用于储存能量的装置的制作方法

1.本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所公开的用于储存能量的装置。在本技术中，根据本发明的装置在下文中也将被称为“根据本发明的解决方案”。该解决方案利用废弃的或以其他方式无用的燃烧发电厂等、锅炉和与其相关联的基础设施以及电网连接。


背景技术：

2.能源的低廉价格和可用性使我们现在的生活方式和生活水平成为可能，但能源解决方案总是在不同程度上存在滥用和污染自然的问题。随着以前的石油储量逐渐枯竭，人们越来越多地从海底钻探石油，以便找到新的石油储量。从海底钻探石油是昂贵的，此外，该过程涉及环境灾难的高风险。化石能量源的缺点包括其有限的可用性、环境破坏和空气污染。因此，自然要寻找新的、低污染且可再生的能源生产解决方案。众所周知，这些低污染且可再生的解决方案包括例如风能和太阳能。然而，它们都存在依赖于天气条件的问题，并且容易受到所产生能量的数量变化巨大的影响。通过引入新的大型风车，风车产生的电力与其他能源生产方法相比已具有竞争力。因此，假设在许多国家，风能的份额将增加，这反过来又导致需要负载跟踪。
3.煤炭是在巨大矿山地下中开采出来的，这对环境产生了不利影响。燃烧煤炭会导致大量的二氧化碳排放，这显然是气候变化的主要原因。因此，许多国家正在关闭其大量燃煤发电厂。燃煤发电厂和锅炉发电厂通常具有与其相关的主要基础设施，借助于本发明，其可能在经济上有利可图，在工厂关闭之后也是如此。
4.在风能生产方面存在很大差异，导致其价格也有所不同，部分原因是值得关注的应用电力储备数量仍然很少。随着能源生产越来越多地转向可再生太阳能、波浪能和风能，预计电价会出现更大的变化。根据本发明的解决方案允许在电力生产超过能源消耗时以热能的形式储存电能，并且允许在电力消耗高时释放储存的电力。根据本发明的解决方案的引入通过允许更有效地储存任何额外的生产并在需求高时进行消耗而对电价具有平衡效果。
5.根据us 2016024973 a1和jp 2000274979的用于储存能量的解决方案是已知现有技术的示例。然而，与根据本发明的解决方案不同，这些解决方案不利用废弃的锅炉来储存能量。


技术实现要素：

6.发明目的
7.本发明旨在提供一种能够平衡电力生产和电力消耗之间的差异的装置。本发明允许在低消耗期间储存能量并在低消耗期间以电力的形式将其释放。
8.根据本发明的解决方案将燃煤发电厂或包括锅炉的一些其他发电厂从产生能量的发电厂重新利用为储存热能的发电厂、负载跟踪发电厂。
9.根据本发明的装置的特征在权利要求1的前序部分中阐述。本发明的其他实施例的特征在权利要求书的其余部分中阐述。
10.发明简述
11.根据本发明的装置通过利用发电厂的现有锅炉和基础设施，尤其包括具有传热通道、涡轮机和发电机的能源生产设备，来储存和释放从废弃发电厂的锅炉转化而来的热能储存器(tes)的能量。废弃的锅炉通过填充能够以热量形式储存足够量的能量的适当材料而转化为热能储存器。
12.本发明的优点
13.根据本发明的解决方案的优点是其廉价、简单并且允许废弃发电厂的锅炉和发电厂分别被迅速转换并重新利用为热能储存器(tes)和负载跟踪发电厂。本发明允许利用废弃发电厂的基础设施，使得一旦废弃发电厂或其基础设施就无需拆卸。另一个优点是根据本发明的解决方案允许使用回收的混凝土等作为锅炉的填充材料以用于储存热量。根据本发明的该解决方案在适用和必要的情况下利用锅炉的现有传热通道，从而避免构建新的传热通道(即介质循环管道工程)以用于新的热能储存器。填充材料支撑和密封可能在其使用寿命尽头的锅炉的传热通道，从而允许其使用更长时间。另一个优点是，当在电力生产中存在供过于求时，可以通过利用电加热对热能储存器的充热物质加热的介质来对热能储存器的充热物质进行充热。另一个优点是用于加热可充热物质的电能可以通过可再生能量源产生，例如风能、太阳能或波浪能，或者也可以通过水力发电。
附图说明
14.下面将参考附图通过两个示例性实施例对本发明进行详细说明，其中：
15.图1是在热能储存器被充热时根据本发明的装置的操作状态的示意图；
16.图2是在热能储存器被充热时根据本发明的装置的第二操作状态的示意图；
17.图3是在热能储存器被放热时根据本发明的装置的第三操作状态的示意图；以及
18.图4是根据本发明的装置的另一个可选实施例的示意图。
具体实施方式
19.图1是在负载跟踪发电厂1中的根据本发明的装置的操作状态的示意性简化视图，该负载跟踪发电厂由废弃的发电厂诸如燃煤发电厂转化而来。根据本发明的负载跟踪发电厂1包括热能储存器2、传热通道3(其优选地是形成闭合循环回路的管道工程)、热能充热(即储存)物质4、进料泵10和加热构件11(诸如加热电阻器)。废弃燃烧发电厂的锅炉至少部分地(优选地几乎完全)填充热能充热物质4(优选地例如由回收混凝土构成)，被用作热能储存器2。优选地，充热物质4至少设置在废弃锅炉的传热表面上。
20.在图1所示的情况下，热能储存器2借助于介质利用来自可再生能量源9的电能进行充热。在该示例性实施例中，能量源9是风车。在该示例性实施例中，能量源9(即风车)通过电网连接7连接到负载跟踪发电厂1。在给热能储存器2充热的这个步骤中，进料泵10适于将介质(在这种情况下为水)馈送到加热构件11。加热构件11适于加热介质并且被加热的介质适于被部分地引导到热能储存器2内的传热通道3以用于加热设置在热能储存器2内的物质4。加热构件11的效果适于为可调节的。
21.在充热的这个阶段，水被加热元件11汽化并且蒸汽沿着由箭头a指示的方向沿着传热通道3传输到热能储存器2。蒸汽通过传热通道3的传热表面将热能释放到充热物质4中，使物质4升温，并且蒸汽温度下降，结果是其冷凝回水。此后，冷凝水适于通过进料泵10泵送至加热构件11。重复上述过程，直到物质4热的程度使得物质4与蒸气之间的温差不足以引起蒸气相变，从而导致蒸气不再冷凝成水。在此阶段，充热过程进行到下一步。
22.图2示出了为热能储存器2充热的下一步。热能储存器2仍然通过介质利用来自可再生能量源9的电能进行充热。除了图1所示的部件之外，负载跟踪发电厂1还包括涡轮机5和电气设备6，该电气设备在图2所示的情况下用作电动马达。
23.在对热能储存器2充热的这个步骤中，涡轮机5适于将在该阶段为蒸汽的介质供应到加热构件11。加热构件11适于加热介质并且被加热的介质适于被部分地引导到热能储存器2内的传热通道3中以用于加热设置在热能储存器2内的物质4。
24.在充热的这个阶段，加热构件11适于加热适于沿箭头a指示的方向沿着传热通道3传输到热能储存器2的蒸汽。蒸汽通过传热通道3的传热表面将热能释放到充热物质4中，使物质4升温，并且蒸汽温度下降。此后，蒸汽适于通过由用作电动马达的电气设备驱动的涡轮机5而被重新引导至加热构件11。重复上述过程，直到达到系统的容量。例如，这指的是蒸汽的温度不再加热可充热物质4。
25.图3示出了使热能储存器2放热的步骤。热能储存器2通过介质放热，以便为电网8发电。除了图1和图2所示的部件之外，负载跟踪发电厂1还包括进料泵14和用作发电机的电气设备6。进料泵14适于沿箭头a指示的方向将介质馈送到部分设置在热能储存器2内的传热通道3。在该示例性实施例中，介质是水。储存在物质4中的能量升温并使水汽化，其以旋转运动的形式将从物质4接收的能量释放到涡轮机5中。联接到涡轮机5的轴的发电机适于将旋转运动转换为电能，并将已产生的电能通过电网连接7供应到电网8。
26.传热通道3、涡轮机5和发电机形成废弃燃烧发电厂的基础设施的一部分。
27.图4示出了根据本发明的装置的另一个实施例。在该示例性实施例中，加热构件11至少部分地设置在充热物质4内并且加热构件11至少部分地与传热通道3接触。因此，物质4适于通过加热电阻器11直接充热，而无需介质。
28.物质4的热能适于在期望时间通过介质、涡轮机5和发电机作为电能释放到电网8中。放热适于以与图3的描述中所说明的基本相同的方式进行。
29.本领域技术人员将理解，本发明不仅限于上述示例，而是可以在所附权利要求的范围内变化。因此，一些结构解决方案可能与上面公开的解决方案不同，并且物质可以包括一些不同于混凝土的其他材料。优选地，它可以是具有高充热能力并且容易通过浇铸或以某种其他方式沉积到锅炉中和其传热表面上的任何材料。
30.本领域技术人员还可以理解，除了上述公开的那些之外，该装置还可以包括其他部件，例如冷凝器，其在释放热能的阶段适于冷却介质(如有必要)。此外，该装置可以包括例如必要时调整介质的手段。
31.本领域技术人员还可以理解，驱动涡轮机和发电机的电动马达可以由单个电气设备构成，或者可选地，它们可以是单独的设备。
32.本领域技术人员还将理解，热能储存器可以用来自除风车之外的一些其他能量源的电力充热，例如太阳能或波浪能，或者也可以用水力发电。
33.本领域技术人员还将理解，通过热能储存器加热的介质可适于被引导至区域供热网，在区域供热网中该介质适于释放其能量以用于例如对建筑物供热，或者通过热能储存器加热的蒸汽可以适于输送以供工艺使用。