CN112459980B - 用于能量存储和发电的系统 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于能量存储和发电的系统。该系统包括能量存储子系统和联接到该能量存储子系统的发电子系统。能量存储子系统被构造成以高于大气中的环境空气的温度的温度存储压缩空气形式的能量。发电子系统被构造成通过利用以高于大气中的环境空气的温度的温度存储在能量存储子系统中的压缩空气来产生电力。

Description

用于能量存储和发电的系统

技术领域

本发明涉及存储和生成能量的技术，并且更具体地涉及能量存储和能量回收(energy retrieval)系统。

背景技术

世界对电能的需求正在不断增加。当前，通过石油、天然气、煤炭或核电站生成大量电能。然而，燃烧石油、天然气和煤炭会导致被污染的空气，并且所有这些燃料资源正在迅速减少。核能需要处置核废料，而核废料在数百年内将一直是危险的。

自然能源实际上是取之不尽的，并且以诸如自然风能、太阳能、潮汐能和波浪能的各种形式在世界范围内是大量可用的。不幸的是，自然能源具有不规律的性质，并且家庭和工业中对电能的高峰需求通常与可再生能源的可用性不同步。

例如，风能转换技术如今被认为是在技术上最先进的可用技术之一，其可以有效地帮助发展低碳经济，同时确保清洁且安全的能量供应。然而，风本质上是可变的。有时有风，有时没有风，并且甚至在一天期间，在一整天内风也会变化。因此，来自电网的高峰需求与风能可用性之间经常会出现失配，因为在高峰需求期间存在很多风速较低的时间段，并且反之亦然，在电网需求可能较低的时段期间(诸如在傍晚)，风速较高。

类似地，太阳能通常在正午期间最为充足，而在存在高峰需求的傍晚时段减少。同样，太阳电池在夜晚不发电。

因此，需要以某种方式存储从可再生能源获得的能量，以便可以根据需要在电力需求期间释放。

多种技术可用于存储过量的电力以供稍后输送。能量存储的一种方法是使用电池。大型蓄电池已被商业开发，并且已经用在了住宅和工业中。然而，由于与耐用性和维护有关的问题，蓄电池表现较差。此外，许多大型电池使用铅电极和酸性电解质，并且这些组成部分对环境有害。另外，电池遭受严重退化，并因此取决于使用频度，每几年需要强制更换。

美国专利No.4,058,979描述了组合的热空气和压缩空气存储系统，其利用无排气加热器(诸如热存储单元)以提高的效率提供电力。压缩空气在进入为发电机提供动力的涡轮机之前由热存储单元加热。在各种实施方式中，在压缩空气进入热存储单元之前，使用环境空气温度、涡轮机排气或其它类型的废热来预热压缩空气，从而进一步提高系统效率。

发明内容

本发明的概念涉及存储供进一步利用的加压气体，以存储能量并随后(在需要时)进行发电。

因此，根据本发明的总体方面，提供了一种用于能量存储和发电的系统，该系统包括能量存储子系统和联接到该能量存储子系统的发电子系统。

能量存储子系统被构造成存储压缩空气形式的能量。根据本发明的实施方式，存储在能量存储子系统中的压缩空气的温度高于大气中的环境空气的温度。发电子系统被构造成通过利用以高于大气中的环境空气的温度的温度存储在能量存储子系统中的压缩空气来产生电力。

能量存储子系统包括第一能量存储分支和类似于第一能量存储分支而构造的第二能量存储分支。

根据本发明的一些实施方式，第一能量存储分支包括第一空气压缩容器，该第一空气压缩容器被构造成填充有水和来自大气的空气，并且将空气压缩到预定压力。第一能量存储分支还包括第一空气存储容器，该第一空气存储容器与第一空气压缩容器气动地连通并且被构造成存储压缩空气。第一能量存储分支还包括第一压缩空气歧管，该第一压缩空气歧管气动地联接到第一空气压缩容器和第一空气存储容器，并且被构造成提供第一空气压缩容器与第一空气存储容器之间的气动连通。第一能量存储分支还包括气动地联接到压缩空气歧管的第一进气歧管。第一进气歧管被构造成提供来自大气的空气，以在第一空气压缩容器中压缩该空气，并且之后利用压缩空气填充第一空气存储容器。

根据实施方式，第一能量存储分支还包括第一空气阀组件。第一空气阀组件包括第一空气存储阀，该第一空气存储阀布置在第一空气存储容器与第一进气歧管至第一压缩空气歧管的第一联接点之间的第一压缩空气歧管中。第一空气存储阀被构造成对压缩空气从第一空气压缩容器传送到第一空气存储容器进行控制。第一空气阀组件还包括第一压缩空气阀，该第一压缩空气阀布置在第一空气压缩容器与第一联接点之间的第一压缩空气歧管中。第一压缩空气阀被构造成对压缩空气从第一空气压缩容器传送到第一空气存储容器进行控制。第一空气阀组件还包括第一进气阀，该第一进气阀被构造成对空气的供应进行控制，所述空气的供应用于在第一空气压缩容器中压缩该空气并将压缩空气存储在第一空气存储容器中。

根据本发明的实施方式，第一能量存储分支还包括液压地联接到第一空气压缩容器的第一进水歧管。第一进水歧管被构造成将水供应到第一空气压缩容器。

根据本发明的实施方式，第一能量存储分支还包括布置在第一进水歧管中的第一上进水阀和第一下进水阀。第一上进水阀和第一下进水阀被构造成对将水供应到第一空气压缩容器中进行控制。

根据本发明的实施方式，第一能量存储分支还包括第一喷洒器歧管，该第一喷洒器歧管在第一喷洒器歧管的一个端部处联接到第一进水歧管，并在第一喷洒器歧管的另一端部处插入到第一空气压缩容器中，该第一喷洒器歧管被构造成使得第一空气压缩容器能够与水交换歧管液压连通。第一能量存储分支还包括：第一喷洒器喷嘴，该第一喷洒器喷嘴位于插入第一空气压缩容器中的端部处；以及第一喷洒器阀，该第一喷洒器阀被构造成对通过第一喷洒器喷嘴将水供应到第一空气压缩容器中进行控制。

同样，第二能量存储分支包括第二喷洒器歧管，该第二喷洒器歧管在第二喷洒器歧管的一个端部处联接到第二进水歧管，并且在第二喷洒器歧管的另一端部处插入到第二空气压缩容器中，该第二喷洒器歧管被构造成使得第二空气压缩容器能够与水交换歧管液压连通。第二能量存储分支还包括：第二喷洒器喷嘴，该第二喷洒器喷嘴位于插入第二压缩容器中的端部处；以及第二喷洒器阀，该第二喷洒器阀被构造成对通过第二喷洒器喷嘴将水供应到第二空气压缩容器中进行控制。

根据本发明的实施方式，第二能量存储分支包括第二空气压缩容器，该第二空气压缩容器被构造成收集水和来自大气的空气，并且将空气压缩到预定压力。第二能量存储分支还包括第二空气存储容器，该第二空气存储容器与第二空气压缩容器气动连通并且被构造成保存压缩空气。第二能量存储分支还包括第二压缩空气歧管，该第二压缩空气歧管气动地联接到第二空气压缩容器和第二空气存储容器，并且被构造成提供第二空气压缩容器与第二空气存储容器之间的气动连通。第二能量存储分支还包括气动地联接到压缩空气歧管的第二进气歧管。第二进气歧管被构造成提供来自大气的空气以在第二空气压缩容器中压缩并且利用压缩空气填充第二空气存储容器。

根据实施方式，第二能量存储分支还包括第二空气阀组件。第二空气阀组件包括第二空气存储阀，该第二空气存储阀布置在第二空气存储容器与第二进气歧管至第二压缩空气歧管的第二联接点之间的第二压缩空气歧管中。第二空气存储阀被构造成对压缩空气从第二空气压缩容器传送到第二空气存储容器进行控制。第二空气阀组件还包括第二压缩空气阀，该第二压缩空气阀布置在第二空气压缩容器与第二联接点之间的第二压缩空气歧管中。第二压缩空气阀被构造成对压缩空气从第二空气压缩容器传送到第二空气存储容器进行控制。第二空气阀组件还包括第二进气阀，该第二进气阀被构造成对空气的供应进行控制，所述空气的供应用于在第二空气压缩容器中压缩该空气并将压缩空气存储在第二空气存储容器中。

根据本发明的实施方式，第二能量存储分支还包括液压地联接到第二空气压缩容器的第二进水歧管。第二进水歧管被构造成将水供应到第二空气压缩容器。

根据本发明的实施方式，第二能量存储分支还包括布置在第二进水歧管中的第二上进水阀和第二下进水阀。该第二上进水阀和第二下进水阀被构造成对将水供应到第二空气压缩容器中进行控制。

根据本发明的实施方式，第一空气压缩容器和第二空气压缩容器以及第一空气存储容器和第二空气存储容器被安装在形成在地面中的对应钻孔中。钻孔中的第一空气存储容器和第二空气存储容器由对容器的壁与钻孔的壁之间的空间进行填充的压实的且热隔离的填充材料包围。

根据本发明的实施方式，能量存储子系统还包括水交换歧管，该水交换歧管在第一进水歧管的一个端部处液压地联接到第一能量存储分支的位于第一上进水阀与第一下进水阀之间的第一进水歧管，并且在第一进水歧管的另一端部处液压地联接到第二能量存储分支的位于第二上进水阀与第二下进水阀之间的第二进水歧管。能量存储子系统还包括布置在水交换歧管中的反向水泵。

根据本发明的实施方式，反向水泵是联接到电网并且由电力提供动力的电泵。反向水泵被构造成泵送水，以相应地在第一能量存储分支的第一空气压缩容器与第二能量存储分支的第二空气压缩容器之间进行交换。

根据本发明的实施方式，能量存储子系统还包括第一水交换阀，该第一水交换阀布置在第一空气压缩容器与反向水泵之间的水交换歧管中；以及第二水交换阀，该第二水交换阀布置在第二空气压缩容器与反向水泵之间的水交换歧管中。第一水交换阀和第二水交换阀被适配成对水在第一空气压缩容器与第二空气压缩容器之间的交换进行控制。

根据本发明的实施方式，第一空气存储容器和第二空气存储容器是由压缩空气交换歧管气动联接的。

根据本发明的实施方式，能量存储子系统还包括第一空气交换阀和第二空气交换阀。第一空气交换阀和第二空气交换阀被适配成对压缩空气在第一空气存储容器与第二空气存储容器之间的交换进行控制。

根据本发明的实施方式，用于能量存储和发电的系统包括：联接到压缩空气交换歧管的空气管道；以及联接到压缩空气交换歧管和空气管道的空气控制阀。空气控制阀被构造成按照如下方式调节从能量存储子系统的第一空气存储容器和第二空气存储容器释放的压缩气体的流量：在指定的时间段内维持穿过空气管道的压缩气体的期望的流出速率。

根据本发明的实施方式，用于能量存储和发电的系统包括控制系统，该控制系统联接到布置在空气管道中的空气控制阀，以调节穿过空气管道的压缩气体的流量。控制系统包括：电子控制器，该电子控制器联接到空气控制阀；以及气动流量计，该气动流量计布置在空气管道内并且在工作时联接到电子控制器。气动流量计被构造成产生表示空气管道内的空气流量的空气流量传感器信号。电子控制器响应于空气流量传感器信号并且被构造成控制空气控制阀的工作以调节从能量存储子系统的第一空气存储容器和第二空气存储容器释放的压缩气体的流量。

根据本发明的实施方式，发电子系统包括气动地联接到布置在空气管道中的空气控制阀的气升式泵送系统以及由该气升式泵送系统驱动的水力发电系统。

根据本发明的实施方式，气升式泵送系统包括：集水箱，该集水箱容纳收集的水；以及提升管(riser tube)，该提升管具有浸入收集的水中的基部。气升式泵送系统被构造成通过空气管道将压缩空气注入到提升管中，以在提升管内提供气泡。气泡产生了收集的水及气泡的上升流，以驱动水力发电系统。

根据本发明的实施方式，空气管道包括空气注入器，该空气注入器通过多个套管孔联接到提升管的基部。套管孔围绕提升管的周边按多个行和/或多个列均匀分布，以确保将空气均匀地馈送到提升管中。

根据本发明的实施方式，气升式泵送系统包括液压地联接到水力发电系统的返回管。返回管被构造成在包含返回水的流穿过水力发电系统之后将该流返回到集水箱中。

根据本发明的实施方式，集水箱包括循环开口，该循环开口联接到返回管，以接收穿过水力发电系统之后的返回水的流。

根据本发明的实施方式，水力发电系统包括空气释放出口。空气释放出口被构造成在高速水-空气流混合物用于旋转水力发电系统的涡轮机之后，从该高速水-空气流混合物释放气泡。

本发明的能量存储和发电系统具有现有技术的许多优点，而同时克服了通常与现有技术相关联的一些缺点。

本发明的用于能量存储和发电的系统使得能够通过提供用于发电的加压气体的被调节的供应来减轻与自然能量的不可靠间歇性供应相关联的问题。

本文公开的能量存储和发电系统的附加优点是，可以根据需要对该系统不断进行升级以调整大小，这对于长期能量存储和短期能量存储都是有效的。

本发明的用于能量存储和发电的系统仅需要最少量的移动部件。与其它能量存储和/或发电技术(诸如电池)不同，该系统具有较长的使用寿命，并且其性能不会随能量存储循环的次数而降低。此外，所利用的材料主要限于钢/混凝土。

因此，已经相当广泛地概述了本发明的更重要的特征，以可以更好地理解在下文中继续的其详细描述。本发明的附加细节和优点将在具体描述中阐述，并且部分地将从描述中理解，或者可以通过本发明的实践而获知。

附图说明

为了理解本发明并明白如何在实践中实施本发明，现在将参照附图仅通过非限制性示例的方式来描述实施方式，其中：

图1是根据本发明的一个实施方式的用于能量存储和发电的系统的总体示意图；

图2是根据本发明的实施方式的、图1的用于能量存储和发电的系统的示意性截面图；以及

图3是根据本发明的实施方式的、图2的能量存储和发电系统的水力发电系统的示意性截面图。

具体实施方式

参照附图和所附说明书，可以更好地理解根据本发明的用于能量存储和发电的系统的原理和操作。应当理解，这些附图仅出于例示目的给出，并且不意味着是限制性的。应该注意，出于清楚的目的，例示本发明的系统的各种示例的附图未按比例绘制，并且不成比例。应该注意，这些附图中的框以及其它要素仅旨在作为功能实体，使得示出实体之间的功能关系，而不是任何物理连接和/或物理关系。贯穿本发明的本说明书，相同的附图标记和字母字符用于标识在用于能量存储和发电的系统及其在附图中示出的部件中共有的那些部件。针对所选要素提供构造示例。本领域技术人员应当理解，所提供的示例中的许多示例具有可以利用的合适的另选方案。

参照图1，例示了根据本发明的一个实施方式的用于能量存储和发电的系统1的总体示意图。用于能量存储和发电的系统1包括：能量存储子系统10，该能量存储子系统10被构造成存储压缩空气形式的能量；以及发电子系统100，该发电子系统100联接到能量存储子系统10并且被构造成通过利用存储在能量存储子系统10中的压缩空气来产生电力。能量存储子系统10和发电子系统100联接到电网15。根据实施方式，存储在能量存储子系统10中的压缩空气的温度高于大气中的环境空气的温度。

参照图2，例示了根据本发明的一个实施方式的、图1的用于能量存储和发电的系统1的示意性截面图。

根据本发明的实施方式，用于能量存储和发电的系统1的能量存储子系统10包括两个相同的能量存储分支，诸如第一能量存储分支101a和第二能量存储分支101b。

第一能量存储分支101a包括第一空气压缩容器11a，该第一空气压缩容器11a被构造成收集水和来自大气的空气并且将空气压缩到预定压力。第一能量存储分支101a还包括第一空气存储容器12a，该第一空气存储容器12a与第一空气压缩容器11a气动地连通并且被构造成保存压缩空气。

同样，第二能量存储分支101b包括第二空气压缩容器11b，该第二空气压缩容器11b被构造成收集水和来自大气的空气并且将空气压缩到预定压力。第二能量存储分支101b还包括第二空气存储容器12b，该第二空气存储容器12b与第二空气压缩容器11b气动地连通并且被构造成保存压缩空气。

应当理解，当期望时，可以使用多个第一空气存储容器12a和多个第二空气存储容器12b来实现压缩空气容积的增加。该附加容积还可以承受由于第一空气压缩容器11a和第二空气压缩容器11b的填充状态(state-of-charge)的改变而产生的压力瞬变。

各种类型的空气压缩容器和空气存储容器可以用于存储压缩气体的目的。第一空气压缩容器11a和第二空气压缩容器11b以及空气存储容器12a、12b可以例如被构造在地面上和/或地下。然而，当需要大的容积时，在地面上建造的容器在经济上可能不可行。此外，当在地面上建造容器时，该容器需要高级别的维护并且必须遵守许多安全规定。

根据本发明的实施方式，第一空气压缩容器11a和第二空气压缩容器11b以及第一空气存储容器12a和第二空气存储容器12b被安装在形成在地面13中的对应钻孔中。在地下建造空气压缩容器11a、11b和空气存储容器12a、12b可以促进该地下构造所位于的区域中的地面的高效使用，并保护场地外观。

根据实施方式，钻孔中的第一空气存储容器12a和第二空气存储容器12b以及第一压缩容器11a和第二压缩容器11b由对容器的壁与钻孔的壁之间的空间进行填充的压实的且热隔离的填充材料1040包围。应当理解，当第一空气存储容器12a和第二空气存储容器12b与第一压缩容器11a和第二压缩容器11b热隔离时，它们可以将第一空气压缩容器11a和第二空气压缩容器11b中的空气压缩期间积聚的热量保持相对较长的时间。

钻孔的整个深度主要由土壤特性以及由压缩在第一压缩容器11a和第二压缩容器11b中并且然后存储在第一空气存储容器12a和第二空气存储容器12b中的压缩空气压力的期望大小的最大值来确定。具体地，钻孔的深度是这样的，即，这些容器位于地下相对较深的位置处以由于围绕容器的填充材料的阻力而被锚固。

与第一空气压缩容器11a连通的第一空气存储容器12a和与第二空气压缩容器11b连通的第二空气存储容器12b内的气压应足以驱动发电子系统100。例如，第一空气存储容器12a和第二空气存储容器12b内的气压可以在约10巴至500巴的范围内。

应当理解，通常，第一空气存储容器12a和第二空气存储容器12b以及第一空气压缩容器11a和第二空气压缩容器11b可以具有任何期望形状，并且可以由适于经受壁上的由容器内部气液压导致的应变的合适的金属、塑料或复合材料制成。

例如，国际专利申请公开WO2018/092122A1中描述了适合用于第一空气压缩容器11a和第二空气压缩容器11b以及用于第一空气存储容器12a和第二空气存储容器12b的容器。

根据本发明的实施方式，能量存储子系统10的第一能量存储分支101a包括气动地联接到第一空气压缩容器11a和第一空气存储容器12a的第一压缩空气歧管16a。同样，第二能量存储分支101b包括气动地联接到第二空气压缩容器11b和第二空气存储容器12b的第二压缩空气歧管16b。第一压缩空气歧管16a和第二压缩空气歧管16b被构造成相应地提供第一空气压缩容器11a与第一空气存储容器12a以及第二空气压缩容器11b与第二空气存储容器12b之间的气动连通。

根据本发明的实施方式，第一能量存储分支101a包括气动地联接到第一压缩空气歧管16a的第一进气歧管17a，而第二能量存储分支101b包括气动地联接到第二压缩空气歧管16b的第二进气歧管17b。第一进气歧管17a和第二进气歧管17b被适配成提供来自大气的空气，以便相应地在第一空气压缩容器11a和第二空气压缩容器11b中压缩空气，并利用压缩空气填充第一空气存储容器12a和第二空气存储容器12b。

根据本发明的实施方式，第一能量存储分支101a包括第一空气阀组件104a，而第二能量存储分支101b包括第二空气阀组件104b。

根据本发明的实施方式，第一空气阀组件104a包括第一空气存储阀1041a，该第一空气存储阀1041a布置在第一空气存储容器12a与第一进气歧管17a至第一压缩空气歧管16a的第一联接点190a之间的第一压缩空气歧管16a中。第一空气阀组件104a还包括第一压缩空气阀1042a，该第一压缩空气阀1042a布置在第一空气压缩容器11a与第一联接点190a之间的第一压缩空气歧管16a中。第一空气存储阀1041a和第一压缩空气阀1042a被设置成对压缩空气从第一空气压缩容器11a到第一空气存储容器12a的传送进行控制。

第一空气阀组件104a还包括被构造成控制空气的供应的第一进气阀1043a。供应空气，以在第一空气压缩容器11a中压缩空气并且将压缩空气存储在第一空气存储容器12a中。

同样，第二空气阀组件104b包括第二空气存储阀1041b，该第二空气存储阀1041b布置在第二空气存储容器12b与第二进气歧管17b至第二压缩空气歧管16b的第二联接点190b之间的第二压缩空气歧管16b中。第二空气阀组件104b还包括第二压缩空气阀1042b，该第二压缩空气阀1042b布置在第二空气压缩容器11b与第二联接点19b之间的第二压缩空气歧管16b中。第二空气存储阀1041b和第二压缩空气阀1042b被设置成对压缩空气从第二空气压缩容器11b到第二空气存储容器12b的传送进行控制。

第二空气阀组件104b还包括被构造成控制空气的供应的第二进气阀1043b。供应空气，以在第二空气压缩容器11b中压缩空气并且将压缩空气存储在第二空气存储容器12b中。

根据本发明的实施方式，能量存储子系统10的第一能量存储分支101a还包括液压地联接到第一空气压缩容器11a的第一进水歧管19a。第一进水歧管19a被构造成将水供应到第一空气压缩容器11a。同样，能量存储子系统10可以包括第二进水歧管19b，该第二进水歧管19b可以布置在第二能量存储分支101b中。第二进水歧管19b可以液压地联接到第二空气压缩容器11b，并且被构造成向第二空气压缩容器11b提供水。

根据本发明的实施方式，第一能量存储分支101a还包括第一上进水阀191a和第一下进水阀195a，该第一上进水阀191a和第一下进水阀195a均布置在第一进水歧管19a中并且被构造成对将水供应到第一空气压缩容器11a中进行控制。同样，第二能量存储分支101b包括第二上进水阀191b和第二下进水阀195b，该第二上进水阀191b和第二下进水阀195b均布置在第二进水歧管19b中并且被构造成对将水供应到第二空气压缩容器11b中进行控制。

可以使用一个或更多个水压缩机(未示出)来用水预填充第一空气压缩容器11a或第二空气压缩容器11b，所述一个或更多个水压缩机可以是子系统10的一部分或者是单独的单元。

当需要时，子系统10还可以包括一个或几个安全阀(未示出)，当第一空气压缩容器11a和/或第二空气压缩容器11b中的压力达到危险级别时，所述一个或几个安全阀可以自动打开。

根据本发明的实施方式，用于能量存储和发电的系统1包括水交换歧管102，该水交换歧管102在该水交换歧管102的一个端部处液压地联接到第一上进水阀与第一下进水阀之间的第一进水歧管19a，并且在该水交换歧管102的另一端部处联接到第二上进水阀与第二下进水阀之间的第二进水歧管19b。

根据本发明的实施方式，第一能量存储分支101a还可以包括第一喷洒器歧管194a，该第一喷洒器歧管194a在该第一喷洒器歧管194a的一个端部处联接到第一进水歧管19a，并且在该第一喷洒器歧管194a的另一端部处插入到第一空气压缩容器11a中。第一喷洒器歧管194a被构造成使得第一空气压缩容器11a能够与水交换歧管102液压连通。第一喷洒器歧管194a在插入第一压缩容器11a中的端部处配备有第一喷洒器喷嘴192a。第一喷洒器歧管194a还配备有第一喷洒器阀193a，该第一喷洒器阀193a被构造成对通过第一喷洒器喷嘴192a将水供应到第一空气压缩容器11a中进行控制。

同样地，第二能量存储分支101b还可以包括第二喷洒器歧管194b，该第二喷洒器歧管194b在该第二喷洒器歧管194b的一个端部处联接到第二进水歧管19b，并且在另一端部处插入到第二空气压缩容器11b中。第二喷洒器歧管194b被构造成使得第二空气压缩容器11b能够与水交换歧管102液压连通。第二喷洒器歧管194b在插入第二空气压缩容器11b中的端部处配备有第二喷洒器喷嘴192b。第二喷洒器歧管194b还配备有第二喷洒器阀193b，该第二喷洒器阀193b被构造成对通过第二喷洒器喷嘴192b将水供应到第二空气压缩容器11b中进行控制。

根据本发明的实施方式，能量存储子系统10还包括布置在水交换歧管102中的反向水泵103。根据一个实施方式，反向水泵103是联接到电网15并且由电力提供动力的电泵。反向水泵103被构造成泵送水以相应地在第一能量存储分支101a的第一空气压缩容器11a与第二能量存储分支101b的第二空气压缩容器11b之间进行交换。

为了对水在第一空气压缩容器11a与第二空气压缩容器11b之间的交换进行控制，能量存储子系统10包括第一水交换阀105a和第二水交换阀105b。第一水交换阀105a布置在第一联接点190a与反向水泵103之间的水交换歧管102中，而第二水交换阀105b布置在第二联接点190b与反向水泵103之间的水交换歧管102中。

根据本发明的实施方式，第一空气存储容器12a和第二空气存储容器12b可以通过压缩空气交换歧管106气动地联接。为了对压缩空气在第一空气存储容器12a与第二空气存储容器12b之间的交换进行控制，能量存储子系统10包括第一空气交换阀107a和第二空气交换阀107b。

能量存储子系统10的工作从用水预填充第一空气压缩容器11a或第二空气压缩容器11b开始。

为了预填充第一空气压缩容器11a，必须打开布置在第一能量存储分支101a的第一进水歧管19a中的第一上进水阀191a和第一下进水阀195a，以使得水能够进入第一空气压缩容器11a。进而，还打开第一压缩空气阀1042a和第一进气阀1043a，以使得在用水预填充期间空气能够从第一空气压缩容器11a排出。必须关闭第一空气存储阀1041a、第一水交换阀105a和第一空气交换阀107a，以避免水从第一空气压缩容器11a排出。当期望时，可以通过第一喷洒器歧管194a另外供应水。在这种情况下，也应该打开第一喷洒器阀193a。

应当理解，能量存储子系统10的工作可以从用水预填充第二空气压缩容器11b开始，在细节上可以作必要修改。

在用水填充满第一空气压缩容器11a后，关闭第一上进水阀191a和第一喷洒器阀193a，而打开着布置在第一进水歧管19a中的第一下进水阀195a，以提供来自第一空气压缩容器11a的水的入口。此外，关闭布置在第二进水歧管19b中的第二上进水阀191b和第二下进水阀195b，而打开第一进气阀1043a和第一压缩空气阀1042a，以提供空气进入第一空气压缩容器11a的入口。进而，打开第二喷洒器阀193b，以提供水进入第一进水歧管19a的入口。还关闭布置在第二能量存储分支101b的第二压缩空气歧管16b中的第二压缩空气阀1042b。

然后，关闭第一喷洒器阀193a、第二空气存储阀1041b和第二压缩空气阀1042b，同时打开布置在水交换歧管102中的第一水交换阀105a和第二水交换阀105b。然后，启用反向水泵103以将水从第一能量存储分支101a的第一空气压缩容器11a泵送到第二能量存储分支101b的第二空气压缩容器11b中。在泵送期间，水流过第二喷洒器歧管194b，并通过第二喷洒器喷嘴192b喷射。因此，水被积聚在第二空气压缩容器11b中，而位于第二空气压缩容器11b中的空气被压缩。

应当注意，由于压缩，第二空气压缩容器11b中的空气的温度可以升高到第二空气压缩容器11b中的原始空气温度的温度之上。由于空气的压缩处理而生成的内热还由于与被喷射的水进行热交换而传递到水。实际上，由于空气与从第二喷洒器喷嘴192b喷射的水滴之间的连续接触，所以可以在水与空气之间交换热。

当第二空气压缩容器11b中的气压达到预定值(例如，10巴至60巴)时，打开布置在第二压缩空气歧管16b中的第二空气存储阀1041b和第二压缩空气阀1042b，以使得压缩空气由于第二空气压缩容器11b与第二空气存储容器12b之间的气压差能够从第二空气压缩容器11b传送到第二空气存储容器12b中。关闭第二进气阀1043b，以避免空气在空气传送期间从第二压缩空气歧管16b排出。

当第二空气压缩容器11b根据期望填充有水，并且所有压缩空气都从第二空气压缩容器11b传递到第二空气存储容器12b时，停用反向水泵103，并且关闭第二水交换阀105b。然后，关闭第二空气存储阀1041b，而打开第二压缩空气阀1042b和第二进气阀1043b，以实现从大气到空气压缩容器11b的进气流。

此外，关闭布置在第一进水歧管19a中的第一下进水阀195a，而打开布置在水交换歧管102中的第一水交换阀105a和第二水交换阀105b，并且在相反方向上启用反向水泵103，以将水从第二能量存储分支101b的第二空气压缩容器11b泵送到第一能量存储分支101a的第一空气压缩容器11a中。在泵送期间，水流过第一喷洒器歧管194a，并通过第一喷洒器喷嘴192a喷射。因此，水被积聚在第一空气压缩容器11a中，而位于第一空气压缩容器11a中的空气被压缩。

当第一空气压缩容器11a中的气压达到预定值(例如，10巴至60巴)时，打开布置在第一压缩空气歧管16a中的第一空气存储阀1041a和第一压缩空气阀1042a，以使得压缩空气由于第一空气压缩容器11a与第一空气存储容器12a之间的压差能够从第一空气压缩容器11a传送到第一空气存储容器12a中。关闭第一进气阀1043a，以避免空气在空气传送期间从第一压缩空气歧管16a排出。

当第二空气压缩容器11b根据期望填充有水，并且所有压缩空气都从第一空气压缩容器11a传递到第一空气存储容器12a时，停用反向水泵103，并且关闭第一水交换阀105a。

然后，关闭第一空气存储阀1041a。

如上所述，由于压缩，第一空气压缩容器11a中的空气的温度可以升高到第一空气压缩容器11a中的原始空气温度的温度之上。由于空气的压缩处理而生成的内热还由于与被喷射的水进行热交换而传递到水。实际上，由于空气与从第二喷洒器喷嘴192b喷射的水滴之间的连续接触，所以可以在水与空气之间交换热。

这种压缩处理可以重复所需要的次数，以在第一空气存储容器12a和第二空气存储容器12b中达到期望气压。

应当理解，在压缩处理结束时，第一空气压缩容器11a和第二空气压缩容器11b中的水的温度以及第一空气存储容器12a和第二空气存储容器12b中的空气的温度高于大气中的外部空气的温度。因此，当第一空气存储容器12a和第二空气存储容器12b以及第一空气压缩容器11a和第二空气压缩容器11b与环境热隔离时，压缩空气和水的升高的温度可以维持相对较长的时间。

根据本发明的实施方式，用于能量存储和发电的系统1使用能量存储子系统10的第一空气存储容器12a和/或第二空气存储容器12b的压缩气体来通过发电子系统100产生电力。

根据实施方式，用于能量存储和发电的系统1包括空气管道108和空气控制阀109。空气控制阀109联接到空气管道108和压缩空气交换歧管106，并且被构造成调节从第一空气存储容器12a和第二空气存储容器12b释放的、穿过压缩空气交换歧管106进入空气管道108中的压缩气体的流量。调节是这样的，即，在指定的时间段内维持穿过空气管道108的压缩气体的期望的流出速率。

在工作中，可以将穿过空气管道108传递的压缩气体供应给发电子系统100。

根据本发明的实施方式，发电子系统100包括气升式泵送系统(airlift pumpingsystem)110和由气升式泵送系统110驱动的水力发电系统117。

根据本发明的实施方式，气升式泵送系统110包括布置在地下的集水箱111。集水箱111容纳将被泵送的收集的水112。应当理解，收集的水112可以从任何水源通过集水歧管120泵送到集水箱111中。收集的水112的供应可以由布置在集水歧管120中的集水阀121控制。

在期望时，积聚在空气压缩容器11a和11b中的水也可以用作收集的水112。在这种情况下，在空气压缩处理结束之后，积聚在空气压缩容器11a和11b中的水可以通过集水歧管120泵送到集水箱111中，在细节上可以作必要修改。

根据本发明的实施方式，气升式泵送系统110还包括提升管113，该提升管113部分地浸入水112中。压缩空气通过配备有空气注入器115的空气管道108在提升管113的基部114处注入，以在提升管113内提供气泡，该气泡产生水以及气泡的上升流。

根据实施方式，空气注入器115通过多个套管孔116联接到提升管113的基部114，该多个套管孔116绕所述管周边按多个行和/或多个列均匀分布，以确保将空气均匀地馈送到提升管113。在工作中，由空气管道108供应的压缩空气通过套管孔116进入提升管113，从而形成气泡，该气泡使提升管113内的水沿向上方向移动。

根据实施方式，水力发电系统117包括空气释放出口119，从气泡释放的空气通过该空气释放出口119排出到大气中。

根据实施方式，气升式泵送系统包括液压地联接到水力发电系统117的返回管1130。返回管1130被构造成在包含返回水1131的流穿过水力发电系统117之后使该流返回。不具有气泡的返回水1131的流在通过水力发电系统117之后返回到集水箱111。返回水的流通过布置在集水箱111的壁处的循环开口118返回到集水箱111。

如上所述，能量存储子系统10的反向水泵103是联接到电网15并且由电力提供动力的电泵。在工作中，反向水泵103泵送水，以相应地在第一能量存储分支101a的第一空气压缩容器11a与第二能量存储分支101b的第二空气压缩容器11b之间进行交换，以便压缩空气并将压缩空气存储在第一空气存储容器12a和第二空气存储容器12b中。

离开空气存储子系统10的压缩空气可以通过管道108以期望压力可控地供应，以驱动布置在提升管113内的水力发电系统117。

参照图3，例示了根据本发明的实施方式的能量存储和发电系统的水力发电系统117的示意性截面图。水力发电系统117包括壳体31，该壳体31包括顶部32处的空气释放出口119，从气泡释放的空气通过该空气释放出口119排出到大气中。水力发电系统117包括安装在壳体31中的水轮机33。水轮机33具有配备有涡轮机叶片35的涡轮机卷轴(turbinereel)34。通过作用在涡轮机叶片35上的水和气泡的流来驱动水轮机33。水流是通过气升而生成的并由提升管113提供。水积聚在壳体31的底部36处，并且然后通过联接到底部36的返回管1130返回到集水箱(图2中的111)。

水力发电系统117还包括联接到水轮机33的发电机(未示出)。该发电机连接到电网(图2中的15)，并且被构造成生成输出电力并将其提供给电网。

根据本发明的实施方式，电网15中的过量电能可以再次转换成气动能量，并因此通过空气压缩被存储在能量存储子系统10中。气动能量然后可以通过水力发电系统117转换回电力并馈送到电网中等。

应当注意，气升式泵送系统110的性能取决于许多重要参数。

这些参数可以分类成两种类型：设计参数和工作参数。设计参数尤其包括气升式泵送系统110的构造，例如，提升管113的直径和高度以及其它几何特征。工作参数尤其包括气升式泵送系统110中的浸没率和气体流速。

发明人发现，压缩气体的温度也会影响气升式泵送系统110的性能。具体地，压缩气体的温度越高，提升管113中的水以及气泡的上升流的流速就越大。

这些设计参数和工作参数影响气升式系统中发生的几种现象，诸如气泡的大小和形状、气体流态、压降、气含率和液体流速。

如本领域技术人员可以理解的，在压缩期间，空气温度升高。因此，存储在能量存储子系统10的第一空气存储容器12a和第二空气存储容器12b中的压缩空气以及压缩容器11a和11b内部的水的温度高于大气中的环境空气的温度。当第一空气存储容器12a和第二空气存储容器12b以及压缩容器11a和11b与环境热隔离时，压缩空气和水的升高的温度可以维持相对较长的时间。能量存储和发电系统1通过存储由空气压缩处理而生成的热量然后稍后通过发电处理回收该热量，有利地利用该特征以增强发电子系统100的性能。

根据本发明的一些实施方式，用于能量存储和发电的系统1包括通常由附图标记18指示的控制系统。控制系统18尤其联接到布置在空气管道108中的空气控制阀109，以按照在指定的时间段内维持穿过空气管道108的压缩气体的期望的流出速率的方式调节从能量存储子系统10的第一空气存储容器12a和第二空气存储容器12b释放的压缩气体的流量。

控制系统18是计算机系统，该计算机系统通常可以包括但不限于流量计、传感器、致动器、监测装置以及其它类似或合适的装置。每一者都可以是市售部件。控制系统18还包括电子控制器(未示出)，该电子控制器利用存储在计算机可读介质(未示出)中的软件模型编程，并且被构造成控制能量存储和发电系统1的操作。

为了测量第一空气存储容器12a和第二空气存储容器12b内以及第一空气压缩容器11a和第二空气压缩容器11b的未被水占据的容积内的空气的压力，控制系统可以包括一个或更多个气动压力传感器(未示出)，该一个或更多个气动压力传感器可以工作为在系统的整个工作中产生气压传感器信号。同样，控制系统可以包括一个或更多个液压压力传感器(未示出)，该一个或更多个液压压力传感器可以工作为在系统的整个工作中产生液压压力传感器信号。气动压力传感器和液压压力传感器的位置取决于系统的特定构造。例如，气动压力传感器可以布置在第一空气存储容器12a和第二空气存储容器12b中。进而，液压压力传感器可以布置在被水占据的第一空气压缩容器11a和第二空气压缩容器11b内。当需要时，控制系统18可以警告操作者任何有害的压降。气体压力传感器信号和液压压力传感器信号可以经由有线连接或无线地中继到控制系统18。

根据一些实施方式，控制系统18包括布置在集水箱111内部的上水位传感器(未示出)。上水位传感器被构造成产生水位信号，以确保集水箱111内部的水位在预定水位极限范围内。

根据一些实施方式，控制系统18可以包括一个或更多个气动压力传感器。例如，气动压力传感器P可以布置在空气管道108内，并测量穿过空气管道108的空气的压力。控制系统18的电子控制器可以在工作时联接到气动压力传感器、液压压力传感器和水位传感器，以可控地压缩空气。电子控制器尤其可以分别响应于气压传感器信号、液压压力传感器信号、水位信号以及空气和水流量传感器信号，控制能量存储子系统10的工作。

为了提供对流速的调节，控制系统18可以包括一个或更多个液压流量计和气动流量计(未示出)。例如，气动流量计AF可以布置在空气管道108内，以产生表示空气管道108内的空气流量的空气流量传感器信号。控制系统18的电子控制器联接到空气控制阀109。气动流量计AF在工作时联接到电子控制器。气动流量计AF被构造成产生表示空气管道108内的空气流量的空气流量传感器信号。电子控制器可以响应于空气流量传感器信号并且被构造成生成控制信号，以尤其控制气动控制阀109的操作，以便调节从能量存储子系统10的第一空气存储容器12a和第二空气存储容器12b释放的压缩气体的流量，以提供驱动气升式泵送系统110所需的压缩空气的可控排放。

根据本发明的实施方式，液压流量计(未示出)可以布置在气升式泵送系统110的提升管113内，以产生表示提升管113内的水流量的水流量传感器信号。液压流量计联接到控制系统的电子控制器，该电子控制器尤其响应于水流量传感器信号并用于控制水力发电系统117的工作。

取决于发电子系统10的功率属性(输入可用性和输出需求)，可以在系统的工作期间通过电子控制器指定和维持期望的空气流速。空气控制阀109确保加压空气的稳定供应，以在规定的时段内产生恒定的电力输出，因此克服了在向电网馈送电力时传统技术遇到的某些技术问题。

根据一些实施方式，控制系统18的电子控制器还可以在工作时联接到第一空气存储阀1041a和第二空气存储阀1041b以及第一压缩空气阀1042a和第二压缩空气阀1042b，以相应地控制压缩空气从第一空气压缩容器11a到第一空气存储容器12a以及从第二空气压缩容器11b到第二空气存储容器12b的传送。同样，控制系统18也可以在工作时联接到第一进气阀1043a和第二进气阀1043b，以相应地控制用于第一空气压缩容器11a和第二空气压缩容器11b中的压缩的空气的供应。

根据一些实施方式，控制系统18的电子控制器还可以在工作时联接到第一上进水阀191a和第二上进水阀191b、第一下进水阀195a和第二下进水阀195b以及第一水交换阀105a和第二水交换阀105b；以及反向水泵103，以如上所述地调节第一能量存储分支101a的第一空气压缩容器11a与第二能量存储分支101b的第二空气压缩容器11b之间的水交换。

此外，应当理解，本文中采用的措辞和术语是出于描述的目的并且不应该被认为是限制性的。

最后，应当注意，贯穿所附权利要求所使用的用语“包括”应被解释成意味着“包括但不限于”。

因此，重要的是，本发明的范围不被解释成受本文所阐述的例示性实施方式的限制。在所附权利要求中限定的本发明的范围内，其它变型是可能的。可以通过本申请中的本权利要求的修改或相关申请中的新权利要求的提出来要求保护特征、功能、要素和/或性质的其它组合和子组合。无论这些修改的或新的权利要求是针对不同组合还是针对相同组合、无论是与原始权利要求的范围不同、更宽、更窄还是相同，这些修改的或新的权利要求也被认为包括在本说明书的主题内。

Claims (18)

1.一种用于能量存储和发电的系统，所述系统包括：

能量存储子系统，所述能量存储子系统被构造成存储压缩空气形式的能量，其中，所述压缩空气在存储期间的温度高于大气中的环境空气的温度；以及

发电子系统，所述发电子系统联接到所述能量存储子系统，并且被构造成通过利用以高于大气中的环境空气的温度的温度存储在所述能量存储子系统中的所述压缩空气来产生电力，

其中，所述能量存储子系统包括：

第一能量存储分支和第二能量存储分支，

所述第一能量存储分支包括：

第一空气压缩容器，所述第一空气压缩容器被构造成收集水和来自所述大气的空气并且将所述空气压缩到预定压力；

第一空气存储容器，所述第一空气存储容器与所述第一空气压缩容器气动地连通，并且被构造成保存压缩空气；

第一压缩空气歧管，所述第一压缩空气歧管气动地联接到所述第一空气压缩容器和所述第一空气存储容器，并且被构造成提供所述第一空气压缩容器与所述第一空气存储容器之间的气动连通；

第一进气歧管，所述第一进气歧管气动地联接到所述第一压缩空气歧管，并且被构造成提供来自所述大气的空气，以在所述第一空气压缩容器中压缩所述空气，并利用所述压缩空气填充所述第一空气存储容器；

第一空气阀组件，所述第一空气阀组件包括：

第一空气存储阀，所述第一空气存储阀布置在所述第一空气存储容器与所述第一进气歧管至所述第一压缩空气歧管的第一联接点之间的所述第一压缩空气歧管中，并且被构造成对所述压缩空气从所述第一空气压缩容器到所述第一空气存储容器的传送进行控制；

第一压缩空气阀，所述第一压缩空气阀布置在所述第一空气压缩容器与所述第一联接点之间的所述第一压缩空气歧管中，并且被构造成对所述压缩空气从所述第一空气压缩容器到所述第一空气存储容器的传送进行控制；以及

第一进气阀，所述第一进气阀被构造成对空气的供应进行控制，以在所述第一空气压缩容器中压缩所述空气并将所述压缩空气存储在所述第一空气存储容器中；

第一进水歧管，所述第一进水歧管液压地联接到所述第一空气压缩容器，并且被构造成将水供应到所述第一空气压缩容器；

第一上进水阀和第一下进水阀，所述第一上进水阀和所述第一下进水阀布置在所述第一进水歧管中，并且被构造成对将水供应到所述第一空气压缩容器中进行控制；

所述第二能量存储分支包括：

第二空气压缩容器，所述第二空气压缩容器被构造成收集水和来自所述大气的空气并且将所述空气压缩到预定压力；

第二空气存储容器，所述第二空气存储容器与所述第二空气压缩容器气动地连通，并且被构造成保存压缩空气；

第二压缩空气歧管，所述第二压缩空气歧管气动地联接到所述第二空气压缩容器和所述第二空气存储容器，并且被构造成提供所述第二空气压缩容器与所述第二空气存储容器之间的气动连通；

第二进气歧管，所述第二进气歧管气动地联接到所述第二压缩空气歧管，并且被构造成提供来自所述大气的空气，以在所述第二空气压缩容器中压缩所述空气，并利用所述压缩空气填充所述第二空气存储容器，

第二空气阀组件，所述第二空气阀组件包括：

第二空气存储阀，所述第二空气存储阀布置在所述第二空气存储容器与所述第二进气歧管至所述第二压缩空气歧管的第二联接点之间的所述第二压缩空气歧管中，并且被构造成对所述压缩空气从所述第二空气压缩容器到所述第二空气存储容器的传送进行控制；

第二压缩空气阀，所述第二压缩空气阀布置在所述第二空气压缩容器与所述第二联接点之间的所述第二压缩空气歧管中，并且被构造成对所述压缩空气从所述第二空气压缩容器到所述第二空气存储容器的传送进行控制；以及

第二进气阀，所述第二进气阀被构造成对空气的供应进行控制，以在所述第二空气压缩容器中压缩所述空气并将所述压缩空气存储在所述第二空气存储容器中；

第二进水歧管，所述第二进水歧管液压地联接到所述第二空气压缩容器，并且被构造成将水供应到所述第二空气压缩容器；

第二上进水阀和第二下进水阀，所述第二上进水阀和所述第二下进水阀布置在所述第二进水歧管中并且被构造成对将水供应到所述第二空气压缩容器中进行控制。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一空气压缩容器和所述第二空气压缩容器以及所述第一空气存储容器和所述第二空气存储容器被布置在形成在地面中的对应钻孔中。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述钻孔中的所述第一空气存储容器和所述第二空气存储容器以及所述第一空气压缩容器和所述第二空气压缩容器由对这些容器的壁与所述钻孔的壁之间的空间进行填充的压实的且热隔离的填充材料包围。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述能量存储子系统包括：

水交换歧管，所述水交换歧管在所述第一进水歧管的一个端部处液压地联接到所述第一能量存储分支的在所述第一上进水阀与所述第一下进水阀之间的所述第一进水歧管，并且在所述第一进水歧管的另一端部处液压地联接到所述第二能量存储分支的在所述第二上进水阀与所述第二下进水阀之间的所述第二进水歧管；以及

反向水泵，所述反向水泵布置在所述水交换歧管中。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述反向水泵是联接到电网并且由电力提供动力的电泵，所述反向水泵被构造成泵送水，以相应地在所述第一能量存储分支的所述第一空气压缩容器与所述第二能量存储分支的所述第二空气压缩容器之间进行交换。

6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述第一能量存储分支还包括：

第一喷洒器歧管，所述第一喷洒器歧管在第一喷洒器歧管的一个端部处联接到所述第一进水歧管，并且在第一喷洒器歧管的另一端部处插入所述第一空气压缩容器中，所述第一喷洒器歧管被构造成使得所述第一空气压缩容器能够与所述水交换歧管液压连通；

第一喷洒器喷嘴，所述第一喷洒器喷嘴位于插入所述第一空气压缩容器中的所述端部处，以及

第一喷洒器阀，所述第一喷洒器阀被构造成对通过所述第一喷洒器喷嘴将水供应到所述第一空气压缩容器中进行控制。

7.根据权利要求4所述的系统，其中，所述第二能量存储分支包括：

第二喷洒器歧管，所述第二喷洒器歧管在第二喷洒器歧管的一个端部处联接到所述第二进水歧管，并且在第二喷洒器歧管的另一端部处插入所述第二空气压缩容器中，所述第二喷洒器歧管被构造成使得所述第二空气压缩容器能够与所述水交换歧管液压连通；

第二喷洒器喷嘴，所述第二喷洒器喷嘴位于插入所述第二空气压缩容器中的所述端部处；以及

第二喷洒器阀，所述第二喷洒器阀被构造成对通过所述第二喷洒器喷嘴将水供应到所述第二空气压缩容器进行控制。

8.根据权利要求4所述的系统，其中，所述能量存储子系统包括：

第一水交换阀，所述第一水交换阀布置在所述第一进气歧管至所述第一压缩空气歧管的所述第一联接点与所述反向水泵之间的所述水交换歧管中；以及

第二水交换阀，所述第二水交换阀布置在所述第二联接点与所述反向水泵之间的所述水交换歧管中；

所述第一水交换阀和所述第二水交换阀被适配成对水在所述第一空气压缩容器与所述第二空气压缩容器之间的交换进行控制。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述第一空气存储容器和所述第二空气存储容器是通过压缩空气交换歧管气动联接的。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述能量存储子系统包括第一空气交换阀和第二空气交换阀，所述第一空气交换阀和所述第二空气交换阀被适配成对压缩空气在所述第一空气存储容器与所述第二空气存储容器之间的交换进行控制。

11.根据权利要求10所述的系统，所述系统包括空气管道和空气控制阀，所述空气控制阀联接到所述压缩空气交换歧管和所述空气管道，所述空气控制阀被构造成按照在指定的时间段内维持穿过所述空气管道的所述压缩空气的期望的流出速率的方式调节从所述能量存储子系统的所述第一空气存储容器和所述第二空气存储容器释放的所述压缩空气的流量。

12.根据权利要求11所述的系统，所述系统包括控制系统，所述控制系统联接到布置在所述空气管道中的所述空气控制阀，以调节穿过所述空气管道的所述压缩空气的所述流量。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述控制系统包括：电子控制器，所述电子控制器联接到所述空气控制阀；以及气动流量计，所述气动流量计布置在所述空气管道内并且在工作时联接到所述电子控制器；

所述气动流量计被构造成产生表示所述空气管道内的空气流量的空气流量传感器信号；

所述电子控制器响应于空气流量传感器信号并且被构造成对所述空气控制阀的工作进行控制，以调节从所述能量存储子系统的所述第一空气存储容器和所述第二空气存储容器释放的所述压缩空气的所述流量。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述发电子系统包括：

气升式泵送系统，所述气升式泵送系统气动地联接到布置在所述空气管道中的所述空气控制阀；以及

水力发电系统，所述水力发电系统由所述气升式泵送系统驱动。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述气升式泵送系统包括：

集水箱，所述集水箱容纳收集的水；

具有基部的提升管，所述基部浸入所述收集的水中，并且被构造成通过所述空气管道将所述压缩空气注入到所述提升管中，以在所述提升管内提供气泡，所述气泡产生所述收集的水以及所述气泡的上升流，以驱动所述水力发电系统。

16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述空气管道包括空气注入器，所述空气注入器通过多个套管孔联接到所述提升管的所述基部，所述多个套管孔围绕所述提升管的周边按多个行和/或多个列均匀分布，以确保将所述空气均匀地馈送到所述提升管。

17.根据权利要求15所述的系统，其中，所述气升式泵送系统包括返回管，所述返回管液压地联接到所述水力发电系统，并且被构造成在包含返回水的流穿过所述水力发电系统之后将该流返回到所述集水箱中。

18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述集水箱包括循环开口，所述循环开口联接到所述返回管，以接收穿过所述水力发电系统之后的所述收集的水以及所述气泡的所述流。

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