包含热能存储器的电力系统技术方案

本发明专利技术提供一种热存储系统，该热存储系统很容易与宽范围的电力系统集成。特别地，本发明专利技术的原理很容易以极大规模来实现以与更大规模的电网系统集成。本发明专利技术的热存储方面实现起来具有成本效益。而且，该热存储系统的操作方式允许有效地使用更细的、不太昂贵的布线。由于粗布线可以为启动费用的重要部分，因此使用更细规格布线的能力提供了显著的成本节约。另外，这些系统快速地响应于电网状况以及不仅调节能量储存而且还快到足以实时响应于电网状况而调节能量储存。

An electric power system containing the heat energy memory

The invention provides a thermal storage system that is easy to integrate with a wide range of power systems. In particular, the principle of the invention is easy to be realized on a large scale to integrate with a larger power grid system. The thermal storage aspect of the invention is cost-effective. Moreover, the operating mode of the thermal storage system allows for the effective use of finer, less expensive wiring. Because the thick line can be as an important part of the start-up costs, so the ability to use more fine wiring specification provides a significant cost savings. In addition, these systems respond quickly to the status of the power grid, and not only regulate energy storage, but also fast enough to regulate energy storage in real time in response to the power grid condition.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含热能存储器的电力系统相关申请本非临时申请要求共同拥有的在2015年4月6日递交的序列号为62/143,544的临时申请的权益，出于所有目的将该临时申请的全部内容通过引用并入在本文中。
本专利技术涉及包含热能存储器的电力系统。更特别地，本专利技术涉及电力系统，在该电力系统中，热能被存储在熔化流体中，以及当加热熔化流体时，响应于电力系统的一个或多个状况而可控制地调节将电力存储在熔化流体中的速率。
技术介绍
电力系统为用于供应、传输和使用电力的电学部件的网络。电力系统的示例为向一个地区的家庭和商业供电的网络。对于相当大的区域，该电力系统被称为电网。电力系统通常包括供电的发电机、将电力从发电中心携带到负载中心的传输系统、以及将电力馈送到附近的家庭和工业的分配系统。在工业、学校、医院、商业建筑、家庭、游乐园、船舶等中也发现了较小的电力系统。较大的电力系统还包括电网运营商，也称为传输系统运营商或简称为运营商。电网运营商的一个功能是实时管理电力系统的安全并协调对于电力的供应和需求。合意地，电网运营商以避免频率过度波动或供应中断的方式管理电力系统。电网运营商可以为由传输电网公司拥有的实体或可以是完全独立的。在一些情况下，电网运营商全部地或部分地由州或国家政府拥有。在许多情况下，电网运营商独立于电力供应实体(上游实体)以及电力分配实体(下游实体)。在许多情况下，电网运营商运作以保持来自发电站的电力供应与来自消费者的需求之间的连续(一秒接一秒的)平衡。电网运营商也可以运作以确保提供将允许对突然意外事件的安全且及时的响应的储量。电网运营商通过如下方式来实现这点：针对每个市场交易时段确定发电站与储备供应商的最佳组合、指示发电机何时产生电力且产生多少电力，以及管理导致供需间平衡被打断的任何意外事件。电网运营商职员可以使用复杂的能量模化和通信系统从事该工作。在一些情况下，可能期望存储电力以供后续使用。例如，电力供应的当前可用性可以大于当前需求。如果过量未被存储，则可能必须被丢弃。在其它情况下，电力的定价特性波动。在一些时候，价格如此低使得有益于存储以低价或甚至负价格购买的电力以及然后在后续时间以较高定价再次供应该电力。在其它情形中，电气消费者可由于断电而在一段时间内无电力。这类断电可以由各种各样的因素(包括天气问题和电网问题)引起。在这类情形中，期望将存储的电力供应给用户，从而使得用户对电力的使用很少受到危及，同时电网人员工作以恢复规则的电力供应。美国专利公开物No.2013/0081394描述了一种热存储系统，其中，来自电力系统的电能以热形式存储在熔盐中。在太阳能电源系统的背景下描述了该新颖的热存储系统。太阳能电源是用于产生电力的热能的主要来源。熔盐为首先用于将电能存储为热能且其次在太少太阳能可用的时段(诸如夜间或阴天)期间按需供应热能的存储介质。由美国专利公开物No.2013/0081394提出的热存储系统大有希望作为高效地且有成本效益地极大规模存储电能的方法。然而，对于更经济地构造该系统的挑战仍存在。另外，供应被存储的电能的电力系统具有不断改变的特性。当存储电能时，热存储系统合意地快速响应于这些改变。响应太慢的系统可能仅能够仅在导致期望动作的状况已淘汰且已被要求不同动作的新状况取代之后以期望的方式运作。换言之，慢系统无法及时地响应电网变化。
技术实现思路
本专利技术提供一种热存储系统，该热存储系统很容易与宽范围的电力系统集成。特别地，本专利技术的原理很容易以极大规模来实现以与更大规模的电网资源(诸如蒸汽驱动的发电厂)集成。本专利技术的热存储方面实现起来具有成本效益，原因是所选材料的性质以及将本专利技术集成到传统的发电基础设施中的能力。例如，本专利技术可以被并入现存的使用天然气的蒸汽发电厂中，分担成本并提供对于诸如变压器、蒸汽涡轮机、冷却系统、水处理资源和工厂固定设备的其它平衡的设备的另一使用。本专利技术可以选择来操作的电压范围允许通过使用更细的导线、更小的变压器来降低设备成本和其它效益。作为一个明显优势，本专利技术的原理可以被集成或改装到传统的发电厂设施中。通过允许现存设备用于多个可兼容角色，本专利技术成本有效地允许实现明显更高的设备利用率。在实际的效果中，这允许现存的蒸汽驱动的发电厂每资本投资单位具有更多能力和更多能量输出。作为另一优势，包含本专利技术的原理的系统可以被充电以存储热能或独立地被放电。在一些实践模式下，充电和放电可以同时发生，但是充电速率和放电速率可以不同(如需要)。另外，这些系统快速地响应于电网状况以及不仅调节能量储存和能量释放，而且还独立地快到足以实时响应于电网操作需求而调节能量存储和/或能量释放。本专利技术的实施方式可以以模块化方式来修改。这意味着后续可以通过仅添加特定部件以选择性地增加能力来修改实施方式。例如，一种修改可以涉及增加或减少加热器的数量。另一修改可以涉及添加熔化流体或从系统中移走熔化流体。另一修改可以涉及添加或去除热罐存储单元和/或冷罐存储单元。模块化允许系统很容易适应在设施的使用期内改变的需求。模块化还将允许在不同实施方式之间的需求改变时，将部件从一个实施方式移到另一个实施方式(若需要)。作为另一明显优势，将本专利技术的原理集成到现存设施中允许那些设施明显更快地响应于电网信息。例如，典型的发电设施循环开启和关闭。冷启动花费例如2小时到3小时的时间。这意味着电网运营商在管理电网资源时必须将该时间滞差考虑在内，除非系统保持空载。而不是仅仅空载，集成本专利技术的原理的系统可以保持温暖，同时完成有益的充电和放电。采用该方式使系统保持温暖可以更快速地且更易响应地(例如15分钟到30分钟)对电网运营商进行响应。如此剧烈地减少时间滞差使电网管理对于电网运营商来说容易很多。更快速响应的能力也对电网运营商来说更有价值，允许更易响应的系统比更慢响应的系统获得更多的收益。在一个方面，本专利技术涉及一种用于存储和供应热能的系统，包括：(a)包括熔化流体的供应；(b)加热系统，所述加热系统以有效允许所述加热系统加热所述熔化流体的流动部分的方式热联接到所述熔化流体的所述流动部分，其中，所述加热系统电联接到电力源，所述电力源将电流供应到所述加热系统，其中，所述加热系统牵引和使用所述电流来产生用于加热所述熔化流体的所述流动部分的热量；以及(c)控制系统，所述控制系统使用表示所述电力源的至少一个状况的信息来：(i)可控制地调节随时间变化的由所述加热系统牵引且用来加热所述熔化流体的所述流动部分以将来自所述电力源的能量存储在所述熔化流体中的电流的量，其中，响应于所述信息而随着时间的变化增大和减小牵引电流的量；以及(ii)可控制地调节释放存储在所述熔化流体中的热能的速率，其中，响应于所述信息而随着时间的变化调节所述释放的所述速率。一种存储热能的方法，包括如下步骤：(a)提供根据权利要求1所述的用于存储热能的系统；(b)接收由所述电力源的运营商提供的信号通信；(c)使用所述信号通信来调节由所述加热系统用来加热所述熔化流体的所述流动部分的电力；以及(d)使用所述信号通信来调节所述熔化流体的所述流动部分的所述流速。一种电力系统，包括：(a)按需存储和供应电能的能量存储和供应系统，包括：(i)包括熔化流体的供应；(ii)加热系统，所述加热系统以有效允许所述加热系统将所述熔化流体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于存储和供应热能的系统，包括：(a)包括熔化流体的供应；(b)加热系统，所述加热系统以有效允许所述加热系统加热所述熔化流体的流动部分的方式热联接到所述熔化流体的所述流动部分，其中，所述加热系统电联接到电力源，所述电力源将电流供应到所述加热系统，其中，所述加热系统牵引和使用所述电流来产生用于加热所述熔化流体的所述流动部分的热量；以及(c)控制系统，所述控制系统使用表示所述电力源的至少一个状况的信息来：(i)可控制地调节随时间变化的由所述加热系统牵引且用来加热所述熔化流体的所述流动部分以将来自所述电力源的电气能量存储在所述熔化流体中的电流的量，其中，响应于所述信息而随着时间的变化增大和减小牵引电流的量；以及(ii)可控制地调节释放存储在所述熔化流体中的热能的速率，其中，响应于所述信息而随着时间的变化调节所述释放的所述速率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.06 US 62/143,5441.一种用于存储和供应热能的系统，包括：(a)包括熔化流体的供应；(b)加热系统，所述加热系统以有效允许所述加热系统加热所述熔化流体的流动部分的方式热联接到所述熔化流体的所述流动部分，其中，所述加热系统电联接到电力源，所述电力源将电流供应到所述加热系统，其中，所述加热系统牵引和使用所述电流来产生用于加热所述熔化流体的所述流动部分的热量；以及(c)控制系统，所述控制系统使用表示所述电力源的至少一个状况的信息来：(i)可控制地调节随时间变化的由所述加热系统牵引且用来加热所述熔化流体的所述流动部分以将来自所述电力源的电气能量存储在所述熔化流体中的电流的量，其中，响应于所述信息而随着时间的变化增大和减小牵引电流的量；以及(ii)可控制地调节释放存储在所述熔化流体中的热能的速率，其中，响应于所述信息而随着时间的变化调节所述释放的所述速率。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电力源为包括电网运营商的电力系统。3.根据权利要求2所述的系统，其中，用于调节电能的存储和释放的所述信息包括由电网运营商提供的电网信息。4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述信息包括关于所述电力系统的能量需求、电网频率、能量价格、和/或由所述电网运营商提供的信号的电网信息。5.根据权利要求1所述的系统，其中，在从480伏特到230,000伏特的范围内的电压下，由所述加热器使用所述电流。6.根据权利要求1所述的系统，其中，在从480伏特到70,000伏特的范围内的电压下，由所述加热器使用所述电流。7.根据权利要求1所述的系统，其中，在从480伏特到40,000伏特的范围内的电压下，由所述加热器使用所述电流。8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制系统使得以在从0兆瓦到20兆瓦的范围内的放电速率将所述热能释放为电能。9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制系统使得以在从10兆瓦到20兆瓦的范围内的放电速率将所述热能释放为电能。10.根据权利要求3所述的系统，其中，当所述电网信息指示所述电力系统中的电力超出对于所述电力的需求时，所述控制系统使得将电能作为热能存储在所述熔化流体中。11.根据权利要求3所述的系统，其中，所述控制系统使得电能被存储在所述熔化流体中且从所述熔化流体传送以帮助吸收由所述电力系统分配的电力的量的波动。12.根据权利要求3所述的系统，其中，所述控制系统使得电能被存储在所述熔化流体中且从所述熔化流体传送以帮助由所述电力系统对电力的分配更均匀。13.根据权利要求1所述的系统，还包括第一熔化流体罐和第二熔化流体罐，其中，所述第一熔化流体罐使所述熔化流体的一部分保持处于从400℃到800℃的范围内的温度。14.根据权利要求1所述的系统，还包括第一熔化流体罐和第二熔化流体罐，其中，所述第二熔化流体罐使所述熔化流体的一部分保持处于从230℃到350℃的范围内的温度。15.根据权利要求1所述的系统，其中，所述加热系统包括升高的加热容器，加热的熔化流体通过重力从所述升高的加热容器排入处于从400℃到800℃的范围内的温度的熔化...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚当·格林，
申请(专利权)人：日光储备技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US