包括组合的加热和冷却机的热能储存系统及使用该热能储存系统的方法技术方案

本发明专利技术涉及热能储存系统，该热能储存系统包括能量储存器和内组合式加热和冷却机(15)，能量储存器(2)具有垂直温度梯度。内组合式加热和冷却机(15)适用于从能量储存器中取回具有第一温度的能量，而同时返回具有更高的第二温度的加热的能量以及具有更低的第三温度的冷却的能量。本发明专利技术还涉及用于使用所述热能储存系统的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热能储存系统及使用该热能储存系统的方法
本专利技术涉及包括能量储存器及内组合式加热和冷却机的热能储存系统，所述能量储存器具有垂直温度梯度。
技术介绍
现今电能主要通过基于涡轮机的发电进行供应。必须不断平衡给电网的电力供应以应对电网中累积的电力消耗和任何损耗。当存在不平衡时，电网的频率受到影响，使得相对于标准频率50Hz，生产过剩导致频率增加以及生产不足导致频率减小。通过允许发电频率的微小变化进行某些平衡。如果偏差过大，则电网瘫痪。电力生产包括两个主要部分，基础发电和负载跟踪发电。基础发电在恒定负载下操作并且由例如核电站、煤或燃气发电站或热电联产站(CHP)产生。为了使频率稳定在50Hz，对同步发电机/涡轮机中的旋转质量进行瞬时调节(即，在数秒内调节变化)是非常重要的。对于在诸如数小时直至数天的更长时间段中的稳定，通过调节电力消耗(通过从电网开启或关闭电力消耗者)，和/或通过调节电力生产(即，通过使用负载跟随发电站，诸如瑞典的水力发电站或在欧洲大陆的燃气发电站)来平衡电力生产和消耗。通过将不同AC电网彼此连接来创建大型跨国电网，其中总旋转质量相配合。然而，由太阳能发电或风力发电产生的电能没有旋转质量。因此，一定数量的电力生产仍然需要基于涡轮机或包含不进行发电的旋转部件。对相应于每年55TWh的发电量的瑞典电网中的未来能量混合结构的估计表明，生产量的25％需要是基于涡轮机的，而剩下的75％可以基于风力发电(45TWh)和太阳能发电(10TWh)。因此，持续过渡到来自风和太阳的可再生的、间歇性的电能导致完全不同的能量供应条件，因为电力生产取决于天气，即变化是季节性的、每天的、每小时的、低至数秒内的，并且因为现今由太阳能或风力发电产生的电能没有旋转质量。未来，期望通过额外调节风力发电涡轮机的方式来实现这种稳定。此外，任何未来的电力生产过剩可以使用现今的技术来进行利用或者处理，例如作为废物，用于出口，或在区域供暖系统中进行使用。废物仅仅表示保持过剩的能量未被使用，即，关闭大量太阳能或风力发电站以便降低电力生产水平。出口表示将过剩的电力出口到另外的国家。然而，这并不总是可能的，因为必须存在人们可以向其出口电力的市场。如果未来邻近国家中的供电也发展为类似的风力和电力供应，则出口的可能性将受到限制。区域供暖系统表示通过使用一些电锅炉将大量过剩的电力传输到区域供暖系统中。由于过剩仅在一年中的短时期中存在，故电锅炉方面的投资必须是非常高效的。此外，不可能在区域供暖系统中使用所有生成的电力，因为过剩的生产通常在消耗低的时期，春天和夏天期间发生，消耗低即指生产和消耗未得到平衡。这些情况还可能由于在预测天气和电力消耗方面的难度。因此，存在对改进的能量储存系统的需求，该能量储存系统利用电能的生产过剩并且其用于均衡并调节电力生产中的任何变化，而不管电力生产是季节性的、每天的、每小时的、或低至数秒内的。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面的目的是提供一种系统，其中过剩的电力可以被储存为热量供以后使用，例如，该系统用于在各季节、数天、数小时或者甚至数秒期间平衡过剩的电力生产使接近电力消耗。根据本专利技术的第一方面，这些目的通过热能储存系统来实现，所述热能储存系统包括能量储存器和内组合式加热和冷却机，能量储存器具有垂直温度梯度，内组合式加热和冷却机适用于从能量储存器中取回具有第一温度的能量，而同时返回具有更高的第二温度的加热的能量以及具有更低的第三温度的冷却的能量。热能储存系统的一个优势是通过选择将在哪些温度水平下取回和释放能量来优化能量储存的可能性，其中所述选择全部取决于在时间上给定的时期中电网和能量储存器中的特定条件。其它优势是利用电网中的过剩电能以及容易针对电能消耗平衡电力生产的可能性。内组合式加热和冷却机可以包括至少两个热泵，以便以具有最大性能系数的高能力同时实现加热与冷却。每个热泵可以包括至少两个压缩机，其用于促进高效和灵活的热能储存系统增加热容量，并且与多个热泵组合以提高性能系数。在一个实施例中，内组合式加热和冷却机适用于使至少两个压缩机之间的连接在串联连接与并联连接之间交替，用于允许增加加热的流体和冷却的流体的储存能力以及增加储存器的加热能力。另一个优势在于，内组合式加热和冷却机提供通过选择将在哪些温度水平下取回和释放能量来优化热储存的可能性，所述选择全部取决于在时间上给定的时期中在区域供暖与制冷系统中和能量储存器中的特定需求。热能储存系统还可以包括布置在能量储存系统内的加压的电蒸汽锅炉，使得电网中的过剩电力可以被转换成作为蒸汽的热能，蒸汽可以直接被注入到热能储存器中。热能储存系统还可以包括布置在能量储存器中的至少一个浸入式加热器，使得电网中的过剩电力可以被有效地转换成热能并且直接到热能储存器中。热能储存系统还可以包括至少一个吸热系统。吸热系统可以是低温系统。吸热系统可以是高温系统。热能储存系统还可以包括用于调节电网的至少一个放热系统。放热系统可以包括热电联产站，用于仅将热量传递至能量储存器的可能性。放热系统可以包括用于对过剩电能进行峰值调节(peakshaving)的电热水锅炉和/或电蒸汽锅炉。根据本专利技术的第二方面，这些目的通过使用根据上述的热能储存系统的方法来实现，所述方法包括以下步骤：从能量储存器中取回具有第一温度水平的能量，将具有更高的第二温度的加热的能量返回到能量储存器的相应水平或返回到放热系统，以及将具有更低的第三温度的冷却的能量返回到能量储存器的相应水平或返回到吸热系统。该方法的一个优势是通过选择将在哪些温度水平下取回和释放能量来优化能量储存的可能性，其中所述选择全部取决于在时间上给定的时期中电网和能量储存器中的特定条件。其它优势是利用电网中的过剩电能以及容易针对电能消耗平衡电力生产的可能性。通常，除非本文另有明确规定，否则权利要求中使用的所有术语将根据其在本
中的普通含义进行解释。除非另有明确陈述，否则对“一种(a)/一种(an)/所述(the)(元件、设备、组件、构件等)”的所有提及将被开放地解释为指所述元件、设备、组件、构件等中的至少一个示例。此外，在整个说明书提到的术语“包括”，其表示“包括但不限于”。附图说明现在将参考示出本专利技术的当前优选的实施例的附图更详细地描述本专利技术的这些和其它方面。图1示出了根据本专利技术的实施例的能量储存系统的示意图。具体实施方式图1示出了根据本专利技术的第一实施例的能量储存系统。该系统包括能量储存器2，其可以是针对能量的输入/输出的高性能和季节性的大储存能力进行设计的贮水池、地下洞穴或热能储存器。在能量储存器2中储存了不同温度的能量。能量储存器的上层具有高于冷却器即下层的温度。还具有在中间的过渡区域中的具有中间温度的层。在能量储存器的各层中的温度可以用温度区间T1、T2和T3进行定义。这些区间可适合任何特定的工作条件。仅仅作为例子，第一温度区间T1在15℃至65℃的范围内，第二温度区间T2在50℃至100℃的范围内，且第三温度区间T3在4℃至25℃的范围内。区间T2中的温度在一些时间段中可以更高，例如高至150℃。在能量储存器2内分层是因为具有不同温度的流体，即液态水之间的密度差异。热液态水比处于4℃以上范围内的冷却器的水具有更低的密度，这使得不同温度的水将被放置在能量储存本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热能储存系统，所述热能储存系统包括能量储存器(2)和内组合式加热和冷却机(15)，所述能量储存器(2)具有垂直温度梯度，所述内组合式加热和冷却机(15)适用于从所述能量储存器中取回具有第一温度的能量，而同时返回具有更高的第二温度的加热的能量以及具有更低的第三温度的冷却的能量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.11.01 SE 1251241-41.一种热能储存系统，所述热能储存系统包括能量储存器(2)和内组合式加热和冷却机(15)，所述能量储存器(2)具有垂直温度梯度，所述内组合式加热和冷却机(15)适用于从所述能量储存器中取回具有第一温度的流体，而同时返回具有更高的第二温度的加热的流体以及具有更低的第三温度的冷却的流体，其中所述内组合式加热和冷却机(15)包括至少两个热泵，其中每个热泵包括至少两个压缩机，并且其中所述内组合式加热和冷却机(15)适用于使所述至少两个压缩机之间的连接在串联连接与并联连接之间交替。2.根据权利要求1所述的热能储存系统，还包括布置在所述热能储存系统内的加压的电蒸汽锅炉，使得电网中的过剩电力被转换成作为蒸汽的热能，所述蒸汽被直接注入到所述能量储存器(2)中。3.根据权利要求1或2所述的热能储存系统，还包括布置在所述能量储存器(2)中的至少一个浸入式加热器。4.根据权利要求1或2所述的热能储存系统，还包括至少一个吸热系统(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯·皮勒布罗，托拜厄斯·斯特兰德，拉斯马斯·威斯汀，
申请(专利权)人：斯勘斯卡瑞典公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE