CN114051576A - 水平轴线的热回收和储存系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热储存和回收系统以及工艺,该系统包括至少一个圆柱形外壁(51)、至少一个第一体积(30)、至少一个第二体积(31)和至少两个流体注入/抽取装置。第一体积(30)和第二体积(31)被至少一个热储存装置(20)分开,热储存装置包括至少一个热储存颗粒床。此外,储存装置(20)以及第一体积(30)和第二体积(31)基本上在圆柱形外壁(51)的整个轴向长度上延伸。所述圆柱形外壁(51)的纵向轴线是水平的。本发明还涉及一种通过压缩气体储存和回收能量的系统和过程,包括这种热储存装置。
Description
技术领域
本发明主要涉及通过压缩空气储存能量的领域,但也可应用于其它加压罐系统。
诸如通过太阳能电池板、或者陆上或海上风能发电场的可再生能源发电一直在迅速发展。这些生产装置的主要缺陷是间歇生产以及生产周期与消耗周期之间可能缺乏匹配。因此,重要的是在生产过程中要有储存能量的系统,以便在消耗期间恢复能量。
有许多技术使这种平衡成为可能。
其中最著名的是抽水蓄能水电(PSH),它由使用两个不同海拔高度的水库组成。在蓄水阶段期间,水从下部水池泵送到上部水池。在排放期间,水随后在下部水池的方向上被送到涡轮机。
使用不同类型的电池(锂、镍、钠-硫、铅-酸等)也可满足这种能量储存需求。
另一项技术,飞轮能量储存(FES,Flywheel Energy Storage)包括将转子(飞轮)加速到非常高的速度,并将系统中的能量保持为动能形式。当从该FES系统提取能量时,根据能量守恒原理,飞轮的旋转速度降低。因此,向FES系统添加能量会导致飞轮速度的增加。
通过使用压缩气体(通常是压缩空气)来储存能量的技术很有前景。产生和未消耗的能量用于使用压缩机(可以是多级压缩机)将空气压缩到40巴(bar)到200巴之间的压力。在压缩期间,空气的温度升高。为了限制储存罐的成本并使压缩机的电力消耗最小化,空气可以在每个压缩级之间冷却。压缩空气然后在压力下储存在天然腔(洞穴)或人造储罐中。
存在一种正在研发中的变型。这是一个“绝热”过程,在该过程中,空气压缩产生的热量在空气膨胀之前被回收、储存并恢复到空气中。这是一种AACAES(先进绝热压缩空气能量储存,Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage)技术。
在AACAES系统中,压缩空气储存在独立于热量储存的罐中。在这样的系统中,空气储存在接近环境温度的温度下(事先低于50℃)。
在为AACAES设想的一些设计中,使用热交换流体储存热量,从而可以储存由空气压缩产生的热量,并在空气膨胀之前借助于热交换器将其恢复到空气中。
根据为AACAES设想的其它设计,热量通过容纳在一个或多个容器中的静态固体来储存。例如,热量以颗粒的形式储存在材料中,称为“热储存颗粒”,位于一个或多个容器中的固定床中,待冷却的空气通过该床。在卸载阶段中,该热量被恢复到以相反的方向穿过固定床的冷空气中。
在所有情况下,通过压缩空气储存能量的这种系统需要一个或多个罐,随后称为TES(热能储存)罐,它至少同时耐压、耐储存温度并对TES罐中移动的气体密封。由于储存压缩空气的压力至少等于100巴,因此对压力的阻力尤其是一个重大挑战。
背景技术
[图1]展示了一种用于储存和回收热量的已知系统,该系统由纵向轴线垂直的圆柱形柱组成。该柱配备有热储存颗粒11的固定床,这些热储存颗粒例如为固体元件,具有床支撑格栅12和用于流体喷射13扩散的装置。对于非常高的柱,实心床可由多个格栅支撑的多个床部段构成,以便将床的重量分布在多个水平格栅上。
热交换流体可经由柱的顶部或底部引入。例如,在充载周期C期间,气体可在100和600℃之间的温度下经由柱14的顶部引入,并在50和200℃之间的温度下从柱15底部离开。在卸载周期D期间,诸如为空气的热交换流体在大约50至100℃的温度下经由柱15的底部引入,并经由顶部14离开柱。充载C、卸载D以及暂停的循环的持续时间根据工艺而变化。它们可以是几分钟、几个小时或几天,甚至几个月。
根据一种替代形式,如专利申请FR 3 014 182中所述,可以使用多个用于储存和回收热量的系统,它们中的每一个都具有合适的储存温度。然而,该系统的缺点是复杂和昂贵。
在专利申请FR 3 044 751中描述的并在[图2]中表示的热储存和回收系统也是已知的。系统1包括储存颗粒3的多层床2,一层垂直地放置在另一层下面,并由板4和5隔开。这些床位于圆柱形柱中,其纵向轴线是垂直的或基本上垂直的。这些板4和5包括开口,以便流体能够穿过它们。此外,这些开口用于引导流体,以便后者径向穿过储存颗粒3的床的各个部段。例如,热流体GC通过位于热储存和回收系统1顶部的入口7到达。它径向地穿过储存颗粒3床的各个部段,交替地从内向外,然后从外向内(或反之亦然)。然后它经由位于热储存和回收系统1底部的出口7变冷(GF)。该系统还可包括分布装置6,用于使流体进入到各层床2和/或从各层床2离开。
如上所述,现有技术的这些系统被布置在回转轴线垂直的位置。这种布置对于搬运操作尤其成问题,因为需要适合这些垂直柱的大高度(例如,20至25米的数量级)的起重设备,例如大型起重机。当柱的内部元件(格栅、颗粒床)直接装配在现场时,情况就更是如此。
此外,这种垂直布置特别有碍观瞻,因为它的高度很高,在很远的距离就可以看到它。
因此,本发明的主题是便于柱的提升/搬运操作和装配,并且减少系统的视觉体积。
为此,本发明涉及一种热储存和回收系统,该系统包括至少一个圆柱形外壁、至少一个第一体积、至少一个第二体积和至少两个流体注入/抽取装置。第一和第二体积由至少一个热储存装置隔开,该热储存装置包括至少一层热储存颗粒床。此外,储存装置以及第一和第二体积基本上在圆柱形外壁的整个轴向长度上延伸。所述圆柱形外壁的纵向轴线是水平的。
本发明还涉及一种用于通过压缩气体储存和回收能量的系统,该系统包括至少一个气体压缩装置、至少一个压缩气体储存装置、至少一个压缩气体膨胀装置以产生能量,以及至少一种根据前述特征之一的热储存装置。
本发明还涉及一种通过压缩空气储存和回收能量的工艺,该工艺至少包括以下阶段:
-气体的压缩阶段,
-在如上文限定的热储存和回收系统中的热储存和回收阶段,
-压缩气体的储存阶段,
-压缩气体的膨胀阶段。
发明内容
本发明涉及一种包括至少一个圆柱形外壁的热储存和回收系统,该热储存和回收系统包括至少一个第一体积、至少一个第二体积和至少两个流体注入/抽取装置,所述第一和第二体积由至少一个热储存装置隔开,该热储存装置包括至少一层热储存颗粒床。此外,所述热储存装置以及所述第一和第二体积基本上在圆柱形外壁的整个轴向长度上延伸。所述圆柱形外壁的纵向轴线是水平的。
有利地,该系统包括位于所述圆柱形外壁的内表面上的隔热材料。例如,这种隔热材料可包括岩棉或玻璃棉。
优选地,该系统包括至少一个分布装置,比如分布器,例如在面向所述第一体积或第二体积的储存装置的至少一个表面上具有沿热储存装置延伸的均匀分布的孔口的壁;优选地,该系统包括在面向所述第一体积的热储存装置的表面上和面向第二体积的热储存装置的表面上的两个分布装置。
根据本发明的一种实施方式,至少一种分布装置包括多孔壁或具有孔口的壁。
优选地,所述热储存装置的横截面(优选径向横截面)具有基本恒定的宽度。
根据本发明的一个实施例,每个热储存装置由两个基本垂直的平面界定。
有利地,每个热储存装置具有基本矩形的截面,优选地为方形截面。
根据本发明的替代形式,该系统包括两个热储存装置,所述两个热储存装置相对于穿过圆柱形外壁中心的垂直轴线对称。
有利地,热储存装置设置在水平板上。
根据本发明的系统的一种实施方式,储存装置包括相对于圆柱形外壁的轴线偏离中心的管道部分。
本发明还涉及一种用于通过压缩气体储存和回收能量的系统,该系统包括至少一个气体压缩装置、至少一个压缩气体储存装置、至少一个所述压缩气体膨胀装置以产生能量,以及至少一种根据前述特征之一的热储存和回收系统。
有利地,气体是空气,优选地为周围环境的空气。
此外,本发明涉及一种通过压缩空气储存和回收能量的过程,该方法至少包括以下阶段:
-气体的压缩阶段,
-根据前述特征之一,在热储存和回收系统中的热储存和回收阶段,
-压缩气体的储存阶段,
-压缩气体的膨胀阶段。
附图说明
参考下面描述的附图,在阅读下文对非限制性实施方式示例的描述时,根据本发明装置的其它特征和优点将变得显而易见。
图1表示根据现有技术的第一热储存和回收系统。
图2表示根据现有技术的第二热储存和回收系统。
图3表示根据本发明的一个实施例的热储存和回收系统的第一实施例的轴向剖视图。
图4表示根据本发明的一个实施例的热储存和回收系统的第二实施例的轴向剖视图。
图5表示根据本发明的一个实施例的热储存和回收系统的第三实施例的轴向剖视图。
具体实施方式
一方面为了达到提升/搬运的目的,另一方面为了减少视觉体积,可以设想几种途径:
-首先是降低柱的高度并增加其直径以保持相同的储罐体积。然而,增加耐内压超过100巴,优选地为125巴的数量级的储罐直径意味着显著增加储罐壁的厚度,以提供耐压性。厚度的增加会对安装成本产生不利影响,从而使系统在经济上变得无效。此外,降低柱的高度会导致颗粒床高度的降低。这导致在降低的高度上温度变化更大,这是不期望的。因此,为了提供良好的热储存,有必要在柱的整个直径上提供良好的流体分布,并且有必要为此提供分布装置。例如,它可以是分配器,例如具有均匀分布的孔口的壁。此外,储存颗粒的床的低高度导致在相当短的长度上产生热梯度。因此降低了热储存和回收性能质量。因此该解决方案并不令人满意。
-第二种解决方案包括用水平轴线定位柱,即,将柱的纵向轴线定位成与水平轴线共线或基本共线。因此,可以受益于相对降低的高度(受柱的直径限制)并增加系统的宽度,特别是为了保持储存颗粒床的热性能质量,而不会对壁的厚度产生负面影响,从而影响其成本。然而,这个解决方案并不显著。这是因为:
*如果[图1]的系统与轴线水平定位,则储存颗粒床的重量将完全由系统的圆柱形外壁吸收,该外壁已经吸收了与内压相关的应变。此外,为了防止床的整个高度被压缩,必须在水平轴线上设有格栅,这将难以安装在圆柱形外壁的直径中。因此,放置[图1]的系统需要进行重大修改,以便能够在轴线水平的情况下定位。
*如果[图2]的系统与轴线水平定位,床将会搁置在分布装置6上,该分布装置6最初不是预期用来吸收与床重量相关的负载的。因此,有必要对这些分布装置进行修改,一方面为了确保分布,另一方面为了确保吸收床的重量。此外,在轴线水平的情况下,床和分布装置的重量将在分布装置6与板4和5的附接点处重新传递到板4和5,而在轴线垂直的情况下,吸收的应变分布在床的整个宽度上。因此,储罐向水平轴线的改变将削弱板4和5对床层重量的吸收,因此需要进行重大修改。
此外,[图2]的系统会导致严重的水头损失,因为流体在进入储罐和离开储罐之间多次径向穿过床层。
因此,将热储存和回收罐置于轴线水平的位置需要进一步考虑并进行附加修改,以使系统在经济上可行且在技术上具有竞争力。
本发明涉及一种热储存和回收系统,该系统包括至少一个圆柱形外壁、至少一个第一体积、至少一个第二体积和至少两个流体注入/抽取装置,例如注入器。每个注入/抽取装置都与不同的体积相关联,并且这些系统优选地是可逆的,以便在流体注入和流体抽取中交替使用。优选地,每个体积连接到不同的注入/抽取装置(优选地仅连接到一个注入/抽取装置)。例如,该系统可包括两个体积和两个注入/抽取装置。第一和第二体积由至少一个热储存装置隔开,该热储存装置包括至少一层热储存颗粒床。此外,储存装置以及第一和第二体积基本上在圆柱形外壁的整个轴向长度上延伸。因此,流体,优选地为气体、优选地为空气,通过注入/抽取装置的其中一个注入到系统中。此外,该系统可以构造成使得通过注入/抽取装置到达的流体能够穿过热储存装置以便从一个体积流向另一个体积(从第一体积到第二体积和/或反之亦然)。例如,到达时是热的流体,然后进入系统的第一体积,然后它在到达第二体积并通过与第二体积相关联的另一个注入/抽取装置离开之前,横向(例如径向)穿过包括有储存颗粒床的热储存装置。因此,流体仅穿过储存装置一次,这限制了水头损失并因此提高了系统的性能质量。当它穿过储存颗粒床时,流体将其热量传递给储存颗粒。然后以较冷的温度离开。这个操作构成了系统的充载。
术语“冷”和“热”应理解为与系统的操作过程有关。
相反,在系统的卸载操作期间,流体通过注入和抽取装置到达冷态并进入第一体积,然后它横向穿过储存装置。然后它从储存颗粒床中回收热量,这些热量在充载操作期间已经储存在床中。然后它进入更热的第二体积,并通过与第二体积相关的另一个注入/抽取装置从系统中离开。
圆柱形外壁的纵向轴线是水平的,这样可以减少视觉体积并方便搬运/提升操作。这是因为系统的高度受到为几米数量级的圆柱形外壁直径的限制,以避免对热储存和回收系统的重量和成本造成重大影响。
因此,根据本发明的系统能够在保持系统的热储存和回收热性能质量的同时响应技术问题,特别是通过减少水头损失和通过保持储存颗粒床的长度。
有利地,该系统包括位于所述圆柱形外壁的内表面上的隔热材料。因此,圆柱形外壁免受温度影响,从而防止该壁产生过大的热膨胀。此外,内隔热材料的定位使得能够更好地将热量容纳在由圆柱形外壁形成的罐中。因此提高了系统的热性能质量。
当隔热材料具有恒定厚度时,温度分布的均匀性得到改善。当隔热材料具有环形截面或至少环形截面部分时尤其如此。
根据本发明的系统的第一实施例,该系统可包括至少一个分布装置,该分布装置沿储存装置延伸,位于储存装置面向所述第一或第二体积的至少一个表面上。优选地,该系统可以包括两个分布装置,分别位于面向所述第一体积的储存装置的表面和面向第二体积的储存装置的表面上。因此,流体在储存装置中的分布得到改善,热量随后更好地储存在颗粒床中或更好地从储存颗粒床中回收。
有利地,至少一种分布装置可包括多孔壁或具有孔口的壁。由于这个原因,在不需要复杂的分布装置的情况下促进和改善了流体在储存装置中的分布。此外,多孔壁的使用可以提高热储存能力,多孔壁参与热量的储存。
优选地,储存装置的横截面可以具有基本上恒定的厚度。因此,改善了流体在储存装置中的分布。这是因为,通过保持恒定的厚度,流体穿过时的水头损失是恒定的。这样就不会产生储存装置中流体通过的优先路径,这些路径可能存在于水头损失降低的区域。
根据本发明的一个实施例,每个储存装置可由两个基本垂直的平面界定。出于这个原因,垂直平面用于将储存颗粒床保持在适当的位置,并可选地用于促进水平格栅的安装,以吸收床的重量。这些垂直平面还可以为至少一个第一体积和至少一个第二体积以及用于安装储存装置的体积界定空间。这些垂直平面在圆柱形外壁的整个轴向长度上延伸。
根据本发明的一种替代形式,每个储存装置可以具有基本上矩形的截面、优选地为基本上方形的截面。这种构造使得储存装置的简单实施成为可能,同时提供良好的热交换性能质量,特别是通过恒定的宽度。方形截面可实现比矩形截面更大的床宽,这使得储存颗粒床中的热梯度不那么突然。
有利地,该系统可包括两个储存装置,所述两个储存装置相对于穿过圆柱形外壁中心的垂直轴线对称。因此,由两个储存装置界定的体积优选地为热体积,即热流体在穿过储存装置之前到达的体积,热流体将在其中与储存颗粒交换热量,或者冷流体在穿过储存装置时回收了储存颗粒的热量后,穿过该体积进入储存系统。
相反,在系统中产生并由其中一个储存装置和圆柱形外壁界定的另外两个体积被用作冷体积。这是因为,通过这种构造,由两个储存装置界定的体积位于中心,这使得通过圆柱形外壁限制水头损失成为可能。此外,通过系统的对称性,流被公平地分成两个分支,由位于其中一个储存装置和圆柱形外壁之间的两个外体积形成。这种均匀分布使更好的热储存/回收成为可能。
根据本发明的一种实施方式,储存装置可以设置在水平厚板上。这种水平厚板的生产很简单,并且可以在厚板的上方随时安装储存装置。此外,该厚板能够吸收储存装置的重量,并且能够将该重量分布在圆柱形外壁的更大区域上,这使得能够防止圆柱形外壁上出现局部应力集中的峰值。
有利地,水平厚板是混凝土板。
根据本发明的替代形式,储存装置可包括相对于圆柱形外壁的轴线偏离中心的管道部分。内管道或内管道部分可有利地安装在由圆柱形外壁界定的体积中。储存装置容纳在该管道或该管道部分中(随后,将仅使用术语“管道部分”)。这种构造使得可以具有由管道部分的内体积限定的体积,其可以有利地用于热体积。这是因为这种构造可以限制圆柱形外壁的热损失。
此外,当管道设置在水平厚板上时,简化了管道在系统中的安装。此外,水平厚板可以包括隔热部分,使得能够再次限制向外部的热损失。
管道部分的偏心使得系统的简单准备成为可能。这是因为,为了确保管道部分与圆柱形外壁的同心度,需要至少部分地围绕管道部分的固定凸耳或需要非常厚的水平厚板。然后,固定凸耳将很难安装在具有水平轴线的外壁的场景中。此外,这些凸耳将必须吸收管道部分的重量,这一方面会使其合适的设计/生产复杂化,另一方面会使凸耳和管道部分在系统中的安装进一步复杂化。不能设想使用非常厚的水平厚板来使管部分与圆柱形外壁同心,因为其厚度将会很大,有必要提供用于确保壁的均匀坚固化的装置,优选地由混凝土制成,以确保防止任何开裂。此外,厚板的厚度会限制气体通过所需的体积,这是完全不期望的。
本发明还涉及一种用于通过压缩气体储存和回收能量的系统,该系统包括至少一个气体压缩装置(比如压缩机或泵)、至少一个压缩气体储存装置(比如储罐)、至少一个压缩气体膨胀装置(例如涡轮机)以产生能量,以及至少一种根据前述特征之一的热储存和回收系统。这是因为热储存和回收系统使之能够提高热储存性能质量,同时便于提升/搬运操作,特别是对于大型储存体积。因此,它适用于通过压缩气体储存和回收能量的系统,尤其是AACAES。因此,它使一个良好的成本-能量储存/回收折衷成为可能。
有利地,气体可以是空气,优选地为来自周围环境的空气。这是因为空气是一种可压缩的流体,从周围环境中抽取空气可以避免增加系统的成本。此外,许多压缩/膨胀装置,例如压缩机/涡轮机,适用于与压缩空气一起操作。因此,这使得这种类型的机器有了广泛的选择。
此外,本发明还涉及一种通过压缩空气储存和回收能量的过程,该过程至少包括以下阶段:
-气体的压缩阶段,
-根据上述特征之一,在热储存和回收系统中的热储存阶段(气体冷却),
-压缩气体的储存阶段,
-热储存和回收系统中热量的回收阶段(气体再加热),
-压缩气体的膨胀阶段。
借助于所描述的储存和回收系统,该过程的成本-能量储存/回收折衷得到了改善。
[图3]示意性地且非限制性地示出了根据本发明第一实施例的沿与圆柱形外壁51的纵向轴线正交的平面的剖视图。
在该图中,隔热壁40位于圆柱形外壁51的内表面上,其轴线是基本上水平。该隔热壁40使得防止热量向圆柱形外壁51逸出成为可能,从而能够改善系统的热储存和回收性能质量。由于截面基本上是环形的,所以它的厚度基本上是恒定的。轴线yy代表垂直轴线。优选地由混凝土制成的水平厚板44位于圆柱形外壁51和隔热壁40的底部(在垂直方向上)。该水平板44使得管道部分20的安装和固定成为可能,该管道部分20用作储存装置,并包括热储存颗粒床,例如混凝土珠粒或相变材料颗粒。管道部分20相对于圆柱形外壁51的轴线偏离中心,以避免使用非常厚的水平厚板而不必要地限制圆柱形外壁51内部的可用体积。水平混凝土厚板44还可以具有用作附加热储存库的优点。
[图3]中的系统可以划定两个不同的体积。第一体积30一方面由管道部分20的内表面和水平板44的水平表面界定。第二体积31由管道部分20的外表面、水平厚板44的水平表面的一部分以及隔热壁40的内表面界定。流体,例如气体、优选地为空气,可以在这两个体积30和31中移动。距离圆柱形外壁51最远的第一体积30优选地为热体积,而第二体积31优选地为冷体积。因此,减少了热损失。
该系统的操作如下:
在充载阶段:
-热流体通过第一注入/抽取装置(不可见)到达第一体积30。
-流体根据管道部分20的轴线横向地、基本上径向地穿过由管道部分20形成的储存装置。在这个穿越过程中,流体与储存颗粒进行热交换,储存颗粒最初是冷的。当流体冷却时,储存颗粒升温。
-流体在第二体积31中是冷的并通过第二注入/抽取装置(不可见)从系统流出。
在卸载阶段:
-冷流体通过第二注入/抽取装置到达第二体积31。
-根据管道部分20的轴线,流体以与充载阶段基本相反的方向横向地、基本上径向地穿过由管道部分20形成的储存装置。在这个穿越过程中,流体与储存颗粒进行热交换,这些储存颗粒最初是热的。当流体升温时,储存颗粒冷却。
-流体在第一体积30中是热的并通过第一注入/抽取装置从系统流出。
为了使这种操作成为可能,诸如是阀门的注入/抽取装置优选地为可逆的,也就是说,它们使流体在两个操作方向上的运动成为可能。
[图4]示意性地且非限制性地示出了根据本发明的第二实施例的、沿与圆柱形外壁51的纵向轴线正交的平面的剖视图。轴线A代表垂直轴线。
在该图中,隔热壁位于圆柱形外壁51的内表面上,其轴线基本水平。隔热壁由若干部分100、110和120组成。部分100仅具有隔热功能;部分110既具有隔热功能又具有吸收储存装置200的重量的功能,与部分100和110不同,部分120仅具有隔热功能,且它们可以被省略。部分100、110和120组合在一起形成环形截面的隔热壁。
系统包括两个储存装置200。这两个储存装置200基本相对于垂直轴线A对称。每个储存装置200包括至少一层热储存颗粒床。此外,这些储存装置200中的每一个由两个平行的垂直平面界定。每个储存装置200在上部与隔热壁100的一部分接触,并在下部与隔热壁110的一部分接触,以防止热损失。
由此产生的系统限定了三个体积:
-中心体积300,其位于两个储存装置200之间,在上部和下部中由隔热壁100的部分界定,其目的是防止热损失。
-两个外体积310,一方面由其中一个储存装置200界定,另一方面,当省略隔热壁120的部分时,由隔热壁120的部分或圆柱形外壁51界定。
优选地,中心体积300是热体积;这就是为什么不能省略界定该体积的隔热壁100的部分;外体积310是冷体积。因此,减少了热损失。
该系统的操作如下:
在充载阶段:
-热流体通过第一注入/抽取装置(不可见)到达中心体积300。
-流体横向地、基本上垂直于两个储存装置200的平行平面穿过两个储存装置200。因此,到达体积300的流被划分成两个流,这两个流中的每一个指向两个储存装置200之一。系统的对称性使得将初始流均等地划分为两个流成为可能。流体在储存装置200中穿越的过程中,流体与储存颗粒交换热量,这些储存颗粒最初是冷的。当流体冷却时,储存颗粒升温。
-流体在两个外体积310中是冷的并通过第二和第三注入/抽取装置(不可见)从系统流出,第二和第三注入/抽取装置中的每一个连接到两个外体积310的其中一个。
在卸载阶段:
-冷流体通过第二和第三注入/抽取装置到达两个外体积310。
-流体横向地、基本上垂直于两个储存装置200的平行平面穿过两个储存装置200。在这个穿越过程中,流体与储存颗粒进行热交换,这些储存颗粒最初是热的。在这个穿越过程中,流体的运动方向与充载模式的方向基本相反。当流体升温时,储存颗粒冷却。
-流体从中心体积300中的两个储存装置200中的每一个热流出。因此,这两条流结合形成单一流,该单一流通过第一注入/抽取装置从系统流出。
为了使这种操作成为可能,诸如是阀门的注入/抽取装置优选地为可逆的,也就是说,它们使流体在两个操作方向上的运动成为可能。
[图5]示意性地且非限制性地示出了根据本发明第三实施例的沿与圆柱形外壁51的纵向轴线正交的平面的剖视图。轴线A代表垂直轴线。
在该图中,隔热壁位于圆柱形外壁51的内表面上,其轴线基本水平。隔热壁由若干部分410、411组成。部分410仅具有隔热功能;部分411具有隔热功能并吸收储存装置200重量的功能。
该系统包括在垂直于圆柱形外壁51的纵向轴线的平面中具有方形截面的单个储存装置200。此外,该储存装置200由两个平行且垂直的平面界定,该平面具有与圆柱形外壁51的纵向轴线共线的方向和垂直方向。储存装置200包括至少一层热储存颗粒床。储存装置200在上部与隔热壁410的一部分接触,并在下部与隔热壁411的一部分接触,以防止热损失。在垂直储存装置上方和下方的隔热壁的形状设计为填充形成储存装置200的平行六面体和由圆柱形外壁51界定的圆柱形体积部分之间的空间。因此,在与壁的纵向轴线正交的平面内,位于储存装置上方和下方的隔热壁部分的截面由圆形部分、两个垂直平面和水平平面界定,两个垂直平面与储存装置的平行垂直平面相对应,圆形部分与圆柱形外壁51的内径的一部分相对应,且水平平面与储存装置200的上表面或下表面相对应。
由此产生的系统限定了流体通过的两个体积:第一体积305和第二体积315,它们分别位于储存装置200的垂直表面的其中一个和圆柱形外壁51的一部分(或者当它安装在圆柱形外壁51上时,为隔热壁410的一部分)之间。
该系统的操作如下:
在充载阶段:
-热流体通过第一注入/抽取装置(不可见)到达两个体积305或315的其中一个。
-流体横向地、基本上垂直于储存装置200的平行平面穿过储存装置200。流体在储存装置200中穿越的过程中,流体与储存颗粒交换热量,这些储存颗粒最初是冷的。当流体冷却时,储存颗粒升温。
-流体在两个体积305和315中的另一个中是冷的,然后它通过第二注入/抽取装置(不可见)从系统流出,第二注入/抽取装置连接到该体积305或315。
在卸载阶段中,运动可以与充载阶段的运动相同。流体在储存装置200中穿越的过程中,储存颗粒通过将其热量传递给加热的流体来冷却。或者,相对于充载阶段来说,运动可以是相反的:
-冷流体通过第二注入/抽取装置到达体积305或315的其中一个。
-流体横向地、基本上垂直于储存装置200的平行平面穿过储存装置200。在这个穿越过程中,流体与储存颗粒进行热交换,这些储存颗粒最初是热的。当流体升温时,储存颗粒冷却。
-流体从储存装置200热流出并到达体积305或315中的另一个,然后它通过第一注入/抽取装置从系统流出。
与图4的操作相比,图5的这种构造可以具有更大的储存装置宽度。储存装置宽度应理解为流体穿过储存装置的尺寸。在图4或图5中,宽度因此是储存装置200的两个垂直平面之间的距离。通过增加宽度,储存装置内的热梯度更均匀地分布在该储存装置200的宽度上,从而可以更好地储存/回收热量。
除了已经提及的优点之外,考虑到垂直高度降低,本发明能够促进系统的至少部分埋藏。在爆炸的情况下,埋藏可以容纳系统的很大一部分。此外,高度的降低使得安全检查服务操作更加容易,并且可选地维护操作更加简单,而无需在非常高的高度进行检查或操作。
Claims (13)
1.一种热储存和回收系统,包括至少一个圆柱形外壁(51),所述热储存和回收系统包括至少一个第一体积(30、300、310、305、315)、至少一个第二体积(31、300、310、305、315)和至少两个流体注入/抽取装置,所述第一体积和第二体积(30、31、300、310、305、315)由至少一个热储存装置(20、200)隔开,所述热储存装置(20、200)包括至少一层热储存颗粒床,其特征在于,所述热储存装置(20、200)和所述第一体积和第二体积(30、31、300、310、305、315)基本上在所述圆柱形外壁(51)的整个轴向长度上延伸,且其中所述圆柱形外壁(51)的纵向轴线是水平的。
2.根据权利要求1所述的热储存和回收系统,其特征在于,所述系统包括位于所述圆柱形外壁(51)的内表面上的隔热材料(100、110、120、400、411)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的热储存和回收系统,其特征在于,所述系统包括至少一个沿所述储存装置延伸的分布装置,所述分布装置位于所述热储存装置(20、200)面向所述第一体积或第二体积(30、31、300、310、305、315)的至少一个表面上;优选地,所述系统包括两个分布装置,在所述热储存装置(20、200)面向所述第一体积(30、300、310、305、315)的表面和所述热储存装置(20、200)面向所述第二体积(31、300、310、305、315)的表面上。
4.根据权利要求3所述的热储存和回收系统,其特征在于,至少一个分布装置包括多孔壁或具有孔口的壁。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的热储存和回收系统,其特征在于,所述热储存装置(20、200)的横截面、优选为径向的横截面具有基本上恒定的厚度。
6.根据权利要求5所述的热储存和回收系统,其特征在于,每个热储存装置(20、200)由两个基本垂直的平面界定。
7.根据权利要求6所述的热储存和回收系统,其特征在于,每个热储存装置(20、200)具有基本矩形的截面、优选地为方形截面。
8.根据权利要求6和7中任一项所述的热储存和回收系统,其特征在于,所述系统包括两个热储存装置(20、200),所述两个热储存装置(20、200)相对于穿过所述圆柱形外壁的中心的垂直轴线(A)对称。
9.根据前述权利要求中的一项所述的热储存和回收系统,其特征在于,所述热储存装置(20、200)设置在水平厚板上。
10.根据前述权利要求中的一项所述的热储存和回收系统,其特征在于,所述热储存装置(20、200)包括相对于所述圆柱形外壁(51)的轴线偏离中心的管道部分(20)。
11.一种用于通过压缩气体储存和回收能量的系统,所述系统包括至少一个气体压缩装置、至少一个压缩气体储存装置、至少一个所述压缩气体膨胀装置以产生能量,以及至少一种根据前述权利要求中的一项所述的热储存和回收系统。
12.根据权利要求11所述的通过压缩气体储存和回收能量的系统,其特征在于,所述气体为空气,优选地为周围环境的空气。
13.一种用压缩空气储存和回收能量的工艺,至少包括以下几个阶段:
-气体的压缩阶段,
-根据权利要求1至10中的一项所述的热储存和回收系统中的热储存阶段,
-压缩气体的储存阶段,
-根据权利要求1至10中的一项所述的热储存和回收系统中的热回收阶段,
-压缩气体的膨胀阶段。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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