[发明专利]用于存储热能的装置

说明书

本发明涉及一种用于存储热能的装置，其具有三维构造的储热器。储热器包含用于存储热量的固体天然材料。储热材料由流体不可渗透的柔性层包围，使得储热材料至少以压力密封的方式相对于储热器的环境绝缘。提供了柔性覆盖层，其与流体不可渗透的柔性层联接，使得柔性覆盖层将表面力施加到流体不可渗透的柔性层上。结果，流体不可渗透的柔性层被表面地按压到储热材料上。柔性覆盖层（i）具有网状物的形式或（ii）以鳞状方式彼此重叠的金属片材板的形式构造。

技术领域

本发明涉及一种用于存储热能的装置。

背景技术

当供能电网涉及高比例的可再生能源（风能、太阳能、潮汐能等）时，可再生能源的中间存储越来越重视，目的是实现可再生能源的可用性与电网稳定性和消费者行为的要求之间的适当关系。

已知在已经产生电能之后，电能可以被转换成热能（热量）并且在储热系统中被置于中间存储器达有限的时间段。

存在已知的储热系统，其中固体材料用作存储材料，一示例是岩石或陶瓷或卵石。加热的流体、例如电加热的空气被用作传热介质并传送到储热系统。储热系统的固体存储材料被加热并用于临时能量存储。

相应地，为了从储热系统提取能量，将诸如空气的（冷）流体注入储热系统中并且在其中进行加热，然后将其引入转换器系统中。转换器系统将由流体（空气）从储热系统提取的热能转换成电能。

例如，借助于加热的空气，通过蒸汽回路并使用蒸汽涡轮机将所提取的热能转换为电能。

有竞争力的高效能量存储系统必须确保高的蒸汽参数（温度T、功率输出P）。这只有在利用高温存储热能的情况下才能实现。因此，用于存储的材料已暴露于大的温度波动、并且有时是快速的温度波动，并且因此必须承受所产生的应力（例如热应力和机械应力）。

已知用于存储的材料可以通过柔性的流体不可渗透层与储热系统的环境隔离/密封。例如，气密膜用于该目的，所述气密膜以保持储热系统内的压力/温度的方式布置。

由于与用于存储的材料紧密接触，该柔性的流体不可渗透层暴露于同样大的并且有时快速的温度波动，并且因此必须同样能够承受所产生的应力。

同时，该柔性的流体不可渗透层必须确保在储热系统的操作模式中所使用的总体积被保持，以便避免储热系统内的不期望的效应（例如，存储系统的体积内的不均匀的温度分布，或储热系统或其材料的内部中的不期望的通道的形成）。

由于流体不可渗透层的所期望功能，并且考虑到其柔性，有必要确保流体不可渗透层在操作期间以及因此在暴露于高压/高温时保持不可渗透。

如上所述，还必须确保流体不可渗透层保持与用于存储的材料紧密接触。

图7示出了如现有技术中构造的储热系统WSP的截面。储热系统WSP包括用于存储热量的固体天然材料MAT。储热材料MAT被柔性的流体不可渗透层FUS、膜以至少提供储热材料MAT与储热系统的环境和/或关于储热系统的周围环境的压力密封隔离的方式包围。

在储热系统WSP内，在下部区域中和中心区域中，储热材料MAT由限定形状的基础结构BST支撑，该基础结构BST例如可以包括蛭石或轻质混凝土（Ytong）。限定形状的基础结构BST本质上限定了储热材料MAT的形状和体积，并且因此附随地确定了热吸收、热输出以及储热系统WSP内部的温度分布。

在储热系统WSP内的上部区域中，储热材料MAT被布置在储热材料MAT和柔性流体不可渗透层FUS之间的绝热件DMG包围。绝热件DMG首先提供层FUS和储热材料MAT之间的紧密接触，并且其次确保储热材料MAT不损坏层FUS。

文献WO 2017/055475 A1公开了多个外层，其中有不可渗透的外膜，其可能具有补偿由于热材料的沉降而引起的尺寸变化的能力。