[发明专利]具有高温热能交换系统的蓄充系统及方法

说明书

本发明提供一种具有至少一个高温热能交换系统的蓄充系统。高温热能交换系统包括至少一个热交换室，该热交换室具有围绕热交换室的至少一个室内部的室边界，其中，该室边界包括至少一个进口开口和至少一个出口开口，该进口开口用于将至少一种传热流体的进流导向进入该室内部，该出口开口用于将传热流体的出流导向离开该室内部。至少一种储热材料设置在热交换室内部，使得通过热交换室内部的传热流体的热交换流引起储热材料和传热流体之间的热交换。该蓄充系统配备有用于加热进流的传热流体的至少一个蓄充单元。

本发明的背景

1. 技术领域

本发明涉及具有高温热能交换系统的蓄充系统以及使用热能蓄充高温热能交换系统的储热材料的方法。

2. 背景技术

尽管可再生能源被整合至公共电力能源系统（电网）中，但目前很大一部分电力仍然是由化石能源产生。但全球气候变化要求对可再生能源的进一步发展。

在一整天或一整年中，可再生能源（如风能和太阳能）的能量输出不是恒定的。因此，通过使用来自可再生能源的能量所产生的电力会波动。

为了应对这个波动，电能储存单元被发展。这样的能量储存单元是：（a）机械储存单元，例如，抽水储能器、压缩空气储能器或飞轮；（b）化学储能单元，例如，氢气的储能器、电池和有机分子储能器；（c）磁性储能单元；以及（d）使用水或熔盐的热储能单元。

然而，目前只有抽水储能器已经是广泛建立的并且作为大规模能量储存技术是成熟的。所有其它储存技术缺乏以低成本储存电能的能力，而抽水储能则在地理上受限于特定区域（足够的大地高程（geodetic heights））。

发明内容

本发明的目的是提供用于储存（吸收）能量的高效解决方案。

此目的由权利要求中具体说明的本发明而实现。

一种具有至少一个高温热能交换系统的蓄充系统被提供。高温热能交换系统包括至少一个热交换室，该至少一个热交换室具有围绕热交换室的至少一个室内部的室边界，其中，该室边界包括至少一个进口开口和至少一个出口开口，该至少一个进口开口用于将至少一种传热流体的进流导向进入室内部，该至少一个出口开口用于将传热流体的出流导向离开室内部。至少一种储热材料设置在热交换室内部，使得通过热交换室内部的传热流体的热交换流引起储热材料和传热流体之间的热交换。该蓄充系统配备有用于加热进流的传热流体的至少一个蓄充单元。热量是热能。进入热交换室的传热流体的进流和离开热交换室的传热流体的出流形成通过热交换室内部的传热流体的热交换流。

除了具有高温热能交换系统的蓄充系统以外，使用热能蓄充该蓄充系统的储热材料的方法被提供。由此，在高温热能交换系统的蓄充模式中，传热流体被导向通过热交换室内部。由此，使用热能蓄充（加热）传热材料被实现。在蓄充模式期间，发生从传热流体到储热材料的传热。

蓄充单元被设置成使得能够向进流的传热流体高效传热。为了使热能的损失最小化，蓄充单元被优选地设置在进口开口处（在进口开口附近）。

优选地，蓄充单元包括至少一个电加热装置，该至少一个电加热装置从由电阻加热器、感应加热器、电磁辐射发射器和热泵组成的组中选择。电磁辐射优选地是红外辐射。在电阻加热器的辅助下，热能被产生并且被传递至传热流体（经由直接接触、对流或辐射）。由此，能够利用源自可再生能源的电力来驱动电加热。优选地，一个或多个电阻加热器位于热交换流中。优选地，电阻加热器包括用于从电阻加热器到传热流体的高效热交换的大的热交换区域。例如，该大的热交换表面由电阻加热器的格栅形成。曲折形状的电阻加热器也是可能的。利用这样的手段，向传热流体的传热被改进。另外，不期望的热点的出现的可能性被降低。

电阻加热器的热交换表面位于传热流体的进流中，而电阻加热器的控制单元和/或推进单元位于进流的外部。优选地，这样的单元位于高温热能交换系统的相应的冷的区域处或者位于导向进流的管道或通道系统的外部。