CN110382879B - 在热能存储系统中泵送传热流体的方法 - Google Patents

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Abstract

一种在热能存储系统(2)中泵送传热流体的方法，该热能存储系统(2)包括经由双向流动构件(202)连接到第二热能存储罐(201)的第一热能存储罐(200)。第一热能存储罐(200)和第二热能存储罐(201)与压力容器系统(3)相联，压力容器系统(3)包括第一压力容器(300)和第二压力容器(301)，每个压力容器(300、301)部分地可填充有致动液体，用于泵送的方法包括：将致动液体从第一压力容器(300)移置到第二压力容器(301)，从而在第一热能存储罐中产生相对于第二热能存储罐的压力差，并且其中经由双向流动构件移置传热流体。

Description

在热能存储系统中泵送传热流体的方法
技术领域
本发明涉及用于在热能存储系统中泵送传热流体的方法和系统的领域，并且更具体地涉及在热能系统中的间接泵送方法，该热能系统包括通过双向流动构件连接的第一热能存储罐和第二热能存储罐。
背景技术
在聚光太阳能(CSP)发电系统中，太阳辐射通过抛物面反射镜、定日镜或类似物聚焦到太阳辐射接收器上。
太阳辐射接收器吸收太阳辐射作为热能，并且转换系统(通常是热发动机)随后将该热能转换成电能以用于随后的分配。存在包括不同的太阳能接收器和相关的电能发生系统的几类系统。例如，抛物面槽系统包括抛物面槽形太阳能收集器的大表面区域，其将太阳辐射引导到沿抛物面槽的聚焦轴布置的传热流体(HTF)。然后HTF被泵送并用于将热能传导到转换系统以产生电能。另一个系统是电力塔，其中太阳辐射由反射镜区域引导，其朝向静态中央塔跟踪太阳。中央塔包括HTF，其可用于将热能传导至转换系统。线性菲涅耳反射器使用近似于抛物面槽的抛物面形状的扁平线性反射镜系统，并将太阳辐射引导到包括HTF的太阳能接收器，其可用于如所述的后续电能产生。
一种特别有效的太阳能接收器设计是抛物面盘系统。抛物面盘系统包括抛物面盘，该抛物面盘包括在内表面上的反射镜，其在白天期间以2轴跟踪太阳。太阳辐射通过反射镜集中在焦点处，在该焦点处，太阳辐射通常经由诸如斯特林(Stirling)或朗肯(Rankine)循环发动机的转换系统直接转换成电能。由于抛物面盘系统可以是模块化的，安装在不平坦的地面上，占用的空间比其它提到的系统少，并且效率特别高，因此它们是经济高效的CSP系统的特别理想的选择。
然而，与其它静态接收器系统相反，通常具有移动的太阳能接收器的抛物面盘系统不使用HTF并且不具有热能存储能力，因为能量转换系统直接位于抛物面盘的焦点处。在没有热能存储的情况下，抛物面盘系统仅在有阳光的若干小时期间产生电能。
用于存储在有阳光期间产生的热能的热能存储系统在具有静态太阳能接收器的集中式太阳能系统中是已知的，但是缺少适合与抛物面盘系统一起使用的热能存储系统。
已知的热能存储系统通常与热存储罐一起操作，在高达约390℃-560℃下操作，存储来自太阳能接收器的热能(或者存储HTF，或者将来自HTF的能量存储在不同的介质中)。在这样的系统中，在热存储罐中的能量随后被提取并经由HTF分配给电能产生器。在产生电能之后，HTF具有降低的温度，然后将其或来自其的能量存储在在约290℃或更低温度下操作的冷存储罐中。冷存储罐用作已用过的/更冷的流体的容器。在存储到冷罐中之后，当接收器再次接收阳光时，HTF被泵回到接收器以再次加热。在该整个过程中，流体必须保持在高温下，并且冷罐的温度始终等于或低于所用HTF的温度，并且在接收器再次接收阳光之前，所使用的HTF不能用于产生电能。
出于效率原因，期望将HTF加热到尽可能高的温度。然而，这在将HTF从其被加热的接收器传递到从热能产生电能的转换单元时造成复杂性。例如，具有非常高的热容量的流体会具有相对高的熔点并且必须在整个流体路径中保持在高温下。此外，非常热的流体难以泵送，并且需要昂贵且复杂的专门设计的泵。通常，克服这些问题的努力的目标是提供具有低熔点和高比热的理想流体。
鉴于这些缺陷，期望一种能够在相当长的时间内存储能量并且更可靠且成本有效地泵送传热流体的系统。
发明内容
因此，本发明较佳地寻求单独地或以任何组合地来缓解、减轻或消除本领域中的一个或多个上述缺陷和缺点，并且通过提供一种在热能存储系统中泵送传热流体的方法来至少解决上述问题，该热能存储系统包括经由双向流动构件连接到第二热能存储罐的第一热能存储罐。第一热能存储罐和第二热能存储罐与压力容器系统相联，压力容器系统包括第一压力容器和第二压力容器，每个压力容器部分地可填充有致动液体，其中，用于泵送的方法包括：将致动液体从第一压力容器移置到第二压力容器，从而在第一热能存储罐中产生相对于第二热能存储罐的压力差，并且其中经由双向流动构件移置传热流体。
还提供了热能存储系统。
以下和所附专利权利要求中公开了其它有利实施例。
附图说明
从参照附图对本发明实施例的以下描述中，本发明能够实现的这些和其它方面、特征以及优点会变得显而易见，附图中：
图1是根据本发明的系统的示意图。
图2是根据本发明的系统的布置的立体图。
图3是根据本发明的系统的布置的示意图。
图4是根据本发明的系统的布置的示意图。
图5是根据本发明的热能存储系统的立体剖视图。
图6是根据本发明的系统的布置的示意图，示出了单独的预加热/排出罐。
图7是初始化的流程图。
图8a-c示出了对系统进行能量释放的性能的模拟结果。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，应参考以下结合附图的具体实施方式，附图中：
图1示出了热能存储系统2，其包括用于接收传热流体的第一热能存储(TES)罐200和第二热能存储(TES)罐201。第一TES罐200和第二TES罐201经由至少一个双向流动构件202流体连接，使得传热流体(HTF)可以从第一TES罐200可逆地移置到第二TES罐201。可逆地移置意味着HTF能以振荡方式从第一TES罐200流到第二TES罐201，然后经由双向流动构件202重新返回。
双向流动构件202具有设置在第一TES罐200的下部区域处的第一端。双向流动构件202具有设置在第二TES罐201的下部区域处的第二端。双向流动构件202的第一端和第二端必须定位成使得在泵送HTF期间，第一端和第二端总是浸没在HTF中。否则在系统中会形成气泡。在系统初始化期间，第一端和第二端不需要浸没在HTF中。
通过在第一TES罐200中相对于第二TES罐201提供压力差来对HTF进行移置。压力差产生作用在第一TES罐200中的HTF上的力并且在其中致动HTF至第二罐201的移置。存在于双向流动构件202的第一端处的压力大于双向流动构件202的第二端处的压力。该压力差意味着HTF流过双向流动构件202。
发明人已经确定，在第一TES罐200和第二TES罐201之间产生压力差的理想方式是将TES系统2与至少一个压力容器系统3相关联。
在图1中，包括第一压力容器300和第二压力容器301的压力容器系统3与TES系统2相关联。第一压力容器300连接到第一TES罐200。在图1中，第一压力容器300通过流体管道连接到第一TES罐200，该流体管道具有在第一压力容器300上部区域处的第一端以及在第一TES罐200上部区域处的第二端。第二压力容器301连接到第二TES罐201。第一压力容器300和第二压力容器301各自部分地填充有致动液体。在图1中，第二压力容器301通过流体管道连接到第二TES罐201，该流体管道具有在第二压力容器301上部区域处的第一端以及在第二TES罐201上部区域处的第二端。致动液体流动路径303设置在第一压力容器300和第二压力容器301之间。致动液体流动路径303可以在第一端304处连接到第一压力容器300的下部区域310。致动液体流动路径303还可以在第二端305处连接到第二压力容器301的下部区域311。泵302设置成与致动液体流动路径303连通。泵用于泵送致动液体，它不需要能够泵送HTF。
第一压力容器300和第二压力容器301中的致动液体的总体积是恒定的。即，压力容器系统3中的致动液体的体积是恒定的。压力容器系统3的剩余容积、即未填充有致动液体的容积可包括比如填充有流体，例如诸如N2的惰性气体。剩余容积可以包括，比如填充有CO2，特别是如果HTF或PCM(关于PCM的进一步信息，参见下文)包含碳酸盐。诸如氩气之类的其它惰性气体也可能是合适的，但这种气体的成本可能过高。
在操作期间，压力容器系统3和TES系统2是闭合的，并且压力容器系统3和所连接的TES系统2的总容积是恒定的。更具体地，第一压力容器300和第二压力容器301以及第一TES罐200和第二TES罐201的容积是固定的。这使得能够将HTF从第一TES罐200间接泵送到第二TES罐201并且再次返回，而不需要泵直接作用在HTF上。泵302仅作用在致动液体上，并且系统中所产生的压力差引起对HTF的移置。现在将进一步描述。
致动液体可以经由泵302从第一压力容器300泵送到第二压力容器301。致动液体的移置引起第一TES罐200相对于第二TES罐201的压力差。该压力差在存在于第一TES罐200或第二TES罐201中的任何HTF上产生力，并经由双向流动构件202对HTF进行移置。
第一TES罐200可以设置在第二TES罐201上方的一定高度处。第一TES罐200和第二TES罐200不需要彼此热隔离。使它们相邻并且热接触可能是有利的，使得提供给第一TES罐300或第二TES罐301的任何热能被传导到第二TES罐301或第一TES罐300。
还设想了包括单个压力容器的热能存储系统2。在这样的系统中，HTF经由作用在单个压力容器中的机械活塞的对惰性气体进行移置的致动而被移置。对惰性气体的移置引起在第一TES罐200处的压力增加，并且在其中迫使HTF从第一TES罐200移置到第二TES201。然后可以缩回机械活塞，引起第一TES罐200中的压力降低，并且在其中HTF沿相反的方向流动。
另一种不那么较佳的移置HTF的方法是使第一TES罐(200)和第二TES罐(201)相对于彼此位移。例如，通过将第一TES罐200升高到高于第二TES罐201的高度，作用在第一TES罐200中的流体上的重力使其流过双向流动构件202进入第二TES罐。此后，第二TES罐201可以升高到第一TES罐200上方并且流动反向。
在所有所描述的泵送HTF的方法中，双向流动构件202的第一端处的HTF的压力相对于双向流动构件202的第二端处的压力增加，并且在其中，HTF从第一热能存储罐200移置到第二热能存储罐201。
阀305可以设置在第一压力容器300和第二压力容器301之间，用于平衡第一压力容器300和第二压力容器301中的压力。第一压力容器300和第二压力容器301之间的压力差可以在打开阀305时平衡。阀305在系统操作期间通常闭合，使得压力容器系统3闭合，并且其中在第一压力容器300和第二压力容器301之间泵送流体引起第一TES罐200和第二TES罐201之间的压力差。
在一个非限制性示例中，描述了一种在热能存储系统中泵送传热流体的方法，其中，热能存储系统可包括经由双向流动构件连接到第二热能存储罐的第一热能存储罐。第一热能存储罐和第二热能存储罐经由流体管道与压力容器系统相连接，该压力容器系统包括第一压力容器和第二压力容器，每个第一压力容器和第二压力容器可部分填充有致动液体，其中，该泵送是通过从第一压力容器到第二压力容器移置致动液体而进行的，从而在第一热能存储罐中产生相对于第二热能存储罐的压力差，并且其中经由双向流动构件来移置传热流体。
热能存储系统2可以连接到太阳能接收器400。太阳能接收器400接收太阳辐射并且通常被加热，或者其一部分被加热。在抛物面盘CSP系统中，太阳辐射可以被抛物面盘600反射并聚焦在太阳能接收器400上，如图2所示。抛物面盘600包括多个反射镜601，这些反射镜将太阳辐射反射并聚焦在焦点602处。在所有类型的CSP系统中，太阳能接收器400位于被反射并聚焦的太阳光的焦点处。再次具体地参照抛物面盘系统，随着太阳能抛物面盘600在2轴上移动并在白天期间跟踪太阳光，焦点602以及其中太阳能接收器400也在白天期间移动。即，抛物面盘600CSP系统中的太阳能接收器400不是静止的。它通常也位于地面以上的高度处。用于在太阳能接收器400上反射和/或聚焦太阳辐射的其它系统可以与本文所述的热能存储系统2组合。例如，也可以使用诸如抛物面槽、线性菲涅耳和电力塔系统之类的静态太阳能接收器系统。在这样的系统中，太阳能接收器不移动，它是静止的。
太阳能接收器400热连接到热能存储系统2。如图1中所示，太阳能接收器可以连接到第一TES罐200以及连接到第二TES罐201。在太阳能接收器400处产生的热量传导至第一TES罐200和第二TES罐201。太阳能接收器400经由第一热流动路径401连接到第一TES罐200。第一热流动路径401可以是用于HTF的管道。太阳能接收器400经由第二热流动路径402连接到第二TES。第二热流动路径402可以是用于HTF的管道。第一热流动路径401和第二热流动路径402可以连接成，使得形成从第一TES罐200到第二TES罐201的组合的热流动路径。在包括组合的热流动路径并且其中热流动路径形成用于HTF的管道的系统中：HTF可以从第一TES罐200经第一热流动路径401流到太阳能接收器400，在那里它可以被引导至太阳能接收器400处的太阳辐射加热，通过第二热流动路径402而到达第二TES罐201。HTF然后被存储在第二TES罐201中。
在第一热流动路径401和第二热流动路径402形成组合的热流动路径并且其中热流动路径形成用于HTF的管道的系统中，组合的热流动路径是以上所描述的双向流动构件202。为了清楚起见，可以沿着双向流动构件202设置太阳能接收器400。HTF可以流过太阳能接收器400。
如前所述，HTF的从第一/第二TES罐到第二/第一TES罐200、201的移置可以经由间接泵送来致动，由此一定体积的致动液体从第一压力容器300或第二压力容器301被移置到第二压力容器301或第一压力容器300，从而在第一TES罐200和第二TES罐201之间产生压力差，并且该压力差迫使HTF通过第一热流动路径401和第二热流动路径402。第一流动路径401和第二流动路径402可以是形成用于HTF的管道的柔性管。提供柔性管作为第一流动路径401和第二流动路径402降低了包括抛物面太阳能盘的系统的复杂性，因为太阳能接收器400固有地与盘一起移动，因此刚性管需要更复杂的接头和连接件。
如在聚光太阳能系统中已知的，提供电能发生系统5，以从通过太阳能接收器400产生的和/或存储在热能存储系统2中的热能来产生电能。电能发生系统5是一种将热能转换为电能的能量转换系统。由电能发生系统5所产生的电力可以馈送到电网或配电网络。电能发生系统5可包括在斯特林循环、朗肯循环、布雷顿(Brayton)循环或任何其它能够有效地从热能到电能产生电能的热力发动机上运行的转换单元500。
在图1中，显示斯特林发动机作为电能产生系统5。转换单元500与HTF热连接。转换单元500与第一热流动路径401和第二热流动路径402热连接。由于使用HTF，并且与包括抛物面盘的传统聚光太阳能系统相反的，转换单元500不需要位于抛物面盘600的焦点602处。转换单元500可以设置成邻近TES系统2。在不在抛物面盘600的焦点602处的位置处设置斯特林发动机极大地提高了安装和维护的便利性，因为斯特林发动机不需要与抛物面盘600一起移动。太阳能接收器400、而非转换单元500与抛物面盘600一起移动。
电能发生系统5可包括至少一个热交换器501，用于将热能从HTF传递到转换单元500的工作流体。在图3中，示出了成对的热交换器501、502，用于接收来自HTF的能量。第一热交换器501布置在第一热流动路径401上，第二热交换器502布置在第二热流动路径402上。如在图3中可见的，存在包括第一TES罐200、第一热流动路径401、第一热交换器501、太阳能接收器400、第二热交换器502、第二热流动路径402和第二TES罐201的单个热路径。理想地，该单个热流动路径也是用于HTF的流动路径。即，该流动路径形成用于HTF流动的管道。
电能发生系统5不需要流体连接至TES系统2。可以在TES系统2和电能产生系统5之间设置热虹吸管。热虹吸管是纵向的、并且通常垂直延伸的包括流体的容纳件，由此，在下部处提供的热能在对流下升高并且可以在上部处提取。热虹吸管可以将第一TES罐200和第二TES罐201二者热连接到电能发生系统5，比如连接到热交换器501、502。
第一TES罐200和第二TES罐201设有至少一种相变材料PCM，用于存储来自HTF的能量和/或将能量释放至HTF。该至少一种PCM可以是例如熔点基本上大于HTF熔点的盐。
该至少一种PCM材料可以封装在构件中，该构件将PCM与HTF物理隔离但不将PCM与HTF热隔离。如本领域中已知的，PCM是在加热期间随着从固体到液体的相变而吸收能量并且在反向冷却过程期间将能量释放到邻近的环境的材料。在加热处于固相的PCM期间，该固体增加温度(可感知的能量存储)。在从固体到液体的相变期间，潜在地存储能量。在相变至液体之后，能量再次可感知地存储，并且液相中的PCM温度增加。
TES罐200、201中的PCM充当可靠且可预测的热能存储介质。其中，大量的热能可以存储在TES系统2中，超过可以仅存储在HTF中的热能。PCM可包括能够存储热能的任何介质，诸如盐或盐的混合物，比如沙子、混凝土的颗粒或上述的组合。PCM可以具有从500℃至900℃的熔点，比如从650℃至810℃。在操作期间，第一TES罐(200)和第二TES罐(201)的温度为从约500℃至约900℃。
HTF具有从200℃至500℃的熔点，比如从300℃至400℃。HTF可包括熔融盐、熔融玻璃和/或液态金属。例如，合适的熔融盐可以是碳酸盐、氟化物或氯化物和/或硝酸盐的共晶盐。HTF可包括氧化物。HTF还可包括在各种馏分中的上述混合物。虽然称为流体，但显然HTF仅仅是在其正常操作温度下、即大于熔点的温度下为流体的物质。
如上所述，PCM被包括在为PCM容纳件220的多个构件内部。每个PCM容纳件220包括用于存储PCM的部分和壁，该壁将在用于存储PCM的部分中的PCM与HTF物理地分开。PCM容纳件220可以是具有基本垂直的对齐部的纵向延伸构件。PCM容纳件220可以是圆柱形构件，具有圆形横截面。它们也可以是具有正方形、六边形或椭圆形横截面的纵向延伸构件。PCM容纳件220可以具有在上部中的开口，使得PCM可以在相变时自由膨胀，而不会在容纳件内部发生压力聚积。PCM容纳件220在底部处密封，使得存在于第一TES罐200和第二TES罐201中的HTF不能直接接触PCM。PCM容纳件220可以布置在栅格中，如图1、3和5所示。PCM容纳件220基本上平行于彼此地布置。
图5示出了热能存储系统2的剖视图，示出了第一TES罐200和第二TES罐201中的PCM容纳件220的布置。多个PCM容纳件220彼此平行且邻近地布置在格栅中。HTF可以围绕PCM容纳件220流动并且在其中加热PCM容纳件220中的PCM。
第一TES罐200和第二TES罐201可设置有第二PCM，其熔点基本上高于HTF的熔点但基本上低于第一PCM的熔点。该第二PCM可以被认为是低温PCM，第一PCM被认为是高温PCM。低温PCM的熔点可以比HTF的熔点高0至100℃。TES系统2可包含0至30质量％的低温PCM。与不包括低温PCM的TES系统2相比，低温PCM的一个优点是HTF可以保持液态更长久。低温PCM不是用于将HTF维持在适合于能量转换系统5中的能量产生的温度，而是用于将HTF保持在液态。
如图1中所示，TES系统2可以包括用于加热HTF和TES系统2的预热器700。预热器700可以与第一TES罐200或第二TES罐201热连接，并且被布置为用于在系统初始化时加热HTF。
如图6中所示，预热器700也可以布置成与单独的HTF存储/排出罐800连通。单独的HTF存储/排出罐800设置成与压力容器系统3流体连通，用于提供压力以移置HTF，以及与第一TES罐200或第二TES罐201流体连通，用于传送HTF。
参考图7，现在将描述用于初始化TES系统2的方法。
在TES系统2关闭并且在启动之前，可以将阀305打开1001，并且通过泵302使第一压力容器300和第二压力容器301中的每一个中的致动液体的体积平衡1002。随着阀305打开，由于重力，TES系统2中的HTF将流到TES系统2中的最低点。在图1中，最低点是第二TES罐201。通过改变罐的布置，可以将第一TES罐200定位成低于第二TES罐201。无论哪个罐在较高点或较低点处，所有HTF都将存在于单个罐中。
然后，预热器可以开始将第二TES罐中的HTF预热1003至其熔点或高于其熔点。如果系统中存在未充分预热的冷点，则将HTF超加热到高于其熔点，防止HTF凝固。超加热可以比HTF的熔点高1至100℃，比如10至50℃。如先前所述，第一TES罐200和第二TES罐201可以彼此热连接，并且以这种方式，加热第二TES罐201可以经由传导来加热第一TES罐200。
太阳能接收器400和热流动路径401、402也被预热1004。阀305可以被关闭1005，使得第一压力容器300和第二压力容器301仅经由致动液体流动路径303连接。经由泵302将致动液体泵送1006到与包括HTF的TES罐连接的压力容器。根据图1中的系统，致动液体经由泵302泵送到第二压力容器301，第二压力容器301连接到第二TES罐201。然后向第一TES罐200提供1007诸如N2的惰性气体。惰性气体用于填充系统并有助于预热。惰性气体通过双向流动构件202流入第二TES罐201中的HTF。可以将惰性气体提供给第一TES罐200，使得达到压力容器系统3中的预定压力。然后可以经由泵302将致动液体从第二压力容器301泵送1008到第一压力容器300，从而使惰性气体移置并流过双向流动构件202并最终流到第二TES罐201。
在将致动液体泵送到第一压力容器300中之后，压力容器系统3被重置。
然后打开阀305，并经由泵302将致动液体泵送1009到第一压力容器300。将致动液体泵送到一定高度，使得当泵302停止泵送时由致动液体提供的压力足够克服在双向流动构件202中位于最低系统水平上方的最高点处的HTF的静态压力。如图1中所示，双向流动构件中的最高点通常是太阳能接收器400。现在可以关闭1010阀305并且压力容器系统3和TES系统2现在具有固定的总体积。
在将致动液体从第一压力容器300泵送到第二压力容器301时，HTF从第二TES罐201流到第一TES罐200。第一压力容器300和第二压力容器301中的每一个中的致动液体的体积被平衡，使得第一和第二TES中的每一个中的HTF的体积在其中平衡。随着压力容器系统2和TES系统2闭合，为了移置HTF的泵302不再需要克服系统的静态压力。它仅必须克服HTF管道中的内部压力损失。
然后，该间接泵送方法可用于经由太阳能接收器400将HTF从第一TES罐201振荡到第二TES罐。其中实现了具有间接泵送的2个热罐的TES系统2。该系统具有很大的热存储能力，因为使用两个储罐用于热能存储。由于泵302不需要泵送HTF，而只需要致动液体，因此操作成本显著降低。
当存储在TES系统2中的热能增加时对TES系统2进行填充，以便稍后可以提取它以产生电能。在有阳光的若干小时期间，当太阳能接收器400接收太阳光时，发生对TES系统2的填充。HTF经由双向流动构件202从第一TES罐200振荡到第二TES罐201。太阳能接收器400设置在沿着双向流动构件202的点处。在太阳能接收器400处经由太阳辐射加热HTF。HTF可以穿过太阳能接收器400。在填充期间，进入太阳能接收器400的HTF的温度低于离开太阳能接收器的HTF的温度。HTF中的热能被传递到第一TES罐200和第二TES罐201中的一个PCM或多个PCM。热能在其中存储在第一TES罐200和第二TES罐201中。
当存储在TES系统2中的能量被提取并且其中存在于系统中的热能减少时，对TES系统2进行能量释放。TES系统的能量释放通常发生在通过能量转换系统5产生电能时。让系统释放能量的一种方式是提供与双向流动构件202热连接的能量转换系统5。HTF经由双向流动构件202从第一TES罐200振荡到第二TES罐201。能量转换系统5通常包括设置在双向流动构件202的第一热流动路径401上的第一热交换器501间，布置成从HTF接收热能。热能用于驱动能量转换单元500，并且可以随后转换成电能。第二热交换器502可以设置在第二热流动路径402上并且布置成从HTF接收热能。第二热交换器502提供改进的能量转换的能力。如前所述，HTF从第一TES罐200振荡到第二TES罐201并再次返回。在释放能量期间，PCM的温度随着能量从TES系统2移除而下降。一旦PCM的温度低于其熔点，TES系统2被认为是空的并且停止用于电能产生的能量释放。如果如前所述，TES系统2包括第二低温PCM，其熔点基本上低于第一PCM的熔点，则当第一高温PCM下降到低于其熔点时，系统被认为是空的。
当TES系统2既不填充也不释放能量时，即，当系统处于空转时，HTF可以保持在第一TES罐200和第二TES罐201中，使得HTF通过存储在PCM中的热能保持在其熔点之上。如果TES系统包括第二低温PCM，则HTF主要通过存储在低温PCM中的能量维持在其熔点之上。
在填充、释放能量和空转期间，第一TES罐200和第二TES罐201中的每一个中的PCM保持在高于HTF熔点的温度下。
图4示出了该系统的示意图。该系统包括TES系统2、太阳能接收器400和电能发生系统5。第一热交换器501设置在第一热流动路径401上。第二热交换器502设置在第二热流动路径402上。热流动路径401、402形成双向流动构件202。现在将描述系统的不同点处的不同温度。作为示例，在初始化之后和填充期间，TES系统2的温度可以是大约714℃。因此，在TES系统2和第一热交换器501之间的第一热能流动路径401中流动的HTF的温度在理想情况下可以是大约714℃。在离开第一热交换器501之后并且在到达太阳能接收器400之前，第一热能流动路径401中的HTF的温度可以是约704℃(在热交换期间下降10℃)。然后在太阳能接收器400中将HTF加热约40℃。因此，在太阳能接收器400和第二热交换器502之间的第二热流动路径402中的HTF的温度可以是大约744℃。在离开第二热交换器502之后，第二热流动路径402中的HTF的温度可以是约734℃(在热交换期间下降10℃)。由于TES系统2的温度约为714℃，并且进入TES系统2的HTF的温度约为734℃，因此HTF可略微增加TES系统2的温度。
作为示例，在初始化之后和释放能量期间，TES系统2的温度可以是大约714℃。因此，在TES系统2和第一热交换器501之间的第一热能流动路径401中流动的HTF的温度可以是大约714℃。在离开第一热交换器501之后并且在到达太阳能接收器400之前，第一热能流动路径401中的HTF的温度可以是约704℃(在热交换期间下降10℃)。在释放能量期间，HTF在太阳能接收器400中不被加热。因此，在太阳能接收器400和第二热交换器502之间的第二热流动路径402中的HTF的温度可以是大约704℃。在离开第二热交换器502之后，第二热流动路径402中的HTF的温度可以是约694℃(在热交换期间下降10℃)。由于TES系统2的温度约为714℃，并且进入TES系统2的HTF的温度约为694℃，因此HTF可略微降低TES系统2的温度。
在上面的描述中，从TES系统2流出的HTF从第一TES罐200流到第二TES罐201如先前所述，它也可以以往复或振荡的方式从第二TES罐201流到第一TES罐200。这种HTF的振荡流动用于TES系统2的填充和释放能量。振荡流动允许系统对TES系统进行填充和释放能量，而不像传统系统的情况那样需要使泵直接作用于HTF，。这大大降低了系统成本。
还提供了一种在热能存储系统2中泵送传热流体的方法，该热能存储系统2包括第一热能存储罐200，其经由双向流动构件202连接到第二热能存储罐201，该双向流动构件202具有设置在第一热能存储罐200处的第一端和设置在第二热能存储罐201处的第二端，该方法包括：相对于双向流动构件202的第二端处的压力增加存在于双向流动构件202的第一端处的传热流体的压力，并且其中，将传热流体从第一热能存储罐200移置到第二热能存储罐201。
模拟
图8a-c示出了本文所述的TES系统2在释放能量期间的预期性能的模拟结果。
参数
在模拟中，PCM是2200kg的盐。PCM容纳件220被建模为具有包括钢的壁。HTF被建模为将第一TES罐200和第二TES罐201填充到PCM容纳件220的总高度。HTF的质量流量为2.5kg/s。对于40kW的热负荷，这相当于11℃的温度差。循环时间、即将HTF从第一TES罐移置到第二TES罐然后再返回所需的时间是84秒。
结果
图8a和8b示出了在前8小时内从系统提取的功率相等。图8c示出了来自系统的温度随时间降低。如本文所述的当前系统设计提供足够高的热能存储温度延续约6小时。
虽然已经结合许多实施例描述了本发明，但显然许多替换、修改和变化对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的或者是显而易见的。因此，申请人旨在包括在本发明的范围内的所有这些替换、修改、等同和变型。

Claims (12)

1.一种在热能存储系统(2)中泵送传热流体的方法，所述热能存储系统(2)包括经由双向流动构件(202)连接到第二热能存储罐(201)的第一热能存储罐(200)，所述第一热能存储罐(200)和所述第二热能存储罐(201)经由流体管道与压力容器系统(3)相联，所述压力容器系统(3)包括第一压力容器(300)和第二压力容器(301)，所述第一压力容器(300)连接到所述第一热能存储罐(200)，而所述第二压力容器(301)连接到所述第二热能存储罐(201)，所述第一压力容器(300)和所述第二压力容器(301)中的每一个能够部分地填充有致动液体，其中，用于泵送的所述方法包括：
使所述致动液体的流动在所述第一压力容器(300)和所述第二压力容器(301)之间振荡，
在所述第一热能存储罐(200)中相对于所述第二热能存储罐(201)产生压力差，并且其中，
经由所述双向流动构件(202)使所述传热流体的流动在所述第一热能存储罐(200)和所述第二热能存储罐(201)之间振荡。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一压力容器(300)和所述第二压力容器(301)以及所述第一热能存储罐(200)和所述第二热能存储罐(201)在操作期间形成具有基本恒定容积的闭合系统。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对所述致动液体的移置经由泵(302)来执行，所述泵(302)设置在所述第一压力容器(300)和所述第二压力容器(301)之间的流体连接部中。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在操作期间，所述致动液体的温度基本上低于所述传热流体的温度。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在沿着所述双向流动构件(202)的点处设置太阳能接收器(400)，并且其中所述传热流体穿过所述太阳能接收器(400)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述传热流体经由所述太阳能接收器(400)而振荡。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一压力容器(300)经由流体管道连接到所述第一热能存储罐(200)，所述流体管道具有设置在所述第一压力容器(300)的上部区域处的第一端和设置在所述第一热能存储罐(200)的上部区域处的第二端。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二压力容器(301)经由流体管道连接到所述第二热能存储罐(201)，所述流体管道具有设置在所述第二压力容器(301)的上部区域处的第一端和设置在所述第二热能存储罐(201)的上部区域处的第二端。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述双向流动构件(202)具有设置在所述第一热能存储罐(200)的下部区域处的第一端和设置在所述第二热能存储罐(201)的下部区域处的第二端。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述传热流体具有从约200℃至约500℃的熔点。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在操作期间所述第一热能存储罐(200)和所述第二热能存储罐(201)的温度为从约500℃至约900℃。
12.一种热能存储系统(2)，包括经由双向流动构件(202)连接到第二热能存储罐(201)的第一热能存储罐(200)，所述第一热能存储罐(200)和所述第二热能存储罐(201)布置成接纳传热流体，所述第一热能存储罐(200)经由流体管道连接到第一压力容器(300)，而所述第二热能存储罐(201)经由流体管道连接到第二压力容器(301)，所述第一压力容器(300)和所述第二压力容器(301)中的每一个能够部分地填充有致动液体，所述致动液体经由泵(302)在所述压力容器(300、301)之间位移以产生压力差，以间接移置所述传热流体。
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