[发明专利]带有回收器的高温能量存储器

说明书

技术领域

本发明涉及一种有效的高温能量存储器，其中，可通过回收空气蓄能回路内的压缩机废热存储热能。

背景技术

存储能量的必要性尤其由于来自可再生能源领域的发电厂设备的持续增长的份额而产生。在此，能量存储的目的是使得带有可再生能源的发电厂可使用在输电网络中，使得可再生地产生的能量也可在不同时间被利用，以节约化石能源且因此降低CO₂排放。

由于能量存储器要跨越的时间段-即能量存储到能量存储器内或从能量存储器取出的时间段-和要存储的功率，对于热能存储器的尺寸相应地具有高要求。因此，仅由于结构尺寸而使得热能存储器可能在购置时很昂贵。如果能量存储器构造昂贵或实际的热存储介质在购置上或运行中昂贵，则热能存储器的购置和运行成本可能很快地质疑能量存储的经济性。

因此，考虑到能量存储器的制造成本，廉价的存储材料是优选的。换热器也应尽可能廉价地尺寸设计。但由于廉价的存储材料经常具有低的导热能力，所以换热器面经常设置为很大。管热气管的大的数量和长度在此使换热器的成本明显升高，这通过廉价的存储材料本身不再能够补偿。

目前为止，基于廉价材料的换热器主要构造为热载体和例如沙石的存储材料的直接交换的形式，以代替大的换热器。作为热载体介质，可使用例如空气的工作气体。工作气体在此可选择地以封闭的或开放的蓄能回路或附加回路中导引。

目前为止，在技术中原理上已知的涡旋层技术未大规模应用，而这对于可再生的过剩能量的季节性存储是必需的。此外，直接换热导致与固体材料的相对复杂的交互，这对于大存储器是不经济的。

目前，高容量能量存储器主要以泵存储器发电厂和压力空气存储器发电厂的形式存在。由于此存储器在一些区域有限的扩建潜能，在许多区域中开发了许多另外的存储器技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是给出一种用于基于廉价的存储材料存储热能的廉价的能量存储器设备，所述能量存储器设备具有改进的效率。在此，尤其避免了现有技术中的缺点。本发明的技术问题此外是给出一种以更高的效率在廉价的存储材料内存储热能的方法。

本发明的涉及设备的技术问题通过权利要求1的特征解决。用于将电能转换为热能的蓄能回路包括：通过轴与电动马达连接的压缩级，换热器，和通过轴与发电机连接的膨胀级。压缩级通过热气管道与膨胀级连接。换热器在初级侧接入热气管道内，且膨胀级通过反馈管道与压缩级连接。以此形成了用于工作气体的封闭回路。此外，根据本发明提供了回收器，所述回收器在初级侧接入换热器和膨胀级之间的热气管道内且在次级侧接入反馈管道内，使得热气管道内的工作气体的热量可传递到反馈管道内的工作气体。

本发明现在利用了如下事实，即虽然仅存储了可供使用的热能的部分，但能量存储的总收支有利于效率升高而移动。这具有如下解释，即一方面可省去用于加热、中间加热或膨胀空气脱水的设备，这否则对于效率具有不利影响。由于膨胀到例如环境压力和环境温度，即使在使用湿的进气用于压缩机时，也有利地避免了水凝结的问题。因此，在根据本发明的方法中可不出现由于冻结的凝结物导致的损坏。也可省去冷凝器。

此外，膨胀涡轮机降低了压缩的能量花费，这通过将膨胀涡轮机布置在与压缩机相同的轴上且明显地支持压缩机来实现。

因为工作气体的冷却在低温度时要求很大的换热器面，所以可通过放弃利用更低的温度而使热存储器更廉价，因为热存储器可尺寸设计得较小。

此外，回收器由于在蓄能回路内的压缩机废热(有效压缩到高温度水平)而实现了明显>100％的热泵效率。

压缩机废热的回收通过在热存储器内仅使用例如>350℃的高温热量来实现。在较低的温度水平上的热量用于压缩机入口上的预热，因此降低了准绝热压缩的电能需求，且实现了高的热泵效率。

根据本发明的步骤在于蓄能回路和热存储器的实现。由于使用例如带有T>350℃的高温存储器，所以来自空气压缩的低温废热可用于预热压缩机空气(回收)。以此方式，产生了带有高热泵效率的蓄能回路。

通过在工作气体离开膨胀级时不再对其强过冷，而是仅具有略低于0℃的温度，可使用通常的压缩机作为膨胀级。否则，在很低的出口温度时要求特殊构造的压缩机。

在回路中可使用惰性气体。温度T3和压力P3在此优选地通过换热过程的尺寸设计且在此尤其通过换热器面的尺寸来调节。因为工作气体只需将其热能的一部分通过换热器输出到换热器，所以换热器面的大小可明显降低。以此，可明显地节约用于购置换热器的费用。