JPWO2020039416A5 - - Google Patents

Download PDF

Info

Publication number
JPWO2020039416A5
JPWO2020039416A5 JP2021546826A JP2021546826A JPWO2020039416A5 JP WO2020039416 A5 JPWO2020039416 A5 JP WO2020039416A5 JP 2021546826 A JP2021546826 A JP 2021546826A JP 2021546826 A JP2021546826 A JP 2021546826A JP WO2020039416 A5 JPWO2020039416 A5 JP WO2020039416A5
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
working fluid
heat exchanger
tank
turbine
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2021546826A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2022520218A (ja
JP7501537B2 (ja
Publication date
Priority claimed from IT102019000002385A external-priority patent/IT201900002385A1/it
Application filed filed Critical
Publication of JP2022520218A publication Critical patent/JP2022520218A/ja
Publication of JPWO2020039416A5 publication Critical patent/JPWO2020039416A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7501537B2 publication Critical patent/JP7501537B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

本発明の目的は、電気エネルギーの貯蔵のためのプラント及びプロセスである。より詳細には、本発明の目的は、利用可能性の超過及び／又は消費の欠乏が明らかになったときにネットワーク又はシステムからの電気エネルギーを吸収／使用することが可能であり、時間内に貯蔵エネルギーを維持することが可能であり、前記電気エネルギーが要求されたときに貯蔵エネルギーを再び電気エネルギーに変換してネットワークに戻すことが可能なシステムである。詳細には、本発明は、ポテンシャルエネルギー（圧力）及び熱的／熱力学的エネルギーの形態で電気エネルギーを貯蔵するシステムに関する。本発明は、陸上及び海洋の両方の応用例に対する中規模及び大規模エネルギー貯蔵システムの一部であり、典型的に電力は数百ｋＷから最大数十ＭＷ（例えば、２０～２５ＭＷ）だけでなく、数百ＭＷにもなり、貯蔵容量は数百ｋＷｈから最大数百ＭＷｈ、さらには最大数ＧＷｈである。本発明はまた、陸上及び海洋の両方で、家庭用及び商業用の応用例に対する小規模エネルギー貯蔵システムの分野で配置することができ、典型的に電力は数ｋＷから最大数百ｋＷであり、貯蔵容量は数ｋＷｈから最大数百ｋＷｈである。
定義
本説明及び添付の特許請求の範囲では、次の定義を使用する。
熱力学サイクル（ＣＴ）：点Ｘから点Ｙへの熱力学的変換であり、ＸはＹに一致し、ＣＴは、以下のＴＴＣ（熱力学サイクル変換）とは異なり、サイクル内に質量蓄積（エネルギー目的で重要）は存在しないのに対して、ＴＴＣは典型的に、作業流体の２つの貯蔵部間で作用し、２つの貯蔵部のうちの一方は初期貯蔵部であり、他方は最終貯蔵部である。
熱力学サイクル変換（ＴＴＣ）：点Ｘから点Ｙへ、また点Ｙから点Ｘへの熱力学的変換であり、必ずしも同じ中間点を通過するとは限らない。
閉鎖ＣＴ及び／又はＴＴＣ：雰囲気との質量交換（エネルギー目的で重要）なし。
開放ＣＴ及び／又はＴＴＣ：雰囲気との質量交換（エネルギー目的で重要）あり。
近年、生産の変動性及び予測不能性を特徴とする再生可能源から、特に風力及び光起電力源からのエネルギー生産のためのシステムの普及がかつてないほど増えているため、電気エネルギー貯蔵システムもますます重要になっている。
電気エネルギー貯蔵システムは、分離式及び相互接続式の両方のネットワークに対する様々な基本機能を実行することができ、そのような基本機能には、周波数の調整／動的慣性の供給、「フレキシブルランピング（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｒａｍｐｉｎｇ）」システムの供給、すなわち緊急生産システムの開始を可能にすること、生産がより大きく要求がより少ない時間から、他方ではより大きい要求及び／又は生産の不足を呈する時間への「エネルギーシフティング（ｅｎｅｒｇｙ ｓｈｉｆｔｉｎｇ）」、季節的な補償などが含まれる。
典型的に高いコスト及び制限された有用寿命を有する電気化学的原理に従って動作するシステム（電池）、少量の貯蔵エネルギーのみに好適な機械的原理に従って動作するシステム（フライホイール）に加えて、現在使用若しくは開発中であり又は他の形で知られているシステムには、次のものが含まれる。
主に使用されているシステムは、水力発電用の圧送貯蔵システム（ＰＵＭＰＥＤ ＨＹＤＲＯ ＳＴＯＲＡＧＥ、ＰＨＳ）であり、これは現在、世界的に設置されている貯蔵容量の９０％超を担っている。これらのシステムは、長期及び短期の両方の貯蔵に好適であり、コストの面でも非常に競争力があるが、特定の地形学的条件を有する場所にしか構築することができないという欠点がある。前記ＰＨＳシステムは、ポテンシャル式、特に重力式のエネルギー貯蔵システムの１つとして数えることができる。また、英国特許出願公開第２５１８１２５号に開示されているシステムは、重力システムの一種である。
使用されている第２のシステムは、いわゆるＣＡＥＳ（圧縮空気エネルギー貯蔵）システムであり、これはポテンシャルエネルギー（圧力）及び（場合により）熱エネルギーへの変換によって蓄積する開放ＴＴＣからなる。このＣＡＥＳシステムは、基本（非断熱）構成及びより高度なＡＡ－ＣＡＥＳ（高度断熱ＣＡＥＳ、米国特許第４，１４７，２０５号「Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ Ａｉｒ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ」参照）構成の両方で知られている。これらのシステムは、長期及び短期の両方の貯蔵に好適であり、コストの面で非常に競争力があるが、「ラウンドトリップ効率（Ｒｏｕｎｄ Ｔｒｉｐ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）」の面ではＰＨＳシステムより非効率的であり、特定の地形学的条件を有する場所にしか構築することができないという欠点もある。
またＣＡＥＳシステムには、タンク／洞穴の圧力がその充電レベルとともに変動するという追加の欠点がある。これは、ＴＴＣの効率及びＴＴＣを実行するターボ機械の効率の両方に影響を及ぼす。
ＣＡＥＳシステムに対する地下洞穴の不在に対処するためのシステムも知られている。特に、地下洞穴を必要とすることなく、地上のタンク内にエネルギーを貯蔵することを経済的に実行可能にしようとする解決策が知られている。一例は、「ＬＩＧＨＴＳＡＩＬ」という米国特許出願公開第２０１１／０２０４０６４号にあり、普通なら地上システムに対する前記ＣＡＥＳのコストは不採算になるはずであるが、地上貯蔵タンクのコストを抑えようとして、特別な構造のタンクが提案されている。これらの解決策もまた、開放ＴＴＣに従って機能するシステムに属する。
２つの従来のシステムを組み合わせたシステムも知られており（米国特許第７，６６３，２５５号参照）、ＣＡＥＳ及びＰＨＳの組合せもまた、ＣＡＥＳシステムが一定の圧縮圧力で動作することを可能にする。これらのシステムもまた、開放ＴＴＣに従って機能する。
「Ｎｏｖｅｌ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ａｉｒ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ａｎｄ ｔｈｅｒｍｏｓ－ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ」（ＴＨＥＳＥ Ｎ．５５２５（２０１２）－Ｅｃｏｌｅ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅ Ｆｅｄｅｒａｌｅ ｄｅ Ｌｏｕｓａｎｎｅ）という文献は、あらゆるタイプのＣＡＥＳエネルギー貯蔵システムを開示している。とりわけ、一定の圧縮圧力を可能にするためにＰＨＳと組み合わせた非断熱、断熱、等温のＣＡＥＳシステムが開示されており、このシステムは、ＰＨＳと組み合わせた定圧ＣＡＥＳと呼ばれる。これらもまた、開放ＴＴＣに従って機能するシステムである。
同文献はまた、ＡＢＢ Ｃｏｒｐｏｒａｔｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒによって提案されたいわゆるＴＥＥＳ（熱電気エネルギー貯蔵）を開示している（欧州特許出願公開第２５３２８４３号及び欧州特許出願公開第２６９８５０６号も参照されたい）。これは、閉鎖ＣＴによって機能するシステムのうちの１つであり、ＰＨＥＳシステムの１つとして数えることができる。ＰＨＥＳ（圧送熱電気貯蔵）システムは、例えばランキン、ブレイトン、又はカリナＣＴを使用して熱エネルギーに変換することによって電気／機械エネルギーを貯蔵するシステムである。
トランスクリティカル及び超臨界ＣＯ２サイクル又は他の流体サイクル、したがって可逆性のトランス超臨界ランキンサイクルを使用する上記のシステムに加えて、典型的にアルゴンだけでなく空気も使用するブレイトンサイクルを有するＰＨＥＳシステムが知られている（等エントロピーの欧州特許第２２２０３４３号及び米国特許出願公開第２０１０／０２５７８６２号、並びにＬａｕｇｈｌｉｎの米国特許出願公開第２０１６／０２９８４５５号を参照されたい。これは、閉鎖ＣＴに従って機能するシステムのうちの１つであり、ＰＨＥＳシステムの１つとして数えることができる。）。
ＰＨＥＳ／ＴＥＥＳシステムの１つとして数えることができる別のシステムは、充電及び放電相のために２つの異なるサイクルを組み合わせたシーメンス－ガメサのシステム（米国特許出願公開第２０１４／０２２３９１０号及び米国特許第８，９９１，１８３号及び米国特許第８，９６６，９０２号参照）であり、これは特に、高温の熱貯蔵タンクの充電相のためのブレイトンサイクル又は電気抵抗を伴う簡単な放散、及び電気エネルギーの放電／発電相のための蒸気ランキンサイクルを提供する。このタイプの解決策は、ＰＨＥＳシステムのうちの１つである。この解決策は、いくつかの開放及び／又は閉鎖ＣＴによって実施される。
ＴＥＥＳとも呼ばれるすべてのＰＨＥＳシステムは、「閉鎖」及び可逆性の熱力学サイクル原理に基づいていることに留意されたい。提案されている様々な解決策に応じて、これらを「閉鎖」ランキン又はブレイトンサイクルとすることができるが、いずれにせよ、ほぼ可逆性であるモータ／ヒートポンプの作業流体は、「閉鎖」熱力学サイクルに従って変換を実行し、必要とされる貯蔵容量に従ってサイズ設定された中間蓄積は存在しない。
代わりに、あらゆるタイプのあらゆるＣＡＥＳシステムは、「開放」熱力学サイクルに従って、変換をまず一方向に実施し、次いで他方向に変換を実施し、すなわち雰囲気からの空気の取込み及び雰囲気への空気の返還を行うシステムである。
別の知られているエネルギー貯蔵方法は、いわゆるＬＡＥＳシステム（液体空気エネルギー貯蔵、米国特許出願公開第２００９／０２８２８４０号参照）である。ＬＡＥＳ方法は、「開放」熱力学的変換に従った変換を伴い、すなわち雰囲気からの空気の取込み及び雰囲気への空気の返還を行う。さらに、このシステムは、－２００°に近い極低温の温度で機能するものであり、これは技術的に非常に困難である。これもまた、開放ＴＴＣに従って機能するシステムに属する。
Ｑｉｎｇ Ｈｅ、Ｙｉｎｐｉｎｇ Ｈａｏ、Ｈｕｉ Ｌｉｕ、Ｗｅｎｙｉ Ｌｉｕによる「Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｅｒｇｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ａ ｓｕｐｅｒ－ｃｒｉｔｉｃａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ｅｎｅｒｇｙ－ｓｔｏｒａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｍｅｔｈｏｄ」では、エネルギー貯蔵システムに対する作業流体としてのＣＯ２の使用も提案されている。提案されたシステム（ＳＣ－ＣＣＥＳ（超臨界圧縮二酸化炭素エネルギー貯蔵）と呼ばれる）は、「貯蔵池としての２つの塩水帯水層」と指定されるものを使用する。このＳＣ－ＣＣＥＳシステムでは、圧縮器送達からのＣＯ２が貯蔵池へ直接送られ、いかなる熱交換器及び／又は熱エネルギー貯蔵部システムも介在しない。さらに、放電サイクル中、タービンから放出されるＣＯ２はレキュペレータによって加熱され、同じＣＯ２がタービンに入る。この解決策は、閉鎖ＴＴＣに従って、すなわち２つの密閉タンク間で機能するシステムに属する。
また、「Ｇｒｅｅｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ：“Ｔｈｅ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｕｓｅ ｏｆ ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ ＣＯ２ ａｎｄ Ｌａｒｇｅ Ｓｕｂ－Ｔｅｒｒａｉｎ Ｃａｖｉｔｉｅｓ ｔｏ Ｈｅｌｐ Ｍａｉｎｔａｉｎ ａ Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ Ｓｕｐｐｌｙ”」（Ｄａｌｇａａｒｄ ＪＺ）という文献は、地下空洞におけるＣＯ２の使用について述べている（同文献の文献名及び要約、並びに本文で）。
本出願人は、現在の電気エネルギー貯蔵システムには、様々な状況で経済的に使用することを可能にする特徴がないことを指摘している。
特に、いくつかの場合（例えば、ＰＨＳ及びＣＡＥＳ）、これらのシステムは、見つけるのが困難な非常に特殊な地形学的状況を必要とする。いくつかの場合（例えば、ＰＨＳ）、そのようなシステムの実装には、環境的影響の大きい貯蔵池の製造が必要となる。
他の場合（ＡＡ－ＣＡＥＳ）、熱エネルギー貯蔵部システムの実現には低コストで解決するのが困難な問題が伴い、さらに、好適な地下洞穴を識別することが依然として必要とされている。上記はまた、満足のいくラウンドトリップ効率（ＲＴＥ）の実現を難しくする。いずれにせよ、ＣＡＥＳシステムがＰＨＳシステムと組み合わされない限り、貯蔵タンク内の可変圧力とともに機能するという問題は残り、これには明らかな追加コストの難題及び適正な地質学的条件の識別が伴う。
本出願人は、表面ＣＡＥＳシステムを構築しようとする試みが、システム自体を構築することを可能にするために競争力のあるコストで加圧空気貯蔵タンクを構築することは事実上不可能であるという問題に直面していることをさらに観察した。
本出願人は、現在のところ、ＬＡＥＳシステムを構築しようとする試みが、また極低温条件で機能することに固有の問題のために、経済的に実行可能なシステムを開発することができていないことをさらに観察した。層同士の間に真空を含む２重層タンク内に極低温エネルギーを貯蔵するという問題、及び他の高価なデバイスのため、この技術ではコストの面で最適化することが困難である。
本出願人は、ほぼ可逆性のランキンサイクルを含むＰＨＥＳシステムを構築しようとする試みが、満足のいくラウンドトリップ効率（ＲＴＥ）（すなわち、６０％超）を同時に合理的なコストで実現することが、ＲＴＥが機器内の温度差に関連するため、非常に困難であることをさらに観察した。
同様に、ブレイトンサイクルに基づくＰＨＥＳシステムは、これらのシステムが各サイクルに対して充電及び放電の両方で圧縮器及びタービンを使用することに対処しなければならない。これには、より高い投資コストだけでなく、さらなる不可逆性が伴い、これは、高温貯蔵と低温貯蔵との間で非常に高い温度差を維持することによってのみ、高ＴＥＮを得るために補償することができる。
この文脈で、本出願人は、エネルギー貯蔵プロセス及びプラント、すなわちエネルギー貯蔵システムを設計及び実施するという目的を設定し、これは、
異なる地形学的状況で行うことが可能であり、特定の地理的又は地域的条件を実現することを必要とせず、また最終的に特定のサイズで海洋／地上の応用例で使用することができ、
高ＲＴＥ、並びにいずれにせよ７０％より高く、最大７５％及びさらには最大８０％及びそれ以上を得ることが可能であり、
後述する様々なシステムによって、調整可能な貯蔵タンク圧力で機能することが可能であり、
簡単且つ経済的であり、好ましくは構築コストを１００ＵＳＤ／ｋＷｈ未満にすることを標的とし、特に圧力下及び高エネルギー密度（ｍ３ ｓｔｏｒａｇｅ／ｋＷｈｓｔｏｒｅｄ）での貯蔵を可能にし、
周囲温度の変動を使用することによって、そのＲＴＥを増大させることが可能であり、
安全で環境に優しく、例えば特に有害な流体を使用せず、
モジュール式であり、
小型であり、
３０年の有用寿命まで存続し、又は３０年という長い有用寿命を有し、
可撓性を有し、迅速に動作状態に入ることが可能であり、
容易且つ経済的に維持可能であり、
耐腐食性を有し（特に、海洋の応用例の場合）、
低い振動及びノイズレベルを有する。
本出願人は、熱力学サイクル変換（ＴＴＣ）によって、２つの別個のタンク内の作業流体の２つの蓄積間で、まず一方向に、次いで逆方向に動作するエネルギー貯蔵システムによって、上記その他の目的を実現することができることを見出し、２つのタンクのうちの一方（最低の圧力を有するタンク）は雰囲気中にあるが、大気ではなく、雰囲気と圧力平衡状態にある別の気体である。このシステムはまた、臨界温度に近い温度（例えば、ケルビンで臨界温度の１．２倍未満、好ましくは０．５～１．２倍）で、作業流体を最初の気体／蒸気状態から最終の液体又は超臨界状態へ変換するエネルギーを貯蔵することを特徴とする。このシステムはまた、この臨界温度が好ましくは、周囲温度からさほど遠くなく、好ましくは周囲温度に近い（好ましくは、０℃～２００℃、より好ましくは０°～１００℃）ことを特徴とする。
作業流体は、好ましくは二酸化炭素（ＣＯ２）であるが、システムが動作する特定の環境条件にも関連して、システムの性能を改善するために、ＣＯ２及び他の物質の混合物を使用して、流体の臨界温度Ｔｃを補正することもできる。ＳＦ６、Ｎ２Ｏなどの他の流体を使用することができ、そのような流体は、常に純粋であり、又は他の流体と混合される。
本発明で提案するシステムには、圧縮器の送達から回収された熱の貯蔵部が存在する。システムが亜臨界条件で動作するときも、システムが超臨界条件で動作するときも、場合により異なる制御方策によって、高圧タンク及び低圧タンクはどちらも、定圧で機能し、又はいずれにせよ特定の明確に画定された「範囲」内で調整される圧力で機能する。
特に、上記その他の目的は、添付の特許請求の範囲及び／又は以下の態様に記載するタイプのエネルギー貯蔵のためのプラント及びプロセスによって実質上実現される。
独立した態様では、本発明は、エネルギー貯蔵プラント（エネルギー貯蔵システム）に関する。
プラントは、
雰囲気と圧力の平衡状態にある大気以外の気相の作業流体の貯蔵のための筐体と、
臨界温度に近い温度（例えば、ケルビンで臨界温度の１．２倍未満、０．５～１．２倍）を有する液相又は超臨界相にある前記作業流体の貯蔵のためのタンクとを備えることが好ましく、前記臨界温度は０℃～２００℃、より好ましくは０℃～１００℃であり、好ましくは周囲温度に近く、
プラントは、前記筐体と前記タンクとの間で、閉鎖サイクル熱力学的変換（ＴＴＣ）をまず一方向に実施して充電形態／相になり、次いで逆方向に実施して放電形態／相になるように構成され、システムは、充電形態で熱及び圧力を蓄積し、放電形態でエネルギーを生成する。
作業流体は、０℃～１００℃の臨界温度、２５℃で０．５～１０ｋｇ／ｍ３、好ましくは１～２ｋｇ／ｍ３の密度という化学物理特性を有することが好ましい。
作業流体は、ＣＯ２、ＳＦ６、Ｎ２Ｏ、若しくはこれらの混合物、又はさらには、例えば主にその結果得られる混合物の臨界温度のパラメータを修正してシステムの性能を最適化するために、添加物として作用する他の成分とこれらとの混合物を含む群から選択されることが好ましい。
エネルギー貯蔵プラントは、
互いに機械的に接続された圧縮器及びモータと、
互いに機械的に接続されたタービン及びジェネレータ（発電機）であって、
前記筐体が、雰囲気に外部で接触しており、雰囲気圧又は実質上雰囲気圧で作業流体を収容するように構成された容積部の範囲を内側で定めており、前記容積部が、圧縮器の入口又はタービンの出口と選択的に連通している、タービン及びジェネレータと、
圧縮器の出口又はタービンの入口と選択的に流体連通している一次熱交換器（又はさらには、二次側で異なる流体とともに動作することもできる複数の一次熱交換器）であって、
前記タンクが、作業流体を蓄積するために一次熱交換器と流体連通している、一次熱交換器と、
一次熱交換器とタンクとの間又はタンク内で動作上活動状態にある二次熱交換器とを備えることが好ましい。
このプラントは、充電又は放電形態で動作するように構成される。
充電形態で、筐体は圧縮器の入口と流体連通し、一次熱交換器は圧縮器の出口と流体連通しており、タービンは静止状態にあり、モータは動作しており、筐体からくる作業流体を圧縮するように圧縮器を駆動し、一次熱交換器は、圧縮された作業流体から熱を除去して圧縮された作業流体を冷却し、熱エネルギーを貯蔵するためのクーラとして機能し、二次熱交換器は、圧縮された作業流体から追加の熱を除去して追加の熱エネルギーを貯蔵するためのクーラとして機能し、タンクは、圧縮及び冷却された作業流体を受け取って貯蔵し、タンク内に貯蔵されている作業流体は、その独自の臨界温度に近い温度（例えば、ケルビンで臨界温度の０．５～１．２倍）を有する。
放電形態で、筐体はタービンの出口と流体連通し、一次熱交換器はタービンの入口と流体連通しており、圧縮器は静止状態にあり、二次熱交換器は、タンクからくる作業流体へ熱を解放するためのヒータとして機能し、一次熱交換器は、作業流体へさらなる熱を解放して作業流体を加熱するためのヒータとして機能し、タービンは、加熱された作業流体によって回転させられて、ジェネレータを駆動してエネルギーを生成し、作業流体は、筐体内で雰囲気圧又は実質上雰囲気圧に戻る。
独立した態様では、本発明は、エネルギー貯蔵プロセスに関し、エネルギー貯蔵プロセスは、任意選択で前述の態様に記載又は以下の態様のうちの少なくとも１つに記載のプラントとともに実施される。
プロセスは、雰囲気と圧力の平衡状態にある大気以外の気相の作業流体の貯蔵のための筐体と、臨界温度に近い温度（例えば、ケルビンで臨界温度の０．５～１．２倍）を有する液相又は超臨界相にある前記作業流体の貯蔵のためのタンクとの間で、閉鎖熱力学サイクル変換（ＴＴＣ）をまず一方向に実施して充電形態／相にし、次いで逆方向に実施して放電形態／相にすることを含むことが好ましく、前記臨界温度は、周囲温度に近く、好ましくは０℃～１００℃であるが、最高２００℃にもなり、プロセスは、充電相で熱及び圧力を蓄積し、放電相でエネルギーを生成する。
前記作業流体は、０℃～２００℃、より好ましくは０℃～１００℃であり、好ましくは周囲温度に近い臨界温度という化学物理特性を有することが好ましい。
この作業流体は、ＣＯ２、ＳＦ６、Ｎ２Ｏ、若しくはこれらの混合物、又はさらには、例えば主にその結果得られる混合物の臨界温度のパラメータを修正してシステムの性能を最適化するために、添加物として作用する他の成分とこれらとの混合物を含む群から選択されることが好ましい。
このプロセスは、エネルギー充電相と、エネルギーの放電及び生成相とを含むことが好ましい。
充電相は、
雰囲気に外部で接触しており、雰囲気圧又は実質上雰囲気圧で前記作業流体を収容するように構成された容積部の範囲を内側で定める前記筐体からくる作業流体を圧縮し、エネルギーを吸収するステップと、
作業流体の温度をその独自の臨界温度に近づけるように直列に配置された一次熱交換器（又はさらには、二次側で異なる流体とともに最終的に動作する複数の一次熱交換器）及び二次熱交換器によって圧縮された作業流体を注入するステップであって、一次熱交換器が、圧縮された作業流体から熱を除去して圧縮された作業流体を冷却し、熱エネルギーを貯蔵するためのクーラとして機能し、二次熱交換器が、圧縮された作業流体からさらなる熱を除去してさらなる熱エネルギーを貯蔵するためのクーラとして機能する、注入するステップと、
冷却された作業流体を前記タンク内に蓄積するステップとを含み、二次熱交換器及び一次熱交換器は、作業流体の超臨界変換を行い、したがって前記作業流体は、超臨界相でタンク内に蓄積され、又は二次熱交換器及び一次熱交換器は、作業流体の亜臨界変換を行い、したがって前記作業流体は、液相でタンク内に蓄積される（好ましくは、圧力を比較的最小の／低い値に調節することも目的とする）。
放電及び電力生成相は、
タンクからくる作業流体を二次熱交換器及び一次熱交換器に通すステップであって、二次熱交換器が、タンクからくる作業流体へ熱を伝達するためのヒータとして機能し（好ましくは、圧力を比較的高い／最大の値に調節することも目的とする）、一次熱交換器が、作業流体へ追加の熱を解放して作業流体を加熱するためのヒータとして機能する、通すステップと、
加熱された作業流体をタービンに通すステップであって、タービンが、加熱された作業流体によって回転させられて、ジェネレータを駆動してエネルギーを生成し、作業流体がタービン内で膨張して冷却される、通すステップと、
タービンからの作業流体を筐体内へ雰囲気圧又は実質上雰囲気圧で再注入するステップとを含む。
本出願人は、本発明に記載のプロセス及び装置が、記載の目的の実現を可能にすることを確認した。
特に、本出願人は、本発明が、海洋／洋上の応用例でも、安全に低い環境的影響で、特定の地形学的特徴のない場所でのエネルギーの貯蔵を可能にすることを確認した。
本出願人はまた、本発明に記載の装置の製造及び後の保守が比較的安価であることを確認した。
本出願人はまた、本発明が高ＲＴＥの実現を可能にすることを確認した。
本出願人はまた、本発明が、貯蔵タンク内の圧力を調節することを可能にしながら、エネルギー貯蔵を行うことを可能にし、したがってシステムのより良好な動作可能性、ＲＴＥの面でターボ機械及びシステムの両方のより大きい効率を可能にすることを確認した。
本発明の態様を以下に挙げる。
一態様では、一次熱交換器は、熱貯蔵部（熱エネルギー貯蔵部、ＴＥＳ）に結合され、又は動作可能に結合される。
一態様では、第１のパイプラインが、筐体と圧縮器入口との間及び筐体とタービン出口との間に生じ、筐体と圧縮器及びタービンとの間に流体を接続する。
一態様では、少なくとも１つのバルブが、前記第１のパイプラインに動作可能に配置されており、圧縮器と筐体との間又はタービンと筐体との間に流体を交互に接続する。
一点では、第２のパイプラインが、タービン入口と一次熱交換器との間及び圧縮器出口と一次熱交換器との間に生じ、前記一次熱交換器を前記圧縮器及びタービンと流体連通させる。
一態様では、少なくとも１つのバルブが、前記第２のパイプライン上に動作可能に配置されており、圧縮器を一次熱交換器と、又は一次熱交換器をタービンと流体連通させる。
一態様では、第３のパイプラインが、一次熱交換器と二次熱交換器との間に生じ、前記一次熱交換器を前記二次熱交換器と流体連通させる。
一態様では、追加の熱交換器が、充電形態では圧縮器内で作業流体を圧縮前に予熱し、又は放電形態ではタービンからくる作業流体を冷却するように、筐体と圧縮器との間及び筐体とタービンとの間に動作可能に配置される。
一態様では、追加の熱交換器は、第１のパイプラインに動作可能に付随する。
一態様では、追加の熱交換器は、追加の熱エネルギー貯蔵デバイスを備える。
一態様では、充電形態で、追加の熱交換器は、作業流体を予熱するためのヒータとして機能する。
一態様では、放電形態で、追加の熱交換器は、作業流体を冷却して追加の熱エネルギーを貯蔵するためのクーラとして機能し、この追加の熱エネルギーは、充電形態で前記作業流体を予熱するために使用される。
一態様では、タービンの出口に接続された第１のパイプラインの支流に、クーラが配置される。
一態様では、追加の熱源に動作可能に付随するさらなる熱交換器が、タービンと一次熱交換器との間に動作可能に介在し、放電相でタービンに入る前に作業流体をさらに加熱するように構成される。
一態様では、放電形態で、追加の熱源は、作業流体に追加の熱を提供する。
一態様では、放電相及びエネルギー生成相で、一次熱交換器とタービンとの間において、追加の熱源を介して作業流体をさらに加熱することが想定される。
一態様では、追加の熱源は、太陽光源（例えば、太陽光場）、及び／又は産業廃熱回収（廃熱回収）、及び／又はガスタービン（ＧＴ）からの排熱である。
一態様では、作業流体が放電相でタービンに入る直前に追加の熱源及びさらなる熱交換器を介して運ばれる温度は、充電相中の圧縮の終了時の作業流体の温度より大きい。
一態様では、作業流体が追加の熱源及び追加の熱交換器を介して運ばれる温度は、圧縮の終了時の作業流体の温度と比較するとより大きく、約１００℃であるが、２００℃又は３００℃又は４００℃にもなる。
本出願人は、追加の熱源による作業流体のさらなる加熱が、ラウンドトリップ効率（ＲＴＥ）の大幅な増大を可能にすることを確認した。
一態様では、筐体は変形可能である。
一態様では、筐体はガスタンク（gasometer）の構造を有する。
一態様では、筐体は圧力バルーンである。
一態様では、筐体は、可撓性材料、好ましくはプラスチック、例えばＰＶＣで被覆されたポリエステル布から作られる。
一態様では、モータ及びジェネレータは別個の要素であり、モータは、好ましくは圧縮器に恒久的に接続され、ジェネレータは、好ましくはタービンに恒久的に接続される。
一態様では、モータ及びジェネレータは、単一のモータジェネレータによって画定される。
一態様では、プラントは、モータジェネレータを圧縮器又はタービンに機械的に交互に接続するように、モータジェネレータと圧縮器との間及びモータジェネレータとタービンとの間に、好ましくはクラッチタイプの接続デバイスを備える。
一態様では、モータジェネレータ、圧縮器、及びタービンは、同じ軸線上に配置される。
一態様では、圧縮器内の作業流体の圧縮は、断熱、中間冷却、又は等温である。
一態様では、タービン内の作業流体の膨張は、断熱、中間加熱、又は等温である。
一態様では、補助熱貯蔵部（熱エネルギー貯蔵部、ＴＥＳ）が、圧縮器及びタービンに接続される。
一態様では、補助熱蓄積部は、圧縮器内で充電相中に、１つ又は複数の中間冷却による中間冷却圧縮を実現するように構成される。
一態様では、補助熱蓄積部は、タービン内で放電相中に、１つ又は複数の中間加熱による中間加熱膨張を実行するように構成される。
一態様では、充電相で複数の中間冷却を実行し、これらの中間冷却の一部のみの熱（補助熱蓄積部内に蓄積）を使用して、中間冷却の数より少ない数の中間加熱を実行することが想定される。
一態様では、充電相で複数の中間冷却を実行し、放電相で、最後の中間冷却のみの熱（補助熱蓄積部内に蓄積）を使用することによって、単一の中間加熱を実行することが想定される。
本出願人は、追加の熱源による作業流体のさらなる加熱と、中間冷却及び上述した中間加熱との組合せにより、ラウンドトリップ効率（ＲＴＥ）を１００％より大きい値まで増大させることが可能になることを確認した。
一態様では、一次熱交換器は、固定若しくは移動層蓄熱器であり、又はそれを備える。
一態様では、固定又は移動層蓄熱器は、作業流体によって包まれた少なくとも１つの熱質量を備える。
一態様では、固定又は移動層蓄熱器は、作業流体によって包まれておらず壁によって作業流体から分離された少なくとも１つの熱質量を備え、この壁は典型的に、圧力を収容することが可能な金属から作られており、したがって質量は雰囲気圧である。
一態様では、熱質量は、一貫しない材料、任意選択で砂利又は金属又はセラミック球を含む。
一態様では、熱質量は、一貫した材料、任意選択でセメント又はセラミック又は金属を含む。
一態様では、一次熱交換器は、一次流体によって交差される一次回路、又はいくつかの一次流体によって交差されるいくつかの一次回路を備え、一次流体は、任意選択で水、油、又は塩である。
一態様では、一次回路は、作業流体と熱を交換するように構成された熱交換部分を備える。
一態様では、一次回路は、前記一次流体のために、少なくとも１つの一次貯蔵チャンバ、好ましくは２つの貯蔵チャンバを備える。
一態様では、一次回路は、装置／プロセスの充電形態／相で作業流体から熱を除去した後に蓄積される高温の一次流体のための高温の一次貯蔵チャンバと、装置／プロセスの放電形態／相で作業流体へ熱を伝達した後に蓄積される低温の一次流体のための低温の一次貯蔵チャンバとを備える。
一態様では、一次回路は固定層蓄熱器を備えており、固定層蓄熱器は、好ましくは雰囲気圧で動作し、一次流体によって包まれる。
一態様では、二次熱交換器は、二次流体によって交差される二次回路を備え、二次流体は、任意選択で空気又は水である。
一態様では、二次回路は、作業流体によって包まれるように構成された熱交換部分を備える。
一点では、二次回路は、この二次流体のための少なくとも１つの二次貯蔵チャンバを備える。
一態様では、二次回路は、装置／プロセスの充電形態／相で作業流体から熱を除去した後に蓄積される高温二次流体のための高温二次貯蔵チャンバと、装置／プロセスの放電形態／相で作業流体へ熱を解放した後に蓄積される低温二次流体のための低温二次貯蔵チャンバとを備える。
一態様では、二次熱交換器は、一次熱交換器と前記タンクとの間に位置する。
一態様では、二次熱交換器は、タンクに一体化される。
一態様では、二次熱交換器は、二次流体、典型的には水又は空気の流量及び／又は温度を調節するためのシステムを備えており、このシステムは、システムが亜臨界条件で動作するとき、貯蔵タンク内の圧力を特定の限度内で調節することが可能である。
温度制御は、雰囲気から熱を加えること、又は雰囲気へ熱を除去することによって、１日の異なる時間における空気及び水の周囲温度の正常変動も利用して実施することができる。
一態様では、二次熱交換器は、１つのチャンバ又は２つのチャンバからなる水で満杯の容器の中に配置される。前記二次熱交換器内では、好ましくは浸漬ポンプによって水を循環させることによって、作業流体が充電相中に凝縮され、放電相で蒸発させられる。前記容器の２つのチャンバは、充電相での凝縮のために水がそこから循環するチャンバが常に周辺環境によって冷却され、放電相での蒸発のために水がそこから循環するチャンバが常に周辺環境によって加熱され、場合によりカバーによって温かく維持されるように、カバーされてもカバーされなくてもよく、環境と連通しても連通しなくてもよい。
一態様では、上記は、すべてシステムのＲＴＥを改善するために、対流及び放射式に環境との熱の吸収又は熱の解放を行う特別な交換システムによってさらに支持することができる。このように、システムが亜臨界条件下で動作しているときの圧力調整が実行される。
一態様では、二次熱交換器の熱交換部分は、タンク内に収容される。
一態様では、二次回路は、１００℃を下回る温度、任意選択で０℃～５０℃の温度、任意選択で周囲温度に近い温度で、充電形態で作業流体から熱を除去するように、又は放電形態で作業流体へ熱を伝達するように構成される。
一態様では、充電形態／相で、二次熱交換器は周囲温度に近い条件で機能するため、流体が周囲温度に近い臨界温度を有することにより、二次熱交換器による熱除去相を、雰囲気との直接的又は間接的な交換相によって支援することが可能になる。
一態様では、放電形態／相で、二次熱交換器は周囲温度に近い条件で機能するため、流体が周囲温度に近い臨界温度を有することにより、二次熱交換器による熱供給相を、雰囲気との直接的又は間接的な交換相によって支援することが可能になる。
一態様では、タンクは球形又は実質上球形である。
一態様では、タンクは円筒形又は実質上円筒形である。
一態様では、タンクの外壁は金属から作られる。
一態様では、タンク内に蓄積している作業流体の温度は０℃～１００℃である。
一態様では、作業流体がタンク内に蓄積される圧力は、１０バール～１５０バール、好ましくは１０バール～１５０バール、好ましくは５０～１００バール、好ましくは６５～８５バールである。
一態様では、タンク内に収容されているときの作業流体の密度と、筐体内に収容されているときの作業流体の密度との比は、２００～５００である。
一態様では、二次熱交換器及び一次熱交換器は、作業流体の超臨界変換を行うように構成され、したがって前記作業流体は、超臨界相でタンク内に蓄積される。
一態様では、Ｔ－Ｓ図で作業流体が臨界温度及びアンドリュースのベルを上回る温度になるまで、一次熱交換器内で作業流体から熱を除去することが提供される。
一態様では、作業流体を超臨界相にしてアンドリュースのベルの右側部分を追従させることによって、二次熱交換器内で作業流体から熱を除去することが提供される。
一態様では、タンクは、超臨界相の作業流体のための可変容積部を有する第１のチャンバと、非圧縮性の流体、任意選択で水を収容する補償回路と流体連通している可変容積部を有する第２のチャンバとに、タンクを内部で分離するように構成された分離膜を備える。
一態様では、補償回路は、タンクの第１の可変容積部チャンバ内に収容されている超臨界作業流体内で実質上定圧を維持するように、又は少なくとも常に特定の最小値を上回る状態で作業流体圧力を維持するように構成される。
一態様では、補償回路は、非圧縮性の流体のための補助タンクを備えており、この補助タンクは、任意選択で雰囲気圧であり、第２の可変容積部チャンバと流体連通している。
一態様では、補償回路は、補助ジェネレータに接続された補助タービンを備えており、この補助タービンは、装置／プロセスの充電形態／相で第２の可変容積部チャンバからくる非圧縮性の流体によって回転させられるように構成される。
一態様では、充電相にある補償回路の液体（典型的に、水）の膨張エネルギーは、圧縮器による貯蔵システムの充電エネルギーの１／１００～７／１００である。
一態様では、補償回路は、補助モータに接続されたポンプを備えており、このポンプは、装置／プロセスの放電形態／相で非圧縮性の流体を補助タンクから第２の可変容積部チャンバ内へ圧送するように構成される。
一態様では、放電相にある補償回路の液体（典型的に、水）の圧送エネルギーは、タービンによる貯蔵システムの放電エネルギーの１／１００～７／１００である。
一態様では、二次熱交換器及び一次熱交換器は、作業流体の亜臨界変換を行うように構成され、したがって作業流体は、液相でタンク内に蓄積される。
一態様では、Ｔ－Ｓ図で作業流体が臨界温度を下回る温度及びアンドリュースのベルの左側部分の点になるまで、一次熱交換器内で作業流体から熱を除去することが提供される。
一態様では、作業流体が液相に到達するまで、作業流体を飽和蒸気区間に通すことによって、二次熱交換器内で作業流体から熱を除去することが提供される。
さらなる特徴及び利点は、本発明によるエネルギー貯蔵のためのプラント及びプロセスの排他的ではなく好ましい実施形態の詳細な説明においてより詳細に示す。
この説明は、限定ではなく図示を目的として提供される添付の図面を参照して以下に記載される。
本発明によるエネルギー貯蔵プラントの一実施形態を概略的に示す図である。 図１のプラントの変形形態を示す図である。 図１又は図２のプラントで実施される本発明によるプロセスを示すＴ－Ｓ図である。 本発明によるエネルギー貯蔵プラントのさらなる実施形態を示す図である。 図４のプラントの変形形態を示す図である。 図４又は図５のプラントで実施される本発明によるプロセスを示すＴ－Ｓ図である。 図４又は図５のプラントで実施される本発明によるプロセスの一部を示すＴ－Ｑ図である。 図２のプラントの一部分の変形形態を示す図である。 図２のプラントの一部分の変形形態を示す図である。 図２のプラントの一部分の変形形態を示す図である。 図１、図２、図４、及び図５のプラントの異なる部分の変形形態を示す図である。 図１、図２、図４、及び図５のプラントの異なる部分の変形形態を示す図である。 本発明によるエネルギー貯蔵プラントのさらなる実施形態を示す図である。
添付の図を参照すると、参照番号１によって、本発明によるエネルギーの貯蔵（エネルギー貯蔵）のためのプラントが全体的に示されている。
プラント１は、例えば、大気以外の作業流体とともに動作する。
例えば、プラント１は、二酸化炭素ＣＯ２、六フッ化硫黄ＳＦ６、亜酸化窒素Ｎ２Ｏを含む群から選択された作業流体とともに動作する。以下の説明では、記載するプラント１と組み合わせて使用される作業流体は、二酸化炭素ＣＯ２である。
プラント１は、閉鎖サイクル熱力学的変換（ＴＴＣ）をまず一方向に実行して充電形態／相になり、次いで逆方向に実行して放電形態／相になるように構成され、プラント１は、充電形態で熱及び圧力を貯蔵し、放電形態で電気エネルギーを生成する。
図１を参照すると、プラント１は、単一のモータジェネレータ４のシャフトに機械的に接続されたタービン２及び圧縮器３を備える。モータジェネレータ４、圧縮器３、及びタービン２は、同じ軸線上に配置される。タービン２のシャフトは、例えばクラッチタイプの接続デバイスによって、モータジェネレータ４のシャフトの一端に結合されており、この接続デバイスは、コマンドに応じてタービン２をモータジェネレータ４に接続すること及びタービン２をモータジェネレータ４から切断することを可能にする。同様に、圧縮器３のシャフトは、例えばクラッチタイプの接続デバイスによって、モータジェネレータ４のシャフトの他端に結合されており、この接続デバイスは、コマンドに応じて圧縮器３をモータジェネレータ４に接続すること及び圧縮器３をモータジェネレータ４から切断することを可能にする。ここに示されていない他の実施形態では、モータは圧縮器３に堅固に接続され、ジェネレータはタービン２に堅固に接続される。そのような場合、モータは圧縮器３に恒久的に接続され、ジェネレータはタービン２に恒久的に接続される。
プラント１は筐体５を備えており、筐体５は、好ましくは、可撓性材料、例えばＰＶＣで被覆されたポリエステル布から作られた圧力バルーンによって画定される。圧力バルーンは、地表に配置されており、大気に外部で接触している。圧力バルーンは、雰囲気圧又は実質上雰囲気圧で、すなわち雰囲気と圧力の平衡状態で、作業流体を収容するように構成された容積部の範囲を内側で定める。筐体５はまた、過剰圧力が低い又は過剰圧力がないガスタンク又は任意の他のガス貯蔵システムとして設計することができる。
第１のパイプライン６が、筐体５と圧縮器３の入口３ａとの間及び筐体５とタービン２の出口２ｂとの間に生じ、筐体５の内部容積部を前記圧縮器３及びタービン２に接続する。示されていないバルブ又はバルブシステムを、第１のパイプライン６に動作可能に配置することができ、筐体５を圧縮器３の入口３ａに、又はタービン２の出口２ｂを筐体５に、交互に流体連通させる。
プラント１は、圧縮器３の出口３ｂ又はタービン２の入口２ａと選択的に流体連通することができる一次熱交換器７を備える。この目的で、第２のパイプライン８が、タービン２の入口２ａと一次熱交換器７との間及び圧縮器３の出口３ｂと一次熱交換器７との間に生じる。示されていないバルブ又はバルブシステムが、第２のパイプライン８に動作可能に位置し、一次熱交換器７をタービン２の入口２ａに、又は圧縮器３の出口３ｂを一次熱交換器７に接続する。好ましい実施形態では、１つのバルブ又はバルブシステムのみが第２のパイプライン８に位置する。
タンク９が、一次熱交換器７と流体連通しており、液相又は超臨界相の作業流体を貯蔵するように構成される。
タンク９は、好ましくは、金属から作られ、球形の外壁を有する。
二次熱交換器１０が、一次熱交換器７とタンク９との間又は前記タンク９内で動作上活動状態にあり、タンク９内に蓄積されている又は蓄積相にある作業流体に対して動作するように構成される。図１の実施形態に示す内容によれば、二次熱交換器１０は、タンク９内に収容された独自の熱交換部分１１を有するという意味で、タンク９内に一体化されており、前記タンク９内に収容されている作業流体によって接触されるように構成される。第３のパイプ１２が、一次熱交換器７とタンク９との間に生じ、前記一次熱交換器７を前記タンク９及び前記二次熱交換器１０に流体連通させる。
図１の概略図で、プラント１はまた、筐体５と圧縮器２との間及び筐体５とタービン２との間に動作可能に配置された追加の熱交換器１３を備えることができ、場合により、タービン２の出口２ｂに接続された第１のパイプライン６の支流に位置決めされたクーラ１３ａを備えることができる。
プラント１はまた、同じプラント１の異なる要素に動作可能に接続された示されていない制御ユニットを備えており、制御ユニットは、その動作を管理するように構成／プログラムされる。
プラント１は、充電形態若しくは放電形態で動作するように、又はエネルギー充電相並びに放電及びエネルギー生成相を含むプロセスを実行するように構成される。
充電形態で、プラント１は第１の状態から開始し、第１の状態では、気体状態の作業流体（ＣＯ２）がすべて、雰囲気圧又は実質上雰囲気圧、及び周囲温度に実質上等しい温度で、筐体５内に収容されている（図３のＴ－Ｓ図の点Ａ）。筐体５は、バルブシステムを介して、圧縮器３の入口３ａに接続されるが、タービン２の出口２ｂとの連通は阻止される。加えて、バルブシステムによって、一次熱交換器７が圧縮器３の出口３ｂと流体連通しており、タービン２の入口２ａとの連通は阻止される。モータジェネレータ４は、圧縮器３のみに結合され、タービン２（静止状態にある）から切り離されており、筐体５からくる作業流体を圧縮するように圧縮器３を駆動するためのモータとして機能する。
圧縮器３に入る前に、作業流体は追加の熱交換器１３を通過し、追加の熱交換器１３は、作業流体を予熱するためのヒータとして作用する（図３のＴ－Ｓ図の点Ｂ）。作業流体は次いで、圧縮器３内で圧縮されて加熱される（図３のＴ－Ｓ図の点Ｃ）。作業流体は次いで、一次熱交換器７を通って流れ、一次熱交換器７は、圧縮された作業流体から熱を除去して作業流体を冷却し（図３のＴ－Ｓ図の点Ｄ）、作業流体から除去された熱エネルギーを貯蔵するためのクーラとして機能する。点Ｄで、作業流体は、作業流体の臨界温度より低い温度であり、わずかに過熱状態でアンドリュースのベルの左側の点、又はベルのわずかに外側である。この圧縮は、断熱、中間冷却、又は等温とすることができる。
作業流体はタンク９に入り、タンク９内では、この構成でクーラとして機能する二次熱交換器１０が、作業流体からさらなる熱を除去し、さらなる熱エネルギーを蓄積する。作業流体は、飽和蒸気区間を通過した後、液相に到達する（図３のＴ－Ｓ図の点Ｅ）。したがって、タンク９は、その独自の臨界温度Ｔｃより低い温度で液相の作業流体を蓄積する。この第２の状態で、液体状態の作業流体（ＣＯ２、Ｔｃ＝３１℃）が、例えば２０℃で、すべてタンク９内に収容される。したがって、二次熱交換器１０及び一次熱交換器９は、作業流体の亜臨界変換を実行するように構成され、したがって作業流体は、タンク９内に液相で蓄積される。
放電形態で、プラント１は第２の状態から開始する（図３のＴ－Ｓ図の点Ｆ）。筐体５は、バルブシステムを介して、タービン２の出口２ｂと連通するが、圧縮器３の入口３ａとの連通は阻止される。加えて、バルブシステムによって、一次熱交換器７がタービン２の入口２ａと流体連通しており、圧縮器３の出口３ｂとの連通は阻止される。モータジェネレータ４は、タービン２のみに結合され、圧縮器３（静止状態にある）から切り離されており、膨張した作業流体によって駆動されるタービン２によって回転駆動されるジェネレータとして機能する。
二次熱交換器１０は、ヒータとして機能し、充電形態で前に蓄積されていた熱の一部をタンク９内の作業流体へ伝達する。作業流体は、飽和蒸気区間を通過した後、蒸気相に到達する（図３のＴ－Ｓ図の点Ｇ）。作業流体は一次熱交換器７を通過し、一次熱交換器７は次にヒータとして機能し、充電形態で前に蓄積されていた追加の熱を作業流体へ解放して作業流体を加熱する（図３のＴ－Ｓ図の点Ｈ）。
加熱された作業流体はタービン２に入り、膨張して冷却され（図３のＴ－Ｓ図の点Ｉ）、タービン２の回転を引き起こす。加熱された作業流体によって回転させられたタービン２はモータジェネレータ４を駆動し、モータジェネレータ４はジェネレータとして機能して、電気エネルギーを生成する。タービン内の作業流体の膨張は、断熱、中間加熱、又は等温とすることができる。
タービン２からくる作業流体は、追加の熱交換器１３内で冷却され（図３の図Ｔ－Ｓの点Ｊ）、雰囲気圧又は実質上雰囲気圧で筐体５へ戻る。この相の追加の熱交換器１３は、追加の熱エネルギーをそれぞれの追加の熱エネルギー貯蔵デバイスに貯蔵し、この追加の熱エネルギーは、次の充電相で作業流体を予熱するために使用される。
図３に示す変換で、二次回路２０は、例えば約２０℃の周囲温度に近い温度で、充電形態で作業流体から熱を除去するように、又は放電形態で作業流体へ熱を伝達するように構成される。
充電形態／相及び放電形態／相の両方で、二次熱交換器１０は周囲温度に近い条件で動作するため、流体が周囲温度に近い臨界温度を有することにより、二次熱交換器による熱除去相及び／又は熱供給相を、雰囲気との直接的又は間接的な交換相によって支援することが可能になる。
例えば、タンク９内に蓄積されている作業流体（ＣＯ２）の温度は２４℃であり、タンク９内に蓄積されている作業流体の圧力は６５バールである。２５℃及び雰囲気圧でのＣＯ２の密度は、約１．８ｋｇ／ｍ３である。タンク９内のＣＯ２の密度は、約７３０ｋｇ／ｍ３である。したがって、示されている条件下でタンク９内に収容されているときの作業流体の密度と、雰囲気条件下で筐体５内に収容されているときの同じ作業流体の密度との比は約４００である。この点で、ＣＯ２の代わりに、タンク９内に６５バール及び２４℃で貯蔵された大気が使用された場合、その密度は７８ｋｇ／ｍ３にしかならず、理論的に必要とされるタンク９の容積部は、約１０倍大きくなるはずであることに留意されたい。
例えば、１００ＭＷｈのエネルギーを貯蔵することが可能な本発明によるプラント１の場合、圧力バルーンの容積部は約４０００００ｍ３であり、タンクの容積部は約１０００ｍ３である。
図２の変形形態は、例えば金属球からなる熱質量１４を備えるタイプの一次熱交換器７、すなわち固定層蓄熱器を示す。充電形態／相で、熱質量１４は、高温の圧縮された作業流体によって包まれており、この作業流体は、金属球へ熱を伝達し、金属球は熱エネルギーを貯蔵する。放電形態／相で、熱質量１４は、低温の作業流体によって包まれており、この作業流体は、金属球から熱を吸収して加熱される。示されていない変形形態では、蓄熱器はまた、移動層タイプとすることができる。したがって、一次熱交換器７は熱貯蔵部（熱エネルギー貯蔵部、ＴＥＳ）である。
図２に示す固定層蓄熱器の代わりに、他のタイプの蓄熱器を使用することもできる。
例えば、可能な一次熱交換器７が図１１に示されている。図１１に示すように、一次熱交換器７は、水、油、又は塩などの一次流体によって交差される一次回路１５を備える。一次回路１５は、作業流体と熱を交換するように構成された熱交換部分１６を備える。例えば、上記に示す概略的な実施形態では、第２のパイプライン８のうち作業流体が流れる区間は、熱交換区間１６を通過し、したがって一次流体が前記区間に触れる。一次回路１５は、装置／プロセスの充電形態／相で作業流体から熱を除去した後に蓄積される高温の一次流体のための高温の一次貯蔵チャンバ１７と、装置／プロセスの放電形態／相で作業流体へ熱を伝達した後に蓄積される低温の一次流体のための低温の一次貯蔵チャンバ１８とを備える。熱交換部分１６は、高温の一次貯蔵チャンバ１７と一次低温貯蔵チャンバ１８との間に配置される。装置／プロセスの充電形態／相で、一次流体は、低温の一次貯蔵チャンバ１８から高温の一次貯蔵チャンバ１７へ流れ、作業流体から熱を除去する。装置／プロセスの放電形態／相で、一次流体は、高温の一次貯蔵チャンバ１７から低温の一次貯蔵チャンバ１８へ流れ、作業流体から熱を解放する。
異なる可能な一次熱交換器７が図１２に示されている。図１２に示す内容によれば、一次熱交換器７の一次回路１５は、一次回路１５のうち第２のパイプライン８を通過する作業流体によって包まれた区間によって画定された熱交換部分１６を備える。一次回路１５はまた、固定層蓄熱器１９を備えており、固定層蓄熱器１９は、好ましくは雰囲気圧で動作し、好ましくは上記のものと同様に、一次流体によって包まれる。
図２の変形形態は、追加の熱交換器１３を備えておらず、したがって対応するＴ－Ｓ図は示されていないが、図３に対して点Ｂ及びＪを示さない。
図２の変形形態はまた、二次熱交換器１０の特別な構造を有する。示されている二次熱交換器１０は、空気又は水などの二次流体によって交差される二次回路２０を含む。二次回路２０は、タンク９内に収容された熱交換部分１１に加えて、装置／プロセスの充電形態／相で作業流体から熱を除去した後に蓄積される二次高温流体のための二次高温貯蔵チャンバ２１と、装置／プロセスの放電形態／相で作業流体へ熱を解放した後に蓄積される二次低温流体のための二次低温貯蔵チャンバ２２とを備える。上述したチャンバ２１、２２はまた、上述した熱交換部分１１に加えて、ラジエータ２３を介して互いに接続されており、ラジエータ２３は、夜間に二次流体を冷却し、日中に二次流体を加熱するファン２４及び再循環ダクトを備える。
図８、図９、及び図１０は、タンク９に付随する二次熱交換器１０の他の変形形態を示す。
図８で、二次回路２０は、熱交換部分１１に加えて、追加の熱交換部分２５を備えており、追加の熱交換部分２５を介して、例えば空気又は海水と熱を交換する。
図９で、二次回路２０は、補助冷却器２７に動作可能に接続された水／氷を有する二次タンク２６又は別の２相システムを備える。
図１０で、二次回路２０は、いくつかのチャンバ２８ａ、２８ｂ、２８ｃからなる水で満杯の容器内に位置する。図１０に示す実施形態は、高温の水の貯蔵のためのチャンバ２８ａと、低温の水の貯蔵のためのチャンバ２８ｂと、他のチャンバと流体連通して二次回路２０の一部を収容するチャンバ２８ｃとを示す。二次回路２０内の二次流体は、容器内の水によって冷却又は加熱される。作業流体は、好適に循環される水によって、好ましくは浸漬ポンプ及び二次流体によって、充電相で凝縮され、放電相で蒸発する。前記容器のチャンバ２８は、充電中の凝縮のために水がそこから循環するチャンバが常に周辺環境によって冷却され、放電中の蒸発のために水がそこから循環するチャンバが常に周辺環境によって加熱され、場合によりカバーによって温かく維持されるように、適当なパネル２９によってカバーされてもカバーされなくてもよく、環境と連通しても連通しなくてもよい。上記は、すべてシステムのＲＴＥを改善するために、対流式及び放射式の両方で環境との熱の吸収又は熱の解放を行う特別な交換システムによってさらに支持することができる。
図４及び図５の実施形態は、二次熱交換器１０が一次熱交換器７とタンク９との間に配置され、すなわちタンク９内に一体化されていないことから、前述したものとは構造的に異なる。二次熱交換器１０は、第３のパイプライン１２上に並んでいる。図４は、汎用の二次熱交換器１０を概略的に示す。図５は、二次熱交換器１０の概略的な設計例を示す。
図５に示す二次熱交換器１０は、二次流体、例えば水によって交差される二次回路２０を備える。二次回路２０は、第３のパイプライン１２を通過する作業流体によって包まれた熱交換部分１１を有し、熱交換部分１１は、作業流体と熱を交換するように構成される。
図５の二次回路２０は、装置／プロセスの充電形態／相で作業流体から熱を除去した後に蓄積される二次高温流体のための二次高温貯蔵チャンバ２１と、装置／プロセスの放電形態／相で作業流体へ熱を解放した後に蓄積される二次低温流体のための二次低温貯蔵チャンバ２２とを備える。
熱交換部分１１は、二次高温貯蔵チャンバ２１と二次低温貯蔵チャンバ２２との間に位置する。装置／プロセスの充電形態／相で、二次流体は、二次低温貯蔵チャンバ２２から二次高温貯蔵チャンバ２１へ流れて、作業流体から熱を除去する。装置／プロセスの放電形態／相で、二次流体は、二次高温貯蔵チャンバ２１から二次低温貯蔵チャンバ２１へ流れて、作業流体から熱を解放する。二次回路２０はまた、熱交換部分１１内の二次流体の流量及びこの二次流体と熱を交換する作業流体の温度変動を調整／変更するために、１つ又は複数の中間の二次貯蔵チャンバ３０を備える。図５は、２つの中間の二次貯蔵チャンバ３０を示す。
図４及び図５の実施形態は、タンク９が、超臨界相の作業流体のための可変容積部３２を有する第１のチャンバと、水を収容する補償回路３４と流体連通している可変容積部３３を有する第２のチャンバとに、タンク９を内部で分離するように構成された分離膜３１を備えることから、また前述したものとは構造的に異なる。補償回路３４は、タンク９の第１の可変容積部チャンバ３２内に収容されている二次熱交換器２０からくる超臨界作業流体内で実質上定圧を維持するように構成される。
補償回路３４は、雰囲気圧の水のための補助タンク３５を備えており、補助タンク３５は、適当なパイプラインを介して、タンク９の下部及び第２の可変容積部チャンバ３３と流体連通している。補助タービン３６が、第２の可変容積部チャンバ３３と連通している入口と、補助タンク３５に接続された出口とを有する。補助タービン３６は、補助ジェネレータ３７に接続されており、装置／プロセスの充電形態／相で第２の可変容積部チャンバ３３からくる水によって回転させられるように構成される。ポンプ３８が、補助タンク３５と連通している入口と、第２の可変容積部チャンバ３３に接続された出口とを有する。ポンプ３８は、補助モータ３９に接続されており、装置／プロセスの放電形態／相で水を補助タンク３５から第２の可変容積部チャンバ３３内へ圧送するように構成される。
図６は、図４及び図５の実施形態に対するＴ－Ｓ図を示す。
図７は、図５の実施形態によって実施される熱力学的変換の一部に関するＴ－Ｑ図を示す。
図４及び図５の実施形態の二次熱交換器１０及び一次熱交換器７は、作業流体の超臨界変換を行うように構成され、したがって前記作業流体は、超臨界相でタンク内に蓄積される。実際には、図３に示したものとは異なり、一次熱交換器７は、臨界温度より高くアンドリュースのベルを上回る温度になるまで（図６の点Ｄ）、作業流体から熱を除去する。その後、二次熱交換器１０は作業流体を超臨界相（点Ｅ）にし、作業流体はアンドリュースのベルの右側をたどる。図７は、充電相中の点Ｄから点Ｅへの作業流体の温度の低下、及び図５の二次熱交換器１０の二次作業流体の対応する温度の上昇（点Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｚ）を示す。同じ図７はまた、放電相中の点Ｆから点Ｇへの作業流体の温度の上昇、及び図５の二次熱交換器１０の二次作業流体の対応する温度の低下（点Ｚ、Ｗ、Ｖ、Ｕ）を示す。
例えば、タンク９内に超臨界相で蓄積されている作業流体（ＣＯ２）の温度は２５℃であり、タンク９内に超臨界相で蓄積されている作業流体の圧力は１００バールである。２５℃及び雰囲気圧でのＣＯ２の密度は、約１．８ｋｇ／ｍ３である。タンク９内のＣＯ２の密度は、約８１５ｋｇ／ｍ３である。したがって、示されている条件下でタンク９内に収容されているときの作業流体の密度と、雰囲気条件下で筐体５内に収容されているときの同じ作業流体の密度との比は約４５０である。
図１０の二次熱交換器の構造は、図４及び図５の実施形態でも採用することができることに留意されたい。
加えて、二次熱交換器は、二次流体、典型的には水又は空気のための流量及び／又は温度制御システムを備えることができ、この流量及び／又は温度制御システムは、システムが亜臨界条件で動作するとき、貯蔵タンク内の圧力を特定の限度内で調節することが可能である。温度制御は、例えば、雰囲気から熱を加えること、又は雰囲気へ熱を除去することによって、１日の異なる時間における空気及び水の周囲温度の正常変動も利用して実施することができる。
ＣＯ２を作業流体として使用する示されている実施形態では、回路内で起こり得る炭酸の形成を避けるために、好ましくは、ＣＯ２脱水システム、例えばゼオライトによる除湿器も存在する。
図１３は、プラント１のさらなる変形形態を示す。図１３は、図１に共通する主要要素、すなわちタービン２、圧縮器３、モータジェネレータ４、筐体５、一次熱交換器７（ＴＥＳ、熱貯蔵部）、タンク９、及び二次熱交換器１０を示す。ここに示されているプラント１はまた、追加の熱交換器１３を備える。図４に示す実施形態と同様に、二次熱交換器１０は、一次熱交換器７とタンク９との間に位置しており、すなわちタンク９内に一体化されていない。図２に示すプラントと同様に、二次熱交換器１０は、二次流体、例えば水によって交差される二次回路２０を備える。二次回路２０は、熱交換部分１１に加えて、装置／プロセスの充電形態／相で作業流体から熱を除去した後に蓄積される二次高温流体、及び装置／プロセスの放電形態／相で作業流体へ熱を解放した後に蓄積される二次低温流体のための二次貯蔵チャンバ２００を備える。上述した二次貯蔵チャンバ２００はまた、再循環ダクト上に配置された１つ又は複数のファン２４を備えるラジエータ２３と組み合わせられ、ラジエータ２３は、例えば、夜間に二次流体を冷却し、日中に二次流体を加熱する。上述した二次貯蔵チャンバ２００はまた、対応する回路２１０を介して追加の熱交換器１３に接続される。
この実施形態では、プラント１はまた、追加の熱源２３０から熱を受け取る少なくとも１つの追加の熱交換器２２０を備える。追加の熱交換器２２０は、第２のパイプライン８上で、タービン２の入口２ａと一次熱交換器７との間に位置する。追加の熱源２３０は、例えば排他的ではないが、太陽光源（例えば、太陽光場）、産業回収（廃熱回収）から出る残留熱、ガスタービンからの排熱などである。追加の熱源２３０は、放電相中に追加の熱を提供する。作業流体が放電相中にタービン２に入る直前に追加の熱源２３０及び追加の熱交換器２２０を介して運ばれる温度は、充電相中の圧縮の終了時に得られる作業流体の温度より高い。例えば、作業流体が追加の熱源２３０及び追加の熱交換器２２０によって運ばれる温度は約１００℃であるが、２００℃又は３００℃又は４００℃にもなり、これは圧縮の終了時の作業流体の温度より高い。
プラント１はまた、圧縮器３内で（充電相中）、中間冷却圧縮（１つ又は複数の中間冷却による）を実現し、タービン２内で（放電相中）、中間加熱膨張（１つ又は複数の中間加熱による）を実現するために、適当な回路を介して圧縮器２及びタービン２に接続された補助熱貯蔵部２４０（熱エネルギー貯蔵部、ＴＥＳ）を備える。中間冷却圧縮中に補助熱蓄積部２４０内に蓄積される熱は、全体的又は部分的に、中間加熱膨張を実現するために使用される。
図１３のプラントによって実行されるプロセスの一実施形態では、充電相で中間冷却を実施しないこと、及び放電相で中間加熱を実施しないこと、並びに放電相で追加の熱源２３０及び追加の熱交換器２２０を介して追加の熱を提供することが提供される。
図１３のプラントによって実行されるプロセスの変形形態では、放電相で追加の熱源２３０及び追加の熱交換器２２０を介して追加の熱を提供することに加えて、充電相における１つ又は複数の中間冷却、及び放電相における等しい数の中間加熱を行うことが提供される。
図１３のプラントによって実行されるプロセスのさらなる実施形態では、追加の熱源２３０及び追加の熱交換器２２０による追加の熱を含む熱に加えて、最後の中間冷却の熱（補助熱蓄積部２４０内に蓄積）のみを使用して、充電相で複数の中間冷却を実施すること、及び放電相で単一の中間冷却を実施することが提供される。補助熱貯蔵部２４０に貯蔵されている残りの中間冷却からくる熱は、他の目的、例えばコージェネレーションに使用することができる。
１ エネルギー貯蔵プラント
２ タービン
２ａ タービン入口
２ｂ タービン出口
３ 圧縮器
３ａ 圧縮器入口
３ｂ 圧縮器出口
４ モータジェネレータ
５ 筐体
６ 第１のパイプライン
７ 一次熱交換器
８ 第２のパイプライン
９ タンク
１０ 二次熱交換器
１１ 二次熱交換器の熱交換部分
１２ 第３のパイプライン
１３ 追加の熱交換器
１３ａ クーラ
１４ 熱質量
１５ 一次回路
１６ 一次回路の熱交換部分
１７ 一次高温貯蔵チャンバ
１８ 一次低温貯蔵チャンバ
１９ 固定層蓄熱器
２０ 二次回路
２１ 二次高温貯蔵チャンバ
２２ 二次低温貯蔵チャンバ
２３ ラジエータ
２４ ファン
２５ さらなる熱交換部分
２６ 二次タンク
２７ 補助冷却器
２８ａ、２８ｂ、２８ｃ 水容器チャンバ
２９ パネル
３０ 中間二次貯蔵チャンバ
３１ 分離膜
３２ 第１の可変容積部チャンバ
３３ 第２の可変容積部チャンバ
３４ 補償回路
３５ 補助タンク
３６ 補助タービン
３７ 補助ジェネレータ
３８ ポンプ
３９ 補助モータ
２００ 二次貯蔵チャンバ
２１０ 追加の熱交換器回路
２２０ 追加の熱交換器
２３０ 追加の熱源
２４０ 補助熱貯蔵部

Claims (15)

  1. 大気以外の作業流体を貯蔵する筐体（５）であり、前記作業流体が気相であり、雰囲気と圧力平衡状態になるように、前記筐体（５）が、圧力バルーンである、又は過剰圧力が低い若しくは過剰圧力がないガスタンク若しくは他のガス貯蔵システムの構造を有する、筐体（５）と、
    ケルビンで表される臨界温度の０．５～１．２倍の温度を有する液相又は超臨界相で前記作業流体を貯蔵するタンク（９）であり、前記臨界温度が０℃～２００℃である、タンク（９）と
    を備えるエネルギー貯蔵プラントであって、
    前記エネルギー貯蔵プラントは、前記筐体（５）と前記タンク（９）との間で、閉鎖サイクル熱力学的変換（ＴＴＣ）をまず一方向に充電形態で実行し、次いで逆方向に放電形態で実行するように構成され、前記エネルギー貯蔵プラントは、前記充電形態で熱及び圧力を蓄積し、前記放電形態でエネルギーを生成する、エネルギー貯蔵プラント。
  2. 前記作業流体は、ＣＯ２、ＳＦ６、Ｎ２Ｏを含む群から選択される、請求項１に記載のエネルギー貯蔵プラント。
  3. 互いに機械的に接続された圧縮器（３）及びモータと、
    互いに機械的に接続されたタービン（２）及びジェネレータであって、前記筐体（５）が、雰囲気に外部で接触しており、前記作業流体を雰囲気との圧力平衡状態で収容するように構成された容積部の範囲を内側で定めており、前記容積部が、前記圧縮器（３）の入口（３ａ）又は前記タービン（２）の出口（２ｂ）と選択的に流体連通する、タービン（２）及びジェネレータと、
    前記圧縮器（３）の出口（３ｂ）又は前記タービン（２）の入口（２ａ）と選択的に流体連通する一次熱交換器（７）であって、前記タンク（９）が、前記作業流体を蓄積するために前記一次熱交換器（７）と流体連通する、一次熱交換器（７）と、
    前記一次熱交換器（７）と前記タンク（９）との間又は前記タンク（９）内で動作上活動状態にある二次熱交換器（１０）と
    を備え、
    前記エネルギー貯蔵プラントは、前記充電形態又は前記放電形態で動作するように構成され、
    前記充電形態で、前記筐体（５）は、前記圧縮器（３）の前記入口（３ａ）と流体連通し、前記一次熱交換器（７）は、前記圧縮器（３）の前記出口（３ｂ）と流体連通しており、前記タービン（２）は静止状態にあり、前記モータは動作しており、前記筐体（５）からくる前記作業流体を圧縮するように前記圧縮器（３）を駆動し、前記一次熱交換器（７）は、前記圧縮された作業流体から熱を除去して前記作業流体を冷却し、熱エネルギーを貯蔵するためのクーラとして機能し、前記二次熱交換器（１０）は、前記圧縮された作業流体から追加の熱を除去して追加の熱エネルギーを貯蔵するためのクーラとして機能し、前記タンク（９）は、前記圧縮及び冷却された作業流体を受け取って液相又は超臨界相で貯蔵し、
    前記放電形態で、前記筐体（５）は、前記タービン（２）の前記出口（２ｂ）と流体連通し、前記一次熱交換器（７）は、前記タービン（２）の前記入口（２ａ）と流体連通しており、前記圧縮器（３）は静止状態にあり、前記二次熱交換器（１０）は、前記タンク（９）からくる前記作業流体へ熱を解放するためのヒータとして機能し、前記一次熱交換器（７）は、前記作業流体へさらなる熱を解放して前記作業流体を加熱するためのヒータとして機能し、前記タービン（２）は、前記加熱された作業流体によって回転させられて、前記ジェネレータを駆動してエネルギーを生成し、前記作業流体は、前記筐体（５）内に雰囲気との圧力平衡状態で戻る、
    請求項１又は２に記載のエネルギー貯蔵プラント。
  4. 前記充電形態では前記圧縮器（３）内で圧縮する前に前記作業流体を予熱し、又は前記放電形態では前記タービン（２）からの前記作業流体を冷却するように、前記筐体（５）と前記圧縮器（３）との間及び前記筐体（５）と前記タービン（２）との間に動作可能に配置された追加の熱交換器（１３）を備える、請求項３に記載のエネルギー貯蔵プラント。
  5. 前記モータと前記ジェネレータが別個の要素であり、又は前記モータと前記ジェネレータは、単一のモータジェネレータ（４）によって画定され、前記エネルギー貯蔵プラントは、前記モータジェネレータ（４）を前記圧縮器（３）又は前記タービン（２）に機械的に交互に接続するように、前記モータジェネレータ（４）と前記圧縮器（３）及び前記タービン（２）との間に接続デバイスを備える、請求項３又は４に記載のエネルギー貯蔵プラント。
  6. 前記二次熱交換器（１０）及び前記一次熱交換器（７）は、前記作業流体の超臨界変換を行うように構成され、したがって前記作業流体は、超臨界相で前記タンク（９）内に蓄積される、請求項３～５のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵プラント。
  7. 前記タンク（９）は、超臨界相の前記作業流体のための可変容積部（３２）を有する第１のチャンバと、非圧縮性の流体を収容する補償回路（３４）と流体連通している可変容積部（３３）を有する第２のチャンバとに、前記タンク（９）を内部で分離するように構成された分離膜（３１）を備える、請求項６に記載のエネルギー貯蔵プラント。
  8. 前記二次熱交換器（１０）及び前記一次熱交換器（７）は、前記作業流体の亜臨界変換を行うように構成され、したがって前記作業流体は、液相で前記タンク（９）内に蓄積される、請求項３～５のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵プラント。
  9. 前記一次熱交換器（７）は、固定若しくは移動層蓄熱器であり、又は少なくとも１つの一次貯蔵チャンバ（１７、１８）を有する水、油、若しくは塩の一次回路（１５）を備える、請求項３～８のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵プラント。
  10. 前記二次熱交換器（１０）は、少なくとも１つの二次貯蔵チャンバ（２１、２２）を有する二次空気又は水回路（２０）を備え、１００℃を下回る温度で、前記充電形態では前記作業流体から熱を除去するように、又は前記放電形態では前記作業流体へ熱を伝達するように構成される、請求項３～９のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵プラント。
  11. エネルギー貯蔵プロセスであって、
    大気とは異なる作業流体の貯蔵のための筐体（５）と、ケルビンで表される臨界温度の０．５～１．２倍の温度を有する液相又は超臨界相での前記作業流体の貯蔵のためのタンク（９）との間で、閉鎖熱力学サイクル変換（ＴＴＣ）をまず一方向に充電形態／充電相で実施し、次いで逆方向に放電形態／放電相で実施することを含み、前記作業流体が気相であり、雰囲気と圧力平衡状態になるように、前記筐体（５）が、圧力バルーンであり、又は過剰圧力が低い若しくは過剰圧力がないガスタンク若しくは他のガス貯蔵システムの構造を有し、前記臨界温度が０℃～２００℃であり、前記プロセスは、前記充電相で熱及び圧力を蓄積し、前記放電相でエネルギーを生成する、エネルギー貯蔵プロセス。
  12. 前記充電相は、
    雰囲気に外部で接触しており、前記作業流体を雰囲気との圧力平衡状態で収容するように構成された容積部の範囲を内側で定める前記筐体（５）からくる前記作業流体を圧縮し、エネルギーを吸収することと、
    ケルビンで表される臨界温度の０．５～１．２倍の前記作業流体の温度をもたらすように直列に配置された一次熱交換器（７）及び二次熱交換器（１０）を介して前記圧縮された作業流体を注入することであって、前記一次熱交換器（７）が、前記圧縮された作業流体から熱を除去して前記作業流体を冷却し、熱エネルギーを貯蔵するためのクーラとして機能し、前記二次熱交換器（１０）が、前記圧縮された作業流体からさらなる熱を除去してさらなる熱エネルギーを貯蔵するためのクーラとして機能する、注入することと、
    前記冷却された作業流体を前記タンク（９）内に蓄積することと
    を含み、
    前記二次熱交換器（１０）及び前記一次熱交換器（７）は、前記作業流体の超臨界変換を実施し、したがって前記作業流体は、超臨界相で前記タンク（９）内に蓄積され、又は前記二次熱交換器（１０）及び前記一次熱交換器（７）は、前記作業流体の亜臨界変換を実施し、したがって前記作業流体は、液相で前記タンク（９）内に蓄積され、前記タンク（９）内に蓄積されている前記作業流体の温度は０℃～１００℃であり、前記タンク（９）内に蓄積されている前記作業流体の圧力は１０バール～１５０バールである、請求項１１に記載のエネルギー貯蔵プロセス。
  13. 前記作業流体は、ＣＯ２、ＳＦ６、Ｎ２Ｏを含む群から選択される、請求項１１又は１２に記載のエネルギー貯蔵プロセス。
  14. 前記放電相及びエネルギー生成は、
    前記タンク（９）からの前記作業流体を前記二次熱交換器（１０）及び前記一次熱交換器（７）に通すことであって、前記二次熱交換器（１０）が、前記タンク（９）からくる前記作業流体へ熱を伝達するためのヒータとして機能し、前記一次熱交換器（７）が、前記作業流体へさらなる熱を伝達して前記作業流体を加熱するためのヒータとして機能する、通すことと、
    前記加熱された作業流体をタービン（２）に通すことであって、前記タービン（２）が、前記加熱された作業流体によって回転させられて、ジェネレータを駆動してエネルギーを生成し、前記作業流体が前記タービン（２）内で膨張して冷却される、通すことと、
    前記タービン（２）からくる前記作業流体を雰囲気との圧力平衡状態で前記筐体（５）内へ再注入することと
    を含む、請求項１２に記載のエネルギー貯蔵プロセス。
  15. 前記放電相及びエネルギー生成で、前記一次熱交換器（７）と前記タービン（２）との間において、追加の熱源（２３０）を介して前記作業流体をさらに加熱する、請求項１４に記載のエネルギー貯蔵プロセス。
JP2021546826A 2019-02-19 2019-12-17 エネルギー貯蔵プラント及びプロセス Active JP7501537B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT102019000002385 2019-02-19
IT102019000002385A IT201900002385A1 (it) 2019-02-19 2019-02-19 Impianto e processo per l’accumulo di energia
PCT/IB2019/060896 WO2020039416A2 (en) 2019-02-19 2019-12-17 Energy storage plant and process

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2022520218A JP2022520218A (ja) 2022-03-29
JPWO2020039416A5 true JPWO2020039416A5 (ja) 2024-02-09
JP7501537B2 JP7501537B2 (ja) 2024-06-18

Family

ID=66589761

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021546826A Active JP7501537B2 (ja) 2019-02-19 2019-12-17 エネルギー貯蔵プラント及びプロセス

Country Status (36)

Country Link
US (2) US11643964B2 (ja)
EP (1) EP3927949B1 (ja)
JP (1) JP7501537B2 (ja)
KR (1) KR20210128438A (ja)
CN (2) CN113454313B (ja)
AU (1) AU2019323828A1 (ja)
BR (1) BR112021015317A2 (ja)
CA (1) CA3129364A1 (ja)
CL (1) CL2021002037A1 (ja)
CO (1) CO2021011314A2 (ja)
CU (1) CU24706B1 (ja)
CY (1) CY1126050T1 (ja)
DK (1) DK3927949T3 (ja)
DO (1) DOP2021000163A (ja)
EA (1) EA202192154A1 (ja)
ES (1) ES2944507T3 (ja)
FI (1) FI3927949T3 (ja)
GE (1) GEP20237505B (ja)
HR (1) HRP20230441T1 (ja)
HU (1) HUE061900T2 (ja)
IL (1) IL285332B2 (ja)
IT (1) IT201900002385A1 (ja)
JO (1) JOP20210188A1 (ja)
LT (1) LT3927949T (ja)
MA (1) MA60163B1 (ja)
MD (1) MD3927949T2 (ja)
MX (1) MX2021009330A (ja)
PE (1) PE20212028A1 (ja)
PL (1) PL3927949T3 (ja)
PT (1) PT3927949T (ja)
RS (1) RS64229B1 (ja)
SA (1) SA521430057B1 (ja)
SG (1) SG11202108485RA (ja)
SI (1) SI3927949T1 (ja)
WO (1) WO2020039416A2 (ja)
ZA (1) ZA202106394B (ja)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT201900002385A1 (it) * 2019-02-19 2020-08-19 Energy Dome S P A Impianto e processo per l’accumulo di energia
WO2020234735A1 (en) * 2019-05-17 2020-11-26 8 Rivers Capital, Llc Closed cycle inventory control
US11905857B2 (en) * 2020-03-24 2024-02-20 Energy Dome S.P.A. Plant and process for energy generation and storage
IT202000014566A1 (it) 2020-06-18 2021-12-18 Energy Dome S P A Impianto e processo per la gestione di energia
IT202000026452A1 (it) * 2020-11-05 2022-05-05 Energy Dome S P A Impianto e processo per l’accumulo di energia
JP2023172944A (ja) * 2022-05-24 2023-12-06 石井 克和 圧縮空気エネルギー貯蔵法
EP4326973A4 (en) * 2022-06-16 2024-10-16 Bayram Ari TURBOMACHINE
US20240240588A1 (en) * 2023-01-18 2024-07-18 Earthen Energy Inc. Systems and methods for carbon dioxide-based energy storage and power generation
JP7453717B1 (ja) 2023-07-07 2024-03-21 ＥＳＲＥＥ Ｅｎｅｒｇｙ株式会社 エネルギー貯蔵プラント

Family Cites Families (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4147205A (en) 1977-09-12 1979-04-03 The Bendix Corporation Vacuum actuated automatic temperature control system with actuator pressure signal feedback
US4765143A (en) * 1987-02-04 1988-08-23 Cbi Research Corporation Power plant using CO2 as a working fluid
DE19632019C1 (de) 1996-08-08 1997-11-20 Thomas Sturm Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung mit einer Wärmekraftmaschine
JP2000130185A (ja) 1998-10-21 2000-05-09 Hitachi Ltd エネルギー貯蔵型ガスタービン発電システム
TW200813320A (en) 2006-02-27 2008-03-16 Highview Entpr Ltd Electrical energy storage and generation
DE102006035273B4 (de) * 2006-07-31 2010-03-04 Siegfried Dr. Westmeier Verfahren zum effektiven und emissionsarmen Betrieb von Kraftwerken, sowie zur Energiespeicherung und Energiewandlung
KR100792790B1 (ko) 2006-08-21 2008-01-10 한국기계연구원 압축공기저장발전시스템 및 이를 이용한 발전방법
JP4042823B1 (ja) * 2007-03-06 2008-02-06 有限会社新科学開発研究所 循環式内圧機関及び発電システム
DE102007045888B4 (de) * 2007-09-25 2010-04-15 Ea Energiearchitektur Gmbh Verfahren zur Umwandlung und Speicherung von regenerativer Energie
DK2220343T3 (da) 2007-10-03 2013-08-05 Isentropic Ltd Apparat til energilagring og fremgangsmåde til energilagring
SE533122C2 (sv) 2008-03-12 2010-06-29 Oerjan Forslund Omvandlare av solenergi till elektricitet
CA2753393C (en) * 2009-03-13 2013-09-03 Regents Of The University Of Minnesota Carbon dioxide-based geothermal energy generation systems and methods related thereto
EP2554804B1 (en) 2009-06-18 2016-12-14 ABB Research Ltd. Energy storage system with an intermediate storage tank and method for storing thermoelectric energy
US20110100010A1 (en) 2009-10-30 2011-05-05 Freund Sebastian W Adiabatic compressed air energy storage system with liquid thermal energy storage
CN102052256B (zh) * 2009-11-09 2013-12-18 中国科学院工程热物理研究所 超临界空气储能系统
US10094219B2 (en) 2010-03-04 2018-10-09 X Development Llc Adiabatic salt energy storage
US20110204064A1 (en) 2010-05-21 2011-08-25 Lightsail Energy Inc. Compressed gas storage unit
WO2012007196A2 (en) 2010-07-12 2012-01-19 Siemens Aktiengesellschaft Thermal energy storage and recovery device and system having a heat exchanger arrangement using a compressed gas
US8966902B2 (en) 2010-07-12 2015-03-03 Siemens Aktiengesellschaft Storage and recovery of thermal energy based on counter current principle of heat transfer medium transportation
GB2484080A (en) * 2010-09-28 2012-04-04 Univ Cranfield Power generation using a pressurised carbon dioxide flow
US8857186B2 (en) * 2010-11-29 2014-10-14 Echogen Power Systems, L.L.C. Heat engine cycles for high ambient conditions
DE102010054733A1 (de) * 2010-12-16 2012-06-21 Daimler Ag Abwärmenutzungsvorrichtung, Betriebsverfahren
DE102011007613A1 (de) * 2011-04-18 2012-10-18 Kaco New Energy Gmbh System zum Speichern von mittels einer Photovoltaikanlage und/oder einer Windkraftanlage erzeugter elektrischer Energie
EP2532843A1 (en) 2011-06-09 2012-12-12 ABB Research Ltd. Thermoelectric energy storage system with an evaporative ice storage arrangement and method for storing thermoelectric energy
DE102011112280B4 (de) * 2011-09-05 2022-09-29 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Anlage zur Speicherung von Energie mittels Druckluft
EP2574865A1 (de) 2011-09-29 2013-04-03 Siemens Aktiengesellschaft Energiespeichervorrichtung sowie Verfahren zur Speicherung von Energie
CN102758689B (zh) * 2012-07-29 2015-03-04 中国科学院工程热物理研究所 超超临界空气储能/释能系统
EP2698506A1 (en) 2012-08-17 2014-02-19 ABB Research Ltd. Electro-thermal energy storage system and method for storing electro-thermal energy
US9118226B2 (en) * 2012-10-12 2015-08-25 Echogen Power Systems, Llc Heat engine system with a supercritical working fluid and processes thereof
CN103016152B (zh) * 2012-12-06 2014-10-01 中国科学院工程热物理研究所 一种新型流程的超临界空气储能系统
CN202970911U (zh) * 2012-12-06 2013-06-05 中国科学院工程热物理研究所 一种新型流程的超临界空气储能系统
GB2518125B (en) 2013-06-07 2020-06-10 Gravitricity Ltd Apparatus and method for electrical energy storage
DE102013211875A1 (de) * 2013-06-24 2015-01-08 Robert Bosch Gmbh Abwärmerückgewinnungssystem für eine Brennkraftmaschine
CN105899442A (zh) * 2014-01-15 2016-08-24 布莱特能源存储科技有限责任公司 使用压缩流体的水下能量储存
DE102014101263B3 (de) 2014-02-03 2015-07-02 Stephan Leyer Vorrichtung und Verfahren zum Speichern von Energie mit Hilfe von überkritischem Kohlendioxid
CN107429577B (zh) 2015-03-25 2019-10-18 西屋电气有限责任公司 超临界二氧化碳发电布雷顿循环系统和方法
GB2537126A (en) * 2015-04-07 2016-10-12 Isentropic Ltd Hybrid energy storage system
US20170241675A1 (en) * 2016-02-22 2017-08-24 Autry Industrial, LLC Cooling system powered by thermal energy and related methods
US20200182148A1 (en) * 2016-06-07 2020-06-11 Dresser-Rand Company Hybrid compressed air energy storage system
CN106224776B (zh) * 2016-08-31 2019-06-21 合肥艾普拉斯环保科技有限公司 气体循环系统
US10458284B2 (en) 2016-12-28 2019-10-29 Malta Inc. Variable pressure inventory control of closed cycle system with a high pressure tank and an intermediate pressure tank
US10082104B2 (en) 2016-12-30 2018-09-25 X Development Llc Atmospheric storage and transfer of thermal energy
CN106884692B (zh) * 2017-04-18 2019-01-18 长沙紫宸科技开发有限公司 一种利用水泥厂余热实现二氧化碳循环发电的方法
US10488085B2 (en) * 2017-05-24 2019-11-26 General Electric Company Thermoelectric energy storage system and an associated method thereof
AU2017416627A1 (en) * 2017-06-01 2020-01-23 Institute Of Engineering Thermophysics, Chinese Academy Of Sciences Staged cold energy storage type supercritical compressed air energy storage system and method
US10947899B2 (en) * 2017-08-31 2021-03-16 Energy Internet Corporation Energy storage and management using pumping
CN109681279B (zh) * 2019-01-25 2023-10-03 西安热工研究院有限公司 一种含液态空气储能的超临界二氧化碳发电系统及方法
IT201900002385A1 (it) * 2019-02-19 2020-08-19 Energy Dome S P A Impianto e processo per l’accumulo di energia

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7501537B2 (ja) エネルギー貯蔵プラント及びプロセス
CN114135349B (zh) 热电厂余热再利用方法及与热电厂耦合的储能发电系统
WO2016079485A1 (en) A waste heat recovery system combined with compressed air energy storage
US20230105405A1 (en) Energy storage plant and process
US11905857B2 (en) Plant and process for energy generation and storage
JPWO2020039416A5 (ja)
JP7554920B2 (ja) エネルギー貯蔵のためのプラント及びプロセス
US20230243599A1 (en) Thermoelectric device for storage or conversion of energy
EA042233B1 (ru) Установка и способ хранения энергии
OA20837A (en) Energy storage plant process