CN118043134A - 使用旋转生成的热能用于热能储存的方法和装置 - Google Patents

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CN118043134A CN202280066593.4A CN202280066593A CN118043134A CN 118043134 A CN118043134 A CN 118043134A CN 202280066593 A CN202280066593 A CN 202280066593A CN 118043134 A CN118043134 A CN 118043134A
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medium
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T·欧尼
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Coolbrook Oy
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Abstract

提供了通过至少一个旋转装置(100)将热能输入至热能产生和储存过程中的流体介质中的方法，该至少一个旋转装置(100)包括：壳体、转子和多个固定翼片，该壳体具有至少一个入口和至少一个出口，该转子包括布置在安装在转子轴上的转子毂的圆周上的至少一排转子叶片，该多个固定翼片被布置成至少在至少一排转子叶片的上游的组件。在该方法中，借助于当沿着壳体内在入口与出口之间形成的流动路径引导的流体介质流分别穿过固定翼片和旋转叶片时发生的一系列能量转换，将一定量的热能赋予所述流体介质流。该方法还包括：将所述至少一个旋转装置集成到热能产生和储存设施(1000)中，该热能产生和储存设施被配置成在基本上等于或高于500摄氏度(℃)的温度下进行热能产生和储存，并且将一定量的输入能量传导至集成到热能产生和储存设施(1000)中的至少一个旋转装置(100)中，该输入能量包括电能。还提供了旋转装置(100)及相关用途。

Description

使用旋转生成的热能用于热能储存的方法和装置
技术领域
本发明总体上涉及用于将热能(热量)输入至流体中的系统和方法。具体地，本发明涉及用于在高温和极高温下进行的热能产生和储存中优化能源效率并减少温室气体和颗粒排放的工具和过程。
背景技术
工业界和政府一直在努力寻找实现显著减少温室气体(GHG)排放的技术。重工业过程，包括热能的产生和储存，对于实现公司、政府和国际组织设定的低排放目标发挥着关键作用。
热能储存(TES)是解决与可再生能源生产和余热利用的间歇性相关的挑战并缓解能源供需之间的不匹配的关键技术。热能储存具有几种物理实现方式。热能储存材料和系统也有多种分类方式。显热和潜热储存系统利用物理原理，而热化学储存系统还利用化学反应。储能材料种类存在不同的物理相，即固体、液体、气体或相变材料(PCM)。最常见的TES材料类型如下所示。
显热储存(SHS)材料在储存过程中遇到的温度范围内不发生相变。因此，在SHS物质中，储存的能量的量与储存材料中的温度波动大致成正比。SHS物质通常是固体(例如金属、石材和陶瓷)、液体(例如熔融盐)或其组合(例如熔融盐/石材、熔融金属/陶瓷)。SHS材料价格相对较低且操作简单；因此，这些材料的应用相当广泛。
潜热储存(LHS)材料涉及在相变材料中储存能量，该相变材料通常将其物理相从固态变为液态，反之亦然。相变总是伴随热量的吸收或释放，并且在恒定温度下发生。储存的能量相当于熔化和冻结的热量(焓)。PCM可以包括固-固、固-液、固-气和液-气材料种类，其中固-液材料是最常见的材料。典型的固-固材料包括盐，并且典型的固-液材料包括金属和盐。
热化学储存(TCS)材料通过可逆热化学反应储存和释放热量。能量以吸热反应生成的化合物的形式储存，并且可以通过在放热反应中重新结合这些化合物来随时回收能量。储存和释放的能量相当于反应的热量(焓)。典型的TCS材料种类是用于催化反应的解离的固体或液体，或气态组分。TES系统在其中利用的热传递流体(HTF)方面也可以变化。
根据热储存材料种类的不同，TES系统的温度范围从0℃至约1000℃不等。虽然低温储存材料(工作温度范围为0℃至约120℃)用于加热、通风和空气调节(HVAC)系统，但中温(工作温度范围为约120-500℃)和高温(工作温度范围高于500℃)储存材料通常用于与发电(例如太阳能发电)和其他高温工业相关的应用。包括热储存介质的工业(高温)热储存单元通常连接至热机(例如蒸汽涡轮机)用于发电。额外地或替代地，从热能储存回收的热量可以用于加热或其他热量消耗目的。通常，储存温度越高，系统的效率越高。因此，仍然需要产生用于以高效且环境友好的方式将储存材料加热至高于500℃的温度的高温流体。
热能储存在工业中的常见应用是所谓的再生加热或再生热交换器。再生热交换器，或更常见的是再生器，是一种热交换器，其中来自热流体的热量在传递至冷流体之前间歇性地储存在热储存介质中。为了实现这一点，热流体首先与热储存介质接触，然后用冷流体置换该流体，冷流体吸收热量。通常，该应用将循环或重复使用该过程，并且通常需要处于吸热-解吸循环的不同阶段的若干热储存。再生加热是工业革命期间开发的最重要的技术之一，当时用于高炉的热风过程。后来，它被用于玻璃熔炉和炼钢，以提高平炉的效率，以及高压锅炉和化学制造和其他应用，如今它在这些领域仍然很重要。
传统上，热能主要通过燃烧化石燃料产生，导致显著CO2排放。用木材或其他生物基材料代替化石燃料具有显著的资源限制和其他显著的环境影响，例如可持续土地利用。涉及热能产生过程的电气化已被视为减少排放的解决方案。电气化的障碍之一是实现热能产生和储存所需的高温，例如高达1000℃。特别地，虽然电力已经用于一些高温过程，但在大多数情况下，无论是技术还是经济都尚未到位。
聚光太阳能也已用于直接加热热传递介质并用于生成热能以用于热储存。然而，在这种情况下，热能储存受到太阳能集热器的距离的限制。热稳定性和汽化温度对热传递介质的最高允许温度构成限制，在聚光太阳能集热器中热传递介质通常是液体。通过太阳能电池板发电更灵活，并且不受太阳能电池板场地的限制，因为太阳能电池板可以安装在空间允许的任何地方，如市中心的房屋的屋顶上，以使热储存解决方案更接近(热)消耗品。太阳能在热储存应用中的利用取决于热储存构思并且任选地取决于所利用的热传递流体。典型的热传递流体包括最高工作温度(to max)为约400℃的合成油、熔融盐(to max为约565℃)和空气(to max为约700℃)。与上述流体相关的问题包括热损失、泵送成本和泄漏，特别是当太阳能电池板场地之间的距离很远时。使用空气作为热传递流体需要扩大传递管道的尺寸，这显著提高了热传递基础设施的成本。
出于加热的目的，已提出许多旋转解决方案。因此，美国专利11,098,725B2(Sanger等人)公开了水动力加热器泵设备，其可操作以选择性地生成加热流体流和/或加压流体流。所提到的水动力加热器泵被设计成并入机动车辆冷却系统中，以提供用于温热车辆的乘客室的热量并提供其他功能，例如车窗除冰和发动机冷却。公开的设备还可以提供用于冷却发动机的加压流体流。公开的技术基于摩擦；并且，由于待加热的流体是液体，因此所提出的设计不适合涉及气体空气动力学的极端湍流的条件。
美国专利7,614,367B1(Frick)公开了通过将旋转动能转换成热量来无焰加热、浓缩或蒸发流体的系统和方法。配置用于流体加热时，该系统可以包括旋转动能发生器、旋转加热设备和主热交换器，它们全部处于闭环流体连通。旋转加热设备可以是水制动测功机。该文件公开了该系统在海上钻井或生产平台中用于加热水的用途。然而，所提出的系统不适合加热气态介质，也不适合在高温和极高温下使用(由于液体稳定性、蒸汽压等)。
此外，已知一些旋转涡轮机型设备用于实施烃(蒸汽)裂化过程并旨在最大化目标产物(例如乙烯和丙烯)的产率。
在这方面，考虑到解决与以高效且环境友好的方式升高流体物质的温度相关的挑战，仍然期望与高效加热系统的设计和制造相关的技术领域的更新，特别是适于高温和极高温相关的应用的那些。
发明内容
本发明的目的是解决或至少减轻由现有技术的局限性和缺点引起的至少一些问题。通过本文所述的用于生成加热的流体介质的方法和本文限定的旋转装置的各种实施方案来实现一个或多个目的。
在一方面，用于热能生成和热能储存的方法包括通过集成到热能产生和储存设施中的至少一个旋转装置生成加热的流体介质。
根据实施方案，用于热能产生和储存的方法包括通过集成到热能产生和储存设施中的至少一个旋转装置生成加热的流体介质，提高能源效率或减少温室气体和颗粒排放，或两者兼而有之。
在实施方案中，用于产生和储存热能的方法包括通过集成到热能产生和储存设施中的至少一个旋转装置生成加热的流体介质，该至少一个旋转装置包括：壳体，其具有至少一个入口和至少一个出口；转子，其包括布置在安装在转子轴上的转子毂的圆周上的至少一排转子叶片；以及多个固定翼片，其被布置成至少在至少一排转子叶片上游的组件，该方法还包括：将一定量的输入能量传导至集成到热能产生和储存设施中的至少一个旋转装置中，该输入能量包括电能，操作集成到所述热能产生和储存设施中的所述至少一个旋转装置以进行热能产生，使得借助于当沿着所述壳体内在所述入口与所述出口之间形成的流动路径引导的流体介质流分别穿过固定翼片和至少一排转子叶片时发生的一系列能量转换，将一定量的热能赋予所述流体介质流，由此生成加热至基本上等于或高于约500摄氏度(℃)的温度的流体介质流，以及将由至少一个旋转装置生成的所述加热的流体介质流供应至在热能产生和储存设施内提供的至少一个热能储存单元中。
在另一方面，提供了用于在热能产生和储存期间将热能输入至流体介质中的方法。
在实施方案中，该方法包括操作可操作地连接至至少一个热能储存单元的至少一个旋转装置，该至少一个热能储存单元被配置成将热能储存在热能产生和储存设施中。在实施方案中，至少一个热能储存单元包括被配置成在热能产生和储存设施中储存热能的热能储存介质，其中一定量的热能从由至少一个旋转装置生成的加热的流体介质传递至所述热能储存介质。
在实施方案中，在所述方法中，在至少一个热能储存单元内提供的热能储存介质是显热储存(SHS)介质、潜热储存(LHS)介质或热化学储存(TCS)介质中的任何一种。在实施方案中，在所述方法中，热能储存介质是稳定相材料或相变材料(PCM)。在实施方案中，在所述方法中，热能储存介质以固相、液相、气相或其任何组合中的任何一种形式提供。在实施方案中，在所述方法中，热能储存介质包含解离的固体、液体或气态化合物。
在实施方案中，在所述方法中，热能储存介质是移动的，并且它包括流体。在实施方案中，热能储存介质包括熔融盐或流化砂床。
在实施方案中，在所述方法中，热能储存介质是固定的，并且它包括金属、石材、混凝土、砂、陶瓷或其组合中的任何一种。在实施方案中，热能储存介质包括固定砂床或岩床。
在实施方案中，该方法包括在旋转装置中生成加热的流体介质。在实施方案中，在所述方法中，进入旋转装置的流体介质基本上是气态介质。在实施方案中，在所述方法中，在旋转装置中生成的加热的流体介质包括空气、氮气(N2)、蒸汽(H2O)或其组合中的任何一种。在实施方案中，在所述方法中，在旋转装置中生成的加热的流体介质是从在热能产生和储存设施中的热能产生和储存期间生成的尾气回收的再循环气体。
在实施方案中，在所述方法中，将一定量的热能从由至少一个旋转装置或在至少一个旋转装置中生成的加热的流体介质传递至在至少一个热能储存单元中提供的热传递流体。在实施方案中，在所述方法中，热传递流体是合成油或熔融盐。
在实施方案中，该方法还包括通过在旋转装置中生成的加热的流体介质与绕过旋转装置的流体介质流之间的热传递过程，在旋转装置外部生成加热的流体介质。
在实施方案中，在所述方法中，将一定量的热能经由热交换器从由至少一个旋转装置或在至少一个旋转装置中生成的加热的流体介质传递至至少一个热能储存单元。在实施方案中，在所述方法中，将一定量的热能从由至少一个旋转装置或在至少一个旋转装置中生成的加热的流体介质传递至在至少一个热能储存单元中提供的热能储存介质和/或热传递流体。在实施方案中，在所述方法中，将一定量的热能经由浸入热能储存介质中的热传递管网从由至少一个旋转装置或在至少一个旋转装置中生成的加热的流体介质传递至热能储存介质，其中热能储存介质是固定的。
在实施方案中，该方法包括生成加热至基本上等于或高于约500摄氏度(℃)的温度，或者加热至基本上等于或高于约1200℃的温度，或者加热至基本上等于或高于约1700℃的温度的流体介质。
在实施方案中，该方法包括调节通过旋转装置传播的流体介质流的速度和/或压力以产生生成加热的流体介质流的条件。
在实施方案中，在所述方法中，加热的流体介质由至少一个旋转装置生成，该旋转装置包括沿着转子轴顺序布置的两排或更多排转子叶片。
在实施方案中，在所述方法中，加热的流体介质由至少一个旋转装置产生，该旋转装置还包括布置在至少一排转子叶片下游的扩散器区域，该方法还包括操作集成到热能产生和储存设施中的至少一个旋转装置，使得借助于当沿着壳体内在入口与出口之间形成的流动路径引导的流体介质流分别依次穿过固定导向翼片、至少一排转子叶片和扩散器区域时发生的一系列能量转换，将一定量的热能赋予所述流体介质流，由此生成加热的流体介质流。扩散器区域可以被配置成具有或不具有固定翼片。
在实施方案中，至少一个旋转装置被配置成在入口与出口之间沿着根据以下任一项建立的流动路径实施流体流动：在基本上环形壳体内形成的基本上螺旋的轨迹；在基本上管状壳体内形成的基本上螺旋的轨迹、基本上径向轨迹以及沿卷绕成左右方向涡环的两个螺旋形式的流体介质流所建立的流动路径。
在实施方案中，在所述方法中，通过调节传导至集成到热能产生和储存设施中的至少一个旋转装置中的输入能量的量来控制添加至通过旋转装置传播的流体介质流的热能的量。
在实施方案中，该方法还包括将一种反应性化合物或多种反应性化合物的混合物引入通过旋转装置和/或通过加热装置传播的流体介质流中，由此通过放热反应将一定量的热能添加至所述流体介质流中。在实施方案中，将一种反应性化合物或多种反应性化合物的混合物引入预热至预定温度的流体介质流中。在实施方案中，将一种反应性化合物或多种反应性化合物的混合物引入预热至基本上等于或高于约1700℃的温度的流体介质流中。
在实施方案中，该方法包括通过集成到热能产生和储存设施中的至少两个旋转装置生成加热的流体介质，其中至少两个旋转装置并联或串联连接。在实施方案中，该方法包括通过至少两个顺序连接的旋转装置生成加热的流体介质，其中流体介质流在序列中的至少第一旋转装置中被预热至预定温度，并且其中通过将另外量的热能输入至通过所述第二旋转装置传播的预热的流体介质流中，所述流体介质流在序列中的至少第二旋转装置中被进一步加热。在实施方案中，在所述方法中，在序列中的至少第一旋转装置中，流体介质流被预热至基本上等于或高于约1700℃的温度。在实施方案中，在所述方法中，借助于将反应性化合物或化合物的混合物引入所述流中，将另外量的热能添加至通过所述序列中的至少第二旋转装置传播的流体介质流中。在实施方案中，该方法包括将反应性化合物或化合物的混合物引入热能的产生和储存中。
在实施方案中，在所述方法中，待加热的流体介质选自由进料气体、再循环气体、补充气体和由热能产生过程再循环或生成的过程流体组成的组。
在实施方案中，该方法还包括增加通过旋转装置传播的流体介质流中的压力。
在实施方案中，在所述方法中，作为输入能量传导至集成在热能产生和储存设施中的至少一个旋转装置中的电能的量为约5％至100％。
在实施方案中，在所述方法中，作为输入能量传导至集成在热能产生和储存设施中的至少一个旋转装置中的电能的量可获得自可再生能源或不同能源的组合，任选地，可再生能源的组合。
在实施方案中，在所述方法中，借助于与至少一个非电能可操作的加热器设备一起集成到热能产生和储存设施中，利用至少一个旋转装置来平衡电能(例如，通过供应和/或产生获得)(任选地可再生电能)的量的变化，例如供应过剩和短缺。
在另一方面，提供了热能产生和储存设施。在实施方案中，所述设施包括至少一个旋转装置和至少一个热能储存单元，该至少一个旋转装置被配置成生成加热的流体介质，该至少一个旋转装置集成到热能产生和储存设施中并且包括：壳体，其具有至少一个入口和至少一个出口；转子，其包括布置在安装在转子轴上的转子毂的圆周上的至少一排转子叶片；以及多个固定翼片，其被布置成至少在至少一排转子叶片上游的组件，其中所述至少一个旋转装置被配置成：接收一定量的输入能量，该输入能量包括电能，操作使得借助于当沿着壳体内在入口与出口之间形成的流动路径引导的流体介质流分别穿过固定翼片和至少一排转子叶片时发生的一系列能量转换，将一定量的热能赋予所述流体介质流，由此生成加热至基本上等于或高于约500摄氏度(℃)的流体介质流，以及将加热的流体介质流供应至在热能产生和储存设施内提供的至少一个热能储存单元中。
在实施方案中，至少一个热能储存单元包括被配置成在热能产生和储存设施中储存热能的热能储存介质，并且其中该至少一个旋转装置连接至所述至少一个热能储存单元，使得一定量的热能从在至少一个旋转装置中生成的加热的流体介质传递至所述热能储存介质。
在实施方案中，在所述热能产生和储存设施中，至少一个旋转装置包括沿着转子轴顺序布置的两排或更多排转子叶片。在实施方案中，布置成在至少一排转子叶片上游的组件的固定翼片被配置为固定导向翼片。在实施方案中，至少一个旋转装置还包括布置在至少一排转子叶片下游的扩散器区域。扩散器区域可以被配置成具有或不具有固定扩散器翼片。在一些配置中，有翼片的扩散器可以被实施为布置成在至少一排转子叶片下游的组件的多个固定翼片。
在实施方案中，该热能产生和储存设施被配置成通过根据一些前述限定的方面和实施方案的方法实施与热能产生和储存相关的一个或多个过程。
在另一方面，提供了组件，并且该组件包括根据一些前述方面的至少两个旋转装置，所述旋转装置并联或串联连接。
在另一方面，提供了布置，并且该布置包括根据一些前述方面的至少一个旋转装置，所述至少一个旋转装置被连接至至少一个热能储存介质。
根据本发明的每个具体实施方案，本发明的实用性由多种原因引起。
总体上，实施方案提供了电气化旋转流体加热器，以提供高温流体，例如气体，以代替例如燃料燃烧加热器用于热能产生和储存。所提出的方法能够在高温和极高温(例如通常高于500℃的温度)下生成热能并将热能输入至热能储存介质中。本发明提供了用于将流体物质加热至约500℃至约2000℃的温度(即用于热能产生和储存的温度)的装置和方法。在此公开的旋转装置实现将流体加热至预定温度(例如，高达1700℃)，通过所谓的加强加热构思可以进一步升高温度(至高达2000℃及以上)。
热能产生和储存通常采用对热能有高需求并因此对耗热有高需求的实用设施，例如燃烧加热器。所述耗热实用设施用于将流体加热至产生热能所需的温度。由此提出的本发明能够用旋转装置代替传统的耗热实用设施，例如燃料燃烧加热器。在该方法中，用旋转装置代替燃烧加热器所带来的优点至少包括：
-支持电气化加热；
-消除或至少显著减少源自燃料的温室气体(例如NO、CO2、CO、NOX)、其他有害组分(例如HCl、H2S、SO2和重金属)、颗粒排放和烟尘排放；
-减小加热器的体积：与传统过程加热器或热交换器的体积相比，旋转装置的体积至少小一个数量级；
-降低投资成本；
-在使用易燃、危险液体/气体的情况下提高安全性；
-可以处理大量气体；
-无压降；
-还可以使用旋转(加热器)装置用于压缩气体(鼓风机功能)；因此无需另外的鼓风机、风扇或压缩机，克服热储存单元、管道上的压降和/或可以热过程气体的再循环；
-直接加热气体时不依赖于温差。旋转装置中的温升可以为约10至1700℃或更高；
-任选地通过优化热交换器中的温差，可以使用旋转装置间接加热流体；
-可能至少部分回收热过程气体，从而改进并简化热回收并提高能源效率；
-可以通过添加反应性化学品进一步升高待加热气体的温度，通过放热反应进一步将气体温度提高至高达例如2000℃或更高。
在实施方案中，旋转装置可以用于代替传统的燃烧加热器或过程熔炉，用于在热能产生和储存中进行直接或间接加热或热能产生。随着可再生电力的成本效益的提高，即风能和太阳能的快速发展，可以用可再生电力驱动的本文所述的旋转装置代替化石燃料燃烧，从而显著减少温室气体排放。旋转装置使得流体电气化加热至高达1700℃或更高的温度。现有的电加热应用很难或不可能达到这样的温度。
旋转装置可以用于直接加热过程气体、惰性气体、空气或任何其他气体，或用于间接加热过程流体(液体、蒸气、气体、蒸气/液体混合物等)。在所述旋转装置中生成的加热的流体可以用于加热气体、蒸气、液体和固体材料中的任何一种。旋转装置可以至少部分地代替以下或其可以与以下组合(例如作为预热器)：多种类型的熔炉、加热器、窑炉、气化器，以及传统上用固体、液体或气态化石燃料或在一些情况下用生物基燃料燃烧或加热的反应器。此类器件包括但不限于：熔炉、烤炉、窑炉、加热器、燃烧器、焚烧炉、锅炉、干燥器、输送设备、反应器及其组合。一些具体实例包括但不限于：高炉、冲天炉、罐式炉、竖炉、再生炉、回转窑、蒸汽锅炉、催化反应器和流化床反应器。任何能够产生用于储存的热能的装置可以至少部分地被旋转装置代替。加热的气体可以是易燃的、反应性的或惰性的，并且可以再循环回到旋转装置。除了加热之外，旋转装置还可以充当组合的鼓风机和加热器，从而增加压力并再循环气体。
加热的流体(例如气体)可以用于多种应用。加热的物体可以是固体材料、液体或气体，该气体进一步参与若干(可逆)反应或相变，或用作加热介质。当过程流体处于高压或真空时，使用惰性热气体作为加热介质是优选的方式。因此，改进热能产生和储存可能有助于提高依赖热能的各种应用的效率。
本发明能够在代替燃烧加热器时减少温室气体(CO、CO2、NOx)排放和颗粒物排放。通过使用旋转装置，还可以为过程提供封闭或半封闭的加热回路，并且通过减少烟道气的热损失来进一步提高这些过程的能源效率。在传统加热器中，仅可以部分回收烟道气。
另外，本解决方案能够改进间接加热时热交换器中的温差的优化。
本发明还提供了对电能的灵活使用，例如可从可再生资源获得的电能。可再生能源的产生每天甚至每小时都在变化。本发明通过将在此公开的旋转装置与传统的燃料操作的(燃烧燃料的)加热器集成来平衡可再生电力产生，以向例如热能产生和储存提供热量。
与传统的化石燃烧熔炉和太阳能集热器相比，本发明还能够降低现场投资成本。此外，与现有解决方案相比，本发明能够在距热能储存单元显著更远的距离处设置用于可再生电力产生的设施。这在使所述热能储存单元相对于耗热器保持距离方面提供了另外的灵活性，例如使热储存更靠近耗热器。
表述“若干”在此是指从一(1)开始的任何正整数，例如一、两或三个。表述“多个”在此是指从两(2)开始的任何正整数，例如至两、三或四。除非另外明确说明，否则术语“第一”和“第二”在此仅用于区分一个要素与另一个要素，而不指示任何特定顺序或重要性。
术语“气化”在此用于表示通过任何可能的方式将物质转化成气态形式。
术语“热量”和“热能”在本文中可互换使用。
通过考虑具体实施方案和附图，本发明的不同实施方案将变得显而易见。
附图说明
图1是以1000表示被配置成实施根据实施方案的方法的热能产生和储存设施的布局的框图。
图2是根据实施方案的旋转装置的示意图。
图3A-3C是根据实施方案的用于热能产生的一个或多个装置的示意图。
图4-8是根据实施方案的热能储存和回收方法的示意图。
具体实施方式
本文参考附图公开了本发明的详细实施方案。
图1是以1000表示被配置成实施根据实施方案的方法的热能产生和储存设施的布局的框图。虚线所示的框图部分是任选的。
对于图1，构件使用以下名称。流：1.进料；2.预热的进料或进料混合物；3.借助于旋转装置(100)加热的进料；4.例如，进料在被配置成通过(放热)化学反应升高/提高温度的另外的(加强)加热器单元中被进一步加热；5.引向热回收的流体介质；5’.将其热量传递至流10后的流5；6.一种反应性化合物或多种反应性化合物的混合物，例如用于增加另外的加热器单元103中的流体/气体的温度的一种或多种反应性化学品或辅助燃料；7.进入热能储存单元101的热传递流体(间接加热器应用)；8.送去进一步处理的加热的过程流；9.热回收的进料流；10.来自热回收和/或再循环流的热流体流。工段(单元)：100.旋转加热器单元(旋转装置)；101.热能储存单元；102.预热器单元；103.另外的加热装置(加强加热器单元)；104.热回收单元。
设施被配置成在基本等于或高于500摄氏度(℃)的温度下进行与高温热能产生和储存相关的一个或多个工业过程。
在实施方案中，设施1000被配置成在500-1700℃的温度下进行与热能产生和储存相关的一个或多个过程。在实施方案中，设施1000被配置成进行与热能产生和储存相关的过程，该过程开始于基本上800-900℃或更高的温度。在实施方案中，设施1000被配置成在基本上等于或高于1000℃的温度下进行与热能产生和储存相关的过程。在实施方案中，设施1000被配置成进行与热能产生和储存相关的过程，该过程开始于基本上约1100-1200℃或更高的温度。在实施方案中，该设施被配置成在基本上等于或高于1200℃的温度下进行与热能产生和储存相关的过程。在实施方案中，该设施被配置成在约1300-1700℃的温度下进行与热能产生和储存相关的过程。在实施方案中，该设施被配置成在基本上等于或高于1500℃的温度下进行与热能产生和储存相关的过程。在实施方案中，该设施被配置成在基本上等于或高于1700℃的温度下进行与热能产生和储存相关的过程。在一些实施方案中，该设施可以被配置成在高于1700℃的温度下，例如在2000℃或更高的温度下，例如在约1700℃至约2500℃的温度下进行与热能产生和储存相关的工业过程。该设施可以被配置成在约1700℃、约1800℃、约1900℃、约2000℃、约2100℃、约2200℃、约2300℃、约2400℃、约2500℃以及落在上述温度点之间的任何温度值下进行与热能产生和储存相关的工业过程。应当指出的是，不排除设施1000在低于500℃的温度下进行至少一部分工业过程。
热能储存单元由附图标记101表示。工段101包括热能储存介质(也称为热能储存材料或热储存材料)。在一些配置中，单元101还包括热载体(热传递流体，HTF)。在实施方案中，热储存材料和热载体可以是一种单一介质或不同物质。
在实施方案中，在至少一个热能储存单元101内提供的热能储存介质被配置为显热储存(SHS)介质、潜热储存(LHS)介质或热化学储存(TCS)介质中的任何一种。对于SHS系统，可以使用任何一种固体或液体材料，包括但不限于金属、石材/岩石、砂、混凝土和陶瓷(固体)以及熔融盐、水和油(液体)或这些固体和液体材料的任何组合。可以利用任何一种合成油或矿物油。
示例性熔融盐包括但不限于硝酸盐基材料(例如硝酸钠、硝酸钾和/或硝酸锂的混合物)、氯化物基材料(例如氯化钠、氯化钾、氯化镁和/或氯化锌的混合物)、氟化物基材料和碳酸盐基材料。
对于LHS系统，可以利用任何合适的相变材料(PCM)，包括但不限于固-固、固-液、固-气和液-气相变材料种类。因此，可以利用任何适当的TCS系统。
在实施方案中，热能储存介质被配置为由一相或多相组成的稳定相材料，或相变材料(PCM)。在实施方案中，热能储存介质以固相、液相、气相或其任何组合中的任何一种形式提供。这些固体、液体或气态化合物可以被配置成相应地经历与在化学化合物的形成和解离时捕获和释放热能相关的可逆反应。
热储存介质可以是移动介质，在这种情况下它包括流体，或是固定介质。移动热能储存介质可以包括熔融盐或流化材料床(例如流化砂床)，或由其组成。例如，可以使用PCM材料来构思移动热能储存系统。
固定热能储存介质可以包括以下中的任何一种或由其组成：金属、石材、混凝土、砂、陶瓷或其组合。固定热储存介质可以被配置为例如固定材料床，例如固定砂床，或岩床。
本公开提供了用于在包括热能储存介质的热能储存单元101中生成和储存热能的装置和方法，该热能随后可以用于热能需求高的工业过程中，由此可以显著提高所述过程中的能源效率并减少释放到大气中的空气污染物的量。图1示意性地概述了这些改进的设施和方法。
在实施方案中，该方法包括借助于旋转加热器单元100生成加热的流体介质，该旋转加热器单元100包括至少一个旋转装置(下文称为装置(100))或由其组成。为了清楚起见，旋转加热器单元在本公开中用与旋转装置相同的附图标记100表示。旋转加热器单元优选地集成到过程设施1000中。在实施方案中，加热的流体介质由至少一个旋转装置产生。
在实施方案中，一定量的输入能量E1被传导至作为(旋转)加热器单元集成到设施1000中的至少一个旋转装置100中。输入能量E1优选地包括电能。在实施方案中，作为输入能量传导至集成在热能产生和储存设施中的至少一个旋转装置中的电能的量为约5％至约100％，优选地，约50％至约100％。因此，作为输入能量传导至集成在热能产生和储存设施中的至少一个旋转装置中的电能的量可以占以下中的任何一个：5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％和100％(的总能量输入)，或落在上述点之间的任何中间值。
电能可以由外部或内部来源供应。实际上，供应到装置中的输入电能E1可以用电功率进行定义，后者被定义为每单位时间的能量传递率(以瓦特为单位测量)。
旋转装置100被配置成接收进料流1，下文称为进料1。总体上，进料1可以包括以下或由以下组成：任何流体，例如液体或气体，或其组合，以纯组分或组分混合物的形式提供。进料可以是原料气体、过程气体、补充气体(所谓的置换/增补气体)等。气态进料可以包括惰性气体(空气、氮气、蒸汽等)或反应性气体(例如氧气)、易燃气体(例如烃)或任何其他气体(例如氢气或氨气)。进料的选择具有过程依赖性；也就是说，热能储存单元101中的热能储存介质的性质(以及实际上所述热能储存介质所处的特定工业/工业领域)暗示了对进料物质的选择的某些要求和/或限制。
优选进料1基本上以气态形式进入装置100。进料的预热或将液体或基本上液体进料转化为气态形式，可以在任选的预热器单元102中进行，该单元配置为(预)加热器装置或装置组。在预热器单元102中，可以进一步加热(例如过热)最初以气态形式提供的进料流(例如一种或多种过程气体)。在预热器单元102中，如果进料1尚未以气体形式存在，则可将其气化，并任选地将其过热。
预热器单元102可以是被配置成向流体物质提供热量的任何常规设备/系统。在一些配置中，预热器单元102可以是燃烧加热器(例如使用热燃烧气体(烟道气)来升高流过布置在加热器内部的盘管的流体进料(例如过程流体)的温度的直接燃烧热交换器。额外地或替代地，预热器单元102可以被配置成利用由热能产生和储存设施中的其他单元提供的能量，如由热回收单元104提供的进料流10所示。因此，预热器单元102可以被配置成利用蒸汽、电力和/或废热流/再循环热流。
用于借助于旋转加热器单元(装置100)产生加热的流体介质的进料流1可以包括原始进料(新鲜进料)和/或再循环流。因此，进料1可以由新鲜进料、再循环(流体)流及其混合物中的任何一种组成。表示(预)加热的进料的流2可以包括除了进料1之外的所有再循环流，例如来自热回收工段104的再循环流(参见流10)。
在旋转加热器单元/旋转装置100中，温度升高至热能储存介质所需的水平或旋转装置所能实现的最大水平。如果旋转装置100实现的温度上升不足，和/或如果例如在流体在将其热量传递至热能储存介质后需要再次升温，可以借助于在旋转加热器单元100(100A)的下游布置另外的加热器单元(100B、103)(也称为“加强”加热器)来实现进一步的温度上升；参见关于图2B的描述。每个另外的加热器单元包括根据以下描述实施的另外的加热装置或由其组成。
在热储存应用中，从离开热能储存介质(单元101)的过程流回收热量是可行的。热回收工段如图1以附图标记104所示。回收的热量可以进一步用于加热进料流1(见进入热回收的流9和离开热回收的流10)和/或再循环流(相应地见流5和10)，减少必须输入进料流的另外的热能并提高能源效率。单元104可以进一步被配置成从离开热储存单元101的流5捕获多余的热量并将其传递至进料流9，以形成加热的进料流10。已将其热量贡献给流9的流5作为流5’离开单元104。如果离开热储存单元101的流(5)不适合再循环回到旋转装置100(例如，如果热储存材料是砂床，并且流5被灰尘颗粒污染)，则后一种配置可用于从离开热储存单元101的流(5)回收热量。
可以通过收集离开过程单元101的流并将这些流的热能再循环至预热器单元102和/或旋转装置100来布置热回收。热回收设备104可以用至少一个热交换器设备(未示出)表示。可以利用基于任何适当技术的热交换器。如果热量在其他地方消耗或者如果由于安全或任何其他原因而无法回收热量，则热回收可以任选地用于加热进料气体。
如果热量在其他地方消耗或者如果由于安全或任何其他原因而无法回收热量，则热回收可以任选地用于加热进料气体。
在设施布局1000中，热回收单元104可以被布置在预热器102之前和/或之后。在后一种配置中，热回收单元104被布置成从热储存单元101流出的热流体介质(流5)回收热量，这些热量可以进一步被用于加热进料流和再循环流，如上所述。另一方面，当热回收单元104被布置在预热器102之前时，进料1首先被引导至单元104(作为流9)，然后作为流10返回至预热器102。在这种情况下，单元104充当第一预热器。
借助于至少一个旋转装置100生成单元101中热能储存所需的加热的流体介质。
在实施方案中，在旋转装置100中生成加热的流体介质，其中一定量的热能被直接添加至通过所述装置传播的流体介质中。在旋转装置中生成的加热的流体介质进一步被供应至热能储存单元101，以将其热量传递至在所述单元101内提供的热能储存介质。在一些配置中，在旋转装置中生成的加热流体介质是热传递介质。在一些其他配置中，在旋转装置100中生成的加热的流体介质可以用于(间接)加热从别处进入热储存单元101的热传递介质(流7，图1)。在一些配置中，在旋转装置中生成的加热的流体介质与在热储存单元101内提供的热储存介质(以及任选的热传递流体)之间的热传递经由热交换器实施(参见105，图3B)。
根据实施方案的被配置用于生成待供应至热能产生和储存设施中的加热的流体介质的旋转装置100包括转子，其包括：在安装在转子轴上的转子毂或转子盘的圆周上被布置成至少一排的多个转子叶片；以及壳体，其具有至少一个入口和至少一个出口，该转子被封闭在壳体内。在装置100中，借助于当沿着壳体内在入口与出口之间形成的流动路径引导的流体介质流在旋转装置的壳体内在入口与出口之间传播时穿过至少一排转子叶片时发生的一系列能量转换，将一定量的热能赋予所述流体介质流，由此生成加热的流体介质流。
旋转装置100的实施通常可以遵循美国专利第7,232,937号(Bushuev)、第9,494,038号(Bushuev)和第9,234,140号(等人)对旋转反应器装置的公开，以及美国专利第10,744,480号(Xu&Rosic)对径向反应器装置的公开，上述专利的全部内容通过引用并入本文。也可以使用可配置为采用实施方案所述方法的任何其他实施方式。
在以上引用的专利文献中，旋转涡轮机型装置被设计为用于加工烃，特别地用于蒸汽裂化的反应器。这些应用的一般要求是：气体的快速加热、高温、短停留时间和塞流(表示无轴向混合的流动模型)。这些要求导致以下设计：其中涡轮机型反应器具有容纳在相对小体积内的多个加热台。
本公开基于以下观察：旋转装置(包括但不限于上述那些)可以电气化并用作加热器，以生成进一步供应到高温热储存101中的加热的流体介质。通过将旋转装置加热器单元集成到热储存单元和过程101，可以显著减少温室气体和颗粒物排放。例如，旋转装置可以代替多个应用中的燃料燃烧加热器(如下所述)。温度范围可以从约1000℃(通常可通过上述反应器设备实现)扩展至高达至少约1700℃并且进一步高达2500℃。由于不存在空气动力学障碍，能够实现这些高温的旋转装置的构造是可能的。
因此，集成到根据实施方案的高温热能产生和储存设施中并且被配置成生成用于根据实施方案的方法的加热的流体介质的旋转装置100包括沿着水平(纵向)轴线定位的转子轴以及安装在转子轴上的至少一个转子单元。转子单元包括多个转子(工作)叶片，其布置在转子毂或转子盘的圆周上并一起形成转子叶片级联。因此，旋转装置100包括多个转子(工作)叶片，其在安装在转子轴上的转子毂或转子盘的圆周上布置成至少一排，并形成基本上环形的转子叶片组件或转子叶片级联。
在实施方案中，该装置还包括多个固定翼片，其被布置成至少设置在至少一排转子叶片上游的组件。在该配置中，操作旋转装置使得借助于当沿着在壳体内在入口与出口之间形成的流动路径引导的流体介质流分别穿过固定翼片和至少一排转子叶片时发生的一系列能量转换，将一定量的热能赋予所述流体介质流，由此生成加热的流体介质流。
在一些实施方案中，多个固定翼片可以被布置成固定翼片级联(定子)，该固定翼片级联作为至少一排转子叶片上游的基本上环形的组件提供。布置成设置在至少一排转子叶片上游的组件的固定翼片可以作为固定导向翼片，例如(入口)导向翼片(IGV)提供，并且根据其轮廓、尺寸和围绕中心轴的设置进行配置，从而引导流体沿预定方向流入转子，以便控制并且在某些情况下最大化转子特定的输入功能力。
旋转装置可以配置有两个或更多个在转子轴上/沿着转子轴顺序布置的基本上环形的转子叶片排(转子叶片级联)。在这种情况下，固定导向翼片可以安装在第一排转子叶片的上游、按顺序每排转子叶片的上游，或顺序布置后面中的任何选定排转子叶片的上游。
在实施方案中，旋转装置100还包括布置在至少一排转子叶片(转子叶片级联)下游的扩散器区域。在该配置中，操作旋转装置使得借助于当沿着壳体内在入口与出口之间形成的流动路径引导的流体介质流分别依次穿过固定导向翼片、至少一排转子叶片和扩散器区域时发生的一系列能量转换，将一定量的热能赋予所述流体介质流，由此生成加热的流体介质流。扩散器区域可以被配置有或没有固定扩散器翼片。在一些配置中，在所述扩散器区域中，有翼片的扩散器或无翼片的扩散器被布置在至少一个转子叶片级联的下游。在一些配置中，扩散器可以作为被布置成扩散器翼片级联的多个固定(定子)翼片实施，作为转子下游的基本上环形的组件提供。
转子、固定导向翼片和扩散器区域被封闭在壳体中形成的内部通道(导管)内。
在一些配置中，例如Xu和Rosic的US10,744,480中所描述的，可以不提供扩散器(设备)，并且扩散器区域可以用位于转子下游的导管的基本上无翼片部分(所谓的无翼片空间)来表示，并且其几何形状和/或尺寸参数被配置成扩散来自转子的高速流体流动。
对于上述旋转装置100的所有配置而言，提供导管的无翼片部分都是常见的。根据配置，无翼片部分(无翼片空间)被布置在转子叶片的下游(参见Xu和Rosic的US10,744,480)或扩散器翼片级联的下游(参见Bushuev的U.S.9,494,038和等人的U.S.9,234,140)。例如，在/>等人描述的一些配置中，旋转叶片排和固定叶片排在壳体内的内部通道中的布置使得在设置在转子叶片下游的固定扩散器翼片的出口与设置在后续转子叶片级联单元的转子叶片上游的固定导向翼片的入口之间形成无翼片部分。
术语“上游”和“下游”在本文是指是指在整个装置的流体流动流方向(从入口到出口)上相对于预定部件或组件(在本文，转子)的结构部件或组件的空间和/或功能设置。
总体而言，带有工作叶片级联的转子可以位于设置成基本上环形的组件(称为级联)的固定(定子)翼片排之间，固定翼片排在工作叶片排的一侧或两侧。可以设想这样的配置，该配置包括两个或更多个在转子轴上/沿着转子轴串联(成序列)设置的转子叶片排/转子叶片级联，排与排之间有或没有固定翼片。在转子叶片排之间没有固定翼片的情况下，流体介质通过导管传播的速度会在后续的每一排中增加。在这种情况下，可以将多个固定翼片设置成位于按所述顺序第一转子叶片级联上游的组件(作为固定导向翼片)和最后转子叶片级联下游的组件(作为固定扩散器翼片)。
封闭在壳体内的转子叶片排(转子叶片级联)和所述转子叶片下游的部分导管(任选地提供有固定扩散器翼片组件(扩散器区域))可以视为配置为促成完整的能量转换循环的最小过程阶段(在下文简称阶段)。因此，当流体介质流离开转子叶片并在导管中向后一排转子叶片传播，或沿着在基本上环形的壳体内形成的基本上螺旋形的轨迹进入同一排转子叶片时，通过至少一排旋转叶片添加到所述流体介质流中的动能的量足以将流体介质的温度升高到预定值。导管(围绕转子圆周)优选被成型为使得流体流在导管中传播时，流体流减速并将动能耗散为流体介质的内能，并将一定量的热能添加到流体介质流中。
在能量转换循环期间，设置在至少一排转子叶片上游的固定导向翼片排预备进入旋转叶片排(叶片级联)时所需的流动条件。
在一些配置中，过程阶段由固定导向翼片组件(转子叶片的上游)、转子叶片排和设置在所述转子叶片下游的扩散器区域建立，扩散器区域作为导管的基本上无翼片部分提供，并任选地供应有扩散器翼片。在能量转换循环过程中，通过流体介质流分别以受控方式通过固定导向翼片、至少一排转子叶片以及扩散器区域连续传播，转子轴的机械能转化为动能，并进一步转化为流体的内能，随后流体温度上升。当流体介质流离开转子叶片并在导管内穿过扩散器区域时，通过旋转转子叶片添加到所述流体介质流的动能的量足以将流体介质的温度提高到预定值，此时流体介质流减速并将动能耗散为流体介质的内能，并将一定量的热能添加到流体介质流中。在转子叶片排中，流动加速，轴和旋转叶片的机械能传递到流体流。在每个转子叶片排的至少一部分中，流动可以达到超音速流动状态。在扩散器区域，来自转子的高速流体流动在熵显著增加的情况下扩散，据此，流动将动能耗散为流体物质的内能，从而将热能提供到流体中。如果扩散器上游的流动是超音速的，则流体流的动能会通过多重冲击系统、粘性混合和耗散转化为流体的内能。流体内能的增加导致流体温度上升。能量转换功能可以由例如位于转子叶片下游的导管的无翼片部分(参见Xu和Rosic的U.S.10,744,480)和/或由扩散器翼片组件(参见等人的U.S.9,234,140)进行。
旋转装置100可以被配置为多阶段或单阶段解决方案。可以设想多阶段配置，其包括若干转子单元(例如，在转子轴上/沿着转子轴顺序布置的1-5个转子叶片排)，与共同的扩散器区域(无翼片或有翼片)交替设置。
在等人的U.S.9,234,140中概述的示例性配置中，旋转装置100可以基本上以环形环面的形状实施，其中导管在子午平面中的横截面形成环形轮廓。该装置包括设置在固定导向翼片(喷嘴翼片)与固定扩散翼片之间的转子单元。这些阶段由成排的固定喷嘴翼片、转子叶片和扩散翼片形成，流体流以连续的方式沿着按照基本上螺旋形的轨迹建立的流动路径通过阶段传播。在该配置中，流体流在装置内部在入口与出口之间传播时多次循环通过旋转的转子叶片级联。Bushuev的U.S.9,494,038中描述了类似的环形配置。
在等人的U.S.9,234,140中概述的另一示例性配置中，旋转装置100可以被配置为基本上管状的轴向型涡轮机。在这种配置中，该装置包括延伸的(细长的)转子毂，多个转子叶片沿着该转子毂顺序布置成多排。转子被封闭在壳体内，壳体的内表面设置有固定(定子)翼片和扩散器翼片，布置成使得定子、转子和扩散器级联的叶片/翼片沿转子毂在纵向方向(沿转子轴的长度，从入口至出口)上交替。沿着转子在纵向方向上的特定位置的转子叶片级联分别与一对相邻的固定导向(喷嘴)翼片和扩散器翼片形成阶段。
在所述配置中，后续阶段之间具有无叶片/无翼片的空间。
在Xu和Rosic的US10,744,480中概述的又一示例性配置中，旋转装置100可以被配置为通常遵循离心压缩机或离心泵的设计的径向涡轮机。术语“离心”意味着设备内的流体流动是径向的；因此，在本公开中，该装置可被称为“径流装置”。该装置包括安装在细长轴上的若干转子单元，其中每个转子单元之前具有固定导向翼片。以能够进行能量转换的方式成形的导管的无翼片部分(例如，U形弯曲或S形弯曲)位于转子单元之后。另外，配置可以包括设置在转子下游的单独的扩散器设备(有翼片的或无翼片的)。
在上述所有配置中，在本文公开的方法中，旋转装置100以类似的方式进行。在操作中，传导至集成到热能产生和储存设施中的至少一个旋转装置中的一定量的输入能量被转换成转子的机械能。根据以上描述，调节旋转装置中的条件，以便产生流速条件，在该流速条件下，当所述流体介质流离开至少一排转子叶片并穿过导管和/或穿过扩散器区域进入后续的转子叶片排或同一转子叶片排时，通过旋转转子的叶片添加至流体介质流的动能的量足以将流体介质的温度升高至预定值。转子叶片排之前可以有固定导向翼片。因此，可调节条件包括至少调节在旋转装置的壳体内在入口与出口之间传播的流体介质的流动。调节流动可以包括调节与装置操作相关的参数，例如温度、质量流率、压力等。额外地或替代地，可以通过改变形成在壳体内的导管的形状来调节流动条件。
在一些示例性配置中，旋转装置可以被配置成沿着根据以下任一项建立的流动路径在其入口与出口之间实施流体流动：在基本上环形的壳体内形成的基本上螺旋形的轨迹，如专利文献Bushuev的U.S.9,494,038和等人的U.S.9,234,140中任一个所讨论；在基本上管状的壳体内形成的基本上螺旋形的轨迹，如专利文献/>等人的U.S.9,234,140所讨论；基本上径向的轨迹，如专利文献Xu和Rosic的10,744,480所讨论；以及沿着流体介质流以卷成左右方向涡环的两个螺旋的形式建立的流动路径，如专利文献Bushuev的U.S.7,232,937所讨论。旋转装置的空气动力学设计可以不同。
旋转装置利用驱动发动机。总体上，该装置可以利用各种驱动发动机，例如电动机，或它可以由例如燃气涡轮机或蒸汽涡轮机或任何其他适当的驱动设备直接驱动。出于本公开的目的，可以利用任何适当类型的电动机(即，能够将能量从电源传递至机械负载的设备)。本文并未描述布置在电机驱动轴与转子轴之间的合适联轴器以及各种器件，例如功率转换器、控制器等。
例如，旋转加热器单元(100)可以包括并联布置的若干旋转装置单元。例如，这些单元可以连接至共同的热能储存介质(直接或间接，例如通过若干热交换器)，例如熔炉。
在一些配置中，若干旋转装置单元可以连接至数个热能储存介质。可以设想不同的配置，例如连接至n个储存介质的n+x个旋转装置，其中n等于或大于零(0)并且x等于或大于一(1)。因此，在一些配置中，例如，设施1000，特别是旋转加热器单元100可以包括连接至共同的储存介质的一个、两个、三个或四个并联旋转装置单元；不排除旋转装置的数量高于四(4)个。当若干旋转装置并联连接至共同的热能储存介质时，所述装置100中的一个或多个可以具有不同类型的驱动发动机，例如，电动机驱动的反应器可以与由蒸汽涡轮机、燃气涡轮机和/或燃气发动机驱动的那些组合。
电力(定义为每单位时间的能量传递速率)可以通过将电流供应至用于驱动装置的旋转轴的电动机而供应至旋转装置中。可以通过一个或多个外部来源(如与旋转加热器单元/装置100和/或热能产生和储存设施1000相关)实施向旋转装置供应电力。额外地或替代地，电能可以在设施1000内部产生。
一个或多个外部来源包括为可持续能源生产提供的各种配套设施。因此，可以由利用至少一种可再生能源的发电系统或利用不同可再生能源的发电系统的组合来供应电力。可再生能源的外部来源可以作为太阳能、风能和/或水能提供。因此，电力可以从以下单元中的至少一个接收到该过程中：光伏发电系统、风力发电系统和水力发电系统。在一些示例性实例中，可以提供核电站作为外部来源。核电站通常被认为是无排放的。术语“核电站”应被解释为使用传统核能，以及额外地或替代地聚变能。
电力可以由利用涡轮机作为动能源驱动发电机的发电设备来供应。在一些情况下，例如，驱动至少一个装置100的电力可以由至少一个燃气涡轮机(GT)提供，该燃气涡轮机(GT)作为独立的设备提供，或提供在热电联产设施和/或联合循环发电设施内。因此，例如，电力可由至少一种下述单元提供：联合循环发电设施，例如联合循环燃气涡轮机发电设备(CCGT)，和/或热电联产设施，配置为通过热电联产(CHP)将发电与热量回收和利用联合。在一些实例中，CHP设备可以是在所述过程中增加可再生能源比例的生物质燃烧设备。额外地或替代地，电力供应也可以由任选地作为发电机动力设备一部分提供的火花点火式发动机(例如燃气发动机)和/或压缩发动机(例如柴油发动机)来实现。此外，任何传统的发电设备(其配置为由煤、石油、天然气、汽油等化石原材料产生电能，并且通常使用蒸汽涡轮机来促成)都可以用来生成作为旋转装置100的输入能量的电能。此外，氢气也可用作例如利用燃料电池重新转化为电力的可再生能源。
可以设想体现为外部来源和内部来源的上述电力来源的任何组合。从替代(外部)来源输入低排放电力提高热能产生和储存设施的能源效率。
将包括电力的输入能量传导至旋转装置的驱动发动机中还可以伴随从动力涡轮机向其传导机械轴功率，例如，任选地利用在设施1000中其他处或所述设施外部生成的热能。轴功率定义为从一个旋转元件传递到另一个旋转元件的机械功率，并计算为轴的扭矩和转速之和。机械功率又被定义为每单位时间的功或能量(以瓦特为单位)。
在实践中，例如，可以分配电动机和动力涡轮的轴功率，使得其中任何一个都可以提供全部或部分轴功率。
图2和图3A-3C显示了表示设施1000内的一个或多个旋转加热器单元的旋转装置100相对于预热器单元102、温度加强工段103和热回收单元104的示例性布局。构件使用以下索引：100、100A、100B--旋转加热器单元(旋转装置)；101—热储存单元；102--预热器单元；103--另外的加热装置(加强加热器)；105—用于间接加热的热交换器设备。
图2示意性地示出了旋转装置100的基本实施方式，该旋转装置100被配置成将热量输入至被引导通过其中的流体介质流(进料流1)中。离开装置100的加热的流分别用附图标记2表示。在基本实施方式中，旋转装置100的转子系统根据空气动力学配置成使得一定体积的流体在沿着在装置100的壳体中在入口与出口之间形成的流动路径传播时(所谓的“一次通过”实施方式)被加热至预定温度。装置100能够实现约10℃至约120℃的温度上升(ΔT)，在一些配置中，可在一个阶段内实现高达约500℃的温度上升。因此，在多阶段实施方式的情况下，流体可以在“一次通过”实施方式中被加热至1000℃(在10阶段装置中每阶段100℃温度上升)。由于流体介质穿过装置阶段所花费的停留时间是毫秒级，例如约0.01-1.0毫秒，因此在基本配置中已经可以实现快速且有效的加热。可以根据需要优化温度上升。
图3A展示了涉及所谓加强加热的基本构思。加强加热是例如除了独立加热器装置100能力之外加热过程气体等流体介质的任选方法。
温度加强可以视为热加强、化学加强或两者兼而有之。在也称为"热加强"的第一种配置(a)中，额外的旋转加热器装置(在图3A、3B和3C中称为100B)设置在"主"旋转加热器装置(在图3A、3B和3C中称为100A)的下游。在本公开中，装置100A、100B通常视为旋转加热器单元100。因此，加热流体介质的生成可以通过提供至少两个顺序连接的旋转装置100A、100B来实现，其中流体介质流(参考进料流1)在序列中至少第一旋转装置(100A)(此处称为主加热器)中加热到预定温度，并且其中，通过将额外量的热能输入到在第一旋转装置100A中"预热"并通过第二旋转装置100B传播的流体介质流(参考流3)中，所述流体介质流(参考流2)在序列中至少第二旋转装置(100B)中进一步加热。因此，装置100B称为加强加热器。装置100A和100B可以是相同的，也可以在尺寸或内部设计方面有所不同。两个或更多个加强装置(例如100B)的序列可以设置在主加热器100A之后。加强装置可以并联或串联设置，也可以以允许优化其旋转速度和空气动力学的任意组合设置。
在第二种(额外或替代的)配置(也称为"化学加强")中，以103表示的额外的加热装置(图1、2B)适于将反应性成分5(例如，易燃燃料)接收到通过其中传播的流体介质流中以便在将所述流体介质流引向热储存101前，通过放热反应提供热量。在这种配置中，可以通过将一种或多种反应性化学品5引入(例如通过注入)到引导通过额外的加热器单元/加热装置103的流体介质流中，实现温度加强。值得注意的是，图2B中的流5与图1所示的流8相对应。
基于反应性化学品的加强加热器单元103可以位于热加强加热器单元100、100B(图3A)之后或直接位于主加热器100、100A(图1)之后。反应性化学品(反应物)5(图3A)可以包括燃烧气体，例如氢气、烃、氨气、氧气、空气、其他气体和/或任何其他适当的反应性化合物，任选地包括催化剂。在单元103中，借助于放热反应，可以将流体流加热到不涉及化学介导加热的单一旋转装置通常无法实现的水平(参考流4)。例如，可以将燃料气体(例如氢气)引入含氧过程气体(例如空气)中。在升高的温度下，氢气和氧气发生放热反应，产生水分子(氢气燃烧)。
燃料气体可以通过燃烧器与空气(或富氧)一起注入加强加热器单元103以升高气体的温度。如果可行，可以注入任何反应性气体来产生热量。
适应于化学加强的另外的加热器103可以配置为发生放热反应的一根管子或腔室，和/或它可以包括至少一个旋转装置100，该旋转装置100设置为接收反应性化合物，以提供放热反应来产生额外的热能。因此，加强工段103可以包括至少一个旋转装置100。可以任选地将反应性化学品直接注入耗热过程101(未示出)中。额外地或替代地，也可以在相应修改的单个装置100、103中实施反应性化学品介导的加强。
在涉及加强加热的布置中，在第一旋转装置(100A)中预热至预定温度的流体介质流的温度可以在后续的加热器单元(100B、103)中进一步升高至最大限度。例如，在主加热器(100A)中预热至约1700℃的流体介质流的温度可以在后续的加热器单元(100B、103)中进一步升高至高达2500℃或更高。
上述构思可以单独或组合使用，使得反应性化学品5可以被引入并联或串联(成序列)连接的装置100中的任何一个中。提供加强加热器是任选的。
在额外或替代的配置中，预热和另外的加热可以在同一装置100(未示出)中实施。这可以通过多阶段配置来实现，其包括若干转子单元(例如，在转子轴上/沿转子轴顺序布置的1-5个转子叶片排)，与共同的扩散器区域(无翼片或有翼片)交替设置。
额外地或替代地，例如，加强加热可以用于这样的情况，例如在旋转装置100中加热的流体在其将热量传递至热储存单元/过程101(未示出)之后，其温度需要再次提高。
将至少两个旋转装置(例如100A、100B，以及任选的103(在103作为旋转装置100实施的情况下))并联或串联后，可以建立旋转装置组件(例如，参见图3A-3C)。作为“主”加热器100A或“加强”加热器100B、103实施的旋转装置100之间的连接可以是机械性和/或功能性的。功能性连接(例如，就可实现的热输入而言)可以在至少两个独立的、物理上集成或非集成的独立装置单元之间关联后建立。在后一种情况下，至少两个旋转装置之间的关联可以经由许多辅助设备(未示出)来建立。在一些配置中，组件包括至少两个装置，例如，所述至少两个装置连接成互为镜像，据此所述至少两个装置至少在功能上经由其中心(转子)轴连接。这种镜像配置可以还定义为具有至少两个以机械方式串联(成序列)连接的旋转装置100，而功能连接可以视为并联(成阵列)。在一些情况下，上述“镜像”设置可以进一步修改为包括至少两个入口和共同的排气(排放)模块，该模块基本上放置于该设置的中心。
可以将旋转装置(100A、100B、103，参考图3A)组装在同一(转子)轴上。每个旋转装置都可以任选地提供有单独的驱动器(电机)，从而实现装置的独立优化。当使用两个或更多个独立的旋转装置时，可以根据运行温度和压力优化构建成本(材料等)。
额外地或替代地，组件中的至少一个旋转装置被设计成可以增加流体流的压力。因此，组件中的至少一个旋转装置可以具有加热器和鼓风机的组合功能。
额外地或替代地，可以将含有反应性气体或惰性气体的流(例如图1的流6)送入旋转装置100或送入所述装置下游的任何设备(未示出)。
图3B示出了在间接过程加热情况下的旋转装置100。旋转装置可以用于间接加热热交换器105中的流体。热交换器的类型可以根据最佳热传递的需要进行选择。可以选择最适合加热和安全的加热气体(见流1-3)(例如：蒸汽、N2、空气)。因此，在旋转装置100中加热的气体可以用于将其热量传递至从别处进入热交换器的“冷”的热传递流体流11，以生成待进一步用于热储存单元101(未示出)的加热的热传递流体流12。替代地，热储存单元101可以被配置为“热交换器”(参见图1)，以接收从旋转装置流出的加热的气体(1-4)和作为单独流7的热传递流体。
在旋转装置100中加热的气体可以接近大气压或可以升高压力以改善热传递。使用旋转装置实现优化下游热交换器中的温差，这进一步实现最小化热交换器的尺寸，并避免由于表面温度过高而在热交换器表面可能发生的不良反应(结垢、结焦)。在过程加热器中，高表面温度可能导致过程加热器过度结垢。例如，可以使用间接加热来代替过程加热器用于在炼油中进行蒸发重质流，其中操作压力通常也较低。
图3C示出了旋转加热器装置100(100A)，以及预热器102和从热能传递至热能储存介质101(未示出)回收的再循环过程流体(流4)。预热器可以是电动、燃烧、内燃机、燃气涡轮机等，也可以是热交换器，用于从过程中的任何高温流中回收多余的热量。提供预热器102是任选的。该构思可以还包括装置100A下游的任选的加强加热器100B。可以使用热或化学加强加热。流1’表示送入预热器102的(进料)流体。所述流体进一步通过旋转装置100A、100B传播，其中进料被加热并以流3送入热储存。
旋转装置100A、100B中的任何一个可以配备有流体再循环布置(见流4，图3C)。可以设想流体再循环布置和旋转装置的任何组合。通过由至少一个旋转装置使流体介质流再循环，使得流体流的再循环成为可能。
在一些配置中，旋转装置100可以利用可能在热储存过程(101)中生成和从其中排出的具有低氧含量的烟道气。在这种情况下，从燃烧加热器排出的热烟道气与再循环气体(流4，图3C)混合以用于在旋转加热器100、100A中加热。在所述情况下使用的烟道气中的氧含量优选低于可燃极限以提供安全加热。
图4-8示出了旋转装置100在高温热能储存应用中的用途。
如本文所用，“热能储存”是首先将热能(热量)从热源传递至储存中，然后将储存的热量回收至散热器中的过程。根据应用的不同，热源、储存介质和散热器的材料和相可能彼此不同。
图4示出了根据本公开的热能产生和储存过程400的一个实施方案。能源402用于为旋转装置100提供动力。在实施方案中，能源402是可再生能源并且可以仅可间歇性地获得。旋转装置100接收热传递气体404，例如空气或其他气体，并且如上所述加热热传递气体404。加热的气体406穿过包括热能储存介质408的热能储存单元101，热量从加热的气体406传递至热能储存介质408。储存在热能储存介质408中的热能可以在工业过程410中的后续时间被释放。
适用于主要工业应用的热储存介质包括具有耐高温(包括高达1000℃的温度)的低成本材料。这种介质能够以较低的成本构建大容量且高温的热储存设施。合适的低成本储存介质的一些示例性实施方案包括岩石、砂、混凝土和/或熔融盐。
将旋转装置100并入热能产生和储存的过程中要求热载体(热传递流体，HTF)是气态热载体。惰性气体(例如空气、氮气或蒸汽)可以被旋转装置加热并且随后将由旋转装置生成的热量传送至热储存介质中。在适当的情况下可以利用任何其他气体。
散热器的一个实施方案是高温高压蒸汽，其可以将热能输送至例如可以为压缩机或发电机提供动力的蒸汽涡轮机。低温散热器的一个实施方案是市政供暖，其中高热能需求通常与可再生电力的可用性不一致，这使得可再生电力产生的热能的热能储存成为对现有系统的有价值的改进。
例如，在显热高温热储存(SHTHS)应用中，液体或固体热储存介质(例如砂、加压水、熔融盐、油、陶瓷、岩石)的温度升高，从而将热能赋予储存介质。该热能随后可以被释放以用于需要温度高于100℃的高温应用。介质中储存的热能的量与介质的密度、比热、体积和温度变化成正比。
在一些实施方案中，旋转装置100可以通过将加热的气体吹过储存介质从而引起热能传递至储存介质来充当热能储存介质(101，图1；408，图4)的加热器。在一个实施方案中，旋转装置100被配置成生成热能，用于在热岩石、砂或混凝土中传递和储存热能。在一些实施方案中，旋转装置100利用可再生能源(风能、太阳能)产生的电力作为输入能量，这使得其应用在商业上是可行的，特别是在电力需求高峰时段期间。通过利用本文所述的旋转装置，(高温)热能储存可以充当低成本的间歇性可再生电力与例如过程工业应用所需的恒定热能流之间的缓冲器。
在一些实施方案中，旋转装置100可以生成达到高温(高达1700℃)的流体，这又使得每特定体积的所述热储存介质能够将更大量的热能传递至热储存介质。随后，可以在更高的温度下回收热能。通过生成和储存更多的过剩热能，应用(例如高压蒸汽生成或经由蒸汽涡轮机将热能转换成电能)变得更加可行且更具成本效益。
在一些实施方案中，旋转装置100还被配置成随着上述热能的增加而增加进入旋转装置的气态介质的压力。高温高压气态介质更容易穿过更大尺寸或更致密的床、层或体积的热储存材料。
在一些实施方案中，旋转装置100被配置成在气态加热介质(热传递介质)将其热能释放至热储存介质中之后将热能赋予所述气态加热介质。气态介质的回收相应地提高了系统的热效率。由于从气态热传递介质(在装置100中加热)向热储存介质的热能传递通常是不完全的，回收的气态热传递介质含有残余热能，因此可以回收储存在该曾经使用过的热载体中的热量。相应地，可以减少加热再循环气体所需的能量的量。
在一些实施方案中，旋转装置100被配置成根据再生电力生成的速率和总体电能需求，选择性地利用可再生电力来进行热能产生，例如高温热能产生。这使得旋转装置能够在可再生能源处于其峰值产生速率的时间段(即，当可用性最高且电价最低时)优先使用可再生电力。通过实现这种选择性利用，高温热量产生可以维持在特定应用所需的水平，同时最大化可再生能源产生的经济效益。
热能从由旋转装置100产生的气态热传递介质传递至热储存介质，以及从热储存介质传递至散热器(例如蒸汽)的过程根据热储存介质的性质及其相而不同。如果热储存介质是可移动介质，例如流体(例如熔融盐)或流化砂床，则热储存介质可以分为热储存和冷储存。在气态热传递介质(从装置100流出)与流体热储存材料之间的热能交换期间，流体储存介质从冷储存流向热储存，并且在位于热储存与冷储存之间的直接或间接热交换器中被加热。在热能释放/回收期间，储存介质从热储存流向冷储存，并且在直接或间接热交换器中将其热量传递至散热器。如果储存介质是固定介质，例如混凝土、固定砂床或岩床，热能从热源向散热器的传递可以在浸入床中的热传递管网中进行，或通过分别在充热和放热阶段使热气体和冷气体直接通过床来进行。
图5-8示出了移动(流体)热储存介质和固定热储存介质的充热和放热循环。
图5示出了示例性热能产生和储存循环500。能源502为旋转装置100提供电力。在一些实施方案中，能源502是可再生能源。在一些实施方案中，能源502由来自多个来源的电能(例如可再生能源和来自市政电网的电力)组成。如上所述，生成热能所依赖的可再生能源的量可以根据可再生能源产生的速率和效率而波动。因此，能源502可以包括各种比率的各种电能源，并且可以基于次要因素而变化，例如一天中的时间、市政电网的环境能源需求、天气(在太阳能和/或风能可用的情况下)。
由能源502提供动力的旋转装置100接收气态加热介质504和再循环气态加热介质506。在一些实施方案中，气态加热介质是空气或(水)蒸汽。在其他实施方案中，气态加热介质是来自热能产生过程的废气或再循环气体。通过如上所述在旋转装置100中进行的加热操作，产生加热的气态介质508。热气态介质508也被称为热载体或热传递流体。在一些实施方案中，加热的气态介质508具有约1000℃的温度，但加热的气态介质的温度可以根据可用能源、再循环气态介质的温度、特定应用的需要等而变化。
加热的气态介质508穿过热交换器510。热交换器510热连接至冷储存512和热储存514，并且流体储存介质通过热交换器510的方式从冷储存512流向热储存514。因此，在加热循环期间，气态加热介质508的热能通过热交换器510传递至流体热储存介质512、514。在一些实施方案中，热交换器510是传统的散热器式交换器，流体储存介质位于具有高表面积的管道中，气态加热介质在管道上方穿过。
在热能从气态加热介质传递至流体储存介质时，冷储存512可以具有例如约500℃的温度，并且热储存514可以具有例如约800℃的温度。在热能传递之后，加热的气态介质以降低的温度(例如约900℃)离开热交换器510，并再循环至旋转装置100。
图6示出了用于具有移动(流体)储存介质的高温热能储存系统的示例性热能释放循环600。在一些实施方案中，例如图6所示的实施方案，释放循环600可以包括在图5所示的热能产生和储存过程500之后释放热能。进料水602穿过热交换器604。进料水602可以是任何合适的水源。在示例性实施方案中，进料水602是压力为约60bar至约100bar并且温度为约270℃的锅炉进料水。热交换器604位于冷储存512与热储存514之间并且以与图5中的热交换器510类似的方式操作。当进料水602穿过热交换器604时，储存在热储存514中的流体储存介质中的热能被传递至进料水，从而使其蒸发。过热蒸汽606离开热交换器。在示例性实施方案中，过热蒸汽606的压力为约60bar至约100bar并且温度为约450℃。
在图5和图6中，热储存和冷储存可以是例如熔融盐、流化砂或任何其他合适的储存材料的形式。在所呈现的实例中，热储存工段512和514共同表示热储存单元101(图1)。
图7示出了利用固定储存介质的示例性热能产生和储存循环700。能源702向旋转装置100提供电力。在一些实施方案中，能源702是可再生能源。在一些实施方案中，能源702由来自多个来源的电能(例如可再生能源和来自市政电网的电力)组成。如上所述，生成热能所依赖的可再生能源的量可以根据可再生能源产生的速率和效率而波动。因此，能源702可以包括各种比率的各种电能源，并且可以基于次要因素而变化，例如一天中的时间、市政电网的环境能源需求、天气(在太阳能和/或风能可用的情况下)。
在图7所示的实施方案中，由能源702提供动力的旋转装置100接收再循环气态加热介质704和再循环气态加热介质704。在一些实施方案中，气态加热介质是空气。在其他实施方案中，气态加热介质是来自热能生成过程的废气或再循环气体。通过如上所述在旋转装置100中进行的加热操作，产生加热的气态介质706。在一些实施方案中，加热的气态介质706具有约1000℃的温度，但加热的气态介质的温度可以根据可用能源、再循环气态介质的温度、特定应用的需要等而变化。
加热的气态介质706穿过固定储存介质708。固定储存介质708的特点在于无法流动，与图5和图6所示的流体储存介质相反。固定储存介质708由加热的气态介质706加热。在一些实施方案中，固定储存介质708包括分布在固定储存介质的整个体积中的热传递管网，使得能够从加热的气态介质进行有效的热能传递。在其他实施方案中，固定储存介质是多孔的，使得加热的气态介质可以直接流过固定储存介质本身。
在热能从加热的气态介质706传递至固定储存介质708时，固定储存介质708的温度变化可以例如从约500℃至约800℃。在热能传递之后，再循环气态介质704以降低的温度(例如约900℃)离开固定储存介质708，并且再循环至旋转装置100。
图8示出了具有固定储存介质的高温热能储存系统的示例性热能释放循环800。在一些实施方案中，例如图8所示的实施方案，释放循环800可以包括在图7所示的热能产生和储存过程700之后释放热能。进料水802穿过固定储存介质804。进料水802可以是任何合适的水源。在示例性实施方案中，进料水802是压力为约60bar至约100bar并且温度为约270℃的锅炉进料水。固定储存介质804以与图7中的固定储存介质708类似的方式操作。当进料水802穿过或通过固定储存介质708时，储存在固定储存介质中的热能被传递至进料水并使其蒸发。过热蒸汽806离开固定储存介质。在示例性实施方案中，过热蒸汽806的压力为约60bar至约100bar并且温度为约450℃。在一些实施方案中，由于热能传递，固定储存介质经历从约800℃至约500℃的温度变化。
在图7和图8中，固定储存介质可以是例如砂床、岩床、混凝土或任何其他适当的储存材料的形式。在所呈现的实例中，热储存工段708(图7)和804(图8)表示热储存单元101(图1)。
本领域技术人员应清楚，随着技术的进步，本发明的基本思想可以以各种方式实施和组合。因此，本发明及其实施方案不限于上文描述的实例，相反，它们通常可以在所附权利要求的范围内变化。

Claims (41)

1.一种用于产生和储存热能的方法，所述方法包括通过集成到热能产生和储存设施中的至少一个旋转装置生成加热的流体介质，所述至少一个旋转装置包括：
壳体，其具有至少一个入口和至少一个出口，
转子，其包括在安装在转子轴上的转子毂的圆周上布置的至少一排转子叶片，以及
多个固定翼片，其被布置成至少在所述至少一排转子叶片上游的组件，
所述方法还包括：
-将一定量的输入能量传导至集成到所述热能产生和储存设施中的至少一个旋转装置中，所述输入能量包括电能，
-操作集成到所述热能产生和储存设施中的所述至少一个旋转装置以进行热能产生，使得借助于当沿着所述壳体内在所述入口与所述出口之间形成的流动路径引导的流体介质流分别穿过所述固定翼片和所述至少一排转子叶片时发生的一系列能量转换，将一定量的热能赋予所述流体介质流，由此生成加热至基本上等于或高于约500摄氏度(℃)的流体介质流，以及
-将由所述至少一个旋转装置生成的加热的流体介质流供应至在所述热能产生和储存设施内提供的至少一个热能储存单元中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个热能储存单元包括被配置成在所述热能产生和储存设施中储存热能的热能储存介质，并且其中一定量的热能从由所述至少一个旋转装置生成的加热的流体介质传递至所述热能储存介质。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中在所述至少一个热能储存单元内提供的热能储存介质是显热储存(SHS)介质、潜热储存(LHS)介质或热化学储存(TCS)介质中的任何一种。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的方法，其中所述热能储存介质包括稳定相材料或相变材料(PCM)。
5.根据权利要求2或3中任一项所述的方法，其中所述热能储存介质以固相、液相、气相或其组合中的任何一种形式提供。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述热能储存介质包括解离的固体、液体或气态化合物。
7.根据权利要求2或3中任一项所述的方法，其中所述热能储存介质是可移动的，并且它包括流体。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述热能储存介质包括熔融盐或流化砂床。
9.根据权利要求2或3中任一项所述的方法，其中所述热能储存介质是固定的，并且它包括金属、石材、混凝土、砂、陶瓷或其组合中的任何一种。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述热能储存介质包括固定砂床或岩床。
11.根据任一前述权利要求所述的方法，包括在所述旋转装置中生成所述加热的流体介质。
12.根据权利要求11所述的方法，其中进入所述旋转装置的所述流体介质是基本上气态介质。
13.根据权利要求11所述的方法，其中在所述旋转装置中生成的所述加热的流体介质包括空气、氮气(N2)、蒸汽(H2O)或其组合中的任何一种。
14.根据权利要求11所述的方法，其中在所述旋转装置中生成的所述加热的流体介质是从在所述热能产生和储存设施中的热能产生和储存期间生成的尾气回收的再循环气体。
15.根据任一前述权利要求所述的方法，其中一定量的热能从由所述至少一个旋转装置生成的所述加热的流体介质传递至在所述至少一个热能储存单元中提供的热传递流体。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述热传递流体包括合成油或熔融盐。
17.根据任一前述权利要求所述的方法，其中一定量的热能经由热交换器从由所述至少一个旋转装置生成的所述加热的流体介质传递至所述至少一个热能储存单元。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述一定量的热能从由所述至少一个旋转装置生成的所述加热的流体介质传递至在所述至少一个热能储存单元中提供的所述热能储存介质和/或所述热传递流体。
19.根据权利要求17或18中任一项所述的方法，其中所述一定量的热能经由浸入所述热能储存介质中的热传递管网而从由所述至少一个旋转装置生成的所述加热的流体介质传递至所述热能储存介质，其中所述热能储存介质是固定的。
20.根据权利要求1所述的方法，包括生成加热至基本上等于或高于约500摄氏度(℃)的温度，优选地，加热至基本上等于或高于约1200℃的温度，还优选地，加热至基本上等于或高于约1700℃的温度的流体介质。
21.根据任一前述权利要求所述的方法，包括调节通过所述旋转装置传播的流体介质流的速度和/或压力以产生生成所述加热的流体介质流的条件。
22.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述加热的流体介质由至少一个旋转装置生成，所述旋转装置包括沿着所述转子轴顺序布置的两排或更多排转子叶片。
23.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述加热的流体介质由至少一个旋转装置生成，所述旋转装置还包括在所述至少一排转子叶片下游布置的扩散器区域，所述方法包括操作集成到所述热能产生和储存设施中的所述至少一个旋转装置，使得借助于当沿着所述壳体内在所述入口与所述出口之间形成的流动路径引导的流体介质流分别依次穿过所述固定翼片、所述转子叶片和所述扩散器区域时发生的一系列能量转换，将一定量的热能赋予所述流体介质流，由此生成加热的流体介质流。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，在所述旋转装置中，所述扩散器区域被配置成具有或不具有固定扩散器翼片。
25.根据任一前述权利要求所述的方法，其中通过调节传导至集成到所述热能产生和储存设施中的至少一个旋转装置中的输入能量的量来控制添加至通过所述旋转装置传播的流体介质流的热能的量。
26.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括将一种反应性化合物或多种反应性化合物的混合物引入通过加热装置传播的流体介质流中，由此通过放热反应将一定量的热能添加至所述流体介质流中。
27.根据权利要求26所述的方法，其中将所述一种反应性化合物或多种反应性化合物的混合物引入预热至预定温度的流体介质流中。
28.根据权利要求27所述的方法，其中将所述一种反应性化合物或多种反应性化合物的混合物引入预热至基本上等于或高于约1700℃的温度的流体介质流中。
29.根据任一前述权利要求所述的方法，包括通过集成到所述热能产生和储存设施中的至少两个旋转装置生成所述加热的流体介质，其中所述至少两个旋转装置并联或串联连接。
30.根据权利要求29所述的方法，包括通过至少两个顺序连接的旋转装置生成所述加热的流体介质，其中所述流体介质流在序列中的至少第一旋转装置中被预热至预定温度，并且其中通过将另外量的热能输入至通过第二旋转装置传播的预热的流体介质流中，所述流体介质流在序列中的至少第二旋转装置中被进一步加热。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，在所述序列中的至少第一旋转装置中，所述流体介质流被预热至基本上等于或高于约1700℃的温度。
32.根据权利要求30或31中任一项所述的方法，其中借助于将所述反应性化合物或化合物的混合物引入通过所述序列中的至少第二旋转装置传播的流体介质流中，将所述另外量的热能添加至所述流中。
33.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括增加通过所述旋转装置传播的流体介质流中的压力。
34.根据任一前述权利要求所述的方法，其中作为所述输入能量传导至集成在所述热能产生和储存设施中的至少一个旋转装置中的电能的量为约5％至100％。
35.根据任一前述权利要求所述的方法，其中作为所述输入能量传导至集成在所述热能产生和储存设施中的至少一个旋转装置中的电能的量可获得自可再生能源或不同能源的组合，任选地，可再生能源的组合。
36.根据任一前述权利要求所述的方法，其中借助于与至少一个非电能可操作的加热器设备一起集成到所述热能产生和储存设施中，利用所述至少一个旋转装置来平衡电能的量的变化，例如供应过剩和短缺，任选地，所述电能为可再生电能。
37.根据任一前述权利要求所述的方法，其中提高所述热能产生和储存设施的能量效率，和/或其中减少所述热能产生和储存设施中的温室气体和颗粒排放。
38.一种热能产生和储存设施，其包括至少一个旋转装置和至少一个热能储存单元，所述至少一个旋转装置被配置成生成加热的流体介质，所述至少一个旋转装置集成到所述热能产生和储存设施中并且包括：
壳体，其具有至少一个入口和至少一个出口，
转子，其包括在安装在转子轴上的转子毂的圆周上布置的至少一排转子叶片，以及
多个固定翼片，其被布置成至少在所述至少一排转子叶片上游的组件，
其中所述至少一个旋转装置被配置成：
-接收一定量的输入能量，所述输入能量包括电能，
-操作使得借助于当沿着所述壳体内在所述入口与所述出口之间形成的流动路径引导的流体介质流分别穿过所述固定翼片和所述至少一排转子叶片时发生的一系列能量转换，将一定量的热能赋予所述流体介质流，由此生成加热至基本上等于或高于约500摄氏度(℃)的流体介质流，以及
-将所述加热的流体介质流供应至在所述热能产生和储存设施内提供的至少一个热能储存单元中。
39.根据权利要求38所述的热能产生和储存设施，其中所述至少一个热能储存单元包括被配置成在所述热能产生和储存设施中储存热能的热能储存介质，并且其中所述至少一个旋转装置连接至所述至少一个热能储存单元，使得一定量的热能从由所述至少一个旋转装置生成的所述加热的流体介质传递至所述热能储存介质。
40.根据权利要求38所述的热能产生和储存设施，其被配置成通过权利要求1-37中任一项限定的方法实施与热能产生和储存相关的一个或多个过程。
41.根据权利要求38-40中任一项所述的热能产生和储存设施，其中至少两个旋转装置被布置成组件，并且并联或串联连接。
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