本发明专利技术提供一种能量存储装置，包括：显热蓄热体，其具有热交换器通道和适于接收可移除的加热元件的加热元件通道；以及热交换器，其具有入口和出口，其中，所述热交换器的至少一部分沿所述通道布置。还提供了可逆地存储和/或提取能量的方法、加热元件以及包括多个如本文所述的能量存储装置的能量存储阵列。文所述的能量存储装置的能量存储阵列。文所述的能量存储装置的能量存储阵列。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】能量存储装置
[0001]本申请要求于2021年1月29日提交的第2021900197号澳大利亚临时专利申请的优先权，其内容应被理解为并入本文。
[0002]本专利技术涉及一种能量存储装置，其可用于例如发电机的高温应用。特别地，本专利技术涉及一种能量存储装置，其可以在使得超临界流体可用于使用布雷顿循环发电机的高效发电的温度下运行。
[0003]特别地，本专利技术涉及一种基于石墨的热能存储装置以及一种用于存储热能的方法，所述热能存储装置对最终用户来说是安全且易于维护的并且适合与布雷顿循环发电机一起使用。然而，应当理解，本专利技术不限于这些特定的使用领域。
技术介绍
[0004]提供现有技术的以下讨论是为了将本专利技术置于适当的技术背景中并且使得它的优点能够被更充分地理解。然而，应当理解，在整个说明书中对现有技术的任何讨论不应被视为明示或暗示承认这样的现有技术是众所周知的或构成本领域公知常识的一部分。
[0005]全球能源消耗逐年增加以满足需求。虽然有许多能源，例如煤炭、天然气、核能和石油，但煤炭仍然是电力能源生产的主要来源之一。然而，燃煤发电站的使用是污染严重的，并且会释放有害的温室气体。由于对环境的关注(例如减少来自煤炭和其他化石燃料的污染和二氧化碳排放)，可再生能源技术的开发是特别令人感兴趣的。这些可再生能源技术包括水力、风能、太阳能、潮汐能和地热能。
[0006]从可再生能源生产能量的一个特殊问题是它们是间歇性能源。例如，风力涡轮机需要强风，太阳能无法在夜间发电，水力发电在干旱期间严重减少，以及波浪能是根据天气和海况而受到限制的。因此，理想情况下，可再生技术需要一种存储能量以备后用的方法。
[0007]一种这样的存储能量的方案是使用电池技术，例如锂离子电池，使得当不可以从可再生能源按需生产电力时，可以容易地满足能量需求。然而，电池技术对于大规模部署来说仍然是昂贵的且存储的能量容量有限，并且在可再生能源生产被长期延迟时(例如对于太阳能生产，在连续阴天时)，可能无法满足能源需求。
[0008]作为电池技术的替代方案，显热蓄热介质已被用于存储热能。例如，石墨能量存储介质已经被用于存储从例如热的形式的可再生能源的来源所产生的电能。上述方法的一个变体是通过涡流感应来加热石墨体。然后，存储在石墨块中的热能可以被回收以备后用，并通过使用例如蒸汽的流体来转化为电能。
[0009]WO 2005/088218的能量存储装置描述了一种用于在石墨体中存储热能的方法和装置。该方法包括在需要存储热能时加热石墨体的内部区域，以及在需要使用能量时通过热交换器来回收热量。在WO 2005/088218中石墨体的内部区域的加热是通过在石墨体内嵌入不可移除的电阻器来实现的。电阻器由粒状石墨或碳的混合物构成，并且具有或不具有陶瓷颗粒。电阻器连接到电极，所述电极也至少部分地嵌入每个孔或阱中并且是不可移除
的。当电极与电源和电阻器电连通时，嵌入的电阻器由于电阻而加热石墨体的内部区域。所描述的电阻器是一个开路电阻器，容易出现过热问题，这将缩短运行寿命。
[0010]石墨太阳能存储技术的进一步迭代涉及如在WO 2015/085357中所描述的热能存储模块，该热能存储模块包括多个间隔开的热能存储板，其中，每个板由加热器组件隔开。每个热能存储板包括石墨芯、封装石墨芯的基本上气密的外壳、以及包括热交换器管路的热交换器。加热器组件在间隔开的热能存储板的外部，并且当在加热器组件和电源之间建立电连接时从外部加热所述热能存储板。由于周围气体的低导热性和低比热，所描述的加热器组件具有低瓦特密度(约3至5W/in2)。加热器组件的低功率密度是必需的，以防止或减少加热器组件的过热以避免过早发生故障。此外，来自加热器的传热机制是经由辐射到基本上气密的外壳，然后从外壳传导到石墨芯。外壳材料具有高发射率，热量会从中被重新辐射出去。热损失与T4(其中T是温度)成正比，当表皮温度升高时，该问题会加剧。高热损失的另一个原因是难以避免来自加热器腔体的热空气泄漏路径。因此，如在WO 2015/085357中所描述的热能存储模块需要加热器组件的大加热表面面积，这样操作可能会很昂贵。
[0011]考虑到如上所述的石墨存储技术的局限性，因此可能需要开发一种替代的能量存储装置和一种用于存储能量的方法，以用于高温发电应用，例如sCO2布雷顿循环发电机，并且对于最终用户或操作员来说，其可以更高效且更易于维护。
[0012]本专利技术的一个目的是克服或改善现有技术的至少一个缺点，或提供一种有用的替代方案。
[0013]除非上下文另有明确要求，否则在整个说明书和权利要求中，词语“包括”、“包含”等等应被解释为包含性意义，而不是排他性或穷举性意义；也就是说，“包括但不限于”的意义。
[0014]尽管将参照具体示例对本专利技术进行描述，但本领域技术人员将理解本专利技术可以以许多其他形式来实现。
技术实现思路
[0015]能量存储系统的不断发展推动了开发替代的能量存储系统的愿望，特别是用于高温应用，例如布雷顿循环发电机。特别地，希望开发替代的能量存储系统，其在存储和/或提取热能方面是有效的，并且在能量存储装置发生故障或损坏的情况下易于维护以供长期使用。
[0016]可逆地存储/提取能量的方法
[0017]根据一个方面，本专利技术提供了一种可逆地存储和/或提取能量的方法，包括以下步骤：
[0018]‑
通过使用可移除的加热元件来加热显热蓄热体的内部区域从而存储能量；
[0019]‑
通过使温度低于所述显热蓄热体的温度的传热介质流动来提取能量，使得能量从所述显热蓄热体传递到所述传热介质，
[0020]从而提供可逆的能量存储和提取。
[0021]有利地，本专利技术人开发了一种如本文所述的用于通过使用可移除的加热元件来存储和/或提取能量的方法和装置。可移除的加热元件可以易于维护，因为一旦加热元件达到使用寿命或损坏时，加热元件可被移除和修理或更换为新的加热元件。
[0022]如本文所使用的，短语“内部区域”是指对显热蓄热体进行内部加热，例如加热位于显热蓄热体内部的加热元件通道的表面。加热显热蓄热体的内部区域可以提供热量从可移除的加热元件到显热蓄热体的有效传导，因此减少给定存储温度所需的加热元件的数量并降低总成本。
[0023]在某些实施例中，加热元件的一部分与显热蓄热体的内部区域接触。优选地，加热元件的加热部分与显热蓄热体的内部区域接触。在这些实施例中，加热元件的加热部分与显热蓄热体的内部区域热接触但不电接触。有利地，当加热元件在加热期间与显热蓄热体的内部区域的表面直接接触时，所述加热元件的加热部分能够通过传导而有效地加热所述显热蓄热体，而不是依赖于经由周围大气的热对流或辐射。通常，与对流或辐射相比，通过传导加热对于传递热能更有效。
[0024]显热蓄热体的合适材料包括但不限于碳化硅、沙子、混凝土、石墨、增强聚合物、粘土、瓷、陶、碳纳米管、氮化铝、氧化铝、氮化硼、氮化硅、钢、铜、莫来石、氧化本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种可逆地存储和/或提取能量的方法，包括以下步骤：
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通过使用可移除的加热元件来加热显热蓄热体的内部区域从而存储能量；
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通过使温度低于所述显热蓄热体的温度的传热介质流动来提取能量，使得能量从所述显热蓄热体传递到所述传热介质，由此提供可逆的能量存储和提取。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述加热元件的一部分与所述显热蓄热体的内部区域接触。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述加热元件的加热部分与所述显热蓄热体的内部区域接触。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述显热蓄热体被封闭在壳体中。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述加热元件与所述壳体密封地接合。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述加热元件是电阻器。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述加热元件包括电阻材料的至少一个管状环路以加热所述显热蓄热体的内部区域。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述显热蓄热体的内部区域由多个加热元件加热。9.根据权利要求4至8中任一项所述的方法，其中，所述壳体包括用于以惰性气体基本上填充所述壳体的气体入口、以及用于排放惰性气体的气体出口。10.一种加热元件，包括：
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位于一端的细长加热部分；
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位于相对端的隔热部分；
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其中，所述隔热部分还包括适于与电端子电连通的电导体。11.根据权利要求10所述的加热元件，其中，所述加热元件是电阻器。12.根据权利要求10或11所述的加热元件，其中，所述加热元件包括电阻材料的至少一个管状环路。13.根据权利要求12所述的加热元件，其中，所述电端子位于所述加热元件的隔热部分。14.根据权利要求10至13中任一项所述的加热元件，其中，所述加热元件的隔热部分是锥形的。15.根据权利要求10至14中任一项所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：石墨能源资产私人有限公司，
类型：发明
国别省市：
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