[發明專利]熱存儲器的蓄能和釋能方法以及適用于此方法的用于存儲和釋放熱力學能的設備

無效

• 申請號: 201380042428.6
• 申請日: 2013-08-02
• 公開（公告）號: CN104541027A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: D.雷茲尼克;H.施蒂斯達爾
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: F01K1/08
• 分類號: F01K1/08;F01K13/00;F22B33/18
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 任宇

技術領域

本發明涉及一種用于使熱存儲器蓄能和釋能的方法，其中優選地交替地執行如下方法。在蓄能循環期間通過工作流體將熱存儲器加熱，其中在流過熱存儲器之前通過作為工作機連接的第一熱力學流體能機在工作流體內產生壓力升高，且在流過熱存儲器之后使工作流體卸壓。在釋能循環期間通過相同的或另外的工作流體冷卻熱存儲器，其中在流過熱存儲器之前在工作流體內產生壓力升高，且在流過熱存儲器之后通過作為原動機連接的第二熱力學流體能機或作為原動機連接的第一熱力學流體能機使工作流體卸壓。

此外，本發明涉及一種帶有熱存儲器的用于存儲和釋放熱力學能的設備，其中熱存儲器吸收由工作流體的蓄能回路存儲的熱量且可將此熱量釋放給另外的或相同的工作流體的釋能回路。在蓄能回路中，如下單元以所列出的次序通過管路相互連接：作為工作機連接的第一熱力學流體能機、熱存儲器、尤其是第三流體能機的用于工作流體卸壓的裝置，和尤其是冷存儲器的第一換熱器。在釋能回路中，如下單元以所列出的次序通過管路相互連接：熱存儲器、作為原動機連接的第二熱力學流體能機或作為原動機連接的第一熱力學流體能機、第一換熱器或第二換熱器，和泵。

背景技術

前述方法或適合于執行方法的設備可例如用于將來自電網的過剩產能通過蓄能循環轉化為熱力學能且存儲在熱存儲器內。在需要的情況中，此過程反轉，使得在釋能循環中使熱存儲器釋能且通過熱力學能獲得電流且可將其饋送到網絡中。

在本申請的范圍內使用概念原動機和工作機，使得工作機接收機械功以滿足工作機的目的。因此，作為工作機使用的熱力學流體能機作為壓縮機或壓縮器運行。而原動機做功，其中用于做功的熱力學流體能機將工作氣體內可供使用的熱力學能進行轉化。因此在此情況中，熱力學流體能機作為馬達運行。

概念“熱力學流體能機”形成可從工作流體中獲取熱力學能或可提供此熱力學能的機器的上位概念。熱力學既能理解為熱能也能理解為冷能。熱力學流體能機(在下文中也簡稱為流體能機)可例如構造為活塞機。優選地，也可使用流體動力的熱力學流體能機，其轉子允許工作氣體的連續流動。優選地，可使用軸向作用的渦輪機或壓縮機。

前述原理例如根據WO?2009/044139A2描述。在此使用活塞機以執行前述方法。根據US?5,436,508，此外已知通過前述用于存儲熱力學能的設備也可在使用風能發電的情況中中間存儲過剩產能，以在需要時再次將其調出。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于給出一種用于使熱存儲器蓄能和釋能的方法以及一種用于執行此方法的設備，以此方法或以此設備能以相對高的效率進行能量的存儲和回收，且在此花費比較少的部件。

此技術問題以前述方法根據本發明通過如下方式解決，釋能循環構造為朗肯循環，其中執行如下步驟。首先使工作流體導引通過在熱存儲器內走向的第一管路系統，此處工作流體吸收熱。然后，工作流體通過第二熱力學流體能機(優選地高壓渦輪機)的高壓部分卸壓。然后，使工作流體導引通過在熱存儲器內走向的第二管路系統且再次吸收熱。優選地進行中間過度加熱。最后，工作流體通過第二熱力學流體能機(優選地低壓渦輪機)的低壓部分卸壓。因此在本發明的意義中，流體能機包括高壓部分和低壓部分。兩個部分一起理解為流體能機。

使用朗肯循環使熱存儲器釋能的優點是所述熱存儲器能以相對高的效率運行。尤其是，如根據本發明所建議，通過熱存儲器的兩級釋能，熱存儲器的熱產量有利地得以提高，因為由于通過第二管路系統的釋能讓熱存儲器在必須被再次蓄能之前處于更低的溫度水平。對于例如在該方法與風力發電廠或另外的再生能源一起用于發電時更長時間無風能可供使用的情況，可使用存儲在熱存儲器內的熱量有利地克服由此導致的更長時間的斷電。第二熱力學流體能機在此提供能量，以例如驅動用于發電的發電機。

根據本發明的有利的構造建議，通過熱泵過程實現蓄能循環。此過程也具有很大的優點，即此過程以超過包括蓄能循環和釋能循環的方法的總效率的100％的效率得以改進。這在于，熱泵過程在熱存儲器蓄能時也獲取環境熱，所述環境熱在釋能時可供使用。

有利的是在蓄能循環中使用氮氣或干燥的空氣。空氣必須被干燥，因為在空氣中含有的水否則在熱泵過程中在空氣冷卻之后凝結或甚至凍結，且損害所使用的熱泵。也有利的是以水蒸汽運行釋能循環。氮氣、空氣和水蒸汽是工作流體，所述工作流體在逸出到環境中時完全是中性的且因此不會損害環境。因此，設備可無環境風險地以工作流體運行。這也對其經濟性產生有利影響，因為不必考慮提高的安全水平。