用于能量存儲的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種抽水蓄能電站(1)，其具有至少一個布置在地下的下部存儲空間(11)和至少一個與所述下部存儲空間分開的布置在地上或地下的上部存儲空間(12)，其中，所述下部存儲空間(11)布置在比所述上部存儲空間(12)更大的深度處，所述抽水蓄能電站還具有至少一個分別導(dǎo)引到所述上部存儲空間(12)和下部存儲空間(11)中的液體管路(15、16)，所述液體管路與所述抽水蓄能電站的至少一個液壓式動力機械和/或做功機械(26、27)相連或者能通過可通斷的閥(28、29)連接，并且所述抽水蓄能電站具有至少一個分別導(dǎo)引到所述上部存儲空間(12)和下部存儲空間(11)中的壓力氣體管路(17、18)，所述壓力氣體管路與所述抽水蓄能電站的壓力氣體動力機械和/或做功機械(21、22)相連或者能通過可通斷的閥(24、25)連接，其中，所述抽水蓄能電站設(shè)計用于將液態(tài)介質(zhì)(5、7)通過所述液體管路(15、16)和液壓式動力機械和/或做功機械(26、27)從上部存儲空間(12)運輸至下部存儲空間(11)并且從下部存儲空間(11)運輸至上部存儲空間(12)，并且所述壓力氣體動力機械和/或做功機械(21、22)設(shè)計用于至少在所述下部存儲空間(11)內(nèi)自由選擇地產(chǎn)生壓力氣體(4、6)的氣體壓力，所述氣體壓力可以與所述上部存儲空間(12)中的氣體壓力不同。本發(fā)明還涉及一種發(fā)電站以及一種用于能量存儲的方法。
【專利說明】用于能量存儲的裝置和方法
[0001]本發(fā)明涉及按照權(quán)利要求1所述的抽水蓄能電站、按照權(quán)利要求15所述的發(fā)電站以及按照權(quán)利要求18和28所述的用于能量存儲的方法。
[0002]一般而言，本發(fā)明涉及用于由可再生資源產(chǎn)生的能量(如風(fēng)能或者太陽能)的能量存儲領(lǐng)域。因為這些類型的能量產(chǎn)生由于天氣原因而具有不規(guī)律性，所以能量存儲的需求具有越來越重要的意義。除了相對較耗費的電化學(xué)存儲，也已經(jīng)存在存儲為機械能的建議，例如在所謂的抽水蓄能電站或者壓縮空氣蓄能電站中進(jìn)行。抽水蓄能電站迄今與本地的地理地表條件相關(guān)并且新的項目由于明顯地介入了自然而面臨是否被社會接受的問題。壓縮空氣蓄能電站由于可安裝在地下空腔中而可以被社會接受，但迄今具有相對較低的效率并且因此具有較低能效。因此，抽水蓄能電站迄今只能在具有相應(yīng)高差的地帶實現(xiàn)。在海拔較低(如德國北部)的地帶或者在產(chǎn)生了大部分風(fēng)能的開闊海面上，業(yè)已證明使用傳統(tǒng)的抽水蓄能電站是不現(xiàn)實的。
[0003]已經(jīng)存在這樣的建議，如在EP O 212 692 BI中，在兩個布置在不同深度的地下存儲空間中進(jìn)行能量存儲。但是這種建議由于以下問題而無法實現(xiàn)，即在地表以下較大深度處安裝并且運行相應(yīng)的泵機械，以便將所使用的液體從下部存儲空間泵送入上部存儲空間。由布置在地上的泵機械從設(shè)置得相對較深的下部存儲空間(例如幾百米或者一千米深)中抽吸液體在技術(shù)上無法實現(xiàn)。
[0004]因此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供用于能量存儲的裝置和方法，它們能夠以較小的耗費并且因此成本低廉地有效存儲較大量的能量。
[0005]該技術(shù)問題通過按照獨立權(quán)利要求所述的裝置和方法解決。有利地，可以尤其將已經(jīng)存在的地下空腔用作上部和下部存儲空間或者說第一和第二存儲空間，所述空腔例如是巖層中的洞穴或者其它例如已經(jīng)通過采礦而形成的地下空腔。也可以利用地上存儲空間或者現(xiàn)有的能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，如天然氣網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明允許多方面地利用現(xiàn)有的地上和地下空腔以及現(xiàn)有的管路網(wǎng)絡(luò)。
[0006]本發(fā)明尤其適用于短期、中期和/或長期的能量存儲。
[0007]借助本發(fā)明尤其可以滿足本地的能量存儲需求，所述存儲需求考慮并且實現(xiàn)了技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上和生態(tài)上還有社會上的要求。本發(fā)明可以在實際中利用當(dāng)今可以買到的技術(shù)部件和設(shè)備實現(xiàn)。對于存儲空間，可以利用現(xiàn)有的人造洞穴，它們例如在過去用于存儲天然氣、石油或者其它物質(zhì)，例如可以是天然巖層中的洞穴。這些洞穴能夠以簡單的方式在大量例如存在于德國北部的巖層中以淡水進(jìn)行溶浸采礦(Aussolung)而形成，或者可以利用現(xiàn)有的不再使用的洞穴。
[0008]本發(fā)明在一種設(shè)計方案中涉及一種抽水蓄能電站，其具有至少一個布置在地下的下部存儲空間和至少一個與所述下部存儲空間分開的、布置在地上或地下的上部存儲空間，其中，所述下部存儲空間布置在比所述上部存儲空間更大的深度處，所述抽水蓄能電站還具有至少一個分別導(dǎo)引到所述上部存儲空間和下部存儲空間中的液體管路，所述液體管路與所述抽水蓄能電站的至少一個液壓式動力機械和/或做功機械相連或者能通過可通斷的閥(包括必要時所需的輔助設(shè)備)連接，并且所述抽水蓄能電站具有至少一個分別導(dǎo)引到所述上部存儲空間和下部存儲空間中的壓力氣體管路，所述壓力氣體管路與所述抽水蓄能電站的壓力氣體動力機械和/或做功機械相連或者能通過可通斷的閥連接，其中，所述抽水蓄能電站設(shè)計用于將液態(tài)介質(zhì)通過所述液體管路和液壓式動力機械和/或做功機械從上部存儲空間運輸至下部存儲空間并且從下部存儲空間運輸至上部存儲空間，并且所述壓力氣體動力機械和/或做功機械設(shè)計用于至少在所述下部存儲空間內(nèi)自由選擇地產(chǎn)生壓力氣體的氣體壓力，所述氣體壓力可以與所述上部存儲空間中的氣體壓力不同。
[0009]術(shù)語“深度(Teufe) ”即為礦工對“深度(Tiefe) ”的稱呼。深度說明地下某點在表面上(例如相對于地表)的定義基準(zhǔn)點以下的深度(兩點之間的垂直距離)。
[0010]有利地，可以借助壓力氣體動力機械和/或做功機械至少在所述下部存儲空間內(nèi)產(chǎn)生壓力氣體的氣體壓力，所述氣體壓力可以與所述上部存儲空間中的氣體壓力不同，例如可以完全與上部存儲空間中的氣體壓力無關(guān)。因此，上部存儲空間在氣體壓力方面與下部存儲空間脫耦，例如由此實現(xiàn)，即在壓力氣體管路之間不存在直接的連接。這實現(xiàn)了這種可能性，即通過相應(yīng)提高下部存儲空間中的氣體壓力來通過氣體壓力將液態(tài)介質(zhì)從下部存儲空間運輸至上部存儲空間，液態(tài)介質(zhì)可以只通過下部存儲空間中升高的氣體壓力輸送至上部存儲空間，或者必要時也可以附加地借助液體泵的支持從下部存儲空間輸送至上部存儲空間。這又具有這樣的優(yōu)點，即在下部存儲空間的處于地表以下較大深度處的區(qū)域中不需要液體泵或者其它設(shè)備。下部存儲空間中的氣體壓力可以通過布置在地表上的設(shè)備例如壓縮機來提高。這簡化了整個設(shè)備的建造和安裝以及設(shè)備的維護(hù)。尤其不需要在地表以下較大深度處對機器進(jìn)行維護(hù)。
[0011]因此可以有利地將液壓式動力機械和/或做功機械布置在地上。壓力氣體動力機械和/或做功機械也可以布置在地上。當(dāng)然也可以將所述機械完全或者部分地布置在地表以下，例如布置在較低深度處(如建筑物的地下室中)或者稍大的深度處。
[0012]設(shè)備部件安裝在地上表示設(shè)備部件處于地表上或者完全或部分地布置在地表上方附近和/或地表下方附近。
[0013]通過兩個存儲空間的不同深度層，能夠以存儲勢能的形式存儲能量。如果應(yīng)存儲能量，則將液態(tài)介質(zhì)從下部存儲空間運輸至上部存儲空間。為此，借助壓力氣體動力機械和/或做功機械提高下部存儲空間內(nèi)的氣體壓力。在此，壓力氣體動力機械和/或做功機械利用來自能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和/或直接來自電源的電能運行。如果應(yīng)提取能量，則將液態(tài)介質(zhì)從上部存儲空間運輸至下部存儲空間并且在此通過液壓式動力機械和/或做功機械導(dǎo)引，其例如通過渦輪機(具有連接的發(fā)電機)將液態(tài)介質(zhì)的勢能轉(zhuǎn)化為電能，并且將電能輸出至能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和/或直接輸出至集電器。
[0014]所述能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)可以是公共的和/或非公共的能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。
[0015]關(guān)于上部和下部存儲空間或者說第一和第二存儲空間，也還可以包括另外的存儲空間，例如第三、第四和其它存儲空間。這些另外的存儲空間可以相對于上部和下部存儲空間布置在相同深度層或者不同深度層中。
[0016]壓力氣體動力機械和/或做功機械尤其可以設(shè)計用于自由選擇地分別在所述第一和第二存儲空間中產(chǎn)生壓力氣體的大小不同的氣體壓力，因此可以在各存儲空間中自由選擇地調(diào)節(jié)形成任意的氣體壓力。這具有的優(yōu)點是，除了通過液態(tài)介質(zhì)進(jìn)行能量存儲，整個設(shè)備也可以附加地用作壓力氣體存儲器，例如用于短期或中期的能量存儲。[0017]抽水蓄能電站可以具有控制裝置，例如形式為電子控制裝置，其控制抽水蓄能電站的各個單獨部件的功能，例如壓力氣體動力機械和/或做功機械和必要時現(xiàn)有的可控閥。在此，控制裝置尤其設(shè)計用于實施方法權(quán)利要求中說明的功能。為此，控制裝置例如可以設(shè)計為可編程的并且執(zhí)行相應(yīng)的控制程序，在所述控制程序中編入了所述功能和方法步驟。相應(yīng)地，本發(fā)明也涉及相應(yīng)設(shè)計的具有控制程序的控制裝置以及控制程序，所述控制程序設(shè)計用于在控制裝置上執(zhí)行時實施方法步驟。所述控制程序可以保存在數(shù)據(jù)載體上。
[0018]按照本發(fā)明的一種有利的擴(kuò)展設(shè)計，控制裝置設(shè)計用于當(dāng)液態(tài)介質(zhì)應(yīng)從所述下部存儲空間運輸至上部存儲空間時，通過控制壓力氣體動力機械和/或做功機械來提高所述下部存儲空間內(nèi)的氣體壓力。這例如在應(yīng)將能量存入抽水蓄能電站時是必須的。在這種情況下，可以通過提高下部存儲空間中的氣體壓力支持液態(tài)介質(zhì)向上部存儲空間的輸送或者甚至完全不用附加的泵地進(jìn)行所述輸送。
[0019]在從抽水蓄能電站中輸出能量時，需要將液態(tài)介質(zhì)從上部存儲空間運輸至下部存儲空間，這基于重力實現(xiàn)。因為在此為了能量輸出應(yīng)通過所述液壓式動力機械和/或做功機械將液態(tài)介質(zhì)導(dǎo)引至能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和/或直接導(dǎo)引至集電器，所以有利的是，當(dāng)液壓式動力機械和/或做功機械布置在上部存儲空間上方時，通過液壓式動力機械和/或做功機械借助液體管路防漏地并且不包含氣體地將上部和下部存儲空間相連。
[0020]按照本發(fā)明的一種有利的擴(kuò)展設(shè)計，所述液體管路和/或所述壓力氣體管路從上方或者從側(cè)面引入所述上部或下部存儲空間內(nèi)。這具有的優(yōu)點是，能夠以簡單的方式將相應(yīng)的管路裝入存儲空間中，例如通過從地表垂直或者傾斜地延伸的鉆孔。以這種方式尤其可以避免從下方導(dǎo)引至存儲空間的管路，如在EP O 212 692 BI中描述的那樣，這具有的優(yōu)點是，可以避免在實踐中極為耗費的從下方引導(dǎo)至存儲空間的管路。由此也避免了固體物質(zhì)通過連接管路進(jìn)入動力機械和泵中。
[0021]按照本發(fā)明的一種有利的擴(kuò)展設(shè)計，所述壓力氣體動力機械和/或做功機械具有至少一個用于產(chǎn)生壓縮的壓力氣體的壓縮機和用于通過來自所述上部或下部存儲空間中的壓力氣體的膨脹將能量輸出至公共的和/或非公共的能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和/或直接輸出至集電器的膨脹機。壓縮機例如可以設(shè)計為電力驅(qū)動的壓縮機。膨脹機例如可以設(shè)計為壓力氣體渦輪機，其具有與之相連的發(fā)電機。這具有的優(yōu)點是，通過壓力氣體動力機械和/或做功機械不只能夠產(chǎn)生壓縮的壓力氣體，也可以在膨脹時再次從壓力氣體中獲得能量并且輸出至能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和/或直接輸出至集電器。抽水蓄能電站的整體能效由此進(jìn)一步提高。此夕卜，抽水蓄能電站能夠更好地用于短期和中期的能量存儲。
[0022]按照本發(fā)明的一種有利的擴(kuò)展設(shè)計，所述控制裝置設(shè)計用于當(dāng)壓縮的壓力氣體在膨脹機中膨脹時通過控制液壓式動力機械和/或做功機械將液態(tài)介質(zhì)從另一存儲空間傳輸至被提取了壓力氣體的那個存儲空間。由此降低了膨脹造成的冷卻并且擴(kuò)寬了用于運行洞穴亦即相應(yīng)的存儲空間的活動余地，(單位時間的壓力降低或者溫度降低)。尤其可以保持存儲空間中的壓力并且在膨脹過程中存儲空間不會冷卻。在膨脹時只還需要為所述過程輸入在膨脹機中所需的熱。
[0023]按照本發(fā)明的一種有利的擴(kuò)展設(shè)計，所述控制裝置設(shè)計用于當(dāng)壓縮的壓力氣體在膨脹機中膨脹時通過控制液壓式動力機械和/或做功機械將如此多的液態(tài)介質(zhì)引入被提取了壓力氣體的存儲空間，使得該存儲空間中的氣體壓力基本上保持不變或者至少不明顯降低。由此能夠有利地基本上等壓地運行存儲空間。在此，控制裝置具有相應(yīng)的傳感器或者與相應(yīng)的傳感器相連，以便實施所述功能。
[0024]按照本發(fā)明的一種有利的擴(kuò)展設(shè)計，所述控制裝置設(shè)計用于當(dāng)壓縮的壓力氣體在膨脹機中膨脹時通過控制液壓式動力機械和/或做功機械將如此多的液態(tài)介質(zhì)引入被提取了壓力氣體的存儲空間，使得該存儲空間中的壓力氣體的溫度升高。在此，控制裝置具有相應(yīng)的傳感器或者與相應(yīng)的傳感器相連，以便實施所述功能。
[0025]按照本發(fā)明的一種有利的擴(kuò)展設(shè)計，設(shè)有熱循環(huán)，所述熱循環(huán)具有至少一個供壓力氣體流通的熱交換器和至少一個供液態(tài)介質(zhì)流通的熱交換器，其中，所述熱交換器能夠這樣受控地相連，從而將在壓力氣體壓縮時產(chǎn)生的熱輸入液態(tài)介質(zhì)和/或在壓力氣體膨脹時將熱從液態(tài)介質(zhì)輸入壓力氣體。由此，尤其可以將通過壓力氣體的壓縮和膨脹產(chǎn)生的熱用作能量或者通過液態(tài)介質(zhì)進(jìn)行中間存儲并且在另一時間點再輸出給壓力氣體。
[0026]按照本發(fā)明的一種有利的擴(kuò)展設(shè)計，所述控制裝置設(shè)計用于在來自所述下部存儲空間的壓力氣體膨脹期間通過控制熱循環(huán)借助熱交換器在與從上部存儲空間中提取的液態(tài)介質(zhì)的對流中預(yù)加熱所述壓力氣體。這具有的優(yōu)點是，可以完全或部分地補償在壓力氣體膨脹期間出現(xiàn)的溫度降低，從而能夠?qū)崿F(xiàn)有效的等溫膨脹。
[0027]按照本發(fā)明的一種有利的擴(kuò)展設(shè)計，所述控制裝置設(shè)計用于將壓力氣體的氣體壓力隨時間的變化限定為預(yù)設(shè)的極限值。這具有的優(yōu)點是，填充有壓力氣體的存儲空間在氣體壓力改變時得到保護(hù)并且保持預(yù)設(shè)的負(fù)載極限。
[0028]按照本發(fā)明的一種有利的擴(kuò)展設(shè)計，所述控制裝置設(shè)計用于接收并且處理能量存儲請求，當(dāng)通過能量存儲請求而要求短時能量存儲時，提高所述上部和/或下部存儲空間中的壓力氣體的氣體壓力，并且在能量存儲請求要求比短時能量存儲更長的能量存儲時長時，將液態(tài)介質(zhì)從下部存儲空間運輸至上部存儲空間。這具有的優(yōu)點是，根據(jù)預(yù)計的能量存儲時長可以使用特別合適的能量存儲方法，即在短時能量存儲時以提高氣體壓力的方式進(jìn)行存儲，并且在較長的能量存儲時長時通過液態(tài)介質(zhì)的勢能存儲能量。由此能夠進(jìn)一步提高抽水蓄能電站的能效。能量存儲請求例如可以由電站指揮站或者由其它電站或能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)運營商例如通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)提供給控制裝置。
[0029]按照本發(fā)明的一種有利的擴(kuò)展設(shè)計，所述液態(tài)介質(zhì)是鹽水、含鹽水的液體混合物或者其它液體混合物。所述壓力氣體是壓縮空氣或者其它氣體或者其它氣體混合物。所述鹽水尤其可以是飽和鹽水。這具有的優(yōu)點是，可以將原本就存在于地下洞穴尤其是巖層中的介質(zhì)用作液態(tài)介質(zhì)。
[0030]按照本發(fā)明的一種有利的擴(kuò)展設(shè)計，在所述上部和/或下部存儲空間中布置有一個或多個用于運輸液態(tài)介質(zhì)的潛水泵。這具有的優(yōu)點是，可以輕易地安裝泵，因為所述泵例如可以通過液體管路或者為之設(shè)置的豎井從地表裝入存儲空間中。由于設(shè)計為潛水泵，所述泵在處于液態(tài)介質(zhì)之中時就可以立即投入使用。因此不需要特別安裝泵，尤其不需要將其安裝在存儲空間附近的單獨機房中。
[0031]按照本發(fā)明的一種有利的擴(kuò)展設(shè)計，在所述液態(tài)介質(zhì)和所述壓力氣體之間具有機械的和/或化學(xué)的分隔層。所述機械分隔層例如可以設(shè)計為例如由彈性或非彈性材料構(gòu)成的薄膜的形式。
[0032]本發(fā)明在另一種設(shè)計方案中涉及一種發(fā)電站，尤其是按前述權(quán)利要求之一所述的抽水蓄能電站或者壓縮空氣蓄能電站，其具有處于相同或不同深度層的至少一個第一和與之分開的第二存儲空間，并且具有至少一個分別導(dǎo)引到所述第一存儲空間和第二存儲空間中的壓力氣體管路，所述壓力氣體管路與所述發(fā)電站的壓力氣體動力機械和/或做功機械相連或者能通過可通斷的閥連接，其中，所述壓力氣體動力機械和/或做功機械設(shè)計用于自由選擇地分別在所述第一和第二存儲空間中產(chǎn)生壓力氣體的大小不同的氣體壓力，所述發(fā)電站還具有控制裝置，所述控制裝置設(shè)計用于在來自某一存儲空間的壓力氣體膨脹時將該膨脹的壓力氣體輸入另一存儲空間。
[0033]這具有的優(yōu)點是，對于壓力氣體存儲具有由第一和第二存儲空間構(gòu)成的封閉系統(tǒng)，因此不需要如已知的壓縮空氣蓄能電站那樣將壓力氣體排放到大氣中。而是可以將壓力氣體在某個存儲空間與另一存儲空間之間來回輸送。這具有的優(yōu)點是，除了空氣之外的其它氣體也可以用作壓力氣體，例如天然氣。另一優(yōu)點在于，由此形成了封閉的壓力氣體系統(tǒng)，其中兩個存儲空間或者說所有存在的存儲空間總是處于一定壓力之下。電站尤其也可以在沒有泵存儲部件(即液體循環(huán))的情況下實現(xiàn)。只要電站設(shè)計為之前所述的抽水蓄能電站，下部存儲空間就可以用作第一存儲空間并且上部存儲空間可以用作第二存儲空間，或者上部存儲空間用作第一存儲空間并且下部存儲空間用作第二存儲空間。也可以設(shè)置用于壓力氣體循環(huán)和液體循環(huán)的單獨存儲空間。
[0034]按照本發(fā)明的一種有利的擴(kuò)展設(shè)計，所述控制裝置設(shè)計用于在壓力氣體從存儲空間中膨脹出時使該存儲空間中的氣體壓力不會下降到預(yù)設(shè)的最低壓力值以下，例如不會下降到60至10bar以下。這具有的優(yōu)點是，氣體壓力存儲的能效可以相對于傳統(tǒng)壓縮空氣蓄能電站得到明顯提高。這主要是由于這種物理效應(yīng)，即對于將IMol氣體從例如Ibar壓縮至lObar，正好產(chǎn)生如將壓力從1bar提高到10bar時相同多的熱，而氣體中所含的壓縮能量P.V在更高的壓力水平上相應(yīng)成比例地提高。由于通過按照本發(fā)明的電站總是可以在整體相對較高的壓力水平上進(jìn)行氣體壓力存儲和膨脹，可以在溫差較少出現(xiàn)的同時實現(xiàn)相對較高的壓縮能，因此在這種運行方式中對洞穴、管路和動力機械的熱學(xué)和機械負(fù)載均較小。
[0035]按照本發(fā)明的一種有利的擴(kuò)展設(shè)計，所述控制裝置設(shè)計用于在第一存儲空間內(nèi)產(chǎn)生比在第二存儲空間內(nèi)更高的壓力，并且在壓力氣體膨脹時，用更高的壓力從存儲空間中提取壓力氣體、導(dǎo)引通過膨脹機并且將膨脹的壓力氣體輸入另一存儲空間中。
[0036]以下參照附圖根據(jù)實施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。在附圖中:
[0037]圖1以示意圖示出抽水蓄能電站并且。
[0038]圖2以示意圖示出不具有液體循環(huán)的電站。
[0039]在這兩張附圖中相同的附圖標(biāo)記用于標(biāo)示相互對應(yīng)的部件。
[0040]圖1示出抽水蓄能電站1，其通過電力線路20與公共的或者非公共的電能供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)2相連，所述電能供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)也可以包含直接的電源或者集電器。所述抽水蓄能電站I設(shè)計用于短期、中期或者長期地存儲能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)2中多余的能量，并且在能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)2中有額外能量需求時再將電能輸出給能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)2。
[0041]為此，抽水蓄能電站I具有地下的、即布置在基本上處于地表3之下的下部存儲空間11，以及具有同樣可以布置在地下或者地上或者地表3區(qū)域內(nèi)的上部存儲空間12。所述抽水蓄能電站I設(shè)計用于將處于液體循環(huán)中的液態(tài)介質(zhì)5、7的勢能用于能量存儲。因此，所述下部存儲空間11比上部存儲空間12布置在更深、即地表3下方的更大深度處。如圖1所示，在下部存儲空間11中具有液態(tài)介質(zhì)5，在上部存儲空間7中具有液態(tài)介質(zhì)7，其中，液態(tài)介質(zhì)5、7在一般情況下是相同的介質(zhì)，當(dāng)需要存儲或者提取能量時，所述液態(tài)介質(zhì)5、7在存儲空間11、12之間來回運輸。在液體5、7的液面之間存在高差8，由該高差以及處于上部存儲空間12中的液態(tài)介質(zhì)7的質(zhì)量形成了當(dāng)前存儲的勢能。
[0042]在下部存儲空間11內(nèi)在液態(tài)介質(zhì)5上方存在壓力氣體4。在上部存儲空間12內(nèi)在液態(tài)介質(zhì)7上方存在壓力氣體6，所述壓力氣體4、6通常是同一氣體。液體管路15導(dǎo)引到下部存儲空間11中，所述液體管路與布置在地上的之后還將闡述的設(shè)備相連。此外，壓力氣體管路17導(dǎo)引到下部存儲空間11中，其同樣在地表與設(shè)備相連?？梢钥闯?，液體管路15大致伸入到下部存儲空間11的下部區(qū)域中。壓力氣體管路17終止于下部存儲空間11的上部區(qū)域。以相同的方式，液體管路16和壓力氣體管路18導(dǎo)引到上部存儲空間12中，所述液體管路16和壓力氣體管路18同樣與布置在地上的設(shè)備相連。液體管路16也大約導(dǎo)引至上部存儲空間12的下部區(qū)域，壓力氣體管路18終止于上部存儲空間12的上部區(qū)域。
[0043]抽水蓄能電站I具有一系列在圖1中示例性地布置在地上的、即布置在地表3上方的設(shè)備，它們可以整合為發(fā)電站機組10。所述發(fā)電站機組10例如可以設(shè)計為發(fā)電站建筑。當(dāng)然也可以將單個的或者所有的設(shè)備布置在地表3之下的地表附近或者更大深度處。然而出于抽水蓄能電站的實際可實現(xiàn)性有利的是，將設(shè)備布置在地上。
[0044]在發(fā)電站機組10內(nèi)具有控制裝置13，其例如可以設(shè)計為抽水蓄能電站的控制計算機或者指揮計算機，例如電腦的形式。所述控制裝置13通過符號化表示的電線路14與各個單獨的設(shè)備相連，以便對其進(jìn)行控制或者接收其測量數(shù)據(jù)。所述控制裝置13還通過線路14與能量請求接口相連，通過該能量請求接口可以從外部，尤其從發(fā)電站運營商或者能量供應(yīng)裝置處接收能量存儲請求和能量輸出請求?？刂蒲b置13處理這些請求并且根據(jù)請求控制所述設(shè)備，從而將能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)2的電能存入抽水蓄能電站I中或者再從抽水蓄能電站I將能量輸出給能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)2。
[0045]抽水蓄能電站I尤其具有以下設(shè)備。液體管路15通過可控閥裝置28與液壓式動力機械和/或做功機械26、27相連。液體管路16通過可控閥裝置29與液壓式動力機械和/或做功機械26、27相連。所述液壓式動力機械和/或做功機械26、27例如可以具有液體渦輪機(例如水輪機)26以及電動泵27，所述液體渦輪機具有用于產(chǎn)生電能的發(fā)電機，所述電能被輸出給能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)2，所述電動泵可以借助泵送功能支持液態(tài)介質(zhì)從下部存儲空間11向上部存儲空間12的運輸。根據(jù)液態(tài)介質(zhì)的運輸方向，如通過液體渦輪機26和泵27中的箭頭所示，由控制裝置13相應(yīng)地控制可控閥28、29以及必要時的輔助設(shè)備19，以便當(dāng)需要向能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)2輸出能量時將液態(tài)介質(zhì)從上部存儲空間12運輸至下部存儲空間11，或者當(dāng)需要將能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)2的能量存入抽水蓄能電站I中時將液態(tài)介質(zhì)從下部存儲空間運輸至上部存儲空間12。
[0046]所述部件11、12、15、16、26、27、28、29由此形成液體循環(huán)。
[0047]壓力氣體管路17通過可控閥裝置24與壓力氣體動力機械和/或做功機械21、22相連。壓力氣體管路18通過可控閥裝置25與壓力氣體動力機械和/或做功機械21、22相連。所述壓力氣體動力機械和/或做功機械21、22例如可以具有例如形式為具有發(fā)電機的氣體渦輪機的膨脹機21和例如形式為電動壓縮機的壓縮機22。所述壓縮機22用雙向箭頭表示，因為其能夠根據(jù)控制裝置13對可控閥裝置24、25的控制，將壓力氣體從下部存儲空間11輸送至上部存儲空間12并且在此提高下部存儲空間11中的氣體壓力，并且相應(yīng)地反過來，將壓力氣體從下部存儲空間11輸送至上部存儲空間12并且提高上部存儲空間12中的氣體壓力。在此，下部存儲空間11和上部存儲空間12中的氣體壓力可以分別單獨地確定，其中，總是在需要將壓力氣體從具有較低氣體壓力的存儲空間輸送至具有較高氣體壓力的存儲空間時激活壓縮機22。所述壓縮機22例如可以與接口 23相連，通過該接口在必要時可以將來自大氣或者與接口 23相連的氣體網(wǎng)絡(luò)的附加壓力氣體存入壓力氣體循環(huán)。
[0048]如果需要將壓力氣體從具有較高氣體壓力的存儲空間輸送至具有較低氣體壓力的存儲空間，則通過對可控閥裝置24、25的控制激活膨脹機21。通過流經(jīng)膨脹機21的膨脹的壓力氣體，可以由膨脹機21產(chǎn)生電能并且輸出給能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)2。膨脹機21同樣可以與接口 23相連或者能與其連接，以便排出可能存在于壓力氣體系統(tǒng)中的過大氣體量。
[0049]所述部件11、12、17、18、21、22、23、24、25由此形成壓力氣體循環(huán)。
[0050]抽水蓄能電站I的壓力氣體循環(huán)一方面可以用于通過氣體過壓將液態(tài)介質(zhì)5從下部存儲空間11泵送至上部存儲空間12或者至少支持泵27的功能(電站的水運行模式)。所述壓力氣體循環(huán)還可以用于將能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)2的能量以提高的氣體壓力的形式中間存儲在膨脹機21中并且在需要時通過在膨脹機21中的膨脹再輸出給能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)2。以此方式，可以實現(xiàn)組合式泵蓄能-壓力氣體蓄能電站(電站的渦輪運行模式)。
[0051]除了液體循環(huán)和壓力氣體循環(huán)，還在抽水蓄能電站I中設(shè)有第三循環(huán)，即熱循環(huán)
33。所述熱循環(huán)33熱學(xué)地連接液體管路15、16和壓力氣體管路17、18。如從圖1可以看出，熱循環(huán)33例如可以通過供液態(tài)介質(zhì)流通的熱交換器32和供壓力氣體流通的熱交換器33構(gòu)成，其中，熱交換器32、33相互連接。通過熱交換器32、33，可以通過可由控制裝置13控制的熱循環(huán)泵31泵送熱交換介質(zhì)(通常為液態(tài)介質(zhì))，以便在液體循環(huán)與壓力氣體循環(huán)之間進(jìn)行熱交換。所述控制裝置13可以在需要時打開和關(guān)閉熱循環(huán)泵31。
[0052]熱循環(huán)30也可以按照不同于圖1所示的方式實現(xiàn)，例如由此實現(xiàn)，即分別將液體管路15、16布置在各壓力氣體管路17、18內(nèi)部，從而使壓力氣體在剩余的環(huán)形空間中運輸。
[0053]圖2示出發(fā)電站9，其只具有之前所述的壓力氣體循環(huán)，即不具有液體循環(huán)。所述發(fā)電站由此在所謂的氣體模式中運行。圖2所示的與圖1中附圖標(biāo)記相同的部件相當(dāng)于已經(jīng)根據(jù)圖1描述的部件。與按照圖1的抽水蓄能電站不同，在按照圖2的發(fā)電站9中，存儲空間11、12可以布置在地下或者必要時地上的任意深度層中，因此也可以利用其它現(xiàn)有的地層來建設(shè)發(fā)電站9。與已知的壓縮空氣蓄能電站相反，發(fā)電站9具有基本上封閉的壓力氣體循環(huán)，所述壓力氣體循環(huán)具有兩個存儲空間11、12，壓力氣體4、6可以在這兩個存儲空間之間來回運輸。由于系統(tǒng)是封閉的，總是可以在存儲空間11、12內(nèi)保持一定的壓力氣體4、6的最低壓力，因此能夠以比在已知的壓縮空氣蓄能電站中明顯更高的能效實現(xiàn)能量存儲運行，在已知的壓縮空氣蓄能電站中只存在一個存儲空間并且所存儲的空氣總是從大氣水平進(jìn)行壓縮并且再膨脹至大氣水平。
[0054]以下給出抽水蓄能電站I或發(fā)電站9的運行的其它例子。之前提到的存儲空間
11、12也稱為洞穴。
[0055]將液體在處于不同深度層中的兩個空腔之間來回泵送是不能毫無阻力地實現(xiàn)的。為此通常將泵安裝在最下部的水池下方。原因是泵需要預(yù)壓力，由此使液體能夠順著落差流入泵中。泵只能形成壓力并且將液體向上泵送。出于物理原因，用泵抽吸液體只能在不超過約8至1m的高度實現(xiàn)。當(dāng)高差更大時流體會中斷并且泵空轉(zhuǎn)。
[0056]在之前和以下描述一種用于在地下抽水蓄能電站中存儲勢能的方法。如已經(jīng)示出的那樣，泵存儲所需的上部和下部水池可以設(shè)計為地下空腔。液體不能順利地通過布置在地上的泵(但這在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上是期望的)完成在兩個水池之間運輸?shù)娜毕菰诖颂幟枋龅姆椒ㄖ腥绱说靡钥朔?，即，將兩個洞穴與另一管路連接，并且用氣體壓力加載洞穴。所述洞穴中的氣體壓力可以高到使得對于其它管路中的液體在泵上形成這樣的壓力，所述壓力足夠大以實現(xiàn)相反地泵送液體。所述壓力應(yīng)大于地表的空氣壓力，更準(zhǔn)確的值將在以下對例子的描述中給出。
[0057]將壓縮的氣體引入系統(tǒng)同樣需要較大的能耗，所述能耗同樣可以用于能量存儲。在此處描述的發(fā)明中，這種存儲的能量同樣可以轉(zhuǎn)化為對通過氣體運行的渦輪機(膨脹渦輪機)的做功。系統(tǒng)中所需的氣體壓力通過壓縮機產(chǎn)生。
[0058]如果應(yīng)使系統(tǒng)中現(xiàn)有的氣體壓縮和膨脹，這同樣可以從一個洞穴到另一洞穴進(jìn)行。為此，將洞穴之一、優(yōu)選是下部洞穴置于更高的壓力。這可以通過現(xiàn)有的壓縮機進(jìn)行，或者也可以通過泵送液體進(jìn)行，其中，洞穴以適當(dāng)方式相互隔開。
[0059]如果通過壓縮機進(jìn)行壓縮，則產(chǎn)生熱。所述熱可以通過熱交換器排放到在對流中流動的液體中并且存儲在其中。在膨脹時，可以再從相反的液體流中提取熱、輸入到氣體中并且在膨脹渦輪機中轉(zhuǎn)化為做功。作為熱交換器可以選擇適當(dāng)?shù)募夹g(shù)裝置，但當(dāng)氣體和液體只在一個鉆孔中流動時，熱交換也可以在鉆孔中進(jìn)行，其中，液體在上升管中流動并且氣體在環(huán)形空間內(nèi)流動。這種裝置符合標(biāo)準(zhǔn)地應(yīng)用于石油和天然氣存儲中。氣體和液體在鉆孔中以對流流動。
[0060]至此描述的系統(tǒng)的另一優(yōu)點在于，氣體并不完全膨脹，而是在第二洞穴中在已壓縮的狀態(tài)下存儲。如果氣體不是從大氣壓力開始壓縮，而是從更高的壓力開始，則表示有更多能量保存在容積功中而沒有轉(zhuǎn)化為熱，這對效率有積極影響。這種優(yōu)點同樣在以下的例子中進(jìn)行闡述。
[0061]空腔(以下稱為洞穴)產(chǎn)生于不同的深度處。上部洞穴12的頂部應(yīng)處于900m的深度處，下部洞穴11的頂部處于1650m的深度處。洞穴11、12應(yīng)分別具有500000m3的容積。在每個洞穴中開設(shè)兩個鉆孔，其中一個鉆孔可在洞穴的制造過程中已經(jīng)通過溶浸采礦產(chǎn)生。應(yīng)將液體泵送其中的鉆孔具有30英寸(762mm)的有效直徑，并且壓縮氣體應(yīng)在其中來回運輸?shù)你@孔具有20英寸(508mm)的有效直徑。
[0062]這種鉆孔可以按照標(biāo)準(zhǔn)制造，處于這種原因使用在鉆孔工業(yè)中常見的以英寸為單位的US尺寸。在系統(tǒng)中使用的液體應(yīng)具有1250kg/m3的密度。由此在下部洞穴頂部通過液體柱產(chǎn)生的壓力約為202bar。為了在地表處得到4bar的液體柱壓力，需要總共以約206bar的氣體壓力(在洞穴頂部測量)加載下部洞穴。在上部洞穴中，當(dāng)例如使用空氣作為氣體時，形成約187bar的壓力(在洞穴頂部測量)。可以加載上部洞穴的最大壓力約為190bar。所述壓力受到巖石的山體力學(xué)性質(zhì)限制并且可能與在此給出的值存在偏差。無論如何應(yīng)遵守該最大壓力。在這種方式中同樣遵守下部洞穴的最大允許運行壓力。
[0063]兩個洞穴與循環(huán)泵送液體的管路相連并且與來回輸送氣體的管路相連。所述下部洞穴可以通過該管路加載壓力。如果系統(tǒng)中的壓力通過壓縮的空氣保持在液體的靜液壓力之上，則可以通過安裝在地上的泵將液體從下部洞穴輸送至上部洞穴。此外，為了發(fā)電，可以通過渦輪機將液體從上部洞穴中導(dǎo)出。
[0064]對于氣體和液體，在管路中的壓損約為3bar，氣體的流動速度約為8m/s，液體的流動速度約為3.5m/s。
[0065]在所述系統(tǒng)中，可以將約1200MWh作為勢能存儲在液體中。對于給出的流動速度，對于時長為84小時的放電，渦輪機26上的功率約為10MW。所述系統(tǒng)優(yōu)選適用于很多天中的長時間存儲。功率的提高可以通過以下方式實現(xiàn)，即使用具有更大直徑的鉆孔或者平行地使用多個鉆孔。
[0066]對于電流存儲，應(yīng)既能滿足長期存儲時間段(很多天)也能滿足短期存儲周期(一天或者一夜)或者短期功率峰值。
[0067]所述系統(tǒng)同樣可以用于短時間產(chǎn)生功率。如果例如通過向上泵送水而使下部洞穴11中的壓力提高了 20bar，則可以通過接下來從系統(tǒng)中的膨脹在2小時中達(dá)到約50MW的功率，其中，洞穴中溫度的改變只有約10°C。這種過程可以用于短時間地產(chǎn)生功率。
[0068]如果氣體沒有做功，則在壓縮氣體時產(chǎn)生熱，相反，在膨脹時必須輸入形式為熱的能量，由此使氣體能夠做功并且不會過于強烈地冷卻。在至此建議的用于存儲能量的過程中，壓縮來自大氣的空氣并且儲存在空腔中。如上所述，所述空腔有較大規(guī)模，例如是巖洞。這種洞穴中的壓力根據(jù)深度約為150至250bar。
[0069]如果將氣體從大氣壓(約Ibar)壓縮到150bar,則溫度約升高530開爾文。如果壓縮氣體儲存在Im3的容積內(nèi)，則在該過程中產(chǎn)生約25KWh的熱。而在氣體膨脹時所包含的能量(Ρ.ν)只有約4.2kWh。在完全膨脹時又需要輸入等量的熱，因為否則會在設(shè)備中結(jié)冰。如果在壓縮時產(chǎn)生的熱不能存儲并且在膨脹時沒有再輸入到所述過程中，則所述過程只有約為14%的極低效率，其中，效率由機械做功w與總體耗費的能量(熱q+做功w)之比得出(4.2/(25+4.2))。
[0070]由于強烈的變熱，從大氣壓力開始的氣體壓縮大規(guī)模分階段地進(jìn)行，這期間必須對氣體進(jìn)行冷卻。這例如能夠以等溫壓縮為例進(jìn)行闡述。在等溫壓縮中產(chǎn)生的熱量可以如下地計算:
[0071]q = nRT.In (P1Zp2)
[0072]q是熱量,η是氣體量(單位為mol),R是一般氣體常量,T是溫度,P1是輸入壓力，P2是輸出壓力。
[0073]這表示,對于將Imol氣體從Ibar壓縮到1bar的過程正好產(chǎn)生了與從1bar壓縮到10bar相同的熱量，而氣體所含的壓縮能量P.ν(ρ是壓力，V是容積)在第一階段小于第二階段并且溫度變化相同。
[0074]由這些觀察得出，為了存儲能量從更高的壓力水平開始(壓縮)是有利的。
[0075]這可以在所述過程不是在例如Ibar至150bar之間而是例如在130bar至150bar之間進(jìn)行的情況下實現(xiàn)。在膨脹時產(chǎn)生的氣體需要儲存在另一空腔中，在該空腔中氣體又可用于壓縮。在該過程中，所產(chǎn)生的熱量相對于Im3的空腔容積為0.7kffh并且壓縮能量約為0.6kWh。在這種情況下效率為46%。
[0076]對于這種能量存儲可以使用上述洞穴，其中，可以省去液體和為其所需的裝置以及管路。將洞穴設(shè)置在不同深度上同樣不是必須的，但這樣有利于更好地滿足山體力學(xué)要求。在使用此處所述系統(tǒng)的情況下，應(yīng)將下部洞穴11置于280bar的壓力，表面的壓力約為230bar。洞穴中的壓力應(yīng)通過以較高速率從洞穴中提取氣體而膨脹20bar。洞穴中的溫度變化約為TC。所述氣體被輸入膨脹渦輪機21中并且在該處以70bar的壓差膨脹。在此，所述氣體的溫度進(jìn)一步降低約35°C。在該過程中做功，在每小時2兆標(biāo)準(zhǔn)立方米的流動速度下，功率約為30MW。
[0077]隨后將氣體儲存在第二洞穴12內(nèi)，如果所述第二洞穴與第一洞穴大小相同，則壓力在約130至150bar之間。
[0078]由所述第二洞穴12可以再次將氣體置于第一洞穴中的高壓，其中，壓力和溫度的變化沿相反方向進(jìn)行。
[0079]所述過程的優(yōu)點是，在洞穴中出現(xiàn)的壓力和溫度變化按照當(dāng)前適用于地下天然氣存儲的準(zhǔn)則是允許的。氣體的冷卻和預(yù)熱可以取消并且地上設(shè)備和鉆孔以及洞穴均不會由于過度的溫度和壓力變化而承受負(fù)荷。
[0080]附圖標(biāo)記清單
[0081]I抽水蓄能電站
[0082]2能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和/或直接的電流源和集電器
[0083]3 地表
[0084]4壓力氣體
[0085]5液態(tài)介質(zhì)
[0086]6壓力氣體
[0087]7液態(tài)介質(zhì)
[0088]8 高差
[0089]9發(fā)電站
[0090]10發(fā)電站機組
[0091]11下部或第一存儲空間
[0092]12上部或第二存儲空間
[0093]13控制裝置
[0094]14電力線路
[0095]15液體管路
[0096]16液體管路
[0097]17壓力氣體管路
[0098]18壓力氣體管路
[0099]19輔助設(shè)備
[0100]20電力線路
[0101]21膨脹機
[0102]22壓縮機
[0103]23壓力氣體接口
[0104]24可控閥裝置
[0105]25可控閥裝置
[0106]26液體渦輪機[0107]27泵
[0108]28可控閥裝置
[0109]29可控閥裝置
[0110]30熱循環(huán)
[0111]31熱介質(zhì)泵
[0112]32熱交換器
[0113]33熱 交換器
【權(quán)利要求】
1.一種抽水蓄能電站(1)，具有至少一個布置在地下的下部存儲空間(11)和至少一個與所述下部存儲空間分開的、布置在地上或地下的上部存儲空間(12)，其中，所述下部存儲空間(11)布置在比所述上部存儲空間(12)更大的深度處，所述抽水蓄能電站還具有至少一個分別導(dǎo)引到所述上部存儲空間(12)和下部存儲空間(11)中的液體管路(15、16)，所述液體管路與所述抽水蓄能電站(1)的至少一個液壓式動力機械和/或做功機械(26、27)相連或者能通過可通斷的閥(28、29)連接，并且所述抽水蓄能電站具有至少一個分別導(dǎo)引到所述上部存儲空間(12)和下部存儲空間(11)中的壓力氣體管路(17、18)，所述壓力氣體管路與所述抽水蓄能電站(1)的壓力氣體動力機械和/或做功機械(21、22)相連或者能通過可通斷的閥(24、25)連接，其中，所述抽水蓄能電站(1)設(shè)計用于將液態(tài)介質(zhì)(5、7)通過所述液體管路(15、16)和液壓式動力機械和/或做功機械(26、27)從上部存儲空間(12)運輸至下部存儲空間(11)并且從下部存儲空間(11)運輸至上部存儲空間(12)，并且所述壓力氣體動力機械和/或做功機械(21、22)設(shè)計用于至少在所述下部存儲空間(11)內(nèi)自由選擇地產(chǎn)生壓力氣體(4、6)的氣體壓力，所述氣體壓力可以與所述上部存儲空間(12)中的氣體壓力不同。
2.按權(quán)利要求1所述的抽水蓄能電站，其特征在于，所述抽水蓄能電站(1)具有至少一個控制裝置(13)，所述至少一個控制裝置設(shè)計用于當(dāng)液態(tài)介質(zhì)(5、7)應(yīng)從所述下部存儲空間(11)運輸至上部存儲空間(12)時，通過控制壓力氣體動力機械和/或做功機械(21、22)來提高所述下部存儲空間(11)內(nèi)的氣體壓力。
3.按前述權(quán)利要求之一所述的抽水蓄能電站，其特征在于，所述液體管路(15、16)和/或所述壓力氣體 管路(17、18)從上方或者從側(cè)面引入所述上部或下部存儲空間(11、12)內(nèi)。
4.按前述權(quán)利要求之一所述的抽水蓄能電站，其特征在于，所述壓力氣體動力機械和/或做功機械(21、22)具有至少一個用于產(chǎn)生壓縮的壓力氣體的壓縮機(22)和用于通過來自所述上部或下部存儲空間(11、12)的壓力氣體(4、6)的膨脹將能量輸出至公共的和/或非公共的能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)(2)和/或直接輸出至集電器的膨脹機(21)。
5.按權(quán)利要求4所述的抽水蓄能電站，其特征在于，所述控制裝置(13)設(shè)計用于當(dāng)壓縮的壓力氣體(4、6)在膨脹機(22)中膨脹時通過控制液壓式動力機械和/或做功機械(26.27)將液態(tài)介質(zhì)(5、7)從另一存儲空間(11、12)傳輸至被提取了壓力氣體(4、6)的那個存儲空間(11、12)。
6.按權(quán)利要求5所述的抽水蓄能電站，其特征在于，所述控制裝置(13)設(shè)計用于當(dāng)壓縮的壓力氣體(4、6)在膨脹機(22)中膨脹時通過控制液壓式動力機械和/或做功機械(26.27)將如此多的液態(tài)介質(zhì)(5、7)引入被提取了壓力氣體(4、6)的存儲空間(11、12)，使得該存儲空間(11、12)中的氣體壓力基本上保持不變或者至少不明顯降低。
7.按權(quán)利要求5或6所述的抽水蓄能電站，其特征在于，所述控制裝置(13)設(shè)計用于當(dāng)壓縮的壓力氣體(4、6)在膨脹機(22)中膨脹時通過控制液壓式動力機械和/或做功機械(26、27)將如此多的液態(tài)介質(zhì)(5、7)引入被提取了壓力氣體(4、6)的存儲空間(11、12)，使得該存儲空間(11、12)中的壓力氣體(4、6)的溫度升高。
8.按前述權(quán)利要求之一所述的抽水蓄能電站，其特征在于，設(shè)有熱循環(huán)(30)，所述熱循環(huán)具有至少一個供壓力氣體(4、6)流通的熱交換器(33)和至少一個供液態(tài)介質(zhì)(5、7)流通的熱交換器(32)，其中，所述熱交換器(32、33)能夠這樣受控地相連，從而將在壓力氣體(4、6)壓縮時產(chǎn)生的熱輸入液態(tài)介質(zhì)(5、7)和/或在壓力氣體(4、6)膨脹時將熱從液態(tài)介質(zhì)(5、7)輸入壓力氣體(4、6)。
9.按權(quán)利要求8所述的抽水蓄能電站，其特征在于，所述控制裝置(13)設(shè)計用于在來自所述下部存儲空間(11)的壓力氣體(4、6)膨脹期間通過控制熱循環(huán)(30)借助熱交換器(32,33)在與從上部存儲空間(12)中提取的液態(tài)介質(zhì)(5、7)的對流中預(yù)加熱所述壓力氣體(4、6)。
10.按前述權(quán)利要求之一所述的抽水蓄能電站，其特征在于，所述控制裝置(13)設(shè)計用于將壓力氣體(4、6)的氣體壓力隨時間的變化限定為預(yù)設(shè)的極限值。
11.按前述權(quán)利要求之一所述的抽水蓄能電站，其特征在于，所述控制裝置(13)設(shè)計用于接收并且處理能量存儲請求，當(dāng)通過能量存儲請求而要求短時能量存儲時，提高所述上部和/或下部存儲空間(11、12)中的壓力氣體(4、6)的氣體壓力，并且在能量存儲請求要求比短時能量存儲更長的能量存儲時長時，將液態(tài)介質(zhì)(5、7)從下部存儲空間(11)運輸至上部存儲空間(12)。
12.按前述權(quán)利要求之一所述的抽水蓄能電站，其特征在于，所述液態(tài)介質(zhì)(5、7)是鹽水、含鹽水的液體混合物或者其它液體混合物，并且所述壓力氣體(4、6)是壓縮空氣或者其它氣體或者其它氣體混合物。
13.按前述權(quán)利要求之一所述的抽水蓄能電站，其特征在于，在所述上部和/或下部存儲空間(11、12)中布置有一個或多個用于運輸液態(tài)介質(zhì)(5、7)的潛水泵。
14.按前述權(quán)利要求 之一所述的抽水蓄能電站，其特征在于，在所述液態(tài)介質(zhì)(5、7)和所述壓力氣體(4、6)之間具有機械的和/或化學(xué)的分隔層。
15.一種發(fā)電站(9)，尤其是按前述權(quán)利要求之一所述的抽水蓄能電站(I)或者壓縮空氣蓄能電站，具有處于相同或不同深度層的至少一個第一和與之分開的第二存儲空間(11、12)，并且具有至少一個分別導(dǎo)引到所述第一存儲空間(11)和第二存儲空間(12)中的壓力氣體管路(17、18)，所述壓力氣體管路與所述發(fā)電站的壓力氣體動力機械和/或做功機械相連或者能通過可通斷的閥連接，其中，所述壓力氣體動力機械和/或做功機械(21、22)設(shè)計用于自由選擇地分別在所述第一和第二存儲空間(11、12)中產(chǎn)生壓力氣體(4、6)的大小不同的氣體壓力，所述發(fā)電站還具有控制裝置(13)，所述控制裝置設(shè)計用于在來自某一存儲空間(11、12)的壓力氣體(4、6)膨脹時將膨脹的壓力氣體輸入另一存儲空間(11、12)。
16.按權(quán)利要求15所述的發(fā)電站，其特征在于，所述控制裝置(13)設(shè)計用于在壓力氣體(4、6)從存儲空間(11、12)膨脹時使該存儲空間(11、12)中的氣體壓力不會下降到預(yù)設(shè)的最低壓力值以下，例如不會下降到60至10bar以下。
17.按權(quán)利要求15或16所述的發(fā)電站，其特征在于，所述控制裝置(13)設(shè)計用于在第一存儲空間(11)內(nèi)產(chǎn)生比在第二存儲空間(12)內(nèi)更高的壓力，并且在壓力氣體(4、6)膨脹時，用更高的壓力從存儲空間中提取壓力氣體(4、6)、導(dǎo)引通過膨脹機(22)并且將膨脹的壓力氣體(4、6)輸入另一存儲空間(11、12)中。
18.一種用于借助按權(quán)利要求2至14之一所述的抽水蓄能電站(I)存儲能量的方法。
19.按權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，當(dāng)液態(tài)介質(zhì)(5、7)應(yīng)從所述下部存儲空間(11)運輸至上部存儲空間(12)時，提高所述下部存儲空間(11)內(nèi)的氣體壓力。
20.按權(quán)利要求18或19所述的方法，其特征在于，壓力氣體(4、6)通過膨脹機(22)膨脹并且借助膨脹機(22)將能量輸出至公共的和/或非公共的能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)(2)和/或直接輸出至集電器。
21.按權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，當(dāng)壓縮的壓力氣體(4、6)在膨脹機(22)中膨脹時，將液態(tài)介質(zhì)(5、7)從另一存儲空間(11、12)傳輸至被提取了壓力氣體(4、6)的那個存儲空間(11、12)。
22.按權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，當(dāng)壓縮的壓力氣體(4、6)在膨脹機(22)中膨脹時，將如此多的液態(tài)介質(zhì)(5、7)引入被提取了壓力氣體(4、6)的存儲空間(11、12)，使得該存儲空間(11、12)中的氣體壓力基本上保持不變或者至少不明顯降低。
23.按權(quán)利要求21或22所述的方法，其特征在于，當(dāng)壓縮的壓力氣體(4、6)在膨脹機(22)中膨脹時，將如此多的液態(tài)介質(zhì)(5、7)引入被提取了壓力氣體(4、6)的存儲空間(11、12)，使得該存儲空間(11、12)中的壓力氣體(4、6)的溫度升高。
24.按權(quán)利要求18至23之一所述的方法，其特征在于，在壓力氣體(4、6)壓縮時產(chǎn)生的熱通過熱循環(huán)(30)輸入液態(tài)介質(zhì)(5、7)和/或在壓力氣體(4、6)膨脹時將熱從液態(tài)介質(zhì)(5、7)輸入壓力氣體(4、6)。
25.按權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，在來自所述下部存儲空間(11)的壓力氣體(4、6)膨脹期間，通過熱交換器(32、33)在與從上部存儲空間(12)中提取的液態(tài)介質(zhì)(5,7)的對流中預(yù)加熱所述壓力氣體(4、6)。
26.按權(quán)利要求18至25之一所述的方法，其特征在于，在壓力氣體(4、6)膨脹期間，將壓力氣體(4、6)的氣體壓力隨時間的變化限定為預(yù)設(shè)的極限值。
27.按權(quán)利要求18至26之一所述的方法，其特征在于，在通過能量存儲請求而要求短時能量存儲的情況下，提高所述上部和/或下部存儲空間(11、12)中的壓力氣體(4、6)的氣體壓力，并且在能量存儲請求要求比短時能量存儲更長的能量存儲時長的情況下，將液態(tài)介質(zhì)(5、7)從下部存儲空間(11)運輸至上部存儲空間(12)。
28.—種用于借助按權(quán)利要求15至17之一所述的發(fā)電站存儲能量的方法。
29.按權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，在來自某一存儲空間(11、12)的壓力氣體(4,6)膨脹時，將膨脹的壓力氣體(4、6)輸入另一存儲空間(11、12)中。
30.按權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，在第一存儲空間(11)內(nèi)產(chǎn)生比在第二存儲空間(12)內(nèi)更高的壓力，并且在壓力氣體(4、6)膨脹時，用更高的壓力從存儲空間(11、12)中提取壓力氣體(4、6)、導(dǎo)引通過膨脹機(22)并且將膨脹的壓力氣體(4、6)輸入另一存儲空間(11、12)中，其中，由膨脹機(22)將能量輸出至公共的和/或非公共的能量供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)(2)和/或直接輸出至集電器。
31.按權(quán)利要求29或30所述的方法，其特征在于，在壓力氣體(4、6)從存儲空間中膨脹出時，該存儲空間中的氣體壓力不會下降到預(yù)設(shè)的最低壓力值以下。
【文檔編號】F03B13/06GK104040165SQ201280066076
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月5日
【發(fā)明者】W.利特曼, N.貝姆 申請人:納塞伯格能源有限責(zé)任公司