JP2015503048A - Thermal energy storage system - Google Patents

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ミーリッシュ・ロバート・チャールズ
ビセット・ステファン・ジェームズ
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Abstract

様々なエネルギー貯蔵および回収システムを述べる。一般に、「高温」熱貯蔵器と「低温」熱貯蔵器が提供される。「高温」貯蔵器は、液相と飽和蒸気相との両方の作業流体を保持する。「低温」貯蔵器は、高温貯蔵器よりも低い温度で作業流体を保持する。熱機関/ヒートポンプユニットは、(a)エネルギーの回収を容易にするために、力学的エネルギーを発生する様式で、作業流体蒸気の膨張によって、高温貯蔵器から低温貯蔵器に進む蒸気からエネルギーを抽出し、(b)エネルギーの貯蔵を容易にするために、低温貯蔵器から高温貯蔵器に進む蒸気を圧縮する。いくつかの実施形態では、熱機関/ヒートポンプは、膨張機と圧縮機とのどちらとしても働くことができる可逆的容積式熱機関の形態を取る。電気エネルギーの貯蔵および回収を容易にするために、電気モータ/発電機ユニットが、熱機関/ヒートポンプユニットに機械的に結合されることがある。【選択図】図1Various energy storage and recovery systems are described. In general, “hot” and “cold” heat stores are provided. A “hot” reservoir holds both liquid and saturated vapor phase working fluids. A “cold” reservoir holds the working fluid at a lower temperature than the hot reservoir. The heat engine / heat pump unit (a) extracts energy from the steam traveling from the hot reservoir to the cold reservoir by expansion of the working fluid vapor in a manner that generates mechanical energy to facilitate energy recovery. And (b) compress the vapor traveling from the cold store to the hot store to facilitate energy storage. In some embodiments, the heat engine / heat pump takes the form of a reversible positive displacement heat engine that can act as both an expander and a compressor. In order to facilitate the storage and recovery of electrical energy, an electric motor / generator unit may be mechanically coupled to a heat engine / heat pump unit. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、一般に、熱エネルギー貯蔵システムに関する。より詳細には、本発明は、液体水/水蒸気など相変化を利用して熱エネルギーを貯蔵するシステムに関する。   The present invention relates generally to thermal energy storage systems. More particularly, the present invention relates to a system for storing thermal energy using phase changes such as liquid water / water vapor.

エネルギーの供給と需要との時間的な不一致を解決するために、電気エネルギーを貯蔵することが望ましい多くの状況が存在する。例えば、太陽エネルギーおよび風力エネルギーなど何らかの代替エネルギー源の利用可能性は、1日の中で大きく異なることがあり、そのようなエネルギーを収集するデバイス(例えば光起電力集光器または風力タービン)の出力は、しばしば、そのようなデバイスが発生する電気エネルギーに対する需要に一致しない。供給と需要の不一致の別の例は、原子力発電所などのベースライン発電施設において具現化され、これらの施設は、一般に実質的に安定した電気出力を生成するように設計されるが、電気の需要は、時間と共に変化する傾向がある。   There are many situations where it is desirable to store electrical energy in order to resolve the temporal discrepancy between energy supply and demand. For example, the availability of any alternative energy sources, such as solar energy and wind energy, can vary widely throughout the day, and the device (eg photovoltaic concentrator or wind turbine) that collects such energy The output often does not match the demand for electrical energy generated by such devices. Another example of supply and demand discrepancies is embodied in baseline power generation facilities such as nuclear power plants, which are generally designed to produce a substantially stable electrical output, Demand tends to change over time.

供給と需要の不一致により、バルク電気エネルギー貯蔵が望ましいものとなることがあり、長年にわたって、そのような電気エネルギーの貯蔵および回収を容易にするために多様なシステムおよびデバイスが提案および/または使用されている。電気エネルギーを貯蔵するために設計されるデバイスの最も身近な例の1つは、電池である。電池は、比較的小規模のエネルギー貯蔵用途に関しては良好に機能する傾向があるが、より大規模のエネルギー貯蔵システムにおいては、法外なコストがかかる傾向がある。グリッドスケール電気エネルギー貯蔵用途で使用されているより大規模のエネルギー貯蔵システムの一例は、揚水式水力発電および貯蔵である。揚水式水力発電・貯蔵システムでは、電力は、上側貯蔵器から下側貯蔵器に流れる水の位置エネルギーを抽出するタービンによって発生される。電力の需要が低く、かつ低コストでの他の動力源からの余剰な供給があるとき、タービンを逆動させて、下側の貯蔵器から上側の貯蔵器に水をポンプすることができ、それによりエネルギーを重力位置エネルギーとして貯蔵する。後で、電力の需要がより高くなったときに、上側貯蔵器に貯蔵された水を使用してタービンを駆動させて、電力を発生させることができる。   Supply and demand discrepancies may make bulk electrical energy storage desirable and over the years various systems and devices have been proposed and / or used to facilitate the storage and recovery of such electrical energy. ing. One of the most familiar examples of devices designed to store electrical energy is a battery. Batteries tend to work well for relatively small energy storage applications, but tend to be prohibitively expensive in larger energy storage systems. An example of a larger energy storage system used in grid scale electrical energy storage applications is pumped hydropower generation and storage. In a pumped hydropower generation and storage system, power is generated by a turbine that extracts the potential energy of water flowing from the upper reservoir to the lower reservoir. When the demand for power is low and there is surplus supply from other power sources at low cost, the turbine can be reversed to pump water from the lower reservoir to the upper reservoir, Thereby, energy is stored as gravitational potential energy. Later, when the demand for power becomes higher, the water stored in the upper reservoir can be used to drive the turbine to generate power.

他の媒体および大規模のエネルギー貯蔵システムは、エネルギー貯蔵メカニズムとして、熱エネルギー、圧縮空気、フライホイール、コンデンサ、および化学エネルギーなどのメカニズムを利用している。そのような従来のエネルギー貯蔵システムはいくつかの利益を有するが、比較的高いラウンドトリップエネルギー回収効率を有する費用対効果が高いエネルギー貯蔵システムを開発するための努力が続けられている。そのようなデバイスは、エネルギー利用可能性が需要よりも高く、エネルギーの価格および/または価値が低いときには、電気を獲得または購入して関連のエネルギーを貯蔵し、エネルギー利用可能性が需要よりも低く、エネルギーの価格および/または価値が高いときには、そのようなエネルギーを回収および利用または販売することを実用的にすることができる。   Other media and large-scale energy storage systems utilize mechanisms such as thermal energy, compressed air, flywheels, condensers, and chemical energy as energy storage mechanisms. While such conventional energy storage systems have several benefits, efforts continue to develop cost effective energy storage systems with relatively high round trip energy recovery efficiency. Such devices acquire or purchase electricity to store related energy when energy availability is higher than demand and energy price and / or value is low, and energy availability is lower than demand. When the price and / or value of energy is high, it can be practical to recover and use or sell such energy.

様々なエネルギー貯蔵および回収システムについて説明する。一般に、「高温」熱貯蔵器と「低温」熱貯蔵器が提供される。「高温」熱貯蔵器は、液相状態と飽和蒸気相状態との両方で作業流体を保持するように構成される。「低温」熱貯蔵器は、高温熱貯蔵器内の作業流体よりも低い温度を有する第2の状態で作業流体を保持するように構成される。熱機関/ヒートポンプユニットは、(a)エネルギー貯蔵および回収システムからのエネルギーの回収を容易にするために、力学的エネルギーを発生する様式で、作業流体蒸気の膨張によって、高温貯蔵器から低温貯蔵器に進む作業流体からエネルギーを抽出し、(b)エネルギー貯蔵および回収システム内でのエネルギーの貯蔵を容易にするために、低温貯蔵器から高温貯蔵器に進む作業流体を圧縮するように構成される。   Various energy storage and recovery systems are described. In general, “hot” and “cold” heat stores are provided. A “hot” heat reservoir is configured to hold the working fluid in both a liquid phase state and a saturated vapor phase state. The “cold” heat store is configured to hold the working fluid in a second state having a lower temperature than the working fluid in the hot heat store. The heat engine / heat pump unit is: (a) from a high temperature reservoir to a low temperature storage by expansion of working fluid vapor in a manner that generates mechanical energy to facilitate recovery of energy from the energy storage and recovery system. Extracting energy from the working fluid going to (b), and (b) configured to compress the working fluid going from the cold store to the hot store to facilitate storage of energy within the energy storage and recovery system .

作業流体として、様々な異なる材料を使用することができる。いくつかの好ましい実施形態では、作業流体として水が使用される。作業流体として水が使用されるとき、水は、水蒸気として、熱機関/ヒートポンプユニットを通過する。そのような実施形態では、熱機関/ヒートポンプユニットは、蒸気機関の形態を取ることがある。   A variety of different materials can be used as the working fluid. In some preferred embodiments, water is used as the working fluid. When water is used as the working fluid, the water passes through the heat engine / heat pump unit as water vapor. In such embodiments, the heat engine / heat pump unit may take the form of a steam engine.

熱機関/ヒートポンプは、膨張機と圧縮機とのどちらとしても働くことができる可逆的熱機関の形態を取ることがあり、または、膨張機と圧縮機として別個のデバイスが使用されることがある。いくつかの実施形態では、可逆的容積式熱機関(例えば、ピストン蒸気機関)が、熱機関/ヒートポンプとして使用される。例として、ユニフロー式(unaflow)、ユニバーサル−ユニフロー式、および逆流蒸気機関が、良好に機能する。いくつかの好ましい実装形態では、熱機関は、調節可能な弁と制御装置とを含み、制御装置は、クランクシャフト角度に対して弁の開閉のタイミングを変えるように構成される。   The heat engine / heat pump may take the form of a reversible heat engine that can act as both an expander and a compressor, or separate devices may be used as the expander and compressor. . In some embodiments, a reversible positive displacement heat engine (eg, a piston steam engine) is used as a heat engine / heat pump. As an example, uniflow, universal-uniflow, and counter-flow steam engines work well. In some preferred implementations, the heat engine includes an adjustable valve and a controller that is configured to vary the timing of opening and closing the valve relative to the crankshaft angle.

電気エネルギーの貯蔵および回収を容易にするために、電気モータ/発電機ユニットが、熱機関/ヒートポンプユニットに対して機械的に結合されることがある。電気モータ/発電機は、作業流体の圧縮中には熱機関/ヒートポンプユニットを駆動し、作業流体の膨張中には電気を発生するように構成される。電気モータ/発電機は、単一の逆動可能ユニット、または別個のモータデバイスと発電機デバイスとして実装することができる。   In order to facilitate the storage and recovery of electrical energy, an electric motor / generator unit may be mechanically coupled to a heat engine / heat pump unit. The electric motor / generator is configured to drive the heat engine / heat pump unit during compression of the working fluid and to generate electricity during expansion of the working fluid. The electric motor / generator can be implemented as a single reversible unit or as separate motor and generator devices.

高温貯蔵器および低温貯蔵器は、圧力容器または非加圧式貯蔵器の形態を取ることがある。非加圧式貯蔵器が使用されるとき、準大気圧チャンバを提供して、蒸気への作業流体の(例えば、水蒸気への液体水の)準大気圧フラッシング、および/または液体への蒸気の準大気圧復水を促進することができる。加圧容器が高温貯蔵器として使用されるとき、高温貯蔵器内の作業流体は、周囲大気圧よりも実質的に高い圧力で貯蔵することができる。   The hot and cold reservoirs may take the form of pressure vessels or non-pressurized reservoirs. When a non-pressurized reservoir is used, a sub-atmospheric pressure chamber is provided to provide a sub-atmospheric pressure flush of the working fluid to the vapor (eg, liquid water to water vapor) and / or the vapor to the liquid Atmospheric pressure condensate can be promoted. When the pressurized container is used as a high temperature reservoir, the working fluid in the high temperature reservoir can be stored at a pressure substantially higher than ambient atmospheric pressure.

いくつかの代替実施形態では、低温貯蔵装置は、蒸気を復水するように構成されている復水器と、高温貯蔵器よりも低い温度を有する水蒸気を提供するように構成されている別個の低温熱エネルギー源との組合せによって置き換えることができる。   In some alternative embodiments, the cold storage device is a condenser configured to condense steam and a separate steam configured to provide steam having a lower temperature than the hot storage. It can be replaced by a combination with a low temperature thermal energy source.

本発明およびその利点は、添付図面に関連付けて述べる以下の説明を参照することによって最も良く理解することができる。   The invention and its advantages are best understood by referring to the following description, taken in conjunction with the accompanying drawings.

本発明の一実施形態による熱機関/ヒートポンプベースのエネルギー貯蔵および回収システムの概略図である。1 is a schematic diagram of a heat engine / heat pump based energy storage and recovery system according to one embodiment of the invention. FIG.

エネルギー貯蔵モードで動作する、加圧式高温貯蔵器と、準大気圧フラッシングチャンバを備える非加圧式低温貯蔵器とを有するエネルギー貯蔵および回収システムの概略図である。1 is a schematic diagram of an energy storage and recovery system having a pressurized hot storage and a non-pressurized cold storage with a sub-atmospheric pressure flushing chamber operating in an energy storage mode. FIG.

エネルギー回収モードで動作する図2(a)のエネルギー貯蔵システムの概略図である。It is the schematic of the energy storage system of Fig.2 (a) which operate | moves in energy recovery mode.

非加圧式の高温貯蔵器および低温貯蔵器を有するエネルギー貯蔵および回収システムの概略図である。1 is a schematic diagram of an energy storage and recovery system having a non-pressurized hot and cold storage.

加圧式の高温貯蔵器および低温貯蔵器を有するエネルギー貯蔵および回収システムの概略図である。1 is a schematic diagram of an energy storage and recovery system having a pressurized hot and cold storage.

低温源と、別の低温シンクとを有するエネルギー貯蔵および回収システムの概略図である。1 is a schematic diagram of an energy storage and recovery system having a cold source and another cold sink. FIG.

図面中、時として、同様の構造要素を表すために同一の参照番号が使用される。また、図面における図示は、概略的であり、正確な縮尺では描かれていないことを理解すべきである。   In the drawings, the same reference numbers are sometimes used to represent similar structural elements. It should also be understood that the illustrations in the drawings are schematic and are not drawn to scale.

いくつかの熱エネルギーベースのエネルギー貯蔵および回収システムを述べる。一般に、説明する貯蔵システムは、相当な熱容量を有する作業流体を利用し、システムの貯蔵容量を改良する助けとなるように相変化(例えば、液体水/水蒸気相変化)を利用する。   Several thermal energy based energy storage and recovery systems are described. In general, the storage system described utilizes a working fluid having a substantial heat capacity and utilizes a phase change (eg, liquid water / water vapor phase change) to help improve the storage capacity of the system.

次に図1を参照して、本発明の一実施形態による熱機関/ヒートポンプベースの電気エネルギー貯蔵および回収の基本的なアーキテクチャについて述べる。貯蔵システム100は、「高温」熱貯蔵器105と、「低温」熱貯蔵器110とを含む。熱機関/ヒートポンプ120を使用して、2つの熱貯蔵器105と110の間で作業流体を搬送する。例示される実施形態では、熱機関/ヒートポンプ120は、発電機/モータ130に結合され、発電機/モータ130はさらに、電源および適切であれば電気的負荷に結合される。エネルギーを貯蔵する様式でシステム100を動作させるとき、電源からの電気がモータ130に電力供給し、モータ130は、ヒートポンプ120を駆動する(作動させる)。ヒートポンプは、低温熱貯蔵器110から引き出された蒸気形態の作業流体を圧縮し、これはまた、本来的に作業流体を加熱する。圧縮された作業流体は、次いで、高温熱貯蔵器105に貯蔵される。   Referring now to FIG. 1, the basic architecture of a heat engine / heat pump based electrical energy storage and recovery according to one embodiment of the present invention will be described. The storage system 100 includes a “high temperature” heat store 105 and a “cold” heat store 110. A heat engine / heat pump 120 is used to carry working fluid between the two heat stores 105 and 110. In the illustrated embodiment, the heat engine / heat pump 120 is coupled to a generator / motor 130 that is further coupled to a power source and, if appropriate, an electrical load. When operating the system 100 in a manner that stores energy, electricity from the power source powers the motor 130, which drives (activates) the heat pump 120. The heat pump compresses the working fluid in vapor form drawn from the cryogenic heat reservoir 110, which also inherently heats the working fluid. The compressed working fluid is then stored in the high temperature heat reservoir 105.

エネルギーを回収する様式でシステム100を動作させるとき、熱機関/ヒートポンプ120は、熱機関モードで動作される。熱機関120は発電機130を駆動し(作動させ)、発電機130は電気(電力)を発生し、この電気は、電気的負荷に電力供給するために使用することができ、送電網に送ることができ、または任意の他の所望の様式で利用することができる。電気エネルギーを受け取って送給するシステムを例示するが、代替実施形態では、力学的エネルギー(風力タービンまたは他のデバイスによって駆動される回転シャフトなど)がヒートポンプを駆動させることができ、および/または、望まれる場合には、熱機関の力学的出力を直接使用することができる。   When operating system 100 in a manner that recovers energy, heat engine / heat pump 120 is operated in a heat engine mode. The heat engine 120 drives (activates) the generator 130, which generates electricity (electric power) that can be used to power an electrical load and send it to the power grid. Or can be utilized in any other desired manner. Although a system for receiving and delivering electrical energy is illustrated, in alternative embodiments, mechanical energy (such as a rotating shaft driven by a wind turbine or other device) can drive a heat pump, and / or If desired, the mechanical output of the heat engine can be used directly.

高温熱貯蔵器105は、低温熱貯蔵器110よりも高い温度で作業流体を保持するが、貯蔵器の実際の温度は、広範に変化することがある。したがって、本明細書で使用する際、名称「高温」および「低温」は、貯蔵器内部の作業流体の特定の温度ではなく、貯蔵器の相対温度、または周囲温度もしくは任意の特定の基準温度に対する貯蔵器の温度を示すことのみを意図される。以下でより詳細に述べるように、熱貯蔵器105および110は、多様な形態を取ることがあり、加圧または非加圧作業流体を貯蔵することがある。   Although the high temperature heat reservoir 105 holds the working fluid at a higher temperature than the low temperature heat reservoir 110, the actual temperature of the reservoir can vary widely. Thus, as used herein, the names “hot” and “cold” are not relative to the specific temperature of the working fluid inside the reservoir, but to the relative temperature of the reservoir, or ambient or any specific reference temperature. It is only intended to indicate the temperature of the reservoir. As will be described in more detail below, heat reservoirs 105 and 110 may take a variety of forms and may store pressurized or non-pressurized working fluid.

説明する実施形態では、熱機関/ヒートポンプ120内での作業流体として水蒸気が使用され、したがって、水/水蒸気が熱貯蔵器105および110内に貯蔵される。しかし、代替実施形態では、水の代わりに多様な他の作業流体を使用することができることを理解すべきである。例として、代替実施形態では、様々な水ベースの混合物(例えば、水/アンモニア混合物)、フルオロカーボン、アンモニア、炭化水素、および冷媒、および/またはこれらの流体の任意のものを含む混合物を使用することができる。一般に、システムの貯蔵容量を改良するために有利には相変化を使用することができるように、主に液相で作業流体を貯蔵することが望ましい。   In the described embodiment, steam is used as the working fluid in the heat engine / heat pump 120, and thus water / steam is stored in the heat reservoirs 105 and 110. However, it should be understood that in alternative embodiments, a variety of other working fluids can be used in place of water. By way of example, in alternative embodiments, use various water-based mixtures (eg, water / ammonia mixtures), fluorocarbons, ammonia, hydrocarbons, and refrigerants, and / or mixtures containing any of these fluids. Can do. In general, it is desirable to store the working fluid primarily in the liquid phase so that phase change can be advantageously used to improve the storage capacity of the system.

エネルギー貯蔵および回収システム100の動作の説明を容易にするために、図2(a)および図2(b)は、システム100の1つの適切な構成の動作を概略的に例示する。この実施形態では、低温熱貯蔵器110(「低温貯蔵装置」とも呼ぶ)は、非加圧水を保持し、一方、高温熱貯蔵器105(「高温貯蔵装置」とも呼ぶ)は、加圧水を保持する。図2(a)は、エネルギー貯蔵モードでのエネルギー貯蔵システムの動作を概略的に例示し、図2(b)は、エネルギー回収モードでのシステムの動作を例示する。図2(a)に例示されるエネルギー貯蔵モードでは、水蒸気が、低温貯蔵装置110から引き出され、ヒートポンプ120(a)によって圧縮される。加圧された水蒸気は、高温貯蔵装置105に注入され、そこで、高温貯蔵装置内部の水と接触することによって復水される。圧縮された水蒸気の導入および復水は、高温貯蔵装置を加温する効果を有し、それにより、熱エネルギーの貯蔵を容易にする。当業者には理解されるように、気体(例えば水蒸気)の断熱圧縮は、気体をかなり加温する効果を有し、したがって、圧縮された水蒸気は、一般に、ヒートポンプ120(a)のための供給源として働いた低温貯蔵装置110からの水蒸気よりもはるかに高温になる。   To facilitate the description of the operation of the energy storage and recovery system 100, FIGS. 2 (a) and 2 (b) schematically illustrate the operation of one suitable configuration of the system 100. In this embodiment, low temperature heat reservoir 110 (also referred to as “cold storage device”) holds non-pressurized water, while high temperature heat reservoir 105 (also referred to as “high temperature storage device”) holds pressurized water. FIG. 2 (a) schematically illustrates the operation of the energy storage system in the energy storage mode, and FIG. 2 (b) illustrates the operation of the system in the energy recovery mode. In the energy storage mode illustrated in FIG. 2A, water vapor is drawn from the low temperature storage device 110 and compressed by the heat pump 120 (a). Pressurized water vapor is injected into the high temperature storage device 105 where it is condensed by contacting the water inside the high temperature storage device. The introduction and condensate of compressed steam has the effect of warming the high temperature storage device, thereby facilitating the storage of thermal energy. As will be appreciated by those skilled in the art, adiabatic compression of a gas (eg, water vapor) has the effect of significantly warming the gas, so the compressed water vapor is generally supplied to the heat pump 120 (a). It is much hotter than the water vapor from the cold storage device 110 that served as the source.

高温貯蔵装置105が加圧式であるので、本来的に、高温貯蔵装置内部には飽和水蒸気と加圧水とが存在する。貯蔵器内部にいくらかの温度成層が存在することがあるが、一般に、液体/蒸気境界面(すなわち水面)で、飽和水蒸気と液体水との熱力学的平衡が生じている。圧縮された水蒸気が高温貯蔵装置に導入されるとき、液体/蒸気境界面での熱力学的平衡を概して保ちながら、高温貯蔵装置の温度と圧力がどちらも増加する。高温貯蔵装置内部での温度成層を減少させる助けとなるように、図2(a)に例示されるように高温貯蔵装置の底部付近から水蒸気を注入することがしばしば望ましく、注入された水蒸気は、貯蔵器を通って上昇するときに液体水と接触し、それにより、注入された水蒸気の復水を容易にする。ここで例示する、流入する水蒸気の液体水への注入は、復水を促進し、温度成層を減少させるために良好に機能するが、同じ機能を達成するために他のメカニズムを使用することもできるので、これは必須ではない。   Since the high temperature storage device 105 is a pressurized type, saturated water vapor and pressurized water are inherently present inside the high temperature storage device. There may be some thermal stratification inside the reservoir, but generally there is a thermodynamic equilibrium between saturated water vapor and liquid water at the liquid / vapor interface (ie, the water surface). When compressed water vapor is introduced into a high temperature storage device, both the temperature and pressure of the high temperature storage device increase, while generally maintaining thermodynamic equilibrium at the liquid / vapor interface. To help reduce temperature stratification within the high temperature storage device, it is often desirable to inject water vapor from near the bottom of the high temperature storage device, as illustrated in FIG. Contact with liquid water as it rises through the reservoir, thereby facilitating condensate of the injected steam. Illustrated here, the injection of incoming steam into liquid water works well to promote condensate and reduce temperature stratification, but other mechanisms may be used to achieve the same function. This is not mandatory as it can.

高温熱貯蔵器は実質的に閉じた系であるので、任意の時点での高温貯蔵装置の実際の動作圧力は、高温貯蔵装置の現行温度に大きく依存する(すなわち、より高温=より高圧)。より圧縮された水蒸気が高温貯蔵装置に追加されるとき、高温貯蔵装置の温度と圧力はどちらも上昇し続ける。しかし、高温貯蔵装置に関する最大動作温度/圧力に関して何らかの限度を設定することが望ましい。実際、最大動作温度/圧力は、経済的な制約によって定められる傾向があり、主な制約は、高温熱貯蔵器として使用される容器のコストである。現在、約17または18bar(ゲージ圧)(すなわち約17または18気圧)の圧力を定格とする市販されているいくつかの圧力容器(タンク)が存在する。17bar(ゲージ圧)(約250psig(ゲージ圧))の圧力では、高温貯蔵装置内部の水および水蒸気の温度は、約207℃となる。そのような圧力容器は比較的低価格で市販されているので、高温貯蔵装置105の最大動作圧力がその範囲内になるようにシステムを設計することが望ましいことがある。しかし、これは必須要件では全くなく、高温貯蔵装置の最大動作圧力は、任意の特定の用途の要件に見合うように広範に変えることができる。   Since the high temperature heat reservoir is a substantially closed system, the actual operating pressure of the high temperature storage device at any given time is highly dependent on the current temperature of the high temperature storage device (ie, higher temperature = higher pressure). As more compressed water vapor is added to the high temperature storage device, both the temperature and pressure of the high temperature storage device continue to rise. However, it is desirable to set some limit on the maximum operating temperature / pressure for high temperature storage devices. In fact, the maximum operating temperature / pressure tends to be dictated by economic constraints, the main constraint being the cost of the container used as the high temperature heat store. Currently, there are several commercially available pressure vessels (tanks) rated at a pressure of about 17 or 18 bar (gauge pressure) (ie, about 17 or 18 atmospheres). At a pressure of 17 bar (gauge pressure) (about 250 psig (gauge pressure)), the temperature of water and water vapor inside the high temperature storage device is about 207 ° C. Since such pressure vessels are commercially available at a relatively low cost, it may be desirable to design the system such that the maximum operating pressure of the high temperature storage device 105 is within that range. However, this is not a requirement at all and the maximum operating pressure of the high temperature storage device can be varied widely to meet the requirements of any particular application.

上述したように、低温貯蔵装置110は、ヒートポンプ120(a)のための水蒸気源として働く。図2(a)の実施形態では、低温貯蔵装置110は非加圧式である。低温貯蔵装置110内の水体積は加圧されないが、水蒸気の準大気圧フラッシング(沸騰)を容易にするためにカラム112が提供される。よく知られているように、水は、標準気圧(常圧)では約100℃の温度で沸騰する。しかし、より低い圧力では、水は、より低温でフラッシュ(沸騰)して水蒸気になる(当然、水は、より高圧ではより高温で沸騰する)。例えば、水は、0.1bar(絶対圧)の圧力では、約46℃の温度で沸騰し、0.05bar(絶対圧)の圧力では、約33℃の温度で沸騰し、0.02bar(絶対圧)の圧力では、約17.5℃の温度で沸騰する。水のこの特性を使用して、関連の貯蔵装置内部の水が加圧されていないときでさえ、100℃よりも十分に低い温度で水蒸気を発生させることができる。   As described above, the cold storage device 110 serves as a water vapor source for the heat pump 120 (a). In the embodiment of FIG. 2 (a), the low temperature storage device 110 is non-pressurized. The water volume in the cold storage device 110 is not pressurized, but a column 112 is provided to facilitate subatmospheric pressure flushing (boiling) of water vapor. As is well known, water boils at a temperature of about 100 ° C. at standard atmospheric pressure (normal pressure). However, at lower pressures, water flashes (boils) at lower temperatures and becomes steam (naturally water boils at higher temperatures at higher pressures). For example, water boiled at a temperature of about 46 ° C. at a pressure of 0.1 bar (absolute pressure), boiled at a temperature of about 33 ° C. at a pressure of 0.05 bar (absolute pressure), and 0.02 bar (absolute At a temperature of about 17.5 ° C. Using this property of water, water vapor can be generated at temperatures well below 100 ° C. even when the water inside the associated storage device is not pressurized.

図2(a)に例示される実施形態では、フラッシングカラム112が、低温熱貯蔵器と併せて提供される。フラッシングカラム112は、低温熱貯蔵器110内部の水位線よりも下の高さで開いており、貯蔵器110内部の水の表面よりも上に延在する。空気がカラムから排気されるとき、カラム内部で(周囲圧に対する)真空が発生され、これは、カラム内部の水の表面を、周囲圧での周囲の水よりも高い水位まで引き上げる効果を有する。カラムの高さが十分であり、空気の排気が完了した場合、カラム内部の水のいくらかがフラッシュ(沸騰)し、それにより、飽和水蒸気が、水位線よりも上でカラムに充満する。水位線よりも上のカラムの部分によって形成されるチャンバを、本明細書では時として、フラッシングチャンバ113と呼ぶ。フラッシングチャンバ内部の飽和水蒸気は、カラム112内部の水面で水と平衡状態になる温度および圧力に等しくなる。したがって、高温貯蔵装置105内と同様に、フラッシングチャンバ113内部の水蒸気の温度および圧力は、隣接する水の温度に応じて変化する。フラッシングカラム112の実際の高さは、任意の特定の熱貯蔵システムの設計目標に基づいて広範に変えることができるが、作業流体として水蒸気が使用されるときには、フラッシングチャンバ113内部で所望の準大気水蒸気圧を発生させるために、少なくとも約9.4メートルのカラム高さが一般に好ましい。   In the embodiment illustrated in FIG. 2 (a), a flushing column 112 is provided in conjunction with a cryogenic heat reservoir. The flushing column 112 is open at a height below the water level line inside the low-temperature heat reservoir 110 and extends above the surface of the water inside the reservoir 110. When air is evacuated from the column, a vacuum (relative to ambient pressure) is generated inside the column, which has the effect of raising the surface of the water inside the column to a higher water level than the ambient water at ambient pressure. When the column height is sufficient and the evacuation of the air is complete, some of the water inside the column is flushed (boiling), thereby filling the column with saturated water vapor above the level line. The chamber formed by the portion of the column above the water level is sometimes referred to herein as the flushing chamber 113. The saturated water vapor inside the flushing chamber is equal to the temperature and pressure at which the water level inside the column 112 equilibrates with water. Therefore, as in the high temperature storage device 105, the temperature and pressure of the water vapor inside the flushing chamber 113 change according to the temperature of the adjacent water. The actual height of the flushing column 112 can vary widely based on the design goals of any particular heat storage system, but when water vapor is used as the working fluid, the desired sub-atmosphere inside the flushing chamber 113 A column height of at least about 9.4 meters is generally preferred for generating water vapor pressure.

エネルギー貯蔵モードでは、図2(a)に例示されるように、水蒸気は、フラッシングチャンバ113から引き出され、ヒートポンプ120(b)によって圧縮される。水蒸気がフラッシングチャンバから引き出されるとき、フラッシングチャンバ内部の圧力が降下し、これは、より多くの水を蒸発(フラッシュ)させて、チャンバ113を平衡状態に戻す。水(および他の作業流体)の蒸発の潜熱は比較的高いので、水蒸気へのいくらかの水の蒸発は、周囲の水から熱を抽出し、それにより周囲の水を効果的に冷却する。したがって、水蒸気がフラッシングチャンバ113から引き出されるとき、低温熱貯蔵器110内部の水の温度は徐々に降下する。   In the energy storage mode, as illustrated in FIG. 2A, water vapor is drawn from the flushing chamber 113 and compressed by the heat pump 120 (b). As water vapor is withdrawn from the flushing chamber, the pressure inside the flushing chamber drops, which causes more water to evaporate (flush), returning the chamber 113 to equilibrium. Since the latent heat of evaporation of water (and other working fluids) is relatively high, some evaporation of water into water vapor extracts heat from the surrounding water, thereby effectively cooling the surrounding water. Therefore, when water vapor is withdrawn from the flushing chamber 113, the temperature of the water inside the low-temperature heat reservoir 110 gradually decreases.

フラッシングカラムが使用されるとき、カラムの実際の設計は、任意の用途の要件に見合うように広範に変えることができる。典型的には、所望の流量でヒートポンプ120(b)に供給するのに十分に高い流量で水蒸気を発生させることができることを保証するために、フラッシングチャンバ内部で十分な水の表面積を提供することが重要となる。いくつかの用途では、低温熱貯蔵器110およびフラッシングカラム112を巡るように水を循環させるためのメカニズムを提供することも望ましい。水のこの混合は、フラッシングカラム112内部での温度成層のリスクを減少させる助けとなる。特に、かなりの量の水蒸気が発生されているとき、フラッシング表面での水は比較的急速に冷却し、サーモサイホン効果のみでは、フラッシング表面での水の温度を、低温貯蔵装置110内部の水体本体とほぼ同じ温度に保つのに十分ではないことがあることを理解すべきである。これは特に、カラムの直径または幅(したがってフラッシング表面積)がカラム高さに比べて小さい場合である。一般に、フラッシングチャンバの表面での水が、下にある水体の温度よりもかなり低い温度になることは望ましくない。なぜなら、これは、ヒートポンプ120(b)に供給される水蒸気の温度および圧力を減少させ、システムの全体の効率を低下させることになるからである。   When a flushing column is used, the actual design of the column can be varied widely to meet the requirements of any application. Typically, providing sufficient water surface area within the flushing chamber to ensure that water vapor can be generated at a flow rate high enough to supply heat pump 120 (b) at the desired flow rate. Is important. In some applications, it may also be desirable to provide a mechanism for circulating water around the cryogenic heat storage 110 and the flushing column 112. This mixing of water helps reduce the risk of temperature stratification within the flushing column 112. In particular, when a considerable amount of water vapor is generated, the water on the flushing surface cools relatively quickly, and the thermosiphon effect alone changes the temperature of the water on the flushing surface to the water body body inside the cold storage device 110. It should be understood that it may not be sufficient to maintain approximately the same temperature. This is especially the case when the column diameter or width (and hence the flushing surface area) is small compared to the column height. In general, it is undesirable for the water at the surface of the flushing chamber to be at a much lower temperature than the temperature of the underlying water body. This is because the temperature and pressure of the water vapor supplied to the heat pump 120 (b) will be reduced, reducing the overall efficiency of the system.

低温貯蔵装置およびフラッシングチャンバ内部での水の循環を向上させるために、様々なメカニズムを使用することができる。例えば、循環および混合を向上させるために、インペラ、プロペラ、および他の混合デバイスを、低温貯蔵装置内部(例えばカラム112内)に適切に位置決めして使用することができる。様々な他の実施形態では、循環を向上させるために2つ以上のカラムを使用することができる。   Various mechanisms can be used to improve the circulation of water within the cryogenic storage and flushing chamber. For example, to improve circulation and mixing, impellers, propellers, and other mixing devices can be used with proper positioning within the cryogenic storage (eg, within column 112). In various other embodiments, more than one column can be used to improve circulation.

次に図2(b)を参照して、エネルギー回収モードでのエネルギー貯蔵システム100の動作を述べる。エネルギー回収中、図2(b)に例示されるように、水蒸気は、高温貯蔵装置105から引き出され、蒸気機関120(b)に通される。蒸気機関は、ドライブシャフトの回転など有用な力学的仕事を生み出すように、水蒸気を膨張させて水蒸気からエネルギーを抽出する。次いで、ドライブシャフトを任意の所望の様式で使用することができ、例えば、発電機130(b)に動力供給し、発電機130(b)が電気を発生して、ポンプを駆動させる、または他の機械類を駆動させる。蒸気機関120(b)に供給される水蒸気は、典型的には、高温貯蔵装置の上部付近の位置から引き出されるが、これは必須要件ではない。   Next, the operation of the energy storage system 100 in the energy recovery mode will be described with reference to FIG. During energy recovery, water vapor is withdrawn from the high temperature storage device 105 and passed to the steam engine 120 (b), as illustrated in FIG. 2 (b). The steam engine expands the steam and extracts energy from the steam to produce useful mechanical work such as rotation of the drive shaft. The drive shaft can then be used in any desired manner, for example, to power generator 130 (b) and generator 130 (b) generates electricity to drive the pump, or otherwise Drive the machinery. The water vapor supplied to the steam engine 120 (b) is typically drawn from a location near the top of the high temperature storage device, but this is not a requirement.

水蒸気が高温貯蔵装置105から引き出されるとき、貯蔵装置内部の圧力が減少し、これがさらに、より多くの水を蒸発(フラッシュ)させて、高温貯蔵装置105を平衡状態に戻す。水蒸気へのいくらかの水のそのような蒸発は、周囲の水から熱を抽出し、それにより周囲の水を効果的に冷却する。したがって、水蒸気が高温貯蔵装置105から引き出されるとき、高温貯蔵装置内部の水/水蒸気の温度および圧力が徐々に降下する。   As water vapor is withdrawn from the hot storage device 105, the pressure inside the storage device decreases, which further evaporates (flushes) more water and returns the hot storage device 105 to equilibrium. Such evaporation of some water into water vapor extracts heat from the surrounding water, thereby effectively cooling the surrounding water. Thus, when water vapor is withdrawn from the high temperature storage device 105, the water / water vapor temperature and pressure inside the high temperature storage device gradually drop.

熱機関の当業者には理解されるように、気体の断熱膨張は、膨張プロセス中に気体の温度を大幅に降下させる。したがって、蒸気機関120(b)によって排気される膨張後の水蒸気は、吸入時の水蒸気よりもかなり低温になって、低温貯蔵装置110に戻されることがある。蒸気機関が、水蒸気から最大限の仕事を取り出す(したがって最も効率的に動作する)ことができるように、一般に、できるだけ低い圧力で水蒸気を排気することが望ましい。したがって、しばしば、大気圧よりも低い圧力で蒸気機関から水蒸気を排気することが望ましい。フラッシングチャンバ113内部の圧力は大気圧未満であるので、フラッシングチャンバは、蒸気機関からの排気を受け取るための好適な場所となる。   As will be appreciated by those skilled in the art of heat engines, adiabatic expansion of a gas significantly reduces the temperature of the gas during the expansion process. Therefore, the expanded water vapor exhausted by the steam engine 120 (b) may be considerably lower than the water vapor at the time of inhalation and returned to the low-temperature storage device 110. In general, it is desirable to exhaust the steam at the lowest possible pressure so that the steam engine can extract the maximum amount of work from the steam (and thus operate most efficiently). Therefore, it is often desirable to exhaust water vapor from a steam engine at a pressure below atmospheric pressure. Since the pressure inside the flushing chamber 113 is below atmospheric pressure, the flushing chamber is a preferred location for receiving exhaust from the steam engine.

概念上は、水蒸気がフラッシングチャンバ113に送給されるとき、フラッシングチャンバ内部の圧力が増加し、これは、チャンバ113内部の水蒸気のいくらかを復水させてチャンバ113を平衡状態に戻す。したがって、エネルギー回収モードでは、フラッシングチャンバ113は、準大気圧復水チャンバとして効果的に働く。液体水へのいくらかの水蒸気の復水は、低温貯蔵装置に熱を加え、それにより周囲の水を効果的に加温する。したがって、水蒸気がフラッシングチャンバ113に導入されるとき、低温熱貯蔵器110内部の水の温度は徐々に上昇する。   Conceptually, when water vapor is delivered to the flushing chamber 113, the pressure inside the flushing chamber increases, which condenses some of the water vapor inside the chamber 113 and returns the chamber 113 to equilibrium. Therefore, in the energy recovery mode, the flushing chamber 113 effectively works as a sub-atmospheric pressure condensate chamber. Some steam condensate into liquid water adds heat to the cold storage device, thereby effectively warming the surrounding water. Accordingly, when water vapor is introduced into the flushing chamber 113, the temperature of the water inside the low-temperature heat reservoir 110 gradually increases.

水蒸気が低温貯蔵装置内に注入されるとき、好ましくは、水蒸気の効率的な復水、および低温貯蔵装置内での復水物と水との良好な熱的混合を保証する助けとなるように対策が取られる。チャンバ113内部での復水を向上させるための一方法は、水蒸気がチャンバに導入されるときにチャンバ内に水滴を噴霧することである。水蒸気は水滴上で復水する傾向があるので、水滴は、水蒸気の復水を向上させる。そのような噴霧は、噴霧器114によって達成することができ、噴霧器114は、低温貯蔵装置から水を引き出し、カラムの上部(または上部付近)から水のシャワーを噴霧し、それにより、復水チャンバ113内部に水のシャワーを効果的に生成する。単純なポンプ(図示せず)を使用して、低温貯蔵装置内部の任意の適切な位置から水を引き出し、復水チャンバ内に水を噴霧し、それにより復水を向上させることができる。水の露出表面積(図示せず)を増加させるように構成されるドリップトレイおよびラシヒリング(Raschig rings)、トレイ、または他の構造など他の従来の復水向上メカニズムも使用することができる。   When steam is injected into the cold storage device, it preferably helps to ensure efficient condensate of the steam and good thermal mixing of the condensate and water in the cold storage device. Measures are taken. One way to improve the condensate inside the chamber 113 is to spray water droplets into the chamber when water vapor is introduced into the chamber. Since water vapor tends to condense on water droplets, water droplets improve the condensate of water vapor. Such spraying can be accomplished by the sprayer 114, which draws water from the cold storage and sprays a shower of water from the top (or near the top) of the column, thereby condensing chamber 113. Effectively produce a water shower inside. A simple pump (not shown) can be used to draw water from any suitable location inside the cold storage device and spray water into the condensate chamber, thereby improving condensate. Other conventional condensation enhancement mechanisms such as drip trays and Raschig rings, trays, or other structures configured to increase the exposed surface area of water (not shown) can also be used.

また、フラッシングチャンバの表面の水と、下方にある低温貯蔵装置内の水との良好な混合が生じることを保証することも望ましい。良好な混合が生じないと、復水する水蒸気からのエネルギーが表面付近の水を加熱するので、下方にあるプールに比べて表面での温度が上昇する。水/蒸気境界面でのより高い温度は、チャンバ113内部の圧力を増加させる効果を有する。チャンバ113内部の増加された圧力は、蒸気機関内で水蒸気をあまり膨張させることができないことを意味し、これは、水蒸気から抽出することができる仕事を減少させ、それにより、エネルギー貯蔵および回収プロセスの全体のラウンドトリップ効率を減少させる。水蒸気発生中に低温貯蔵装置内部での水の循環を向上させるために使用されるのと同じ混合メカニズムを、復水中に水を循環させるためにも使用することができる。   It is also desirable to ensure that good mixing of the water on the surface of the flushing chamber and the water in the cold storage device below occurs. If good mixing does not occur, the energy from the steam that condenses heats the water near the surface, thus increasing the temperature at the surface compared to the pool below. The higher temperature at the water / steam interface has the effect of increasing the pressure inside the chamber 113. The increased pressure inside the chamber 113 means that the water vapor cannot be expanded much in the steam engine, which reduces the work that can be extracted from the water vapor and thereby the energy storage and recovery process. Reduce overall round trip efficiency. The same mixing mechanism that is used to improve the circulation of water inside the cold storage device during steam generation can also be used to circulate water in the condensate.

説明するエネルギー貯蔵および回収システム100は、エネルギーの熱貯蔵を容易にするのに良く適している。余剰の電気エネルギーまたは力学的エネルギーが利用可能であるとき、そのようなエネルギーを使用して、低温熱貯蔵器110から引き出された作業流体(例えば水蒸気)を、高温熱貯蔵器105内に貯蔵するために圧縮および加熱するように、ヒートポンプ120(a)を駆動させることができる。貯蔵システムからエネルギーを回収することが望ましいとき、高温の高圧水蒸気が、高温貯蔵装置から引き出され、有用な仕事を水蒸気から抽出するために熱機関120(b)内で膨張され、この仕事を、電気を発生させるため、または任意の他の所望の目的で使用することができる。熱機関/ヒートポンプ120およびモータ/発電機130が損失をなんら伴わず、熱貯蔵器内で熱損失または圧力損失(または利得)がない理想的なシステムでは、エネルギー貯蔵のラウンドトリップ効率は、100%となり得る。すなわち、理論的には、システムから回収することができる有用なエネルギーの量は、システムを駆動させるために使用されるエネルギーの量と同じである。当然、実際のシステムでは100%のラウンドトリップ貯蔵/回収効率(RTE)は可能でないが、システムに動力供給するために電気が使用され、かつシステムによって最終的に出力される動力の形態が電気であるときでさえ、既存の技術を使用して(例えば、以下でより詳細に述べるように、モータ/発電機と併せて容積式蒸気機関/圧縮機を使用して)60〜80%程度のラウンドトリップ貯蔵/回収効率が容易に達成可能であると考えられ、さらに高いラウンドトリップ効率も可能であり得る。熱機関/ヒートポンプを駆動する(作動させる)力学的動力を直接供給する、および/または熱機関/ヒートポンプによって出力される力学的動力を直接利用するシステムでは、モータ/発電機130の任意の非効率性が省かれるので、より高い効率も可能である。グリッドスケールエネルギー貯蔵用途の当業者には明らかなように、60〜80%の範囲内のラウンドトリップ貯蔵および回収効率が経済的に実現可能であるいくつかの用途が存在する。   The described energy storage and recovery system 100 is well suited to facilitate thermal storage of energy. When surplus electrical or mechanical energy is available, such energy is used to store working fluid (eg, water vapor) drawn from the low temperature heat storage 110 in the high temperature heat storage 105. Heat pump 120 (a) can be driven to compress and heat for this purpose. When it is desirable to recover energy from the storage system, hot high pressure steam is withdrawn from the high temperature storage device and expanded in heat engine 120 (b) to extract useful work from the steam, It can be used to generate electricity or for any other desired purpose. In an ideal system where the heat engine / heat pump 120 and motor / generator 130 are not lossy and there is no heat loss or pressure loss (or gain) in the heat store, the energy storage round trip efficiency is 100%. Can be. That is, in theory, the amount of useful energy that can be recovered from the system is the same as the amount of energy used to drive the system. Of course, 100% round trip storage / recovery efficiency (RTE) is not possible in an actual system, but electricity is used to power the system and the form of power ultimately output by the system is electrical. Even at times, using existing technology (eg, using positive displacement steam engines / compressors in combination with motors / generators, as described in more detail below), rounds as high as 60-80% Trip storage / recovery efficiency is considered easily achievable, and even higher round trip efficiency may be possible. Any inefficiency of the motor / generator 130 in systems that directly supply the mechanical power that drives (actuates) the heat engine / heat pump and / or directly utilizes the mechanical power output by the heat engine / heat pump Since efficiency is omitted, higher efficiencies are possible. As will be apparent to those skilled in grid scale energy storage applications, there are several applications where round trip storage and recovery efficiencies in the range of 60-80% are economically feasible.

他の熱貯蔵器構成
図2(a)および図2(b)に例示される実施形態では、高温熱貯蔵器105は加圧され、一方、低温熱貯蔵器は加圧されない。しかし、これは必須要件ではなく、両方の貯蔵器が、加圧式または非加圧式貯蔵器を利用することもある。例として、図3は、高温貯蔵装置105(a)と低温貯蔵装置110(a)の両方が、ある量の水と、湿気を含む水のための空間とを含む非加圧容器である構成を示す。この実施形態では、高温貯蔵装置105(a)も、図2に関して上述した水蒸気発生カラム112と同様の、準大気圧での水蒸気の発生を促進するメカニズム(例えばカラム107)を含む。低温貯蔵装置は、図2に関して上述したのと同じ様式で動作することができる。したがって、高温貯蔵装置と低温貯蔵装置はどちらも、準大気圧で水蒸気を発生するためのメカニズムを有する。
Other Heat Store Configurations In the embodiment illustrated in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the high temperature heat store 105 is pressurized while the low temperature heat store is not pressurized. However, this is not a requirement and both reservoirs may utilize pressurized or non-pressurized reservoirs. As an example, FIG. 3 shows a configuration in which both the high temperature storage device 105 (a) and the low temperature storage device 110 (a) are non-pressurized containers including a quantity of water and a space for moisture-containing water. Indicates. In this embodiment, the high temperature storage device 105 (a) also includes a mechanism (eg, column 107) that promotes the generation of water vapor at sub-atmospheric pressure, similar to the water vapor generation column 112 described above with respect to FIG. The cold storage device can operate in the same manner as described above with respect to FIG. Thus, both the high temperature storage device and the low temperature storage device have a mechanism for generating water vapor at sub-atmospheric pressure.

図3に例示されるタイプのシステムの利点は、非加圧水容器のコストが、場合によっては加圧容器のコストよりもはるかに安く、これが、全体のシステムコストを減少させる助けとなり得ることである。欠点は、図3の構成では、高温貯蔵装置と低温貯蔵装置の温度差および圧力差がかなり小さくなることである。より小さな温度/圧力差により、所与のシステムエネルギー貯蔵容量に関して、熱機関/ヒートポンプ120を通過しなければならない水蒸気の体積がはるかに大きい。したがって、典型的には、かなり大きい熱機関/ヒートポンプおよび大きい熱貯蔵器が必要とされ、これらは共に、追加の出費を要する。任意の特定の実装形態において、どの構成がより費用対効果が高いかは、様々な構成要素の相対コストや、利用可能な空間による。   An advantage of a system of the type illustrated in FIG. 3 is that the cost of the non-pressurized water container is in some cases much lower than the cost of the pressurized container, which can help reduce the overall system cost. The disadvantage is that the temperature and pressure differences between the high temperature storage device and the low temperature storage device are considerably reduced in the configuration of FIG. Due to the smaller temperature / pressure difference, the volume of water vapor that must pass through the heat engine / heat pump 120 is much larger for a given system energy storage capacity. Thus, typically a fairly large heat engine / heat pump and a large heat storage are required, both of which require additional expense. Which configuration is more cost effective in any particular implementation depends on the relative costs of the various components and the space available.

さらに別の実施形態が図4に例示される。この実施形態では、高温貯蔵装置105(b)と低温貯蔵装置110(b)がどちらも圧力容器である。高温貯蔵装置105(b)は、図2の加圧式高温貯蔵装置105に関して上述したのと同様に機能する。低温貯蔵装置110(b)も概して同様に動作するが、典型的には、別個のフラッシングカラムの必要性はもはやない。したがって、エネルギーの貯蔵中には、低温貯蔵装置110(b)の水蒸気チャンバ領域111からヒートポンプのための水蒸気を引き出すことができ、エネルギーの回収中には、蒸気機関から排気された水蒸気を水蒸気チャンバ領域111内に向けて戻すことができる。前述した実施形態と同様に、典型的には、水蒸気の復水を向上させるために、水蒸気が低温貯蔵装置に加えられているときに水蒸気チャンバ領域111内に水を噴霧することが望ましい。   Yet another embodiment is illustrated in FIG. In this embodiment, both the high temperature storage device 105 (b) and the low temperature storage device 110 (b) are pressure vessels. The high temperature storage device 105 (b) functions in the same manner as described above with respect to the pressurized high temperature storage device 105 of FIG. The cold storage device 110 (b) generally operates in a similar manner, but typically there is no longer a need for a separate flushing column. Accordingly, during energy storage, water vapor for the heat pump can be drawn from the water vapor chamber region 111 of the low temperature storage device 110 (b), and during energy recovery, water vapor exhausted from the steam engine can be extracted from the water vapor chamber. It can be moved back into region 111. As with the previously described embodiments, it is typically desirable to spray water into the water vapor chamber region 111 when water vapor is added to the cold storage device to improve water vapor condensate.

以上のことから、熱貯蔵器105および110のサイズ、幾何形状、およびレイアウトは、本発明の範囲内で広範に変えることができることが明らかであろう。実際には、多くのタンクおよび容器が円形断面を有するが、これは必須ではない。加圧式高温貯蔵装置では、図2〜図4に例示されるように、概して水平にタンクの向きを定める(すなわち、それによりタンクの長さがタンクの高さよりも大きくなる)ことがしばしば好ましい。これは、より大きな水の表面積を与えるので望ましいことがあり、より大きな水の表面積は、水の気相と液相の相転移を向上させる。また、水平向きは、場合によってはタンクの上部と底部の間の圧力差を減少させ、これは、例えば図2(a)に例示されるように水蒸気がタンクの底部付近の液体水に注入されるときに有用であることがある。水カラム内部の圧力は深さと共に増加し、したがって、タンクの上部での水蒸気チャンバ内部の圧力よりも高い圧力が、タンクの底部で生じていることを理解すべきである。したがって、水カラム内部で、タンク内のより低い位置から水蒸気を注入することは、水蒸気が水位線よりも上で水蒸気チャンバ領域111に注入される場合よりも、吸入される水蒸気が圧縮されることを必要とする。過圧縮は、システムの全体のラウンドトリップ効率を減少させるという欠点を有し、したがって、より浅くより広いタンクを使用する利点は、より浅いタンクの底部付近から水蒸気を注入するために、過圧縮がより小さくてよいことである。当然、他の実施形態では、圧縮された水蒸気を水蒸気チャンバ領域111内に導入することができ、必要に応じて他のメカニズムを使用して、水蒸気の良好な復水を保証し、タンク内部の熱的成層を最小限にすることができる。   From the foregoing, it will be apparent that the size, geometry, and layout of the heat reservoirs 105 and 110 can vary widely within the scope of the present invention. In practice, many tanks and containers have a circular cross section, but this is not essential. In a pressurized high temperature storage device, it is often preferred to orient the tank generally horizontally (ie, the tank length is greater than the tank height), as illustrated in FIGS. This may be desirable because it provides a greater surface area of water, and a larger surface area of water improves the phase transition between the gas phase and the liquid phase of water. The horizontal orientation also reduces the pressure difference between the top and bottom of the tank in some cases, which means that water vapor is injected into the liquid water near the bottom of the tank, as illustrated for example in FIG. It may be useful when It should be understood that the pressure inside the water column increases with depth, and therefore a higher pressure is generated at the bottom of the tank than at the top of the tank and inside the water vapor chamber. Therefore, injecting water vapor from a lower position in the tank inside the water column compresses the inhaled water vapor than when water vapor is injected into the water vapor chamber region 111 above the water level line. Need. Overcompression has the disadvantage of reducing the overall round trip efficiency of the system, so the advantage of using a shallower and wider tank is that overcompression is due to injecting water vapor from near the bottom of the shallower tank. It can be smaller. Of course, in other embodiments, compressed water vapor can be introduced into the water vapor chamber region 111 and other mechanisms can be used as needed to ensure good condensate of the water vapor, Thermal stratification can be minimized.

密閉タンクが低温貯蔵装置として使用されるとき、タンクは、フラッシングチャンバの真空圧(例えば、1気圧までの負圧)に耐えることが可能であるべきである。いくつかの用途では、そのような耐真空圧タンクの使用は、フラッシングカラム112を有する非加圧タンクを提供するよりも費用対効果が高いことがある。例として、少なくとも10メートル(例えば、輸送コンテナの長さに適合するように12メートル)の高さを有する円筒形タンクが、多くの用途で良好に機能する。   When a closed tank is used as a cold storage device, the tank should be able to withstand the vacuum pressure of the flushing chamber (eg, negative pressure up to 1 atmosphere). In some applications, the use of such a vacuum resistant tank may be more cost effective than providing a non-pressurized tank with a flushing column 112. As an example, a cylindrical tank having a height of at least 10 meters (eg, 12 meters to fit the length of the shipping container) works well in many applications.

上述したほとんどの例において、熱貯蔵器は、主に、様々なタンクおよび圧力容器の文脈で説明されている。タンクおよび圧力容器はかなり良好に機能するが、適切であれば、多様な異なる構造を熱貯蔵器として使用することができることを理解すべきである。例として、利用可能であれば、湖、池、または他の定められた水体を、非加圧熱貯蔵器として(特に低温貯蔵装置として)使用することができる。容易に利用可能であるとき、そのような水体の使用は、いくつかの取り得る利点を有することがある。例えば、湖または池内の水の全質量が、エネルギー貯蔵システムによって使用される量よりも大幅に大きい場合、低温貯蔵器として使用される湖の全体の温度は、エネルギー貯蔵および回収サイクルの過程を通じて大幅には変動しないことがある。比較的一定の温度を維持する低温貯蔵装置は、より効率的な貯蔵を容易にする傾向がある。他の実施形態では、熱貯蔵器の一方または両方として、貯水槽および様々な地中貯水装置を使用することができる。   In most of the examples described above, heat stores are described primarily in the context of various tanks and pressure vessels. Although tanks and pressure vessels function fairly well, it should be understood that a variety of different structures can be used as heat stores, if appropriate. By way of example, lakes, ponds, or other defined water bodies can be used as unpressurized heat stores (especially as cold storage devices) if available. When readily available, the use of such water bodies can have several possible advantages. For example, if the total mass of water in a lake or pond is significantly greater than the amount used by the energy storage system, the overall temperature of the lake used as a cold storage will be significantly increased throughout the energy storage and recovery cycle. May not fluctuate. Cold storage devices that maintain a relatively constant temperature tend to facilitate more efficient storage. In other embodiments, water reservoirs and various underground water storage devices can be used as one or both of the heat reservoirs.

例示するほとんどの実施形態において、熱貯蔵器はそれぞれ、単一の貯水装置の形態を取る。しかし、貯蔵器の一方または両方が、任意の数の個別の貯水構造から形成されることもあることを理解すべきである。実際、いくつかの用途で、モジュール式の貯水装置が好ましいことがある。例えば、1つの特定の用途では、輸送コンテナ内部に適合するようにそれぞれサイズ設定された、いくつかのモジュール式タンクを使用して熱貯蔵器の一方(例えば低温貯蔵装置)を形成することができる。   In most illustrated embodiments, each heat reservoir takes the form of a single water reservoir. However, it should be understood that one or both of the reservoirs may be formed from any number of individual water storage structures. In fact, for some applications, a modular water reservoir may be preferred. For example, in one particular application, several modular tanks, each sized to fit inside a shipping container, can be used to form one of the heat stores (eg, a cold storage device). .

典型的には、主エネルギー貯蔵装置での熱損失を回避するために高温貯蔵装置を断熱することが望ましい。場所および動作条件に応じて、低温貯蔵装置を断熱することが望ましいことも、望ましくないこともある。低温貯蔵装置に対して断熱があまり望ましくないことがある理由は、貯蔵および回収プロセスの非効率性により、典型的にはシステムに熱が加わり、そのような熱が低温貯蔵装置に移動する傾向があることである。より特定的には、充電/放電サイクル中、圧縮機および熱機関の非効率性により損失されたエネルギーの一部が、低温貯蔵装置内への正味の熱流として現れる。低温貯蔵装置の温度が時間と共に非効率的なレベルまで上昇するのを防止するために、典型的には、この熱量をシステムから除去する必要がある。様々な従来のメカニズムを使用して、低温貯蔵装置110の温度を調整することができる。したがって、システムバランスを保つ助けとなるように、低温貯蔵装置のいくらかの自然冷却が望ましいことがある。   Typically, it is desirable to insulate the high temperature storage device to avoid heat loss in the main energy storage device. Depending on the location and operating conditions, it may or may not be desirable to insulate the cold storage device. Insulation may be less desirable for cold storage devices because the inefficiency of the storage and recovery process typically adds heat to the system and tends to transfer such heat to the cold storage device. That is. More specifically, during the charge / discharge cycle, some of the energy lost due to compressor and heat engine inefficiencies appears as a net heat flow into the cold storage device. This amount of heat typically needs to be removed from the system to prevent the temperature of the cold storage device from rising to an inefficient level over time. Various conventional mechanisms can be used to adjust the temperature of the cold storage device 110. Thus, some natural cooling of the cold storage device may be desirable to help maintain system balance.

次に図5を参照して、さらに別の代替エネルギー貯蔵システム構成を述べる。この実施形態では、前述の実施形態で述べた低温貯蔵装置110の機能が、2つの別個の構成要素、すなわち低温シンク175と低温エネルギー源185とに効果的に分割される。このタイプの構成は、工業プロセスまたは火力発電所からの廃熱など、利用可能な熱源が存在するときに有利であることがある。他の態様では、このシステムは、前述した実施形態の任意のものと実質的に同じでよい。   With reference now to FIG. 5, yet another alternative energy storage system configuration is described. In this embodiment, the function of the cold storage device 110 described in the previous embodiment is effectively divided into two separate components: a cold sink 175 and a cold energy source 185. This type of configuration may be advantageous when there are heat sources available, such as waste heat from industrial processes or thermal power plants. In other aspects, the system may be substantially the same as any of the previously described embodiments.

例示される構成では、高温貯蔵装置105(c)は、水と飽和水蒸気空間とを含む断熱圧力容器であり、上述したのと同様に動作する。低温エネルギー源は、任意の適切な熱源によって加熱される非加圧水容器の形態を取ることがある。低温シンク175は、利用可能なヒートシンクによって冷却される復水器である。ヒートシンクは、任意の適切な形態を取ることができ、最も適切なヒートシンクは、場所によって変わることがある。例として、水流または他の水体、蒸発冷却器、フィン−ファン冷却器、または様々な他の熱交換器が、復水器を冷却するために使用されることがある。   In the illustrated configuration, the high temperature storage device 105 (c) is an adiabatic pressure vessel that includes water and a saturated water vapor space and operates in the same manner as described above. The cryogenic energy source may take the form of a non-pressurized water container that is heated by any suitable heat source. The cold sink 175 is a condenser that is cooled by an available heat sink. The heat sink can take any suitable form, and the most suitable heat sink may vary from location to location. As an example, a water stream or other water body, an evaporative cooler, a fin-fan cooler, or various other heat exchangers may be used to cool the condenser.

一般に、低温エネルギー源185は、シンク175よりも高い温度で維持される。エネルギーを貯蔵するとき、低温貯蔵装置110に関して前述したのと同様に、低温エネルギー源185内の水がフラッシュされて水蒸気になる。前述したように、カラムまたは他の適切な容器構造を使用して、水蒸気の準大気圧フラッシングを促進することができる。水、したがってエネルギー源185によって供給される飽和水蒸気の温度は、一般に、低温貯蔵装置が使用された場合よりも高い。水の温度がより高いので、ヒートポンプ120(a)に吸入される水蒸気の圧力がより高くなり、これは、高温貯蔵装置105内に貯蔵するために水蒸気を圧縮するのにあまりエネルギーが必要とされないことを意味する。   In general, the cold energy source 185 is maintained at a higher temperature than the sink 175. When storing energy, the water in the cryogenic energy source 185 is flushed into water vapor, similar to that described above for the cryogenic storage device 110. As described above, a column or other suitable vessel structure can be used to facilitate water vapor subatmospheric flushing. The temperature of the water, and thus the saturated water vapor supplied by the energy source 185, is generally higher than when a cold storage device is used. Since the temperature of the water is higher, the pressure of the water vapor drawn into the heat pump 120 (a) is higher, which requires less energy to compress the water vapor for storage in the high temperature storage device 105. Means that.

エネルギーを回収するとき、蒸気機関120(b)は、(エネルギー源185ではなく)低温シンク175に水蒸気を排気する。シンク175は、水蒸気を復水させ、利用可能なヒートシンクによって冷却される。低温貯蔵装置と同様に、シンク175は、準大気圧での排気水蒸気の復水を促進する準大気圧復水器177を含む。一般に、シンク175の温度は、エネルギー源185の温度よりも低い。シンクの復水チャンバ内部の水の温度がエネルギー源の温度よりも低いので、復水器177内部の圧力(したがって、復水が生じる圧力)もより低い。したがって、水蒸気がエネルギー源185に戻される場合に可能なよりも低い圧力で、蒸気機関120(b)から水蒸気を排気することができる。これは、蒸気機関が、水蒸気の膨張からより多くのエネルギーを抽出することができるようにし、それにより貯蔵および回収システムの効率を改良する。   When recovering energy, the steam engine 120 (b) exhausts water vapor to the cold sink 175 (not the energy source 185). The sink 175 condenses water vapor and is cooled by an available heat sink. Similar to the cold storage device, the sink 175 includes a sub-atmospheric condenser 177 that facilitates condensing exhaust water vapor at sub-atmospheric pressure. In general, the temperature of the sink 175 is lower than the temperature of the energy source 185. Since the temperature of the water inside the sink condensate chamber is lower than the temperature of the energy source, the pressure inside the condenser 177 (and thus the pressure at which condensate occurs) is also lower. Thus, the steam can be exhausted from the steam engine 120 (b) at a lower pressure than is possible when the steam is returned to the energy source 185. This allows the steam engine to extract more energy from the expansion of the steam, thereby improving the efficiency of the storage and recovery system.

図5の構成で動作する理想的なシステムでは、エネルギー貯蔵中に水蒸気を圧縮するのに必要とされるよりも大きなエネルギーが、高温貯蔵装置105内の水蒸気からの抽出に利用可能であることを理解すべきである。したがって、ヒートポンプを駆動させて、蒸気機関からの電気エネルギーを利用する電気システムの観点から、理論的には、電気システムは、貯蔵中に使用されたよりも多くの電気を回収中に引き出すことが可能であり、これは、電気システムの観点から、100%よりも大きいラウンドトリップ効率を示唆する。当然、これは自由エネルギーではなく、システムは、低温熱源185からの熱エネルギーを電気エネルギーに効果的に変換する。しかし、そのような熱エネルギーが廃熱であり、したがって実質的に自由(無料)である場合、エネルギー貯蔵システム100の見掛けのラウンドトリップ効率を改良する形で利用することができる。   In an ideal system operating in the configuration of FIG. 5, it is shown that more energy is available for extraction from water vapor in the high temperature storage device 105 than is required to compress the water vapor during energy storage. Should be understood. Thus, from the perspective of an electrical system that drives a heat pump and uses electrical energy from a steam engine, in theory, the electrical system can draw more electricity during recovery than it was used during storage. This suggests a round trip efficiency greater than 100% from an electrical system perspective. Of course, this is not free energy, and the system effectively converts thermal energy from the low temperature heat source 185 into electrical energy. However, if such thermal energy is waste heat and therefore substantially free (free), it can be utilized in a manner that improves the apparent round trip efficiency of the energy storage system 100.

任意の選択により、シンク175内の復水器からの復水物を低温熱源185に再循環させることができ、ここで、復水物は、水蒸気を発生させるために使用される前に加熱される。そのような再循環の利点は、場合によってはシステムの全体の水の消費を減少させることである。   Optionally, the condensate from the condenser in the sink 175 can be recycled to the low temperature heat source 185, where the condensate is heated before being used to generate steam. The The advantage of such recirculation is that in some cases the overall water consumption of the system is reduced.

図5に例示されるタイプのシステムで利用することができる廃熱を発生するいくつかの工業プロセスおよび発電プロセスが存在することが明らかであろう。そのような廃熱が水によって搬送される場合、そのような水は、場合によっては、低温熱源185内に直接貯蔵することができる。代替として、熱源185内に貯蔵された水を加温するために、1つまたは複数の適切な熱交換器を使用することができる。   It will be apparent that there are several industrial and power generation processes that generate waste heat that can be utilized in a system of the type illustrated in FIG. If such waste heat is carried by water, such water can optionally be stored directly in the cold heat source 185. Alternatively, one or more suitable heat exchangers can be used to warm the water stored in the heat source 185.

高温熱貯蔵器105および低温熱貯蔵器110として使用するのに適した貯蔵器のサイズは、システムの所望のエネルギー貯蔵容量、貯蔵器および/またはフラッシングカラムとして使用される容器、タンク、または他の構造の圧力定格、動作温度範囲(これは、許容動作圧力範囲によって一部定められることがある)などと共に変わることがある。例として、適切なシステムサイズの大まかな大きさを与えるために、10時間にわたって1メガワット(MW)の電力を送給するように設計された(したがって10メガワット時を超える貯蔵容量を有する)システムを、約17bar(約250psi)まで加圧することができる170000ガロンの高温貯蔵装置と、500000ガロンの非加圧式低温貯蔵装置とを使用して実装することができる。この特定の例では、低温貯蔵装置は、低温貯蔵装置の約3倍の体積を有する。しかし、高温貯蔵装置と低温貯蔵装置との実際の相対体積は広範に変わることがあり、また、熱貯蔵器として使用するのに利用可能な容器の相対価格が、任意の特定の蓄電容量のために選択される最終的な貯蔵器のサイズに大きな影響を及ぼすことがあることを理解すべきである。   Suitable storage sizes for use as the high temperature heat storage 105 and the low temperature heat storage 110 are the desired energy storage capacity of the system, containers, tanks, or other used as storage and / or flushing columns. It may vary with the pressure rating of the structure, the operating temperature range (which may be determined in part by the allowable operating pressure range), etc. As an example, a system designed to deliver 1 megawatt (MW) of power over 10 hours (thus having a storage capacity of over 10 megawatt hours) to give a rough size of the appropriate system size Can be implemented using a 170000 gallon hot storage device that can be pressurized to about 17 bar (about 250 psi) and a 500,000 gallon non-pressurized cold storage device. In this particular example, the cold storage device has a volume approximately three times that of the cold storage device. However, the actual relative volume of the high temperature storage device and the low temperature storage device can vary widely, and the relative price of the container available for use as a heat storage can vary depending on any particular storage capacity. It should be understood that this may have a significant impact on the final reservoir size selected.

高温貯蔵装置として使用される容器がより高い動作温度および圧力に耐えることができる場合には、一般には、高温貯蔵装置のサイズを減少させることができることを理解すべきである。逆に、使用される容器がより低い動作温度および圧力にしか耐えることができない場合、または高温貯蔵装置が非加圧式である場合には、高温貯蔵装置のサイズは増加しなければならない。さらに、低温貯蔵器の体積も、高温貯蔵器の所要の体積に大きな影響を及ぼすことがあることを理解すべきである。より特定的には、上述したように、エネルギー貯蔵モードでの動作中、熱エネルギーが低温貯蔵装置110から引き出され、それにより低温貯蔵装置を冷却し、熱エネルギーが高温貯蔵装置105に追加され、それにより高温貯蔵装置を加熱する。したがって、熱貯蔵器の温度は、エネルギー貯蔵中に収束する。逆に、エネルギー回収中には、熱エネルギーが高温貯蔵装置105から引き出され、それにより高温貯蔵装置を冷却し、熱エネルギーが低温貯蔵装置110に追加され、それにより低温貯蔵装置を加熱する。したがって、熱貯蔵器の温度は、エネルギー回収中には発散する。温度が収束するとき、高温貯蔵装置から引き出された水蒸気から回収することができるエネルギーの量は減少する。   It should be understood that the size of the high temperature storage device can generally be reduced if the container used as the high temperature storage device can withstand higher operating temperatures and pressures. Conversely, if the container used can only withstand lower operating temperatures and pressures, or if the high temperature storage device is non-pressurized, the size of the high temperature storage device must increase. In addition, it should be understood that the volume of the cold storage can also have a significant effect on the required volume of the high temperature storage. More specifically, as described above, during operation in the energy storage mode, thermal energy is drawn from the cold storage device 110, thereby cooling the cold storage device and adding thermal energy to the hot storage device 105; Thereby, the high-temperature storage device is heated. Thus, the temperature of the heat reservoir converges during energy storage. Conversely, during energy recovery, thermal energy is drawn from the high temperature storage device 105, thereby cooling the high temperature storage device, and thermal energy is added to the low temperature storage device 110, thereby heating the low temperature storage device. Thus, the temperature of the heat store will diverge during energy recovery. As the temperature converges, the amount of energy that can be recovered from the water vapor drawn from the high temperature storage device decreases.

高温貯蔵装置と同じサイズの低温貯蔵装置の温度は、高温貯蔵装置の3倍(3X)の体積を有する低温貯蔵装置の温度よりも大きく変化することを理解すべきである。したがって、同一の高温貯蔵装置を仮定すると、3倍の低温貯蔵装置を有するシステムは、高温貯蔵装置と同じサイズの低温貯蔵装置を備えるシステムよりも大きなエネルギーを抽出することができる能力を有する。拡張して、さらに大きな低温貯蔵装置(例えば10倍の低温貯蔵装置)が使用される場合、同じサイズの高温貯蔵装置からさらに多くのエネルギーを抽出することが可能である。高温貯蔵装置よりも何倍も大きい体積を有する湖など比較的大きな水体が使用される場合、低温貯蔵装置は、エネルギー貯蔵および回収サイクルを通じて実質的に同じ温度を保つことができる。そのようなシステムは、同一の高温貯蔵装置を仮定して、さらに大きなエネルギーを抽出することができる能力を有し、これは、より大きな使用可能なエネルギー貯蔵容量を提供する。したがって、高温貯蔵器と低温貯蔵器との相対サイズの選択は、しばしば、利用可能な貯蔵器、タンク、および圧力容器を仮定して、主に費用便益分析に基づくことが明らかであろう。   It should be understood that the temperature of a cold storage device of the same size as the hot storage device varies more than the temperature of a cold storage device having a volume three times (3X) that of the hot storage device. Thus, assuming the same high temperature storage device, a system with three times the low temperature storage device has the ability to extract more energy than a system with a low temperature storage device of the same size as the high temperature storage device. If expanded and larger cold storage devices are used (eg 10 times lower temperature storage devices), it is possible to extract more energy from the same size hot storage device. If a relatively large body of water is used, such as a lake having a volume many times larger than a high temperature storage device, the low temperature storage device can maintain substantially the same temperature throughout the energy storage and recovery cycle. Such a system has the ability to extract more energy assuming the same high temperature storage device, which provides a larger usable energy storage capacity. Thus, it will be apparent that the selection of the relative size of the hot and cold reservoirs is often based primarily on cost-benefit analysis, assuming available reservoirs, tanks, and pressure vessels.

高温熱貯蔵器と低温熱貯蔵器のいずれかが、単一のタンク、容器、または貯蔵器として実装されることがあり、あるいは複数のタンク、容器、および/または貯蔵器として実装されることがある。例として、500000ガロン(2273.045立方メートル)高温貯蔵装置を、17個の30000ガロン(136.3827立方メートル)圧力容器として実装することができ、各圧力容器は、長さ約40フィート(12.192m)、直径12フィート(3.6576m)でよい。   Either the high-temperature and low-temperature heat stores may be implemented as a single tank, container, or reservoir, or may be implemented as multiple tanks, containers, and / or reservoirs is there. As an example, a 500,000 gallon (2273.045 cubic meter) high temperature storage device can be implemented as seventeen 30,000 gallon (136.3827 cubic meter) pressure vessels, each pressure vessel approximately 40 feet (12.192 m) in length. ), 12 feet (3.6576 m) in diameter.

蒸気機関
熱機関/ヒートポンプ120は、様々な異なる様式で実装することができる。水蒸気タービンを含む様々なヒートポンプおよび熱機関が使用されることがあるが、熱機関/ヒートポンプ120として使用するのに特に良く適した熱機関の1つのクラスは、容積式ピストン蒸気機関である。ピストン蒸気機関が有する、タービンならびに他の従来のヒートポンプおよび熱機関に勝る1つの利点は、広範な吸気および排気圧力および温度にわたるそれらの比較的高い動作効率である。これは、説明するエネルギー貯蔵および回収システムで特に有用である。なぜなら、これにより、システムのラウンドトリップエネルギー貯蔵および回収効率を大幅に減少させることなく、エネルギー貯蔵および回収サイクルの過程にわたって、高温熱貯蔵器と低温熱貯蔵器との両方の温度および圧力を大きく変化させることができるようになるからである。
Steam Engine The heat engine / heat pump 120 can be implemented in a variety of different ways. Although a variety of heat pumps and heat engines may be used, including steam turbines, one class of heat engines that are particularly well suited for use as heat engine / heat pump 120 are positive displacement piston steam engines. One advantage that piston steam engines have over turbines and other conventional heat pumps and heat engines is their relatively high operating efficiency over a wide range of intake and exhaust pressures and temperatures. This is particularly useful in the energy storage and recovery system described. This greatly changes the temperature and pressure of both the hot and cold heat stores over the course of the energy storage and recovery cycle without significantly reducing the system's round trip energy storage and recovery efficiency. It is because it becomes possible to make it.

ピストン蒸気機関の別の利点は、ある範囲の水蒸気質量流量にわたって比較的効率的に動作することができ、それにより、変動するエネルギー供給と需要に直面した場合でさえ、システムがエネルギーを効率的に引き出すまたは送給することができるようにすることである。この性能は、ソーラーファームおよびウィンドファームで本来的であるように、1日の中で、貯蔵のために利用可能なエネルギーが任意の所与の時間に大きく異なることがある用途に特に適する。また、回収中にエネルギーの需要が変化する用途にも非常に良く適している(このような用途は多い)。   Another advantage of a piston steam engine is that it can operate relatively efficiently over a range of water vapor mass flow rates so that the system can efficiently deliver energy even when faced with fluctuating energy supplies and demands. Is to be able to withdraw or feed. This performance is particularly suitable for applications where the energy available for storage can vary significantly at any given time during the day, as is inherent in solar and wind farms. It is also very well suited for applications where the demand for energy changes during recovery (many such uses).

多くのピストン蒸気機関は、熱機関(膨張機)としてもヒートポンプ(圧縮機)としても動作することができるので、逆動可能である。これは、単一の機械をヒートポンプと熱機関のどちらとしても使用できるようにするので有利であることがある。逆動可能デバイスは多くの用途で有用であるが、必須ではない。望まれるときには、ヒートポンプと熱機関として別個のデバイスを使用することができ、図面に示されるヒートポンプ/熱機関は、両方の手法を表すように意図されている。これは、例えば、別個の膨張機と圧縮機が、逆動可能デバイスよりも安価および/または効率的であるときに望ましいことがある。さらに、所望のスループットを提供するために、複数の蒸気機関(または他のデバイス)を熱機関/ヒートポンプとして並列して使用することができることを理解すべきである。   Many piston steam engines can operate both as a heat engine (expander) and as a heat pump (compressor), so that they can move backwards. This can be advantageous because it allows a single machine to be used as both a heat pump and a heat engine. A reversible device is useful in many applications, but is not essential. When desired, separate devices can be used as the heat pump and heat engine, and the heat pump / heat engine shown in the drawings is intended to represent both approaches. This may be desirable, for example, when separate expanders and compressors are cheaper and / or more efficient than reversible devices. Furthermore, it should be understood that multiple steam engines (or other devices) can be used in parallel as heat engines / heat pumps to provide the desired throughput.

また、容積式ピストン蒸気機関は現在それほど多くは用いられていないものの、ピストン蒸気機関は非常に成熟した技術であることを理解すべきである。実際、ピストン蒸気機関は、20世紀には、主流の動力源であった。したがって、熱機関/ヒートポンプとして使用することができるいくつかの既存のピストン蒸気機関設計が存在する。これらは、単式蒸気機関および複式(複数の膨張段階)蒸気機関などを含む。いくつかの特定の用途では、単式または複式ユニフロー式、ユニバーサル−ユニフロー式、または逆流ピストン蒸気機関が使用されることがある。1つのそのような機関は、本出願人によって開発されており、1930年代からのスキナー・ユニバーサル−ユニフロー式(Skinner Universal−Unaflow)蒸気機関に基づく。   It should also be understood that, although positive displacement piston steam engines are not widely used today, piston steam engines are a very mature technology. In fact, piston steam engines were the mainstream power source in the 20th century. Thus, there are several existing piston steam engine designs that can be used as a heat engine / heat pump. These include single steam engines and dual (multiple expansion stage) steam engines. In some specific applications, single or double uniflow, universal-uniflow, or counterflow piston steam engines may be used. One such engine has been developed by the applicant and is based on the Skinner Universal-Uniflow steam engine from the 1930s.

任意の特定の用途に望ましくかつ適切な連続段階の実際の数は、期待される熱貯蔵器間の温度差、水蒸気分離器および水噴射装置の利用可能性、コスト、および他の因子を含めたいくつかの因子に従って変わる。いくつかの用途では、ただ1つの膨張段階が好ましいことがあり、他の用途では、複数の段階(典型的には2〜5個の範囲内の連続段階)が好ましい。   The actual number of continuous stages desirable and appropriate for any particular application, including the expected temperature difference between the heat reservoirs, the availability of steam separators and water jets, costs, and other factors It varies according to several factors. In some applications, only one expansion stage may be preferred, while in other applications, multiple stages (typically continuous stages in the range of 2-5) are preferred.

ユニフロー式蒸気機関およびユニバーサル−ユニフロー式蒸気機関は、膨張チャンバとして働くシリンダ内への水蒸気の導入を制御するためにポペット弁を利用するピストンベースの蒸気機関である。従来、弁のタイミングは、カムシャフトによって制御されている。しかし、他の既知の弁タイミング制御メカニズムを使用することもできることを理解すべきである。例えば、電子ソレノイドを使用して弁を開閉することができ、これは、望まれる場合には、弁の開閉のタイミングの電子制御を容易にする。使用されるメカニズムに関係なく、弁の開閉の相対タイミングに関する広範な制御を提供するいくつかの利点が存在する。例えば、効率を最大にするために、一般に、蒸気機関/ヒートポンプの圧縮比が、高温貯蔵装置の圧力と低温貯蔵装置の圧力との圧力比と比較的厳密に一致することが好ましい。吸気弁と排気弁の開閉のタイミングの変更は、機関の圧縮比を正確に制御するための好適な一方法である。吸気弁カットオフタイミングの変更も、蒸気機関を通る水蒸気の質量流量を制御するための良好なメカニズムを提供し、これは、膨張中に蒸気機関によって発生される動力の良好な制御を可能にする。   Uniflow and universal-uniflow steam engines are piston-based steam engines that utilize poppet valves to control the introduction of water vapor into a cylinder that serves as an expansion chamber. Conventionally, the valve timing is controlled by a camshaft. However, it should be understood that other known valve timing control mechanisms may be used. For example, an electronic solenoid can be used to open and close the valve, which facilitates electronic control of valve opening and closing timing, if desired. Regardless of the mechanism used, there are several advantages that provide extensive control over the relative timing of valve opening and closing. For example, in order to maximize efficiency, it is generally preferred that the compression ratio of the steam engine / heat pump be relatively closely matched to the pressure ratio of the hot storage device pressure to the cold storage device pressure. Changing the timing of opening and closing the intake valve and the exhaust valve is a suitable method for accurately controlling the compression ratio of the engine. Changing the intake valve cutoff timing also provides a good mechanism for controlling the mass flow rate of water vapor through the steam engine, which allows for better control of the power generated by the steam engine during expansion. .

また、調節可能な弁タイミングは、蒸気機関を膨張機(従来の蒸気機関)として、または圧縮機(ヒートポンプ)として動作させることができるように蒸気機関の逆動を容易にするのに非常に有用であることがある。概念上、ピストンおよび他の容積式蒸気機関を含む多くの蒸気機関を、膨張機または圧縮機として動作させることができる。主な相違点は、膨張機モードでは、高圧水蒸気が膨張チャンバ内に引き入れられ、ピストンを駆動させるために使用され、ピストンが有用な仕事をクランクシャフトに送り、一方、圧縮機モードでは、電気モータ(または他の適切な動力源)がクランクシャフトに動力供給し、クランクシャフトがピストンを駆動させて、チャンバ(ここでは膨張チャンバではなく圧縮チャンバとして働く)内部の水蒸気を圧縮することである。弁の開閉のタイミングが(クランク角度に対して)変わらない場合、膨張から圧縮に変更するために、クランクシャフトの回転方向を逆にしなければならない。これは、蒸気機関の停止および蒸気機関の方向の逆転を必要とする。これは、電気使用率が低い夜間に貯蔵が主に行われることが期待され、電気使用率がより高い1日の他の時間帯に回収が主に行われることが期待されるときなど、電力消費と発電との間の急速なシフトが必要とされないエネルギー貯蔵システムにおいては良好に動作する。しかし、蓄電モードと送電モードとの間で急速にシフトする(すなわち数分ではなく数秒でモードをシフトする)ことができる機能がかなり有益である、負荷分散などのいくつかの用途も存在する。ピストンベースの蒸気機関では、発電モードと蓄電モードとのこのタイプの急速なシフトは、モードをシフトするときにクランクシャフトが同じ方向に回転し続けることができる場合に可能である。これは、弁の開閉の相対タイミングを変えることによって達成することができる。当然、動作モードが逆にされるとき、弁の機能(吸気および排気)が逆にされる。   Adjustable valve timing is also very useful to facilitate reverse operation of the steam engine so that the steam engine can be operated as an expander (conventional steam engine) or as a compressor (heat pump) It may be. Conceptually, many steam engines, including pistons and other positive displacement steam engines, can operate as expanders or compressors. The main difference is that in expander mode, high pressure steam is drawn into the expansion chamber and used to drive the piston, which sends useful work to the crankshaft, while in compressor mode, the electric motor (Or other suitable power source) powers the crankshaft, which drives the piston to compress the water vapor inside the chamber (here it acts as a compression chamber rather than an expansion chamber). If the valve opening / closing timing does not change (relative to the crank angle), the direction of rotation of the crankshaft must be reversed in order to change from expansion to compression. This requires stopping the steam engine and reversing the direction of the steam engine. This is because power is expected to be mainly stored at night when electricity usage is low, and when recovery is expected to occur mainly at other times of the day when electricity usage is higher. It works well in energy storage systems where a rapid shift between consumption and power generation is not required. However, there are also some applications, such as load balancing, where the ability to shift quickly between power storage modes and power transmission modes (ie shifting modes in seconds instead of minutes) is quite beneficial. In piston-based steam engines, this type of rapid shift between power generation mode and storage mode is possible if the crankshaft can continue to rotate in the same direction when shifting modes. This can be achieved by changing the relative timing of opening and closing the valves. Of course, when the operating mode is reversed, the function of the valve (intake and exhaust) is reversed.

よく知られているように、水蒸気の断熱圧縮に近い状態は、水蒸気の過熱を引き起こす。水蒸気の過剰な過熱は、システムでの熱損失をもたらす可能性があるので望ましくないことがある。したがって、いくつかの実施形態では、1つまたは複数の水噴射装置が提供されて、圧縮前または圧縮中に水を水蒸気中に噴霧し、それにより、圧縮中に発生される熱エネルギーのいくらかが、注入された水の蒸発によって吸収される。噴射装置は、圧縮中に各シリンダに水を直接注入するように構成されることがあり、または、圧縮シリンダへの水蒸気の導入前に水蒸気に水を注入するように構成されることがある。一般に、過剰な過熱が生じないように、圧縮中に蒸気機関から出る圧縮水蒸気を飽和に近い状態で保つことが望ましい。しかし、これは必須要件ではない。現在使用中の圧縮比、シリンダを通過する水蒸気の質量流量、入口温度および圧力などいくつかの異なる因子に応じて、注入すべき所望の水量が変わることを理解すべきである。したがって、蒸気機関から出る圧縮水蒸気で飽和に近い点を実現することができるように、機関の動作状態に基づいて、任意の所与の時点で注入される水の体積を制御することが好ましい。複数の圧縮段階が使用される場合、各圧縮段階ごとに水を注入することが望ましいことがあるが、これも必須要件ではない。   As is well known, conditions close to adiabatic compression of water vapor cause water vapor to overheat. Excessive overheating of water vapor may be undesirable because it can lead to heat loss in the system. Thus, in some embodiments, one or more water injection devices are provided to spray water into water vapor prior to or during compression, thereby providing some of the thermal energy generated during compression. Absorbed by evaporation of the injected water. The injector may be configured to inject water directly into each cylinder during compression, or may be configured to inject water into the water vapor prior to the introduction of water vapor into the compression cylinder. In general, it is desirable to keep the compressed water vapor exiting the steam engine during compression near saturation so that excessive overheating does not occur. However, this is not a requirement. It should be understood that the desired amount of water to be injected depends on several different factors such as the compression ratio currently in use, the mass flow rate of water vapor through the cylinder, the inlet temperature and pressure. Therefore, it is preferable to control the volume of water injected at any given time based on the operating state of the engine so that a point close to saturation can be achieved with compressed steam exiting the steam engine. If multiple compression stages are used, it may be desirable to inject water for each compression stage, but this is not a requirement.

逆に、飽和水蒸気の断熱膨張は、膨張中に水蒸気のいくらかを復水させることがある。一般に、復水が入口弁ポートを腐食することがあるので、湿り蒸気(すなわち水滴を含む水蒸気)をシリンダに導入することは望ましくない。したがって、複式蒸気機関では、水滴の大半を水蒸気から除去するために、順次段階の合間に水蒸気を水蒸気分離器(図示せず)に通すことがしばしば望ましい。また、水蒸気が第1の(またはただ1つの)膨張チャンバ(シリンダ)に入る前に水蒸気を水蒸気分離器に通すことも望ましいことがある。水蒸気分離器によって復水された水は、その水に含まれるエネルギーを捕捉する助けとなるように熱貯蔵器の一方(典型的には低温貯蔵器)に戻すことができる。水蒸気から水滴を除去するために、様々な従来の異なる水蒸気分離器を使用することができる。例として、メッシュ水蒸気分離器が良好に機能する。   Conversely, adiabatic expansion of saturated water vapor may condense some of the water vapor during expansion. In general, it is not desirable to introduce wet steam (i.e., water vapor containing water droplets) into the cylinder because condensate can corrode the inlet valve port. Thus, in dual steam engines, it is often desirable to pass the steam through a steam separator (not shown) between successive stages in order to remove most of the water droplets from the steam. It may also be desirable to pass the steam through a steam separator before the steam enters the first (or just one) expansion chamber (cylinder). The water condensed by the steam separator can be returned to one of the heat stores (typically a cold store) to help capture the energy contained in the water. A variety of different conventional steam separators can be used to remove water droplets from the steam. As an example, a mesh steam separator works well.

他の実施形態では、水蒸気が蒸気機関に入る前に水蒸気を過熱すること、および/または順次段階の合間に水蒸気を再加熱することが望ましいことがある。これは、高温貯蔵装置から引き出された水蒸気を、蒸気機関に入る前に加熱する任意選択の過熱器、および/または蒸気機関の順次段階の合間に水蒸気を加熱する任意選択の再加熱器の使用によって達成することができる。過熱器および/または再加熱器の使用が可能であるが、それらは、過熱器および/または再加熱器に供給するために使用される熱源が、廃熱源または他の非常に低コストのエネルギー源でない限り、しばしば費用対効果が低い。   In other embodiments, it may be desirable to superheat the steam before it enters the steam engine and / or reheat the steam between successive stages. This may involve the use of an optional superheater that heats the steam drawn from the high temperature storage device before entering the steam engine, and / or an optional reheater that heats the steam between successive stages of the steam engine. Can be achieved. Although a superheater and / or reheater can be used, the heat source used to supply the superheater and / or reheater is a waste heat source or other very low cost energy source. Unless otherwise, it is often not cost effective.

さらなる特徴
様々な上記のエネルギー貯蔵システムは、高いラウンドトリップ効率で低コストのバルクエネルギー貯蔵および回収を提供するのに良く適していることが明らかであろう。貯蔵および回収の間隔は、数秒程度と短くても、数時間または数日程度と長くてもよい。風や太陽など不連続な電力源は、エネルギーの供給と需要の不一致を悪化させる傾向があり、したがって、そのようなエネルギー貯蔵および回収システムの必要性を高める。
Further Features It will be apparent that the various energy storage systems described above are well suited to provide low cost bulk energy storage and recovery with high round trip efficiency. The interval between storage and collection may be as short as a few seconds or as long as several hours or days. Discontinuous power sources such as wind and sun tend to exacerbate the mismatch between energy supply and demand, thus increasing the need for such energy storage and recovery systems.

いくつかの実施形態のみを詳細に説明してきたが、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、本発明を多くの他の形態で実施することができることを理解すべきである。例えば、高温熱貯蔵器および低温熱貯蔵器の特定の構成およびレイアウト、ならびにヒートポンプおよび熱機関として使用される特定のデバイスは、広範に変えることができる。高温貯蔵装置と低温貯蔵装置とはそれぞれ、単一のタンクとして実装されることも、複数の別個のタンクとして実装されることもある。貯蔵装置の1つに関して複数のタンクが使用されるとき、その貯蔵装置での異なるタンク内の作業流体は、実質的に同じ温度であることも、異なる温度であることもある。前述したように、1つまたは複数の逆動可能熱機関/ヒートポンプが膨張機/圧縮機として使用されることがあり、または膨張と圧縮に関して別個のデバイスが使用されることもある。同様に、電気貯蔵および回収用途において、熱機関/ヒートポンプを駆動させるように、または熱機関/ヒートポンプによって駆動されるように可逆的モータ/発電機を使用することができ、あるいは別個のモータおよび発電機が使用されることがある。上記のシステムは容易にスケール変更可能であり、グリッドスケールエネルギー貯蔵および回収用途を含めた様々な異なるエネルギー貯蔵用途で使用することができる。   Although only some embodiments have been described in detail, it should be understood that the invention can be embodied in many other forms without departing from the spirit or scope of the invention. For example, the specific configuration and layout of the high and low temperature heat stores, and the specific devices used as heat pumps and heat engines can vary widely. Each of the high temperature storage device and the low temperature storage device may be implemented as a single tank or a plurality of separate tanks. When multiple tanks are used for one of the storage devices, the working fluids in the different tanks at that storage device can be at substantially the same temperature or at different temperatures. As described above, one or more reversible heat engines / heat pumps may be used as the expander / compressor, or separate devices may be used for expansion and compression. Similarly, reversible motors / generators can be used to drive or be driven by heat engines / heat pumps in electrical storage and recovery applications, or separate motors and generators Machine may be used. The system described above is easily scaleable and can be used in a variety of different energy storage applications, including grid scale energy storage and recovery applications.

また、低コストの熱源が容易に利用可能である場合には、システムの効率を改良する助けとなるようにそのような熱を使用することができることを理解すべきである。1つのそのような構成は、図5に例示したものであり、その構成では、廃熱を使用して水を加温(または提供)し、この水が、圧縮のために使用される低温水蒸気源として働く。他の実施形態では、適切な加熱器または熱交換器を使用して、高温貯蔵装置105からの水蒸気を、水蒸気が熱機関120(b)に導入される前に過熱することができ、または膨張段階の合間に水蒸気を再加熱することができる。当業者には理解されるように、膨張前の水蒸気の過熱、および/または膨張段階の合間の水蒸気の再加熱は、膨張プロセス中の水蒸気の復水によって誘発されることがある問題および非効率性をなくす助けとなり、水蒸気分離器の使用の必要性を減少させる、またはなくすことができる。当然、利用可能な熱の最大限の使用は、一部は、得ることができる温度に依存する。したがって、望まれるときおよび適切なときには、過熱器(図示せず)を高温貯蔵装置105と熱機関との間に提供して、水蒸気が蒸気機関120(b)に入る前に水蒸気を過熱することができ、および/または1つまたは複数の再加熱器(図示せず)を提供して、膨張プロセスにおける適切な段階で水蒸気を再加熱することができる。   It should also be understood that if low cost heat sources are readily available, such heat can be used to help improve the efficiency of the system. One such configuration is illustrated in FIG. 5, in which waste heat is used to warm (or provide) the water, which is the low-temperature steam used for compression. Work as a source. In other embodiments, a suitable heater or heat exchanger can be used to superheat the steam from the high temperature storage device 105 before the steam is introduced into the heat engine 120 (b) or expand. Water vapor can be reheated between stages. As will be appreciated by those skilled in the art, overheating of steam prior to expansion and / or reheating of steam during the expansion stage is a problem and inefficiency that may be induced by steam condensate during the expansion process Can help eliminate the need to reduce or eliminate the need to use a steam separator. Of course, the maximum use of available heat depends in part on the temperature that can be obtained. Thus, when desired and appropriate, a superheater (not shown) is provided between the high temperature storage device 105 and the heat engine to superheat the steam before it enters the steam engine 120 (b). And / or one or more reheaters (not shown) can be provided to reheat the water vapor at an appropriate stage in the expansion process.

上記の手法を使用して、少なくとも60、70、さらには80%の実効ラウンドトリップ効率を達成することができる。より高いラウンドトリップ効率が一般に望まれるが、コストの考慮が、システム設計、したがって達成可能なラウンドトリップ効率を定めることがある。しかし、いくつかの特定の用途では、60〜80%(以上)のラウンドトリップ効率を有するシステムが経済的に実現可能であると考えられる。   Using the above approach, an effective round trip efficiency of at least 60, 70, or even 80% can be achieved. Although higher round trip efficiency is generally desired, cost considerations may define the system design and thus the achievable round trip efficiency. However, for some specific applications, it is considered economically feasible to have a system with 60-80% (or more) round trip efficiency.

上記の実施形態は、限定ではなく例示とみなされるべきであり、本発明は、本明細書に提示された詳細に限定されず、添付の特許請求の範囲の範囲および均等物の範囲内で変更することができる。   The above embodiments are to be considered illustrative rather than limiting, and the present invention is not limited to the details presented herein, but is modified within the scope of the appended claims and the equivalents thereof. can do.

Claims (17)

エネルギー貯蔵および回収システムであって、
液相と飽和蒸気相との作業流体を含む第1の状態で作業流体を保持するように構成されている第1の熱貯蔵器と、
前記第1の熱貯蔵器内の前記作業流体の温度よりも低い温度である第2の状態で作業流体を保持するように構成されている第2の熱貯蔵器と、
熱機関/ヒートポンプユニットと
を備え、前記熱機関/ヒートポンプユニットは、
(a)エネルギー貯蔵および回収システムからのエネルギーの回収を容易にするために、力学的エネルギーを発生する様式で、作業流体蒸気の膨張によって、前記第1の熱貯蔵器から前記第2の熱貯蔵器に進む作業流体蒸気からエネルギーを抽出し、
(b)エネルギー貯蔵および回収システム内でのエネルギーの貯蔵を容易にするために、前記第2の熱貯蔵器から前記第1の熱貯蔵器に進む作業流体蒸気を圧縮するように構成されている、
エネルギー貯蔵および回収システム。
An energy storage and recovery system,
A first heat reservoir configured to hold the working fluid in a first state that includes a working fluid in a liquid phase and a saturated vapor phase;
A second heat reservoir configured to hold the working fluid in a second state that is at a temperature lower than the temperature of the working fluid in the first heat reservoir;
A heat engine / heat pump unit, and the heat engine / heat pump unit comprises:
(A) the second heat storage from the first heat reservoir by expansion of working fluid vapor in a manner that generates mechanical energy to facilitate recovery of energy from the energy storage and recovery system; Extract the energy from the working fluid vapor going to the vessel,
(B) configured to compress working fluid vapor traveling from the second heat reservoir to the first heat reservoir to facilitate energy storage within an energy storage and recovery system; ,
Energy storage and recovery system.
エネルギー貯蔵および回収システムであって、
第1の状態で水と飽和水蒸気とを保持するように構成されている第1の熱貯蔵器と、
前記第1の状態よりも低い温度を有する第2の状態で水および水蒸気を保持するように構成されている第2の熱貯蔵器と、
可逆的容積式蒸気機関とを備え、前記可逆的容積式蒸気機関は、
(a)エネルギー貯蔵および回収システムからのエネルギーの回収を容易にするために、力学的エネルギーを発生する様式で、水蒸気の膨張によって、前記第1の熱貯蔵器から前記第2の熱貯蔵器に進む水蒸気からエネルギーを抽出し、
(b)エネルギー貯蔵および回収システム内でのエネルギーの貯蔵を容易にするために、前記第2の熱貯蔵器から前記第1の熱貯蔵器に進む水蒸気を圧縮するように構成され、
水および水蒸気が、エネルギー貯蔵および回収システムのための作業流体として働く、
エネルギー貯蔵および回収システム。
An energy storage and recovery system,
A first heat reservoir configured to hold water and saturated water vapor in a first state;
A second heat reservoir configured to hold water and water vapor in a second state having a lower temperature than the first state;
A reversible positive displacement steam engine, the reversible positive displacement steam engine comprising:
(A) from the first heat reservoir to the second heat reservoir by expansion of water vapor in a manner that generates mechanical energy to facilitate recovery of energy from the energy storage and recovery system; Extract energy from the water vapor,
(B) configured to compress water vapor traveling from the second heat reservoir to the first heat reservoir to facilitate storage of energy within an energy storage and recovery system;
Water and water vapor serve as working fluids for energy storage and recovery systems,
Energy storage and recovery system.
エネルギー貯蔵および回収システムであって、
液相と飽和蒸気相の作業流体を含む第1の状態で作業流体を保持するように構成されている第1の熱貯蔵器と、
前記第1の状態よりも低い温度を有する第2の状態で蒸気相作業流体を提供するように構成されている低温熱エネルギー源と、
蒸気相作業流体を復水するように構成されている復水器と、
熱機関/ヒートポンプユニットと
を備え、前記熱機関/ヒートポンプユニットは、
(a)エネルギー貯蔵および回収システムからのエネルギーの回収を容易にするために、力学的エネルギーを発生する様式で、作業流体蒸気の膨張によって、前記第1の熱貯蔵器から前記復水器に進む作業流体蒸気からエネルギーを抽出し、
(b)エネルギー貯蔵および回収システム内でのエネルギーの貯蔵を容易にするために、前記低温熱エネルギー源から前記第1の熱貯蔵器に進む作業流体蒸気を圧縮するように構成されている、
エネルギー貯蔵および回収システム。
An energy storage and recovery system,
A first heat reservoir configured to hold the working fluid in a first state including a liquid phase and a saturated vapor phase working fluid;
A low-temperature thermal energy source configured to provide a vapor phase working fluid in a second state having a lower temperature than the first state;
A condenser configured to condense the vapor phase working fluid;
A heat engine / heat pump unit, and the heat engine / heat pump unit comprises:
(A) advancing from the first heat reservoir to the condenser by expansion of working fluid vapor in a manner that generates mechanical energy to facilitate recovery of energy from the energy storage and recovery system; Extract energy from working fluid vapor,
(B) configured to compress working fluid vapor traveling from the low temperature thermal energy source to the first heat reservoir to facilitate storage of energy within an energy storage and recovery system;
Energy storage and recovery system.
請求項1から3のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵および回収システムにおいて、
前記作業流体は、
(a)水、または水を含む混合物と、
(b)フルオロカーボン、またはフルオロカーボンを含む混合物と、
(c)アンモニア、またはアンモニアを含む混合物と、
(d)炭化水素、または炭化水素を含む混合物と、
からなる群から選択される、エネルギー貯蔵および回収システム。
The energy storage and recovery system according to any one of claims 1 to 3,
The working fluid is
(A) water or a mixture containing water;
(B) a fluorocarbon or a mixture containing a fluorocarbon;
(C) ammonia or a mixture containing ammonia;
(D) a hydrocarbon or a mixture containing hydrocarbons;
An energy storage and recovery system selected from the group consisting of:
請求項1から4のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵および回収システムにおいて、さらに、
熱機関/ヒートポンプユニットまたは蒸気機関に機械的に結合された電気モータ/発電機を備え、前記電気モータ/発電機が、前記熱機関/ヒートポンプユニットまたは蒸気機関がヒートポンプとして動作されるときには、前記熱機関/ヒートポンプユニットまたは蒸気機関を駆動させるように構成され、熱機関/ヒートポンプユニットまたは蒸気機関が熱機関として動作されるときには、電気を発生するように構成されている、エネルギー貯蔵および回収システム。
The energy storage and recovery system according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
An electric motor / generator mechanically coupled to a heat engine / heat pump unit or a steam engine, the electric motor / generator when the heat engine / heat pump unit or steam engine is operated as a heat pump, the heat An energy storage and recovery system configured to drive an engine / heat pump unit or steam engine and configured to generate electricity when the heat engine / heat pump unit or steam engine is operated as a heat engine.
請求項1から5のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵および回収システムにおいて、
前記熱機関/ヒートポンプユニットまたは蒸気機関は、ユニフロー式蒸気機関、ユニバーサル−ユニフロー式蒸気機関、および逆流蒸気機関からなる群から選択される、エネルギー貯蔵および回収システム。
The energy storage and recovery system according to any one of claims 1 to 5,
The energy storage and recovery system, wherein the heat engine / heat pump unit or steam engine is selected from the group consisting of a uniflow steam engine, a universal-uniflow steam engine, and a reverse flow steam engine.
請求項1から6のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵および回収システムにおいて、
前記第1の熱貯蔵器は、周囲大気圧よりも実質的に高い圧力で前記第1の熱貯蔵器内で前記作業流体を保持するように構成されている圧力容器を含む、エネルギー貯蔵および回収システム。
The energy storage and recovery system according to any one of claims 1 to 6,
The first heat storage includes a pressure vessel configured to hold the working fluid within the first heat storage at a pressure substantially higher than ambient atmospheric pressure, energy storage and recovery system.
請求項1から7のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵および回収システムにおいて、
前記第2の熱貯蔵器または前記低温熱エネルギー源は、非加圧作業流体を保持するように構成され、準大気圧チャンバを含み、前記準大気圧チャンバは、蒸気への液体作業流体の準大気圧フラッシング、および/または液相への蒸気作業流体の準大気圧復水を促進する、エネルギー貯蔵および回収システム。
The energy storage and recovery system according to any one of claims 1 to 7,
The second heat reservoir or the low-temperature thermal energy source is configured to hold a non-pressurized working fluid and includes a sub-atmospheric pressure chamber, the sub-atmospheric pressure chamber being sub-atmospheric for liquid working fluid to vapor. An energy storage and recovery system that facilitates atmospheric pressure flushing and / or quasi-atmospheric condensate of the vapor working fluid into the liquid phase.
請求項1から8のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵および回収システムにおいて、
前記第2の熱貯蔵器または前記低温熱エネルギー源は、作業流体蒸気を準大気圧で保持するように構成されている圧力容器を含み、蒸気への液体の準大気圧フラッシング、および/または液体への蒸気の準大気圧復水を促進するエネルギー貯蔵および回収システム。
The energy storage and recovery system according to any one of claims 1 to 8,
The second heat reservoir or the low temperature thermal energy source includes a pressure vessel configured to hold the working fluid vapor at sub-atmospheric pressure, and sub-atmospheric flushing of liquid into the vapor, and / or liquid Energy storage and recovery system that promotes sub-atmospheric condensate of steam into the.
請求項1から9のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵および回収システムにおいて、
前記熱機関/ヒートポンプユニットまたは蒸気機関は、圧縮された作業流体蒸気が前記熱機関/ヒートポンプまたは蒸気機関から前記第1の熱貯蔵器に排気される前に、圧縮のために前記熱機関/ヒートポンプユニットまたは蒸気機関を通る蒸気相作業流体に液相作業流体を追加するための液体噴射装置を含む、エネルギー貯蔵および回収システム。
The energy storage and recovery system according to any one of claims 1 to 9,
The heat engine / heat pump unit or steam engine is adapted to compress the working fluid vapor before compression from the heat engine / heat pump or steam engine to the first heat reservoir for compression. An energy storage and recovery system comprising a liquid jetting device for adding a liquid phase working fluid to a vapor phase working fluid passing through a unit or steam engine.
請求項1から10のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵および回収システムにおいて、
前記熱機関/ヒートポンプユニットまたは蒸気機関は、前記熱機関/ヒートポンプユニットまたは蒸気機関を通過する一部膨張された作業流体から液体を除去するための分離器を含む、エネルギー貯蔵および回収システム。
In the energy storage and recovery system according to any one of claims 1 to 10,
The energy storage and recovery system, wherein the heat engine / heat pump unit or steam engine includes a separator for removing liquid from a partially expanded working fluid passing through the heat engine / heat pump unit or steam engine.
請求項1から11のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵および回収システムにおいて、
前記熱機関/ヒートポンプユニットまたは蒸気機関は、クランクシャフトと、少なくとも1つの作業チャンバとを含み、各作業チャンバは、クランクシャフトに結合されている関連する往復ピストンと、複数の関連する弁とを有し、前記弁は、前記作業チャンバ内への作業流体の導入、および前記作業チャンバからの作業流体の排出を容易にし、前記弁の開閉のタイミングは変更可能であり、それにより、(a)同方向に回転する前記クランクシャフトを用いて、前記熱機関/ヒートポンプユニットまたは蒸気機関を膨張モードと圧縮モードとの両方で動作させることができ、(b)前記熱機関/ヒートポンプユニットまたは蒸気機関の膨張/圧縮比の変更を容易にするように、前記クランクシャフト角度に対する前記弁の開閉のタイミングを変えることができる、エネルギー貯蔵および回収システム。
The energy storage and recovery system according to any one of claims 1 to 11,
The heat engine / heat pump unit or steam engine includes a crankshaft and at least one working chamber, each working chamber having an associated reciprocating piston coupled to the crankshaft and a plurality of associated valves. The valve facilitates the introduction of the working fluid into the working chamber and the discharge of the working fluid from the working chamber, and the opening and closing timing of the valve can be changed, whereby (a) The heat engine / heat pump unit or steam engine can be operated in both expansion mode and compression mode using the crankshaft rotating in a direction, and (b) expansion of the heat engine / heat pump unit or steam engine / Open / close timing of the valve with respect to the crankshaft angle to facilitate changing the compression ratio It can be varied, the energy storage and recovery system.
請求項1から12のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵および回収システムにおいて、
前記エネルギー貯蔵および回収システムのラウンドトリップ効率は少なくとも70パーセントである、エネルギー貯蔵および回収システム。
The energy storage and recovery system according to any one of claims 1 to 12,
The energy storage and recovery system wherein the round trip efficiency of the energy storage and recovery system is at least 70 percent.
請求項1から13のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵および回収システムにおいて、さらに、
前記第1の熱貯蔵器から引き出される蒸気相作業流体を、前記作業流体が前記熱機関/ヒートポンプユニットまたは蒸気機関を通過される前に過熱すること、および
前記熱機関/ヒートポンプユニットまたは蒸気機関の膨張段階の合間に作業流体を再加熱すること、
の少なくとも一方のための加熱器を備える、エネルギー貯蔵および回収システム。
The energy storage and recovery system according to any one of claims 1 to 13, further comprising:
The vapor phase working fluid drawn from the first heat reservoir is superheated before the working fluid is passed through the heat engine / heat pump unit or steam engine; and the heat engine / heat pump unit or steam engine Reheating the working fluid between expansion stages;
An energy storage and recovery system comprising a heater for at least one of the following.
請求項1および請求項3から14のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵および回収システムにおいて、
前記熱機関/ヒートポンプユニットは、少なくとも1つの熱機関と、前記熱機関とは別個の少なくとも1つのヒートポンプとを含む、エネルギー貯蔵および回収システム。
The energy storage and recovery system according to any one of claims 1 and 3 to 14,
The energy storage / recovery system, wherein the heat engine / heat pump unit includes at least one heat engine and at least one heat pump separate from the heat engine.
請求項5から15のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵および回収システムにおいて、
前記電気モータ/発電機は、少なくとも1つのモータと、前記モータとは別個の少なくとも1つの発電機とを含む、エネルギー貯蔵および回収システム。
The energy storage and recovery system according to any one of claims 5 to 15,
The energy storage and recovery system, wherein the electric motor / generator includes at least one motor and at least one generator separate from the motor.
請求項1から16のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵および回収システムにおいて、
前記蒸気機関は、
複数の順次膨張段階と、
関連する1対の前記膨張段階の合間に、一部膨張された水蒸気から水を除去するための水蒸気分離器と
を含む、エネルギー貯蔵および回収システム。
The energy storage and recovery system according to any one of claims 1 to 16,
The steam engine
A plurality of sequential expansion stages;
An energy storage and recovery system comprising a water vapor separator for removing water from the partially expanded water vapor between a pair of related expansion stages.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023073600A (en) * 2021-11-16 2023-05-26 木村化工機株式会社 Exhaust heat utilization system

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10094219B2 (en) 2010-03-04 2018-10-09 X Development Llc Adiabatic salt energy storage
WO2014052927A1 (en) 2012-09-27 2014-04-03 Gigawatt Day Storage Systems, Inc. Systems and methods for energy storage and retrieval
DE102013006814B4 (en) 2013-04-19 2021-12-30 K-Utec Ag Salt Technologies Storage system and method for storing and utilizing temporary electrical energy surpluses
DE102013209680A1 (en) 2013-05-24 2014-11-27 Siemens Aktiengesellschaft Energy storage arrangement for flexibilization of power plants
FR3011626B1 (en) 2013-10-03 2016-07-08 Culti'wh Normands THERMODYNAMIC SYSTEM FOR STORAGE / ELECTRIC POWER GENERATION
DE102014202849A1 (en) * 2014-02-17 2015-08-20 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for loading a thermal stratified storage tank
CN105649699A (en) * 2014-11-19 2016-06-08 郭颂玮 Supercritical high-efficiency power generation system
US20180120009A1 (en) * 2015-05-06 2018-05-03 Trienco Ltd. System and method for dynamic mechanical power management
AT518186B1 (en) * 2016-06-10 2017-08-15 Technische Universität Wien Thermal power plant and method for storing heat
US10458284B2 (en) 2016-12-28 2019-10-29 Malta Inc. Variable pressure inventory control of closed cycle system with a high pressure tank and an intermediate pressure tank
US10233787B2 (en) 2016-12-28 2019-03-19 Malta Inc. Storage of excess heat in cold side of heat engine
US11053847B2 (en) 2016-12-28 2021-07-06 Malta Inc. Baffled thermoclines in thermodynamic cycle systems
US10233833B2 (en) 2016-12-28 2019-03-19 Malta Inc. Pump control of closed cycle power generation system
US10221775B2 (en) 2016-12-29 2019-03-05 Malta Inc. Use of external air for closed cycle inventory control
US10436109B2 (en) 2016-12-31 2019-10-08 Malta Inc. Modular thermal storage
CN110130992A (en) * 2019-05-24 2019-08-16 深圳赛诺凡尔纳能源有限公司 Energy-storage generating apparatus, method and system based on air-powered motor
CN110206600B (en) * 2019-06-04 2022-01-14 中国科学院工程热物理研究所 Heat pump electricity storage system and method based on arrayed cold storage and heat storage
US11428445B2 (en) * 2019-09-05 2022-08-30 Gridworthy Technologies LLC System and method of pumped heat energy storage
CA3158586A1 (en) 2019-11-16 2021-05-20 Benjamin R. Bollinger Pumped heat electric storage system
US11486305B2 (en) 2020-08-12 2022-11-01 Malta Inc. Pumped heat energy storage system with load following
US11454167B1 (en) 2020-08-12 2022-09-27 Malta Inc. Pumped heat energy storage system with hot-side thermal integration
US11480067B2 (en) 2020-08-12 2022-10-25 Malta Inc. Pumped heat energy storage system with generation cycle thermal integration
US11396826B2 (en) 2020-08-12 2022-07-26 Malta Inc. Pumped heat energy storage system with electric heating integration
US11286804B2 (en) 2020-08-12 2022-03-29 Malta Inc. Pumped heat energy storage system with charge cycle thermal integration
WO2022036098A1 (en) * 2020-08-12 2022-02-17 Malta Inc. Pumped heat energy storage system with steam cycle
GB202104007D0 (en) * 2021-03-23 2021-05-05 Vasilopoulos Anastasios Energy storage by compression and condensing of super-heated steam
GB2611027B (en) * 2021-09-17 2023-09-27 Fetu Ltd Thermodynamic cycle

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2065974A (en) * 1933-12-23 1936-12-29 Marguerre Fritz Thermodynamic energy storage
US2575394A (en) * 1944-12-27 1951-11-20 Union Carbide & Carbon Corp Reciprocating piston and cylinder mechanism
US4089744A (en) * 1976-11-03 1978-05-16 Exxon Research & Engineering Co. Thermal energy storage by means of reversible heat pumping
US4309877A (en) * 1980-09-08 1982-01-12 Co-Gen, Inc. Total energy system including means for utilizing supplementary heats
DE4121460A1 (en) * 1991-06-28 1993-01-14 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt HEAT STORAGE SYSTEM WITH COMBINED HEAT STORAGE
US7010920B2 (en) * 2002-12-26 2006-03-14 Terran Technologies, Inc. Low temperature heat engine
US7171812B2 (en) * 2004-03-15 2007-02-06 Powerstreams, Inc. Electric generation facility and method employing solar technology
US7194861B2 (en) * 2004-11-26 2007-03-27 Bishop Lloyd E Two stroke steam-to-vacuum engine
FR2916101B1 (en) * 2007-05-11 2009-08-21 Saipem Sa INSTALLATION AND METHODS FOR STORAGE AND RESTITUTION OF ELECTRICAL ENERGY
WO2009044139A2 (en) * 2007-10-03 2009-04-09 Isentropic Limited Energy storage
US7735323B2 (en) * 2008-02-12 2010-06-15 Lawrence Livermore National Security, Llc Solar thermal power system
WO2010111688A2 (en) * 2009-03-26 2010-09-30 Solar Storage Company Intermediate pressure storage system for thermal storage

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023073600A (en) * 2021-11-16 2023-05-26 木村化工機株式会社 Exhaust heat utilization system
JP7391071B2 (en) 2021-11-16 2023-12-04 木村化工機株式会社 Exhaust heat utilization system

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