KR20110120974A - 액체 공기 생산, 동력 저장 및 동력 방출 시스템 및 장치 - Google Patents

액체 공기 생산, 동력 저장 및 동력 방출 시스템 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20110120974A
KR20110120974A KR1020117022618A KR20117022618A KR20110120974A KR 20110120974 A KR20110120974 A KR 20110120974A KR 1020117022618 A KR1020117022618 A KR 1020117022618A KR 20117022618 A KR20117022618 A KR 20117022618A KR 20110120974 A KR20110120974 A KR 20110120974A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
air
heat exchanger
refrigerant loop
chiller
loop
Prior art date
Application number
KR1020117022618A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101334068B1 (ko
Inventor
밴더 데이비드
Original Assignee
익스팬션 에너지 엘엘씨
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from PCT/US2009/041157 external-priority patent/WO2009154863A2/en
Application filed by 익스팬션 에너지 엘엘씨 filed Critical 익스팬션 에너지 엘엘씨
Publication of KR20110120974A publication Critical patent/KR20110120974A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101334068B1 publication Critical patent/KR101334068B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0228—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes
    • F25J1/0235—Heat exchange integration
    • F25J1/0242—Waste heat recovery, e.g. from heat of compression
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/005—Adaptations for refrigeration plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/14—Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0012—Primary atmospheric gases, e.g. air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/004—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by flash gas recovery
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/0045—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by vaporising a liquid return stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/005—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by expansion of a gaseous refrigerant stream with extraction of work
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/006—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/007—Primary atmospheric gases, mixtures thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0203—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0204—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a single flow SCR cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0225—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using other external refrigeration means not provided before, e.g. heat driven absorption chillers
    • F25J1/0227—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using other external refrigeration means not provided before, e.g. heat driven absorption chillers within a refrigeration cascade
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0244—Operation; Control and regulation; Instrumentation
    • F25J1/0245—Different modes, i.e. 'runs', of operation; Process control
    • F25J1/0251—Intermittent or alternating process, so-called batch process, e.g. "peak-shaving"
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • F25J1/0262—Details of the cold heat exchange system
    • F25J1/0264—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams
    • F25J1/0265—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams comprising cores associated exclusively with the cooling of a refrigerant stream, e.g. for auto-refrigeration or economizer
    • F25J1/0268—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams comprising cores associated exclusively with the cooling of a refrigerant stream, e.g. for auto-refrigeration or economizer using a dedicated refrigeration means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0281—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc. characterised by the type of prime driver, e.g. hot gas expander
    • F25J1/0284—Electrical motor as the prime mechanical driver
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0285—Combination of different types of drivers mechanically coupled to the same refrigerant compressor, possibly split on multiple compressor casings
    • F25J1/0288—Combination of different types of drivers mechanically coupled to the same refrigerant compressor, possibly split on multiple compressor casings using work extraction by mechanical coupling of compression and expansion of the refrigerant, so-called companders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/61—Application for hydrogen and/or oxygen production
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/60—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using adsorption on solid adsorbents, e.g. by temperature-swing adsorption [TSA] at the hot or cold end
    • F25J2205/66—Regenerating the adsorption vessel, e.g. kind of reactivation gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/02—Compressor intake arrangement, e.g. filtering or cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/04—Compressor cooling arrangement, e.g. inter- or after-stage cooling or condensate removal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/20—Integrated compressor and process expander; Gear box arrangement; Multiple compressors on a common shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/22—Compressor driver arrangement, e.g. power supply by motor, gas or steam turbine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/30—Compression of the feed stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/02—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams using a pump in general or hydrostatic pressure increase
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/80—Hot exhaust gas turbine combustion engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/90—Hot gas waste turbine of an indirect heated gas for power generation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/40—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2260/00—Coupling of processes or apparatus to other units; Integrated schemes
    • F25J2260/30—Integration in an installation using renewable energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/14—External refrigeration with work-producing gas expansion loop
    • F25J2270/16—External refrigeration with work-producing gas expansion loop with mutliple gas expansion loops of the same refrigerant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
    • F25J2270/906—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration by heat driven absorption chillers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0033—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for cryogenic applications
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

본 발명은 유입 공기를 수직방향의 냉각관 조립체 안으로 유입되도록 유도하는 단계와, 공기를 냉각하고 수분 부분을 제거하는 단계를 포함하는 에너지 저장 및 방출 시스템 및 장치에 관한 것이다. 상기 공기는 상기 냉각관 조립체로부터 밖으로 향하여 압축된다. 남아있는 수분은 실질적으로 제거된다. 상기 공기는 냉매 루프 공기를 사용하여 실질적으로 액화되도록 주 열교환기에서 냉각된다. 상기 실질적으로 액화된 공기는 저장 장치로 향한다. 에너지 방출 모드에서, 작동 루프 공기는 상기 방출된 액체 공기가 실질적으로 증발되도록 방출된 액체 공기를 가온시키고, 상기 방출된 액체 공기는 상기 작동 루프 공기가 실질적으로 액화되도록 상기 작동 루프 공기를 냉각시킨다. 상기 실질적으로 증발된 공기는 연소실로 향하여 연소 흐름에 의하여 연소된다. 팽창된 연소가스의 일부는 상기 방출된 액체 공기를 가열하여 실질적으로 증발시키는데 사용될 수 있다.

Description

동력 저장 및 방출용 시스템 및 방법{System and Method for Power Storage and Release}
[관련 특허출원들의 상호 참조]
본 출원은 2009년 3월 18일에 출원된 미국 특허출원 제12/406,754호에 대한 우선권 주장 출원으로서 상기 출원은 그 전체가 본 출원에 참조로 편입되고, 또한 본 출원은 2008년 5월 27일에 출원된 미국 특허출원 제12/127,520호의 일부 계속 출원(continuation-in-part)으로서 상기 출원은 그 전체가 본 출원에 참조로 편입된다. 본 출원은 2009년 4월 20일에 출원된 국제 특허 출원 PCT/US2009/041157호에 대한 우선권 주장출원으로서, 상기 출원은 그 전체가 본 출원에 참조로 편입된다.
[기술분야]
본 발명은 동력 저장 및 방출용 시스템 및 방법에 관한 것이다.
풍력은 재생가능하고 화석 연료 동력원보다 통상적으로 청정하므로 바람직한 에너지원이다. 풍력 터빈은 이동하는 공기의 에너지를 포착하여 전기적 동력으로 변화시킨다. 그러나 풍력은 매우 예측이 어렵고, 전력값이 최고 수요 시기(peak demand period) 동안보다 상당히 낮은 저전력 수요 시기 동안에 자주 예측이 어렵다. 최고 수요 시기("상시" 출력(firm power)으로 알려져 있음) 동안에 전송의 확실성을 확보할 방법 없이는, 그리고 최고 값 피크 전력 시기 동안에 방출되는 최저 값 오프-피크(low-value off-peak) 전력을 저장하는 방법 없이는, 풍력 및 다른 간헐적(intermittent) 재생가능한 전력원의 성장은 제한될 수 있고, 이는 그 전체의 잠재적 에너지가 세계적으로 전체적인 동력 발생 포트폴리오로 이르는 것을 지체시킨다.
풍력과 같은 간헐적 동력원들의 다른 단점은 이 동력원이 전송 그리드(transmission grid)상에 들어오는 경우 시스템에 "밸런스" 문제들을 야기할 수 있고, 이는 새로운(특히 재생가능한) 전력 발생원의 전망에 주요한 장애요인이다. 천연가스(NG) 연료 터빈에 인접하거나 천연가스 연료 터빈과 연관하여 풍력 터빈들(또는 다른 간헐적 재생가능한 동력 자원들)을 작동하면, 위 NG 터빈이 상기 풍력을 지원하므로 100%의 전력 확실성을 얻을 수 있다. 그러나 그러한 접근 방법은 NG 터빈의 작동 시간을 기초로 할 때 환경 등급을 감소시킬 수 있고, 2개의 동력 생산 시스템이 완전히 여분으로 될 필요가 있으므로 경제적으로 실행할 수 없고, 따라서 용량 이용 및 경제적 자원 재생이 감소된다. 더 중요한 점은 표준적인 풍력발전지역과 보조 NG 터빈(들)의 어느 것도 오프 피크 기간(off-peak period) 동안에 광범위하게 이용할 수 있는 풍력을 "저장" 할 수 없다는 점이다.
다른 타입의 실용 규모(utility scale) 동력원의 단점은 이들이 오피-피크 기간 동안 또는 간헐적으로 대량의 불필요한 양의 동력을 생산한다는 점이다. 현존하는 동력 시스템(상시 또는 간헐적 동력 시스템 모두)의 다른 주요 단점은 전송 라인이 자주 "폐색(clogged)"되거나 과부하가 걸리고, 전송 시스템이 균형이 잡히지 않게 되는 점이다. 과부하가 걸리는 전송 라인에 대한 하나의 현재의 해결책은 "휠링(wheeling)"에 의해 동력을 전달하는 것인데, 이는 각 최종 수요자에게 특정 양의 동력을 전달하여, 어떠한 "동력 제품"이 동력 전달 시스템으로 들어가 그 시스템으로부터 제거된 다른 제품에 대하여 균형을 맞추도록 하는 것이다. 휠링 용 전류 저장 시스템을 사용하는 것의 단점은 동력 발생이 모든 시간 동안(그 대부분은 피크 수요 시간이 아님)에 발생하고, 피크 수요 시간과 실질적으로 겹치지 않는다는 점이다. 또 다른 단점은 모든 시간(그 대부분은 피크 수요 시간이 아님)에 발생하는 동력 전송이 또한 피크 수요 시간과 실질적으로 겹치지 않는다는 점이다.
현존하는 (또는 이전에 제안되었던) 몇 안되는 실용 규모 동력원 시스템은 비효율적인 가열 및 냉각 회수 메카니즘, 특히 가열 및 냉각 저장 매체용 다중 시스템을 요구하는 메카니즘과 같은 주요한 단점을 가지고 있다. 또 다른 단점은 많은 팽창기들 및 압축기들이 몇몇 전방-단부 요소들(front-end elements)이 동일 축 상에서 후방 단부 요소들(back-end elements)로부터 연결이 해제되도록 허용하는 "클러치들"과 통상적으로 동일 축 상에 있는 부가적인 복잡성이다. 몇몇의 현존하는 동력 설비들은 레큐퍼레이터(recuperator)와 함께 단순 사이클 가스 터빈을 사용하는데, 여기에서 전방-단부 압축기는 유입 공기를 압축하는 고열-가스 팽창기와 동일 축상에 있다. 그러나 그러한 구성에서 동력 출력의 약 63%가 유입 공기를 압축하는데 바쳐진다.
따라서 어떠한 동력원, 특히 풍력과 같은 간헐적 동력원으로부터 확실성있고 안정되고 일관성있는 에너지 출력을 제공할 수 있는 시스템에 대한 요구가 존재한다. 또한 상시 동력원(즉, 베이스 부하) 동력원 및 간헐적 동력원 모두를 포함하여 오프 피크 기간 동안 대량의 동력을 발생하는 동력 발생원들과 관련하여 사용될 수 있는 편리한 동력 저장 시스템을 제공할 필요성이 존재한다. 게다가 효율적인 가열 및 냉각 회수 메카니즘을 가진 동력 저장 및 방출 조립체 그리고 더욱 간단하고, 더욱 효율적인 압축 및 팽창 시스템에 대한 요구가 존재한다.
본 발명은 많은 실시예들에서 에너지를 동력 저장 및 방출용 액체 공기(L-Air)로 변화시키고 열교환 목적을 위해 L-Air와 외기를 사용함으로서 공지의 동력 저장 시스템들의 단점들을 상당하 완화시킨다. 본 발명의 실시예들은 열교환기를 통하여 공기를 냉각 및 가온시키고, 상기 시스템으로부터 열 및 냉기를 모두 회수하며, 액체 공기로 에너지를 저장하고 에너지를 방출하도록 액체공기를 가압 펌핑함으로써, 에너지 효율이 높은 저장, 교체 및 방출 능력을 제공한다.
본 발명의 실시예들은 본 명세서에서 "밴더의 동력 저장 사이클(Vandor's Power Stroage(VPS) cycle"로 지칭된다. VPS 사이클은 동력을 저장하는 시스템 및 방법들과 에너지를 방출하는 시스템 및 방법들을 포함한다. VPS 사이클의 동력 저장 방법의 일 실시예는 상단 또는 그 부근에 위치하고 유입 공기가 향하는 유입구 공기 유입구와 바닥 또는 그 부근에 위치하는 유출점을 가지는 수직방향의 냉각관 조립체(cold flue assembly)를 통과하여 유입 공기를 유도하는 단계를 포함한다. 상기 유입 공기는 상기 냉각관 조립체의 상단으로부터 상기 냉각관 조립체의 바닥까지 아래방향을 가라앉는다. 상기 저장 방법은 상기 냉각관 조립체 내에서 공기를 냉각시키고 상기 냉각관 조립체 내의 공기로부터 수분 부분을 제거하는 단계를 포함한다. 상기 냉각관 조립체는 단열된 알루미늄제의 플레이트 핀 열교환기(plate fin heat exchanger)를 구비하는데, 상기 열교환기는 전체적인 조립체가 (수평방향의 횡단면 또는 평면에서 볼 때) 둥근 "연관" 형태에 유사하게 수직한 방식(플레이트들이 동원심원과 같이 최적의 배열을 가짐)으로 작동되도록 구성된다. 상기 냉각관 조립체를 사용하는 것이 바람직하나, 수평방향의 구성으로 이루어진 통상적인 플레이트 핀 열교환기가 동력 저장 방법들에 사용될 수 있다.
상기 공기는 냉각관 조립체의 출구로부터 밖으로 향한다. 그 다음에 상기 공기는 압축되어 상기 압축된 공기로부터 압축열이 회수된다. 바람직하게는, 상기 공기의 압축은 2단계 압축을 포함하는데, 여기에서 공기는 첫 번째로 사이클의 이 단계의 제1 압력까지 압축되고 압축열이 상기 압축된 공기로부터 회수된다. 상기 압축 공기로부터 회수된 압축열은 흡수 칠러(aborption chiller)로 향하여 상기 흡수 칠러를 구동시킬 수 있다. 상기 흡수 칠러는 상기 냉각관 조립체와 유체 연결된다. 냉매가 상기 흡수 칠러로부터 냉각관 조립체로 향하여 상기 냉각관 조립체로 들어오는 유입 공기를 냉각시키는 것을 돕는다. 남아있는 수분 및 이산화탄소(CO2)는 흡수기, 바람직하게는 분자 여과기 조립체에 의하여 공기로부터 제거된다.
다음으로 바람직한 실시예에서, 공기는 제2 압력으로 압축되어 압축열이 상기 압축된 공기로부터 다시 회수된다. 상기 압축은 단일 단계에서 약간의 효율 손실을 가지고 수행될 수 있고, 또한 3 또는 그 이상의 단계에서 효율 이득을 가지고 그러나 증가된 복잡성 및 자본 비용을 가지고 수행될 수 있는 점을 주목하여야 한다. 다음으로 상기 저장 방법의 바람직한 실시예는 주 열교환기에서 공기를 냉각하는 단계를 포함함으로써, 냉매 루프 공정에 의해 발생되는 냉매 루프 공기를 사용하여 공기가 실질적으로 액화되도록 한다. 마지막으로 상기 실질적으로 액화된 공기는 저장 장치, 바람직하게는 액체 공기 저장 탱크로 향한다.
상기 저장 장치 안의 실질적으로 액화된 공기의 증기 부분, 즉 "플래쉬 에어(flash air)"는 상기 주 열교환기로 향하여 상기 증기 부분으로부터 냉기가 회수되어 상기 유동되어 들어오는 유입공기를 더욱 냉각시키는데 사용된다. 따라서 상기 증기 부분은 유입 공기에 의하여 가온된다. 상기 증기 부분은 바람직하게는 약 화씨 220도로 더욱 가온되고, 상기 공정의 다른 곳에서부터 회수된 압축열에 의해 특별히 가온된다. 실질적으로 액화된 공기의 가온된 증기 부분은 분자 여과기 조립체로 향하여, 실질적으로 액화된 공기가 거기에 모여진 이산화탄소와 수분을 제거한다. 플래쉬 에어로서 상기 저장 탱크를 빠져 나오는 거의 70psia의 압력으로 아직 유지되는 상기 따뜻한 스윕 에어(sweep air)는 발전기 부하 고온 가스 팽창기(generator-loaded hot-gas expander)로 계속 이동하여, 기구들, 밸브들, 펌프들 및 다른 유사한 장치들의 일부를 현장에서 작동시키는 데 사용되는 동력을 생산하고, 따라서 상기 시스템으로 저장을 위하여 이송되는 전체 동력의 양과 상기 동력으로부터 연유하는 L-Air의 양 사이의 관계를 증진시킨다.(이것은 분자 여과기 조립체의 "스위핑(sweeping)"으로 불리우고, 따라서 상기 분자 여과기 조립체로 향하는 실질적으로 액화된 공기의 가온된 증기 부분은 또한 "스윕 에어"로 불리운다).
상기 저장 방법은 또한 냉매 루프 공기 스트림을 제1 압력으로 가압하는 한편 상기 압축열을 회수하는 단계와 그 다음에 냉매 루프 공기를 제1 압력 그리고 선택적으로 제3 압력으로 가압하고 다시 압축열을 회수하는 단계를 구비한다. 그 다음에 상기 냉매 루프 공기는 분기되어, 제1 부분이 기계적 칠러로 향하고 제2 부분은 냉매 루프 공기 극저온 팽창기로 향한다. 그 다음에 냉매 루프는 상기 기계적 칠러 및 냉매 루프 공기 극저온 팽창기에서 냉각되고, 주 열교환기로 되돌아 오고, 여기에서 더욱 냉각되고 그 다음에 팽창되어 상기 흐름을 더욱 냉각시킨다. 그 다음에 상기 냉매 루프 공기는 유입 공기가 액화되도록 냉각하는 극히 냉각된 냉매 흐름으로서 주 열교환기로 복귀한다. 냉매는 상기 흡수 칠러로부터 기계적 칠러로 향하여 기계적 칠러를 냉각할 수 있다. 상기 냉매 공기 흐름은 냉동 사이클로 복귀하여 상기 유입 공기에 의하여 가온되고 루프의 시작점으로 복귀하고, 위에서 기술한 바와 같이 여기에서 재압축되고 냉각된다.
에너지 저장 시스템의 일 실시예는 하나 또는 그 이상의 유입 공기 압축기들을 포함한다. 원하는 구성들에 따라 하나의 다단 압축기 또는 복수개의 압축기가 액화되고 저장될 유입 공기를 압축하는데 사용될 수 있다. 상기 시스템은 또한 제1 유입 공기 압축기와 유체 연결된 분자 여과기 조립체를 구비할 수 있다. 바람직한 실시예에서 수직방향의 냉각관 조립체는 상기 분자 여과기 조립체와 제2 유입 공기 압축기와 유체 연결되고, 유입 공기가 향하는 상단 또는 그 부근에 공기 유입구 및 바닥부 또는 그 부근에 출구를 구비한다. 상기 냉각관 조립체는 플레이트 핀 열교환기로 구성되고, 상기 유입 공기가 향하는 상단 또는 그 부근에 공기 유입구 및 바닥부 또는 그 부근에 출구를 구비하는 것이 바람직하다.
작동 유체를 사용하는 흡수 칠러는 상기 냉각관 조립체에 유체 연결된다. 상기 에너지 저장 시스템은 또한 상기 하나 또는 그 이상의 유입 공기 압축기 중의 적어도 하나에 유체 연결된 주 열교환기, 바람직하게는 극저온 열교환기를 구비하는 하나 또는 그 이상의 열교환기를 구비한다. 상기 조립체는 상기 주 열교환기에 유체 연결된 저장 장치를 더 포함한다. 냉매 유체를 함유하는 기계적 칠러는 상기 흡수 칠러에 유체 연결되고, 냉매 루프 공기 조립체는 상기 기계적 칠러에 유체 연결된다.
바람직한 실시예에서, 상기 냉매 루프 공기 조립체는 하나 또는 그 이상의 냉매 루프 공기 압축기와 하나 도는 그 이상의 냉매 루프 공기 극저온 팽창기를 구비하는 바, 상기 압축기들의 적어도 하나는 상기 주 열교환기에 유체 연결된다. 상기 기계적 칠러는 적어도 하나의 냉매 루프 공기 압축기, 적어도 하나의 냉매 루프 공기 팽창기, 상기 흡수 칠러 및 상기 주 열교환기에 유체 연결된다. 이 실시예에서, 상기 냉매 루프 공기는 냉매 루프 공기 조립체로부터 주 열교환기로 유동하여 유입 공기를 냉각 및 액화시킨다.
상기 냉매 루프 공정의 바람직한 실시예에서, 상기 공기 흐름은 연결된 루프를 통하여 독립적 냉동 조립체로부터 유동하는데, 상기 독립적 냉동 조립체는 냉매 루프 공기가 제1 압력으로 압축되고 압축열이 회수되도록 상기 냉매 루프 공기를 압축시키는 복수개의 냉매 루프 공기 압축기를 구비한다. 상기 냉매 루프 공기는 제2 압력으로 압축되고 압축열이 회수된다. 상기 냉매 루프 공기는 분기되어, 제1 부분이 기계적 칠러로 향하고 제2 부분은 적어도 하나의 냉매 루프 공기 극저온 팽창기로 향한다. 상기 냉매 루프 공기는 기계적 칠러에 의해 그리고 적어도 하나의 냉매 루프 공기 극저온 팽창기에 의해 냉각된다. 상기 기계적 칠러 내부의 냉매는 상기 흡수 칠러로부터 기계적 칠러로 보내진 차가운 작동 유체에 의해 응축된다.
에너지 방출 시스템의 일 실시예는 저장 장치와 하나 또는 그 이상의 열교환기를 구비하고, 상기 열교환기 중 적어도 하나의 열교환기는 상기 저장 장치와 유체 연결된다. 적어도 하나의 연소실은 적어도 하나의 열교환기와 유체 연결된다. 하나 또는 그 이상의 발전기 부하 고온 가스 팽창기는 적어도 하나의 연소실 및 적어도 하나의 열교환기와 유체 연결된다. 상기 시스템은 적어도 하나의 팽창기와 유체 연결되고 전력을 생산하는 적어도 하나의 발전기를 더 구비한다. 상기 에너지 방출 시스템의 일 실시예에서, 액체 공기는 상기 저장 장치로부터 방출되어 제1 일반적 방향으로 유동한다. 작동 루프 공기는 제2 일반적 방향으로 유동하는데, 상기 제2 일반적 방향은 제1 일반적 방향과 실질적으로 반대 방향이다. 상기 작동 루프 공기는 상기 방출된 액체 공기가 실질적으로 증발되도록 상기 방출된 액체 공기를 가온시키고, 상기 방출된 액체 공기는 상기 작동 루프 공기가 실질적으로 액화되도록 상기 작동 루프 공기를 냉각시킨다. 상기 2개의 흐름은 상호 섞이지 않고, 하나 또는 그 이상의 열교환기에서 단지 열교환을 한다. 그 다음에 실질적으로 액화된 작동 루프 공기는 가압 펌핑되어 고온의 연소 가스에 의해 증발된다. 상기 증발된 고안 작동 루프 공기는 발전기 부하 고온 가스 팽창기에서 팽창하고, 여기에서 발전기는 전력을 생산한다.
상기 방출된 액체 공기의 일부는 적어도 하나의 발전기로 향하고 상기 발전기용 베어링 공기로 사용된다. 상기 실질적으로 증발된 공기는 연소실로 향하고 연료 흐름에 의해 연소된다. 연소 가스는 상기 연소실에서 나와 적어도 하나의 팽창기로 향하고 상기 팽창기에서 팽창된다. 팽창된 연소가스는 제1 부분과 제2 부분으로 분기되고, 상기 제1 부분은 제2 부분보다 상대적으로 크다. 연소가스의 제1 부분은 제1 열교환기로 향하고, 여기에서 상기 방출되고 미리 가압 펌핑된 액체 공기를 증발시킨다. 제2 부분은 동력 유출 사이클의 주 유출 흐름의 루프 공기 부분에서 생산되는 액체 공기를 가열하여 실질적으로 증발시키도록 제2 열교환기로 향한다. 이러한 방식으로 발전기 부하 팽창기를 나오는 고온 배기 가스에 포함된 열에너지가 첫 번째로 상기 연소실로 향하는 유입 공기를 증발시키고 가온시키는 데 사용되고, 두 번째로 상기 사이클의 루프 공기 부분에서 생산된 액체 공기를 가온시키는 데 사용되어, 고온 고압 공기 흐름이 그 자신의 발전기 부하 팽창기에서 또한 팽창되도록 한다. 따라서 상기 밖으로 유동하는 가압 펌핑된 L-Air 안에 포함된 냉각 에너지는 루프 공기의 보다 소형의 흐름을 액화시키는데 사용되고, 팽창되는 연소 가스에 포함된 고온 에너지는 상기 2개의 펌핑된 액체 공기 흐름을 증발시키는데 사용되어, 양자가 동력을 생산한다.
본 발명의 실시예들은 저장된 에너지를 방출하는 방법을 포함하고, 상기 방출 방법은 저장된 액체 공기를 방출하는 단계, 방출된 액체 공기를 가압 펌핑하는 단계, 및 상기 방출된 액체 공기를 적어도 하나의 열교환기를 통과하도록 유도하으로써 작동 루프 공기가 제2 일반적 방향으로 유동하도록 하는 단계를 포함하는데, 상기 제2 일반적 방향은 제1 일반적 방향과 실질적으로 반대 방향이다. 상기 방출된 액체 공기는 상기 방출된 액체 공기가 실질적으로 증발되도록 작동 루프 공기에 의하여 가온되고, 상기 작동 루프 공기는 상기 작동 루프 공기가 실질적으로 액화되도록 상기 방출된 액체 공기에 의하여 냉각된다. 그 다음에 상기 실질적으로 액화된 작동 루프 공기는 가압 펌핑되어 고온 연소가스에 의하여 증발된다. 그 다음에 상기 가압된 작동 루프 공기는 발전기 부하 고온 가스 팽창기 내에서 상기 발전기가 전력을 생산하도록 팽창된다.
저장된 에너지를 방출하는 방법은 방출된 액체 가스의 일부를 적어도 하나의 발전기로 향하도록 유도하는 단계와, 상기 방출된 액체 공기를 발전기용 베어링 공기로 사용하는 단계를 포함한다. 상기 방출된 액체 가스는 발전기를 냉각시키고, 발전기는 방출된 액체 공기를 가온시킨다. 바람직한 방법에서, 복수개의 열교환기가 마련되고, 적어도 하나의 열교환기는 극저온 열교환기이다. 상기 방출 방법의 일 실시예는 실질적으로 증발되고 가압된 공기를 연소실로 향하도록 유도하는 단계와 실질적으로 증발된 공기를 연료 흐름으로 연소시키는 단계를 포함한다. 연소 가스는 연소실로부터 제1 발전기 부하 고온 가스 팽창기로 향하고, 상기 연소 가스는 제1 발전기 부하 고온 가스 팽창기에서 팽창된다.
그 다음에 팽창된 연소 가스는 제1 부분과 제2 부분으로 분기되고, 제1 부분은 제2 부분보다 상대적으로 크다. 상기 제1 부분은 주 열교환기로 향하고, 여기에서 가압 펌핑된 주 유출 흐름을 증발시키고, 제2 부분은 제2 열교환기로 향하여 상기 제2 부분이 주 방출 공기로부터 냉기를 회수하는데 사용되는 루프 내에서 액체 공기를 가열하여 실질적으로 증발시키는 바, 여기에서 루프 공기는 제1 발전기 부하 고온 가스 팽창기에서 가열되고 팽창된다. 이전의 고온 배기가스는 주 열교환기로부터 수분 분리기로 향하고, 고온 배기 흐름으로부터 나온 수분이 상기 수분 분리기에서 회수된다. 그 다음에 상기 회수된 액체 수분은 가압 펌핑되고, 열교환기 내에서 회수된 열에 의해 가온되며, 회수된 수분은 상기 제1 발전기 부하 고온 가스 팽창기로 향한다.
이와 같이 본 발명의 실시예들은 풍력 또는 다른 에너지원들로부터 안정적이고 일관성있는 동력을 제공하는 에너지 저장 방법들과 시스템들 및 에너지 방출 방법들과 시스템들을 제공한다. 본 발명의 위와 같은 및 다른 특징 및 이점들은 후술하는 본 발명의 상세한 설명과 및 첨부 도면의 검토에 의해 이해할 수 있는 바, 상기 첨부 도면에서 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명의 상기 및 다른 목적들은 첨부된 도면들과 관련하여 후술하는 상세한 설명을 고려하면 명확해질 것이다.
도1은 본 발명에 따른 동력 저장 방법 및 시스템의 일 실시예에 대한 공정도이다.
도2는 본 발명에 따른 에너지 방출 방법 및 시스템의 공정도이다.
이하의 후술하는 설명서에서 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 예시적으로 자세히 설명한다. 도면은 실제 축적으로 도시되지 않았고, 예시된 구성요소들은 타 구성요소들에 대하여 반드시 상호 비례적으로 도시된 것은 아니다. 이 명세서를 통하여 바람직한 실시예들 및 사례들은 예시적인 것로서 고려되어야 하고, 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 여기에서 사용된 "본 발명"은 기술된 본 발명의 실시예들 중의 어느 하나 및 어떠한 균등물들을 가리킨다. 또한 본 명세서를 통하여 본 발명의 다양한 특징들을 참조하는 것은 모든 청구된 실시예들 또는 방법들이 상기 참조된 특징들을 포함하여야 하는 것을 의미하지 않는다. 온도, 압력, 밀도 및 다른 변수들에 대한 참조는 본 발명의 실시예들의 가능한 것들의 대표적인 것 또는 예시적인 것으로서 고려되어야 하고, 실시예들은 그러한 변수들의 광범위한 다양성에서 작동될 수 있다.
도1을 참조하면, 동력을 저장하는 방법 및 시스템의 일 실시예가 도시되어 있다. 동력 저장 시스템(20)은 일반적으로 압축, 냉각 및 세정 시스템(22)과 독립적인 냉동 시스템(24)를 구비하고, 양 시스템은 바람직하게는 극저온 열교환기인 주 열교환기(100)에 의해 유체 연결되어 있다. 냉각관 조립체(7)는 상단 및 바닥을 가지는 수직방향으로 방향이 설정되고, 플레이트 핀 열교환기(미도시)를 구비한다. 상기 수직방향의 플레이트 핀 열교환기는 바람직하게는 동심원상으로 "내포된(nested)" 원형 플레이트들(미도시)을 구비한다. 몇몇 실시예에서, 상기 플레이트들은 "통 안의 통(barrels within barrels)과 같은 형상이고, 상단 및 바닥에 플레이트들을 제위치에 유지시키는 매니폴드(manifold)가 마련된다. 상기 플레이트들은 핀들(fins)에 의해 분리되는 것이 바람직하다. 상기 매니폴드들은 다양한 유체 흐름이 냉각관 조립체(7)의 상단, 중간부 및 바닥으로 유입 및 유출되도록 허용한다. 상기 냉각관 조립체(7)는 보호 커버(미도시), 상단에 위치한 공기 필터(23) 및 상기 "관"의 내부에 마련된 한쌍의 응축 플레이트를 구비한다. 상기 응축 플레이트들은 낙하 및 냉각하는 공기의 수분 함량이 화씨 약 32도에서 응축하도록 하여, 공기의 수분 함량의 약 90%를 제거하고, 냉각수가 상기 냉각관의 상단으로 순환되도록 하여 유입되는 (따뜻한) 공기를 예-냉각하는 냉매로서 기능한다. 그 다음에 공기는 드레인 또는 흡수 칠러(absorption chiller : 8)로서 기능하는 냉각 탑으로 보내지는 바, 상기 냉각 탑은 도 1에 도시된 사각형 부호(8)의 "내부"에 있는 것으로 간주되어야 한다.
"굴뚝 효과(stack effect)"에 의하여 뜨거운 가스들이 상기 관의 상부로 상승하는 것을 효과적으로 허용하는 통상적인 관 대신에, "냉관(cold flue)" 설계는 냉각된 공기가 냉각 관 조립체의 상부를 통과하여 가라앉도록 하고, 여기에서 공기는 상기 상기 관을 대기압(약 14.7 psia)와 따뜻한 온도(예를 들어, 화씨 95도 정도로 따뜻한)와 상대 습도 약 55%의 습기를 가지고 유입되고, 상기 냉각 관에서 냉각되면서 중력에 의하여 낙하를 계속하고, 상기 플레이트 핀 열교환기를 통하여 가라앉으면서, 상기 관 내부로 더 깊게 낙하하면서 그 밀도가 증가하고, 바닥에 도달하여 상기 바닥을 통과하여 가라앉아 0도 이하의 온도(화씨)에서 압축기 플랜지의 입구를 통하여 공기압축기 안으로 통과하는 바, 이때 압력 강하가 거의 없고 전기 동력 블로워(blower)들과 팬들이 공기를 이동시킬 필요성이 없다. 상기 냉각 관 조립체 대신에, 표준적인 수평방향의 구성을 가진 통상적인 플레이트 핀 열교환기가 사용될 수 있다는 점을 주목하여야 한다.
바람직한 실시예에서, 흡수 칠러(8)는 냉각관 조립체(7)에 2개의 지점에서 유체 연결됨으로써, 냉매가 상기 냉각관 조립체로 향하여 유입되는 공기를 냉각시키고 순환시킨 후, 사이클을 통과하여 상기 흡수 칠러로 복귀하여 재 냉각된다. 냉각 작용은 바람직하게는 찬 암모니아수인 냉매 흐름(66)에 의하여 제공되는 바, 암모니아수는 낙하하는 공기로부터 열을 제거한 후 재-냉각을 위하여 흡수 칠러로 다시 보내진다. 유입되는 공기가 차가울수록 밀도가 높아지고, 이를 압축하는데 요구되는 입력 에너지가 줄어들 것이다. 공기를 제1 압축을 향하여 중력에 의하여 거의 압력강하 없이 냉각 관(7)의 아래로 낙하하도록 하는 것은 상기 증가하는 밀도이다. 상기 흡수 칠러는 여러개의 열 회수 시스템(열교환기들)에 의하여 "동력이 인가"되는데, 여기에서 압축 열은 상기 흡수 칠러에 의하여 사용되는 열원이다. 명확성을 위하여, 위와 같은 열교환기 루프들은 도시되지 않았다. 대신에 상기 흡수 칠러용 열 에너지원들이 각 압축기에서 다양한 인터쿨러(inter-cooler) 및 애프터쿨러(after-cooler)로서 도시되었다. 하나의 예외는 압축 열의 대부분을 스윕 공기 흐름(545)에 전달하는 인터쿨러(700)로서, 상기 공기 흐름은 이와 같이 가온되어 분자 여과기(10)를 "스윕(sweep)" 또는 재생하여 이산화탄소 및 수분 성분을 퍼지(purge)한다. 상기 스윕 공기 흐름을 구멍(19)를 통하여 통기하기에 앞서, 상기 스윕 공기는 발전기(630)에 의하여 부하가 가해지는 고온 가스 팽창기(345)에서 거의 대기압까지 팽창되고, 따라서 다양한 펌프, 센서들, 유량계들 및 모터들에 의해 사용될 수 있는 동력을 생산한다. 스윕 공기의 원천인 플래쉬(flash) 공기가 대략 70psia의 압력에서 극저온 저장 용기를 떠나기 때문에, 따뜻한 스윕 공기(545)의 팽창이 가능하다. 상기 플래쉬-투-스윕(flash-to-sweep) 공기 루트는 열교환기(100)에서 상기 플래쉬 공기의 냉각 에너지를 회수할 뿐만 아니라 인터 쿨러(700)에서 발견되는 압축 열을 회수하는 기능을 함으로써, 뜨거운 스윕 공기가 발전기 부하 팽창기 조립체(345, 3, 630) 에서 "자유(free)" 동력을 생산할 수 있도록 허용한다.
이러한 맥락에서, 본 발명의 요약에서 사용된 용어 "유입 공기 압축기들"은 주위의 유입공기를 액화시켜 액체 공기 저장 탱크에 도달하기 전의 압력까지 상승시키는 도1에 도시된 압축기들을 가리킨다. 상기 유입 공기 압축기들은 도1의 도면부호 200 및 210으로 도시되었으나, 다양한 다른 방법으로 구성될 수 있다. 제1 압축기(200)는 냉각관 조립체(7)의 직 하부에서 냉각관 조립체와 유체 연결된다. 압축기(200)는 제1 인터쿨러(700)와 유체 연결되는 바, 상기 인터 쿨러는 위에서 기술한 바와 같이 버려지는 열을 따뜻한 플래쉬 흐름(535) 및 따뜻한 증기 부분(545)으로 제공한다. 에너지 저장 시스템(20)의 냉각 및 세정 시스템(22)은 다중-용기 구성으로 이루어질 수 있는 분자 여과기 조립체(10), 예냉 열교환기(110) 및 제2 압축기(210) 및 애프터 쿨러(710)을 구비한다. 애프터-쿨러(710)는 주 열교환기(100)에 유체 연결되고, 상기 주 열교환기는 하나 또는 그 이상의 압축기들(200)(210)과 저장 장치(16), 즉 액체 공기를 저장하기에 적합한 극저온 단열 탱크와 유체 연결된다.
이하에서 상기 저장 방법에 대하여 설명한다. 유입 공기(500)는 수직 방향의 냉각관 조립체(7)를 통과하도록 유도된다. 상기 유입 공기(500)는 바람직하게는 적어도 하나의 동력원(1)(이 동력원은 상시(firm), 즉 베이스 로드(base load) 동력원, 또는 풍력 터빈과 같은 다른 간헐적 동력원일 수 있음)으로부터 상기 냉각관 조립체의 상단(26)으로 들어온다. 냉각관 조립체(7)는 플레이트 핀 열교환기(미도시)를 구비한다. 상기 유입 공기(500)는 플레이트 핀 열교환기를 통과하여 그리고 상기 냉각관 조립체(7)의 바닥(28)를 통과하여 아래로 가라앉는다. 상기 "냉각관"은 냉각된 유입 공기(500)가 상기 상단으로부터 낙하하여 관으로 유입되어 상기 냉각관 내에서 냉각됨에 따라 중력에 의하여 낙하를 계속하고, 상기 관의 내로 더 깊이 낙하됨에 따라 밀도가 증가하고, 거의 압력강하 없이 그리고 전기 동력 블로워 및 팬이 공기를 이동시킬 필요없이 화씨 약 32도에서 압축기 플랜지의 입구에 도달하도록 설계된다. 냉매 흐름(66)은 유입 공기(500)가 냉각관 조립체(7)를 통과할 때 유입 공기(500)를 냉각시킨다. 따라서 유입 공기(500)는 냉각되어 냉각관 조립체(7)의 내부에서 공기로부터 수분이 제거된다.
상기 유입 공기(500; 대부분 여름에는 따뜻하고 겨울에는 차거운)는 냉각관 조립체(7)의 바닥으로 가라앉고, 부분적으로 냉각된 공기(510)로서 제1 압축기(200) 또는 다단 압축기의 제1 단계로 들어오고, 여기에서 공기는 약 35psia의 제1 압력으로 압축된다. 본 방법의 압축 단계들 및 냉각 단계들을 구동하는 동력은 풍력(그러한 동력이 사용가능한 경우), 전기 설비 또는 독립적 동력 설비, 원자력, 석탄, 지열, 수력, 매립 쓰레기 가스, 혐기성 소화 가스, 탄층 메탄, 이와 관련된 가스, 대규모 산업 설비로부터 회수된 열, 천연 액화 가스 도입 설비(liquid natural gas import terminal), 파동 및 조석 에너지를 포함하는 동력원들 또는 에너지 변환원들에 의해 제공되나, 이들에 한정되지는 아니한다.
압축열은 회수되어 흡수 칠러(8)로 향하여 상기 흡수 칠러를 구동키는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 상기 압축열은 상술 및 하술하는 바와 같이 분자 여과기를 재생하는 스윕 공기(545)를 가온시키는데 사용된다. 압축 회수열에 대한 또 다른 용도는 흡수 칠러에 (열)에너지를 제공하는 것으로서, 그 목적에 대해서는 후술한다. 부분적으로 냉각된 유입 공기(510)는 분자 여과기(10)까지 계속하여 그 수분 함량의 약 90%를 잃고, 여기에서 제올라이트(zeolite) 또는 본 기술분야에서 알려진 다른 재료들 안에 흡수됨으로써 이산화탄소 성분 및 나머지 수분이 공기로부터 제거된다. 바람직한 실시예에서, L-Air 저장 탱크에서 "플래쉬" 공기로서 시작하고 상기 분자 여과기를 재생하는 "스윕 공기"(545)로서 작용하는 따뜻한 중간 압력의 공기에 의해 위 수분이 재생된다(또는 포화된 이산화탄소 및 수분으로부터 퍼지된다). 2개 또는 그 이상의 용기를 사용하고 재생용 고온의 청정한 가압 가스에 의존하는 위와 같은 분자 여과기 배열체들은 다양한 가스 처리 시스템에서 흔히 사용되고, 공정 설계자들 및 제작자들에 의해 쉽게 이해된다. 상기 분자 여과기 조립체(10)는 다중-용기(multi-vessel) 구성으로 이루어질 수 있고, 하나 또는 그 이상의 용기의 재생을 감안하여 나머지 용기 중의 하나 또는 그 이상에서 공기 흐름으로부터 이산화탄소와 수분을 제거한다. 남아있는 수분 및 이산화탄소(CO2)는 흡입 작용, 바람직하게는 분자 여과기 조립체를 이용한 흡입 작용에 의해 공기로부터 제거된다.
건조한 유입 공기(520)가 상기 분자 여과기 조립체(10)를 나와 상기 흡입 칠러에 의해 더욱 냉각되고 약 75psia의 제2 압력까지 압축되고, 상술한 바와 같이 압축열의 제거 및 회수 후에 화씨 약 50도의 온도에서 주 열교환기(100)를 향하여 계속 이동한다. 공기의 일단계 압축도 작동 가능하나, 감소된 효율을 발생할 가능성이 많다는 점을 주목해야 한다. 대안으로서, 2 또는 그 이상의 압축 단계가 작동하면 보다 향상된 효율을 발생할 수 있으나, 복잡성이 부가되고 자본 비용이 증가한다. 후술하는 바와 같이, 제2 압축 단계(또는 하나의 압축 단계로 작동되는 경우 일 단계)로부터 선택된 출구 압력은 변경될 수 있고, 저장 탱크(16) 안에 저장된 액체 공기의 저장 온도 및 압력의 선택에 의존할 것이다.
시원하고(그러나 차지는 않은) 건조하며 대략 74psia 압력의 유입 공기(520)는 대략 1.0 ppm(parts per million) 정도의 매우 낮은 이산화탄소 함량을 가지고, 주 열교환기(100)로 들어가 냉각된다. 상기 건조한 유입 공기(520)는 대략 화씨 -283도로 냉각되고, 약간의 압력을 상실하고 약 73psia 의 압력에서 실질적으로 액화된 공기(530; 부분적으로는 냉각 증기로서)로서 주 열교환기(100)를 나오고, 극저온 유동 및 압력 제어 밸브(400)를 통과 이동하여, 대략 70psia의 압력과 화씨 -283도에서 저장 장치(16), 바람직하게는 단열된 극저온 L-Air 저장 탱크(들)로 들어간다. 본 모델에서 75psia의 압력은 내부 흐름 사이클(in-flow cycle)에 의해 생산된 상기 액체 공기가 L-Air 저장 탱크에서 대략 화씨 -283도의 온도에서 저장될 수 있도록 하는 압력으로 선택된다. 다른 저장 압력들은 상기 L-Air의 다른 온도들을 야기시킬 것이며, 여기에서 논의된 약 70psia 및 화씨 -283도 조건 대신에 선택될 수 있다. 그 경우에, 제2 단계에서 약 75psia 까지의 압축은 적절하게 조절될 수 있다. 이러한 결정들은 각각의 배치 구성에 대한 공학적 공정의 일부로서 선택될 수 있는 "최적화"이다.
액체 플러스 증기(liquid plus vapor)가 약 화씨 -283도 및 약 70psia에서 상기 저장탱크로 들어갈 때, 유입되는 실질적으로 액화된 공기(530)의 약 15%는 "플래쉬"이다. 이러한 증기 부분(535), 즉 플래쉬 공기는 상당히 차가운 반면에, 상대적으로 작은 흐름이다. 따라서 부분적으로 냉각된 유입 공기(510)의 실질적으로 액화된 공기(530)로의 이와 같은 냉각은 냉매 공기 흐름에 의해 수행된다. 독립적 냉동 시스템(24)은 상기 건조한 유입 공기(520)를 액화시키는데 필요한 규모의 냉동장치를 제공한다. 바람직한 실시예에서, 독립적 냉동 시스템(24)는 기계적 칠러(30)에 의해 강화되는 극저온 공기 압축/팽창 냉동 시스템을 구비할 수 있고, 상기 칠러는 암모니아 흡수 칠러(8)에 의해 강화된다.
독립적 냉동 시스템, 즉 "냉매 루프 공기 조립체"는 액체 공기 저장 탱크로 보내지는 유입 공기와 독립적인 연속적인 공기 루프(냉매 루프 공기 ; 540)를 구비한다. 상기 냉매 루프는 여러 가지 압축기들("냉매 루프 공기 극저온 팽창기들"로 지칭되고, 도1에서 도면부호 220, 230 및 240으로 도시됨)과 여러 가지 팽창기들("냉매 루프 공기 극저온 팽창기들"이라고 지칭되고, 도1에서 도면부호 300, 310으로 도시됨)을 구비하는데, 여기에서 고압 공기의 팽창은 상기 공기(작동 유체)의 냉각을 야기한다. 상기 공기 흐름의 냉각은 표준적인 기계적 칠러에 의해 적절히 보강되는데, 상기 기계적 칠러는 결국 흡수 칠러로부터 저등급 냉각에 의해 지원받는다. 상기 흡수 칠러는 그 에너지를 압축 회수열로부터 얻고, 상기 냉매(작동 유체)를 상기 기계적 칠러의 내부에서 응축시키는 것을 도움을 줌으로써 상기 기계적 칠러를 지원한다. 도1에 도시된 구성은 압축기(220)가 주 열교환기에 유체 연결되고, 상기 팽창기(310)가 그와 같이 연결된 것을 나타낸다. 그러나 다른 구성들도 본 발명의 실시예들에 의해 포함되고, 작동 효율에 대한 자본 비용과 관련된 이유 또는 다른 이유들에 의해 선택될 수 있다.
기계적 칠러들은 통상적으로 증발기, 압축기 및 응축기를 포함하고 전기 모터 또는 연료 엔진에 의해 직접 구동된다. 탄화수소 또는 "프레온"의 변이형과 같은 냉매가 압축 및 증발 사이클 내에서 상기 칠러를 통과하여 이동하고, 열을 흡수 하고 열을 방출하며, 이와 같이 냉동을 수행하나, 상기 압축기를 구동하기 위해 동력원이 요구된다. 기계적 칠러들은 흡수 칠러들 및 터보 팽창 칠러(turbo-expansion chiller)들과 명확히 구별된다. 3개의 타입은 모두 대상 사이클 내에서 적절한 위치들에 사용된다. 냉매 루프와 일체로 되는 상기 기계적 칠러는 상기 유입 압축기 그리고 냉매 루프용 압축기들과 마찬가지로 동일한 동력원들(예를 들어 풍력)에 의해 구동된다. 이에 더하여, 상기 기계적 칠러의 냉동 부하의 상당 부분이 상술한 바와 같이 압축 회수열에 의해 구동되는 상기 흡수 칠러로부터 나오는 냉매 흐름에 이를 전달함으로써 감소된다. 냉동 루프에서 사용되는 냉매 공기 흐름은 여기에서 보다 상세히 설명하는 바와 같이 공기가 바람직하나, 본 기술 분야에서 공지된 다른 냉매가 사용될 수 있다. 냉매 루프 공기(540)는 서브시스템(22) 내의 공기와 혼합되지 않고 서브시스템(24) 주위를 이동하지만, 열을 제거함으로써 서브시스템(22)의 공기를 냉각시킨다. 냉매 루프 공기 압축기들 및 냉매 루프 공기 팽창기들의 하나의 배열체가 도1에 도시되어 있는 바, 서브시스템(24), 압축기를 나타내는 아이템들(220, 230, 240), 극저온 팽창기들을 나타내는 아이템들(300, 310)이 도시되어 있다. 본 발명의 실시예들에 의해 포함되는 다른 구성들도 채택될 수 있다.
상기 기계적 칠러(30)는 압축기-팽창기 배열에 유체 연결되고, 또한 흡수 칠러에 유체 연결된다. 상기 흡수 칠러는 냉매의 냉각 흐름을 기계적 칠러에 보냄으로써 기계적 칠러 내에서 냉매를 응축하는데 도움을 준다. 따라서 유입되는 압축된 공기 흐름의 액화에 적용되는 전체적인 냉동작용은 적절하게 배치된 3 타입의 냉동기들(압축 및 팽창, 기계적 냉각, 암모니아 흡수 냉동)에 의해 제공되는데, 여기에서 각각의 냉동기는 가장 효율적인 범위 내에서 작동하고, 각각은 다른 것에 의해 수행된 냉동 작용을 강화하고 보강한다. 상기 냉매 공기 흐름은 주 열교환기로부터 독립적인 냉동 조립체까지 앞뒤로 향하고, 이는 바람직하게는 폐쇄된 루프 시스템이 된다. 따라서 상기 냉매 공기 흐름은 여러개의 장치에 의해 여러 단계에서 냉동을 거치는 루프 내에서의 냉매 공기 흐름을 구성하고, 냉매 공기가 그 루프를 통하여 이동할 때 유입되는 압축되고 건조한 이산화탄소가 없는 공기를 액화시키기에 충분한 차가운 온도까지 냉각하고, 상기 냉매 공기는 주 열교환기에서 상기 공기와 열교환된다.
상기 냉동 시스템(24)는 작동 유체로서 건조 공기를 사용하는 바, 상기 작동 유체는 압축 및 액화되어 저장장치로 보내지는 공기 흐름과 독립적인 연속적인 루프("냉매 루프 공정")에서 일련의 압축, 팽창, 열교환 단계를 거쳐 이동한다. 상기 2개의 공기 흐름은 혼합되지 않고 오직 열교환을 한다. 필요한 경우 다른 유체 냉매들이 공기 대신에 사용될 수 있다. 상기 기계적 칠러(30)는 압축기/팽창기 배열체와 같은 동일한 입력 에너지에 의해 동력이 제공될 수 있고, 흡수 칠러(8)로부터 나오는 차거운 냉매 흐름(66)에 의해 보강된다. 상기 기계적 칠러(30)를 포함함으로써, 복잡성 및 자본 비용이 그다지 많이 증가하지 않으면서 독립적 냉동 시스템의 효율을 향상되는 데 도움을 준다. 독립적 냉동 시스템(24)는 냉매 공기 흐름(540)을 압축하는 복수개의 압축기들(220, 230, 240)과, 냉매 공기 흐름을 냉각시키는 제1 및 제2 냉매 루프 공기 극저온 팽창기들(300, 310)로 도시된 복수개의 팽창기들을 구비한다. 상기 복수개의 압축기는 주 다단 압축기(220; 바람직하게는 4단)와 제1 및 제2 부스터 압축기(230, 240; 부스터 단계들)를 구비하는 것이 바람직하다. 복수개의 팽창기는 2개의 팽창 단계를 구비할 수 있다. 상기 압축기들과 팽창기들은 풍력-구동 발전기/모터(600; 또는 다른 동력원)에 의해 구동되는 동일한 축(3) 상에 있는 것이 바람직하다. 다양한 동력 전달 시스템을 갖는 다중 축들 상에서 상기 압축 단계들 및/또는 상기 팽창 단계들을 분리시키는 다른 구성들도 또한 가능하다. 도시된 상기 구성은 단지 하나의 가능한 배열체로서 예시적인 목적으로 선택되었다. 다른 구성들이 본 발명의 실시예들에 의해 고려될 수 있으며, 본 기술분야의 당업자는 다양한 구성들을 채택할 수 있을 것이다.
상기 냉매 루프 공기 흐름(540)은 주 극저온 열교환기(100)를 나와 독립적 냉동 조립체(24)로 다시 복귀 유동되고, 여기에서 복수개의 압축기들(220, 230, 240)에 의해 압축되고 압축열은 상기 에너지 유동 조립체에 의하여 회수되고 동력 흡수 칠러(8)로 보내진다. 주 4-단계 압축기(220)로 보내진 상기 유입 냉매 루프 공기 흐름(540)은 약 화씨 40도 및 약 85psia이고, 주 열교환기(100)에서 "냉동 성분"을 저장을 위하여 액화되는 실질적으로 액화된 공기(530)에 양도한다. 도1은 다단계 압축기(220)로부터 압축열을 회수하는 제3 인터쿨러(720)를 도시한다. 실제로 상기 제3 인터쿨러(720)는 각 압축 단계의 뒤에 배열된 인터쿨러들 및 애프러쿨러의 그룹이나. 명확성을 위하여 도1은 하나의 유니트로 도시하였다. 상기 흐름은 대략 700psia로 압축되고, 인터 및 애프터 냉각되고(상술한 바와 같이), 부스터 압축기(230)로 보내지고, 여기에서 약 840psia의 제1 압력으로 압축되고, 냉매 공기 흐름(540)은 이 압력에서 상기 부스터 압축기를 나온다. 압축열은 인터쿨러 또는 애프터 쿨러로부터 열전달(열교환을 통하여)에 의해 회수되고, 사이클의 적절한 위치로, 즉 상기 흡수 칠러에 그리고 보다 적게는 상기 분자 여과기를 재생시키는 플래쉬 공기 흐름에 전달된다. 그 다음에 냉매 공기 흐름(540)은 제4 인터쿨러(730)에서 후기 냉각되고 제2 부스터(240)으로 보내지고, 여기에서 제2 압력으로 압축되어 약 1,150psia에서 빠져 나와 후기 냉각되어 약 화씨 50도에서 주 열교환기(100)로 향한다. 상기 냉매 공기 흐름이 도1에 도시된 바와 같은 그 유동 흐름에 있어서 여러개로 "분기"되나 상기 흐름(540)이 단일의 연속된 루프로서 모두 다시 연결되는 것을 주목하여야 한다. 또한 상기 냉매 흐름은 실질적으로 감소된 효율을 가지고 하나의 단계로 압축될 수 있다는 점을 주목하여야 한다. 본 명세서의 다른 곳에서 논의한 바와 같이, 도1에 도시된 다양한 인터쿨러 및 애프터쿨러들은 여러 압축기들에서 발생한 압축열을 회수한다. 예를 들어, 제2 애프터쿨러(740)는 제2 부스터 압축기(240)로부터 생산된 압축열을 회수한다.
상기 흐름은 2개로 분기되어, 하나의 흐름은 기계적 칠러(30)로 이동하고 다른 흐름은 냉매 루프 공기 극저온 팽창기(300)로 이동한다. 상기 기계적 칠러로 이동한 부분은 화씨 -40도로 냉각되고 열교환기(100)에서 화씨 -80도까지 더 냉각되어 약간의 압력 강하로 상기 열교환기를 빠져나오고, 팽창기(310) 상으로 이동하여 상기 팽창기를 약 화씨 -290도 및 약 88pisa로 빠져나온다. 상기 흐름(540)의 다른 부분은 기계적 칠러를 거치지 않고 냉매 루프 공기 극저온 팽창기(300)에 의해 냉각된다. 흐름(540)의 상기 부분은 냉매 루프 공기 극저온 팽창기(300)를 약 화씨 -204도 및 87psia에서 빠져나와 팽창기(310)를 나온 흐름(540)의 부분과 합쳐진다. 상기 2개의 흐름은 열교환기(540)에서 합쳐져서 흐름(530)을 실질적으로 액화시키는데 요구되는 냉동을 제공한다.
위에서 언급한 바와 같이, 실질적으로 액화된 공기(530)의 약 15%는 액체 플러스 증기가 저장 탱크(16)로 들어갈 때 "플래쉬"할 것이다. 실질적으로 액화된 공기의 상기 증기 부분(535), 즉 플래쉬 흐름은 L-Air 저장 탱크(16)으로부터 나와 (약 70psia의 압력에서) 주 열교환기(100)로 이동한다. 여기에서 상기 증기 부분(535)은 하나의 냉동원으로 작용하고, 상기 회수된 냉기는 위에서 설명한 바와 같이 건조한 유입되고 있는 공기, 즉 유입 공기(520)를 더욱 냉각시키는데 사용된다. 상기 유입 공기(520)는 상기 플래쉬 공기(540)의 경로와 실질적으로 반대 방향의 흐름(530)으로 열교환기(100)를 통과한다. 상기 유입 공기(530)는 또한 상기 실질적으로 액화된 공기(550)의 증기 부분(535)을 가온시킨다. 냉기 회수 및 이에 더하여 회수된 열로부터 가열 후에, 가온된 증기 부분(545; 지금부터는 스윕 공기로 불리움)은 인터쿨러(700)에 의하여 더욱 가열되어 분자 여과기 조립체(10)로 향하고, 여기에서 "스윕 가스"로서 분자 여과기 조립체(10) 상에 침전되어 있된 이산화탄소와 수분을 제거하는 데 사용된다. 상기 분자 여과기(10)를 나온 가온된 스윕 공기(545)는 소형의 발전기 부하 고온가스 팽창기를 통과하여 이동될 수 있고, 이는 아이템 345(발전기 부하 고온 가스 팽창기), 축(3; 상기 팽창기를 발전기에 연결하는 회전축) 및 발전기(630)로서 도1에 도시되어 있다. 상기 조립체는 기구 등에 필요한 동력의 일부를 제공하고 고온의 스윕 가스에 남아있는 에너지의 가치있는 부분을 회수한다. 여기에서 현재 팽창되고 냉각된 스윕 가스는 상기 시스템을 공기 구멍(19)을 통하여 빠져나온다. 상기 스윕 가스는 단지 원래의 유입 공기(500)의 이산화탄소와 수분 성분을 외기로 돌려준다. 어떠한 부가적인 이산화탄소 또는 수분이 구멍(19)를 통해 전달되는 것이 아니다.
지금까지 내내 논의한 바와 같이, 상기 다양한 압축기들이 일반적으로 풍력 터빈 또는 다른 간헐적 동력원에 의해 구동되는 것이 아니라, 풍력 터빈으로부터, 상기 시스템의 동력 출력의 작은 부분으로부터, 상기 시스템이 배치될 수 있는 베이스부하(base-load) 동력 설비로부터 또는 전기설비로부터, 또는 다른 동력원(들)로부터 전기적인 동력을 받는 모터들에 의하여 구동된다. 동력 생산 시스템에 정통한 자가 이해할 수 있는 바와 같이, 발전기 및 모터는 실질적으로 동일하나, 하나는 다른 하나에 대하여 반대방향으로 회전한다. 예를 들어 도1은 독립적 냉동 시스템 발전기(600)를 구동하는 풍력 터빈을 도시하는 바, 독립적 냉동 시스템(24)에서 도시된 바와 같이 상기 발전기는 축(3) 상에서 압축기들을 구동하는 모터(605)에 케이블(3)에 의해 동력을 제공한다. 상기 독립적 냉동 시스템 모터(605)는 그 동력을 단지 그 위 부분에 도시된 풍력 발전 구동 발전기(600)가 아닌, 어떠한 다른 동력원으로부터 얻을 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 유입 공기 압축, 세정, 냉동 및 에너지 저장 시스템의 일 실시예를 도시한다는 점을 주목하여야 한다. 동일한 실시예의 공학적 설계의 일부가 될 수 있는 배관, 밸브들, 센서들, 단열체 및 다른 "하드웨어" 및 소프트웨어의 대부분은 가스 처리 및 동력 발생 공학자들에게 잘 이해될 수 있으므로 도시되지 않았다. 이와 유사하게, 상기 흡수 칠러, 인터쿨러 및 애프터쿨러, 분자 여과기, 팽창기, 압축기, 발전기 및 모터에 대한 내부 구성은 도시되지 않았다. 전력 케이블 연결(4)은 도1에서 여러 곳에 도시되어 있는 바, 전력 생산 발전기들과 압축기들을 구동하는 모터를 연결한다. 다른 케이블들(미도시)은 기구들, 즉 전기적으로 작동하는 밸브들 또는 이와 유사한 기구들에 연결된다.
동일하거나 유사한 구성요소들을 사용하는 유입/에너지 방출 및 대체 시스템(20)의 다양한 다른 배열체가 시스템의 비용 및 성능을 최적화하고 배치 현장에서 컴팩트한 "점유 공간"을 창출하도록 배열될 수 있다. 또한 상기 시스템의 크기는 2MW 아래의 상시 동력 출력부터 몇백 MW의 출력까지 변경될 수 있고, 여기에서 L-Air 저장장치의 요구 규모에 대한 지역이 이용될 수 있다.
도2를 참조하면, 에너지 방출 시스템 및 방법, 즉 에너지 발송 모드가 도시되어 있다. 도2는 에너지 방출 시스템(50) 및 그 서브시스템들이 도시하나, 명확성을 위하여 전체 시스템 중 유출(outflow) 동안에 작동하지 않은 구성요소들은 도시하지 않았다. 예를 들어 위에서 기술된 극저온 냉동 루프는 주 열교환기(100)에 물리적으로 연결되어 있음에도 불구하고, 도2에 도시되지 않는다. 흡수 칠러는 "발송" 동안에 필요하지 않으므로 도시되지 않는다. 이와 유사하게 도2에 도시된 유출 공정의 일부인 극저온 펌프는 작동 준비된 L-Air 저장 탱크(들)(16)에 일반적으로 연결되어 있으나, 도1에 도시되지 않았다
본 발명의 일 실시예는 후술하는 바와 같이 "유출" 액체 공기를 방출함으로써 저장된 에너지를 방출하는 방법을 구비한다. 저장된 액체 공기(550)는 저장 장치(16)로부터 방출되어 극저온 펌프(17)에 의하여 가압 펌핑됨으로써, 방출된 고압 액체 공기(550)가 제1 일반적 "저장장치로부터 바깥쪽으로"의 방향으로 유동하는데, 상기 제1 일반적 방향은 독립적 루프 공기가 유동하는 제2 일반적 방향과 실질적으로 반대 방향이다. 상기 루프 공기는 작동 유체로 작용하여 주 유출 공기 흐름에 의하여 응축 및 액화되고, 회수된 폐열에 의해 가열 및 증발되는데, 이에 대해서는 후술한다. 여기에서 상기 증발된 공기는 발전기 부하 고온 가스 팽창기에서 팽창되어 에너지 방출 모드 동안에 발송되는 동력의 일부를 생산한다. 본 명세서에서 용어 "독립적인 루프 공기" 또는 "작동 루프 공기"는 도2에 도시된 서브시스템(55) 내에서 독립적으로 순환하는 공기를 포함하는 것을 의미하고, 도면번호 "551", "570", "575"에 의해 표시된다. 용어 "작동"은 여기에서 "작동 유체"로 사용하는 것과 동일한 의미로 사용되는 바, 결합된 사이클 동력 설비에서 흔히 있는 물-증기 사이클들이 일 예이다. 본 명세서에서 상기 작동 루프 공기는 액화되고, 가압 펌핑되고, 열교환에 의해 가열되고, 발전기 부하 팽창기에서 팽창됨으로써, 일(work)이 행해지고 팽창하는 동안에 부분적으로 냉각되고, 그 다음에 열교환에 의하여 더욱 냉각되고, 그 다음에 액화(응축)됨으로써, 사이클이 다시 시작되도록 한다.
극저온 액체 공기 저장 용기를 떠나는 상기 방출된 액체 공기는 첫 번째로 바람직하게는 극저온 펌프에 의하여 가압 펌핑된다. 상기 방출된 액체 공기(550)는 반대방향으로 유동하는 작동 루프 공기(575)를 통과하여 유동함으로써, 2개의 공기 흐름들 사이에서 열교환이 발생한다. 상기 반대방향으로 유동하는 작동 루프 공기(575; 보다 작은 흐름임)은 상기 방출된 액체 공기가 실질적으로 증발되도록, 열교환에 의하여 상기 방출된 액체 공기(550)를 가온시킨다. 그리고 상기 방출된 액체 공기는 상기 "로프 공기"가 실질적으로 액화되도록, 열교환에 의하여 상기 루프 공기(575)를 냉각시킨다. 상기 루프 공기(575)가 보다 큰 액체 공기의 흐름에 의하여 액화되고 상기 공기는 임시 저장장치, 즉 버퍼 탱크(160)에 도착하고, 그 이후에 가압 펌핑되고 고온 배기가스 흐름(5)에 의하여 열교환기(150)에서 가온된다. 상기 배기가스 흐름은 발전기 부하 고온 가스 팽창기(330; 이에 대해서는 후술함)로부터 배기열을 전달하고, 발전기 부하 고온 가스 팽창기(340)(도면부호 "621"(발전기)와 축(3) 상에서 유체 연결된 "340"(팽창기)로 도시됨)에서 팽창된다. 그리고 여기에서, 상기 발전기는 공기 흐름(555)이 회전하는 발전기를 하우징(11) 내부에 지지하여 마찰열을 제거하는 공기 베어링 타입이다. 이에 의하여 공기 흐름(555)을 공기가 열교환기(102)에 도달하기 전에 도2에 도시된 바와 같이, 지점 "B"와 "B'"에서 가온시키는 데 도움을 준다. 나머지 열은 연소실(2)로 가는 경로 상에 있는 크고 고압의 증발된 이전에 액체인 공기 흐름(555)을 예열하는데 사용된다. 여기에서 상기 떠나가는 공기는 연료(12; 파이프라인(9)에 의해 배송된 천연가스와 같은 연료)와 함께 연소되기 시작하고, 그 후에 고온 고압 연소 결과물(5)이 발전기 부하가 걸리고 이전의 액체 공기의 에너지 성분을 전기로 변환시키는 하나 또는 그 이상의 고압 가스 팽창기를 통과하여 보내지고, 여러 시간에 걸쳐 상기 액체 공기 저장 탱크(16)를 비워 이 액체 공기로서 다시 에너지를 저장할 준비를 하도록 한다. 상기 발전기(620)는 또한 공기 베어링 설계로 이루어져 있으므로, 공기 흐름(555)이 지점 A 및 A'에서 발전기(620)를 향하여 방향을 전환됨으로써 냉각 공기가 회전하는 발전기(620)에 의해 생산된 마찰열에 의해 가온되도록 하고, 따라서 흐름(555)을 열교환기로 가는 경로 상에서 예열시킨다.
따라서 바람직한 실시예는 2개의 "모드"에서 전력을 생산하는 바, 상기 2개의 모드는 가열 및 증발된 고압 "루프 공기"(연소실로는 전혀 보내지지 않음)의 팽창의 결과, 그리고 연료의 연소를 돕는 외부로 나가는 공기의 보다 큰 흐름으로서 전기 출력의 대부분을 생산하도록 팽창하는 고온 가스의 대규모 흐름의 생산하는 결과를 말한다.
또한 도2는 도1에 도시된 동일한 구성요소 중 일부를 도시하나, 약간 다른 위치에 위치한다. 예를 들어, 도1에서 주 열교환기는 L-Air 저장 탱크(16)와 근접한 위치에 도시되는 반면, 도2에서 극저온 열교환기(130)는 탱크(16)와 열교환기(102) 사이에 도시된다.
도2는 상기 냉각 L-Air(550)와 상기 저장장치로부터 "상부"로 이동하는 냉각 가압 공기(555)를 도시하는 바, 폐쇄된 루프(55) 내에서 이동하는 따뜻한 반대방향 유동 팽창된 공기(575; 반대방향 유동 루프 공기)는 극저온 열교환기(130)에서 냉기 회수 매체로서 작용한다. 저장된 L-Air 냉동 성분이 회수되어 공기 흐름을 "응축"(액화)하고 상기 공기 흐름이 가열 및 그 다음에 팽창되어 부가적인 동력을 생산하기 때문에(이에 대해서는 후술한다). 위 사항은 본 바람직한 실시예에서 중요한 특징이다.
액체를 약 590psia의 압력까지 펌핑함으로써 액체를 가압하는 극저온 펌프(17)에 의하여 상기 저장된 L-Air(550)는 저장장치로부터 방출되어 상기 저장탱크(들)(16)을 화씨 283도 및 약 70psia에서 떠난다. 다른 압력들도 또한 작동될 수 있으며, 이는 선택된 고온 가스 팽창기들과 상기 팽창기들이 작동하는 설계 압력들에 의존함을 주목하여야 한다. 액체는 (실질적으로) 비압축성이고 매우 적은 입력 에너지로 그 압력을 달성할 수 있기 때문에, 상기 펌핑은 에너지가 거의 요구되지 않으며(약 0.1MW). 극저온 펌프(17)는 케이블(4)에 의해 시스템의 전체 동력 출력의 일 부분을 받는 펌프 모터(630)에 의해 구동된다. 상기 공기가 증발되면 극저온 펌프(17)의 펌핑-압력 효과는 "압축된" 공기를 발생시키는 점 및 용어 "가압 펌핑" 및 "압축된"은 "고압"과 동일한 표현이고 여기에서 첫 번째 용어는 공기의 액체 상태에 적용되고 두 번째 용어는 증발된 상태에 적용되는 점을 주목하여야 한다.
상기 L-Air를 대략 590psia 까지 펌핑하면 온도가 대략 화씨 -280도까지 약간 상승한다. 그 다음에 고압, 극저온 L-Air(550)는 극저온 열교환기(130)를 통하여 이동하여, 작동유체로서 발전기(621)에 의해 부하가 걸리는 발전기 부하 고온 가스 팽창기(340)에서 팽창되는 반대방향으로 유동하는 "루프" 공기를 액화시키고, 시스템의 전체 동력 출력이 23% 또는 주 발전기(620)의 동력 출력의 약 28%를 생산한다. 따라서 액체 공기 흐름(550)는 "루프" 공기 흐름(575)에 의해 증발되고, 상기 루프 공기 흐름은 550의 냉각 함량에 의해 액화되나, 동일한 흐름율(flow rate)는 아니다. 상기 냉각 회수 열교환은 "루프" 공기유동이 주 유출 흐름(main outbound stream; 555)의 유량 흐름율의 약 84%인 속도에서 발생한다. 상기 냉각 가압 공기(555: 이전의 L-Air)는 열교환기(102)에서 발전기 부하 고온 가스 팽창기(340)를 떠나는 따뜻한 "루프" 공기(575)에 의해, 그리고 발전기(620)를 구동하는 주 고온 가스 팽창 조립체를 떠나는 보다 큰 흐름(5)에 의하여 더욱 가온된다.
도2를 계속하여 참조하면, 유출 공기의 흐름(555)은 약 화씨 900도 및 약 588psia에서 열교환기(102)를 떠나고 연소실(2)에 도달하여, 압축기(260)에 의하여 동일 압력으로 상승된 연료 흐름(12)을 연소시키기 시작한다. 상기 압축기는 "와이어"(4)에 의해 전송된 전기에 의해 동력이 제공된 모터(630)에 의해 구동되고, 상기 연료 흐름은 연료 라인(9)에 의해 압축기(260)로 전송된다.
도2에 도시된 바와 같이 연소실(2)은 복귀 배기가스 흐름의 재-가온을 허용하는 열교환 하우징(111)의 내부에 수용되어 있다. 예를 들어, 고온, 고압 연소 가스(5)는 연소실(2)을 떠나 제1 발전기 부하 고온 가스 팽창기(320)에서 팽창된 후, 열교환기(111)에서 가온을 위해 복귀되고, 그 다음에 제2 발전기 부하 고온 가스 팽창기(330)에서 더 팽창하기 위해 보내진다. 이는 당업계에서 "재열 2 단계 팽창"으로 알려져 있고 고온 가스 팽창(그리고 동력 발생) 사이클의 효율을 증가시키는 작용을 한다. 연소 결과물인 고온 가스를 팽창시키기 위한 다른 구성들이 사용될 수 있고, 어떤 구성은 보다 작은 자본 비용과 낮은 효율이 발생하고, 다른 구성은 비용이 더 소요되고 약간 향상된 효율이 얻어진다. 도2에 도시된 구성은 하나의 배열체의 일 예로서의 의미이고 다른 배열체를 제외하는 것으로 해석될 수 없다.
발전기 부하 고온 가스 팽창기(330)를 떠나는 흐름(5)은 밸브(400)에 의해 "분기"된 것으로 도시되어 있다. 위에서 기술한 바와 같이, 더 큰 분기 부분은 열교환기(102)로 보내지고, 그 다음에 관(18)를 향하여 보내진다. 보다 작은 분기 부분은 열교환기(150)으로 보내지고, 여기에서 버퍼 탱크(160)를 떠나고 모터(640)에 의해 구동되는 극저온 펌프(17)에 의해 첫 번째로 가압 펌핑되는 액체 공기(551)를 증발시키고 가열시키는데 도움을 준다. 상기 시스템 내의 다양한 모터들에 대한 도면부호 600, 605, 610, 630, 640 등의 사용은 각 참조된 모터의 크기나 용량에 대하여 어떠한 것도 제시하지 않는다는 것을 유의하여야 한다. 각 모터의 특정 동력 출력은 각 전개 구조가 설계될 때 시스템에 적용되는 공학적 결정들에 의해 정해질 것이다. 냉동 회수 및 동력 발생 루프(55)를 계속하여 참조하면, 고온, 고압 공기(570)은 열교환기(150)를 약 화씨 900도 및 1,200psia에서 떠나고, 제3 발전기 부하 고온 가스 팽창기(340)에서 팽창되며, 약 화씨 425도 및 200psia에서 흐름(575)로 나간다. 상기 열 함량은 열교환기(102)에서 주 유출 공기 흐름을 가온하는데 도움을 준다.
도2는 가스 흐름들에서의 여러 가지 "단절(break)"을 냉기 및 열 회수 단계들을 나타내는 단순한 방법으로 도시하고 있다. 예들 들어 주 유출 흐름(555)는 A에서 A'까지 "단절"로 도시된 바, 이는 흐름(555)의 일부가 주 발전기(620)에 하우징(11) 내에서 회전하는 발전기(620)를 부유시키는데 도움을 주는 공기 베어링으로서 주 발전기(620)에 먼저 보내지는 것을 나타낸다. 이러한 방식으로, 흐름(555)은 열교환기(102)로 들어가기 전에 회전하는 발전기로부터 마찰열을 얻고, 발전기를 냉각시키고 흐름(555)을 예열시킨다. 따라서 열교환기 130과 102 사이에 위치된 점 A에서 A'는 발전기(620) 근처에 도시된 동일한 점 A에서 A'와 동일하다. 이와 유사하게 열교환기 130 과 150 사이의 점 B에서 B'로 나타내어지는 흐름(555)의 일부는 제2 발전기(621)의 열 회수 기능을 하는 동일한 "공기 베어링"으로 작용하고, 발전기(621) 근처의 점 B와 B' 사이에 도시된 흐름(555)에 대응된다. 또 하나의 "흐름 단절"이 도2의 "C"로 표기된 한 세트의 점에 의하여 표시되는 바, 이는 열이 열교환기(150)를 통과하여 이동하는 고온 배기 흐름의 일부로부터 열교환기(150) 내에서 회수되고 흐름(551)을 가열하는 방법을 나타낸다. 열교환기(150)에서 빠져 나오는 냉각된 배기 가스 흐름(6)은 점 C에서 끝나도록 도시되는 바, 상기 점은 관(18) 부근의 D' 상부의 점 C에 대응된다. 따라서 열교환기(150) 근처의 점 C는 관(18) 근처에 도시된 점 C와 동일한 점이다. 이와 유사하게 한 쌍의 점 D와 D'는 (열교환기(102)를 나온 후에) 남아있는 열을 잃고 열교환기(150) 내에서 흐름(551)을 가온시키는 주 배기 흐름(5)의 열 회수를 나타낸다. 이와 유사하게 열교환기(102)를 약 화씨 120도에서 나오는 따뜻한 루프 공기 흐름(575)는 점 E부터 E' 까지 "단절"되는 바, 이는 흐름(575)의 남아 있는 열함량이 수분(801)을 가온시키는데 사용되는 것을 나타내고, 상기 수분은 따뜻한 열교환기(140)에서 수분 분리기(800)에서 회수됨으로써, 가압 펌핑 수분(803)은 고압의 물 증기 흐름으로서 발전기 부하 고온 가스 팽창기(330)로 보내질 수 있고, 따라서 상기 팽창기를 통한 질량 흐름을 증가시키고 그 동력 출력을 향상시킨다.
동력 케이블 연결장치(4)가 도2에 여러 장소에 도시되어 있다. 그러한 각 케이블은 다른 케이블과 크기가 상이한 바, 이는 운반할 필요성이 있는 동력의 요구량을 반영한다. 다른 케이블들(미도시)은 전기적으로 작동되는 밸브 또는 이와 같은 기구들에 연결될 수 있다.
공장 제작 L-Air 저장 탱크들은 용이하게 입수할 수 있다. 수평방향의 탱크들이 "성형 흙(sculpted earth)" 함유 지역 내에서 배치될 수 있는데, 여기에서 로컬 등급 수준(local grade level)의 그다지 크지 않은 함몰(25)이 생성되어 상기 탱크들을 굴착 재료가 모여진 보통 크기의 복토(berm)의 뒤에 유지시킨다. 그러한 구성은 저장 탱크들에 대해 매우 낮은 프로파일(profile)을 발생시킨다. 3개의 75,000 갤런의 공장 제작 L-Air 저장 탱크가 여기에서 기술된 모델 용으로 바람직하나, 상황에 따라 더 적은 개수가 사용될 수 있고, 동일하거나 더 큰 용량의 현지 설치 탱크들이 또한 사용될 수 있다. 제4 또는 제5 탱크가 저장 및 유출 옵션을 실질적으로 증가시켜 주말 동안 그리고 바람이 부는 밤에 부가적인 입력 용량을 허용하고, 전술한 바와 같이 고수요 기간에 "과도한 공기 전달"을 허용할 수 있다. 상기 부가적인 융통성은 하나 또는 두 개의 L-Air 공기 저장 탱크를 유입 및 유출 모드의 균형을 유지하기 위해 요구되는 기본적인 3개의 탱크에 부가하는 상대적으로 저가의 및 저차원적 기술적 노력에 의해 달성된다.
액체 공기를 담고 있는 저압(100psia 미만) 극저온 저장 탱크들에 더하여, 본 발명은 또한 극저온 압력 용기들 내에서 냉각-압축 공기(CC-Air)의 저장을 고려한다. CC-Air는 그 밀도가 32 pounds/ft3 보다 크도록(예를 들어 L-공기의 밀도의 70%에 이름), 매우 차고(예를 들어 화씨 -200도 보다 낮은) 상당한 압력(예를 들어 500psia보다 높은)의 공기의 수증기 형태(비 액체)로 정의할 수 있다. 그러한 CC-Air는 부가적인 에너지 입력이 거의 없이 더 높은 압력으로 펌핑될 수 있고, L-Air와 극히 유사하게 상대적으로 효율적인 저장 용기에 저장될 수 있다. 왜냐하면 약 70%의 L-Air의 밀도에서 CC-Air는 가압된 공기보다 상당히 밀도가 더 크나 생산을 위한 입력 에너지가 약 30% 적게 요구되는 이점을 가지기 때문이다. 따라서 본 발명은 또한 CC-Air의 생산, 저장 및 방출을 포함한다. 위 옵션은 본 발명의 보다 소형의 실시예들, 예를 들어 10MW 이하의 저장 에너지 출력에서 가장 실현가능할 것인 바, 여기에서 저장 용기(들)의 크기는 저장된 공기를 생산하는 에너지 입력처럼 결정적인 것은 아니다. 실제로 본 발명은 500pisa 또는 더 높은 압력의 유사-액체(near-liquid) CC-Air 옵션부터 100psia 아래의 L-Air 옵션까지 그리고 어떠한 적절한 온도와 압력들에서 밀도-상(dense-phase) 극저온 공기 조건들까지 넓은 범위의 밀도를 가진 극저온 공기 저장 옵션들을 포함한다. 여기에서 상기 온도와 압력의 조합은 대략 25 pound/feet3를 넘는 밀도를 가진 공기를 발생시킨다.
도2는 연료 흐름(12)을 운송하는 연료 파이프라인(9)를 도시하는 바, 상기 연료 흐름은 어떤 경우에, NG의 압력을 발전기 부하 고온 가스 팽창기들(320)(330)의 설계 압력으로 가져오는 연료 부스터 압축기(260)로 제공되는 천연가스가 될 수 있다. 다른 연료 운송 방법들도 동일하게 잘 작동될 것이다. 예를 들어, 파이프라인으로 운송되는 NG에 대한 대안으로서, 본 발명의 실시예들은 쓰레기매립 가스, 혐기성 소화 가스 또는 석탄층 메탄을 연료원으로 사용할 수 있고, 또는 원유 유정에서 발견되는 "스트랜디드 웰(stranded well)" 또는 "관련 가스"로부터 나오는 NG를 사용할 수 있다. 어떤 경우에는, 예를 들어 일부 스트랜디드 가스 정유에서 가스 흐름의 압력이 발전기 부하 고온가스 팽창기들(320, 330)에 대한 설계 압력 보다 높기 때문에, 상기 연료 흐름은 부스터 압축의 필요성이 없다.
도2는 천연 가스(NG) 연료 흐름(12)에 대한 연료 부스터 압축기(260)를 도시하는 바, 상기 압축기는 상기 흐름의 압력을 예를 들어 60psia로부터 588 psia 까지, 즉 연소실(2)에 도달하는 압축 공기의 예상 압력과 동일한 압력까지 상승시킨다. 상기 부스터 압축기는 시스템의 에너지 방출 단계의 총 동력 출력에 비해 거의 에너지를 사용하지 않는다(0.3 MW보다 작음). 만약 연료 가스가 보다 높은 압력으로, 예를 들어 고압의 지역 천연 가스 전송 라인 또는 어떠한 스트랜디드 가스 산지로부터 현장에 도달하면, 상기 압축기는 더욱 에너지를 사용하지 않을 것이다. NG 대신 다른 연료들이 적절한 질량율(압축 공기 유량에 대한)로 대체되어, 유사한 동력 출력 결과를 산출할 수 있다. 만약 위에서 기술한 바와 같이 동력 출력 사이클 동안에 풍력이 또한 사용될 수 있다면, 그 에너지는 L-공기로 변화되기 보다는 동력 설비의 출력에 직접 부가될 수 있다. 연소실을 빠져나오는 배기가스 또는 연소가스는 약 화씨 2000도이나, 이 높은 온도는 상기 입력 공기가 약 화씨 900도로 예열되기 때문에 다른 사이클보다 더 적은 연료로 달성된다. 약 화씨 2000도, 약 8psia의 압력의 연소 가스는 2단계 발전기 부하 고온 가스 팽창기(320, 330)에서 팽창되는 바, 첫 번째 단계로 약 98psia로, 그 다음에 약 16psia로 하강한다. 팽창기(320)의 첫 번째 단계로부터 나오는 어느 정도 냉각된 유량은 상기 연소실에서 약 화씨 2000도로 재 가열되고, 제2 단계(330)로 보내지고(약 96psia에서), 제2 단계를 약 화씨1,141도 및 약 16psia 에서 떠난다. 위에서 논의한 바와 같이, 발전기 부하 고온 가스 팽창기(330)을 떠나는 배기 흐름(5)은 벨브에 의하여 2개로 분기된다. 위에서 논의한 바와 같이, 분기된 흐름의 각 부분은 열교환기(102)(150)에서 다른 흐름을 가열하는 데 사용된다. 상기 2개의 흐름은 흐름(6)으로 합류하여 수분 분리기(800)에 도달하고, 여기에서 냉각된 배기가스(6)의 수분 성분이 분리되어 드레인(802)를 향하여 부분적으로 보내지고, 일부는 펌프(13)를 통하여 열교환기(140)를 가온시키고, 그 다음에 발전기 부하 고온 가스 팽창기(330)로 향한다. 냉각된 배기 흐름(6)의 수분 성분은 상기 흐름이 수분이 응축되기에 충분하도록 냉각되기 때문에 분리될 수 있다. 그러나 회수된 수분의 모두가 발전기 부하 고온가스 팽창기(330)에 의해 사용될 수 있는 것은 아니고, 회수된 수분의 일부는 드레인(802)로 보내진다. 펌프(13)는 거의 에너지 입력 없이 상기 수분을 가압한다(왜냐하면 액체는 실질적으로 비압축성이고 따라서 매우 적은 에너지 입력에 의해 원하는 압력에 도달하기 때문이다). 상기 고압(801) 흐름이 도면부호 140 내에서 가열될 때, 이는 대부분 증기(803)로서 빠져나오고, 따라서 330 에서 팽창되는 가스 흐름의 질량을 증가시키는 저비용의 방법을 제공한다. 흐름(803)의 목적은 발전기 부하 고온 가스 팽창기(330)를 통한 고온의 질량흐름을 증가시켜 발전기(620)의 동력 출력을 증진시키는 것이다.
풍력 저장용 VPS사이클에 적용하기 위해, 본 발명의 일 실시예의 각 배치 구성은 밤/낮 및 계절별 패턴을 설명하는 현장의 "풍력 이력", 예상되는 "용량 인자"에 근거하는 것이 바람직하다. 이는 향후 진행될 것이고, 밤/낮 및 계절별 패턴을 설명하는 피크 전기 수요에 비교될 것이다. 각 시스템 배치에 대한 L-Air 저장의 전체 양은 상기 저장 시스템이 이용할 수 있는 지역의 제한 내에서 저장 비용(탱크들, 밸브들 및 배관)에 대한 확실성 및 풍력 신뢰성에 대한 요구와 균형을 이루게 될 것이다.
위와 같이 저장 에너지 및 방출 시스템 및 방법이 제공되었다는 것을 알 수 있다. 전술한 구성 및 특수한 구성요소들의 어는 것도 선행하는 실시예들의 시스템의 어느 것과 교환가능하게 사용될 수 있다는 점을 이해하여야 한다. 비록 본 발명의 바람직한 예시적인 실시예들이 지금까지 기술되었으나, 당업계에서 전문가라면 본 발명을 벗어나지 않고 다양한 변경과 개량이 이루어질 수 있는 점은 명확하다. 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 진정한 특징 및 범위에 포함되는 변경물 및 개량물을 포함하는 의도로 작성되었다.

Claims (22)

  1. 상단 또는 그 부근에 유입 공기가 향하는 유입구를 가지고 하단 또는 그 부분에 출구를 구비한 수직방향의 냉각관 조립체 안으로 유입공기를 유도하는 단계;
    상기 냉각관 조립체 안에서 공기를 냉각시키고 상기 냉각과 조립체 안에서 공기로부터 수분 성분을 제거하는 단계;
    상기 냉각관 조립체의 출구 밖으로 공기를 유도하는 단계;
    공기를 압축하는 단계;
    흡수에 의하여 상기 공기로부터 남아있는 수분 및 이산화탄소르 실질적으로 제거하는 단계;
    냉매 루프 공정에 의하여 생성된 냉매 루프 공기를 사용하여 상기 공기가 실질적으로 액화되도록 상기 공기를 주 열교환기에서 냉각시키는 단계; 및
    상기 실질적으로 액화된 공기를 저장 장치로 유도하는 단계;를 구비한 액체 공기 내에 에너지를 저장하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 루프 공정은,
    상기 냉매 루프를 제1 압력으로 압축하고 상기 압축열을 회수하는 단계;
    상기 냉매 루프를 제2 압력으로 압축하고 상기 압축열을 회수하는 단계;
    상기 냉매 루프 공기를 분기하여 제1 부분이 기계적 칠러로 향하고 제2 부분이 냉매 루프 공기 극저온 팽창기로 향하도록 하는 단계;
    상기 냉매 루프 공기를 상기 기계적 칠러 및 상기 냉매 루프 공기 극저온 팽창기 내에서 냉각시키는 단계; 및
    상기 냉매 루프 공기를 상기 주 열교환기로 유도하는 단계;를 구비한 액체 공기에 에너지를 저장하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    냉매를 흡수 칠러로부터 기계적 칠러로 유도하여 상기 기계적 칠러를 냉각시키는 단계를 더 포함하는 액체 공기에 에너지를 저장하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 압축열을 상기 압축 공기로부터 회수하고 상기 회수된 압축열을 흡수 칠러로 유도하여 상기 흡수 칠러를 구동하는 단계; 및
    냉매를 상기 냉각관 조립체와 유체 연결된 상기 흡수 칠러로부터 상기 냉각관 조립체로 유도하여 상기 냉각관 조립체로 들어가는 공기를 냉각시키는 단계를 구비한 액체 공기에 에너지를 저장하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 흡수 단계는 분자 여과기 조립체에 의하여 수행되고,
    상기 실질적으로 액화된 공기의 증기 부분으로부터 회수된 냉기를 이용하여 상기 유입 공기를 더욱 냉각시키는 단계;
    상기 유입 공기와 회수된 압축열을 이용하여 상기 실질적으로 액화된 공기의 증기 부분을 가온시키는 단계; 및
    상기 실질적으로 액화된 공기의 증기 부분이 분자 여과기 조립체로부터 이산화탄소와 수분을 제거하도록 상기 실질적으로 액화된 공기의 가온된 증기 부분을 분자 여과기 조립체로 유도하는 단계;를 더 구비한 액체 공기에 에너지를 저장하는 방법.
  6. 하나 또는 그 이상의 유입 공기 압축기들;
    제1 유입 공기 압축기에 유체 연결된 분자 여과기 조립체;
    상기 분자 여과기 조립체와 제2 유입 공기 압축기에 유체 연결되고, 상단 또는 그 부근에 유입 공기가 향하는 유입구를 가지고 하단 또는 그 부근에 출구를 구비한 수직방향의 냉각관 조립체;
    상기 복수개의 유입 공기 압축기들 중의 적어도 하나에 유체 연결된 주 열교환기를 구비한 하나 또는 그 이상의 유입 공기 열교환기들;
    상기 주 열교환기에 유체 연결된 저장 장치;
    작동 유체를 사용하고 상기 냉각관 조립체에 유체 연결된 흡입 칠러;
    냉매 유체를 포함하고 상기 흡입 칠러에 유체 연결된 기계적 칠러; 및
    상기 기계적 칠러에 유체 연결된 냉매 루프 공기 조립체를 구비한 액체 공기에 에너지를 저장하는 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 냉매 루프 공기 조립체는,
    그 중의 적어도 하나가 상기 주 열교환기에 유체 연결된 하나 또는 그 이상의 냉매 루프 공기 압축기들; 및
    하나 또는 그 이상의 냉매 루프 공기 극저온 팽창기들;을 구비하고,
    상기 기계적 칠러는 적어도 하나의 냉매 루프 공기 압축기, 적어도 하나의 냉매 루프 공기 극저온 팽창기, 상기 흡수 칠러 및 상기 주 열교환기에 유체 연결되고,
    냉매 루프 공기는 상기 냉매 루프 조립체로부터 주 열교환기로 유동하여 상기 유입 공기를 냉각시키는 액체 공기에 에너지를 저장하는 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 냉매 루프 공기는 하나 또는 그 이상의 냉매 루프 공기 압축기에 의하여 압축되고, 상기 압축열은 적어도 상기 흡수 칠러에 의하여 회수되는 액체 공기에 에너지를 저장하는 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 냉매 루프 공기는 분기되어 제1 부분이 상기 기계적 칠러로 향하고 제2 부분이 적어도 하나의 냉매 루프 공기 극저온 팽창기로 향하고,
    상기 냉매 루프 공기는 상기 기계적 칠러 및 상기 하나 또는 그 이상의 냉매 루프 공기 극저온 팽창기에 의하여 냉각되어 상기 주 열교환기로 향하며,
    상기 기계적 칠러 내의 냉매 유체가 상기 흡수 칠러로부터 상기 기계적 칠러로 보내진 차가운 작동 유체에 의해 응축되는 액체 공기에 에너지를 저장하는 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 실질적으로 액화된 공기의 증기 부분으로부터 회수된 냉기가 상기 주 열교환기 내에서 유입 공기를 더욱 냉각시키고,
    상기 실질적으로 액화된 공기의 증기 부분이 상기 유입 공기로부터 나오는 열 및 회수된 압축열에 의하여 가온되며,
    상기 실질적으로 액화된 공기의 가온된 증기 부분이 상기 분자 여과기 조립체로 향함으로써, 상기 실질적으로 액화된 공기의 증기 부분이 상기 분자 여과가 조립체로부터 이산화탄소와 수분을 제거하는 액체 공기에 에너지를 저장하는 시스템.
  11. 저장된 액체 공기를 방출하는 단계;
    상기 방출된 액체를 가압 펌핑하는 단계;
    상기 방출된 액체를 적어도 하나의 열교환기를 통하여 제1 일반적 방향으로 유도하는 단계;
    작동 루프 공기를 적어도 하나의 열교환기를 통하여 상기 제1 일반적 방향과 실질적으로 반대 방향인 제2 일반적 방향으로 유동하도록 유도하는 단계;
    상기 방출된 액체 공기가 실질적으로 증발되도록 상기 방출된 액체 공기를 상기 작동 루프 공기로 가온시키는 단계; 및
    상기 작동 루프 공기가 실질적으로 액화되도록 상기 작동 루프 공기를 상기 방출된 액체 공기로 냉각시키는 단계;를 포함하는 저장된 에너지를 방출하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 방출된 액체 공기의 일부를 적어도 하나의 발전기로 유도하는 단계; 및
    상기 방출된 액체 기체를 상기 적어도 하나의 발전기에 대한 베어링 공기로 사용하는 단계;를 더 구비하고,
    상기 방출된 액체 공기가 상기 발전기를 냉각하고 상기 발전기는 상기 방출된 액체 공기를 가온시키는 저장된 에너지를 방출하는 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 실질적으로 액화된 작동 루프 공기를 가압 펌핑하는 단계;
    상기 가압된 액체 작동 루프 공기를 고온의 연소 가스와의 열교환을 통하여 증발시키는 단계; 및
    상기 가압된 작동 루프 공기를 발전기 부하 고온 가스 팽창기 내에서 팽창시켜 상기 팽창기가 전기 동력을 생산하도록 하는 단계를 더 포함하는 저장된 에너지를 방출하는 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 실질적으로 증발되고 가압된 공기를 연소실로 유도하는 단계; 및
    상기 실질적으로 증발된 공기를 연료 흐름에 의해 연소시키는 단계를 더 구비한 저장된 에너지를 방출하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 연소실로부터 나오는 연소 가스를 제1 발전기 부하 고온 가스 팽창기로 유도하는 단계; 및
    상기 연소 가스를 적어도 하나의 발전기 부하 고온 가스 팽창기에서 팽창시키는 단계를 더 구비한 저장된 에너지를 방출하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 팽창된 연소 가스를 제1 부분과 제2 부분으로 분기하되, 상기 제1 부분이 제2 부분보다 상대적으로 크도록 분기하는 단계;
    상기 제1 부분을 주 열교환기로 유도하여 냉각 가압 공기 흐름을 가온시키는 단계; 및
    상기 제2 부분을 제2 열교환기로 유도함으로써 상기 제2 부분이 상기 주 방출된 가스로부터 냉기를 회수하는 데 이용되는 루프 내에서 상기 액체 공기를 가열하여 실질적으로 증발시키고, 상기 루프 공기는 제2 발전기 부하 고온 가스 팽창기에서 가열 및 팽창되는 단계;를 더 포함하는 저장된 에너지를 방출하는 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    이전의 고온의 배기 흐름을 주 열교환기로부터 수분 분리기로 유도하는 단계;
    상기 수분 분리기에서 상기 고온 배기 흐름으로부터 수분을 회수하는 단계;
    상기 회수된 액체 수분을 가압 펌핑하는 단계;
    가온된 열 교환기에서 회수열에 의하여 수분을 가온시키는 단계; 및
    상기 회수된 수분을 상기 제1 발전기 부하 고온 가스 팽창기로 유도하는 단계;를 더 포함하는 저장된 에너지를 방출하는 방법.
  18. 저장 장치;
    하나 또는 그 이상의 열교환기로서, 상기 열교환기 중 적어도 하나가 상기 저장장치에 유체 연결되는 열교환기;
    상기 열교환기 중 적어도 하나에 유체 연결되는 적어도 하나의 연소실;
    적어도 하나의 연소실과 상기 열교환기 중 적어도 하나의 열교환기에 유체 연결되는 하나 또는 그 이상의 발전기 부하 고온 가스 팽창기; 및
    상기 고온 가스 팽창기 중 적어도 하나에 유체 연결되고 전기 동력을 생산하는 적어도 하나의 발전기를 구비하고,
    상기 저장 장치로부터 방출된 액체 공기가 제1 일반적 방향으로 유동하고, 작동 루프 공기가 상기 제1 일반적 방향에 실질적으로 반대 방향인 제2 일반적 방향으로 유동하며,
    상기 작동 루프 공기는 상기 방출된 액체 공기가 실질적으로 증발되도록 상기 방출된 액체 공기를 가온시키고, 상기 방출된 액체 공기는 상기 작동 루프 공기가 실질적으로 액화되도록 상기 작동 루프 공기를 냉각시키는 에너지 방출 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 방출된 액체 공기의 일부는 상기 적어도 하나의 발전기로 보내져 적어도 하나의 발전기에 대한 베어링 공기로 사용되는 에너지 방출 시스템.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 실질적으로 증발된 공기는 연소실로 보내져 연료 흐름과 연소되는 에너지 방출 시스템.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 실질적으로 액화된 작동 루프 공기는 고온의 연소 가스에 의하여 가압 펌핑되고 증발되는 에너지 방출 시스템.
  22. 제20항에 있어서,
    연소 가스가 상기 연소실로부터 적어도 하나의 발전기 부하 고온 가스 팽창기로 향하여 상기 발전기 부하 고온 가스 팽창기에서 팽창되고,
    상기 팽창된 연소 가스는 제2 부분보다 상대적으로 큰 제1 부분과 제2 부분으로 분기되며,
    상기 제1 부분은 제1 열교환기로 향하고,
    상기 제2 부분은 상기 제2 부분이 상기 방출된 액체 공기를 실질적으로 가열 및 증발시키도록 제2 열교환기로 향하는 에너지 방출 시스템.
KR1020117022618A 2009-03-18 2010-03-12 액체 공기 생산, 동력 저장 및 동력 방출 시스템 및 장치 KR101334068B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/406,754 2009-03-18
US12/406,754 US7821158B2 (en) 2008-05-27 2009-03-18 System and method for liquid air production, power storage and power release
PCT/US2009/041157 WO2009154863A2 (en) 2008-05-27 2009-04-20 System and method for power storage and release
WOPCT/US2009/041157 2009-04-20
PCT/US2010/027219 WO2010111052A1 (en) 2009-03-18 2010-03-12 System and method for power storage and release

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110120974A true KR20110120974A (ko) 2011-11-04
KR101334068B1 KR101334068B1 (ko) 2013-11-28

Family

ID=42781382

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117022618A KR101334068B1 (ko) 2009-03-18 2010-03-12 액체 공기 생산, 동력 저장 및 동력 방출 시스템 및 장치

Country Status (8)

Country Link
US (2) US7821158B2 (ko)
EP (1) EP2409100B1 (ko)
JP (1) JP5017497B1 (ko)
KR (1) KR101334068B1 (ko)
AU (1) AU2010229136B2 (ko)
BR (1) BRPI1009314A2 (ko)
CA (1) CA2755930C (ko)
WO (1) WO2010111052A1 (ko)

Families Citing this family (63)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011506895A (ja) * 2007-12-07 2011-03-03 ドレッサー ランド カンパニー ガス液化システム用のコンプレッサ装置及びその方法
US7821158B2 (en) * 2008-05-27 2010-10-26 Expansion Energy, Llc System and method for liquid air production, power storage and power release
US8063511B2 (en) * 2008-05-27 2011-11-22 Expansion Energy, Llc System and method for liquid air production, power storage and power release
WO2010065873A2 (en) 2008-12-04 2010-06-10 E. I. Du Pont De Nemours And Company Carbon dioxide removal and ionic liquid compounds useful therein
US8616323B1 (en) 2009-03-11 2013-12-31 Echogen Power Systems Hybrid power systems
US9014791B2 (en) 2009-04-17 2015-04-21 Echogen Power Systems, Llc System and method for managing thermal issues in gas turbine engines
CA2766637A1 (en) 2009-06-22 2010-12-29 Echogen Power Systems Inc. System and method for managing thermal issues in one or more industrial processes
WO2011017476A1 (en) 2009-08-04 2011-02-10 Echogen Power Systems Inc. Heat pump with integral solar collector
US8813497B2 (en) 2009-09-17 2014-08-26 Echogen Power Systems, Llc Automated mass management control
US8613195B2 (en) 2009-09-17 2013-12-24 Echogen Power Systems, Llc Heat engine and heat to electricity systems and methods with working fluid mass management control
US8869531B2 (en) 2009-09-17 2014-10-28 Echogen Power Systems, Llc Heat engines with cascade cycles
US8794002B2 (en) 2009-09-17 2014-08-05 Echogen Power Systems Thermal energy conversion method
US20110094230A1 (en) * 2009-10-27 2011-04-28 Matthias Finkenrath System and method for carbon dioxide capture in an air compression and expansion system
EP2524144B1 (en) * 2010-01-15 2018-10-10 Dresser-Rand Company Integral compressor-expander
WO2011102945A2 (en) * 2010-02-19 2011-08-25 Dresser-Rand Company Welded structural flats on cases to eliminate nozzles
US9067953B2 (en) * 2010-03-12 2015-06-30 E I Du Pont De Nemours And Company Systems for carbon dioxide and sulfur dioxide removal
US8595930B2 (en) 2010-03-24 2013-12-03 Dresser-Rand Company Press-fitting corrosion resistant liners in nozzles and casings
US9017455B2 (en) 2010-06-03 2015-04-28 E I Du Pont De Nemours And Company Sulfur compounds for carbon dioxide and sulfur dioxide removal
DE102010024465A1 (de) * 2010-06-21 2011-12-22 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Nutzung überschüssiger elektrischer Energie und Anlage
DE102010060595A1 (de) * 2010-11-16 2012-05-16 Stefan Buchner Stromerzeugung aus tiefkalt verflüssigten Gasen
US8616001B2 (en) 2010-11-29 2013-12-31 Echogen Power Systems, Llc Driven starter pump and start sequence
US8783034B2 (en) 2011-11-07 2014-07-22 Echogen Power Systems, Llc Hot day cycle
US8857186B2 (en) 2010-11-29 2014-10-14 Echogen Power Systems, L.L.C. Heat engine cycles for high ambient conditions
US20130269526A1 (en) * 2011-09-12 2013-10-17 E I Du Pont De Nemours And Company Methods and apparatus for carbon dixoide capture
US9062898B2 (en) 2011-10-03 2015-06-23 Echogen Power Systems, Llc Carbon dioxide refrigeration cycle
US9494281B2 (en) * 2011-11-17 2016-11-15 Air Products And Chemicals, Inc. Compressor assemblies and methods to minimize venting of a process gas during startup operations
GB2503731A (en) * 2012-07-06 2014-01-08 Highview Entpr Ltd Cryogenic energy storage and liquefaction process
US9810103B2 (en) 2012-08-02 2017-11-07 Linde Aktiengesellschaft Method and device for generating electrical energy
WO2014028623A1 (en) 2012-08-17 2014-02-20 Vinod Kumar Arora Ammonia plant upgrading-multistage integrated chilling of process air compressor with ammonia compressor followed by air flow split and multistage air preheating to secondary ammonia reformer
BR112015003646A2 (pt) 2012-08-20 2017-07-04 Echogen Power Systems Llc circuito de fluido de trabalho supercrítico com uma bomba de turbo e uma bomba de arranque em séries de configuração
US9118226B2 (en) 2012-10-12 2015-08-25 Echogen Power Systems, Llc Heat engine system with a supercritical working fluid and processes thereof
US9341084B2 (en) 2012-10-12 2016-05-17 Echogen Power Systems, Llc Supercritical carbon dioxide power cycle for waste heat recovery
WO2014117074A1 (en) 2013-01-28 2014-07-31 Echogen Power Systems, L.L.C. Process for controlling a power turbine throttle valve during a supercritical carbon dioxide rankine cycle
WO2014117068A1 (en) 2013-01-28 2014-07-31 Echogen Power Systems, L.L.C. Methods for reducing wear on components of a heat engine system at startup
WO2014138035A1 (en) 2013-03-04 2014-09-12 Echogen Power Systems, L.L.C. Heat engine systems with high net power supercritical carbon dioxide circuits
CN105074141B (zh) * 2013-03-21 2017-03-15 林德股份公司 产生电能的方法和装置
US8907524B2 (en) 2013-05-09 2014-12-09 Expansion Energy Llc Systems and methods of semi-centralized power storage and power production for multi-directional smart grid and other applications
US20150093656A1 (en) * 2013-10-01 2015-04-02 Scott Clair Pockrandt Liquid nitrogen battery
US10473029B2 (en) 2013-12-30 2019-11-12 William M. Conlon Liquid air power and storage
EP2930318A1 (de) * 2014-04-11 2015-10-14 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Anlage zum Speichern und Rückgewinnen von Energie
US10570777B2 (en) 2014-11-03 2020-02-25 Echogen Power Systems, Llc Active thrust management of a turbopump within a supercritical working fluid circuit in a heat engine system
US20160160864A1 (en) * 2014-12-05 2016-06-09 General Electric Company Cooling system for an energy storage system and method of operating the same
WO2016195968A1 (en) 2015-06-01 2016-12-08 Conlon William M Part load operation of liquid air power and storage system
WO2016195999A1 (en) 2015-06-03 2016-12-08 Conlon William M Liquid air power and storage with carbon capture
WO2016204893A1 (en) 2015-06-16 2016-12-22 Conlon William M Cryogenic liquid energy storage
EP3365536B1 (en) 2015-10-21 2020-11-18 William M. Conlon High pressure liquid air power and storage
GB201601878D0 (en) 2016-02-02 2016-03-16 Highview Entpr Ltd Improvements in power recovery
US10655913B2 (en) * 2016-09-12 2020-05-19 Stanislav Sinatov Method for energy storage with co-production of peaking power and liquefied natural gas
CN108240241A (zh) * 2017-03-20 2018-07-03 华北电力大学（保定） 一种利用新能源液化空气的储能发电系统
US10731795B2 (en) * 2017-08-28 2020-08-04 Stanislav Sinatov Method for liquid air and gas energy storage
CN107514338A (zh) * 2017-08-28 2017-12-26 重庆京天能源投资（集团）股份有限公司 基于气压储能的冷量传递系统
US11906224B2 (en) 2017-08-31 2024-02-20 Energy Internet Corporation Controlled refrigeration and liquefaction using compatible materials for energy management
US10634013B2 (en) * 2017-09-05 2020-04-28 Stanislav Sinatov Method for liquid air energy storage with semi-closed CO2 bottoming cycle
US11187112B2 (en) 2018-06-27 2021-11-30 Echogen Power Systems Llc Systems and methods for generating electricity via a pumped thermal energy storage system
KR102391287B1 (ko) * 2018-09-20 2022-04-27 삼성중공업(주) 액체공기를 이용한 가스터빈 발전 시스템
FR3099234B1 (fr) * 2019-07-26 2021-07-30 Air Liquide Procédé de récupération d’énergie frigorifique avec production d’électricité ou liquéfaction d’un courant gazeux
CN111425270B (zh) * 2020-04-02 2024-04-05 中国科学院理化技术研究所 液态空气储能系统
US11435120B2 (en) 2020-05-05 2022-09-06 Echogen Power Systems (Delaware), Inc. Split expansion heat pump cycle
ES2970574T3 (es) 2020-05-13 2024-05-29 Just In Time Energy Co Ciclo de potencia de recondensación para la regasificación de fluidos
MA61232A1 (fr) 2020-12-09 2024-05-31 Supercritical Storage Company Inc Système de stockage d'énergie thermique électrique à trois réservoirs
CN114001522B (zh) * 2021-10-29 2023-04-07 势加透博（上海）能源科技有限公司 液化空气储能系统以及方法
CN114279107B (zh) * 2021-12-24 2023-04-14 中国科学院工程热物理研究所 一种开式热泵储电系统及方法
CN116447769B (zh) * 2023-06-16 2023-09-29 百穰新能源科技(深圳)有限公司 二氧化碳储能系统

Family Cites Families (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE519364A (ko) * 1952-04-22
FR2061867A5 (ko) * 1969-08-08 1971-06-25 Edf
FR2125680A5 (ko) * 1971-02-16 1972-09-29 Rigollot Georges
US3742716A (en) * 1971-07-27 1973-07-03 Svenska Entreprenad Sentab Storing of gas under pressure
US4329842A (en) * 1980-07-02 1982-05-18 Hans D. Linhardt Power conversion system utilizing reversible energy of liquefied natural gas
US4437312A (en) * 1981-03-06 1984-03-20 Air Products And Chemicals, Inc. Recovery of power from vaporization of liquefied natural gas
GB2100801B (en) * 1981-06-18 1984-10-10 Air Prod & Chem Method and apparatus for compressing gas
US4455834A (en) * 1981-09-25 1984-06-26 Earle John L Windmill power apparatus and method
DE3486017T3 (de) * 1983-03-08 1999-03-04 Daidousanso Co. Ltd., Osaka Sehr reiner Stickstoffgaserzeugungsapparat.
JPS61110872A (ja) * 1984-11-02 1986-05-29 日本酸素株式会社 窒素製造方法
GB8524598D0 (en) * 1985-10-04 1985-11-06 Boc Group Plc Liquid-vapour contact
US4715873A (en) * 1986-04-24 1987-12-29 Air Products And Chemicals, Inc. Liquefied gases using an air recycle liquefier
US4754607A (en) * 1986-12-12 1988-07-05 Allied-Signal Inc. Power generating system
JPS63285273A (ja) * 1987-05-15 1988-11-22 Isao Takatama 液体空気動力発生方法
KR930003211B1 (ko) * 1990-07-04 1993-04-23 가부시끼가이샤 고오베 세이꼬오쇼 공기분리장치
US5123946A (en) * 1990-08-22 1992-06-23 Liquid Air Engineering Corporation Cryogenic nitrogen generator with bottom reboiler and nitrogen expander
EP0636845B1 (en) * 1993-04-30 1999-07-28 The BOC Group plc Air separation
US5715706A (en) * 1993-04-30 1998-02-10 The Boc Group Plc Air separation
JP2954466B2 (ja) * 1993-10-29 1999-09-27 株式会社日立製作所 ガスタービン吸気冷却設備及びその運転方法
IL108546A (en) * 1994-02-03 1997-01-10 Israel Electric Corp Ltd Compressed air energy storage method and system
US5495709A (en) * 1994-08-05 1996-03-05 Abb Management Ag Air reservoir turbine
US5507148A (en) * 1994-10-25 1996-04-16 The Boc Group, Inc. Air separation method and apparatus to produce nitrogen
JPH08270470A (ja) * 1995-03-31 1996-10-15 Toyota Motor Corp 内燃機関のバルブタイミング制御装置
GB9513766D0 (en) * 1995-07-06 1995-09-06 Boc Group Plc Air separation
US5666823A (en) * 1996-01-31 1997-09-16 Air Products And Chemicals, Inc. High pressure combustion turbine and air separation system integration
FR2757282B1 (fr) * 1996-12-12 2006-06-23 Air Liquide Procede et installation de fourniture d'un debit variable d'un gaz de l'air
US6920759B2 (en) * 1996-12-24 2005-07-26 Hitachi, Ltd. Cold heat reused air liquefaction/vaporization and storage gas turbine electric power system
DE19757588A1 (de) * 1996-12-24 1998-07-02 Hitachi Ltd Stromerzeugungssystem mit Gasturbine und Energiespeicher
JPH10238367A (ja) * 1997-02-24 1998-09-08 Hitachi Ltd エネルギ貯蔵型ガスタービン発電システム
US5907959A (en) * 1998-01-22 1999-06-01 Air Products And Chemicals, Inc. Air separation process using warm and cold expanders
DE19843629A1 (de) * 1998-09-23 2000-03-30 Linde Ag Verfahren und Verflüssiger zur Erzeugung von flüssiger Luft
GB9925097D0 (en) * 1999-10-22 1999-12-22 Boc Group Plc Air separation
JP2001090509A (ja) * 1999-09-24 2001-04-03 Toyoshi Sakata 液体空気を利用した冷熱発電システム
JP2001193483A (ja) * 2000-01-12 2001-07-17 Hitachi Ltd ガスタービンシステム
JP2002339760A (ja) * 2001-05-16 2002-11-27 Hitachi Ltd ガスタービン発電方法および装置
US20050076639A1 (en) * 2003-10-14 2005-04-14 Shirk Mark A. Cryogenic cogeneration system
US20050135934A1 (en) * 2003-12-22 2005-06-23 Mechanology, Llc Use of intersecting vane machines in combination with wind turbines
US20060254287A1 (en) 2005-05-16 2006-11-16 Ralph Greenberg Cold compressed natural gas storage and transporation
JP2007046526A (ja) * 2005-08-09 2007-02-22 Shiro Adachi ランキンサイクル冷熱発電装置
US7464557B2 (en) * 2006-02-15 2008-12-16 David Vandor System and method for cold recovery
AU2007217133B2 (en) * 2006-02-27 2013-05-30 Highview Enterprises Limited A method of storing energy and a cryogenic energy storage system
US20080047271A1 (en) * 2006-05-19 2008-02-28 General Compression, Inc. Wind turbine system
WO2008024833A2 (en) 2006-08-22 2008-02-28 David Vandor A combined cycle system for gas turbines and reciprocating engines and a method for the use of air as working fluid in combined cycle power plants
WO2008052809A1 (en) * 2006-11-03 2008-05-08 Erwin Johan Croughs Anti greenhouse energy
US8020406B2 (en) 2007-11-05 2011-09-20 David Vandor Method and system for the small-scale production of liquified natural gas (LNG) from low-pressure gas
US20090226308A1 (en) 2008-03-05 2009-09-10 Expansion Energy, Llc Combined cold and power (ccp) system and method for improved turbine performance
US7821158B2 (en) * 2008-05-27 2010-10-26 Expansion Energy, Llc System and method for liquid air production, power storage and power release
US7870746B2 (en) * 2008-05-27 2011-01-18 Expansion Energy, Llc System and method for liquid air production, power storage and power release
US7947240B2 (en) 2008-10-08 2011-05-24 Expansion Energy, Llc System and method of carbon capture and sequestration

Also Published As

Publication number Publication date
CA2755930A1 (en) 2010-09-30
AU2010229136A1 (en) 2011-10-13
JP5017497B1 (ja) 2012-09-05
US20110000256A1 (en) 2011-01-06
EP2409100A1 (en) 2012-01-25
US20090293503A1 (en) 2009-12-03
BRPI1009314A2 (pt) 2019-09-24
JP2012520973A (ja) 2012-09-10
AU2010229136B2 (en) 2012-01-19
WO2010111052A1 (en) 2010-09-30
US8020404B2 (en) 2011-09-20
US7821158B2 (en) 2010-10-26
EP2409100A4 (en) 2012-07-25
EP2409100B1 (en) 2017-05-10
CA2755930C (en) 2012-10-16
KR101334068B1 (ko) 2013-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101334068B1 (ko) 액체 공기 생산, 동력 저장 및 동력 방출 시스템 및 장치
CA2815003C (en) System and method for liquid air production, power storage and power release
US7870746B2 (en) System and method for liquid air production, power storage and power release
US8621857B2 (en) Adsorption-enhanced compressed air energy storage
US20080050234A1 (en) Wind turbine system
US20080047271A1 (en) Wind turbine system
AU2010254067B2 (en) Adsorption-enhanced compressed air energy storage
CN114135349A (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
EP2330280A1 (en) Method of operating a gas turbine; a gas turbine system; and a method and system for cooling a hydrocarbon stream
WO2007136765A2 (en) Wind turbine system
JP7554920B2 (ja) エネルギー貯蔵のためのプラント及びプロセス
US20210164496A1 (en) Improved system for storing and harvesting energy
AU2010246499B2 (en) Method and system for cooling a hydrocarbon stream
CN117266943A (zh) 一种储能系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161102

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171107

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181121

Year of fee payment: 6