[發(fā)明專(zhuān)利]熱能電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202080042115.0
• 申請(qǐng)日: 2020-06-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113994167A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬丁·斯科特尼;克里斯多佛·約翰·格賴納;帕爾·G·貝甘;尼爾斯·豪維克
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 挪威能源公司
• 主分類(lèi)號(hào): F28D20/00
• 分類(lèi)號(hào): F28D20/00;F01K1/10;F01K1/12
• 代理公司: 北京安信方達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 艾娟;楊明釗

一種熱能電池，包括：蒸發(fā)器?冷凝器熱能存儲(chǔ)器(ec?TES)，其具有用于蒸汽的一端和用于液體的一端，該ec?TES包括存儲(chǔ)被存儲(chǔ)在ec?TES內(nèi)的熱能的至少70％的單相固定材料；用于蒸汽和液體的儲(chǔ)罐(ST)，其具有位于較高高度的蒸汽部分和位于較低高度的液體部分；蒸汽管線，其被布置在ec?TES的蒸汽端，用于蒸汽的入口和出口；液體管線，其被布置在ec?TES的液體端和ST的液體部分之間；罐蒸汽管線，其被布置成從ST的蒸汽部分到蒸汽管線或ec?TES的蒸汽端；以及在罐蒸汽管線中的蒸發(fā)控制閥(CV6)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及熱能電池及其操作。更具體地，本發(fā)明提供了一種用于集成到發(fā)電廠中或聯(lián)接到發(fā)電廠的熱能電池，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)或能量輸送系統(tǒng)，或其任意組合。熱能電池根據(jù)需求可以進(jìn)行熱能充電、存儲(chǔ)和放出飽和或過(guò)熱蒸汽，并且可以在沒(méi)有任何泵或壓縮機(jī)作為熱能電池的一部分的情況下運(yùn)行。

背景技術(shù)

對(duì)于被廣泛地使用并且主導(dǎo)電力生產(chǎn)的全球市場(chǎng)的基于蒸汽的發(fā)電(steam-based electricity production)來(lái)說(shuō)，在關(guān)閉、啟動(dòng)和擴(kuò)大或縮小生產(chǎn)規(guī)模時(shí)，存儲(chǔ)來(lái)自過(guò)熱蒸汽或其他蒸汽的熱能的可能性將代表一大優(yōu)勢(shì)。

基于蒸汽的發(fā)電通常與基于燃燒的能源有關(guān)，無(wú)論該能源是基于化石燃料還是生物燃料，以及核能。此外，太陽(yáng)熱能是相關(guān)的。

對(duì)于能源密集型的工業(yè)，其通常被集成到蒸汽網(wǎng)絡(luò)中，在蒸汽網(wǎng)絡(luò)中蒸汽被用作傳熱流體，其中熱量消耗器遵循分批次的過(guò)程(batch processes)，直接從蒸汽中存儲(chǔ)熱能的可能性將代表一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)，既減少?gòu)U蒸汽，而且還穩(wěn)定蒸汽網(wǎng)(steam grid)，在蒸汽網(wǎng)中，由于鍋爐的有限靈活性或由于在系統(tǒng)中在不同能量過(guò)程中的時(shí)移(time-shift)，分批次的過(guò)程會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。

減少能量浪費(fèi)被認(rèn)為是能量供應(yīng)的成本降低的一個(gè)關(guān)鍵因素，能量供應(yīng)源自所有類(lèi)型的可再生能源、基于燃燒的能源和基于核能的能量以及能源密集型的工業(yè)。

此外，用于促進(jìn)向可持續(xù)能源生產(chǎn)轉(zhuǎn)變的一個(gè)缺失環(huán)節(jié)是以負(fù)擔(dān)得起的成本實(shí)現(xiàn)的能量存儲(chǔ)。風(fēng)能和太陽(yáng)能是可變的，并且對(duì)于能量存儲(chǔ)的降低成本將增強(qiáng)風(fēng)能和太陽(yáng)能的利用。被集成到發(fā)電廠中的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)將增強(qiáng)發(fā)電廠的靈活性，這進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)來(lái)自太陽(yáng)能和風(fēng)能的更多周期性的電力生產(chǎn)。具有能量存儲(chǔ)的集成的工業(yè)電氣化是另一個(gè)環(huán)節(jié)，其中在低電價(jià)時(shí)期期間，當(dāng)太陽(yáng)能和風(fēng)能過(guò)剩時(shí)，蒸汽將由電力產(chǎn)生并被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中。

有了負(fù)擔(dān)得起的能量存儲(chǔ)，能量浪費(fèi)能夠被減少，并且可再生能源能夠被更廣泛地利用，取代化石燃料。所連接的發(fā)電機(jī)能夠更容易地在最佳運(yùn)行點(diǎn)運(yùn)行。存儲(chǔ)能夠在本地被分配，從而減輕了電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)。

此外，如果可以實(shí)現(xiàn)，發(fā)電廠的簡(jiǎn)化、關(guān)于運(yùn)行參數(shù)的增加的通用性、降低成本和復(fù)雜性也將是有益的。

目前，熱能電池通常是潛熱電池，其基于用于熱能存儲(chǔ)的固-液相變材料，且作為基本部件。例如，CCT(氣候變化技術(shù)有限公司，Climate Change Technologies Pty Ltd)的儲(chǔ)能TED熱能設(shè)備(Energy Storage TED-thermal energy device)是基于潛熱作為功能性的基本部件，參見(jiàn)專(zhuān)利公布WO 2018/201193 A1。在專(zhuān)利公布US 2015/0219403 A1中描述和說(shuō)明了另一個(gè)示例。在US 2015/0219403 A1的第18段和第19段中，描述了混凝土中的直接的熱能存儲(chǔ)已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)會(huì)產(chǎn)生可靠性問(wèn)題和低效率。此外，描述了具有根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的直接蒸汽產(chǎn)生的儲(chǔ)熱系統(tǒng)比使用熱油的儲(chǔ)熱系統(tǒng)更復(fù)雜，并因此對(duì)于大型供電設(shè)備來(lái)說(shuō)，它們的估計(jì)成本更高。

本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種替代的熱能電池。

顯熱熱能存儲(chǔ)的技術(shù)水平可能是申請(qǐng)人現(xiàn)有的存儲(chǔ)技術(shù)。相關(guān)技術(shù)在專(zhuān)利公布WO2015/093980 A1、WO 2016/099289 A1、WO 2016/099290 A1和WO 2019/110655 A1中被描述和說(shuō)明。

發(fā)明概述