专利名称：具有内部热交换器的热电能量存储系统和用于储存热电能量的方法
技术领域：
本发明大体上涉及电能的储存。其具体而言涉及一种用于将电能以热能形式储存在热能存储器中的系统和方法。
背景技术：
诸如核电站的基载发电机和诸如风力涡轮机及太阳能电池板的带有随机间歇式能源的发电机在低功率需求时间期间产生过剩的电功率。大型电能存储系统是将这种过剩的能量转用于高峰需求的时间的方法，并且平衡总电力生成和消耗。在较早的专利申请EP1577548中，申请人已经描述了热电能量存储(TEES)系统的思想。TEES在充装循环中将过剩的电力转换成热量，储存该热量，并在需要时在卸放循环中将该热量转换回电力。这种能量存储系统是健壮、紧凑且与地点无关的，并且适合于储存大量的电能。热能可通过温度变化以显热的形式或通过相变以潜热的形式或这两种形式的组合来储存。用于显热的存储介质可以是固体、液体或气体。用于潜热的存储介质通过相变而产生，并且可能涉及这些相中的任何相或其串行式或并行式的组合。电能存储系统的循环(round-trip)效率可被定义为可从存储器卸放的电能相比于用于为存储器充装的电能的百分比，条件是能量存储系统的状态在卸放之后返回其对存储器充装之前的初始状态。因此，为了实现高循环效率，两种模式的效率需要最大化-只要它们的相互的依赖性允许。重要的是指出所有电能储存技术固有地都具有有限的循环效率。因而，对于用于为存储器充装的每单位电能，在卸放时只有一定百分比(的能量)被收回为电能。剩余的电能损失了。例如，如果通过电阻加热器提供储存在TEES系统中的热量，那么其具有大约 40%的循环效率。TEES系统的循环效率由充装效率和卸放效率构成。TEES系统的循环效率出于各种根源于热力学第二定律的原因而受到限制。第一种原因涉及系统的性能系数。当系统处于充装模式时，其理想效率受性能系数(COP)支配。 COP依赖于如下式给出的冷侧温度(T。)和热侧温度(Th)
权利要求
1.一种热电能量存储系统，具有用于向热存储器提供热能的充装循环(10)和用于通过从所述热存储器取回热能来产生电力的卸放循环(26)，所述热电能量存储系统包括用于使工作流体循环通过第一热交换器(18)和第二热交换器00)的工作流体回路， 用于循环储热介质的储热介质回路，所述储热介质回路具有至少一个热储罐( )，所述至少一个热储罐04)经由所述第一热交换器(18)联接到冷储罐02)，其中，所述第二热交换器OO)适于在充装循环(10)期间在所述第一热交换器(18)的输出处进一步冷却所述工作流体，其中，所述第二热交换器OO)还适于在卸放循环06)期间在所述第一热交换器(18) 的输入处预热所述工作流体。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述充装循环(10)期间，所述第二热交换器OO)包括第一输入，其来自所述第一热交换器(18)、连接到通向膨胀器(1 的第一输出，和第二输入，其来自冷凝器(14)、连接到通向压缩机(16)的第二输出。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述卸放循环06)期间，所述第二热交换器OO)包括第一输入，其来自泵( )、连接到通向所述第一热交换器(18)的第一输出，和第二输入，其来自热力机(32)、连接到通向冷凝器(30)的第二输出。
4.根据任一前述权利要求所述的系统，其特征在于，充装循环或卸放循环中的至少一段跨临界地运行。
5.根据任一前述权利要求所述的系统，其特征在于，或者所述充装循环(10)或者所述卸放循环06)在没有所述第二热交换器OO)的情况下运行。
6.一种用于在热电能量存储系统中储存和取回能量的方法，包括通过加热储热介质对所述系统充装，其中所述储热介质在至少一个热储罐04)和冷储罐0 之间循环，通过用来自所述储热介质的热量加热工作流体回路中的工作流体和使所述工作流体膨胀通过热力机(3 来对所述系统卸放，在充装期间借助于第二热交换器OO)进一步冷却从第一热交换器(18)输出的所述工作流体，以及在卸放期间借助于第二热交换器OO)预热输入所述第一热交换器(18)的所述工作流体。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在充装期间进一步冷却从所述第一热交换器(18)输出的工作流体的步骤还包括将热量从离开所述第一热交换器(18)的工作流体传递至从蒸发器(14)输出的工作流体。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在卸放期间预热输入所述第一热交换器 (18)的工作流体的步骤还包括将热量从离开所述热力机(32)的工作流体传递至输入所述第一热交换器(18)的工作流体。
9.根据权利要求6至权利要求8中的任一项所述的方法，其特征在于，充装循环或者卸放循环中的至少一段跨临界地进行。
10.根据权利要求6至权利要求9中的任一项所述的方法，其特征在于，或者所述充装循环(10)或者所述卸放循环06)在没有所述第二热交换器00)的情况下运行。
全文摘要
公开了一种用于以提高的循环效率将电能转换成热能以储存和转换回电能的热电能量存储系统(TEES)和方法。该TEES包括工作流体回路，其用于使工作流体循环通过第一热交换器(18)和第二热交换器(20)；用于循环储热介质的储热介质回路，该储热介质回路具有至少一个热储罐(24)，该至少一个热储罐(24)经由第一热交换器(18)联接到冷储罐(22)。对于工作流体的给定最大压力和最大温度，该布置使在充装和卸放期间由该循环做的功最大化。有利地，这使系统的循环效率最大化。
文档编号F01K3/00GK102575529SQ201080046977
公开日2012年7月11日 申请日期2010年10月11日 优先权日2009年10月13日
发明者J·黑姆尔勒, L·考夫曼, M·默坎格茨 申请人:Abb研究有限公司