專利名稱：用于儲(chǔ)存熱電能的熱電能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及電能的儲(chǔ)存。它特別地涉及用于將電能采用熱能形式儲(chǔ)存在熱能儲(chǔ)存裝置中的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
例如核電站等基底負(fù)載發(fā)電機(jī)和例如風(fēng)力潤(rùn)輪機(jī)和太陽能電池板等具有隨機(jī)性、間歇性能源的發(fā)電機(jī)在低電力需求時(shí)期期間生成多余的電力。大型電能儲(chǔ)存系統(tǒng)是將該多余的能量轉(zhuǎn)移到峰值需求時(shí)期并且平衡整個(gè)發(fā)電和消耗的工具。在較早的專利申請(qǐng)EP-A 1577548中，申請(qǐng)人描述熱電能量?jī)?chǔ)存(TEES)系統(tǒng)的概念。熱電能量?jī)?chǔ)存在充能循環(huán)中將多余的電轉(zhuǎn)化成熱，儲(chǔ)存該熱，并且在必要的時(shí)候在卸能循環(huán)中將該熱轉(zhuǎn)化回電力。這樣的能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)可以是穩(wěn)健的、緊湊的、獨(dú)立于場(chǎng)所的并且 可適合于儲(chǔ)存大量電能。熱能可以通過溫度變化以顯熱的形式或通過相變以潛熱的形式或二者組合的形式儲(chǔ)存。顯熱的儲(chǔ)存介質(zhì)可以是固體、液體或氣體。潛熱的儲(chǔ)存介質(zhì)通過相變發(fā)生并且可以牽涉這些相中的任何相或相的串聯(lián)或并聯(lián)的組合。電能儲(chǔ)存系統(tǒng)的循環(huán)效率可以限定為與用于對(duì)儲(chǔ)存裝置充能的電能相比可以從儲(chǔ)存裝置卸能的電能的百分比(假設(shè)在卸能之后能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的狀態(tài)回到在儲(chǔ)存裝置充能之前的它的初始狀況)。從而，為了實(shí)現(xiàn)高的循環(huán)效率，兩個(gè)模式的效率由于它們的互相依賴所允許而需要被盡可能地最大化。熱電能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的循環(huán)效率由于根植于熱力學(xué)第二定律的各種原因而是有限的。第一原因涉及系統(tǒng)的性能系數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)處于充能模式時(shí)，它的理想效率可由熱泵的性能系數(shù)(COP )掌控。COP取決于冷側(cè)溫度(Tc)和熱側(cè)溫度(Th)，如由以下給出
權(quán)利要求
1.一種用于通過在充能循環(huán)中將熱能傳遞至熱儲(chǔ)存(52)而儲(chǔ)存電能并且通過在卸能循環(huán)中使熱能從所述熱儲(chǔ)存(52)取回而發(fā)電的熱電能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)(10)， 所述熱電能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)(10)包括 使工作流體循環(huán)的工作流體回路(24)， 第一壓縮機(jī)(14)，其在所述充能循環(huán)中將所述工作流體從低壓壓縮到中間壓力， 中間冷卻器(28，30)，其在所述充能循環(huán)中在所述中間壓力冷卻所述工作流體， 第二壓縮機(jī)(18)，其在所述充能循環(huán)中將所述工作流體從所述中間壓力壓縮到高壓，第一熱交換器(34)，其在所述充能循環(huán)中使熱從處于高壓的工作流體傳遞到所述熱儲(chǔ)存(52)，并且在所述卸能循環(huán)中將熱從熱儲(chǔ)存?zhèn)鬟f到處于高壓的工作流體。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(10)， 其中所述中間冷卻器包括閃發(fā)式中間冷卻器(28)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)(10)， 其中所述中間冷卻器包括第二熱交換器(30)， 其中所述第二熱交換器(30)在所述充能循環(huán)中將熱從處于所述中間壓力的工作流體傳遞到第二熱儲(chǔ)存，并且在所述卸能循環(huán)中將熱從所述第二熱儲(chǔ)存?zhèn)鬟f到處于所述中間壓力的工作流體。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(10)，其進(jìn)一步包括 第一膨脹器(20)，其在所述充能循環(huán)中使所述第一熱交換器(34)后的工作流體膨脹到所述中間壓力； 其中，在所述充能循環(huán)中，處于所述中間壓力的工作流體的第一部分被輸入所述中間冷卻器。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(10)，其進(jìn)一步包括 第二膨脹器(22)，其在所述充能循環(huán)中使處于所述中間壓力的工作流體膨脹到所述低壓。
6.如權(quán)利要求1-5中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(10),其進(jìn)一步包括 第三熱交換器(38)，其在所述充能循環(huán)中將熱從第三熱儲(chǔ)存(40)傳遞到處于低壓的工作流體，并且在所述卸能循環(huán)中，將熱從處于低壓的工作流體傳遞到所述第三熱儲(chǔ)存。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(10), 其中所述中間冷卻器包括閃發(fā)式中間冷卻器(28)和第三熱交換器(30)， 其中，在所述充能循環(huán)中，所述閃發(fā)式中間冷卻器與所述第三熱交換器之間的工作流體被從第一中間壓力壓縮到第二中間壓力。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(10)，其進(jìn)一步包括 第一渦輪機(jī)(62)，其在所述卸能循環(huán)中使所述工作流體從所述高壓膨脹到所述中間壓力用于產(chǎn)生電能， 第二渦輪機(jī)(64)，其在所述卸能循環(huán)中使所述工作流體從所述中間壓力膨脹到所述低壓用于產(chǎn)生電能。
9.如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(10)，其進(jìn)一步包括 泵(60)，在所述卸能循環(huán)中，其在所述卸能循環(huán)期間將所述工作流體從所述低壓泵送到所述高壓。
10.一種用于在充能循環(huán)中儲(chǔ)存電能并且在卸能循環(huán)中取回電能的方法，其中所述充能循環(huán)包括以下步驟將所述工作流體從低壓壓縮到中間壓力用于儲(chǔ)存電能(特別用于將電能轉(zhuǎn)化成熱能); 在所述中間壓力冷卻所述工作流體；將所述工作流體從所述中間壓力壓縮到高壓用于儲(chǔ)存電能；將熱從處于高壓的工作流體傳遞到所述熱儲(chǔ)存；其中所述卸能循環(huán)包括以下步驟將熱從所述熱儲(chǔ)存?zhèn)鬟f到處于高壓的工作流體；使所述工作流體從所述高壓膨脹用于產(chǎn)生電能。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述充能循環(huán)包括以下步驟在所述中間壓力將熱從所述工作流體傳遞到第二熱儲(chǔ)存；其中所述卸能循環(huán)包括以下步驟使所述工作流體從所述高壓膨脹到所述中間壓力用于在第一渦輪機(jī)中產(chǎn)生電能； 將熱從所述第二熱儲(chǔ)存?zhèn)鬟f到處于所述中間壓力的工作流體；使所述工作流體從所述中間壓力膨脹到所述低壓用于在第二渦輪機(jī)中產(chǎn)生電能。
12.如權(quán)利要求10或11所述的方法，其中所述充能循環(huán)包括以下步驟使熱交換之后處于高壓的工作流體膨脹到所述中間壓力；使用在處于高壓的熱交換之后處于中間壓力的工作流體的第一部分用于冷卻在處于高壓的熱交換之前的工作流體。
13.如權(quán)利要求10-12中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述充能循環(huán)包括以下步驟使處于所述中間壓力的工作流體膨脹到所述低壓；將熱從第三熱儲(chǔ)存?zhèn)鬟f到處于低壓的工作流體；其中所述卸能循環(huán)包括以下步驟將熱從處于低壓的工作流體傳遞到所述第三熱儲(chǔ)存。
14.如權(quán)利要求10-13中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述充能循環(huán)包括以下步驟在具有處于第一中間壓力的工作流體的閃發(fā)式中間冷卻與具有處于第二中間壓力的第二熱儲(chǔ)存的熱交換之間將工作流體從所述第一中間壓力壓縮到所述第二中間壓力。
15.如權(quán)利要求10-14中任一項(xiàng)所述的方法，其中跨臨界地進(jìn)行所述充能循環(huán)和/或所述卸能循環(huán)中的至少一段。
全文摘要
熱電能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)(10)具有中間冷卻器，用于在兩個(gè)壓縮級(jí)之間使工作流體中間冷卻。該中間冷卻可通過在閃發(fā)式中間冷卻器(28)中使取自膨脹器(20)的輸出的工作流體的一部分閃蒸和/或通過用另外的熱交換器(30)加熱二次熱儲(chǔ)存(46)而實(shí)施。
文檔編號(hào)F22B1/02GK103003531SQ201180036882
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者J.赫姆爾勒, L.考夫曼, M.默坎戈茨, C.奧勒 申請(qǐng)人:Abb研究有限公司