權(quán)利要求書： 1.一種儲能裝置(1；1'、1”、1”')，包括：

用于存儲加壓氣體的氣體容器(10)，

用于存儲熱能的至少一個儲熱元件(12)，以及

用于通過電能加熱所述至少一個儲熱元件(12)的一個或幾個電加熱裝置(13)，其特征在于，所述至少一個儲熱元件(12)和所述一個或幾個電加熱裝置(13)設(shè)置在所述氣體容器(10)內(nèi)，使得當(dāng)加壓氣體存儲在所述氣體容器(10)中時加壓氣體圍繞所述至少一個儲熱元件(12)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲能裝置，其中，所述至少一個儲熱元件(12)由至少60wt.?％的石墨制成，和/或由沙子、石頭或礫石制成。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的儲能裝置，其中，所述至少一個儲熱元件(12)形成混溶間隙相系統(tǒng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的儲能裝置，其中，所述至少一個儲熱元件(12)由混溶間隙合金制成。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的儲能裝置，包括多個儲熱元件(12)和多個電加熱裝置(13)，其中這些電加熱裝置(13)中的每個與這些儲熱元件(12)中的一個相關(guān)聯(lián)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的儲能裝置，其中，一個電加熱裝置(13)用于加熱多個儲熱元件(12)。

7.一種儲能系統(tǒng)，包括：

至少一個根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的儲能裝置(1；1'、1”、1”')，其具有氣體容器(10)、設(shè)置在所述氣體容器(10)內(nèi)的至少一個儲熱元件(12)和用于在充能過程中通過電能加熱所述至少一個儲熱元件(12)的一個或幾個電加熱裝置(13)，用于對氣體加壓的壓縮機(jī)(21；21'、21”)，以便在充能過程中將加壓氣體存儲在所述至少一個儲能裝置(1；1'、1”、1”')的所述氣體容器(10)中，以及渦輪(22、23)，用于在釋能過程中通過存儲在所述氣體容器(10)中的加壓氣體和通過由所述至少一個儲熱元件(12)存儲的熱能產(chǎn)生電能。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的儲能系統(tǒng)，其中，所述儲能系統(tǒng)包括閉環(huán)布置，用于將氣體從所述壓縮機(jī)(21；21'、21”)經(jīng)由所述氣體容器(10)引導(dǎo)到所述渦輪(22、23)，并且從所述渦輪(22、23)回到所述壓縮機(jī)(21；21'、21”)。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的儲能系統(tǒng)，其中，惰性氣體用作要被所述壓縮機(jī)(21；21'、21”)加壓并且要存儲在所述氣體容器(10)中的氣體。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的儲能系統(tǒng)，其中，空氣用作要被所述壓縮機(jī)(21；21'、21”)加壓并且要存儲在所述氣體容器(10)中的氣體，并且其中，所述儲能系統(tǒng)包括開環(huán)布置，用于將新鮮空氣從大氣引導(dǎo)到所述壓縮機(jī)(21；21'、21”)，以便被所述壓縮機(jī)(21；21'、21”)加壓并且以加壓空氣的形式存儲在所述氣體容器(10)中，并且用于將加壓空氣從所述氣體容器(10)經(jīng)由所述渦輪(22、23)引導(dǎo)回大氣。

11.根據(jù)權(quán)利要求7至10之一所述的儲能系統(tǒng)，其中，所述儲能系統(tǒng)適于無燃燒地工作。

12.根據(jù)權(quán)利要求7至10之一所述的儲能系統(tǒng)，其中，所述儲能系統(tǒng)適于在釋能過程的開始時使用存儲在所述氣體容器(10)中的加壓氣體來啟動所述渦輪(22、23)。

13.根據(jù)權(quán)利要求7至10之一所述的儲能系統(tǒng)，包括至少兩個儲能裝置(1'、1”、1”')，其中，第一儲能裝置(1'、1”)串聯(lián)設(shè)置在所述壓縮機(jī)(21；21'、21”)與所述渦輪(22、23)之間，并且其中，第二儲能裝置(1”、1”')串聯(lián)設(shè)置在所述渦輪(22、23)之后或在所述渦輪(22、23)的第一壓力級之后。

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的儲能系統(tǒng)，包括幾個渦輪(22、23)和/或渦輪(22、23)包括幾個壓力級，其中，所述儲能系統(tǒng)另外包括兩個以上的儲能裝置(1'、1”、1”')，并且其中，渦輪(22、23)和/或渦輪(22、23)的壓力級與儲能裝置(1'、1”、1”')串聯(lián)設(shè)置，使得渦輪(22、23)中的每個和/或渦輪(22、23)的壓力級中的每個設(shè)置在兩個儲能裝置之間(1'、1”、1”')。

15.根據(jù)權(quán)利要求7至10之一所述的儲能系統(tǒng)，其中，所述儲能系統(tǒng)是具有汽輪機(jī)(82'、

82”)的組合循環(huán)系統(tǒng)，所述汽輪機(jī)能夠通過所述渦輪(22、23)排出的氣體產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動。

16.根據(jù)權(quán)利要求7至10之一所述的儲能系統(tǒng)，包括幾個壓縮機(jī)(21'、21”)和/或壓縮機(jī)(21)包括幾個壓力級，其中，所述儲能系統(tǒng)另外包括在充能過程中用于產(chǎn)生冰的冷凍機(jī)，以及用于在釋能過程中借助于冰在壓縮機(jī)(21'、21”)之間或在壓縮機(jī)(21)的壓力級之間冷卻氣體的中冷器(3)。

17.根據(jù)權(quán)利要求7至10之一所述的儲能系統(tǒng)，其中，所述壓縮機(jī)(21；21'、21”)由渦輪形成并且附接到同一軸(20)，所述渦輪(22、23)也附接到所述軸。

18.一種儲能系統(tǒng)，包括：

至少一個根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的儲能裝置(1)，其具有容器(10)、具有設(shè)置在所述容器(10)內(nèi)的至少一個儲熱元件(12)和具有用于在充能過程中通過電能加熱所述至少一個儲熱元件(12)的一個或幾個電加熱裝置(13)，用于產(chǎn)生蒸汽的蒸汽發(fā)生器(81、92)，以便在充能過程中將產(chǎn)生的蒸汽存儲在所述至少一個儲能裝置(1)的所述容器(10)中，以及汽輪機(jī)(82'、82”)，用于在釋能過程中通過存儲在容器(10)中的蒸汽和通過由所述至少一個儲熱元件(12)存儲的熱能產(chǎn)生電能。

說明書： 儲能裝置和系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及一種用于以加壓氣體和熱能的形式存儲能量的儲能裝置。本發(fā)明還涉及一種包括這種儲能裝置的儲能系統(tǒng)。背景技術(shù)[0002] 為了發(fā)電，越來越多地使用例如風(fēng)能和太陽能等可再生能源。然而，與可再生能源通常相關(guān)聯(lián)的問題是產(chǎn)生的電力的持續(xù)可用性。例如，風(fēng)具有間歇性，并且不能持續(xù)吹24個小時和一周七天。太陽能僅在白天可用，并且高度依賴于天氣條件，特別是云量。因此，為了使可再生能源更有吸引力，并且提高由這種能源產(chǎn)生的電能的可用性，需要存儲能量。現(xiàn)今，有不同的儲能技術(shù)可用，在高端或低端，有電池、泵存儲系統(tǒng)、壓縮空氣存儲以及使用熱量的儲能的各種形式。借助于這些儲能技術(shù)，當(dāng)有過剩的可再生能源可用時，能量以例如熱能、加壓空氣或化學(xué)能的形式存儲，并且隨后轉(zhuǎn)換為電能，并在對可再生能源需求高和/或可用性低的時期使用。[0003] 現(xiàn)今的儲能系統(tǒng)面臨的主要問題是它們的效率和它們的相對低的儲能密度(單位表面或體積存儲的能量)。[0004] WO2004/072452A1公開了一種組合的熱和壓縮空氣存儲系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中空氣能夠被加壓并存儲在壓力罐中。為了釋能，壓縮空氣被引導(dǎo)通過儲熱單元到燃?xì)鉁u輪。[0005] DE102011112280A1和US2012/0085087A1公開了一種儲能系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中壓縮機(jī)與儲熱裝置串聯(lián)設(shè)置。在兩種情況下都提供了用于存儲壓縮空氣的空氣存儲裝置。[0006] DE4410440A1涉及一種壓縮空氣存儲系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中在對電力需求低時用于通過壓縮機(jī)對空氣加壓。加壓空氣存儲在存儲容器中。在需求高時，加壓空氣用于驅(qū)動膨脹渦輪。[0007] 在WO2016/176174A1中，公開了一種儲熱系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中由多級壓縮機(jī)加壓的空氣在被引導(dǎo)到燃料動力渦輪中之前在電加熱儲熱裝置中加熱。[0008] CN103353060A公開了一種空氣存儲裝置內(nèi)的儲熱裝置的布置。存儲在空氣存儲裝置中的加壓空氣的熱能自動傳遞到儲熱裝置，反之亦然。發(fā)明內(nèi)容[0009] 本發(fā)明的目的是提供一種用于以熱能和壓縮氣體的形式存儲能量的儲能裝置，該儲能裝置是有效率的并且具有低儲能密度。[0010] 為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明提供一種儲能裝置，包括：[0011] 用于存儲加壓氣體的氣體容器，[0012] 用于存儲熱能的至少一個儲熱元件，以及[0013] 用于通過電能加熱至少一個儲熱元件的一個或幾個電加熱裝置，特別是一個或幾個電加熱線圈。[0014] 至少一個儲熱元件和一個或幾個電加熱裝置設(shè)置在氣體容器內(nèi)，使得當(dāng)加壓氣體存儲在氣體容器中時加壓氣體圍繞至少一個儲熱元件。[0015] 在氣體容器內(nèi)的至少一個儲熱元件的布置允許在單個緊湊裝置內(nèi)存儲熱能和壓縮氣體。通過一個或幾個電加熱裝置，至少一個儲熱元件能夠被加熱到在一定界限內(nèi)的任意的高溫。通過圍繞至少一個儲熱元件，加壓氣體用作至少一個儲熱元件的附加隔離，以便將熱能保持在儲能裝置內(nèi)。另一方面，在這種布置下，在儲能裝置內(nèi)使加壓氣體始終保持一定溫度，使得加壓氣體不必預(yù)熱以用于例如驅(qū)動渦輪。甚至可以通過使用一個或幾個電加熱裝置加熱至少一個儲熱元件來加熱存儲在氣體容器內(nèi)的加壓氣體。[0016] 氣體容器通常包括至少一個進(jìn)氣線路和至少一個出氣線路。優(yōu)選地，為每個進(jìn)氣線路提供進(jìn)氣閥，并且為每個出氣線路提供出氣閥，以便能夠切斷相應(yīng)的線路。如果所有這些進(jìn)氣閥和出氣閥都處于其關(guān)閉位置，則氣體容器優(yōu)選以氣密的方式關(guān)閉，使得加壓氣體在多小時甚至多天期間保留在容器內(nèi)，而沒有任何實(shí)質(zhì)性的壓降。[0017] 至少一個儲熱元件中的每個有利地包括固態(tài)存儲介質(zhì)。[0018] 為了具有良好的儲熱能力，至少一個儲熱元件優(yōu)選由至少60wt.?％、優(yōu)選至少80wt.?％、更優(yōu)選至少90wt.?％并且最優(yōu)選100wt.?％的石墨制成。在這種情況下，儲能裝置優(yōu)選地適于在閉環(huán)布置中使用，并且結(jié)合惰性氣體使用。

[0019] 為了保證安全的功能，至少一個儲熱元件優(yōu)選由沙子、石頭和/或礫石制成。在這種情況下，空氣能夠用作要加壓的氣體，并且儲能裝置優(yōu)選適于在開環(huán)布置中使用，在該開環(huán)布置中新鮮空氣從大氣引導(dǎo)至壓縮機(jī)，以便對其加壓。[0020] 然而，在特別優(yōu)選的實(shí)施例中，至少一個儲熱元件形成混溶間隙相系統(tǒng)并且特別由混溶間隙合金制成。根據(jù)本發(fā)明的特別優(yōu)選的實(shí)施例的儲熱元件具有附加的且更高的儲熱能力?？尚械幕烊荛g隙合金的示例是亞鐵鎂(FeMg)、銅鐵(FeCu)和鋁鐵(FeAl)。[0021] 為了實(shí)現(xiàn)有效的隔離，一個或幾個儲熱元件優(yōu)選分別完全設(shè)置在氣體容器內(nèi)。因此，當(dāng)加壓氣體存儲在氣體容器中時，儲熱元件中的每個優(yōu)選完全由加壓氣體圍繞。[0022] 氣體容器以及有利地整個儲能裝置能夠具有一個或幾個管的整體形狀。具有這種形狀氣體容器的儲能裝置的構(gòu)造特別簡單，特別是在壓力問題上。[0023] 一個或幾個電加熱裝置有利地是以例如電線圈的形式的電阻加熱器。為了實(shí)現(xiàn)有效的加熱，電加熱裝置中的每個優(yōu)選緊密圍繞儲熱元件中的一個或幾個。電加熱裝置還能夠達(dá)到儲熱元件中的一個或幾個的內(nèi)部。[0024] 在優(yōu)選實(shí)施例中，儲能裝置包括多個儲熱元件和多個電加熱裝置，其中電加熱裝置中的每個與儲熱元件中的一個相關(guān)聯(lián)。因此，在這種實(shí)施例中，電加熱裝置中的每個適于加熱儲熱元件中的一個。用這種方式，儲熱元件中的每個能夠被任意地加熱到期望的溫度。[0025] 在另一也是優(yōu)選的實(shí)施例中，儲能裝置包括能夠由同一電加熱裝置加熱的多個儲熱元件。因此，單個電加熱裝置用于加熱一個以上的儲熱元件。這樣的實(shí)施例具有簡化的并因而更便宜的構(gòu)造。[0026] 此外，本發(fā)明涉及一種包括如上所述的至少一個儲能裝置的儲能系統(tǒng)。至少一個儲能裝置包括氣體容器、設(shè)置在氣體容器內(nèi)的至少一個儲熱元件和用于在充能過程中通過電能加熱至少一個儲熱元件的一個或幾個電加熱裝置。儲能系統(tǒng)還包括用于對氣體加壓的壓縮機(jī)，以便在充能過程中將加壓氣體存儲在至少一個儲能裝置的氣體容器中。此外，儲能系統(tǒng)包括渦輪，即優(yōu)選為膨脹渦輪，用于在釋能過程中通過存儲在氣體容器中的加壓氣體和通過由至少一個儲熱元件存儲的熱能產(chǎn)生電能。[0027] 因此，在充能過程中，至少一個儲熱元件通過一個或幾個電加熱裝置加熱。為此，一個或幾個電加熱裝置優(yōu)選地包括電網(wǎng)連接件，以便連接到電源。在對至少一個儲熱元件加熱的同時和/或在對至少一個儲熱元件加熱之前和/或之后，但仍然在充能過程中，氣體能夠通過壓縮機(jī)加壓，以便在氣體容器中存儲。[0028] 因此，在充能過程完成之后，能量以熱能和壓縮氣體的形式在至少一個儲能裝置中存儲。[0029] 在釋能過程中，存儲的能量通過渦輪轉(zhuǎn)換成電能。這樣，由至少一個儲能裝置存儲的壓縮氣體和熱能用于驅(qū)動渦輪。因?yàn)閴嚎s氣體和熱能均是可用的，渦輪能夠首先通過壓縮氣體有利地被加速到其旋轉(zhuǎn)工作速度，該壓縮氣體已經(jīng)由于靠近儲熱元件的存儲而預(yù)熱了。在釋能過程中，不需要來自電網(wǎng)的電能來加速渦輪。因此，儲能系統(tǒng)有利地適于在釋能過程的開始時使用存儲在氣體容器中的加壓氣體來啟動渦輪。一旦渦輪達(dá)到其旋轉(zhuǎn)工作速度，能量就能夠從至少一個儲熱元件傳遞到工作介質(zhì)，即氣體，該氣體被引導(dǎo)通過至少一個儲能裝置到渦輪。然后，電能能夠通過耦合到渦輪的普通發(fā)電機(jī)產(chǎn)生。[0030] 在一個實(shí)施例中，惰性氣體能夠用作要被壓縮機(jī)加壓并且要存儲在氣體容器中的氣體。在這種情況下，儲能系統(tǒng)優(yōu)選包括閉環(huán)布置，用于將惰性氣體從壓縮機(jī)經(jīng)由氣體容器引導(dǎo)到渦輪，并且從渦輪返回到壓縮機(jī)。因此，該系統(tǒng)優(yōu)選設(shè)計為使得惰性氣體，即工作介質(zhì)在充能和釋能過程中在閉環(huán)中循環(huán)。惰性氣體在閉環(huán)中循環(huán)的這種實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于，例如由石墨制成的儲熱元件能夠在儲能裝置中使用，該儲能裝置允許儲熱元件被加熱到1000℃以上。

[0031] 在另一實(shí)施例中，空氣能夠用作要被壓縮機(jī)加壓并且要存儲在氣體容器中的氣體。在這種情況下，儲能系統(tǒng)優(yōu)選包括開環(huán)布置，用于將新鮮空氣從大氣引導(dǎo)到壓縮機(jī)，以便被壓縮機(jī)加壓并且以加壓空氣的形式存儲在氣體容器中，并且用于將加壓空氣從氣體容器經(jīng)由渦輪引導(dǎo)回大氣。使用空氣作為工作介質(zhì)的這種實(shí)施例具有關(guān)于該系統(tǒng)的安全性和成本方面的優(yōu)點(diǎn)。[0032] 特別優(yōu)選的是儲能系統(tǒng)適于無燃燒地工作的實(shí)施例。通過使用加壓氣體來加速渦輪以及在已經(jīng)達(dá)到其旋轉(zhuǎn)工作速度之后使用來自儲熱元件的熱能來驅(qū)動渦輪，提供無燃燒的系統(tǒng)是很容易實(shí)現(xiàn)的。通過使用加壓氣體來啟動渦輪，也可以使用現(xiàn)有的具有相對較小改造的燃?xì)鉁u輪。能夠使用現(xiàn)有的啟動和同步裝置。在無燃燒的系統(tǒng)中，沒有與例如回火相關(guān)的問題，回火能夠限制采用順序燃燒的傳統(tǒng)燃?xì)鉁u輪中的溫度水平。同樣，不存在潛在的燃燒脈動、排放、調(diào)諧等問題。替代地，當(dāng)然也可以在燃燒系統(tǒng)內(nèi)使用儲能裝置。[0033] 在優(yōu)選實(shí)施例中，儲能裝置串聯(lián)設(shè)置在壓縮機(jī)與渦輪之間。因此，氣體首先被壓縮機(jī)加壓，然后被引導(dǎo)到儲能裝置中，在該儲能裝置中該氣體能夠存儲起來以備后續(xù)使用。然后，加壓氣體能夠從儲能裝置引導(dǎo)到渦輪，以便驅(qū)動渦輪并且產(chǎn)生電能。[0034] 同樣優(yōu)選的實(shí)施例是，在該實(shí)施例中儲能系統(tǒng)包括至少兩個儲能裝置，其中第一儲能裝置串聯(lián)設(shè)置在壓縮機(jī)與渦輪之間，并且其中第二儲能裝置串聯(lián)設(shè)置在渦輪之后或在渦輪的第一壓力級之后。因此，氣體首先被壓縮機(jī)加壓，然后從壓縮機(jī)流到第一儲能裝置，并且從那里經(jīng)由渦輪或渦輪的第一壓力級流到第二儲能裝置。第二儲能裝置中的加壓氣體能夠用于例如驅(qū)動渦輪的第二壓力級或另外的渦輪，或者它能夠用于在組合循環(huán)系統(tǒng)的熱回收蒸汽發(fā)生器中產(chǎn)生蒸汽，用于驅(qū)動汽輪機(jī)。[0035] 在一些實(shí)施例中，儲能系統(tǒng)甚至能夠包括幾個渦輪和/或渦輪能夠包括幾個壓力級，并且儲能系統(tǒng)能夠另外包括兩個以上的儲能裝置。在這種情況下，渦輪和/或渦輪的壓力級優(yōu)選地與儲能裝置串聯(lián)設(shè)置，使得渦輪中的每個和/或渦輪的壓力級中的每個設(shè)置在兩個儲能裝置之間。[0036] 在所提到的所有實(shí)施例中，儲能系統(tǒng)能夠是，但不需要是具有汽輪機(jī)的組合循環(huán)系統(tǒng)，該汽輪機(jī)能夠通過渦輪排出的氣體產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動。[0037] 儲能系統(tǒng)能夠包括幾個壓縮機(jī)和/或壓縮機(jī)能夠包括幾個壓力級，其中儲能系統(tǒng)另外包括在充能過程中用于產(chǎn)生冰的冷凍機(jī)，以及用于在釋能過程中借助于冰在壓縮機(jī)之間和/或在壓縮機(jī)的壓力級之間冷卻氣體的中冷器，以便改善該系統(tǒng)的效率。[0038] 壓縮機(jī)優(yōu)選地由渦輪形成并且附接到同一軸，渦輪也附接到該軸。附圖說明[0039] 下面參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，該附圖僅用于說明目的，并不具有限制作用。在附圖中示出：[0040] 圖1根據(jù)第一發(fā)明實(shí)施例的儲能裝置的示意圖；[0041] 圖2根據(jù)第二發(fā)明實(shí)施例的儲能裝置的示意圖；[0042] 圖3根據(jù)第一發(fā)明實(shí)施例的具有開環(huán)布置的儲能系統(tǒng)的示意圖；[0043] 圖4根據(jù)第二發(fā)明實(shí)施例的具有開環(huán)布置以及具有兩個壓縮機(jī)和壓縮機(jī)中冷器的儲能系統(tǒng)的示意圖；[0044] 圖5根據(jù)第三發(fā)明實(shí)施例的具有閉環(huán)布置以及具有兩個壓縮機(jī)和冷卻系統(tǒng)的儲能系統(tǒng)的示意圖；[0045] 圖6根據(jù)第四發(fā)明實(shí)施例的具有開環(huán)布置和壓縮機(jī)中冷器并且耦合到區(qū)域供熱系統(tǒng)的儲能系統(tǒng)的示意圖；[0046] 圖7根據(jù)第五發(fā)明實(shí)施例的具有閉環(huán)布置并且以組合循環(huán)系統(tǒng)的形式的儲能系統(tǒng)的示意圖；[0047] 圖8與如圖7所示基本相同的儲能系統(tǒng)的示意圖，但是該儲能系統(tǒng)包括用于在渦輪關(guān)閉情況下使用熱回收蒸汽發(fā)生器的鼓風(fēng)機(jī)；[0048] 圖9本發(fā)明的另一儲能系統(tǒng)的示意圖，在該系統(tǒng)中燃?xì)鉁u輪連接到蒸汽發(fā)電站的閉環(huán)，根據(jù)本發(fā)明的儲能裝置集成在閉環(huán)中；以及[0049] 圖10本發(fā)明的又一儲能系統(tǒng)的示意圖，在該系統(tǒng)中燃煤發(fā)電設(shè)備連接到蒸汽發(fā)電站的閉環(huán)，根據(jù)本發(fā)明的儲能裝置集成在閉環(huán)中。具體實(shí)施方式[0050] 圖1和2示意性地示出了本發(fā)明的儲能裝置1的兩個實(shí)施例。圖3至7示出了包括至少一個本發(fā)明的儲能裝置的本發(fā)明的儲能系統(tǒng)的不同實(shí)施例。在圖3至7的儲能系統(tǒng)中使用的儲能裝置優(yōu)選地根據(jù)圖1和2所示的儲能裝置1設(shè)計。[0051] 在下文中，具有相同或相似的設(shè)計和/或相同或相似的功能的特征通過相同的附圖標(biāo)記或僅通過撇號(')、雙撇號(”)或三撇號(”')彼此區(qū)分的附圖標(biāo)記表示。[0052] 如圖1所示的儲能裝置1包括氣體容器10，該氣體容器是可密封的以氣密，以便將加壓氣體，特別是加壓惰性氣體或加壓空氣存儲在內(nèi)部空間11內(nèi)。儲能裝置1總體上具有緊湊的設(shè)計，其具有氣體容器10和用于氣體和電力的僅幾個連接件15、17和14。[0053] 為了使加壓氣體進(jìn)入氣體容器10的內(nèi)部空間11，儲能裝置1包括具有進(jìn)氣閥16的進(jìn)氣線路15。取決于進(jìn)氣閥16的狀態(tài)，氣體能夠通過進(jìn)氣線路15進(jìn)入內(nèi)部空間11，或者氣體通過進(jìn)氣線路15的通道被切斷。[0054] 為了使存儲的加壓氣體從氣體容器10的內(nèi)部空間11排出，儲能裝置1包括一個或更多個出氣線路17，在當(dāng)前情況下為三個出氣線路，它們中的每個包括出氣閥18。取決于出氣閥18的狀態(tài)，氣體能夠從內(nèi)部空間11排出，或者氣體通過出氣線路17的通道被切斷。[0055] 因此，進(jìn)氣閥16和出氣閥18在全部處于其關(guān)閉狀態(tài)時，能夠一起充當(dāng)用于存儲在氣體容器10的內(nèi)部空間11中的加壓氣體的鎖。除了通過進(jìn)氣線路15和出氣線路17之外，沒有另外的開口以使加壓氣體可能從內(nèi)部空間11逸出。[0056] 在氣體容器10的內(nèi)部空間11內(nèi)，幾個儲熱元件12設(shè)置為使得這些儲熱元件12中的每個由存儲在儲能裝置內(nèi)的加壓氣體完全圍繞。這樣，加壓氣體與儲熱元件12中的每個在該儲熱元件所有側(cè)面上接觸。[0057] 一方面，由加壓氣體圍繞有助于對儲熱元件12的熱隔離。另一方面，由于對儲熱元件12的直接接觸和圍繞，在存儲過程中使加壓氣體保持在儲熱元件12的溫度左右，這有利于以后在釋能過程中使用加壓氣體，例如用于加速渦輪。[0058] 如果要存儲的加壓氣體是惰性氣體，則儲熱元件12具有棒狀形狀，并且優(yōu)選由至少60wt.?％、優(yōu)選至少80wt.?％、更優(yōu)選至少90wt.?％的石墨制成。特別優(yōu)選的實(shí)施例是，其中儲熱元件12形成混溶間隙相系統(tǒng)并且有利地由混溶間隙合金制成。然而，如果空氣用作要存儲的氣體，則沙子、礫石或石頭能夠用于儲熱元件12，因?yàn)檫@些材料具有高熱容量，但不與空氣反應(yīng)。[0059] 為了在充能過程中加熱儲熱元件12，提供了以電加熱線圈形式的電加熱裝置13。電加熱裝置13中的每個是電阻加熱器，該電阻加熱器沿著其基本上整個長度螺旋地圍繞儲熱元件12中的一個。通過電網(wǎng)連接件14，電加熱裝置13能夠連接到電源。

[0060] 圖2示出了本發(fā)明的儲能裝置1的第二實(shí)施例，該儲能裝置與圖1的儲能裝置的區(qū)別在于僅包括單個電加熱裝置13。然而，這個電加熱裝置13圍繞儲能裝置的所有儲熱元件12。因此，在這種情況下，單個電加熱裝置13用于加熱所有儲熱元件12。

[0061] 圖3示出了本發(fā)明的儲能系統(tǒng)的第一實(shí)施例，該儲能系統(tǒng)包括與壓縮機(jī)21、高壓渦輪22和低壓渦輪23串聯(lián)設(shè)置的兩個儲能裝置1：高壓儲能裝置1'和中壓儲能裝置1”。高壓儲能裝置1'設(shè)置在壓縮機(jī)21與高壓渦輪22之間，并且經(jīng)由具有進(jìn)氣閥16'的進(jìn)氣線路15'連接到壓縮機(jī)21，經(jīng)由具有出氣閥18'的出氣線路17'連接到高壓儲能裝置。中壓儲能裝置1”串聯(lián)設(shè)置在渦輪22與渦輪23之間，并且分別經(jīng)由具有進(jìn)氣閥16”的進(jìn)氣線路15”和具有出氣閥18”的出氣線路17”連接到它們。

[0062] 壓縮機(jī)21、高壓渦輪22和低壓渦輪23全部以抗扭的方式附接到公共軸20，并且一起形成壓縮機(jī)/渦輪裝置2。同樣連接到軸20的是用于驅(qū)動壓縮機(jī)21的電機(jī)24和用于通過渦輪22、23利用軸20的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動來產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)25。[0063] 對于電機(jī)24和發(fā)電機(jī)25，能夠使用最先進(jìn)的裝置。電機(jī)24能夠是例如連接到電源的簡單電動機(jī)，或者它也能夠是例如用于將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成軸20的旋轉(zhuǎn)能的風(fēng)力渦輪。發(fā)電機(jī)25能夠是普通發(fā)電機(jī)。

[0064] 如圖3所示的儲能系統(tǒng)具有開環(huán)布置，意味著在充能過程中，來自大氣的新鮮空氣通過進(jìn)氣口26吸入到壓縮機(jī)21中，在壓縮機(jī)中對其加壓。加壓空氣從壓縮機(jī)21經(jīng)由進(jìn)氣線路15'和進(jìn)氣閥16'被引導(dǎo)到高壓儲能裝置1'中，以便存儲在高壓儲能裝置1'內(nèi)。同時，另外的加壓空氣經(jīng)由高壓儲能裝置1'和高壓渦輪22到達(dá)中壓儲能裝置1”，以便存儲在中壓儲能裝置1”內(nèi)。[0065] 此外，在充能過程中，儲能裝置1'和1”的儲熱元件12通過電加熱器13加熱。[0066] 在完成充能過程之后，儲能系統(tǒng)能夠采用存儲狀態(tài)，其中所有進(jìn)氣閥和出氣閥16'、18'、16”和18”關(guān)閉，使得加壓空氣不能從儲能裝置1'和1”逸出。同時，熱能由儲能裝置

1'和1”的儲熱元件12存儲。

[0067] 在釋能過程中，出氣閥18'和18”以受控的方式打開，以便啟動并加速膨脹渦輪22和23的旋轉(zhuǎn)，并且因此啟動并加速整個壓縮機(jī)/渦輪裝置2的旋轉(zhuǎn)。因此，渦輪22和23的啟動只能通過儲能裝置1'和1”中存儲的加壓氣體的能量來執(zhí)行。加速渦輪22、23不需要燃燒和任何電力輔助。為了通過進(jìn)氣口26吸入另外的新鮮空氣，還能夠打開進(jìn)氣閥16'和16”。在通過低壓渦輪23之后，空氣通過出氣口27和排氣管28從系統(tǒng)排放到大氣中。[0068] 一旦渦輪22、23已經(jīng)達(dá)到其旋轉(zhuǎn)工作速度，它們就能夠通過儲能裝置1'和1”的儲熱元件12中存儲的熱能進(jìn)一步驅(qū)動。這樣，熱能從儲熱元件12傳遞到通過儲能裝置1'和1”的氣體。因此，加熱的加壓氣體驅(qū)動膨脹渦輪22和23，并且用這種方式，使該系統(tǒng)保持在其穩(wěn)定狀態(tài)，以通過發(fā)電機(jī)25產(chǎn)生電能。[0069] 在圖4中，示出了儲能系統(tǒng)的第二發(fā)明實(shí)施例。該系統(tǒng)的設(shè)計基本上與圖3的設(shè)計相同，除了有兩個壓縮機(jī)21'和21”，而不是只有一個壓縮機(jī)21。此外，為了改善兩個壓縮機(jī)21'和21”的效率，提供了壓縮機(jī)中冷器3。兩個壓縮機(jī)21'和21”由低壓壓縮機(jī)21'和高壓壓縮機(jī)21”形成，該低壓壓縮機(jī)和高壓壓縮機(jī)串聯(lián)設(shè)置，并且均以抗扭的方式附接到軸20。

[0070] 對于壓縮機(jī)中冷器3，能夠使用包括冷卻器31的最先進(jìn)的裝置，該冷卻器如圖4所示經(jīng)由閥門連接到閃蒸室32，該閃蒸室接著經(jīng)由膨脹閥33連接到蒸發(fā)器34。冷卻器31連接到高壓壓縮機(jī)21”，并且蒸發(fā)器34連接到低壓壓縮機(jī)21'。在離開低壓壓縮機(jī)21'之后，空氣在流入高壓壓縮機(jī)21”之前在閃蒸室32內(nèi)冷卻。[0071] 圖5示出了本發(fā)明的儲能系統(tǒng)的另一實(shí)施例。在這種情況下，儲能系統(tǒng)具有閉環(huán)布置，意味著不會從大氣吸入新鮮空氣，并且不會將空氣或氣體排放到大氣中。然而，要注意的是，關(guān)于儲能裝置1'和1”和壓縮機(jī)/渦輪裝置的該系統(tǒng)的基本元件和基本設(shè)計基本上與圖4的實(shí)施例中的相同。[0072] 由于閉環(huán)布置，從低壓渦輪23通過出口27離開的氣體不會排放到大氣中，而是經(jīng)由進(jìn)氣口26回到低壓壓縮機(jī)21'。由于該系統(tǒng)設(shè)計為使得循環(huán)氣體不能逸出到大氣中，可以使用惰性氣體作為要加壓的氣體。惰性氣體由于其非反應(yīng)特性，允許使用例如固態(tài)石墨棒用于儲能裝置1'和1”的儲熱元件12，這極大改善系統(tǒng)的儲熱能力。[0073] 在從低壓渦輪機(jī)23回到低壓壓縮機(jī)21'的途中，氣體被引導(dǎo)通過兩個同流換熱器4'、4”。在這些同流換熱器4'、4”中，離開低壓壓縮機(jī)21'的氣體的高熱能傳遞到在閉環(huán)的另一個部分中的將要到達(dá)儲能裝置1'和1”的氣體。因此，借助于同流換熱器4'、4”，離開低壓壓縮機(jī)21'的氣體的熱能用于預(yù)熱在閉環(huán)的另一側(cè)的在到達(dá)儲能裝置1'和1”之前的氣體，這極大改善了系統(tǒng)的整體效率。借助于換熱器5，氣體在到達(dá)低壓壓縮機(jī)21'之前進(jìn)一步冷卻到優(yōu)選接近15℃的典型溫度。

[0074] 在該實(shí)施例中也提供了壓縮機(jī)中冷器3，以便在低壓壓縮機(jī)21'與高壓壓縮機(jī)21”之間冷卻氣體。在當(dāng)前情況下，壓縮機(jī)中冷器3具有換熱器的形式。[0075] 為了有效地冷卻流過換熱器5和中冷器5的氣體，提供了冷卻系統(tǒng)6。冷卻系統(tǒng)6包括兩個回路，冷卻介質(zhì)在這兩個回路中的每個中循環(huán)。分別在換熱器5和壓縮機(jī)中冷器3之后，冷卻介質(zhì)在冷卻塔61中冷卻，并且冷凝的冷卻介質(zhì)在冷凝器62中收集，以便再次用于在冷卻換熱器5和壓縮機(jī)中冷器3中分別冷卻氣體。冷卻介質(zhì)的循環(huán)能夠通過每個回路內(nèi)設(shè)置的閥門控制。[0076] 圖6示出了具有開環(huán)布置的發(fā)明實(shí)施例，即將空氣用作要加壓的工作氣體。該系統(tǒng)的基本設(shè)計與圖3中所示的實(shí)施例的設(shè)計相同。然而，與圖3相比，該系統(tǒng)在區(qū)域供熱系統(tǒng)7中的集成在圖6中示出。[0077] 在離開圖6的系統(tǒng)的低壓膨脹渦輪23之后，仍然熱的空氣在通過排氣管28排出之前被引導(dǎo)通過換熱器71。在換熱器71中，熱能從空氣傳遞到區(qū)域供熱系統(tǒng)7的工作介質(zhì)。因此，在該實(shí)施例中，排氣的熱能在區(qū)域供熱系統(tǒng)7中用于例如加熱一個或幾個建筑物和/或一個或幾個熱水鍋爐72中的水。[0078] 圖7示出了儲能系統(tǒng)的另一發(fā)明實(shí)施例，該儲能系統(tǒng)基本上設(shè)計為圖5中所示的儲能系統(tǒng)，但是與其不同的是，另外包括了低壓儲能裝置1”'和熱回收蒸汽發(fā)生器81，氣體在離開低壓渦輪23之后以及經(jīng)由同流換熱器4'、4”和換熱器5回到低壓壓縮機(jī)21'之前被引導(dǎo)通過該低壓儲能裝置和熱回收蒸汽發(fā)生器。[0079] 熱回收蒸汽發(fā)生器81是具有高壓汽輪機(jī)82'和低壓汽輪機(jī)82”的蒸汽發(fā)電站8的一部分。因此，圖7中所示的系統(tǒng)是組合循環(huán)系統(tǒng)。[0080] 儲能裝置1”'串聯(lián)設(shè)置在低壓渦輪23與熱回收蒸汽發(fā)生器81之間，并且用于存儲仍然熱并且加壓的氣體。此外，儲能裝置1”'用于通過儲熱元件12以與儲能裝置1'和1”中相似的方式存儲熱能。[0081] 由儲能裝置1”'存儲的能量和/或流過儲能裝置1”'的氣體用于在熱回收蒸汽發(fā)生器81中產(chǎn)生熱蒸汽。然后，在熱回收蒸汽發(fā)生器81中產(chǎn)生的熱蒸汽用于驅(qū)動汽輪機(jī)82'、82”。借助于汽輪機(jī)82'、82”的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，電能能夠在發(fā)電機(jī)83中產(chǎn)生。在離開汽輪機(jī)82'、

82”之后，蒸汽在經(jīng)由蒸汽鍋筒85和除氧器86引導(dǎo)回?zé)峄厥照羝l(fā)生器81之前，通過冷凝器

84冷凝。

[0082] 離開低壓汽輪機(jī)82”的冷卻的蒸汽能夠用于壓縮機(jī)中冷器3。冷凝器84的冷卻能夠通過冷卻介質(zhì)在冷卻系統(tǒng)6'中循環(huán)并且由冷卻塔61冷卻來執(zhí)行。[0083] 在圖8中，示出了圖7的實(shí)施例的變型。如圖8所示的儲能系統(tǒng)與圖7的儲能系統(tǒng)基本相同，但是另外包括了用于將加壓氣體，例如空氣引導(dǎo)到儲能裝置1”'中的鼓風(fēng)機(jī)90。由于鼓風(fēng)機(jī)90，可以使用具有熱回收蒸汽發(fā)生器81、高壓汽輪機(jī)82'和低壓汽輪機(jī)82”的蒸汽發(fā)電站8，其中渦輪21'、21”、22和23完全關(guān)閉。因此，在關(guān)閉渦輪21'、21”、22和23之后，儲能裝置1”'內(nèi)的熱能能夠經(jīng)由電網(wǎng)連接件產(chǎn)生，而加壓氣體通過鼓風(fēng)機(jī)90產(chǎn)生。當(dāng)然，例如，如果流入儲能裝置1”'的氣體的壓力不足，則也可以將鼓風(fēng)機(jī)90與低壓渦輪23組合使用。[0084] 圖9示出了一種儲能系統(tǒng)，其中燃?xì)鉁u輪22、23連接到蒸汽發(fā)電站8'的閉環(huán)。燃?xì)鉁u輪能夠但不必須包括高壓渦輪22和低壓渦輪23，并且能夠是如例如圖3和4所示的開環(huán)布置的一部分，或者是如例如圖5所示的閉環(huán)布置的一部分。加壓氣體從燃?xì)鉁u輪22、23引導(dǎo)到熱回收蒸汽發(fā)生器81中，該熱回收蒸汽發(fā)生器是蒸汽發(fā)電站8'的一部分。蒸汽發(fā)電站8'另外包括設(shè)置在閉環(huán)中的冷凝器84和汽輪機(jī)82'、82”，與圖7和8中所示的蒸汽發(fā)電站8相似。還與圖7和8的實(shí)施例中相似的是，汽輪機(jī)能夠包括高壓汽輪機(jī)82'和低壓汽輪機(jī)82”。前向泵91被提供為使流體，例如水循環(huán)通過蒸汽發(fā)電站8'的閉環(huán)。[0085] 同樣如圖9所示集成在蒸汽發(fā)電站8'的閉環(huán)中的是用于存儲熱能的儲能裝置1。儲能裝置1中的熱能能夠另外經(jīng)由電網(wǎng)連接件產(chǎn)生。[0086] 如圖9所示的系統(tǒng)的特別優(yōu)點(diǎn)在于，燃?xì)鉁u輪22、23和熱回收蒸汽發(fā)生器81能夠借助于閥門與汽輪機(jī)82'、82”完全分離。使用閥門，可以產(chǎn)生與熱回收蒸汽發(fā)生器81分離的閉環(huán)。然后，汽輪機(jī)82'、82”能夠僅由在儲能裝置1中產(chǎn)生和/或存儲的熱能驅(qū)動。[0087] 在圖10中，示出了包括與圖9中所示的相同的蒸汽發(fā)電站8'的儲能系統(tǒng)。然而，在圖10的實(shí)施例中，蒸汽發(fā)電站8'連接到傳統(tǒng)設(shè)計的燃煤發(fā)電設(shè)備。由燃煤發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的熱能用于以燃煤鍋爐92的形式的蒸汽發(fā)生器，以便產(chǎn)生用于驅(qū)動汽輪機(jī)82'、82”的熱蒸汽。能夠提供鼓風(fēng)機(jī)90以將加壓氣體，例如空氣引導(dǎo)到燃煤鍋爐92中。如圖9的實(shí)施例中，蒸汽發(fā)生器，即這里的燃煤鍋爐92能夠分離，并且蒸汽發(fā)電站8'能夠由在儲能裝置1中存儲的熱能驅(qū)動。

[0088] 當(dāng)然，本發(fā)明不限于前述實(shí)施例，并且可以進(jìn)行多個修改。例如，可以任意組合圖3至10的實(shí)施例?？梢栽O(shè)想，例如，將具有開環(huán)布置的儲能系統(tǒng)設(shè)計為組合循環(huán)系統(tǒng)的一部分。同樣，壓縮機(jī)和渦輪不一定必須附接到同一的軸上。多軸布置也是可行的。在組合循環(huán)系統(tǒng)的情況下，用于燃?xì)鉁u輪和汽輪機(jī)兩者的具有一個發(fā)電機(jī)的單軸布置是可行的。當(dāng)與例如由沙子、礫石或石頭制成的不易燃的儲熱元件組合時，也可以在具有閉環(huán)布置的系統(tǒng)中使用例如空氣作為要加壓的氣體，這將改善系統(tǒng)的安全性。此外，容易設(shè)想到僅包括單個儲能裝置的實(shí)施例。多個另外的修改是可行的。[0089] 附圖標(biāo)記說明[0090] 1儲能裝置24電機(jī)[0091] 1'高壓儲能裝置25發(fā)電機(jī)[0092] 1”中壓儲能裝置26進(jìn)氣口[0093] 1”'低壓儲能裝置27出氣口[0094] 10氣體容器28排氣管[0095] 11內(nèi)部空間3壓縮機(jī)中冷器[0096] 12儲熱元件31冷卻器[0097] 13電加熱裝置32閃蒸室[0098] 14電網(wǎng)連接件33膨脹閥[0099] 15、15'、15”進(jìn)氣線路34蒸發(fā)器[0100] 16、16'、16”進(jìn)氣閥[0101] 17、17'、17”出氣線路4'、4”同流換熱器[0102] 18、18'、18”出氣閥5換熱器[0103] 2壓縮機(jī)/渦輪裝置6、6'冷卻系統(tǒng)[0104] 20軸61冷卻塔[0105] 21壓縮機(jī)62冷凝器[0106] 21'低壓壓縮機(jī)[0107] 21”高壓壓縮機(jī)7區(qū)域供熱系統(tǒng)[0108] 22高壓渦輪71換熱器[0109] 23低壓渦輪72熱水鍋爐[0110] 8、8'蒸汽發(fā)電站85蒸汽鍋筒[0111] 81熱回收蒸汽發(fā)生器86除氧器[0112] 82'高壓汽輪機(jī)[0113] 82”低壓汽輪機(jī)9鼓風(fēng)機(jī)[0114] 83發(fā)電機(jī)91前向泵[0115] 84冷凝器92燃煤鍋爐