包括颗粒床和热调节装置的用于储存和释放热量的系统和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及包括至少一个热量储存颗粒床(2)的、用于储存和释放热量的系统和方法。系统还包括在固定床的各端处的、用于颗粒的热调节装置(5)。此外，本发明专利技术涉及使用此类热量储存和放热系统的用于通过压缩气体储存和恢复能量的系统和方法。

Systems and methods for storing and releasing heat, including granular beds and heat regulators

The present invention relates to a system and method for storing and releasing heat, including at least one heat storage granular bed (2). The system also includes a heat adjusting device (5) for particles at the ends of the fixed bed. In addition, the present invention relates to a system and method for storing and recovering energy by compressed gas using such a heat storage and heat release system.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括颗粒床和热调节装置的用于储存和释放热量的系统和方法本专利技术涉及储存和释放热量的领域，特别是用于在AA-CAES(“先进绝热-压缩空气能量储存”)型的系统或方法中储存热量的领域。在压缩空气能量储存(CAES)系统中，使用者希望将在另一时间使用的能量以压缩空气的形式储存。为了储存，一种形式的能量，特别是电能，驱动空气压缩机，并且为了释放，压缩空气驱动涡轮机，该涡轮机可连接到发电机。这种解决方案的产量不是最佳的，因为压缩空气的能量的一部分以热的形式保留，而热量是不使用的。事实上，在CAES过程中，仅使用空气的机械能，即在压缩期间产生的所有热量被浪费。举例来说，在8MPa(80巴)下压缩的空气在压缩期间加热至大致150℃，但在储存之前将其冷却。另外，CAES系统的产量不是最佳的，因为该系统然后需要加热所储存的空气以产生空气膨胀。事实上，如果空气在8MPa(80巴)和环境温度下储存，并且如果期望通过膨胀回收能量，那么空气的减压再次遵循等熵曲线，但这次从初始储存条件(大致8MPa和300K，即大致27℃)开始。因此空气被冷却到不切实际的温度(83K，即－191℃)。因此需要对其进行再加热，这可用使用气体或其它燃料的燃烧器来完成。目前存在这种系统的若干种变型。特别是可提到以下系统和方法：·ACAES(“绝热压缩空气能量储存”)，其中空气由于压缩而在高温下储存。然而，这种类型的系统需要体积大且昂贵的特定储存系统(绝热储存)。·AA-CAES(“先进绝热-压缩空气能量储存”)，其中空气在环境温度下储存，并且由压缩所产生的热量也单独储存在热能储存(TES)系统中。储存在TES中的热量用于在空气膨胀之前加热空气。根据某些设想的设计，使用固体颗粒将热量储存在储存系统中。此外，此类热交换系统还用于其它领域：太阳能、海洋能、冶金工艺等的能量储存。热交换和储存系统的设计标准之一是它们能够控制从低温到高温的热分层(或温跃层)；事实上，决定了热量储存的产量和效率。为此，已开发若干种类型的热交换系统。某些类型的热交换系统涉及固体颗粒的固定床、固体颗粒的移动床，其中存在以并流方式循环的流体的热交换等。然而，这些热交换在效率和产量方面不是最佳的。例如，专利申请FR2990502涉及具有改进的热分层的热量储存罐。对于这种热量储存系统，使用分布在固定床的若干个级中的固体颗粒的基质和穿过级之间的空间的传热流体来进行热交换。这种设计允许储存系统中的温度均匀化。然而，这种系统并不能良好地维持罐中的热梯度。根据专利申请WO2013015834中描述的另一示例，当气体的输出温度低于阈值时，即当一定量的热量已储存在固定床中时，系统控制气体在不同固定床或不同罐之间的传递。然而，这种系统体积庞大，并且在效率方面似乎不是最佳的。图1示出在装入阶段(储存)CH期间和在排放阶段(释放)DE期间、根据现有技术的用于储存和释放热量的传统系统1。这种用于储存和释放热量的系统1基本上呈柱状，包括颗粒的固定床2和用于将与颗粒交换热量的流体注入和/或抽出的装置3。根据这种构造，为了装入，流体在温度T1下经由柱的顶部热进入，并且在温度T2(T2<T1)下经由柱的底部冷离开(通过颗粒储存流体的一部分热量而冷却)。为了排放，流体在温度T2下经由柱的底部冷进入，并且在温度T1下热离开(由颗粒释放颗粒的一部分热量而加热)。对于现有技术的这个实施例，没有温度施加在颗粒床上；结果，这些温度随着时间的推移而漂移，这使得用于储存和释放热量的系统不具有最佳效率。图6示出用于在如图1所示的颗粒的固定床中储存和释放热量(TES：热能储存)的系统的“标准”热分布。在该图中，“热侧”(热流体的输入和输出)向左侧，并且“冷侧”(冷流体的输入和输出)向右侧。在该图中，呈实线的曲线Tch对应于在装入期间的温度分布，并且呈虚线的曲线Tde表示在排放期间的温度分布。在TES的两侧之间建立梯度，但是该梯度在装入和排放循环期间沿颗粒床移动。因此，热侧(和冷侧)的温度水平存在作为时间(循环中的阶段)的函数的变化。在排放阶段，流体因此不可回收所有储存的能量，并且在装入阶段期间，TES的输出流体未充分够冷却。另外，这种现象随着时间的推移而放大，梯度具有趋于平缓直到达到半静止状态的趋势。这种现象的后果是降低系统的整体效率(回收的能量更少)。另外，在AA-CAES型过程中使用用于储存和释放热量的系统的情况下，还注意到AA-CAES过程的稳定性的降低，该过程必须在可变的涡轮机输入温度和压缩空气储存系统中操作。因此，降低AA-CAES型过程的涡轮机和压缩机的效率，因为它是输入温度的函数。为了克服这些缺点，本专利技术涉及包括至少一个用于储存热量的颗粒床的、用于储存和释放热量的系统。该系统还包括在固定床的每一端处的、用于颗粒的热调节的装置。因此，可以调节固定床的输入/输出处的温度，这使得可良好地维持固定床中的热梯度，以这种方式确保在热量的装入或排放期间更好的热传递。本专利技术涉及用于储存和释放热量的系统，其包括至少一个用于储存热量的颗粒床，以及用于将流体注入到所述颗粒床中和从所述颗粒床抽出流体的装置。所述用于储存和释放热量的系统包括在所述颗粒床的每一端处的、用于热调节所述颗粒的装置。根据本专利技术的实施例，所述储存系统包括能够在所述颗粒床的第一端处加热所述颗粒的第一热调节装置，和能够在所述颗粒床的第二端处冷却所述颗粒的第二热调节装置。根据实施方式，所述热调节装置包括用于加热和/或冷却所述颗粒的装置。根据一方面，第一和第二热调节装置的所述用于加热的装置和所述用于冷却的装置使用热泵设备连接。根据设计，所述用于加热和/或冷却所述颗粒的装置包括热交换器和/或电阻器和/或用于循环热流体的装置。根据变型，所述用于加热和/或冷却的装置位于所述颗粒床内。可替代地，所述用于加热和/或冷却的装置位于所述颗粒床的周边上。有特点的是，所述固定床包括在所述颗粒床内限定所述热调节装置的绝热材料层。有利地，所述用于储存和释放热量的系统包括用于测量所述颗粒的温度的装置。优选地，所述流体是气体，特别是空气。有利地，所述颗粒是相变材料颗粒。此外，本专利技术涉及用于通过压缩气体储存和回收能量的系统，其包括至少一个气体压缩装置、至少一个用于储存压缩气体的装置、至少一个用于膨胀所述压缩气体以便产生能量的装置，和至少一个根据前述特征中任一项所述的用于储存和释放热量的系统。另外，本专利技术涉及用于储存热量的方法，其包括以下步骤：a)在根据前述特征中任一项所述的用于储存和释放热量的系统的热量储存颗粒床中使流体循环；和b)将所述流体的一部分热量储存在所述颗粒中，并且在所述颗粒床的至少一端处调节所述颗粒的温度。而且，本专利技术还涉及用于释放热量的方法，其包括以下步骤：a)通过在所述颗粒床的至少一端处调节所述颗粒的温度，将热量储存在根据前述特征中任一项所述的用于储存和释放热量的系统的热量储存颗粒床中；和b)在所述颗粒床中循环流体，以将所述热量从所述颗粒释放到所述流体中。此外，本专利技术涉及用于通过压缩气体储存和回收能量的方法，其包括使用根据前述特征所述的用于通过压缩气体储存和回收能量的系统的以下步骤：a)压缩气体；b)在用于储存和释放热量的系统中冷却气体；c)储存所述冷却的气体；d)在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于储存和释放热量的系统，所述系统包括至少一个用于储存热量的颗粒床(2)，以及用于将流体注入到所述颗粒床(2)中和从所述颗粒床(2)抽出所述流体的装置(3)，其特征在于，所述用于储存和释放热量的系统(1)包括在所述颗粒床(2)的各端处的、用于热调节所述颗粒(2)的装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.19 FR 16513531.一种用于储存和释放热量的系统，所述系统包括至少一个用于储存热量的颗粒床(2)，以及用于将流体注入到所述颗粒床(2)中和从所述颗粒床(2)抽出所述流体的装置(3)，其特征在于，所述用于储存和释放热量的系统(1)包括在所述颗粒床(2)的各端处的、用于热调节所述颗粒(2)的装置。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述储存系统包括能够在所述颗粒床(2)的第一端处加热所述颗粒(2)的、用于热调节的第一装置，和能够在所述颗粒床(2)的第二端处冷却所述颗粒(2)的、用于热调节的第二装置。3.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述用于热调节的装置包括用于加热和/或冷却所述颗粒(2)的装置。4.根据权利要求2和3所述的系统，其中所述用于热调节的第一和第二装置的所述用于加热的装置和所述用于冷却的装置使用热泵设备连接。5.根据权利要求3所述的系统，其中所述用于加热和/或冷却所述颗粒(2)的装置包括热交换器(7)和/或电阻器(6)和/或用于循环热流体的装置(5)。6.根据权利要求3或5中任一项所述的系统，其中所述用于加热和/或冷却的装置位于所述颗粒床(2)内。7.根据权利要求3或5中任一项所述的系统，其中所述用于加热和/或冷却的装置位于所述颗粒床(2)的周边上。8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述固定床包括在所述颗粒床(2)内限定所述用于热调节的装置的绝热材料层(4)。9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述用于储存和释放热量的系统(1)包括用于测量所述颗粒(2)的温度的装置。10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述流体是气体，特别是空气。11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述颗粒(2)是相变材料颗粒。12.一种用于通过压缩气体储存和恢复能量的系统，所述系统包括至少一个气体压缩装置(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·桑斯，W·纳斯托尔，C·普拉斯，
申请(专利权)人：IFP新能源公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR