[发明专利]用于借助套环进行热量储存和释放的系统和方法

说明书

本发明涉及用于热量储存和回收的系统和方法，包括储存颗粒的至少一个固定床(2)。颗粒的固定床(2)包括障碍物(4)，例如套环，其设置在储存颗粒的固定床(2)的周边上，并且大致垂直于所述流体的循环流动(3)。本发明还涉及用于能量储存和回收的系统和方法，其使用所述热量储存和回收的系统和方法。

技术领域

本发明涉及通过被压缩气体，特别是空气的能量储存(CAES-压缩空气能量储存)领域。具体地，本发明涉及一种AACAES(先进绝热压缩空气能量储存)系统，其中，提供了气体的储存和所产生的热量的储存。

背景技术

在压缩空气能量储存(CAES)系统中，期望在以后使用的能量被存储为压缩空气。为了储存，能量，尤其是电能驱动空气压缩机，而为了释放(déstockage)，压缩空气驱动可能连接至发电机的涡轮机。这种解决方案的效率不是最佳的，因为压缩空气的部分能量以未被使用的热量的形式出现。实际上，在CAES方法中，仅使用了空气的机械能，即，在压缩时产生的所有热量都被排出。例如，在压缩过程中，8MPa(80巴，bar)下的压缩空气加热到约150℃，但在储存之前被冷却。此外，该系统需要加热所存储的空气以实现空气的膨胀。实际上，如果空气在8MPa(80巴)下且在环境温度下存储，并且如果希望通过膨胀来回收能量，则空气的减压再次遵循等熵曲线，但是这次是从初始储存条件(约8MPa和300K)开始。因此，空气冷却到不实际的温度(83K，即-191℃)。因此，需要对其进行加热，这可以使用气体燃烧器或其它燃料来完成。

目前，对于该系统存在几种变型。可以特别地提及以下系统和方法：

-ACAES(Adiabatic Compressed Air Energy Storage，绝热压缩空气能量储存)，其中，空气在由压缩导致的高温下储存。然而，这种类型的系统需要特定的储存系统，笨重(体积大)且昂贵(绝热储存)，

-AACAES(Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage，先进绝热压缩空气能量储存)，其中，空气在环境温度下存储，且由压缩导致的热量也分离地被存储在热量储存系统TES(Thermal Energy Storage，热能储存)中。存储在TES系统中的热量用于在膨胀之前加热空气。

对于热量储存系统TES考虑的第一解决方案在于使用允许存储由压缩产生的热量的传热流体，从而在借助热交换器膨胀之前将其释放到大气中。例如，专利申请EP-2,447,501描述了一种AACAES系统，其中，用作传热流体的油在闭合回路中循环以与空气热交换。此外，专利申请EP-2,530,283和WO-2011/053,411描述了一种AACAES系统，其中，通过在闭合回路中循环的传热流体来进行热交换，该闭合回路包括单个传热流体罐。

然而，在这些专利申请中描述的系统需要用于存储和循环传热流体的特定装置。此外，对于这些系统，所使用的热交换器产生显著的压降。

对于热量储存系统TES考虑的第二解决方案是基于静态储热的，(没有热量储存颗粒床或热传递流体的位移)。在这种情况下，热量储存装置可以由一个或多个热量储存颗粒的固定床构成。在充能时，热压缩气体流经热量储存装置。通过该气体与储存颗粒之间的换热，储存颗粒被加热，而压缩气体被冷却。同样地，当放能时，在储存颗粒与压缩气体之间产生的换热冷却了储存颗粒，并加热了压缩气体。储存颗粒的固定床通常通过保持结构保持在储存装置中，该保持结构可以直接是储存装置的壁，或者是安装在储存装置内部的结构。当对热量储存系统进行充能或放能时，除了在保持结构附近之外，固定床在与压缩气流正交的平面中的温度基本上是均匀的。实际上，壁的附近在介质的粒状结构中引起颗粒相对于壁的特定布置(边缘效应)。这种特殊的布置影响壁处气流的速度分布(速度布型)，并因此影响颗粒的温度分布(温度布型)。