热能电池制造技术

一种热能电池，包括：蒸发器

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热能电池


[0001]本专利技术涉及热能电池及其操作。更具体地，本专利技术提供了一种用于集成到发电厂中或联接到发电厂的热能电池，能量存储系统或能量输送系统，或其任意组合。热能电池根据需求可以进行热能充电、存储和放出饱和或过热蒸汽，并且可以在没有任何泵或压缩机作为热能电池的一部分的情况下运行。

技术介绍

[0002]对于被广泛地使用并且主导电力生产的全球市场的基于蒸汽的发电(steam
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based electricity production)来说，在关闭、启动和扩大或缩小生产规模时，存储来自过热蒸汽或其他蒸汽的热能的可能性将代表一大优势。
[0003]基于蒸汽的发电通常与基于燃烧的能源有关，无论该能源是基于化石燃料还是生物燃料，以及核能。此外，太阳热能是相关的。
[0004]对于能源密集型的工业，其通常被集成到蒸汽网络中，在蒸汽网络中蒸汽被用作传热流体，其中热量消耗器遵循分批次的过程(batch processes)，直接从蒸汽中存储热能的可能性将代表一个很大的优势，既减少废蒸汽，而且还稳定蒸汽网(steam grid)，在蒸汽网中，由于锅炉的有限灵活性或由于在系统中在不同能量过程中的时移(time
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shift)，分批次的过程会产生波动。
[0005]减少能量浪费被认为是能量供应的成本降低的一个关键因素，能量供应源自所有类型的可再生能源、基于燃烧的能源和基于核能的能量以及能源密集型的工业。
[0006]此外，用于促进向可持续能源生产转变的一个缺失环节是以负担得起的成本实现的能量存储。风能和太阳能是可变的，并且对于能量存储的降低成本将增强风能和太阳能的利用。被集成到发电厂中的能量存储系统将增强发电厂的灵活性，这进而能够实现来自太阳能和风能的更多周期性的电力生产。具有能量存储的集成的工业电气化是另一个环节，其中在低电价时期期间，当太阳能和风能过剩时，蒸汽将由电力产生并被存储在存储装置中。
[0007]有了负担得起的能量存储，能量浪费能够被减少，并且可再生能源能够被更广泛地利用，取代化石燃料。所连接的发电机能够更容易地在最佳运行点运行。存储能够在本地被分配，从而减轻了电网的负担。
[0008]此外，如果可以实现，发电厂的简化、关于运行参数的增加的通用性、降低成本和复杂性也将是有益的。
[0009]目前，热能电池通常是潜热电池，其基于用于热能存储的固
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液相变材料，且作为基本部件。例如，CCT(气候变化技术有限公司，Climate Change Technologies Pty Ltd)的储能TED热能设备(Energy Storage TED
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thermal energy device)是基于潜热作为功能性的基本部件，参见专利公布WO 2018/201193 A1。在专利公布US 2015/0219403 A1中描述和说明了另一个示例。在US 2015/0219403 A1的第18段和第19段中，描述了混凝土中的直接的热能存储已经被发现会产生可靠性问题和低效率。此外，描述了具有根据现有技术的直
接蒸汽产生的储热系统比使用热油的储热系统更复杂，并因此对于大型供电设备来说，它们的估计成本更高。
[0010]本专利技术的目标是提供一种替代的热能电池。
[0011]显热热能存储的技术水平可能是申请人现有的存储技术。相关技术在专利公布WO 2015/093980 A1、WO 2016/099289 A1、WO 2016/099290 A1和WO 2019/110655 A1中被描述和说明。
[0012]专利技术概述
[0013]本专利技术通过提供一种热能电池来满足该目标，该热能电池包括：
[0014]蒸发器
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冷凝器热能存储器(ec
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TES)，其具有用于蒸汽的一端和用于液体的一端，该蒸发器
‑
冷凝器热能存储器包括存储被存储在ec
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TES内的热能的至少70％的单相固定材料。
[0015]用于蒸汽和液体的储罐(ST)，其具有在较高高度的蒸汽部分和在较低高度的液体部分，
[0016]蒸汽管线，其被布置在ec
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TES的蒸汽端，该管线用于蒸汽的入口和出口，
[0017]液体管线，其被布置在ec
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TES的液体端和ST的液体部分之间，
[0018]罐蒸汽管线，其被布置成从ST的蒸汽部分到蒸汽管线或ec
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TES的蒸汽端，以及
[0019]在罐蒸汽管线中的蒸发控制阀(CV6)。
[0020]在许多实施例中，蒸汽和液体分别是水蒸气和水。在其他实施例中，蒸汽和液体是有机化合物或多种化合物的混合物。环戊烷是一个示例。异丁烷是另一个示例。可用于在有机朗肯循环中使用的混合物，如R134a或R134a和异丁烷，是另外的示例。
[0021]短语“被布置成从ST的蒸汽部分到蒸汽管线的罐蒸汽管线”意指用于实现这样的流体流动的任何可操作的布置。蒸汽管线和罐蒸汽管线的ec
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TES的蒸汽端的组合联接是一个实施例，另一个是在蒸汽管线中在高度高于、等于或低于ec
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TES的蒸汽端的三通联接。另一个实施例是独立的蒸汽管线和罐蒸汽管线到ec
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TES的蒸汽端的入口，其中将所述蒸汽管线联接组合到ec
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TES的蒸汽端的内部。在优选实施例中，即使ec
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TES的蒸汽端应该处于最高高度，三通联接也能够位于较低高度。实际上，在跳闸的情况下，当喷水继续向系统供给冷凝物并且水蒸气源管线被关闭时，三通联接优选地处于比ec
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TES的蒸汽部分更低的高度，其中冷水将进入容器而不是ec
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TES。
[0022]术语，如蒸汽端、液体端、蒸汽部分、液体部分、蒸汽管线、罐蒸汽管线和液体管线，是指在正常运行条件下单元或其部分/端或管线/导管的内容物。蒸汽端意指在正常运行时朝向充满蒸汽的ec
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TES的一端的一部分、一段。液体端意指在正常运行时朝向充满液体的ec
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TES的一端的一部分、一段。液体端和蒸汽端通常在长形的ec
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TES中相反地定向，但不是必须的。
[0023]术语如高的高度和低的高度，较高高度和较低高度，是在一个单元内相对而言的。
[0024]在运行中，ec
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TES将容纳作为传热流体(Heat Transfer Fluid，HTF)的两相气液，其具有在蒸汽端的单相蒸汽以及单相液体或以物质液体的形式。最初，液体质量分数能够是10％
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20％，在快速循环中，液体质量分数可以稳定在通常40％
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60％，但是对于更长的循环，在液体端为70％或80％。压力
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温度和由此产生的蒸发和冷凝以及TES内的HTF的流动，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种热能电池，其特征在于，所述热能电池包括：蒸发器
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冷凝器热能存储器(ec
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TES)，其具有用于蒸汽的一端和用于液体的一端，所述蒸发器
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冷凝器热能存储器包括存储被存储在ec
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TES内的热能的至少70％的单相固定材料，用于蒸汽和液体的储罐(ST)，其具有位于较高高度的蒸汽部分和位于较低高度的液体部分，蒸汽管线，其被布置在所述ec
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TES的所述蒸汽端，所述蒸汽管线用于蒸汽的入口和出口，液体管线，其被布置在所述ec
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TES的所述液体端和ST的所述液体部分之间，罐蒸汽管线，其被布置成从所述ST的所述蒸汽部分到所述蒸汽管线或所述ec
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TES的所述蒸汽端，以及位于所述罐蒸汽管线中的蒸发控制阀(CV6)。2.根据权利要求1所述的热能电池，还包括以下中的一者或两者：位于所述罐蒸汽管线中的止回阀，其对于沿着来自所述ST的方向的流动是打开的并且对于沿着相反方向的流动是关闭的，以及位于所述蒸汽管线中的流量控制部件，其位于蒸汽源/接收器和所述蒸汽管线与所述罐蒸汽管线的连接点之间。3.根据权利要求1所述的热能电池，还包括过热器热能存储器(过热器TES)，所述过热器热能存储器包括存储被存储在过热器TES内的热能的至少70％的单相固定材料，所述过热器TES在源/接收器和所述蒸汽管线与所述罐蒸汽管线的连接点之间布置成与所述蒸汽管线串联或布置到所述蒸汽管线。4.根据权利要求1所述的热能电池，其中朝向源/接收器的所述蒸汽管线包括独立的入口蒸汽管线和独立的出口蒸汽管线，其中所述蒸汽管线中的每一个包括流量控制部件。5.根据权利要求1所述的热能电池，还包括：被布置在所述蒸汽管线中的阀(CV1)，其控制高压(HP)蒸汽向入口的供应；被布置在所述蒸汽管线中的阀(CV2)，其控制来自出口的低压(LP)蒸汽的输送；具有阀(CV3)的管线，其用于将高压冷凝物注入所述蒸汽管线，具有所述阀(CV3)的所述管线用于源和过热器TES之间的温度控制以避免过热，或者对于没有过热器TES的实施例，用于所述源和所述蒸汽管线与所述罐蒸汽管线的连接点之间的温度控制以避免过热；以及具有阀的排放管线，其被布置成来自所述液体管线。6.根据权利要求1所述的热能电池，还包括：对于具有过热器TES的实施例，具有阀(CV4)的过热器旁路管线，所述过热器旁路管线被布置成用于旁通流过串联布置到所述蒸汽管线的所述过热器TES的蒸汽流的部分或全部；对于具有过热器TES的实施例，位于所述蒸汽管线中的阀(CV5)，所述阀(CV5)位于所述过热器TES和所述蒸汽管线与所述罐蒸汽管线的连接点之间。7.根据权利要求1所述的热能电池，其中，所述ec
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T...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁，
申请(专利权)人：挪威能源公司，
类型：发明
国别省市：