[发明专利]水平轴线的热回收和储存系统

说明书

本发明涉及一种热储存和回收系统以及工艺，该系统包括至少一个圆柱形外壁(51)、至少一个第一体积(30)、至少一个第二体积(31)和至少两个流体注入/抽取装置。第一体积(30)和第二体积(31)被至少一个热储存装置(20)分开，热储存装置包括至少一个热储存颗粒床。此外，储存装置(20)以及第一体积(30)和第二体积(31)基本上在圆柱形外壁(51)的整个轴向长度上延伸。所述圆柱形外壁(51)的纵向轴线是水平的。本发明还涉及一种通过压缩气体储存和回收能量的系统和过程，包括这种热储存装置。

技术领域

本发明主要涉及通过压缩空气储存能量的领域，但也可应用于其它加压罐系统。

诸如通过太阳能电池板、或者陆上或海上风能发电场的可再生能源发电一直在迅速发展。这些生产装置的主要缺陷是间歇生产以及生产周期与消耗周期之间可能缺乏匹配。因此，重要的是在生产过程中要有储存能量的系统，以便在消耗期间恢复能量。

有许多技术使这种平衡成为可能。

其中最著名的是抽水蓄能水电(PSH)，它由使用两个不同海拔高度的水库组成。在蓄水阶段期间，水从下部水池泵送到上部水池。在排放期间，水随后在下部水池的方向上被送到涡轮机。

使用不同类型的电池(锂、镍、钠-硫、铅-酸等)也可满足这种能量储存需求。

另一项技术，飞轮能量储存(FES，Flywheel Energy Storage)包括将转子(飞轮)加速到非常高的速度，并将系统中的能量保持为动能形式。当从该FES系统提取能量时，根据能量守恒原理，飞轮的旋转速度降低。因此，向FES系统添加能量会导致飞轮速度的增加。

通过使用压缩气体(通常是压缩空气)来储存能量的技术很有前景。产生和未消耗的能量用于使用压缩机(可以是多级压缩机)将空气压缩到40巴(bar)到200巴之间的压力。在压缩期间，空气的温度升高。为了限制储存罐的成本并使压缩机的电力消耗最小化，空气可以在每个压缩级之间冷却。压缩空气然后在压力下储存在天然腔(洞穴)或人造储罐中。

存在一种正在研发中的变型。这是一个“绝热”过程，在该过程中，空气压缩产生的热量在空气膨胀之前被回收、储存并恢复到空气中。这是一种AACAES(先进绝热压缩空气能量储存，Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage)技术。

在AACAES系统中，压缩空气储存在独立于热量储存的罐中。在这样的系统中，空气储存在接近环境温度的温度下(事先低于50℃)。

在为AACAES设想的一些设计中，使用热交换流体储存热量，从而可以储存由空气压缩产生的热量，并在空气膨胀之前借助于热交换器将其恢复到空气中。

根据为AACAES设想的其它设计，热量通过容纳在一个或多个容器中的静态固体来储存。例如，热量以颗粒的形式储存在材料中，称为“热储存颗粒”，位于一个或多个容器中的固定床中，待冷却的空气通过该床。在卸载阶段中，该热量被恢复到以相反的方向穿过固定床的冷空气中。

在所有情况下，通过压缩空气储存能量的这种系统需要一个或多个罐，随后称为TES(热能储存)罐，它至少同时耐压、耐储存温度并对TES罐中移动的气体密封。由于储存压缩空气的压力至少等于100巴，因此对压力的阻力尤其是一个重大挑战。

背景技术

[图1]展示了一种用于储存和回收热量的已知系统，该系统由纵向轴线垂直的圆柱形柱组成。该柱配备有热储存颗粒11的固定床，这些热储存颗粒例如为固体元件，具有床支撑格栅12和用于流体喷射13扩散的装置。对于非常高的柱，实心床可由多个格栅支撑的多个床部段构成，以便将床的重量分布在多个水平格栅上。