(57)【要約】  ＡＣＡＥＳシステムには、供給される空気を圧縮するように構成された圧縮機システムと、供給される圧縮空気を膨張させるように構成されたタービンシステムとが含まれており、圧縮機システムには圧縮機コンジットが含まれており、また、タービンシステムにはタービンコンジットが含まれている。圧縮機／タービンコンジット上に配置され、圧縮機コンジットを通って流れる圧縮空気から熱エネルギーを除去し、熱エネルギーをタービンコンジットを通って流れる空気に戻すように構成された熱エネルギー貯蔵(ＴＥＳ)ユニットが含まれている。圧縮機／タービンコンジットは、圧縮動作モードの間、複数のＴＥＳユニットのうちの少なくとも一部が第１の圧力状態で動作し、また、膨張動作モードの間、第１の圧力状態とは異なる第２の圧力状態で動作するように配置されている。【選択図】図１
2013509528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を圧縮する圧縮モードおよび空気を膨張させる膨張モードで動作させることができる断熱圧縮空気エネルギー貯蔵（ＡＣＡＥＳ）システムであって、
供給される空気を圧縮するように構成された圧縮機システムであって、
複数の圧縮機、ならびに
前記複数の圧縮機を一体に流体接続する圧縮機コンジットであって、空気入口および空気出口を有する圧縮機コンジット
を備える圧縮機システムと、
前記圧縮機コンジットの前記空気出口に接続された、前記圧縮機システムから受け取る圧縮空気を貯蔵するように構成された空気貯蔵ユニットと、
前記空気貯蔵ユニットから供給される圧縮空気を膨張させるように構成されたタービンシステムであって、
複数のタービン、ならびに
前記複数のタービンを一体に流体接続するタービンコンジットであって、空気入口および空気出口を有するタービンコンジット
を備えるタービンシステムと、
前記圧縮機コンジットを通って流れる圧縮空気から熱エネルギーを除去し、かつ、熱エネルギーを前記タービンコンジットを通って流れる空気に戻すように構成された複数の熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）ユニットであって、前記複数のＴＥＳユニットの各々が、前記圧縮機コンジット上に、前記圧縮機コンジットの前記空気入口と前記空気出口の間の長さに沿って配置され、かつ、前記タービンコンジット上に、前記タービンコンジットの前記空気入口と前記空気出口の間の長さに沿って配置された複数の熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）ユニットと
を備え、前記圧縮機コンジットおよび前記タービンコンジットが、圧縮動作モードの間、前記複数のＴＥＳユニットのうちの少なくとも一部が第１の圧力状態で動作し、また、膨張動作モードの間、前記第１の圧力状態とは異なる第２の圧力状態で動作するように配置される、断熱圧縮空気エネルギー貯蔵（ＡＣＡＥＳ）システム。
【請求項２】
前記複数の圧縮機が低圧圧縮機および高圧圧縮機を備え、
前記複数のタービンが低圧タービンおよび高圧タービンを備え、
前記複数のＴＥＳユニットが、前記圧縮機コンジットおよび前記タービンコンジットに配置された第１のＴＥＳユニット、および前記圧縮機コンジットおよび前記タービンコンジット上に配置された第２のＴＥＳユニットを備える、
請求項１記載のＡＣＡＥＳシステム。
【請求項３】
前記圧縮機コンジットが、第１の圧力の空気が前記第１のＴＥＳユニットを通って流れ、また、引き続いて第２の圧力の空気が前記第２のＴＥＳユニットを通って流れるように配置され、
前記タービンコンジットが、前記第２の圧力の空気が前記第１のＴＥＳユニットを通って流れ、また、引き続いて前記第１の圧力の空気が前記第２のＴＥＳユニットを通って流れるように配置される、
請求項２記載のＡＣＡＥＳシステム。
【請求項４】
前記第１のＴＥＳユニットが前記圧縮機コンジットから低圧空気を受け取り、かつ、前記タービンコンジットから高圧空気を受け取るよう、また、前記第２のＴＥＳユニットが前記圧縮機コンジットから高圧空気を受け取り、かつ、前記タービンコンジットから低圧空気を受け取るよう、前記第１の圧力の空気が低圧空気を含み、また、前記第２の圧力の空気が高圧空気を含む、請求項３記載のＡＣＡＥＳシステム。
【請求項５】
前記複数の圧縮機が、低圧圧縮機、中間圧力圧縮機および高圧圧縮機を備え、
前記複数のタービンが、低圧タービン、中間圧力タービンおよび高圧タービンを備え、
前記複数のＴＥＳユニットが、前記圧縮機コンジットおよび前記タービンコンジット上に配置された第１のＴＥＳユニット、前記圧縮機コンジットおよび前記タービンコンジット上に配置された第２のＴＥＳユニット、ならびに前記圧縮機コンジットおよび前記タービンコンジット上に配置された第３のＴＥＳユニットを備える、
請求項１記載のＡＣＡＥＳシステム。
【請求項６】
前記圧縮機コンジットが、第１の圧力の空気が前記第１のＴＥＳユニットを通って流れ、引き続いて第２の圧力の空気が前記第２のＴＥＳユニットを通って流れ、また、引き続いて第３の圧力の空気が前記第３のＴＥＳユニットを通って流れるように配置され、
前記タービンコンジットが、前記第３の圧力の空気が前記第３のＴＥＳユニットを通って流れ、引き続いて前記第２の圧力の空気が前記第１のＴＥＳユニットを通って流れ、また、引き続いて前記第１の圧力の空気が前記第２のＴＥＳユニットを通って流れるように配置される、
請求項５記載のＡＣＡＥＳシステム。
【請求項７】
前記第１のＴＥＳユニットが前記圧縮機コンジットから低圧空気を受け取り、かつ、前記タービンコンジットから中間圧力の空気を受け取るよう、また、前記第２のＴＥＳユニットが前記圧縮機コンジットから中間圧力の空気を受け取り、かつ、前記タービンコンジットから低圧空気を受け取るよう、また、前記第３のＴＥＳユニットが前記圧縮機コンジットから高圧空気を受け取り、かつ、前記タービンコンジットから高圧空気を受け取るよう、前記第１の圧力の空気が低圧空気を含み、前記第２の圧力の空気が中間圧力の空気を含み、また、前記第３の圧力の空気が高圧空気を含む、請求項６記載のＡＣＡＥＳシステム。
【請求項８】
前記複数のＴＥＳユニットの各々が、前記圧縮機コンジットおよび前記タービンコンジットの両方に並列に接続された複数のＴＥＳサブユニットを備える、請求項１記載のＡＣＡＥＳシステム。
【請求項９】
前記複数のＴＥＳユニットが、それぞれ、個々の段の圧縮に引き続いて空気を冷却し、かつ、個々の段の膨張に先立って空気を加熱するために、前記圧縮機コンジットおよび前記タービンコンジットに沿って配置される、請求項１記載のＡＣＡＥＳシステム。
【請求項１０】
前記複数のＴＥＳユニットの各々が摂氏２００°から３６０°の温度範囲で動作する、請求項１記載のＡＣＡＥＳシステム。
【請求項１１】
断熱圧縮空気エネルギー貯蔵（ＡＣＡＥＳ）のための方法であって、
圧縮機コンジットによって流体接続された複数の圧縮機ユニットを含んだ圧縮機システムに空気を供給するステップと、
圧縮段の間、前記圧縮機システム内の空気を圧縮するステップと、
圧縮空気を圧縮空気貯蔵ユニットに貯蔵するステップと、
前記圧縮空気貯蔵ユニットからタービンシステムへ圧縮空気を供給するステップであって、前記タービンシステムには、タービンコンジットによって流体接続された複数のタービンユニットが含まれているステップと、
膨張段の間、前記タービンシステム内の空気を膨張させるステップと、
前記圧縮段および前記膨張段の各々の間、前記圧縮機コンジットおよび前記タービンコンジットの各々に接続された複数の熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）ユニットを介して空気を流すステップであって、空気が対応する個々の圧縮機コンジットおよびタービンコンジットを通って流れる際に、空気を冷却および加熱するために前記複数のＴＥＳユニットが前記複数の圧縮機ユニットおよび前記複数のタービンユニットの間に間欠的に間隔を隔てて配置されたステップと
を含み、空気が、前記圧縮段の間、前記複数のＴＥＳユニットのうちの少なくとも一部が第１の圧力状態で動作し、また、前記膨張段の間、前記第１の圧力状態とは異なる第２の圧力状態で動作するよう、前記複数のＴＥＳユニットを介して経路付けされる方法。
【請求項１２】
前記複数のＴＥＳユニットを介して空気を流すステップが、
前記圧縮機コンジットを介して空気を流す際に、低圧空気が第１のＴＥＳユニットを通って流れ、かつ、高圧空気が第２のＴＥＳユニットを通って流れるよう、前記第１のＴＥＳユニットを介して空気を流し、引き続いて前記第２のＴＥＳユニットを介して空気を流すステップと、
前記タービンコンジットを介して空気を流す際に、高圧空気が前記第１のＴＥＳユニットを通って流れ、かつ、低圧空気が前記第２のＴＥＳユニットを通って流れるよう、前記第１のＴＥＳユニットを介して空気を流し、引き続いて前記第２のＴＥＳユニットを介して空気を流すステップと
を含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記複数のＴＥＳユニットを介して空気を流すステップが、
前記圧縮機コンジットを介して空気を流す際に、低圧空気が第１のＴＥＳユニットを通って流れ、中間圧力の空気が第２のＴＥＳユニットを通って流れ、かつ、高圧空気が第３のＴＥＳユニットを通って流れるよう、前記第１のＴＥＳユニットを介して空気を流し、引き続いて前記第２のＴＥＳユニットを介して空気を流し、また、引き続いて前記第３のＴＥＳユニットを介して空気を流すステップと、
前記タービンコンジットを介して空気を流す際に、高圧空気が前記第３のＴＥＳユニットを通って流れ、中間圧力の空気が前記第１のＴＥＳユニットを通って流れ、かつ、低圧空気が前記第２のＴＥＳユニットを通って流れるよう、前記第３のＴＥＳユニットを介して空気を流し、引き続いて前記第１のＴＥＳユニットを介して空気を流し、また、引き続いて前記第２のＴＥＳユニットを介して空気を流すステップと
を含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
空気を圧縮するステップが、２段圧縮機システムおよび３段圧縮機システムのうちのいずれかで空気を圧縮するステップを含み、
空気を膨張させるステップが、２段タービンシステムおよび３段タービンシステムのうちのいずれかで空気を膨張させるステップを含む、
請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
断熱圧縮空気エネルギー貯蔵（ＡＣＡＥＳ）システムであって、
供給される空気を圧縮するように構成された圧縮機システムであって、
複数の圧縮機、ならびに
前記複数の圧縮機を接続する圧縮経路であって、空気入口および空気出口を有する圧縮経路
を備える圧縮機システムと、
前記圧縮経路の前記空気出口に接続された、前記圧縮機システムから受け取る圧縮空気を貯蔵するように構成された空気貯蔵ユニットと、
前記空気貯蔵ユニットから供給される圧縮空気を膨張させるように構成されたタービンシステムであって、
複数のタービン、ならびに
前記複数のタービンを接続する膨張経路であって、空気入口および空気出口を有する膨張経路
を備えるタービンシステムと、
充填段の間、前記圧縮経路を通って流れる空気を冷却し、かつ、吐出段の間、前記膨張経路を通って流れる空気を加熱するように構成された多段熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）システムであって、それぞれ異なる圧力状態で動作するように構成された複数のＴＥＳユニットを備えた多段熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）システムと
を備え、前記圧縮経路および前記膨張経路が、前記充填段の間、前記複数のＴＥＳユニットのうちの少なくとも一部が第１の圧力状態で動作し、また、前記吐出段の間、前記第１の圧力状態とは異なる第２の圧力状態で動作するように経路付けされる、断熱圧縮空気エネルギー貯蔵（ＡＣＡＥＳ）システム。
【請求項１６】
前記多段ＴＥＳシステムが、
前記圧縮経路および前記膨張経路の各々に接続された第１のＴＥＳユニットと、
前記圧縮経路および前記膨張経路の各々に接続された第２のＴＥＳユニットと
を備え、前記第１のＴＥＳユニットが、前記充填段の間、低圧状態で動作し、かつ、前記吐出段の間、高圧状態で動作し、また、前記第２のＴＥＳユニットが、前記充填段の間、高圧状態で動作し、かつ、前記吐出段の間、低圧状態で動作する、請求項１５記載のＡＣＡＥＳシステム。
【請求項１７】
前記圧縮経路が、低圧空気が前記第１のＴＥＳユニットを通って流れ、また、引き続いて高圧空気が前記第２のＴＥＳユニットを通って流れるように経路付けされ、
前記膨張経路が、高圧空気が前記第１のＴＥＳユニットを通って流れ、また、引き続いて低圧空気が前記第２のＴＥＳユニットを通って流れるように経路付けされる、
請求項１６記載のＡＣＡＥＳシステム。
【請求項１８】
前記多段ＴＥＳシステムが、
前記圧縮経路および前記膨張経路の各々に接続された第１のＴＥＳユニットと、
前記圧縮経路および前記膨張経路の各々に接続された第２のＴＥＳユニットと、
前記圧縮経路および前記膨張経路の各々に接続された第３のＴＥＳユニットと
を備え、前記第１のＴＥＳユニットが、前記充填段の間、低圧状態で動作し、かつ、前記吐出段の間、中間圧力状態で動作し、また、前記第２のＴＥＳユニットが、前記充填段の間、中間圧力状態で動作し、かつ、前記吐出段の間、低圧状態で動作し、また、前記第３のＴＥＳユニットが、前記充填段の間、高圧状態で動作し、かつ、前記吐出段の間、高圧状態で動作する、請求項１５記載のＡＣＡＥＳシステム。
【請求項１９】
前記圧縮経路が、低圧空気が前記第１のＴＥＳユニットを通って流れ、中間圧力の空気が前記第２のＴＥＳユニットを通って流れ、また、高圧空気が前記第３のＴＥＳユニットを通って流れるように経路付けされ、
前記膨張経路が、高圧空気が前記第３のＴＥＳユニットを通って流れ、中間圧力の空気が前記第１のＴＥＳユニットを通って流れ、また、低圧空気が前記第２のＴＥＳユニットを通って流れるように経路付けされる、
請求項１８記載のＡＣＡＥＳシステム。
【請求項２０】
前記複数のＴＥＳユニットの各々が、前記圧縮経路および前記膨張経路の両方に並列に接続された複数のＴＥＳサブユニットを備える、請求項１５記載のＡＣＡＥＳシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は一般に圧縮空気エネルギー貯蔵（ＣＡＥＳ）システムに関し、より詳細には断熱ＣＡＥＳシステム内の多段熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気圧縮および膨張システムは、多くの産業で様々な用途に使用されている。例えばこのような用途の１つは、エネルギーを貯蔵するための空気圧縮および膨張システムの使用である。圧縮空気エネルギー貯蔵（ＣＡＥＳ）システムには、通常、吸込み空気を圧縮し、かつ、キャバーン、地下貯蔵コンポーネントまたは他の圧縮空気貯蔵コンポーネントに圧縮吸込み空気を提供する複数の圧縮機を有する圧縮列が含まれている。この圧縮空気は、後でタービンを駆動して電気エネルギーを生成するために使用される。ＣＡＥＳシステムの圧縮段を運転している間、通常、圧縮吸込み空気が冷却される。膨張段を運転している間、地下貯蔵設備から加熱器およびタービンを介して空気が吐出され、膨張して周囲圧力でタービンから排出される。
【０００３】
通常、ＣＡＥＳシステム内の圧縮機およびタービンは、それぞれ対応するクラッチを介して発電機／電動機デバイスに接続されており、したがって適切に選択された時間期間の間、もっぱら圧縮機として、あるいはもっぱらタービンのいずれかとして動作することができる。電力格子の電気需要がオフピーク期間である間（つまり夜間および週末）、圧縮機列はそのクラッチを介して発電機／電動機によって駆動される。このスキームの場合、発電機／電動機は電動機として機能し、電力格子から電力を引き出す。次に圧縮空気が冷却され、地下貯蔵設備に引き渡される。タービンクラッチが係合するピーク需要期間の間は、発電機／電動機を駆動することによって電力を提供するために、貯蔵設備から空気が引き出され、次にタービン列を介して加熱されて膨張する。このスキームの場合、発電機／電動機は発電機として機能し、例えば電力格子に電力を提供する。
【０００４】
提案されているＣＡＥＳシステムの特定のタイプの１つは、キャバーン内への貯蔵に先立って圧縮空気を冷却し、また、空気をキャバーンから引き出してタービン列に供給する際に、空気を再加熱するために１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）ユニットが使用される断熱圧縮空気エネルギー貯蔵システム（ＡＣＡＥＳ）である。したがってＡＣＡＥＳシステムによれば、空気を圧縮している間に生成される熱が廃棄されず、タービンから吐出するまでの間に圧縮空気を予熱するために引き続いて使用されるため、非断熱システムの場合より高い効率でエネルギーを貯蔵することができる。
【０００５】
現在提案されているＡＣＡＥＳシステム設計には、通常、単一のＴＥＳユニットが組み込まれている。単一のＴＥＳユニットが使用されているため、ＴＥＳユニットは、高い温度および高い圧力での動作が強いられている。例えば単一のＴＥＳユニットは、摂氏６５０°の高い動作温度に達することがあり、また、６０バールの圧力で動作することがある。ＴＥＳユニットの高い温度、高い圧力および大きいデューティは、材料、熱膨張、熱損失、サイズおよび機械的応力に関して工学課題を提起している。これらの工学課題に対処する必要性がコストを高くし、かつ、開発時間を長くしており、また、険しい市場障壁をもたらしている。
【０００６】
さらに、単一のＴＥＳユニットの使用は、ＡＣＡＥＳシステムの効率を低下させている。つまり、高い温度および高い圧力比での動作を強いられるターボ機械（すなわち圧縮機およびタービン）は、より低い温度および圧力比で動作するターボ機械と比較すると、より低い効率を有している。圧縮機の段とタービンの段の間に追加ＴＥＳユニットが追加される構造は、温度および圧力比を小さくするように機能し、したがってＡＣＡＥＳシステム内のターボ機械の効率を高くする役割を果たす。
【０００７】
２つのＴＥＳユニットを実施するＡＣＡＥＳシステムが既に提案されているが、２つのＴＥＳユニットのこのような構造も、依然として温度および圧力の問題に完全に対処していない。つまり、２つのＴＥＳユニットを使用することによって温度および圧力の低減が提供されても、ＴＥＳユニットは、依然として摂氏約５００°の温度での動作が強いられている。このような高い動作温度の存在は、商用動作でのＡＣＡＥＳシステムの実施に対して依然として大きな障壁を残している。
【発明の概要】
【０００８】
したがって上で言及した欠点を克服するシステムおよび方法が設計されることが望ましい。
【０００９】
本発明の実施形態によれば、断熱圧縮空気エネルギー貯蔵（ＡＣＡＥＳ）システム内の空気を冷却および加熱するための多段熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）システムが提供される。多段ＴＥＳシステムには、圧縮モードにおけるＡＣＡＥＳシステムの動作と、膨張モードにおけるＡＣＡＥＳシステムの動作との間でその動作条件を切り換える、つまり反転させることができる複数のＴＥＳユニットが含まれている。
【００１０】
本発明の一態様によれば、空気を圧縮する圧縮モードおよび空気を膨張させる膨張モードで動作させることができる断熱圧縮空気エネルギー貯蔵（ＡＣＡＥＳ）システムが提供される。ＡＣＡＥＳシステムには、供給される空気を圧縮するように構成された圧縮機システムが含まれており、圧縮機システムには、さらに、複数の圧縮機およびそれらの複数の圧縮機を一体に流体接続する圧縮機コンジットが含まれており、圧縮機コンジットは、空気入口および空気出口を有している。また、ＡＣＡＥＳシステムには、圧縮機コンジットの空気出口に接続された、圧縮機システムから受け取る圧縮空気を貯蔵するように構成された空気貯蔵ユニットと、空気貯蔵ユニットから供給される圧縮空気を膨張させるように構成されたタービンシステムが含まれており、タービンシステムには、さらに、複数のタービンおよびそれらの複数のタービンを一体に流体接続するタービンコンジットが含まれており、タービンコンジットは、空気入口および空気出口を有している。ＡＣＡＥＳシステムには、さらに、圧縮機コンジットを通って流れる圧縮空気から熱エネルギーを除去し、かつ、熱エネルギーをタービンコンジットを通って流れる空気に戻すように構成された複数の熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）ユニットが含まれており、その複数のＴＥＳユニットの各々は、圧縮機コンジット上に、圧縮機コンジットの空気入口と空気出口の間の長さに沿って配置されており、また、タービンコンジット上に、タービンコンジットの空気入口と空気出口の間の長さに沿って配置されている。圧縮機コンジットおよびタービンコンジットは、圧縮動作モードの間、複数のＴＥＳユニットのうちの少なくとも一部が第１の圧力状態で動作し、また、膨張動作モードの間、第１の圧力状態とは異なる第２の圧力状態で動作するように配置されている。
【００１１】
本発明の他の態様によれば、断熱圧縮空気エネルギー貯蔵（ＡＣＡＥＳ）のための方法には、圧縮機コンジットによって流体接続された複数の圧縮機ユニットを含んだ圧縮機システムに空気を供給するステップと、圧縮段の間、圧縮機システム内の空気を圧縮するステップが含まれている。また、この方法には、圧縮空気を圧縮空気貯蔵ユニットに貯蔵するステップと、圧縮空気貯蔵ユニットからタービンシステムへ圧縮空気を供給するステップであって、タービンシステムには、タービンコンジットによって流体接続された複数のタービンユニットが含まれているステップと、膨張段の間、タービンシステム内の空気を膨張させるステップが含まれている。この方法には、さらに、圧縮段および膨張段の各々の間、圧縮機コンジットおよびタービンコンジットの各々に接続された複数の熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）ユニットを介して空気を流すステップであって、空気が対応する個々の圧縮機コンジットおよびタービンコンジットを通って流れる際に、空気を冷却および加熱するために複数のＴＥＳユニットが複数の圧縮機ユニットおよび複数のタービンユニットの間に間欠的に間隔を隔てて配置されたステップが含まれている。空気は、圧縮段の間、複数のＴＥＳユニットのうちの少なくとも一部が第１の圧力状態で動作し、また、膨張段の間、第１の圧力状態とは異なる第２の圧力状態で動作するよう、複数のＴＥＳユニットを介して経路付けされる。
【００１２】
本発明のさらに他の態様によれば、ＡＣＡＥＳシステムには、供給される空気を圧縮するように構成された圧縮機システムが含まれており、圧縮機システムは、複数の圧縮機およびそれらの複数の圧縮機を接続する圧縮経路を有しており、圧縮経路は、空気入口および空気出口を有している。また、ＡＣＡＥＳシステムには、圧縮経路の空気出口に接続された、圧縮機システムから受け取る圧縮空気を貯蔵するように構成された空気貯蔵ユニットと、空気貯蔵ユニットから供給される圧縮空気を膨張させるように構成されたタービンシステムが含まれており、タービンシステムは、複数のタービンおよびそれらの複数のタービンを接続する膨張経路を有しており、膨張経路は、空気入口および空気出口を有している。ＡＣＡＥＳシステムには、さらに、充填段の間、圧縮経路を通って流れる空気を冷却し、かつ、吐出段の間、膨張経路を通って流れる空気を加熱するように構成された多段熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）システムが含まれており、多段ＴＥＳシステムは、それぞれ異なる圧力状態で動作するように構成された複数のＴＥＳユニットを備えている。圧縮経路および膨張経路は、充填段の間、複数のＴＥＳユニットのうちの少なくとも一部が第１の圧力状態で動作し、また、吐出段の間、第１の圧力状態とは異なる第２の圧力状態で動作するように経路付けされる。
【００１３】
様々な他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および図面から明らかになるであろう。
【００１４】
図面には、本発明を実施するために現在企図されている好ましい実施形態が示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態による断熱圧縮空気エネルギー貯蔵（ＡＣＡＥＳ）システムの略ブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態によるＡＣＡＥＳシステムの略ブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態による熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）ユニットの略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態によれば、断熱圧縮空気エネルギー貯蔵（ＡＣＡＥＳ）システム内の空気を冷却および加熱するための多段熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）システムが提供される。多段ＴＥＳシステムには、圧縮モードにおけるＡＣＡＥＳシステムの動作と、膨張モードにおけるＡＣＡＥＳシステムの動作との間でその動作条件を切り換える、つまり反転させることができる複数のＴＥＳユニットが含まれている。
【００１７】
図１を参照すると、本発明の一実施形態による断熱圧縮空気エネルギー貯蔵（ＡＣＡＥＳ）システム１０の略ブロック図が示されている。ＡＣＡＥＳシステム１０には、電動機−発電機ユニット１２（このユニットは、組合せユニットであっても、個別のユニットであってもよい）、駆動軸１４、圧縮システムすなわち圧縮列１６、圧縮空気貯蔵体積すなわちキャバーン１８およびタービンシステムすなわちタービン列２０が含まれている。
【００１８】
電動機−発電機ユニット１２は、電力を受け取るために例えばベース負荷発電装置（図示せず）に電気接続されている。電動機−発電機ユニット１２および駆動軸１４は、クラッチ（図示せず）を介して選択的に圧縮機システム１６およびタービンシステム２０に結合される。圧縮機システム１６は、圧縮動作モードの間、電動機−発電機ユニット１２および駆動軸１４に結合され、一方、タービンシステム２０は、電動機−発電機ユニット１２および駆動軸１４との結合が解除される。膨張動作モードの間、タービンシステム２０は、電動機−発電機ユニット１２および駆動軸１４に結合され、一方、圧縮機システム１６は、電動機−発電機ユニット１２および駆動軸１４との結合が解除される。
【００１９】
本発明の一実施形態によれば、電動機−発電機ユニット１２は、圧縮動作モード（つまり圧縮段）の間、駆動軸１４を駆動する。駆動軸１４が駆動されると、駆動軸１４は、一定量の周囲空気が周囲空気吸込み口２６（つまり入口）に流入し、圧縮機システム１６によって圧縮されるよう、低圧圧縮機２２および高圧圧縮機２４を含んだ圧縮機システム１６を駆動する。低圧圧縮機２２は、圧縮経路２８（つまり圧縮機コンジット）を介して高圧圧縮機２４に結合されている。この実施形態によれば、低圧圧縮機２２は周囲空気を圧縮する。圧縮された周囲空気は、次に、圧縮経路２８に沿って高圧圧縮機２４へ流れ、圧縮経路出口３０で圧縮経路２８から出る前に高圧圧縮機２４でさらに圧縮された後、キャバーン１８へ移送される。
【００２０】
圧縮空気がキャバーン１８に貯蔵されると、圧縮空気は、膨張動作モード（つまり膨張段）の間、膨張経路３４（つまりタービンコンジット）の入口３２に流入することができる。圧縮空気は、膨張経路３４を下って、低圧タービン３６および高圧タービン３８を含んだタービンシステム２０に流入する。タービンシステム２０の構成のため、圧縮空気は、タービンシステム２０を通って流れる際に膨張することができ、したがってタービンシステム２０のタービン３６、３８が回転し、それにより容易に電力を生成することができる。タービンシステム２０が回転すると駆動軸１４が回転する。駆動軸１４が回転すると、駆動軸１４は電動機−発電機ユニット１２を駆動し、したがってユニットは電気を生成する発電機として機能する。
【００２１】
図１に示されているように、ＡＣＡＥＳシステム１０には、さらに、圧縮機システムおよびタービンシステム１６、２０によって圧縮／膨張される際に圧縮経路および膨張経路２８、３４を通って流れる空気を冷却および加熱するように構成された多段熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）システム４０が含まれている。多段ＴＥＳシステム４０は、様々な形態を取ることができる複数の個別のＴＥＳユニット４２、４４からなっている。個々のＴＥＳユニットは、通常、サーマルフィル４６および格納容器４８の２つの主要エレメントを有している。サーマルフィル４６は、圧縮サイクルの間に生成される圧縮熱を貯蔵するだけの十分な量の熱貯蔵材料である。サーマルフィル材料４６は、通常、少なくとも１日に一回循環される。格納容器４８は、サーマルフィル４６を支持し、また、設計に応じて格納容器４８には動作圧力が含まれている。本発明の一実施形態によれば、ＴＥＳユニット４２、４４は、循環する空気がサーマルフィル４６に熱を伝達し、また、サーマルフィル４６から熱を伝達する、熱交換器（図示せず）の使用による直接接触のない間接タイプのユニットであってもよい。このようなデバイスの場合、熱油または溶融塩などの広範囲にわたる様々なサーマルフィル材料を使用することができる。本発明の他の実施形態によれば、ＴＥＳユニット４２、４４は、圧縮空気が礫床などを循環する際に、礫などの固体材料が圧縮空気と直接接触する直接タイプのユニットであってもよい。
【００２２】
動作中、多段ＴＥＳシステム４０は、ＡＣＡＥＳシステム１０の圧縮すなわち「充填」段／動作モードの間、圧縮空気から熱を除去するように機能する。圧縮機システム１６によって空気が圧縮され、また、空気が圧縮経路２８に沿ってキャバーン１８へ流れると、多段ＴＥＳシステム４０によって圧縮空気が冷却される。つまり、圧縮空気は、キャバーンの完全性を保護するために、キャバーン１８に貯蔵される前に多段ＴＥＳシステム４０を通って流れ、キャバーンに貯蔵される前に圧縮空気から熱が除去される。熱は、多段ＴＥＳシステム４０によって貯蔵され、後に、ＡＣＡＥＳシステム１０の膨張すなわち「吐出」段／動作モードの間、圧縮空気に戻される。圧縮空気がキャバーン１８から解放され、膨張経路３４を通って流れると、タービンシステム２０によって膨張し、空気は、多段ＴＥＳシステム４０を通って戻る際に加熱される。
【００２３】
図１の実施形態によれば、多段ＴＥＳシステム４０には、圧縮経路２８および膨張経路３４を通って流れる空気を冷却／加熱するために、圧縮経路２８および膨張経路３４に沿って間欠的に配置されている第１のＴＥＳユニット４２および第２のＴＥＳユニット４４が含まれている。一例示的実施形態によれば、圧縮経路２８は、空気が最初に第１のＴＥＳユニット４２へ導かれ、次に、引き続いて第２のＴＥＳユニット４４へ導かれるように配置、つまり経路付けされている。空気は、入口２６を介して圧縮経路２８へもたらされ、低圧圧縮機２２に供給される。空気は、低圧圧縮機２２によって第１の圧力レベル（つまり「低い」圧力）に圧縮され、次に、空気は、圧縮経路２８を介して第１のＴＥＳユニット４２へ経路付けされ、そこで空気が冷却される。空気は、次に、引き続いて圧縮経路２８を通って高圧圧縮機２４へ流れ、そこで空気が第２の圧力レベル（つまり「高い」圧力）に圧縮される。空気は、次に、圧縮経路２８を介して第２のＴＥＳユニット４４へ経路付けされ、そこで、キャバーン１８に貯蔵するために出口３０を介して圧縮経路２８から流出する前に、もう一度空気が冷却される。したがって圧縮経路２８は、低圧圧縮機２２と高圧圧縮機２４の間の圧縮経路２８上に第１のＴＥＳユニット４２が位置するように、また、高圧圧縮機によって圧縮された空気を冷却するために、高圧圧縮機２４の下流側の圧縮経路２８上に第２のＴＥＳユニット４４が位置するように経路付けされている。
【００２４】
一例示的実施形態によれば、膨張経路３４は、空気が最初に第１のＴＥＳユニット４２へ導かれ、次に、引き続いて第２のＴＥＳユニット４４へ導かれるように経路付けされている。空気は、入口３２を介して膨張経路３４へもたらされ、第１のＴＥＳユニット４２に供給され、そこで空気が加熱される。加熱された空気は、次に、膨張経路３４を通って、空気を膨張させる高圧タービン３８へ流れる。空気は、次に、引き続いて膨張経路３４を通って第２のＴＥＳユニット４４へ導かれ、そこで、膨張経路３４に沿って低圧タービン３６へ流れる前に、もう一度空気が加熱される。空気は、次に、低圧タービン３６内でもう一度膨張した後、例えば環境に排気される。
【００２５】
したがって、図１に示されているＡＣＡＥＳシステム１０の実施形態によれば、膨張経路３４は、第１および第２のＴＥＳユニット４２、４４の動作すなわち機能を「反転」させるように経路付け／配置されている。つまり、圧縮／充填動作モードの間、圧縮経路２８の経路に基づいて第１のＴＥＳユニット４２が「低圧ＴＥＳユニット」として機能し、また、第２のＴＥＳユニット４４が「高圧ＴＥＳユニット」として機能する。膨張／吐出動作モードの間は、膨張経路３４の経路に基づいて第１のＴＥＳユニット４２が「高圧ＴＥＳユニット」として機能し、また、第２のＴＥＳユニット４４が「低圧ＴＥＳユニット」として機能する。
【００２６】
第１および第２のＴＥＳユニット４２、４４の動作／機能を、充填動作モードと吐出動作モードの間で反転させることにより、ＴＥＳユニットのピーク動作温度が低くなる。例えば、２つのＴＥＳユニットの機能が反転されない場合の摂氏５００°の温度、あるいは使用される単一のＴＥＳユニットの摂氏６５０°の温度と比較すると、第１のＴＥＳユニット４２の動作温度を摂氏約３２５°にすることができ、また、第２のＴＥＳユニット４４の動作温度を摂氏約３１０°にすることができる。
【００２７】
また、第１および第２のＴＥＳユニット４２、４４の動作／機能を、充填動作モードと吐出動作モードの間で反転させることにより、圧縮機システム１６内の動作圧力が低くなる。例えば、単一段圧縮機システムの６０バールと比較すると、低圧圧縮機および高圧圧縮機２２、２４の動作圧力を１２バールおよび５バールにすることができる。
【００２８】
次に図２を参照すると、本発明の他の実施形態によるＡＣＡＥＳシステム５０が示されている。ＡＣＡＥＳシステム５０には、電動機−発電機ユニット５２（このユニットは、組合せユニットであっても、個別のユニットであってもよい）、駆動軸５４、圧縮機システムすなわち圧縮機列５６、圧縮空気貯蔵体積５８およびタービンシステムすなわちタービン列６０が含まれている。
【００２９】
圧縮機システム５６には、低圧圧縮機６２、中間圧力圧縮機６４および高圧圧縮機６６が、これらの圧縮機を結合している圧縮経路６８と共に含まれており、また、圧縮経路６８には入口７０および出口７２が含まれている。この実施形態によれば、低圧圧縮機６２は、入口７０から流入する周囲空気を圧縮する。圧縮された周囲空気は、次に、圧縮経路６８に沿って中間圧力圧縮機６４へ流れ、そこで、出口７２で圧縮経路６８から流出してキャバーン５８へ移送される前にさらに圧縮するために圧縮経路６８に沿ってさらに高圧圧縮機６６へ流れる前に、この中間圧力圧縮機６４によってさらに圧縮される。
【００３０】
圧縮空気がキャバーン５８に貯蔵されると、圧縮空気は、膨張動作モード（つまり膨張段）の間、膨張経路７６の入口７４に流入することができる。圧縮空気は、膨張経路７６を下って、低圧タービン７８、中間圧力タービン８０および高圧タービン８２を含んだタービンシステム６０に流入する。タービンシステム６０の構成のため、圧縮空気は、タービンシステム６０を通って流れる際に膨張することができ、したがってタービンシステム６０のタービン７８、８０、８２が回転し、それにより容易に電力を生成することができる。タービンシステム６０が回転すると駆動軸５４が回転する。駆動軸５４が回転すると、駆動軸５４は電動機−発電機ユニット５２を駆動し、したがってユニットは電気を生成する発電機として機能する。
【００３１】
図２に示されているように、ＡＣＡＥＳシステム５０には、さらに、圧縮機システムおよびタービンシステム５６、６０によって圧縮／膨張される際に圧縮経路および膨張経路６８、７６を通って流れる空気を冷却および加熱するように構成された多段熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）システム８４が含まれている。多段ＴＥＳシステム８４は、図２に関連して上で説明した様々な構造／形態を取ることができる複数の個別のＴＥＳユニット８６、８８、９０からなっている。
【００３２】
動作中、多段ＴＥＳシステム８４は、ＡＣＡＥＳシステム５０の圧縮すなわち「充填」段／動作モードの間、圧縮空気から熱を除去するように機能する。圧縮機システム５６によって空気が圧縮され、また、空気が圧縮経路６８に沿ってキャバーン５８へ流れると、多段ＴＥＳシステム８４によって圧縮空気が冷却される。つまり、圧縮空気は、キャバーンの完全性を保護するために、キャバーン５８に貯蔵される前に多段ＴＥＳシステム８４を通って流れ、キャバーンに貯蔵される前に圧縮空気から熱が除去される。熱は、多段ＴＥＳシステム８４によって貯蔵され、後に、ＡＣＡＥＳシステム５０の膨張すなわち「吐出」段／動作モードの間、圧縮空気に戻される。圧縮空気がキャバーン５８から解放され、膨張経路７６を通って流れると、タービンシステム６０によって膨張し、空気は、多段ＴＥＳシステム８４を通って戻る際に加熱される。
【００３３】
図２の実施形態によれば、多段ＴＥＳシステム８４には、圧縮経路６８および膨張経路７６を通って流れる空気を冷却／加熱するために、圧縮経路６８および膨張経路７６に沿って間欠的に配置されている第１のＴＥＳユニット８６、第２のＴＥＳユニット８８および第３のＴＥＳユニット９０が含まれている。一例示的実施形態によれば、圧縮経路６８は、空気が最初に第１のＴＥＳユニット８６へ導かれ、引き続いて第２のＴＥＳユニット８８へ導かれ、次に、引き続いて第３のＴＥＳユニット９０へ導かれるように配置、つまり経路付けされている。空気は、入口７０を介して圧縮経路６８へもたらされ、低圧圧縮機６２に供給される。空気は、低圧圧縮機６２によって第１の圧力レベル（つまり「低い」圧力）に圧縮され、次に、空気は、圧縮経路６８を介して第１のＴＥＳユニット８６へ経路付けされ、そこで空気が冷却される。空気は、次に、引き続いて圧縮経路６８を通って中間圧力圧縮機６４へ流れ、そこで空気が第２の圧力レベル（つまり「中間」圧力）に圧縮され、次に、圧縮経路６８を介して第２のＴＥＳユニット８８へ経路付けされ、そこでもう一度空気が冷却される。空気は、最後に、圧縮経路６８に沿って高圧圧縮機６６へ流れ、そこで、キャバーン５８に貯蔵するために出口７２を介して圧縮経路６８から流出する前の最終冷却のための、圧縮経路６８を介した第３のＴＥＳユニット９０への経路付けに先立って、第３の圧力レベル（つまり「高い」圧力）に空気が圧縮される。したがって圧縮経路６８は、低圧圧縮機６２と中間圧力圧縮機６４の間の圧縮経路６８上に第１のＴＥＳユニット８６が位置するように、また、中間圧力圧縮機６４と高圧圧縮機６６の間の圧縮経路６８上に第２のＴＥＳユニット８８が位置するように、さらに、高圧圧縮機６６の下流側の圧縮経路６８上に第３のＴＥＳユニット９０が位置するように経路付けされている。
【００３４】
一例示的実施形態によれば、膨張経路７６は、空気が最初に第３のＴＥＳユニット９０へ導かれ、引き続いて第１のＴＥＳユニット８６へ導かれ、次に、引き続いて第２のＴＥＳユニット８８へ導かれるように経路付けされている。空気は、入口７４を介してキャバーン５８から膨張経路７６へもたらされ、第３のＴＥＳユニット９０に供給され、そこで空気が加熱される。加熱された空気は、次に、膨張経路７６を通って、空気を膨張させる高圧タービン８２へ流れる。空気は、次に、引き続いて膨張経路７６を通って第１のＴＥＳユニット８６へ導かれ、そこで、中間圧力タービン８０内での膨張のために膨張経路７６に沿って流れる前に、もう一度空気が加熱される。中間圧力タービン８０内で膨張した空気は、膨張経路７６に沿って第２のＴＥＳユニット８８へ流れ、そこで、低圧タービン７８内での膨張のために膨張経路７６に沿って流れる前に、もう一度空気が加熱される。
【００３５】
したがって膨張経路７６は、第１および第２のＴＥＳユニット８６、８８の動作すなわち機能を「切り換える」ように経路付け／配置されている。つまり、圧縮／充填動作モードの間、圧縮経路６８の経路に基づいて第１のＴＥＳユニット８６が「低圧ＴＥＳユニット」として機能し、また、第２のＴＥＳユニット８８が「中間圧力ＴＥＳユニット」として機能する。膨張／吐出動作モードの間は、膨張経路７６の経路に基づいて第１のＴＥＳユニット８６が「中間圧力ＴＥＳユニット」として機能し、また、第２のＴＥＳユニット８８が「低圧ＴＥＳユニット」として機能する。
【００３６】
３つのＴＥＳユニット８６、８８、９０を多段ＴＥＳシステム８４に組み込み、かつ、第１および第２のＴＥＳユニット８６、８８の動作／機能を充填動作モードと吐出動作モードの間で切り換えることにより、ＴＥＳユニット８６、８８、９０のピーク動作温度が低くなる。例えば、３つのＴＥＳユニットの機能が反転されない場合の摂氏４２０°の温度、あるいは使用される単一のＴＥＳユニットの摂氏６５０°の温度と比較すると、第１のＴＥＳユニット８６の動作温度を摂氏約２３０°にすることができ、第２のＴＥＳユニット８８の動作温度を摂氏約２８０°にすることができ、また、第３のＴＥＳユニット９０の動作温度を摂氏約２６５°にすることができる。
【００３７】
また、３つのＴＥＳユニット８６、８８、９０を多段ＴＥＳシステム８４に組み込み、かつ、第１および第２のＴＥＳユニット８６、８８の動作／機能を充填動作モードと吐出動作モードの間で切り換えることにより、圧縮機システム５６内の動作圧力が低くなる。例えば、単一段圧縮機システムの６０バールと比較すると、低圧圧縮機、中間圧力圧縮機および高圧圧縮機６２、６４、６６の動作圧力を６バール、３．３バールおよび３バールにすることができる。
【００３８】
ＡＣＡＥＳシステム５０内の膨張経路７６の経路が示され、また、空気が第３のＴＥＳユニット９０、第１のＴＥＳユニット８６および第２のＴＥＳユニット８８を連続的に通る（つまり高圧、低圧、中間圧力の順に通る）経路として説明されているが、他の経路の膨張経路７６も同じく本発明の範囲内であることを認識されたい。したがって膨張経路７６は、例えば、本発明の他の実施形態によれば、空気が第１のＴＥＳユニット８６、第２のＴＥＳユニット８８および第３のＴＥＳユニット９０を連続的に通る（つまり高圧、中間圧力、低圧の順に通る）経路にすることも可能である。
【００３９】
次に図３を参照すると、本発明の一実施形態による、多段ＴＥＳシステム４０、８４の中に組み込まれるＴＥＳユニット９２の構造が示されている。ＴＥＳユニット９２は、それぞれ圧縮経路２８、６８および膨張経路３４、７６に接続されている３つの個別のＴＥＳサブユニット９４、９６、９８から構築されている。ＴＥＳサブユニット９４、９６、９８は、圧縮経路２８、６８および膨張経路３４、７６からの空気がＴＥＳサブユニットの各々に均等に流入するよう、並列に配置されている。複数のＴＥＳサブユニット９４、９６、９８から構築することにより、ＴＥＳユニット９２は、単一の外部シェルおよびフィルで形成されたＴＥＳユニットと比較すると、ＴＥＳサブユニット９４、９６、９８内の温度をさらに低くするように機能する。図には３つのＴＥＳサブユニット９４、９６、９８から形成されたＴＥＳユニット９２が示されているが、ＴＥＳユニット９２は、本発明の実施形態によれば、もっと多くのサブユニットあるいはもっと少ないサブユニットを含むことも可能であることを認識されたい。
【００４０】
本発明の実施形態は、上で説明した例に限定されないことを認識されたい。つまり、本発明の実施形態によれば、もっと多くの圧縮機およびタービン、ならびにもっと多くのＴＥＳユニットをＡＣＡＥＳシステムに使用することができる。必要な動作圧力および貯蔵圧力まで空気を効果的に圧縮するために望ましい圧縮機の数は変更が可能であり、したがって圧力は、空気貯蔵デバイス／キャバーン１８、５８のタイプおよび深さに高度に依存している。例えば、約１５００フィートの深さに位置している岩塩ドームおよび帯水層の場合、約４００ｐｓｉから１０００ｐｓｉまでの圧力範囲が適切であることが分かっている。圧縮機システム１６、５６に必要な圧縮機の数は、空気圧力およびキャバーン１８、５８のタイプおよび深さ、ならびに他の要因によって様々である。
【００４１】
したがって、使用される圧縮機／タービンの数に基づいてＴＥＳユニットの数も同じく変更することができる。例えば、システム内の圧縮および膨張の個々の段の間の中間冷却器および再熱器として作用させるために、４つ以上のＴＥＳユニットをＡＣＡＥＳシステムに統合することができる。有利には、提供される複数のＴＥＳユニットは、これらのＴＥＳユニットの動作温度範囲が理想的には摂氏２００°から３６０°の間になるよう、これらの複数のＴＥＳユニットの各々のピーク動作温度を低くすることができる。
【００４２】
したがって、本発明の一実施形態によれば、空気を圧縮する圧縮モードおよび空気を膨張させる膨張モードで動作させることができる断熱圧縮空気エネルギー貯蔵（ＡＣＡＥＳ）システムが提供される。ＡＣＡＥＳシステムには、供給される空気を圧縮するように構成された圧縮機システムが含まれており、圧縮機システムには、さらに、複数の圧縮機およびそれらの複数の圧縮機を一体に流体接続する圧縮機コンジットが含まれており、圧縮機コンジットは、空気入口および空気出口を有している。また、ＡＣＡＥＳシステムには、圧縮機コンジットの空気出口に接続された、圧縮機システムから受け取る圧縮空気を貯蔵するように構成された空気貯蔵ユニットと、空気貯蔵ユニットから供給される圧縮空気を膨張させるように構成されたタービンシステムが含まれており、タービンシステムには、さらに、複数のタービンおよびそれらの複数のタービンを一体に流体接続するタービンコンジットが含まれており、タービンコンジットは、空気入口および空気出口を有している。ＡＣＡＥＳシステムには、さらに、圧縮機コンジットを通って流れる圧縮空気から熱エネルギーを除去し、かつ、熱エネルギーをタービンコンジットを通って流れる空気に戻すように構成された複数の熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）ユニットが含まれており、その複数のＴＥＳユニットの各々は、圧縮機コンジット上に、圧縮機コンジットの空気入口と空気出口の間の長さに沿って配置されており、また、タービンコンジット上に、タービンコンジットの空気入口と空気出口の間の長さに沿って配置されている。圧縮機コンジットおよびタービンコンジットは、圧縮動作モードの間、複数のＴＥＳユニットのうちの少なくとも一部が第１の圧力状態で動作し、また、膨張動作モードの間、第１の圧力状態とは異なる第２の圧力状態で動作するように配置されている。
【００４３】
本発明の他の実施形態によれば、断熱圧縮空気エネルギー貯蔵（ＡＣＡＥＳ）のための方法には、圧縮機コンジットによって流体接続された複数の圧縮機ユニットを含んだ圧縮機システムに空気を供給するステップと、圧縮段の間、圧縮機システム内の空気を圧縮するステップが含まれている。また、この方法には、圧縮空気を圧縮空気貯蔵ユニットに貯蔵するステップと、圧縮空気貯蔵ユニットからタービンシステムへ圧縮空気を供給するステップであって、タービンシステムには、タービンコンジットによって流体接続された複数のタービンユニットが含まれているステップと、膨張段の間、タービンシステム内の空気を膨張させるステップが含まれている。この方法には、さらに、圧縮段および膨張段の各々の間、圧縮機コンジットおよびタービンコンジットの各々に接続された複数の熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）ユニットを介して空気を流すステップであって、空気が対応する個々の圧縮機コンジットおよびタービンコンジットを通って流れる際に、空気を冷却および加熱するために複数のＴＥＳユニットが複数の圧縮機ユニットおよび複数のタービンユニットの間に間欠的に間隔を隔てて配置されたステップが含まれている。空気は、圧縮段の間、複数のＴＥＳユニットのうちの少なくとも一部が第１の圧力状態で動作し、また、膨張段の間、第１の圧力状態とは異なる第２の圧力状態で動作するよう、複数のＴＥＳユニットを介して経路付けされる。
【００４４】
本発明のさらに他の実施形態によれば、ＡＣＡＥＳシステムには、供給される空気を圧縮するように構成された圧縮機システムが含まれており、圧縮機システムは、複数の圧縮機およびそれらの複数の圧縮機を接続する圧縮経路を有しており、圧縮経路は、空気入口および空気出口を有している。また、ＡＣＡＥＳシステムには、圧縮経路の空気出口に接続された、圧縮機システムから受け取る圧縮空気を貯蔵するように構成された空気貯蔵ユニットと、空気貯蔵ユニットから供給される圧縮空気を膨張させるように構成されたタービンシステムが含まれており、タービンシステムは、複数のタービンおよびそれらの複数のタービンを接続する膨張経路を有しており、膨張経路は、空気入口および空気出口を有している。ＡＣＡＥＳシステムには、さらに、充填段の間、圧縮経路を通って流れる空気を冷却し、かつ、吐出段の間、膨張経路を通って流れる空気を加熱するように構成された多段熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）システムが含まれており、多段ＴＥＳシステムは、それぞれ異なる圧力状態で動作するように構成された複数のＴＥＳユニットを備えている。圧縮経路および膨張経路は、充填段の間、複数のＴＥＳユニットのうちの少なくとも一部が第１の圧力状態で動作し、また、吐出段の間、第１の圧力状態とは異なる第２の圧力状態で動作するように経路付けされる。
【００４５】
この成文説明には、最良モードを含む本発明を開示するために、また、すべての当業者による、任意のデバイスまたはシステムの構築および使用、ならびに組み込まれている任意の方法の実行を含む本発明の実践を可能にするために、いくつかの例が使用されている。本発明の特許請求可能範囲は、特許請求の範囲によって定義されており、当業者に思い浮ぶ他の例を包含することができる。このような他の例は、特許請求の範囲の文字言語とは異ならない構造構成要素をそれらが有している場合であっても、あるいは特許請求の範囲の文言とは非現実的に異なる等価構造構成要素をそれらが含んでいる場合であっても、本特許請求の範囲に包含されることが意図されている。
【符号の説明】
【００４６】
１０、５０  断熱圧縮空気エネルギー貯蔵（ＡＣＡＥＳ）システム
１２、５２  電動機−発電機ユニット
１４、５４  駆動軸
１６  圧縮システムすなわち圧縮列（圧縮機システム）
１８、５８  圧縮空気貯蔵体積すなわちキャバーン
２０、６０  タービンシステムすなわちタービン列
２２、６２  低圧圧縮機
２４、６６  高圧圧縮機
２６  周囲空気吸込み口（入口）
２８、６８  圧縮経路
３０、７２  圧縮経路出口
３２、７４  膨張経路の入口
３４、７６  膨張経路
３６、７８  低圧タービン
３８、８２  高圧タービン
４０、８４  多段熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）システム
４２、８６  ＴＥＳユニット（第１のＴＥＳユニット）
４４、８８  ＴＥＳユニット（第２のＴＥＳユニット）
４６  サーマルフィル（サーマルフィル材料）
４８  格納容器
５６  圧縮機システムすなわち圧縮機列
６４  中間圧力圧縮機
７０  圧縮経路の入口
８０  中間圧力タービン
９０  ＴＥＳユニット（第３のＴＥＳユニット）
９２  ＴＥＳユニット
９４、９６、９８  ＴＥＳサブユニット
【図１】
2013509528.tif 000003
【図２】
2013509528.tif 000004
【図３】
2013509528.tif 000005
【国際調査報告】
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2013509528.tif 000007
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