專利名稱：水下壓縮流體能量存儲系統(tǒng)的制作方法
水下壓縮流體能量存儲系統(tǒng)相關申請的交叉引用本申請要求2010年9月23日提交的美國非臨時申請12/889，013、2009年9月23日提交的美國臨時申請61/245，279、2010年3月I日提交的美國臨時申請61/309，415、2010年7月14日提交的美國臨時申請61/364，364以及2010年7月14日提交的美國臨時申請61/364，368的優(yōu)先權，這些申請的公開內容并入本文。
背景技術：
本發(fā)明的實施方式大體涉及壓縮流體能量存儲，且更具體地，涉及在水下存儲裝置中存儲壓縮流體并從其中抽取能量的方法和設備。在壓縮的流體是空氣的實施方式中，本發(fā)明是已知為壓縮空氣能量存儲(CAES)系統(tǒng)的一種能量存儲系統(tǒng)的一部分，但在此文 件中將使用CAES以一般地指代任何的壓縮流體能量存儲系統(tǒng)?？稍偕芰?RE)源在減少不可再生能量源和高碳排放的年代向常規(guī)的動力源提供了可選擇方案。然而，RE源經常不能被完全開發(fā)，這是因為當高峰需求出現(xiàn)時，很多形式的可再生能量是不可用的。例如，RE源在不想要的非高峰時間期間可能是最可用的，或者可能定位在遠離最需要動力的居民點或位置的區(qū)域，需要在高峰時間期間與所有其他高峰動力源一起共享電網。RE源可包括例如水力、地熱、海洋熱能轉換(OTEC)。例如，當與蓄水池組合時，水力是一種RE源，其能夠調上并調下以配合或負荷跟蹤變化的動力負荷。地熱和OTEC還是好的基底負荷RE源；然而，對于其使用來說可行的位置往往受到限制。要理解，在傳統(tǒng)上穿過大洋的溫躍層使用時海洋熱能轉換器能夠額外地應用于在表面水和深水之間具有溫差的新鮮水體。RE源還可包括例如太陽、風、波和潮汐。然而，這些源在其能力上趨于間歇地提供動力。對這些源來說，為了充分地有助于電網能量供應，因而需要能量存儲。例如，風能在每kWh的成本上是最有效的，但能夠當其需要時產生能量。即便對于適度的電網滲透水平來說，很大程度上由于其動力輸出的時限，其面臨障礙，該動力輸出根據(jù)電網的要求不僅是不可調度的，而且其根據(jù)風的水平而不受控制地變化。隨著所有種類的更多RE源加到電網中-只要成本節(jié)約的存儲是不可用的，該問題將變得更壞。20%以上的可再生能源部分、電力網經常喪失穩(wěn)定性，而沒有能量存儲用于調整能量供應和需求。用于電網的成本節(jié)約存儲已經從電力供應輸送的開始就被探尋，但還是不可用。一整天和換季時動力需求上的變化需要具有僅部分時間使用的產生資產，其對于少于全部容量時使用的資產來說，可能增加資本、操作和維護成本。一些產生資產還難于調節(jié)或切斷且難于在短時期內回到全部動力。能量存儲能提供緩沖以更好地配合動力需求和供應，允許動力源以更高的容量且因而以更高的效率運行。多種在前存儲技術的成本參數(shù)可被考慮用于大尺度的能量系統(tǒng)，且每種技術具有其自身的成本動因。例如，泵送水電已經使用很多年且經常被認為是其他電網能量存儲構想判斷的標準。其從能量容量的立場來說是有效的，在收集存儲能量上不消耗燃料，但僅能在受限位置布置且每單位動力具有高資本成本。典型地需要實質上高度的改變和兩個蓄水池。另外，在北美很多可行的地點都被認為已經布置，所以不考慮成本，泵送水電將似乎不能貢獻很大的額外能量存儲容量。就動力成本($/kW)而言，其還是相當昂貴的，但是盡管如此，當可用時，由于每單位能量相當便宜的成本($/kWh)，其還是被廣泛地使用。CAES是克服了已知能量存儲技術很多缺陷的有吸引力的能量存儲技術。CAES的常規(guī)途徑是使用定制的氣體渦輪機動力設備以驅動壓縮器并在地下將壓縮空氣存儲在腔洞或含水層中。通過將壓縮空氣注入壓縮器下游的渦輪機系統(tǒng)，獲得了能量，此處壓縮空氣與天然的燃燒煤氣的燃燒空氣混合或者被其加熱并通過渦輪機膨脹。該系統(tǒng)在高壓下運行以利用腔洞或含水層的適度容積。結果是系統(tǒng)在存儲和取回過程期間以固定的容積和可變的壓力運行，由于需要在此寬范圍的壓力下運行，所以這將導致對于壓縮器和渦輪機系統(tǒng)的過度成本。地下CAES遭受地理的限制。腔洞可能不位于動力源、負荷點或電網傳輸線路附近。相反，工業(yè)化世界中超過90 %的電力負荷位于足以使水下CAES實踐的水深的范圍內。水下CAES去除了由地下CAES經歷的很多地理上的約束。另外，對于流體的有效壓縮和膨脹來說重要的因素是涉及壓縮期間產生的熱量和膨脹期間需要的熱量。常規(guī)的CAES使用天然氣的燃燒再加熱空氣(經常通過吸收來自氣體渦輪機排氣裝置的熱量)并將壓縮熱量排放到周圍環(huán)境中。此系統(tǒng)可包括熱存儲裝置以 實現(xiàn)絕熱操作。此系統(tǒng)還經常具有用于壓縮和膨脹階段的單獨裝備，并因而具有更大的資本開支，并由于天然氣的使用而具有更高的操作成本和復雜性。結果是當使用購買的非高峰動力以向儲氣器充電時，動力設備能夠在高峰需求時期期間產生動力，但需要額外的裝備和更高的燃料成本。因而，可預期設計以更有效且成本節(jié)約的方式在壓縮流體能量存儲系統(tǒng)中存儲并回收能量而不需要外部燃料的設備和方法，這是可與常規(guī)的動力源競爭的。簡述根據(jù)本發(fā)明的一個方面，壓縮流體存儲系統(tǒng)包括雙向壓縮器/膨脹器(C/E)單元、流體存儲系統(tǒng)和管道系統(tǒng)，其中雙向壓縮器/膨脹器(C/E)單元被構造成在第一操作模式期間壓縮流體并在第二操作模式中允許流體膨脹，流體存儲系統(tǒng)定位在水體下的海底面上，管道系統(tǒng)定位在C/E單元和流體存儲系統(tǒng)之間并被構造以使流體在C/E單元和流體存儲系統(tǒng)之間通過。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，使用壓縮流體存儲系統(tǒng)的方法，該方法包括在第一旋轉方向上向壓力轉換裝置的桿施加旋轉動力，以通過壓力轉換裝置在第一流動方向上壓縮流體；在定位于水體表面下方的流體存儲系統(tǒng)中存儲壓縮流體；并使壓縮流體在第二流動方向上從流體存儲系統(tǒng)經過壓力轉換裝置，以在第二旋轉方向上向桿施加旋轉動力，其中第二流動方向與第一流動方向相反。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，壓縮流體存儲系統(tǒng)包括動力源、單一壓縮器/膨脹器(C/E)裝置、流體袋、加壓流體運輸系統(tǒng)和控制單元，其中單一壓縮器/膨脹器(C/E)裝置能夠壓縮和膨脹流體，通過桿結合到動力源，并包括以壓縮模式給流體加壓且以膨脹模式使流體膨脹的多個壓縮/膨脹(C/E)級(stage);流體袋結合到單一 C/E裝置的多個壓縮/膨脹級并定位在水體下；加壓流體運輸系統(tǒng)被構造以當單一 C/E裝置處于壓縮模式時使加壓流體從單一 C/E裝置傳送到流體袋，并被構造以當單一 C/E裝置處于膨脹模式時使加壓流體從流體袋傳送到單一 C/E裝置；控制單元被構造以當動力從動力源可用時，在單一 C/E裝置中引起壓縮模式、給流體加壓并引導加壓流體從單一 C/E裝置的多個C/E級傳送到流體袋，并且當可選擇地需要從流體袋汲取動力時，在單一 C/E裝置中引起膨脹模式、引導加壓流體從流體袋傳送到單一 C/E裝置的多個壓縮/膨脹級并使加壓流體膨脹。從以下詳述和附圖中，各種其他的特征和優(yōu)勢將開始明顯。附圖簡述附圖闡示了當前考慮用于執(zhí)行本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式。在附圖中圖I是闡示本發(fā)明實施方式的實施方式的通常功能的示意圖。 圖2是闡示根據(jù)本發(fā)明實施方式的具有圖I所示功能的系統(tǒng)的示意圖。圖3是闡示根據(jù)本發(fā)明實施方式的定位在海洋中的系統(tǒng)的基本構件的示意圖。圖4是闡示根據(jù)本發(fā)明實施方式的定位在陸地上的系統(tǒng)的基本構件的示意圖。圖5是闡示絕熱和等溫操作之間差別的示意圖。圖6闡示旋轉式Wankel (汪克爾)壓縮器/膨脹器(C/E)。圖7闡示根據(jù)本發(fā)明的實施方式的具有離合器和熱交換器的系統(tǒng)。詳述本發(fā)明的實施方式包括壓縮流體存儲容器在大洋、海洋、湖泊、蓄水池、海灣、海港、水灣、河流或者任何其他人造或自然水體底面上的部署或安裝。如本文使用的，“海洋”指任何此水體，且“海底面”指其底面。如本文使用的，“流體”指任何可壓縮的氣體或液體，例如空氣、C02或類似物以及超臨界流體。如本文使用的，“沉積物”(例如“海底沉積物”)指來自海洋的海底面或底部的海洋物質且可包括，通過示例的方式，礫石、沙、淤泥、泥土、沉到海底面上的有機或其他物質。在本系統(tǒng)公開的實施方式中，壓縮流體存儲在水體中(或稱為“下方”)的袋中。周圍水的靜水壓力成為通過壓縮器壓入袋中的壓縮流體的主要約束參數(shù)。在傳統(tǒng)的“抽水蓄能法”存儲中，水通過實質地理上的海拔被泵抽。相反，在本公開系統(tǒng)的實施方式中，水體的高度實質上通過在其下方增加流體的機構來提升。該技術同樣很好地用于大洋或內陸湖泊或蓄水池。本公開的系統(tǒng)經常在比傳統(tǒng)CAES(基于水的深度)低的壓力比下運行，且如將在多個實施方式中討論的，這些更低的壓力比和水用作巨大的吸熱部件消除了對在膨脹階段之前或期間立即重新加熱流體的礦物燃料的需要。另外，該系統(tǒng)以幾乎恒定的存儲壓力運行，允許更簡單且更有效的壓縮器/膨脹器(C/E)設計?，F(xiàn)參照

圖1，闡示了本公開系統(tǒng)實施方式的通常功能。系統(tǒng)10包括輸入動力12，在本發(fā)明的實施方式中,輸入動力12可來自可再生能量源，例如風力、波力(例如，通過“水鴨式發(fā)電裝置”)、流力、潮汐力或太陽能，作為示例。在另一實施方式中，輸入動力12可來自電力網。在可再生能量(RE)源的情形下，此源可提供間歇動力。在電力網的情形下，系統(tǒng)10可連接到其并以這樣的方式被控制，其中在非高峰負荷時間期間例如在深夜或凌晨時間期間，電力可被汲取并存儲為壓縮流體能量，且然后在高峰時間期間當自系統(tǒng)10汲取的能量可以以額外成本出售(即電能套利)時被恢復，或者為擴大基本負荷動力系統(tǒng)例如煤以通過存儲便宜的基本負荷動力來提供高峰能力。操作的另一種方法可以是使用系統(tǒng)10作為基本動力供應以便以通常靜態(tài)的模式代替常規(guī)的動力源例如煤來從其提供低成本的動力，并使用常規(guī)的動力源(例如天然氣、柴油等···)作為高峰動力系統(tǒng)以在負荷波動并超出來自系統(tǒng)10的供應時提供瞬態(tài)動力，從而減小動力的平均成本。
另外，系統(tǒng)10不限于前述的動力源，而是可應用于任何動力源，包括間歇有效動力源，或者可以在低成本或非高峰時間期間汲取且在需要的時間期間，例如在高峰電負荷或發(fā)電廠斷電期間被出售的來源。另外，系統(tǒng)10不限于單個輸入動力12，而是可包括能結合到其的多個來源。換句話說，多個且組合的動力源可包括在單個系統(tǒng)中，作為輸入動力12。輸入動力12結合到機械動力14以壓縮來自流體進口 16的流體。流體壓縮18可來自能根據(jù)旋轉方向而壓縮和膨脹流體的裝置，例如Wankel (汪克爾)型壓縮器/膨脹器(C/E)。然而，本發(fā)明不受此限制，且使用機械動力以壓縮流體的任何壓縮器可根據(jù)本發(fā)明的實施方式實施，并且使流體減壓以產生機械能的任何膨脹器可根據(jù)本發(fā)明的實施方式實施。在本發(fā)明的實施方式中，C/E能夠產生在O. 2MW和3MW之間的功率；然而，本發(fā)明不受此限制，且能夠產生與系統(tǒng)需求相稱的任何范圍的功率，其可包括低至O. 0001MW的功率和高達5MW或更高的功率。因而，由于使用流體輸入16的機械動力14，發(fā)生了流體壓縮18。如本領域中已知的，流體壓縮18可發(fā)生在一個或多個循環(huán)中，且冷卻可以在各級(stage)之間借助于泵和熱交換器引入。冷卻還可以通過壓縮流體和冷卻流體之間的直接接觸來實現(xiàn)。來自流體壓縮18的流體借助于流體輸入22輸送至壓縮流體存儲器20。另外，壓縮流體存儲器20可以是袋或其他保形的流體容納裝置，該流體容納裝置可以使用作為壓載物的沉積物而被穩(wěn)定在例如湖泊、蓄水池(天然或人造的)或海洋的水體內，并且在流體能被壓縮和存儲以用于之后抽取的深度。如此，流體容量根據(jù)其中流體的量且根據(jù)其在水體內的深度而被幾乎恒壓地存儲。流體存儲袋或管可被定級至50°C。在根據(jù)本發(fā)明實施方式的一個壓縮器設計中，其中壓縮的熱量被回收且存儲，從膨脹器進入流體軟管中的流體的期望出口溫度僅為水溫以上5. 5°C左右。其中只有環(huán)境水用于冷卻壓縮級且在最后級之后沒有熱交換器，進入流體軟管中的流體溫度可以是環(huán)境以上30°C，或者在15°C表面海水溫度的情形下可以是45°C。如果因為任何原因而超出了管溫極限，則溫度警報能夠關閉壓縮器。一個或多個溫度傳感器能夠沿著CAES系統(tǒng)中的流體存儲管的長度而定位，使得流體存儲管的溫度能夠被監(jiān)測。例如，溫度警報可以向系統(tǒng)操作員指示溫度極限已經達到或者超過。另外，警報對系統(tǒng)壓縮器的關閉可導致壓縮器停止向受影響的流體管供應壓縮流體，以減輕或者防止對流體存儲管或對連接到受影響的流體存儲管的流體軟管造成損傷。由于可變的容量設計，袋經歷恒定的壓力且因而袋內不發(fā)生其他的加熱。當需要從系統(tǒng)10汲取存儲的能量時，壓縮流體可以借助于流體輸出24而從壓縮流體存儲器20中汲取并發(fā)生流體膨脹26。如本領域中已知的，流體膨脹26導致可輸送到例如機械裝置的可用能量，其可以抽取用于電力產生30的機械動力28，其可以被傳送到電網或可預期使電力輸送的其他裝置。出口流體32以普通標準或周圍壓力被排到環(huán)境中。在本發(fā)明的實施方式中，機械動力28可以由例如Wankel(汪克爾)型的膨脹器產生。另外，如將要討論的，用于流體壓縮18的機械動力14和源自流體膨脹26的機械動力28可借助于相同裝置(即壓縮/膨脹或“C/E”裝置)或者借助于系統(tǒng)10內不同或單獨的裝置。原理上，C/E可用在等溫操作、絕熱操作或其組合中。在另一示例中，C/E可被實施，使得其不使用不同的熱交換器并且不使用熱儲。如本領域中已知的，當流體壓縮時，其加熱，且當流體膨脹時，其冷卻。如此，本發(fā)明的實施方式包括強制對流冷卻34以冷卻來自流體壓縮18的流體和強制對流加熱36以加熱來自流體膨脹26的流體。因為流體存儲發(fā)、生在通常周圍的溫度和壓力下(即在如所討論的水體內的深度處)，所以用于流體壓縮18的冷卻34和流體膨脹26之后的加熱36兩者可使用包圍系統(tǒng)10的大量流體(即湖泊或海水)執(zhí)行。如此，在一些實施方式中，系統(tǒng)10可以以通常等溫的方式操作，其在壓縮級期間將流體冷卻至接近環(huán)境并在膨脹級期間將流體加熱至接近環(huán)境。在其他實施方式中，系統(tǒng)10可以以通常絕熱的方式操作，其中來自壓縮的能量借助于受控的傳熱過程而存儲到熱存儲箱，且用于在膨脹后加熱流體的能量同樣汲取自存儲在存儲箱中的能量，具有與周圍環(huán)境相對小的熱交換。以此方式，該系統(tǒng)包括調整或恢復壓縮流體中的顯熱的方法。然而，如本領域中理解的，在任一情形下，泵和熱交換器可用于在系統(tǒng)中需要的位置冷卻。在又一實施方式中，來自流體壓縮18的能量自身不存儲，但水通過利用表面水溫和一定深度處的溫度之間的自然溫差而被有選擇地吸入系統(tǒng)10中。在此實施方式中，流體壓縮18期間的冷卻34可以使用從一定深度處(即非常低于水面)得到的相對冷的水執(zhí)行，且流體膨脹26期間的加熱36可以使用得自水面附近的相對暖的水執(zhí)行。以此方式利用此溫差實際上增加在能量存儲循環(huán)頂上的熱機循環(huán)，從而由于水體的熱能輸入而 使得比起存儲的來說更多的能量將被抽取是可能的。系統(tǒng)10包括可以可控制地連接到系統(tǒng)10的構件的控制器或計算機38?，F(xiàn)參照圖2，根據(jù)本發(fā)明的實施方式可以使用例如圖I系統(tǒng)10的多個系統(tǒng)。如以下關于其他附圖更詳細描述的，每個系統(tǒng)10可包括結合到定位在水體表面更下方的流體存儲管組件的單個或雙向壓縮器/膨脹器(C/E)單元。每個C/E結合到能量源和發(fā)生器。能量源可以是可再生源，例如風力或波力，或者其可以來自發(fā)生器自身，其被導致像具有從電力網或可再生源例如太陽光伏陣列汲取的能量的馬達一樣運行。從而，圖2闡示了具有多個如圖I和接下來的附圖和闡示中所示的系統(tǒng)10的總系統(tǒng)50。每個系統(tǒng)10包括構造為具有動力輸入54且還結合到發(fā)生器56 (或馬達/發(fā)生器)的C/E 52。每個發(fā)生器56構造為具有相應的動力輸出58。在一種實施方式中，每個動力輸出58單獨地結合到負荷或公用電網；然而，在所示另一種實施方式中，來自兩個或更多個發(fā)生器56的多個動力輸出58可以被組合以向負荷或公用電網輸出組合的動力輸出60。
每個C/E 52結合到流體存儲管組件62，如將進一步討論的，流體存儲管組件62定位在一定深度并被構造以接收來自相應C/E 52的壓縮流體。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，每個C/E 52可借助于管或導管64結合到多個流體存儲管組件62。如此，例如，單個C/E 52可結合到大量的流體存儲組件62，且可以由供應線路的數(shù)量和流體存儲管組件62定位其上的地形來限制?？傁到y(tǒng)50的操作可借助于計算機或控制器66控制，且本領域技術人員將認識到，每個系統(tǒng)10可包括貫穿分布的控制閥、壓力傳感器、溫度傳感器和類似物?？刂破?6被構造以當動力從動力源可用時使流體加壓并引導加壓的流體從C/E 52或其級通過而到達流體存儲管組件62，且當選擇性地需要從流體存儲管組件62汲取動力時，引導加壓的流體從流體存儲管組件62通過而到達C/E 52或其級，并使加壓的流體膨脹。如此，總系統(tǒng)50可以以具有多個系統(tǒng)10(圖2中示出其中的僅兩個)的模塊化方式布置。相應地，通過允許系統(tǒng)的一部分進行脫機同時系統(tǒng)的其余部分繼續(xù)運行，此模塊性提供系統(tǒng)彈性和以最小的總系統(tǒng)停工期交換場中的單元的能力。模塊性還使得分離的系統(tǒng)能夠以不同的模式同時操作(即一個系統(tǒng)收集/存儲能量而另一個產生動力)。因而，如圖2所示，多個C/E可以被組聯(lián)在一起，使得模塊性成為可能。并且，每個系統(tǒng)10可以以例如單個流體存儲管組件62可被從其相應的C/E 52分離或隔離的方式控制。相應地，在操作期間，單個系統(tǒng)10或單個和特定系統(tǒng)10的構件可以不需要用于故障查找的維護、修復或例行維修。因而，模塊性提供了簡單的維護，這增強了總的可靠性，這是因為總系統(tǒng)50無需為了維護而被關閉。進一步地，由于總系統(tǒng)50的模塊性，其他的系統(tǒng)10可以被漸增地加入其中，或者在操作期間其 他的存儲可被加到每個系統(tǒng)10。因而，隨著動力需求隨時變化(即在給定服務區(qū)域中人口增長或減小)，動力和/或存儲能力可以以與圖2所示方式一致的模塊化方式隨時且與改變的系統(tǒng)需求一致地添加或去除。從而，模塊化系統(tǒng)是可擴展的且其他系統(tǒng)可以以對總系統(tǒng)停工期和操作造成最小影響的方式被構造和進行聯(lián)機。另外，總系統(tǒng)50的系統(tǒng)10可以彼此同時地以單獨的方式操作。例如，在系統(tǒng)10的陣列的一部分中，系統(tǒng)10中的一個可以暴露給強風并因而以壓縮模式操作以將其中的能量存儲在其相應的流體存儲管組件62中。然而，同時，系統(tǒng)10中的另一個可以在接收少量風或無風的區(qū)域中并因而以膨脹模式操作以從其相應流體存儲管組件62汲取能量。如此，總系統(tǒng)50可以以允許多模式操作的靈活方式操作，且還可以以模塊化方式構造以允許其部分臨時性關閉以用于維修、修復和操作，或者永久地退役，而不需要關閉總系統(tǒng)50。進一步地，總系統(tǒng)50的構造和操作決不限制于給定示例。例如，取代風能，系統(tǒng)10可結合到波能源或水流源，作為進一步示例。系統(tǒng)10可每個使用多個C/E 52，或者C/E 52可被構造以分享其間的流體存儲。因而，在一個示例中，輔助供應線路68可被定位和構造以單獨地結合一個系統(tǒng)10的一個C/E 70和另一系統(tǒng)的流體存儲管組件72。在此方式中，可在例如一個C/E 70的修復或維護期間使用流體存儲管組件72的存儲能力。另外，改變路線，其的示例在供應線路68中顯示，能夠為了其他優(yōu)勢而協(xié)同使用多個C/E 52和70，這些優(yōu)勢包括模塊性、系統(tǒng)彈性、動力容量的遞增的可擴展性、C/E單元的場交換性以及以壓縮模式操作一個C/E而以膨脹模式操作另一 C/E的能力。這些優(yōu)勢導致系統(tǒng)具有故障弱化、整個系統(tǒng)沒有單點失效以及隨著動力和存儲需求增加而增加容量的靈活性。其還使得操作的流通模式成為可能，其中來自原動機(例如風發(fā)生器、波力發(fā)生器(例如通過“水鴨式發(fā)電裝置”)、流力發(fā)生器、潮汐力發(fā)生器和海洋熱能轉換器，作為示例)的動力通過第一 C/E，壓縮流體，被任意地存儲并以膨脹模式通過第二 C/E，產生用于電網的動力。此實施方式消除了用于系統(tǒng)的斜升(ramp/up)和斜降(ramp/down)時間，使得準備好根據(jù)需求吸收動力或輸送動力而不延遲的操作的備用模式成為可能?，F(xiàn)參照圖3，闡示定位在海上的系統(tǒng)10的基本構件。系統(tǒng)10的構件可定位在接近于水面的平臺98上。因而，圖3闡示了海洋100和海底面102。海洋100包括大洋、湖泊或例如在筑壩河流中的蓄水池，并且在此和所有實施方式中不限于任何具體的水體。系統(tǒng)10包括定位的平均深度106處的柔性流體袋或流體袋組件104、結合到發(fā)生器110的單向或雙向流體壓力轉換裝置或壓縮器/膨脹器(C/E) 108以及傳熱系統(tǒng)(如關于圖I所討論的泵和熱交換器，未示出)。C/E 108可包括壓縮和膨脹的多個級，且熱交換器包(未示出)可在壓縮或膨脹級之間分別地冷卻或再加熱流體。攜帶加壓流體的管浸入循環(huán)水中，或者更普遍地，加壓流體越過有翼的管形熱交換器，在管形熱交換器內部在有翼的管內部流動。系統(tǒng)10可被構造為實質上以幾乎等溫或絕熱的模式運行。
本領域技術人員將認識到，圖3的系統(tǒng)10可包括但不限于其他裝置，例如控制系統(tǒng)、計算機和機械地結合其構件的一個或多個離合器。袋104被壓載，所以在膨脹時其不浮到表面。流體軟管或導管或者加壓流體運輸系統(tǒng)112將流體存儲袋組件104和在海洋100的表面處或附近的C/E 108連接。C/E 108結合到發(fā)生器110，在一種實施方式中，發(fā)生器110是風輪機使用的相同發(fā)生器，具有離合器(如圖4所示)。發(fā)生器110還能用作馬達以當存儲能量時以壓縮器模式驅動C/E 108，或者如果風在吹，風力能夠進入發(fā)生器110中。從而，當需要來自系統(tǒng)的全部動力時，例如在電網的高峰需求時期期間，通過C/E 108膨脹的存儲流體向發(fā)生器110增加扭矩。在實施方式中，發(fā)生器110是(交流)A/C發(fā)生器，且在其他實施方式中，發(fā)生器110是(直流)DC發(fā)生器。因為傳輸線路之間的轉換站的成本，DC動力傳輸不經常用于基于陸地的傳輸。然而，DC傳輸線路的效率可能大于A/C線路，特別是在鹽水下。DC動力傳輸?shù)钠渌麅?yōu)勢包括更清楚的動力流分析且不需要在被DC線路連接的獨立電網部分之間的同步。當線路在水下運行時，由于傳輸線路的容量，DC傳輸?shù)钠渌嫣幙梢员徽J識到。因而，現(xiàn)在存在很多的 DC傳輸系統(tǒng)。C/E 108提供用以壓縮和膨脹流體的性能。在一種實施方式中，C/E 108為單獨構件，其包括當功被輸入其中時壓縮流體的性能和膨脹流體以從其抽取功的性能。在此實施方式中，單個流體軟管或導管112定位在流體存儲管組件104和C/E 108之間，且流體使用流體軟管或導管112而被泵送到流體存儲管組件104并從流體存儲管組件104中被泵抽。因而，當動力輸入114到C/E 108時，C/E 108運行以壓縮流體、借助于流體軟管或導管112將其輸送到流體存儲管組件104、并在其中存儲能量。動力114可借助于可再生源例如風、波運動，潮汐運動提供，或者可借助于向馬達一樣操作的發(fā)生器110提供，發(fā)生器110可以從例如電力網汲取能量。另外，C/E108可以通過借助于流體軟管或導管112汲取來自流體存儲管組件104的壓縮存儲能量而相反地操作。因此，通過反向其運動，可使C/E 108基于操作或旋轉的方向而可選擇地壓縮或膨脹流體。注意在一種實施方式中，發(fā)生器110提供電力?？蛇x擇地，機械動力可以直接從膨脹器利用，而不使用發(fā)生器110。然而，在另一實施方式中，C/E 108的壓縮器和膨脹器的功能是分離的。在此實施方式中，膨脹器116借助于流體軟管或導管112結合到流體存儲管組件104，且壓縮器118借助于相同的流體軟管112，或者可選擇地，借助于單獨的流體軟管、導管或管道系統(tǒng)120結合到流體存儲管組件104。因而，在此實施方式中，動力可借助于例如可再生能源而輸入114到壓縮器118，其中的可再生能源可為借助于單獨的流體軟管或導管112向流體存儲管組件104間歇地提供的壓縮流體。在此實施方式中，能量可借助于流體軟管或導管112從流體存儲管組件104中被同時汲取至膨脹器116。從而，雖然提供了系統(tǒng)靈活性以同時存儲和汲取動力，但是此實施方式還以具有單獨的壓縮器118和膨脹器116上為代價(未示出的其他壓縮器和膨脹器)?，F(xiàn)參照圖4，闡示了定位在陸地上的系統(tǒng)10的基本構件。很像圖3的系統(tǒng)10，圖4的系統(tǒng)10能夠接收來自電網、來自一個或多個可再生能量系統(tǒng)或者兩者的動力。此系統(tǒng)同樣能夠在C/E裝置中壓縮的水下等壓流體存儲袋或管組件中存儲能量，并能夠也借助于C/E裝置從其中抽取能量。此系統(tǒng)可以是可構造的以便以等溫或絕熱模式運行。
從表面到袋的流體通道應該是剛性或柔性上的重要因素是表面單元是漂浮還是固定到海底面。在較深的水中，很多RE獲取方案使用漂浮且錨固的基底。所以如果風向或波向變化，基底的位置移動直到錨線在新方向上被張拉。剛性流體導管通常較便宜，因為其可以是具有在離岸海洋工業(yè)中常用的直徑的簡單鋼導管。布置技術可能更有點復雜，因為現(xiàn)場接合(那些在現(xiàn)場而不是制造工場連接的)需要用于深或長的導管。柔性軟管更易于在岸上整個制造且布置更簡單，但其需要更復雜且昂貴的設計。此軟管具有相當柔性的襯墊，其在一個實施方式中通過像金屬或玻璃纖維一樣高強度材料的編織外包裝提供流體密封以支撐壓力負荷。用于2. 5MW C/E單元(尺寸類似于離岸風輪機)的這些軟管的直徑在一種實施方式中對于100米的袋深可以是28cm左右的直徑(11”)并具有110萬帕斯卡(165PSI)的操作壓力。離岸平臺涉及漂浮的、系泊平臺和到底部沉積物的“剛性”連接(例如鉆桿)，所以對于此系泊平臺來說柔性軟管不是嚴格需要的。導管整個長度上的撓度應變能夠很好地在導管的結構性能極限內。還注意至IJ，流體的內部和外部壓力之間的壓差隨著深度變化。在導管/軟管底部附近，壓差小，這也是薄塑料袋能夠將加壓流體保持在底部的原因，建議混合或組合的解決方案，其中柔性且還未增強的軟管能夠用在袋和在上部部分中使用的剛性、簡單導管附近。圖4闡示系統(tǒng)10，其中不同于壓縮流體的傳輸和存儲的構件被定位在陸地122上。因而，在此系統(tǒng)中，通過避免與離岸建立和操作相關的成本，主要成本可被減小。然而，操作位置可能更加受限，因為可能預期在100英尺或者更深的水中操作。因此，為了達到此可預期深度，可能需要在更長的距離上輸送加壓流體。此外，因為環(huán)境、美學和其他原因，經常預期很遠地離開居住區(qū)定位RE動力系統(tǒng)。另外，可再生能源例如風典型地在從陸地形狀和其他風障間隔的距離上提供更大的動力。如此，圖4闡示根據(jù)本發(fā)明的實施方式的構造成在陸地上運行的系統(tǒng)10。圖4的系統(tǒng)10可合并如上所討論的圖I到3的元件。在一種實施方式中，雙向C/E 108包括桿124，桿124構造成在第一旋轉方向126上操作，以在壓縮階段期間在第一流動方向128上壓縮流體，導致流體通過流體軟管或導管112以存儲。在此實施方式中，通過使來自存儲器中的流體膨脹并使流體在第二流動方向132上流過C/E 108，C/E 108的桿124可被導致在與第一旋轉方向126相反的第二旋轉方向130上操作。在此實施方式中，離合器134將桿124結合到發(fā)生器110，以能夠借助于發(fā)生器110從存儲器中抽取能量并且以便當動力通過除發(fā)生器110之外的源輸入到C/E 108時，分離發(fā)生器110。并且，雖然關于圖4闡示了雙向操作，但是要理解，本文公開的所有系統(tǒng)還可以是單向構造的。圖5顯示絕熱和等溫操作之間的差別。等溫操作典型地指其中C/E在壓縮期間在冷卻劑中淋浴或者通過泵/熱交換器以其他方式冷卻且在膨脹步驟期間由熱蓄水池變暖的操作(例如如圖I所示的流體壓縮18和流體膨脹26)，而絕熱操作典型地指具有存儲能量且與周圍環(huán)境傳熱相對較少的系統(tǒng)，且來自流體壓縮18的能量可被存儲在熱存儲系統(tǒng)中。本領域技術人員將認識到，能夠壓縮和膨脹的任何C/E可以以等溫形式、絕熱形式或以在多級之間具有中間冷卻的絕熱形式進行操作。在此實施方式中，使用流體蓄水池(即，湖 泊或大洋等)來冷卻或變暖是可能的，或者能量可由壓縮的熱量而被存儲并被存儲用于之后的使用以在膨脹期間加熱C/E。另外，C/E可以以操作的增強等溫模式來操作。通常水體表面位于一個溫度而水體底部位于另一溫度。可能使用較冷的水源壓縮并使用較暖的水源膨脹。以此方式，熱能自水體抽出并提高了存儲裝置的效率。原理上，相比通過原動機輸入的能量，從存儲裝置抽取更多的能量是可能的，這是因為通過從水體傳遞到系統(tǒng)的熱能增加了額外的熱能，潛在地克服了系統(tǒng)損失。典型地，等溫操作利用系統(tǒng)將置于其中或附近的水的巨大蓄水池。因而，泵136可被定位以在其壓縮/膨脹級之間將水供應到壓縮器/膨脹器。然而，在可選擇實施方式中，絕熱操作可通過包括熱存儲箱138來實現(xiàn)，其中熱存儲箱138通過泵136結合到壓縮器/膨脹器并被構造以在壓縮后在級之間抽取能量并在膨脹后在級之間增加能量。如本領域中已知的，大冷卻箱可以以熱分層在其中發(fā)生的形式操作；因而，熱水可供應到熱存儲箱138的頂部并從熱存儲箱138的頂部汲取，且冷水可供應到熱存儲箱138的底部并從熱存儲箱138的底部汲取。因而，在一種示例中，在壓縮期間，冷水可以自箱的底部(相對冷)部分汲取并回到頂部(相對熱)。相反地，在膨脹期間，熱水可以自箱的頂部(相對熱)部分汲取并回到底部(相對冷)。因而，在操作的兩種模式中，實現(xiàn)了熱存儲箱的穩(wěn)定分層，由于穩(wěn)定狀態(tài)下水的低固有熱擴散性而維持了水部分的熱差值。 在一種實施方式中并且如上述討論的，代替熱存儲箱，通過借助于冷進口線路或熱交換器供應線路140從深海深度中抽取相對冷的水并借助于暖進口線路或熱交換器供應線路142從水面附近抽取相對暖的水，可一定程度地實現(xiàn)絕熱操作的效果。進一步地，如本領域中理解的，熱存儲箱138可以定位在平臺上以及定位在水面上、浸在水自身中、安裝在海底面或湖底面或者定位在陸地上(尤其是在基于陸地的系統(tǒng)中)。進一步地，在其中熱存儲箱138是沉浸的實施方式中，根據(jù)一種實施方式，水藻和其他海洋生命可被促進以位于熱存儲箱138的表面上，以增強其絕緣能力。另外，本領域技術人員將認識到，動力輸出例如圖2的組合動力輸出60可以借助于DC電傳輸或A/C電傳輸。因而，在一種實施方式中，輸出電力被提升到高的A/C電壓并被傳送到負載或電網，而在另一種實施方式中，DC電壓被傳送到負載或電網。如本領域中理解的，A/C典型地包括與DC相比相對較高的傳輸成本但是較低的資本開支。如此，所討論的本發(fā)明的實施方式包括在其他RE系統(tǒng)例如常規(guī)的CAES上的改進效率，這是由于較低的壓縮熱、幾乎等壓或恒定壓力的操作、減小的溫度和壓力差以及相對低速旋轉發(fā)動機設計的使用。本發(fā)明的實施方式還通過排除燃料成本并通過降低CAES技術的資本成本而減小了輸送到電網的能量平準成本。正位移機器(positive displacement machine)通常以比潤輪機低的速度運行，導致較小的公差限制和因而導致較小的制造成本。典型地，正位移機器收集被推送至排出導管中的固定量的流體。正位移機器還有效地在尺寸上按比例縮小，導致機器與渦輪機相比時能夠模塊化且靈活。如此，對于正位移機器來說，資本成本可能減小，因為渦輪機由于需要以高的切線速度操作以用于空氣動力壓縮和膨脹而趨于昂貴。高的渦輪機速度還能夠產生基本應力和潤滑挑戰(zhàn)，尤其是當壓縮期間以較高溫度操作時。由于壓縮和膨脹中在最佳渦輪機葉片形狀上的差別，高速渦輪機還典型地不能在反向方向上有效地操作以從高壓流體抽取功。因而，減小資本成本的通常途徑是使用便宜的機器，并且該機器能夠當在第一操作循環(huán)期間(例如，存儲期間)在第一方向上旋轉時以壓縮模式使用且當在第二操作循環(huán) 期間(例如，能量抽取期間)在與第一方向相反的第二方向上旋轉時以膨脹模式使用。然而，一些正位移機器不需要在桿旋轉方向上的改變而具有反向流動方向。通過使用壓縮和膨脹中的很多級，可增加效率，且環(huán)境溫度的水可被布置以保持溫度變化最小。正位移機器還可以被設計以與動力壓縮器或渦輪機相比很好地執(zhí)行兩種功能(壓縮和膨脹)。典型的內燃發(fā)動機或往復式流體壓縮器能夠有效地提供壓縮和膨脹兩種功能。此機器典型地具有每級大約4到12的壓縮率，這使得機器簡單且能夠在僅僅一些級中實現(xiàn)相當高的壓力比。然而，如果壓縮流體中的高溫能量沒有被獲取、有效地存儲并重新使用，則在C/E應用中這些相當高的壓力比可能是無效的。此問題可以使用級間冷卻器而減輕。如果處理期間流體溫度不改變很多，則產生最小量的壓縮器輸入能量和最大量的能量回收。高效機器在壓縮級之間冷卻流體且在膨脹級之間相反地加熱流體。因而，為了使每級的壓力變化較小，當使用恒定的溫度熱源/熱沉并且/或者減小流體和熱存儲容器中損失的顯熱時，更容易將溫度變化保持到最小值，從而提高效率。因為整個系統(tǒng)設計能夠得益于很多小壓力比的壓縮，所以一種策略將是使用類似于Wankel(汪克爾)發(fā)動機的具有內核的旋轉式壓縮器，但是對于每個連續(xù)的轉子具有不同的容積率，可能每推進器旋轉具有多個壓縮區(qū)域。每個壓縮循環(huán)和每個壓縮級適度壓縮的流體能夠引入海水冷卻的(或加熱的)熱交換器中。然后流體能夠通過另一孔口引入壓縮器的另一部分中。 如此，根據(jù)一種實施方式，多個級共享位于被構造以雙向操作的C/E旋轉部分內的公共的桿或多個瓣輪。通過調節(jié)轉子和空心墻的間隙，基本設計能夠被調節(jié)至不同的壓力比、特別是獨特的深度和存儲壓力。因而，因為系統(tǒng)的每個安裝可具有獨特的深度和存儲壓力，所以C/E的靈活設計能夠節(jié)約實施成本同時最大化熱動力效率。因此，參照圖6，旋轉式WankelC/E200具有中心桿202和偏心負載的轉子。旋轉式Wankel C/E200包括橢圓形空腔206，且偏心負載的轉子204定位在其中。三個空腔207、208和209形成在偏心負載的轉子204和外部殼體210之間。如本領域中理解的，孔口(未示出)可結合到殼體210的區(qū)域。這些孔口的尺寸和定位以及目標輸出壓力決定所得到的用于這些適度壓力比級設計的壓力比。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，一些傳動系統(tǒng)設計能夠得益于馬達/發(fā)生器和C/E之間的離合器。離合器在動力如何混合于系統(tǒng)中方面提供一些靈活性。驅動系統(tǒng)的機械動力例如風力渦輪機或其他RE動力源能夠借助于離合器結合到C/E，以有選擇地接合并脫離C/E。因而，參照圖7，非常類似于以上所述系統(tǒng)10的系統(tǒng)300可包括原動機或RE動力源302，例如如所述的風力渦輪機或其他RE裝置。系統(tǒng)300包括借助于離合器303結合到RE動力源302的發(fā)生器/馬達304、將發(fā)生器/馬達304結合到C/E 308的離合器306、熱交換器/泵組合310和流體通道(未闡示)，其中流體通道結合到C/E 308并被構造以附接到流體存儲裝置，例如如上所示的柔性流體袋或流體袋組件104。另外，雖然所示單個通道312將熱交換器/泵組合310結合到C/E 308，但是要理解，可包括多個通道312，根據(jù)本發(fā)明，能夠使冷卻劑傳到多級C/E的級間區(qū)域。因而，系統(tǒng)300闡示了結合到發(fā)生器/馬達304的RE動力源302，且如果離合器306將C/E 308結合到發(fā)生器/馬達304，則動力還能夠進入C/E308，根據(jù)一種實施方式，其包括連接到熱交換器/泵組合310的熱交換器的壓縮流體通道。以此形式，RE動力源302能夠在發(fā)生器/馬達304中同時產生電力同時還壓縮C/E 308中的流體。在操作的另一模式中，C/E 308能夠以膨脹模式運行以增加動力至發(fā)生器/馬達304以用于增強RE動力源302的動力。如果需要，根據(jù)當前目標是為將來存儲能量還是釋放存儲的能量或者這些都不是，離合器306允許C/E308從發(fā)生器/馬達304中分離。RE源302還能夠轉動發(fā)生器，但是在通常不產生或不汲取電力的速度下轉動，從而將大多數(shù)能量送入CE中，其壓縮流體以用于稍后使用。另一選項(未示出)是將離合器置于RE源302和發(fā)生器/馬達304之間，以允許CE和發(fā)生器/馬達獨立于來自302的運動而操作。另一選項是在壓縮期間使此交流發(fā)電機/發(fā)生器的場線圈去激勵，允許來自原動機動力源302的幾乎所有能量通過離合器306到達C/E 308。本領域技術人員將理解，具有勵磁的交流發(fā)電機包括本文中電發(fā)生器的形式。本發(fā)明的實施方式比起地下CAES具有更廣泛的潛在應用。其能夠接近幾乎所有主要的沿岸居民點離岸定位，且其還能定位到在內陸居民點附近使用的湖泊和蓄水池中。CAES系統(tǒng)典型地包括具有合適地質構造的位置，其在非常接近很多主要的負荷中心處經常是不可用的。傳輸線路的密集和容量限制使得距離負荷中心長距離地定位能量存儲設備是不現(xiàn)實的。因此，地下CAES不具有向電網尺度的能量存儲需求提供普遍存在的解決方案的潛在可能。本發(fā)明的實施方式包括通過已有海洋RE系統(tǒng)的設計和操作，RE系統(tǒng)包括但不限 于常規(guī)的風力、水動力系統(tǒng)例如波能渦輪機和海下渦輪機，以及海洋熱能轉換(OTEC)系統(tǒng)。然而，另外，本發(fā)明的實施方式包括能夠遠程定位在海洋環(huán)境中的獨立存儲系統(tǒng)，其不利用已有RE系統(tǒng)。進一步地，為了減小或消除RE系統(tǒng)的負面影響，在一種實施方式中，袋被布置到水底區(qū)域。典型地，水底區(qū)域是例如大洋或湖泊的水體的生態(tài)區(qū)域，具有生活在那的被稱為水底生物的生物體。水底生物通常與水體的底部或底面關系密切地生存，很多水底生物永久地附著到底部。水底區(qū)域開始于海岸線并沿著大陸架的表面向下延伸。在大陸架的邊緣，典型地接近200米深，加深的坡度開始，其被稱為深深地延伸到深海海底面的大陸斜坡。從而，根據(jù)本發(fā)明的實施方式，可預期在水底區(qū)域但在合適深度處布置該系統(tǒng)，低于該深度光合作用是占優(yōu)勢的，海洋生物因而被最小地影響。構造材料通常是無毒的。小部分的海底面可專用于存儲，以在較大面積上提供相當大的量的存儲容量，而同時將海底的有效部分留為海底生物的棲息地。公開的方法和設備提供計算機控制以引起系統(tǒng)在水下存儲裝置中存儲壓縮流體并從其中抽取能量。本領域技術人員將清楚，本發(fā)明的實施方式可以連接到計算機或具有存儲在其上的計算機程序的計算機可讀存儲媒質并受其控制。存儲裝置包括計算機可讀存儲媒質，計算機可讀存儲媒質包括多個構件，例如電子構件、硬件構件和/或計算機軟件構件中的一種或多種。這些構件可包括一個或多個計算機可讀存儲媒介，計算機可讀存儲媒介通常存儲指令例如軟件、微程序和/或組件語言以用于執(zhí)行序列的一個或多個執(zhí)行過程或實施方式中的一個或多個部分。這些計算機可讀存儲媒介通常是非瞬變的且/或有形的。此計算機可讀存儲媒介的示例包括計算機的可記錄數(shù)據(jù)存儲媒介和/或存儲裝置。計算機可讀存儲媒介可使用例如一個或多個磁性的、電的、光學的、生物的和/或原子的數(shù)據(jù)存儲媒介。另外，此媒介可采取例如軟盤、磁帶、⑶-ROM、DVD-ROM、硬盤驅動器和/或電子存儲器的形式。沒有列舉的非瞬變且/或有形的計算機可讀存儲媒介的其他形式可以用于本發(fā)明的實施方式中。
在該系統(tǒng)的實施中，很多這些構件能夠組合或分開。另外，如本領域技術人員將清楚的，這些構件可包括通過多種編程語言中的任何一種書寫或實施的一組和/或系列計算機指令。另外，其他形式的計算機可讀媒介例如載波可用于執(zhí)行呈現(xiàn)指令序列的計算機數(shù)據(jù)信號，當計算機數(shù)據(jù)信號被一個或多個計算機執(zhí)行時，其引起一個或多個計算機執(zhí)行一個或多個序列的執(zhí)行過程或實施方式中的一個或多個部分。根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，壓縮流體存儲系統(tǒng)包括雙向壓縮器/膨脹器(C/E)單元、流體存儲系統(tǒng)和管道系統(tǒng)，雙向壓縮器/膨脹器(C/E)單元被構造成在第一操作模式期間壓縮流體并在第二操作模式中允許流體膨脹，流體存儲系統(tǒng)定位在水體下的海底面上，管道系統(tǒng)定位在C/E單元和流體存儲系統(tǒng)之間并被構造以使流體在C/E單元和流體存儲系統(tǒng)之間通過。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，使用壓縮流體存儲系統(tǒng)的方法，該方法包括在第 一旋轉方向上向壓力轉換裝置的桿施加旋轉動力，以通過壓力轉換裝置在第一流動方向上壓縮流體；將壓縮流體存儲在定位于水體表面下方的流體存儲系統(tǒng)中；以及使壓縮流體在第二流動方向上從流體存儲系統(tǒng)經過壓力轉換裝置，以在第二旋轉方向上向桿施加旋轉動力，其中第二流動方向與第一流動方向相反。根據(jù)本發(fā)明的又一實施方式，壓縮流體存儲系統(tǒng)包括動力源、單一壓縮器/膨脹器(C/E)裝置、流體袋、加壓流體運輸系統(tǒng)和控制單元，其中單一壓縮器/膨脹器(C/E)裝置能夠壓縮和膨脹流體，通過桿結合到動力源，并包括以壓縮模式給流體加壓且以膨脹模式使流體膨脹的多個壓縮/膨脹(C/E)級；流體袋結合到單一 C/E裝置的多個壓縮/膨脹級并定位在水體下；加壓流體運輸系統(tǒng)被構造以當單一 C/E裝置處于壓縮模式時使加壓流體從單一 C/E裝置傳送到流體袋，并被構造以當單一 C/E裝置處于膨脹模式時使加壓流體從流體袋傳送到單一 C/E裝置；控制單元被構造以當動力從動力源可用時，在單一 C/E裝置中引起壓縮模式、給流體加壓并引導加壓流體從單一 C/E裝置的多個C/E級傳送到流體袋，并且當可選擇地需要從流體袋中汲取動力時，在單一 C/E裝置中引起膨脹模式、引導加壓流體從流體袋傳送到單一 C/E裝置的多個壓縮/膨脹級并使加壓流體膨脹。此書面描述使用示例以公開包括最佳模式的本發(fā)明，且還用于使任何本領域技術人員能夠實踐本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并執(zhí)行任何合并的方法。本發(fā)明可取得專利的范圍由權利要求限定，并可包括本領域技術人員想到的其他示例。如果這些其他的示例具有與權利要求的文字語言相同的結構元件或者如果其包括與權利要求的文字語言實質相同的等價結構元件，則這些其他的示例就意在本權利要求的范圍之內。
權利要求
1.一種壓縮流體存儲系統(tǒng)，包括 雙向壓縮器/膨脹器(C/E)單元，所述壓縮器/膨脹器(C/E)單元被構造成在第一操作模式期間壓縮流體并在第二操作模式中允許流體膨脹； 流體存儲系統(tǒng)，所述流體存儲系統(tǒng)定位在水體下的海底面上；以及 管道系統(tǒng)，所述管道系統(tǒng)定位在所述C/E單元和所述流體存儲系統(tǒng)之間并被構造以使流體在所述C/E單元和所述流體存儲系統(tǒng)之間通過。
2.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述第一操作模式和所述第二操作模式包括所述C/E單元的桿在相同旋轉方向上的旋轉。
3.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述第一操作模式包括所述C/E單元的桿在第一旋轉方向上的旋轉，且所述第二操作模式包括所述C/E單元的所述桿在與所述第一旋轉方向相反的第二旋轉方向上的旋轉。
4.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述C/E單元定位在附接到海底面的平臺上。
5.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述流體存儲系統(tǒng)包括一個或多個柔性袋，所述柔性袋被構造以借助于所述管道系統(tǒng)接收加壓流體并加壓所述柔性袋而抵靠周圍的水。
6.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，所述C/E單元包括旋轉構件，所述旋轉構件被構造以在所述第一操作模式期間在第一旋轉方向上旋轉并在所述第二操作模式期間在第二旋轉方向上旋轉。
7.根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述管道系統(tǒng)包括剛性導管、柔性軟管及其組合中的一種。
8.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述C/E單元被構造以在一定壓力下操作，該壓力相應于與所述流體存儲系統(tǒng)距離海平面的深度相關的壓力。
9.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，包括借助于離合器結合到所述C/E單元的發(fā)生器，其中所述發(fā)生器被構造以當所述發(fā)生器借助于所述離合器結合到所述C/E單元時向電網輸出電力。
10.根據(jù)權利要求9所述的系統(tǒng)，包括借助于離合器結合到所述C/E單元的動力源。
11.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，包括結合到所述C/E單元的熱交換器，所述熱交換器被構造以在操作期間將水從水體泵送到所述C/E單元。
12.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，還包括熱交換器供應線路，所述熱交換器供應線路被構造以選擇性地從水體表面附近并從海底面附近汲取水。
13.根據(jù)權利要求12所述的系統(tǒng)，其中表面水處于第一溫度，而接近所述海底面的水處于與所述第一溫度不同的第二溫度，較低溫度的水在所述第一操作模式中通過所述熱交換器而用于所述C/E，而較高溫度在所述第二操作模式中通過所述熱交換器而用于所述C/E0
14.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述C/E單元能夠產生O.2MW和3MW之間的功率。
15.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述C/E單元作為正位移單元來操作。
16.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，包括結合到所述C/E單元的動力輸入裝置，所述動力輸入裝置被構造以接收來自風發(fā)生器、水鴨式發(fā)電裝置、流力發(fā)生器和潮汐力發(fā)生器中的一種的動力。
17.一種使用壓縮流體存儲系統(tǒng)的方法，所述方法包括 在第一旋轉方向上向壓力轉換裝置的桿施加旋轉動力，以通過所述壓力轉換裝置在第一流動方向上壓縮流體； 在定位于水體表面下方的流體存儲系統(tǒng)中存儲壓縮流體；以及使壓縮流體在第二流動方向上從所述流體存儲系統(tǒng)經過所述壓力轉換裝置，以在第二旋轉方向上向所述桿施加旋轉動力； 其中所述第二流動方向與所述第一流動方向相反。
18.根據(jù)權利要求17所述的方法，其中所述第一旋轉方向和所述第二旋轉方向相同。
19.根據(jù)權利要求17所述的方法，其中所述第二旋轉方向與所述第一旋轉方向相反。
20.根據(jù)權利要求17所述的方法，包括通過使壓縮流體在所述壓力轉換裝置中膨脹來從所述桿抽取動力。
21.根據(jù)權利要求17所述的方法，其中將壓縮流體輸送到所述流體存儲系統(tǒng)包括將壓縮流體輸送到等壓流體存儲系統(tǒng)。
22.根據(jù)權利要求17所述的方法，其中輸送壓縮流體包括借助于剛性導管、柔性軟管及其組合中的一種來輸送壓縮流體。
23.根據(jù)權利要求17所述的方法，包括借助于離合器將所述桿接合到發(fā)生器以借助于所述發(fā)生器從中抽取動力，作為電力。
24.根據(jù)權利要求17所述的方法，包括將所述流體存儲系統(tǒng)定位在海底面上并定位在水體內的水底深度處。
25.根據(jù)權利要求17所述的方法，包括借助于風發(fā)生器、水鴨式發(fā)電裝置、波發(fā)生器、流力發(fā)生器、海洋熱能轉換器和潮汐力發(fā)生器中的一種產生應用到所述桿的動力。
26.—種壓縮流體存儲系統(tǒng)，包括 動力源； 單一壓縮器/膨脹器(C/E)裝置，所述單一壓縮器/膨脹器(C/E)裝置能夠壓縮和膨脹流體，通過桿結合到所述動力源，并包括以壓縮模式給流體加壓且以膨脹模式使流體膨脹的多個壓縮/膨脹(C/E)級； 流體袋，所述流體袋結合到所述單一 C/E裝置的所述多個壓縮/膨脹級并定位在水體下； 加壓流體運輸系統(tǒng)，所述加壓流體運輸系統(tǒng)被構造以當所述單一 C/E裝置處于所述壓縮模式時使加壓流體從所述單一 C/E裝置傳送到所述流體袋，并被構造以當所述單一 C/E裝置處于所述膨脹模式時使加壓流體從所述流體袋傳送到所述單一 C/E裝置； 控制單元，所述控制單元被構造以 當動力從所述動力源可用時，在所述單一 C/E裝置中引起所述壓縮模式、給流體加壓并引導加壓流體從所述單一 C/E裝置的所述多個C/E級傳送到所述流體袋；并且 當可選擇地需要從所述流體袋汲取動力時，在所述單一 C/E裝置中引起所述膨脹模式、引導加壓流體從所述流體袋傳送到所述單一 C/E裝置的所述多個壓縮/膨脹級并使加壓流體膨脹。
27.根據(jù)權利要求26所述的系統(tǒng)，包括定位在所述流體袋內的沉積物壓載物。
28.根據(jù)權利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述單一C/E裝置具有O. 2MW和3MW之間的功率容量。
29.根據(jù)權利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述單一C/E裝置被構造以在一定壓力比下操作，所述壓力比相應于所述流體袋在水體內的深度處的水壓和環(huán)境流體壓力。
30.根據(jù)權利要求26所述的系統(tǒng)，包括 發(fā)生器，所述發(fā)生器用于將機械動力轉化為電力；和 離合器，所述離合器用于將所述單一 C/E結合到所述發(fā)生器； 其中所述控制單元被構造以當需要從所述流體袋汲取動力時，借助于所述離合器將所述發(fā)生器結合到所述單一 C/E裝置。
31.根據(jù)權利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述動力源是風發(fā)生器、水鴨式發(fā)電裝置、波發(fā)生器、流力發(fā)生器、海洋熱能轉換器和潮汐力發(fā)生器中的一種。
32.根據(jù)權利要求26所述的系統(tǒng)，包括熱交換器，所述熱交換器結合到所述單一C/E裝置并被構造以從水體汲取水，用于 當流體被加壓時，冷卻所述C/E裝置；并且 當加壓流體被膨脹時，使所述C/E裝置變暖。
33.根據(jù)權利要求32所述的系統(tǒng)，還包括熱交換器供應線路，所述熱交換器供應線路將所述熱交換器連接到所述C/E裝置并被構造以選擇性地從水體表面附近并從海底面附近汲取水。
34.根據(jù)權利要求33所述的系統(tǒng)，其中表面水處于第一溫度，而接近海底面的水處于與所述第一溫度不同的第二溫度，較低溫度的水用于在壓縮模式中冷卻所述C/E中的流體，而較高溫度用于在膨脹模式中加熱所述C/E中的流體。
35.根據(jù)權利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述壓縮模式包括在一個方向上的旋轉，而所述膨脹模式包括在另一方向上的旋轉。
全文摘要
壓縮流體存儲系統(tǒng)包括雙向壓縮器/膨脹器(C/E)單元、流體存儲系統(tǒng)和管道系統(tǒng)，其中雙向壓縮器/膨脹器(C/E)單元被構造以在第一操作模式期間壓縮流體并在第二操作模式中允許流體膨脹，流體存儲系統(tǒng)定位在水體下的海底面上，管道系統(tǒng)定位在C/E單元和流體存儲系統(tǒng)之間并被構造以使流體在C/E單元和流體存儲系統(tǒng)之間通過。
文檔編號F02C6/14GK102686850SQ201080042547
公開日2012年9月19日 申請日期2010年9月23日 優(yōu)先權日2009年9月23日
發(fā)明者布萊恩·凡赫爾岑, 斯科特·雷蒙德·弗雷澤 申請人:布萊恩·凡赫爾岑, 布萊特能源存儲科技有限責任公司, 斯科特·雷蒙德·弗雷澤