中提取的热能的至少一部分被重新引入离开所述蓄能器的气体中，以在膨胀之前将所述气体的温度从存储温度升高到更高的出口温度。
75.根据权利要求66至74中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，基于所述压缩气体储能系统的压缩阶段持续时间或膨胀阶段持续时间来选择所述储热子系统的容量。
76.根据权利要求66至75中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述储热子系统的至少一部分设置在所述竖井内，并且至少部地分浸没在容纳在所述竖井内的所述一定量的液体中。
77.根据权利要求76所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述储热子系统浸没在容纳在所述竖井中的所述一定量的液体中。
78.根据权利要求66至75中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述储热子系统的至少一部分设置在所述蓄能器内。
79.根据权利要求78所述的压缩气体储能系统，其特征在于，整个所述储热子系统设置在所述蓄能器内。
80.根据权利要求78或79所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述储热子系统至少部分地浸没在所述蓄能器内的所述液体层中。
81.根据权利要求66至75中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述储热子系统设置在加压腔室内。
82.根据权利要求81所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述加压腔室在地下。
83.根据权利要求81或82所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述加压腔室与所述蓄能器中的所述气体层流体连通。
84.根据权利要求83所述的压缩气体储能系统，其特征在于，还包括与所述储热子系统的内部和所述加压腔室流体连通的调节阀，所述调节阀被配置为保持所述储热子系统的内部和所述加压腔室之间的阈值压差。
85.根据权利要求66至84中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述气体压缩机/膨胀器子系统包括第一压缩级和在所述第一压缩级下游的至少第二压缩级，并且其中，所述储热子系统包括在所述第一压缩级和所述第二压缩级之间流体连通的第一储热级、以及在所述第二压缩级和所述蓄能器中的所述气体层之间流体连通的第二储热级。
86.根据权利要求66至85中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述气体压缩机/膨胀器子系统包括第一膨胀级和在所述第一膨胀级下游的至少第二膨胀级，并且其中，所述储热子系统包括在所述蓄能器中的所述气体层和所述第一膨胀级之间流体连通的第三储热级、以及在所述第一膨胀级和所述第二膨胀级之间流体连通的第四储热级。
87.根据权利要求66至84中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述气体压缩机/膨胀器子系统包括第一压缩级、所述第一压缩级下游的至少第二压缩级、第一膨胀级和所述第一膨胀级下游的至少第二膨胀级，并且其中，所述储热子系统包括在所述第一压缩级和所述第二压缩级之间流体连通并且在所述第一膨胀级和所述第二膨胀级之间流体连通的第一储热级。
88.根据权利要求87所述的系统，其特征在于，所述储热子系统包括在所述第二压缩级和所述蓄能器之间流体连通并且在所述蓄能器和所述第一膨胀级之间流体连通的第二储热级。
89.根据权利要求66至88中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，还包括液体导管，所述液体导管在所述竖井内部的液体和所述蓄能器中的所述液体层之间提供流体连通，由此液体可以响应于所述压缩气体层的压力变化而在所述竖井内部和所述蓄能器中的所述液体层之间流动。
90.根据权利要求89所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述液体导管的第一端靠近所述隔板的所述外表面，并且与所述竖井流体连通。
91.根据权利要求89或90所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述液体导管穿过所述隔板。
92.根据权利要求89至91中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，当使用所述压缩气体储能系统时，所述液体导管的第二端浸没在所述液体层中，并且保持与所述气体层流体隔离。
93.根据权利要求66至92中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，当通过将额外的气体输送到所述压缩气体层中来增加所述压缩气体层的压力时，增加气体力的大小，并且通过所述液体导管将液体从所述蓄能器中的所述液体层输送到所述竖井内部，并且当通过从所述压缩气体层释放气体来降低所述压缩气体层的压力时，降低所述气体力的大小，并且通过所述液体导管将液体从所述竖井内部输送到所述蓄能器中的所述液体层。
94.根据权利要求66至93中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述气体供应导管穿过所述竖井内部，并且至少部分地浸没在所述一定量的液体中。
95.根据权利要求66至94中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述气体供应导管在所述竖井的外部。
96.根据权利要求66至95中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述气体供应导管穿过所述隔板。
97.一种压缩气体储能系统，其特征在于，所述系统包括：
a)蓄能器，所述蓄能器具有主开口、上壁、下壁和至少部分地限定所述上壁和下壁的蓄能器内部，所述蓄能器在液体层顶部容纳压缩气体层；
b)气体压缩机/膨胀器子系统，所述气体压缩机/膨胀器子系统具有与所述蓄能器间隔开的至少第一压缩机和第一膨胀级，
c)第一气体导管，所述第一气体导管具有与所述第一压缩级连通的上端以及与所述蓄能器内部的第一位置连通的下端，用于将压缩气体输送到所述压缩气体层中；
d)竖井，所述竖井具有邻近所述主开口的下端、与所述下端间隔开的上端以及竖井侧壁，所述竖井侧壁从所述下端向上延伸到所述上端，并且至少部分地限定容纳一定量的液体的竖井内部，所述竖井可经由液体供应导管流体连接到液体源/水槽；
e)隔板，所述隔板位于所述竖井的所述下端并且覆盖所述主开口，并将所述蓄能器内部与所述竖井内部分开，所述隔板具有与所述竖井内部连通的外表面和与所述蓄能器内部连通的相对内表面；
其中，所述压缩气体层和所述液体层中的至少一层抵靠所述隔板的内表面并在所述隔板的内表面上施加内部蓄能器力，所述竖井内的所述一定量的液体抵靠所述隔板的外表面并在所述隔板的外表面上施加外部反作用力，由此当使用所述压缩气体储能系统时作用在所述隔板上的净力是所述蓄能器力和所述反作用力之间的差，并且小于所述蓄能器力。
98.根据权利要求97所述的压缩气体储能系统，其特征在于，还包括与所述第一气体导管间隔开的第二气体导管，所述第二气体导管具有与所述蓄能器内部的第二位置连通的下端、和与所述第一气体导管的上端间隔开并与所述第一膨胀器流体连通的上端。
99.根据权利要求98所述的压缩气体储能系统，其特征在于，还包括与所述第一气体导管和所述第二气体导管间隔开的第三气体导管，所述第三气体导管具有与所述蓄能器内部的第三位置连通的下端以及上端，所述上端与所述第一气体导管的所述上端和所述第二气体导管的所述上端间隔开，并与和所述第一膨胀器间隔开的第二膨胀器流体连通。
100.根据权利要求99所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述第一气体导管、第二气体导管和第三气体导管中的至少一个延伸穿过所述竖井内部，并且浸没在容纳在所述竖井中的一定量的水中。
101.根据权利要求100所述的压缩气体储能系统，其特征在于，只有第一气体导管延伸穿过所述竖井内部并且浸没在容纳在所述竖井中的所述一定量的水中，并且所述第二气体导管和第三气体导管在所述竖井的外部。
102.根据权利要求99至101中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述第一膨胀器可独立于所述第二膨胀器操作。
103.根据权利要求97至102中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，还包括第三膨胀器，所述第三膨胀器靠近所述第一压缩机并且与所述第一气体导管的所述上端流体连通。
104.根据权利要求97至103中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述第一压缩机靠近所述竖井，并且所述第一膨胀器与所述竖井间隔开。
105.根据权利要求97至104中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，还包括液体导管，所述液体导管在所述竖井内部的液体和所述蓄能器中的所述液体层之间提供流体连通，由此液体可以响应于所述压缩气体层的压力变化而在所述竖井内部和所述蓄能器中的所述液体层之间流动。
106.根据权利要求105所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述液体导管的上端靠近所述隔板的所述上表面。
107.根据权利要求105或106所述的压缩气体储能系统，其特征在于，所述液体导管穿过所述隔板。
108.根据权利要求105至107中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，当使用所述压缩气体储能系统时，所述液体导管的下端浸没在所述蓄能器内的所述液体层中，并且保持与所述蓄能器内的所述气体层流体隔离。
109.根据权利要求97至108中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，当通过将额外的气体输送到所述压缩气体层中来增加所述压缩气体层的压力时，气体力的大小增加，并且通过所述液体导管将液体从所述蓄能器中的所述液体层输送到所述竖井内部，并且当通过从所述压缩气体层释放气体来降低所述压缩气体层的压力时，所述气体力的大小降低，并且通过所述液体导管将液体从所述竖井内部输送到所述蓄能器中的所述液体层。
110.根据权利要求97至109中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，至少所述第一气体供应导管穿过所述竖井内部，并且至少部分地浸没在所述一定量的液体中。
111.根据权利要求97至109中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，至少所述第一气体供应导管在所述竖井的外部。
112.根据权利要求97至109中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，至少所述第一气体供应导管穿过所述隔板。
113.根据权利要求97至112中任一项所述的压缩气体储能系统，其特征在于，还包括储热子系统，所述储热子系统设置成在所述气体压缩机/膨胀器子系统的下游和所述蓄能器的上游流体连通，由此以出口温度离开所述气体压缩机/膨胀器子系统的压缩气体穿过所述储热子系统，由此热能从所述压缩气体中提取并存储在所述储热子系统中，并且离开所述储热子系统的气体的温度降低到低于所述出口温度的存储温度。
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