是盈余电能(超出邻近(多个)电力用户的电力消耗)。在示例性实施例中，在第一位置使用贮存电能的一部分。示例性方法还包括在第二位置提供天然气。在示例性方法中，释放电能包括栗压电能贮存介质，引导工作流体逆流于电能贮存介质，从而使得工作流体加热电能贮存介质，而电能贮存介质冷凝工作流体，引导一种或多种气态燃烧产物逆流于被栗压的电能贮存介质以及被栗压的工作流体，从而使得气态产物加热两种被栗压的流体，并且使那些流体在发电机负载的膨胀机中膨胀。
[0044]在示例性的实施例中，提供了集成的电网、燃料源以及地表系统，包括在第一位置处的至少一个电能贮存设备，在不同于第一位置的第二位置处的至少一个分布式电能生产设备，至少一个移动电能贮存单元以及与分布式电能生产设备流体连通的燃料源。在示例性实施例中，燃料源是天然气管线，但是它也可以是任何燃料源。电能贮存设备包括电能贮存介质，电能贮存介质包括液态空气、氮气、氧气或其组合，移动贮存电能运输单元被配置成通过地表运输系统将电能贮存介质的至少一部分运载到分布式电能生产设备。分布式电能生产设备可电连接至电网。在示例性实施例中，电能贮存设备是空气分离装置。电能贮存设备可以被配置成在分布式电能生产模式中使用1C存电能的一部分。
[0045]示例性的实施例包括参加电力交换交易，包括在第一位置处将电能贮存在电能贮存介质中，将电能贮存介质的至少一部分运输到不同于第一位置的第二位置，以及交换贮存在电能贮存介质中的电能的至少一部分。示例性实施例包括分配电能的方法，分配电能包括通过独立于电网的运输模式把电能贮存介质中的电能从第一位置运输到第二位置。
[0046]有利地，本发明的实施例不需要使用吸收式冷冻机来回收压缩热以生产低等级制冷，在VPS的其它实施例中吸收式冷冻机在每个压缩阶段之前冷却空气流。这个创新减少入流贮存设备的成本、尺寸和重量。代替吸收式冷冻机，示例性实施例使用低等级制冷的“侧向负荷”，“侧向负荷”可由机械式冷冻机在空气在装载在压缩机上的涡轮膨胀机中膨胀之前提供，机械式冷冻机也提供深度制冷给压缩空气。侧向负荷是几乎“免费”的制冷，因为它是机械式冷冻机的正常副产品，是“多余的”(低等级制冷)，其中机械式冷冻机的主要目是提供深度制冷给空气液化循环，并且其中不需要大大增加机械式冷冻机的尺寸和电力需求来适应低等级制冷侧向负荷。在这种情况下，“侧向负荷”也包括可从邻近(或托管)电能贮存设备的空气分离装置(或其它设备)得到的任何可回收的低等级制冷。
[0047]示例性的实施例包括贮存机械能的方法，该方法包括压缩电能贮存介质，提供侧向负荷和/或主负荷(深度)制冷以冷却电能贮存介质，以及将电能贮存介质分离成产品流，例如02或化和再循环流。电能贮存介质可以是空气或空气的分离的成分，例如氮气、氧气或氮气和氧气的组合。引导再循环流使得它和侧向负荷制冷剂流组合并被侧向负荷制冷剂流冷却，并且形成制冷剂/再循环流。在第一方向上引导制冷剂流/再循环流，并且在逆流于制冷剂/再循环流的第二方向上引导产品流，从而使得产品流被制冷剂/再循环流冷却。接着被冷却的产品流能够以稠密相(例如液体)贮存。另外的步骤可以包括在液化之前从能量贮存介质中移除水分和二氧化碳。
[0048]在示例性的实施例中，释放贮存电能的方法包括栗压电能贮存介质，执行特定热交换步骤，以及使电能贮存介质膨胀。电能贮存介质可以是空气或空气的分离的成分，例如氮气、氧气或氮气和氧气的组合。示例性的热交换步骤包括引导工作流体逆流于电能贮存介质，从而使得工作流体加热电能贮存介质并且电能贮存介质冷凝工作流体。工作流体可以被冷凝、栗压、加热和送到发电机负载的热空气膨胀机，全部过程在一个封闭回路中。另一示例性的热交换步骤可以是在第一方向上引导电能贮存介质，在逆流于电能贮存介质的第二方向上引导热空气，从而使得热空气加热电能贮存介质。另一示例性的热交换步骤可以是引导燃烧气体逆流于电能贮存介质，从而使得燃烧气体加热电能贮存介质。
[0049]有利地，示例性实施例包括使用一个或多个发电机负载的气体涡轮机(GT)，气体涡轮机(GT)可提供用来释放被栗压的液态空气或空气成分中的机械能的废热。通过用单一 GT替代燃烧室，本发明的实施例能够舒适地利用来自GT的(更冷)近似1100° F的出流流。例如，最大输出为2.25兆瓦的单一 GT(可利用冷的进入空气实现)允许有成本效益和高效率部署的、输出为大约14.4兆瓦/115兆瓦时的商业规模VPS单元。因此示例性的实施例还包括引导来自原动机(例如气体涡轮机)的气态燃烧产物(例如废气)逆流于电能贮存介质，从而使得废气加热电能贮存介质。
[0050]示例性实施例还包括使原动机的进入空气流速率和针对液态空气(或文中描述的其它电能贮存介质)选择的贮存容量相匹配。示例性的实施例还包括使空气的第一水平的制冷含量和冷凝逆流的工作流所需的第二水平的制冷含量相匹配，从而很大程度上回收贮存介质中所包含的冷能。气态燃烧产物(例如废气)可以被重新加热，从而使得产生的热与进入空气的流速以及冷回收工作流体的流速相匹配。更特别地，由GT提供以及可能使用后燃器或补充加热器产生的热补充的热量可以与夜间入流贮存模式期间贮存的液态空气的量相匹配，并且与出流贮存模式的次级热回收回路中的工作流体的流速相匹配。在示例性的实施例中，被栗压的液态空气与工作流体的流速相匹配，从而使得膨胀的工作流体被出站液态空气冷凝，准备好栗压，并被GT废气中的热能的一部分加热。
[0051]到原动机的进入空气流速可以与液态氧气、液态氮气或其组合的流速相匹配，从而使得冷的氧气/氮气将进入空气冷却至环境温度以下，进而使得进入空气更稠密并提高GT的效率。示例性的实施例还包括使液态氧气、液态氮气或其组合的第一水平的制冷含量与冷凝工作流体所需的第二水平的制冷含量相匹配。示例性实施例还包括重新加热废气从而使得产生的热与进入空气的流速以及工作流体的流速相匹配。示例性的实施例还包括当进入空气被冷的氧气/氮气和/或冷的工作流体冷却到小于32° F时，将甲醇引进流入原动机的进入空气中。
[0052]在示例性实施例中，电能贮存系统包括多个压缩机，流体连接至至少一个压缩机的至少一个换热器，流体连接至至少一个压缩机的至少一个膨胀机，流体连接至膨胀机的机械式冷冻机，至少一个阀，以及流体连接至膨胀机的贮存容器。压缩机为电能贮存介质提供多个压缩级，电能贮存介质可以是空气或空气的成分，例如氮气、氧气或氮气和氧气的组合。机械式冷冻机为电能贮存介质提供了主负荷(深度制冷)和/或低等级制冷的侧向负荷。阀将电能贮存介质分开成产品流和再循环流。换热器有助于制冷剂/再循环流和产品流之间的热交换，从而使得产品流被制冷剂/再循环流冷却。清除组件将会把水分和二氧化碳从进入空气中移除以避免冻结，并且将流体连接至至少一个压缩机。
[0053]示例性的实施例包括电能释放和冷能回收系统，该系统包括贮存容器，流体连接至贮存容器的栗，流体连接至栗的多个换热器，流体连接至至少一个换热器的膨胀机，以及包括原动机的原动机组件，原动机组件流体连接至至少一个换热器。换热器有助于电能贮存介质和热的燃烧产物之间的热交换，从而热的废气加热电能贮存介质和工作流体。在示例性的实施例中，原动机是气体涡轮机。
[0054]因此，可见提供了一种半集中式电能贮存和分布式发电系统和方法。公开的系统和方法提供了包括液态空气、氧气、氮气或其组合的介质中的能量贮存，这些介质可以被运输到分布式站点，以便在高峰电力需求时段(或当需要电能的其它时段)释放电能。公开的系统和方法还能够集成公共事业电网和其它燃料源(例如气体管线)，从而使得电力和天然气的客户能够最佳地利用这两种能量传送系统。参照下面的详细说明以及附图将更了解这些和其它特征和优点，图中相似的附图标记始终指示相似的部件。
【附图说明】
[0055]当结合所附附图，考虑下面的详细说明时，将更明白本发明的前述及其它目的，其中:
[0056]图1A是根据本发明的半集中式电能贮存和电能生产系统和方法的示例性实施例的框图；
[0057]图1B是根据本发明的半集中式电能贮存和分布式发电系统和方法的示例性实施例的框图；
[0058]图2是根据本发明的电能贮存系统的示例性实施例的框图；
[0059]图3是根据本发明的电能释放和冷能回收系统的示例性实施例的框图；
[0060]图4是根据本发明的电能释放和冷能回收系统的示例性实施例的框图；
[0061]图5是根据本发明的电能释放和冷能回收系统的示例性实施例的框图；以及
[0062]图6是根据本发明的移动电能释放和冷能回收系统的示例性实施例的框图。
【具体实施方式】
[0063]在以下段落中，将参考所附附图，通过示例的方式详细地描述实施例，其中附图没有按比例绘制，并且示出的部件不必彼此成比例地绘制。贯穿本说明书，示出的实施例和示例应被考虑成范例而不是对本发明的限制。文中使用的“本发明”指的是文中描述的任一实施例，以及任何等效物。此外，对贯穿本文的本发明的多个方面的参考并不意味着所有要求保护的实施例或方法必需包括参考的方面。
[0064]总的来说，出于以下数个原因，本发明的实施例是重要的。首先，它们提供了压缩空气和液态空气贮存媒介的替代物。公开的实施例可凭借液态空气甚至以较小的商业规模运作，但是也可以使用液态02或液态N2作为能量贮存流体。这提供了集成本发明的实施例和空气分离装置的现存的以及未来的设备的机会，并且允许这些装置更充分地利用02/n2，02/n2是生产的具有现存的客户群的其它气体/液体的副产品，但是其中那种副产品的价值低。
[0065]如同文中更详细描述的，在示例性的实施例中，02/N2将被低温液栗栗压，通过与工作流体回路(其中02/n2的制冷含量将冷凝/液化工作流体)进行热交换来回收它的冷含量，并且其中来自燃气涡轮机(GT)或来自燃气引擎的热废气将加热被栗压的02/N2和工作流体流，被加热的被栗压的02/N2和工作流体流将在发电机负载的热气体膨胀机中膨胀。02/队将被排放到大气(没有有害排放物)，并且在下个晚上更换，并且工作流体将包含在它自己的封闭回路中，该封闭回路将在非高峰(夜间)时段休眠。
[0066]示例性的实施例将允许入流贮存模式发生，从而使得现存的或新建的空气分离装置接收该非高峰电能，其中该电能被转变成02/N2，并且其中较高价值的产品被销售给现存的或新建的市场/客户，而其中较低价值的产品被用作能量贮存和释放介质。在这类实施例中，空气分离装置或其它电能贮存设备在商业规模内使用公开的实施例，可能充分地使用每日高峰时段的全部可用电能输出，但是实现了显著的资本成本节约(与“从零开始”建设全商业规模VPS循环装置相比)，因为入流贮存模式大部分准备就绪。
[0067]如果02/N2是贮存介质，那么任何剩余低等级制冷都能够被传递(通过换热器)到进入空气，进入空气通常被GT吸入，其中，例如-4° F的空气被送到GT的进入空气吸嘴。如果是贮存介质，则近似-4° F的进入空气可以是贮存的液态空气在出流模式期间的最后一站。变冷的进入空气也可以接收甲醇(或其它这类“防冻”流体)的“注入”，从而冷空气的水分将不会冻结并且防冻流体将和空气和燃料一起在GT中燃烧。在不存在本发明的实施例的情况下，改进GT性能的这类制冷的专门产品还不是成本有效的。
[0068]因此，公开的系统和方法提供数个主要优点。第一，有利地消除了对液态空气作为优选的贮存介质或液态02/N2贮存的依赖，特别是如果那种液态0 2/N2生产单元是空气分离装置的一部分，其中现存的设备将允许VPS部署以避免构成VPS循环的整个“入流贮存”部分。只有出流贮存模式将需要被增加到空气分离装置。换句话说，示例性的实施例允许每个现存的空气分离装置变成有成本效益的商业规模的电能贮存和电能生产设备。
[0069]第二，它们提供了分布式电能贮存和生产。公开的实施例填补了分布式电能生产领域中高于电池规模和低于抽水蓄能和其它公用事业规模选项之间的空白。这是一个重要的属性，因为它允许每个设备更好地与本地电能生产和需求模式相匹配并且允许相对适中的投资来实现计划的电能贮存目标。例如，公用事业规模电能贮存系统可能需要至少100，000，000美元的资本来部署，而商业规模单元，例如根据本发明，可能花费少至20，000, 000美元。明显地，商业规模部署的更低的“门槛成本”将更容易推动电能贮存作为“智能电网”的重要元素。
[0070]示例性的实施例使得电网的每个大小合适的电能使用客户(其中该客户也在天然气管线网络上)可能变成许多分布式电能贮存和分布式电能生产站点中的一个(“大小合适的”的意思是指电力需求为近似1兆瓦或更多，覆盖4-8小时的每日高峰时段，总共4-8兆瓦时)。因此，有史以来第一次电网和天然气(NG)管线网络重叠，那两种(通常独立地)系统的几千客户能够“连接”两种能量传送模式以在低电力需求时段贮存电能，在高电力需求时段释放贮存的能量，从而提高NG网络和电网的服务值和资产值，并且大大减少对新建、大规模、远距离定位的发电厂的需要。
[0071]第三个主要优点是示例性的实施例提供了半集中式电能贮存和分布式发电。文中使用的术语“半集中”指的是能够服务多个场外位置并且以小于公用事业规模的方式部署的系统。实施例确定了能够由现存和未来的空气分离装置提供的全新的一套“服务”和“产品”。例如，半集中式电能贮存站点能够将电能转变成机械能，半集中式电能贮存站点生产能够被运输到另一站点的低温贮存介质(02/n2)，在另一站点贮存介质中的机械能被回收以生产电力。每个这样的装置能够变成半集中式02/n2源，02/N2能够被传送至分散的分布式电能生产站点，因此扩展了 02/n2产品的市场并且提供对分布式电能生产站点的终端用户的电能贮存服务和“电能运输”服务。
[0072]实际上，这也提供了可代替的电气传输系统，由此能量(初始以电能的形式)被运输(以低温贮存介质的形式)到电网上的更“下游”的点，或到超过电网或移动(而不是固定)电能释放设备的位置。照此，本发明的实施例提供了用于避免需要许可/提供站点/建设新的电能传输系统(而现今这些难以得到许可，有政治争议，并且完成非常慢(如果有的话))的手段。
[0073]示例性实施例允许02/N2贮存介质被运输到场外分布式电能(出流模式)位置，因此地理上分为入流贮存模式和出流贮存模式。这样将02/队从它的生产源运输到分布式电能生产站点构成了两个机械能的源的运输:一个源在初始电力装置(包括风力涡轮机)，初始电力装置将它的电能从电网送到空气分离装置，第二个源是在空气分离装置的机械能输入，空气分离装置将接收到的电能(千瓦)转变回生产02/N2的机械能。
[0074]在这个实施例中，空气分离装置作为区域(和公用事业规模差不多)电能接收、转换和贮存系统，但是将贮存的电能(以液态02/N2的形式)送到构成分布式发电站点的数个场外VPS出流模式位置。这个实施例允许入流电能模式不但实现规模经济，而且还实现更广的电能出流模式“分布”，通过高速公路、轨道、水路或其它运输低温储能介质的其它工具连接这两部分。因此，本实施例确定数量巨大的“能量节点”，其中遍及⑴电网，⑵燃料源，例如天然气管线网络，以及(3)现存的道路、轨道或可航行的水路、空路，系统允许部署商业规模的、分布式电能贮存和分布式电能生产设备。在本发明之前，那三种网络，每个都是巨大在前投资的产物，在没有由本实施例提供的优点的情况下基本上相互独立工作。
[0075]任何大的空气分离装置的02/N2生产单元可以服务在离空气分离装置例如100英里内的多个位置中部署的场外VPS出流模式设备，这多个位置中将不部署液态空气或02/N2生产设备。因此，这种新颖的VPS模式的“出流贮存”部分将采用大的单个空气分离装置，但是低于公用事业规模贮存部署的规模稍微“集中”，即“半集中”。将被连接至那些半集中式贮存设备的每个的“出流贮存”可以处于距离02/N2 (或液态空气)装置在货车车程(或轨道或水路传送)内的很多站点。
[0076]有时运送02/N2 (代替液态空气)的原因是每个空气分离装置处的02或N 2的本地市场需求的不平衡，其中这些产品中的一个被大量销售到现存的(多个)客户，但是其它是空气分离过程的低价值的“副产品”。空气由大约23%的02和75%的~2(按重量计)组成，剩余部分由co2、氩气、氖气、氢气、氦气、氪气和氣气以及一些水分构成。因此，生产用于销售到例如钢厂、玻璃制造设备或医疗保健工业的02的任何空气分离装置也生产