在能量存储和回收系统中，来自第一容器中的工作流体被动力机械压缩并经由回热器传到第二容器中，在这里工作流体被迫冷凝，在存储过程中，饱和工作液体/蒸汽混合物的温度和压力持续升高。存储的能量由蒸汽返回通过回热器和动力机械来回收，在动力机械中，蒸汽在凝结回第一容器之前膨胀以做功。回热器包括透气性固体热存储介质，其在存储过程中将通过其的蒸汽的过热和一些潜热存储在各自的下游区域，该区域在存储过程中显示出持续升高的温度曲线以及与周围蒸汽小的温度差，因此使热能传递过程中的不可逆损失最小化。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及存储和回收能量的系统和方法，尤其是用热存储器存储和回收能量的 系统和方法。
技术介绍
基于核能、太阳能和风能的可再生能源发电的不灵活性为使用这些技术来供给 国家或地区电网的主要部分提出了许多问题。一个这样的问题是由于供电可变需要存储 和回收电能以防止对电力供应的破坏，以及能量存储成本，灵活性和可达到的能量密度的 特定问题。现在研发了许多能量存储技术来解决这种问题，包括栗浦水利存储，飞轮存 储，压缩空气储能（CAES，包括等温和绝热CAES)和栗浦热储能，如申请人较早期的申请 W02009/044139 号。 在二十世纪二十、三十年代，由FritzMarguerre申请的公开专利说明书中描述 了许多基于蒸汽的能量存储和回收系统。其中最早的一个，GB167763,描述了一个系统，其 中由起到压缩机作用的动力机械迫使来自较低温度水储能器的蒸汽进入到较高温度水储 能器中，这里在存储过程中随着存储的能量更多，由于在那个储能器中饱和温度和压力升 高了，蒸汽凝结成液体。通过让动力机械允许来自那个储能器的蒸汽在返回并冷凝在较低 温度水储能器中之前膨胀通过该动力机械以做功从而回收了存储的能量。其中最晚的一 个，GB423093,描述了相同的系统，该系统增加了设置在动力机械和较高温度水储能器之间 的过热储能器以存储过热至过热储能器中的液体，并返还来自于过热储能器中的液体的过 热。 本专利技术意在提供改进的能量存储和回收系统及方法，特别地，是使热能传递过程 中不可逆损失最小化的系统和方法。
技术实现思路
本专利技术提供了一种能量存储和回收系统，包括： 第一容器，配置成存储工作流体为具有温度Tu的饱和液体/蒸汽混合物L:， 第二容器，配置成存储工作流体为具有温度1；2的饱和液体/蒸汽混合物L2， 设置在第一容器和第二容器之间的动力机械，和 设置在动力机械和存储在第二容器中的液体之间的回热器， 其中该系统是这样配置的： (i)在存储模式下，在通过回热器并凝结在第二容器的液体L2中之前，工作流体蒸 汽从第一容器传到动力机械，在动力机械中，工作流体蒸汽被压缩，以便在存储模式过程中 产生递增的1^的1\ 2及其液体/蒸汽平衡相变温度；并且 (ii)在回收模式下，在工作流体蒸汽凝结在第一容器的液体Li中之前，工作流体 蒸汽从第二容器，通过回热器传到动力机械，在动力机械中，工作流体蒸汽膨胀从而产生动 力，以便在回收模式过程中产生递减的1^的1\ 2及其液体/蒸汽平衡相变温度； 其特征在于： 回热器包括固体热存储介质，工作流体蒸汽通过固体热存储介质来直接在蒸汽和 固体介质之间进行热传递，以便分别在存储和回收模式过程中存储和返还过热，并且其中 系统这样配置，在存储模式过程中，一些凝结发生在回热器中。 由于热能存储在饱和液体/蒸汽混合物1^中，它的1\2和蒸汽压力随蓄热时间逐 步（即，渐渐地）增加，并随着释热时间逐步降低，结果是，液体/蒸汽平衡相变温度随时间 "步进"。在本专利技术中，这个效果用在设置在系统较高压力侧的回热器中，以实现有效的热能 存储（例如，过热）和循环效率，这能通过具有固体热存储介质的通流回热器实现，其允许 蒸汽和固体（透气，例如，多孔的）介质之间直接热传递。 本系统的回热器/存储器沿回热器的固体热存储介质（多孔物质存储器，与蒸汽 紧密接触，总是使自我温度差最小化以便使可逆性最大化）以高度控制的方式将过热和潜 热存储在各自的上游过热传递区和下游潜热传递区，这里在存储模式过程中固体热存储介 质的温度曲线在两个区域中都逐步增加温度。这样，与现有技术存储器相比，整个存储器在 存储过程中积极地存储热，在现有技术存储器中，气体仍然必须通过与压力损失有关的不 活跃区域（即，完全蓄热区域和热前缘各自的完全未蓄热区域的上游和下游）。此外，重要 地，多孔物质热存储器与步进温度的具体组合能够使整个存储器中热交换温度差最小，以 下在【具体实施方式】中进一步讨论。 在一个实施方式中，系统这样配置，在存储模式的全部运行时间（即100% )，凝结 发生在回热器中，所以存储模式总是涉及一些回热器中的凝结。这样，过热传递区和各自的 下游潜热传递区发展跨越回热器（后者区域随时间向下游前进），并且后者区域在存储模 式过程中绝不允许离开回热器，所以多整个存储模式而言，热存储可以以更高效率发生。 然而，如果有必要的话，系统可配置成这样运行，允许潜热传递区离开回热器，以 便过热蒸汽退出回热器，在这种情况下，系统配置成使凝结发生在回热器中（以优化方式） 持续至少存储模式全部运行时间的50 %，或70 %，或90 %。 在一个实施方式中，系统配置成当凝结仅发生在回热器下游长度的最后5%或更 少，或者甚至是回热器下游长度的最后2%或更少时，停止运行存储模式。 在一个实施方式中，系统配置成当凝结即将在回热器中结束所以一些过热气体即 将开始退出回热器时，停止运行存储模式。 热传递过程的讨论 在凝结过程中（如果允许凝结的至少一些潜热存在于其中）或者在蒸发过程中 (如果允许供给蒸发潜热的液体逐步冷却）液体1 2温度步进的事实是非常显著的。在凝结 过程中，步进（优选地，连续的）增加的液体温度必然产生反馈作用，其提高了蒸汽压力，因 此促进了进一步凝结所需的温度差。在蒸发过程中，步进（优选地，连续的）降低的液体温 度必然产生反馈作用，其降低了蒸汽压力，因此有利于进一步蒸发。 然而，如果回热器放置在冷却和凝结蒸汽的路径上，回热器的温度也会类似地步 进（随着时间渐渐地增加或降低），但会滞后于蒸汽温度。这意味着回热器总是比蒸汽冷， 并且可以总是提供必需的制冷，但可取地具有匹配的非常小的温度差，其仅会随着时间缓 慢地变化，因此降低了损失。 类似地，当回热器放置在蒸发蒸汽的路径上，回热器的温度也会类似地步进（随 着时间渐渐地降低），但会稍微滞后于蒸发蒸汽的温度。这总是方便地提供过热，在LP侧宜 为小的过热，或者在HP侧更大程度的过热，其会以恒定熵增加显著的与绝热膨胀相当的过 热，使得膨胀后期情况是刚刚饱和或者仍然略微过热的。 在凝结过程中，在蓄热过程中液体1^的1\2增加（或者释热过程中液体L:的T^曾 加）的情况下，安装在冷却凝结气体路径上的回热器会具有在蓄热或释热过程中也随时间 增加的温度，但其中其温度滞后于凝结蒸汽的温度。（滞后意味着按时间顺序跟随时间；弓丨 导意味着按时间顺序在时间之前。） 在蒸发过程中，在释热过程中液体1^的1\2降低（或者蓄热过程中液体L^勺T^曾 加）的情况下，安装在蒸发气体路径上的回热器会具有在蓄热或释热过程中也随时间降低 的温度，但其中其温度滞后于蒸发蒸汽的温度。更详细地解释：热存储器/回热器，而事实上是液体，温度总是滞后于蒸汽温度 (也就是说，按时间顺序），导致热在蒸汽和热存储器之间移动。当温度在凝结过程中升高 时，蒸汽会总是比液体和回热器更热，即，蒸汽总是会在回热器/液体之前移至较高的温 度。当温度在蒸发过程中冷却时，蒸汽总是较冷的，并在回热器/液体之前移至较冷的温 度。 蓄热：当冷液体汽化时，这是由压力逐渐降低造成的，这转而意味着蒸汽在通过冷 的热存储器之前逐渐冷却，因此这个热存储器比蒸汽更热，所以蒸汽相对于汽化温度被加 热，即本文档来自技高网...
【技术保护点】
能量存储和回收系统，包括：第一容器，其配置成存储工作流体为具有温度TL1的饱和液体/蒸汽混合物L1，第二容器，其配置成存储所述工作流体为具有温度TL2的饱和液体/蒸汽混合物L2，设置在所述第一容器和所述第二容器之间的动力机械，以及设置在所述动力机械和存储在所述第二容器中的所述液体之间的回热器，其中所述系统是这样配置的：(i)在存储模式下，在通过所述回热器并凝结在所述第二容器的所述液体L2中之前，工作流体蒸汽从所述第一容器传到所述动力机械，在所述动力机械中，所述工作流体蒸汽被压缩，以便在所述存储模式过程中产生递增的L2的TL2及其液体/蒸汽平衡相变温度；并且(ii)在回收模式下，在工作流体蒸汽凝结在所述第一容器的所述液体L1之前，工作流体蒸汽从所述第二容器，通过所述回热器传到所述动力机械，在所述动力机械中，所述工作流体蒸汽膨胀从而产生动力，以便在所述回收模式过程中产生递减的L2的TL2及其液体/蒸汽平衡相变温度；其特征在于：所述回热器包括固体热存储介质，所述工作流体蒸汽通过所述固体热存储介质来直接在所述蒸汽和固体介质之间进行热传递，以便分别在所述存储和回收模式过程中存储和返还过热，并且其中所述系统这样配置，在所述存储模式过程中，一些凝结发生在所述回热器中。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：乔纳森·塞巴斯蒂安·豪斯，詹姆斯·麦克纳斯滕，
申请(专利权)人：等熵有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB
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