闭合循环发电系统的泵控制的制作方法
本申请要求于2016年12月28日提交的美国专利申请号15/392653的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
背景技术：
在热力发动机或热泵中，热交换器可以被采用来在热存储材料与用于涡轮机械使用的工作流体之间转移热。热力发动机可以是可逆的，例如，它也可以是热泵，并且工作流体和热交换器可以被用于转移热或冷到多个热存储器。给定系统内的热能可以以各种形式存储且存储在各种容器中，包括压力容器和/或绝缘容器。例如，在具有存储的太阳能热系统中，熔盐通常用于存储热能，而热交换器用于将该能量传递给适于驱动涡轮机械的蒸汽或其他工作流体。
技术实现要素：
一种闭合热动力循环发电系统，比如闭合布雷顿循环系统，可包括至少工作流体，其通过至少两个热交换器、涡轮机和压缩机循环。在一些系统中，还可包括一个或多个回热式热交换器。至少两个温度储存器可以保持热流体，其可被泵送通过热交换器，从工作流体提供和/或提取热能。电动机/发电机可用于从系统中的热能获得功，优选地通过从涡轮机接收的机械能产生电力。可以控制变速泵以改变热流体流通通过热交换器的速率。可以基于系统的一个或多个操作参数来控制泵的速度。
示例性发电系统可包括：闭合循环系统，其包括工作流体，所述工作流体通过至少第一热交换器、涡轮机、第二热交换器和压缩机循环；第一泵，其配置成基于泵速以可变流量泵送第一热流体通过第一热交换器，并与工作流体热接触；发电机，其由涡轮机驱动并且配置成产生一定量的电功率；第一控制装置，其可操作地连接到第一泵并且配置成控制第一泵的速度；至少一个传感器，其中，每个传感器配置成确定并报告操作条件；以及控制器，其与第一控制装置和至少一个传感器通信，其中控制器配置为接收每个传感器的报告的操作条件，并且基于至少一个报告的操作条件指示第一控制装置调节第一泵的速度。
其他示例性发电系统可包括：闭合循环系统，其包括工作流体，所述工作流体依次流通通过至少热侧热交换器、涡轮机、回热式热交换器、冷侧热交换器和压缩机，其中压缩机由涡轮机驱动；热侧泵，其中热侧泵基于泵速以可变流量泵送第一热流体通过热侧热交换器并与工作流体热接触；发电机，其由涡轮机驱动并且配置成产生一定量的电功率；第一控制装置，其可操作地连接到热侧泵并且配置成控制泵速；第一传感器，其配置成确定并报告在热侧热交换器的工作流体出口处的第一温度；第二传感器，其配置成确定并报告在热侧热交换器的热流体入口处的第二温度；以及控制器，其与第一传感器、第二传感器和第一控制装置通信，其中控制器可操作以将第一热交换器的接近温度确定为第二温度与第一温度之间的差值，并且其中第一控制器配置成指示控制装置在所确定的接近温度高于期望值时增加泵速。
示例性方法可包括：使工作流体通过布雷顿循环系统循环，该系统包括第一热交换器、涡轮机、第二热交换器和压缩机；泵送可变流量的第一热流体通过第一热交换器，其中第一热流体与工作流体热接触；确定布雷顿循环系统的操作条件；以及基于操作条件调节第一热流体的可变流量。
通过阅读以下详细描述并参考适当的附图，这些以及其他方面、优点和替代方案对于本领域普通技术人员将变得显而易见。
附图说明
图1示意性图示泵送热电存储系统的操作。
图2是在装载(charge)/热泵模式中的泵送热系统的工作流体和热存储介质的流动图。
图3是在卸载(discharge)/热力发动机模式中的泵送热系统的工作流体和热存储介质的流动图。
图4是在工作流体经历图2中的装载循环时工作流体的示意性压力和温度图。
图5是在工作流体经历图3中的卸载循环时工作流体的示意性压力和温度图。
图6是图2-3中的泵送热系统中的闭式工作流体系统的示意透视图。
图7是图2-3中的泵送热系统的示意透视图，该热泵送系统具有热侧和冷侧存储罐和闭式循环工作流体系统。
图8示出用于具有ηc＝0.9和ηt＝0.95的水/熔融盐系统的热存储装载循环。虚线对应于ηc＝ηt＝1。
图9示出用于具有ηc＝0.9和ηt＝0.95的图8中的水/熔融盐系统的热存储卸载(取出)循环。虚线对应于ηc＝ηt＝1。
图10示出在装载和卸载循环之间具有可变的压缩比的泵送热系统中的热存储循环。
图11示出水/盐系统的往返效率等高线。符号⊕和
图12示出较冷的存储/盐系统的往返效率等高线。符号⊕和
图13是在装载/热泵模式中的具有用于工作流体的气体-气体热交换器的泵送热系统的工作流体和热存储介质的流动图。
图14是在卸载/热力发动机模式中的具有用于工作流体的气体-气体热交换器的泵送热系统的工作流体和热存储介质的流动图。
图15是在向环境间接放热的情况下在装载/热泵模式中的具有用于工作流体的气体-气体热交换器的泵送热系统的工作流体和热存储介质的流动图。
图16是在向环境间接放热的情况下在卸载/热力发动机模式中的具有用于工作流体的气体-气体热交换器的泵送热系统的工作流体和热存储介质的流动图。
图17示出用于存储系统的热存储装载循环，所述存储系统具有气体-气体热交换器、能够降到显著低于室温的温度的冷侧存储介质以及ηc＝0.9和ηt＝0.95。
图18示出用于存储系统的热存储卸载循环，所述存储系统具有气体-气体热交换器、能够降到显著低于室温的温度的冷侧存储介质以及ηc＝0.9和ηt＝0.95。
图19是在单独通过太阳能加热太阳盐的情况下在太阳模式中在泵送热循环中热侧再装载的示例流动图。
图20是在向环境放热的情况下泵送热系统卸载循环的示意流动图。
图21是在向在室温的热浴中循环的中间流体放热的情况下泵送热系统卸载循环的示意性流动图。
图22和23是具有用于装载和卸载模式的分开的压缩机/涡轮机对的泵送热系统。
图24和25示出以燃烧热输出生成模式构造的泵送热系统。
图26是通过燃烧热源或废热源加热的在泵送热循环中热侧再装载的示意性流动图。
图27示出具有压力校准功率控制的泵送热系统的示例。
图28示出具有压力包围的发电机的泵送热系统的示例。
图29是压缩机/涡轮机对中的可变定子的示例。
图30示出计算机系统，该系统被编程成实施各种方法和/或调节本公开的各种系统。
图30示出计算机系统，该系统被编程成实施各种方法和/或调节本公开的各种系统。
图31示出了根据示例实施例的泵控制系统。
图32示出了根据示例实施例的泵控制方法。
具体实施方式
尽管这里示出并描述了本发明的各种实施例，但是对本领域的普通技术人员将显而易见的是，这样实施例仅通过举例的方式提供。在不背离本发明的情况下，本领域的普通技术人员可以想到各种变型、改变和替代。应理解的是，对这里描述的对本发明的实施例的各种替代可以被采用。应理解的是，本发明的不同方面可以被单独地、共同地或者彼此组合地理解。
应理解的是，这里使用的术语被用于描述具体实施例的目的，而不旨在限制本发明的范围。应注意的是，如这里所用的，单数形式“一”和“该”包括复数基准，除非文中另外清楚地指出。另外，除外另外限定，这里使用的所有技术和科学术语具有本发明所属领域的普通技术人员一般理解的相同含义。
尽管这里示出并描述了本发明的优选实施例，但是对本领域的普通技术人员将显而易见的是，这样实施例仅通过举例的方式提供。在不背离本发明的情况下，本领域的普通技术人员将易于想到各种变型、改变和替代。应理解的是，在实践本发明时，对这里描述的对本发明的实施例的各种替代可以被采用。旨在的是，以下权利要求限定本发明的范围并且这些权利要求及其等同形式的范围内的方法和结构因此被覆盖。
如这里使用的，术语“可逆的”通常指这样的处理或操作，所述处理或操作在没有大量熵产生(例如，能量耗散)的情况下经由处理或操作的一些特性中的极小改变可以逆转。可逆的处理接近于处在热力学平衡的处理。在一些示例中，在可逆的处理中，能量的流动方向是可逆的。作为替代，或者另外地，可逆的处理的操作的通常方向(例如，流体流动的方向)能被逆转，诸如，例如，从顺时针到逆时针，并且反之亦然。
术语“次序”，如这里使用的，通常指按顺序的元件(例如，单元操作)。这样的顺序可以指处理顺序，诸如，例如，流体从一个元件流动到另一个元件的顺序。在示例中，压缩机、热存储单元和涡轮机按次序包括热交换单元上游的压缩机和涡轮机上游的热交换单元。在这样的情形中，流体可以从压缩机流动到热交换单元并且从热交换单元流动到涡轮机。流过按次序的单元操作的流体可以次序地流过单元操作。元件的次序可以包括一个或多个介于中间的元件。例如，按次序包括压缩机、热存储单元和涡轮机的系统可以包括在压缩机和热存储单元之间的辅助罐。元件的次序可以是是循环的。
i.概述
其中可以实施泵控制方法及系统的示例性热力发动机是闭合热动力循环系统，比如布雷顿循环系统。该系统可以是闭合可逆系统，并且可以包括回热式热交换器。闭合循环系统可以使用连接到作用在系统中流通的工作流体上的涡轮机和压缩机的发电机/马达。工作流体的示例包括空气、氩气、二氧化碳或气体混合物。闭合循环系统可具有热侧和/或冷侧。每侧可以包括联接到一个或多个冷存储容器和/或一个或多个热存储容器的热交换器。优选地，热交换器可以为了更高的热效率被布置为逆流热交换器。液体热存储介质可以被利用并且可以包括例如在高温稳定的液体，诸如熔融的硝酸盐或太阳盐，或者在低温稳定的液体，诸如乙二醇或诸如己烷的烷类。对于示例熔融的盐和己烷系统，热侧熔融的盐可以包括在约565℃的热存储和在约290℃的冷存储，并且冷侧己烷可以包括在约35℃的热存储和在约-60℃的冷存储。
泵控制的示例性实施例可以是控制熔盐泵以在热侧热交换器中保持恒定的接近温度，尽管系统的其余部分中的波动导致工作流体携带不同量的热量进入热交换器。可以通过热交换器工作流体入口处的温度传感器测量波动，并且接收这些温度测量的控制器可以引起熔盐到热交换器的泵送速率相应改变。
在另一示例性实施例中，传感器可以测量轴带相位(shaftphase)和电网相位的差异，即发电系统和发电系统向之供电的电网之间的总相位差。这些测量可以与正被传输到电网的对电网可用的功率的分数相关联。然后，控制器可以预测工作流体所需的能量的变化且因此预测冷热存储流体的泵送速率的变化。
ii.说明性的可逆的热力发动机
尽管这里示出并描述了本实用新型的各种实施例，但是对本领域的普通技术人员将显而易见的是，这样实施例仅通过举例的方式提供。在不背离本实用新型的情况下，本领域的普通技术人员可以想到各种变型、改变和替代。应理解的是，对这里描述的对本实用新型的实施例的各种替代可以被采用。应理解的是，本实用新型的不同方面可以被单独地、共同地或者彼此组合地理解。
应理解的是，这里使用的术语被用于描述具体实施例的目的，而不旨在限制本实用新型的范围。应注意的是，如这里所用的，单数形式“一”和“该”包括复数基准，除非文中另外清楚地指出。另外，除外另外限定，这里使用的所有技术和科学术语具有本实用新型所属领域的普通技术人员一般理解的相同含义。
尽管这里示出并描述了本实用新型的优选实施例，但是对本领域的普通技术人员将显而易见的是，这样实施例仅通过举例的方式提供。在不背离本实用新型的情况下，本领域的普通技术人员将易于想到各种变型、改变和替代。应理解的是，在实践本实用新型时，对这里描述的对本实用新型的实施例的各种替代可以被采用。旨在的是，以下权利要求限定本实用新型的范围并且这些权利要求及其等同形式的范围内的方法和结构因此被覆盖。
如这里使用的，术语“可逆的”通常指这样的处理或操作，所述处理或操作在没有大量熵产生(例如，能量耗散)的情况下经由处理或操作的一些特性中的极小改变可以逆转。可逆的处理接近于处在热力学平衡的处理。在一些示例中，在可逆的处理中，能量的流动方向是可逆的。作为替代，或者另外地，可逆的处理的操作的通常方向(例如，流体流动的方向)能被逆转，诸如，例如，从顺时针到逆时针，并且反之亦然。
术语“次序”，如这里使用的，通常指按顺序的元件(例如，单元操作)。这样的顺序可以指处理顺序，诸如，例如，流体从一个元件流动到另一个元件的顺序。在示例中，压缩机、热存储单元和涡轮机按次序包括热交换单元上游的压缩机和涡轮机上游的热交换单元。在这样的情形中，流体可以从压缩机流动到热交换单元并且从热交换单元流动到涡轮机。流过按次序的单元操作的流体可以次序地流过单元操作。元件的次序可以包括一个或多个介于中间的元件。例如，按次序包括压缩机、热存储单元和涡轮机的系统可以包括在压缩机和热存储单元之间的辅助罐。元件的次序可以是是循环的。
泵送热系统
本公开提供泵送热系统，其能够存储电能和/或热，并且在之后的时间释放能量(例如，产生电)。本公开的泵送热系统可以包括热力发动机和热泵(或制冷机)。在一些情形中，热力发动机可以像热泵一样反向操作。在一些情形中，热力发动机可以像制冷机一样反向操作。这里能够逆操作的热泵/热力发动机系统或制冷机/热力发动机系统的任何描述也可被应用到包括分开的和/或分开的且可逆操作的热力发动机系统、热泵系统和/或制冷机系统的组合。此外，像热泵和制冷机共用相同的操作原理(虽然目标不同)一样，这里的热泵的构造或操作的任何描述可以被应用到制冷机的构造或操作，并且反之亦然。
本公开的系统可以操作为热力发动机或热泵(或制冷机)。在一些情形中，本公开的系统可以交替地操作为热力发动机和热泵。在一些示例中，系统可以操作为热力发动机以发电，并且随后操作为热泵以存储能量，或反之亦然。这样的系统可以交替地并且次序地操作为热力发动机、热泵。在一些情形中，这样的系统可逆地或实质上可逆地操作为热发动、热泵。
现在将参考附图，其中相同的附图标记自始至终指相同的部件。应理解的是，这里的附图和特征不必然按比例绘制。
图1示意性地图示使用热泵/热力发动机电存储系统的泵送热电存储的操作原理。通过使用组合热泵/热力发动机系统，电可以被以在不同温度两种材料或介质的热能的形式存储(例如，包括热存储流体或热存储介质的热能储藏器)。在装载或热泵模式中，功可以被系统消耗用于将热从冷材料或介质转移到热材料或介质，因而降低冷材料的温度(例如，显能)并且增大热材料的温度(例如，显能)。在卸载或热力发动机模式中，通过将热从热材料转移到冷材料，因而降低热材料的温度(例如，显能)并且增大冷材料的温度(例如，显能)，可以由系统产生功。系统可以被构造成确保由系统在卸载时产生的功是装载时消耗的能量的有利部分。系统可以被构造成实现高的往返效率，这里被定义为卸载时由系统产生的功除以装载时由系统消耗的功。此外，系统可以被构造成使用期望的(例如，可接受的低的)成本的分量实现高的往返效率。图1中的箭头h和w分别代表热流和功的方向。
本公开的热力发动机、热泵和制冷机可以涉及工作流体，在经历热动力循环的同时热被转移到所述工作流体或从所述工作流体转移。本公开的热力发动机、热泵和制冷机可以在闭式循环中操作。闭式循环允许例如广阔的选择：工作流体、在升高的冷侧压力操作、在较低的冷侧温度操作、提高的效率和减小的涡轮机损坏风险。关于具有经历闭式循环的工作流体的系统描述的本公开的一个或多个方面也可以被应用到具有经历开式循环的工作流体的系统。
在一个示例中，热力发动机可以在布雷顿循环上操作并且热泵/制冷机可以在逆布雷顿循环(也称为气体制冷循环)上操作。工作流体可能经历或接近的热动力循环的其它示例包括兰金循环、理想的蒸气压缩制冷循环、斯特林循环、爱立信循环或与本公开的热存储流体的热交换相一致被有利采用的任何其他循环。
工作流体可以经历在一个、两个或更多个压力等级操作的热动力循环。例如，工作流体可以在系统的冷侧上的低压限值与系统的热侧上的高压限值之间的闭式循环中操作。在一些实施方式中，可以使用约10个大气压(atm)的低压限值。在一些例子中，低压限值可以是至少约1atm、至少约2atm、至少约5atm、至少约10atm、至少约15atm、至少约20atm、至少约30atm、至少约40atm、至少约60atm、至少约80atm、至少约100atm、至少约120atm、至少约160atm、至少约200atm、至少约500atm、至少约1000atm或者更多。在一些例子中，可以使用亚大气压低压限值。例如，低压限值可以是小于约0.1atm、小于约0.2atm、小于约0.5atm或者小于约1atm。在一些例子中，低压限值可以是约1个大气压(atm)。在工作流体在开式循环中操作的情形中，低压限值可以是约1atm或者等于环境压力。
在一些情形中，低压限值的值可以热动力循环的期望功率输出和/或输入要求来选择。例如，具有约10atm的低压限值的泵送热系统可以能够提供相当于在环境(1atm)空气进气情况下的工业燃气涡轮机的功率输出。低压限值的值也可以受到成本/安全的制衡。此外，低压限值的值可以被以下项限制：高压限值的值，热侧和冷侧热存储介质的操作范围(例如，热存储介质稳定的压力和温度范围)，涡轮机械和/或其他系统部件可实现的压力比和操作条件(例如，操作限值，最佳操作条件，压降)，或其任何组合。高压限值可以根据这些系统约束来确定。在一些例子中，高压限值的较高值可以引起工作流体与热侧存储介质之间的提高的热传递。
泵送热系统中使用的工作流体可以包括空气、氩气、其它惰性气体、二氧化碳、氢气、氧气或其任何组合，和/或气态、液态、临界或超临界状态的其他流体(例如超临界co2)。工作流体可以是气体或低粘性液体(例如，在1atm，粘性低于约500×10-6泊)，满足流动连续的要求。在一些实施方式中，具有高的比热比的气体可以被用于实现比具有低的比热比的气体高的循环效率。例如，氩(例如，约1.66的比热比)可以被用于替代空气(例如，约1.4的比热比)。在一些情形中，工作流体可以是一种、两种、三种或更多种流体的混合。在一个示例中，氦(具有高的热导率和高的比热)可以被添加到工作流体(例如，氩)以提高热交换器中的热传递速率。
泵送热系统这里可以利用热存储介质或材料，诸如一种或多种热存储流体。热存储介质可以是气体或低粘性液体，其满足流动连续的要求。系统可以利用系统的热侧上的第一热存储介质(这里“热侧热存储(hts)介质”或“hts”)和在系统的冷侧上的第二热存储介质(这里“冷侧热存储(cts)介质”或“cts”)。热存储介质(例如，低粘性液体)可以具有高的单位体积热容(例如，约1400j(kg·k)-1以上的热容)和高的热导率(例如,约0.7w(m·k)-1以上的热导率)。在一些实施方式中，在热侧、冷侧中的一侧或者在热侧和冷侧两侧上可以使用若干不同的热存储介质(这里也称“热量存储介质”)。
热侧热存储介质的操作温度可以在热侧热存储介质的液体范围中，并且冷侧热存储介质的操作温度可以在冷侧热存储介质的液体范围内。在一些例子中，与固体或气体相比，液体可以通过对流逆流实现大量的热的更快速的交换。因而，在一些情形中，液体hts和cts介质可以有利地被使用。这里利用热存储介质的泵送热系统可以有利地提供安全、无毒、不依赖地理的能量(例如，电力)存储替选。
在一些实施方式中，热侧热存储介质可以是熔融盐或熔融盐的混合物。可以采用在热侧热存储介质的操作温度范围上是液体的任何盐或盐混合物。熔融盐作为热能存储介质可以提供多个优点，诸如，低的蒸汽压、没有毒性、化学稳定性、与典型钢的低化学反应(例如，熔点在钢的蠕变温度以下、低腐蚀性、溶解铁或镍的容量低)以及低成本。在一个示例中，hts是硝酸钠和硝酸钾的混合物。在一些示例中，hts是硝酸钠和硝酸钾的共晶混合物。在一些示例中，hts是硝酸钠和硝酸钾的混合物，其具有比个体成分低的熔点、比个体成分增大的沸点或其组合。其它示例包括硝酸钾、硝酸钙、硝酸钠、亚硝酸钠、硝酸锂、矿物油或其任何组合。进一步的示例包括具有适当的(例如，高的)热存储容量和/或能够利用工作流体实现适当的(例如，高的)热传递速率的任何气体(包括压缩气体)、液体或固体介质(例如，粉末固体)。例如，60％硝酸钠和40％硝酸钾的混合物(在一些情形中也称为太阳盐)在关心的范围内可以具有约1500j(k·mol)-1的热熔和约0.75w(m·k)-1的热导率。热侧热存储介质可以在结构钢可以处理的温度范围中操作。
在一些情形中，温度在约0℃-100℃(约273k-373k)并且压力在约1atm的液体水可以被用作冷侧热存储介质。由于与在水的沸点或附近处的蒸汽的存在相关的可能的爆炸事故，操作温度可以被保持低于约100℃或更低，同时维持1atm的操作压力(即，没有加压)。在一些情形中，通过使用水和一种或多种防冻剂化合物(例如，乙二醇、丙二醇或丙三醇)的混合物，冷侧热存储介质的温度操作范围可以被扩展(例如，在1atm，-30℃至100℃)。
如在本文其它地方更详细描述的，通过增大系统操作的温度差，例如，通过使用能够在更低温度操作的冷侧热存储流体，可以实现提高的存储效率。在一些示例中，冷侧热存储介质包括烃，诸如例如烷烃(例如己烷或庚烷)、烯烃、炔烃、醛、酮、羧酸(例如hcooh)、醚、环烷烃、芳族烃、醇(例如丁醇)、其它类型的烃分子，或其任何组合。在一些情形中，冷侧热存储介质可以是己烷(例如，n-己烷)。己烷具有宽的液态范围并且能在它的整个液态范围(在1atm，-94℃至68℃)上维持液态(即，流粘液的)。己烷的低温特性得益于它与水的不混溶性。其它液体，诸如例如，乙醇或甲醇，由于从空气吸收的水的结晶化，可以在它们液态范围的低温端变粘性。在一些情形中，冷侧热存储介质可以是庚烷(例如，n-庚烷)。庚烷具有宽的液态范围并且能在它的整个液态范围(在1atm，-91℃至98℃)上维持液态(即，流粘液的)。庚烷的低温特性得益于它与水的不混溶性。在甚至更低的温度，可以使用其它热存储介质，诸如例如，异己烷(2-甲基戊烷)。在一些示例中，具有约-150℃(123k)或约-180℃(93.15k)以下的沸点的低温液体可以被用作冷侧热存储介质(例如，丙烷、丁烷、戊烷、氮、氦、氖、氩和氪、空气、氢气、甲烷或液化天然气)。在一些实施方式中，冷侧热存储介质的选择可以被工作流体的选择限制。例如，当气态工作流体被使用时，可以要求具有至少部分地或大体上在工作流体的沸点以上的液态温度范围的液态冷侧热存储介质。
在一些情形中，通过加压(即，升高压力)或抽真空(即，降低压力)并由此改变存储介质经历相变(例如，从液体变固体，或者从液体变气体)的温度，可以改变cts和/hts介质的操作温度范围。
在一些情形中，泵送热系统的热侧和冷侧热存储流体在能量存储装置的操作温度范围的至少一部分上处于液体状态。热侧热存储流体可以在给定温度范围内处在液态。类似得，冷侧热存储流体可以在给定温度范围内处在液态。热存储流体可以被加热、被冷却或被维持，以在操作之前、期间或之后，实现适当的操作温度。
本公开的泵送热系统可以在装载和卸载模式之间循环。在一些示例中，泵送热系统可以被完全装载、部分装载或者部分卸载，或完全卸载。在一些情形中，冷侧热存储可以独立于热侧热存储地装载(这里也称为“再装载”)。此外，在一些实施方式中，装载(或者其某些部分)和卸载(或者其某些部分)可以同时发生。例如，热侧热存储的第一部分可以被再装载，同时热侧热存储的第二部分与冷侧热存储被卸载。
泵送热系统能够存储能量持续给定时间量。在一些情形中，给定量的能量可以被存储，持续至少约1秒，至少约30秒，至少约1分钟，至少约5分钟，至少约30分钟，至少约1小时，至少约2小时，至少约3小时至少约5小时，至少约6小时，至少约7小时，至少约8小时，至少约9小时，至少约10小时，至少约12小时，至少约14小时，至少约16小时，至少约18小时，至少约20小时，至少约22小时，至少约24小时(1天)，至少约2天，至少约4天，至少约2小时6天，至少约8天，至少约10天，20天，30天，60天，100天，1年或更长。
本公开的泵送热系统能够存储/接收大量的能量和/或电力的输入和/或提取/提供大量的能量和/或电力的输出，用于发电系统(例如，诸如风电或太阳能电力的间歇发电系统)、电力分配系统(例如，电网)和/或其它负载的使用或者用于电网规模或独立设置中的使用。在泵送热系统的装载期间，从外部电源(例如，风电系统，太阳能光伏发电系统，电网等)接收的电力可以被用于在热泵模式中操作泵送热系统(即，使热从低温储藏器转移到高温储藏器，进而存储能量)。在泵送热系统的卸载期间，通过在热力发动机模式中操作(即，使热从高温储藏器转移到低温储藏器，因而提取能量)，系统可以供应电力到外部电源或负载(例如，连接到一个或多个负载的一个或多个电网，负载，诸如工厂或功率密集工序等)。如本文其它地方描述的，在装载和/或卸载期间，系统可以接收或排斥热功率，包括但不限于电磁功率(例如，太阳辐射)和热功率(例如，来自由太阳辐射、燃烧热加热的介质的显能(sensibleenergy))。
在一些实施方式中，泵送热系统是电网同步的。通过使系统的马达/发电机和/或涡轮机械的速度和频率与系统与其交换电力的一个或多个电网网络的频率匹配，可以实现同步化。例如，压缩机和涡轮机可以在给定、固定速度旋转(例如，3600转每分钟(rpm))，其为电网频率(例如，60赫兹(hz))的倍数。在一些情形中，这样的构造可以消除对另外的电力电子件的需要。在一些实施方式中，涡轮机械和/或马达/发电机不与电网同步。在这样的情形中，可以通过使用功率电子件来完成频率匹配。在一些实施方式中，涡轮机械和/或马达/发电机不直接与电网同步，但是能通过使用齿轮和/或机械齿轮箱来匹配。如在本文其它地方更详细描述的，泵送热系统也可以是可渐变的(rampable)。这样的能力可以使得这些电网规模的能量存储系统作为峰值电厂和/或作为发电厂之后的负载运行。在一些情形中，本公开的系统可以能够作为基地负载电厂运行。
泵送热系统可以具有给定的功率容量。在一些情形中，装载期间的功率容量与卸载期间的功率容量不同。例如，每个系统的装载/卸载功率容量可以是小于约1兆瓦(mw)，至少约1兆瓦，至少约2兆瓦，至少约3兆瓦，至少约4兆瓦，至少约5兆瓦，至少约6兆瓦，至少约7兆瓦，至少约8mw，至少约9mw，至少约10mw，至少约20mw，至少约30mw，至少约40mw，至少约50mw，至少约75mw至少约100mw，至少约200mw，至少约500mw，至少约1千兆瓦(gw)，至少约2gw，至少约5gw，至少约10gw，至少约20gw，至少约30gw，至少约40gw，至少约50gw，至少约75gw，至少约100gw或更高。
泵送热系统可以具有给定的能量存储容量。在一个示例中，泵送热系统被构造成操作持续10小时的100mw单元。在另一个示例中，泵送热系统被构造成操作持续12小时的1gw工厂。在一些例子中，能量储存容量可以小于约1兆瓦时(mwh)，至少约1兆瓦时，至少约10兆瓦时，至少约100兆瓦时，至少约1千兆瓦小时(gwh)，至少约5gwh，至少约10gwh，至少约20gwh，至少50gwh，至少约100gwh，至少约200gwh，至少约500gwh，至少约700gwh，至少约1000gwh或更高。
在一些情形中，给定功率容量可以利用热力发动机/热泵系统的给定尺寸、构造和/或运行条件来实现。例如，涡轮机械、导管、热交换器或气体系统部件的尺寸与给定功率容量对应。
在一些实施方式中，可以利用热侧热存储罐和/或冷侧热存储罐的给定尺寸和/或数目来实现给定的能量存储容量。例如，热力发动机/热泵循环可以在给定功率容量操作持续由系统或工厂的热存储容量设定的给定量的时间。热侧热存储罐的数目和/或热存储容量可以与冷侧热存储罐的数目和/或热存储容量不同。罐的数目可以取决于个体罐的尺寸。热侧存储罐的尺寸可以不同于冷侧存储罐的尺寸。在一些情形中，热侧热存储罐、热侧热交换器和热侧热存储介质可以被称为热侧热量(热)存储单元。在一些情形中，冷侧热存储罐、冷侧热交换器和冷侧热存储介质可以被称为冷侧热量(热)存储单元。
泵送热存储设施可以包括任何适当数目的热侧存储罐，例如至少约2，至少约4，至少约10，至少约50，至少约100，至少约500，至少约1,000，至少约5,000，至少约10000等。在一些示例中，泵送热存储设施可以包括2,3,4,5,6,7,8,9,10,15,20,30,40,50,60,70,80,90,100,200,300,400,500,600,700,800,900,1000或更多个热侧罐。
泵送热存储设施也可以包括任何适当数目的冷侧存储罐，例如至少约2，至少约4，至少约10，至少约50，至少约100，至少约500，至少约1,000，至少约5,000，至少约10000等。在一些示例中，泵送热存储设施可以包括2,3,4,5,6,7,8,9,10,15,20,30,40,50,60,70,80,90,100,200,300,400,500,600,700,800,900,1000或更多个冷侧罐。
泵送热存储循环
本公开的方面涉及在泵送热存储循环上操作的泵送热系统。在一些示例中，该循环允许电被存储为热(例如，以温度差的形式)并且然后通过使用至少两件涡轮机械、压缩机和涡轮机来转化回到电。压缩机消耗功并且使工作流体(wf)的温度和压力升高。涡轮机产生功并且使工作流体的温度和压力降低。在一些示例中，使用不止一个压缩机和不止一个涡轮机。在一些情形中，系统可以包括至少1个、至少2个、至少3个、至少4个或至少5个压缩机。在一些情形中，系统可以包括至少1个、至少2个、至少3个、至少4个或至少5个涡轮机。压缩机可以被并联或串联布置。涡轮机可以被并联或串联布置。
图2和3是在装载/热泵模式中和在卸载/热力发动机模式中的示例性泵送热系统的工作流体和热存储介质的示意流动图。为了解释的简便，系统可以被理想化，使得在涡轮机械或热交换器中不存在损失(即，熵产生)。系统可以包括工作流体20,(例如，氩气)，其在压缩机1、热侧热交换器2、涡轮机4和冷侧热交换器4之间的闭式循环中流动。工作流体20(例如，气体)、热侧热存储(hts)介质21(例如，低粘性液体)和冷侧热存储(cts)介质22(例如，低粘性液体)的流体流动路径/方向由箭头指示。
图4和5是在工作流体分别经历图2和3中的装载循环时工作流体20的示意性压力和温度图，再次简化为近似没有熵产生。标准化压力被示出在y轴上并且温度被示出在x轴上。在循环期间发生的处理的方向利用箭头指示，并且在压缩机1、热侧cfx2、涡轮机3和冷侧cfx4中发生的各个处理被以它们相应的标记指示在图表上。
热交换器2和4被构造成逆流热交换器(cfx)，其中工作流体在一个方向上流动，并且与其交换热的物质在相反的方向上流动。在具有正确匹配(即，平衡的容量流动速率)的流动的理想的逆流热交换器中，工作流体和热存储介质的温度跳跃(即，逆流热交换器可以具有统一的效力)。
同与其他系统部件和/或处理相关的熵生成(例如，压缩机和/或涡轮机熵生成)相比，逆流热交换器2和4可以被设计成和/或操作成把在热交换器中的熵生成减少到可忽略的水平。在一些情形中，系统可以被操作成使得系统中的熵生成被最小化。例如，系统可以被操作成使得与热存储单元相关的熵生成被最小化。在一些情形中，交换热的流体元件之间的温度差在操作期间可以被控制，使得热侧和冷侧热存储单元中的熵生成被最小化。在一些情形中，当与由压缩机、涡轮机或由压缩机和涡轮机两者生成的熵相比时，热侧和冷侧热存储单元中生成的熵可忽略。在一些情形中，与热交换器2和4中的热传递相关的熵生成和/或与热侧存储单元、冷侧存储单元或者热侧和冷侧存储单元两者的操作相关的熵生成可以小于系统内产生的总熵(例如，由压缩机1、热侧热交换器2、涡轮机3、冷侧热交换器4和/或这里描述的其它部件，诸如例如复热器生成的熵)的约50％，约25％，约20％，约15％，约10％，约5％，约4％，约3％约2％或约1％。例如，如果交换热的两种物质在局部温度差δt→0(即，当在热交换器中紧密热接触的任意两种流体元件之间的温度差是小的时)进行热交换，则熵生成可以被减小或最小化。在一些示例中，紧密热接触的任意两种流体元件之间的温度差δt可以小于约300开尔文(k)，小于约200k，小于约100k，小于约75k，小于约50k，小于约40k，小于约30k，小于约20k，较小小于约5k，小于约3k，小于约2k，或小于约1k。在另一示例中，与压降相关的熵生成可以通过适当的设计而减小或最小化。在一些示例中，热交换处理可以在恒压或接近恒压发生。可替选地，在经过热交换器期间，工作流体和/或一种或多种热存储介质可能经历不可忽略的压降。热交换器中的压降可以通过适当的热交换器设计而被控制(例如，减小或最小化)。在一些示例中，跨每个热交换器的压降可以小于入口压力的约20％，小于入口压力的约10％，小于入口压力的约5％，小于入口压力的约3％，小于入口压力的约2％，小于约1入口压力的百分比，小于入口压力的约0.5％，小于入口压力的约0.25％，或小于入口压力的约0.1％。
在进入热交换器2时，工作流体的温度可以增大(从hts介质21带走热，对应于图3和5中的卸载模式)或降低(向hts介质21提供热，对应于图2和4中的装载模式)，取决于热交换器中的hts介质的温度相对于工作流体的温度。类似地，在进入热交换器4时，工作流体的温度可以增大(从cts介质22带走热，对应于图2和4中的装载模式)或降低(向cts介质22提供热，对应于图3和5中的卸载模式)，取决于热交换器中的cts介质的温度相对于工作流体的温度。
如参考图2和4中的装载模式更详细描述的，在冷侧cfx4中的热添加处理可以在与热侧cfx2中的热移除处理不同的温度范围上发生。类似地，在图3和5中的卸载模式中，在冷侧cfx4中的热排放处理可以在与热侧cfx2中的热添加处理不同的温度范围上发生。热侧和冷侧热交换处理的温度范围的至少一部分可以在装载期间、在卸载期间或者在装载和卸载期间重叠。
如这里使用的，温度t0、t1、t0+和t1+被如此命名，因为t0+和t1+是在压缩比r、绝热效率ηc和入口温度分别为t0、t1的情况下在压缩机的出口处获得的温度。图2、3、4和5中的示例可以是理想化的示例，其中ηc＝1和涡轮机的绝热效率ηt也具有值ηt＝1。
参考图2和4中所示的装载模式，工作流体20可以在位置30在压力p和温度t(例如，在t1,p2)进入压缩机1。在工作流体经过压缩机时，功w1被压缩机消耗以增大工作流体的压力和温度(例如，到t1+、p1)如在位置31处由p↑和t↑指示的。在装载模式中，在位置31处离开压缩机并进入热侧cfx2的工作流体的温度t1+高于在位置32处从在温度t0+的第二热侧热存储罐7进入热侧cfx2的hts介质21的温度(即，t0+<t1+)。在这两种流体在热交换器中彼此热接触地经过时，随着工作流体从位置31移动到位置34，工作流体的温度降低，释放热q1到hts介质，同时随着hts介质从位置32移动到位置34，hts介质的温度进而增大，从工作流体吸收热q1。在示例中，工作流体在位置34在温度t0+离开热侧cfx2，并且hts介质在位置33离开热侧cfx2进入在温度t1+的第一热侧热存储罐6。热交换处理可以发生在恒压或接近恒压，使得工作流体在位置34在较低温度但相同压力p1离开热侧cfx2，如由位置34处的p和t↓指示的。类似地，hts介质21的温度在热侧cfx2中增大同时其压力保持恒定或接近恒定。
当在位置34(例如，在t0+,p1)离开热侧cfx2时，工作流体20在位置35处离开涡轮机之前在涡轮机3中经历膨胀。在膨胀期间，工作流体的压力和温度降低(例如，到t0,p2)，如由位置35处的p↓和t↓指示的。由涡轮机生成的功w2的大小取决于进入涡轮机的工作流体的焓和膨胀的程度。在装载模式中，在位置31和34之间(在热侧cfx2中)从工作流体移除热，并且工作流体被膨胀回到其在位置30初始地进入压缩机的压力(例如，p2)。压缩机1中的压缩比(例如，p1/p2)等于涡轮机3中的膨胀比，并且进入涡轮机的气体的焓低于离开压缩机的气体的焓，由涡轮机3生成的功w2小于由压缩机1消耗的功w1(即，w2<w1)。
因为热被带离在热侧cfx2中的工作流体，工作流体在位置35处离开涡轮机的温度t0低于工作流体在位置30处初始进入压缩机的温度t1。为了使循环闭合(即，使工作流体的压力和温度返回到它们在位置30处的初始值t1、p2)，热q2在位置35和30之间(即，在涡轮机3和压缩机1之间)从冷侧cfx4中的cts介质22添加到工作流体。在示例中，cts介质22在位置36处从在温度t1的第一冷侧热存储罐8进入冷侧cfx4，并且在位置37处离开冷侧cfx4进入在温度t0的第二冷侧热存储罐9，同时工作流体20在位置35处在温度t0进入冷侧cfx4，并且在位置30在温度t1离开冷侧cfx4。再次，热交换处理可以发生在恒压或接近恒压，使得工作流体在位置30在较高温度但相同压力p2离开冷侧cfx2，如由位置30处的p和t↑指示的。类似地，cts介质22的温度在冷侧cfx2中降低同时其压力保持恒定或接近恒定。
在装载期间，热q2从cts介质移除并且热q1被添加到hts介质，其中q1>q2。功w1-w2的净额被消耗，因为由压缩机使用的功w1大于由涡轮机生成的功w2。消耗功同时将热从冷的本体或热存储介质移动到热的本体或热存储介质的装置是热泵；因而，装载模式中的泵送热系统运行为热泵。
在示例中，图3和5中所示的卸载模式与图2和4中所示的装载模式在被引入到热交换器中的热存储介质的温度不同。hts介质在位置32进入热侧cfx2的温度是t1+而不是t0+，并且cts介质在位置36进入冷侧cfx4的温度是t0而不是t1。在卸载期间，工作流体在位置30处在t0和p2进入压缩机，在位置31处在t0+<t1+和p1离开压缩机，从热侧cfx2中的hts介质吸收热，在位置34处在t1+和p1进入涡轮机34，在位置35处在t1>t0和p2离开涡轮机，并且最后排放热到冷侧cfx4中的cts介质，返回到其在位置30处在t0和p2的初始状态。
在装载模式和卸载模式期间，在温度t1+的hts介质可以被存储在第一热侧热存储罐6中，在温度t0+的hts介质可以被存储在第二热侧热存储罐7中，在温度t1的cts介质可以被存储在第一冷侧热存储罐8中，并且在温度t0的cts介质可以被存储在第二冷侧热存储罐9中。在一个实施方式中，通过分别在罐6和7之间切换，hts介质在位置32处的入口温度可以在t1+和t0+之间切换。类似地，通过分别在罐8和9之间切换，cts介质在位置36处的入口温度可以在t1和t0之间切换。罐之间的切换可以通过包括阀或者阀系统(例如，图7中的阀系统12和13)来实现，所述阀或阀系统视装载和卸载模式的需要，用于热侧热交换器2与热侧罐6和7之间的切换连接，和/或冷侧热交换器4与冷侧罐8和9之间的切换连接。在一些实施方式中，连接可以替代地在工作流体侧上被切换，同时存储罐6、7、8和9到热交换器2和4的连接保持静止。在一些示例中，到热交换器的流动路径和连接可以取决于每个热交换器的设计(例如，壳管式)。在一些实施方式中，一个或多个阀可以被用于在装载和卸载时切换工作流体和热存储介质通过逆流热交换器的方向。例如，由于热交换器部件的高的热存储容量，这样的构造可以被使用于降低或消除温度瞬变或其组合。在一些实施方式中，一个或多个阀可以被用于切换仅工作流体的方向，同时可以通过改变泵送的方向来改变hts或cts的方向，由此维持逆流构造。在一些实施方式中，不同的阀构造可以被用于hts和cts。此外，这里可以使用阀构造的任何组合。例如，系统可以被构造成在不同的情形中(例如取决于系统运行条件)使用不同的阀构造来运行。
在图3和5中所示的卸载模式中，工作流体20可以在位置30在压力p和温度t(例如，在t0,p2)进入压缩机1。在工作流体经过压缩机时，功w1被压缩机消耗以增大工作流体的压力和温度(例如，到t0+,p1)如在位置31处由p↑和t↑指示的。在卸载模式中，在位置31处离开压缩机并进入热侧cfx2的工作流体的温度t0+高于在位置32处从在温度t1+的第一热侧热存储罐6进入热侧cfx2的hts介质21的温度高(即，t0+<t1+)。在这两种流体在热交换器中彼此热接触地经过时，随着工作流体从位置31移动到位置34，工作流体的温度增大，从hts介质吸收热q1，同时随着hts介质从位置32移动到位置34，hts介质的温度进而降低，释放热q1到工作流体。在示例中，工作流体在位置34在温度t1+离开热侧cfx2，并且hts介质在位置33离开热侧cfx2进入在温度t0+的第二热侧热存储罐7。热交换处理可以发生在恒压或接近恒压，使得工作流体在位置34在较高温度但相同压力p1离开热侧cfx2，如由位置34处的p和t↑指示的。类似地，hts介质21的温度在热侧cfx2中降低同时其压力保持恒定或接近恒定。
当在位置34(例如，在t1+,p1)离开热侧cfx2时，工作流体20在位置35处离开涡轮机之前在涡轮机3中经历膨胀。在膨胀期间，工作流体的压力和温度降低(例如，到t1,p2)，如由位置35处的p↓和t↓指示的。由涡轮机生成的功w2的大小取决于进入涡轮机的工作流体的焓和膨胀的程度。在卸载模式中，在位置31和34之间(在热侧cfx2中)向工作流体添加热，并且工作流体被膨胀回到其在位置30初始地进入压缩机的压力(例如，p2)。压缩机1中的压缩比(例如，p1/p2)等于涡轮机3中的膨胀比，并且进入涡轮机的气体的焓高于离开压缩机的气体的焓，由涡轮机3生成的功w2小于由压缩机1消耗的功w1(即，w2>w1)。
因为热被添加到热侧cfx2中的工作流体，工作流体在位置35处离开涡轮机的温度t1高于工作流体在位置30处初始进入压缩机的温度t0。为了使循环闭合(即，使工作流体的压力和温度返回到它们在位置30处的初始值t0、p2)，热q2在位置35和30之间(即，在涡轮机3和压缩机1之间)由工作流体排放到冷侧cfx4中的cts介质22。cts介质22在位置36处从在温度t0的第二冷侧热存储罐9进入冷侧cfx4，并且在位置37处离开冷侧cfx4进入在温度t1的第一冷侧热存储罐8，同时工作流体20在位置35处在温度t1进入冷侧cfx4，并且在位置30在温度t0离开冷侧cfx4。再次，热交换处理可以发生在恒压或接近恒压，使得工作流体在位置30在较高温度但相同压力p2离开冷侧cfx2，如由位置30处的p和t↓指示的。类似地，cts介质22的温度在冷侧cfx2中增大同时其压力保持恒定或接近恒定。
在卸载期间，热q2被添加到cts介质并且热q1被从hts介质移除，其中q1>q2。功w2-w1的净额被生成，因为由压缩机使用的功w1小于由涡轮机生成的功w2。生成功同时将热从热的本体或热存储介质移动到冷的本体或热存储介质的装置是热泵；因而，卸载模式中的泵送热系统运行为热力发动机。
图6是图2-3中的泵送热系统中的闭式工作流体系统的简化示意透视图。如所指示的，工作流体20(管子内侧包含的)在压缩机1、热侧热交换器2、涡轮机3和冷侧热交换器4之间顺时针循环。压缩机1和涡轮机3可以被同轴(ganged)在共同的机械轴10上，使得它们一起旋转。在一些实施方式中，压缩机1和涡轮机3可以具有分开的机械轴。马达/发电机11(例如，包括在单个共同轴上的同步马达-同步发电机转化器)提供电力到涡轮机和从涡轮机提供电力。在该示例中，压缩机、涡轮机和马达/发电机都位于共同轴上。在位置32和33处的管将分别将热侧热存储流体转移到热侧热交换器2和从热侧热交换器2转移热侧热存储流体。在位置36和37处的管将分别将冷侧热存储流体转移到冷侧热交换器4和从冷侧热交换器4转移冷侧热存储流体。
尽管图6的系统被图示为包括压缩机1和涡轮机3，但系统可以包括一个或多个压缩机和一个或多个涡轮机，它们可以在例如并行构造或可替选地在串行构造或者并行和串行构造的组合中运行。在一些示例中，压缩机或涡轮机的系统可以被组装成使得实现给定的压缩比。在一些情形中，不同的压缩比(例如，在装载和卸载时)可以被使用(例如，在并行和/或串行构造中，通过连接压缩机或涡轮机的系统的一个或多个压缩机或涡轮机或与之断开)。在一些示例中，工作流体被引导到多个压缩机和/或多个涡轮机。在一些示例中，压缩机和/或涡轮机可以具有随温度而变的压缩比。系统的涡轮机械和/或其它元件的布置和/或运行可以根据与温度的关系来调节(例如，以优化性能)。
图7是图2-3中的泵送热系统的简化示意透视图，该热泵送系统具有热侧和冷侧存储罐和闭式循环工作流体系统。在该示例中，hts介质是熔融盐并且cts介质是低温液体。均用于保持hts介质的一个、两个或更多个第一热侧罐6(在温度t1+)和一个、两个或更多个第二热侧罐7(在温度t0+)与阀13流体连通，阀13被构造成转移hts介质到热侧热交换器2和从热侧热交换器2转移hts介质。均用于保持cts介质的一个、两个或更多个第一冷侧罐8(在温度t1)和一个、两个或更多个第二冷侧罐9(在温度t0)与阀12流体连通，阀12被构造成转移cts介质到冷侧热交换器4和从冷侧热交换器4转移cts介质。
热能储藏器或存储罐可以是热绝缘的罐，其可以保持适当量的相关热存储介质(例如，热存储流体)。存储罐可以允许相对紧凑地存储大量的热能。在示例中，热侧罐6和/或7可以具有约80米的直径，同时冷侧罐8和/或9可以具有约60米的直径。在另一个示例中，用于1gw工厂运行持续12小时的每个(即，热侧或冷侧)热存储的尺寸可以是约20个中型炼油油罐。
在一些实施方式中，在其它罐之间包含中间温度的存储介质的第三组罐可以被包括在热侧和/或冷侧上。在示例中，可以提供在第一罐(或罐组)和第二罐(或罐组)的温度中间的温度的第三存储或转移罐(或罐组)。阀组可以被提供用于在不同的罐和热交换器之间切换存储介质。例如，取决于运行条件和/或循环被使用，在离开热交换器之后，存储介质可以被引导到不同组的罐。在一些实施方式中，一个或多个另外的组的在不同温度的存储罐可以被添加在热侧和/或冷侧上。
存储罐(例如，包括热侧热存储介质的热侧罐和/或包括冷侧热存储介质的冷侧罐)可以在环境压力运行。在一些实施方式中，在环境压力的热能存储可以提供安全效益。可替选地，存储罐可以在升高的温度运行，诸如例如，在至少约2atm的压力，在至少约5atm的压力，在至少约10atm的压力，在至少约20atm的压力，或更大压力。可替选地，存储罐可以在降低的压力运行，诸如例如，在至多约0.9atm的压力，在至多约0.7atm的压力，在至多约0.5atm的压力，在至多约0.3atm的压力，在至多约0.1atm的压力，在至多约0.01atm的压力，在至多约0.001atm的压力，或更小压力。在一些情形中(例如，当在较高的/或升高的或较低的压力运行以避免热存储介质的污染时)，存储罐可以与周围大气密封。可替选地，在一些情形中，存储罐可以不被密封。在一些实施方式中，罐可以包括一个或多个压力调节或释放系统(例如，用于安全或系统优化的阀)。
如这里使用的，第一热侧罐6(在温度t1+)可以比第二热侧罐7(在温度t0+)包含更高的温度hts介质，并且第一冷侧罐8(在温度t1)可以比第二冷侧罐9(在温度t0)包含更高的温度cts介质。在装载期间，第一(较高温度)热侧罐6中的hts介质和/或第二(较低温度)冷侧罐9中的cts介质可以被补充。在卸载期间，第一(较高温度)热侧罐6中的hts介质和/或第二(较低温度)冷侧罐9中的cts介质可以被消耗。
在前述示例中，在任一运行模式中，四个存储罐6、7、8和9中的两个罐分别在入口32和36将热存储介质馈送到热交换器2和4，并且其他两个罐分别从出口33和37从热交换器2和4接收热存储介质。在该构造中，馈送罐可以包含由于先前运行条件导致的给定温度，同时接收罐的温度可以取决于当前系统运行(例如，运行参数、载荷和/或功率输出)。接收罐温度可以通过布雷顿循环条件设定。在一些情形中，由于来自预定循环条件(例如，绝对压力响应于系统指令的变化)的偏离和/或由于系统内的熵生成，接收罐温度可能偏离期望值。在一些情形中(例如，由于熵生成)，四个罐温度中的至少一个温度可以高于期望温度。在一些实施方式中，散热器可以被用于将该废热排放或耗散到环境。在一些情形中，到环境的热排放可以被增强(例如，使用蒸发冷却等)。在这里的泵送热系统的运行期间生产的废热也可以被用于其他目的。例如，来自系统的一个部分的废热可以被用在系统中的其他地方。在另一个示例中，废热可以被提供到外部处理或系统，诸如例如，要求低等级热的制造处理、商业或住宅加热、热脱盐、商业干燥操作等。
本公开的泵送热系统的部件可以展现非理想性能，导致损失和/或低效能。系统中的主要损失的发生可能是由涡轮机械(例如，压缩机和涡轮机)和热交换器的低效能导致的。与涡轮机械导致的损失相比，热交换器导致的损失可能是小的。在一些实施方式中，利用适当的设计和代价，热交换器导致的损失可以被减小到接近零。因此，在一些解析示例中，由于热交换器导致的损失和由于泵、马达/发电机和/或其它因数导致的其它可能的小损失可以被忽略。
由涡轮机械导致的损失可以按照分别用于压缩机和涡轮机的绝热效率ηc和ηt(也称为等熵效率)被量化。对于大型涡轮机械，对压缩机，典型的值可以在ηc＝0.85-0.9范围之间，对涡轮机，典型值可以在ηt＝0.9-0.95范围之间。由循环产生或消耗的功的实际量可以表达为
在ηc＝ηt＝1的示例中，本公开的泵送热循环可以在装载和卸载循环(例如，在图4和5中所示)遵循相同的路径。在ηc<1和/或t<1的示例中，与在理想情形相比，压缩机中的压缩可以导致更大的温度增大，并且与在理想情形中相比，涡轮机中的膨胀可以导致较小的温度降低。
在一些实施方式中，压缩机的多变效率ηcp可以是至少约0.3，至少约0.5，至少约0.6，至少约0.7，至少约0.75，至少约0.8，至少约0.85，至少约0.9，至少约0.91，至少约0.92，至少约0.93，至少约0.96，或更多。在一些实施方式中，压缩机的多变效率ηtp可以是至少约0.3，至少约0.5，至少约0.6，至少约0.7，至少约0.75，至少约0.8，至少约0.85，至少约0.9，至少约0.91，至少约0.92，至少约0.93，至少约0.96，至少约0.97，或更多。
t0+,t1+先前被定义为在给定压缩比r、绝热效率ηc以及入口温度分别为t0、t1的情况下在压缩机的出口处获得的温度。在一些示例中，这四个温度通过等式
图8示出用于具有ηc＝0.9和ηt＝0.95的水(cts)/熔融盐(hts)系统的示例性热存储装载循环。虚线对应于ηc＝ηt＝1并且实线示出具有ηt＝0.95和ηc＝0.9的装载循环。在该示例中，冷侧上的cts介质是水，并且热侧上的hts是熔融盐。在一些情形中，系统可以包括4个热存储罐。在装载循环中，在t0和p2的工作流体可以与冷侧热交换器4中的cts介质交换热，由此它的温度可以增大到t1(假设可忽略压降，它的压力可以维持p2)。在具有ηc＝0.9的压缩机中，工作流体的温度和压力可以从t1、p2增大到t1+、p1。工作流体然后可以与热侧热交换器2中的hts介质交换热，使得它的温度可以降低(在恒定压力p1，假设可忽略压降)。如果工作流体在温度
在一些实施方式中，通过工作流体与hts介质从
图9示出用于具有ηc＝0.9和ηt＝0.95的图8中的水/熔融盐系统的示例性热存储卸载(取出)循环。虚线对应于ηc＝ηt＝1并且实线示出具有ηt＝0.95和ηc＝0.9的装载循环。在卸载循环中，在t1和p2的工作流体可以与冷侧热交换器4中的cts介质交换热，由此它的温度可以降低到t0(假设可忽略压降，它的压力可以维持p2)。在具有ηc＝0.9的压缩机1中，工作流体的温度和压力可以从t0、p2增大到t0+、p1。工作流体然后可以与热侧热交换器2中的hts介质交换热，使得它的温度可以增大(在恒定压力p1，假设可忽略压降)。在
在一些实施方式中，通过将在
装载和卸载循环可以分别通过区段38(在
在一些实施方式中，通过改变装载和卸载循环之间的压缩比，诸如例如，在图10中，可以使循环闭合。在装载和卸载时改变压缩比的能力可以通过以下方式实施，例如，通过改变压缩机和/或涡轮机的旋转速度，通过可变化的定子压力控制，通过使用阀使装载或卸载时的压缩或膨胀的子集旁路，或通过使用用于装载和卸载模式的专用压缩机/涡轮机。在一个示例中，图9中的卸载循环的压缩比可以被改变使得区段39中的热排放不被使用，并且仅使用装载循环中的区段38中的热排放。改变压缩比可以允许在较低温度排放热(即，熵)，由此增大总体往返效率。在该构造的一些示例中，装载时的压缩比，rc，可以被设定成使得
图10示出具有可变的压缩比的循环的示例。压缩比在卸载时(当由系统产生功时)比在装载时(当由系统消耗功时)更高，这可以增大系统的整个往返效率。例如，在具有
压缩比可以在装载和卸载之间被改变，使得用于使循环在装载和卸载时闭合所需的到环境的热耗散发生在温度
在系统损失和/或低效能不存在的情况下，诸如，例如，在泵送热系统包括在零熵创造/等熵极限运行的热泵和热力发动机的情形下，在热泵(装载)模式中可以使用给定量的功w来转移给定量的热qh，并且同样的qh可以在热力发动机(卸载)模式中用于产生同样的功w，导致一致(即100％)往返效率。在系统损失和/或低效能存在时，泵送热系统的往返效率可能受部件偏离理想性能的多少的限制。
泵送热系统的往返效率可以被限定为
基于涡轮机械部件效率，ηc和ηt，可以为不同的泵送热系统(例如，为不同类的热存储介质)计算往返效率。
在一个示例中，图11示出用于水/盐系统的往返效率等高线，诸如例如，图8和9中的水/盐系统，其中t0＝273k(0℃)、t1＝373k(100℃)和r5.65的压缩比被选择以实现与热侧上与盐的兼容。在10％、20％、30％、40％50％、60％、70％、80％和90％的ηstore的值的示例性往返效率等高线被示出作为分别在x轴线和y轴线上的部件效率ηc和ηt的函数。符号⊕和
图12示出用于更冷的存储/盐系统的往返效率等高线，诸如例如，具有图13、14、17和18中的气体-气体热交换器的己烷/盐系统，其中t0＝194k(-79℃)、t1＝494k(221℃)并且压缩比r＝3.28。在10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％和90％的ηstore的值的示例性往返效率等高线被示出作为分别在x轴线和y轴线上的部件效率ηc和ηt的函数。符号⊕和
带回流换热的泵送热存储循环
本公开的另一方面涉及带回流换热的泵送热系统。在一些情形中，术语再生和回流换热可以用被可交换地使用，但是它们可以具有不同的含义。如这里使用的，术语“回流换热”和“回流换热器”一般指存在一个或多个另外的热交换器，其中工作流体通过连续热交换在热动力循环的不同区段期间与自身交换热，而没有中间热存储。泵送热系统的往返效率可以被显著地提高，如果存储介质的允许温度范围被扩展。在一些实施方式中，这可以通过选择能达到273k(0℃)以下的温度的在冷侧上材料或介质来完成。例如，在具有熔融盐hts介质的系统中可以使用具有近似t0＝179k(-94℃)的温度下限的cts介质(例如，己烷)。然而，在一些(例如，适度的)压缩比的
图13是在具有用于工作流体的气体-气体热交换器5的装载/热泵模式中的泵送热系统的工作流体和热存储介质的流动图。气体-气体热交换器的使用可以使得能够在系统的冷侧上使用更冷的热存储介质。工作流体可以是空气。工作流体可以是干空气。工作流体可以是氮。工作流体可以是氩。工作流体可以是主要的氩混合有另一气体诸如氦的混合物。例如，工作流体可以包括带有余量氦的至少约50％的氩，至少约60％的氩，至少约70％的氩，至少约80％的氩，至少约90％的氩或约100％的氩。
图17示出用于图13中的存储系统的热存储装载循环，该存储系统具有能够降至约179k(-94℃)的冷侧存储介质(例如，液态己烷)和作为热侧存储的熔融盐，并且ηc＝0.9和ηt＝0.95。cts介质可以是己烷或者庚烷，并且hts介质可以是熔融盐。在一些情形中，系统可以包括四个热存储罐。
在一个实施方式中，在图13和17中的装载期间，工作流体在t1和p2进入压缩机，在t1+和p1离开压缩机，排放热q1到热侧cfx2中的hts介质21，在t1和p1离开热侧cfx2，排放热qrecup(这里也称为“qregen”，如在附图中所示)到热交换器或回流换热器5中的(低压)侧工作流体，在t0+和p1离开回流换热器5，在区段38中排放热到环境(或者其它散热器)，在
图14是在卸载/热力发动机模式中的图13的泵送热系统的工作流体和热存储介质的示意流动图。再次，气体-气体热交换器的使用可以使得能够在系统的冷侧上使用更冷的热存储流体(cts)和/或更冷的工作流体。
图18示出用于图14中的存储系统的热存储卸载循环，该存储系统具有能够降至179k(-94℃)的冷侧存储介质(例如，液态己烷)和作为热侧存储的熔融盐，并且ηc＝0.9和ηt＝0.95。再次，cts介质可以是己烷或庚烷，并且hts介质可以是熔融盐，并且系统可以包括4个热存储罐。
在图14和18中的卸载期间，工作流体在t0和p2进入压缩机，在t0+和p1离开压缩机，从热交换器或回流换热器5中的冷(低压)侧工作流体吸收热量qrecup，在t1和p1离开回流换热器5，从热侧cfx2的hts介质21吸收热q1，在t1+和p1离开热侧cfx2，在t1+和p1进入涡轮机3，在
在另一实施方式中，如在图15中所示，除了以下不同点之外，装载循环维持与图13和17中的相同，所述不同点在于，工作流体在
在图16中的卸载期间，除了以下不同点之外，卸载循环维持与图14和8b中的相同，不同点在于，在罐7中存储的hts介质的温度被改变。工作流体在
在图16中的卸载之后，为图15中的装载做准备，与环境的热交换可以被用于将hts介质21从卸载循环中使用的温度
如在图16中所示，在一些实施方式中，通过使罐8中的cts介质在热排放装置55中循环，可以将热从cts介质排放到环境，热排放装置55可以从cts介质吸收热并且将热排放到环境直到cts介质从温度
类似地，在一些实施方式中，通过使罐7中的hts介质在热排放装置56中循环，可以将热从hts介质排放到环境，热排放装置56可以从hts介质吸收热并且将热排放到环境直到hts介质从温度
在一些实施方式中，通过使用热存储介质将热排放到环境可以被结合例如在图10中描述的可变的压缩比装载/卸载循环来使用。在该系统中，仅cts介质可以与环境交换热。这样的系统也可利用回流换热器实施，以扩展循环中的hts和cts介质的温度范围。
在一些实施方式中，可以使用在相应的温度t0、
分别在图13和17以及图14和18的装载和卸载循环中，同样的压缩比和温度值被用于装载和卸载。在该构造中，往返效率可以是约ηstore＝74％，如通过t0＝194k(-79℃)、t1＝494k(221℃)、ηt＝0.95、ηc＝0.9andr＝3.3给定的。
因而，在一些涉及工作流体到工作流体回流换热的示例中，闭式装载循环的热(高压)侧上的热排放可以发生在三个操作中(与hts介质热交换，随后回流换热，随后向环境的热排放)，并且在闭式卸载循环的冷(低压)侧上的热排放可以发生在三个操作中(向环境的热排放，随后回流换热，随后与cts介质热交换)。作为回流换热的结果，较高温度的hts罐6可以维持在t1+而较低温度hts罐7现在可以处在温度t1>t0+，并且较低温度cts罐9可以维持在t0而较高温度cts罐8现在可以处在温度t0+<t1。
在一些情形中，回流换热可以使用热交换器5来实施，热交换器5用于高压力侧上的工作流体与低压力侧上的工作流体之间的热的直接转移。在可替选的构造中，附加的一对(或多个)热交换器与附加的热传递介质或流体(例如，在适当的温度范围中是液体的专用热传递流体，诸如例如，
在一个示例中，己烷或庚烷可以被用作cts介质，并且硝酸盐可以被用作hts介质。在循环的低压力侧上，泵送热存储循环的运行温度在t0被己烷的熔点(178k或-95℃)限制并且在t1被硝酸盐的熔点(494k或221℃)限制。在循环的高压力侧上，运行温度在t0+被己烷的沸点(341k或68℃)限制并且在t1+被硝酸盐的分解(873k或600℃)限制。在这些条件下，高压力和低压力温度范围可以重叠使得回流换热可以被实施。在己烷/硝酸盐系统中实施的实际温度t0、t1、t0+和t1+以及压力比可以不同于上述限值。
在一些示例中，回流换热可以使压缩比被减小。在一些情形中，较小压缩比可以获得减小的压缩机和涡轮机损失。在一些情形中压缩比可以是至少约1.2，至少约1.5，至少约2，至少约2.5，至少约3，至少约3.5，至少约4，至少约4.5，至少约5，至少约6，至少约8，至少约10，至少约15，至少约20，至少约30，或更多。
在一些情形中，t0可以是至少约30k，至少约50k，至少约80k，至少约100k，至少约120k，至少约140k，至少约160k，至少约180k约200k，至少约220k，至少约240k，至少约260k，或至少约280k。在一些情形中，
在一些情形中，t1可以是至少约350k，至少约400k，至少约440k，至少约480k，至少约520k，至少约560k，至少约600k，至少约640k，至少约680k，至少约720k，至少约760k，或至少约800k，至少约840k，至少约880k，至少约920k，至少约960k，至少约1000k，至少约1100k，至少约1200k，至少约1300k，至少约1400k，或更多。在一些情形中，t1+可以是至少约480k，至少约520k，至少约560k，至少约600k，至少约640k，至少约680k，至少约720k，至少约760k，至少约800k，至少约840k，至少约880k，或至少约920k，至少约960k，至少约1000k，至少约1100k，至少约1200k，至少约1300k，至少约1400k，至少约1500k，至少约1600k，至少约1700k，或更多。在一些情形中，温度t1和t1+可以受到hts的操作温度的限制。在一些情形中，温度t1和t1+可以受到系统中使用的金属和材料的发热极限的限制。例如，传统的太阳盐可以具有约560-840k的推荐温度范围。由于可用的材料、冶金技术和存储材料随时间改进并且使得能达到不同的温度范围，可以被实现各种系统改进，诸如例如，增大的往返效率、增大的功率和增大的存储容量。这里的温度t1和/或t1+的任何描述可以应用到本公开的任何系统或方法。
在一些情形中，带有和/或没有回流换热的往返效率ηstore(例如，电存储效率)可以是至少约5％，至少约10％，至少约15％，至少约20％，至少约25％，至少约30％，至少约35％，至少约40％约45％，至少约50％，至少约55％，至少约60％，至少约65％，至少约70％，至少约75％，至少约80％％，至少约90％，或至少约95％。
在一些实施方式中，在装载和/或卸载循环期间在系统中的热传递(例如，到和来自工作流体的热传递)的至少一部分包括与环境的热传递(例如，在区段38和39中的热传递)。系统中的热传递的其余部分可以通过以下方式发生，通过与热存储介质(例如，热存储介质21和22)的热连通，通过回流换热器5中的热传递和/或通过系统边界内(即，不与周围环境)的各种热传递。在一些示例中，环境可以指系统周围的气体的或液体的储藏器(例如，空气，水)、能够与系统交换热能的任何系统或介质(例如，另一热动力循环或系统、加热/冷却系统，等)，或者它们的任意组合。在一些示例中，通过与热存储介质热连通转移的热可以是系统中转移的所有热中的至少约25％，至少约50％，至少约60％，至少约70％，至少约80％，或至少约90％。在一些示例中，通过在回流换热器中的热传递转移的热可以是系统中转移的所有热中的至少约5％，至少约10％，至少约15％，至少约20％，至少约25％，至少约50％，或至少约75％。在一些示例中，通过与热存储介质热连通和通过在回流换热器中的热传递转移的热可以是系统中转移的所有热中的至少约25％，至少约50％，至少约60％，至少约70％，至少约80％，至少约90％，或甚至约100％。在一些示例中，通过与环境的热传递转移的热可以是系统中转移的所有热中的小于约5％，小于约10％，小于约15％，小于约20％，小于约30％，小于约40％，小于约50％，小于约60％约70％，小于约80％，小于约90％，小于约100％，甚至100％。在一些实施方式中，系统中的所有热传递可以是与热存储介质(例如，cts和hts介质)，并且仅热存储介质可以进行与环境的热传递。
本公开的泵送热循环(例如，图13和14中的循环)可以通过用于在涡轮机械和热交换器之间运输工作流体的管和阀的各种构造来实施。在一些实施方式中，阀控(valving)系统可以被使用，使得系统的不同循环可以被轮流进行，同时跨系统中的逆流热交换器中的至少一个、一个子集或全部维持相同或接近相同的温度轮廓。例如，阀控可以被构造成使得工作流体可以在装载和卸载时在相反流动方向上经过热交换器，并且hts和cts介质的流动方向可以通过翻转泵的方向而被翻转。
在一些实施方式中，带有回流换热器的系统可以在装载和卸载时具有不同的压缩和/或膨胀比。这然后可以涉及仅在热排放位置38和39中的一个或两个位置处的热排放，如在图5c中沿着上述线所示。
图19是在单独通过太阳能加热太阳盐的情况下在太阳模式中在泵送热循环中热侧再装载的示例流动图。系统可以包括用于加热热侧热存储的太阳能加热器。卸载循环的第二热的热存储罐7中的hts介质21，诸如例如，图14中的卸载循环的hts介质，可以使由太阳辐射提供的加热而在元件17内被再装载。hts介质(例如，熔融盐)可以通过太阳能加热而被从第二热的热存储罐7中的温度t1加热到第一热存储罐6中的温度t1+。
在一些实施方式中，诸如例如，对于图19中的系统，用于加热hts介质(例如，从t1＝493k(220℃)到t1+＝873k(600℃))的太阳热可以由聚集太阳能设施提供。在一些示例中，小型的聚集设施可以被用于提供热。在一些情形中，聚集太阳能设施可以包括用于获得高的太阳能聚集效率的一个或多个部件，其包括例如高性能致动器(例如，由聚合物制造的适应性流体致动器)、多路复用控制系统、密集的定日镜布局等。在一些示例中，提供用于加热hts介质(例如，在元件17中)的热可以是来自聚集太阳能设施的废热流。
图20是泵送热系统卸载循环的原理性流动图，该循环被联接有外部热输入(例如，太阳能、燃烧)，且热排放到环境。例如，在热侧再装载(例如，使用太阳加热，废热或燃烧)的容量大于冷侧再装载的容量的情形中，这样的卸载循环可以被使用。太阳热可以被用于对热侧存储罐中的hts介质21装载从t1到
在一些实施方式中，its介质61可以在从t0到
图21是在向在室温的热浴中循环的中间流体放热的情况下在太阳模式或燃烧加热模式中的泵送热系统卸载循环的示意性流动图。卸载循环可以类似于图20中的卸载循环运行，但是在离开涡轮机3之后，工作流体20可以行进到冷侧cfx4，在该处，它与中间介质或流体62交换热，中间介质或流体62循环通过在温度t0或者在室温或接近室温的热浴63。中间介质或流体62(例如，
在一些实施方式中，图20和/或21中的卸载循环可以包括回流换热器，如贯穿本公开在示例中更详细描述的。这样的系统可以使用本文其它地方更详细描述的温度t1+、t1、t0+和t0来实施。
带有中间冷却的太阳辅助泵送热存储循环
在一些情形中，泵送热系统可以提供热源和/或冷源给其它设施或系统，诸如例如，通过与气体至液体(gtl)设施或脱盐设施共置。在一个示例中，gtl设施可以利用系统中的一个或多个冷储藏器(例如，在gtl设施中的氧分离中使用的罐9中的cts介质)和/或系统中的一个或多个热储藏器(例如，在gtl设施中的费希尔一特罗普希法中使用的罐6中的hts介质)。在另一示例中，泵送热系统中的一个或多个热储藏器或一个或多个冷储藏器可以被用于热脱盐方法的操作。可能的热和冷运用的进一步示例包括与建筑/区域加热和冷却系统的共置或热交换。
因此，在一些情形中，泵送热系统可以利用来自其它设施或系统的废热源和/或废冷源，诸如例如，通过与液态天然气输入或输出终端共置。例如，废冷源可以被用于冷却冷侧热存储介质22。在一些实施方式中，冷侧使用废冷的再装载可以与热侧热存储介质21通过外部热输入(例如，太阳能、燃烧、废热等)的再装载组合。在一些情形中，再装载存储介质然后可以在卸载循环中被使用，诸如例如，在图14或16中的卸载循环中被使用。在一些情形中，泵送热系统可以被用作具有作为热侧热输入的废热源和作为冷侧散热器的废冷源的热力发动机。在另一实施方式中，热侧存储介质可以使用图15中所示的循环的修改版本进行再装载，其中温度t0约为室温并且
带有专用压缩机/涡轮机对的泵送热系统
在本公开的进一步的方面中，提供包括多个工作流体系统或工作流体流动路径的泵送热系统。在一些情形中，在装载和卸载模式中的泵送热系统部件可以是相同的。例如，在装载和卸载循环中可以使用相同的压缩机/涡轮机对。可替选地，在装载和卸载模式之间，一个或多个部件可以不同。例如，在装载和卸载循环中可以使用分开的压缩机/涡轮机对。在一个实施方式中，系统可以具有一组热交换器和公共组的hts和cts罐，所述公共组的hts和cts罐被两对或组的压缩机和涡轮机装载或卸载。在另一实施方式中，系统具有公共组的hts和cts罐，但是具有分开组的热交换器和分开组的压缩机和涡轮机。
作为涡轮机械在装载和卸载模式中的大和/或不同温度范围上的运行的结果，带有回流换热的泵送热系统、外部热源的利用、冷和/或废热/冷可以得益于具有分开的压缩机/或涡轮机对。例如，装载和卸载循环之间的温度改变可以导致热调节期或者在循环的过度期间的其它困难(例如，与冶金、热膨胀、雷诺数、温度依赖压缩比、尖端间隙和/或轴承摩擦等相关的问题或因素)。在另一示例中，涡轮机械(例如，在具有回流换热的系统中使用的涡轮机械)在压缩和膨胀期间可以在相对低的压力比上(例如，以相对少的压缩阶段)但是在相对大的温度上运行。温度范围可以在装载和卸载模式之间改变(例如，如图17和18中切换)。在一些情形中，在压缩和/或膨胀期间在大的温度范围上操作可能使用于装载和卸载的组合压缩机/涡轮机的设计复杂化。此外，回流换热、废热/冷合并和/或其它泵送热系统特征可以减小装载循环和/或卸载循环中压缩机/涡轮机的压缩比，由此减小与重复压缩机/涡轮机组相关的成本。
图22和23示出泵送热系统，其具有用于装载模式c和卸载模式d的分开的压缩机1/涡轮机3对。分开的压缩机/涡轮机对可以或可以不被聚集在共同的机械轴上。在该示例中，压缩机/涡轮机对c和d可以具有分开的轴10。轴10可以以相同的速度或不同的速度旋转。分开的压缩机/涡轮机对或工作流体系统可以或可以不共享热交换器(例如，热交换器2和4)。
在图22中的示例中，系统具有公共组的hts罐6和7以及cts罐8和9。系统具有分开对的热交换器2和4以及分开的压缩机1/涡轮机3对用于装载模式c和卸载模式d。用于装载循环的hts和cts存储介质流动路径被示出为黑实线。用于卸载循环的hts和cts存储介质流动路径被示出为灰虚线。
在图23中的示例中，在装载构造中示出的系统具有至少一组热交换器2和4以及公共组的hts罐6和7及cts罐8和9。hts和cts罐通过压缩机/涡轮机组c装载，或者通过压缩机/涡轮机组d卸载，每个组包括压缩机1和涡轮机3。系统可以使用阀83在组c和d之间切换。在图22中的示例中，再次在装载构造中示出的系统具有公共组的hts罐6和7以及cts罐8和9。hts和cts罐可以被装载组c装载，装载组c包括第一组的热交换器2和4、压缩机1和涡轮机3。通过切换到分开的卸载组c，hts和cts罐可以被卸载，卸载组c包括第二组的热交换器2和4、压缩机1和涡轮机3。
在一个示例中，如果图22和23中的装载和卸载组的压缩机和涡轮机不同时运行，则装载和卸载组可以共享共用组的热交换器，所述共用组的热交换器使用阀83在涡轮机械对之间切换。在一个示例中，如果图22和23中的装载和卸载涡轮机械组或对同时运行，(例如，为了使一组在间歇发电时装载，并且同时另一组在加载时卸载)，则每一组涡轮机械可以具有专用的热交换器组。在该情形中，装载和卸载组可以共享或不共享一组hts和cts罐。
在一些实施方式中，分开的压缩机/涡轮机组或对可以被有利地使用在泵送热系统中，所述泵送热系统以间歇和/或可变电力输入的方式使用。例如，第一压缩机/涡轮机组可以被使用在随着风和/或太阳能电力(例如，从风和/或太阳能电力系统输入的电力)的装载循环中，而第二压缩机/涡轮机组可以被使用在随着负载(例如，输出到电网的电力)的卸载循环中。在该构造中，放置在发电系统和负载之间的泵送热系统可以有助于在输入和/或输出功率要求中的平稳变化/波动。
混合动力泵送热系统
根据本公开的另一方面，泵送热系统可以通过另外的能量转换处理而增强和/或被直接用作不带有能量存储的能量转换系统(即，用作发电系统)。在一些示例中，这里的泵送热系统可以被修改以允许使用天然气、化石燃料、石油气(例如丙烷/丁烷)、二甲醚、燃料油、木屑、填埋气体、己烷、烃或用于向工作流体循环的热侧上的工作流体添加热的任何其他可燃物质(例如化石燃料或生物质)和在工作流体循环的冷侧上用于从工作流体移除热量的冷侧散热器(例如水)的直接发电。
图24和25示出以生成模式构造的泵送热系统。在一些示例中，这里的泵送热系统可以通过以下方式修改，即通过添加两个另外的热交换器40和41，四个另外的阀19a、19b、19c和19d，散热器42(例如，水冷却系统；来自诸如河流、湖泊或水库的淡水存储库的水；来自诸如海或海洋的盐水储存库的盐水；使用散热器、风扇/鼓风机、对流的空气冷却；或诸如地面/土壤、冷空气等的环境散热器)以及热源43(例如，具有燃料-氧化剂混合物的燃烧室)。热源43可以与所述两个另外的热交换器中的第一个热交换器40交换热，并且散热器42可以与所述两个热交换器中的第二个热交换器41交换热。热源43可以用于与工作流体20交换热。
热源43可以是燃烧热源。在一些示例中，燃烧热源可以包括用于燃烧可燃物质(例如化石燃料、合成燃料、城市固体废物(msw)或生物质)的多个燃烧室。在一些情形中，燃烧室可以与热交换器40分开。在一些情形中，热交换器40可以包括燃烧室。热源43可以是废热源，诸如例如，来自电站、工业过程(例如，熔炉排气)的废热。
在一些实施例中，太阳能加热器、燃烧热源、废热源或者其任一组合可以被用于加热热侧热存储流体和/或工作流体。在示例中，工作流体可以被使用这些热源中的任一种来直接加热。在另一示例中，热侧热存储流体(或者hts介质)可以被使用这些热源中的任一种来加热。在另一示例中，热侧热存储流体(或者hts介质)可以被使用这些热源中的任一种来与工作流体并行加热。
图24和25中的泵送热系统可以被运行为混合系统。例如，阀19a、19b、19c和19d可以被用于在两个模式之间切换。当阀处在第一位置中时，系统可以运行为泵送热存储系统(例如，在装载/卸载模式中的闭式系统)。在该构造中，工作流体20(例如，氩或空气)可以与热侧热交换器2中的hts介质(例如，熔融盐)和与冷侧热交换器4中的cts介质(例如，己烷)交换热。当阀处在第二位置中时，系统可以运行为发电系统(例如，在装载/卸载模式中的开式系统)。在该构造中，可以绕过热交换器2和4，并且工作流体20可以与热侧热交换器40中的燃烧室43和与冷侧热交换器41中的散热器42交换热。这里关于泵送热系统所描述的热传递过程(例如，在热交换器中的热传递)的构造和/或设计的任何描述也可以被应用到混合动力泵送热系统，并且反之亦然。例如，散热器42、热源43、热交换器40和41和/或在冷侧和/或热侧上转移的热的量可以被构造成使与热传递过程相关的熵生成降低或最小化和/或使系统效率最大化。
在一些实施方式中，混合系统可以同时在存储和生成模式中运行。例如，阀19a、19b、19c和19d可以被构造成允许到热交换器40和41的工作流体流量与到热交换器2和4的工作流体流量之间的给定分配。可替选地，混合系统可以唯一地在存储模式中或唯一地在生成模式中运行(例如，作为天然气调峰厂)。在一些情形中，模式之间的分配可以基于系统效率、可用电力输入(例如，基于可用性)、期望的电力输出(例如，基于载荷需求)等来选择。例如唯一地在生成模式中运行的理想系统(例如，假设等熵压缩和膨胀过程、理想热传递过程)的热效率可以是经历理想布雷顿循环的工作流体的热效率。在一些示例中，本公开的混合系统(例如，排他和/或分配模式运行)的热效率可以是至少约10％，至少约20％，至少约30％，至少约40％，至少约50％，至少约60％或更多。
热源43可以被用于与hts介质(例如，熔融盐)交换热。例如，燃烧热源43可以被用于加热hts介质21。在一些情形中，替代使用燃烧热源43在热交换器40中交换热或者直接在来自燃烧热源的烟气和工作流体之间交换热，燃烧热源43可以被用于加热两个hts罐7和6之间的hts介质21。
图26是通过热源43(例如，燃烧热源、废热源)加热的在泵送热循环中热侧再装载的示意性流动图。在示例中，热源43是废热源，诸如来自冶炼厂或其他加工厂的废热源。在示例中，热源43从燃烧天然气获得以便确保电的输送，即使泵送热系统用完装载的存储介质。例如，使用热源43对热侧存储介质再装载可以相对于使用电或其它手段的再装载提供优势(例如，此时电的价格可能很高)。热源43可以被用于将hts介质21从温度罐7中的t1加热到罐6中的温度t1+。hts介质然后可以被用于cfx2中与卸载循环(诸如例如，图20和21中的卸载循环)中的工作流体交换热。
在一些实施例中，诸如例如，当cts介质是可燃物质诸如化石燃料(例如，己烷或庚烷)时，存储在cts罐(例如，罐8和9)中的cts介质的燃烧可以用于提供热能，用于加热例如在图26中所示的hts介质，或者用于例如在图24和25中所示的构造中的循环的运行。
本公开的系统能够在电力仅存储循环(包括与hts介质和在室温以下的cts介质转移热)和在热力发动机到环境循环中运行，其中，在卸载模式中，热从hts介质输入到工作流体并且被排放到室温环境而不是cts介质。这种能力可以使得能使用利用可燃物质加热hts(例如，如在图26中所示)或者使用太阳能加热hts(例如，如在图19中所示)。向环境的热排放可以使用例如图20和21中的卸载循环来实施。在一些情形中，热可以通过its介质61或中间介质62的辅助被排放到环境。
本公开的方面可以被协同地组合。例如，能够在电仅存储循环中和在热力发动机到环境循环中运行的系统可以包括回流换热器。关于没有回流换热器的这样的混合系统的任何描述可以至少在一些构造中被容易地应用到具有回流换热器的混合系统中。在一些情形中，混合系统可以被使用例如图24中的并行阀构造来实施。例如，图20和21中的逆流热交换器4可以被实施为分开的逆流热交换器67用于与周围环境交换热，并且可以被用于与本公开的冷侧逆流热交换器4组合。
在一些实施方式中，这里的系统可以被构造成能够使用共用组的阀和管来在本公开的不同循环之间切换。例如，系统可以被构造成在电仅装载循环(诸如例如在图15中所示)、电仅卸载循环(诸如例如在图16中所示)和热力发动机到环境循环(诸如在图21中所示)之间切换。
具有压力调节功率控制的泵送热系统
在本公开的方面中，泵送热系统中的工作流体的压力可以被控制成实现功率控制。在示例中，在装载模式中提供到闭式系统的功率和/或在卸载和/或生成模式中从闭式系统提取的功率(例如，使用轴10的功率输入/输出)与循环工作流体的摩尔或质量流量成比例。质量流量与密度、面积和流量成比例。流量可以被保持固定以便获得固定的轴速度(例如，分别根据60和50hz的电力网要求的3600rpm或3000rpm)。因而，在工作流体的压力改变时，质量流量和功率可以改变。在示例中，在质量流量在卸载和/或生成模式中增大时，更多的负载应被添加到系统以维持旋转轴的恒定速度，并且反之亦然。在另一示例中，如果在卸载和/或生成模式中的运行期间负载被减小，则减小的负载可以使轴速度增大，因而增大质量流量。对于一些时间段，在存储在热交换器自身的热容中的热被耗散之前，该增大的质量流量可能导致输送功率的增大，进而增大轴速度。轴速度和功率可以不受控制地持续增大，导致旋转轴的失控。在一些示例中，压力调节可以通过根据系统要求调节循环工作流体的量(例如，密度)来实现控制，并且因而实现失控的稳定化。在轴速度(和附接到轴的涡轮机械，诸如涡轮机)开始失控的示例中，控制器可以减小循环工作流体的质量(质量流量)以便降低输送的功率，进而降低轴速度。压力调节也可以允许质量流量响应于负载的增大而增大。在这些情形中的每一个中，hts和cts介质通过热交换器的流量可以被匹配到经过热交换器的工作流体的热容。
在一些示例中，通过使用与闭式系统流体连通的辅助工作流体罐，闭式系统中的工作流体压力可以被改变。在该构造中，通过使工作流体从闭式循环环回路转移到罐，可以降低功率输入/输出，并且通过使工作流体从罐转移到闭式循环环路，可以增大功率输入/输出。在示例中，当工作流体的压力增大时，因为减小的质量流量和较小的功率可以被输入到系统/被系统输出，结果较少的热可以在系统的热侧和冷侧上的热存储罐之间转移。
在工作流体的压力变化时，涡轮机械部件的压缩比可以维持大体上不变。在一些情形中，涡轮机械部件的一个或多个运行参数和/或构造(例如，可变的定子、轴速度)可以响应于工作流体压力的改变而被调节(例如，以实现系统的期望性能)。可替选地，一个或多个压力比可以响应于工作流体压力的改变而改变。
在一些情形中，相对于其它构造使用功率控制构造(例如，使用用于控制工作流体的流动的节流阀)，可以实现减小的成本和/或减小的寄生能耗。在一些示例中，在保持温度和流量恒定(或接近恒定)的同时工作流体压力的变化可以导致可以忽略的熵生成。在一些示例中，系统压力的增大或降低可能导致例如涡轮机械效率的改变。
图27示出具有压力校准功率控制的泵送热系统的示例。由于热交换器2和4和/或在罐6、7、8和9中的热侧和冷侧热存储介质的大的热容，系统的热侧和冷侧上的工作流体的温度可以维持恒定或接近恒定持续给定时间段，而无论工作流体质量流量如何。在一些示例中，通过热交换器2和4的hts和cts介质的流量依照工作流体的压力的改变而变化，以便在更长的时间段上保持热交换器和工作流体的温度最优。因而，压力可以被用于使系统中的质量流量变化。填充有工作流体20(例如，空气、氩或氩-氦混合物)的一个或多个辅助罐44可以与泵送热系统的热(例如，高压)侧和/或泵送热系统的冷(例如，低压)侧流体连通。在一些示例中，辅助罐可以与靠近压缩机1的入口和/或靠近压缩机1的出口的工作流体流体连通。在一些示例中，辅助罐可以与靠近涡轮机3的入口和/或靠近涡轮机3的出口的工作流体流体连通。在进一步的示例中，辅助罐可以与系统的一个或多个位置(例如，系统的高压侧上的一个或多个位置，或系统的低压侧上的一个或多个位置，或系统的高压和低压侧上的一个或多个位置)流体连通。例如，辅助罐可以与闭式循环的高压侧和低压侧上的工作流体流体连通。在一些情形中，可以在压缩机之后并且在涡轮机之前提供高压侧上的流体连通。在一些情形中，可以在涡轮机之后并且在压缩机之前提供低压侧上的流体连通。在一些情形中，辅助罐可以包含系统的高压和低压之间的压力的工作流体。辅助罐中的工作流体可以被用于增大或减小在热泵送系统的闭式循环中循环的工作流体20的量。通过使工作流体通过包含阀或质量流控制器46的流体路径从闭式循环环路的高压侧渗出到罐中，由此对罐44装载，可以减小在闭式循环环路中循环的工作流体的量。通过使工作流体通过包含阀或质量流控制器45的流体路径从罐渗出到闭式循环环路的高压侧中，由此将罐44卸载，可以增大在闭式循环环路中循环的工作流体的量。
通过改变工作流体的压力和通过调节分别通过热交换器2和4的热侧21和冷侧22热存储流体的流量，可以实施在更长时间上的功率控制。
在一些示例中，热存储介质21和/或22的流量可以被(例如，由控制器)控制以维持给定热交换器入口和出口的温度。在一些示例中，第一控制器可以被提供用于控制热存储介质的流量(例如，质量流量)，并且第二控制器可以被提供用于控制工作流体的质量流量(例如，通过控制质量、质量流量、压力等)。
具有压力包封的马达/发电机的泵送热系统
在本公开的另一方面中，提供具有压力包封的马达/发电机的泵送热系统。压力包封的马达/发电机可以被提供作为如下构造的替代，在所述如下构造中，轴(这里也称为“曲轴”)穿过工作流体容纳壁(其中，它可以被暴露到一个或多个相对高的压力差)以便连接到工作流体容纳壁外侧的马达/发电机。在一些情形中，轴可以在工作流体循环的低压部分中、在工作流体循环的高压部分中，或者在两者中被暴露到工作流体的压力和温度。在一些情形中，能够将曲轴所暴露到的压力阻止在工作流体容纳壁内侧的曲轴密封件可能难以制造和/或难以维持。在一些情形中，高压和低压环境之间的旋转密封件可能难以获得。因而，将压缩机和涡轮机联接到马达/发电机可能是具有挑战性的。在一些实施方式中，马达/发电机因此被完全放置在工作流体循环的低压部分内，使得外部压力容器或工作流体容纳壁可以不需要被穿过。
图28示出具有压力包围的发电机11的泵送热系统的示例。马达/发电机被包封在压力容器或工作流体容纳壁(如虚线所示)内，并且仅通过穿过压力容器的电引线49馈送。热绝缘壁48被添加在马达/发电机11和循环的低压部分中的工作流体之间。由于热绝缘壁两侧上压力相同(例如，热绝缘壁的两侧可以位于循环的低压部分中)，用于通过热绝缘壁实现充分密封的技术要求可以不那么严格。在示例中，低压值可以是约10atm。在一些情形中，马达/发电机可以适于在升高的周围压力的运行。另外的热绝缘壁50可以被用于在循环的高压部分中在压缩机1的出口和涡轮机3的入口之间创建密封件。在一些示例中，将马达/发电机放置在热泵送系统的冷侧上可能对马达/发动机的运行(例如，超导发电机的冷却)是有利的。
具有可变的定子压力比控制的泵送热系统
本公开的进一步方面涉及通过使用可变的定子控制泵送热系统的工作流体循环中的压力。在一些示例中，在涡轮机械部件中使用可变的定子可以允许工作流体循环中的压力比改变。通过在涡轮机械中具有可移动的定子可以实现可变的压缩比。
在一些情形中，泵送热系统(例如，图17和18中的系统)在装载和卸载循环中可以在相同的压缩比运行。在该构造中，在装载循环的区段38中和在卸载循环的区段39中热可以被排放(例如，到环境)，其中区段38中的热可以比区段39中的热在更低的温度转移。在可替选构造中，当在装载循环和卸载循环之间切换时，压缩比可以被改变。在示例中，可变的定子可以被添加到压缩机和涡轮机，因而允许压缩比被调整。使装载和卸载模式之间的压缩比改变的能力可以实现热仅在较低温度下被排放(例如，热可以在装载循环中的区段38被排放而不在卸载循环中的区段39中被排放)。在一些示例中，排放到环境的热中的较大部分(或全部)在较低温度下被转移，这可以增大系统的往返效率。
图29是压缩机/涡轮机对中的可变定子的示例。压缩机1和涡轮机3可以都具有可变的定子，使得每个的压缩比可以被调整。这样的调整可以增大往返效率。
压缩机和/或涡轮机可以(每个)包括一个或多个压缩级。例如，压缩机和/或涡轮机可以具有沿着它的圆周分布的多行重复特征。每个压缩级可以包括一行或多个行特征。行可以被以给定顺序布置。在一个示例中，压缩机1和涡轮机3每个包括顺序的多个入口引导叶片51、第一多个转子52、多个定子53、第二多个转子52和多个出口引导叶片54。每一多个特征可以被沿着压缩机/涡轮机的圆周成行布置。定子53的构造(例如，方向或角度)可以被改变，如在图29中所示。
压缩机/涡轮机对可以被匹配。在一些情形中，压缩机的出口压力可以约与涡轮机的入口压力相同，并且压缩机的入口压力可以约与涡轮机的出口压力相同；因而，跨涡轮机的压力比可以与跨压缩机的压力比相同。在一些情形中，入口/出口压力和/或压力比可以相差给定量(例如，系统中的压降的量)。压缩机和涡轮机上的可变的定子的使用可以允许压缩机和涡轮机在压缩比被改变时维持匹配。例如，使用可变的定子，在压缩比被改变时，压缩机和涡轮机的运行可以维持在合适的运行条件内(例如，在给定范围内或者在它们的相应的运行映射上的给定点处)。在给定范围内或在涡轮机械运行图上的给定点处的运行可以允许涡轮机械的效率(例如，等熵效率)并且使往返存储效率被维持在期望的范围内。在一些实施方式中，可变的定子的使用可以与用于改变压缩比的其它方法(例如，可变的轴旋转速度、涡轮机械阶段的绕过、齿轮、功率电子等)相组合。
包括泵送热系统子单元的泵送热系统单元
本公开的进一步方面涉及通过建立包括泵送热系统子单元的复合泵送热系统单元在从最大装载/功率输入到最大卸载/功率输出的全范围上控制装载和卸载率。在一些示例中，泵送热系统可以具有分别在最大功率输入和/或输出(例如，最大功率输入和/或最大功率输出)的0％以上的最小功率输入和/或输出(例如，最小功率输入和/或最小功率输出)。在这样的情形中，单个单元自身可以能连续地从最小功率输入变到最大功率输入和从最小功率输出变到最大功率输出，但是不能连续地从最小功率输入变到最小功率输出(即，从最小功率输入到零功率输入/输出，并且从零功率输入/输出到最小功率输出)。连续从最小功率输入变到最小功率输出的能力可以使系统能连续地从最大功率输入变到最大功率输出。例如，如果输出功率和输入功率在运行中可以减小直至零，则系统可以能够使跨从最大输入(例如，用作电网上是负载)到最大输出(例如，用作电网上的发电机)的范围消耗或供应的功率连续地改变。这样的功能可以增大泵送热系统的连续可变范围(例如，多于两倍)。增大泵送热系统的连续可变范围可以是有利的，例如，当连续可变功率范围被用作用于确定电网资产的价值的度量时。此外，这样的功能可以使本公开的系统遵循可变的负载、可变的发电、间歇发电或者其组合。
在一些实施方式中，包括多个泵送热系统子单元的复合泵送热系统单元可以被使用。在一些情形中，每个子单元可以具有在0％以上的最小功率输入和/或输出。功率从最大功率输入到最大功率输出的连续变化可以包括组合给定量的子单元。例如，可能需要适当(例如，足够大的)数目的子单元来实现连续变化。在一些示例中，子单元的数目可以是至少约2、5、10、20、30、40、50、100、200、500、750、1000等。在一些示例中，子单元的数目是2、5、10、20、30、40、50、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950、1000或更多。每个子单元可以具有给定的功率容量。例如，每个子单元可以具有的功率容量小于复合泵送热系统的总功率容量的约0.1％，小于约0.5％，小于约1％，小于约5％，小于约10％，小于约25％，小于约50％，或小于约90％。在一些情形中，不同的子单元可以具有不同的功率容量。在一些示例中，子单元具有约10kw、100kw、500kw、1mw、2mw、5mw、10mw、20mw、50mw、100mw或更多的功率容量。功率从最大功率输入到最大功率输出的连续变化可以包括分开控制每个子单元的功率输入和/或输出(例如，功率输入和/或功率输出)。在一些情形中，子单元可以被在相反的方向上运行(例如，一个或多个子单元可以在功率输入模式中运行而一个或多个子单元可以在功率输出模式中运行)。在一个示例中，如果泵送热系统子单元可以分别在最大输入和/或输出直至最大功率输出和/或输出的约50％之间连续变化，则三个或更多个这样的泵送热系统子单元可以被组合成能够从最大输入功率连续变化到最大输出功率的复合泵送热系统单元。在一些实施方式中，复合泵送热系统可以不具有在最大输入功率和最大输出功率之间的完全连续范围，但是与非复合系统相比在该范围中可以具有增大数目的运行点。
包括能量存储系统子单元的能量存储系统单元
本公开的进一步方面涉及通过建立包括能量存储系统子单元的复合能量存储系统单元在从最大装载/功率输入到最大卸载/功率输出的全范围上控制装载和卸载率。在一些示例中，能量存储系统可以具有分别在最大功率输入和/或输出(例如，最大功率输入和/或最大功率输出)的0％以上的最小功率输入和/或输出(例如，最小功率输入和/或最小功率输出)。在这样的情形中，单个单元自身可以能连续地从最小功率输入变到最大功率输入和从最小功率输出变到最大功率输出，但是不能连续地从最小功率输入变到最小功率输出(即，从最小功率输入到零功率输入/输出，并且从零功率输入/输出到最小功率输出)。连续从最小功率输入变到最小功率输出的能力可以使系统能连续地从最大功率输入变到最大功率输出。例如，如果输出功率和输入功率在运行中可以减小直至零，则系统可以能够使跨从最大输入(例如，用作电网上是负载)到最大输出(例如，用作电网上的发电机)的范围消耗或供应的功率连续地改变。这样的功能可以增大能量存储系统的连续可变范围(例如，多于两倍)。增大能量存储系统的连续可变范围可以是有利的，例如，当连续可变功率范围被用作用于确定电网资产的价值的度量时。此外，这样的功能可以使本公开的系统遵循可变的负载、可变的发电、间歇发电或者其组合。
在一些实施方式中，包括多个能量存储系统子单元的复合能量存储系统单元可以被使用。在一些示例中，可以使用具有可以得益于复合构造的功率输入/输出特性的任何能量存储系统。在一些示例中，具有可以得益于复合构造的功率输入/输出特性的系统可以包括各种功率存储和/或发电系统，诸如例如，天然气或组合循环发电厂、燃料电池系统、蓄电池系统、压缩空气能量存储系统、泵送水力发电系统等。在一些情形中，每个子系统可以具有0％以上的最小功率输入和/或输出。功率从最大功率输入到最大功率输出的连续变化可以包括组合给定量的子单元。例如，可能需要适当(例如，足够大的)数目的子单元来实现连续变化。在一些示例中，子单元的数目可以是至少约2、5、10、20、30、40、50、100、200、500、750、1000等。在一些示例中，子单元的数目是2、5、10、20、30、40、50、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950、1000或更多。每个子单元可以具有给定的功率容量。例如，每个子单元可以具有的功率容量小于复合能量存储系统的总功率容量的约0.1％，小于约0.5％，小于约1％，小于约5％，小于约10％，小于约25％，小于约50％，或小于约90％。在一些情形中，不同的子单元可以具有不同的功率容量。在一些示例中，子单元具有约10kw、100kw、500kw、1mw、2mw、5mw、10mw、20mw、50mw、100mw或更多的功率容量。功率从最大功率输入到最大功率输出的连续变化可以包括分开控制每个子单元的功率输入和/或输出(例如，功率输入和/或功率输出)。在一些情形中，子单元可以被在相反的方向上运行(例如，一个或多个子单元可以在功率输入模式中运行而一个或多个子单元可以在功率输出模式中运行)。在一个示例中，如果能量存储系统子单元可以分别在最大输入和/或输出直至最大功率输出和/或输出的约50％之间连续变化，则三个或更多个这样的能量存储系统子单元可以被组合成能够从最大输入功率连续变化到最大输出功率的复合能量存储系统单元。在一些实施方式中，复合能量存储系统可以不具有在最大输入功率和最大输出功率之间的完全连续范围，但是与非复合系统相比在该范围中可以具有增大数目的运行点。
控制系统
本公开提供计算机控制系统(或控制器)，其被编程以实施本公开的方法。图30示出计算机系统1901(或控制器)，其被编程或以其它方式构造成调节这里公开的能量存储和/或检索(retrieva)系统的各种处理参数。这样的处理参数可以包括温度、流量、压力和熵变。
计算机系统1901包括中央处理单元(cpu，这里也称“处理器”和“计算机处理器”)1905，其可以是单核或多核处理器，或者用于并行处理的多个处理器。计算机系统1901也包括存储器或存储位置1910(例如随机存取存储器、只读存储器、闪存)、电子存储单元1915(例如，硬盘)、用于与一个或多个其它系统通信的通信接口1920(例如，网络适配器)和外设装置1925，诸如高速缓存、其他存储器、数据存储和/或电子显示适配器。存储器1910、存储单元1915、接口1920和外设装置1925通过通信总线(实线)诸如母板与cpu1905通信。存储单元1915可以是用于存储数据的数据存储单元(或数据存储库)。借助于通信接口1920，计算机系统1901可以被可操作地联接到计算机网络(“网络”)1930。网络1930可以是因特网，内联网和/或外联网，或者与因特网通信的内联网和/或外联网。网络1930在一些情形中是远程通信和/或数据网络。网络1930可以包括一个或多个计算机服务器，其可以实现分布式计算，诸如云计算。网络1930，在一些情形中在计算机系统1901的帮助下，可以实施对等网络，所述对等网络可以使联接到计算机系统1901的装置表现为客户机或服务器。
计算机系统1901被联接到如上或本文其它地方描述的能量存储和/或恢复系统1935。计算机系统1901可以被联接到系统1935的各种单元运行，诸如流量调节器(例如，阀)、温度传感器、压力传感器、压缩机、涡轮机、电开关和光伏模块。系统1901可以被直接联接到系统1935或者是系统1935的一部分，或者通过网络1930与系统1935通信。
cpu1905可以执行一系列的机器可读指令，所述机器可读指令可以被嵌在程序或软件中。指令可以被存储在存储位置诸如存储器1910中。cpu1905执行的操作的示例可以包括读取、解码、执行和回写。
继续参考图30，存储单元1915可以存储文件，诸如驱动程序、函数库和保存的程序。存储单元1915可以存储器由用户生成的程序和记录的会话，以及与程序相关联的输出。存储单元1915可以存储用户数据，例如，用户偏好和用户程序。计算机系统1901在一些情形中可以包括一个或多个另外的数据存储单元，所述一个或多个另外的数据存储单元在计算机系统外部，诸如位于通过内联网或因特网与计算机系统1901通信的远程服务器上。
计算机系统1901可以通过网络1930与一个或多个远程计算机系统通信。例如，计算机系统1901可以与用户(例如，操作员)的远程计算机系统通信。远程计算机系统的示例包括个人计算机、平板电脑、电话、智能手机或者个人数字助理。用户可以通过网络1930访问计算机系统1901。
这里所述的方法可以通过机器(例如，计算机处理器)可执行代码来实施，所述机器可执行代码被存储在计算机系统1901的电子存储位置上，诸如例如，在存储器1910或电子存储单元1915上。机器可执行或机器可读代码可以被以软件的形式提供。在使用期间，代码可以被处理器1905执行。在一些情形中，代码可以被存储单元1915检索并且存储在存储器1910上以便于处理器1905访问。在一些情形中，电子存储单元1915可以被排除，并且机器可执行指令被存储在存储器1910上。
代码可以被预编译并且被构造用于与具有适于执行代码的处理器的机器使用，或者可以在运行时间期间被编译。代码可以被提供在程序语言中，所述程序语言可以被选择成使得代码能够以预编译或随编译(as-compiled)方式执行。
这里提供的系统的方法的方面，诸如计算机系统1901，可以嵌在程序设计中。技术的各个方面可以被看做“产品”、“制造品”，通常呈被承载或嵌在一种机器可读介质中的机器(或处理器)可执行代码和/或关联数据的形式。机器可执行代码可以被存储在电子存储单元上，诸如在存储器(例如，只读存储器，随机读取存储器、闪存)或硬盘上。“存储”型介质可以包括计算机、处理器等的任何或全部有形存储器或其相关联的模块，诸如各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器等，它们可以为软件编程随时提供非暂时性存储。软件的全部或部分有时可以通过因特网或各种其它远程通信网络通信。这样的通信，例如，可以使得软件可以从一个计算机或处理器加载到另一个计算机或处理器，例如从管理服务器或主计算机加载到应用服务器的计算机平台中。因而，能承载软件元件的另一类型的介质包括光波、电波和电磁波，诸如通过有线和光纤固定电话网络以及各种空中通讯线路，跨本地装置之间的物理接口使用。携带这样的波的物理元件，诸如有线或无线通讯线路、光学通讯线路等，可以可以被当做承载软件的介质。如这里使用的，除非限制到非暂时性的、有形的“存储”介质，术语诸如计算机或机器“可读介质”指参与提供指令到处理器用于执行的任何介质。
因此，机器可读介质，诸如计算机可执行代码，可以采取许多形式，包括但不限于有形存储介质、载波介质或物理传送介质。非易失性存储介质包括，例如，光盘或磁盘，诸如在任何计算机等中的任何存储装置，诸如可以被用于实施附图中所示的数据库等。易失性存储介质包括动态存储器，诸如这样的计算机平台的主存储器。有形传输介质包括同轴线缆；铜线和光纤，包括其中包含计算机系统内的总线的线。载波传输介质可以采取电信号或电磁信号的形式，或者诸如在射频(rf)和红外线(ir)数据通信期间生成的声波和光波。计算机可读介质的常见形式因此包括例如：软盘，软盘，硬盘，磁带，任何其他磁介质，cd-rom，dvd或dvd-rom，任何其他光学介质，穿孔卡纸带，具有孔图案的任何其他物理存储介质，ram，rom，prom和eprom，flash-eprom，任何其他存储器芯片或盒式磁带，传输数据或指令的载波，传送这种载波的线缆或链路，或计算机可以从其读取的编程代码和/或数据的任何其他介质。在携带一个或多个指令的一个或多个序列到处理器用于执行时，涉及这些形式的计算机可读介质中的多个。
iii.说明性泵控制系统及方法
图31示出了在布雷顿循环热力发动机中实施的示例性泵控制系统。热力发动机可以是可逆的(即作为热泵运行)并且可以采取本文描述的其他热力发动机和/或可逆热力发动机的形式，并且可以包括除图示中所示的那些之外的附加部件。流体路径如图所示，并且给定流体路径中的流体的流动方向由一个或多个箭头指示。流体、部件和/或流体路径中的每个可以与先前描述的闭合循环(例如布雷顿循环)元件相同或相似，比如工作流体20、压缩机1、热侧热交换器2、涡轮机3、冷侧热交换器104、hts介质21、hts罐7、hts罐6、cts介质22、cts罐8和cts罐9。图31仅是说明性的，并且可以存在其他流体、部件和/或流体路径。一些部件比如热侧或冷侧热交换器或罐可以用具有类似热目的的其他部件替换。
热力发动机可包括发电机/电动机101，其可产生电力并将部分或全部所产生的电力分配给电网系统，包括本地、市政、区域或国家电网。当热力发动机处于发电模式(即卸载模式)时，发电机/电动机101实际上也可以仅称为发电机，因为它可以主要或完全用作产生电力的设备。如图所示的发电机/电动机101可包括交流发电机、高速交流发电机和/或电力电子设备(例如电力频率转换电子设备)，用于管理、转换和/或修改所产生和/或分配的功率的电相、电压、电流和频率。发电机/电动机101可以机械地联接到压缩机103和涡轮机105。压缩机103和涡轮机105可以通过一个或多个轴123联接到发电机/电动机101。可替代地，压缩机103和涡轮机105可以通过一个或多个齿轮箱和/或轴联接到发电机/电动机101。热力发动机可具有热侧103和冷侧127。
热力发动机可包括在热侧103上的热交换器107，其联接在压缩机103的下游和涡轮机105的上游。在热交换器107内，流通通过涡轮机械流体路径的工作流体可接触热流体。工作流体的非限制性示例包括空气、氩气、二氧化碳或气体混合物。优选地，热流体可以是熔盐。热交换器107可以是逆流热交换器。热存储容器(“hsc”)113可以联接到热交换器107，并且泵102可以将热流体从hsc113泵送通过热交换器107且进入冷存储容器(“csc”)115。如图所示，泵102连接在hsc113和热交换器107之间；然而，泵102可以连接在热流体路径中的任何地方，包括在热交换器107和csc115之间。另外，泵102可以是变速泵和/或是一个或多个泵。此外，如本文所使用，热存储和冷存储用于反映可共享共同的热存储介质的存储容器之间的相对温度，并且不一定指的是热力发动机或热泵的热侧103或冷侧127内的位置。
热力发动机可包括冷侧127上的热交换器109，其联接在压缩机103的上游和涡轮机105的下游。在热交换器109内，流通通过涡轮机械的工作流体可接触第二热流体，其可能与第一热流体不同。优选地，工作流体可以是烷烃，比如己烷。热交换器109可以是逆流热交换器。csc119可以联接到热交换器109，泵104可以将来自csc119的第二热流体泵送通过热交换器109并进入hsc117。如图所示，泵104连接在csc119和热交换器109之间；然而，泵104可以连接在第二热流体路径中的任何位置，包括在热交换器109和hsc117之间。另外，泵104可以是变速泵和/或可以是一个或多个泵。排热装置121(例如冷却塔)可以连接到hsc117，并且第二热流体可以流通通过排热装置121。排热装置121可以用于将第二热流体中的多余热量排出到另一介质比如大气中。
热力发动机可以包括一个或多个回热式热交换器(或“回热器”)，其可在工作流体的流通循环内的各个阶段的工作流体之间传递热量。优选地，回热器是逆流热交换器。作为图31中的热力发动机的说明性示例，示出了回热式热交换器111使压缩机103下游和热交换器107上游的工作流体与涡轮机105下游和热交换器109上游的工作流体热接触，最好是逆流。在热力发动机中可能没有回热式热交换器，或者在热力发动机中可能存在多于一个的回热式热交换器，并且一个或多个回热式热交换器可以位于除了在图31中所示的流通方案内示出的位置之外的替代位置处。
说明性系统中的每个热交换器可具有用于工作流体和热流体的相应入口和出口，或者在回热式热交换器的情况下，可存在用于在其流通内的各个阶段中的工作流体的相应入口和出口。对于每个热交换器，接近温度可被确定为在其从热交换器的出口处(或附近)的工作流体与在其到热交换器的入口处(或附近)的热流体之间的温度差。对于回热式热交换器，接近温度可被确定为在其从热交换器的出口处(或附近)的一个流中的工作流体与在其到热交换器的入口处(或附近)的另一个流中的工作流体之间的温度差。这些是非限制性示例，因为也可以确定其他接近温度；例如，接近温度可被确定为在其到热交换器的入口处(或附近)的工作流体与在其从热交换器的出口处(或附近)的热流体之间的温度差。
作为如图31所示的回收热力发动机的说明性示例，其中熔盐和己烷作为热流体，hsc113中的热侧热流体与csc115之间的温差可以是约275°。例如，hsc113中的热侧热流体的温度可以是约565℃，且csc115中的热侧热流体的温度可以是约290℃。csc119中的冷侧热流体与hsc117之间的温差可以是约95℃。例如，csc119中的冷侧热流体的温度可以是约-60℃，且hsc117中的冷侧热流体的温度可以是约35℃。对于诸如空气、氮气、氩气、氦气、其混合物或其他类似流体的工作流体，热交换器107和热交换器109的接近温度约为1、2、5、10或20℃可以是理想的，包括介于两者之间和超过的温度。
传感器可以位于整个热力发动机的各个位置处或热力发动机的外部。传感器可以配置为确定和/或报告系统内部或外部的一个或多个操作条件。在图31所示的示例性实施例中，温度传感器可以位于系统内部件的各个入口和出口处。说明性传感器示例如下：热流体入口温度传感器124；热流体出口温度传感器126；工作流体入口温度传感器122；工作流体出口温度传感器112；热流体入口温度传感器130；热流体出口温度传感器128；工作流体入口温度传感器116；工作流体出口温度传感器118；工作流体入口温度传感器120(压缩机120的下游)；工作流体入口温度传感器114(涡轮机105的下游)。作为说明性示例，操作条件可包括传感器读数(例如热流体入口温度)，和/或传感器读数的组合，和/或基于传感器读数的导出值(例如接近温度)。出于说明的目的，给定流段内的温度可被认为是恒定的，在流连接点之间没有热损失。例如，温度传感器114可以有效地反映涡轮机105的出口处和回热式热交换器111的入口处的工作流体的温度。在实际应用中，温度可以在这些点之间有效地恒定，对于本文描述的实施例的操作而言可以没有实质性变化，或者所示传感器可以反映流路径中的多个传感器(例如温度传感器114可以是两个温度传感器，一个位于涡轮机105的出口处，一个位于回热式热交换器111的入口处)。
可替代地或另外，确定和/或报告系统的一个或多个操作条件的其他类型的传感器可以位于整个所示系统中。例如，压力传感器134可确定并报告压缩机下游和涡轮机上游的工作流体压力，并且压力传感器132可确定并报告涡轮机下游和压缩机上游的工作流体压力。传感器136a可确定并报告涡轮机扭矩、涡轮机rpm、发电机扭矩和/或发电机rpm。如果轴123是公共轴而不是涡轮机105和压缩机103之间的分裂轴，则传感器136a还可以确定并报告压缩机扭矩和/或压缩机rpm。可替代地，传感器136b可确定并报告压缩机扭矩和/或压缩机rpm。传感器138可以连接到发电机/电动机101和其中包括的各个分立部件，比如交流发电机和/或电力电子设备。传感器138还可以连接到发电机/电动机101和发电机/电动机101正在向之供电的电网之间的电力链路。传感器138可确定并报告由发电机/电动机101和/或其相关的分立部件产生和/或分配的电流、电压、相位、频率和/或电功率量。传感器140可确定并报告电网的相位，并且传感器138和140可以一起或组合地确定并报告所产生的电功率与电网之间的相位差。
每个热流体泵102和104可以是变速泵并且分别连接到一个或多个控制装置，比如控制装置106和108。控制装置106和108可以配置成控制泵速，因此能够调节通过泵的热流体的流量，因此调节通过连接的热交换器比如热交换器107和109的热流体的流量。控制装置106和108可以是能够改变泵的泵送速度的任何实际装置，包括但不限于用于电驱动泵的电子速度控制器(例如可变电压电动机控制、可变电流电动机控制、pwm控制)和用于液压泵的液压控制系统。
控制装置106和108中的每一个可以与一个或多个控制器110a和110b通信。控制器110a和110b可以是单独的控制器，其中对控制装置106和108进行独立或协调控制。可替代地，控制器110a和110b可被认为是单个控制器，其中对一个或多个控制装置106和108进行控制。每个控制器110a和110b可以能够指示一个或多个控制装置106和108改变热流体泵102和104的泵速。例如，控制器110a可以能够发出指令来控制装置106将泵102的泵速增加或减少指定的量。控制器110a和110b可以是本领域已知的任何实际形式，包括工业控制系统中常用的那些，比如plc控制器。
控制器110a和/或110b中的每一个还可以与一个或多个传感器通信。为了清楚说明，图31中未示出每个控制器110a和110b与它们可与之通信的每个所示传感器之间的连接，但应该理解，控制器110a和110b中的每一个可以能够从相关传感器接收传感器数据。控制器110a和110b可以以任何实际形式(包括硬连线电数据通信、无线数据通信、光传输)或者通过本领域已知的其他形式与传感器通信并从传感器和/或中间源接收数据。
控制器110a和/或110b中的每一个可以能够将计算数据或从一个或多个传感器报告的数据与从一个或多个其他传感器报告的数据、历史传感器数据、内部设定点或其他比较器进行比较。例如，控制器110a和/或110b可以将热流体入口温度与给定热交换器处的工作流体出口温度进行比较，以确定热交换器的接近温度。另外，控制器110a和/或110b然后可以将接近温度与内部设定点进行比较。类似地，控制器110a和/或110b可以通过比较来自传感器138和140的报告数据来确定所产生的电功率和电网功率之间的相位差。
a.示例性基于温度的泵控制
可能需要控制热力发动机系统中的总热量及热量分布，以便最大化热效率，最大化发电或效率，和/或保持在热运行极限内。可以通过控制系统中的热流体的泵送速率来实现热控制。在一实施例中，可能希望控制热侧泵(例如熔盐泵102)以在发电(卸载模式)期间维持在相关热交换器的冷侧的恒定温差，即在流量计122和126处之间的温差。系统其余部分的波动可能导致工作流体携带不同量的热量进入热交换器。这些波动可以通过热交换器工作流体入口处的温度传感器测量，并且控制器可以指示熔盐的泵送速率的相应变化以维持热交换器的恒定接近温度。
使用图31中的图示，工作流体可以依次流通通过压缩机103、回热式热交换器111、热侧热交换器107、涡轮机105、再次通过回热式热交换器111(与先前流热逆流接触)、冷侧热交换器109并返回到压缩机103。其他变化是可能的，并且该流路径仅用于说明目的。附加部件可以包括在路径中，包括额外的热交换器、分支流、阀等。一些部件比如回热式热交换器可以处于不同的位置或不存在。发电机/电动机101可以由涡轮机105驱动并产生一定量的电功率，其可以分配给电网系统。泵102可以是由控制装置106控制的变速泵，比如泵电动机控制。泵102可以以可变的流量从热存储容器113泵送热流体比如熔盐，以与工作流体逆流的方式通过热交换器107，并进入冷存储容器115。温度传感器124和126可以分别确定并向控制器110a报告移动通过热交换器107的热流体的入口和出口温度。温度传感器122和112可以分别确定并向控制器110a报告移动通过热交换器107的工作流体的入口和出口温度。控制器110a可以基于由传感器报告的操作条件中的至少一个来指示控制装置106调节泵速。
在泵控制的一实施例中，工作流体携带进入热交换器107的热量的量可能由于系统的波动而变化。温度传感器122可以将进入的工作流体的温度报告给控制器110a。基于报告的温度，控制器110a可以指示控制装置106(因此泵102)更快、更慢或以相同的速率泵送。如果温度传感器122报告相对低的温度，则控制器110a可以增加泵102的泵速，以便向发电系统添加更多的热量。类似地，如果温度传感器122报告相对高的温度，则控制器110a可以降低泵102的泵速。
在另一实施例中，可能需要在一个或多个热交换器处维持接近恒定的接近温度。例如，在热交换器107处，温度传感器124和112可以报告热流体的入口温度和工作流体的出口温度。控制器110a可以将热交换器的接近温度确定为传感器124和传感器112处的读数之间的差值，并指示控制装置106(因此泵102)更快、更慢或以相同的速率泵送。如果接近温度是相对高的值，则控制器110a可以增加泵102的泵速以降低接近温度。类似地，如果接近温度是相对低的值，则控制器110a可以降低泵102的泵速以增加接近温度。
在其他实施例中，可以在热力发动机的冷侧设置泵控制。在热交换器109处，温度传感器116可以将进入的工作流体的温度报告给控制器110b。基于报告的温度，控制器110b可以指示控制装置108(因此泵104)更快、更慢或以相同的速率泵送。如果温度传感器116报告相对低的温度，则控制器110a可以降低泵104的泵速，以便从系统中移除较少的热量。类似地，如果温度传感器116报告相对高的温度，则控制器110b可以增加泵104的泵速。类似地，泵控制可以用于通过基于从温度传感器130和118报告的操作条件指示控制装置108调节泵速来维持热交换器109处的接近恒定的接近温度。
如前所述，控制器110a和110b可以是单独的控制器，其中对控制装置106和108进行独立或协调控制，或者是单个控制器，其中对一个或多个控制装置106和108进行控制。因此，控制器可以用于基于发电系统的操作条件调节泵102和104中的一个或两个的泵速。例如，如果温度传感器112、114、118或120中的任何一个正报告相对高的温度，则控制器110a和/或110b可以降低泵102的泵送速度以减少供应到工作流体的热量并增加泵104的泵送速度以增加从工作流体中移除的热量。类似地，如果温度传感器112、114、118或120中的任何一个正报告相对低的温度，则控制器110a和/或110b可以增加泵102的泵送速度以增加供应到工作流体的热量并降低泵104的泵送速度以减少从工作流体中移除的热量。
控制器110a和/或110b将其给控制装置的命令指令基于的操作条件不必限于热交换器107和109的入口和出口温度。例如，控制器可以监测回热式热交换器(比如热交换器111)处的工作流体温度，并且基于回热式热交换器处的操作条件指示控制装置调节泵速。
b.示例性基于压力的泵控制
如前所述，在发电模式期间，工作流体可以在流通系统内的不同位置处处于不同压力下。例如，工作流体在离开压缩机时将处于高压。压力传感器134可以确定并报告该压力。在涡轮机105中膨胀并做功之后，工作流体将处于低压，其可以由压力传感器132类似地确定和报告。为了稳定和/或调节系统，可能需要控制热流体的泵送速率以控制工作流体的压力和温度的小变化。例如，如果希望提高工作流体的压力，则控制器110a和/或110b可以增加热侧泵102的泵送速率和/或降低冷侧泵104的泵送速率。类似地，如果希望降低工作流体的压力，则控制器110a和/或110b可以降低热侧泵102的泵送速率和/或增加冷侧泵104的泵送速率。
c.示例性基于功率的泵控制
在其他实施例中，可能期望通过泵控制来控制发电的各方面。例如，控制器110a和/或110b可以监测操作条件，比如在传感器138处产生的功率量。通过改变发电系统中的总热量，控制器110a和/或110b可以用于稳定和/或调节系统。例如，控制器110a和/或110b可以增加或减少热侧泵102的泵送速率和/或增加或减少冷侧泵104的泵送速率。
在另一示例中，控制器110a和/或110b可以监测传感器138处产生的电功率与传感器140处的电网功率之间的相位差。相位差可以与正被传输到电网的对电网可用的产生的功率的分数相关。控制器110a和/或110b可以使用相位差来预测工作流体所需能量的变化，且因此预测冷热热流体的泵送速率的变化。
d.泵控制操作条件的附加示例
另外或可替代地，其他操作条件可以用作泵控制指令的基础。例如，传感器136a和/或136b单独或彼此结合地可以确定并报告涡轮机105、压缩机103和/或发电机电动机101处的扭矩读数。这些可以是包括幅度和相位的幅度读数和/或相量。另外或可替代地，传感器136a和/或136b单独或彼此结合地可以确定并报告涡轮机105、压缩机103和/或发电机电动机101的rpm值。任何操作条件可以形成控制器110a和/或110b调节泵的速度的基础。
e.说明性方法
图32示出了在诸如参考图31描述的系统中实施的泵控制的示例性方法。在152处，工作流体流通通过布雷顿循环系统，该系统至少包括第一热交换器(例如热侧热交换器)、涡轮机、第二热交换器(例如冷侧热交换器)和压缩机。在154处，以可变流量将第一热流体(例如熔盐)泵送通过第一热交换器。在该热交换器内，第一热流体与工作流体热接触。在156处，确定布雷顿循环系统的一个或多个操作条件并将其报告给控制器。操作条件可以包括和/或涉及但不限于在160处示出的那些，包括温度、压力、扭矩、rpm和功率。在158处，基于布雷顿循环系统的至少一个或多个操作条件来调节第一热流体的可变流量。调节第一热流体的可变流量可以包括指示泵送第一热流体的泵改变速度。
进一步的实施例包括确定第一热交换器的接近温度并且当接近温度高于第一值时增加泵速。另一实施例可以包括通过由涡轮机驱动的发电机产生一定量的电功率，将由发电机产生的电功率输送到电网系统，确定功率电网与产生的电功率之间的相位差，并且基于确定的相位差异，通过指示泵送第一热流体的泵改变速度来调节第一热流体的可变流量。另一实施例可以包括通过由涡轮机驱动的发电机产生一定量的电功率，将由发电机产生的电功率输送到电网系统，确定由发电机产生的电功率量，并且基于所产生的电功率量和期望的电功率量之间的差异，通过指示泵送第一热流体的泵改变速度来调节第一热流体的可变流量。另一实施例可包括将可变流量的第二热流体泵送通过第二热交换器，其中第一热流体与工作流体热接触，并且基于发电系统的至少一个或多个操作条件调节第二热流体的可变流量。
f.静态模式操作
返回参考图31，所示的热力发动机以发电(即卸载)模式示出。如关于例如图1-5和图13-18所讨论的，布雷顿循环系统可以在装载或卸载模式下操作，其中卸载模式通常与将存储的热能转换成大量电能以用于分配到电网或其他重要电力用户一致，装载模式通常与将大量热能存储在系统中以供以后使用一致。然而，布雷顿循环也可以在静态模式下操作，其中系统既不产生大量的电能也不存储大量的热能。
处于静态模式的非操作泵和/或涡轮机械将使得当热交换器以装载或卸载模式操作时，布雷顿循环热交换器中的温度分布与期望的温度分布显著不同。这种差异可能导致布雷顿循环系统上线的斜坡加速时间延长，并开始提供或接受能量。它还可能在温度变化时导致额外的热应力。有利地，泵控制可被实施为以非常低的速度运行泵以将热量“泄漏”到热交换器中或从热交换器“泄漏”以在热交换器中保持期望的温度分布，从而允许在装载或卸载模式下快速转换到最佳操作。例如，发电系统可以以静态模式操作，使得循环以足以使工作和/或热流体流通的水平操作，但是有效地不产生或产生可忽略不计的净电功率。在静态模式中，可以实施泵控制，以在系统中的一个或多个热交换器中维持期望的接近温度，使得当系统转换到例如卸载模式时，热交换器已经处于或接近工作温度。以这种方式，从静态到卸载模式的切换可能花费非常少的时间，例如小于1分钟，或小于5分钟，或小于10分钟。
iv.总结
尽管这里已经公开了各种方面和实施例，但是对于本领域的普通技术人员而言，其它方面和实施例将是显而易见的。这里公开的各种方面和实施例用于说明的目的并且不旨在是限制性的，真实的范围和精神由以下权利要求指示。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！