[发明专利]填充式岩床热能储存设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种填充式岩床热能储存设备，用于在已从一些适合的能源得到的热能的储存中使用。

背景技术

从使用传统的矿物燃料的能源产生能量，越来越多地被使用某种类型的可再生能源代替。至于本专利申请所涉及的，本发明特别适于与聚焦式太阳能发电厂或者联合循环发电厂关联使用，但其不限于这些应用。

太阳能的利用与储存所收集的太阳能以在随后使用的需求关联，使得在夜间或者在太阳被遮挡(通常是被云遮挡)时可获得能量。一种储存能量的实用方式是以热量(热能)的形式，热随后可被用于通过蒸汽产生循环(steamgeneratingcycle)和关联的涡轮机和发电机发电。

不同的热能储存设备已被提出，并且目前在至少一定程度上使用。这些包括熔盐中的热量储存，或者替代地，主要如相变材料的情况下的潜热。尽管这些在或多或少的程度上是成功的，但是存在相当大的改进范围，特别是成本的降低。

陶瓷的填充床已被用于高温(>500℃)下的热储存，例如在玻璃工厂中的蓄热器(regenerator)以及炼铁厂中的考巴氏热风炉(cowperstove)。另一方面，填充式岩床的应用已经从理论观点上得到高度重视，但是据申请人所知，在实践中还没有在高温下实现至任何可观的程度，尽管获悉大的高温岩石储存设备目前在摩洛哥正在建造。总体上的应用不足最可能是由于对填充式岩床储存设备的现有提案相对昂贵或者不可行，或者两方面都有。该提案包括首先利用地面作为隔热介质在地面挖掘的洞穴中形成填充式岩床。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种填充式岩床热能储存设备，包括基本不受约束的岩石堆，其随着变化的温度自由地膨胀和收缩而不产生显著的应力；并且具有在所述岩床上方的热流体的入口和出口空间，以及在所述岩床下方由格栅和较大的岩石或者仅由较大的岩石支撑的冷流体的入口和出口空间，在两者之间，流体可在所述岩床的加热期间向下发生流动并在所述岩床的冷却期间向上发生流动，而且所述岩床由隔热的拱形顶盖完全遮蔽。

根据本发明的第二方面，提供一种填充式岩床热能储存设备，包括被单独的岩石单元的岩床分隔的第一空间和第二空间，使得工作流体能够通过形成所述岩床的岩石单元之间的空隙在所述第一空间和第二空间之间流动，从而在使用中提供向所述岩床或者自所述岩床的热传递，以及与所述第一空间和第二空间中的每个相关联的用于工作流体流入或流出所述第一空间和第二空间的至少一个连通管道，所述能量储存设备的特征在于，所述岩床的形式为岩石堆，并且所述第一空间形成在所述岩石堆的上表面和从所述岩石堆的所述上表面向上间隔开的外壳之间，并且所述第二空间大致朝向所述岩石堆的底部形成。

本发明的进一步特征限定，所述外壳具有优选为隔热的顶盖、壁和地板；所述地板具有较低的中心区域以及略微倾斜的侧部和端部区域，所述侧部和端部区域以平缓的斜率朝向支撑所述顶盖的下侧壁或者朝向端壁向上延伸；所述第一封闭空间由所述岩石堆的上表面和所述顶盖限定；所述第二封闭空间由优选为由所述岩石堆的底表面的一部分和所述外壳的地板的一部分限定的一个或多个通道或隧道的内腔的表面限定，其中所述岩石堆的所述底表面可包括支撑格栅和较大的岩石，以支撑所述填充床的所述岩石并保持所述第二空间；以及所述第一空间和第二空间中的一个或两者具有与其相关联的至少两个或更多个连通管道，所述连通管道可被选择性地用于热能吸收过程和热能利用过程。

本发明的更进一步特征限定，所述岩床由选自诸如(但不限于)花岗岩、粗玄岩、片麻岩和角页岩的岩石类型的岩石组成；所述岩石大体上为相似的尺寸，并且尺寸优选地在10mm至50mm范围内；所述岩石为磨圆的或者为压碎的；以及所述岩石堆具有平坦的顶部和以自然的休止角向下倾斜的侧部。所述岩石堆的高度通常将在1m-15m之间。

所述休止角可在20°-50°的范围之间。对于大多数压碎的岩石通常为30°-40°，但是其可根据所述颗粒特性而不同。

所述设备的尺寸完全取决于所需的容积(储存的能量和最大热能输出)以及可利用的注入所述岩床的热能源。

所述设备可覆盖小至几平方米、或者几千平方米或更大的面积。当所述尺寸为由于容器结构的要求使得进一步按比例放大非线性地增加成本时，可构建若干较小的岩床而不是单个的大岩床。以此方式，如果需要，对于几千兆瓦-小时的热容量可实现几千兆瓦的热功率输出。

附图说明

为了本发明的以上和其它特征能够被更充分地理解，现将参照附图描述所提出的本发明的各种实施例。

在附图中：