具有热存储介质再平衡的双动力系统泵送热能存储技术方案

本公开提供可用于储存和提取电能的泵送热能储存系统。本发明专利技术的泵送热能储存系统可以通过作为热泵或冷冻机操作来储存能量，由此可利用净工输入将热量从冷侧传递到热侧。该系统的工作流体能够与所述系统的热侧和冷侧上的热储存流体进行有效的热交换。系统可以通过作为热机操作来将热量从热侧传递到冷侧以提取能量，这可能导致净工输出。这可能导致净工输出。这可能导致净工输出。

【技术实现步骤摘要】
具有热存储介质再平衡的双动力系统泵送热能存储
[0001]本申请是申请人马耳他股份有限公司于2020年11月16日提交的国际申请PCT/US2020/060700进入中国国家阶段的中国专利技术专利申请(申请号：202080093529.6、专利技术名称：泵送热电储存系统)的分案申请。

技术介绍

[0002]在热机或热泵中，可采用热交换器来在热储存材料与涡轮机械一起使用的工作流体之间传递热量。热机可以是可逆的，例如，它也可以是热泵，并且工作流体和热交换器可用于将热量或低温传递到热储存介质。

技术实现思路

[0003]泵送热电储存(“PHES”)系统可包括至少通过闭合循环流体路径循环的工作流体，闭合循环流体路径包括至少两个热交换器、至少一个涡轮机和至少一个压缩机。在一些系统中，也可包括一个或多个回流换热器。至少两个热贮存器可容纳可通过热交换器送出的热流体，从而向工作流体提供热能和/或从工作流体提取热能。一个或多个电机/发电机可用于从系统中的热能获得功，优选地通过从接收到的来自涡轮机的机械能发电。
附图说明
[0004]图1示意性地示出泵送热电储存系统的操作原理。
[0005]图2是根据示例实施例的PHES系统的顶层示意图。
[0006]图3是根据示例实施例的PHES系统中的工作流体回路子系统的示意性流体路径图。
[0007]图3A
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3D是根据示例性实施例的发电动力系统和相关联阀的示意性流体路径图。
[0008]图3E
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3H是根据示例性实施例的充电动力系统和相关联阀的示意性流体路径图。
[0009]图3I
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3J是根据示例性实施例的环境冷却器系统和相关联阀的示意性流体路径图。
[0010]图3K
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3L是根据示例性实施例的环境冷却器系统和相关联阀的示意性流体路径图。
[0011]图3M是根据示例性实施例的库存控制系统的示意性流体路径图。
[0012]图3N是充电模式期间循环流动路径的示意性流体路径图。
[0013]图3O是发电模式期间循环流动路径的示意性流体路径图。
[0014]图4是根据示例性实施例的热侧热储存系统的示意性流体路径图。
[0015]图5是根据示例性实施例的冷侧热储存系统的示意性流体路径图。
[0016]图6A是根据示例性实施例的主热交换器系统的示意性流体路径图。
[0017]图6B是根据示例性实施例的主热交换器系统的示意性流体路径图。
[0018]图7是根据示例性实施例的发电动力(“GPT”)系统的示意图。
[0019]图8是根据示例性实施例的充电动力(“CPT”)系统的示意图。
[0020]图9是根据示例性实施例的电源接口的示意性电气图。
[0021]图10示出根据示例性实施例的PHES系统的主要操作模式。
[0022]图11是示出根据示例性实施例的PHES系统的操作状态的状态图。
[0023]图12是示出根据示例性实施例的PHES系统的选择操作状态和转换状态的状态图。
[0024]图13是示出根据示例性实施例的PHES系统的选择操作状态和转换状态的状态图。
[0025]图14是示出根据示例性实施例的PHES系统的发电动力状态的状态图。
[0026]图15是示出根据示例性实施例的PHES系统的充电动力状态的状态图。
[0027]图16是示出根据示例性实施例的PHES系统的发电动力阀状态的状态图。
[0028]图17是示出根据示例性实施例的PHES系统的充电动力阀状态的状态图。
[0029]图18是示出根据示例性实施例的PHES系统的环境冷却器状态的状态图。
[0030]图19是示出根据示例性实施例的PHES系统的选择操作状态和转换状态的状态图。
[0031]图20是示出根据示例性实施例的PHES系统的选择操作状态和转换状态的状态图。
[0032]图21是示出根据示例性实施例的PHES系统的选择操作状态和转换状态的状态图。
[0033]图22是示出根据示例性实施例的PHES系统的选择操作状态和转换状态的状态图。
[0034]图23是示出根据示例性实施例的PHES系统的选择操作状态和转换状态的状态图。
[0035]图24示出根据示例性实施例的可在PHES系统中实施的选择控制器。
[0036]图25是示出根据示例性实施例的PHES系统的热侧回路状态的状态图。
[0037]图26是示出根据示例性实施例的PHES系统的冷侧回路状态的状态图。
具体实施方式
[0038]如通过多个实施例所示，本文公开的泵送热电储存(“PHES”)系统、操作模式和状态是提供可调度发电和电力吸收的电网规模能量储存系统。有利地，PHES系统可以提供增加的电网稳定性和弹性。另外地或可替代地，本文所公开的实施例可实现非常快速的调度响应时间，其具有相当于天然气峰化器和循环单元的旋转储备能力，但不消耗化石燃料。本文公开的PHES系统(利用本文同样公开的热储存介质)可有利地提供安全、无毒和与地理无关的能量(例如，电能)储存替代方案。
[0039]PHES系统用作热力循环发电和/或能量储存系统。PHES系统的实施例可以用作布雷顿循环系统。可替代地或另外地，PHES系统的实施例可以用作可逆布雷顿循环系统。优选地，PHES系统可以作为闭合的工作流体回路系统运行。PHES系统可以使用一个或多个发电机和/或电机系统，发电机和/或电机系统连接到作用于系统中循环的工作流体(例如，空气)的一个或多个涡轮机和/或压缩机。
[0040]PHES系统可具有热侧和冷侧。每一侧可包括耦接到一个或多个热贮存器的一个或多个热交换器系统。PHES系统可在热侧和/或冷侧二者都或二者任一个上采用液体热储存介质。液体热储存介质优选包括在高温下稳定的液体，如熔融硝酸盐或太阳能盐，和/或在低温下稳定的液体，如甲醇/水冷却剂混合物、二醇和/或烷烃，如己烷。在一个实施例中，冷侧和热侧热储存器可分别包括例如但不限于甲醇/水冷却剂和熔融盐的液体热储存介质罐。
[0041]在充电循环(即，充电模式)期间，PHES系统充当热泵，将来自电网或其他来源的电能转换成储存在热贮存器中的热能。热泵作用可在使用工作流体(例如，空气)的闭环布雷
顿循环中通过电机驱动的涡轮机械(例如，压缩机系统和涡轮机系统)来完成。
[0042]在发电循环(即，发电模式)期间，PHES系统充当热机，将来自热贮存器的所储存的热能转换成可被分配回到电网或其他负载的电能。发电期间的工作流体回路可以是闭环布雷顿循环，可以使用与充电循环相同的工作流体，可以使用与充电循环相同或不同的热交换器，并且可以使用与充电循环相同的涡轮机械，或者可以使用与充电循环不同的涡轮机械。发电涡轮机系统可驱动一个或多个电网同步的发电机。
[0043]所公开的PHES系统的实施例实现从充满电到完全本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种操作泵送热能储存系统的方法，所述方法包括：使工作流体顺序地循环通过第一工作流体路径，所述第一工作流体路径包括：充电压缩机系统(130)、热侧热交换器(“HHX”)系统(500)、回流换热器(“RHX”)系统(400)、充电涡轮机系统(140)、冷侧热交换器(“CHX”)系统(600)、所述RHX系统，并返回到所述充电压缩机系统；在第一流体路径中，第一量的热侧热储存(“HTS”)介质(590)从温热HTS罐(510)通过所述HHX系统流到热HTS罐(520)，其中所述第一量的所述HTS介质与循环通过所述HHX系统的所述工作流体热接触；以及在第二流体路径中，第二量的所述HTS介质从所述热HTS罐流到所述温热HTS罐，其中所述第二量的所述HTS介质不流过所述HHX系统。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：使所述工作流体依序循环通过第二工作流体路径，所述第二工作流体路径包括：发电压缩机系统(230)、所述RHX系统、所述HHX系统、发电涡轮机系统(240)、所述RHX系统、所述CHX系统，并且返回到所述发电压缩机系统；以及在第三流体路径中，第三量的所述HTS介质从所述热HTS罐通过所述HHX系统流到所述温热HTS罐，其中所述第三量的所述HTS介质与循环通过所述HHX系统的所述工作流体热接触。3.如权利要求2所述的方法，其中所述第二量的所述HTS介质等于所述第一量的所述HTS介质与所述第三量的所述HTS介质之间的差。4.如权利要求1所述的方法，其中在所述第二流体路径中，所述第二量的所述HTS介质从所述热HTS罐流到所述温热HTS罐的所述步骤包括：关闭所述温热HTS罐与所述HHX系统之间的所述第一流体路径中的隔离阀(555)；关闭所述热HTS罐与所述HHX系统之间的所述第一流体路径中的隔离阀(556)；以及打开所述热HTS罐与所述温热HTS罐之间的所述第二流体路径中的旁通阀(551)。5.根据权利要求1所述的方法，还包括：停止所述HTS介质在所述第一流体路径中的流动；以及将保留在所述第一流体路径中的所述HTS介质排出到所述温热HTS罐(510)和/或所述热HTS罐(520)。6.一种操作泵送热能储存系统的方法，所述方法包括：使工作流体顺序地循环通过第一工作流体路径，所述第一工作流体路径包括：充电压缩机系统(130)、热侧热交换器(“HHX”)系统(500)、回流换热器(“RHX”)系统(400)、充电涡轮机系统(140)、冷侧热交换器(“CHX”)系统(600)、所述RHX系统，并返回到所述充电压缩机系统；在第一流体路径中，第一量的热侧热储存(“HTS”)介质(590)从温热HTS罐(510)通过所述HHX系统流到热HTS罐(520)，其中所述第一量的所述HTS介质与循环通过所述HHX系统的所述工作流体热接触；以及在第二流体路径中，将第二量的所述HTS介质从所述温热HTS罐流到所述热HTS罐，其中所述第二量的所述HTS介质不流过所述HHX系统。7.根据权利要求6所述的方法，还包括：
使所述工作流体依序循环通过第二工作流体路径，所述第二工作流体路径包括：发电压缩机系统(230)、所述RHX系统、所述HHX系统、发电涡轮机系统(240)、所述RHX系统、所述CHX系统，并且返回到所述发电压缩机系统；以及在第三流体路径中，第三量的所述HTS介质从所述热HTS罐通过所述HHX系统流到所述温热HTS罐，其中所述第三量的所述HTS介质与循环通过所述HHX系统的所述工作流体热接触。8.如权利要求7所述的方法，其中所述第二量的所述HTS介质等于所述第三量的所述HTS介质与所述第一量的所述HTS介质之间的差。9.如权利要求6所述的方法，其中在所述第二流体路径中，将第二量的所述HTS介质从所述温热HTS罐流到所述热HTS罐的所述步骤包括：使所述第二量的所述HTS介质能够通过旁通阀(551)从所述热HTS罐流到所述热HTS罐，所述旁通阀(551)在所述热HTS罐与所述温热HTS罐之间的所述第二流体路径中。10.根据权利要求9所述的方法，还包括：通过所述热HTS罐与所述HHX系统之间的隔离阀(555)限制所述第一流体路径中的所述流动；以及通过所述热HTS罐与所述HHX系统之间的隔离阀(556)来限制所述第一流体路径中的所述流动。11.根据权利要求6所述的方法，还包括：停止所述HTS介质在所述第一流体路径中的流动；以及将保留在所述第一流体路径中的所述HTS介质排出到所述温热HTS罐(510)和/或所述热HTS罐(520)。12.一种操作泵送热能储存系统的方法，所述方法包括：使工作流体顺序地循环通过第一工作流体路径，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：马耳他股份有限公司，
类型：发明
国别省市：