CN107620857B - 包括由混凝土形成的至少两个模块的用于储存和恢复热量的系统的容器 - Google Patents
包括由混凝土形成的至少两个模块的用于储存和恢复热量的系统的容器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107620857B CN107620857B CN201710574703.9A CN201710574703A CN107620857B CN 107620857 B CN107620857 B CN 107620857B CN 201710574703 A CN201710574703 A CN 201710574703A CN 107620857 B CN107620857 B CN 107620857B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- concrete
- heat
- container
- storage
- steel shell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000004567 concrete Substances 0.000 title claims abstract description 127
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 94
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 94
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 53
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 36
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 29
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 34
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 34
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 claims description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 11
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 10
- 239000011490 mineral wool Substances 0.000 claims description 6
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims description 4
- 239000011494 foam glass Substances 0.000 claims description 3
- 239000011491 glass wool Substances 0.000 claims description 3
- 239000010451 perlite Substances 0.000 claims description 3
- 235000019362 perlite Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000003570 air Substances 0.000 description 96
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 48
- 239000011232 storage material Substances 0.000 description 46
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 36
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 3
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 239000011513 prestressed concrete Substances 0.000 description 3
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 239000013529 heat transfer fluid Substances 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 1
- 230000003466 anti-cipated effect Effects 0.000 description 1
- 239000010425 asbestos Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000004574 high-performance concrete Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000011236 particulate material Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 238000003303 reheating Methods 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052895 riebeckite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000000153 supplemental effect Effects 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
- F28F21/04—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of ceramic; of concrete; of natural stone
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
- F17C1/005—Storage of gas or gaseous mixture at high pressure and at high density condition, e.g. in the single state phase
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
- F02C6/14—Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads
- F02C6/16—Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads for storing compressed air
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
- F17C1/12—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge with provision for thermal insulation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D17/00—Regenerative heat-exchange apparatus in which a stationary intermediate heat-transfer medium or body is contacted successively by each heat-exchange medium, e.g. using granular particles
- F28D17/005—Regenerative heat-exchange apparatus in which a stationary intermediate heat-transfer medium or body is contacted successively by each heat-exchange medium, e.g. using granular particles using granular particles
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D20/0056—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using solid heat storage material
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
- F17C2201/01—Shape
- F17C2201/0104—Shape cylindrical
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
- F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
- F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
- F17C2203/0636—Metals
- F17C2203/0639—Steels
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
- F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
- F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
- F17C2203/0678—Concrete
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
- F17C2221/03—Mixtures
- F17C2221/031—Air
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D2020/0065—Details, e.g. particular heat storage tanks, auxiliary members within tanks
- F28D2020/0082—Multiple tanks arrangements, e.g. adjacent tanks, tank in tank
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D2020/0065—Details, e.g. particular heat storage tanks, auxiliary members within tanks
- F28D2020/0086—Partitions
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/14—Thermal energy storage
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
本发明涉及用于储存和恢复热量的系统的容器（200），包括容室，容室包括用于注入和抽出待冷却或重新加热的气体的装置。容室通过由混凝土形成的第一护套（203）界定，第一护套由隔热层（206）围绕，隔热层本身由钢壳（204）围绕。容室包括由混凝土形成的至少两个模块（210），至少两个模块一个设置在另一个上方并对中，以形成由混凝土制成的第一护套（203），每个由混凝土形成的模块包括通过由混凝土形成的侧壁（211）和由混凝土形成的带孔基部（205）界定的体积，该体积包含用于热量的储存和恢复的材料（207）的固定颗粒床。
Description
技术领域
本发明涉及蓄热领域，特别是涉及用于蓄热的大体积容器，诸如用于使用压缩空气蓄热的那些容器（CAES，“压缩空气蓄能”）、特别是用于AACAES类型（“先进绝热压缩空气蓄能”）的使用压缩空气蓄能的那些容器，在这些容器中，空气和所生成的热量被单独地储存。
背景技术
诸如气体、油或煤炭之类的大多数一次能源可轻易地储存且因而与从诸如风能或太阳能之类的可再生能源产生电不同、可以用于根据需求产生电。为了根据需求供应由该类可再生能量产生的电，需要储存电能。然而，存储大量电能是非常困难的。然而，可能将电转化为被称作中间能量的能量并以势能、动能、化学能或热能形式储存该能量。
例如，电可以压缩空气的形式被储存。这就是CAES系统中所执行的内容，在CAES系统中，要在给定时间被使用的一种类型的能量、典型地是电能以压缩空气的方式被储存。为了储存，电能驱动空气压缩机，且为了抽取能量，被压缩的空气驱动连接至发电机的涡轮。压缩空气典型地储存在地下洞穴、多孔岩石构造、耗尽的油田或气田、或可能为受压罐的任何其他压缩空气储器中。由于来自压缩空气的部分能量呈未被使用的热量的形式，即在空气压缩期间产生的热量被抛弃，故而该方案的产量并非最优的。此外，所储存的空气被加热以使空气膨胀，这进一步不利于系统的能量产出。
目前存在这种CAES系统的多种变型。特别地，可提及以下系统和过程：
•ACAES（“绝热压缩空气蓄能”），其中，空气由于压缩而以高温储存。然而，该类系统需要特定的、庞大的且昂贵的储存系统（绝热储存）。
•AACAES（“先进绝热压缩空气蓄能”），其中，空气以环境温度储存且由于压缩形成的热量也分离地被储存在蓄热系统TES（“热能储存”）中。储存在TES系统中的热量被用于在空气膨胀之前加热空气。
根据设想用于AACAES的某些设计，使用导热流体来储存热量，以储存从空气的压缩中获得的热量，并将热量还原至空气，之后这部分空气借助热交换器膨胀。作为示例，专利申请EP 2 447 501描述了一种AACAES系统，其中，用作导热流体的油在闭合回路中运动，以与空气交换热量。
根据设想用于AACAES的其他设计，使用包含在一个或多个容器中的静态固体来储存热量。作为示例，热量储存在设置于一个或多个容器中的固定床中的呈颗粒形式的材料中，且待冷却的空气穿过这些容器。这部分热量还原至在卸载阶段期间沿相反方向穿过固定床的冷空气（空气膨胀）。
本发明涉及后面这种类型的容器，该容器能够将呈颗粒形式的蓄热材料接纳在固定床中。
该容器有利地用于储存呈AACAES类型的压缩空气形式的能量，但该容器不限于该应用。因而，该容器可能适用于使用储存和还原热量且需要大热量储存容量和对温度和压力的高耐受度的系统的任何应用。示例性地，还可举出除了储存呈压缩空气形式的能量之外的应用领域，诸如冶金领域（例如在将热量从高炉烟中复原和恢复的情况下）、海洋能量储存领域等。
当设计用于可在数十巴量级的高压下、典型地在高达65－85巴的压力下运行且可在高温、典型地为数百摄氏度、可能高达750℃下运作的蓄热系统的压缩机时产生了较大困难。
为了耐受高温以及高压，TES通常包括由充填有蓄热材料的混凝土形成的大圆柱形罐，这些罐包括可能通过钢加强的预应力混凝土的厚壁，且可为了增强壁而具有各种结构，例如为支柱类型，以耐受由于内压力而施加在壁上的应力。
示例性地，在绝热压缩空气储存的情况下已知有一种TES，如在专利EP 1 857 614B所描述的那样，该TES可在例如高达650℃的非常高的温度和高达65巴的压力下运行。蓄热系统包括由一个套在另一个内的两个囊体形成的双重结构，其中，外压力囊体由预应力混凝土形成，而内囊体由耐热混凝土形成且包含蓄热材料，蓄热材料例如是堆叠的陶瓷元件。该系统基于混凝土壁的机械特性来承受内压力。这迫使生产要与预应力混凝土的制造一起在现场进行；工厂生产是不可能的。此外，该类型的系统涉及非常厚（例如多于1m）的圆柱形混凝土壁的构建，从而导致工程方面的问题且制作昂贵又复杂。最后，该系统不能用于解决目前在TES系统中预见的压力限制，压力限制实际上是125巴的量级，或甚至是300巴的量级。
可在多于3－4巴的压力下蓄热的蓄热系统也是已知的，该系统可用于诸如专利FR2 998 556 A1中描述的准绝热压缩空气储存系统。该类型的容器具有由钢壳围绕的耐火混凝土壁，隔热件设置在钢壳与混凝土壁之间。由耐火混凝土壁/隔热件/钢壳形成的夹层结构可用于通过使蓄热材料隔热而减小热损耗，这意味着可减小钢壁的温度，从而限制钢壁的特性的劣化，且意味着可限制钢壳的表面温度，从而改善安全性，且能够承受根据钢壳的厚度的容器中的主流压力。FR 2 998 556 A1中的容器还包括用于保持蓄热材料的格栅，格栅可设置在容器中的不同高度处，格栅还作为支柱，从而限制施加至壁的载荷。该构造可用于将蓄热材料保持在容器中不同高度处，从而有助于限制施加至壁上的应力，且还允许材料在罐中更好地分布，从而改善空气与蓄热材料的互动。
在空气充载和卸载操作期间，该结构、尤其是在格栅的水平处经受热膨胀。为了吸收这些膨胀，FR 2 998 556 A1中的蓄热系统设置为通过与链条相关联的环将格栅固定至混凝土壁，从而防止热膨胀期间机械应力的产生。
然而，由于在储存材料方面所涉及的大的力，故而，特别是在AACAES类型的应用中，其中，数百吨呈颗粒形式的材料储存在储器中，储器的容量为约200m3至1000m3，难以部署包括通过不良地适应于所使用的材料的量和重量的环和链条的系统所固定的格栅的该类型容器。此外，该类型的固定系统是庞大的。
发明内容
本发明提出了适应于高压条件的蓄热系统的一种新的实施方式，其可典型地在高达300巴量级的压力下运作，且适应于典型地为300℃量级的最高温度的中等温度条件。
具体地，本发明意于提供一种用于热量的储存和恢复系统的容器，该容器意于包含呈固定颗粒床形式的蓄热材料，该蓄热材料可在高温、优选地为高于100巴以及高达300巴的压力下运行，同时目的在于限制与热量的储存和恢复的操作期间的热膨胀有关的问题，以减小容器制造成本并便于容器的组装。
因而，为了实现以上提出的至少一个目标，尤其为了克服上述现有技术的至少某些缺陷，在第一方面，本发明提出了一种用于热量储存和恢复系统的容器，包括容室，容室包括用于注入和抽取待冷却或待加热的气体的装置。容室通过由混凝土形成（制成）的第一护套界定，第一护套由隔热层围绕，隔热层由钢壳围绕，由混凝土形成的第一护套和隔热层不是压力密封的。容室包括至少两个由混凝土形成的模块，这些模块以对中的方式一个设置在另一个上方（彼此上下叠置），以形成由混凝土制成的第一护套。每个由混凝土形成的模块包括通过由混凝土形成的侧壁和由混凝土形成的带孔基部界定的体积，该体积能够包含用于储存和恢复热量的材料颗粒的固定床。
根据一个实施例，由混凝土形成（制成）的模块是单块。
根据一个实施例，用于热量的储存和恢复的材料呈由混凝土形成（制成）的颗粒的形式。
根据一个实施例，容器呈柱状形式，且包括由混凝土形成的圆柱形模块。
优选地，容器包括由混凝土形成的第一护套和第二护套中的均压孔。
有利地，导热率在以下范围中：
-对于由混凝土形成的护套，0.1至2W·m-1·K-1，
-对于隔热层，0.01至0.17W·m-1·K-1，以及
-对于钢壳，20至250W·m-1·K-1。
有利地，隔热层的厚度设计成使得，当用于储存热量时，钢壳的温度低于或等于50℃，且隔热层优选地从岩棉层、珍珠岩层、玻璃棉层、泡沫玻璃层、空气隙层中选择，且更优选地是岩棉层。
根据一个实施例，容器包括由混凝土形成的2至12范围内个模块。
根据一个实施例，容室的体积在200m3至1000m3的范围内。
根据一个实施例，容器包括串联地和/或并联地组装的多个容室。
根据第二方面，本发明涉及一种用于热量的储存和恢复的系统，包括根据本发明的至少一个容器。
根据第三方面，本发明涉及AACAES类型的压缩空气蓄能设施，包括：
-用于在压缩阶段期间压缩空气的压缩系统；
-根据本发明的用于热量的储存和恢复的系统，以在压缩阶段期间储存来自压缩空气的热量，并在膨胀阶段期间将热量恢复给压缩空气；
-用于储存由压缩系统压缩且由用于热量的储存和恢复的系统冷却的空气的最终储器；
-用于在膨胀阶段期间使从最终储器获得的压缩空气膨胀的装置。
根据一个实施例，最终储器的体积在1000m3至7000m3的范围内，且用于热量的储存和恢复的系统的所述至少一个容器的容室的体积在200m3至1000m3的范围内，用于热量的储存和恢复的系统优选地包括至少三个容器。
根据第四方面，本发明涉及一种用于组装根据本发明的容器的方法，包括：
-将钢壳不带罩盖地安装在容器组装部位，并将钢壳设置在支承件上；
-通过依次将各所述模块以对中的方式插入钢壳中，以形成由混凝土形成的第一护套，组装混凝土模块，安装隔热层，并用蓄热材料充填各所述模块；
-通过将钢壳与已被隔热的钢盖、优选地通过焊接进行组装而闭合容器。
根据一个实施例，一旦所述模块已插入钢壳中，模块的体积就由蓄热材料充填，以产生固定的颗粒床。
替代地，混凝土模块的体积可由蓄热材料充填，以产生固定的颗粒床，之后将模块插入钢壳中。
从下面通过非限制性示例给出的对本发明的特定示例性实施例的描述中，本发明其他目的和优点将会变得更明显；该描述参考下述附图进行。
附图说明
图1是示意图，示出了AACAES过程的原理，其中，用于储存并恢复热量的系统（TES）根据本发明实施。
图2是根据本发明的一个实施例的TES容器的示意图。
图3是图2中示出的TES容器的混凝土模块的示意图。
图4是根据另一实施例的TES容器的混凝土模块的示意图。
图5是示意图，示出了组装图2中表示的TES容器的示例。
图6是图表，示出了通过图2中所示的TES容器的多层壁的温度的变化。
图7是根据本发明的TES容器的钢壳的第一示例的三维视图。
图8是根据本发明的TES容器的钢壳的第二示例的三维视图。
图9是根据本发明的TES容器的钢壳的第三示例的三维视图。
在附图中，相同的附图标记标示相同或相似的元件。
具体实施方式
图1示意性地示出了AACAES设施的运行原理，该设施包括根据本发明的非限制性实施例的用于热量储存和恢复的系统（TES）。尤其是与图2至9相比，在该图中未示出根据本发明的TES容器的特征。
在图1中，AACAES设施100包括用于压缩空气的系统20、用于膨胀空气的系统30、用于储存和恢复空气的热量且被标记为TES的系统40、以及用于储存压缩空气的最终储器10。
根据本发明的TES适应于任何类型的气体，特别是空气。在该情形中，用于压缩的进入空气可从环境空气中取得，且膨胀之后的排出空气可释放至环境空气中。在本说明书的剩余部分中将仅描述借助压缩空气的变化。然而，在根据本发明的TES容器中可采用空气之外的任何气体。
压缩序列20包括三个压缩级，每级（分别）包括压缩机21、22、23。 压缩级的数量根据压缩机的技术和性能确定，且优选地包括一个至六个压缩机。为了获得储存在储器10中的空气的期望压力，需要压缩序列（一系列压缩）。优选地，最终储器10中的压缩空气的压力在50巴至300巴的范围内。压缩机例如由马达M、特别是电动机驱动。
空气膨胀系统30包括三级涡轮。三个涡轮31、32、33用于使空气膨胀并生成电能。各涡轮典型地连接至电发生器G。膨胀级的数量优选地与压缩序列中的压缩级的数量相同。
典型地，涡轮的数量等于TES容器的数量，且压缩机的数量大于或等于TES容器的数量。
每个压缩级需要一个TES容器。因而，TES 40包括三个容器41、42、43。每个容器包括容室，容室限定了一体积，其中包括蓄热材料的颗粒的至少一个固定床，且容器设计成耐受高压和中等温度。蓄热材料能够储存来自穿过容器并与所述材料接触的空气的热量，并能够于在其他时间将该热量归还至穿过容器的空气。在本说明书中，以下将详细描述这些容器。
在压缩阶段（也被称作储存阶段或充载阶段）期间，通过在压缩机21、22、23中压缩所产生的受热空气被允许进入TES容器41、42、43中，并又以较低的温度离开，以经历随后的压缩级或被储存在最终储器10中。因而，空气1以温度T0和压力P0、例如以25℃（环境温度）和大气压力进入压缩机21。空气在压缩机21中被压缩，并由于压缩而受热，且以高于初始值（T0、P0）的温度T1和压力P1、例如以约260℃和约6巴离开。压缩且受热的空气接着进入容器41并经过蓄热材料，空气与蓄热材料交换热量，接着冷却至温度T2、例如约100℃而离开容器41。该冷却的空气可能可选地在放置于TES容器41出口处的通气装置51中被进一步冷却，以达到低于温度T2的温度T3，从而接近环境温度。温度T3例如等于约50℃。此外，AACAES设施可包括不同于TES容器的至少一个、例如是通气机类型的补充空气冷却装置，以减小离开每个TES容器的空气的温度，且AACAES设施优选地包括与TES容器数量一样多的例如是通气机类型的补充冷却装置，每个补充冷却装置定位在离开TES容器和进入压缩级的压缩机或进入最终储器10的空气管线上。接着，可选地在通气机51中进行冷却的空气被送至压缩机22，以再次经历压缩并附随地增加温度，且以高于压力P1的压力P2、例如约30巴的压力和温度T1离开压缩机22。接着，温度T1和压力P2下的空气被送至TES容器42，空气在TES容器42中以与在容器41中相同的方式被冷却。空气以温度T2离开容器42，且可选地在通气机52中被进一步冷却至温度T3，之后被送至最后的压缩机23。在压缩机23的出口处的压缩空气具有高于压力P2的压力P3、例如约125巴，且具有温度T1。 该空气被送至TES容器43，之后可选地被送至通气机53，且最终（空气2）被送至并储存在最终空气储器10中，空气2具有基本上等于最后的TES容器43的出口温度的储存温度Tf或可能具有最后的通气机53的出口处的温度T3，例如等于约50℃且优选地等于环境温度，且具有基本上等于最后的压缩机23的出口处的压力P3的储存压力Pf（在经过TES容器并可选地经过通气机后而改变压降），例如约125巴。
在膨胀阶段（也被称作抽取阶段或卸载阶段）期间，在涡轮中膨胀期间所产生的冷空气被允许进入TES容器41、42、43中，用以将所储存的热量传递至冷空气中。因而，以储存温度Tf和储存压力Pf离开储器10的空气3进入TES容器43，在TES容器43中，空气3通过与蓄热材料接触而被重新加热，蓄热材料恢复在储存阶段期间收集的热量。接着，被重新加热的空气被送至涡轮31、经历膨胀且因此也被冷却。在涡轮31的出口处，被冷却的空气被送至TES容器42，以在其中类似于在容器43中那样被重新加热，接着由于穿过涡轮32而经历膨胀和冷却。在离开涡轮32的空气进入第三级以通过涡轮33膨胀之前，其被送至TES容器41，以经历最终的重新加热。
由于TES，在空气压缩阶段期间形成的热量有利地储存在TES容器中，并在压缩空气膨胀阶段期间还原，从而通过限制过程期间的热量损耗而确保了设施的最优产量。为了最大化产量并确保（成为）绝热系统，TES容器必须尽可能限制至外部的热量传递。典型地根据所储存的能量而选择的，每个TES容器优选地具有在200m3至1000m3范围内的体积。无论AACAES设施的尺寸如何，都可使用根据本发明的TES容器。根据AACAES系统的预想尺寸选择容器的体积和容器的数量。进入和离开TES容器的空气的流量取决于容器所位于的级，且尤其取决于压力，流量优选地在20至200m3/h的范围内。蓄热材料的温度优选地在环境温度（即约25℃）至300℃的范围内，优选地在环境温度至260℃的范围内。
在图1中所示的设施中，TES容器43、即空气从其被送至最终容器10的TES容器是对TES的规模具有最重要约束的蓄热装置。事实上，该容器要支持与空气的压缩相关联的最高应力。在图1中给出并示出的示例中，TES容器43具有下列特性：
-能够容纳最高温度为约260℃的空气；
-能够在125巴的最大压力下运行；
-包含336m3的蓄热材料；
-包含的蓄热材料的密度为2400kg/m3，例如假设空隙率为50％，则产生了1200kg/m3的体积密度；
-包含的蓄热材料呈直径10mm的珠状物的形式。
在图1中示出了形成最终空气储器10的多个压缩空气储存单元，然而这并不构成限制。事实上，压缩空气储器10可包括一个或多个空气储存单元，例如一个或多个罐、管道系统、或一个或多个地下洞穴。在中等尺寸的AACAES设施的情形中，储器10的总体积可在1000m3至7000m3的范围内，且取决于预想的应用可高达100000m3。
包括根据本发明的TES容器的AACAES系统不限于图1中的示例。可预想其他配置：不同数量的压缩级和/或膨胀级、为了限制系统中所用的装置数量并因而提供系统的重量和体积的节省而将可逆装置用于压缩和膨胀，等等。
图2示出了剖过根据本发明的一个实施例的TES容器的纵向示意剖视图。仅示出了容器的一半；另一部分与其对称。
TES容器200是一种容室，该容室典型地具有例如在支承件208上基本竖直设置的柱形形状，支承件208诸如是地面、混凝土底座或可支承容器重量的任何支承件，容器200包括优选地在其顶部和在其基部处用于待冷却或重新加热的气体的注入和抽取装置201/202，气体典型地是空气。在该图中，箭头示出了在容器的两个不同的操作阶段期间气体在TES容器中的运动，两个不同的操作阶段典型地是AACAES过程中的充载阶段（在TES中蓄热的气体压缩阶段）以及卸载阶段（热量被还原至气体的气体膨胀）。TES容器对于容室不限制于圆柱形几何形状，而是还可具有另一形状，诸如平行六面体形状。设置管道系统（未示出），以将容器放置成与AACAES设施的可能部分位于地下的其他装置（压缩机、涡轮等）流体连通。
容器200包括一个设置在另一个上的至少两个混凝土模块210，且优选地，如图2中可见，包括一个设置在另一个上的一系列多个模块210。作为示例，根据本发明的容器包括2至12之间个混凝土模块210，优选地为3至5之间个混凝土模块210。各模块210以对中的方式定位。图3示意性地示出了这种模块210的剖视图。如图2的情形中那样，仅示出了该模块的一半；另一半相同。每个混凝土模块210包括混凝土侧壁211和由混凝土形成的带孔基部205，壁和基部界定出一体积213，体积213可接纳呈颗粒形式的蓄热材料207，从而形成固定颗粒床（图3中未示出）。模块210的基部205典型地是包括开口212的由混凝土形成的板，开口212的尺寸小于蓄热材料颗粒的尺寸，以在允许气体穿入容器的同时保持蓄热材料。基部205和壁211形成由具有相同特性的材料、即混凝土形成的两个不同实体。壁211搁置在混凝土板205上。板205支承壁211的一部分优选地是无孔的，以提供混凝土的实心厚度，该厚度至少等于壁/模块基部接头处的壁211的厚度。替代地，壁211包括槽，构成模块的基部的混凝土板205的周界容纳在该槽中（图3中未示出的变型）。在该情形下，板205插入壁211的槽中的一部分优选地是无孔的，以提供混凝土的实心厚度，该厚度至少等于壁/模块基部接头处的壁211的厚度。
优选地，混凝土模块的侧壁的厚度在50mm至500mm的范围内。优选地，混凝土模块的基部的厚度在100至300mm的范围内。
每个混凝土模块210优选地具有圆柱形，从而形成呈柱形的容器。然而，混凝土模块可能具有另一形状，例如平行六面体。
因而，容器200包括多个（至少两个）固定的热量储存和恢复材料207的颗粒床，且每个床设置在一个混凝土模块210中。术语“固定的颗粒床”表示以随机方式布置的颗粒的集合，颗粒既不运动也不流化。
混凝土模块210形成容器200的由混凝土形成的第一护套203。更精确地，该护套203由侧壁211以及混凝土基部205与侧壁211接触的部分的集合形成。混凝土护套203由隔热层206围绕，隔热层206本身由钢壳204围绕。混凝土护套203与隔热层206接触，隔热层206本身与钢壳204接触。
混凝土护套203的厚度优选地在50mm至500mm的范围内，例如厚度为100mm。混凝土护套203能够包含可能温度高达300℃的蓄热材料，其温度例如在环境温度（20℃）至300℃之间范围内，优选地在20℃至260℃的范围内。混凝土护套203还可忍受由蓄热材料施加的载荷，尤其是与蓄热材料的重量相关的载荷，该载荷可能为数百吨。蓄热材料和第一混凝土护套203被包含在钢壳204中，钢壳204与第一护套203通过隔热层206分隔。混凝土护套203和隔热层206不是压力密封的，即混凝土护套和隔热层的两侧没有压力差。因而，钢壳承担了容器的内压力。术语“容器的内压力”表示运行期间的空气压力。以此方式，第一护套203的压力被平衡，且钢壳由于该内压力而仅受到该力。容器200优选地包括至少一个均压孔209，均压孔209是护套203中的开口，该开口形成容室的内部与隔热层206之间的通道，从而允许容室的内压力传递至钢壳204。优选地，容器200包括例如设置在每个混凝土模块210的侧壁中的多个均压孔209。
由混凝土形成的第一护套203主要在典型地高达约300℃的中等温度条件下经受压力（压缩性力）。模块210可由普通性能混凝土或高性能混凝土（HPC）构成，这种混凝土能经受这种类型的载荷而不在所预想的运行温度下显著劣化它们的机械性能。还可采用耐火混凝土和钢筋混凝土（增强型混凝土）。混凝土护套203的导热率优选地在0.1至2W·m-1·K-1的范围内。
隔热层206可用于通过限制传热而限制钢壳的运行温度。隔热层206还可用来通过允许与温度有关的小应变而便于确定钢壳的规模，尤其是在可能为50℃或更低的温度下、或接近环境温度（20℃）来确定规模，而不是在300℃的最高工作温度下确定规模。隔热层的厚度优选地使得在使用中钢壳的温度为50℃或更低。隔热层206不是压力密封的。由于压力传递至钢壳204，这种对压力的渗透性允许压力平衡的运行。优选地，隔热层具有多孔性，使得其不是压力密封的。隔热层206的导热率优选地在0.01至0.17W·m-1·K-1的范围内。隔热层206的厚度优选地在50mm至400mm的范围内，例如厚度为100mm。通过选择耐火混凝土来形成混凝土模块210可减小绝热层206的厚度（耐火混凝土具有减小的导热率，相比于普通的钢筋混凝土典型地除以二）。隔热层的厚度还取决于被选择来形成该层的材料的特性。隔热层优选地是岩棉层。也可使用其他材料来形成隔热层206，诸如珍珠岩、玻璃棉、泡沫玻璃、空气隙。
构成容器200的外护套的钢壳204可用于耐受容器的内压力。其厚度取决于压力下的载荷。优选地，钢壳的厚度不超过300mm，从而与目前已知的制造方法（锻造、滚压和焊接）兼容。钢壳204的导热率优选地在20至250W·m-1·K-1的范围内。可使用各种钢来制造壳体204。典型地，钢由非合金的通用钢形成，诸如P355GH钢。
容器200从内至外依次形成的、由混凝土形成的护套203、隔热层206以及钢壳204的这种夹层结构使得下列得以实现：
-将蓄热材料的重量增加（所产生的）应力与内压力去耦。合适的结构专用于每种应力：蓄热材料的重量由第一混凝土护套203承载，而内压力由钢壳204承载；
-由于隔热层而能以环境温度确定钢壳的规模，从而使得相比于以300℃量级的温度来确定规模，钢壳的厚度能够减小，这导致所用钢材质量的大幅节省，且由此导致成本的减少，还允许所得到的厚度与生产钢壳的手段兼容。事实上，尤其是对于大于1m的储器直径而言，针对预想的高压，生产包括运行温度比50℃高得多、例如260℃的钢容室的TES容器具有技术难题。典型地，通过使用诸如那些日常用于生产受压设备（PE）的钢、例如P355GH类型的钢，钢壁的厚度达到150mm的最小厚度。由于储器的质量可达到数百吨，这构成了制造限制，从而使钢的成形、通过焊接的组装以及运输复杂化；
-生产带有更大直径、典型地为4m量级的储器。
由于模块210通过由相同材料、即混凝土构成的各部分、即壁和基部形成，故而避免了现有技术的装置中已知的差异化热膨胀的问题。
此外，由于组成模块210的材料的特性，模块主动地参与到将热量储存到TES容器的过程中。因而，可能增加与呈固定颗粒床形式的单一蓄热材料初始相关的TES容器的蓄热容量，和/或减小容器中蓄热材料的质量而达到相同的蓄热容量。
因而，混凝土模块210具有多种功能，特别是以下那些功能：形成容器的容室、参与热量的储存和恢复、作为对颗粒状蓄热材料的支承、提供颗粒状蓄热材料在容器的整个高度上的良好分布，从而改善了气体与蓄热材料颗粒之间与气体的热量交换，并防止在容器底部处可能弱化容器结构的沉积。
因而，蓄热材料呈颗粒形式，蓄热材料颗粒设置成使得在每个混凝土模块210中形成一个固定床。因而，蓄热材料是能够储存和还原热量的颗粒材料，不作为限制地，蓄热材料可能是混凝土、陶瓷、石棉或砂砾。
颗粒的形状和尺寸可能变化，且这些参数被选择从而确保空气通过床，并确保气体与颗粒之间的有效接触，从而优化热交换。优选地，颗粒是基本球形的，且具有1至20mm范围内的平均直径。
根据本发明的一个实施例，蓄热材料的颗粒由混凝土形成。对于颗粒和模块210使用相同的材料意味着颗粒和容纳颗粒的模块的热膨胀基本上相同，从而避免了任何补充的机械应力。
蓄热材料颗粒、典型地为蓄热材料珠状物优选地将尺寸定为考虑到容器运行期间颗粒的热膨胀和混凝土模块的热膨胀，特别是防止任何阻塞现象。当容室中的温度升高时，模块膨胀，且由此，颗粒状蓄热材料可充填体积的增加量。当发生冷却阶段时，模块的直径减小且可能压缩颗粒状材料，并因而产生对结构有害的应力。
作为示例，蓄热材料由混凝土形成且呈珠状物的形式，其直径为10mm或更大。
如图4中所示，根据另一实施例，混凝土模块是单块。混凝土模块410由混凝土单块形成。混凝土模块410包括侧壁411，侧壁411由带孔基部405延伸，带孔基部405的开口412可用于允许气体穿过容器。如对于图3的混凝土模块210所描述的，由侧壁411和带孔基部405限定的体积413能够接纳蓄热材料的固定颗粒床。如混凝土模块210的情形那样，由于用作基部和模块的壁的材料具有相同的特性，故而差异化膨胀的问题得以减小，且模块本身参与到对于穿过容器的气体的热量的储存和恢复中。
该构造还特别有利于TES容器的制造。实际上，可制作整个的模块，从而通过堆叠一体的模块而便于容器的组装。在将各模块组装以形成容器之前，各模块还可预充填有蓄热材料。
根据本发明的容器200可用于储存来自热气体的热量，可由蓄热材料207的颗粒执行该储存。容器还可用于将储存在颗粒中热量还给冷气体。气体通过容器200的端部在注入和抽取装置201/202的水平处进入或离开容器200，并与用于热量的储存和恢复的材料颗粒207交换热量，材料颗粒207以床的形式设置，以允许气体穿过材料颗粒207。固定的颗粒床中的流体通道是基本轴向的，即流体总体上沿着限定于容器200中的气体的入口点与出口点之间的主轴线运动，入口点与出口点典型地位于容器200的两个相对端部处。典型地，气体基本竖直地穿过。根据该构造，在充载期间，在容器的顶部处呈温度T1的进入流体是热的，且其以温度T2（T2<T1）通过容器的基部冷地离开（通过颗粒被冷却，颗粒储存来自气体的一部分热量）。对于卸载，气体以温度T2通过容器的基部冷地进入，并以温度T1通过容器的顶部热地离开（通过颗粒被加热，颗粒储存颗粒的一部分热量）。所描述的构造构成了优选的构造，其中，由于在充载阶段期间热气体的进入和卸载期间被重新加热的气体的离开，容器在其上部分中包括热区域，以及由于在充载阶段期间冷却空气的离开和在卸载阶段期间冷空气的进入而在下部分中包括冷区域。上部分中的热区域可特别地用于最小化卸载阶段之前的等待阶段期间空气的运动。然而，容器可根据相反的构造来使用，其中，热区域位于下部分中而冷区域位于上部分中。在该情形下，在充载阶段期间，待冷却的热气体以温度T1通过容器的底部到达，并以温度T2（T2<T1）通过容器的顶部冷地离开，而在卸载期间，气体以温度T2通过容器的顶部冷地进入，并以温度T1通过容器的底部热地离开。
有利地，根据本发明的TES容器能够在1巴至300巴范围内、特别地在100巴至300巴范围内、且更特别地在100至150巴范围内的压力下且在大致20℃的环境温度至300℃之间、优选地在环境温度至260℃之间的范围内的温度下运行。
根据一个实施例，TES容器不形成单一储器，而是包括多个容室，每个容室被限定为如以上对于图2中所示的TES容器的容室所描述的那样，即优选地在其顶部和在其基部处包括用于注入和抽取气体的装置，每个容室通过由混凝土形成的第一护套界定，第一护套由隔热层围绕，隔热层本身由钢壳围绕。每个容室包括至少两个由混凝土形成的模块，这些模块以对中的方式一个设置在另一个上方（叠置在彼此之上），以形成第一混凝土护套。每个混凝土模块包括通过由混凝土形成的侧壁和带孔基部界定的体积，该体积包含用于储存和恢复热量的材料颗粒的固定床。各容室流体连通，且串联地和/或并联地组装，以形成由各元件组成的、具有缩小的尺寸和重量的TES容器。“串联和/或并联组装”应相对于送至TES容器的腔体的气体来进行理解，在串联组装中，气体依次经过TES容器的各容室，而在并联组装中，待冷却/加热的气体流被分成多个子流，每个子流注入TES容器的容室中。
根据本发明的TES容器优选地用于相对于图1所描述的AACAES系统中。然而，根据本发明的TES容器的使用不限于AACAES类型的通过压缩空气来蓄能。根据本发明的TES容器还可用于需要在高压条件下气体的热量的储存和恢复的其他应用中，例如用于区域供热或用于集中太阳能发电厂。如果在生产期间能量不被消耗，这些各种应用都需要能量储存装置。由此，可以热流形式获得的能量可储存在根据本发明的用于热量的储存和恢复的系统（TES）中，该系统包括至少一个如所述的容器。
图5示出了组装根据本发明的TES容器的非限制性示例。示意图（A）至（E）示出了用于组装本发明的TES容器的一系列步骤。根据该组装的示例，执行以下步骤。
执行第一步（示意图A），现场安装钢壳204而不带其罩盖214，以及安装隔热层206。钢壳还可用术语壳体来描述。钢壳204放置在支承件208、例如地面上。
有利地，钢壳被预制造，即壳上的金属钣金加工在车间内进行，且作为单件被运输至组装现场。在该情形下，在组装现场，仅在将混凝土模块210和蓄热材料插入钢壳中并将隔热件放置在混凝土模块与钢壳之间之后，才进行覆盖件214的焊接或组装。
替代地，钢壳204被分成多个元件，多个元件被运输至组装现场并通过焊接而现场组装。
执行第二步（示意图B至C），组装混凝土模块，定位隔热层406，用蓄热材料207充填模块。
一旦钢壳204已安装，容器的每级包括优选地以如下顺序安装的一个模块：
-定位混凝土模块；
-将隔热件安装在外混凝土壁211与钢壳404之间。隔热件可典型地为松散的或成卷的岩棉；
-用所选的蓄热材料207充填混凝土模块。
通过壳204的开口顶部插入钢壳中的第一混凝土模块210将搁置在已被隔热的壳的底部上。
当组装后续的模块时，要确保的是，当各模块被堆叠时，它们彼此对中，以产生由混凝土形成的第一护套203的连续壁。
根据替代方式，混凝土模块410可由蓄热材料207充填，之后将隔热件206安装在外混凝土壁418与钢壳404之间。
根据另一替代方式，混凝土模块210可由蓄热材料207充填，之后将混凝土模块210插入钢壳204中。
执行第三步，通过将壳204与其已被隔热的钢盖214组装、优选地通过将覆盖件214与壳204的钢壁焊接而闭合容器200。
未详细描述诸如用于诸如和抽取气体的装置之类的其他装置的定位，这是由于这部分可由本领域技术人员轻易地执行。
图5中未示出均压孔。优选地在混凝土模块中产生均压孔，之后将模块定位在钢壳中。
钢壳204可使用各种技术来制造：
-钢壳可通过焊接具有单一厚度的弯曲片材而被组装。 图7示出了这种类型的壳704，壳704由具有单一厚度的焊接的片材723组成。原本平坦的片材被弯曲成容室的半径且接着通过焊接被组装，以形成具有单层壁的钢壳704。
-钢壳还可通过将弯曲的片材焊接成多层而被组装，以使用厚度小于用于形成单层壳的片材厚度的单一厚度的片材进行工作。在图8中示出了这种壳的一部分，其中可见到多层片材824，多层片材824被叠置以形成钢壳的壁823。该技术可用于便于片材成形操作。根据该制造技术，上层能以预张力组装，以产生在外层上带有过盈配合的多层壳。 将下层置于压缩下意味着它们可支承更大的载荷或以更小的厚度支承相同的载荷，从而有利于优化构建所需的钢量。
-还可诸如在图7中所示的单层壳中那样通过组装借助周向环加强的单一厚度的弯曲片材（优选地通过焊接）来制造钢壳。该技术可用于获得带有可耐受高压应力的较薄的壁的壳体。 图9是三维视图，示出了由钢形成的这种壳904，壳904通过周向环905的存在而加固。钢壳的形状是圆柱形，且包括多个周向加强环905（图9中数量为12个）。周向环905优选地由金属生产，特别地由钢生产而成。
示例
以下给出了关于根据本发明的TES容器的数值示例，该TES容器在如图1中所示的AACAES系统中用作在气体穿入最终储器10中之前的最后一个容器43（或当气体离开储器10时的第一个容器）。
根据本发明的TES容器例如包括容室，容室由混凝土护套203形成，混凝土护套203的内直径为3.5m，且厚度为100mm，并可忍受125巴的内压力和260℃量级的高温。由厚度为100mm的岩棉形成的隔热层放置在混凝土护套203与钢壳404之间，从而允许壳的钢壁的温度被限制至50℃。钢壳的内直径为3.9m且厚度为146mm。该类型的TES容器形成672m3的内体积，这意味着其可包含806吨的蓄热材料，蓄热材料的密度例如为1200kg/m3。可设置通过堆叠五个混凝土模块210而形成的五级，每级高14m，以形成具有70m量级的总高度的容器（该高度未考虑容器的基部和顶部处的装置的尺寸）。在该示例中，各层具有以下导热率：对于混凝土护套，0.92W·m-1·K-1；对于钢壳壁，26W·m-1·K-1；对于隔热层，0.04W·m-1·K-1。
图6示出了根据本发明的TES容器的该示例的多层壁（半径以米沿横坐标）中温度的变化（温度以℃沿纵坐标），该壁由混凝土护套203、隔热层206和钢壳204形成。TES容器的壁的总厚度“e”是346mm，其中，分别地，第一混凝土护套203的厚度为100mm，隔热层206的厚度为100mm，钢壳204的厚度为146mm。可见到，容器的容室中的温度为260℃，而钢壳204中的温度降至低于50℃。
为了制造该类型的TES容器，需要190吨混凝土和1000吨钢。
Claims (15)
1.一种用于热量储存和恢复系统（40）的容器（200），所述容器包括容室，所述容室包括用于注入和抽取待冷却或待加热的气体的装置（201/202），所述容室通过由混凝土形成的第一护套（203）界定，所述第一护套由隔热层（206）围绕，所述隔热层（206）由钢壳（204）围绕，由混凝土形成的所述第一护套（203）和所述隔热层（206）不是压力密封的，以及
所述容室包括由混凝土形成的至少两个模块（210、410），所述至少两个模块以对中的方式一个设置在另一个上方，以形成由混凝土制成的所述第一护套（203），每个由混凝土形成的模块（210、410）包括通过由混凝土形成的侧壁（211）和由混凝土形成的带孔基部（205）界定的体积，所述体积能够包含用于热量的储存和恢复的材料（207）的固定颗粒床，
其中，在由混凝土形成的所述第一护套（203）中包括均压孔。
2.根据权利要求1所述的容器，其特征在于，由混凝土形成的所述模块（410）为单块。
3.根据权利要求1或2所述的容器，其特征在于，用于热量的储存和恢复的材料（207）呈由混凝土形成的颗粒的形式。
4.根据权利要求1或2所述的容器，其特征在于，所述容器呈柱状，且包括由混凝土形成的圆柱形模块（210、410）。
5.根据权利要求1或2所述的容器，其特征在于，导热率在以下范围中：
-对于由混凝土形成的所述第一护套（203），导热率为0.1至2W·m-1·K-1，
-对于所述隔热层（206），导热率为0.01至0.17W·m-1·K-1，以及
-对于所述钢壳（204），导热率为20至250W·m-1·K-1。
6.根据权利要求1或2所述的容器，其特征在于，所述隔热层的厚度设计成使得，在使用中，所述钢壳（204）的温度低于或等于50℃，且其中，所述隔热层（206）从岩棉层、珍珠岩层、玻璃棉层、泡沫玻璃层、空气隙层中选择。
7.根据权利要求1或2所述的容器，其特征在于，包括由混凝土形成的2个至12个模块范围内的模块（210、410）。
8.根据权利要求1或2所述的容器，其特征在于，所述容室的体积在200m3至1000m3的范围内。
9.根据权利要求1或2所述的容器，其特征在于，包括串联地和/或并联地组装的多个容室。
10.一种用于热量的储存和恢复的系统（40），所述系统包括至少一个根据权利要求1至9中任一项所述的容器（200）。
11.一种AACAES类型的压缩空气蓄能设施（100），包括：
-用于在压缩阶段期间压缩空气的压缩系统（20）；
-根据权利要求10所述的用于热量的储存和恢复的系统（40），以在所述压缩阶段期间储存来自压缩空气的热量，并在膨胀阶段期间将所述热量恢复给所述压缩空气；
-用于储存由压缩系统压缩且由用于热量的储存和恢复的系统（40）冷却的空气的最终储器（10）；
-用于在所述膨胀阶段期间使从所述最终储器获得的压缩空气膨胀的装置（30）。
12.根据权利要求11所述的设施，其特征在于，所述最终储器（10）的体积在1000m3至7000m3的范围内，且所述用于热量的储存和恢复的系统（40）的所述至少一个容器（200）的容室的体积在200m3至1000m3的范围内，所述用于热量的储存和恢复的系统（40）包括至少三个容器（200）。
13.一种用于组装根据权利要求1至9中任一项所述的容器的方法，包括：
-将所述钢壳（204）不带罩盖（214）地安装在容器组装部位，并将所述钢壳（204）设置在支承件（208）上；
-通过依次将所述模块以对中的方式插入所述钢壳（204）中，以形成由混凝土制成的所述第一护套（203），组装由混凝土形成的所述模块（210），安装所述隔热层，并用所述用于热量的储存和恢复的材料（207）充填所述模块（210）；
-通过将所述钢壳（204）与已被隔热的罩盖（214）通过焊接进行组装而闭合所述容器（200）。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，一旦所述模块（210）已插入所述钢壳（204）中，由混凝土形成的所述模块（210）的所述体积就由所述用于热量的储存和恢复的材料（207）充填，以产生固定的颗粒床。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，由混凝土形成的所述模块（210）的所述体积由所述用于热量的储存和恢复的材料（207）充填，以产生固定的颗粒床，之后将所述模块（210）插入所述钢壳（204）中。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1656803A FR3054027B1 (fr) | 2016-07-15 | 2016-07-15 | Conteneur d'un systeme de stockage et de restitution de la chaleur comportant au moins deux modules en beton |
| FR1656803 | 2016-07-15 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107620857A CN107620857A (zh) | 2018-01-23 |
| CN107620857B true CN107620857B (zh) | 2021-06-11 |
Family
ID=56920820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710574703.9A Expired - Fee Related CN107620857B (zh) | 2016-07-15 | 2017-07-14 | 包括由混凝土形成的至少两个模块的用于储存和恢复热量的系统的容器 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10317008B2 (zh) |
| EP (1) | EP3270088B1 (zh) |
| CN (1) | CN107620857B (zh) |
| ES (1) | ES2751131T3 (zh) |
| FR (1) | FR3054027B1 (zh) |
| PT (1) | PT3270088T (zh) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3054028B1 (fr) * | 2016-07-15 | 2018-07-27 | IFP Energies Nouvelles | Conteneur d'un systeme de stockage et de restitution de la chaleur comportant une double paroi en beton |
| MX2019008992A (es) | 2017-02-01 | 2019-12-11 | Hydrostor Inc | Sistema de almacenamiento de energia de gas comprimido hidrostaticamente compensado. |
| EP4382735A3 (en) | 2017-03-09 | 2024-08-28 | Hydrostor Inc. | A thermal storage apparatus for a compressed gas energy storage system |
| CN108645259B (zh) * | 2018-04-27 | 2020-04-24 | 湖北三江航天红林探控有限公司 | 一种高效率高温燃气快速降温装置 |
| FR3089595B1 (fr) * | 2018-12-07 | 2022-01-14 | Ifp Energies Now | Réservoir de stockage d’un fluide sous pression avec une couche d’isolation thermique interne |
| AU2020209193A1 (en) | 2019-01-15 | 2021-08-05 | Hydrostor Inc. | A compressed gas energy storage system |
| US11835023B2 (en) | 2019-02-27 | 2023-12-05 | Hydrostor Inc. | Hydrostatically compensated caes system having an elevated compensation liquid reservoir |
| CN109763964A (zh) * | 2019-03-12 | 2019-05-17 | 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司 | 一种压缩空气蓄能电站 |
| FR3102531B1 (fr) * | 2019-10-24 | 2021-11-12 | Ifp Energies Now | Réservoir de stockage d’énergie sous forme de gaz sous pression, en béton fibré à ultra haute performance |
| FR3117166B1 (fr) * | 2020-12-03 | 2022-11-11 | Ifp Energies Now | Système et procédé de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé avec réchauffage de liquide |
| FR3117167A1 (fr) * | 2020-12-03 | 2022-06-10 | IFP Energies Nouvelles | procédé de stockage et de récupération d’énergie avec optimisation thermique à la détente |
| FR3117164B1 (fr) * | 2020-12-03 | 2022-11-18 | Ifp Energies Now | Système et procédé de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé avec cycle de Rankine |
| CN115218115A (zh) * | 2022-07-11 | 2022-10-21 | 德新钢管（中国）有限公司 | 一种具有保温蓄热功能的储气装置 |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL236678A (zh) * | 1958-03-04 | 1900-01-01 | ||
| US3863408A (en) * | 1972-09-27 | 1975-02-04 | Preload Technology | Prestressed concrete tanks for liquid natural gas tankers |
| US3926134A (en) * | 1972-09-27 | 1975-12-16 | Preload Technology | Prestressed concrete tanks for liquid natural gas tankers |
| US4405010A (en) * | 1978-06-28 | 1983-09-20 | Sanders Associates, Inc. | Sensible heat storage unit |
| DE102006022783A1 (de) | 2006-05-16 | 2007-05-03 | Ed. Züblin Ag | Wärmespeicher für adiabatische Druckluftspeicherung zum Zwecke der Energiespeicherung |
| US20090090109A1 (en) * | 2007-06-06 | 2009-04-09 | Mills David R | Granular thermal energy storage mediums and devices for thermal energy storage systems |
| US20110100583A1 (en) * | 2009-10-29 | 2011-05-05 | Freund Sebastian W | Reinforced thermal energy storage pressure vessel for an adiabatic compressed air energy storage system |
| US20110100010A1 (en) * | 2009-10-30 | 2011-05-05 | Freund Sebastian W | Adiabatic compressed air energy storage system with liquid thermal energy storage |
| US20110127004A1 (en) * | 2009-11-30 | 2011-06-02 | Freund Sebastian W | Regenerative thermal energy storage apparatus for an adiabatic compressed air energy storage system |
| WO2011077248A2 (en) * | 2009-12-23 | 2011-06-30 | Goebel, Olaf | Combined cycle solar power generation |
| CH703780A2 (de) * | 2010-08-30 | 2012-03-15 | Airlight Energy Ip Sa | Wärmespeicher. |
| US8739522B2 (en) | 2010-10-29 | 2014-06-03 | Nuovo Pignone S.P.A. | Systems and methods for pre-heating compressed air in advanced adiabatic compressed air energy storage systems |
| US9475023B2 (en) * | 2011-07-27 | 2016-10-25 | The Research Foundation Of The City University Of New York | Optimum process design of packed bed type thermal storage systems and other applications |
| GB201207114D0 (en) * | 2012-04-23 | 2012-06-06 | Isentropic Ltd | Improved thermal energy storage apparatus |
| FR2998556B1 (fr) * | 2012-11-28 | 2015-12-18 | Electricite De France | Conteneur de materiau de stockage thermique, a structure renforcee. |
| US20140299120A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-10-09 | Paul M. Klinkman | Solar Heat Collection and Storage System |
| FR3019640B1 (fr) * | 2014-04-03 | 2019-12-20 | IFP Energies Nouvelles | Systeme de stockage de chaleur par lit fluidise |
| CN204417523U (zh) * | 2015-01-15 | 2015-06-24 | 北京奥博华科技发展有限公司 | 一种有插接式隔板的渣罐 |
-
2016
- 2016-07-15 FR FR1656803A patent/FR3054027B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2017
- 2017-07-11 ES ES17180719T patent/ES2751131T3/es active Active
- 2017-07-11 PT PT171807191T patent/PT3270088T/pt unknown
- 2017-07-11 EP EP17180719.1A patent/EP3270088B1/fr active Active
- 2017-07-14 CN CN201710574703.9A patent/CN107620857B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2017-07-14 US US15/650,621 patent/US10317008B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2751131T3 (es) | 2020-03-30 |
| PT3270088T (pt) | 2019-11-19 |
| US20180017213A1 (en) | 2018-01-18 |
| FR3054027B1 (fr) | 2018-07-27 |
| US10317008B2 (en) | 2019-06-11 |
| CN107620857A (zh) | 2018-01-23 |
| EP3270088A1 (fr) | 2018-01-17 |
| FR3054027A1 (fr) | 2018-01-19 |
| EP3270088B1 (fr) | 2019-09-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107620857B (zh) | 包括由混凝土形成的至少两个模块的用于储存和恢复热量的系统的容器 | |
| CN107621185B (zh) | 热量储存和恢复系统的容器、系统、蓄能设施及组装方法 | |
| US10837713B2 (en) | System and method of heat storage and release comprising at least two concentric heat storage volumes | |
| EP2756170B1 (en) | Thermal energy storage for combined cycle power plants | |
| CN102741524B (zh) | 用于绝热压缩空气能量存储系统的热能存储装置以及形成此系统的压缩方法 | |
| US20150096289A1 (en) | Pressurised energy storage system in which the heat accumulator is arranged in an overpressure zone | |
| JP2004526157A (ja) | 原子力発電所を運転する方法および原子力発電所 | |
| US20210389056A1 (en) | Low-cost, modular high-temperature thermal energy storage system | |
| JP6148433B2 (ja) | 蓄熱及び放熱装置の容器、蓄熱及び放熱組立体、並びにエネルギー生産プラント | |
| US12098888B2 (en) | Horizontal-axis heat recovery and storage system | |
| WO2022015919A1 (en) | Fluidized-bed heat exchanger for conversion of thermal energy to electricity | |
| EP4051891B1 (en) | Pumped heat energy storage system with annular ducting arrangement | |
| CN216869272U (zh) | 强化换热的可承压蓄冷蓄热器 | |
| WO2024089537A1 (en) | Device and apparatus for storing and releasing thermal energy and energy transformation and storage plant |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20210611 |