CN116981881A - 热存储和供应 - Google Patents

Abstract

公开了一种热能存储和供应方法，包括：向压力容器(110)提供过冷水；使用电动加热器加热压力容器内的液态水，使得容器包含处于可变存储压力的饱和液态水和蒸汽；控制加热器(112)将存储压力升高到至少2MPa的峰值存储压力；以及响应于热能需求，选择性地将蒸汽从压力容器的出口排放到热负载(130、40)，使得在耗减时段期间，存储压力从峰值存储压力减小至少1MPa。

Description

热存储和供应

技术领域

本发明涉及用于热能存储和供应的方法和装置(例如设施)。

背景技术

已知为需要热能的工业设备和其它设施提供蒸汽供应系统，该蒸汽供应系统能够生成用于分配给设备或其它设施中的热负载的蒸汽。

这种蒸汽供应系统通常包括燃烧器提供动力的锅炉和蓄积器。在大的调节比下操作锅炉以适应蒸汽需求的变化是低效的，因此通常提供蓄积器以在锅炉的操作时段期间适应锅炉的最优蒸汽排放速率之上和之下的需求的这种变化。

有一种趋势是用电动系统代替需要化石燃料的系统。已经提出了具有电加热元件的电动锅炉，电加热元件提供具有可变功率输出的更一致的效率，使得锅炉可以更有效地适应可变蒸汽需求。

发明内容

根据第一方面，公开了一种热能存储和供应的方法，包括：

向压力容器提供过冷水；

使用电动加热器加热压力容器内的液态水，使得容器包含处于可变存储压力的饱和液态水和蒸汽；

控制加热器将存储压力升高到至少2MPa的峰值存储压力；以及

响应于热能需求，选择性地将蒸汽从压力容器的出口排放到热负载，使得在耗减时段期间，存储压力从峰值存储压力减小至少1MPa。

本文公开的数字压力值是绝对压力，除非指出(例如作为表压)。如本文提及的耗减时段可以是其中与排放的蒸汽对应的焓输出大于输入到压力容器的能量的时段。与排放的蒸汽对应的焓输出可以是在相应的时段期间从压力容器排放的蒸汽的总焓，其通过参考当蒸汽排放时压力容器的相应存储压力来确定。其等同于由于蒸汽的排放而引起的压力容器内的水的焓的变化。焓输出也可被称为与排放蒸汽对应的焓损失。输入到压力容器的能量是提供到压力容器的任何过冷水(即，在耗减时段期间新提供的)的焓与通过用加热器加热而输入到压力容器内的水的能量之和。

蒸汽可以通过控制阀的控制而选择性地从出口排放，控制阀例如为布置在出口处或出口下游的控制阀，使得从出口排放的蒸汽通过控制阀。在如本文所述的一些示例中，控制阀可以远离容器，例如设置在热虹吸管布置的冷凝物返回管线上(在这种情况下，蒸汽不穿过控制阀)。

可以的是，在耗减时段期间，总焓输出大于总能量输入，而在任何时刻的瞬时焓输出可以小于在相同时刻的瞬时能量输入。

耗减时段可以另外描述为其中压力容器内的水的质量和能量(或焓)变化使得存储压力从峰值存储压力降低至少1MPa的时段。质量和能量变化可能是由于蒸汽的排放、通过加热的任何能量输入和/或任何过冷水的供应。

可以的是，排放的蒸汽直接提供给热负载，而不穿过中间蒸汽蓄积器；或者压力容器与热负载之间的任何一个或多个蒸汽蓄积器具有小于压力容器的容积的总容积。

本文中，表述“直接”应鉴于不穿过蓄积器的目的来解释。因此，排放的蒸汽可经由一个或多个其它部件(例如经由减温器)提供到热负载，但可不穿过蓄积器。

方法可以包括在耗减时段期间操作加热器。加热器可以在耗减时段期间与选择性地排放蒸汽同时地操作。

方法可包括：操作加热器而不同时向压力容器提供过冷水：在部分或全部耗减时段内；和/或在部分或全部再充填时段内，在再充填时段中，存储压力增加至少1MPa到至少2MPa的峰值存储压力。

如本文提及的再充填时段可以是其中通过加热输入到压力容器的能量大于与蒸汽排放相对应的焓输出以满足热能需求的时段。再充填时段可以另外描述为其中压力容器内的水的质量和能量(或焓)变化使得存储压力升高至少1MPa到峰值存储压力的时段。质量和能量变化可能是由于加热、任何蒸汽排放和/或任何过冷水的供应。

可以的是，在耗减时段期间，蒸汽从出口排放，使得压力容器内的液态水的液位(即，液态水的表面或液态水与蒸汽之间的界面)下降到加热器操作的下限液位以下。可以的是，当水的液位高于下限液位时，控制器在耗减时段期间操作加热器，同时排放蒸汽，并且控制器停用加热器以便继续排放蒸汽超过下限液位。

在耗减时段的延长部分期间，压力容器内的液态水的液位可下降到低于加热器操作的下限液位。“延长”表示通过允许液位降到下限液位以下来延长继续排放蒸汽的能力，其代价是直到通过向压力容器中提供额外的水而再次升高液位时才能操作加热器。在延长的耗减时段结束之后(例如一旦停止蒸汽的排放，例如在达到下限压力条件时)，压力容器可被提供有水以将液位恢复到液位极限以上，然后加热器可被再次启动。

例如，下限液位可以是加热器操作的下限液位高度(即，液态水与蒸汽之间的界面的最小高度)，其可以对应于加热器的任何加热元件在容器内延伸的高度或可以是该高度。下限液位可以是液态水的下限液体体积，其可以表达为压力容器内的液态水的体积分数(即，从0至1)。

换言之，蒸汽可以被排放为使得液位余量变为负。

可以的是，蒸汽在排放压力下被排放到热负载；并且当存储压力大于排放压力时，过冷水可被提供给容器。

过冷水在供应到压力容器(例如从冷凝物供应容器)的时刻被过冷。换言之，水从冷凝物供应容器供应，该冷凝物供应容器以比压力容器中的水温低的温度存储冷凝物。

排放压力可以是可变的，并且当没有排放蒸汽时可以提供过冷水，在这种情况下，排放压力将被理解为蒸汽最后被排放到的排放压力。

可以的是，峰值存储压力超过过冷水被提供给容器的最大供水压力。

可以的是，过冷水在耗减时段期间提供给压力容器。可以的是，在耗减时段期间提供给压力容器的过冷水的质量不多于在耗减时段期间排放的蒸汽的质量的50％，例如不多于25％、不多于10％或不多于5％。

可以的是，热负载将对应于所排放的蒸汽的冷凝物流排放到过冷水供应容器，例如热井。可以的是，在耗减时段期间，与在耗减时段期间排放的蒸汽的质量的至少50％对应的质量的冷凝物被提供给过冷水供应，以便随后再供应至压力容器；例如，由在耗减时段期间从压力容器中排放的蒸汽产生的冷凝物的至少75％、至少90％或大致全部。

热负载可包括相对于压力容器定向的热交换器，使得在压力容器与热交换器之间建立热虹吸管，使得在热交换器内冷凝的排放蒸汽形成过冷水的柱，该柱在耗减时段期间返回到在压力容器的下部处的冷凝物入口。

可以的是，热交换器布置在比冷凝物入口更高的位置处，以提供足够的水头，以使过冷水在重力作用下返回到压力容器。可以的是，相对于与存储压力相对应的饱和温度，热交换器将热交换器内的水过冷至少10℃。

可以的是，用于控制蒸汽从压力容器的排放的控制阀是设置在使冷凝水从热交换器返回到压力容器的冷凝物管线上的冷凝物管线控制阀，该控制阀可由控制器控制以改变或停止从热交换器到压力容器的冷凝物的流速，从而也控制蒸汽从压力容器的排放。

过冷水可以以进入流速提供到压力容器，使得存储压力随着过冷水的提供而减小。

闪蒸潜能对应于在存储压力达到用于维持蒸汽向热负载排放的下限压力之前可以从压力容器内的液态水闪蒸的蒸汽量。

液位余量对应于在排放闪蒸潜能时压力容器内的液态水高于加热器操作的下限量的量。

可以的是，方法包括：评估与液位余量是正还是负相对应的标准；以及基于评估，向压力容器提供过冷水以增加液位余量并降低闪蒸潜能。

当评估对应于液位余量为负时，可提供过冷水以增加液位余量并降低闪蒸潜能。

以示例的方式，闪蒸潜能可以对应于或被定义为在存储压力达到用于维持蒸汽向热负载排放的下限压力之前可以从压力容器内的液态水闪蒸的蒸汽的质量。可以以其它方式限定闪蒸潜能，例如通过参考可以维持蒸汽到热负载的预定峰值排放速率的时间。

以示例的方式，液位余量可以对应于或被定义为在闪蒸潜能排放时压力容器内的水的液位高度与加热器操作的下限液位高度之间的差(当液位低于下限液位时，该差为负)。液位余量可以被定义为在闪蒸潜能排放时压力容器内的液态水的体积与加热器操作的液态水的下限液态体积之间的差。体积可以表达为压力容器内的液态水的体积分数(即，从0到1)。

标准基于瞬时闪蒸潜能的排放或基于预测的闪蒸潜能的排放而可以对应于液位余量是正还是负。

评估标准可以包括确定闪蒸潜能，以及基于闪蒸潜能(例如瞬时闪蒸潜能或预测的闪蒸潜能)的排放确定液位余量。瞬时闪蒸潜能可以是压力容器内的水的当前存储压力和液位以及下限压力的函数。

闪蒸潜能可能是预测的闪蒸潜能，其是在一个时间段内的预测需求和/或加热器的预测功率输出的函数。液位余量基于预测的闪蒸潜能在该时间段内的排放而可以是预测液位余量。

例如，评估标准可以包括基于预测的闪蒸潜能在该时间段内的排放来评估与预测的液位余量是正还是负相对应的标准。评估标准可以包括确定预测的闪蒸潜能，基于预测的闪蒸潜能在该时间段内的排放确定预测的液位余量，以及确定预测的液位余量是正还是负。

可以基于当前液位和存储压力并且基于在该时间段内的预测需求和/或加热器的预测功率输出来确定预测的闪蒸潜能。例如，需求可以是预测的热能需求或预测的蒸汽需求。

预测需求可以基于历史需求数据，例如设施的历史蒸汽或热需求数据；和/或预测需求可以基于预报天气条件；和/或加热器的预测功率输出可以基于加热器的历史功率可用性数据；和/或加热器的预测功率输出可以基于预报天气条件。

可以存在包括第一热负载和第二热负载的多个热负载。蒸汽可以基于相应的热能需求经由相应的控制阀从压力容器选择性地排放到各个热负载。方法可以包括：评估与闪蒸潜能是否足以满足多个负载的预测需求相对应的标准。方法可包括：基于评估和与热负载有关的优先级数据，确定优先于将蒸汽排放到第二热负载以满足相应的第二热能需求，将蒸汽排放到第一热负载以满足相应的第一热能需求。

方法可以包括，在确定之后：

将蒸汽排放到第一热负载以满足相应的第一热能需求；以及

将蒸汽排放到第二热负载以仅部分地满足相应的第二热能需求；或

不管相应的第二热能需求如何，阻止蒸汽排放到第二热负载；或

将负载削减信号传送到控制器，控制器至少控制第二热负载以指示满足第二热能需求的减少的容量；由此，控制器可操作第二热负载以降低相应的热能需求。

方法可以包括，在再充填时段期间：加热压力容器中的液体以将存储压力升高至少1MPa至至少2MPa的峰值存储压力；将过冷水提供到压力容器以达到压力容器中的峰值水量，峰值水量对应于在峰值存储压力下的峰值液位。再充填时段的持续时间可以至少为耗减时段的持续时间的100％，例如至少125％或至少150％。

例如，在峰值存储压力下的峰值液位可以是90％，或者可以是至少80％。

方法可包括：在再充填时段期间对供水的分布进行阶段划分，使得其相对于再充填时段期间的加热分布是前载的。

通过前载过冷水的供应，压力容器内的水温可在再充填时段期间维持相对较低(例如与均匀分布的供水或后载分布的供水相比)，从而减少通过压力容器的壁的热损失。

对水的供应和加热进行阶段划分使得水的分布相对于加热的分布是前载的可以包括：维持最小的再充填闪蒸潜能(其可以是预定的最小闪蒸潜能或对应于预测需求的闪蒸潜能)，同时液位余量逐渐增加到水的峰值质量；随后加热液态水以将压力升高到峰值存储压力。

闪蒸潜能可以如本文别处所定义。液位余量可以如本文别处所定义。

闪蒸潜能对应于在存储压力达到用于维持蒸汽向热负载排放的下限压力之前可以从压力容器内的液态水闪蒸的蒸汽量。

液位余量对应于在排放闪蒸潜能时压力容器内的液态水高于加热器操作的下限量的量。

方法可包括：在再充填时段的水优先部分期间，相对于加热的分布对供水的分布进行阶段划分以维持最小再充填闪蒸潜能，同时将压力容器内的水的量增加到目标峰值水质量，使得液位余量逐渐升高；以及随后在再充填时段的闪蒸优先部分期间加热液态水，以将存储压力升高到峰值存储压力。

最小再充填闪蒸潜能可以是预定的最小闪蒸潜能或对应于预测需求的闪蒸潜能。

最小再充填闪蒸潜能可对应于预测需求。预测需求可对应于(例如是)在再充填时段的空闲部分期间没有蒸汽需求，并且该方法可包括：在空闲部分期间提供过冷水以将存储压力降低到下限压力以下，该压力随后由于热输入而升高以提供对应于非零需求的闪蒸潜能。

在耗减时段期间压力容器中每单位面积的液位的水的蒸汽排放的最大流速不多于150kg/m²h，例如不多于100kg/m²h或不多于50kg/m²h。每单位面积的蒸汽排放的最大流速可表达为在没有蒸汽夹带的情况下的最大蒸汽释放(MSR)的百分比，如本文别处解释的，并且可不多于MSR的10％，例如不多于5％或不多于3％。

该方法可以包括：通过输送沿着脱气路径以逆流方式经过的来自压力容器内的蒸汽的脱气流来沿着脱气路径对提供给压力容器的过冷水的进入流进行脱气。进入流可在压力容器的一定范围的存储压力内提供到压力容器中。蒸汽的脱气流的速度根据进入流的温度和/或进入流与蒸汽之间的温差而变化，以旨在使进入流在存储压力的范围内达到与蒸汽相对应的饱和温度。可以通过控制用于排放蒸汽的脱气流和关联夹带气体的控制阀来改变速度。速度或用于控制速度的控制阀设定可通过参考与进入流的温度和/或蒸汽的温度相关的速度或控制阀设定的数据库来确定。

如本文所述，过冷水的进入流可在耗减时段或再充填时段期间脱气。

可以的是，峰值存储压力为至少2.5MPa，例如至少3Mpa；和/或可以的是，在耗减时段期间，存储压力可以降低至不多于1.5MPa(例如不多于1MPa，或不多于0.8MPa)的值。

平均耗减功率可以被定义为在耗减时段期间从压力容器排放的蒸汽的累积焓除以耗减时段的持续时间。最大耗减功率可以被定义为在一分钟的任何最小功率评估时段期间在耗减时段内排放的蒸汽的最大焓除以最小功率评估时段。

该方法还可以包括：在存储压力增加至少1MPa的再充填时段期间，使用加热器加热压力容器内的液态水。平均再充填功率可以被定义为在再充填时段期间由加热器提供给液态水的累积能量除以再充填时段的持续时间。最大再加热功率可以被定义为在再充填时段内由加热器向液态水提供能量的最大功率。可以的是，平均再加热功率可以不多于平均耗减功率的50％；和/或平均再加热功率不多于最大耗减功率的50％；和/或最大再加热功率不多于最大耗减功率的50％。

可以的是，(i)在耗减时段期间从压力容器中排放的蒸汽的累积焓与(ii)在再充填时段期间加热器的平均再加热功率的尺寸比是至少25000秒。

该方法可以使用根据本发明的第二方面的热设施来进行。

根据第二方面，提供了一种热能存储和供应设施，包括：

压力容器，其用于在2MPa的存储压力下存储包括饱和液态水和蒸汽的水，压力容器具有将蒸汽排放到热负载的出口；

电动加热器，其被配置为加热存储在压力容器中的液态水以改变压力容器内的存储压力；

控制器，其被配置为通过以下操作来操作热存储设施：

控制加热器加热压力容器内的液态水，以达到至少2MPa的饱和液态水和蒸汽的峰值存储压力；

响应于热能需求，对控制阀进行控制以选择性地将蒸汽从出口排放至热负载；

允许蒸汽排放以满足热能需求，使得存储压力从峰值存储压力降低至少1MPa。

峰值存储压力可以是至少2.5MPa，例如至少3MPa。

蒸汽可以通过控制阀的控制而选择性地从出口排放，例如蒸汽可以经由控制阀排放到热负载。控制阀可布置在出口处或出口的下游，使得从出口排放的蒸汽穿过控制阀。在如本文所述的一些示例中，控制阀可以远离容器，例如设置在热虹吸管布置的冷凝物返回管线上(在这种情况下，蒸汽不穿过控制阀)。

可以的是，出口与热负载连通以将排放的蒸汽直接提供给热负载而不穿过中间蒸汽蓄积器；或者压力容器与热负载之间的任何一个或多个蒸汽蓄积器可以具有小于压力容器的容积的总容积。

可以的是，控制器被配置为独立于对控制阀进行控制以选择性地排放蒸汽而控制加热器加热压力容器内的液态水，由此在使用中允许同时加热和排放蒸汽，并且允许加热和排放蒸汽中的每一者而不允许另一者。

可以的是，控制器被配置为独立于使过冷水供应到压力容器而控制加热器加热压力容器内的液态水，由此在使用中允许同时加热和过冷水供应，并且允许在不同时供应过冷水的情况下加热。

可以的是，控制器被配置为当存储压力大于蒸汽从出口(例如经由控制阀)排放到的排放压力时使过冷水供应到压力容器。

该设施还可包括水泵，其被配置为将过冷水供应至压力容器；可选地，其中，水泵具有低于峰值存储压力的最大供水压力。

设施还可包括过冷水供应容器，其被配置为存储用于供应至压力容器的过冷水。过冷水供应容器的存储容积与压力容器的存储容积的比率可为至少5％；可选地至少7.5％或至少10％。

可以的是，控制器被配置为选择性地在延长的耗减模式下操作，在该延长的耗减模式下，控制器允许蒸汽被排放，使得在耗减时段期间压力容器内的液态水的液位下降到低于加热器操作的下限液位，其中，当液位低于加热器的操作的下限液位时，控制器防止利用加热器进行加热。可以的是，控制器被配置为选择性地以加热耗减模式操作加热器，在加热耗减模式下，控制器防止将导致液位下降到下限液位以下的蒸汽排放；其中，当液位低于下限液位时，控制器允许利用加热器进行加热。可以的是，热负载包括热交换器，其相对于压力容器定向，以在压力容器和热交换器之间限定热虹吸管，由此在热交换器内冷凝的排放蒸汽形成过冷水的柱，该柱返回到在压力容器的下部处的冷凝物入口。热负载可以是设施的一部分。

可以的是，热交换器布置在比压力容器高的位置处，并且控制器被配置为使蒸汽以排放压力排放到热交换器，该排放压力被选择为使得给定热交换器的相对位置，存在足够的水头以使过冷水在重力作用下返回到压力容器。控制器可以被配置为控制热交换器处的热交换，使得水被过冷至少10℃。

设施可包括：液位传感器，其被配置为向控制器提供对应于压力容器内的水的液位的液位信号；和/或存储压力传感器，其被配置为向控制器提供对应于压力容器内的水的压力的压力信号；和/或存储温度传感器，其被配置为向控制器提供对应于压力容器内的水的温度的温度信号；和/或排放压力传感器，其被配置为向控制器提供与蒸汽从压力容器的出口排放(例如通过相应的控制阀)到的压力相对应的压力信号；和/或排放流量计，其被配置为向控制器提供对应于出口下游(例如相应控制阀的下游)的蒸汽的流速的流速信号；和/或进入流量计，其被配置为向控制器提供对应于提供给压力容器的过冷水的流速的流速信号。

闪蒸潜能可对应于在存储压力达到用于维持蒸汽向热负载排放的下限压力之前可以从压力容器内的液态水闪蒸的蒸汽量。

液位余量可对应于在排放闪蒸潜能时压力容器内的液态水高于加热器操作的下限量的量。

可以的是，控制器被配置为基于预定设定(例如时间相关设定)、基于用户输入或基于预测需求分布和/或加热器的预测功率输出分布来选择以再充填模式或耗减模式操作热存储设施。可以的是，在耗减模式下，控制器被配置为评估与液位余量是正还是负相对应的标准；以及当评估对应于液位余量为负时，向压力容器提供过冷水以增加液位余量并降低闪蒸潜能。可以的是，在再充填模式下，控制器被配置为相对于加热的分布对供水的分布进行阶段划分以(i)维持最小再充填闪蒸潜能，最小再充填闪蒸潜能是预定闪蒸潜能或对应于预测需求，同时压力容器中的液位余量和水量逐渐增加到对应于峰值存储压力下的目标液位的目标水质量；以及(ii)随后加热液态水以将存储压力升高到峰值存储压力。

有用的闪蒸潜能对应于在(i)存储压力达到用于维持蒸汽向热负载排放的下限压力和(ii)压力容器内的液态水量达到下限量中的任何一个之前可以从压力容器内的液态水闪蒸的蒸汽量。在评估对应于液位余量为负时在耗减模式下供应过冷水以增加液位余量并降低闪蒸潜能可以是为了增加有用的闪蒸潜能。

标准基于瞬时闪蒸潜能的排放或基于预测的闪蒸潜能的排放而可以对应于液位余量是正还是负。

控制器可以被配置为通过确定闪蒸潜能并且基于闪蒸潜能(例如瞬时闪蒸潜能或预测的闪蒸潜能)的排放确定液位余量来在耗减模式下评估标准和/或在再充填模式下对供水分布进行阶段划分。瞬时闪蒸潜能可以是压力容器内的水的当前存储压力和液位以及下限压力的函数。另外，控制器可被配置为例如基于从如本文别处所述的液位传感器接收的液位信号来评估标准和/或在再充填中对供水的分布进行阶段划分，而不直接确定闪蒸潜能和液位余量。

可以的是，闪蒸潜能是预测的闪蒸潜能，并且其中，控制器被配置为根据在一个时间段内的预测需求和/或加热器的预测功率输出预测闪蒸潜能。可以的是，液位余量是预测的液位余量，其中，控制器被配置为基于预测的闪蒸潜能在该一时间段内的排放来预测液位余量。

评估的标准可以是基于预测的闪蒸潜能在该一时间段内的排放的与预测的液位余量是正还是负相对应的标准。控制器可以被配置为通过确定预测的闪蒸潜能、基于预测的闪蒸潜能在该时间段内的排放来确定预测的液位余量、以及确定预测的液位余量是正还是负来评估标准。

控制器可以被配置为基于当前液位和存储压力并且基于在该一时间段内的预测需求和/或加热器的预测功率输出来确定预测的闪蒸潜能。例如，需求可以是预测的热能需求或预测的蒸汽需求。

加热器的预测功率输出分布可以对应于使用加热器加热的预测功率可用性。

可以的是，控制器被配置为基于历史需求数据(例如用于设施的历史蒸汽或热需求数据)确定预测需求；和/或控制器被配置为基于预报天气条件来确定预测需求；和/或控制器被配置为基于加热器的历史功率可用性数据来确定加热器的预测功率输出；和/或控制器被配置为基于预报天气条件来确定加热器的预测功率输出。

可以的是，在再充填模式下，控制器被配置为使得当预测需求对应于在再充填时段的空闲部分期间没有蒸汽需求时，控制器使得供应过冷水以在空闲部分期间将存储压力降低到下限压力以下。可以的是，控制器被配置为随后通过加热压力容器内的液态水来升高存储压力，以提供对应于非零需求的闪蒸潜能。

可以的是，控制器被配置为对控制阀进行控制，使得蒸汽以压力容器中每单位面积的液位(即表面)的水的最大流速被选择性地排放，该最大流速不多于150kg/m²h，例如不多于100kg/m²h或不多于50kg/m²h。每单位面积的蒸汽排放的最大流速可表达为在没有蒸汽夹带的情况下的最大蒸汽释放(MSR)的百分比，如本文别处解释的，并且可不多于MSR的10％，例如不多于5％或不多于3％。

可以的是，压力容器被配置为经由相应的控制阀将蒸汽排放到多个热负载，包括第一热负载和第二热负载。控制器可以被配置为评估与闪蒸潜能是否足以满足多个负载的预测需求相对应的标准。控制器可以被配置为使得响应于评估的结果，控制器评估指定热负载的相对优先级的优先级数据，并且在优先排放模式下操作，在优先排放模式下，控制器优先于控制蒸汽的选择性排放以满足相对较低优先级热负载的热能需求，而控制蒸汽的选择性排放以满足相对较高优先级热负载的热能需求。

评估的结果可以是指示闪蒸潜能不足以满足预测需求的结果。

在优先排放模式下，控制器可以被配置为控制与相对较高优先级负载相关联的控制阀以排放蒸汽，从而满足相应的热能需求(例如如基于由控制器接收的相应需求信号确定的)，并且或者：(I)控制与相对较低优先级负载相关联的控制阀以排放蒸汽，从而仅部分地满足相应的热能需求(例如如基于由控制器接收的相应需求信号确定的)；或(ii)控制与相对较低优先级负载相关联的控制阀，以防止蒸汽排放到负载；和/或(iii)将负载削减信号传输到相对较低优先级热负载的控制器，以指示满足相应热能需求的减少的容量。

可以的是，设施被配置为以开放布置以从压力容器排放的蒸汽的形式将水提供给热负载，通过该开放布置，热负载消耗作为蒸汽提供的水，而没有作为冷凝物的水的对应返回。控制器可被配置为以在0.5MPa至1.0MPa之间的最小排放压力将蒸汽排放到热负载，或者热负载被配置为以在0.5MPa至1.0MPa之间的最小排放压力接收排放的蒸汽。

可以的是，设施被配置为将从压力容器排放的蒸汽供应到至少两个热负载。设施可以被配置为以开放布置将从压力容器排放的蒸汽形式的水提供给一个热负载，通过该开放布置，水被置于与外来过程流体或物品接触和/或从热负载排放而没有作为冷凝物的水的对应返回。另外地或替代性地，可以的是，设施被配置为以闭环将从压力容器排放的蒸汽形式的水提供给一个热负载，通过该闭环，水例如经由过冷供应容器作为过冷水至少部分地返回到压力容器。

在闭环中，水(作为蒸汽提供)可以作为过冷水至少部分地返回到压力容器，而不与外来过程流体或物品接触。

可以的是，压力容器设置有脱气机，该脱气机被配置为沿着脱气路径接收过冷水的进入流，并且被配置为沿着脱气路径以逆流的方式引导来自压力容器内的蒸汽的脱气流。控制器可以被配置为根据进入流的温度和/或蒸汽的温度来改变蒸汽的脱气流的速度，以旨在使进入流在一定范围的存储压力内沿着脱气路径达到与蒸汽相对应的饱和温度。控制器可以被配置为通过控制用于从脱气机排放蒸汽的脱气流和关联夹带气体的控制阀来改变速度。控制器可被配置为通过参考与进入流的温度和/或蒸汽的温度相关的速度或控制阀设定的数据库来控制速度或用于控制速度的控制阀设定。

可以的是，加热器被安装在压力容器内，使得加热器的操作的下限液位对应于不多于60％(例如不多于50％、不多于40％或不多于30％)的压力容器内的水的液体分数。

根据第三方面，公开了一种热存储和供应的方法，该方法对应于第一方面并且在峰值存储压力和在耗减时段期间的压力降低(以及如下所述的其它相关数字定义)方面不同于第一方面。下面定义了关于第三方面的定义可以如何不同于第一方面的陈述。在所有其它方面，除了相互排斥的情况，关于第一方面描述的特征可以加以必要的变更而应用于第三方面。

根据第三方面，控制加热器以将存储压力升高到至少0.5MPa(例如至少1MPa或至少2MPa)的峰值存储压力。蒸汽的选择性排放使得在耗减时段期间，存储压力减少耗减压差，该耗减压差是峰值存储压力的至少50％。

根据第三方面，耗减时段可以被描述为其中压力容器内的水的质量和能量(或焓)变化使得存储压力降低耗减压差的时段。

在第一方面中关于再充填时段的定义涉及存储压力的增加。关于第三方面的对应定义对应于为峰值存储压力的至少50％的再充填压差。特别地，该方法可包括：操作加热器而不同时向压力容器提供过冷水：在部分或全部耗减时段内；和/或在部分或全部再充填时段内，在再充填时段中，存储压力增加再充填压差至峰值存储压力，其中，再充填压差为峰值存储压力的至少50％。如上所述，峰值存储压力可以是至少0.5MPa，例如至少1MPa或至少2MPa。

根据第三方面，再充填时段可被描述为其中压力容器内的水的质量和能量(或焓)变化使得存储压力升高再充填压差到峰值存储压力的时段。

根据第三方面，该方法可以包括，在再充填时段期间：加热压力容器中的液体，以将存储压力升高再充填压差到峰值存储压力；将过冷水提供到压力容器以达到压力容器中的峰值水质量，峰值水质量对应于在峰值存储压力下的峰值液位。再充填时段的持续时间可以至少为耗减时段的持续时间的100％，例如至少125％或至少150％。

根据第三方面的方法可以使用根据第二方面的热设施或根据第四方面的热能存储和供应装置来进行。

根据第四方面，提供了一种热能存储和供应装置(例如设施)，该热能存储和供应装置对应于第二方面的设施并且在峰值存储压力和在耗减时段期间的压力降低(以及如以下所定义的其他相关数字定义)方面不同于第二方面。下面定义了关于第四方面的定义可以如何不同于第二方面的陈述。在所有其它方面，除了相互排斥的情况，关于第一、第二和第三方面中的任何方面描述的任何特征可以加以必要的变更而应用于第四方面。

根据第四方面，热能存储和供应装置包括：

压力容器，其用于在至少0.5MPa(例如至少1MPa或至少2Mpa)的存储压力下存储包括饱和液态水和蒸汽的水，压力容器具有将蒸汽排放到热负载的出口；

电动加热器，其被配置为加热存储在压力容器中的液态水以改变压力容器内的存储压力；

控制器，其被配置为通过以下操作来操作热存储装置：

控制加热器加热压力容器内的液态水，以达到至少0.5MPa(例如至少1MPa或至

少2Mpa)的饱和液态水和蒸汽的峰值存储压力；

响应于热能需求，对控制阀进行控制以选择性地将蒸汽从出口排放至热负载；

允许蒸汽排放以满足热能需求，使得存储压力从峰值存储压力降低峰值存储压力的至少50％。

关于第二方面提供了关于排放压力的定义。可以的是，根据第四方面的热能存储和供应装置被配置为以可变的排放压力(其可以等于或低于主要的存储压力)排放蒸汽。本文所述的一个或多个控制器可以包括处理器。控制器和/或处理器可以包括任何合适的电路以使得执行本文描述且如附图例示的方法。控制器或处理器可以包括：至少一个专用集成电路(ASIC)；和/或至少一个现场可编程门阵列(FPGA)；和/或单处理器或多处理器架构；和/或顺序(冯诺依曼)/并行架构；和/或至少一个可编程逻辑控制器(PLC)；和/或至少一个微处理器；和/或至少一个微控制器；和/或中央处理单元(CPU)，以执行控制器或处理器被配置用于的方法和/或所述功能。

控制器可以包括或者处理器可以包括一个或多个存储器或者与其通信，存储器存储本文描述的数据和/或存储用于执行本文描述的过程和功能(例如参数的确定和控制例程的执行)的机器可读指令(例如软件)。

存储器可以是任何合适的非瞬态计算机可读存储介质、一个或多个数据存储设备，并且可以包括硬盘和/或固态存储器(例如闪存)。在一些示例中，计算机可读指令可以经由无线信号或经由有线信号被传送到存储器。存储器可以是永久不可移动存储器，或者可以是可移动存储器(例如通用串行总线(USB)闪存驱动器)。存储器可以存储包括计算机可读指令的计算机程序，当由处理器或控制器读取时，计算机可读指令使得执行本文描述和/或如附图例示的方法。计算机程序可以是软件或固件或者是软件和固件的组合。

除了相互排斥的情况，关于上述方面中的任何一个方面描述的特征可以加以必要的变更而应用于任何其它方面。此外，除了相互排斥的情况，本文描述的任何特征可应用于任何方面和/或与本文描述的任何其它特征组合。

附图说明

将参考附图描述本发明，在附图中：

图1示意性地示出了用于工业设备的示例热能存储和供应设施；

图2示出了蒸汽需求的示例分布；

图3a、3b、4a、4b示出了热能存储和供应设施的操作条件的示例分布；

图5是控制蒸汽排放的方法的流程图；

图6是控制加热的方法的流程图；

图7a-7e示意性地示出了压力容器内的各种液位，以说明闪蒸潜能的概念；

图8是控制将过冷水供应到压力容器的方法的流程图；以及

图9示意性地示出了热能存储和供应设施的另外示例。

具体实施方式

图1示意性地示出了作为具有至少一个热负载的设施的示例的工业设备10，其设置有热能存储和供应设施100。

工业设备10具有第一设备热负载30和第二设备热负载40，在该特定示例中，其分别是空间加热系统和消毒系统，但在变型示例中，可以是需要热能的任何系统。第一设备热负载30(空间加热系统)被配置为经由在设施100与工业设备10之间延伸的传热回路132接收热能(热)，而不是直接从设施100接收蒸汽作为用于热负载的过程流体，如将在下面进一步描述的。相反，第二设备热负载40(消毒系统)被配置为直接接收从设施100排放的蒸汽，以便用作热负载自身的过程流体，例如用于物品的消毒。在第二设备热负载40中消耗(即，冷凝以放弃其潜热)的蒸汽被排放到排水管50，但是在变型示例中可以作为冷凝物返回到设施100的水供应。

在该示例中，设备热负载30、40独立于设施100操作，并且与设施的控制器200(如将在下面描述的)操作地联接以传送相应的热能需求。热能需求可以以任何适当的形式传送，例如作为与热功率需求(例如以kW为单位)、蒸汽需求(例如以kg/s为单位)或相关参数(例如任何类型的预定最大需求的百分比(例如将“0.5”编码为被控制器解释为最大需求(例如300kW)的比例，从而产生150kW的需求))相对应的需求信号。

热存储和供应系统100包括用于以高压和高温存储水的压力容器110。为了完整起见，本发明中使用词语“水”来指代任何相的水，而表述“液态水”和“蒸汽”分别用于指代液相和气相的水。压力容器110被配置为在至少2MPa(例如至少3MPa，或至少4MPa，或在2MPa至6MPa之间)的存储压力下存储饱和液态水和蒸汽。在以下描述的特定示例中，压力容器110用于在高达大约3MPa的目标峰值存储压力(例如3.101MPa，其对应于处于大气压力下的设施的30巴表压)下存储水。应当理解，这些值对应于压力容器的最小要求，并且压力容器当然可以在更低的存储压力值下存储水。如本文别处所述，在变型示例中，压力容器可被配置为在较低的存储压力(用作关于存储能力的对应较低的最低要求)(例如至少0.5MPa或至少1MPa)下存储饱和液态水和蒸汽。

压力容器110包括电动加热器112，其被配置为加热存储在压力容器中的液态水以改变压力容器内的存储压力。加热器112联接到电源113，其可包括本地电源，例如可再生能源(例如太阳能电源或风力电源)和/或发电机(例如联接到例如燃气涡轮的发动机)。电源可以包括本地电源和/或可以包括用于从非本地电网(例如国家电网)提供功率的电网连接。本地电源可以是微电网。微电网可以被定义为多个能源(例如电能源)的本地功率分配网络，其可以独立于非本地电网操作以向专用本地地理区域提供功率，并且可选地可以连接到非本地电网。微电网可以具有定义的边界并且充当单个可控实体。相反，非本地电网将被理解为服务于大的地理区域(例如州)并且包括大量的电源，使得电网整体不作为单个实体受控。当设施的电源包括(i)为微电网的本地电源以及(ii)到非本地电网的电网连接时，电网连接可以是微电网到非本地电网的连接。虽然本领域技术人员理解微电网和非本地电网的规模和控制的差异，但是可以说，当电源包括(i)包括微电网的本地电源和(ii)到非本地电网的电网连接时，微电网的发电容量(当独立于任何非本地电网操作时)小于非本地电网的发电容量。例如，其可以是非本地电网的发电容量的不多于10％、不多于1％或不多于0.1％。

压力容器110可以以可以被分配给本地热负载的热能存储的形式为微电网提供能量存储。

在该示例中，加热器112位于压力容器110的下部，使得压力容器中浸没加热器(或加热器的至少各个加热元件)的水的下限液位是压力容器的直径的大约33％的高度，其对应于大约30％的液体分数。在其他示例中，下限液位可以更高或更低，例如其可以对应于在20％和70％之间(例如20％-60％或25％-50％)的液体分数。压力容器内的水的液位114是液态水和气体(例如饱和液态水和蒸汽)之间的界面。

压力容器110设置有传感器210，其联接到控制器200并且被配置为将对应于压力容器110内的水的存储压力的存储压力信号传送到控制器200。如将理解的，当水饱和使得容器包括液态水和蒸汽时，压力直接对应于相应的饱和温度。由此可见，合适的传感器可以是被配置为监测压力的压力传感器或被配置为监测温度的温度传感器。在该特定示例中，传感器210是压力传感器，其被配置为监测存储压力并将编码所监测的压力的存储压力信号发送到控制器200。

压力容器110还设有液位传感器214，其可以是本领域已知的任何合适类型，例如具有细长探针的电容探针液位传感器，该探针在传感器的监测范围上延伸并被配置为输出连续可变的液位信号(例如以mA为单位)，该信号在液位传感器214或控制器处进行适当校准的情况下可被处理以确定压力容器中的水在整个监测范围内的液位。在其他示例中，液位传感器可以包括多个传感器，例如各个传感器被配置为确定液位是高于还是低于压力容器内的相应高度/液位，使得液位被确定为不连续输出量。液位传感器214被配置为将与液位相对应的液位信号传送至控制器200。

压力容器110包括用于经由控制阀从压力容器排放蒸汽的出口116，该控制阀可操作为将蒸汽降低到较低的下游压力(排放压力)。在该示例中，出口位于容器的上部内，在压力容器的最大操作液位上方。最大操作液位可以是目标峰值液位(如将在下面进一步描述的)或者可以稍微更高以适应高于目标峰值液位的无意操作。例如，目标峰值液位可对应于容器容积的90％的目标峰值液体分数。在该示例中，存在与相应的热负载相关联的第一排放控制阀216和第二排放控制阀217，如将在下面详细描述的，各个排放控制阀在出口116的下游并且通过排放管线101连接到出口。然而，在其它示例中，可以存在单个或共用的排放控制阀，其位于出口116的下游(例如在图1中以虚线标记的位置215处)或与压力容器110的出口116集成。各个排放控制阀216、217可操作地联接到控制器200，以接收相应的排放控制信号来操作阀。

压力容器110还设置有脱气机120，其可以是如图1所示的集成脱气机(即，与压力容器110集成)。脱气机被配置为从提供给压力容器的液态水供应中去除氧气和其他溶解成分，例如二氧化碳。脱气机120可以是本领域已知的任何合适类型，但是在该示例中示意性地示出为具有包括多个贯穿脱气机竖直分布的脱气盘121的构造。脱气机120限定用于水的进入流的脱气路径122(在该示例中，经过盘121的旋绕路径)，并且被配置为以与进入流逆流的方式沿着脱气路径引导来自压力容器内的蒸汽的脱气流。通过使脱气流沿着脱气路径流动，水的进入流被升高到容器的饱和温度，并且溶解的物质(例如氧气和二氧化碳)从进入流中被去除，以与脱气流一起从脱气机中排放。脱气流可以通过如图1所示的设置有脱气机出口控制阀124的脱气出口排放。脱气机出口控制阀124可操作地联接到控制器200以接收脱气流控制信号来操作阀。

控制到脱气机的进入流，以响应于需求选择性地将水从水源供应到压力容器，如将在下面详细描述的。在该示例中，通过入口泵122选择性地使进入流流入到脱气机中。入口泵122可操作地联接到控制器200以接收供水信号，通过该供水信号，控制入口泵提供可变进入流速和适当压力的进入流以进入压力容器110和脱气机120。在变型示例中，进入流可以由入口控制阀选择性地允许流入脱气机中，该入口控制阀基于从控制器200接收的供水信号控制进入流速，并且可以在如上所述对水加压的入口泵122的下游，或者可以在没有中间泵的情况下联接到供应水或加压水。

在变型示例中，可以从水源直接向压力容器110提供进入水流(即，不穿过脱气机，该脱气机在进入流进入压力容器时对进入流进行脱气)，其中进入流由控制器200经由如上所述的入口泵和/或入口控制阀控制。在包括脱气机的设施中，在水源和压力容器之间可以存在绕过脱气机的旁通管线，例如从入口泵或从入口泵下游的阀布置(例如三通阀)延伸的旁通管线，使得可以经由脱气机或绕过脱气机选择性地将进入水流提供到压力容器。当相应的水供应是供水容器时，这种布置可以是有利的，水从设施内以闭环(如将在下面描述的)返回到供水容器，因为脱气机可以用于可能需要脱气的到压力容器的水的初始供应，并且当供水容器被确定(或认为)包含已经脱气的水时，随后可以被绕过。

本发明所设想的蒸汽存储和供应设施可以具有用于将蒸汽供应至热负载的开放布置或闭环。

开放布置被认为是其中提供给相应热负载的水(作为蒸汽提供)被放置为与外来过程流体或物品接触和/或从热负载排放而没有水作为冷凝物的对应返回的布置。表述“外来过程流体或物品”旨在意指可能污染提供给热负载的水的物质。例如，当水(作为蒸汽提供)与热负载中或其下游的另一流体直接接触时，其可与该流体混合。类似地，当蒸汽用于加热外来物品(例如待在消毒器中消毒或在蒸汽炉中烘焙的物品)时，水(其可以是蒸汽)可能被来自这些物品的物质污染。开放布置的替代性定义将是水不包含在闭环(闭环被配置为使水再循环到压力容器而不介入处理)内的布置。

闭环被认为是提供给相应热负载的水部分地或全部地作为过冷水返回到压力容器(可选地经由过冷供应容器(其可不连续地将水供应到压力容器))的布置。闭环大致防止了水的污染，使得水不接触外来过程流体或物品。

图1的示例设施100被配置为经由第一排放控制阀216下游的分配管线102向第一热负载130提供蒸汽，该第一热负载是闭环布置中的热交换器。提供(作为蒸汽)给第一热负载130的水经由供水容器150返回到压力容器110，如将在下面描述的。热交换器130经由过程流体回路132热联接到工业设备10的第一设备热负载30，而提供给热交换器130的蒸汽不与过程流体回路的过程流体直接接触。控制器200被配置为在选择性地将蒸汽排放到热交换器130以进行传热时启动与传热回路132相关联的传热泵133。在其他示例中，可以不存在过程回路132，并且分配管线102可以在返回到供水容器150之前直接延伸到第一设备热负载30中(仍然不与第一设备热负载30的过程流体直接接触)。控制器200被配置为基于从第一设备热负载30接收的需求信号来操作第一排放控制阀216，以控制通过热交换器130的蒸汽的流速。在该示例中，通过沿着分配管线102布置的第一流量计218来监测流速，该第一流量计向控制器200提供第一流速信号，并且控制器200可基于所监测的流速来控制第一排放控制阀216，以便满足热能需求，和/或基于例如压力和温度的其它参数，如可由沿着分配管线102的额外传感器监测的。

供水容器150具有用于接收从第一热负载130(热交换器130)返回的水的返回入口以及用于接收来自外部水供应(例如工业设备10的处理后的自来水或冷凝物返回系统)的水的源入口。供水容器150具有被配置为向压力容器110提供水的出口。在该示例中，出口经由入口泵122和脱气机120向压力容器110提供水，但是如上所述，在其他示例中，水可以沿着旁通管线提供到压力容器110。

示例设施100还被配置为以开放布置向第二热负载提供蒸汽，该第二热负载是如上所述的消毒器系统40(第二设备热负载40)。蒸汽经由第二排放控制阀217下游的分配管线103提供。控制器200被配置为基于从第二设备热负载40接收的需求信号来操作第二排放控制阀217，以控制到第二设备热负载40的蒸汽的流速。应当理解，消毒器40是工业设备的热负载的代表性示例，并且实际上，可以存在多个热负载，其被配置为由工业设备的蒸汽网络供应蒸汽，该蒸汽网络将蒸汽按路线发送到各个单独的负载。为了本发明的目的，这样的网络和多个负载可被认为等同于具有相关联的总蒸汽需求的单个第二热负载40。

在该示例中，通过沿着分配管线103布置的第二流量计219来监测到第二热负载的流速，该第二流量计向控制器200提供第二流速信号，并且控制器200可基于所监测的流速来控制第二排放控制阀217，以便满足热能需求，和/或基于例如压力和温度的其它参数，如可由沿着分配管线103的额外传感器监测的。在该示例中，第二设备热负载40是消毒器，使得蒸汽由于在第二热负载处与外来物品(即，放置在消毒器中以便消毒的物品)接触而以开放布置提供。

另外，如图1所示，提供给消毒器40的水(以蒸汽提供)作为冷凝物排放到排水管50。在变型示例中，水可以被处理(例如通过水处理设备，例如过滤器单元和/或反渗透单元)并且随后被提供到供水容器150。然而，这仍将构成如本文所定义的开放布置。

在该示例中，与先前考虑的蒸汽供应系统相比，供水容器150具有作为压力容器110的存储容积的比率的相对大的容积。在该特定示例中，供水容器150的尺寸被确定为接收对应于所有蒸汽的冷凝物，该冷凝物通过将在峰值条件(例如3.101MPa的峰值存储压力、0.9液体分数的峰值液位)下存储在压力容器中的水降低到下限压力9.101MPa(8巴表压)而排放。这对应于具有压力容器的容积的约11.5％的容积的供水容器(对应于过冷水在85℃在大气压力(0.101MPa)下的存储)。在其它示例中，该比率可以更高或更低，根据预期的使用模式来选择。例如，如果峰值存储压力更高，则该比率可以更大，而如果峰值存储压力更低，则该比率可以更低。进一步地，当预期在开放布置中显著比例的蒸汽可被排放至热负载时，可存在较少的水再循环至供水容器。先前考虑的蒸汽供应系统具有相对于压力容器(例如锅炉或蓄积器)的尺寸而言相当小的供水容器，因为在这样的系统中通常存在向相应的压力容器的连续水供应。相反，如将从以下描述中变得清楚的，本文所公开的热能存储和供应系统可被操作为从压力容器排放蒸汽，而不一定需要同时再供应水，当存在对压力容器进行再充填的机会时，可随后提供水。特别地，在耗减时段期间提供给容器的过冷水的质量与在耗减时段期间排放的蒸汽的质量相比可以相对低，例如不多于50％、或不多于25％、不多于10％或不多于5％。在不需要添加任何过冷水来维持压力容器中的可持续液位的情况下，热能需求满足时可以是零，如将在下面详细描述的。

在使用中，设施100存储热能并将热能供应给热负载。通过将压力容器110中容纳的水加热到明显高于相应热负载所需的存储压力，可以将大量的热能储备存储在压力容器中。然后，通过响应于需求而降低存储压力，可以生成(闪蒸)蒸汽以便供应给热负载。该系统特别适于与热负载一起使用，这些热负载具有高度可变的热能需求，或者在相对短的持续时间内(例如在设施的高峰运行小时期间)需要大量能量，在其间具有显著的低需求间隔(例如夜间)。

图2示出了用于工业设备10的热能需求(特别是蒸汽需求)的示例曲线图。标有“加热需求”的短虚线对应于经由向热交换器130供应蒸汽而接收热的加热系统30的蒸汽需求。单位是蒸汽需求，单位为kg/hr，这对应于在闭环布置中供应到热交换器130的蒸汽。标有“消毒器需求”的长虚线对应于直接从开放布置的设施100接收蒸汽的消毒器40的蒸汽需求。实线是各个需求的总和。如图2所示，有一个相对短的窗口，在该窗口中大部分需求下降，从大约08:00(上午8点)延伸到16:00(下午4点)，主要由消毒器需求驱动。在剩余的小时(夜间)中存在相对低的需求。

设施被操作为在压力容器110中建立大量的热能存储，该热能存储可以在耗减时段302(在曲线图上根据x轴的时间指示)期间被排放，并且可以随后在再充填时段304期间被重新累积。

如本文所用的表述“闪蒸潜能”对应于在存储压力达到用于维持蒸汽向热负载排放的下限压力之前可以从压力容器内的液态水闪蒸的蒸汽量。在蒸汽以开放布置提供到热负载的情况下，关联下限压力是足以维持蒸汽流以热负载的最小分配压力在热负载处被接收的排放压力(排放压力通常比分配压力大大约0.1MPa)，其可以是固定的或可变的。如果分配压力是可变的，则可以独立于蒸汽设施来控制分配压力。在图1的示例设施100中，存在压力传感器240，其用于监测与第二热负载相关联的分配压力，可操作地联接到控制器200以向控制器200提供分配压力信号，其中控制器控制相应的控制阀以在对应的排放压力(例如高于分配压力固定量)下排放蒸汽。压力传感器240被示出在工业设备10的外部(即，虚线的外部)，但是在变型示例中，可以由安装在工业设备10内的压力传感器来代替，以监测与第二热负载40或其所属的工业设备10的蒸汽网络相关联的分配压力，但是保持可操作地联接到控制器200。例如，热负载网络的分配压力可设定在7巴表压(8.101MPa)，其中相关的排放压力为8巴表压(9.101MPa)。

在蒸汽以闭环提供至热负载的情况下，下限压力可以是可变的并且取决于满足相应热负载的热能需求所需的流速。例如，闭环系统的下限压力可以是大气压力(或以下)。其可仅由相关联的饱和温度和流速足够高以维持到相应负载的传热以满足热能需求限制。

在蒸汽以开放布置和闭环布置两者提供至热负载的情况下，用于评估闪蒸潜能的下限压力是各个负载的相应下限压力中的最高者。

在该示例中，下限压力是对应于第二热负载的分配压力(7巴表压，8.101MPa)的排放压力(8巴表压，9.101MPa)。

表述“液位余量”对应于在排放闪蒸潜能时压力容器内的液态水高于加热器继续操作的下限量的量。因此，如果闪蒸潜能的排放将留下大于下限量的液态水量，则为正，而如果存在小于下限量的量，则为负。

因此，在任何特定时刻的闪蒸潜能对应于可以满足的最大需求。与该闪蒸潜能相关联的负的液位余量指示压力容器内的液体量是能够满足该需求同时继续操作加热器的限制因素，而正的液位余量指示能够满足与闪蒸潜能相对应的需求(例如对蒸汽的需求)同时继续操作加热器。

闪蒸潜能可以由本领域技术人员容易地计算。闪蒸潜能与压力容器中的液态水的量以及在存储压力和下限压力(其与压差大致成比例)下的液态水的焓之间的差成比例。闪蒸潜能与下限压力下的蒸发焓成反比。类似地，基于给定压力下已知饱和质量的水的品质，可以容易地计算液位余量。然而，这两个量可以被间接地监测或者可以通过监测相关联的量来间接地控制。例如并且如以下参考图7a-7e详细描述的，可以基于液位来确定对于给定存储压力和下限压力的闪蒸潜能和液位余量。因此，参考液位(例如通过基于液位评估标准)的设施操作可对应于操作设施以控制如本文所述的闪蒸潜能和/或液位余量。除了明确提及闪蒸潜能、液位余量或关联量的计算之外，本文提及基于闪蒸潜能和/或基于液位余量进行控制可以在不直接计算闪蒸潜能和/或液位余量的情况下实现，其中控制的适当实现基于监测的液位和存储压力，例如通过参考与存储压力相关的液位阈值的数据库。

在设施的操作中，存储压力和液位是重要的量以存储和分配来自压力容器的热能。

影响压力容器内的条件的主要变量是(i)通过闪蒸排放蒸汽、(ii)添加过冷水以及(iii)使用加热元件加热，其中的每一者可以单独地或彼此组合地执行。(i)通过降低存储压力实现从压力容器闪蒸蒸汽，这单独地导致容器中的液位下降。(ii)将过冷水单独地添加到容器中导致存储压力下降并且液位升高。(iii)单独加热导致存储压力升高和液位升高。

本文提及过冷水的供应指代水相对于在压力容器的存储压力下的饱和温度过冷。如本文别处所述，到压力容器的进入水流在流入压力容器中(例如在脱气机120中)时可以被加热到饱和温度。然而，这种加热利用来自压力容器内的热能，并且因此通过参考入口在进入压力容器之前的条件将入口的状态称为过冷被认为是适当的，因为这有助于理解能量平衡和将(过冷)水供应到压力容器的效果。

图3a和3b是在包括耗减时段和再充填时段的设施100的示例24小时操作循环期间的操作条件的曲线图。图3a示出了存储压力和液位(在压力容器内)的趋势。图3b示出了闪蒸潜能和液位余量的趋势。

图3a和3b基于一组简化的操作变量，包括相对于图2所示的热能需求的简化分布。示例操作变量包括在持续大约6.5小时的耗减时段的持续时间内大约330kg/小时的恒定最大蒸汽需求以及持续24小时循环的剩余时间的再充填时段的零需求。

在耗减时段中，加热器没有可用的功率，但是在整个再充填时段中，用于加热的功率以120kW的恒定速率可用。这种场景可能在实践中出现，例如，在电力从本地电源(例如可再生能源电源)获得并且在耗减时段期间(例如在白天期间)用于其他目的并且仅在再充填时段期间(例如在夜晚期间)可用于加热时。

同样为了简单起见，图3和4的曲线图以在耗减时段的开始处开始的时间示出。在24小时循环开始时(即在耗减时段开始时)压力容器的初始条件是30巴表压(3101kPa)的峰值存储压力和90％的峰值液态水分数。用于维持蒸汽向热负载排放的下限压力是8巴表压(9101kPa)，其对应于热负载的分配压力(例如分配压力是7巴表压(8101kPa)，具有1巴(100kPa)的偏移)。加热器继续操作的下限液位对应于0.5的液体分数。容器尺寸为约22.5m³。

在该简化的示例中，选择蒸汽需求，使得在耗减时段结束时完全耗尽闪蒸潜能，并且因此图3a和3b的曲线图不表示未能满足结束耗减时段的蒸汽需求，尽管闪蒸潜能降低到零。

如图3a和3b所示，在耗减时段期间，存储压力从30巴表压(3101kPa)的峰值存储压力逐渐降低以闪蒸足够的蒸汽来满足(恒定)蒸汽需求，从而降低闪蒸潜能。当水(以蒸汽的形式)从压力容器中排放时，液位也降低。由于闪蒸潜能总是足以满足需求，并且在耗减时段期间没有添加冷凝物，所以液位余量在耗减时段期间保持恒定。闪蒸潜能逐渐降低以反映蒸汽的逐渐排放。

在耗减时段结束时，操作过渡到持续24小时循环的剩余时间的再充填时段，并且在该再充填时段中没有需求。

在再充填时段期间，设施被操作为(i)用过冷水再供应压力容器，以替换已经排放的水(以蒸汽的形式)，以及(ii)加热以将压力容器再增压至峰值存储压力。特别地，添加水以达到与峰值存储压力下的峰值液体分数相对应的目标(或峰值)水质量，而添加热以达到给定目标水质量的峰值存储压力。

在再充填时段期间的过冷水的供应和热的供应可以以任何合适的方式管理或划分阶段。

在图3a和3b的具体示例中，以恒定速率(120kW)提供热，而根据前载分布提供过冷水。通过前载过冷水的供应，压力容器中的水可在再充填时段的早期部分期间维持在相对低的压力和温度(以及相对高的液位)，仅在再充填时段的最后部分期间达到较高的压力和温度，从而尽可能长地使通过压力容器壁的热损失最小化。

在该特定示例中，基于闪蒸潜能和液位余量来控制过冷水的供应，如将在下面描述的。闪蒸潜能在再充填时段开始时为零，因为存储压力已经降低到下限压力以便维持蒸汽向热负载的排放，由此可见在需求额外蒸汽的情况下没有容量提供额外蒸汽。

对于再充填时段的初始闪蒸优先部分，在没有对应的过冷水供应的情况下提供热，以将闪蒸潜能建立到需要时可以利用的最小再充填闪蒸潜能(在该示例中，500kg的预定值)。在再充填时段的初始闪蒸优先部分期间，液位余量减小。在该初始部分期间供应过冷水将减慢压力增加的速率(或甚至降低压力)，从而减慢闪蒸潜能的建立。

在再充填时段的随后的水优先部分(在大约9时开始)，过冷水以一定速率提供，使得在液位余量增加的同时维持最小再充填闪蒸潜能。保持这种水优先操作模式，直到水的质量达到目标(或峰值)质量。

在达到目标水质量(在大约11时)时，在再充填时段的第二闪蒸优先部分中操作设施，在该第二闪蒸优先部分中，在没有对应的过冷水供应的情况下提供热，直到达到目标峰值存储压力。在该示例中，在大约时20达到目标峰值存储压力，在大约四小时的24小时循环的最后时段期间不添加另外的水或热。替代性地，给定预测需求和预测加热功率可用性，可以改变水供应和/或加热分布以延迟第二闪蒸优先时段(例如通过在水优先部分和第二闪蒸优先部分之间的四小时部分内不提供热或过冷水)。在其它使用示例中，特别是在再充填时段期间具有蒸汽需求的示例中，可在第二闪蒸优先时段期间提供另外的过冷水，以便将压力容器中的水的目标(峰值)质量作为目标或维持该质量。

图4a和4b是包括耗减时段和再充填时段的操作设施的第二示例的操作条件的曲线图，示出了与图3a和3b中相同的量。在第二示例中，除了用于加热的功率在整个耗减时段和再加热时段(在120kW的相同功率下)中都可用并且蒸汽需求在500kg/小时下显著更高之外，操作变量与第二示例中相同。下限液位也更高，并且对应于0.67的液体分数，以模拟更高的所需液位的影响。

图4a和4b的分布与图3a和3b的分布的相似之处在于，在耗减时段期间压力和液位降低。显著更高的蒸汽需求速率被在耗减时段期间可用的加热功率抵消。然而，在该示例中，液位余量在耗减时段的最后部分中达到零，这意味着如果要通过将存储压力降低到下限压力来排放闪蒸潜能，则液位将处于下限液位以便加热器继续操作。在耗减时段的这个最后部分期间将过冷水添加到压力容器中以维持液位余量，并且这加速了存储压力和闪蒸潜能降低的速率，但是闪蒸潜能仍然未耗尽。在耗减时段期间，液位未达到下限，特别是因为不需要完全闪蒸潜能(如图4a所示)。

在再充填时段中，存在短暂的初始闪蒸优先部分，在该部分中，闪蒸潜能被升高到最小再充填闪蒸潜能(在该示例中为250kg)。然后是水优先部分，在该部分中，在液位余量增加的同时维持最小再充填闪蒸潜能，直到达到目标水质量。然后，接着是第二水优先部分，在该部分中，在没有对应的过冷水供应的情况下添加热，直到达到目标峰值存储压力。最后，存在接近24小时循环结束的时段，在该时段中，所监测的量保持恒定。

可以应用用于对过冷水和热的供应进行阶段划分的其他方法。例如，在再充填时段开始时(或在再充填时段期间的任何点)，控制器可确定待添加到压力容器内的当前水质量以达到目标水质量的额外的过冷水质量。可以基于从液位信号导出的液位并且基于从存储压力信号导出的存储压力来确定当前的水质量。控制器可确定在再充填时段期间要提供给水(当前和额外的)以达到峰值存储压力的总热量。控制器可控制过冷水被供应到压力容器的速率，使得其与加热功率成比例，从而导致在再充填时段期间存储压力和液位(/液体分数)两者的连续逐渐升高。

由于压力容器被配置和操作为相对于蒸汽需求的最大预期速率提供热能的大储备(例如大的闪蒸潜能)，因此在使用中，与压力容器可能容纳的最大值相比，流出容器的蒸汽的流速相对较低。这具有与蒸汽的干度相关的优点。特别地，对于按需蒸汽生成系统或短期蒸汽蓄积器系统，常规地确定蒸汽从液态水表面释放的最大预期速率是否足够低以抑制夹带液态水。申请人进行的并且在优先权日之前报告的经验性试验工作表明，干蒸汽可以从水表面释放的速率是压力的函数，其中工作近似为在没有蒸汽夹带的情况下的最大蒸汽释放速率(MSR)(kg/m²h)等于绝对压力(以巴为单位)乘以220(或绝对压力的22倍，以MPa为单位)。例如在蒸汽蓄积器的设计中，常规做法是寻求减小相应容器的尺寸以降低成本和安装尺寸，从而导致最大预期(或峰值)蒸汽释放速率与最大蒸汽释放速率(MSR)相比相对较高，例如在25％和90％之间。相反，如本文所述的热能存储和供应设施和方法将倾向于导致低得多的蒸汽释放速率。在以上参考图3a和3b描述的特定示例中，对于适当尺寸确定的容器的最大预期或峰值蒸汽释放速率等于峰值存储压力的MSR的大约0.7％和下限压力的MSR的2.3％，即使当两者都假定90％填充而保守地评估时。对于80％的填充，值分别是大约0.6％和2％。因此，在排放的蒸汽中夹带液态水的风险较低。

图5-7是通过控制热存储和供应设施的各个控制变量来操作这种设施的方法的流程图。将参考图1的示例热存储和供应设施100并参考图3a和3b所示的操作条件的分布来描述方法。

图5示出了由控制器200执行的用于控制蒸汽从压力容器100向热负载的排放的方法500，并且将参考在第一设备热负载30处对热能的需求以示例的方式进行描述，但是应当理解，该方法同样适用于在另一热负载处的需求或跨多个负载的累积需求。在设施的操作期间，连续地或周期性地重复参考图5的“方框”描述的方法的步骤。

在方框502中，控制器基于从第一设备热负载30接收的需求信号确定是否存在需求。如果没有需求，则该方法进行到方框510，并且相应的排放控制阀216关闭或保持关闭。

如果存在需求，则该方法进行到方框504，并且控制器例如基于从液位传感器接收的液位信号来确定液位是否高于液位下限。如果液位不高于液位下限，则该方法进行到方框510，并且相应的排放控制阀216关闭或保持关闭。该状态可持续到液位例如通过如上参考图3-4所述的向压力容器添加热和/或添加过冷水而升高。

如果液位高于液位极限，则该方法移动至方框520，并且控制器控制相应的第一排放控制阀216打开以降低压力容器110中的存储压力，从而使液态水闪蒸并通过出口116、通过第一排放控制阀216并沿着分配管线102排放至热交换器130。如本文别处所述，控制器可基于对应于向相应热负载供应蒸汽的监测参数(例如在反馈环中)(例如基于由第一流量计218提供的第一流速信号)来控制第一排放控制阀216。

在方框522中，控制器可确定是否满足需求。例如，控制器可基于从相应的第一流量计218接收的第一流速信号来确定沿着相应的分配管线102的蒸汽的流速是否足以满足需求。如果压力容器内的水的闪蒸潜能不足以满足需求，则该需求无法满足。如果控制器确定需求未被满足，则控制器可确定关闭排放控制阀216，直到闪蒸潜能例如通过进一步加热和/或向压力容器供水而增加。响应于确定需求未被满足，控制器可以控制提供额外的热，例如使用来自辅助电源(例如来自与本地电源(例如微电网)相对的电网连接，本地电源输送例如太阳能或风能的可再生能量)的电力。无论是否满足需求，都通过在设施100的整个操作中返回到方框502来重复该方法。

图6示出了当加热器由本地电源供电时控制加热器的方法600，其可以与图5的方法500同时并且独立地执行。如上所述，将参考图1的示例设施100进行描述。该示例方法不涉及从例如电网连接的辅助电源的电力的可选供应，这在本文的别处描述。

热能存储和供应设施100在由本地电源(例如微电网)供电时具有特定的优点。由于已知的原因(例如可变量的风或太阳能)，本地电源且特别是可再生电源通常不以与非本地电网相同的一致性和可靠性提供功率，该非本地电网从大量不同的可再生和不可再生电站分配功率。热能存储和供应设施100提供了用于将电能转换成热能以便在其可用时存储并随后根据需要释放该热能的大量储备。发明人已经发现这样做比将本地生成的能量存储在电池中以便随后根据需要在电锅炉中使用更有效。进一步地，如本文所述的将能量存储为热能具有优于电池存储的优点，因为其不需要与电池技术相关联的大量化学品和材料(其中许多是罕见的或对矿山是环境有害的)，例如锂。

能量被设施存储和排放的速率在很大程度上是分开的。因此，当变得可用时，通过加热压力容器内的液态水，可以在压力容器中建立大量的热能储备。通常(即，在压力容器条件的大部分操作图上)，可以供应热而不需要对应地将过冷水供应到容器。主要的例外是容易避免的场景，即：(I)当压力容器处于峰值存储压力但压力容器中的水的质量低于目标峰值水质量时；以及(ii)当液位低于加热器继续操作的下限液位时，例如，下限液位对应于压力容器内的加热器或其一个或多个加热元件的最高位置。在(i)的情况下，应当提供额外的过冷水以增加存储的水的质量并降低压力。在(ii)的情况下，应当提供额外的水以升高液位，因为在这种情况下，加热器不能被操作以升高水位。

在方框602中，控制器确定用于加热的功率是否可从本地电源获得。该确定可以是对当前由本地电源生成的功率和/或考虑其他负载当前从本地电源可用的功率(例如所生成的功率减去提供给设施100和/或工业设备中的其他电负载的功率)的确定。如果功率不可用，则该方法移动到方框610，并且控制器不操作加热器来加热压力容器内的水。如果功率可用，则该方法移动到方框604。

在方框604中，控制器确定存储压力是否已经处于峰值存储压力(例如基于在控制器处接收的存储压力信号)。如果是，则该方法移动到方框610以便不加热，如上所述。如果存储压力小于峰值存储压力，则提供热。

在方框606中，控制器确定液位是否在加热范围内(例如基于在控制器处接收的液位信号)。在该示例中，该确定对应于(i)确定液位是否高于加热器继续操作的下限液位，该下限液位可对应于如上所述的压力容器内的加热器或其一个或多个加热元件的最高位置以及(ii)确定液位不高于对应于压力容器中的水的目标峰值质量的上限液位。上限液位可以是压力相关的。特别地，单独加热容器(即，没有蒸汽排放或水供应)导致压力升高和液位升高。因此，如果容器在低于目标峰值存储压力的存储压力下处于目标峰值液体分数(例如90％)，则进一步加热以达到目标峰值存储压力将导致液位进一步升高。控制器可控制向压力容器供水，以避免出现这种场景，但是在方框606中仍然可以可选地对其进行检查。

如果液位不在加热范围内，则该方法移动到如上所述的方框610并且不提供热。然而，如果液位在加热范围内，则该方法移动到方框620，并且以对应于功率可用性的速率提供热。

无论是否提供热，都通过在设施100的整个操作中返回到方框602来重复该方法。

加热器的额定值(即最大功率输出)可以显著低于可以在替代性蒸汽供应系统中提供的加热器或燃烧器的额定值。尽管这种替代性的蒸汽供应系统可基于峰值蒸汽供应速率来确定加热器的尺寸，但根据本发明的加热器可基于功率供应和在操作循环(例如一天)期间可能需要的总热量来确定尺寸。考虑到设施的操作模式(即，在长时间段内建立显著的热能储备，其可以以远远超过用于加热的功率的同时可用性的速率排放)，发明人已经提供了一种系统，其可以以相对低的加热功率满足相对高的累积热能需求和相对高的需求速率。加热器本身可以具有相对低的额定值，或者它可以联接到具有相对低的功率输出的本地电源，或者控制器可以限制加热器的功率输出。

为了量化与系统的相对高容量相比相对低的加热功率以满足需求，本发明定义了以下参数：

-平均耗减功率被定义为在耗减时段期间从压力容器排放的蒸汽的累积焓除以耗减时段的持续时间。

-最大耗减功率被定义为在一分钟的任何最小功率评估时段期间在耗减时段内排放的蒸汽的最大焓除以最小功率评估时段。因此，考虑到在较低压力下排放的蒸汽可以具有比在较高压力下排放的蒸汽低的焓，其通常对应于蒸汽排放的峰值速率。

-平均再加热功率被定义为在再充填时段期间由加热器提供给液态水的累积能量除以再充填时段的持续时间。

-最大再加热功率被定义为在再充填时段内由加热器向液态水提供能量的最大功率。

根据本发明，在再充填时段期间的平均再加热功率可以显著低于平均耗减功率，例如不多于平均耗减功率的50％，这对应于使用相对低的电源或低额定值加热器来满足有限时段期间的相对高的能量需求的系统配置。在图3的特定示例中，平均耗减功率为0.26MW，而平均再加热功率为0.12MW。如果在耗减时段期间提供加热，则该比率将更低。

根据本发明，平均再加热功率可以不多于最大耗减功率的50％。在图3的特定示例中，最大耗减功率对应于当压力容器处于峰值存储压力时以大约330kg/hr的恒定需求速率排放蒸汽。这对应于大约0.26MW的最大耗减功率。

根据本发明，最大再加热功率可以不多于最大耗减功率的50％。以上提供了图3的特定示例的对应值。

根据本发明，(i)在耗减时段期间从压力容器中排放的蒸汽的累积焓与(ii)在再充填时段期间加热器的平均再加热功率的尺寸比是至少25000秒。这对应于与系统满足热负载的容量相比再加热功率相对较低，这在本发明中与先前考虑的用于可比应用的蒸汽供应系统相比不同。尽管单位是秒，但这不对应于再充填时段的时间段。在图3的特定示例中，尺寸比大约为50000秒。

加热器的额定值可部分地基于供应的可变性来选择。例如，在能够可靠地从电源汲取电功率的情况下，加热器的额定值可以等于在循环内由加热器提供的总预期热能除以循环的持续时间。然而，对于具有可变输出的电源(例如风力或太阳能)，可以通过评估本地电源的预测功率输出分布来确定合适的额定值。可以的是，本地电源可以生成高于加热器额定值的峰值功率。如本文别处所述，在本地电源不能满足功率输出要求以实现目标存储压力和/或目标水质量(其可以是目标峰值存储压力和目标峰值水质量)的情况下，可以提供补充功率(例如来自非本地电网连接)。

在参考图8描述控制过冷水的供应的方法之前，如图7a-7e所示，例示如本文所用的表述“闪蒸潜能”和“液位余量”是有帮助的。

图7a-7e示出了表示图1的压力容器110的柱形容器710。线L0表示加热器继续操作的容器710的下限液位(即，对应于相应加热器或至少该加热器的加热元件的高度)。线714表示容器710内的水的液位。如本文别处所述，液位可表达为液态水和蒸汽之间的界面的高度或容器内的液体分数。在各个附图中，水的当前存储压力是相同的(并且低于容器的目标峰值存储压力)，但是水的质量以及因此液位是不同的。

在图7a中，液位714低于下限液位L0，使得加热器不能操作。这种情况仅在设施有意操作以耗尽闪蒸潜能时才会在操作中发生，即使使液位低于下限时，从而防止在该操作期间进一步的热输入，直到液位通过向容器中进一步供应水而升高。

在图7b-7d中的每一者中，存在容器710的两个并排表示。左侧表示示出了在当前存储压力下的当前液位714，而右侧表示示出了在排放闪蒸潜能之后液位716将是多少。

在图7c中，液位714处于零余量液位L1，其对应于液位余量为零(即，在闪蒸潜能排放时的液位等于下限液位L0，如容器710的右侧表示所示)。

在图7b中，液位714处于液位L0(下限液位)和L1(零余量液位)之间的中间点，使得液位余量为负。

在图7e中，容器710的左侧表示示出了在当前存储压力下的当前液位714，而容器710的右侧表示示出了在水的存储压力要升高至目标峰值存储压力时相同质量的水的液位716。在图7e中，当前液位714处于峰值填充液位L2，其对应于处于(较高的)目标峰值存储压力下的液位716，该目标峰值存储压力为目标峰值液位，例如90％。

在图7d中，液位714处于液位L1(零余量液位)和L2(峰值填充液位)之间的中间液位。

如可以理解的，下限液位在每个存储压力下是相同的，而零余量液位L1和峰值填充液位L2根据存储压力而变化。

在没有进一步的热输入而闪蒸潜能被耗尽的情况下，在任何特定存储压力下的最佳液位将是零余量液位L1。这表示压力容器减压至下限压力，同时达到但不低于下限液位L0。

当液位714在L0和L1之间时，并且在闪蒸潜能被耗尽的同时没有热输入时，在液位达到下限液位L0之前，仅有部分闪蒸潜能(“有用的闪蒸潜能”)可以被排放。通常，由于液态水的液位和焓都增加，所以闪蒸潜能(包括有用的闪蒸潜能)响应于热输入而增加。通常，闪蒸潜能响应于过冷水输入而降低，因为这降低了液态水的温度和焓，尽管提高了液态质量的总量。然而，当液位714在L0和L1之间时，有用的闪蒸潜能倾向于响应过冷水输入而增加，因为水量用作允许蒸汽闪蒸为蒸汽并排放的限制因素。因此，添加水允许利用更多的闪蒸潜能，即使其降低总闪蒸潜能。

当液位714在L1和L2之间时，闪蒸潜能(现在等于有用的闪蒸潜能)将响应于热输入而增加。闪蒸潜能(再次对应于有用的闪蒸潜能)将响应于过冷水输入而降低，因为液位不用作允许排放闪蒸潜能的限制因素，而过冷水的添加降低了压力容器内的液态水的压力和焓。

因此，有用的闪蒸潜能通过以下方式最好地被节省或增加：当给定压力下液态水位在L0和L1之间时添加过冷水，以及当给定压力下液态水位在L1和L2之间时在不添加过冷水的情况下加热。

当然，当液态水位在L1和L2之间时，还需要将过冷水添加到压力容器。然而，何时添加这种水可能取决于设施的操作模式。

基于当前的水质量和压力容器内的存储压力，上述讨论可应用于作为瞬时闪蒸潜能的闪蒸潜能，即通过将压力降低到下限压力可闪蒸的蒸汽量。然而，以上讨论也适用于基于预测需求和/或加热器的预测功率输出确定的预测的闪蒸潜能、预测的液位余量和预测的有用闪蒸潜能。

为了说明预测的闪蒸潜能可以如何不同于瞬时闪蒸潜能，可以考虑以下场景：液位是0.75，瞬时闪蒸潜能是X kg(例如500kg)并且存在正的液位余量Y(例如在0.5的下限液位之上的0.1的液体分数)。如果预测的需求对应于两小时内每小时250kg/hr的蒸汽排放，则在没有额外加热和过冷水供应的情况下，闪蒸潜能将在两小时时段结束时耗尽，并且液位将处于下限液位L0。然而，如果在相同的两小时时段内加热器的预测功率输出为100kW，则在两小时时段内将需要较低的压力降低以便排放相同量的蒸汽(因为热输入也使液态水蒸发)，并且在两小时时段结束时将仍然存在正的闪蒸潜能。然而，可以的是，液体余量变为负，从而限制了有用的闪蒸潜能。

如将在下面进一步详细描述的，可以基于预测需求和加热器的预测输出在一个时间段内评估闪蒸潜能、液体余量和/或有用的闪蒸潜能。这对于在耗减时段期间控制过冷水的供应特别有用，如将在下面描述的。在如上参考图7讨论的液位L0、L1、L2的情况下，这些预测量可特别影响零余量液位L1(液位L0仅与当前液位相关，而液位L2与再充填时段最相关)。

继续上述特定示例场景，基于瞬时闪蒸潜能和液位余量的零余量液位L1可为0.65，对应于液位降低0.15以达到0.5的下限液位。然而，基于预测的闪蒸潜能和预测的液位余量的零余量液位L1可更低，例如为0.6，因为当加热器将额外的能量提供到压力容器中时，在两小时时段期间输出相同量的蒸汽可需要更低的存储压力降低。进一步地，在更高的存储压力下，液位可以以更慢的速率下降。

可以应用类似的分析来基于预测的需求和预测的功率输出确定峰值填充液位L2。然而，与基于压力容器的当前条件的分析相比，可以的是，使用预测量的效果可能仅是确定将更多的水添加到压力容器中到目标峰值水质量以上，预期该水中的一些被排放以满足预测需求。虽然这样做可能具有效率优势(特别是降低压力容器的温度以减少热损失)，但是实际的控制实现方式可能将水的目标峰值质量反映为上限。例如，如果压力容器在相对较低的压力下填充有大于目标峰值质量的水质量，则在预测需求没有出现的情况下，液位将超过目标峰值存储压力下的关联目标峰值液位。

图8示出了控制过冷水到压力容器的供应的方法800，其可与图5和6的方法500、600同时且独立地执行。如上所述，将参考图1的示例设施100进行描述。

如本文别处所述，单独地(即，除了由加热器进行的任何加热和/或蒸汽的排放之外)，将过冷水供应到压力容器中降低了压力容器中的水的存储压力。因此，虽然设施100排放蒸汽的操作依赖于压力容器内有足够质量的水，但在设施的操作图的许多部分中，将水重新供应到压力容器中的动作倾向于降低压力容器排放蒸汽的潜能(即，闪蒸潜能)。

发明人已经考虑到，供水的时间和速率可以根据设施的操作目标来控制。

在该方法的方框802中，控制器200确定液位是否小于加热器继续操作的下限液位L0。该确定可以基于从液位传感器214接收的液位信号。如果液位低于下限液位L0，则方法继续到方框820。

在方框820中，确定要供应的过冷液体的量。如果设施在其中允许液位延伸到下限液位L0以下以便排放完全闪蒸潜能的延长耗减模式下操作，则控制器确定不添加过冷水。在所有其它模式下(即，在其中控制器防止将导致液位下降到低于加热器操作的下限液位的蒸汽排放的加热耗减模式下或在再充填模式下)，控制器确定添加过冷水。

可基于液位和存储压力两者确定(方框820)要供应的过冷水的量。例如，控制器可计算达到下限液位所需的过冷水的量，或者可从与液位和存储压力相关的预定值的数据库中查找量。过冷水的量可以以任何合适的方式指定，例如作为水的质量、操作入口泵的持续时间和/或流速。

在方框822中，确定用于供应过冷水的流速。在将液位恢复到下限液位L0的情况下，加热器需要是不工作的，因此流速是在不参考加热速率的情况下确定的。如果控制器确定过冷水要被脱气，则可基于与脱气机的操作相关联的预定进入流速来确定流速，该预定进入流速可对应于脱气机能够将进入流的温度升高到饱和温度的进入流速。否则，流速可以由入口泵确定，例如作为最优或最大值。

在方框824中，使过冷水被供应达到如方框820、822中确定的量和/或流速。

虽然在其特定示例中确定了要添加的过冷水的量和供应速率(方框822)两者，但在变型示例中，控制器可直接进行到方框824以开始供应过冷的冷凝物，例如以预定速率。重复该方法(如上所述)可以提供用于停止供应的适当控制。

该方法继续到方框802以重复该方法。在提供最后迭代中的确定量之前，可重复该方法，使得重复地确定用于将过冷水供应至压力容器的任何要求。

如果在方框802确定液位处于或高于下限液位L0，则方法继续到方框804。在方框804，确定液位余量是否为负。液位余量对应于压力容器中的液位在排放闪蒸潜能时将高于或低于下限液位L0的量。

确定液位余量为负对应于确定压力容器中的水量当前是压力容器排放蒸汽的能力的限制因素。发明人已经发现，通过向压力容器添加过冷水，可以增加有用的闪蒸潜能(如上所定义)。虽然这降低了存储压力和闪蒸潜能(至任何液位)，但它增加了有用的闪蒸潜能。如果液位余量为负，则该方法进行到方框820。

在方框820-824中，如上所述确定要供应的过冷水的量(方框820)；确定供应的流速(方框822)；并且控制器使得供应所确定的量；然后重复该方法。如在将液位恢复到下限液位L0的情况下，可以计算要供应的过冷水的量，或者可以从与液位和存储压力相关的预定值的数据库中查找该量。如在将液位恢复到下限液位L0的情况下，可以在不参考加热速率的情况下确定流速，因为基于供应的水的质量实现了增加有用的闪蒸潜能的优点，而与供应速率无关。

在方框804确定液位余量为零或正对应于确定压力容器中的水量当前不是压力容器排放蒸汽的能力的限制因素。该确定可以基于预测的闪蒸需求和预测的液位余量(它们本身基于压力容器的当前条件(存储压力、液位)以及如本文别处所述的预测需求和/或加热器的预测功率输出来确定)。

当确定液位余量为零或正时，方法进行到方框806。

在这个阶段，是否将过冷水供应到压力容器可取决于设施操作的特定应用和/或预测的需求。

当操作该设施以满足大量的或不确定的需求时，可以认为添加过冷水是适得其反的，因为这将降低闪蒸潜能(以及有用的闪蒸潜能)。这也可以被认为是不必要的，因为液位余量为零或正对应于闪蒸潜能的完全耗尽，从而在压力容器中留下足够的液态水以用于加热器的继续操作。当液位余量在一个时间段内是预测的液位余量并且是零或正时，这对应于在该时间段内闪蒸潜能的完全耗尽，从而在压力容器中留下足够的液态水以用于加热器的继续操作。

因此，当操作设施以满足大量的或不确定的需求时，发明人已经确定，可以延迟过冷水的添加以避免不必要地降低有用的闪蒸潜能。

相反，为了将容器再充填到目标峰值条件(即，到目标峰值存储压力，具有目标峰值水质量)，需要向其再供应额外的过冷水以达到目标质量，并供应热以达到目标压力。

发明人已经确定，设施可以具有不同的操作模式，以便满足这些双重要求，如参考图8的方法800以示例的方式描述的。

在方框806中，控制器确定是在耗减模式下还是在再充填模式下操作设施。耗减模式对应于设施在耗减时段期间的操作，以满足通常在持续时间段内耗减存储在压力容器中的热能的热需求。耗减时段可被描述为其中对应于排放蒸汽的焓输出(或损失)大于压力容器的能量输入使得存储压力从峰值存储压力显著降低例如至少1MPa的时段。再充填模式对应于设施在再充填时段期间的操作，在再充填时段期间，热能通常在持续的时间段内在压力容器中累积。再充填时段可被描述为其中通过加热输入到压力容器的能量大于与蒸汽排放相对应的焓输出(或损失)以满足热能需求由此存储压力增加至少1MPa至峰值存储压力(例如至少2Mpa)的时段。如本文别处所述，在峰值存储压力可以较低(例如至少0.5MPa，或至少1MPa，或至少2MPa)的变型示例中，耗减时段和再充填时段可以例如通过参考耗减压差和/或再充填压差而相应不同地限定，该耗减压差和/或再充填压差为相应峰值存储压力的至少50％。

控制器可以以任何合适的方式确定是在耗减模式下还是在再充填模式下操作设施，其示例包括(i)用于在相应模式下操作的基于时间的时间表(例如在耗减模式下为09:00-17:00，在再充填模式下为17:00-09:00)；(ii)通过参考在一个时间段内(例如在接下来的6小时或接下来的12小时内)的预测需求和/或加热器的预测功率输出；或(iii)通过参考基于预测需求和/或加热器的预测功率输出预测压力容器首先达到的耗减条件或目标峰值条件的预测。以示例的方式，在(iii)的情况下，耗减条件可以对应于耗尽闪蒸潜能以留下零的液位余量，或者对应于有用的闪蒸潜能降低到最小耗减潜能，例如500kg。

如果在方框806确定在耗减模式下操作设施，则该方法进行到方框810。在方框810，在返回到方框802以重复该方法之前，操作该设施以不向压力容器添加过冷液体。通过不添加过冷水，在耗减时段期间可维持闪蒸潜能(有用的闪蒸潜能)尽可能高，同时继续满足蒸汽需求。

如果在方框806确定在再充填模式下操作设施，则该方法进行到方框808。

在方框808中，确定是在再充填模式下操作以优先考虑闪蒸潜能(“闪蒸优先”)还是优先考虑压力容器中的水质量累积(水优先)。发明人已经确定，通过仅在已经建立最小闪蒸潜能时优先考虑存储额外的水，可以平衡节省和累积满足需求(即闪蒸潜能)的即时能力与存储额外的水以在将来建立更大的需求之间的最佳平衡。

考虑到在方法800的方框808液位余量必须为正，闪蒸潜能和有用的闪蒸潜能相等并且对应于在没有额外的热输入到容器的情况下可以满足的需求。在该示例中，控制器确定闪蒸潜能是否低于最小再充填潜能，该最小再充填潜能可以是预定的最小潜能(例如通常适用的或替代地从通过例如一天中的时间、一周中的天的操作变量相关的预定最小潜能的数据库确定的)，或者可以基于如上所述的在时间段内的预测需求和/或加热器的预测功率输出来确定。例如，最小再充填潜能可对应于500kg的闪蒸潜能。

控制器可以以任何合适的方式确定闪蒸潜能是否低于最小再充填潜能，包括基于在控制器处接收的液位信号(例如通过参考与通过存储压力和可选的最小再充填潜能(如果可变)相关的最小再充填潜能对应的液位信号的数据库)；或者通过计算闪蒸潜能并与最小再充填潜能比较。

如果闪蒸潜能小于最小再充填潜能(例如如果液位小于给定压力的相应阈值)，则控制器确定不添加过冷水，直到提供了足够的热以将闪蒸潜能升高到最小再充填潜能，这在本文中被称为以具有闪蒸优先的再充填模式操作。

如果闪蒸潜能等于或大于最小再充填潜能，则控制器确定添加过冷水以将压力容器内的水质量增加到目标峰值水质量。该方法移动到方框820，其中在具有水优先的再充填模式下，控制器确定要供应以达到目标峰值水质量的水量。在方框822中，在具有水优先的再充填模式下，控制器确定向压力容器供水的速率。在该示例中，选择速率，使得尽管添加了过冷水，但闪蒸潜能仍维持在(或高于)最小再充填潜能，这可能是由于同时以抵消水添加和任何蒸汽排放的速率加热压力容器内的水。这可以通过计算导致维持最小再充填潜能的水添加速率来实现，例如基于加热器的当前和/或预测功率输出(其本身可以被限制为可从电源可用的功率)以及当前和/或预测需求。

在方框824中，将过冷水以确定的量供应到压力容器，且方法重复到方框802。如上所述，该方法可在实际提供所确定的过冷水量之前重复，使得该方法基于主要的和/或预测的条件连续地重新评估是否供应过冷液体。

当液体量达到水的目标峰值质量并且方法返回到方法800的方框808时，控制器确定以具有闪蒸优先的再充填模式操作，从而防止进一步添加过冷液体，同时允许存储压力逐渐建立到目标峰值存储压力。

以上描述提供了操作设施以对过冷水供应和加热的分布进行阶段划分至前载供水(同时维持最小再充填闪蒸潜能)的示例。如本文别处所述，这可导致水温在再充填时段的相对长的时段内维持较低，仅朝向与操作的最终阶段中的存储时段相对应的温度升高。这可以减少通过压力容器的壁的热损失。

应当再次参考如上面参考图3a-4b描述的存储压力、液位、闪蒸潜能和液位余量的示例分布，图3a-4b描述了与如上所述的耗减模式下的操作相对应的耗减时段以及与再充填模式下的操作相对应的再充填时段，其具有闪蒸优先和水优先的相应阶段。

在上述示例方法中，并且特别是在图5的控制蒸汽向热负载或多个热负载排放的示例方法500中，可以是各个热负载的所有热能需求，而不参考负载的优先级，直到闪蒸潜能(或有用的闪蒸潜能)被耗尽。

然而，可以的是，例如在图5的方法500的方框520中评估标准以确定是否满足相应负载的热能需求以便节省闪蒸潜能。例如，可以评估与闪蒸潜能是否足以满足多个负载的预测需求相对应的标准。如果评估对应于闪蒸潜能足以满足预测需求，则控制器继续操作设施，使得蒸汽以满足相应需求的速率排放到各个负载。然而，如果评估对应于闪蒸潜能不足以满足预测的需求，则控制器操作设施以优先于较低优先级负载而优先将蒸汽排放到一个或多个较高优先级负载。例如，控制器可以存储或以其他方式访问指定相应热负载的相对优先级的优先级数据。例如，消毒负载可以具有比加热(例如优先级4)相对更高的优先级(例如优先级10)。优先级数据可以以任何适当的方式来定义，其中简单的实现方式是定义高或低优先级(例如分别为1或0)的数据。

该标准可以是用于评估是否能够通过从存储在压力容器中的水排放蒸汽来满足预测需求的任何合适的标准。在相对简单的示例实现方式中，该标准可以对应于确定闪蒸潜能在相应时间内是高于还是低于预定量。例如，在调试设施以满足在预定时间段内相对恒定的需求(例如在09:00和16:00之间的200kg/hr的需求)的情况下，设施可以被配置为通过将压力容器的存储压力从峰值存储条件(即，液位处于目标峰值液位，并且存储压力处于目标峰值存储压力)降低来满足在该时间段内的对应可用需求(例如1400kg)。继续该示例，可以预期，到12:00时已经排放了不多于600kg的蒸汽，或者在12:00时压力容器中的存储压力和/或液位对应于至少800kg的闪蒸潜能，同时维持零或正的液位余量。

该标准可以被定义为确定存储压力在与可用需求相对应的特定时间是高于还是低于预定最小存储压力，或高于还是低于作为时间的函数而确定的最小存储压力。例如，在12:00时的最小存储压力可以是1.8MPa，在14:00时的最小存储压力可以是1.6MPa。低于最小存储压力的存储压力将对应于高于预期的需求，从而指示容器中的闪蒸潜能可能不足以满足预测的需求(基于200kg/hr的继续使用)。可以基于任何合适的参数(例如基于存储温度(其与压力相关)、液位(高度或体积/体积分数)，或基于闪蒸潜能和/或液位余量的直接计算/估计，例如使用监测的液位和存储压力信息)来执行类似的评估。这种评估可以考虑如本文别处所述的加热器的预测功率输出。

在其它示例实现方式中，标准可以被定义为比较预测需求与可用需求(即，基于压力容器的热能存储容量已知为可用的需求)。可用需求可以基于压力容器的当前条件(例如存储压力和液位)来评估，或者它可以是对应于从峰值存储条件(即，液位处于目标峰值液位，并且存储压力处于目标峰值存储压力)耗减的总可用需求。当可用需求以可排放的蒸汽量表达时，其相当于当液位余量为零或正时的闪蒸潜能(或相当于如本文别处所定义的有用闪蒸潜能)。类似地，预测需求可以是未来时间段内的预测需求(例如在评估标准的时刻开始)，或者其可以替代性地包括在耗减时段期间已经通过蒸汽排放满足的需求(即，其可以是耗减时段内的预测总需求)。在后一种情况下，标准可以不直接涉及压力容器的当前可用需求或当前闪蒸潜能，而是可以仅考虑预测的总需求是否超过与从峰值存储条件耗减相对应的总可用需求或总闪蒸潜能。

确定可用需求、闪蒸潜能、液位余量和/或有用闪蒸潜能可以考虑如本文别处所述的加热器的预测功率输出，其中加热功率的可用性具有减缓存储压力下降以排放给定量蒸汽的效果。

在图1的示例设施100中，控制器200被配置为评估基于从09:00-17:00的耗减时段内的预测需求和在该时段期间确定的闪蒸潜能的并且在耗减时段期间重复地评估的标准。预测需求被确定为在耗减时段期间所需的蒸汽的质量(例如以kgs为单位)，其中与加热相对应的需求是由控制器根据预报天气条件确定的预测需求，并且与消毒相对应的需求是与在过去6周内的一周中的同一天(例如6个最近的星期四，如果今天是星期四)的历史需求的平均值相对应的预测需求。例如，控制器可以接收包括一天或耗减时段内的平均预报环境温度的天气预报数据，并且可以评估将作为平均预报环境温度的函数的基线加热需求作为因素的函数。在其他示例中，加热需求和/或消毒需求可以至少部分地基于特定天的其他数据来确定。例如，可以基于根据设备10的中央日历系统预测将使用的房间的数量来预测加热需求，或者可以基于存储与在相应的一天要执行的消毒工作相关的信息的数据库来预测消毒需求。

在该示例中，基于当前存储条件(即压力容器中的当前存储压力(基于压力信号)和压力容器中的当前液位(基于液位信号))在相应的时间确定闪蒸潜能，并且闪蒸潜能被表达为蒸汽的质量(例如以kgs为单位)。基于当前存储条件并且基于如本文别处所述的加热器的预测功率输出，将闪蒸潜能确定为预测闪蒸潜能。例如，控制器200可以接收由控制器从本地电源接收的功率预测数据(例如指定如由例如风力涡轮机或微电网的本地电源的控制器基于天气预报数据预测的在多个10分钟时间段内的功率可用性的预测量)，并且控制器200可以基于当前存储条件、预测需求和加热器的预测功率输出来模拟压力容器中的存储条件到耗减时段结束的分布。

在该示例中，通过确定液位余量是否被预测为在如所模拟的耗减时段期间变为负，来评估与闪蒸潜能是否足以满足预测需求相对应的标准。

当控制器200评估该标准并确定闪蒸潜能不足以满足预测需求时，控制器采取响应动作以通过较低优先级负载来减少蒸汽消耗。

在该特定示例中，控制器200存储优先级数据，该优先级数据限定各个热负载的优先级，并且特别地，第一热负载30(加热系统)的优先级为0(低优先级)，第二热负载40(消毒系统)的优先级为1(高优先级)。基于优先级数据，控制器通过将负载削减信号传送到控制第一热负载的设备10的控制器来采取响应动作，指示满足负载的热能需求的减少的容量。因此，设备10可过渡到低功率消耗模式(例如通过为系统设置较低温度设定点)，从而减少热能需求。

在其它示例中，控制器200可采取其它响应动作，例如通过控制用于一个或多个低优先级热负载的相应控制阀以防止将蒸汽排放到相应负载，而不管相应的热能需求，或者通过控制相应控制阀以排放蒸汽来仅部分地满足相应的热能需求。

图9示出了安装以便与工业设备90一起使用的另一示例热能存储和供应设施900。该设施和工业设备的许多部件大致如上面参考图1的示例所述，并且类似的附图标记用于类似的部件。

特别地，工业设备90中的类似部件包括单个热设备负载40，其为加热系统，并且通过闭合回路132热联接到设施900的热交换器930，如上文参考图1的示例工业设备10所述。

在本段中讨论了设施900中的类似部件，它们都如上文参考图1所述，并且包括设有加热器112和关联电源113并容纳具有液位113的水的压力容器110。压力容器设置有脱气机120，其通过入口泵122从过冷水供应150被供给过冷液体。压力容器110具有将蒸汽排放到排放管线101的出口116。传感设备包括如上所述布置在压力容器内的液位传感器214和压力传感器210。热交换器930被提供作为接收从压力容器排放的蒸汽的设施的热负载，但与如下所述的热交换器130不同。

设施900与上面参考图1所述的设施的不同之处在于，热交换器930相对于压力容器110定向，以在压力容器和热交换器之间限定热虹吸管，由此在热交换器内冷凝的排放蒸汽形成过冷水的柱，该柱经由冷凝物返回管线903返回到压力容器的下部处的冷凝物入口。特别地，热交换器930布置在比压力容器更高的位置处(并且因此高于压力容器中的峰值液态水位，其被表达为高度)，例如高出在热交换器的热交换元件的最高点和压力容器的最高点之间测量的至少0.5m的高度差(例如高出0.5m至2m，例如0.6m或1m)。由于热交换器中的冷凝位置处于比压力容器的最高点或比压力容器中的填充液位的操作范围更高的位置，例如高出至少0.1m、例如至少0.2m、例如在0.1m和2m之间的高度差，热交换器可以布置在比压力容器更高的位置。控制器920被配置为以与存储压力的最小压降将蒸汽排放到热交换器，使得给定热交换器的相对位置，存在足够的水头以在重力作用下以任何填充液位将过冷水返回到压力容器。认为热交换器冷凝蒸汽的作用促进了蒸汽以热虹吸管的方式从压力容器的连续流动。进一步地，热交换器930中的过冷增加水的密度，并促进再循环回到压力容器110。

控制器可将控制阀915控制为完全打开，使得蒸汽大致以存储压力排放。在热负载的过多蒸汽流量的情况下，控制器可以将控制阀控制为在工作循环打开以在一个时间段内计量流量(例如在给定时间段中打开60％的时间并且关闭40％的时间)。在变型实施例中，代替在压力容器的出口处存在排放控制阀915，或者除了该控制阀915之外，可以存在沿着冷凝物返回管线903布置的冷凝物管线控制阀915'，其将冷凝物从热交换器930输送到压力容器110。控制器可以可操作地联接(未示出)以控制冷凝物管线控制阀915'，从而计量(例如选择性地允许)在热交换器930中和下游形成的冷凝物柱返回到压力容器。当冷凝物管线控制阀915'关闭时，冷凝物累积在热交换器930中，使得没有另外的蒸汽能够进入热交换器930，从而限制蒸汽从压力容器的排放。

通过压力容器的出口处的控制阀915(如果存在)进行的任何压力降低可以被控制以改变由柱施加的压力，从而允许冷凝物返回到压力容器。类似地，可控制热交换器930处的过冷量来改变过冷水的密度，从而控制热虹吸管流。更进一步，通过建模可以为任何特定设施选择合适的高度，以确保作为热虹吸管在期望的条件范围内的连续操作。

由于仅有单个热负载930，在该示例中，存在沿着排放管线101可操作地联接到控制器的单个排放控制阀915，其用于控制蒸汽到热交换器930的排放(如上所述，这仍然是可选的)。在出口/排放控制阀915的下游，有流量计916和压力传感器918，其联接到控制器920，以分别提供流量信号和压力信号。在该简化的示例中，排放管线101仅将蒸汽排放到单个分配管线902，其延伸到热交换器930，但被单独地描述，如将理解的，在变型示例中，可存在多个分支分配管线。

控制器920大致如上文参考图1的控制器200在基于来自热设备负载40的需求信号确定需求方面以及在使用加热器112控制压力容器内的水的加热方面所述。控制器920被配置为通过控制排放控制阀915而基于从热设备负载40接收的需求信号来控制蒸汽的排放。在该示例中，控制器920使得排放控制阀915打开，以在处于或稍微低于存储压力的可变排放压力下排放蒸汽，从而提供允许满足需求的热交换器930内的目标传热速率的蒸汽的流速。与图1的热交换器130一样，控制器920被配置为在选择性地将蒸汽排放到热交换器930以进行传热时启动与传热回路132相关联的传热泵133。在上述变型示例中，控制器920可控制冷凝物管线控制阀915'，以便以允许满足需求的热交换器930内的目标传热速率的蒸汽的流速来控制蒸汽向热交换器的排放。

由于存在用于使冷凝物返回到压力容器的热虹吸管布置，过冷水自然地返回到压力容器，而无需由控制器920控制，除非控制器限制返回流以便控制蒸汽从压力容器的排放。控制器920被配置为控制如上所述的从水供应经由脱气机120到压力容器的过冷水的初始供应，在该示例中水供应被示出为供水容器150，但是在其他示例中可以是另一水源。

在使用中，如上所述，从水源向压力容器110提供初始供应的水至目标峰值水质量。控制器920操作加热器112以将水加热到目标峰值存储压力，例如至少2MPa。响应于对热能的需求(例如基于从热设备负载40接收的需求信号)，控制器920控制排放控制阀915打开以降低压力容器内的存储压力，从而闪蒸压力容器内的液态水，液态水经由排放控制阀915选择性地排放。替代性地，可以控制冷凝物管线控制阀915'以允许蒸汽从容器排放。

蒸汽以排放压力被提供到位于压力容器110上方的热交换器930，在热交换器930内冷凝以放出其蒸发潜热，用于传热到传热回路132中的工作流体，该工作流体然后将热传递到热设备负载40(加热系统)。响应于对热能的需求，控制器920还操作传热回路132的泵133，准备从待在热交换器930处接收的蒸汽进行传热。

蒸汽在热交换器930内例如被过冷至少10℃，并且由于热交换器930和压力容器之间的过冷水的柱的压头(连同由于蒸汽的流速的任何速度头)而通过热虹吸管机构返回到压力容器110。返回到压力容器的冷凝物可以引起压力容器内的液态水的热分层，使得在与蒸汽的界面处的液态水保持在饱和温度，以便在通过打开相应的排放控制阀而降低存储压力时立即闪蒸。

控制器920独立地控制加热器112，以通过图6的方法600加热压力容器内的水。

如上所述，设施900可以被操作为例如在如上所述的耗减时段和再充填时段中对大量储备的热能进行排放并且随后再充填。特别地，蒸汽可以在耗减时段期间以一定速率排放至热负载930，使得来自压力容器的焓损失(考虑来自热交换器930的过冷水的回流的焓)大于经由加热器提供给压力容器内的水的输入能量，并且这可以导致压力容器内的水的存储压力从目标峰值存储压力(例如至少2MPa)显著地降低，例如降低至少1MPa。类似地，在没有需求或需求相对较低的时段期间，来自加热器的输入能量可大于由于蒸汽的排放而产生的任何焓损失(再次考虑来自热交换器930的过冷水的返回流的焓)，使得存储压力在再充填时段期间升高，并且可升高显著的量，例如至少1MPa。

如将理解的，图9的热虹吸管设施900的操作不涉及用于确定过冷水供应的阶段划分的任何程序，因为过冷水经由热虹吸管布置从热交换器930连续地返回，

如本文所述的热能存储和供应设施可以具有到非本地电网的连接(本文称为“电网功率”，而从微电网汲取的功率被认为是从本地电源汲取的)，并且该设施的控制器可以被配置为基于与以下各项相对应的标准来评估用于汲取电网功率的标准：(i)基于来自本地电源的功率供应在耗减时段期间不足以满足热能需求的加热器的预测功率输出；和/或(ii)基于来自本地电源的功率供应在再充填时段期间不足以满足目标峰值存储条件(例如用于目标峰值水质量的目标峰值存储压力)的加热器的预测功率输出。

当基于(i)或(ii)确定补充电网功率的需求时，控制器可以基于成本确定何时和/或是否汲取电网功率。例如，可以的是，在白天期间功率成本相对较高，而在夜晚期间功率成本相对较低。因此，当功率成本相对低时，标准可以被偏置以允许从电网电源汲取功率。标准可以基于压力容器的当前或预测条件，例如在一个时间段内的当前或预测的闪蒸潜能或液位余量。如本文别处所述，预测的闪蒸潜能可基于预测的热能需求和/或预测的加热器功率输出(对应于预测的加热功率可用性)。因此，当确定否则将损害设施满足需求的能力时，该标准可以允许以相对较高的成本从电源汲取功率。另外地或替代性地，该标准可以被定义为使得当存在对补充电网功率的需求但能量成本相对高时，限制对相对较低优先级热负载的蒸汽供应，同时维持对较高优先级热负载的蒸汽供应，如本文别处所述。

仅以示例的方式，该设施可以具有包括风力电源和到非本地电网的电网连接的本地电源，并且相关联的工业设备可以被操作，使得每天在从09:00开始的白天时间期间存在相对高的热能需求，其中最小热能需求在18:00和09:00之间。基于压力容器内在18:00时的条件，控制器可确定在夜间再充填时段中供应700kW的加热，以便到09:00达到目标峰值存储压力和目标液态水位。在再充填时段开始时，控制器可以基于加热器的历史功率可用性数据和/或基于预报天气条件(这两者都可以通过参考提供给控制器或存储在控制器可访问的数据库中的历史功率可用性数据和/或天气预报数据来确定)来预测900kW的来自用于加热器的风力电源的功率可用性。在再充填时段内的中间时间(例如03:00)，控制器可以例如基于更新的天气预报条件来确定在再充填时段内的预测功率可用性仅为600kW。基于该确定，控制器可以确定从电网电源汲取功率补充功率。控制器可基于压力容器中的当前和/或预测条件来确定可开始补充功率汲取的最近时间，并且延迟汲取补充功率直到该最近时间。特别地，加热器可具有最大功率输出(例如120kW)。进一步地，可以的是，将过冷液体引入压力容器的速率受到同时加热的量(例如以维持闪蒸潜能，同时允许液位余量升高)和/或受到这种过冷液体可在充分脱气的同时被引入的速率的限制。

本发明扩展到以下编号的示例的主题：

示例1.一种热能存储和供应的方法，包括：

向压力容器提供过冷水；

使用电动加热器加热压力容器内的液态水，使得容器包含处于可变存储压力的饱和液态水和蒸汽；

控制加热器将存储压力升高到峰值存储压力，其中，峰值存储压力为至少0.5MPa，例如至少1MPa或至少2MPa；

响应于热能需求，选择性地将蒸汽从压力容器的出口排放到热负载，使得在耗减时段期间，存储压力从峰值存储压力减小，例如减少峰值存储压力的至少50％。

示例2.根据示例1的方法，其中，

排放的蒸汽直接提供给热负载，而不穿过中间蒸汽蓄积器；或者

压力容器与热负载之间的任何一个或多个蒸汽蓄积器具有小于压力容器的容积的总容积。

示例3.根据示例1或2的方法，其中，包括：在耗减时段期间操作加热器，可选地同时选择性地排放蒸汽。

示例4.根据前述示例中任一项的方法，其中，包括：操作加热器而不同时向压力容器提供过冷水：

在部分或全部耗减时段内；和/或

在部分或全部再充填时段内，在再充填时段中，存储压力增加到峰值存储压力，例如增加峰值存储压力的至少50％。

示例5.根据前述示例中任一项的方法，其中，在耗减时段期间，蒸汽从出口排放，使得压力容器内的液态水的液位下降到加热器操作的下限液位以下；

可选地，其中，当水的液位高于下限液位时，控制器在耗减时段期间操作加热器，同时排放蒸汽，并且其中，控制器停用加热器以便继续排放蒸汽超过下限液位。

示例6.根据前述示例中任一项的方法，其中，蒸汽在排放压力下被排放到热负载；并且

其中，当存储压力大于排放压力时，过冷水被提供给容器。

示例7.根据示例6的方法，其中，峰值存储压力超过过冷水被提供给容器的最大供水压力。

示例8.根据示例6或7的方法，其中，过冷水在耗减时段期间提供给压力容器；可选地其中，在耗减时段期间提供给压力容器的过冷水的质量不多于在耗减时段期间排放的蒸汽的质量的50％，例如不多于25％、不多于10％或不多于5％。

示例9.根据示例1至6中任一项的方法，其中，热负载包括相对于压力容器定向的热交换器，使得在压力容器与热交换器之间建立热虹吸管，使得在热交换器内冷凝的排放蒸汽形成过冷水的柱，柱在耗减时段期间返回到在压力容器的下部处的冷凝物入口。

示例10.根据示例9的方法，其中，

热交换器布置在比冷凝物入口更高的位置处，以提供足够的水头，以使过冷水在重力作用下返回到压力容器；和/或

其中，相对于与存储压力相对应的饱和温度，热交换器将热交换器内的水过冷至少10℃。

示例11.根据示例6至10中任一项的方法，其中，过冷水以进入流速提供到压力容器，使得存储压力随着过冷水的提供而减小。

示例12.根据前述示例中任一项的方法，其中，闪蒸潜能对应于在存储压力达到用于维持蒸汽向热负载排放的下限压力之前能够从压力容器内的液态水闪蒸的蒸汽量；并且

其中，液位余量对应于在排放闪蒸潜能时压力容器内的液态水高于加热器操作的下限量的量；

方法包括：

评估与液位余量是正还是负相对应的标准；以及

基于评估，向压力容器提供过冷水以增加液位余量并降低闪蒸潜能。

示例13.根据示例12的方法，其中，闪蒸潜能是预测的闪蒸潜能，其是在一个时间段内的预测需求和/或加热器的预测功率输出的函数，并且其中，液位余量基于预测的闪蒸潜能在时间段内的排放而是预测液位余量。

示例14.根据示例13的方法，其中，预测需求基于历史需求数据，例如装置(例如设施)的历史蒸汽或热需求数据；和/或

其中，预测需求基于预报天气条件；和/或

其中，加热器的预测功率输出基于加热器的历史功率可用性数据；和/或

其中，加热器的预测功率输出基于预报天气条件。

示例15.根据前述示例中任一项的方法，其中，存在包括第一热负载和第二热负载的多个热负载；

其中，蒸汽基于相应的热能需求经由相应的控制阀从压力容器选择性地排放到各个热负载；

其中，闪蒸潜能对应于在存储压力达到用于维持蒸汽向热负载排放的下限压力之前能够从压力容器内的液态水闪蒸的蒸汽量；方法还包括：

评估与闪蒸潜能是否足以满足多个负载的预测需求相对应的标准；

基于评估和与热负载有关的优先级数据，确定优先于将蒸汽排放到第二热负载以满足相应的第二热能需求，将蒸汽排放到第一热负载以满足相应的第一热能需求。

示例16.根据前述示例中任一项的方法，其中，包括，在再充填时段期间：

加热压力容器中的液体以将存储压力升高再充填压差到峰值存储压力，再充填压差为峰值存储压力的至少50％；

将过冷水提供到压力容器以达到压力容器中的峰值水质量，峰值水质量对应于在峰值存储压力下的峰值液位；

可选地其中，再充填时段的持续时间至少为耗减时段的持续时间的100％，例如至少125％或至少150％。

示例17.根据示例16的方法，其中，包括：在再充填时段期间对供水的分布进行阶段划分，使得其相对于再充填时段期间的加热分布是前载的。

示例18.根据示例16或17的方法，其中，闪蒸潜能对应于在存储压力达到用于维持蒸汽向热负载排放的下限压力之前能够从压力容器内的液态水闪蒸的蒸汽量；并且

其中，液位余量对应于在排放闪蒸潜能时压力容器内的液态水高于加热器操作的下限量的量；

其中，方法包括：在再充填时段的水优先部分期间，相对于加热的分布对供水的分布进行阶段划分以维持最小再充填闪蒸潜能，同时将压力容器内的水的量增加到目标峰值水质量，使得液位余量逐渐升高；以及

随后在再充填时段的闪蒸优先部分期间加热液态水，以将存储压力升高到峰值存储压力。

示例19.根据示例18的方法，其中，当最小再充填闪蒸潜能对应于预测需求并且预测需求对应于在再充填时段的空闲部分期间没有蒸汽需求时，方法包括：在空闲部分期间提供过冷水以将存储压力降低到下限压力以下，压力随后由于热输入而升高以提供对应于非零需求的闪蒸潜能。

示例20.根据前述示例中任一项的方法，其中，在耗减时段期间压力容器中每单位面积的液位的水的蒸汽排放的最大流速不多于150kg/m²h，例如不多于100kg/m²h或不多于50kg/m²h。

示例21.根据前述示例中任一项的方法，其中，包括：通过输送沿着脱气路径以逆流方式经过的来自压力容器内的蒸汽的脱气流来沿着脱气路径对提供给压力容器的过冷水的进入流进行脱气；

其中，进入流在压力容器的一定范围的存储压力内提供到压力容器中；

其中，蒸汽的脱气流的速度根据进入流的温度和/或进入流与蒸汽之间的温差而变化，以旨在使进入流在该一定范围的存储压力内达到与蒸汽相对应的饱和温度；

可选地其中，通过控制用于排放蒸汽的脱气流和关联夹带气体的控制阀来改变速度；

可选地其中，速度或用于控制速度的控制阀设定通过参考与进入流的温度和/或蒸汽的温度相关的速度或控制阀设定的数据库来确定。

示例22.根据前述示例中任一项的方法，其中，

峰值存储压力是至少2.5MPa，例如至少3Mpa；和/或

其中，在耗减时段期间，存储压力降低至不多于1.5MPa(例如不多于1MPa，或不多于0.8MPa)的值。

示例23.根据前述示例中任一项的方法，其中，

平均耗减功率被定义为在耗减时段期间从压力容器排放的蒸汽的累积焓除以耗减时段的持续时间；并且

最大耗减功率被定义为在一分钟的任何最小功率评估时段期间在耗减时段内排放的蒸汽的最大焓除以最小功率评估时段。

示例24.根据示例23的方法，其中，还包括：

在存储压力增加峰值存储压力的至少50％的再充填时段期间，使用加热器加热压力容器内的液态水；

其中，平均再充填功率被定义为在再充填时段期间由加热器提供给液态水的累积能量除以再充填时段的持续时间；

其中，最大再加热功率被定义为在再充填时段内由加热器向液态水提供能量的最大功率；

其中，平均再加热功率是平均耗减功率的不多于50％；和/或

其中，平均再加热功率是最大耗减功率的不多于50％；和/或

其中，最大再加热功率是最大耗减功率的不多于50％。

示例25.根据示例23或24的方法，其中，(i)在耗减时段期间从压力容器中排放的蒸汽的累积焓与(ii)在再充填时段期间加热器的平均再加热功率的尺寸比是至少25000秒。

示例26.根据前述示例中任一项的方法，其中，使用根据示例27至47中任一项的热能存储和供应装置(例如设施)来进行。

示例27.一种热能存储和供应装置(例如设施)，包括：

压力容器，其用于在0.5MPa(例如1MPa或2Mpa)的存储压力下存储包括饱和液态水和蒸汽的水，压力容器具有将蒸汽排放到热负载的出口；

电动加热器，其被配置为加热存储在压力容器中的液态水以改变压力容器内的存储压力；

控制器，其被配置为通过以下操作来操作热存储设施：

控制加热器加热压力容器内的液态水，以达到至少0.5MPa(例如至少1MPa或至

少2Mpa)的饱和液态水和蒸汽的峰值存储压力；

响应于热能需求，对控制阀进行控制以选择性地将蒸汽从出口排放至热负载；

允许蒸汽排放以满足热能需求，使得存储压力从峰值存储压力降低峰值存储压力的至少50％的耗减压差。

示例28.根据示例27的装置，其中，出口与热负载连通以将排放的蒸汽直接提供给热负载而不穿过中间蒸汽蓄积器；或者

其中，压力容器与热负载之间的任何一个或多个蒸汽蓄积器具有小于压力容器的容积的总容积。

示例29.根据示例27或28的装置，其中，控制器被配置为独立于对控制阀进行控制以选择性地排放蒸汽而控制加热器加热压力容器内的液态水，由此在使用中允许同时加热和排放蒸汽，并且允许加热和排放蒸汽中的每一者而不允许另一者。

示例30.根据示例27至29中任一项的装置，其中，控制器被配置为独立于使过冷水供应到压力容器而控制加热器加热压力容器内的液态水，由此在使用中允许同时加热和过冷水供应，并且允许在不同时供应过冷水的情况下加热。

示例31.根据示例27至30中任一项的装置，其中，控制器被配置为当存储压力大于蒸汽从出口排放到的排放压力时使过冷水供应到压力容器。

示例32.根据示例27至31中任一项的装置，其中，还包括水泵，其被配置为将过冷水供应至压力容器；可选地，其中，水泵具有低于峰值存储压力的最大供水压力。

示例33.根据示例27至32中任一项的装置，其中，还包括过冷水供应容器，其被配置为存储用于供应至压力容器的过冷水；

其中，过冷水供应容器的存储容积与压力容器的存储容积的比率为至少5％；可选地至少7.5％或至少10％。

示例34.根据示例26至33中任一项的装置，其中，控制器被配置为选择性地在延长的耗减模式下操作，在延长的耗减模式下，控制器允许蒸汽被排放，使得在耗减时段期间压力容器内的液态水的液位下降到低于加热器操作的下限液位，其中，当液位低于加热器的操作的下限液位时，控制器防止利用加热器进行加热；

可选地其中，控制器被配置为选择性地以加热耗减模式操作加热器，在加热耗减模式下，控制器防止将导致液位下降到下限液位以下的蒸汽排放；其中，当液位低于下限液位时，控制器允许利用加热器进行加热。

示例35.根据示例27至31中任一项的装置，其中，热负载包括热交换器，其相对于压力容器定向，以在压力容器和热交换器之间限定热虹吸管，由此在热交换器内冷凝的排放蒸汽形成过冷水的柱，柱返回到在压力容器的下部处的冷凝物入口。

示例36.根据示例35的装置，其中，热交换器布置在比压力容器高的位置处，并且控制器被配置为使蒸汽以排放压力排放到热交换器，排放压力被选择为使得给定热交换器的相对位置，存在足够的水头以使过冷水在重力作用下返回到压力容器；和/或

其中，控制器被配置为控制热交换器处的热交换，使得水被过冷至少10℃。

示例37.根据示例27至36中任一项的装置，其中，包括：液位传感器，其被配置为向控制器提供对应于压力容器内的水的液位的液位信号；和/或

存储压力传感器，其被配置为向控制器提供对应于压力容器内的水的压力的压力信号；和/或

存储温度传感器，其被配置为向控制器提供对应于压力容器内的水的温度的温度信号；和/或

排放压力传感器，其被配置为向控制器提供与蒸汽从压力容器的出口排放到的排放压力相对应的压力信号；和/或

排放流量计，其被配置为向控制器提供对应于出口下游的蒸汽的流速的流速信号；和/或

进入流量计，其被配置为向控制器提供对应于提供给压力容器的过冷水的流速的流速信号。

示例38.根据示例27至37中任一项的装置，其中，闪蒸潜能对应于在存储压力达到用于维持蒸汽向热负载排放的下限压力之前能够从压力容器内的液态水闪蒸的蒸汽量；并且

其中，液位余量对应于在排放闪蒸潜能时压力容器内的液态水高于加热器操作的下限量的量；

其中，控制器被配置为基于预定设定(例如时间相关设定)、基于用户输入或基于预测需求分布和/或加热器的预测功率输出分布来选择以再充填模式或耗减模式操作热存储装置；

其中，在耗减模式下，控制器被配置为评估与液位余量是正还是负相对应的标准；以及当评估对应于液位余量为负时，向压力容器提供过冷水以增加液位余量并降低闪蒸潜能；和/或

其中，在再充填模式下，控制器被配置为相对于加热的分布对供水的分布进行阶段划分以(i)维持最小再充填闪蒸潜能，最小再充填闪蒸潜能是预定闪蒸潜能或对应于预测需求，同时压力容器中的液位余量和水量逐渐增加到对应于峰值存储压力下的目标液位的目标水质量；以及(ii)随后加热液态水以将存储压力升高到峰值存储压力。

示例39.根据示例38的装置，其中，闪蒸潜能是预测的闪蒸潜能，并且其中，控制器被配置为根据在一个时间段内的预测需求和/或加热器的预测功率输出预测闪蒸潜能；

其中，液位余量是预测的液位余量，其中，控制器被配置为基于预测的闪蒸潜能在时间段内的排放来预测液位余量。

示例40.根据示例38或39的装置，其中，控制器被配置为基于历史需求数据(例如用于装置的历史蒸汽或热需求数据)确定预测需求；和/或

其中，控制器被配置为基于预报天气条件来确定预测需求；和/或

其中，控制器被配置为基于加热器的历史功率可用性数据来确定加热器的预测功率输出；和/或

其中，控制器被配置为基于预报天气条件来确定加热器的预测功率输出。

示例41.根据示例38至40中任一项的装置，其中，在再充填模式下，控制器被配置为使得当预测需求对应于在再充填时段的空闲部分期间没有蒸汽需求时，控制器使得供应过冷水以在空闲部分期间将存储压力降低到下限压力以下；

可选地其中，控制器被配置为随后通过加热压力容器内的液态水来升高存储压力，以提供对应于非零需求的闪蒸潜能。

示例42.根据示例27至41中任一项的装置，其中，控制器被配置为对控制阀进行控制，使得蒸汽以压力容器中每单位面积的液位的水的最大流速被选择性地排放，最大流速不多于150kg/m²h，例如不多于100kg/m²h或不多于50kg/m²h。

示例43.根据示例27至41中任一项的装置，其中，压力容器被配置为经由相应的控制阀将蒸汽排放到多个热负载，包括第一热负载和第二热负载；

其中，控制器被配置为评估与闪蒸潜能是否足以满足多个负载的预测需求相对应的标准；

其中，响应于评估的结果，控制器被配置为评估指定热负载的相对优先级的优先级数据，并且在优先排放模式下操作，在优先排放模式下，控制器优先于控制蒸汽的选择性排放以满足相对较低优先级热负载的热能需求，而控制蒸汽的选择性排放以满足相对较高优先级热负载的热能需求。

示例44.根据示例27至43中任一项的装置，其中，被配置为以开放布置以从压力容器排放的蒸汽的形式将水提供给热负载，通过开放布置，热负载消耗作为蒸汽提供的水，而没有作为冷凝物的水的对应返回；并且

其中，控制器被配置为以在0.5MPa至1.0Mpa之间的最小排放压力将蒸汽排放到热负载，或者热负载被配置为以在0.5MPa至1.0MPa之间的最小排放压力接收排放的蒸汽。

示例45.根据示例27至44中任一项的装置，其中，被配置为将从压力容器排放的蒸汽供应到至少两个热负载；

可选地其中，

热存储装置被配置为以开放布置将从压力容器排放的蒸汽形式的水提供给一个热负载，通过开放布置，水被置于与外来过程流体或物品接触和/或从热负载排放而没有作为冷凝物的水的对应返回；和/或

热存储装置被配置为以闭环将从压力容器排放的蒸汽形式的水提供给一个热负载，通过闭环，水例如经由过冷供应容器作为过冷水至少部分地返回到压力容器。

示例46.根据示例27至45中任一项的装置，其中，压力容器设置有脱气机，脱气机被配置为沿着脱气路径接收过冷水的进入流，并且被配置为沿着脱气路径以逆流的方式引导来自压力容器内的蒸汽的脱气流；

其中，控制器被配置为根据进入流的温度和/或蒸汽的温度来改变蒸汽的脱气流的速度，以旨在使进入流在一定范围的存储压力内沿着脱气路径达到与蒸汽相对应的饱和温度；

可选地其中，控制器被配置为通过控制用于从脱气机排放蒸汽的脱气流和关联夹带气体的控制阀来改变速度；并且

可选地其中，控制器被配置为通过参考与进入流的温度和/或蒸汽的温度相关的速度或控制阀设定的数据库来控制速度或用于控制速度的控制阀设定。

示例47.根据示例27至46中任一项的装置，其中，加热器被安装在压力容器内，使得加热器的操作的下限液位对应于不多于60％(例如不多于50％、不多于40％或不多于30％)的压力容器内的水的液体分数。

Claims (47)

1.一种热能存储和供应的方法，包括：

向压力容器提供过冷水；

使用电动加热器加热所述压力容器内的液态水，使得所述容器包含处于可变存储压力的饱和液态水和蒸汽；

控制所述加热器将所述存储压力升高到至少2MPa的峰值存储压力；

响应于热能需求，选择性地将蒸汽从所述压力容器的出口排放到热负载，使得在耗减时段期间，所述存储压力从所述峰值存储压力减小至少1MPa。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，

所排放的蒸汽直接提供给所述热负载，而不穿过中间蒸汽蓄积器；或者

所述压力容器与所述热负载之间的任何一个或多个蒸汽蓄积器具有小于所述压力容器的容积的总容积。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，包括：在所述耗减时段期间操作所述加热器，可选地同时选择性地排放蒸汽。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，包括：操作所述加热器而不同时向所述压力容器提供过冷水：

在部分或全部所述耗减时段内；和/或

在部分或全部再充填时段内，在所述再充填时段中，所述存储压力增加至少1MPa到至少2MPa的峰值存储压力。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述耗减时段期间，蒸汽从所述出口排放，使得所述压力容器内的液态水的液位下降到所述加热器操作的下限液位以下；

可选地，其中，当水的所述液位高于所述下限液位时，所述控制器在所述耗减时段期间操作所述加热器，同时排放蒸汽，并且其中，所述控制器停用所述加热器以便继续排放蒸汽超过所述下限液位。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，蒸汽在排放压力下被排放到所述热负载；并且

其中，当所述存储压力大于所述排放压力时，过冷水被提供给所述容器。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述峰值存储压力超过过冷水被提供给所述容器的最大供水压力。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，所述过冷水在所述耗减时段期间提供给所述压力容器；可选地其中，在所述耗减时段期间提供给所述压力容器的过冷水的质量不多于在所述耗减时段期间排放的蒸汽的质量的50％，例如不多于25％、不多于10％或不多于5％。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述热负载包括相对于所述压力容器定向的热交换器，使得在所述压力容器与所述热交换器之间建立热虹吸管，使得在所述热交换器内冷凝的排放的蒸汽形成过冷水的柱，所述柱在所述耗减时段期间返回到在所述压力容器的下部处的冷凝物入口。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，

所述热交换器布置在比所述冷凝物入口更高的位置处，以提供足够的水头，以使所述过冷水在重力作用下返回到所述压力容器；和/或

其中，相对于与所述存储压力相对应的饱和温度，所述热交换器将所述热交换器内的所述水过冷至少10℃。

11.根据权利要求6至10中任一项所述的方法，其中，所述过冷水以进入流速提供到所述压力容器，使得所述存储压力随着所述过冷水的提供而减小。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，闪蒸潜能对应于在所述存储压力达到用于维持蒸汽向所述热负载排放的下限压力之前能够从所述压力容器内的液态水闪蒸的蒸汽量；并且

其中，液位余量对应于在排放所述闪蒸潜能时所述压力容器内的液态水高于所述加热器操作的下限量的量；

所述方法包括：

评估与所述液位余量是正还是负相对应的标准；

基于所述评估，向所述压力容器提供过冷水以增加所述液位余量并降低所述闪蒸潜能。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述闪蒸潜能是预测的闪蒸潜能，所述预测的闪蒸潜能是在一个时间段内的所述加热器的预测功率输出和/或预测需求的函数，并且其中，所述液位余量是基于所述预测的闪蒸潜能在所述一个时间段内的排放的预测液位余量。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述预测需求基于历史需求数据，例如设施的历史蒸汽或热需求数据；和/或

其中，所述预测需求基于预报天气条件；和/或

其中，所述加热器的所述预测功率输出基于所述加热器的历史功率可用性数据；和/或

其中，所述加热器的所述预测功率输出基于预报天气条件。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，存在包括第一热负载和第二热负载的多个热负载；

其中，蒸汽基于相应的热能需求经由相应的控制阀从所述压力容器选择性地排放到各个所述热负载；

其中，闪蒸潜能对应于在所述存储压力达到用于维持蒸汽向所述热负载排放的下限压力之前能够从所述压力容器内的液态水闪蒸的蒸汽量；所述方法还包括：

评估与所述闪蒸潜能是否足以满足所述多个负载的预测需求相对应的标准；

基于所述评估和与所述热负载有关的优先级数据，确定优先于将蒸汽排放到所述第二热负载以满足相应的第二热能需求，将蒸汽排放到所述第一热负载以满足相应的第一热能需求。

16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，包括，在再充填时段期间：

加热所述压力容器中的液体以将所述存储压力升高至少1MPa至至少2MPa的峰值存储压力；

将过冷水提供到所述压力容器以达到所述压力容器中的峰值水质量，所述峰值水质量对应于在所述峰值存储压力下的峰值液位；

可选地其中，所述再充填时段的持续时间至少为所述耗减时段的持续时间的100％，例如至少125％或至少150％。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，包括：在所述再充填时段期间对供水的分布进行阶段划分，使得所述供水的分布相对于所述再充填时段期间的加热分布是前载的。

18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，闪蒸潜能对应于在所述存储压力达到用于维持蒸汽向所述热负载排放的下限压力之前能够从所述压力容器内的液态水闪蒸的蒸汽量；并且

其中，液位余量对应于在排放所述闪蒸潜能时所述压力容器内的液态水高于所述加热器操作的下限量的量；

其中，所述方法包括：在所述再充填时段的水优先部分期间，相对于加热的分布对供水的分布进行阶段划分以维持最小再充填闪蒸潜能，同时将所述压力容器内的水的量增加到所述目标峰值水质量，使得所述液位余量逐渐升高；以及

随后在所述再充填时段的闪蒸优先部分期间加热所述液态水，以将所述存储压力升高到所述峰值存储压力。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，当所述最小再充填闪蒸潜能对应于预测需求并且所述预测需求对应于在所述再充填时段的空闲部分期间没有蒸汽需求时，所述方法包括：在所述空闲部分期间提供过冷水以将所述存储压力降低到所述下限压力以下，所述压力随后由于热输入而升高以提供对应于非零需求的闪蒸潜能。

20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述耗减时段期间所述压力容器中每单位面积的液位的水的蒸汽排放的最大流速不多于150kg/m²h，例如不多于100kg/m²h或不多于50kg/m²h。

21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：通过输送沿着脱气路径以逆流方式来自所述压力容器内的蒸汽的脱气流来沿着所述脱气路径对提供给所述压力容器的过冷水的进入流进行脱气；

其中，所述进入流在所述压力容器的一定范围的存储压力内提供到所述压力容器中；

其中，蒸汽的所述脱气流的速度根据所述进入流的温度和/或所述进入流与所述蒸汽之间的温差而变化，以旨在使所述进入流在所述一定范围的存储压力内达到与所述蒸汽相对应的饱和温度；

可选地其中，通过控制用于排放蒸汽的所述脱气流和关联夹带气体的控制阀来改变所述速度；

可选地其中，所述速度或用于控制所述速度的控制阀设定通过参考与所述进入流的所述温度和/或所述蒸汽的所述温度相关的速度或控制阀设定的数据库来确定。

22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，

所述峰值存储压力是至少2.5MPa，例如至少3Mpa；和/或

其中，在所述耗减时段期间，所述存储压力降低至不多于1.5MPa，例如不多于1MPa，或不多于0.8MPa，的值。

23.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，

平均耗减功率被定义为在所述耗减时段期间从所述压力容器排放的蒸汽的累积焓除以所述耗减时段的持续时间；并且

最大耗减功率被定义为在一分钟的任何最小功率评估时段期间在所述耗减时段内排放的蒸汽的最大焓除以所述最小功率评估时段。

24.根据权利要求23所述的方法，还包括：

在所述存储压力增加至少1MPa的再充填时段期间，使用所述加热器加热所述压力容器内的液态水；

其中，平均再充填功率被定义为在所述再充填时段期间由所述加热器提供给所述液态水的累积能量除以所述再充填时段的持续时间；

其中，最大再加热功率被定义为在所述再充填时段内由所述加热器向所述液态水提供能量的最大功率；

其中，所述平均再加热功率是所述平均耗减功率的不多于50％；和/或

其中，所述平均再加热功率是所述最大耗减功率的不多于50％；和/或

其中，所述最大再加热功率是所述最大耗减功率的不多于50％。

25.根据权利要求23或24所述的方法，其中，(i)在所述耗减时段期间从所述压力容器中排放的蒸汽的累积焓与(ii)在所述再充填时段期间所述加热器的所述平均再加热功率的尺寸比是至少25000秒。

26.根据前述权利要求中任一项所述的方法，使用根据权利要求27至47中任一项的热设施来进行。

27.一种热能存储和供应设施，包括：

压力容器，用于在2MPa的存储压力下存储包括饱和液态水和蒸汽的水，所述压力容器具有将蒸汽排放到热负载的出口；

电动加热器，被配置为加热存储在所述压力容器中的液态水以改变所述压力容器内的存储压力；

控制器，被配置为通过以下来操作所述热存储设施：

控制所述加热器加热所述压力容器内的液态水，以达到至少2MPa的饱和液态水和蒸汽的峰值存储压力；

响应于热能需求，对控制阀进行控制以选择性地将蒸汽从所述出口排放至热负载；

允许蒸汽排放以满足所述热能需求，使得所述存储压力从所述峰值存储压力降低至少1MPa。

28.根据权利要求27所述的设施，其中，所述出口与所述热负载连通以将所排放的蒸汽直接提供给所述热负载而不穿过中间蒸汽蓄积器；或者

其中，所述压力容器与所述热负载之间的任何一个或多个蒸汽蓄积器具有小于所述压力容器的容积的总容积。

29.根据权利要求27或28所述的设施，其中，所述控制器被配置为独立于对所述控制阀进行控制以选择性地排放蒸汽而控制所述加热器加热所述压力容器内的液态水，由此在使用中允许同时加热和排放蒸汽，并且允许加热和排放蒸汽中的每一者而不允许另一者。

30.根据权利要求27至29中任一项所述的设施，其中，所述控制器被配置为独立于使过冷水供应到所述压力容器而控制所述加热器加热所述压力容器内的液态水，由此在使用中允许同时加热和过冷水供应，并且允许在不同时供应过冷水的情况下加热。

31.根据权利要求27至30中任一项所述的设施，其中，所述控制器被配置为当所述存储压力大于蒸汽从所述出口排放到的排放压力时使所述过冷水供应到所述压力容器。

32.根据权利要求27至31中任一项所述的设施，还包括水泵，被配置为将过冷水供应至所述压力容器；可选地，其中，所述水泵具有低于所述峰值存储压力的最大供水压力。

33.根据权利要求27至32中任一项所述的设施，还包括过冷水供应容器，被配置为存储用于供应至所述压力容器的过冷水；

其中，所述过冷水供应容器的存储容积与所述压力容器的存储容积的比率为至少5％；可选地至少7.5％或至少10％。

34.根据权利要求26至33中任一项所述的设施，其中，所述控制器被配置为选择性地在延长的耗减模式下操作，在所述延长的耗减模式下，所述控制器允许蒸汽被排放，使得在所述耗减时段期间所述压力容器内的液态水的液位下降到低于所述加热器的操作的下限液位，其中，当所述液位低于所述加热器的操作的所述下限液位时，所述控制器防止利用所述加热器进行加热；

可选地其中，所述控制器被配置为选择性地以加热耗减模式操作所述加热器，在所述加热耗减模式下，所述控制器防止将导致所述液位下降到所述下限液位以下的蒸汽排放；其中，当所述液位低于所述下限液位时，所述控制器允许利用所述加热器进行加热。

35.根据权利要求27至31中任一项所述的设施，其中，所述热负载包括热交换器，所述热交换器相对于所述压力容器定向，以在所述压力容器和所述热交换器之间限定热虹吸管，由此在所述热交换器内冷凝的排放的蒸汽形成过冷水的柱，所述柱返回到在所述压力容器的下部处的冷凝物入口。

36.根据权利要求35所述的设施，其中，所述热交换器布置在比所述压力容器高的位置处，并且所述控制器被配置为使蒸汽以排放压力排放到所述热交换器，所述排放压力被选择为使得给定所述热交换器的相对位置，存在足够的水头以使所述过冷水在重力作用下返回到所述压力容器；和/或

其中，所述控制器被配置为控制所述热交换器处的热交换，使得所述水被过冷至少10℃。

37.根据权利要求27至36中任一项所述的设施，其中，包括：液位传感器，被配置为向所述控制器提供对应于所述压力容器内的水的液位的液位信号；和/或

包括存储压力传感器，被配置为向所述控制器提供对应于所述压力容器内的水的压力的压力信号；和/或

包括存储温度信号，被配置为向所述控制器提供对应于所述压力容器内的水的温度的温度信号；和/或

包括排放压力传感器，被配置为向所述控制器提供与蒸汽从所述压力容器的所述出口排放到的排放压力相对应的压力信号；和/或

包括排放流量计，被配置为向所述控制器提供对应于所述出口下游的蒸汽的流速的流速信号；和/或

包括进入流量计，被配置为向所述控制器提供对应于提供给所述压力容器的过冷水的流速的流速信号。

38.根据权利要求27至37中任一项所述的设施，其中，闪蒸潜能对应于在所述存储压力达到用于维持蒸汽向所述热负载排放的下限压力之前能够从所述压力容器内的液态水闪蒸的蒸汽量；并且

其中，液位余量对应于在排放所述闪蒸潜能时所述压力容器内的液态水高于所述加热器的操作的下限量的量；

其中，所述控制器被配置为基于预定设定，例如时间相关设定、基于用户输入或基于预测需求分布和/或所述加热器的预测功率输出分布来选择以再充填模式或耗减模式操作所述热存储设施；

其中，在所述耗减模式下，所述控制器被配置为评估与所述液位余量是正还是负相对应的标准；以及当所述评估对应于所述液位余量为负时，向所述压力容器提供过冷水以增加所述液位余量并降低所述闪蒸潜能；和/或

其中，在所述再充填模式下，所述控制器被配置为相对于加热的分布对供水的分布进行阶段划分以(i)维持最小再充填闪蒸潜能，所述最小再充填闪蒸潜能是预定闪蒸潜能或对应于预测需求，同时所述压力容器中的液位余量和水量逐渐增加到对应于所述峰值存储压力下的目标液位的目标水质量；以及(ii)随后加热所述液态水以将所述存储压力升高到所述峰值存储压力。

39.根据权利要求38所述的设施，其中，所述闪蒸潜能是预测的闪蒸潜能，并且其中，所述控制器被配置为根据在一个时间段内的所述加热器的预测功率输出和/或预测需求预测所述闪蒸潜能；

其中，所述液位余量是预测的液位余量，其中，所述控制器被配置为基于所述预测的闪蒸潜能在所述一个时间段内的排放来预测所述液位余量。

40.根据权利要求38或39所述的设施，其中，所述控制器被配置为基于历史需求数据，例如用于所述设施的历史蒸汽或热需求数据，确定所述预测需求；和/或

其中，所述控制器被配置为基于预报天气条件来确定所述预测需求；和/或

其中，所述控制器被配置为基于所述加热器的历史功率可用性数据来确定所述加热器的所述预测功率输出；和/或

其中，所述控制器被配置为基于预报天气条件来确定所述加热器的所述预测功率输出。

41.根据权利要求38至40中任一项所述的设施，其中，在所述再充填模式下，所述控制器被配置为使得当所述预测需求对应于在所述再充填时段的空闲部分期间没有蒸汽需求时，所述控制器使得供应过冷水以在所述空闲部分期间将所述存储压力降低到所述下限压力以下；

可选地其中，所述控制器被配置为随后通过加热所述压力容器内的液态水来升高所述存储压力，以提供对应于非零需求的闪蒸潜能。

42.根据权利要求27至41中任一项所述的设施，其中，所述控制器被配置为对所述控制阀进行控制，使得蒸汽以所述压力容器中每单位面积的液位的水的最大流速被选择性地排放，所述最大流速不多于150kg/m²h，例如不多于100kg/m²h或不多于50kg/m²h。

43.根据权利要求27至41中任一项所述的设施，其中，所述压力容器被配置为经由相应的控制阀将蒸汽排放到多个热负载，包括第一热负载和第二热负载；

其中，所述控制器被配置为评估与所述闪蒸潜能是否足以满足所述多个负载的预测需求相对应的标准；

其中，响应于所述评估的结果，所述控制器被配置为评估指定所述热负载的相对优先级的优先级数据，并且在优先排放模式下操作，在所述优先排放模式下，所述控制器优先于控制蒸汽的选择性排放以满足相对较低优先级热负载的热能需求，而控制蒸汽的选择性排放以满足相对高优先级热负载的热能需求。

44.根据权利要求27至43中任一项所述的设施，被配置为以开放布置以从所述压力容器排放的蒸汽的形式将水提供给所述热负载，通过所述开放布置，所述热负载消耗作为蒸汽提供的所述水，而没有作为冷凝物的所述水的对应返回；并且

其中，所述控制器被配置为以在0.5MPa至1.0Mpa之间的最小排放压力将蒸汽排放到所述热负载，或者所述热负载被配置为以在0.5MPa至1.0MPa之间的最小排放压力接收排放的蒸汽。

45.根据权利要求27至44中任一项所述的设施，被配置为将从所述压力容器排放的蒸汽供应到至少两个热负载；

可选地其中，

所述热存储设施被配置为以开放布置将从所述压力容器排放的蒸汽形式的水提供给一个所述热负载，通过所述开放布置，所述水被置于与外来过程流体或物品接触和/或从所述热负载排放而没有作为冷凝物的所述水的对应返回；和/或

所述热存储设施被配置为以闭环将从所述压力容器排放的蒸汽形式的水提供给一个所述热负载，通过所述闭环，所述水例如经由过冷供应容器作为过冷水至少部分地返回到所述压力容器。

46.根据权利要求27至45中任一项所述的设施，其中，所述压力容器设置有脱气机，所述脱气机被配置为沿着脱气路径接收过冷水的进入流，并且被配置为沿着所述脱气路径以逆流的方式引导来自所述压力容器内的蒸汽的脱气流；

其中，所述控制器被配置为根据所述进入流的温度和/或蒸汽的温度来改变所述蒸汽的脱气流的速度，以旨在使所述进入流在一定范围的存储压力内沿着所述脱气路径达到与所述蒸汽相对应的饱和温度；

可选地其中，所述控制器被配置为通过控制用于从所述脱气机排放所述蒸汽的脱气流和关联夹带气体的控制阀来改变所述速度；并且

可选地其中，所述控制器被配置为通过参考与所述进入流的所述温度和/或所述蒸汽的所述温度相关的速度或控制阀设定的数据库来控制所述速度或用于控制所述速度的控制阀设定。

47.根据权利要求27至46中任一项所述的设施，其中，所述加热器被安装在所述压力容器内，使得所述加热器的操作的下限液位对应于不多于60％，例如不多于50％、不多于40％或不多于30％，的所述压力容器内的水的液体分数。