CN117716125A - 改进的电力产生和蓄积系统 - Google Patents

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Abstract

一种电力产生和蓄积系统包括处于稳定压力的用于空气或气体的罐(9)，该罐设置有用于将加压的空气或气体供给到多于一个加压辅助罐(12a、12b、12c)的导管(11)，加压辅助罐中的第一加压辅助罐填充有液体。本发明的系统设置有多于一个水力涡轮机(18a、18b、18c)，该水力涡轮机根据在与其相关联的相应的辅助罐(12a、12b、12c)内的压力进行校准。与现有技术的用于电力的蓄积和产生的系统相比，根据本发明的系统提供了以下的重要优点，即增加电力生产的效率，以及包括配备有控制面板(3b)和自调节电气系统的装置，自调节电气系统将向系统供应生产过剩废物，用于将生产过剩废物转化为另一种形式的能量，所述另一种形式的能量能够在生产不足周期期间被再利用或者用于其他目的，该系统设置有交换计量器和远程控制(例如，由电网操作员或其他人员管理的控制)。被转化为另一种形式的生产过剩废物可以被再利用，以用于氢气的生产(将电力转化为化学能、氢气或其他形式)，从而提高其效率。

Description

改进的电力产生和蓄积系统
发明背景
本发明涉及一种改进的用于电力的产生和蓄积(accumulation)的系统。
众所周知，通过不连续地产生电力的可再生源(诸如光伏板、风力涡轮机及类似物)来产生电力需要电力储存或蓄积系统，使得在不产生电力时也可以使用电力。
电力的蓄积目前主要借助于电池或其他类似的系统(基本上是诸如飞轮的实验系统)来进行。
目前还已知的是以相同申请人的名义在2017年7月31日提交的意大利专利申请第IT201700087718A1号中描述的系统。
公布的专利申请第US2018/156185A1号公开了用于将电力转化为气动能量(pneumatic energy)以及将气动能量转化为电力的装置和方法。
发明概述
本发明的目标是提供一种电力产生和蓄积系统，该电力产生和蓄积系统在概念上是新颖的，并且比迄今为止已知的蓄积系统更加有效。
本发明的另一个目的是提供一种电力产生和蓄积系统，该电力产生和蓄积系统适用于在低功率应用(诸如家庭用户)和较高功率应用两者中的电力的产生和储存。
本发明的系统的另外的目的是由生产过剩废物(overproduction waste)提供动力，用于将所述生产过剩废物转化为另一种形式的能量，所述另一种形式的能量能够在生产不足期间被再利用或者用于其他目的。
本发明的又一个目的是提供一种系统，该系统可以通过使用市场上通常可得的元件和材料来生产，并且从经济角度来看也是有竞争力的。
这些和其他目的是通过权利要求1的系统实现的。从其余的权利要求来看，本发明的优选实施方案将是明显的。
与已知的用于电力的蓄积和产生的系统相比，根据本发明的系统提供了提高电力生产的效率的重要优点，因为它不需要恢复辅助罐的内部压力。
由本发明作出的重大贡献表现为：不同于现有技术，本发明的系统仅在第一辅助罐处接收加压的空气或气体，因为在布置在第一辅助罐下游的其余辅助罐上发生的压降通过使用特定涡轮机来补偿，所述特定涡轮机被设计成用于在比初始涡轮机的压力更低的压力操作。
另一个优点表现为：由本发明的系统过量供应给消耗电力的用户的电力的回收，这可以用于恢复主罐中的空气或气体的内部压力。
本发明的另外的优点表现为处于负压的辅助罐的存在，所述负压由用于将空气或气体填充到主罐中的主压缩机产生。这有利于气体从辅助罐中的移除。
附图简述
这些和其他的目的、优点和特征将从以下对根据本发明的系统的优选实施方案的描述中变得明显，该优选实施方案以非限制性实例的方式在附图页面的附图中说明。
在这些附图中：
-图1图示了本发明的系统的简化图，该系统用于产生和蓄积电力以供应给配电网；
-图2图示了与用于图1的系统的加压的气体或空气的主罐相关联的、用于加压的空气或气体的辅助罐的图；
-图3A、图3B、图3C图示了在图2的系统图的辅助罐中的空气和水回路的细节。
优选的实施方案的详细描述
图1中图示的系统由外部电力或可再生能源电网1提供动力，所述外部电力或可再生能源电网1的消耗借助于对应的交换计量器(exchange meter)和远程控制装置2来测量，所述交换计量器和远程控制装置2适合于另外记录由本发明的系统供应的电力的产生。
本发明的系统还设置有远程控制面板3b，该远程控制面板3b控制本发明的系统的所有电气部件。面板3b特别地配备有自调节电气系统(self-regulating electricalsystem)，该自调节电气系统意图向系统供应生产过剩废物，用于将生产过剩废物转化为另一种形式的能量，所述另一种形式的能量能够在生产不足期间被再利用或者用于其他目的。
被转化为另一种形式的生产过剩废物可以被再利用，用于氢气的生产(将电力转化为化学能、氢气或其他形式)，从而提高其效率。
由电网1供应的能量为至少一个压缩机3提供动力，压缩机3执行双重功能，即将加压的空气或其他气体传送到罐4以用于加压的空气或其他气体的蓄积，以及通过文丘里效应从真空罐5中抽出空气或气体。
装置6被设置成控制用于外部空气71和用于来自罐5的空气81的入口，优选地过滤的入口。
然后，装载到高压罐4(例如，在600巴)中的空气从高压罐4输送到一系列的高压空气或其他气体涡轮机7a、7b、7c，该涡轮机7a、7b、7c适合于产生电力，该电力又被传输到电网1的相应的用户8a、8b、8c，也存在合适的电力控制面板(未示出)。
在涡轮机7内部，来自罐4的空气或气体经历显著的压降(例如至6巴)，并且通过相应的导管9a被传送到处于稳定压力的用于空气或气体的罐9中。
有利地，在罐9的空气入口上设置有具有止回阀的装置10，该装置10适合于使所述罐4和罐9之间的空气压降稳定。
然后，来自罐9的处于稳定压力的用于空气或气体的导管11借助于相应的空气或气体歧管13a、13b、13c进行该流体到图2中图示的加压辅助罐12a、12b、12c的输送。
第一辅助罐12a填充有由导管17、17a供给的液体，优选地液体是水，并且当第一辅助罐12a接收来自罐9的导管11a的加压的空气或气体时，第一辅助罐12a通过对应的导管14a排出水。
优选地，图3A中的罐12a填充有对应于1/4空气的体积V1和对应于3/4水的体积V2。
通过出口导管14a从罐12a排出的水穿过电磁阀或压缩空气致动器15，水从所述电磁阀或压缩空气致动器15进入用于热回收的热交换器16a，并且后续供给水力涡轮机18a，该水力涡轮机18a又产生电力并且向对应的用户8a供应电力。
对水力涡轮机18a进行校准，用于利用第一辅助罐12a内的压力进行操作。
离开涡轮机18a的水穿过热交换器16b，并且进入后续的辅助罐12b的相应的导管17b，该导管17b带有相关的供应歧管，并且水处于压力之下。
导管17b中的水处于比来自导管14a的水的压力更低的压力，并且以相应的图3B和图3C中图示的方式供应给后续的辅助罐12b、12b、12c。
特别地，上述加压的空气或气体回路与对应的闭环水回路相关联，最初装载在第一罐12a中的所述闭环水回路的体积V1完全地并且级联地输送到后续的罐12b和12c，穿过了相应的涡轮机单元(turbine units)22a、22b、22c。
特别地，每个辅助罐与相应的水力涡轮机18b和18c相关联，在这种情况下，也与在对应的辅助罐12b和12c中确立的不同压力值成比例。
应当注意的是，取决于系统必须满足的电力生产需求，辅助罐以及相应的水力涡轮机的数目甚至可以大于附图中所示的数目。
辅助罐12a、12b和12c还分别具有歧管和具有止回阀的电磁阀：
-用于来自罐12a、12b和12c的空气或气体的出口和入口的歧管19a、19b、19c，为了补偿相对于上游罐12a、12b、12c的压降的目的；
-用于进入罐12a、12b、12c的气体或空气的入口的歧管20a、20b、20c，为了补偿相对于上游罐12a、12b、12c的压降的目的；
-用于从罐12a、12b、12c朝向真空罐5吸入空气或气体的歧管21a、21b、21c。
因此，本发明的系统根据从罐12a移除并且级联地输送到后续的辅助罐12b和12c的水的量而在辅助罐12a、12b、12c之间相当多地提供空气或气体循环回路，辅助罐中的至少两个辅助罐部分地填充有水。加压辅助罐的数目越多，本发明的系统的效率越高。
根据本发明，并且如上文描述和附图中示出的，罐12a、12b、12c主要填充有水，并且对于剩余的体积，填充有加压的空气或气体，其中加压的气体推动操作涡轮机所需的水。
在上文描述和附图中图示的实施方案中，每个辅助罐关联一个水力涡轮机。然而，可以在同一水力涡轮机上组合若干个辅助罐，以便避免提供与配备本发明的系统存在的辅助罐一样多的涡轮机。
根据本发明的系统的使用的实例，所述系统可以用于使用在涡轮机(7a、7b、7c)的上游的双空气-气体分离涡轮机(7d)在罐4内部接收在罐中加压的氢气，或者接收借助于相应的涡轮机供给的来自储罐的天然气。在这种情况下，借助于本发明的系统，天然气的提取导致电力生产的源，该电力仅由提取气体的压力产生。
本发明的应用的另一个实例由超过400巴的储存系统代表，其中通过提供双空气-气体涡轮机(7d)，气体被分离，从而产生压缩空气(8d)。然后，压缩空气在涡轮机(7a、7b、7c)的上游被供给到减压室中，所述减压室用于降低气体、氢气或其他气体的压力，例如从50巴-60巴至12巴(中压电网)。

Claims (13)

1.一种电力产生和蓄积系统，包括处于稳定压力的用于空气或气体的罐(9)，所述罐(9)设置有用于将加压的空气或气体供给到多于一个加压辅助罐(12a、12b、12c)的导管(11)，所述辅助罐(12a、12b、12c)中的第一辅助罐填充有液体，其特征在于，所述电力产生和蓄积系统设置有多于一个水力涡轮机(18a、18b、18c)，所述多于一个水力涡轮机(18a、18b、18c)根据在与其相关联的相应的辅助罐(12a、12b、12c)内的压力进行校准，其中每个涡轮机(18a、18b、18c)接收来自所述辅助罐(12a、12b、12c)中的一个或更多个的加压水并且以级联顺序将所述加压水传送回布置在下游的所述辅助罐。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括高压空气或气体罐(4)，所述高压空气或气体罐(4)通过多于一个空气或气体涡轮机(7a、7b、7c)或双涡轮机(7d)向处于稳定压力的用于空气或气体的所述罐(9)供应空气或气体，所述多于一个空气或气体涡轮机(7a、7b、7c)产生电力，所述双涡轮机(7d)产生压缩空气以在所述涡轮(7a、7b、7c)的上游被供给并且导致在所述罐(4)和所述罐(9)之间的空气或气体压降。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括用于在真空下的空气或气体的罐(5)，用于在真空下的空气或气体的所述罐(5)适合于当所述辅助罐(12a、12b、12c)中的水被排出时回收所述辅助罐(12a、12b、12c)中包含的空气或气体，用于在真空下的空气或气体的所述罐(5)由控制装置(6)管理。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统包括配备有止回阀的装置(10)，用于稳定化所述罐(4)和所述罐(9)之间的加压的空气或气体。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述辅助罐(12a、12b、12c)设置有分别配备有电磁阀和止回阀的歧管：
用于来自所述罐(12a、12b、12c)的空气的出口和入口的歧管(19a、19b、19c)，为了补偿相对于上游罐(12a、12b、12c)的压降的目的；
用于进入所述罐(12a、12b、12c)的气体或空气的入口的歧管(20a、20b、20c)，为了补偿相对于上游罐(12a、12b、12c)的压降的目的；
用于从所述罐(12a、12b、12c)朝向所述真空罐(5)吸入空气或气体的歧管(21a、21b、21c)。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述辅助罐(12a、12b、12c)分别设置有排水导管(14a、14b、14c)，所述排水导管(14a、14b、14c)又配备有布置在相应的水力涡轮机(18a、18b、18c)的上游和下游的电磁阀或致动器(15)和热交换器(16a、16b)。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统设置有导管(17a、17b、17c)，用于将来自所述涡轮机(18a、18b、18c)的水朝向布置在下游的相应的辅助罐再循环。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括用于加压的空气或其他气体的至少一个压缩机(3)。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统包括用于管理供给到所述压缩机(3)的电力和由所述系统产生的电力的消耗的装置(2)。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述装置(2)配备有远程控制面板(3b)，所述远程控制面板(3b)又配备有自调节电气系统，所述自调节电气系统向所述系统供应生产过剩废物，用于将所述生产过剩废物转化为另一种形式的能量，所述另一种形式的能量能够在生产不足期间被再利用或者用于其他目的。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述装置(2)是由电网操作员及类似人员控制的交换计量器和远程控制装置。
12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括空气或气体歧管(13a、13b、13c)，所述空气或气体歧管(13a、13b、13c)用于将来自处于稳定压力的罐(9)的空气或气体输送到所述辅助罐(12a、12b、12c)。
13.一种用于电力的产生和蓄积的工艺，其特征在于，所述工艺在使用根据前述权利要求中的一项或更多项所述的系统的多于一个水力涡轮机(18a、18b、18c)的情况下进行，所述多于一个水力涡轮机(18a、18b、18c)根据在与其相关联的相应的辅助罐(12a、12b、12c)内的压力进行校准，其中每个涡轮机(18a、18b、18c)接收来自所述辅助罐(12a、12b、12c)中的一个或更多个的加压水并且以闭环水输送的级联顺序将所述加压水传送回布置在下游的所述辅助罐。
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