CN104975891B - 具有中间存储池的热电能量存储系统以及用于存储热电能量的方法 - Google Patents

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Abstract

描述了用于采取热能形式来存储电能的系统和方法。热电能量存储系统包括：工作流体环路，用于使工作流体通过热交换器(16)进行循环；以及热存储介质环路，用于循环热存储介质，热存储介质环路具有经由热交换器(16)连接在一起的至少一个热存储池(24)、一个中间温度存储池(22)和一个冷存储池(20)。将存储介质的某个比例从热存储池或冷存储池重引导到中间存储池或者从中间存储池重引导到热存储池或冷存储池，从而结合直接在冷存储池与热存储池之间流动的存储介质的另一个比例。

Description

具有中间存储池的热电能量存储系统以及用于存储热电能量 的方法
技术领域
一般来说，本发明涉及电能的存储。具体来说，它涉及用于采取热能存储装置中的热能形式来存储电能的系统和方法。
背景技术
诸如核电站之类的基底负载发电机以及诸如风力涡轮机和太阳能电池板之类的具有随机间断能源的发电机在低电力需求时间期间生成多余电力。大规模电能存储系统是将这种多余能量转向峰值需求时间的方式，并且平衡总电力生成和消耗。
在先前专利申请EP1577548中，申请人已经描述热电能量存储(TEES)系统的思路。TEES在充电循环中将多余电力转换成热量，存储该热量，并且在需要时，在放电循环中将热量重新转换成电力。这种能量存储系统是健壮、紧凑、地点无关的，并且适合于大量地存储电能。能够采取经由温度的变化的显热形式或者采取经由相位变化的潜热形式或者它们两者的组合来存储热能。显热的存储介质能够是固态、液态或气态的。用于潜热的存储介质经由相位变化而发生，并且能够涉及这些相位的任一个或者涉及它们的串联的组合或并联的组合。
电能存储系统的往返效率能够定义为能够从存储装置放电的电能与用于对该存储装置充电的电能相比的百分比，条件是能量存储系统的状态在放电之后返回到对存储装置充电之前的其初始状态。往返效率在使热力学可逆性因子为最大时得到增加。但是，重要的是要指出，所有电能存储技术固有地具有受限的往返效率。因此，对于用于对存储装置充电的电能的每一个单元，在放电时，只有某个百分比被恢复为电能。电能的其余部分丢失。例如，如果存储在TEES系统中的热量通过电阻加热器来提供，则它具有大约40%的往返效率。由于来源于热力学第二定律的各种原因而限制了热电能量存储的效率。首先，热机中将热量转换成机械功受限于卡诺效率。其次，任何热泵的性能系数随输入温度水平与输出温度水平之间差的增加而下降。第三，从工作流体到热存储装置或者从热存储装置到工作流体的任何热流为了发生都需要温度差。这个事实不可避免地使温度水平降级，并且因而使热量作功的能力降级。
还要注意，TEES系统的充电循环又称作热泵循环，而TEES系统的放电循环又称作热机循环。在TEES概念中，热量需要在热泵循环期间从热工作流体传递到热存储介质，并且在热机循环期间又从热存储介质传递回工作流体。热泵需要功来使热能从冷源移动到较热的散热器。由于在热端所贮存的能量的量大于与取自冷端的能量相等的量所要求的功，所以与电阻热生成相比，热泵将“增大”热量。热输出与消耗功的比率称作性能系数，并且它是大于一的值。这样，热泵的使用将增加TEES系统的往返效率。
在先前专利申请EP08162614中，申请人已经描述利用跨临界热力循环来改进TEES系统的思路。图1示出跨临界TEES系统的充电循环和放电循环期间与热存储介质相接触的热交换器中的温度曲线。横坐标表示系统中所提供的热量，纵坐标表示温度，以及图表上的线条是等压线。实线指示跨临界TEES充电循环中的工作流体的温度曲线。虚线指示跨临界TEES放电循环中的工作流体的温度曲线。直对角短划线指示跨临界TEES循环中的热存储介质的温度曲线。热量只能从较高温度流动到较低温度。因此，充电循环中的冷却期间的工作流体的特性曲线必须高于热存储介质的特性曲线，其又必须高于放电循环中的加热期间的工作流体的特性曲线。温度曲线因热存储介质中的显热存储而在时间上是固定的。因此，虽然热交换器中的热存储介质的容积保持恒定，但是热流体和冷流体存储池中存储的热和冷的热存储介质的容积发生变化。另外，热交换器中的温度分布保持恒定。
跨临界循环被定义为热力循环，其中工作流体经过次临界状态和超临界状态二者。在超过临界点情况下的气相与汽相之间不存在区别，并且因此在跨临界循环中不存在蒸发或沸腾(按照常规含义)。
已经证实，对于大温度差的热量的传递是热力学不可逆性因子。图1中，不仅示出放电时的热存储介质与工作流体之间的最大温度差ΔTmax，而且示出充电时的热存储介质与工作流体之间的最小温度差Δtmin。为了使最大温度差ΔTmax为最小，能够构成较大的热交换器，或者相变材料能够用于热存储。问题在于，这些解决方案引起高资本费用，并且因而一般是不实用的。
此外，即使使用较大的热交换器，工作流体的热力性质起作用而限制温度差的最小化。这通过图1中的工作流体温度曲线(等压线)中的曲率示出。该曲率引起“内窄点”，并且增加平均温度差，而与热交换器的大小无关。“窄点分析”是用于在处理系统中通过确定在热力学上可行的热交换网络来使能量消耗为最小的已知方法。
本领域的技术人员会清楚地知道，热传递损失的降低在采用基于热泵循环的充电的热能存储的所考虑应用中极为重要。在这种应用中，充电和放电期间的热交换温度损失的任何增加直接转变成有用功的损失以及系统的往返效率的降低。
因此，需要提供一种具有高往返效率和最小接近温度的有效热电能量存储装置，同时使所需要的热存储介质的量为最小，并且还使资本费用为最小。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种热电能量存储系统，用于以改进的往返效率将电能转换为热能以便被存储以及被重新转换成电能。这个目的通过如权利要求1所述的热电能量存储系统以及如权利要求11所述的方法来实现。通过从属权利要求，优选实施例是显而易见的。
按照本发明的第一方面，提供一种热电能量存储系统，其中具有用于将热能提供给热存储装置（thermal storage）的充电循环以及用于通过从热存储装置取回热能来生成电力的放电循环。热电能量存储系统包括：工作流体环路，用于使工作流体通过热交换器进行循环；以及热存储介质环路，用于循环热存储介质，热存储介质环路具有经由热交换器连接在一起的至少一个热存储池、一个中间温度存储池和一个冷存储池。热交换器中的热存储介质的流率是可通过热存储介质到中间存储池的输入流率的改变以及热存储介质从中间存储池的输出流率的改变而被修改的。修改或适配热交换器中的热存储介质的流率允许鉴于改进的往返效率来控制热交换过程。
热存储池的温度高于中间温度存储池的温度，中间温度存储池的温度又高于冷存储池的温度。在充电和放电期间，每个存储池的温度保持恒定。
在一个优选实施例中，热存储介质的流率经过修改，以便在热交换器中的热存储介质与工作流体之间的任何接触点并且在充电循环和放电循环二者期间使工作流体与热存储介质之间的温度差为最小。换言之，热交换器中的热存储介质的流率适配成使得在充电循环和放电循环二者期间，热存储介质的等压线紧密跟随工作流体的等压线的曲率。为此，热存储介质与工作流体之间的最大温度差维持为低于冷存储池与热存储池之间的温度差的20%并且优选地低于冷存储池与热存储池之间的温度差的15%。
在一个优选实施例中，热交换器具有适合分开或结合来自中间存储池的热存储介质流的内部分流器。
在另外的优选实施例中，热交换器分成第一部分和第二部分。热存储介质不仅流经第一部分而且流经第二部分，并且分流器位于热交换器的第一部分与第二部分之间。分流器适合分开或结合来自中间存储池的热存储介质流。
在一个备选实施例中，热交换器分成第一部分和第二部分，并且热存储介质经由中间存储池不仅流经第一部分而且流经第二部分。
在另外的实施例中，至少一个另外的中间存储池连接在热存储介质环路中，并且对于每个另外的中间存储池，热交换器具有另外的内部分流器。
充电循环或放电循环中的至少一个跨临界地运行。因此，在热电能量存储系统的充电循环期间，工作流体在热交换器中可经历跨临界冷却。当热电能量存储系统处于充电循环时，系统包括膨胀器、蒸发器和压缩器。此外，在热电能量存储系统的放电循环期间，工作流体在热交换器中可经历跨临界加热。当热电能量存储系统处于放电循环时，系统包括泵、冷凝器和涡轮机。
按照本发明的第二方面，提供一种用于在热电能量存储系统中存储和取回能量的方法。该方法包括通过对热存储介质加热来对系统充电。热存储介质在经由热交换器连接在一起的热存储池、中间存储池和冷存储池之间循环。该方法还包括通过采用来自热存储介质的热量对工作流体环路中的工作流体加热，以及通过热力机使工作流体膨胀，来对系统放电。通过改变热存储介质到中间存储池的输入流率，以及改变热存储介质从中间存储池的输出流率，来修改通过热交换器的热存储介质的流率。
附图说明
下文中将参照附图中示出的优选示范实施例更详细地说明本发明的主题，其中：
图1示出来自标准跨临界TEES系统中的循环的热传递的热流温度图；
图2示出本发明的跨临界TEES系统的充电循环的简化示意图；
图3示出本发明的跨临界TEES系统的放电循环的简化示意图；
图4示出来自本发明的跨临界TEES系统中的循环的热传递的热流温度图；
图5示出本发明的跨临界TEES系统的一个备选实施例的充电循环的简化示意图；
图6示出本发明的跨临界TEES系统的另外的备选实施例的充电循环的简化示意图；
为了一致起见，全部附图中，相同参考标号用于指代所示的相似元件。
具体实施方式
图2和图3分别示意示出按照本发明的一个实施例的跨临界TEES系统的充电循环系统和放电循环系统。
图2中所示的充电循环系统包括工作恢复膨胀器10、蒸发器12、压缩器14以及具有内部分流器18的热交换器16。工作流体如图2中带箭头的实线所示通过这些组件进行循环。此外，包含流体热存储介质的冷流体存储池20、中间存储池22以及热流体存储池24经由热交换器16并联连接在一起。
在操作中，充电循环系统执行跨临界循环，并且工作流体按照如下方式绕TEES系统流动。蒸发器12中的工作流体吸收来自冷的热学槽的热量并且蒸发。使汽化的工作流体循环到压缩器14，并且剩余电能用于将工作流体压缩并且加热到超临界状态。(在这种超临界状态中，流体高于临界温度和临界压力)。通过热交换器16来馈送工作流体，其中工作流体将热量丢弃到热存储介质中。压缩的工作流体离开热交换器16，并且进入膨胀器10。在这里，在蒸发器入口处使工作流体膨胀到较低压力。工作流体从膨胀器10流回蒸发器12。
由图2中的短划线所表示的热存储介质通过热交换器16从冷流体存储池20被泵入热流体存储池24，并且被部分地泵入中间存储池22。由温度传感器—例如热电偶或电阻传感器—在内部分流器18的任一侧检测热存储介质的温度。采取显热形式来存储从工作流体丢弃到热存储介质中的热量。
在内部分流器18的任一侧上检测热存储介质的温度之后，调整进入中间存储池22和热流体存储池24的热存储介质的流率。这通过适当管道和阀布置来实现。按照预期温度曲线来确定初始阀门开口，并且在操作期间按照温度测量对阀门开口进行微调。
热交换器系统设计成使得热交换器16内的分流器18的位置与存储介质处于中间存储池22的温度水平的热交换器16的点一致。转向的流存储在中间池22中。第二流继续通过热交换器16的其余部分进入热存储池24。
要注意，在热交换器16中，工作流体压力将高于临界压力，但是工作流体温度可低于临界温度。因此，虽然工作流体在超临界状态进入热交换器16，但它可在次临界状态离开热交换器。
在具有单个流分裂的优选实施例中，内部分流器18用于结合或分开充电循环中的热存储介质流，并且用于结合或分开放电循环中的热存储介质流。
图3中所示的放电循环系统包括泵26、冷凝器28、涡轮机30以及具有内部分流器18的热交换器16。工作流体如图3中带箭头的虚线所示通过这些组件进行循环。此外，包含流体热存储介质的冷流体存储池20、中间存储池22以及热流体存储池24经由热交换器16并联连接在一起。由图3中的短划线所表示的热存储介质从热流体存储池24以及从中间存储池22被泵入冷流体存储池20。
在操作中，放电循环系统还执行跨临界循环，并且工作流体按照如下方式绕TEES系统流动。热量从热存储介质传递到工作流体，从而使工作流体经过跨临界加热。然后，工作流体在超临界状态离开热交换器16，并且进入涡轮机30，在其中使工作流体膨胀，从而使涡轮机耦合到发电机以便生成电能。随后，工作流体进入冷凝器28，其中通过与冷的热学槽交换热量来冷凝工作流体。经冷凝的工作流体经由出口离开冷凝器28，并且在超过其临界压力的情况下再次经由泵26被泵入热交换器16。
由图3中的短划线所表示的热存储介质通过热交换器16从热流体存储池24和中间存储池22被泵入冷流体存储池20。在内部分流器18的任一侧检测和监测热存储介质的温度。
虽然已经单独示出了图2的充电循环系统以及图3的放电循环系统，但是热交换器16、冷流体存储池20、中间流体存储池22、热流体存储池24和热存储介质对两者而言是公共的。可连续地而不是同时地执行充电循环和放电循环。
换言之，提供一种热电能量存储系统，其中具有用于向热存储装置提供热能的充电循环以及用于通过从热存储装置取回热能来生成电力的放电循环，热电能量存储系统包括：热存储介质管道，具有至少一个冷存储池(20)和一个热存储池(24)；热存储介质和部件，在充电期间将热存储介质从冷存储池(20)传递到热存储池(24)而在放电期间将热存储介质从热存储池(24)传递到冷存储池(20)；以及至少一个热交换器(16)，连接到冷存储池(20)与热存储池(24)之间的热存储介质管道，用于在热存储介质与工作流体环路的工作流体之间交换热量，工作流体在热传递期间经历跨临界过程。另外，热存储介质管道分支到其温度处于冷存储池(20)的温度与热存储池(24)的温度之间的至少一个附加中间存储池(22)，其中在充电期间，来自冷存储池(20)的热存储介质的某个比例在经过热交换器(16)的某个部分之后被分离出来并且被引导到中间存储池(22)，或者备选地，来自中间存储池(22)的热存储介质的一部分在经过热交换器(16)的另外某个部分之前与来自冷存储池(24)的热存储介质相组合，并且其中在放电期间，来自中间存储池(22)的热存储介质在经过热交换器(16)的某个部分之前与来自热存储池(24)的热存储介质相组合，或者备选地，来自热存储池的热存储介质的某个比例在经过热交换器(16)的另外某个部分之后分离出来并且被引导到中间存储池(22)。
有利的是，热交换器16内的热存储介质的各个流的流率能够经过控制和修改以优化本发明的跨临界TEES的往返效率。本文接下来参照图4进行另外说明。
图4示出按照本发明的TEES系统中的循环期间的热交换器中的热传递的热流温度图。实线指示TEES充电循环中的工作流体的温度曲线。虚线指示TEES放电循环中的工作流体的温度曲线。短划线和点划线指示TEES循环中的热存储介质的温度曲线。箭头指示热交换器中的流动方向。热量只能从较高温度流动到较低温度。因此，充电循环中的冷却期间工作流体的特性曲线必须高于热存储介质的特性曲线，其又必须高于放电循环中的加热期间工作流体的特性曲线。
在图4的特定情况中，在大约340°C的热存储介质温度处指示流分裂/结合点。在图表上的这个点的右侧，温度曲线的梯度增加。这个相对增加的梯度通过点划线示出，并且是流分裂/结合点之后热存储介质的不同流率的结果。因此，图4示出来自跨临界TEES的温度曲线，其中呈现热存储介质的两个不同流率。两个流率可在单个热交换器内、在分流器之前和之后发生。在一个备选实施例中，使串联的第一热交换器和第二热交换器通过分流器分开，在每个热交换器中可存在不同的流率。
在本发明的这个特定实施例中，冷存储池的温度大约为100°C，中间存储池的温度大约为340°C，而热存储池的温度大约为520°C。假定大约25°C的最小接近温度(即，交换热量的两个流体之间的最小温度差为25°C)。在这种实施例中，冷存储池与分流器之间的热存储介质的流率以及分流器与热存储池之间的热存储介质的流率被控制成使得它们具有大约为2:1的比率。
从图4能够看到，表示充电循环和放电循环中的工作流体的等压线紧密地跟随表示热存储液体的等压线的形式。因此，充电循环和放电循环中的温度差ΔTmin和ΔTmax分别比图1中所示没有流分裂的情况中明显要小。因此，系统的往返效率增加，而与热交换器的大小无关。
本领域技术人员将会知道，热交换器中的热传递的热流温度图在本发明的备选实施例中可具有不同形式。例如，有可能的是，流分裂点的左侧的工作流体等压线的梯度大于分裂点的右侧的工作流体等压线的梯度。这会指示从冷存储池和中间池所输出的流在充电期间在分流器处相结合，而在放电期间在分流器处被分开。
温度曲线因热存储介质中的显热存储而在时间上是固定的。因此，虽然热交换器中的热存储介质的容积保持恒定，但是热流体存储池、中间存储池和冷流体存储池中存储的热的和冷的热存储介质的容积发生变化。另外，热交换器中的温度分布保持恒定。
图5示出本发明的一个备选实施例，其中串联的两个不同热交换器16a、16b通过分流器18来分隔。图5示出这个实施例的充电循环，其中向第一热交换器16a馈送来自冷存储池20的热存储介质。离开第一热交换器16a的热存储介质进入分流器18，其中将热存储介质的一部分转向中间存储池22。将热存储介质的其余部分馈入第二热交换器16b。将离开第二热交换器16b的热存储介质路由到热存储池24。工作流体沿与热存储介质流相反的方向经过第一热交换器16a和第二热交换器16b二者。放电循环期间的这个跨临界TEES系统的操作等效于针对图3所述的循环。有利的是，这个实施例避免了对于将分流器定位在热交换器内的需要。要注意，流率的改变点在分流器的位置发生。
图6示出另外的备选实施例，其中划分热交换器16a、16b，以便使热存储介质在连续通路上能够进入和离开中间存储池22，而不是具有内部分流器布置。在这个备选实施例中，在TEES充电循环期间，在第一热交换器部分16a之后把来自冷存储池20的所有热存储介质路由到中间存储池22，并且然后热存储介质的一部分从中间存储池22经过管道输出并且被馈入第二热交换器部分16b以及随后到热存储池24。放电循环期间的这个跨临界TEES系统的操作等效于针对图3所述的循环。有利的是，这个实施例避免了对分流器的需要。通过将第一热交换器16a和第二热交换器16b的热存储介质的流率控制成使得热流温度图(如图4中所示)上的典型等压线将紧密跟随表示工作流体的等压线的形式。因此，可存在通过每个存储池的热存储介质的流率的改变。要注意，流率的改变点在中间存储池22的输入或输出处发生。
在本发明的、其中通过中间存储池的流率发生改变的每一个实施例中，要理解，来自和送往冷存储池和热存储池的流率的改变因此将会发生。
图5和图6的充电循环的以上描述讲述在充电循环期间将热存储介质的一部分输入中间存储池22中。但是，本领域技术人员将清楚地知道，TEES系统可在充电循环期间从中间存储池22输出热存储介质的一部分，其中这会在热传递的热流温度图中引起表示热存储介质的等压线与表示工作流体的等压线接近地平行延伸。在本发明的另外的实施例中，将第二中间热存储池加入热存储介质环路。在这个实施例中需要热交换器内的第二流分裂/结合点。在这种热交换器中的流被控制成具有不同流率的情况下，关联温度曲线则会示出三个不同梯度段。这个实施例会通过热存储介质温度曲线中的另外的线性段来表示，由此使工作流体和热存储介质的温度曲线能够更准确地跟随平行通路。
设想本发明的另外的实施例，其中将第三(或更大计数的)中间热存储池加入热存储介质环路。此外，在这类另外的实施例中需要热交换器内的第三(或另外的)流分裂/结合点。这种热交换器中的流可被控制成具有不同流率。本领域技术人员会理解允许在关联的热存储介质温度曲线中加入一个或更多另外的不同线性段以增加往返效率的优点。还有可能实现这类实施例，其中串联的不同热交换器通过流分裂/结合阀和管道布置来分隔，或采用到中间存储池的直接连接。
在本实施例中，热交换器是逆向流动热交换器，并且循环的工作流体优选地是二氧化碳。此外，热存储介质为流体，并且优选地为水。本实施例的压缩器是电动压缩器。本领域技术人员会知道，如图2和图3中所示的TEES系统可按照若干不同方式来实现。备选实施例包括：
●可将不同工作流体用于充电循环和放电循环，以便使往返效率为最大。可使用的工作流体的示例是临界温度低于循环的高温度水平的任何制冷剂。
●环境或专用冷存储装置能够用作充电循环的热源和放电循环的散热器。能够通过在存储装置的充电期间产生冰水混合物，并且在放电循环期间使用所存储冰水混合物冷凝工作流体，来实现冷存储装置。
●虽然热存储介质一般为水(必要时在加压的容器中)，但是也可使用诸如油或熔盐之类的其它材料。有利的是，水具有较好的热传递和传输性质以及高热容量，并且因此对于预定热存储能力要求较小容积。显然，水是不易燃的、无毒的并且是环境友好的。选择廉价热存储介质会有助于较低的总系统成本。
●在本发明概念之内可利用多个热存储池代替单个热存储池或者使用多个冷存储池代替单个冷存储池。在例如两个小的冷存储池比单个大的存储池更实用的情况下可设想此方面。
本领域技术人员会知道，TEES系统中的冷凝器和蒸发器可采用能够承担这两个作用的多功能热交换装置来代替，因为充电循环中蒸发器的使用以及放电循环中冷凝器的使用将在不同时段中实施。类似地，涡轮机作用和压缩器作用能够由能够实现这两种任务的相同机械（本文中称作热力机）来实施。
用于本发明的优选工作流体是二氧化碳；主要由于热传递过程中的更高效率以及作为天然工作流体的二氧化碳的温和性质，即，不易燃的、无臭氧消耗潜势、无健康危害等等。
本发明的优选实施例，尤其是如上所述的优选实施例，可以按照下面所列各项中所详述的那样有利地结合上面详述的一个或多个特征来实现。
1. 一种热电能量存储系统，具有用于将热能提供给热存储装置的充电循环以及用于通过从所述热存储装置取回所述热能来生成电力的放电循环，所述热电能量存储系统包括：
工作流体环路，用于使工作流体通过热交换器(16)进行循环，其中所述工作流体在所述热交换器(16)中的热传递期间经历跨临界过程，
热存储介质环路，用于循环热存储介质，所述热存储介质环路具有经由所述热交换器(16)连接在一起的至少一个热存储池(24)、一个中间温度存储池(22)和一个冷存储池(20)，
其中，所述系统适合通过热存储介质到所述中间存储池(22)的输入流率的改变以及通过热存储介质从所述中间存储池(22)的输出流率的改变，来修改所述热交换器(16)中的所述热存储介质的流率。
2. 如第1项所述的系统，其中，所述热存储介质的所述流率经过修改，以便在充电循环和放电循环期间使所述工作流体与所述热存储介质之间的温度差为最小。
3. 如第2项所述的系统，其中，所述热交换器(16)具有适合分开或结合来自所述中间存储池(22)的所述热存储介质流的内部分流器(18)。
4. 如第3项所述的系统，其中，所述热交换器分成第一部分(16a)和第二部分(16b)，并且所述热存储介质不仅流经所述第一部分而且流经所述第二部分，以及分流器(18)位于所述热交换器的所述第一部分(16a)与第二部分(16b)之间，所述分流器(18)适合分开或结合来自所述中间存储池(22)的所述热存储介质流。
5. 如第2项所述的系统，其中，所述热交换器分成第一部分(16a)和第二部分(16b)，并且所述热存储介质经由所述中间存储池(22)不仅流经所述第一部分(16a)而且流经所述第二部分(16b)。
6. 如第3项所述的系统，其中，至少一个另外的中间存储池连接在所述热存储介质环路中，并且对于每个另外的中间存储池，所述热交换器(16)具有另外的内部分流器。
7. 如以上各项中的任一项所述的系统，其中，所述充电循环和放电循环均被跨临界地运行。
8. 一种用于在热电能量存储系统中存储和取回能量的方法，包括：
通过对热存储介质加热来对所述系统充电，其中所述热存储介质在经由热交换器(16)连接在一起的热存储池(24)、中间存储池(22)和冷存储池(20)之间循环，
通过采用来自所述热存储介质的热量对工作流体环路中的工作流体加热，以及通过热力机(30)使所述工作流体膨胀，来对所述系统放电，其中所述工作流体在所述热交换器(16)中的热传递期间经历跨临界过程，以及
通过改变热存储介质到所述中间存储池(22)的输入流率，以及通过改变热存储介质从所述中间存储池(22)的输出流率，来修改通过所述热交换器(16)的所述热存储介质的流率。
9. 如第8项所述的方法，其中，修改所述流率的步骤包括在充电循环和放电循环期间使所述工作流体与所述热存储介质之间的温度差为最小。
10. 如第9项所述的方法，还包括：
分开或结合来自所述中间存储池(22)的所述热存储介质流。
11. 如第10项所述的方法，还包括：
经由所述热交换器(16)来连接至少一个另外的中间存储池，并且还对于每个另外的中间存储池分开或结合所述热存储介质流。
12. 如第8-11项中的任一项所述的方法，其中，所述充电循环和所述放电循环均被跨临界地执行。

Claims (27)

1.一种能量存储系统，具有用于将热能提供给热存储装置的充电循环以及用于通过从所述热存储装置取回所述热能来生成电力的放电循环，所述能量存储系统包括：
工作流体环路，用于使工作流体通过热交换器(16)进行循环，以便在所述工作流体和热存储介质之间交换热量，
热存储介质环路，用于循环所述热存储介质，所述热存储介质环路具有经由所述热交换器(16，16a，16b)连接在一起的至少一个热存储池(24)、一个中间存储池(22)和一个冷存储池(20)，以及用于将热存储介质中的流结合或分开的部件。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述用于将热存储介质中的流结合或分开的部件包括分流器(18)。
3.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述系统配置成通过热存储介质到所述中间存储池(22)的输入流率的改变以及通过热存储介质从所述中间存储池(22)的输出流率的改变，来修改所述热交换器(16，16a，16b)中的所述热存储介质的流率。
4.如权利要求3所述的系统，其中，所述热存储介质的所述流率经过修改，以便在充电循环和放电循环期间使所述工作流体与所述热存储介质之间的温度差为最小。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述用于将热存储介质中的流结合或分开的部件包括在所述热交换器(16)中包含的内部分流器(18)。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述热交换器分成第一部分(16a)和第二部分(16b)，并且所述热存储介质不仅流经所述第一部分(16a)而且流经所述第二部分(16b)，并且其中，所述用于将热存储介质中的流结合或分开的部件包括位于所述热交换器的所述第一部分(16a)与第二部分(16b)之间的分流器(18)。
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述用于将热存储介质中的流结合或分开的部件包括热交换器，所述热交换器分成第一部分(16a)和第二部分(16b)，使得所述热存储介质经由所述中间存储池(22)不仅流经所述第一部分(16a)而且流经所述第二部分(16b)。
8.如权利要求5所述的系统，其中，至少一个另外的中间存储池连接在所述热存储介质环路中，并且对于每个另外的中间存储池，所述热交换器(16)具有另外的内部分流器。
9.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述充电循环和/或放电循环被跨临界地运行。
10.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述能量存储系统是在所述充电循环中将电转换为热量并且存储所述热量的热电能量存储系统。
11.一种用于在能量存储系统中存储和取回能量的方法，包括：
通过对热存储介质加热来对所述系统充电，其中
●所述热存储介质在经由热交换器(16，16a，16b)连接在一起的热存储池(24)、中间存储池(22)和冷存储池(20)之间循环，其中
○将来自所述冷存储池(20)的一定比例的热存储介质在流经所述热交换器的一定部分之后分出并引导到所述中间存储池(22)，或者
○将来自所述中间存储池(22)的一部分热存储介质在流经所述热交换器的其它部分之前与来自所述冷存储池(20)的热存储介质混合；
通过采用来自所述热存储介质的热量对工作流体环路中的工作流体加热，以及通过热力机(30)使所述工作流体膨胀，来对所述系统放电。
12.如权利要求11所述的方法，其中，在放电期间，将来自所述中间存储池(22)的热存储介质在流经所述热交换器的一定部分之前与来自所述热存储池(24)的热存储介质混合，或者将来自所述热存储池的一定比例的热存储介质在流经所述热交换器的其它部分之后分出并引导到所述中间存储池(22)。
13.如权利要求11所述的方法，其中，通过所述热交换器(16，16a，16b)将热存储介质从所述冷存储池(20)泵入所述热存储池(24)，并且部分到所述中间存储池(22)中。
14.如权利要求11所述的方法，其中，通过所述热交换器(16，16a，16b)将热存储介质从所述热存储池(24)和所述中间存储池(22)泵入所述冷存储池(20)。
15.如权利要求11所述的方法，其中，通过改变热存储介质到所述中间存储池(22)的输入流率，以及通过改变热存储介质从所述中间存储池(22)的输出流率，通过所述热交换器(16，16a，16b)的所述热存储介质的流率被修改。
16.如权利要求15所述的方法，其中，修改所述流率的步骤包括在充电循环和放电循环期间使所述工作流体与所述热存储介质之间的温度差为最小。
17.如权利要求11所述的方法，还包括：
经由所述热交换器(16)来连接至少一个另外的中间存储池，并且还对于每个另外的中间存储池分开或结合所述热存储介质的流。
18.如权利要求11所述的方法，其中，跨临界地执行充电循环和/或放电循环。
19.如权利要求11所述的方法，其中，所述能量存储系统是热电能量存储系统，并且其中，在充电中电被转换为热量并被存储。
20.一种用于在能量存储系统中存储和取回能量的方法，包括：
在充电循环中对所述系统充电，其中
●热存储介质在经由热交换器连接在一起的热存储池(24)、中间存储池(22)和冷存储池(20)之间循环，其中
○将来自所述冷存储池(20)的全部热存储介质在第一热交换器部分(16a)之后路由到所述中间存储池(22)，然后将一部分所述热存储介质从所述中间存储池(22)输送出并且注入到第二热交换器部分(16b)中并且接下来到所述热存储池(24)中；
通过采用来自所述热存储介质的热量对工作流体环路中的工作流体加热，以及通过热力机(30)使所述工作流体膨胀，来对所述系统放电。
21.如权利要求20所述的方法，其中，通过所述热交换器(16，16a，16b)将热存储介质从所述冷存储池(20)泵入所述热存储池(24)，并且部分到所述中间存储池(22)中。
22.如权利要求20所述的方法，其中，通过所述热交换器(16，16a，16b)将热存储介质从所述热存储池(24)和所述中间存储池(22)泵入所述冷存储池(20)。
23.如权利要求20所述的方法，其中，通过改变热存储介质到所述中间存储池(22)的输入流率，以及通过改变热存储介质从所述中间存储池(22)的输出流率，通过所述热交换器(16，16a，16b)的所述热存储介质的流率被修改。
24.如权利要求23所述的方法，其中，修改所述流率的步骤包括在充电循环和放电循环期间使所述工作流体与所述热存储介质之间的温度差为最小。
25.如权利要求20所述的方法，还包括：
经由所述热交换器(16)来连接至少一个另外的中间存储池，并且还对于每个另外的中间存储池分开或结合所述热存储介质的流。
26.如权利要求20所述的方法，其中，跨临界地执行充电循环和/或放电循环。
27.如权利要求20所述的方法，其中，所述能量存储系统是热电能量存储系统，并且其中，在所述充电循环中电被转换为热量并被存储。
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