專利名稱：實用規(guī)模的滲透電網(wǎng)存儲的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的一個或多個方面總體上涉及滲透分離。更具體而言，本發(fā)明的一個或多個方面涉及經(jīng)由諸如正滲透等經(jīng)設計的滲透過程所產(chǎn)生的水力發(fā)電用于實用規(guī)模 (utility scale)電網(wǎng)存儲的用途。
背景技術：
現(xiàn)有的電網(wǎng)存儲選擇，如液流電池、鋰離子電池、儲能輪、壓縮空氣、電容、儲氫和水力蓄能均具有顯著缺點，妨礙它們成為解決電網(wǎng)存儲難題的可行方案。此外，絕大多數(shù)的發(fā)電是熱性質(zhì)的，從而使得電力必須立即產(chǎn)生，因為不存在長期存儲熱量而無損失的有效方式。電網(wǎng)存儲是解決電力電網(wǎng)的固有低效率并將來自化石資源消耗的輸出最大化的關鍵。迄今為止，能源工業(yè)中沒有經(jīng)濟的大規(guī)模電力存儲選擇。需要更好和更有效地使用通過提供緩沖生產(chǎn)和需求之間差異的存儲設施而產(chǎn)生的電能。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個或多個實施例，本文公開了一種實用規(guī)模電網(wǎng)存儲的解決方案，其為在自然界固有地不可靠的可再生能源(如太陽、熱、光伏(PV)、風、水力、生物質(zhì)和潮汐)提供了電力可靠性。公開了一種可存儲大量低成本電力并按需以高速率放電的大規(guī)模滲透電池。以此方式，可為可再生設施經(jīng)營者提供電網(wǎng)存儲解決方案，該解決方案允許每天M小時連續(xù)發(fā)電而無中斷。此外，所公開的實用規(guī)模電網(wǎng)存儲解決方案可與任何類型的熱力發(fā)電法(煤炭、核能、天然氣、石油)結(jié)合使用以提供存儲組件，從而可存儲一部分能量，并按需在任何時間傳輸該部分能量。在一些方面，可將不能有效存儲的熱能轉(zhuǎn)化為化學勢(滲透壓)形式的“存儲水力”能形式，其可得以無限期地存儲而無任何能量滲漏或損失?；蛘撸?電能也可作為化學勢(滲透壓)形式的“水力”能而得以存儲。根據(jù)一個或多個實施例，公開了一種操作滲透電池的方法。所述方法可包括提供稀釋鹽溶液的源，分離所述稀釋鹽溶液以形成濃縮溶液和基本上去離子的溶液，以及將能量存儲為所述濃縮溶液和所述基本上去離子的溶液之間的化學勢差。在至少一個實施例中，所述濃縮溶液可包括氨-二氧化碳溶液。在一些實施例中，分離所述稀釋鹽溶液可包括將所述稀釋鹽溶液引入熱汽提法。在至少一個其他實施例中，所述濃縮溶液可包括無機鹽溶液。在另一實施例中，所述濃縮溶液可包括有機溶質(zhì)溶液或者有機和無機溶質(zhì)的混合物。在一些實施例中，將能量存儲為化學勢能差可包括基于鹽度差存儲能量。所述方法還可包括將化學勢能差轉(zhuǎn)化為電力。在一些實施例中，將化學勢能差轉(zhuǎn)化為電力可使用反電滲析法進行。在其他實施例中，將化學勢能差轉(zhuǎn)化為電力可使用壓力延緩滲透過程進行。在數(shù)個實施例中，將化學勢能差轉(zhuǎn)化為電力可使用水電渦輪機和發(fā)電機進行。所述壓力延緩滲透過程可包括加壓至少一部分所述濃縮溶液。所述壓力延緩滲透過程還可包括增加至少一部分經(jīng)加壓的濃縮溶液的體積。增加體積可包括利用膜通量將至少一部分稀釋溶液引入經(jīng)加壓的濃縮溶液。增加體積也可包括基于濃縮溶液和稀釋溶液之間的滲透壓差使用半透膜產(chǎn)生液壓。所述壓力延緩滲透過程還可包括減小至少一部分加壓溶液體積的壓力以產(chǎn)生電力。減小壓力可包括使加壓溶液流過渦輪機。所述方法還可包括將減壓溶液引入分離單元。所述方法還可包括與發(fā)電機結(jié)合使用渦輪機以產(chǎn)生電力。所述分離單元可產(chǎn)生稀釋和再濃縮的流以在方法中再使用。在另外的實施例中，可使用與壓力交換器結(jié)合的單獨工作流體以從稀釋的加壓汲取溶液傳遞壓力，從而產(chǎn)生與渦輪機接觸的單獨加壓流體。以此方式，可選擇加壓工作流體的組成以與所需的渦輪機材料相容，例如， 使得渦輪機不暴露于高鹽度。因此，可獨立于濃縮汲取溶液和基本上稀釋的工作溶液的組成來選擇渦輪機流體流。在一些實施例中，所述分離單元可包括蒸餾柱、滲透蒸發(fā)單元或膜分離單元。所述方法可包括給所述分離單元供給電力。在其他實施例中，可給所述分離單元供給由上游單元操作產(chǎn)生的低級或低品位熱量。在其他實施例中，可直接給所述分離單元供給通過燃燒化石燃料(如煤炭、天然氣或石油)產(chǎn)生的熱量。在其他實施例中，可直接給所述分離單元供給從核能或核反應產(chǎn)生的熱量。在其他實施例中，可給所述分離單元供給從地熱或太陽能熱源產(chǎn)生的熱量。在其他實施例中，可直接給所述分離單元供給從制得的流體(如在石油和天然氣提取、煤層甲烷生產(chǎn)、含汽油頁巖的斷層中的那些)和地熱源以及從提高的石油回收的二氧化碳產(chǎn)生的熱量。在其他實施例中，可直接給所述分離單元供給從加熱和冷卻水(如用于區(qū)域冷卻系統(tǒng)以及聯(lián)產(chǎn)過程(其中排出熱用于市政供熱)中的那些)產(chǎn)生的熱量。所述方法還可包括將由所述分離單元產(chǎn)生的水提供至工業(yè)、灌溉或飲用使用地點。所述方法還可包括將電力傳輸至使用地點。所述方法還可包括長時間存儲稀釋和濃縮溶液形式的能量，然后當需要時傳輸電力。在一些實施例中，使用電能分離稀釋鹽溶液的步驟包括將所述稀釋鹽溶液引入納濾、反滲透或電去離子(EDI)過程。在至少一些實施例中，從勢能產(chǎn)生電力的過程包括壓力延緩滲透過程。在其他實施例中，從勢能產(chǎn)生電力的過程包括反電滲析(RED)過程。根據(jù)一個或多個實施例，公開了一種滲透能量存儲系統(tǒng)。所述滲透存儲系統(tǒng)可包括具有半透膜的壓力延緩滲透單元、流體連接至所述壓力延緩滲透單元的第一入口的濃縮溶液的源、流體連接至所述壓力延緩滲透單元的第二入口的稀釋溶液的源和流體連接所述壓力延緩滲透單元下游的渦輪機。在一些實施例中，所述系統(tǒng)還可包括流體連接渦輪機下游的蒸餾柱。所述蒸餾柱可流體連接至所述濃縮溶液的源和所述稀釋溶液的源。所述系統(tǒng)還可包括熱連接至所述蒸餾柱的熱能源。在另一個實施例中，電能源可連接至RO系統(tǒng)以將稀釋的汲取溶液分離為低溶質(zhì)水和再濃縮的汲取溶液。在一些實施例中，所述熱能源可包括可再生能源。在至少一個實施例中，所述可再生能源可包括太陽能、潮汐能、生物質(zhì)能、水力能或風能系統(tǒng)。在其他實施例中，所述系統(tǒng)還可包括連接至所述蒸餾柱的電源。在其他實施例中，所述系統(tǒng)還可包括流體連接渦輪機下游的滲透蒸發(fā)單元或膜分離單元。在至少一個實施例中，反滲透單元可流體連接渦輪機下游。所述系統(tǒng)還可包括被配置成用于檢測來自電網(wǎng)能量分配系統(tǒng)的能量需求的控制器。在一些實施例中，所述系統(tǒng)還可包括流體連接至所述蒸餾柱出口的工業(yè)用水、灌溉用水或飲用水使用地點。所述系統(tǒng)還可包括電連接渦輪機下游的電網(wǎng)能量分配系統(tǒng)?；矩摵砂l(fā)電廠可連接至所述電網(wǎng)能量分配系統(tǒng)。在至少一個實施例中，所述基本負荷發(fā)電廠可基于煤炭或天然氣或核能。根據(jù)一個或多個實施例，一種操作滲透電池的方法可包括提供稀釋鹽溶液的源； 分離所述稀釋鹽溶液以形成濃縮溶液和基本上稀釋的工作溶液；將所述濃縮溶液以與所述基本上稀釋的工作溶液流體分離的方式存儲；以及保持所述濃縮溶液和所述基本上稀釋的工作溶液之間的濃度梯度以將能量存儲為所述濃縮溶液和所述基本上稀釋的工作溶液之間的化學勢能差。根據(jù)一個或多個實施例，一種滲透能量系統(tǒng)可包括具有半透膜的壓力延緩滲透單元；勢能存儲單元，它包括流體連接至所述壓力延緩滲透單元的第一入口的濃縮溶液的源和流體連接至所述壓力延緩滲透單元的第二入口的稀釋的工作溶液的源；流體連接壓力延緩滲透膜單元下游的渦輪機；以及連接至渦輪機單元的發(fā)電機。根據(jù)一個或多個實施例，一種操作滲透電池的方法可包括提供稀釋鹽溶液的源； 使用電能分離所述稀釋鹽溶液以形成濃縮溶液和基本上稀釋的工作溶液；存儲所述濃縮溶液和所述基本上稀釋的工作溶液；保持所述濃縮溶液和所述基本上稀釋的工作溶液之間的濃度梯度以利用勢能；以及響應于電力需求將所述濃縮溶液和所述基本上稀釋的工作溶液弓I入從勢能產(chǎn)生電力的過程。在一些實施例中，使用電能分離所述稀釋鹽溶液的步驟包括將所述稀釋鹽溶液引入納濾、反滲透或電去離子(EDI)過程。在至少一個實施例中，從勢能產(chǎn)生電力的過程包括壓力延緩滲透過程。在其他實施例中，從勢能產(chǎn)生電力的過程包括反電滲析(RED)過程。根據(jù)一個或多個實施例，一種操作滲透電池的方法可包括將稀釋鹽溶液引入熱分離過程以形成濃縮溶液和基本上稀釋的工作溶液；存儲所述濃縮溶液和所述基本上稀釋的工作溶液；保持所述濃縮溶液和所述基本上稀釋的工作溶液之間的濃度梯度以利用勢能； 以及響應于電力需求將所述濃縮溶液和所述基本上稀釋的工作溶液引入壓力延緩滲透過程而從勢能產(chǎn)生電力。在一些實施例中，所述熱分離過程包括蒸餾過程。根據(jù)一個或多個實施例，一種滲透能量系統(tǒng)可包括電網(wǎng)能量傳輸系統(tǒng)；與所述電網(wǎng)能量傳輸系統(tǒng)電連接的電化學發(fā)電機；以及勢能存儲單元，它包括流體連接至所述電化學發(fā)電機的第一入口的濃縮溶液的源和流體連接至所述電化學發(fā)電機的第二入口的稀釋的工作溶液的源。在一些實施例中，所述電化學發(fā)電機包括反電滲析(RED)單元。下面，詳細討論其他方面、實施例以及這些示例性方面和實施例的優(yōu)點。此外，應了解前述信息和以下詳細描述僅為各個方面和實施例的說明性例子，旨在提供用于理解所要求保護的方面和實施例的性質(zhì)和特性的概述或框架。本說明書包括的附圖用于為各個方面和實施例提供說明和進一步的理解，附圖被引入本說明書并構成本說明書的一部分。附圖以及說明書的其他部分用于解釋所描述和要求保護的方面和實施例的原理和操作。


至少一個實施例的各個方面在附圖中表示。附圖為了說明和解釋的目的而提供， 不旨在作為本發(fā)明范圍的限定。在附圖中圖1表示根據(jù)一個或多個方面的滲透電池的第一實施例；圖2表示根據(jù)一個或多個方面的滲透電池的第二實施例；圖3表示根據(jù)一個或多個方面的滲透電池的第三實施例；
圖4表示正滲透系統(tǒng)的示意圖，說明根據(jù)如隨后的實施例5所討論的一個或多個方面的與燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)組合的滲透電網(wǎng)存儲系統(tǒng)和方法的使用；圖5A和圖5B表示正滲透系統(tǒng)的示意圖，說明根據(jù)如隨后的實施例6所討論的一個或多個方面的與柴油發(fā)動機組合的滲透電網(wǎng)存儲系統(tǒng)和方法的使用；以及圖6A和圖6B表示正滲透系統(tǒng)的示意圖，說明根據(jù)如隨后的實施例7所討論的一個或多個方面的與電廠冷卻過程組合的滲透電網(wǎng)存儲系統(tǒng)和方法的使用。
具體實施例方式根據(jù)一個或多個實施例，公開了可用于發(fā)電以及電力存儲的系統(tǒng)和方法。更具體地，公開了用于滲透存儲以及滲透發(fā)電的系統(tǒng)和方法。本文所述的一個或多個實施例涉及使能量的存儲與電力的產(chǎn)生相分離的水力發(fā)電。所公開的抽水水力發(fā)電系統(tǒng)和方法使用滲透勢以產(chǎn)生液壓。由于所述系統(tǒng)和方法主要是非熱性質(zhì)的，因而儲能的產(chǎn)生可以與電力的產(chǎn)生分離。某些方面允許從熱源和電源存儲能量。根據(jù)一個或多個實施例，所公開的滲透電網(wǎng)存儲系統(tǒng)和方法在電網(wǎng)調(diào)平(leveling)和管理電網(wǎng)需求響應方面是有效的。根據(jù)一個或多個實施例，滲透電池或滲透存儲裝置可將電網(wǎng)的勢能存儲在有需要的適當位置，從而無需被傳輸長距離而導致電力損失。這樣的實施例也用作使較不可靠的能源(如可再生能源)與基本負荷源(如煤炭、核能和天然氣)一樣持續(xù)的機制。根據(jù)一個或多個實施例，鹽度差為存儲能量的機制?？赏ㄟ^從高度濃縮的鹽溶液或鹽水分離淡水而存儲能量。存儲的淡水量可以代表按需可得的能量的量。當需要電力時， 淡水和鹽水之間的滲透壓可產(chǎn)生使水自發(fā)流過膜的高滲透壓。隨后可將水的流動引導通過渦輪機以產(chǎn)生電力。根據(jù)一個或多個實施例，所公開的滲透電池可將能量存儲為與第一和第二溶液之間的鹽度差相關的化學勢。通過基于鹽度差的被稱為壓力延緩滲透(PRO)的方法，能量可得以大量存儲并快速釋放。壓力延緩滲透通常涉及從兩種溶液(如濃縮的汲取溶液和稀釋的工作流體)之間的鹽濃度差獲得滲透能或鹽度梯度能。在一些實例中，汲取溶液可為第一溶液，淡水或接近去離子水可為第二溶液。在一些實施例中，可將一個或多個膜組件裝入壓力容器中以促進壓力延緩滲透。在壓力延緩滲透中，可將汲取溶液引入膜的第一側(cè)的壓力室中。在一些實施例中，可基于汲取溶液和稀釋的工作流體之間的滲透壓差對至少一部分汲取溶液進行加壓?？蓪⑾♂尩墓ぷ髁黧w引入膜的第二側(cè)。稀釋的工作流體可通常經(jīng)由滲透而穿過膜移動，由此增加膜的加壓的汲取溶液側(cè)的容積。當壓力得以補償時，渦輪機可旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電力。在一些實施例中，壓力延緩滲透組件可在約0至2000psi之間的壓力下操作。一些非限制性的壓力延緩滲透實施例可涉及1000-2000psi的壓力。然后可對所得的稀釋的汲取溶液進行處理，如分離，從而再利用。在一些實施例中，低溫熱源(如工業(yè)廢熱) 可用于壓力延緩滲透系統(tǒng)或方法中或可促進壓力延緩滲透系統(tǒng)或方法。所公開的滲透電池的一個非限制性實施例在圖1中示意表示。方法的第一步驟類似于例如PCT申請公開No. WO 2008/060435中記載的滲透熱機法，為了所有目的將該申請以全文引用方式并入本文。滲透熱機可使用將滲透壓轉(zhuǎn)化為電力的半透膜將勢能轉(zhuǎn)化為機械功。在一些實施例中，濃縮的汲取溶液，如氨-二氧化碳汲取溶液，可產(chǎn)生高滲透壓，從而在液壓梯度作用下產(chǎn)生穿過半透膜的水通量。將渦輪機中增加的汲取溶液體積減壓可產(chǎn)生
8電力。通過將稀釋的汲取溶液分離為再濃縮的汲取溶液和去離子水工作流體(兩者均在滲透熱機中再利用)中可使該過程保持在穩(wěn)定態(tài)操作。根據(jù)一個或多個實施例，隨后可將鹽的稀釋的汲取溶液分離為濃縮的汲取溶液和接近去離子的工作溶液。在一些實施例中，包括從發(fā)電過程或工業(yè)過程排出的任何形式的熱量的廢熱可用于驅(qū)動分離操作。在至少一個非限制性實施例中，廢熱可為低級熱量，例如，在低于約200°C下的熱量。在其他實施例中， 電能可驅(qū)動分離過程。所得溶液為固有地穩(wěn)定和安全的。這些溶液可將能量存儲在化學勢能差或鹽度差中。根據(jù)一個或多個實施例，存儲裝置的能量容量可直接取決于兩種溶液之間的鹽度差和所存儲的溶液的體積。只要這些溶液分別增加體積，則電力就得以存儲。當接受者或電網(wǎng)需要電力時，兩種溶液之間的鹽度差可通過壓力延緩滲透而被轉(zhuǎn)化為電力。在一些實施例中，濃縮的汲取溶液可通過兩種溶液之間的滲透壓差而得以加壓，水從稀釋溶液穿過半透膜的流動可增加加壓溶液的體積。加壓的汲取溶液的增加的體積可通過流過渦輪機而得以減小，這降低了溶液壓力，從而產(chǎn)生電力。然后可例如通過引入熱量而處理減壓的溶液， 從而將其再次分離為用于能量存儲、再次用于按需電力傳輸?shù)臐饪s溶液和稀釋溶液。該電力可用于彌補與可再生發(fā)電相關的停工期。根據(jù)一個或多個實施例，滲透系統(tǒng)和方法可用于電網(wǎng)能量存儲。電網(wǎng)能量存儲通常涉及大規(guī)模能量存儲，其中在當產(chǎn)生超過消耗時的期間中存儲電能以隨后在當消耗超過產(chǎn)生之時使用。因此，產(chǎn)生可以維持在相當穩(wěn)定的水平，而不會響應于瞬時消耗而劇烈地按比例放大或縮小。電網(wǎng)能量存儲通常使更容易和更有效的操作和產(chǎn)生成為可能。本文公開的滲透電網(wǎng)存儲相比于常規(guī)電網(wǎng)存儲選擇具有許多優(yōu)點。在至少一些實施例中，不存在燃料成本，因為可使用廢熱而不是電力，并且不存在電力損失。由于數(shù)兆瓦的存儲容量，因而系統(tǒng)能夠大規(guī)模操作?？焖俜烹姾透吖β瘦敵鲆彩强赡艿摹Ｋ_的存儲系統(tǒng)易于許可和設置，無需特定的地形和地質(zhì)。在一些非限制性實施例中，系統(tǒng)可在 75-80%往返電效率下操作并可涉及低能量操作。系統(tǒng)是低成本的，不具有昂貴組件。也不存在能量滲漏，因為鹽度差是永久存儲機制。系統(tǒng)也是安全的，不具有危險或有害的材料或組件。此外，大規(guī)模滲透存儲設計簡單，至少一些實施例可以要求最低限度的設備，如存儲罐(標準大規(guī)模水存儲)、分離設備(如常規(guī)蒸餾柱、汽提器和吸收器)、水輪機和滲透膜。這樣，所公開的滲透電池可以幾乎在任何地方建造，并可服務于快速發(fā)展的可再生能量工業(yè)。此外，由于它們可使用廢熱而不是電力進行充電，因而現(xiàn)有電廠的效率可得以提高，并且無價值廢產(chǎn)物可被轉(zhuǎn)化為有價值的按需峰值功率。存儲于所公開的裝置中的能量可提供備用電力用于調(diào)平能量輸出并增加供電過程的可靠性。此外，發(fā)電機的碳排放量可得以降低，從而增加總效率，且碳補償可立即產(chǎn)生。根據(jù)一個或多個實施例，低級熱量可被轉(zhuǎn)化為鹽度不同的存儲溶液，使得它們可在任何時候用于通過壓力延緩滲透而產(chǎn)生電力。所公開的滲透電池和電網(wǎng)存儲系統(tǒng)可分離為分離部分和發(fā)電部分，所述分離部分使用熱量或電力將稀釋的汲取溶液分離為濃縮的汲取溶液和稀釋的工作流體，所述發(fā)電部分使用兩種溶液(濃縮的汲取溶液和稀釋的工作流體)產(chǎn)生電力。因此，通過使用這些溶液，可將熱量轉(zhuǎn)化為化學勢能(以兩種溶液之間的滲透壓差的形式)。半透膜可用于產(chǎn)生液壓，該液壓進而在渦輪機中得以降低，從而產(chǎn)生電能。在一些實施例中，通過在熱分離過程(如涉及蒸餾柱的熱分離過程)中使用熱量而產(chǎn)生的勢能可以以在罐中累積至任意體積的兩種溶液的形式進行存儲。例如，通過累積鹽水和稀釋溶液體積，勢能可得以存儲。兩種溶液的體積越大，它們的鹽度差越大，則能量存儲越大。以此方式，所公開的系統(tǒng)和方法可不同步地操作用于能量存儲。當需要發(fā)電時， 可通過半透膜組合兩種溶液，從而產(chǎn)生電能。在各參數(shù)中，功率輸出可與兩種溶液之間的滲透壓差、汲取溶液上的液壓和所用的膜面積相關。將提供能源的鹽和水的分離與使用壓力延緩滲透的電力產(chǎn)生相分離提供了獨特的存儲特性和優(yōu)點。汲取溶液可為水溶液，即，溶劑為水。在其他實施例中，可使用諸如有機溶劑的非水溶液。汲取溶液通常包含一種或多種汲取溶質(zhì)，如熱解鹽、單價鹽、二價鹽、有機溶質(zhì)及其混合物。汲取溶液可含有相對于第一溶液更高的溶質(zhì)濃度。汲取溶液通常能夠在滲透分離系統(tǒng)中產(chǎn)生滲透壓。可使用多種汲取溶液。在一些實施例中，汲取溶液可包含一種或多種可去除溶質(zhì)。在至少一些實施例中，可使用可熱去除(熱解)溶質(zhì)。例如，汲取溶液可包括熱解鹽溶液。合意的特性可包括產(chǎn)生高滲透勢的能力，以及具有可熱分解和可熱汽提的溶質(zhì)性質(zhì)。根據(jù)一個或多個實施例，汲取溶液可為氨-二氧化碳溶液。在一些實施例中，氨-二氧化碳汲取溶液能夠脫鹽以促進本文公開的電網(wǎng)能量存儲。汲取溶液在本文中可稱為濃縮溶液。在一些非限制性實施例中，汲取溶液可為氨和二氧化碳的濃縮溶液。在至少一個實施例中，所用的汲取溶質(zhì)可為如上引入的WO 2008/060435中記載的氨-二氧化碳汲取溶液。 也可使用諸如McGinnis的美國專利申請公開No. US 2005/0145568和McGinnis的美國專利No. 6，391，205 (為了所有目的以全文引用方式并入本文)中公開的那些氨和二氧化碳汲取溶液。根據(jù)一個或多個實施例，氨與二氧化碳的比率通常應匹配在汲取溶質(zhì)去除和回收過程中所用的汲取溶液濃度和溫度。若該比率不足夠高，則不能完全將汲取溶質(zhì)氣體吸收至鹽以在濃縮溶液中再利用，若該比率過高，則在汲取溶液中將存在過量的氨，其不能在所需溫度范圍(如使用廢熱驅(qū)動過程所需的溫度范圍)內(nèi)適當冷凝。例如，在一些實施例中， 蒸餾柱可在約50 V下汽提氣體，吸收柱可在約20 V下操作。應進一步考慮氨與二氧化碳的比率以防止氨通過膜進入原料溶液。若該比率過高，則這可導致未離子化的氨以高于所需或合意的濃度存在于汲取溶液(通常主要是銨)中。其他參數(shù)，如給水類型、所需滲透壓、 所需通量、膜類型和汲取溶液濃度可影響優(yōu)選的汲取溶液摩爾比?？稍跐B透分離過程中監(jiān)測和控制氨與二氧化碳的比率。在至少一個實施例中，汲取溶液可包含摩爾比率大于1 1的氨和二氧化碳。在一些非限制性實施例中，對于在大約50C的汲取溶液(汲取溶液摩爾濃度指定為在該溶液中二氧化碳的摩爾濃度)，該比率可為至少約1.1 1(對于至多1摩爾汲取溶液)， 約1.2 1(對于至多1.5摩爾汲取溶液)，約1.3 1(對于至多3摩爾汲取溶液)， 約1.4 1(對于至多4摩爾汲取溶液)，約1.5 1(對于至多4. 5摩爾汲取溶液)， 約1.6 1(對于至多5摩爾汲取溶液)，約1.7 1(對于至多5. 5摩爾汲取溶液)， 約1.8 1(對于至多7摩爾汲取溶液)，約2.0 1(對于至多8摩爾汲取溶液)和約 2.2 1(對于至多10摩爾汲取溶液)。這些是在接近溫度下，這些濃度的溶液的穩(wěn)定溶解度所需的大致最小比率。在更低溫度下，對于相同濃度需要更高的氨與二氧化碳的比率。在更高溫度下，需要更低的比率，但也可需要對溶液的一些加壓以防止溶質(zhì)分解為氣體。即使在小于2摩爾的總濃度下，大于1 1的比率也大大增加溶液的穩(wěn)定性并防止二氧化碳氣體放出以及響應于甚至中等量的熱量和/或壓力下降的通常的汲取溶液的熱解。根據(jù)一個或多個實施例，氨與二氧化碳的比率可基本上允許將汲取溶液氣體完全吸收至吸收流體中。根據(jù)一個或多個實施例，一部分稀釋的汲取溶液可用于吸收例如來自蒸餾柱的汲取溶質(zhì)氣體。在至少一個實施例中，冷卻以及與吸收劑的混合可在吸收柱中發(fā)生。氣體與充當吸收劑的一部分稀釋的汲取溶液(隨后變成濃縮的汲取溶液)的混合可在容器中發(fā)生。通常，可以調(diào)節(jié)容器的尺寸，從而提供足夠大的面積以促進吸收劑和氣體之間的相互作用。在一些實施例中，填充柱可用作吸收器。在一個或多個實施例中，汽提蒸餾柱和吸收柱可結(jié)合使用。加熱可在蒸餾柱中發(fā)生，而冷卻以及與稀釋的汲取溶液吸收劑的接觸可在吸收柱中發(fā)生。在一些實施例中，將稀釋的汲取溶液的第一部分導入蒸餾柱，將稀釋的汲取溶液的第二部分導入吸收器?？蓪㈦x開蒸餾柱的流引入吸收器，在那里所述流與稀釋的汲取溶液混合以返回，從而將汲取溶質(zhì)再引入至正向滲透膜的汲取側(cè)。汲取溶液的濃度、體積和流量通常應匹配第一溶液的濃度、體積和流量，使得兩種溶液之間的所需滲透壓差在整個膜系統(tǒng)得以保持。根據(jù)一個或多個實施例，這可通過考慮膜內(nèi)和其表面的內(nèi)部和外部濃差極化現(xiàn)象進行計算。參照圖2，顯示了淡(稀釋的工作流體)溶液和鹽水(濃縮的汲取溶液)存儲罐， 這實現(xiàn)了將化學勢能存儲于它們之間的鹽度差。渦輪發(fā)電機可通過減壓稀釋的汲取流而將加壓的汲取溶液的體積增加轉(zhuǎn)化為電能?？蓪⒁簤簭南♂尩募橙×鱾鬟f至濃縮的汲取流以在汲取溶液的加壓部分中保持恒定壓力或所需的動壓力范圍的壓力交換器和增壓泵圖中未顯示。最右邊的罐代表用于將稀釋的汲取溶液分離為濃縮流和稀釋流的蒸餾柱，柱右邊的箭頭代表熱量引入和排出(在較低溫度下排出)。第三個罐(未顯示)可用于在經(jīng)由熱 (即，使用廢熱)或電過程將稀釋的汲取溶液(淡溶液和鹽溶液的組合)分離為淡溶液和鹽溶液之前容納該稀釋的汲取溶液任意時間。根據(jù)一個或多個實施例，在封閉循環(huán)反滲透-壓力延緩滲透(RO-PRO)系統(tǒng)中的鹽度差可用于將電力存儲為兩種溶液中的化學勢差(它們之間的濃度差和滲透壓差)。在該實施例中，電能可用于加壓鹽水流，使得當該鹽水流沿半透膜表面通過時，發(fā)生所述流的濃縮，并且在滲透液側(cè)產(chǎn)生稀釋水。濃縮溶液和稀釋溶液可存儲于單獨的罐中，以此方式，電能可轉(zhuǎn)化為兩種溶液之間的滲透壓差的勢能。系統(tǒng)的能量容量受制于兩種溶液的體積和它們之間的滲透壓差。該勢能可存儲長時間而不會降低，且存儲介質(zhì)是固有地安全的。功率輸出通常與兩種溶液之間的滲透壓差、汲取溶液上的液壓以及所用的膜面積相關。當需要電能時，兩種溶液可在封閉循環(huán)PRO過程中使用，從而通過引發(fā)水通量從稀釋溶液穿過半透膜進入加壓的汲取溶液而產(chǎn)生電力。汲取溶液體積的增加可在渦輪機中減壓，從而使用發(fā)電機產(chǎn)生電力。在一些實施例中，該過程的效率與抽水至海拔梯度(抽蓄水力)的效率幾乎相同，因為加壓泵和渦輪機效率類似。低效率可能是因為用于通過離開的稀釋的汲取溶液和進入的濃縮的汲取溶液之間的液壓傳遞以及通過在管道、熱傳遞和膜系統(tǒng)中的摩擦壓力損失而保持汲取溶液壓力所實施的任何壓力交換器(95-98%有效)和相關增壓泵。能量存儲的總效率預期為大于75%。在該實施例中，合意的是當溶質(zhì)排出時使用熱汽提和吸收系統(tǒng)以保持稀釋流中的低溶質(zhì)濃度，因為在反滲透(RO)步驟過程中這些溶質(zhì)可趨于進入滲透液。在一些實施例中，可進行稀釋溶液的定期排出并再填充稀釋水以保持稀釋流中的低溶質(zhì)濃度。
在一個可選擇的實施例中，可使用納濾(NF)膜而不是RO膜與PRO的組合用于能量存儲以發(fā)電。在使用二價鹽作為汲取溶質(zhì)的一些實施例中，NF膜可履行相同的功能，但提供降低的水通量阻力。在其他實施例中，可使用其他溶質(zhì)，從而可通過有效去除所述溶質(zhì)但對總效率無過大不利影響的任何分離方式而從稀釋溶液(R0步驟的滲透液)定期降低它們的濃度。這種第二分離步驟的例子為稀釋流上的離子交換樹脂系統(tǒng)，用濃縮的汲取溶液或用酸和/或堿再填充。這種溶質(zhì)的一個例子為各種二價鹽。若其他汲取溶質(zhì)能產(chǎn)生高滲透壓，則它們也可用于電存儲變體中，并通過RO或NF和PRO膜良好排出。在一個可選擇的實施例中，二價鹽可用于具有高排斥RO和PRO膜的電變體中，因為它們極少透過進入滲透液?；蛘?，可使用幾乎完全被膜排斥的溶質(zhì)，如低分子量帶電有機分子或三價鹽。在一個可選擇的實施例中，可使用隨溫度變化發(fā)生沉淀的溶質(zhì)作為汲取溶質(zhì)，其可包括有機和/或無機溶質(zhì)。這些溶質(zhì)在能量存儲階段中的分離可在具有或不具有膜分離步驟的情況下完全或部分通過稀釋的汲取溶液的熱調(diào)控而進行。在一些實施例中，所用的汲取溶質(zhì)可為氯化鈉或任何其他的鹽或滲透劑，但對于使用這種常規(guī)溶質(zhì)，應當滿足兩個條件之一膜對于排斥鹽的透過必須接近100%有效(例如碳納米管或水通道蛋白類膜)，或者稀釋溶液必須定期排出并用淡水、極低鹽度的水替換或經(jīng)受第二分離步驟，從而保持稀釋的工作流體中的低溶質(zhì)濃度。這是因為當汲取溶質(zhì)通過而進入電廠的RO操作階段的滲透液時，在能量存儲和傳輸?shù)姆磸脱h(huán)中在稀釋的汲取溶液中發(fā)生的鹽的累積，這會導致PRO系統(tǒng)中不利的內(nèi)部濃差極化或降低反電滲析(RED) 或其他發(fā)電系統(tǒng)的效率。以此方式，稀釋的工作流體溶液可在任意循環(huán)數(shù)中保持在低鹽度下。在其他實施例中，所用的汲取溶質(zhì)可為氨-二氧化碳溶質(zhì)，如可衍生自氨-二氧化碳熱解鹽汲取溶液滲透劑。這種汲取溶質(zhì)可得自正滲透脫鹽過程或滲透熱機過程，包括但不限于WO 2008/060435、美國專利No. 6，391，205和美國專利公布No. US 2005/0145568所述的那些，為了所有目的將上述每個文獻以全文引用方式并入本文。在這種配置中，預期少量汲取溶質(zhì)在操作的RO階段過程中通過而進入稀釋溶液，但這些汲取溶質(zhì)可通過使用溶質(zhì)從稀釋溶液熱分離而定期或連續(xù)移出并再循環(huán)至濃縮溶液，所述熱分離是通過施加熱， 通過例如使用蒸餾柱，如在上文所指的正滲透脫鹽和滲透熱機過程中記載的以及在PCT申請公布No. WO 2007/146094(為了所有目的其以全文引用方式并入本文)中記載的。這樣， 稀釋的工作流體溶液可在任意循環(huán)數(shù)中保持在低鹽度下。根據(jù)一個或多個實施例，重要的是保持稀釋溶液的低鹽度以防止膜結(jié)構中的內(nèi)部濃差極化。根據(jù)一個或多個實施例，可使用不同于氨-二氧化碳汲取溶質(zhì)的鹽。若分離和再結(jié)合方式涉及高排斥，這是特別合意的。例如，若使用排斥接近100 %的所有鹽的膜，則可使用包括NaCl和MgCl在內(nèi)的任何鹽。參照圖3，淡溶液和鹽溶液罐可分別容納稀釋的工作流體和濃縮的汲取溶液。泵可用于引起濃縮溶液的加壓，從而導致稀釋溶液滲透經(jīng)過半透膜進入標記為“淡”的稀釋溶液罐。這具有濃縮鹽溶液的效果。通過存儲任意體積的具有不同鹽度(滲透壓)的淡溶液和鹽溶液，這些溶液的化學勢差可用作穩(wěn)定、固有地安全的能量存儲方式。第三個罐(未顯示)可用于在通過使用電力以引發(fā)穿過膜的反滲透流動從而將稀釋的汲取溶液分離為上述淡溶液和鹽溶液之前，容納該稀釋的汲取溶液(淡溶液和鹽溶液的組合)任意時間。該系統(tǒng)可具有兩種操作模式將電力存儲為兩種溶液之間的鹽度差的R0，和將該鹽度差轉(zhuǎn)化為電力的PRO。對于PRO操作，所示的壓力交換器可與增壓泵(未顯示)一起使用以通過將液壓從離開的稀釋的汲取溶液傳遞至進入的濃縮的汲取溶液而保持在濃縮的汲取溶液上的壓力，從而將兩種溶液之間的鹽度差轉(zhuǎn)化為電力。通過使稀釋的汲取溶液的加壓膨脹的體積在渦輪機中減壓(例如，如上文關于分離和壓力延緩滲透過程所述的)而實現(xiàn)這種發(fā)電。最左邊的容器為小蒸餾柱，其可用于通過溶質(zhì)的熱汽提而定期或連續(xù)從稀釋溶液移出溶質(zhì)，從而保持溶液的低鹽度?；蛘撸♂屓芤号懦龊驮偬畛溲h(huán)可用于保持該溶液中的低鹽度?？衫玫牧硗獾膶嵤├ù鍾O或蒸餾柱的使用而使用電滲析、離子交換、電容去離子、滲透蒸發(fā)、膜分離或其他分離方式，以將稀釋溶液分離為濃縮流和稀釋流。可以使用用于從鹽度差發(fā)電的RED或其他電化學技術來代替壓力延緩滲透步驟。本文公開的技術大致涉及使用熱量或電力分離這些溶液，以及隨后或同時再組合這些溶液以發(fā)電的各種方法。在一些實施例中，可實施一個或多個所公開的滲透存儲裝置和方法以改進或增加電廠的總效率。例如，所公開的系統(tǒng)和方法可用于補充從諸如煤炭和天然氣和核能等來源的常規(guī)基本負荷發(fā)電。因此可根據(jù)一個或多個實施例改裝現(xiàn)有電廠，從而提高效率、可靠性和存儲。在一些非限制性實施例中，淡溶液和濃縮的汲取溶液之間的水力勢可為約300bar 或接近10，000英尺液壓壓頭。在至少一些非限制性實施例中，總系統(tǒng)效率可在55%至85% 的范圍內(nèi)。在至少一個實施例中，可獲得的效率為至少約75%。根據(jù)一個或多個實施例，水產(chǎn)品可由所公開的系統(tǒng)和方法產(chǎn)生。水產(chǎn)品可具有一種或多種特性或品質(zhì)，使其在各種應用中是可用的或合意的。水產(chǎn)品可為經(jīng)處理的水。在至少一個實施例中，水產(chǎn)品可為脫鹽水。因此，除了存儲能量(即，電力)之外，取決于需要可將水提供至使用地點或用戶。在一些非限制性實施例中，例如，水產(chǎn)品可提供用于工業(yè)、 灌溉或飲用應用。水產(chǎn)品可通過本文所述的分離過程而制得。在一些實施例中，滲透存儲裝置和方法可通過本文公開的廢熱充電。因此，可使得作為返回的輸入能量百分比的能量存儲效率在某些方面基本上不相關。在至少一個實施例中，滲透存儲裝置和方法可僅使用廢熱充電。熱量可來自常規(guī)熱力發(fā)電來源。在一些實施例中，煤炭、天然氣、核能和石油發(fā)電源可提供廢熱。例如，涉及鍋爐、燃氣輪機和往復式發(fā)動機的發(fā)電或熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)系統(tǒng)可提供廢熱。用于蒸汽和發(fā)熱的工業(yè)或商業(yè)鍋爐可提供廢熱。熱量也可來自非常規(guī)來源，如太陽熱發(fā)電、地熱發(fā)電、區(qū)域供熱和冷卻水，或諸如來自石油和天然氣提取、斷層和提高的石油回收操作的制得的流體。在其他實施例中，可在現(xiàn)場例如通過與滲透存儲組合的分配式發(fā)電或組合的實用規(guī)模發(fā)電和滲透存儲而聯(lián)產(chǎn) (cogenerated)熱量。在其他實施例中，裝置和方法的電氣形式可如上所述實施。產(chǎn)生的電力可供應至這種實施例的裝置以給其中的一個或多個單元操作供電。在這種實施例中，能量存儲效率是重要的考慮。在至少一個實施例中，混合的系統(tǒng)和方法依賴于廢熱以及電力。根據(jù)一個或多個實施例，滲透電網(wǎng)存儲系統(tǒng)可用于熱力發(fā)電。滲透電網(wǎng)存儲裝置
13可與任何熱力發(fā)電源結(jié)合使用，從而捕獲排出熱并將其轉(zhuǎn)化為存儲的按需電力。所公開的滲透電網(wǎng)存儲系統(tǒng)可使用來自電廠的排出熱每天至多M小時充電，并在需要電力且電力最昂貴時的一天中的高峰時間供應大量水電。這可增加電廠的總效率，降低碳排放，也為總功率輸出的一部分提供了按需功能(這是目前不存在的能力)。根據(jù)一個或多個實施例，滲透電網(wǎng)存儲系統(tǒng)還可用于太陽熱存儲或地熱存儲。來自常規(guī)熱液源或來自增強地熱系統(tǒng)(EGQ源的自地面提取的地熱可被轉(zhuǎn)化為存儲的能量。 這可增加地熱電廠的總效率，也增加了存儲組件。若存儲的電力更有價值，則可將更多的熱量或更高溫度的熱量送至滲透電網(wǎng)存儲系統(tǒng)以增加存儲，而不是送至雙循環(huán)電廠(binary plant)以立即發(fā)電。在一些實施例中，滲透電網(wǎng)存儲系統(tǒng)可與有機蘭金循環(huán)(organic rankine cycle，0RC)組合以提供低至40°C溫度的熱量的最有效使用。根據(jù)一個或多個實施例，所公開的滲透存儲系統(tǒng)可用于小規(guī)模存儲。滲透電網(wǎng)存儲系統(tǒng)可按比例縮小至小尺寸，例如在1_2(MW范圍內(nèi)，以用于分配式、工業(yè)或用戶電力存儲應用。滲透電網(wǎng)存儲系統(tǒng)可與小規(guī)模往復式發(fā)動機或發(fā)電機結(jié)合，從而例如捕獲排出熱并提供按需電力。小規(guī)模滲透電網(wǎng)存儲系統(tǒng)也可利用來自諸如爐子、熱水加熱器和小鍋爐等工業(yè)設備的熱量。甚至更小規(guī)模的滲透電網(wǎng)存儲系統(tǒng)也可利用簡單的太陽能收集器(如可見于屋頂上的那些)以提供按需電力。根據(jù)一個或多個實施例，滲透電網(wǎng)存儲系統(tǒng)可用于核能存儲。滲透電網(wǎng)存儲系統(tǒng)可與核能相結(jié)合以存儲大量的按需電力。核能是一種產(chǎn)生熱量而無碳影響的極有效的方法。這種熱量可以廢熱的形式直接或間接得以使用，以給滲透電網(wǎng)存儲系統(tǒng)供電。這樣可增加核電廠的總效率，并提供在目前核設施中不存在的存儲機制。根據(jù)一個或多個實施例，滲透電網(wǎng)存儲系統(tǒng)可用于區(qū)域供熱和冷卻。滲透電網(wǎng)存儲系統(tǒng)可與從區(qū)域供熱和冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的熱水相結(jié)合。當發(fā)電時，蒸汽可通過冷凝器(在此處排出熱量)回收。在一些情況中，如聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，熱量隨后用于區(qū)域供熱和冷卻。通常， 熱量為在40-50°C溫度范圍內(nèi)的穿過街道而管道輸送的熱水的形式。這種熱量可用于給滲透電網(wǎng)存儲系統(tǒng)供電以提供存儲的電力。根據(jù)一個或多個實施例，滲透電網(wǎng)存儲系統(tǒng)可與滲透熱泵一起使用。滲透電網(wǎng)存儲系統(tǒng)可與地熱泵相結(jié)合以提供必需的熱量，從而回收汲取溶液。在此情況中，可以沒有蒸餾柱，并用提供汲取溶質(zhì)分離的地下熱泵代替蒸餾柱。以此方式，小規(guī)模滲透電網(wǎng)存儲系統(tǒng)可在存在合理的地下溫度的任何地方設置，從而提供住宅、商業(yè)和分配式能量存儲系統(tǒng)。根據(jù)一個或多個實施例，電網(wǎng)存儲系統(tǒng)可使用電能進出(electrical energy in, electrical energy out)技術。在一個實例中，RO可用于將稀釋的二價鹽溶液濃縮為濃縮溶液和基本上稀釋的工作流體。這些溶液可無限期地存儲以將電力存儲為化學勢。當需要電力時，PRO可用于將這些溶液再組合以產(chǎn)生電力。在一些實施例中，可使用拋光法以防止溶質(zhì)在工作流體中積聚，例如包括離子交換或其他分離方法。以此方式，滲透電網(wǎng)存儲系統(tǒng)可防止溶質(zhì)積聚。例如，弱酸堿的陰離子和陽離子交換樹脂也可與多價鹽溶液一起使用。 定期排出也可如本文所公開那樣實施。根據(jù)一個或多個實施例，裝置、系統(tǒng)和方法通常涉及用于調(diào)整或調(diào)節(jié)裝置或系統(tǒng)組件的至少一個操作參數(shù)(例如但不限于將閥和泵啟動)以及用于調(diào)整一個或多個流體流動流的性質(zhì)或特性的控制器?？刂破骺膳c至少一個被配置成用于檢測系統(tǒng)的至少一個操作參數(shù)(如濃度、流量、PH水平或溫度)的傳感器電子通信。控制器通常被配置成產(chǎn)生控制信號，從而響應于由傳感器產(chǎn)生的信號調(diào)整一個或多個操作參數(shù)。例如，控制器可被配置成接收任何流、滲透分離裝置或電網(wǎng)存儲系統(tǒng)的組件或子系統(tǒng)的條件、性質(zhì)或狀態(tài)的表示?？刂破魍ǔ０ù龠M至少一個輸出信號的產(chǎn)生的算法，所述輸出信號通?；谏鲜鋈魏伪硎局械囊粋€或多個表示以及目標或所需的值，如設定點。根據(jù)一個或多個特定的方面，控制器可被配置成接收任何測得性質(zhì)的表示，并向任何系統(tǒng)組件產(chǎn)生控制、驅(qū)動或輸出信號，從而減小測得性質(zhì)與目標值的任何偏差。根據(jù)一個或多個實施例，工藝控制系統(tǒng)和方法可監(jiān)測各種濃度水平，例如可基于檢測的參數(shù)(包括PH和電導率)。也可控制工藝流流量和罐液位?？杀O(jiān)測溫度和壓力。膜滲漏可使用離子選擇性探針、PH計、罐液位和流流量進行檢測。滲漏也可通過用氣體加壓膜的汲取溶液側(cè)并使用超聲檢測器和/或在給水側(cè)的滲漏目測觀察進行檢測?？杀O(jiān)測其他操作參數(shù)和維護問題。各種工藝效率可例如通過測量產(chǎn)品水流量和品質(zhì)、熱流、電能消耗和能量輸出而進行監(jiān)測。污垢緩解的清洗方案可例如通過測量通量下降而進行控制，所述通量下降通過在膜系統(tǒng)中特定點處的給料和汲取溶液的流量進行確定。在鹽水流上的傳感器可指示何時需要處理，如蒸餾、離子交換、折點氯化或類似的方案。這可使用PH、離子選擇性探針、傅里葉變換紅外(FTIR)光譜法或檢測汲取溶質(zhì)濃度的其他方式完成?？杀O(jiān)測和追蹤汲取溶液條件，從而補充添加和/或更換溶質(zhì)。同樣地，可通過常規(guī)方式或使用諸如銨或氨探針等探針來監(jiān)測產(chǎn)品水品質(zhì)?？蓪嵤〧IlR以檢測存在的物質(zhì)，從而提供用于例如確保正確設備操作的信息以及用于確定諸如膜離子交換效果等行為的信息。根據(jù)一個或多個實施例，系統(tǒng)和方法可與電網(wǎng)結(jié)合以滿足能量需求。系統(tǒng)和方法可與基本負荷能量結(jié)合以提供備用電力，可用于調(diào)平能量輸出，并可增加供電過程的可靠性。在一些實施例中，可監(jiān)測電力需求。與所公開的系統(tǒng)聯(lián)合的控制器可接收指示電力需求的信號。在一些實施例中，可響應于電力需求的檢測而在線引發(fā)或引起滲透發(fā)電過程，如本文所討論的壓力延緩滲透過程。同樣地，在無電力需求時可以終止發(fā)電。當未產(chǎn)生能量時， 可進行分離過程，用于存儲處于濃縮溶液和基本上去離子的溶液之間的濃度梯度形式的勢能。在其他實施例中，分離過程可與能量產(chǎn)生同時進行。從如下非限制性實施例可更全面地理解這些和其他實施例的功能和優(yōu)點。實施例旨在是說明性的，不應被認為限制本文所討論的實施例的范圍。實施例1基于比較尺寸和操作參數(shù)模擬各種存儲技術，包括所公開的滲透系統(tǒng)和方法，并就效率和資本成本方面進行評估。下表1總結(jié)了有關效率的結(jié)果。表 權利要求
1.一種操作滲透電池的方法，其包括 提供稀釋鹽溶液的源；分離所述稀釋鹽溶液以形成濃縮溶液和基本上稀釋的工作溶液； 將所述濃縮溶液以與所述基本上稀釋的工作溶液流體分離的方式存儲；以及保持所述濃縮溶液和所述基本上稀釋的工作溶液之間的濃度梯度以將能量存儲為所述濃縮溶液和所述基本上稀釋的工作溶液之間的化學勢能差。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中分離所述稀釋鹽溶液包括將所述稀釋鹽溶液引入蒸餾柱。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括將化學勢能差轉(zhuǎn)化為電力。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中響應于電力需求的檢測，將化學勢能差轉(zhuǎn)化為電力。
5.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中使用壓力延緩滲透過程進行化學勢能差向電力的轉(zhuǎn)化。
6.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中所述壓力延緩滲透過程包括加壓至少一部分所述濃縮溶液。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中所述壓力延緩滲透過程還包括增加至少一部分經(jīng)加壓的濃縮溶液的體積以形成體積膨脹的加壓溶液。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中增加體積包括將至少一部分所述稀釋工作溶液引入所述經(jīng)加壓的濃縮溶液。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中增加體積包括使用半透膜促進水通量。
10.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中所述壓力延緩滲透過程還包括減小加壓溶液的壓力以產(chǎn)生電力并制得稀釋鹽溶液。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中減小壓力包括使加壓溶液流過渦輪機。
12.根據(jù)權利要求10所述的方法，還包括將所述稀釋鹽溶液引入分離單元。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中所述分離單元選自蒸餾柱、滲透蒸發(fā)單元、反滲透膜分離單元、納濾膜分離單元和電滲析裝置。
14.根據(jù)權利要求12所述的方法，還包括給所述分離單元供給電力。
15.根據(jù)權利要求12所述的方法，還包括給所述分離單元供給由上游單元操作產(chǎn)生的熱量。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中給所述分離單元供給由燃料源的燃燒產(chǎn)生的熱量。
17.根據(jù)權利要求15所述的方法，還包括給所述分離單元供給作為可再生能源的副產(chǎn)物而產(chǎn)生的熱量。
18.根據(jù)權利要求12所述的方法，還包括將由所述分離單元產(chǎn)生的水提供至使用地點ο
19.根據(jù)權利要求10所述的方法，還包括將電力傳輸至使用地點。
20.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述濃縮溶液包含熱解鹽。
21.根據(jù)權利要求20所述的方法，其中所述濃縮溶液包括氨-二氧化碳溶液。
22.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述濃縮溶液包含摩爾比大于1 1的氨和二氧化碳。
23.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中使用電化學過程進行化學勢能差向電力的轉(zhuǎn)化。
24.根據(jù)權利要求10所述的方法，還包括將來自加壓溶液的至少一部分壓力傳遞至與所述濃縮溶液和所述基本上稀釋的工作溶液不同的渦輪機流體流，以及將渦輪機中的經(jīng)加壓的渦輪機流體流減壓。
25.一種滲透能量系統(tǒng)，其包括包括半透膜的壓力延緩滲透單元；勢能存儲單元，它包括流體連接至所述壓力延緩滲透單元的第一入口的濃縮溶液的源和流體連接至所述壓力延緩滲透單元的第二入口的稀釋的工作溶液的源；流體連接壓力延緩滲透膜單元下游的渦輪機；以及連接至渦輪機單元的發(fā)電機。
26.根據(jù)權利要求25所述的系統(tǒng)，還包括流體連接渦輪機下游的蒸餾柱。
27.根據(jù)權利要求沈所述的系統(tǒng)，其中所述蒸餾柱流體連接至所述濃縮溶液的源和所述稀釋的工作溶液的源。
28.根據(jù)權利要求27所述的系統(tǒng)，還包括熱連接至所述蒸餾柱的可再生能源。
29.根據(jù)權利要求27所述的系統(tǒng)，還包括熱連接至所述蒸餾柱的工業(yè)廢熱的源。
30.根據(jù)權利要求27所述的系統(tǒng)，還包括連接至所述蒸餾柱的電源。
31.根據(jù)權利要求25所述的系統(tǒng)，還包括流體連接渦輪機下游的滲透蒸發(fā)單元、第二膜分離單元或電滲析裝置。
32.根據(jù)權利要求沈所述的系統(tǒng)，還包括流體連接至所述蒸餾柱出口的工業(yè)用水、灌溉用水或飲用水使用地點。
33.根據(jù)權利要求25所述的系統(tǒng)，還包括電連接渦輪機下游的電網(wǎng)能量分配系統(tǒng)。
34.根據(jù)權利要求33所述的系統(tǒng)，還包括連接至所述電網(wǎng)能量分配系統(tǒng)的基本負荷發(fā)電廠。
35.根據(jù)權利要求34所述的系統(tǒng)，還包括被配置成用于檢測來自所述電網(wǎng)能量分配系統(tǒng)的能量需求的控制器。
36.根據(jù)權利要求25所述的系統(tǒng)，還包括流體連接渦輪機下游的反滲透或納濾單元。
37.根據(jù)權利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述濃縮溶液包含熱解鹽。
38.一種操作滲透電池的方法，其包括提供稀釋鹽溶液的源；使用電能分離所述稀釋鹽溶液以形成濃縮溶液和基本上稀釋的工作溶液；存儲所述濃縮溶液和所述基本上稀釋的工作溶液；保持所述濃縮溶液和所述基本上稀釋的工作溶液之間的濃度梯度以利用勢能；以及響應于電力需求將所述濃縮溶液和所述基本上稀釋的工作溶液引入從勢能產(chǎn)生電力的過程。
39.根據(jù)權利要求38所述的方法，其中使用電能分離所述稀釋鹽溶液的步驟包括將所述稀釋鹽溶液引入納濾、反滲透或電去離子(EDI)過程。
40.根據(jù)權利要求38所述的方法，其中從勢能產(chǎn)生電力的過程包括壓力延緩滲透過
41.根據(jù)權利要求38所述的方法，其中從勢能產(chǎn)生電力的過程包括反電滲析(RED)過程。
42.一種操作滲透電池的方法，其包括將稀釋鹽溶液引入熱分離過程以形成濃縮溶液和基本上稀釋的工作溶液； 存儲所述濃縮溶液和所述基本上稀釋的工作溶液；保持所述濃縮溶液和所述基本上稀釋的工作溶液之間的濃度梯度以利用勢能；以及響應于電力需求將所述濃縮溶液和所述基本上稀釋的工作溶液引入壓力延緩滲透過程而從勢能產(chǎn)生電力。
43.根據(jù)權利要求42所述的方法，其中所述熱分離過程包括蒸餾過程。
44.一種滲透能量系統(tǒng)，其包括 電網(wǎng)能量傳輸系統(tǒng)；與所述電網(wǎng)能量傳輸系統(tǒng)電連接的電化學發(fā)電機；以及勢能存儲單元，它包括流體連接至所述電化學發(fā)電機的第一入口的濃縮溶液的源和流體連接至所述電化學發(fā)電機的第二入口的稀釋的工作溶液的源。
45.根據(jù)權利要求44所述的系統(tǒng)，其中所述電化學發(fā)電機包括反電滲析(RED)單元。
全文摘要
本發(fā)明公開了存儲勢能的系統(tǒng)和方法，所述勢能易于轉(zhuǎn)化為傳輸至用戶或電網(wǎng)分配的電力。該方法涉及到鹽度梯度或也可描述為兩種溶液之間的滲透壓梯度或差異的使用，從而在濃縮溶液中產(chǎn)生液壓，以產(chǎn)生電力。
文檔編號F03G7/00GK102272449SQ200980154110
公開日2011年12月7日 申請日期2009年12月3日 優(yōu)先權日2008年12月3日
發(fā)明者羅伯特·姆金尼斯, 阿倫·曼德爾 申請人:Oasys水有限公司