[发明专利]超高温热能储存系统

说明书

提供了一种热能储存系统，其包括至少两个热储存块体，其中内部热储存块体(48)被包含在外部热储存块体(49)内。泵或压缩机(42)迫使可压缩流体围绕系统。第一热储存块体换热器(50)具有与泵或压缩机(42)流体连通的第一侧和与外部热储存块体(49)接触的第二侧。第二热储存块体换热器(51)具有与第一热储存块体换热器(50)的第一侧流体连通的第一侧以及与内部热储存块体(48)接触的第二侧。涡轮机(43)具有涡轮机出口和与第二储存块体换热器(51)的第一侧流体连通的涡轮机入口。发电机由涡轮机(43)驱动。该系统还包括包含热储存介质的热储存器(52)。至少一个热输入换热器(55)位于热储存器(52)中，至少一个热输入换热器具有适于从外部热储存块体(49)接收热量的第一侧和与热储存介质接触的第二侧。至少一个热输出换热器(53)也位于热储存器(52)中，至少一个热输出换热器具有与热水和/或供热源流体连通的第一侧和与热储存介质接触的第二侧。

发明领域

本发明涉及热能储存领域，并且更具体地，涉及一种用于在超过873K(600℃)的超高温下储存热能的系统。

发明背景

源自诸如太阳、风、海浪或潮汐的可再生资源的能量比源自化石燃料和类似物的能量具有显著的环境效益。不幸的是，从可再生能源中提取的能量和对该能量的需求会随着时间和地理位置的变化而变化。因此，需要能量储存来匹配发电与使用。迄今为止，电网规模的能量储存(grid-scale energy storage)一直受到低能量密度、长期性能退化、低的充放往返效率(round-trip efficiencies)或有限的部署位点的限制。虽然热储存已经得到使用，但由于热损失导致的能量密度低和发电效率不经济，这些使用被限制在较低的温度。

热能储存是一个完全可逆的过程，例如，在电化学储存方法中，不会看到在多次循环内有任何副产物和退化。到目前为止，热能储存一直被限制在约800K(527℃)的温度，这使得它在能量密度和从热到电的转换效率方面没有竞争力。因此，热能储存仅被广泛应用于收集热量以备后用。通过在超高温(即高于1100K(827℃))下将能量储存为热量，可使能量密度和转换效率提高到使电网规模的热储存在技术上和经济上都变得可行的程度。迄今为止，热储存的操作温度一直受到热损失的限制，热损失随着温度的升高而呈指数上升。

因此，本发明的目的是提供一种在超高温下操作的热能储存系统，其最小化和/或回收了热损失。

发明概述

根据本发明的第一方面，提供了一种热能储存系统，该热能储存系统包括：

至少两个热储存块体(thermal storage masses)，其中内部热储存块体被包含在外部热储存块体内；

泵或压缩机，其迫使可压缩流体围绕系统；

第一热储存块体换热器，其具有与泵或压缩机流体连通的第一侧和与外部热储存块体接触的第二侧；

第二热储存块体换热器，其具有与第一热储存块体换热器的第一侧流体连通的第一侧和与内部热储存块体接触的第二侧；

涡轮机，其具有涡轮机出口和与第二储存块体换热器的第一侧流体连通的涡轮机入口；和

由涡轮机驱动的发电机；

其中系统还包括：

包含热储存介质的热储存器；

位于热储存器中的至少一个热输入换热器，该至少一个热输入换热器具有适于从外部热储存块体接收热量的第一侧和与热储存介质接触的第二侧；以及

位于热储存器中的至少一个热输出换热器，该至少一个热输出换热器具有与热水和/或供热源流体连通的第一侧和与热储存介质接触的第二侧。

该系统还可以包括：