CN107476839B - 使用可输送固体热存储介质的泵送热能存储系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及使用可输送固体热存储介质的泵送热能存储系统。提供一种泵送热能存储系统。该泵送热能存储系统可包括充热组件，其配置成压缩工作流体和生成热能。该泵送热能存储系统也可包括热存储组件，其与充热组件可操作地联接，且配置成存储从充热组件生成的热能。泵送热能存储系统还可以包括放热组件，其与热存储组件可操作地联接且配置成从热存储组件抽取热能和将热能转换成电能。

Description

使用可输送固体热存储介质的泵送热能存储系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年六月7日提交的具有序列号62/346,592的美国临时专利申请的权益。前述专利申请特此在与本申请一致的程度上通过引用全文并入本申请中。
背景技术
泵送热能存储（PHES）系统在过量电的时段期间存储来自电网的过量功率，且在高需求时段期间生成电以上载至电网。通常，PHES系统以热量或热能的形式存储过量功率，且随后从所存储的热能生成电。在PHES系统中，马达可以利用电能驱动热泵循环。热泵循环可以将热能从冷储存器移动至热储存器，以由此存储热能。当期望时，可以利用热发动机循环以抽取和转换存储的热能以产生机械能，该机械能可被用于生成电。
可以至少部分地通过生成的机械功或能量与存储的热能之比来确定PHES系统的操作效率。虽然可以通过增加被用于操作热泵循环和热发动机循环的设备和机器的效率来改善PHES系统的操作效率，但是实现增加的效率所需的设备和机器通常成本高昂。例如，在常规PHES系统中，工作流体直接接触热存储介质的静止质量（mass）以存储热能。由于与静止质量之间的直接接触，热存储介质的整个体积必须被加压到工作流体的压力。因此，当以相对高的基本压力操作PHES系统时，必须利用更鲁棒和成本高昂的存储罐。
于是，需要的是一种用于存储电和生成电的改善的PHES系统和方法。
发明内容
本公开的实施例可以提供泵送热能存储系统。泵送热能存储系统可包括充热组件（charging assembly），其配置成压缩工作流体和生成热能。泵送热能存储系统还可包括热存储组件，其与充热组件可操作地联接，且配置成存储从充热组件生成的热能。泵送热能存储系统还可以包括放热组件（discharging assembly），其与热存储组件可操作地联接且配置成从热存储组件抽取热能和将热能转换成电能。
本公开的实施例还可提供一种泵送热能存储系统。泵送热能存储系统可包括充热组件，其配置成生成热能。充热组件可包括：第一压缩机，其配置成压缩工作流体以生成热能；第一涡轮，其与第一压缩机可操作地联接；和马达，其与第一压缩机联接并配置成驱动第一压缩机。泵送热能存储系统还可包括热存储组件，其与充热组件可操作地联接，且配置成存储从充热组件生成的热能。泵送热能存储系统还可以包括放热组件，其与热存储组件可操作地联接且配置成从热存储组件抽取热能和将热能转换成电能。放热组件可包括：第二压缩机，其配置成压缩来自热存储组件的工作流体；和第二涡轮，其与第二压缩机可操作地联接且配置成使来自热存储组件的工作流体膨胀以生成机械能。放热组件还可包括发电机，其与第二涡轮可操作地联接且配置成将机械能的至少一部分转换成电能。
本公开的实施例还可提供一种泵送热能存储系统。泵送热能存储系统可包括配置成存储热能的热存储组件。热存储组件可包括：第一介质罐，其配置成在环境温度下存储颗粒介质；第二介质罐，其与第一介质罐流体联接且配置成存储加热的颗粒介质；和第三介质罐，其与第一介质罐流体联接且配置成存储冷却的颗粒介质。热能存储组件也可以包括：第一换热器，其与第二介质罐的入口联接；第二换热器，其与第三介质罐的入口联接；和第三换热器，其与第一介质罐的第一入口联接。热能存储组件还可以包括第四换热器，其与第一介质罐的第二入口联接。第一、第二、第三和第四换热器中的每一个均可以是间接式固体-气体换热器。泵送热能存储系统还可包括充热组件，其配置成压缩工作流体和生成存储在热存储组件中的热能。充热组件可包括第一压缩机，其与第一换热器和第二换热器流体联接，且设置在第一换热器的上游和第二换热器的下游，所述第一压缩机配置成压缩工作流体和生成热能。充热组件也可以包括第一涡轮，其与第一换热器和第二换热器流体联接，且设置在第一换热器的下游和第二换热器的上游。充热组件还可以包括马达，其与第一压缩机联接且配置成驱动第一压缩机。泵送热能存储系统还可以包括放热组件，其配置成抽取存储在热存储组件中的热能，和将热能转换成电能。放热组件可包括第二压缩机，其与第四换热器和第三换热器流体联接且设置在第四换热器的下游和第三换热器的上游，所述第二压缩机配置成压缩来自第四换热器的工作流体。放热组件还可包括第二涡轮，其与第三换热器和第四换热器流体联接且设置在第三换热器下游和第四换热器上游，所述第二涡轮配置成使来自第三换热器的工作流体膨胀以生成机械能。放热组件还可以包括发电机，其与第二涡轮可操作地联接且配置成将机械能的至少一部分转换成电能。
附图说明
当结合附图阅读时，从以下具体实施方式最佳地理解本公开。强调的是，根据行业中的标准惯例，各种特征未按照比例绘制。事实上，为了讨论的清楚，可以任意地使各种特征的尺寸增加或减少。
图1示出根据一个或多个所公开的实施例的示例性泵送热能存储（PHES）系统的过程流程图。
图2示出根据一个或多个所公开的实施例的另一示例性PHES系统的过程流程图。
图3示出根据一个或多个所公开的实施例的可以在本文中所述的PHES系统中利用的示例性存贮系统（inventory system）的过程流程图。
具体实施方式
应当理解的是，以下公开描述了用于实现本发明的不同特征、结构或功能的若干示例性实施例。在下文描述部件、布置和配置的示例性实施例以简化本公开；然而，这些示例性实施例仅仅作为示例提供，且不旨在限制本发明的范围。额外地，本公开可以在本文中提供的各种示例性实施例中和遍及附图重复附图标记和/或字母。该重复是出于简单和清楚的目的，且自身不指示各种示例性实施例和/或在各种附图中讨论的配置之间的关系。此外，在以下描述中在第二特征上方或之上形成第一特征可包括其中第一特征和第二特征以直接接触形成的实施例，且也可包括其中额外特征可以形成为介于第一特征和第二特征之间使得第一特征和第二特征可以不直接接触的实施例。最后，下文中示出的示例性实施例可以以任意方式的组合而被组合，即，在不脱离本公开的范围的情况下，来自一个示例性实施例的任意元件均可以在任意其他示例性实施例中被使用。
另外，贯穿以下描述和权利要求使用某些术语以指代具体部件。如本领域技术人员将理解的那样，各种实体可以由不同的名称指代同一部件，且因此，针对本文中所述的元件的命名规则不旨在限制本发明的范围，除非在本文中以其他方式具体地限定。此外，在本文中所使用的命名规则不旨在区分名称不同而非功能不同的部件。另外，在以下讨论中和在权利要求中，以开放性方式使用术语“包括”和“包含”，且因此其应当被解释为意指“包括但不限于”。除非以其他方式明确地陈述，否则本公开中的所有数值均可以是确切值或者近似值。因此，在不脱离预期范围的情况下，本公开的各种实施例可以偏离本文中所公开的数量、值和范围。此外，如在权利要求或说明书中所使用的那样，术语“或”旨在涵盖排他性和包括性两者的情形，即，“A或B”旨在与“A和B中的至少一个”同义，除非在本文中以其他方式清楚地详细说明。
图1示出根据一个或多个实施例的示例性泵送热能存储（PHES）系统100的过程流程图。PHES系统100可包括可操作地彼此联接和/或热连通的充热组件102、放热组件104和热存储组件106。如本文中进一步地描述的那样，PHES系统100可配置成使工作流体（例如，氩气）流通通过充热组件102的至少一部分以生成热量或热能、将热能存储在热存储组件106的至少一部分中、从热存储组件106抽取热能，和在放热组件104中将来自热存储组件106的热能转换成电能。
热存储组件106可包括一个或多个介质容器或罐（示出了三个，108、110、112），其配置成装纳和存储颗粒介质。例如，热存储组件106可包括：热介质罐108，其配置成在不大于1200℉的温度下装纳和存储颗粒介质；冷介质罐110，其配置成在不低于-200℉的温度下装纳和存储颗粒介质；和死介质罐或环境介质罐（ambient media tank）112。如在图1中所示，热介质罐108可以经由输送机或管线152与环境介质罐112流体联接且设置在环境介质罐112的下游。热介质罐108也可经由输送机或管线154与环境介质罐112流体联接且设置在环境介质罐112的上游。冷介质罐110可以经由输送机或管线156与环境介质罐112流体联接且设置在环境介质罐112的下游，以及经由输送机或管线158与环境介质罐112流体联接且设置在环境介质罐112的上游。颗粒介质可以经由输送机或管线152、154、156、158流通通过热存储组件106。例如，如本文中进一步地描述的那样，颗粒介质可以经由输送机或管线152、154、156、158在罐108、110、112中的两个或更多个之间转移。在一个或多个实施例中，颗粒介质可以经由重力在罐108、110、112中的两个或更多个之间转移。例如，罐108、110、112中的一个或多个可以相比于罐108、110、112中的另一个设置在更高的高度处，由此导致颗粒介质经由管线152、154、156、158中的一个或多个的重力驱动式转移。虽然在图1中示出的热存储组件106包括三个介质罐108、110、112，但是应当理解的是，热存储组件106可包括任何数量的介质罐（包括热介质罐、冷介质罐和环境介质罐的任意组合）。例如，如图1中以虚线所示，热存储组件106可包括两个或更多个环境介质罐，其中第一环境介质罐可以与热介质罐108流体联接，第二环境介质罐可以与冷介质罐110流体联接，且第一环境介质罐和第二环境介质罐不彼此流体连通。
热存储组件106也可以包括与介质罐108、110、112中的一个或多个可操作地联接并且被配置成加热或冷却被引导到介质罐108、110、112中的每一个的颗粒介质的一个或多个换热器（示出四个，114、116、118、120）。例如，第一换热器114可以与热介质罐108的入口122可操作地联接，且配置成加热被引导到其的颗粒介质。第二换热器116可以与冷介质罐110的入口124可操作地联接，且配置成冷却被引导到其的颗粒介质。第三换热器118可以与环境介质罐112的第一入口126可操作地联接，且配置成冷却被引导到其的颗粒介质。第四换热器120可以与环境介质罐112的第二入口128可操作地联接，且配置成加热被引导到其的颗粒介质。
换热器114、116、118、120可以是或者包括能够在工作流体和颗粒介质之间至少部分地传递热能的任意装置。在至少一个实施例中，换热器114、116、118、120中的每一个均可以是配置成在工作流体（例如，气体）和颗粒介质（例如，固体）之间传递热能的固体-气体换热器。例如，换热器114、116、118、120中的每一个均可以是配置成在装纳在热存储组件106中的颗粒介质和流动通过充热组件102和/或放热组件104的工作流体之间传递热能的固体-气体换热器。在示例性实施例中，固体-气体换热器114、116、118、120可配置成在工作流体和颗粒介质之间间接地传递热能。因此，在PHES系统100中的工作流体和颗粒介质可以不彼此直接接触以在其间传递热能。另外，充热组件102、放热组件104和热存储组件106中的每一个均可以被称为封闭的循环或回路。而且，被装纳在充热组件102和/或放热组件104中的工作流体的压力可以与热存储组件106的压力不同。
流通通过热存储组件106的颗粒介质可以是或包括能够经由换热器114、116、118、120向工作流体传递热能和从工作流体接收热能的任意材料。例如，颗粒介质可以是或包括适合于经由换热器114、116、118、120中的一个或多个与工作流体间接地传递热能的一种或多种固体颗粒和/或纤维。颗粒介质也可以是或者包括适合于经由换热器114、116、118、120中的一个或多个与工作流体间接地传递热能的耐火材料。在至少一个实施例中，颗粒介质可以具有低热惯量。例如，颗粒介质可以是或包括金属材料（例如，金属屑）。在另一实施例中，颗粒介质可以是或包括矿物质或陶瓷（例如，二氧化硅、陶瓷等）。如先前讨论的那样，热存储组件106可包括两个或更多个环境介质罐。在这种实施例中，两个或更多个环境介质罐中的每一个均可以装纳相同或不同的颗粒介质。
PHES系统100还可包括排热系统130，其与热存储组件106可操作地且热学地联接。排热系统130可包括换热器132、诸如冷却塔134的冷却单元和/或彼此可操作地且流体地联接的泵136。例如，如图1中所示，换热器132可以与泵136和冷却塔134可操作地且流体地联接，并且设置在泵136的下游和冷却塔134的上游。如图1中进一步地示出的那样，冷却塔134可以与换热器132和泵136可操作地且流体地联接，并且设置在换热器132的下游和泵136的上游。除冷却塔134之外或替代冷却塔134，冷却单元可以是或包括利用海水或淡水的直流冷却（once-through cooling）、水对空气换热器、水对水换热器（其中次级冷却剂是海水或淡水），或者利用鼓风机以使大气流动通过换热器132的空气冷却。排热系统130可配置成从PHES系统100的一个或多个部分抽取或移除热能。例如，排热系统130的换热器132可以与PHES系统100的一个或多个部分（例如，热存储组件106）热联接，且配置成从其移除热能。如图1中所示，排热系统130的换热器132可以与环境介质罐112的第二入口128热联接，且配置成从流至其的颗粒介质移除热能。
如图1中所示，充热组件102可包括涡轮机组件138，其配置成压缩流动通过其的工作流体和使这种工作流体膨胀。涡轮机组件138可包括可操作地彼此联接的一个或多个压缩机（示出一个140）、一个或多个膨胀器或涡轮（示出一个142）和/或马达144。例如，如图1中所示，压缩机140、涡轮142和马达144可以经由公共旋转轴143彼此联接。
如在图1中进一步地示出的那样，压缩机140可以经由管线160与热存储组件106的第二换热器116流体联接且设置在热存储组件106的第二换热器116的下游。压缩机140也可经由管线162与热存储组件106的第一换热器114流体联接且设置在热存储组件106的第一换热器114的上游。压缩机140可配置成经由管线160从第二换热器116接收工作流体、压缩工作流体，和经由管线162将压缩后的工作流体引导至第一换热器114。如本文中进一步地描述的那样，压缩机140可配置成利用来自涡轮142和/或马达144的机械能来压缩流动通过其的工作流体，从而增加工作流体的压力和热能或热量（例如，压缩的热量）。
涡轮142可以经由管线164与热存储组件106的第一换热器114流体联接且设置在热存储组件106的第一换热器114的下游，并且还可经由管线166与热存储组件106的第二换热器116流体联接且设置在热存储组件106的第二换热器116的上游。涡轮142可配置成经由管线164从第一换热器114接收工作流体、使工作流体膨胀，和经由管线166将膨胀的工作流体引导至第二换热器116。工作流体通过涡轮142的膨胀可以产生机械能。例如，涡轮142可配置成将来自工作流体的膨胀的压降转换成机械能。由涡轮142产生的机械能的至少一部分可以被用于驱动压缩机140。
放热组件104可包括另一涡轮机组件146，其配置成压缩流动通过其的工作流体和使这种工作流体膨胀。涡轮机组件146可包括可操作地彼此联接的一个或多个膨胀器或涡轮（示出一个148）、一个或多个压缩机（示出一个150）和/或发电机168。例如，压缩机150、涡轮148和发电机168可以经由公共旋转轴149彼此联接。在另一示例中，涡轮148和压缩机150可以经由第一驱动轴（未示出）彼此联接，且涡轮148和发电机168可以经由第二驱动轴（未示出）彼此联接。在另一示例中，涡轮机组件146可以是一体式齿轮单元（integrallygeared unit）。
压缩机150可以经由管线170与热存储组件的第四换热器120流体联接且设置在热存储组件的第四换热器120的下游。压缩机150也可经由管线172与热存储组件106的第三换热器118流体联接且设置在热存储组件106的第三换热器118的上游。压缩机150可配置成经由管线170从第四换热器120接收工作流体、压缩工作流体，和经由管线172将压缩后的工作流体引导至第三换热器118。如在本文中进一步地描述的那样，压缩机150可配置成利用来自涡轮148的机械能来压缩流动通过其的工作流体，从而增加工作流体的压力和热能或热量（例如，压缩的热量）。
涡轮148可以经由管线174与热存储组件106的第三换热器118流体联接且设置在热存储组件106的第三换热器118的下游，且还可经由管线176与热存储组件106的第四换热器120流体联接且设置在热存储组件106的第四换热器120的上游。涡轮148可配置成经由管线174从第三换热器118接收工作流体、使工作流体膨胀，和经由管线176将膨胀的工作流体引导至第四换热器120。工作流体通过涡轮148的膨胀可以产生机械能。例如，涡轮148可配置成将来自工作流体的膨胀的压降转换成机械能。由涡轮148产生的机械能的至少一部分可以被用于驱动压缩机150和/或发电机168。
如本文中进一步地描述的那样，充热组件102可配置成以热量或热能的形式存储电能，且放热组件104可配置成抽取热能和将热能转换成电能。在至少一个实施例中，充热组件102和放热组件104可以彼此结合地或同时地操作。在另一实施例中，充热组件102和放热组件104可以彼此分开地或顺序地操作。
在充热组件102的示例性操作中，可以将维持在环境温度下或环境温度附近的工作流体（例如，氩气）引导至压缩机140。马达144可以利用电能来驱动压缩机140。压缩机140可以压缩工作流体以生成热能（例如，压缩的热量），由此增加工作流体的温度和压力。可以经由管线162将压缩后的工作流体从压缩机140引导至第一换热器114。可以经由输送机152和第一换热器114将维持在环境温度下或环境温度附近的颗粒介质从环境介质罐112引导至热介质罐108。第一换热器114可以将热能从压缩后的工作流体传递至流动通过其的颗粒介质，以由此冷却工作流体和加热颗粒介质。加热的颗粒介质可以保存热能且被存储在热介质罐108中。可以经由管线164将从第一换热器114排放的压缩后的冷却的工作流体引导至涡轮142。涡轮142可以使工作流体膨胀，以由此使流动通过其的工作流体的温度和压力下降。可以经由管线166将膨胀的工作流体从涡轮142引导至第二换热器116。可以经由输送机156和第二换热器116将维持在环境温度下或环境温度附近的颗粒介质从环境介质罐112引导至冷介质罐110。第二换热器116可以将热能从颗粒介质传递至流动通过其的工作流体，以由此将工作流体加热至环境温度或环境温度附近，和冷却颗粒介质。冷却的颗粒介质可以被存储在冷介质罐110中，且从第二换热器116排放的工作流体可以被引导至压缩机140。
在放热组件104的示例性操作中，可以经由管线172将维持在环境温度下或环境温度附近的压缩后的工作流体从压缩机150排放和引导至第三换热器118。可以经由输送机154和第三换热器118将装纳在热介质罐108中的加热的颗粒介质引导至环境介质罐112。第三换热器118可以将热能从加热的颗粒介质传递至流动通过其的压缩后的工作流体，以由此将颗粒介质冷却至环境温度或环境温度附近和加热压缩后的工作流体。在环境温度下或环境温度附近的颗粒介质可以被存储在环境介质罐112中，且可以经由管线174将来自第三换热器118的加热的压缩后的工作流体引导至涡轮148。涡轮148可以使加热的压缩后的工作流体膨胀，以由此使其温度和压力下降。加热的压缩后的工作流体通过涡轮148的膨胀可以产生机械能，其可以在发电机168中被用于生成电能。在至少一个实施例中，管线176中的膨胀的工作流体可以处于环境温度下或环境温度附近。在另一实施例中，管线176中的膨胀的工作流体可以大于环境温度。管线176中的膨胀的工作流体可以被引导到第四换热器120以加热流动通过其的颗粒介质。例如，在放热组件104的操作期间，可以经由输送机158和第四换热器120将冷介质罐110中装纳的冷却的颗粒介质引导至环境介质罐112。第四换热器120可以将热能从管线176中的膨胀的工作流体传递至冷却的颗粒介质，以由此朝向环境温度加热颗粒介质和冷却膨胀的工作流体。
在至少一个实施例中，来自第四换热器120的颗粒介质可以处于环境温度下或环境温度附近。在另一实施例中，颗粒介质可以具有大于环境温度的温度。因此，排热系统130可以被用于从颗粒介质移除额外的热能，以将颗粒介质冷却至环境温度下或环境温度附近的温度。例如，泵136可以使冷却流体（例如，空气、海水、水等。）流动到并且流动通过换热器132，以从流动通过其的颗粒介质移除热能，由此将颗粒介质冷却至环境温度。然后可以将含有来自换热器132的热能的冷却流体引导至冷却塔134，在该处，可以从PHES系统100排出热能。
图2示出根据一个或多个实施例的另一示例性PHES系统200的过程流程图。PHES系统200可以在一些方面与上文描述的PHES系统100类似，且因此可以参考图1的描述被最佳地理解，其中，同样的附图标记标示同样的部件，且将不再次详细描述。如图2中所示，PHES系统200可包括回热器（recuperator）202，其配置成从PHES系统200的一个或多个部分回收热能（例如，废热）。回热器202可以分别经由管线204和管线206与涡轮148和压缩机150流体联接且设置在涡轮148和压缩机150的下游。回热器202也可分别经由管线208和管线210与第三换热器118和第四换热器120流体联接且设置在第三换热器118和第四换热器120的上游。如在图2中进一步地示出的那样，排热系统130的换热器132可以与环境介质罐112的第一入口126流体联接。
在PHES系统200的放热组件104的示例性操作中，可以将压缩后的工作流体从压缩机150排放和经由回热器202和管线206、208引导至第三换热器118。可以经由输送机154和第三换热器118将装纳在热介质罐108中的加热的颗粒介质引导至环境介质罐112。第三换热器118可以将热能从加热的颗粒介质传递至流动通过其的压缩后的工作流体，以由此使颗粒介质冷却至环境温度或环境温度附近和加热压缩后的工作流体。在至少一个实施例中，颗粒介质可以被冷却至高于环境温度的温度。因此，排热系统130的换热器132可以将额外的热能从颗粒介质传递至流动通过其的冷却流体，且可以经由冷却塔134从PHES系统200排出额外的热能。处于环境温度下或环境温度附近的颗粒介质可以被存储在环境介质罐112中，且可以经由管线174将来自第三换热器118的加热的压缩后的工作流体引导至涡轮148。
涡轮148可以使加热的压缩后的工作流体膨胀，以由此使其温度和压力下降。加热的压缩后的工作流体通过涡轮148的膨胀可以产生机械能，其可以在发电机168中被用于生成电能。在至少一个实施例中，管线204中的膨胀的工作流体可以处于环境温度下。在另一实施例中，管线204中的膨胀的工作流体可以大于环境温度。在又一实施例中，管线204中的膨胀的工作流体可以低于环境温度。可以经由回热器202和管线210将管线204中的膨胀的工作流体引导至第四换热器120。回热器202可以在流动至第三换热器118的工作流体和流动至第四换热器120的工作流体之间传递热能的至少一部分。引导至第四换热器120的工作流体可以加热流动通过其的颗粒介质。例如，可以经由输送机158和第四换热器120将装纳在冷介质罐110中的冷却的颗粒介质引导至环境介质罐112。第四换热器120可以将热能从管线210中的膨胀的工作流体传递至冷却的颗粒介质，以由此将颗粒介质加热至环境温度下或者环境温度附近，和冷却膨胀的工作流体。
如先前讨论的那样，充热组件102和/或放热组件104中的每一个均可以是封闭回路或系统。因而，工作流体的质量或存贮量和/或装纳在充热组件102和/或放热组件104中的每一个中的工作流体的基本压力可以保持相同。因此，在充热组件102中被消耗的功率和在放热组件104中生成或产生的功率可以不改变。在图3中示出的至少一个实施例中，上文讨论的PHES系统100、200可包括存贮系统300，其配置成添加和/或移除在充热组件102和/或放热组件104中流通的工作流体的至少一部分。应当理解的是，移除来自充热组件102和/或放热组件104的工作流体的一质量或部分可以使其基本压力下降，由此减少其中消耗和生成的功率。还应当理解的是，添加来自充热组件102和/或放热组件104的工作流体的一质量或部分可以使其基本压力增加，由此增加其中消耗和生成的功率。因此，通过控制充热组件102或放热组件104的基本压力，能量消耗或生成的速率分别被以正比例方式控制。
如图3中所示，存贮系统300可包括一个或多个罐或蓄积器（示出三个302）和与蓄积器302中的每一个可操作地联接的一个或多个阀（示出六个304、306）。如在图3中进一步地示出的那样，可以致动阀304以分别经由管线310和308从充热组件102和/或放热组件104移除工作流体。例如，可以经由管线308在压缩机150的下游和其换热器118的上游从放热组件104移除工作流体。也可经由管线310在换热器114的下游和其涡轮142的上游从充热组件102移除工作流体。
可以致动阀306以经由管线312和314从蓄积器302向充热组件102和/或放热组件104添加工作流体。例如，可以经由管线312在相应换热器116、120的下游和其相应压缩机140、150的上游向充热组件102和/或放热组件104添加工作流体。还可经由管线314在相应换热器116、120的上游和其相应涡轮142、148的下游向充热组件102和/或放热组件104添加工作流体。
在至少一个实施例中，存贮系统300可配置成添加或移除具有处于环境温度下或环境温度附近的温度的工作流体。例如，存贮系统300可配置成在压缩机150的下游和第三换热器118的上游移除流动通过管线172（参见图1）的工作流体的至少一部分。在另一示例中，存贮系统300可配置成在第二换热器116的下游和压缩机140的上游移除流动通过管线160（参见图1）的工作流体的至少一部分。在另一实施例中，存贮系统300可以从充热组件102和/或放热组件104移除具有大于环境温度的温度的工作流体。在这种实施例中，工作流体可以在被存储在蓄积器302中之前在一个或多个换热器（未示出）中冷却至环境温度。
在至少一个实施例中，可以被动地操作图3中示出的存贮系统300。例如，可以致动阀304、306中的任意一个或多个以从充热组件102和/或放热组件104被动地移除高压工作流体，并将高压工作流体引导至蓄积器302。在另一示例中，可以致动阀304、306中的任意一个或多个以从蓄积器302被动地添加高压工作流体，并将高压工作流体引导至充热组件102和/或放热组件104。在另一实施例中，可以主动地操作图3中示出的存贮系统300。例如，可以经由管线322将装纳在蓄积器302中的工作流体的至少一部分引导至压缩机320并在其中压缩所述工作流体的至少一部分。压缩机320可以将工作流体压缩至大于从压缩机140、150排放的工作流体的压力的压力。然后可以将来自压缩机320的压缩后的工作流体引导至并存储在另一容器或蓄积器324中。在PHES系统100、200的一个或多个操作模式期间，可以将存储在蓄积器324中的工作流体注入其相应的压缩机140、150下游的充热组件102和/或放热组件104内。工作流体到充热组件102和/或放热组件104内的注入可以在来自充热组件102和/或放热组件104的增加的输出期间改进瞬态性能。如图3中所示，存贮系统300也可以包括旁通阀316和旁通管线318，其配置成迅速减少充热组件102的负载和/或减少放热组件104的输出。
如先前讨论的那样，存贮系统300可包括一个或多个蓄积器302。应当理解的是，每一个蓄积器302均可以将工作流体维持在相同压力下或变化的压力下。维持每一个蓄积器302中的工作流体处于变化的压力下可以允许PHES系统100、200在宽范围的基本压力上操作，由此允许PHES系统100、200消耗和生成变化的量的功率。如在上文进一步地讨论的那样，装纳在充热组件102和/或放热组件104中的工作流体的压力可以与热存储组件106的压力不同。因此，可以在不对应地增加或减少热存储组件106的压力的情况下增加或减少充热组件102和/或放热组件104的基本压力。
前文已经概述了若干实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本公开。本领域技术人员应当理解的是，他们可以容易地使用本公开作为设计或修改其他过程和结构以便执行与本文中所介绍的实施例相同的目的和/或实现相同的优势的基础。本领域技术人员还应当认识到的是，这种等价构造不脱离本公开的精神和范围，且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，他们可以在本文中做出各种变化、替换或者改变。

Claims (18)

1.一种泵送热能存储系统，包括：
充热组件，其配置成压缩工作流体和生成热能；
热存储组件，其与所述充热组件可操作地联接且配置成存储从所述充热组件生成的热能；和
放热组件，其与所述热存储组件可操作地联接且配置成从所述热存储组件抽取热能和将所述热能转换成电能，
其中，所述热存储组件包括：
第一介质罐，其与所述充热组件可操作地联接；
第一换热器，其与所述第一介质罐的入口联接；
第二介质罐，其与所述充热组件可操作地联接；
第二换热器，其与所述第二介质罐的入口联接；
第三介质罐，其与所述第一介质罐和所述第二介质罐流体联接；
第三换热器，其与所述第三介质罐的第一入口联接；和
第四换热器，其与所述第三介质罐的第二入口联接。
2.根据权利要求1所述的泵送热能存储系统，其特征在于，还包括存贮系统，其与所述充热组件流体联接，且配置成添加和/或移除流动通过所述充热组件的工作流体的至少一部分。
3.根据权利要求1所述的泵送热能存储系统，其特征在于，还包括存贮系统，其与所述放热组件流体联接，且配置成添加和/或移除流动通过所述放热组件的工作流体的至少一部分。
4.根据权利要求1所述的泵送热能存储系统，其特征在于，其中，所述充热组件包括：
压缩机，其与所述第一换热器和所述第二换热器流体联接且设置在所述第一换热器的上游和所述第二换热器的下游，所述压缩机配置成压缩所述工作流体和生成热能；
涡轮，其与所述第一换热器和所述第二换热器流体联接且设置在所述第一换热器的下游和所述第二换热器的上游；和
马达，其与所述压缩机联接且配置成驱动所述压缩机。
5.根据权利要求1所述的泵送热能存储系统，其特征在于，其中，所述放热组件包括：
压缩机，其与所述第四换热器和所述第三换热器流体联接且设置在所述第四换热器的下游和所述第三换热器的上游，所述压缩机配置成压缩来自所述第四换热器的工作流体；
涡轮，其与所述第三换热器和所述第四换热器流体联接且设置在所述第三换热器的下游和所述第四换热器的上游，所述涡轮配置成使来自所述第三换热器的工作流体膨胀以生成机械能；和
发电机，其与所述涡轮可操作地联接且配置成将所述机械能的至少一部分转换成电能。
6.根据权利要求1所述的泵送热能存储系统，其特征在于，还包括排热系统，所述排热系统包括：
第五换热器，其与所述第三介质罐的第二入口可操作地联接；
泵，其与所述第五换热器流体联接且设置在所述第五换热器的上游，所述泵配置成使冷却流体流通至所述第五换热器；和
冷却单元，其与所述第五换热器和所述泵流体联接且设置在所述第五换热器的下游和所述泵的上游。
7.根据权利要求1所述的泵送热能存储系统，其特征在于，还包括排热系统，所述排热系统包括：
第五换热器，其与所述第三介质罐的第一入口可操作地联接；
泵，其与所述第五换热器流体联接且设置在所述第五换热器的上游，所述泵配置成使冷却流体流通至所述第五换热器；
冷却单元，其与所述第五换热器和所述泵流体联接且设置在所述第五换热器的下游和所述泵的上游；和
回热器，其与所述放热组件的涡轮和压缩机以及所述第三换热器和所述第四换热器流体联接且设置在所述放热组件的涡轮和压缩机的下游及所述第三换热器和所述第四换热器的上游。
8.一种泵送热能存储系统，包括：
充热组件，其配置成生成热能，所述充热组件包括：
第一压缩机，其配置成压缩工作流体以生成热能；
第一涡轮，其与所述第一压缩机可操作地联接；和
马达，其与所述第一压缩机联接且配置成驱动所述第一压缩机；
热存储组件，其与所述充热组件可操作地联接且配置成存储从所述充热组件生成的热能；和
放热组件，其与所述热存储组件可操作地联接且配置成从所述热存储组件抽取热能和将所述热能转换成电能，所述放热组件包括：
第二压缩机，其配置成压缩来自所述热存储组件的工作流体；
第二涡轮，其与所述第二压缩机可操作地联接且配置成使来自所述热存储组件的工作流体膨胀以生成机械能；和
发电机，其与所述第二涡轮可操作地联接且配置成将所述机械能的至少一部分转换成电能，
其中所述热存储组件包括：
第一介质罐，其与所述第一压缩机热联接；
第一换热器，其与所述第一介质罐的入口联接和与所述第一压缩机流体联接且设置在所述第一压缩机的下游；
第二介质罐，其与所述第一涡轮可操作地联接；
第二换热器，其与所述第二介质罐的入口联接和与所述第一涡轮流体联接且设置在所述第一涡轮的下游。
9.根据权利要求8所述的泵送热能存储系统，其特征在于，其中，所述热存储组件还包括：
第三介质罐，其与所述第一介质罐和所述第二介质罐流体联接；
第三换热器，其与所述第三介质罐的第一入口联接和与所述第二压缩机流体联接且设置在所述第二压缩机的下游；和
第四换热器，其与所述第三介质罐的第二入口联接和与所述第二涡轮流体联接且设置在所述第二涡轮的下游。
10.根据权利要求9所述的泵送热能存储系统，其特征在于，所述热存储组件配置成使颗粒介质经由一系列输送机流通通过所述第一介质罐、所述第二介质罐和所述第三介质罐。
11.根据权利要求9所述的泵送热能存储系统，其特征在于，所述第一换热器、所述第二换热器、所述第三换热器和所述第四换热器中的每一个均是间接式固体-气体换热器。
12.根据权利要求9所述的泵送热能存储系统，其特征在于，还包括排热系统，所述排热系统包括：
第五换热器，其与所述第三介质罐的第二入口可操作地联接；
泵，其与所述第五换热器流体联接且设置在所述第五换热器的上游，所述泵配置成使冷却流体流通至所述第五换热器；和
冷却单元，其与所述第五换热器和所述泵流体联接且设置在所述第五换热器的下游和所述泵的上游。
13.根据权利要求9所述的泵送热能存储系统，其特征在于，还包括排热系统，所述排热系统包括：
第五换热器，其与所述第三介质罐的第一入口可操作地联接；
泵，其与所述第五换热器流体联接且设置在所述第五换热器的上游，所述泵配置成使冷却流体流通至所述第五换热器；
冷却单元，其与所述第五换热器和所述泵流体联接且设置在所述第五换热器的下游和所述泵的上游；和
回热器，其与所述第二涡轮和所述第二压缩机以及所述第三换热器和所述第四换热器流体联接且设置在所述第二涡轮和所述第二压缩机的下游及所述第三换热器和所述第四换热器的上游。
14.根据权利要求9所述的泵送热能存储系统，其特征在于，还包括存贮系统，其与所述充热组件可操作地且流体地联接，并且配置成添加和/或移除流动通过所述充热组件的工作流体的至少一部分。
15.根据权利要求14所述的泵送热能存储系统，其特征在于，所述存贮系统包括：
蓄积器，其与所述第一压缩机和所述第一涡轮流体联接且设置在所述第一压缩机的下游和所述第一涡轮的上游；和
阀，其与所述蓄积器流体联接且配置成控制所述工作流体的部分至所述蓄积器的流动。
16.根据权利要求9所述的泵送热能存储系统，其特征在于，还包括存贮系统，其与所述放热组件可操作地且流体地联接，并且配置成添加和/或移除流动通过所述放热组件的所述工作流体的至少一部分。
17.根据权利要求16所述的泵送热能存储系统，其特征在于，所述存贮系统包括：
第一蓄积器，其与所述第二压缩机和所述第二涡轮流体联接且设置在所述第二压缩机的下游和所述第二涡轮的上游；
阀，其与所述第一蓄积器流体联接且配置成控制所述工作流体的部分至所述第一蓄积器的流动；
第三压缩机，其与所述第一蓄积器流体联接且设置在所述第一蓄积器的下游；和
第二蓄积器，其与所述第三压缩机流体联接且设置在所述第三压缩机的下游，所述第二蓄积器配置成存储来自所述第三压缩机的压缩的工作流体，并在所述第二压缩机下游将所述压缩的工作流体注入所述放热组件内。
18.一种泵送热能存储系统，包括：
热存储组件，其配置成存储热能，所述热存储组件包括：
第一介质罐，其配置成在环境温度下存储颗粒介质；
第二介质罐，其与所述第一介质罐流体联接且配置成存储加热的颗粒介质；
第三介质罐，其与所述第一介质罐流体联接且配置成存储冷却的颗粒介质；
第一换热器，其与所述第二介质罐的入口联接；
第二换热器，其与所述第三介质罐的入口联接；
第三换热器，其与所述第一介质罐的第一入口联接；和
第四换热器，其与所述第一介质罐的第二入口联接，
其中，所述第一换热器、所述第二换热器、所述第三换热器和所述第四换热器中的每一个均是间接式固体-气体换热器；
充热组件，其配置成压缩工作流体和生成存储在所述热存储组件中的热能，所述充热组件包括：
第一压缩机，其与所述第一换热器和所述第二换热器流体联接且设置在所述第一换热器的上游和所述第二换热器的下游，所述第一压缩机配置成压缩所述工作流体和生成所述热能；
第一涡轮，其与所述第一换热器和所述第二换热器流体联接且设置在所述第一换热器的下游和所述第二换热器的上游；和
马达，其与所述第一压缩机联接且配置成驱动所述第一压缩机；
放热组件，其配置成抽取存储在所述热存储组件中的热能和将所述热能转换成电能，所述放热组件包括：
第二压缩机，其与所述第四换热器和所述第三换热器流体联接且设置在所述第四换热器的下游和所述第三换热器的上游，所述第二压缩机配置成压缩来自所述第四换热器的工作流体；
第二涡轮，其与所述第三换热器和所述第四换热器流体联接且设置在所述第三换热器的下游和所述第四换热器的上游，所述第二涡轮配置成使来自所述第三换热器的工作流体膨胀以生成机械能；和
发电机，其与所述第二涡轮可操作地联接且配置成将所述机械能的至少一部分转换成电能。
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