CN111655989A - 储能装置和系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种储能装置(1；1'、1”、1”')，其包括用于存储加压气体的气体容器(10)、用于存储热能的至少一个储热元件(12)、以及用于通过电能加热所述至少一个储热元件(12)的一个或几个电加热装置(13)。所述至少一个储热元件(12)和所述一个或几个电加热装置(13)设置在所述气体容器(10)内，使得当加压气体存储在所述气体容器(10)中时加压气体围绕所述至少一个储热元件(12)。此外，提供了一种具有这种储能装置(1；1'、1”、1”')的储能系统，用于在充能过程中存储压缩气体和热量，并且用于在释能期间产生电能。

Description

储能装置和系统

技术领域

本发明涉及一种用于以加压气体和热能的形式存储能量的储能装置。本发明还涉及一种包括这种储能装置的储能系统。

背景技术

为了发电，越来越多地使用例如风能和太阳能等可再生能源。然而，与可再生能源通常相关联的问题是产生的电力的持续可用性。例如，风具有间歇性，并且不能持续吹24个小时和一周七天。太阳能仅在白天可用，并且高度依赖于天气条件，特别是云量。因此，为了使可再生能源更有吸引力，并且提高由这种能源产生的电能的可用性，需要存储能量。现今，有不同的储能技术可用，在高端或低端，有电池、泵存储系统、压缩空气存储以及使用热量的储能的各种形式。借助于这些储能技术，当有过剩的可再生能源可用时，能量以例如热能、加压空气或化学能的形式存储，并且随后转换为电能，并在对可再生能源需求高和/或可用性低的时期使用。

现今的储能系统面临的主要问题是它们的效率和它们的相对低的储能密度(单位表面或体积存储的能量)。

WO 2004/072452 A1公开了一种组合的热和压缩空气存储系统，在该系统中空气能够被加压并存储在压力罐中。为了释能，压缩空气被引导通过储热单元到燃气涡轮。

DE 10 2011 112 280 A1和US 2012/0085087 A1公开了一种储能系统，在该系统中压缩机与储热装置串联设置。在两种情况下都提供了用于存储压缩空气的空气存储装置。

DE 44 10 440 A1涉及一种压缩空气存储系统，在该系统中在对电力需求低时用于通过压缩机对空气加压。加压空气存储在存储容器中。在需求高时，加压空气用于驱动膨胀涡轮。

在WO 2016/176174 A1中，公开了一种储热系统，在该系统中由多级压缩机加压的空气在被引导到燃料动力涡轮中之前在电加热储热装置中加热。

CN 103353060 A公开了一种空气存储装置内的储热装置的布置。存储在空气存储装置中的加压空气的热能自动传递到储热装置，反之亦然。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于以热能和压缩气体的形式存储能量的储能装置，该储能装置是有效率的并且具有低储能密度。

该目的由根据权利要求1所述的储能装置解决。该装置的另外的实施例在从属权利要求2至5中提供。包括这种储能装置的储能系统在权利要求6和16中要求保护，并且该储能系统的另外的实施例在从属权利要求7至15中提供。

因此，本发明提供一种储能装置，包括：

用于存储加压气体的气体容器，

用于存储热能的至少一个储热元件，以及

用于通过电能加热至少一个储热元件的一个或几个电加热装置，特别是一个或几个电加热线圈。

至少一个储热元件和一个或几个电加热装置设置在气体容器内，使得当加压气体存储在气体容器中时加压气体围绕至少一个储热元件。

在气体容器内的至少一个储热元件的布置允许在单个紧凑装置内存储热能和压缩气体。通过一个或几个电加热装置，至少一个储热元件能够被加热到在一定界限内的任意的高温。通过围绕至少一个储热元件，加压气体用作至少一个储热元件的附加隔离，以便将热能保持在储能装置内。另一方面，在这种布置下，在储能装置内使加压气体始终保持一定温度，使得加压气体不必预热以用于例如驱动涡轮。甚至可以通过使用一个或几个电加热装置加热至少一个储热元件来加热存储在气体容器内的加压气体。

气体容器通常包括至少一个进气线路和至少一个出气线路。优选地，为每个进气线路提供进气阀，并且为每个出气线路提供出气阀，以便能够切断相应的线路。如果所有这些进气阀和出气阀都处于其关闭位置，则气体容器优选以气密的方式关闭，使得加压气体在多小时甚至多天期间保留在容器内，而没有任何实质性的压降。

至少一个储热元件中的每个有利地包括固态存储介质。

为了具有良好的储热能力，至少一个储热元件优选由至少60wt.-％、优选至少80wt.-％、更优选至少90wt.-％并且最优选100wt.-％的石墨制成。在这种情况下，储能装置优选地适于在闭环布置中使用，并且结合惰性气体使用。

为了保证安全的功能，至少一个储热元件优选由沙子、石头和/或砾石制成。在这种情况下，空气能够用作要加压的气体，并且储能装置优选适于在开环布置中使用，在该开环布置中新鲜空气从大气引导至压缩机，以便对其加压。

然而，在特别优选的实施例中，至少一个储热元件形成混溶间隙相系统并且特别由混溶间隙合金制成。根据本发明的特别优选的实施例的储热元件具有附加的且更高的储热能力。可行的混溶间隙合金的示例是亚铁镁(FeMg)、铜铁(FeCu)和铝铁(FeAl)。

为了实现有效的隔离，一个或几个储热元件优选分别完全设置在气体容器内。因此，当加压气体存储在气体容器中时，储热元件中的每个优选完全由加压气体围绕。

气体容器以及有利地整个储能装置能够具有一个或几个管的整体形状。具有这种形状气体容器的储能装置的构造特别简单，特别是在压力问题上。

一个或几个电加热装置有利地是以例如电线圈的形式的电阻加热器。为了实现有效的加热，电加热装置中的每个优选紧密围绕储热元件中的一个或几个。电加热装置还能够达到储热元件中的一个或几个的内部。

在优选实施例中，储能装置包括多个储热元件和多个电加热装置，其中电加热装置中的每个与储热元件中的一个相关联。因此，在这种实施例中，电加热装置中的每个适于加热储热元件中的一个。用这种方式，储热元件中的每个能够被任意地加热到期望的温度。

在另一也是优选的实施例中，储能装置包括能够由同一电加热装置加热的多个储热元件。因此，单个电加热装置用于加热一个以上的储热元件。这样的实施例具有简化的并因而更便宜的构造。

此外，本发明涉及一种包括如上所述的至少一个储能装置的储能系统。至少一个储能装置包括气体容器、设置在气体容器内的至少一个储热元件和用于在充能过程中通过电能加热至少一个储热元件的一个或几个电加热装置。储能系统还包括用于对气体加压的压缩机，以便在充能过程中将加压气体存储在至少一个储能装置的气体容器中。此外，储能系统包括涡轮，即优选为膨胀涡轮，用于在释能过程中通过存储在气体容器中的加压气体和通过由至少一个储热元件存储的热能产生电能。

因此，在充能过程中，至少一个储热元件通过一个或几个电加热装置加热。为此，一个或几个电加热装置优选地包括电网连接件，以便连接到电源。在对至少一个储热元件加热的同时和/或在对至少一个储热元件加热之前和/或之后，但仍然在充能过程中，气体能够通过压缩机加压，以便在气体容器中存储。

因此，在充能过程完成之后，能量以热能和压缩气体的形式在至少一个储能装置中存储。

在释能过程中，存储的能量通过涡轮转换成电能。这样，由至少一个储能装置存储的压缩气体和热能用于驱动涡轮。因为压缩气体和热能均是可用的，涡轮能够首先通过压缩气体有利地被加速到其旋转工作速度，该压缩气体已经由于靠近储热元件的存储而预热了。在释能过程中，不需要来自电网的电能来加速涡轮。因此，储能系统有利地适于在释能过程的开始时使用存储在气体容器中的加压气体来启动涡轮。一旦涡轮达到其旋转工作速度，能量就能够从至少一个储热元件传递到工作介质，即气体，该气体被引导通过至少一个储能装置到涡轮。然后，电能能够通过耦合到涡轮的普通发电机产生。

在一个实施例中，惰性气体能够用作要被压缩机加压并且要存储在气体容器中的气体。在这种情况下，储能系统优选包括闭环布置，用于将惰性气体从压缩机经由气体容器引导到涡轮，并且从涡轮回到压缩机。因此，该系统优选设计为使得惰性气体，即工作介质在充能和释能过程中在闭环中循环。惰性气体在闭环中循环的这种实施例的优点在于，例如由石墨制成的储热元件能够在储能装置中使用，该储能装置允许储热元件被加热到1000℃以上。

在另一实施例中，空气能够用作要被压缩机加压并且要存储在气体容器中的气体。在这种情况下，储能系统优选包括开环布置，用于将新鲜空气从大气引导到压缩机，以便被压缩机加压并且以加压空气的形式存储在气体容器中，并且用于将加压空气从气体容器经由涡轮引导回大气。使用空气作为工作介质的这种实施例具有关于该系统的安全性和成本方面的优点。

特别优选的是储能系统适于无燃烧地工作的实施例。通过使用加压气体来加速涡轮以及在已经达到其旋转工作速度之后使用来自储热元件的热能来驱动涡轮，提供无燃烧的系统是很容易实现的。通过使用加压气体来启动涡轮，也可以使用现有的具有相对较小改造的燃气涡轮。能够使用现有的启动和同步装置。在无燃烧的系统中，没有与例如回火相关的问题，回火能够限制采用顺序燃烧的传统燃气涡轮中的温度水平。同样，不存在潜在的燃烧脉动、排放、调谐等问题。替代地，当然也可以在燃烧系统内使用储能装置。

在优选实施例中，储能装置串联设置在压缩机与涡轮之间。因此，气体首先被压缩机加压，然后被引导到储能装置中，在该储能装置中该气体能够存储起来以备后续使用。然后，加压气体能够从储能装置引导到涡轮，以便驱动涡轮并且产生电能。

同样优选的实施例是，在该实施例中储能系统包括至少两个储能装置，其中第一储能装置串联设置在压缩机与涡轮之间，并且其中第二储能装置串联设置在涡轮之后或在涡轮的第一压力级之后。因此，气体首先被压缩机加压，然后从压缩机流到第一储能装置，并且从那里经由涡轮或涡轮的第一压力级流到第二储能装置。第二储能装置中的加压气体能够用于例如驱动涡轮的第二压力级或另外的涡轮，或者它能够用于在组合循环系统的热回收蒸汽发生器中产生蒸汽，用于驱动汽轮机。

在一些实施例中，储能系统甚至能够包括几个涡轮和/或涡轮能够包括几个压力级，并且储能系统能够另外包括两个以上的储能装置。在这种情况下，涡轮和/或涡轮的压力级优选地与储能装置串联设置，使得涡轮中的每个和/或涡轮的压力级中的每个设置在两个储能装置之间。

在所提到的所有实施例中，储能系统能够是，但不需要是具有汽轮机的组合循环系统，该汽轮机能够通过涡轮排出的气体产生的蒸汽驱动。

储能系统能够包括几个压缩机和/或压缩机能够包括几个压力级，其中储能系统另外包括在充能过程中用于产生冰的冷冻机，以及用于在释能过程中借助于冰在压缩机之间和/或在压缩机的压力级之间冷却气体的中冷器，以便改善该系统的效率。

压缩机优选地由涡轮形成并且附接到同一轴，涡轮也附接到该轴。

附图说明

下面参照附图描述本发明的优选实施例，该附图仅用于说明目的，并不具有限制作用。在附图中示出：

图1根据第一发明实施例的储能装置的示意图；

图2根据第二发明实施例的储能装置的示意图；

图3根据第一发明实施例的具有开环布置的储能系统的示意图；

图4根据第二发明实施例的具有开环布置以及具有两个压缩机和压缩机中冷器的储能系统的示意图；

图5根据第三发明实施例的具有闭环布置以及具有两个压缩机和冷却系统的储能系统的示意图；

图6根据第四发明实施例的具有开环布置和压缩机中冷器并且耦合到区域供热系统的储能系统的示意图；

图7根据第五发明实施例的具有闭环布置并且以组合循环系统的形式的储能系统的示意图；

图8与如图7所示基本相同的储能系统的示意图，但是该储能系统包括用于在涡轮关闭情况下使用热回收蒸汽发生器的鼓风机；

图9本发明的另一储能系统的示意图，在该系统中燃气涡轮连接到蒸汽发电站的闭环，根据本发明的储能装置集成在闭环中；以及

图10本发明的又一储能系统的示意图，在该系统中燃煤发电设备连接到蒸汽发电站的闭环，根据本发明的储能装置集成在闭环中。

具体实施方式

图1和2示意性地示出了本发明的储能装置1的两个实施例。图3至7示出了包括至少一个本发明的储能装置的本发明的储能系统的不同实施例。在图3至7的储能系统中使用的储能装置优选地根据图1和2所示的储能装置1设计。

在下文中，具有相同或相似的设计和/或相同或相似的功能的特征通过相同的附图标记或仅通过撇号(')、双撇号(”)或三撇号(”')彼此区分的附图标记表示。

如图1所示的储能装置1包括气体容器10，该气体容器是可密封的以气密，以便将加压气体，特别是加压惰性气体或加压空气存储在内部空间11内。储能装置1总体上具有紧凑的设计，其具有气体容器10和用于气体和电力的仅几个连接件15、17和14。

为了使加压气体进入气体容器10的内部空间11，储能装置1包括具有进气阀16的进气线路15。取决于进气阀16的状态，气体能够通过进气线路15进入内部空间11，或者气体通过进气线路15的通道被切断。

为了使存储的加压气体从气体容器10的内部空间11排出，储能装置1包括一个或更多个出气线路17，在当前情况下为三个出气线路，它们中的每个包括出气阀18。取决于出气阀18的状态，气体能够从内部空间11排出，或者气体通过出气线路17的通道被切断。

因此，进气阀16和出气阀18在全部处于其关闭状态时，能够一起充当用于存储在气体容器10的内部空间11中的加压气体的锁。除了通过进气线路15和出气线路17之外，没有另外的开口以使加压气体可能从内部空间11逸出。

在气体容器10的内部空间11内，几个储热元件12设置为使得这些储热元件12中的每个由存储在储能装置内的加压气体完全围绕。这样，加压气体与储热元件12中的每个在该储热元件所有侧面上接触。

一方面，由加压气体围绕有助于对储热元件12的热隔离。另一方面，由于对储热元件12的直接接触和围绕，在存储过程中使加压气体保持在储热元件12的温度左右，这有利于以后在释能过程中使用加压气体，例如用于加速涡轮。

如果要存储的加压气体是惰性气体，则储热元件12具有棒状形状，并且优选由至少60wt.-％、优选至少80wt.-％、更优选至少90wt.-％的石墨制成。特别优选的实施例是，其中储热元件12形成混溶间隙相系统并且有利地由混溶间隙合金制成。然而，如果空气用作要存储的气体，则沙子、砾石或石头能够用于储热元件12，因为这些材料具有高热容量，但不与空气反应。

为了在充能过程中加热储热元件12，提供了以电加热线圈形式的电加热装置13。电加热装置13中的每个是电阻加热器，该电阻加热器沿着其基本上整个长度螺旋地围绕储热元件12中的一个。通过电网连接件14，电加热装置13能够连接到电源。

图2示出了本发明的储能装置1的第二实施例，该储能装置与图1的储能装置的区别在于仅包括单个电加热装置13。然而，这个电加热装置13围绕储能装置的所有储热元件12。因此，在这种情况下，单个电加热装置13用于加热所有储热元件12。

图3示出了本发明的储能系统的第一实施例，该储能系统包括与压缩机21、高压涡轮22和低压涡轮23串联设置的两个储能装置1：高压储能装置1'和中压储能装置1”。高压储能装置1'设置在压缩机21与高压涡轮22之间，并且经由具有进气阀16'的进气线路15'连接到压缩机21，经由具有出气阀18'的出气线路17'连接到高压储能装置。中压储能装置1”串联设置在涡轮22与涡轮23之间，并且分别经由具有进气阀16”的进气线路15”和具有出气阀18”的出气线路17”连接到它们。

压缩机21、高压涡轮22和低压涡轮23全部以抗扭的方式附接到公共轴20，并且一起形成压缩机/涡轮装置2。同样连接到轴20的是用于驱动压缩机21的电机24和用于通过涡轮22、23利用轴20的旋转运动来产生电能的发电机25。

对于电机24和发电机25，能够使用最先进的装置。电机24能够是例如连接到电源的简单电动机，或者它也能够是例如用于将风能转换成轴20的旋转能的风力涡轮。发电机25能够是普通发电机。

如图3所示的储能系统具有开环布置，意味着在充能过程中，来自大气的新鲜空气通过进气口26吸入到压缩机21中，在压缩机中对其加压。加压空气从压缩机21经由进气线路15'和进气阀16'被引导到高压储能装置1'中，以便存储在高压储能装置1'内。同时，另外的加压空气经由高压储能装置1'和高压涡轮22到达中压储能装置1”，以便存储在中压储能装置1”内。

此外，在充能过程中，储能装置1'和1”的储热元件12通过电加热器13加热。

在完成充能过程之后，储能系统能够采用存储状态，其中所有进气阀和出气阀16'、18'、16”和18”关闭，使得加压空气不能从储能装置1'和1”逸出。同时，热能由储能装置1'和1”的储热元件12存储。

在释能过程中，出气阀18'和18”以受控的方式打开，以便启动并加速膨胀涡轮22和23的旋转，并且因此启动并加速整个压缩机/涡轮装置2的旋转。因此，涡轮22和23的启动只能通过储能装置1'和1”中存储的加压气体的能量来执行。加速涡轮22、23不需要燃烧和任何电力辅助。为了通过进气口26吸入另外的新鲜空气，还能够打开进气阀16'和16”。在通过低压涡轮23之后，空气通过出气口27和排气管28从系统排放到大气中。

一旦涡轮22、23已经达到其旋转工作速度，它们就能够通过储能装置1'和1”的储热元件12中存储的热能进一步驱动。这样，热能从储热元件12传递到通过储能装置1'和1”的气体。因此，加热的加压气体驱动膨胀涡轮22和23，并且用这种方式，使该系统保持在其稳定状态，以通过发电机25产生电能。

在图4中，示出了储能系统的第二发明实施例。该系统的设计基本上与图3的设计相同，除了有两个压缩机21'和21”，而不是只有一个压缩机21。此外，为了改善两个压缩机21'和21”的效率，提供了压缩机中冷器3。两个压缩机21'和21”由低压压缩机21'和高压压缩机21”形成，该低压压缩机和高压压缩机串联设置，并且均以抗扭的方式附接到轴20。

对于压缩机中冷器3，能够使用包括冷却器31的最先进的装置，该冷却器如图4所示经由阀门连接到闪蒸室32，该闪蒸室接着经由膨胀阀33连接到蒸发器34。冷却器31连接到高压压缩机21”，并且蒸发器34连接到低压压缩机21'。在离开低压压缩机21'之后，空气在流入高压压缩机21”之前在闪蒸室32内冷却。

图5示出了本发明的储能系统的另一实施例。在这种情况下，储能系统具有闭环布置，意味着不会从大气吸入新鲜空气，并且不会将空气或气体排放到大气中。然而，要注意的是，关于储能装置1'和1”和压缩机/涡轮装置的该系统的基本元件和基本设计基本上与图4的实施例中的相同。

由于闭环布置，从低压涡轮23通过出口27离开的气体不会排放到大气中，而是经由进气口26回到低压压缩机21'。由于该系统设计为使得循环气体不能逸出到大气中，可以使用惰性气体作为要加压的气体。惰性气体由于其非反应特性，允许使用例如固态石墨棒用于储能装置1'和1”的储热元件12，这极大改善系统的储热能力。

在从低压涡轮机23回到低压压缩机21'的途中，气体被引导通过两个同流换热器4'、4”。在这些同流换热器4'、4”中，离开低压压缩机21'的气体的高热能传递到在闭环的另一个部分中的将要到达储能装置1'和1”的气体。因此，借助于同流换热器4'、4”，离开低压压缩机21'的气体的热能用于预热在闭环的另一侧的在到达储能装置1'和1”之前的气体，这极大改善了系统的整体效率。借助于换热器5，气体在到达低压压缩机21'之前进一步冷却到优选接近15℃的典型温度。

在该实施例中也提供了压缩机中冷器3，以便在低压压缩机21'与高压压缩机21”之间冷却气体。在当前情况下，压缩机中冷器3具有换热器的形式。

为了有效地冷却流过换热器5和中冷器5的气体，提供了冷却系统6。冷却系统6包括两个回路，冷却介质在这两个回路中的每个中循环。分别在换热器5和压缩机中冷器3之后，冷却介质在冷却塔61中冷却，并且冷凝的冷却介质在冷凝器62中收集，以便再次用于在冷却换热器5和压缩机中冷器3中分别冷却气体。冷却介质的循环能够通过每个回路内设置的阀门控制。

图6示出了具有开环布置的发明实施例，即将空气用作要加压的工作气体。该系统的基本设计与图3中所示的实施例的设计相同。然而，与图3相比，该系统在区域供热系统7中的集成在图6中示出。

在离开图6的系统的低压膨胀涡轮23之后，仍然热的空气在通过排气管28排出之前被引导通过换热器71。在换热器71中，热能从空气传递到区域供热系统7的工作介质。因此，在该实施例中，排气的热能在区域供热系统7中用于例如加热一个或几个建筑物和/或一个或几个热水锅炉72中的水。

图7示出了储能系统的另一发明实施例，该储能系统基本上设计为图5中所示的储能系统，但是与其不同的是，另外包括了低压储能装置1”'和热回收蒸汽发生器81，气体在离开低压涡轮23之后以及经由同流换热器4'、4”和换热器5回到低压压缩机21'之前被引导通过该低压储能装置和热回收蒸汽发生器。

热回收蒸汽发生器81是具有高压汽轮机82'和低压汽轮机82”的蒸汽发电站8的一部分。因此，图7中所示的系统是组合循环系统。

储能装置1”'串联设置在低压涡轮23与热回收蒸汽发生器81之间，并且用于存储仍然热并且加压的气体。此外，储能装置1”'用于通过储热元件12以与储能装置1'和1”中相似的方式存储热能。

由储能装置1”'存储的能量和/或流过储能装置1”'的气体用于在热回收蒸汽发生器81中产生热蒸汽。然后，在热回收蒸汽发生器81中产生的热蒸汽用于驱动汽轮机82'、82”。借助于汽轮机82'、82”的旋转运动，电能能够在发电机83中产生。在离开汽轮机82'、82”之后，蒸汽在经由蒸汽锅筒85和除氧器86引导回热回收蒸汽发生器81之前，通过冷凝器84冷凝。

离开低压汽轮机82”的冷却的蒸汽能够用于压缩机中冷器3。冷凝器84的冷却能够通过冷却介质在冷却系统6'中循环并且由冷却塔61冷却来执行。

在图8中，示出了图7的实施例的变型。如图8所示的储能系统与图7的储能系统基本相同，但是另外包括了用于将加压气体，例如空气引导到储能装置1”'中的鼓风机90。由于鼓风机90，可以使用具有热回收蒸汽发生器81、高压汽轮机82'和低压汽轮机82”的蒸汽发电站8，其中涡轮21'、21”、22和23完全关闭。因此，在关闭涡轮21'、21”、22和23之后，储能装置1”'内的热能能够经由电网连接件产生，而加压气体通过鼓风机90产生。当然，例如，如果流入储能装置1”'的气体的压力不足，则也可以将鼓风机90与低压涡轮23组合使用。

图9示出了一种储能系统，其中燃气涡轮22、23连接到蒸汽发电站8'的闭环。燃气涡轮能够但不必须包括高压涡轮22和低压涡轮23，并且能够是如例如图3和4所示的开环布置的一部分，或者是如例如图5所示的闭环布置的一部分。加压气体从燃气涡轮22、23引导到热回收蒸汽发生器81中，该热回收蒸汽发生器是蒸汽发电站8'的一部分。蒸汽发电站8'另外包括设置在闭环中的冷凝器84和汽轮机82'、82”，与图7和8中所示的蒸汽发电站8相似。还与图7和8的实施例中相似的是，汽轮机能够包括高压汽轮机82'和低压汽轮机82”。前向泵91被提供为使流体，例如水循环通过蒸汽发电站8'的闭环。

同样如图9所示集成在蒸汽发电站8'的闭环中的是用于存储热能的储能装置1。储能装置1中的热能能够另外经由电网连接件产生。

如图9所示的系统的特别优点在于，燃气涡轮22、23和热回收蒸汽发生器81能够借助于阀门与汽轮机82'、82”完全分离。使用阀门，可以产生与热回收蒸汽发生器81分离的闭环。然后，汽轮机82'、82”能够仅由在储能装置1中产生和/或存储的热能驱动。

在图10中，示出了包括与图9中所示的相同的蒸汽发电站8'的储能系统。然而，在图10的实施例中，蒸汽发电站8'连接到传统设计的燃煤发电设备。由燃煤发电设备产生的热能用于以燃煤锅炉92的形式的蒸汽发生器，以便产生用于驱动汽轮机82'、82”的热蒸汽。能够提供鼓风机90以将加压气体，例如空气引导到燃煤锅炉92中。如图9的实施例中，蒸汽发生器，即这里的燃煤锅炉92能够分离，并且蒸汽发电站8'能够由在储能装置1中存储的热能驱动。

当然，本发明不限于前述实施例，并且可以进行多个修改。例如，可以任意组合图3至10的实施例。可以设想，例如，将具有开环布置的储能系统设计为组合循环系统的一部分。同样，压缩机和涡轮不一定必须附接到同一的轴上。多轴布置也是可行的。在组合循环系统的情况下，用于燃气涡轮和汽轮机两者的具有一个发电机的单轴布置是可行的。当与例如由沙子、砾石或石头制成的不易燃的储热元件组合时，也可以在具有闭环布置的系统中使用例如空气作为要加压的气体，这将改善系统的安全性。此外，容易设想到仅包括单个储能装置的实施例。多个另外的修改是可行的。

附图标记说明

1 储能装置 24 电机

1' 高压储能装置 25 发电机

1” 中压储能装置 26 进气口

1”' 低压储能装置 27 出气口

10 气体容器 28 排气管

11 内部空间 3 压缩机中冷器

12 储热元件 31 冷却器

13 电加热装置 32 闪蒸室

14 电网连接件 33 膨胀阀

15、15'、15” 进气线路 34 蒸发器

16、16'、16” 进气阀

17、17'、17” 出气线路 4'、4” 同流换热器

18、18'、18” 出气阀 5 换热器

2 压缩机/涡轮装置 6、6' 冷却系统

20 轴 61 冷却塔

21 压缩机 62 冷凝器

21' 低压压缩机

21” 高压压缩机 7 区域供热系统

22 高压涡轮 71 换热器

23 低压涡轮 72 热水锅炉

8、8' 蒸汽发电站 85 蒸汽锅筒

81 热回收蒸汽发生器 86 除氧器

82' 高压汽轮机

82” 低压汽轮机 9 鼓风机

83 发电机 91 前向泵

84 冷凝器 92 燃煤锅炉

Claims (16)

1.一种储能装置(1；1'、1”、1”')，包括：

用于存储加压气体的气体容器(10)，

用于存储热能的至少一个储热元件(12)，以及

用于通过电能加热所述至少一个储热元件(12)的一个或几个电加热装置(13)，

其特征在于，

所述至少一个储热元件(12)和所述一个或几个电加热装置(13)设置在所述气体容器(10)内，使得当加压气体存储在所述气体容器(10)中时加压气体围绕所述至少一个储热元件(12)。

2.根据权利要求1所述的储能装置，其中，所述至少一个储热元件(12)由至少60wt.-％、优选至少80wt.-％、更优选至少90wt.-％的石墨制成，和/或由沙子、石头或砾石制成。

3.根据权利要求1或2所述的储能装置，其中，所述至少一个储热元件(12)形成混溶间隙相系统并且特别由混溶间隙合金制成。

4.根据前述权利要求之一所述的储能装置，包括多个储热元件(12)和多个电加热装置(13)，其中这些电加热装置(13)中的每个与这些储热元件(12)中的一个相关联。

5.根据权利要求1至3之一所述的储能装置，其中，一个电加热装置(13)用于加热多个储热元件(12)。

6.一种储能系统，包括：

至少一个根据前述权利要求之一所述的储能装置(1；1'、1”、1”')，其具有气体容器(10)、设置在所述气体容器(10)内的至少一个储热元件(12)和用于在充能过程中通过电能加热所述至少一个储热元件(12)的一个或几个电加热装置(13)，

用于对气体加压的压缩机(21；21'、21”)，以便在充能过程中将加压气体存储在所述至少一个储能装置(1；1'、1”、1”')的所述气体容器(10)中，以及

涡轮(22、23)，用于在释能过程中通过存储在所述气体容器(10)中的加压气体和通过由所述至少一个储热元件(12)存储的热能产生电能。

7.根据权利要求6所述的储能系统，其中，所述储能系统包括闭环布置，用于将气体从所述压缩机(21；21'、21”)经由所述气体容器(10)引导到所述涡轮(22、23)，并且从所述涡轮(22、23)回到所述压缩机(21；21'、21”)，并且其中，惰性气体优选地用作要被所述压缩机(21；21'、21”)加压并且要存储在所述气体容器(10)中的气体。

8.根据权利要求6所述的储能系统，其中，空气用作要被所述压缩机(21；21'、21”)加压并且要存储在所述气体容器(10)中的气体，并且其中，所述储能系统包括开环布置，用于将新鲜空气从大气引导到所述压缩机(21；21'、21”)，以便被所述压缩机(21；21'、21”)加压并且以加压空气的形式存储在所述气体容器(10)中，并且用于将加压空气从所述气体容器(10)经由所述涡轮(22、23)引导回大气。

9.根据权利要求6至8之一所述的储能系统，其中，所述储能系统适于无燃烧地工作。

10.根据权利要求6至9之一所述的储能系统，其中，所述储能系统适于在释能过程的开始时使用存储在所述气体容器(10)中的加压气体来启动所述涡轮(22、23)。

11.根据权利要求6至10之一所述的储能系统，包括至少两个储能装置(1'、1”、1”')，其中，第一储能装置(1'、1”)串联设置在所述压缩机(21；21'、21”)与所述涡轮(22、23)之间，并且其中，第二储能装置(1”、1”')串联设置在所述涡轮(22、23)之后或在所述涡轮(22、23)的第一压力级之后。

12.根据权利要求11所述的储能系统，包括几个涡轮(22、23)和/或涡轮(22、23)包括几个压力级，其中，所述储能系统另外包括两个以上的储能装置(1'、1”、1”')，并且其中，涡轮(22、23)和/或涡轮(22、23)的压力级与储能装置(1'、1”、1”')串联设置，使得涡轮(22、23)中的每个和/或涡轮(22、23)的压力级中的每个设置在两个储能装置之间(1'、1”、1”')。

13.根据权利要求6至12之一所述的储能系统，其中，所述储能系统是具有汽轮机(82'、82”)的组合循环系统，所述汽轮机能够通过所述涡轮(22、23)排出的气体产生的蒸汽驱动。

14.根据权利要求6至13之一所述的储能系统，包括几个压缩机(21'、21”)和/或压缩机(21)包括几个压力级，其中，所述储能系统另外包括在充能过程中用于产生冰的冷冻机，以及用于在释能过程中借助于冰在压缩机(21'、21”)之间或在压缩机(21)的压力级之间冷却气体的中冷器(3)。

15.根据权利要求6至14之一所述的储能系统，其中，所述压缩机(21；21'、21”)由涡轮形成并且附接到同一轴(20)，所述涡轮(22、23)也附接到所述轴。

16.一种储能系统，包括：

至少一个根据权利要求1至5之一所述的储能装置(1)，其具有容器(10)、具有设置在所述容器(10)内的至少一个储热元件(12)和具有用于在充能过程中通过电能加热所述至少一个储热元件(12)的一个或几个电加热装置(13)，

用于产生蒸汽的蒸汽发生器(81、92)，以便在充能过程中将产生的蒸汽存储在所述至少一个储能装置(1)的所述容器(10)中，以及

汽轮机(82'、82”)，用于在释能过程中通过存储在容器(10)中的蒸汽和通过由所述至少一个储热元件(12)存储的热能产生电能。

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