专利名称：用于储存热电能的热电能量储存系统和方法
技术领域：
本发明大体上涉及电能的储存。它特别地涉及用于将电能采用热能形式储存在热能储存装置中的系统和方法。
背景技术：
例如核电站等基底负载发电机和例如风力润轮机和太阳能电池板等具有随机性、间歇性能源的发电机在低电力需求时期期间生成多余的电力。大型电能储存系统是将该多余的能量转移到峰值需求时期并且平衡整个发电和消耗的工具。在较早的专利申请EP-A 1577548中，申请人描述热电能量储存(TEES)系统的概念。热电能量储存在充能循环中将多余的电转化成热，储存该热，并且在必要的时候在卸能循环中将该热转化回电力。这样的能量储存系统可以是稳健的、紧凑的、独立于场所的并且 可适合于储存大量电能。热能可以通过温度变化以显热的形式或通过相变以潜热的形式或二者组合的形式储存。显热的储存介质可以是固体、液体或气体。潜热的储存介质通过相变发生并且可以牵涉这些相中的任何相或相的串联或并联的组合。电能储存系统的循环效率可以限定为与用于对储存装置充能的电能相比可以从储存装置卸能的电能的百分比(假设在卸能之后能量储存系统的状态回到在储存装置充能之前的它的初始状况)。从而，为了实现高的循环效率，两个模式的效率由于它们的互相依赖所允许而需要被尽可能地最大化。热电能量储存系统的循环效率由于根植于热力学第二定律的各种原因而是有限的。第一原因涉及系统的性能系数。当系统处于充能模式时，它的理想效率可由热泵的性能系数(COP )掌控。COP取决于冷侧温度(Tc)和热侧温度(Th)，如由以下给出
权利要求
1.一种用于通过在充能循环中将热能传递至热储存(52)而储存电能并且通过在卸能循环中使热能从所述热储存(52)取回而发电的热电能量储存系统(10)， 所述热电能量储存系统(10)包括 使工作流体循环的工作流体回路(24)， 第一压缩机(14)，其在所述充能循环中将所述工作流体从低压压缩到中间压力， 中间冷却器(28，30)，其在所述充能循环中在所述中间压力冷却所述工作流体， 第二压缩机(18)，其在所述充能循环中将所述工作流体从所述中间压力压缩到高压，第一热交换器(34)，其在所述充能循环中使热从处于高压的工作流体传递到所述热储存(52)，并且在所述卸能循环中将热从热储存传递到处于高压的工作流体。
2.如权利要求1所述的系统(10)， 其中所述中间冷却器包括闪发式中间冷却器(28)。
3.如权利要求1或2所述的系统(10)， 其中所述中间冷却器包括第二热交换器(30)， 其中所述第二热交换器(30)在所述充能循环中将热从处于所述中间压力的工作流体传递到第二热储存，并且在所述卸能循环中将热从所述第二热储存传递到处于所述中间压力的工作流体。
4.如权利要求1-3中任一项所述的系统(10)，其进一步包括 第一膨胀器(20)，其在所述充能循环中使所述第一热交换器(34)后的工作流体膨胀到所述中间压力； 其中，在所述充能循环中，处于所述中间压力的工作流体的第一部分被输入所述中间冷却器。
5.如权利要求1-4中任一项所述的系统(10)，其进一步包括 第二膨胀器(22)，其在所述充能循环中使处于所述中间压力的工作流体膨胀到所述低压。
6.如权利要求1-5中的任一项所述的系统(10),其进一步包括 第三热交换器(38)，其在所述充能循环中将热从第三热储存(40)传递到处于低压的工作流体，并且在所述卸能循环中，将热从处于低压的工作流体传递到所述第三热储存。
7.如权利要求1-6中任一项所述的系统(10), 其中所述中间冷却器包括闪发式中间冷却器(28)和第三热交换器(30)， 其中，在所述充能循环中，所述闪发式中间冷却器与所述第三热交换器之间的工作流体被从第一中间压力压缩到第二中间压力。
8.如权利要求1-7中任一项所述的系统(10)，其进一步包括 第一涡轮机(62)，其在所述卸能循环中使所述工作流体从所述高压膨胀到所述中间压力用于产生电能， 第二涡轮机(64)，其在所述卸能循环中使所述工作流体从所述中间压力膨胀到所述低压用于产生电能。
9.如权利要求1-7中任一项所述的系统(10)，其进一步包括 泵(60)，在所述卸能循环中，其在所述卸能循环期间将所述工作流体从所述低压泵送到所述高压。
10.一种用于在充能循环中储存电能并且在卸能循环中取回电能的方法，其中所述充能循环包括以下步骤将所述工作流体从低压压缩到中间压力用于储存电能(特别用于将电能转化成热能); 在所述中间压力冷却所述工作流体；将所述工作流体从所述中间压力压缩到高压用于储存电能；将热从处于高压的工作流体传递到所述热储存；其中所述卸能循环包括以下步骤将热从所述热储存传递到处于高压的工作流体；使所述工作流体从所述高压膨胀用于产生电能。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述充能循环包括以下步骤在所述中间压力将热从所述工作流体传递到第二热储存；其中所述卸能循环包括以下步骤使所述工作流体从所述高压膨胀到所述中间压力用于在第一涡轮机中产生电能； 将热从所述第二热储存传递到处于所述中间压力的工作流体；使所述工作流体从所述中间压力膨胀到所述低压用于在第二涡轮机中产生电能。
12.如权利要求10或11所述的方法，其中所述充能循环包括以下步骤使热交换之后处于高压的工作流体膨胀到所述中间压力；使用在处于高压的热交换之后处于中间压力的工作流体的第一部分用于冷却在处于高压的热交换之前的工作流体。
13.如权利要求10-12中任一项所述的方法，其中所述充能循环包括以下步骤使处于所述中间压力的工作流体膨胀到所述低压；将热从第三热储存传递到处于低压的工作流体；其中所述卸能循环包括以下步骤将热从处于低压的工作流体传递到所述第三热储存。
14.如权利要求10-13中任一项所述的方法，其中所述充能循环包括以下步骤在具有处于第一中间压力的工作流体的闪发式中间冷却与具有处于第二中间压力的第二热储存的热交换之间将工作流体从所述第一中间压力压缩到所述第二中间压力。
15.如权利要求10-14中任一项所述的方法，其中跨临界地进行所述充能循环和/或所述卸能循环中的至少一段。
全文摘要
热电能量储存系统(10)具有中间冷却器，用于在两个压缩级之间使工作流体中间冷却。该中间冷却可通过在闪发式中间冷却器(28)中使取自膨胀器(20)的输出的工作流体的一部分闪蒸和/或通过用另外的热交换器(30)加热二次热储存(46)而实施。
文档编号F22B1/02GK103003531SQ201180036882
公开日2013年3月27日 申请日期2011年5月13日 优先权日2010年5月28日
发明者J.赫姆尔勒, L.考夫曼, M.默坎戈茨, C.奥勒 申请人:Abb研究有限公司