热存储器的蓄能和释能方法以及适用于此方法的用于存储和释放热力学能的设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于使热存储器蓄能和释能的方法，其中优选地交替地执行如下方法。在蓄能循环期间通过工作流体将热存储器加热，其中在流过热存储器之前通过作为工作机连接的第一热力学流体能机在工作流体内产生压力升高，且在流过热存储器之后使工作流体卸压。在释能循环期间通过相同的或另外的工作流体冷却热存储器，其中在流过热存储器之前在工作流体内产生压力升高，且在流过热存储器之后通过作为原动机连接的第二热力学流体能机或作为原动机连接的第一热力学流体能机使工作流体卸压。
[0002]此外，本发明涉及一种带有热存储器的用于存储和释放热力学能的设备，其中热存储器吸收由工作流体的蓄能回路存储的热量且可将此热量释放给另外的或相同的工作流体的释能回路。在蓄能回路中，如下单元以所列出的次序通过管路相互连接:作为工作机连接的第一热力学流体能机、热存储器、尤其是第三流体能机的用于工作流体卸压的装置，和尤其是冷存储器的第一换热器。在释能回路中，如下单元以所列出的次序通过管路相互连接:热存储器、作为原动机连接的第二热力学流体能机或作为原动机连接的第一热力学流体能机、第一换热器或第二换热器，和泵。
【背景技术】
[0003]前述方法或适合于执行方法的设备可例如用于将来自电网的过剩产能通过蓄能循环转化为热力学能且存储在热存储器内。在需要的情况中，此过程反转，使得在释能循环中使热存储器释能且通过热力学能获得电流且可将其馈送到网络中。
[0004]在本申请的范围内使用概念原动机和工作机，使得工作机接收机械功以满足工作机的目的。因此，作为工作机使用的热力学流体能机作为压缩机或压缩器运行。而原动机做功，其中用于做功的热力学流体能机将工作气体内可供使用的热力学能进行转化。因此在此情况中，热力学流体能机作为马达运行。
[0005]概念“热力学流体能机”形成可从工作流体中获取热力学能或可提供此热力学能的机器的上位概念。热力学既能理解为热能也能理解为冷能。热力学流体能机(在下文中也简称为流体能机)可例如构造为活塞机。优选地，也可使用流体动力的热力学流体能机，其转子允许工作气体的连续流动。优选地，可使用轴向作用的涡轮机或压缩机。
[0006]前述原理例如根据WO 2009/044139A2描述。在此使用活塞机以执行前述方法。根据US 5，436，508，此外已知通过前述用于存储热力学能的设备也可在使用风能发电的情况中中间存储过剩产能，以在需要时再次将其调出。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题在于给出一种用于使热存储器蓄能和释能的方法以及一种用于执行此方法的设备，以此方法或以此设备能以相对高的效率进行能量的存储和回收，且在此花费比较少的部件。
[0008]此技术问题以前述方法根据本发明通过如下方式解决，释能循环构造为朗肯循环，其中执行如下步骤。首先使工作流体导引通过在热存储器内走向的第一管路系统，此处工作流体吸收热。然后，工作流体通过第二热力学流体能机(优选地高压涡轮机)的高压部分卸压。然后，使工作流体导引通过在热存储器内走向的第二管路系统且再次吸收热。优选地进行中间过度加热。最后，工作流体通过第二热力学流体能机(优选地低压涡轮机)的低压部分卸压。因此在本发明的意义中，流体能机包括高压部分和低压部分。两个部分一起理解为流体能机。
[0009]使用朗肯循环使热存储器释能的优点是所述热存储器能以相对高的效率运行。尤其是，如根据本发明所建议，通过热存储器的两级释能，热存储器的热产量有利地得以提高，因为由于通过第二管路系统的释能让热存储器在必须被再次蓄能之前处于更低的温度水平。对于例如在该方法与风力发电厂或另外的再生能源一起用于发电时更长时间无风能可供使用的情况，可使用存储在热存储器内的热量有利地克服由此导致的更长时间的断电。第二热力学流体能机在此提供能量，以例如驱动用于发电的发电机。
[0010]根据本发明的有利的构造建议，通过热泵过程实现蓄能循环。此过程也具有很大的优点，即此过程以超过包括蓄能循环和释能循环的方法的总效率的100%的效率得以改进。这在于，热泵过程在热存储器蓄能时也获取环境热，所述环境热在释能时可供使用。
[0011]有利的是在蓄能循环中使用氮气或干燥的空气。空气必须被干燥，因为在空气中含有的水否则在热泵过程中在空气冷却之后凝结或甚至冻结，且损害所使用的热泵。也有利的是以水蒸汽运行释能循环。氮气、空气和水蒸汽是工作流体，所述工作流体在逸出到环境中时完全是中性的且因此不会损害环境。因此，设备可无环境风险地以工作流体运行。这也对其经济性产生有利影响，因为不必考虑提高的安全水平。
[0012]此外，以上所述的技术问题通过前述设备以如下方式解决，第二热力学流体能机具有高压部分和低压部分，且在热存储器内提供两个相互流体上独立的管路系统，即第一管路系统和第二管路系统，其中这些单元以所列出的次序通过管路相互连接，即第一管路系统、然后高压部分、然后第二管路系统和然后低压部分。以此布置可执行以上所述的方法，因为这些单元的这种连接为此创造前提条件。因此，在设备运行时实现了上述优点，且在此处不再详细解释。
[0013]根据本发明的构造建议将第一管路系统安设在第一部分存储器内，而将第二管路系统安设在与第一部分存储器在结构上分开的第二部分存储器内。两个部分存储器的结构上的分开导致其相互独立。一方面，存在至少很大程度上的热独立性，因为在结构上分开的部分存储器的情况中其间不可能进行热传输。此外，也可通过两个不同的管路系统简单地供给结构上分开的部分存储器，因为所述部分存储器可具有对于管路系统的各独立的连接。最后，部分存储器可模块化地构造，且以此方式可提供套件，所述套件实现了与所使用的部分存储器的不同要求的热容量的相对简单的匹配。
[0014]当第一部分存储器和第二部分存储器并联布置在蓄能循环中时，获得了带有结构上分开的部分存储器的设备的特别的构造。这意味着，第一部分存储器和第二部分存储器被施加以相同温度的工作流体，且因此也在两个部分存储器内形成相同的温度水平。替代地也可行的是，使给第二热力学流体能机的低压部分供给热量的第二部分存储器处于更低的温度水平。这是第一部分存储器在蓄能循环中布置在第二部分存储器之前的情况，即它们串联布置。
[0015]部分存储器的并联连接的优点是存在于部分存储器内的材料在其热容量方面可被最优地利用。此外，在部分存储器的并联情况中可特别简单地将其设置为使得两个部分存储器在释能循环中同时地完全被释能且在蓄能循环中同时地完全地被蓄能。但如果应不完全地蓄能或释能，这例如在将设备使用在风力发电设备中与风有关地经常发生，则可任意地经常将过程反转，而不因此干扰两个部分存储器的蓄能性能。
[0016]根据本发明的另外的构造，可使得第一管路系统和第二管路系统在形成为结构单元的热存储器内延伸。这意味着热存储器对于第一管路系统的馈送和第二管路系统的馈送仅提供热储备，即结构上是一个单元。管路系统必须在此情况中相互独立地在此热存储器内延伸(例如并联地走向)。其优点是在热存储器的结构方面可节约结构材料。作为结构单元，热存储器可有利地也构造得更紧凑，即热存储器也具有热量可通过其散失到环境中的更小的边界面。
[0017]如果热存储器形成结构单元，则有利的是第一管路系统安设在第一部分区域内，而第二管路系统安设在空间上与第一部分区域分开的第二部分区域内。以此空间上