[发明专利]再生热能系统、具有再生热能系统的发电设施及其操作方法

说明书

技术领域

本发明的领域总体涉及能源储存，并且更具体地，涉及与绝热压缩空气能源储存(A-CAES)系统相关联的再生热能储存(TES)系统。

背景技术

至少一些已知的A-CAES系统使用膨胀密封装置(例如，压力容器或地下洞穴)来储存热的压缩空气。使用人造压力容器的存储设施需要密封装置壁具有足够的强度以长时间承受由压缩空气引起的高压。此外，这些已知压力容器由于存储在其内的空气的压缩而暴露于高温。因此，一些已知压力容器是由昂贵的金属合金制成，所述金属合金具有厚壁以承受约450摄氏度(℃)(842华氏度(°F))的温度。其他已知密封装置包括具有复杂结构的厚混凝土壁以促进高压力下的气密性。此类混凝土壁通常被构造用于承受约100℃(212°F)的温度，并且因此需要有效的冷却系统。

此类已知密封装置(不论是人造洞穴或是天然洞穴)需要大量的热绝缘材料来促进减少对局部环境的传热，从而保存尽可能多的热能以用于后续转换。因此，由于密封装置需要大体积，所以仅用于降低来自所存储压缩气体的传热A-CAES系统内的热能储存就需要大量的资金投入。

至少一些已知A-CAES系统包括位于存储有固体物质的独立容器内的固定矩阵再生器。当热空气被引导通过固体物质上方时，固体物质存储热能。同样，当冷空气被引导通过固体物质上方时，固体物质释放热能。然而，这些独立容器的壁必须提供足够的强度以承受被引导穿过所述壁的空气的压力。因此，强化所述壁将增加A-CAES系统的基本建设成本。此外，至少一些已知A-CAES系统还包括间接传热系统，所述间接传热系统使用用于促进大量热损失的设备。

发明内容

一个方面，提供一种再生热能系统。所述系统包括热交换反应器，所述热交换反应器包括顶部入口部分、下部入口部分和底部排放部分。所述系统还包括至少一个流体源，所述流体源在下部入口部分处与至少一个热交换反应器以流动连通方式连接。所述系统还包括至少一个冷颗粒存储源，所述至少一个冷颗粒存储源在顶部入口部分处与至少一个热交换反应器以流动连通方式连接。所述系统进一步包括至少一个热能存储(TES)容器，所述热能存储容器在底部排放部分和顶部入口部分中的每一个处与热交换反应器以流动连通方式连接。热交换反应器被配置用于促进固体颗粒与流体之间的直接接触和逆流热交换。

另一个方面，提供一种发电设施。所述设施包括至少一个发电设备和连接至所述至少一个发电设备的至少一个再生热能系统。所述至少一个再生热能系统包括热交换反应器，所述热交换反应器包括顶部入口部分、下部入口部分和底部排放部分。所述系统还包括至少一个流体源，所述流体源在下部入口部分处与至少一个热交换反应器以流动连通方式连接。所述系统进一步包括至少一个冷颗粒存储源，所述至少一个冷颗粒存储源在顶部入口部分处与至少一个热交换反应器以流动连通方式连接。所述系统还包括至少一个热能存储(TES)容器，所述热能存储容器在底部排放部分和顶部入口部分中的每一个处与热交换反应器以流动连通方式连接，其中所述热交换反应器被配置用于促进固体颗粒与流体之间的直接接触和逆流热交换，并且将热的加压空气引导至至少一个发电设备。

另一个方面，提供一种操作发电设施的方法。所述方法包括引导固体颗粒向下穿过热交换反应器以及引导加压空气向上穿过热交换反应器。所述方法还包括通过直接接触将热量从加压空气传递给固体颗粒。所述方法进一步包括将固体颗粒引导至至少一个热能存储(TES)容器中。

附图说明

在参考附图阅读以下详细说明后，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，在整个附图中，类似的符号代表所有附图中类似的部分，其中：

图1为示例性再生热能系统的第一部分的示意图。

图2为对图1中示出的再生热能系统进行充电的方法的流程图。

图3为图1中部分地示出的再生热能系统的第二部分的示意图。

图4为使图3中示出的再生热能系统放电的方法的流程图。

图5为使用图1和图3中示出的再生热能系统的示例性发电设施的示意图。

除非另有说明，否则本说明书中提供的附图用于示出本发明的关键发明特征。这些关键发明特征被认为适用于包括本发明的一个或多个实施例的各种系统。因此，附图并不包括所属领域中的普通技术人员已知的实践本发明所需的所有传统特征。

具体实施方式

在以下说明和随附权利要求书中，将参考多个术语，这些术语的定义如下。