CN106062318B - 用于在盐/碱液中储存能量的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于为了评定再生能量、特别是来自风力设备和光伏设备的再生能量的目的为了按要求地供应消耗器而在盐/碱液中储存能量的方法和装置，和/或涉及一种用于通过在盐/碱液、例如氢氧化钠溶液中吸收或者由盐/碱液、例如氢氧化钠溶液解吸水蒸汽来储存常规的能量经济的暂时的过剩生产能力的方法和装置，其中，电能的耦合通过用于压缩(1.10)来自解吸的蒸汽的电驱动装置实现并且经耦合的能量的回收通过利用用于加热和闪蒸蒸发(2.3)的吸收热以及闪蒸蒸汽到吸收的压力水平的做技术功的膨胀(7、8)来实现。本发明的优点在于与位置无关地储存具有相对于现有技术更高的能量密度的能量直至至今仅由抽水蓄能式水电站实现的工作能力。

Description

用于在盐/碱液中储存能量的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于通过解吸和吸收水蒸汽在盐/碱液、如优选以含水溶液形式的金属氢氧化物或者金属盐中、特别是在氢氧化钠溶液中储存能量的方法和装置。

背景技术

本发明的应用领域是在乡镇中、在行业中、在工业中和在运输事业中为了在电能和热能的供应和需求之间平衡的目的通过由蒸汽电厂、燃气轮机电厂和发动机电厂和热电厂以及由光伏设备和风力设备转换成蓄能发电站或蓄能热发电站在能量供应系统中储存电能和/或热能。

在21世纪中能量供应的主要任务是通过太阳再生能量替换化石燃料和原子燃料。“太阳再生能量”的概念当前用于区分于化石和原子燃料，因为现在再加工的原子燃料在许多情况下也称为“再生”能量。用于将太阳再生能量转换成电能的最有名的设备目前是光伏设备、风力设备和水力设备。在本申请的范围内，太阳再生能量和再生能量的概念在上述区分的意义中同义地使用。该替换的实现在现有技术中由于用于能量储存的不足的技术而变得困难，尽管存在多个技术上的解决方案和建议。能量储存的必要性在今天的能量经济中由能量消耗器的特性得出，这尽管全部的努力在将来也不会明显改变。

能量储存的任务至今主要通过在能量转换和能量使用之前储存化石和原子燃料和在其功率方面可调节的能量转换方法来解决，该能量转换方法可以跟随能量供应系统的负载曲线、即在一个时间周期上的消耗的功率(例如电功率或者气体功率)在时间上的变化。

与此相比，在化石燃料和原子燃料的转换与能量消耗器之间的蓄能器、如抽水蓄能式水电站、蓄热器以及电蓄电池和电池目前具有次要意义。因为太阳再生能量经济的将来重要的能源、如特别是太阳辐射和风能仅偶尔供使用并且不能储存，因此相对于此为将来的能量供应系统确定储存方法，所述储存方法设置在太阳再生能量的转换和能量消耗器之间。

其次，但是也适用于储存常规的、即利用燃料、如煤、燃气包括天然气和沼气或者原子燃料来运行的能量经济的暂时的生产能力过剩的可能性。

为此，在现有技术中提供特别是在费用、效率和可用性方面的方法和技术，所述方法和技术可能不令人满意地完成该任务。

后果是，再生能量的扩建受到限制并且为了避免网络过载在容忍经济损失的情况下不仅切断常规的发电厂而且切断风力发电厂和光伏发电厂。

因此，利用文献EP 1987299 A0建议一种可逆的循环过程，在该循环过程中通过热力泵使有效能与无效能“混合”成具有热能级的显热并且在有效能通过力过程满足要求地(即按照负载曲线)再次除去之前储存该显热。在实际转变中已证明，供使用的热力泵压缩机和膨胀机仅能实现大约50％的回收度。期待由专门的涡轮机的开发进行改进。

最后也储存显热的压缩空气储罐导致类似的结果，由此可以有效地利用空气的建立的压力降。

原因在于，在储存显热时除有效能之外也必须储存无效能，这导致特定低的储存工作并且因此导致大的储存。

有效能储存的最高形式可以通过将再生能转换成化学的能量载体、例如碳氢化合物如甲烷、汽油、柴油和燃油以及与已经存在的基础设施兼容的酒精如甲醇和乙醇来实现，如其例如在文献WO 2008/014854 A1中描述的那样。与此相比，储存以纯氢的形式的再生能作为总解决方案是不实用的。所述再生能在低的回收度的情况下要求新的基础设施。氢气与碳的化学结合原则上是储存氢的极有效的方法。因此，在1立方米柴油机中在环境压力下稳定地化合1200立方米氢气并且按照文献WO 2008/014854 A1这种方法可以实现高达70％的回收度。

为了使用燃料的目的而点火现有技术的具有技术装置的通常效率的用于发电的力过程，再生能量转换成化学的能量载体并且该再生能量的储存是不实用的，所述技术装置导致电流回收的总效率由25％直至35％。在考虑电网的能量损耗的情况下对于这种储存形式得到：每MWh回收电能必须供应5至10MWh再生能量，这相比于电流的直接利用使电流成本增加了许多倍。

能量储存的可能最有名的方法是抽水蓄能式水电站，该抽水蓄能式水电站使每立方米水在400米的落差时可以处理大约1kWh/m3水的电工作。该方法的缺点是，不会随处都存在用于抽水蓄能发电站的场地以及高的开发费用和对自然界的不良影响。

通过文献EP 2067942 A2消除了该缺点，其方式为：在环境温度时二氧化碳的聚集态的等温改变用于建立相对于环境压力的压差。该方法的优点是与位置无关。不利的是用于基于所储存的水的工作能力在压力下储存水的高的材料耗费，该工作能力在利用用于蒸发和冷凝二氧化碳的环境热的情况下同样可以以1kWh/m³水得到。

发明内容

本发明的目的和任务在于抽水蓄能发电站或者抽水蓄能热电站，为了给可储存的材料充能量而将循环的能量供应给这些抽水蓄能发电站或者抽水蓄能热电站，该可储存的材料物质改变地进行储存、按要求地从储存器中提取并且在释放能量的情况下再次回到其原始状态中中、即可逆的循环过程。所述材料应能够在长的时期内以高的密度和高的容量储存，并且所述装置应能够在使用在工业、特别是发电站技术和化学工业中已知的装备和作业工具的情况下实现。

因此，本发明特别是涉及一种用于为了评定(Qualifizierung)再生能量、特别是来自风力设备和光伏设备的再生能量的目的为了按要求地(即按照负载曲线)供应消耗器而在盐/碱液中储存能量的方法和装置，和/或也涉及一种用于储存在盐/碱液、例如氢氧化钠溶液中吸收或从盐/碱液、例如氢氧化钠溶液中吸收和解吸水蒸汽储存常规的、以燃料如煤、煤气连同天然气和生物气或原子燃料运行的能源经济的暂时的过剩生产能力的方法和装置，其中，电能的耦合通过用于压缩来自解吸的蒸汽的电驱动装置实现并且经耦合的能量的回收通过利用用于产生蒸汽的吸收热、例如经由用于将闪蒸蒸汽闪蒸蒸发和膨胀到吸收的压力级的热水产生装置来实现。

本发明的优点是与位置无关地储存相比于现有技术具有更高的能量密度的能量直至至今仅由抽水蓄能式水电站达到的工作能力。

按照本发明，该任务通过使盐/碱液循环与一个或者多个水循环的结合来解决。在此，按本发明的方法优选通过将水蒸汽耦入到盐/碱液中或从盐/碱液中耦出来进行，该水蒸汽通过热能的耦合并且必要时通过经由从盐/碱液中解吸水蒸汽的技术功来提供并且在所述吸收的过程中在此释放热能或者做技术功，其中，技术功优选以电能的形式被导出。

在本发明的意义中如下化合物被视作盐/碱液，该化合物具有可逆地吸收和解吸水(蒸汽)的特性，例如优选是以含水的溶液、优选含水的碱土氢氧化物溶液或者碱金属氢氧化物溶液或者碱金属卤化物溶液、特别是含水的氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或者溴化锂溶液的形式的金属氢氧化物或者金属盐。

在本发明的范围内重要的是，在盐/碱液循环过程(即利用盐/碱液、特别是金属氢氧化物/金属盐、优选氢氧化钠溶液和水(蒸汽)的吸收过程)中不通过材料转换释放化学能，从而仅在盐/碱液、如金属氢氧化物/金属盐和水之间供应用于技术功的键合能。该键合能、等压的沸点和卡诺效率随着盐/碱液浓度的增加而升高。由此也在盐/碱液中得出如下可能性，即，在较高的浓度时通过吸收释放的热量回收地传递给在较低的浓度时的解吸或者传递给水并且因而以相比于所述吸收更高的压力释放水蒸汽，该水蒸汽可以在做技术功之后用作吸收蒸汽。

按本发明的解吸和吸收工序有利地等压地以不稳定的沸点工作，这些不稳定的沸点通过导入和导出的盐/碱液的浓度极限以及所选择的解吸和/或吸收压力水平来预定。

在解吸蒸汽和在解吸时贫液的浓缩温度之间的温度差例如在水蒸汽压力为1bar时在供应的盐/碱液的浓度为0.40kg NaOH/kg盐/碱液时为30K并且在具有0.74kg NaOH/kg盐/碱液的导出的盐/碱液之间为95K。在吸收的情况下，供应的和导出的盐/碱液的浓度比是相反的，然而温度差是相同的。

按照本发明，所述结合在将解吸热由载热介质循环过程回收地供应给盐/碱液的情况下通过循环地解吸来自盐/碱液循环的水蒸汽设计，其中，优选的载热介质是高压水(初级水循环过程)，并且在将吸收热由盐/碱液回收地导出给冷却循环过程的情况下将水蒸汽循环地吸收到盐/碱液中，在同样优选高压水时，但是也用作冷却剂(次级水循环过程)，其中，通过冷却剂接收的吸收热通过以压力分级的闪蒸蒸发以闪蒸蒸汽由水循环过程再次导出并且对于解吸所需的热量通过冷凝来自解吸的以压力分级的压缩的水蒸汽直接地或者回收地供应给初级水循环过程。按照本发明，在热循环和冷却循环中也可以将流体的、导电的工作介质用作载热介质，在这些载热介质中可以使水蒸汽冷凝或者使水蒸发并且这些载热介质可以通过磁场在压力方面提高和下降。

此外，按照本发明，来自闪蒸蒸发的蒸汽(其它：闪蒸蒸汽)膨胀以便做出技术功并且此后作为吸收蒸汽至少部分地供应给盐/碱液。

在此，按照本发明，一方面有利的是，水蒸汽在压缩之前或者之后通过注入具有高于蒸汽的冷凝温度的温度的水这样加载有水气溶胶，使得蒸汽在冷凝之前或者之后作为干饱和蒸汽供应，并且另一方面，在膨胀之后作为湿蒸汽存在的闪蒸蒸汽在其作为吸收蒸汽导入到盐/碱液中之前通过利用闪蒸蒸汽或者膨胀蒸汽回收地加热来干燥，该闪蒸蒸汽或者膨胀蒸汽特征在于高出至少2K的冷凝温度。

对于按照本发明的方法，其特征在于，闪蒸蒸汽的平均的特定的焓差大于在由盐/碱液解吸时在饱和蒸汽状态中的导出的水蒸汽(其它：解吸蒸汽)的焓差，这导致：解吸蒸汽的物质流在膨胀之后大于由次级水循环过程供应的干闪蒸蒸汽，从而干闪蒸蒸汽物质流对于循环的吸收并且因此对于确保可逆的解吸过程/吸收过程的物料平衡是不充分的。

本发明由此得出如下任务：提出如下措施，所述措施提高了吸收蒸汽物质流、确保了方法的物料平衡并且使部分过程的能量平衡同步。

按照本发明，这通过如下方式实现，即，需要比用于所述解吸的加热更多的解吸蒸汽或者压缩全部的解吸蒸汽并且逐级地被吸取到热水循环中、在那里冷凝并且加热比对于解吸的加热所需的更多水量并且初级的水循环的水量增加了解吸蒸汽的量。热的剩余水由初级水循环例如导出到高压分层式水储存器中并且由该高压分层式水储存器按需要地附加地经由次级水循环供应给闪蒸蒸汽，使得在所述吸收时蒸汽物质流可以作为闪蒸蒸汽从水循环中分离，该蒸汽物质流在其做技术功的膨胀和冷凝分离或者干燥之后至少还相应于为了确保化学计量的物料平衡所需的、用于在可逆的盐/碱液循环中吸收的蒸汽物质流。

通过按照本发明地为待压缩的或者经压缩的蒸汽加载水气溶胶实现：在压缩之后饱和蒸汽的热值高于解吸工序的热水循环的热量需求、即在耦合的盐/碱液循环中解吸的热量需求。现在再次导致：相对于解吸蒸汽更高的物质流出于加热水始流的目的必须在解吸的加热循环中压缩。按照本发明，有利地，这在注入来自在蒸汽喷射之后的循环水(热水始流)和/或热水回流的水的情况下实现，其中，在代替来自回流的水注入更热的始流水时，提高待压缩的蒸汽量并且因此提高来自蒸汽压缩(水蒸汽热泵)的蒸汽的热值。热蒸汽物质流的提高可以通过调节注入水的温度、例如通过将始流水混入回流水来调节。

按照本发明，通过注入带有相对于饱和蒸汽的温度更高的温度的水使待压缩的蒸汽这样加载有水气溶胶，使得蒸汽在压缩之后至少作为干饱和蒸汽存在。

因为根据本发明的任务能量的储存、解吸和吸收不是同时、而是时间错位地利用在中间连接的用于盐/碱液和水的储存器进行，所以不可能的是，在解吸期间供应给水循环的并且对于解吸不是必需的热能同时导出给按照本发明在吸收期间导出的闪蒸蒸汽。因此，按照本发明，热水分层储存器集成到解吸工序和吸收工序的水循环中。在解吸期间，来自循环水始流的、带有高于富液的沸点的温度的热水从上方供应给所述储存器。所述供应过程通过安装在分层储存器的下端部上的导管从分层储存器中置换相同的水量。所述水量在吸收期间、通过冷却到至少最后的闪蒸级的沸点的循环水的闪蒸蒸发由下方以所述目标供应给分层储存器、再次供应相同的量，在解吸期间供应的热水向上从分层储存器中挤压并且通过次级水循环供应给闪蒸蒸发。

按照本发明，在解吸期间从分层储存器中置换的、通过闪蒸蒸发冷却的冷却循环水用于回收地预热待供应给所述解吸的贫液并且在吸收期间从分层储存器中置换的、带有高于在第一级闪蒸蒸发之后的冷却循环水的温度的温度的水供应给闪蒸蒸发。

由此得出：符合目的的是，解吸工序和吸收工序的水循环分成初级循环和次级循环，其中，在吸收工序的次级循环中的水通过闪蒸蒸发这样冷却，使得水温度低于贫液的沸点至少2K并且可以完全接收吸收热，并且解吸工序的初级水循环通过经压缩的蒸汽的分级喷射或者冷凝至少以如下程度被加热，即，该初级水循环至少达到高于富液的沸点的温度。

总结：解吸工序的次级水循环具有如下任务，即接收、冷凝来自解吸的蒸汽并且给解吸供热并且吸收工序的水循环接收吸收热并且通过闪蒸蒸发确保在考虑随后的、做技术功的膨胀的情况下对于吸收所需的蒸汽量。

闪蒸蒸汽的做功的膨胀在湿蒸汽领域中运用。热力学上有利的是，在将膨胀的闪蒸蒸汽用作吸收蒸汽之前去除蒸汽湿度，这减少吸收蒸汽的物质流，或者通过回收地供应热、例如通过冷凝来自蒸汽膨胀的具有相对于吸收蒸汽高出至少1K的冷凝温度的废蒸汽、或者来自膨胀的闪蒸蒸汽的局部吸收的废蒸汽来干燥或者过度加热湿蒸汽。于是，按照本发明，过度加热湿蒸汽直至一个温度，该温度允许蒸汽膨胀到干饱和蒸汽。

由此，按本发明的方法的特征在于盐/碱液循环和水循环，所述盐/碱液循环和水循环在物质上和在能量上这样耦合，使得所述盐/碱液循环和水循环的物质平衡和能量平衡可以得到补偿和实现。

由此，按照本发明，盐/碱液循环的特征在于，

-在盐/碱液中的水比重至少在两次浓缩(一次较低(贫液)和一次较高(富液))之间通过循环的解吸和吸收以水蒸汽可逆地调节，所述两次浓缩(通过在盐/碱液、如金属氢氧化物/金属盐和水之间的键合能)表明盐/碱液的属于浓缩的低沸点和高沸点；

-对于解吸所需的热量回收地由水循环传递给贫液，由此水循环的温度下降至超过贫液的沸点至少1K并且有利地通过更多级压缩在此产生的解吸蒸汽并且在水循环中冷凝(通过喷射到水循环中或者通过将循环水注入到压缩的蒸汽中)，并且因此将水循环的温度提升至超过富液的沸点至少1K；

-盐/碱液的吸收热传递给冷却循环的水，加热该冷却循环并且将加热的水循环通过闪蒸蒸发、有利地多级地在形成水蒸汽的情况下冷却至低于贫液的沸点至少1K并且同时在考虑随后的、做技术功的蒸汽膨胀的情况下通过闪蒸蒸发从水循环中获得对于吸收所需的蒸汽。

由此得出，按照本发明，初级和次级的水循环和盐/碱液循环通过热水分层储存器和优选在环境压力下工作的用于贫液和富液以及水的腔储存器(也被称为产品储存器)是耦合的并且具有如下特征：

一方面：

-出于从盐/碱液中解吸水蒸汽的目的，将来自解吸工序的水-热循环的显热回收地导出到盐/碱液循环；

-通过由于压缩在压力中提高的水蒸汽的冷凝并且该水蒸汽到盐/碱液循环的解吸的初级水循环中的吸取或者通过外部蒸汽或者外部热加热所述解吸的水-热循环；

-通过供应对于解吸的供热不是必需的、通过蒸汽冷凝加热的从上方来自解吸的水循环的加热的水来给分层式水储存器加载，同时向下从分层式水储存器中置换并且导出通过闪蒸蒸发冷却的来自吸收的水冷却循环的水；

-在解吸期间从分层式水储存器中置换的水通过该水的显热到流向解吸的贫液的回收的热量传递进行冷却并且将冷却的水储存到产品储存器中。

另一方面：

-通过将来自水蒸汽吸收的显热传递到盐/碱液中回收地加热在吸收的冷却循环中的水；

-通过单级的或者多级的产生闪蒸蒸汽冷却来自吸收的冷却循环的水和来自解吸工序的供应给集成的分层式水储存器的热水，并且将对于冷却吸收工序不是必需的、通过闪蒸蒸汽冷却的水从下方导出给分层式水储存器，同时将热水的相同的物质流向上从分层储存器置换并且将其供应至闪蒸蒸发；

-将通过闪蒸蒸汽膨胀到吸收的压力水平产生的技术功解耦并且以解吸蒸汽的物质流的高度供应对于循环的吸收所需的水蒸汽物质流；

-通过由水循环回收地加热、局部吸收具有相对于吸收蒸汽更高的压力的闪蒸蒸汽、废蒸汽或者供应外部温度，将待供应给吸收的闪蒸蒸汽由湿蒸汽状态转换到干饱和蒸汽或者过热蒸汽的状态中。

不仅按本发明的水循环而且盐/碱液循环的物质平衡和能量平衡必须符合物质一致的热学循环过程，在该循环过程中通过热蒸汽热泵过程进行能量的耦入并且通过水蒸汽力过程进行能量的耦出，其中，盐/碱液循环以解吸蒸汽的形式供应用于热泵过程的工作介质并且水循环供应对于吸收所需的水蒸汽。

按本发明的方法的特征也在于，解吸蒸汽的压缩以至少两个步骤进行。第一步骤用于将蒸汽压力提高到至少一个沸点压力，该沸点压力等于盐/碱液循环的低沸点的压力，而在压缩的第二步骤中将蒸汽压力提高到高于上述沸点压力并且至少等于盐/碱液的高沸点的压力的沸点压力。

由此，所述方法的特征在于三个温度水平，这三个温度水平按照本发明表明过程控制。所述三个温度水平是解吸蒸汽的冷凝温度以及盐/碱液的与浓缩和蒸汽压力有关的低级和高级沸点。

按照本发明，水循环经由至少两个压力级引导，其中，初级水循环的压力级通过蒸汽喷射的压力级确定，并且次级水循环的压力级通过闪蒸蒸汽的压力级以及盐/碱液的沸点确定。在初级水循环中的高沸点必须高于富液的沸点。

在初级水循环过程中的按本发明分级的压力提高能在回流水和始流水之间实现：

-解吸蒸汽的优选分级的压缩，其中，在第一步骤中压缩到至少对应于盐/碱液的低沸点的蒸汽压力，并且

-由此，出于提高蒸汽物质流的目的并且为了减少浓缩花费将来自水回流和水始流的水按照本发明分级地注入。

按照本发明，能量由所述方法耦出的特征在于，水循环的在吸收期间加热的连同在解吸期间储存的水经受单级或者多级的闪蒸蒸发并且这样形成的带有饱和蒸汽质量的闪蒸蒸汽单级地或者多级地在释放技术功的情况下降压。因为该做功的膨胀总是在蒸汽的湿蒸汽领域中应用并且能量转换除了装置的表面损耗之外也导致能量损耗并且因此导致熵增加，所以在蒸汽的按本发明的膨胀期间除了蒸汽冷凝之外也产生蒸汽分流，该蒸汽分流可以在盐/碱液的沸点压力下有利地膨胀并且因此不适合于作为吸收蒸汽供应，但是可以在热量吸收器中在导出热量的情况下被吸取到盐/碱液中或者在环境温度时冷凝。在此产生的蒸汽冷凝物必须再次供应给水循环。

由此形成下一个任务，该任务按照本发明通过如下方式解决，即，来自闪蒸蒸发的饱和蒸汽的膨胀多级地降压直至吸收的沸点压力并且供应给所述吸收，而留下的蒸汽在随后的膨胀中降压到环境温度并且冷凝或者在该蒸汽的冷凝物回流到水循环中时供应给外部的应用、例如热量供应。按照本发明，冷凝物的回流可以通过外部水的供应来代替。

按照本发明，一部分循环地通过解吸产生的富液加载有来自冷却冷水和废水以及海水的外部的水蒸汽、特别是闪蒸蒸汽，吸收热回收地作为热量导出并且以蒸汽供应的水由所述方法导出并且供应给外部的应用、例如饮用水处理。

耦入的能量的力求达到的高的回收度在考虑盐/碱液的固态的状态的情况下需要在低的温度时优选在大致环境温度或者高于环境温度时存放贫液和富液。存放温度特别是与输送能力、即与盐/碱液的动态的粘度有关。例如符合目的的是，氢氧化钠溶液富液在温度大约60℃之上、优选不低于大约70℃时存放，以便确保足够的输送能力(可泵吸性)。按照本发明，这通过将由解吸或者吸收流出的盐/碱液的显热回收地传递给流入解吸或者吸收的盐/碱液确保，其中，为了确保热量平衡将水循环结合到该回收的热量交换中。

按照本发明的方法允许在压力不同时吸收和解吸的运行方式。不过，在低压范围中运行时为了避免水蒸汽真空在水循环中显得有利的是，吸收蒸汽的冷凝热传递给带有外部的工作介质、如二氧化碳、二氧化硫等的热泵过程并且用于解吸的热量由所述工作介质直接传递给盐/碱液、水循环或者另一种载热介质。相同的情况也合理地适用于吸收。

按照另一种优选的实施方案，对于压缩解吸蒸汽所需的技术功通过转换电能来提供并且在吸收期间产生的来自闪蒸蒸汽的饱和蒸汽的技术功能力通过膨胀机用于产生电能。

此外，按照本发明，膨胀机是汽轮机，由该汽轮机提取对于所述吸收所需的蒸汽并且再次供应给盐/碱液并且由汽轮机提取的蒸汽在供应至吸收之前通过回收的热量传递进行干燥。

按照另一种优选的实施方案，对于吸收不是必需的蒸汽在低压-汽轮机中膨胀并且在环境温度时通过回收地导出蒸汽的冷凝热来冷凝。

按照本发明，优选地，具有相对于吸收蒸汽更高的压力的闪蒸蒸汽部分被吸收到富液中并且吸收热用于过度加热来自闪蒸蒸发的饱和蒸汽，或者来自闪蒸蒸发的饱和蒸汽通过回收地供应来自水循环的热量来过度加热。

另一种优选的实施方案这样设计，使得由所述方法以解吸蒸汽或者来自闪蒸蒸发的蒸汽的形式或者以始流水或者回流水的形式提取热量并且供应给外部的应用并且通过外部的水补偿实际的水损耗。

按照本发明，优选也为了所述吸收而使用来自外部的水蒸发的蒸汽并且这样供应给所述方法的水作为冷凝物供应给外部的应用。

另一种优选的实施方案这样设计，使得来自解吸的蒸汽不直接压缩，而是出于蒸发外部的热泵-工作介质的目的而冷凝。

用于能量储存的按本发明的装置或者按本发明的系统的特征在于，至少一个用于从盐/碱液中解吸水蒸汽或者将水蒸汽吸收到盐/碱液中的反应器由高压水循环穿流并且在那里在解吸期间回收地冷却到接近盐/碱液的低沸点并且在吸收期间回收地又加热至高沸点。这也适用于经划分的水循环，其中，盐/碱液的高沸点和低沸点可以与解吸压力或者吸收压力有关地具有不同的水平。

此外，按本发明的装置/按本发明的系统的特征在于，电能的耦入通过解吸蒸汽的单级的或者多级的压缩在该解吸蒸汽导入到高压水循环和在那里冷凝之前进行。在解吸蒸汽的多级压缩的第一步骤中出于蒸汽冷却和提高蒸汽物质流的目的进行来自高压水循环的水的注入，该第一步骤将解吸蒸汽的压力水平由解吸的蒸汽压力提高超过如下压力，该压力对应于贫液的沸点和高压水循环的压力，而从多级压缩的第二步骤起蒸汽压力以最后的压缩级被提高超过对应于富液的沸点的压力。

按照本发明，水循环的加热在直接的水预热中逐步地通过导入经压缩的蒸汽或者通过将循环水注入到经压缩的蒸汽中进行。出于所述目的，在高压水循环中的压力按照提供的蒸汽压力逐步地提高。通过导入和冷凝水蒸汽逐步地提高高压水循环的温度导致：由高压水循环提取的注入水引回到高压水循环中，使得在高压水循环中的水量理论上仅提高了解吸蒸汽的量。

然而，物质平衡和能量平衡的计算得出：经压缩的解吸蒸汽的冷凝热不是在每种情况下都可以由解吸的循环水提取。按照本发明，在这样的情况下由分层储存器从下方提取在次级水循环的闪蒸蒸发中冷却的水并且供应给初级水循环。

按照本发明，将吸收热接收到水循环中通过如下方式实现，即，水循环的水经受以压力分级的闪蒸蒸发，该闪蒸蒸发供应蒸汽物质流，该蒸汽物质流至少等于解吸蒸汽的蒸汽物质流，其中，最后一级闪蒸蒸发在对应于贫液的沸点的压力下实施。由此，在最后一级闪蒸蒸发之后需要的是，将在高压水循环中的压力再次提高到一个压力，该压力至少对应于富液的沸点或者对应于在分层式水储存器中的压力。

总结地得出，对于给等压的吸收的加热所需的水循环(热循环或者初级水循环)如在发电厂中的储存水预热时通常的那样通过将在压力方面提高的水蒸汽(该水蒸汽通过水蒸汽-热泵供应)导入到循环水中、或者将循环水注入到以压力分级的蒸汽冷凝器中来调节，这对于所述装置的构造按照本发明能实现现有技术的技术设备在发电厂中的使用。在在所述装置的构造同样使用现有技术的技术设备的情况下允许等压吸收的热量导出给具有逐级的闪蒸蒸发的所使用的水循环(冷却循环或者次级水循环)，该水循环在将闪蒸蒸汽导出给汽轮机的情况下冷却并且最后通过接受吸收热在温度水平中再次再生。

汽轮机在释放技术功的情况下使供应的闪蒸蒸汽的按份额最高的物质流降压到所述吸收的压力水平并且将所述降压的蒸汽供应给反应器作为吸收蒸汽，该吸收蒸汽在那里被吸取到富液中以便形成贫液并且以贫液从反应器中导出。对于所述吸收不必需的来自汽轮机的反压蒸汽供应给进行的、做技术功的膨胀并且之后供应给蒸汽冷凝或者供应热量的吸收剂。

由此，一方面，按照本发明的装置/按照本发明的系统包括如下结构组件：

-带有水注入的多级的蒸汽压缩器；

-通过喷射经压缩的蒸汽或者将水注入蒸汽冷凝器的循环水的多级加热装置；

-用于加热或冷却的换热器；

-用于给盐/碱液加载水蒸汽或者由盐/碱液去除水蒸汽的反应器；

-多级的膨胀机；

-用于贫液以及富液和水的产品储存器，所述产品储存器与结构组件通过换热器连接，所述换热器将由反应器流出的物质流的显热间接地传递到流向反应器的物质流。

由按照本发明的方法的能量平衡得出，为了加热解吸仅须压缩一部分解吸蒸汽。由此得出如下可能性，即，导出另一部分解吸蒸汽用于外部使用、例如地区的热量供应和热水供应，不过这反过来在吸收时需要供应外部的蒸汽。

本发明的优点由以盐/碱液和水的形式的工作介质和发电厂技术的技术设备的使用和用于以电能和热量形式的能量、优选再生能量的与位置相关的储存与回收并且因此在再生能量、特别是来自风力设备和光伏设备的能量的评定中为了按需要的供应得到。本发明特别是适用于再生能量的进一步扩展并且适用于将生产能力过剩，即适用于在煤、油、燃气和核能的传统的能量转换中储存暂时的生产能力过剩。

本发明应该借助于随后的实例进行阐述，然而不局限于特定描述的实施方案。只要不另作说明或者从上下文中强制地另外得出，则百分比说明参照重量、如有疑问参照混合物的总重量。

本发明也参照优选的构造方案和互不排斥的构造方案的所有组合。与数值相关联的说明“大致”或者“大约”表示：至少包括高出或者低出10％的值或者高出或低出5％的值并且在每种情况下高出或低出1％的值。

具体实施方式

按本发明的方法和与此相关的装置借助于图1以氢氧化钠溶液(NaOH)为例示意性地描述如下：

用于说明的基础在于，通过NaOH/kg盐/碱液在浓度范围中具有x₁＝0.40kg的贫液至x₂＝0.74kg的富液的解吸循环/吸收循环(Z)在计算上估算物质平衡和能量平衡。关于1kg的NaOH意味着，在一个循环中2.50kg贫液通过回收地供应热量分解成1.15kg水蒸汽和1.35kg贫液，并且相反地，在1.35kg富液中通过吸收1.15kg水在排出吸收热的情况下形成2.50kg贫液。

盐/碱液的沸点压力在本实施例中以1bar(对应于100℃的饱和蒸汽温度)确定。在等压的运行方式中，得到130℃的贫液沸点和195℃的富液沸点。水蒸汽的饱和蒸汽温度和盐/碱液的沸点首要地限定按本发明的热泵过程以及力过程的状态变化。

循环的解吸和吸收在两个分开的工序、即解吸工序和吸收工序中等压地实施。解吸反应器(1)装备有用于加热盐/碱液的以水流过的换热器(1.1)并且装备有另一个以富液穿流的换热器(1.3)，该换热器用于将在解吸反应器(1)的液池(1.2)中收集的、195℃热的富液在内部冷却至132℃。

吸收工序的吸收反应器(2)配备有同样以水流过的换热器(2.1)，该换热器将吸收热通过水冷却循环(2.2)供应给单级的或者多级的闪蒸蒸发(2.3)。此外，在吸收反应器(2)中存在以富液穿流的换热器(2.4)，该换热器用于将供应给反应器的富液在为了等压的吸收而调节的蒸汽压力的情况下内部加热到大约富液的沸点(2.5)。

解吸和吸收的在时间上无关的运行能通过用于贫液以及富液和水的产品储存器(4)和热水分层储存器(3)的布置系统实现。

所述布置系统能实现以下运行方式：

热水循环(1.4)的在解吸反应器(1)中冷却的水在该水的压力降低到第一蒸汽喷射(1.5)的压力之后减少，这能实现在第一压缩级(1.10)中压缩的解吸蒸汽(1.5)的一部分的喷射，在本实施例中为0.225kg水蒸汽/Z。

解吸蒸汽(1.24)在其在(1.10)中压缩之前通过注入热水由热水循环(1.4)的热水始流(1.15)冷却到饱和蒸汽状态，对此注入0.038kg/Z水并且之后按照蒸汽湿度加载蒸汽溶胶，这些蒸汽溶胶在将热水注入到解吸蒸汽(1.16)中时产生，所述蒸汽湿度通过经由(1.10)的压缩功供应引起压缩的解吸蒸汽(1.5)的饱和蒸汽状态。蒸汽(1.5)到减压的循环水(1.4)中的喷射使循环水温度提高至喷射蒸汽(1.5)的冷凝温度。

接着，蒸汽压力通过进一步压缩(1.11至1.14)和在热水循环(1.4)中的水被提高到相应的压力级，所述压力级能实现蒸汽到热水循环(1.4)中的进一步喷射(1.6至1.9)。在本实施例中，在热水循环(1.4)中的和喷射蒸汽(1.5至1.9)的压力级通过以下压力表示：4.2-6.2-8.5-11.5-15.0bar。热水循环(1.25)的始流利用最后一级蒸汽喷射(1.9)实现197℃的温度。

热水循环的始流的物质流如下地分成9.0kg/Z地作为热水供应给解吸反应器的换热器(1.1)。0.24kg/Z逐级地在部分闪蒸蒸发的情况下在压缩级(1.10至1.14)之前注入到经压缩的解吸蒸汽中。通过所述注入，蒸汽湿度在所述压缩级之前调节到水/kg中0.12-0.08-0.03-0.02-0.025kg饱和蒸汽。在所述运行方式中，在热水循环(1.4)中的水物质流提高了1.89kg/Z，在此0.24kg/Z用于水注入连同蒸汽冷却(1.17)。由此，在本实施例中在蒸汽压缩的绝热的运行中得出1.65kg/Z的热水剩余(3.1)，该热水剩余从上方供应给热水分层储存器(3)。与此相应地，吸收工序的冷却循环的冷却的循环水(3.2)的相同量在下方从热水分层储存器(3)中移除。在从热水分层储存器移除的水(3.2)中经由(1.21)将0.5kg/Z供应给热水循环(1.4)的回流并且因而供应给分级的蒸汽喷射。对应于解吸蒸汽(1.24)的物质流的剩余的1.15kg/Z的水量(1.22)(相应于解吸蒸汽的冷凝物)用于待供应给解吸的贫液(5)的部分流的回收的预热(5.2)，所述贫液以大约65℃由产品储存器(4)提取，由此将水物质流(1.23)冷却到低于70℃，然后将该水物质流供应给产品储存器(4)。

解吸工序的物质平衡通过从产品储存器(4)中总共提取2.50kg贫液/Z(5)完成。部分贫液在换热器(5.2)中通过冷凝物(1.23)并且在换热器(5.1)中通过由换热器(1.3)流入的富液(1.27)预热到127℃的混合温度(1.26)。在换热器(5.1)之后，富液(5.3)的温度大约为70℃。

在利用富液(1.27)的从解吸反应器中流出的物质流和来自热水分层储存器(1.19)的水的显热交换的情况下，通过在解吸反应器中的换热器(1.1)的热输入降低到2.560kJ/Z。在热水始流和回流之间的温差为65K时计算出9kg/Z的热水物质流(1.4)，该热水物质流穿流换热器(1.1)。

按本发明的热水循环(1.4)出于加热所述解吸的目的由下向上穿流换热器(1.1)，其中，该热水循环的温度由197℃冷却到132℃。预热的贫液(1.26)出于解吸的目的由上方以不超过127℃的温度喷洒到反应器中，而通过供应来自水循环的热量产生的195℃的热的富液由反应器的液槽通过换热器(1.3)以132℃的温度析出并且在进一步回收地在(5.1)中排出显热之后供应给产品储存器(4)。

由此，解吸的热量平衡除了通过水循环的热量供应之外通过经由贫液的热输入并且通过经由富液的热输出以及解吸蒸汽确定。

在所述的条件下，对于压缩通过水注入(1.15)冷却的并且在压缩级之前通过水注入(1.16)转化到湿蒸汽的状态中的蒸汽来说需要总共大约500kJ/Z的绝热的压缩花费。

吸收工序(2)的实现以将在产品储存器(4)中储存的蒸汽冷凝物(4.1)和富液(4.3)供应至吸收反应器(2)开始。两个物质流通过从吸收反应器(2)流出的贫液(2.6)在换热器(6.1和6.2)中被预热到128℃。这样预热的蒸汽冷凝物在热水分层储存器(3)中从下方供应。预热的富液进入吸收的内部的反应器(2.4)中，该富液在那里进一步预热到192℃，然后该富液通过换热器面(2.1)雾化(2.5)。

通过将1.15kg 1bar干燥的吸收蒸汽(2.11)供应至吸收反应器(2)来调节在将富液在经由换热器(2.1和2.4)排出吸收热的情况下转换成贫液的前提条件。换热器(2.1)的冷却能力大约为2400kJ/Z，由此在冷却水始流(2.8)和冷却水回流(2.9)之间温差为64K时计算出8.60kg/Z的冷却水物质流(2.2)。

除了来自换热器(6.1)的预热的蒸汽冷凝物之外，将对于冷却循环(2.8)不是必需的、通过闪蒸蒸发冷却到128℃的水(2.12)以及冷凝物(7.4)供应给热水分层储存器(3)。由下方供应给热水分层储存器(3)的水的总物质流等于通过(3.1)供应的来自解吸过程的水量，该水量由于将冷却的水(3.3)供应至热水分层储存器而由该热水分层储存器中导出并且混入吸收的冷却水循环的回流水(2.9)。

由此，为了闪蒸蒸发，在总体上供应10.25kg/Z的水量。通过四级的闪蒸蒸发(2.3)可以由所述水物质流产生10.0-7.0-4.2-2.5bar压力级的1.303kg饱和蒸汽。在闪蒸蒸汽在膨胀机(7)中降低到1bar时，所述蒸汽可以完成大约360kJ/Z的技术功。

因为闪蒸蒸汽在膨胀到1bar之后以大约0.09kg/kg的蒸汽湿度存在，所以在本实施例中蒸汽在大约1.1bar时从膨胀式透平机(7)中提取，该蒸汽为了使作为吸收蒸汽所需的反压蒸汽(7.3)干燥而在换热器(7.1)中冷凝。残留的反压蒸汽(7.2)在另一个膨胀式透平机(8)中降到环境温度并且在冷凝器(8.2)中冷凝。

在该流对流(Strom zu Strom)的模块中，按本发明的方法在绝热的条件下实现大约77％的流回收度。通过提高闪蒸级的数值，有效系数也可以在等熵的压缩和膨胀的条件下提高到超过80％。

取代将反压蒸汽(7.2)降至环境温度，在本实施例中所述膨胀可在更高的反压力、例如0.1bar时完成并且反压蒸汽可被供应给热吸收器(8.1)，在该热吸收器中反压蒸汽以富液(9.1)转换成贫液(6)，以便排出吸收热到散热器(8.4)中，该散热器具有对于集中热量供应足够的110℃的始流温度。于是，通过该方式，热量能以不超过2400kJ/kg反压蒸汽从吸收过程中脱耦并且能量回收度通过力-热模块提高到超过90％。

在工业应用中可行的技术-经济学参数与用于压缩和膨胀的机器的质量等级在很大程度上相关。

总结地，本发明涉及一种用于出于评定再生能量、尤其是来自风力设备和光伏设备的再生能量的目的在盐/碱液中储存能量的方法和装置，所述方法和装置用于针对需要地供应消耗器，和/或用于通过在盐/碱液、例如氢氧化钠溶液中或者从盐/碱液、例如氢氧化钠溶液中吸收和解吸水蒸汽储存暂时的生产能力过剩的传统的能源经济，其中，电能的耦入通过用于压缩来自解吸的蒸汽的电驱动器进行并且耦入的能量的回收通过使用用于加热和闪蒸蒸发的吸收热以及闪蒸蒸汽到吸收的压力水平上的做技术功的膨胀实现。本发明的优点在于，与环境无关地储存具有相对于现有技术更高的能量密度的能量直至至今仅由水泵储存器实现的工作能力。

附图标记列表：

1 吸收反应器

(1.1) 解吸换热器/换热器

(1.2) 解吸反应器的液槽

(1.3) 冷却富液的换热器

(1.4) 热水循环(初级水循环)

(1.5) 第一蒸汽喷射

(1.6) 第二蒸汽喷射

(1.7) 第三蒸汽喷射

(1.8) 第四蒸汽喷射

(1.9) 第五蒸汽喷射

(1.10) 第一压缩级

(1.11) 第二压缩级

(1.12) 第三压缩级

(1.13) 第四压缩级

(1.14) 第五压缩级

(1.15) 第一水注入/蒸汽冷却

(1.16) 第二水注入

(1.17) 第三水注入

(1.18) 第四水注入

(1.19) 第五水注入

(1.20) 第六水注入

(1.21) 供应平衡水

(1.22) 用于产品储存器的冷凝物

(1.23) 用于产品储存器的冷却的冷凝物

(1.24) 解吸蒸汽

(1.25) 热水始流

(1.26) 将贫液供应至解吸器

(1.27) 将贫液由解吸器导出

(2) 吸收反应器

(2.1) 冷却换热器

(2.2) 水冷却循环(次级水循环)

(2.3) 分级的闪蒸蒸发

(2.4) 在用于加热富液的吸收中的内部的换热器

(2.5) 供应富液

(2.6) 流出贫液

(2.8) 冷却水始流

(2.9) 冷却水回流

(2.10) 将冷却的水由闪蒸蒸发供应至热水分层储存器

(2.11) 干燥的吸收蒸汽

(3) 热水分层储存器

(3.1) 来自初级水循环的剩余水

(3.2) 由分层式水储存器导出置换水

(3.3) 供应来自次级水循环的剩余水

(3.4) 从分层式水储存器中导出置换水

(4) 用于冷却的贫液、富液、水的三腔产品储存器

(4.1) 用于水的储存腔

(4.2) 用于贫液的储存腔

(4.3) 用于富液的储存腔

(5) 将贫液供应至解吸

(5.1) 用于贫液相对于富液的第一分流的预热换热器

(5.2) 用于贫液相对于水的第二分流的预热换热器

(5.3) 用于产品储存器的冷却的富液

(6) 用于产品储存器的冷却的贫液

(6.1) 用于通过贫液的第一分流的的水的预热换热器

(6.2) 用于通过贫液的第二分流的富液的预热换热器

(7) 膨胀机

(7.1) 干燥作为吸收蒸汽所需的反压蒸汽

(7.2) 剩余1bar反压蒸汽

(7.3) 在湿蒸汽状态中的吸收蒸汽

(7.4) 干燥冷凝物

(8) 带有发电机的低压膨胀机

(8.1) 热量吸收器

(8.2) 冷凝器/冷却塔

(8.3) 用于热吸收器的提取蒸汽

(8.4) 散热器

(9) 从产品储存器中提取富液(70℃)

(9.1) 预热的富液

Claims (16)

1.用于通过从贫液中解吸水蒸汽和在富液中吸收水蒸汽而在盐/碱液中储存能量的方法，其特征在于，盐/碱液循环与初级的含水的载热介质循环和次级的含水的载热介质循环结合成，使得

-一方面，对于所述解吸所需的热量回收地由初级的载热介质循环传递给盐/碱液，并且在所述载热介质循环中导出的热量由回收的热量供给来补偿，和/或在此对在解吸盐/碱液时产生的水蒸汽进行压缩并且通过冷凝将所述水蒸汽吸取到所述载热介质循环中，并且

-另一方面，在所述吸收时产生的热量由盐/碱液传递给次级的含水的载热介质循环，并且被吸取到载热介质中的水通过闪蒸蒸发经由饱和蒸汽又从该载热介质中导出。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，吸收和解吸在盐/碱液的两个浓度之间发生，所述浓度不仅指明贫液和富液而且指明盐/碱液的低沸点和高沸点以及限定初级和次级的载热介质循环的始流温度和回流温度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过解吸释放出的水蒸汽多级地进行压缩，其中，水从初级的载热介质循环中提取并且在第一压缩级之前和在每下一个压缩级之后这样喷入到来自解吸的过热蒸汽中，使得相应的蒸汽冷却到饱和蒸汽温度或者在压缩之前通过水喷入转变为具有这样的蒸汽湿度的湿蒸汽，该蒸汽湿度通过随后的压缩转入经压缩的蒸汽的干饱和蒸汽状态。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于压缩解吸蒸汽所需的技术功通过电能转换经由电动机或者电磁泵来提供，并且在所述吸收期间产生的来自闪蒸蒸发的饱和蒸汽的经由机械的或电磁的膨胀机的技术做功能力用于产生电能。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从第一膨胀机中提取对于所述吸收所需的蒸汽，该蒸汽供应给吸收工序并且被吸取到盐/碱液中。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在膨胀机之后提取的蒸汽在供应于所述吸收之前通过回收的热传递进行干燥。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于所述吸收不需要的蒸汽在低压涡轮机中或者在其它膨胀机中继续膨胀并且在环境温度时通过回收地导出该蒸汽的冷凝热来冷凝。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述闪蒸蒸汽的一部分在富液中吸收并且所述吸收热用于过度加热闪蒸蒸发的其它部分蒸汽的饱和蒸汽，或者来自闪蒸蒸发的饱和蒸汽通过回收的供应来自水循环的热量或者外部热来过度加热。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在初级的载热介质循环和次级的载热介质循环之间集成有载热介质分层储存器。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述解吸蒸汽到初级的载热介质循环中的吸取通过冷凝实现，并且这样供应的水从该载热介质循环中导出并且供应给载热介质分层储存器。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，将水又从分层储存器中提取，并且在所述解吸之后存在的富液将其显热回收地传递给流入所述解吸的贫液。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将来自所述解吸的回收地冷却的富液和冷却的水供应给腔储存器，所述冷却的富液和冷却的水以对于所述吸收所需的程度再次从该腔储存器中提取并且通过由所述吸收流出的贫液进行预热，其中，所述吸收的富液直接地供应给分层储存器并且水作为置换物质供应给分层储存器。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以解吸蒸汽或者来自闪蒸蒸发的蒸汽的形式或者以来自载热介质循环的始流或者回流的载热介质形式从所述方法中提取热量或者将其作为吸收热供应给外部应用，并且通过外部的水来补偿可能出现的水损失。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于所述吸收也使用来自外部源或者来自外部的水闪蒸蒸发的蒸汽，并且这样供应给所述方法的水作为冷凝物供应给外部应用。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述外部应用是饮用水处理。

16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，来自所述解吸的蒸汽不直接进行压缩，而是为了使外部的热泵工作介质蒸发的目的进行冷凝。