JP2013508621A - 燃焼装置を備えた断熱式圧縮空気エネルギー貯蔵システム - Google Patents

燃焼装置を備えた断熱式圧縮空気エネルギー貯蔵システム Download PDF

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Abstract

システムは、駆動軸(106)と、駆動軸に連結された電動発電機(108)と、駆動軸に連結され、圧縮空気を空洞に出力するように構成された圧縮機(102)と、駆動軸に連結され、空気を空洞から受けるように構成されたタービン(104)とを含む。システムは、第1の熱エネルギー貯蔵(TES)デバイスと、可燃性物質を燃焼し、排気流をタービンへと生成するように構成された燃焼装置(124)と、制御装置(130)とを含む。制御装置は、第1のTES(112)を通るとき空気を加熱するように空気の流れを制御し、可燃性物質が燃焼装置へと送られるようにし、燃焼装置が空気を可燃性物質とともに燃焼して排気流をタービン(104)内へと生成するように操作し、電動発電機(108)が、駆動軸を介してタービンから電動発電機に与えられたエネルギーから、電気エネルギーを生成するよう制御するように構成されている。
【選択図】図2

Description

本発明の実施形態は一般に圧縮空気エネルギー貯蔵システムに関し、より詳細には、断熱式空気エネルギー貯蔵システムの電力出力および効率を最大化するシステムおよび方法に関する。
圧縮空気エネルギー貯蔵システムは、非断熱式圧縮空気エネルギー貯蔵(非断熱式CAES)および断熱式圧縮空気エネルギー貯蔵(ACAES)を含む。そのようなシステムは一般に、80バールまでまたはそれ以上に圧縮された空気を貯蔵し、その後、貯蔵されたエネルギーを、タービンに電力供給して電気を生成するように利用可能である。一般に圧縮空気は、多孔岩盤層、枯渇天然ガス/油田、および岩塩層または岩盤層の空洞を含むがこれに限定されない、いくつかのタイプの地下媒体に貯蔵することができる。一例では、約1960万立方フィートの人工の溶解採掘岩塩空洞を680psiから1280psiで運転し、連続26時間、電力を供給することが可能である。あるいは、圧縮空気を、例えば天然ガスの輸送に使用されるものと同様の高圧パイプラインなどの地上システムに貯蔵することができる。しかし、地上システムは高価になる傾向があり、一般に地下空洞と同程度の貯蔵容量を有さない。ただし、地下層が利用できない地域に設置できるという点では魅力的となり得る。
多くの場合、非断熱式CAESまたはACAESシステムの使用は、ピーク電力需要中に配電網へ電力を提供するように蓄えられ、それにより、より高価なピーク/日中時間中の発電コストを相殺している。さらに、非断熱式CAESまたはACAESシステムは、追加の電力容量を供給することができ、ガスまたは石炭火力発電所などに追加の従来型発電容量を建設する必要がないようにすることができる。
非断熱式CAES/ACAESシステムは一般に、吸入空気を圧縮し、エネルギー貯蔵段階中に空洞または圧縮空気貯蔵の他の構成部品に圧縮空気を提供する、1つまたは複数の圧縮機を有する圧縮トレーンを含む。エネルギー貯蔵段階の運転は、例えば夜間などの比較的安価なオフピークまたは低需要時間中に、配電網から電力を得ることができる。あるいは、エネルギー貯蔵運転は、より必要の低い低需要の夕方の時間帯中に間欠的な電力の供給を行うことが多い、例えば風力、太陽、雨、潮力、および地熱などの再生可能資源から電力を得ることができる。次いで、圧縮空気は、上記のエネルギー生成段階中に1つまたは複数のタービンを駆動して電気エネルギーなどのエネルギーを生産するように、利用可能である。非断熱式CAESまたはACAESシステムのエネルギー生成段階は、一般にエネルギーの必要が高い時間およびピーク需要時間中に行われ、その運転は、効率または、上記のように追加電力容量の構築の費用をなくすためなどの他の考慮事項によって、指示することができる。
非断熱式CAESシステムの段階の運転中に、圧縮空気は一般に、大部分は空気の圧縮熱による、例えば550°Cから650°Cの高温を有する圧縮機から出る。したがって、空気を圧縮する工程によって圧縮熱が発生し、そこに含まれるエネルギーの量は、少なくとも周囲との温度差、その圧力(すなわち、ガスの総質量)、およびその熱容量の関数である。しかし、圧縮熱は空洞に入るときに表れるが、そのエネルギー値は、空洞空気と混合されるとき、および貯蔵中に周辺または室温へとさらに冷却されるとき、大きく減少する。したがって、非断熱式CAESシステムは圧縮熱を貯蔵せず、その利用可能性は失われ、全体的な効率の低下につながる。
一方、ACAESシステムは、その後の利用のための圧縮熱を取得および貯蔵することによって、システム効率を改善する。そのようなシステムでは、熱エネルギー貯蔵(TES)システムまたはユニットが圧縮機と空洞との間に配置されている。一般に、TESは蓄熱のための媒体を含み、圧縮段階からの高温空気がTESを通って送られ、その工程においてその圧縮熱を媒体に伝達する。いくつかのシステムは、室温または室温付近でTESから出る空気を含み、したがってTESは、非断熱式システムと比較して、圧縮によるエネルギーの大部分を貯蔵することができる。したがって、空気は室温または室温付近で空洞に入り、圧縮空気と室温との温度差によってわずかなエネルギーしか失われない。
全体的に、そのようなシステム(非断熱式CAESおよびACAES)は、複数の運転段階を含むことによって、その効率を改善することができる。したがって、いくつかの既知のシステムは、ガスが貯蔵のための空洞に入る前に、第1、第2、および第3段で圧縮される、例えば低圧、中圧、および高圧段を含む。同様に、エネルギーは、発電機によって電力を生成しながら、第3、第2、および第1段を含む複数段をそれぞれ通って取り出すことができる。上記の断熱式システムと同様に、そのような多段システムは、1つのまたは複数の圧縮段の後にTESを介して圧縮熱からのエネルギーを貯蔵し、電力生成段階中にエネルギーを取り出すことができる。
しかし、多段運転、ACAESの断熱式運転、および非断熱式システムに対する対応する効率の向上にもかかわらず、ACAESシステムは、タービン内の摩擦および他の第2法則効果などの他の熱力学的制限によって、エネルギーを失う。したがって、固有の熱力学的制限によって、ACAESシステムは、貯蔵からの電力生成中に、配電網へ提供するよりも多くのエネルギーを、配電網から取り込む。そのため、その運転は経済的な考慮事項によっても指示される。したがって、低コスト/低需要期間中に充填し、高収益のピーク容量期間中に取り出すにもかかわらず、その運転は制限され、失われた電力により収益性が低下することがある。
さらに、空気貯蔵システムを実施する1つの理由は、石炭火力または天然ガス火力システムなど、他の発電システムによって提供される発電量を増加するように、追加のピーク電力容量を提供することである。しかし、空気貯蔵空洞またはTESが使い果たされた場合、空気貯蔵システムを使用して配電網からのピーク電力需要を満たすことができない可能性がある。言い換えると、空気貯蔵システムは一般に、タービン/発電機の組み合わせによる追加発電能力を提供するが、最も必要とされる時間であるピーク電力需要中に電力を利用できないことがある。
米国特許第5495709号明細書
したがって、圧縮空気貯蔵システムにおいて、ピーク需要期間中に追加電力を生産するシステムおよび方法が必要とされている。配電網に電力を提供することによってエネルギーが収益の高い回収を指示することができるとき、総エネルギー生産量を最大化するように、圧縮空気貯蔵システムにおいて、追加エネルギーを生産するシステムおよび方法も必要とされている。
したがって、上記の欠点を解決する装置および方法を設計することが望ましい。
本発明の実施形態は、空気空洞を介してエネルギーを貯蔵し、回収するための装置および方法を提供する。
本発明の一態様によれば、空気圧縮および膨張システムは、駆動軸と、駆動軸に連結された電動発電機と、駆動軸に連結され、第1のラインを介して圧縮空気を空洞に出力するように構成された圧縮機と、駆動軸に連結され、第2のラインを介して空気を空洞から受けるように構成されたタービンとを含む。システムは、熱結合された第1のラインおよび第2のラインを有する第1の熱エネルギー貯蔵(TES)デバイスと、第2のラインに熱結合され、可燃性物質を燃焼し、第2のラインを介して排気流をタービンへと生成するように構成された燃焼装置と、制御装置とを含む。制御装置は、第1のTESを通るとき空気を加熱するように、第2のラインを通る空気の流れを制御し、可燃性物質が燃焼装置へと送られるようにし、燃焼装置が第2のラインからの空気を燃焼し、可燃性物質が排気流をタービン内へと生成するように操作し、電動発電機が、駆動軸を介してタービンから電動発電機に与えられたエネルギーから、電気エネルギーを生成するよう制御するように構成されている。
本発明の別の態様では、ガスを圧縮および膨張するためのシステムを運転する方法は、作動流体を圧縮機で圧縮するステップと、作動流体からの熱を熱エネルギー貯蔵(TES)ユニットへと伝達するステップと、圧縮された作動流体を筐体に貯蔵するステップと、圧縮された作動流体を筐体からTESへと送るステップと、TESからの熱をTESを通る圧縮された作動流体へと伝達するステップと、圧縮された作動流体を燃焼装置を通過させ、可燃性流体を圧縮された作動流体とともに燃焼して排気物を生成するステップと、排気物の流れでタービンを推進させるステップとを含む。
本発明のさらに別の態様では、制御装置は、空気を圧縮機に供給し、圧縮機によって空気を加圧および加熱し、加圧され加熱された空気が、空気を冷却するように構成された蓄熱デバイスを通って送られるように方向付け、冷却され加圧された空気を筐体に貯蔵し、筐体に貯蔵された空気を、筐体から蓄熱デバイスを通って取り出し、蓄熱デバイスを通って取り出された空気とともに可燃性流体に点火することによって、排気流を生成するように燃焼装置を点火し、排気流をタービンへと方向付けて電力を生成するように構成されている。
様々な他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および図面から明らかとなろう。
図面は、本発明を実施するために現在企図されている好ましい実施形態を示す。
本発明の実施形態による圧縮空気貯蔵システムを運転するための技術のフローチャートを示す図である。 本発明の実施形態による圧縮空気貯蔵システムの例を示す図である。 本発明の実施形態による圧縮空気貯蔵システムを示す図である。
本発明の実施形態によれば、電力を生成するように加圧空気空洞からタービンへと送られる空気のエネルギー量を適宜増加するシステムおよび方法が提供される。
図1を参照すると、本発明の実施形態では、圧縮空気貯蔵システムを運転するための技術10は、1つまたは複数の空気圧縮機を使用して、空気などの作動流体を圧縮するステップ12、1つまたは複数の熱エネルギー貯蔵ユニット(TES)に圧縮熱を貯蔵するステップ14、および圧縮空気を空気空洞に貯蔵するステップ16を含む。したがってエネルギーは、TESユニットを通過する空気との熱交換を通してその後の抽出のために利用可能な熱エネルギーとして、1つまたは複数のTESユニットに貯蔵される。空気は1つまたは複数のTESユニットを通ってそこから抽出され18、1つまたは複数のタービンが圧縮空気で駆動される20。次いでタービンは、例えば発電機を介して、電力を生成する22。
技術10は、タービンまたは発電機に完全に利用されていない追加出力容量があるかどうかを判断するステップ24を含む。本発明の実施形態では、一方または両方に追加容量がある場合26、TESからタービンへと送られる空気を加熱するように燃焼装置が点火される28。すなわち、燃焼装置は、そのような運転がシステム運転の制限内であり、他の容量または温度制限を超えない限り、ステップ28で点火される。タービンまたは発電機に追加容量がない場合30、タービンは、燃焼装置によって増加することなく、圧縮空気を使用して駆動を続ける。さらに、本発明の実施形態では、ステップ28は、システム構成部品の容量または温度制限を超えることなく電力出力を最大化するように、燃焼装置への燃料流量を制御するステップを含む。したがって、本発明の実施形態では、ステップ24で技術10が例えばタービンまたは発電機に追加容量があるかどうかを判断するステップを含む場合、次いで、そのような判断によって、ステップ28では燃焼装置を通る燃料流量を判断し、制御し、変更することが可能になる。
技術10を、図2に図示されたシステム100に関して説明する。図2を参照すると、システム100は、シャフト106を介してタービン104に連結された圧縮機102を含む。圧縮機102はまた、シャフト110が回転するとき電力を生成するように構成された発電機/電動機108にシャフト110を介して機械的に連結されている。システム100は、熱エネルギー貯蔵(TES)システム112および空気貯蔵空洞114を含む。入力ライン116は、圧縮機102に空気を入力するように構成され、出力または輸送ライン118は、圧縮機102からTES112へ、およびTES112から空気貯蔵空洞114へと、圧縮空気を出力するように構成されている。本発明の実施形態では、TES112は圧縮熱からの大量のエネルギーを貯蔵するように構成された媒体120を含み、媒体は一般に熱容量の高い材料を含む。例えば、媒体120は、コンクリート、石、油などの流体、溶融塩、または相変化材料を含むことができる。
システム100はまた、空気貯蔵空洞114からTES112を通って燃焼装置124へと圧縮空気を出力する出力または輸送ライン122を含む。燃焼装置124は、天然ガス、メタン、プロパン、および生物燃料などの可燃性流体を輸送するための燃料入口ライン126を含み、燃焼装置124へと送られる可燃性流体を、空気貯蔵空洞114からTES112を通って送られる空気とともに、燃焼装置124内で燃焼することができるようになっている。燃焼装置124からの高温および高圧の排気物は、排気ライン128を介してタービン104へと送られる。システム100の運転条件では、燃焼装置124で燃焼が行われないとき、空気空洞114からTES112を通って送られる空気は、燃焼装置124を単に通過してタービン104へと送られ、発電機/電動機108内で電気エネルギーを生成する。
本発明の実施形態では、システム100は上記の通り図1で説明した方法で運転することができる。したがって、システム100は、配電網から発電機/電動機108へのエネルギーを使用して、または風力などの再生可能資源からのエネルギーを使用して、圧縮機102を介して空気貯蔵空洞114を充填することによって、システム100を充填モードで動作させることができる制御装置130を含む。空気は圧縮機102内で圧縮され、加熱され、TES112を通って送られる。圧縮熱が除去され、出力ライン118を通って送られる圧縮空気は出力ライン118内で冷却される。空気は空気貯蔵空洞114へと送られ、その後空気貯蔵空洞114から取り出されて利用可能となる。
放出モード中、制御装置130は、空気が周囲圧力より高い圧力で空気貯蔵空洞114から放出され、タービン104へと送られてタービン104を回転させることができるようにする。空気が出力または輸送ライン122およびTES112を通って送られるとき、空気が加熱される。したがって、圧縮熱は、空気が空気貯蔵空洞114から送られるとき空気を加熱するように、先に圧縮熱によって加熱された、TESを使用して回収される。しかし、いくつかの条件では、TES112は熱エネルギーの一部または全部を奪うことがあり得る。他の条件では、TESは、タービン104または発電機/電動機108の出力容量を十分利用できるレベルまで、空気を加熱しないことがあり得る。したがって、例えば、長期のシステム使用中などのいくつかの運転条件では、TESのエネルギー貯蔵が減少し、または使い果たされることがあり得る場合、空気貯蔵空洞114からタービン104へと送られる空気は、タービン104を最大容量で運転することができる十分なエネルギー量を有さないことがあり得る。したがって、本発明の実施形態では、空気空洞114からTES112を通って送られる空気に熱エネルギーを付加するように、燃焼装置124を任意で点火することができる。
ここで図3を参照すると、本発明の実施形態では、多段システム200は複数の圧縮機およびタービンを含む。多段システム200の各段は、それぞれの圧力差を通して、貯蔵または充填フェーズ中に昇圧し、解放または放出フェーズ中に降圧するように構成されており、従来技術で理解されているように、単段圧縮機/タービンの組み合わせと比較した場合、全体的なシステム効率が認められる。
システム200は、第1の圧縮機202、第2の圧縮機204、および第3の圧縮機206を含む。第1の圧縮機202は空気入口ライン208および空気出口ライン210を含む。システム200はまた、第1のタービン212、第2のタービン214、および第3のタービン216を含む。圧縮機202〜206およびタービン212〜216は、電動機/発電機220に連結されたシャフト218を介して、互いに連結されている。圧縮機202〜206の圧縮およびタービン212〜216の膨張の各段はそれぞれ、低圧222、中圧224、および高圧226の段または圧力レベルを通して昇圧および降圧を行う。各段222〜226はそれぞれ、再生熱エネルギー貯蔵(TES)ユニット228、230、および232を含む。段222〜226およびそれぞれのTESユニット228〜232は、図示の通り、複数の輸送ライン236を介して空気空洞234に連結されている。
システム200は、第1のタービン212に連結された燃焼装置238を含む。システム200の構成部品は、本発明の実施形態では、制御装置240を介して、電力容量および電動機/発電機220の出力を増加するように制御することができる。したがって、制御装置240は、システム200を充填および放出モードの両方で動作させることができる。充填モードでは、制御装置240は、電動機/発電機220が配電網または他の供給源からエネルギーを取り出し、シャフト218を回転させて、圧縮機202〜206およびタービン212〜216を回転させるようにする。空気は空気入口208を介して202へと取り込まれ、第1の圧縮機202で第1の圧力に圧縮され、TES228を通って第2の圧縮機204へと放出される。第1の圧力の空気がTES228を通って送られるとき、空気はその圧縮熱をTES228に貯蔵されるように伝達する。空気は第2の圧縮機204で第1の圧力から第2の圧力へと圧縮され、TES230を通って第3の圧縮機206へと送られる。第2の圧力の空気がTES230を通って送られるとき、空気はその圧縮熱をTES230に貯蔵されるように伝達する。空気は第3の圧縮機206で第2の圧力から第3の圧力へと圧縮され、TES232を通って空気空洞234へと放出される。空気がTES232を通って送られるとき、空気はその圧縮熱をTES232に貯蔵されるように伝達する。したがって、システム200は、この実施形態では、3つの圧縮段を通して空気を加圧し、加圧された空気を空気空洞234に貯蔵し、圧縮熱をTESユニット228、230、および232に貯蔵する。
放出モードでは、電気エネルギーを生成して配電網に供給することが望ましい場合、制御装置240によって圧縮空気が空気空洞234から取り出され、TES232を通って、第3のタービン216へと送られる。したがって空気は、第3のタービン216へと送られる前に予熱される。空気は第3のタービン216で膨張され、TES230を通るときに加熱され、第2のタービン214へと送られる。次いで、空気はTES228を通って第1のタービン212へと送られる。空気はタービン216、214、および212を通るとき、シャフト218にエネルギーを与え、シャフト218を回転させ、シャフト218は電動機/発電機220エネルギーを与えて、電気エネルギーを生成する。したがって、空気空洞234に高圧の形で含まれるエネルギー、およびTESユニット232、230、および228に熱エネルギーの形で含まれるエネルギーが空気に与えられ、そのような両方の供給源(空洞234の圧力およびTESユニット232〜228の熱エネルギー)は、タービン216、214、および212を通る空気流のエネルギー量に寄与し、電動機/発電機220で発電させる。
しかし、本発明の実施形態では、TESユニット228〜232の1つまたは複数の熱エネルギーが使い果たされ、圧力の低下につれて空気空洞234のエネルギーが使い果たされると、輸送ライン236およびタービン212〜216を通る空気のエネルギー量が増加することがあり得る。したがって、制御装置240は、上記の図1の技術10で説明したように、システム200を動作させることができる。空気がシャフト218を介して電動機/発電機220に電力供給するようにライン236を通って送られるとき、タービン212〜216の容量または電動機/発電機220の容量が最大でない場合、燃焼装置238を点火することによってエネルギーを空気に付加することができる。したがって、本発明の実施形態では、上記のようにシステム200の出力を最大化することができる。
3つの段222〜226(各段がそれぞれ圧縮機およびタービンを含む)を図示したが、本発明の実施形態では、多段システム200は3つの段より少ないまたは多い段を含むことができることを、当業者であれば理解するであろう。さらに、本発明では、等しい数の圧縮機およびタービンを含む必要はないことが理解されよう。例えば、システム200は、2つの圧縮機および4つのタービンを含むことができる。さらに、システム200は燃焼装置238がTES228とタービン212との間に配置されて図示されているが、本発明の実施形態では、燃焼装置238はシステム200内の他の位置に配置することもできることが理解されよう。例えば、空気をTES236からタービン214へと送るライン236に燃焼装置238を含むことができる。さらに、本発明では、1つしか図示されていないが、システム200はTESと空気が送られるタービンとの間に、複数の燃焼装置を含むことができる。
開示された方法および装置の技術的寄与は、断熱式空気エネルギー貯蔵システムにおいて、電力出力および効率を最大化する、コンピュータで実行されるシステムおよび方法を提供することである。
したがって、本発明の一実施形態では、空気圧縮および膨張システムは、駆動軸と、駆動軸に連結された電動発電機と、駆動軸に連結され、第1のラインを介して圧縮空気を空洞に出力するように構成された圧縮機と、駆動軸に連結され、第2のラインを介して空気を空洞から受けるように構成されたタービンとを含む。システムは、熱結合された第1のラインおよび第2のラインを有する第1の熱エネルギー貯蔵(TES)デバイスと、第2のラインに熱結合され、可燃性物質を燃焼し、第2のラインを介して排気流をタービンへと生成するように構成された燃焼装置と、制御装置とを含む。制御装置は、第1のTESを通るとき空気を加熱するように、第2のラインを通る空気の流れを制御し、可燃性物質が燃焼装置へと送られるようにし、燃焼装置が第2のラインからの空気を燃焼し、可燃性物質が排気流をタービン内へと生成するように操作し、電動発電機が、駆動軸を介してタービンから電動発電機に与えられたエネルギーから、電気エネルギーを生成するよう制御するように構成されている。
本発明の別の実施形態では、ガスを圧縮および膨張するためのシステムを運転する方法は、作動流体を圧縮機で圧縮するステップと、作動流体からの熱を熱エネルギー貯蔵(TES)ユニットへと伝達するステップと、圧縮された作動流体を筐体に貯蔵するステップと、圧縮された作動流体を筐体からTESへと送るステップと、TESからの熱をTESを通る圧縮された作動流体へと伝達するステップと、圧縮された作動流体を燃焼装置を通過させ、可燃性流体を圧縮された作動流体とともに燃焼して排気物の流れを生成するステップと、排気物の流れでタービンを推進させるステップとを含む。
本発明のさらに別の実施形態では、制御装置は、空気を圧縮機に供給し、圧縮機によって空気を加圧および加熱し、加圧され加熱された空気が、空気を冷却するように構成された蓄熱デバイスを通って送られるように方向付け、冷却され加圧された空気を筐体に貯蔵し、筐体に貯蔵された空気を、筐体から蓄熱デバイスを通って取り出し、蓄熱デバイスを通って取り出された空気とともに可燃性流体に点火することによって、排気流を生成するように燃焼装置を点火し、排気流をタービンへと方向付けて電力を生成するように構成されている。
上記の説明では、本発明を開示するため、および当業者が、デバイスまたはシステムの作製および使用、および組み込まれた方法の実施を含む本発明を実施することができるようにするために、最良の実施形態を含む実施例を使用している。本発明の特許可能な範囲は特許請求の範囲によって定義され、当業者が思い付く他の実施例も含むことができる。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文字通りの用語と同じ構成要素を含む場合、または特許請求の範囲の文字通りの用語とごくわずかしか違わない等価の構成要素を含む場合、特許請求の範囲内に含まれることが意図される。
100 システム
102 圧縮機
104 タービン
106 シャフト
108 発電機/電動機
110 シャフト
112 熱エネルギー貯蔵(TES)システム
114 空気貯蔵空洞
116 入力ライン
118 出力または輸送ライン
120 媒体
122 出力または輸送ライン
124 燃焼装置
126 燃料入口ライン
128 廃棄ライン
130 制御装置
200 多段システム
202 第1の圧縮機
204 第2の圧縮機
206 第3の圧縮機
208 空気入口ライン
210 空気出口ライン
212 第1のタービン
214 第2のタービン
216 第3のタービン
218 シャフト
220 電動機/発電機
222 低圧段
224 中圧段
226 高圧段
228 再生熱エネルギー貯蔵(TES)ユニット
230 再生熱エネルギー貯蔵(TES)ユニット
232 再生熱エネルギー貯蔵(TES)ユニット
234 空気空洞
236 輸送ライン
240 制御装置

Claims (21)

  1. 駆動軸と、
    前記駆動軸に連結された電動発電機と、
    前記駆動軸に連結され、第1のラインを介して圧縮空気を空洞に出力するように構成された圧縮機と、
    前記駆動軸に連結され、第2のラインを介して空気を空洞から受けるように構成されたタービンと、
    熱結合された前記第1のラインおよび前記第2のラインを有する第1の熱エネルギー貯蔵(TES)デバイスと、
    前記第2のラインに熱結合され、可燃性物質を燃焼し、前記第2のラインを介して排気流を前記タービンへと生成するように構成された燃焼装置と、
    前記第1のTESを通るとき前記空気を加熱するように、前記第2のラインを通る前記空気の流れを制御し、
    前記可燃性物質が前記燃焼装置へと送られるようにし、
    前記燃焼装置が前記第2のラインからの前記空気を燃焼し、前記可燃性物質が排気流を前記タービン内へと生成するように操作し、
    前記電動発電機が、前記駆動軸を介して前記タービンから前記電動発電機に与えられたエネルギーから、電気エネルギーを生成するよう制御するように構成された制御装置とを含む空気圧縮および膨張システム。
  2. 前記制御装置がさらに、前記電動発電機および前記タービンの一方が追加容量を有するかどうかを判断し、有する場合は前記制御装置が前記可燃性物質の前記燃焼装置への流量を増加するように構成されている、請求項1記載の空気圧縮および膨張システム。
  3. 前記制御装置がさらに、
    前記電動発電機を介して配電網から電力を取り込み、
    前記圧縮機が前記取り込まれた電力を使用して、前記駆動軸を介して前記空気を圧縮するように、前記圧縮機に電力供給し、
    前記第1のラインを介して、前記電力供給された圧縮機から前記空洞へと前記圧縮空気を通過させるように構成されている、請求項1記載の空気圧縮および膨張システム。
  4. 前記第1のラインが、少なくとも前記圧縮機の出口から、第1のTESを通り、前記空洞の入口へと通る流体通路であり、
    前記第2のラインが、少なくとも前記空洞の出口から、前記第1のTESを通り、前記第1の燃焼装置を通り、前記タービンの入口へと通る流体通路である、請求項1記載の空気圧縮および膨張システム。
  5. 前記可燃性物質が、天然ガス、メタン、プロパン、および生物燃料の1つを含む、請求項1記載の空気圧縮および膨張システム。
  6. 前記システムが、前記空洞に流体的に接続された複数の圧縮機およびタービンの組み合わせを含む、請求項1記載の空気圧縮および膨張システム。
  7. 前記複数の圧縮機およびタービンの組み合わせが、共通駆動軸である前記駆動軸を介して、互いに連結されている、請求項6記載の空気圧縮および膨張システム。
  8. 前記複数の圧縮機およびタービンの組み合わせが互いに流体的に直列接続されており、前記複数の圧縮機およびタービンの組み合わせのそれぞれが、低圧段、中圧段、および高圧段の1つをそれぞれ含む、請求項6記載の空気圧縮および膨張システム。
  9. 前記低圧段での圧力比が、前記中圧段および前記高圧段のいずれかの圧力比より大きい、請求項8記載の空気圧縮および膨張システム。
  10. 前記低圧段と前記中圧段との間で連結された第2のTESデバイスと、
    前記中圧段と前記高圧段との間で連結された第3のTESデバイスとをさらに含む、請求項8記載の空気圧縮および膨張システム
  11. ガスを圧縮および膨張するためのシステムを運転する方法であって、
    作動流体を圧縮機で圧縮するステップと、
    前記作動流体からの熱を熱エネルギー貯蔵(TES)ユニットへと伝達するステップと、
    前記圧縮された作動流体を筐体に貯蔵するステップと、
    前記圧縮された作動流体を前記筐体から前記TESへと送るステップと、
    前記TESからの熱を前記TESを通る前記圧縮された作動流体へと伝達するステップと、
    前記圧縮された作動流体を燃焼装置を通過させ、可燃性流体を前記圧縮された作動流体とともに燃焼して排気物を生成するステップと、
    排気物の流れでタービンを推進させるステップとを含む方法。
  12. 共通軸を設けるステップと、
    前記圧縮機および前記タービンを前記共通軸に機械的に連結するステップとをさらに含む、請求項11記載の方法。
  13. 配電網から電力を取り込むステップをさらに含み、前記作動流体を圧縮するステップが、前記配電網から取り込まれた電力を、前記作動流体を圧縮するように前記圧縮機に供給するステップを含む、請求項11記載の方法。
  14. 前記可燃性流体が、天然ガス、メタン、プロパン、および生物燃料の1つを含む、請求項11記載の方法。
  15. 前記圧縮するステップが、複数の圧縮機を通る前記作動流体を圧縮するステップを含み、前記膨張するステップが、複数のタービンを通る前記作動流体を膨張するステップを含む、請求項11記載の方法。
  16. 空気を圧縮機に供給し、
    前記圧縮機によって前記空気を加圧および加熱し、
    前記加圧され加熱された空気が、前記空気を冷却するように構成された蓄熱デバイスを通って送られるように方向付け、
    前記冷却され加圧された空気を前記筐体に貯蔵し、
    前記筐体に貯蔵された空気を、前記筐体から前記蓄熱デバイスを通って取り出し、
    前記蓄熱デバイスを通って取り出された空気とともに可燃性流体に点火することによって、排気流を生成するように燃焼装置を点火し、前記排気流をタービンへと方向付けて電力を生成するように構成されている制御装置。
  17. 前記圧縮機によって前記空気を加圧および加熱するように構成された前記制御装置が、前記圧縮機が、配電網および風力タービンの一方から取り込まれ前記圧縮機に供給される電力を供給するように構成された、請求項16記載の制御装置。
  18. 前記可燃性流体が、天然ガス、メタン、プロパン、および生物燃料の1つである、請求項16記載の制御装置。
  19. 前記制御装置が、複数の圧縮機によって複数の圧力段を通る空気を加圧および加熱するように構成されており、前記制御装置が、選択的に前記燃焼装置を点火し前記排気流を生成する前に、空気が少なくとも1つのタービンを通るように構成されている、請求項16記載の制御装置。
  20. 前記制御装置が、筐体内の圧力および前記蓄熱デバイスから出る空気の温度の1つに基づいて、前記燃焼装置を点火するかどうかを判断するように構成されている、請求項16記載の制御装置。
  21. 前記蓄熱デバイスが、コンクリート、石、油、溶解塩、および相変化材料の1つを含む、請求項16記載の制御装置。
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