專利名稱：改進的熱存儲系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及能量存儲設備，尤其是但非排他性地涉及用于接收和返回電形式能量的設備(在下文稱作“電存儲”設備)。
背景技術：
現(xiàn)在已有許多存儲壓縮空氣的熱量并吸收空氣膨脹所做的功的電存儲系統(tǒng)。常提的這樣例子稱作絕熱CAES，其中典型的是使用鹽洞穴作為壓縮空氣存儲器。當要存儲電時，發(fā)動機驅(qū)動壓縮機將空氣壓縮到所述洞穴內(nèi)。所述壓縮過程升高了所述空 氣的溫度，為了有效地回收能量，有必要用某種形式的熱存儲器存儲這個“壓縮熱”。所述洞穴在正常情況下保持在最小壓力，比如40巴，在充氣過程中，這增加到較 高的極限值，例如60巴。這些壓力有可能使用空氣產(chǎn)生峰值溫度，在650攝氏度的范圍內(nèi)。這在正常情況下會被熱量交換機傳遞到未加壓的熱存儲器，或者直接存儲在加壓容器內(nèi)所包含的熱存儲基質(zhì)內(nèi)。為了回收電力，使所述過程反向，壓縮后的氣體在膨脹之前被所述熱存儲器重新加熱。膨脹所做的功用來驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。如果在加壓容器內(nèi)使用的是熱交換機而不是熱存儲基質(zhì)，其目標是僅用壓縮空氣溫度和存儲材料溫度之間的小溫差來存儲所述熱量，使得當所述過程反向時，所述空氣被加熱到其原始溫度附近。這類熱交換極難以實現(xiàn)，因為沒有在0-650攝氏度范圍內(nèi)工作的熱量傳遞液體。這意味著需使用多種液體，或者經(jīng)由氣體進行熱交換(意味著需要氣-氣熱交換機)。多種熱量傳遞液體難以掌握，需要多個存儲容器，通常不便宜，但是它們可以有效地工作，避免了高壓的容器的成本。用氣體到氣體的熱交換機，所述溫度范圍需要使用優(yōu)質(zhì)的鋼，所述氣流需要非常大的熱交換機來避免壓力下降。這樣做的結(jié)果是，這些熱交換機通常非常昂貴，并且不是非常有效，在每次熱傳遞過程之后，有大溫差，比如50攝氏度。最有效的解決方案是使用包含在絕熱的壓力容器內(nèi)的熱存儲基質(zhì)，比如顆粒結(jié)構(gòu)，將所述熱量傳遞給所述氣體，或者從所述氣體傳遞熱量，方式類似于非常大的再生器。這具有最佳的熱傳遞，但是所述存儲物質(zhì)必須都包含在所述壓力容器內(nèi)，這非常昂貴。因此，本申請人意識到需要一種改進的能量存儲系統(tǒng)，克服或者至少減輕與現(xiàn)有技術相關的一些問題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供能量存儲設備，包括用于接收高壓氣體的高壓存儲容器，該高壓存儲容器包括用于從氣體接收熱能的高壓熱存儲裝置；以及連接裝置，用于將所述高壓存儲容器連接到用于存儲暴露在所述高壓熱存儲裝置之后的高壓氣體的氣體存儲裝置，以及連接到用于接收暴露在所述高壓熱存儲裝置之后的高壓氣體的氣體處理裝置；其中所述設備進一步包括具有用于從氣體接收熱能的低壓熱存儲裝置的低壓存儲容器(例如，僅適于接收低壓氣體)，所述低壓存儲容器有選擇地可連接到所述高壓存儲容器；以及用于在所述高壓存儲容器和所述低壓存儲容器之間傳遞低壓氣體的氣體傳遞裝置，這樣，通過在所述高壓存儲容器和所述低壓存儲容器之間傳遞低壓氣體，在所述高壓熱存儲裝置和所述低壓熱存儲裝置之間傳遞存儲的熱能(即，直接地而不用熱交換機)。用這種方式，提供能量存儲設備，其中熱能從配置來容納高壓氣體的存儲容器中所包含的熱存儲裝置傳遞到配置來保持低氣壓的存儲容器(例如，低壓或者未加壓的存儲容器)中所包含的熱存儲裝置，熱量直接傳遞(即，在所述高壓側(cè)和低壓側(cè)的所述氣體和固體熱存儲裝置之間)。相應地，本發(fā)明潛在地提供一種具有和直接熱交換類似性能的高效熱存儲器，其成本接近于使用未加壓的存儲器的成本。本發(fā)明可以適用于絕熱CAES技術，以及在申請人早先提交的申請W02009/044139中所披露的改進的能量存儲設備(其中，通 過在充氣階段氣體的膨脹來產(chǎn)生額外的“冷存儲器”，并且然后在放氣階段的壓縮之前用這個冷存儲器來冷卻氣體)以及太陽熱能生成。此外，由于在放氣階段加熱的高壓氣體(例如，從所述氣體存儲裝置或者氣體處理裝置回收的經(jīng)過所述高壓熱能存儲裝置的高壓氣體)可以隨后在隨后的能量回收步驟膨脹，所述高壓氣體另外可以作為用于膨脹的工作流體(例如，在發(fā)電階段)。在實施例中，所述高壓存儲容器是配置來從氣體源接收加熱后的高壓氣體。在實施例中，所述氣體源包括壓縮氣體源。例如，所述設備可以包括用于壓縮氣體的壓縮機裝置，所述高壓存儲容器是配置來接收所述壓縮機裝置所壓縮的氣體。所述壓縮機裝置可以由電源供電。通過這種方式，所述設備可以用來將電能轉(zhuǎn)換成存儲的熱能，供所述設備隨后的回收。在另一個實施例中，所述氣體源包括太陽能采集器。在這些實施例中，通過使低壓氣體在所述高壓存儲容器和所述低壓存儲容器之間經(jīng)過，將所述高壓熱存儲裝置存儲的熱能傳遞給所述低壓熱存儲裝置(例如，周期性地，在每個周期，所述高壓熱存儲裝置存儲的熱能的一部分傳遞給所述低壓熱存儲裝置)。在另一個實施例中，所述低壓存儲容器是配置來從氣體源接收加熱后的低壓氣體。在一個實施例中，所述氣體源包括太陽能采集器。有利的是，這個裝置允許以低(可能是周圍環(huán)境)壓力采集和存儲熱量，從而減少了與從高壓系統(tǒng)漏氣相關的問題。所述氣體存儲裝置可以有比所述高壓或者低壓存儲容器的體積大的體積(例如，氣體存儲體積至少是所述設備的存儲容量的1000倍)。例如，所述氣體存儲裝置可以是加壓的地下洞穴，比如鹽穹、蓄水層或者其它合適的地下空間?？商鎿Q的是，它可以是壓力容器。它可以是固定體積空間、固定壓力空間或者二者的結(jié)合。所述氣體處理裝置可以包括用于在充氣階段使從所述高壓存儲容器接收的高壓氣體膨脹的膨脹機裝置。所述氣體處理裝置可以進一步包括用于將熱能傳遞給由所述膨脹機裝置膨脹的氣體的進一步的熱存儲裝置(例如，容放在冷存儲容器內(nèi)的冷存儲裝置)?？梢耘渲盟鲈O備，在閉合的循環(huán)中，用在所述高壓存儲容器和所述進一步的熱存儲裝置之間傳遞的氣體來操作(例如，用在由所述壓縮裝置壓縮以加熱所述加壓的氣體之前，通過暴露在所述進一步的熱存儲裝置而使氣體變溫(在充氣階段))。所述高壓熱存儲裝置和所述低壓熱存儲裝置中至少有包括用于接收氣體的腔和容放在所述腔內(nèi)的粒狀材料。所述粒狀材料可以包括固體顆粒和/或多孔介質(zhì)和/或纖維和或泡沫材料(例如，金屬、礦物或者陶瓷顆粒和/或纖維和/或泡沫)，這些材料被填充以形成透氣性熱存儲裝置。所述高壓熱存儲裝置和低壓熱存儲裝置可以相同。但是，所述高壓熱存儲裝置和低壓熱存儲裝置可以不同。例如，所述高壓熱存儲裝置可以是配置來提供比所述低壓熱存儲裝置的放熱/充熱效率高(實質(zhì)上高)的放熱/充熱效率。在一個實施例中，所述高壓熱存儲裝置具有表面面積與體積的比率，這個比率比所述低壓熱存儲裝置的表面面積與體積的比率高(例如，實質(zhì)上高于，例如2倍、4倍或者甚至10倍高)。另外，或者可替換的是，所述高壓熱存儲裝置可以具有比所述低壓熱存儲裝置的平均顆粒尺寸小(例如，實質(zhì)上小于，例如2、4或者甚至10倍小)的平均顆粒尺寸。通過這種方式，所述高壓熱存儲裝置可以有利的是配置來迅速接收和發(fā)送熱能量，以產(chǎn)生陡的熱前緣，從而提高所述高壓存儲裝置的常規(guī)的充氣/放氣效率。在一個實施例中，所述低壓熱存儲裝置可以有利的具有不同的存儲材料和形狀，使得其體積熱容量、經(jīng)過所述存儲器的(氣)壓降、空隙分數(shù)和所述顆粒的導熱性和尺寸與所述高壓熱存儲裝置不同。例如，所述低壓熱存儲裝置可以包括一種礦物顆粒，比如砂礫，·所述高壓存儲裝置是不規(guī)則的細銅纖維網(wǎng)或者泡沫材料。所述低壓熱存儲裝置可以具有實質(zhì)上比所述高壓存儲裝置的體積大的體積(例如5倍、10倍或者甚至100倍)。另外，所述存儲器的橫截面面積和長度可以改變，以減少壓降，或者改變經(jīng)過所述存儲器的氣體的熱前緣的外形。所述高壓熱存儲裝置可以包括熱基質(zhì)，用于直接從所述氣體接收熱量。所述低壓熱存儲裝置可以包括用于直接從氣體接收熱能的熱基質(zhì)。例如，所述低壓和高壓熱存儲裝置中至少有可以包括一種顆粒熱存儲介質(zhì)。在一個實施例中，所述氣體傳遞裝置包括泵裝置。所述設備可以進一步包括用于在連接到所述低壓存儲容器之前，降低存儲在所述高壓存儲容器內(nèi)的氣壓的降壓裝置。在一個實施例中，所述降壓裝置包括膨脹裝置，膨脹的能量可以由所述設備回收(例如是電的形式，或者可以直接用來升高不同的高壓容器內(nèi)的壓力-見下文)。所述設備可以進一步包括增壓裝置，用于在斷開所述高壓存儲容器與所述低壓存儲容器之后，增加存儲在所述高壓存儲容器內(nèi)的氣體的壓力。在一個實施例中，所述設備包括用于接收高壓氣體(例如，由所述壓縮機裝置壓縮的)的進一步的高壓存儲容器(例如，如前文所定義那樣)，所述進一步的高壓存儲容器可以經(jīng)由所述連接裝置連接到所述氣體存儲裝置或者氣體處理裝置，并包括用于從所述高壓氣體接收熱能的進一步的高壓熱存儲裝置。所述第一次提到的高壓存儲容器和進一步的高壓存儲容器可以被配置為輪流地可充氣。在一個實施例中，所述設備是配置來將接收到的高壓氣體(例如，由所述壓縮機裝置壓縮的)基本上連續(xù)地供應給所述輪流地可充氣的第一次提到的高壓存儲容器和進一步的高壓存儲容器。通過這種方式，對于所述設備的充氣或者放氣，所述熱傳遞過程是有效地連續(xù)的。在一個實施例中，所述設備包括具有用于從氣體接收熱能的進一步的低壓熱存儲裝置的進一步的低壓存儲容器(例如，如前面所定義的)。例如，所述設備可以包括數(shù)個進一步的低壓存儲容器(例如，十個或者二十個低壓存儲容器)，每個如前所定義那樣，包括用于從氣體接收熱能的進一步的低壓熱存儲裝置。所述進一步的低壓存儲容器可以是有選擇地可連接到所述第一次限定的或者所述進一步的高壓存儲容器其中的。在一個實施例中，所述設備是配置來對所述第一次提到的和進一步的低壓熱存儲裝置以串行、并行或者二者結(jié)合的方式充氣。在一個實施例中，所述第一次提到的低壓存儲容器保持在第一壓力下的氣體，所述進一步的低壓存儲容器保持在與所述第一壓力不同的第二壓力下的氣體。當在具有所述進一步的高壓存儲容器的設備的情況下，所述設備可以進一步包括用于在將每個高壓存儲容器連接到所述第一次提到的或者進一步的低壓存儲容器之前，降低存儲在每個高壓存儲容器中的氣體的壓力的降壓裝置。另外，或者相反，所述設備可以進一步包括增壓裝置，用于在將每個高壓存儲容器與所述第一次提到的或者所述進一步的低壓存儲容器斷開之后，增加每個高壓存儲容器內(nèi)存儲的氣體的壓力。 在一個實施例中，所述降壓裝置包括膨脹機裝置，在其中高壓存儲容器的降壓期間回收的膨脹能量可以由所述裝置回收。例如，在一個實施例中，所回收的膨脹能量被所述增壓裝置用來增加另一個高壓存儲容器內(nèi)的壓力。所述設備可以包括用于接收(例如，由所述壓縮機裝置壓縮的或者由所述太陽能采集器加熱的)高壓氣體的至少兩個再進一步的高壓存儲容器(例如，每個如前面所限定那樣)，每個再進一步的高壓存儲容器可以經(jīng)由所述連接裝置連接到所述氣體存儲裝置或者氣體處理裝置，并包括用于從所述高壓氣體接收熱能的再進一步高壓熱存儲裝置。在一個實施例中，所述設備在充氣模式下可操作，其中在任何時間其中高壓存儲容器充有高壓氣體(例如，由所述壓縮機裝置壓縮或者由所述太陽能采集器加熱的)；其中高壓存儲容器包含有壓力由所述降壓裝置降低的氣體；其中高壓存儲容器包含有由氣體傳遞裝置在所述高壓存儲容器和所述低壓存儲容器之間傳輸?shù)臍怏w；以及其中高壓存儲容器包含有壓力由所述增壓裝置增加的氣體。通過這種方式，至少高壓存儲容器和至少低壓存儲容器可以在任何時間充氣，以提供對所述設備的連續(xù)高壓和低壓充氣。所述設備可以包括至少用于接收高壓氣體(例如，由所述壓縮機裝置壓縮的或者由所述太陽能采集器加熱的)的再進一步的高壓存儲容器(例如，如前面所定義那樣)，所述至少再進一步的高壓存儲容器可以經(jīng)由所述連接裝置連接到所述氣體存儲裝置或者氣體處理裝置，并包括用于從所述高壓氣體接收熱能的再進一步的高壓熱存儲裝置。通過這種方式，至少兩個高壓存儲容器可以是可操作的，以同時給所述低壓存儲容器提供低壓氣體。在一個實施例中，所述設備在充氣模式下可操作，以同時從所述第一次提到的和進一步的高壓存儲容器傳遞低壓氣體，每個在比所述設備配置來接收高壓氣體(例如，從所述壓縮機裝置或者太陽能采集器)的傳輸速率低的傳輸速率。另外，或者可替換的是，所述設備在放氣模式下可操作，以同時將低壓氣體傳遞到所述第一次提到的和進一步的高壓存儲容器，每個在比所述設備配置來放高壓氣體的傳輸速率低的傳輸速率。通過這種方式，可以在所述高壓存儲容器和所述低壓存儲容器之間進行低壓氣體的迅速循環(huán)，以降低所述低壓流經(jīng)過所述容器的泵送損耗(或者壓降)，而保持充氣期間加壓氣體的輸入/放氣期間加壓氣體的輸出之間的平衡。所述氣體可以是空氣、氬氣或者氖氣或者另一種適當?shù)臍怏w。例如，所述氣體可以包括來自于周圍大氣的空氣。
所述第一次提到的低壓存儲容器或者進一步的低壓存儲容器可以存儲基本上在大氣壓力的氣體。所述設備可以進一步包括用于回收存儲在所述設備(例如，在放氣階段)中的能量的膨脹機裝置。在一個實施例中，所述壓縮機裝置和膨脹機裝置是由配置來有選擇地在壓縮模式下或者膨脹模式下可操作的組合的壓縮機/膨脹機裝置提供的。根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供一種存儲以及隨后獲取能量的方法，包括在充氣階段接收加熱的高壓氣體；將這個高壓氣體經(jīng)由高壓存儲容器傳遞給氣體存儲裝置或者氣體處理裝置，所述高壓存儲容器包括用于從所述氣體接收熱能的高壓熱存儲裝置；將氣體從所述高壓存儲容器以低壓(例如，通過降低包含在所述高壓存儲容器內(nèi)的氣體的壓力)在所述高壓存儲容器和低壓存儲容器之間傳遞，所述低壓存儲容器包括用于從氣體接收熱能的低壓熱存儲裝置，這樣，所述高壓熱存儲裝置所存儲的熱能由在所述高壓存儲容器和所述低壓存儲容器之間經(jīng)過的低壓氣體傳遞給所述低壓熱存儲裝置；以低壓在所述低壓存儲容器和所述高壓存儲容器之間以低壓傳遞氣體，在放氣階段，在所述低壓存儲容器 和所述高壓存儲容器之間傳遞低壓氣體，從而通過使氣體在所述低壓存儲容器和所述高壓存儲容器之間經(jīng)過，將所述低壓熱存儲裝置存儲的熱能傳遞給所述高壓熱存儲裝置；隨后，使高壓氣體(例如，使用從所述氣體存儲裝置或者氣體處理裝置獲得的高壓氣體)經(jīng)過所述高壓存儲容器，以將所述氣體暴露在所述高壓熱存儲裝置；使所述加熱后的高壓氣體膨脹。通過這種方式，使用直接熱量傳遞的低壓存儲器提供一種存儲高壓氣體的熱量的方法(即，在所述氣體和固體熱存儲裝置之間直接地，不用熱交換機)。在一個實施例中，在充氣階段，在所述高壓存儲容器和所述低壓存儲容器之間周期性地傳遞氣體，在放氣階段，在所述低壓存儲容器和所述高壓存儲容器之間周期性地傳遞氣體。 在一個實施例中，所述高壓加熱氣體是從氣體源接收的。在一個實施例中，所述氣體源是壓縮氣體源。在另一個實施例中，所述氣體源是太陽能采集器。前面限定的本發(fā)明第一方面的所有特征可以形成本發(fā)明第二個方面的特征。根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，提供一種存儲及隨后獲取能量的方法，包括在充氣階段接收加熱后的低壓氣體；使所述氣體經(jīng)過包括用于從所述氣體接收熱能的低壓熱存儲裝置的低壓存儲容器；在放氣階段以低壓在所述低壓存儲容器和包括用于從所述氣體接收熱能的高壓熱存儲裝置的高壓存儲容器之間傳遞來自于所述低壓存儲容器的氣體，從而通過使低壓氣體在所述低壓存儲容器和所述高壓存儲容器之間經(jīng)過，將所述低壓熱存儲裝置所存儲的熱能傳遞給所述高壓熱存儲裝置；隨后使氣體以高壓經(jīng)過所述高壓存儲容器，以將所述高壓氣體暴露在所述高壓熱存儲裝置下；使所述加熱后的高壓氣體膨脹。通過這種方式，用所述低壓存儲器和高壓存儲器之間的直接熱傳遞(即，在所述氣體和固體熱存儲裝置之間直接地進行，不用熱交換機)，提供一種存儲來自于低壓氣體的熱量的方法。在一個實施例中，所述低壓加熱氣體是從氣體源接收的。在一個實施例中，所述氣體源是太陽能采集器。前面限定的本發(fā)明第方面的所有特征可以形成本發(fā)明第三個方面的特征。
根據(jù)本發(fā)明的第四個實施例，提供一種存儲能量的設備，其包括用于接收壓縮氣體的高壓存儲容器，該高壓存儲容器包括用于從經(jīng)過所述高壓存儲容器的壓縮氣體接收熱能的高壓熱存儲裝置，以及用于從所述高壓存儲容器放氣的出口 ；其中所述設備進一步包括具有從氣體接收熱能的低壓熱存儲裝置的低壓存儲容器，所述低壓存儲容器有選擇地可連接到所述高壓存儲容器；以及用于在所述高壓存儲容器和所述低壓存儲容器之間傳遞氣體的氣體傳遞裝置，從而用在所述高壓存儲容器和所述低壓存儲容器之間經(jīng)過的氣體，將所述高壓熱存儲裝置存儲的熱能傳遞到所述低壓熱存儲裝置。前面限定的本發(fā)明第一方面的所有特征可以形成本發(fā)明第四方面的特征。根據(jù)本發(fā)明第五方面，提供一種能量存儲設備，其包括用于接收高壓氣體的高壓存儲容器(例如，在充氣階段的高壓加熱的氣體)，該高壓存儲容器包括具有容放第一透氣性熱存儲結(jié)構(gòu)的第一腔的高壓熱存儲裝置；以及用于接收低壓氣體的低壓存儲容器，該低壓存儲容器包括具有容放第二透氣性熱存儲結(jié)構(gòu)的第二腔的低壓熱存儲裝置；其中所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)的單位體積平均表面積大于所述第二熱存儲結(jié)構(gòu)的單位體積平均表面積。
有利的是，申請人確定，提供在所述高壓側(cè)具有較高的每單位體積(即，所述熱存儲結(jié)構(gòu)的每單位體積)表面面積、在所述低壓側(cè)具有較低的每單位體積表面面積的熱存儲結(jié)構(gòu)，結(jié)果使充氣/放氣性能改進。尤其是，申請人確定，在充氣/放氣循環(huán)不可逆下降，可以在所述高壓存儲器中實現(xiàn)熱前緣長度超過使氣體經(jīng)過所述高壓存儲容器所經(jīng)歷的壓降的增加。所述高壓存儲容器是可連接到所述低壓存儲容器。在一個實施例中，在充氣階段，所述低壓熱存儲裝置是配置來從氣體(例如，從所述高壓存儲容器接收的低壓氣體)接收熱能。在另一個實施例中，在充氣階段，所述低壓熱存儲裝置是配置來將熱能傳遞給氣體(例如，給所述低壓存儲容器接收的膨脹的低壓氣體，以產(chǎn)生冷存儲器)。在一個實施例中，所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)包括容放在所述第一腔內(nèi)的粒狀材料。在一個實施例中，所述第二熱存儲結(jié)構(gòu)包括容放在所述第二腔內(nèi)的粒狀材料。在一個實施例中，所述第一和第二熱存儲結(jié)構(gòu)中有包括耐火材料(例如，耐火塊料)，所述第一和第二熱存儲結(jié)構(gòu)中的另一個包括金屬材料。在一個實施例中，所述第一和第二熱存儲結(jié)構(gòu)中有包括金屬材料，所述第一和第二熱存儲結(jié)構(gòu)中的另一個包括天然礦物材料(例如，粉碎的礦物，比如是砂礫)。在一個實施例中，所述粒狀材料包括下列至少一種固體顆粒；多孔性介質(zhì)；纖維；和泡沫材料(例如，金屬、礦物或者陶瓷顆粒和/或纖維和/或泡沫)，這些材料被填充以形成透氣性熱存儲裝置。在一個實施例中，所述第一腔是配置來從入口接收氣體(例如，高壓加熱氣體)，所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)具有區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)，所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)的單位體積平均表面積隨著與所述入口(例如，在經(jīng)過所述腔的氣流的方向)的距離增加而減小。通過這種方式，提供高壓熱存儲裝置，其中第一高表面面積層產(chǎn)生短的熱前緣，并將氣體供應給第二個相對較低的表面面積層。有利的是，在所述高表面面積層之后提供所述低表面面積層(在充氣過程中，在氣流方向)，讓所述高壓側(cè)的壓降減少，而產(chǎn)生較短的熱前緣，改進熱量吸收并降低不可逆性。在一個實施例中，所述區(qū)域從所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)基本上最接近所述入口的一部分延伸。在一個實施例中，每單位體積的平均表面面積的變化漸進地出現(xiàn)在所述區(qū)域的長度上(例如穩(wěn)定地、基本上等增量地)。在一個實施例中，所述區(qū)域內(nèi)的單位體積平均表面積的變化基本上平滑地出現(xiàn)(例如，在第一熱存儲結(jié)構(gòu)包括容放在所述第一腔內(nèi)的粒狀材料的情況下，粒狀物質(zhì)層尺寸逐漸增加)。在另一個實施例中，所述區(qū)域內(nèi)的單位體積平均表面積的變化是以離散步長的形式出現(xiàn)的(例如，在第一熱存儲結(jié)構(gòu)包括容放在所述第一腔內(nèi)的粒狀材料的情況下，所述第一層粒狀物質(zhì)和第二層粒狀物質(zhì)具有基本上不同的尺寸)。每個離散步長可以具有基本上相近的長度。在離散步長的情況下，所述區(qū)域可以限定第一和第二子區(qū)域，所述第一子區(qū)域具有比所述第二子區(qū)域的單位體積平均表面積大的單位體積平均表面積。在一個實施例中，所述第一子區(qū)域具有長度，它是所述熱存儲結(jié)構(gòu)的長度的至少10%。在另一個實施例中，所述第一子區(qū)域具有長度，它是所述熱存儲結(jié)構(gòu)的長度的至少20%。在熱存儲結(jié)構(gòu)包括容放在所述腔內(nèi)的粒狀材料的情況下，所述第一和第二區(qū)域中至少有包括多個粒狀物質(zhì)層，每一層具有不同的平均顆粒尺寸。
在一個實施例中，所述區(qū)域沿著所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)的整個長度延伸。在另一個實施例中，所述區(qū)域沿著所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)的長度的一部分延伸，所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)包括進一步的區(qū)域，該區(qū)域具有比所述第一限定的區(qū)域的最小的單位體積平均表面積高的單位體積平均表面積。通過這種方式，可以配置所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)，以當所述流逆行經(jīng)過所述高壓熱存儲裝置時，產(chǎn)生較短的熱前緣。在一個實施例中，所述進一步的區(qū)域具有隨著與所述入口的距離增加而增加的單位體積平均表面積。在一個實施例中，所述進一步區(qū)域內(nèi)的單位體積平均表面積的改變是在所述區(qū)域的長度上漸進地出現(xiàn)的(例如，基本上等增量地穩(wěn)定地)。在所述區(qū)域內(nèi)，每單位體積的平均表面面積的改變是基本上平滑地出現(xiàn)(例如，粒狀物質(zhì)層的尺寸逐漸增加)。在另一個實施例中，所述區(qū)域內(nèi)的單位體積平均表面積的改變是以離散步長的形式出現(xiàn)的(例如，第一和第二粒狀物質(zhì)層尺寸基本上不同)。每個離散步長可以具有基本上相近的長度。在一個實施例中，所述進一步的區(qū)域具有沿著所述進一步區(qū)域的長度基本上保持不變的單位體積平均表面積。在一個實施例中，所述第一腔的有效長寬比比所述第二腔的有效長寬比大。在一個實施例中，所述第一腔的有效長寬比比所述第二腔的有效長寬比大至少10%。在一個實施例中，所述高壓熱存儲裝置具有比所述低壓熱存儲裝置的空隙分數(shù)低的空隙分數(shù)。有利的是，降低所述設備高壓側(cè)的空隙分數(shù)，允許當要在所述高壓側(cè)的壓降有可接受的增量時，高壓存儲容器的體積縮減。在一個實施例中，所述高壓熱存儲裝置的空隙分數(shù)比所述低壓熱存儲裝置的空隙分數(shù)低至少5%。在一個實施例中，所述高壓熱存儲裝置的空隙分數(shù)比所述低壓熱存儲裝置的空隙分數(shù)低至少10%。在一個實施例中，所述高壓熱存儲裝置是配置來產(chǎn)生絕對壓降，它是所述低壓熱存儲裝置所產(chǎn)生的絕對壓降的兩倍。在一個實施例中，所述高壓熱存儲裝置是配置來產(chǎn)生絕對壓降，它是所述低壓熱存儲裝置所產(chǎn)生的絕對壓降的三倍。在一個實施例中，所述高壓熱存儲裝置是配置來產(chǎn)生絕對壓降，它是所述低壓熱存儲裝置所產(chǎn)生的絕對壓降的五倍。在一個實施例中，所述高壓熱存儲裝置是配置來產(chǎn)生絕對壓降，它是所述低壓熱存儲裝置所產(chǎn)生的絕對壓降的十倍。在一個實施例中，所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)和所述第二熱存儲結(jié)構(gòu)包括基本上相同的材料,在是混合材料的情況下，同種材料的比例基本上相同。在一個實施例中，所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)和所述第二熱存儲結(jié)構(gòu)包括不同的材料或者同一種材料的比例不同。 在一個實施例中，所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)的每單位質(zhì)量的平均熱容量大于所述第二熱存儲結(jié)構(gòu)的每單位質(zhì)量的平均熱容量。在一個實施例中，所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)的每單位質(zhì)量的平均熱容量比所述第二熱存儲結(jié)構(gòu)的每單位質(zhì)量的平均熱容量大至少10%。在一個實施例中，所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)的每單位體積的平均熱容量大于所述第二熱存儲結(jié)構(gòu)的每單位體積的平均熱容量。在一個實施例中，所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)的每單位體積的平均熱容量比所述第二熱存儲結(jié)構(gòu)的每單位體積的平均熱容量大至少10%。 在一個實施例中，所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)的平均密度比所述第二熱存儲結(jié)構(gòu)的平均密度大至少10%。在一個實施例中，所述第一和第二熱存儲裝置每個具有隔熱。在一個實施例中，所述第一和第二熱存儲裝置其中的基本上所有的隔熱都在它各腔內(nèi)，所述第一和第二熱存儲裝置中的另一個的基本上所有的隔熱都在它的各腔外。根據(jù)本發(fā)明的第六個方面，提供一種能量存儲設備，包括接收高壓氣體的高壓存儲容器(例如在充氣階段的高壓加熱氣體)，所述高壓存儲容器包括具有容放第一透氣性熱存儲結(jié)構(gòu)的第一腔的高壓熱存儲裝置；接收低壓氣體的低壓存儲容器，該低壓存儲容器包括具有容放第二透氣性熱存儲結(jié)構(gòu)的第二腔的低壓存儲裝置；其中，所述高壓熱存儲裝置具有比所述低壓熱存儲裝置的空隙分數(shù)低的空隙分數(shù)。有利的是，降低所述設備高壓側(cè)的空隙分數(shù)，讓高壓側(cè)壓力下降有可接受的增加值時，高壓存儲容器的體積縮減(從而潛在地降低了制造成本)。在一個實施例中，所述高壓熱存儲裝置的空隙分數(shù)比所述低壓熱存儲裝置的空隙分數(shù)低至少5%。在一個實施例中，所述高壓熱存儲裝置的空隙分數(shù)比所述低壓熱存儲裝置的空隙分數(shù)低至少10%。所述高壓存儲容器可以連接到所述低壓存儲容器。在一個實施例中，在充氣階段，所述低壓熱存儲裝置是配置來從氣體(例如，從所述高壓存儲容器接收的低壓氣體)接收熱能。在另一個實施例中，在充氣階段，所述低壓熱存儲裝置是配置來將熱能傳遞給氣體(例如，使所述低壓存儲容器接收的低壓氣體膨脹，產(chǎn)生冷的存儲器)。
在一個實施例中，所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)包括容放在所述第一腔內(nèi)的粒狀材料。在一個實施例中，所述第二熱存儲結(jié)構(gòu)包括容放在所述第二腔內(nèi)的粒狀材料。在一個實施例中，所述第一和第二熱存儲結(jié)構(gòu)中有包括耐火材料(例如，耐火塊料)，所述第一和第二熱存儲結(jié)構(gòu)中的另一個包括金屬材料。在一個實施例中，所述第一和第二熱存儲結(jié)構(gòu)中有包括金屬材料，所述第一和第二熱存儲結(jié)構(gòu)中的另一個包括天然礦物材料(例如，粉碎的礦物，比如砂礫)。在一個實施例中，所述粒狀材料包括下列至少一種固體顆粒；多孔性介質(zhì)；纖維；和泡沫材料(例如，金屬、礦物或者陶瓷顆粒和/或纖維和/或泡沫)，這些材料被填充以形成透氣性熱存儲裝置在一個實施例中，所述第一腔具有比所述第二腔的有效長寬比大的有效長寬比。
在一個實施例中，所述第一腔的有效長寬比比所述第二腔的有效長寬比大至少10%。在一個實施例中，所述高壓熱存儲裝置是配置來產(chǎn)生絕對壓降值，該絕對壓力下降值是所述低壓熱存儲裝置所產(chǎn)生的絕對壓降值的兩倍。在一個實施例中，所述高壓熱存儲裝置是配置來產(chǎn)生絕對壓降值，該絕對壓降值是所述低壓熱存儲裝置所產(chǎn)生的絕對壓降值的三倍。在一個實施例中，所述高壓熱存儲裝置是配置來產(chǎn)生絕對壓降值，該絕對壓降值是所述低壓熱存儲裝置所產(chǎn)生的絕對壓降值的五倍。在一個實施例中，所述高壓熱存儲裝置是配置來產(chǎn)生絕對壓降值，該絕對壓降值是所述低壓熱存儲裝置所產(chǎn)生的絕對壓降值的十倍。在一個實施例中，所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)和所述第二熱存儲結(jié)構(gòu)包括基本上相同的材料，或者在混合材料的情況下，同種材料的比例基本上類似。在一個實施例中，所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)和所述第二熱存儲結(jié)構(gòu)包括不同的材料或者同一種材料的比例不同。在一個實施例中，所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)的每單位質(zhì)量的平均熱容量大于所述第二熱存儲結(jié)構(gòu)的每單位質(zhì)量的平均熱容量。在一個實施例中，所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)的每單位質(zhì)量的平均熱容量比所述第二熱存儲結(jié)構(gòu)的每單位質(zhì)量的平均熱容量大至少10%。在一個實施例中，所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)的每單位體積的平均熱容量大于所述第二熱存儲結(jié)構(gòu)的每單位體積的平均熱容量。在一個實施例中，所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)的每單位體積的平均熱容量比所述第二熱存儲結(jié)構(gòu)的每單位體積的平均熱容量大至少10%。在一個實施例中，所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)的平均密度比所述第二熱存儲結(jié)構(gòu)的平均密度大至少10%。在一個實施例中，所述第一和第二熱存儲裝置每個具有隔熱。在一個實施例中，所述第一和第二熱存儲裝置其中它基本上所有的隔熱都在各腔內(nèi)，所述第一和第二熱存儲裝置中的另一個它基本上所有的隔熱都在它的各腔外。根據(jù)本發(fā)明的第七個方面，提供一種熱存儲裝置，包括用于從入口接收氣體的腔(例如在充氣階段的加熱氣體)，所述腔容放透氣性熱存儲結(jié)構(gòu)；其中所述熱存儲結(jié)構(gòu)有區(qū)域，在該區(qū)域，所述熱存儲結(jié)構(gòu)的單位體積平均表面積隨著與所述入口的距離增加而減小(例如，在經(jīng)過所述腔的氣流方向)。在一個實施例中，所述熱存儲結(jié)構(gòu)包括容放在所述腔內(nèi)的粒狀材料。在一個實施例中，所述粒狀材料包括下列至少一種固體顆粒；多孔性介質(zhì)；纖維；和泡沫材料(例如，金屬、礦物或者陶瓷顆粒和/或纖維和/或泡沫)，這些材料被填充以形成透氣性熱存儲裝置。在一個實施例中，所述區(qū)域從所述熱存儲結(jié)構(gòu)基本上最靠近所述入口的一部分延伸。在一個實施例中，所述單位體積平均表面積的改變是在所述區(qū)域的長度上漸進地出現(xiàn)(例如，基本上等增量地穩(wěn)定地)。在一個實施例中，所述區(qū)域內(nèi)的每單位體積的平均表面面積的改變是基本上平滑地出現(xiàn)(例如，粒狀物質(zhì)層尺寸逐漸增加)。在另一個實施例中，所述區(qū)域內(nèi)的單位體積平均表面積的改變是以離散步長的形式出現(xiàn)(例如，第一和第 二粒狀物質(zhì)層尺寸基本上不同)。每個離散步長可以具有基本上相近的長度。在離散步長的情況下，所述區(qū)域可以限定第一和第二子區(qū)域，所述第一子區(qū)域具有比所述第二子區(qū)域的單位體積平均表面積大的單位體積平均表面積。在一個實施例中，所述第一子區(qū)域具有長度，它是所述熱存儲結(jié)構(gòu)的長度的至少10%。在另一個實施例中，所述第一子區(qū)域具有長度，它是所述熱存儲結(jié)構(gòu)的長度的至少20%。在熱存儲結(jié)構(gòu)包括容放在所述腔內(nèi)的粒狀材料的情況下，所述第一和第二區(qū)域中至少有包括多個粒狀物質(zhì)層，每一層具有不同的平均顆粒尺寸。在一個實施例中，所述區(qū)域沿著所述熱存儲結(jié)構(gòu)的整個長度延伸。在另一個實施例中，所述區(qū)域沿著所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)的長度的一部分延伸，所述熱存儲結(jié)構(gòu)包括進一步的區(qū)域，該區(qū)域具有比所述第一限定的區(qū)域的最小的單位體積平均表面積高的單位體積平均表面積。在一個實施例中，所述進一步區(qū)域內(nèi)的單位體積平均表面積的變化在所述區(qū)域的長度上漸進地(例如，基本上等增量穩(wěn)定地)出現(xiàn)。在一個實施例中，所述區(qū)域內(nèi)的單位體積平均表面積的變化是基本上平滑地出現(xiàn)(粒狀物質(zhì)層的尺寸逐漸增加)。在另一個實施例中，所述區(qū)域內(nèi)的單位體積平均表面積的變化是以離散步長的形式出現(xiàn)(例如，所述第一和第二粒狀物質(zhì)層的尺寸基本上不同)。每個離散步長可以具有基本上相近的長度。在一個實施例中，所述進一步的區(qū)域具有沿著所述進一步區(qū)域的長度基本上保持不變的單位體積平均表面積。在一個實施例中，所述熱存儲裝置是高壓熱存儲裝置。在一個實施例中，所述熱存儲裝置是低壓熱存儲裝置。


通過參考附圖用示例的方式描述本發(fā)明的實施例，其中圖I所示為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電存儲系統(tǒng)的示意圖；圖2所示為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的電存儲系統(tǒng)的示意圖；圖3所示為圖2的電存儲系統(tǒng)的一部分的示意圖；圖4圖示的是在充氣過程中的點，圖2的電存儲系統(tǒng)的不同高壓存儲器的熱前緣(thermal front)的狀態(tài)；圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的電存儲系統(tǒng)的示意圖；圖6所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的太陽能發(fā)電系統(tǒng)的一部分的示意圖；圖7所示為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的太陽能發(fā)電系統(tǒng)的一部分的示意圖；圖8圖示在熱存儲器內(nèi)熱前緣的形成；圖9a所示為根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的儲電系統(tǒng)在充氣階段的示意圖；圖9b所示為在放氣階段的圖9a的儲電系統(tǒng)；圖10所示為根據(jù)本發(fā)明再一個實施例的儲電系統(tǒng)在充氣階段的示意圖；
圖11所示為用在圖10的儲電系統(tǒng)內(nèi)的高壓熱存儲器的示意圖。
具體實施例方式圖I示出了儲電系統(tǒng)1，包括由電源3供電、并連接到高壓熱存儲器10的壓縮機/膨脹機(例如壓縮機/膨脹機渦輪)2和氣體存儲器20。高壓熱存儲器10轉(zhuǎn)而連接到低壓熱存儲器11和12?？諝馔ㄟ^管道30進入和離開所述系統(tǒng)，并經(jīng)由管道31、32、33、34、35、
36、37和38傳遞。閥40、41、42、43、44和46可以用來有選擇地關閉/打開不同的管道。空氣泵50連接到管道36，可以在兩個方向中的任一方向上泵送空氣。熱交換機60用于將經(jīng)過管道36的氣體的溫度保持于大體周圍環(huán)境溫度或者固定的基礎溫度。高壓熱存儲器10包括帶有熱基質(zhì)14的絕熱高壓容器13，所述壓縮氣體可以經(jīng)過所述熱基質(zhì)14，并且在充氣時傳遞其熱量，在放氣時從熱基質(zhì)14接收熱量。所述低壓熱存儲器11和12包括帶有熱基質(zhì)16和18的絕熱低壓容器15和17，所述氣體可以經(jīng)過所述熱基質(zhì)16和18，并且在充氣時傳遞其熱量，在放氣時從熱基質(zhì)16和18接收熱量。氣體存儲器20可以是加壓的地下洞穴，比如鹽穹，地下蓄水層或者其它適當?shù)牡叵驴臻g?？商鎿Q的是，它可以是壓力容器。它可以是固定體積空間、固定壓力空間或者二者的組合。當充氣時，壓縮機/膨脹機2作為由電動馬達(圖中未示)驅(qū)動的壓縮機，當放氣時，所述壓縮機/膨脹機2作為驅(qū)動發(fā)電機(圖中未示)的膨脹機(即，如果是回轉(zhuǎn)式機器的話是渦輪機)。所述壓縮機和膨脹機可以像圖中所示的那樣是同一裝備，或者它們可以是為每個過程優(yōu)化的單獨的單元。在所述系統(tǒng)內(nèi)暴露于高壓的所有管道、閥和容器可以設計用于相關的溫度和負荷。如圖所示，高壓容器13的存儲體積基本上比各低壓容器15、17存儲體積小。所述低壓和高壓熱存儲器可以各自包括顆粒狀熱存儲介質(zhì)，提供非常高的熱交換面積。如果所述材料是要用在加壓的熱存儲器內(nèi)，那么優(yōu)選的是，所述材料具有高的體積熱容量，使所需要的存儲體積的量最小，但是，如果所述高壓存儲器相對于所述未加壓的存儲器而言是小的，那么這個額外的成本不會很高。相對于所述高壓存儲器的長度而言經(jīng)過所述高壓存儲器的熱前緣保持短的長度也是重要的。這意味著，如果所述存儲器要經(jīng)常循環(huán)的話，小的顆粒尺寸和高傳導性是重要的，例如可以使用細的銅網(wǎng)。如果所述存儲器經(jīng)常循環(huán)，那么所述鋒的長度不那么顯著，可以使用傳導性稍遜顆粒尺寸較大的顆粒，例如砂礫。如果使用的是未加壓的存儲器，那么容放成本顯著下降，用具有較低的熱加熱能力的便宜一些的材料可以提供成本-效果最好的解決方式。在所描述的實施例中，高壓容器13包括固體顆粒(solid particulate)熱存儲介質(zhì)其平均顆粒尺寸小于所述低壓容器15、17的固體顆粒熱存儲介質(zhì)，這對應較高的單位體積平均表面積。如果需要高溫，那么正常情況下必須使用人造耐火材料，比如是氧化鋁或者氧化鎂形式，或者金屬成分。如果要使用較低的溫度，那么其它材料就會適合，比如石英巖、磁鐵礦、鐵燧巖或者其他低成本的材料。其目的是提供一種具有合理的體積熱容量并可以被熱循環(huán)的低成本材料。在運行過程中，當在充氣階段存儲電時，大氣空氣經(jīng)過管道30被吸入，并在進入管道31之前在壓縮機/膨脹機2中壓縮。閥40和41都打開。閥42和43都關閉。管道31內(nèi)的空氣的壓力和溫度都比它進入壓縮機/膨脹機2時高。熱基質(zhì)14、16和18開始時基本上是周圍環(huán)境溫度。所述空氣經(jīng)過閥40進入高壓熱存儲器10，經(jīng)過高壓容器13的內(nèi)部并穿過熱基質(zhì)
14。隨著所述高壓空氣進入熱基質(zhì)14，它將它的壓縮熱量傳遞給熱基質(zhì)14。現(xiàn)在冷卻了的高壓空氣離開熱基質(zhì)14，經(jīng)由閥41出了高壓容器13，進入管道32。管道32可以安裝有附加的熱交換機以在任何空氣進入氣體存儲器20之前進行冷卻。然后所述空氣進入氣體存儲器20，其容積比高壓容器13的容積大得多。當熱基質(zhì)14已經(jīng)存儲了足量的壓縮熱量，壓縮機/膨脹機2停止。閥40和41都關閉，高壓容器13內(nèi)的壓力降低到低壓容器15、17內(nèi)的壓力(例如使用與下文參考圖3所討論的平衡泵對應的平衡泵(圖中未示))。當所述壓力基本上相等時，閥42、43和44設置在打開位置，閥46關閉。泵50啟動，經(jīng)由熱交換機60將空氣從管道36泵經(jīng)閥43，進入高壓容器13。所述空氣經(jīng)過熱基質(zhì)14，在那里所述空氣從所述熱基質(zhì)接收熱量。所述空氣經(jīng)過所述高壓容器，經(jīng)由閥42進入管道33。所述空氣經(jīng)由閥44到管道34，進入所述低壓容器15。所述空氣經(jīng)過熱基質(zhì)16，將熱量傳遞給所述基質(zhì)。所述空氣以大約周圍環(huán)境溫度的溫度離開所述熱基質(zhì)，經(jīng)由管道37離開低壓容器15，進入管道36。所述空氣返回泵50，所述將熱量從所述高壓熱存儲器傳遞到所述低壓熱存儲器的過程繼續(xù)。當適當比例的所述熱量被傳遞后，泵50停止，閥42和43關閉。給所述高壓熱存儲器增加空氣(例如，使用具有用于接收大氣空氣并升高其壓力的壓縮機的平衡泵(圖中未示))，直到所述存儲器內(nèi)的壓力基本上等于管道31和32內(nèi)的壓力。閥40和41打開，壓縮機/膨脹機2又開始壓縮空氣。重復上述過程，直到低壓熱存儲器11 “完全充滿”熱量。在這個階段，閥44關閉，閥46打開，現(xiàn)在可以用類似方式對低壓熱存儲器12充氣。當所有的存儲器都充好氣時，所述系統(tǒng)是“滿的”，但是有可以在任意階段回收所存儲的電力，甚至當存儲器是部分充氣時。所述系統(tǒng)的充氣/放氣效率總是小于100%，因為在不同階段有大量的損耗。
為了在放氣階段‘回收’電力，加壓的空氣通過管道32抽入，經(jīng)由閥41進入高壓容器13。如果完全充好的話，那么各熱基質(zhì)14、16和18應處在‘熱’狀態(tài)。閥40和41都打開。閥42和43都關閉。
高壓空氣經(jīng)過熱基質(zhì)14，從所述熱基質(zhì)接收熱量。現(xiàn)在加熱后的空氣經(jīng)由閥40離開高壓容器13，進入管道31。所述空氣進入壓縮機/膨脹機2，在所述過程中，膨脹做功，驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生電，輸給電源3。所述過程一直繼續(xù)，直到熱基質(zhì)14已經(jīng)傳遞了適當量的熱量，即，完全放氣。在循環(huán)操作過程中，有益的是在所述存儲器內(nèi)留下一部分熱前緣，供后續(xù)階段再用。所述壓縮機/膨脹機2停止。閥40和41都關閉，高壓容器13內(nèi)的壓力降低到低壓容器15和17內(nèi)的壓力。當所述壓力基本上相等時，閥42、43和44設置在打開位置，閥46關閉。泵50啟動，將空氣從管道36泵入管道37，進入低壓容器15。所述空氣通過熱基質(zhì)16，從所述基質(zhì)接收熱量。所述空氣出了低壓容器15進入管道34，經(jīng)由閥44進入管道33。所述空氣經(jīng)由閥42進入高壓容器13。所述空氣經(jīng)過熱基質(zhì)14，將熱量傳遞給所述基質(zhì)。所述空氣離開所述基質(zhì)時的溫度接近于周圍環(huán)境或者基礎溫度，并經(jīng)由閥43進入管道36。所述空氣經(jīng)過熱交換機60，如果必要的話，它在熱交換機那里被冷卻，以接近周圍環(huán)境或者基礎溫度離開 所述熱交換機。所述系統(tǒng)可以在周圍環(huán)境溫度之上的基礎溫度工作。所述系統(tǒng)內(nèi)的損耗容易累積成較低位的熱量，這個熱量需要從所述系統(tǒng)中除去，以阻止整體溫度升高。熱交換機60用于除去這個熱量，但是為了簡單起見，如果所述系統(tǒng)溫度高于環(huán)境溫度則較容易除去去所述熱量，即，如果有較大溫差的話，熱交換機設計比較簡單，且較小。因此，所述基礎系統(tǒng)溫度可以接近于周圍環(huán)境或者可以高于周圍環(huán)境，例如比它高50攝氏度。所述空氣返回所述泵50，所述將熱量從所述低壓熱存儲器傳遞到所述高壓熱存儲器的過程繼續(xù)。當傳遞適當比例的熱量之后，泵50停止，閥42和43關閉?？諝獗惶砑拥剿龈邏簾岽鎯ζ鲀?nèi)，直到所述存儲器內(nèi)的壓力基本上等于管道31和32內(nèi)的壓力為止。閥40和41打開，壓縮機/膨脹機2啟動以再次使空氣膨脹。一直重復這個過程，直到所述低壓熱存儲器11 ‘完全放氣’。在這個階段，閥44關閉，閥46打開，低壓熱存儲器12可以以類似方式放氣。圖2顯示了儲電系統(tǒng)I’，用于讓熱傳輸作為連續(xù)過程來工作而不是圖I中所示的‘批式’處理系統(tǒng)。儲電系統(tǒng)I’包括由電源3’供電、并連接到高壓/低壓熱傳輸系統(tǒng)100和氣體存儲器20’的壓縮機/膨脹機2’。高壓熱存儲器10’轉(zhuǎn)而連接到分別具有帶有熱基質(zhì)16’和18’的絕熱低壓容器15’和17’的低壓熱存儲器11’和12’?？諝馔ㄟ^管道30’進入和離開所述系統(tǒng)，并經(jīng)由管道31’、32’、33’、34’、35’、36’、37’和38’傳遞。閥44’和46’可以用來有選擇地關閉/打開不同的管道。所示的空氣泵50’是在管道36’中，可以在兩個方向中的任何方向上泵送空氣。熱交換機60’用來保持經(jīng)過所述管道的氣體的溫度基本上在周圍環(huán)境溫度或者固定的基礎溫度。管道32’可以安裝額外的熱交換機，來(圖中未示)進一步冷卻任何進入氣體存儲器20的空氣。熱量傳輸系統(tǒng)100，在圖3中詳細展示，包括連接在選擇閥105和106上的高壓熱存儲器111、112、113、114和115。所述系統(tǒng)還包括高壓輸入/輸出裝置101和102以及低壓輸入/輸出裝置103和104。如圖所示，高壓存儲器111、112、113、114和115都包括固體顆粒熱存儲介質(zhì)，其平均顆粒尺寸小于所述低壓容器15’、17’的固體顆粒熱存儲介質(zhì)的平均顆粒尺寸，這對應較高的單位體積平均表面積。在操作過程中，在開始時，熱存儲器111-112處于周圍環(huán)境溫度附近和高壓，熱存儲器113-115處于周圍環(huán)境溫度附近和低壓。熱的高壓氣體經(jīng)由高壓輸入/輸出裝置101進入系統(tǒng)100，經(jīng)由選擇閥105被引導到熱存儲器111內(nèi)，現(xiàn)已冷卻了的高壓氣體經(jīng)由選擇閥106離開熱存儲器111，經(jīng)由高壓輸入/輸出裝置102退出所述系統(tǒng)。當熱存儲器111完全充滿‘熱量’時，所述熱的高壓輸入流經(jīng)由選擇閥105和106切換，使得所述流現(xiàn)在經(jīng)過熱存儲器112。平衡泵120經(jīng)由連接管121將熱存儲器111內(nèi)的壓力降低到所述低壓，并將熱存儲器113內(nèi)的壓力升高到所述高壓。平衡泵120可以包括壓縮機，根據(jù)需要吸收大氣中的空氣和升高所述熱存儲器內(nèi)的壓力。壓力的降低可以通過平衡泵120用膨脹閥來實現(xiàn)。當與所述存儲器內(nèi)的熱能相比，所述加壓空氣中的能量是低的，因此沒有必要回收。但是，如果要回收它，那么可以通過使用膨脹機來實現(xiàn)，如果膨脹機是獨的話，其連接到發(fā)電機，或者如果所述膨脹機連接于壓縮機，那么所述膨脹空氣的能量可以用來幫助驅(qū)動壓縮機來升高其它熱存儲器內(nèi)的壓力。這會使得用于降低和升高所述熱 存儲器內(nèi)的壓力的能量損耗最低。所述平衡泵120應當被認為是根據(jù)需要來降低或者升高所述熱存儲器內(nèi)的壓力的裝置，還根據(jù)需要使用額外的大氣中的空氣或者排氣到大氣中以保持所述存儲器內(nèi)有恰當?shù)膲毫?。因為可能需要功的凈輸入來實現(xiàn)這個過程，需要給所述裝置供電，雖然從整個系統(tǒng)的功來看，這個功輸入非常低。因為所述熱存儲器內(nèi)的熱質(zhì)量遠高于所述氣體的熱容，所述存儲器內(nèi)的這些壓力變化基本上是等溫的。當熱存儲器112完全充滿熱量時，所述熱的高壓輸入流經(jīng)由選擇閥105和106切換，使得所述流現(xiàn)在經(jīng)過熱存儲器113。平衡泵120經(jīng)由連接管道121將熱存儲器112內(nèi)的壓力降低到所述低壓，將熱存儲器114內(nèi)的壓力升高到所述高壓。熱存儲器111進行如下的放氣。近周圍環(huán)境溫度的低壓氣體經(jīng)由低壓輸入/輸出裝置104進入，經(jīng)由選擇閥106進入熱存儲器111，當所述氣體通過所述存儲器時所述氣體被加熱。所述氣體經(jīng)由選擇閥105離開所述熱存儲器，并作為熱的低壓氣體通過低壓輸入/輸出裝置103離開所述系統(tǒng)。經(jīng)過熱存儲器111的質(zhì)量流速約為經(jīng)過熱存儲器113的質(zhì)量流速的一半。當熱存儲器113完全充滿熱量時，所述熱的高壓輸入流經(jīng)由選擇閥105和106進行切換，使得所述流現(xiàn)在經(jīng)過熱存儲器114。平衡泵120經(jīng)由連接管道121將熱存儲器113內(nèi)的壓力降低到所述低壓，將熱存儲器115中的壓力升高到所述高壓。熱存儲器111繼續(xù)被放氣，熱存儲器112如下進行放氣。近周圍環(huán)境溫度的低壓氣體經(jīng)由低壓輸入/輸出裝置104進入，并經(jīng)由選擇閥106進入熱存儲器112，當所述氣體經(jīng)過該存儲器時被加熱。所述氣體經(jīng)由選擇閥105退出熱存儲器112，并經(jīng)過低壓輸入/輸出裝置103作為熱的低壓氣體離開所述系統(tǒng)。經(jīng)過熱存儲器111和112的質(zhì)量流速大約等于經(jīng)過熱存儲器114的質(zhì)量流速，使得流入和流出所述系統(tǒng)的熱平衡。圖4顯示的是在這個階段所述不同存儲器的溫度特性曲線。通過這種方式，一個熱存儲器總是正從所述高壓氣體充氣，而另一個存儲器將其壓力正被降低到所述低壓側(cè)的壓力，兩個存儲器放氣到所述低壓側(cè)，最后，一個存儲器的壓力從所述低壓升到所述高壓。流經(jīng)所述熱存儲器的氣體可能會有壓降。在高壓側(cè)的這個壓降相對舒適流速而言可能是低的，但是對于所述低壓側(cè)，這個壓力降低可能相當顯著。為了減少這個，有必要降低所述存儲器放氣的速度，這會導致所述系統(tǒng)不平衡，除非增加了額外的熱存儲器。通過具有額外的熱存儲器，可以以所述高壓側(cè)的質(zhì)量流速度的一半對所述低壓側(cè)的例如兩個存儲器放氣，保持所述系統(tǒng)平衡。高低壓之間的壓力差越大，這個差異有可能更為顯著。但是，如果當所述低壓氣體經(jīng)過所述熱存儲器時，所述壓降不認為是顯著的，那么最簡單的系統(tǒng)可以只有四個存儲器，其中所述高壓和低壓以等速度充氣/放氣。未被充氣的熱存儲器正常情況下會保持在基礎溫度，這正常情況下是在環(huán)境溫度附近，但是有一些應用中可以優(yōu)選地并非環(huán)境溫度的基礎溫度。為了將熱量返回到所述系統(tǒng)，所述過程和流都被反向，使得熱的低壓氣體經(jīng)由低壓輸入/輸出裝置103進入所述系統(tǒng)，并經(jīng)由高壓輸入/輸出裝置101離開所述系統(tǒng)。圖4所示的是在所述充氣過程的一段中，圖3中的不同存儲器的熱前緣的狀態(tài)
圖形I所示為低壓狀態(tài)下的熱存儲器正在放氣圖形2所示為低壓狀態(tài)下的熱存儲器正在放氣圖形3所示為在完全充氣狀態(tài)下的熱存儲器，其壓力正從所述高壓狀態(tài)下降到低壓狀態(tài)圖形4所示為在高壓狀態(tài)下的熱存儲器正在充氣圖形5所示為在完全放氣狀態(tài)下的熱存儲器，其壓力正從所述低壓狀態(tài)升高到高壓狀態(tài)。圖5所示為閉環(huán)電存儲系統(tǒng)1”，它具有由電源3”供電并連接到高壓熱存儲器10’和冷存儲器150的壓縮機/膨脹機對2A和2B。高壓熱存儲器10’轉(zhuǎn)而連接到低壓熱存儲器11”和12”。氣體(可以是空氣、氬氣、氮氣或者其它適當?shù)墓ぷ髁黧w)經(jīng)過管道31”、32”、33”、34”、35”、36”、37”和 38”在所述裝置 I”中傳輸。閥 40’、41 ’、42’、43’、44’、和 46”可以用來有選擇地打開/關閉不同的管道。所示氣泵50”是在管道36”中，可以在兩個方向中的任意方向上泵送氣體。熱交換機60”用來保持經(jīng)過所述管道的氣體的溫度基本上在周圍環(huán)境溫度的或者固定的基礎溫度。管道31”和32”可以安裝有額外的熱交換機(圖中未示)以朝相同的基準溫度進一步冷卻或者加熱所述管道內(nèi)的氣體，這個基準溫度可以接近于周圍環(huán)境溫度。可替換的是，對于每個熱交換機，所述基準溫度可以不同。高壓熱存儲器10’包括帶有熱基質(zhì)14’的絕熱高壓容器13’，所述壓縮氣體可以通過所述熱基質(zhì)，當充氣時，傳遞其熱量，當放氣時，從所述熱基質(zhì)接收熱量。低壓熱存儲器11”和12”每個包括帶有熱基質(zhì)16”和18”的絕熱低壓容器15”和17”，所述氣體可以經(jīng)過所述熱基質(zhì)16”和18”，當充氣時傳遞其熱量，當放氣時從所述熱基質(zhì)接收熱量。冷存儲器150包括帶有熱基質(zhì)170的絕熱低壓容器160，所述熱基質(zhì)170被配置來傳遞熱量給經(jīng)過所述冷存儲器150的冷卻的、膨脹的氣體。通過這種方式，能量存儲設備I”設置為其中的高壓熱存儲器10’和冷存儲器150處在熱加熱泵循環(huán)內(nèi)以分別在充氣過程中成為熱的和冷的存儲器。然后通過讓氣體經(jīng)過所述冷卻的冷存儲器150、使用壓縮機/膨脹機2B壓縮由冷存儲器150冷卻的氣體、在通過使低壓氣體在高壓熱存儲器10’和低壓熱存儲器11”和12”之間經(jīng)過，熱能已經(jīng)從低壓熱存儲器11”和12”傳遞到熱基質(zhì)14’之后，使所述冷卻的壓縮氣體暴露在熱基質(zhì)14’加熱所述冷卻的壓縮氣體、以及通過在壓縮機/膨脹機2A上做功讓所述加熱后的氣體膨脹，從而在放氣模式下回收能量。如圖所示，高壓容器13’包括固體顆粒熱存儲介質(zhì)，其平均顆粒尺寸小于所述低壓容器15”、17”熱基質(zhì)170的固體顆粒熱存儲介質(zhì)的平均顆粒尺寸，對應較高的單位體積平均表面積。圖6所示為太陽能發(fā)電系統(tǒng)301，它包括由太陽能采集器303供電、并連接到高壓熱存儲器210的熱引擎302。熱引擎302將包括排熱系統(tǒng)和功輸出系統(tǒng)，比如連接于膨脹機(比如，渦輪機)上的發(fā)電機，這些沒有在圖中示出。高壓熱存儲器310210轉(zhuǎn)而連接到低壓熱存儲器211和212。氣體(可以是空氣、氬氣、氮氣或者其它一些適當?shù)墓ぷ髁黧w)經(jīng)由管道 231、232、233、234、235、236’、237、238、331、332、333 和 334 在裝置 301 中傳遞。閥240、241、242、243、244和246可以用來有選擇地關閉/打開不同的管道。所示氣泵250是在管道236中，可以在兩個方向中的任意方向上泵送氣體。所示氣泵330是在管道332上，僅可以將所述氣體泵送經(jīng)過太陽能采集器303。所述太陽能采集器可以是集中式采集器，t匕如槽、塔、盤或者夫瑞奈(Fresnel)采集器。
在發(fā)電操作時，熱的高壓氣體從管道331或者231進入管道333，并進入熱引擎
302。優(yōu)選的是，首先將氣體從來自于太陽能采集器303的管道331(優(yōu)先于來自于熱存儲器210的管道231)抽出。熱引擎302吸收這個熱的高壓氣體，用它來給所述熱引擎提供動力，然后所述氣體以相近的壓力但是以較低的溫度返回管道334。在所述熱引擎內(nèi)，所述熱量可以通過將熱量傳遞給所述熱引擎的工作流體的熱交換機，或者通過使用所述氣體直接作為工作流體的所述熱引擎?zhèn)鬟f給所述熱引擎循環(huán)。如果所述熱引擎是直接使用所述氣體作為工作流體，那么重要的是使所述回路壓力與所述熱引擎循環(huán)匹配。所述熱引擎包括泵送機械(圖中未示)，使得它可以讓氣體繞著所述回路運動。然后所述高壓低溫氣體通過所述太陽能采集器303、高壓熱存儲器310或者二者的結(jié)合返回。如果沒有太陽，或者天氣不好，使得所述太陽能采集器僅部分工作，或者不提供動力，那么會從所述熱的熱存儲器提供額外的熱量。高壓熱存儲器310進行循環(huán)從低壓熱存儲器211和212傳遞該熱量，如前所描述那樣。在非發(fā)電操作中，其中所述太陽能采集器工作，但是熱引擎302不工作，在管道333和334內(nèi)沒有氣體流動，所述高壓氣體由氣泵350泵送經(jīng)由管道332進入太陽能采集器
303。在太陽能采集器303中，所述氣體的溫度升高，它以相近的壓力但是較高的溫度經(jīng)由管道331退出。所述氣體經(jīng)過管道231經(jīng)由閥340進入高壓熱存儲器310。高壓熱存儲器210進行循環(huán)以將這個熱量傳遞給低壓熱存儲器211和212，如前所描述那樣。在局部發(fā)電模式下(其中所述熱引擎在部分負荷下運轉(zhuǎn))，如果太陽能采集器303正在產(chǎn)生超過了所需量的熱氣體，那么管道331內(nèi)離開采集器的氣體將進入兩個管道333和231，其中進入管道333以供應所述熱引擎，進入管道231以補充高壓熱存儲器210。通過這種方式，在太陽能采集器303中產(chǎn)生的任何熱量優(yōu)選地是總是首先用在熱引擎302中，并作為第二選項僅存儲在熱存儲器210中。所述熱存儲器在那里以確保所述熱引擎可以根據(jù)需要來操作。高壓熱存儲器310進行循環(huán)以將這個熱量傳遞給低壓熱存儲器211和212，如前面所描述那樣。高壓熱存儲器310包括帶有熱基質(zhì)314的絕熱高壓容器213，所述壓縮氣體可以經(jīng)過所述熱基質(zhì)314，當充氣時，傳遞其熱量，當放氣時，從所述熱基質(zhì)接收熱量。
低壓熱存儲器211和212每個包括帶有熱基質(zhì)216和218的絕熱壓力容器215和217，所述氣體可以經(jīng)過所述熱基質(zhì)216和218，當充氣時，傳遞其熱量，當放氣時從所述熱
基質(zhì)接收熱量。應當注意，在圖中只顯示了高壓熱存儲器210，因此它必須以循環(huán)的方式工作。但是，如果使用多個高壓熱存儲器(如圖2的系統(tǒng))，那么有可能使這個系統(tǒng)以連續(xù)過程運轉(zhuǎn)，因此，例如一個存儲器總是在充氣，另一存儲器總是在放氣，存儲器的壓力在降低，存儲器的壓力在升高。同樣，可以有多個低壓熱存儲器。這個系統(tǒng)的優(yōu)點在于，所述采集器回路可以是高度加壓的(例如60巴)，使得對于給定的橫截面積，泵送損耗非常低以及質(zhì)量流速度高。使用氣體作為工作流體，避免了與熱油(最大溫度約400攝氏度)和熔鹽(如果根據(jù)實際的混合物，如果冷卻到低于大約 230攝氏度的溫度下它們會固化)相關聯(lián)的問題。所述采集器回路甚至可以直接與所述熱引擎回路連接在一起，這意味著是所述太陽能采集器有效地將所述熱量交換到所述引擎的熱側(cè)。這提高了效率，剔除了對二級熱交換機的需求。以高壓將大量的熱存儲在壓力容器中是不經(jīng)濟的，因此過多的熱量可以存儲在低成本熱存儲器中，然后當需要時返回到所述聞壓系統(tǒng)。圖7展示了太陽能發(fā)電系統(tǒng)501，其包括由太陽能采集器503經(jīng)由高壓熱存儲器410間接供能的熱引擎502。熱引擎502會包括熱排熱系統(tǒng)和功輸出系統(tǒng)，比如沒有示出的連接在膨脹機(例如，渦輪機)上的發(fā)電機。高壓熱存儲器410轉(zhuǎn)而還連接至低壓熱存儲器411和412以及太陽能采集器503。氣體(可以是空氣、氬氣、氮氣或者其它一些適當?shù)墓ぷ髁黧w)可以在設備501中經(jīng)由管道431、432、433、434、435、436、437、438、531和532傳遞。閥440、441、442、443、444和446可以用來有選擇地關閉/打開不同的管道。所示氣泵450是在管道436中且可以在兩個方向中的任意方向上泵送所述氣體。所示氣泵550是在管道532中且可以將所述氣體只泵送經(jīng)過太陽能采集器503。所述太陽能采集器可以是集中式采集器，比如槽、塔、凹處或者夫瑞奈采集器。在發(fā)電操作中，熱的高壓氣體從高壓熱存儲器410進入管道431，并進入熱引擎502。處于類似壓力但溫度較低的高壓氣體經(jīng)由管道432退出所述熱引擎返回高壓熱存儲器410。在所述熱引擎內(nèi)所述熱量可以由熱交換機或者直接使用所述氣體作為工作流體的所述熱引擎?zhèn)鬟f到所述熱引擎中的熱引擎回路。如果所述熱引擎正在使用所述氣體作為工作流體，又重要的是使所述回路壓力與所述熱引擎循環(huán)相匹配。所述熱引擎包括泵送機械(圖中未示)，使得它可以讓氣體繞著所述回路運動。在特定的周期之后，高壓熱存儲器410重新充有自于所述低壓回路的高溫氣體。氣體優(yōu)選地首先從直接來自于太陽能采集器503的管道531抽取，優(yōu)先于來自低壓熱存儲器411或者412的氣體。只要在所述存儲器內(nèi)有足夠的熱量，和/或者所述太陽能采集器采集到了足夠多的熱量，那么所述熱引擎可以保持發(fā)電。當熱存儲器410正在以較低溫度被充氣時，低壓氣體離開所述熱存儲器并進入低壓熱存儲器411和412或者太陽能采集器503。優(yōu)選的是，氣體流經(jīng)所述采集器優(yōu)先于流經(jīng)所述熱存儲器。流經(jīng)所述太陽能采集器的流速取決于落在它上面的太陽曝曬量，因而這個流速有可能會隨著外部條件而改變。在非發(fā)電操作中，在管道431和432中沒有氣體流動。相反，低壓氣體由氣泵550泵送，經(jīng)由管道532進入太陽能采集器503。在太陽能采集器503中，所述氣體的溫度升高，并以與它進入時的壓力相近的壓力但以較高的溫度經(jīng)由管道531退出。所述氣體經(jīng)過管道531進入低壓熱存儲器511或者低壓熱存儲器512。在局部發(fā)電模式下(其中所述熱引擎是在部分負荷情況下運行)，如果太陽能采集器503正在產(chǎn)生超過所需量的熱氣體，那么離開采集器的管道531中的氣體將周期性地進入高壓熱存儲器410以供應熱引擎502以及管道434和/或435以補充低壓熱存儲器411和412。通過這種方式，在太陽能采集器503中產(chǎn)生的任何熱量總是首先經(jīng)由高壓熱存儲器410傳遞給熱引擎502，而作為第二個選項只存儲在低壓熱存儲器411和412中。所述熱存儲器在那里以確保所述熱引擎可以根據(jù)需要來工作。高壓熱存儲器410包括帶有熱基質(zhì)414的絕熱高壓容器413，所述壓縮的氣體可以 經(jīng)過所述熱基質(zhì)414，當充氣時傳遞其熱量，當放氣時從所述熱基質(zhì)接收熱量。低壓熱存儲器411和412每個包括帶有熱基質(zhì)416和418的絕熱低壓容器415和417，所述氣體可以經(jīng)過所述熱基質(zhì)416和418，當充氣時傳遞其熱量，當放氣時從所述熱基質(zhì)接收熱量。應當注意，圖中顯示只有一個高壓熱存儲器410，因此它必須以循環(huán)的方式工作。但是，如果用多個高壓熱存儲器，那么有可能使所述系統(tǒng)像連續(xù)的過程那樣運行，因此，例如一個存儲器總是在充氣，一個總是在放氣，一個存儲器的壓力降低，一個存儲器的壓力升高。同樣，可以有多個低壓熱存儲器。這個系統(tǒng)的優(yōu)點是，所述采集器回路可以處于低壓下且可能是周圍壓力下，這樣減少泄漏問題。泵送損耗會更高，對于氣體的給定質(zhì)量流速，所述采集器的橫截面積會需要增加。但是，所述熱量可以以連續(xù)的過程直接饋送給所述低壓熱存儲器，所述熱量根據(jù)所述熱引擎的需要，‘收回’和傳遞給所述高壓回路。使用氣體作為工作流體的好處以及低壓熱存儲器的好處在前面已經(jīng)提到了。參考圖8，任何不可逆過程降低所存儲的能量的品質(zhì)，即所存儲的能量的‘可用性’降低了，這會導致整體效率降低。熱傳遞和隨之而來的這些損耗的規(guī)模是多個不同變量的函數(shù)，變量包括顆粒形狀和尺寸、導熱性和密度。固體的單位體積的比表面積是重要的參數(shù)，稱作‘比表面積’。在熱傳輸?shù)那闆r下，高的比表面積帶來更好的熱傳輸。具有同樣幾何形狀的較小的顆粒具有較高的比表面積。經(jīng)過所述存儲器的氣體流有效地是經(jīng)過容器內(nèi)的顆粒的‘填充床’的氣流。所述流體流經(jīng)所述存儲器的流體流速是Q，所述存儲器橫截面面積是A。因此，所述表觀(或者空管)速度Utl是所述總流速除以所述橫截面面積所得。所述存儲器內(nèi)存在所述顆粒會降低可供流體流動用的面積，即，為了保持流體與進入的表觀速度連貫，所述流體必須擠過較小的面積；因此，在存儲介質(zhì)/顆粒的體積內(nèi)的流體速度(U=填隙速度)比所述表面速度U0大。在計算流量時，重要的是固體體積分數(shù)，而不是質(zhì)量分數(shù)(計算熱傳輸不是這樣)。所述固體體積分數(shù)定義為固體體積除以總體積，類似地，所述空隙分數(shù)是空隙體積除以總體積。所述固體體積分數(shù)和所述空隙分數(shù)之和應當是I。所述空隙分數(shù)通常是各向同性的特性(即，在所有方向上相同)；因而通過下列表達式，所述填隙速度簡單地與所述表面速度相關，所述表達式考慮了流體連續(xù)性。U = U0/空隙分數(shù)對流體流動的阻力隨著所述空隙分數(shù)的減小而增加，并升高所述流體的壓降(dP)。壓力不是向量，但是可以根據(jù)距離來定義壓力梯度。對于熱存儲器，在長度為L的存儲器上有一定的壓降dP，在這種情況下意味著所述壓力梯度為dP/L。所述壓力在所述流體速度方向上下降，因此在所述氣體經(jīng)過所述存儲器之后氣體壓力會變低。存儲器的空隙分數(shù)(或者孔隙率)取決于其所述顆粒的形狀以及它們的填充方式。帶有簡單的立方體填料的球體床會有大約50%的空隙分數(shù)，如果是緊密填充的六角結(jié)構(gòu)接近于25%。隨機填充的球體具有在40-50%范圍內(nèi)的空隙分數(shù)。類似于砂礫的材料會具有36-37%左右的空隙分數(shù)，處于35-40%的范圍。但是，經(jīng)過仔細填充并使用不同尺寸的顆粒，可以將所述空隙分數(shù)降低到更接近于25%，但是這需要費些心思。但是，較小的空隙分數(shù)導致較高的壓力損耗。所述存儲器的成本與所述存儲器的壓力密切相關。壓力越高，容納它所需的材料(比如鋼鐵)的量越大。對于一定體積的壓力容器，如果你要成倍壓力的話，容納它所需的鋼鐵的成本加倍。因此，有利的是使所述高壓存儲器內(nèi)的空隙分數(shù)最小。通過這種方式，使所述熱的熱存儲器裝置的體積最小，代價是壓力損耗增加，但是降低了整體的成本。如前面提到的，所述存儲器內(nèi)相對壓降(fractional pressure drop)是重要的測量值，當所述壓力高的時，這個相對壓降可以保持為低。在所述冷的熱存儲器中，所述存儲器的成本不那么重要，所述壓力損耗更為重要，因此所述空隙分數(shù)可以較高。通過這種方式，通過使具有低空隙分數(shù)的高壓存儲器與具有較高空隙分數(shù)的低壓存儲器相組合，可以改進所述系統(tǒng)。在這些熱存儲器中，目的是降低產(chǎn)生不可逆性的程度，不可逆性會產(chǎn)生損耗，轉(zhuǎn)而降低可從所述存儲器內(nèi)提取的能量的量。這個不可逆性可以通過基于理想的熱量泵產(chǎn)生熱所需的功的量，以及基于理想的熱引擎從來自所述熱存儲器的氣體可以產(chǎn)生的功的量來測量。理想的熱引擎從熱源吸收熱量，執(zhí)行內(nèi)部過程，排出較少的熱量到冷卻散熱器(冷槽)。所述功輸出是從所述熱源吸收的熱量和排到所述冷卻散熱器的熱量之間的差。由于給予和排出的熱能的量與給予和排出的溫度成正比，可以從這個簡單的模型直接獲得周知的卡諾(Carnot)關系?！盁崃俊焙汀皽囟取辈灰粯樱?，它們熱力學的意義上使用，“熱量”指的是一定量的熱能，“溫度”是處理所述熱能的溫度。從所述熱源供應的熱量=kTh排到冷槽中的熱量=kTc循環(huán)功輸出=k (Th-Tc)理想的循環(huán)效率=功輸出/功輸入= (Th-Tc)/Th = (I-Tc)/Th完美的熱泵僅是熱引擎的反向，因為機械功是用來從冷源抽取熱量，執(zhí)行內(nèi)部過程并將該熱量輸給熱儲。
輸給熱儲的熱量=kTh從冷源抽取的熱量=kTc
循環(huán)功輸入=k (Th-Tc)理想的性能系數(shù)=熱量輸出/熱量輸入=Th/ (Th-Tc)示例熱泵，其中Th是733開氏度(degree Kelvin) (500攝氏度)，Tc是293開氏度(20攝氏度)時，具有為I. 61的理想COP (理想性能系數(shù))，即，每供應kWh能量，所述熱引擎將提供500攝氏度的I. 6Ikffh的熱量。如果因為所述熱存儲器內(nèi)有熱損耗，返回溫度現(xiàn)在降低25開氏度，那么Th為748開氏度(475攝氏度)、Tc為293開氏度(20攝氏度)的熱引擎具有理想的循環(huán)效率60. 8%，因此，當流經(jīng)所述理想的熱引擎時，475攝氏度的I. 61 kWh的熱量會產(chǎn)生O. 98kffh的能量。
在這個理想的例子中，IkWh的能量輸入有O. 02kffh的損耗，即效率的總損耗是2%。注意，在這種情況下，引擎和熱泵二者都是理想的，所述損耗僅是因為返回的溫度較低。在熱存儲的情況下，這個損耗是由于熱交換所必需的溫差造成的。這個溫差產(chǎn)生不可逆的熱混合，降低了可以達到的返回溫度，是導致可用能量損耗的因素。在這種混合情況下，不會有熱量損失，但是傳遞所述熱量的溫度降低了。所述兩個數(shù)之間的差異是所述容器產(chǎn)生的‘熱損耗’。應當將這與通過所述存儲器的絕熱壁的簡單環(huán)境損耗區(qū)分開。產(chǎn)生這個損耗是因為在所述氣體和顆粒之間必須有溫差，因此，所述顆粒經(jīng)常是比所述氣體稍微冷一些。當所述氣體在反方向吹回時，所述氣體必須現(xiàn)在比所述顆粒冷一些，因此所述氣體出來時有較低的溫度。這個程度或者不可逆性可以通過減小所述顆粒的尺寸來降低，但是這個較小的顆粒尺寸還會導致所述存儲器內(nèi)較高的壓降。使所述存儲器內(nèi)的熱前緣的長度最小也是重要的，因為較平緩的熱前緣意味著所述存儲器的利用率下降，有效能量密度也下降。這個存儲器利用率還可以通過減小所述顆粒尺寸來降低。但是這個較小的顆粒尺寸又會導致較高的壓降。但是，對效率有實際的影響的是相對壓降。例如，以12巴經(jīng)過存儲媒介的O. I巴的壓力損耗不那么顯著，因為其相對壓力損耗小于I %。但是，如果同樣的存儲器在I巴時，那么其相對壓力損耗將會在10%，顯然是更加顯著。如圖8所示，這個充氣過程，熱存儲器在所述存儲器內(nèi)形成了熱前緣，初始時相當‘陡’，但是隨著繼續(xù)放氣，漸進地變緩。在這個例子中，所述熱氣體以Thl進入，所述存儲器初始時在Tal開氏，所述前緣的長度會覆蓋低于Th2開氏且高于Ta2開氏的所有存儲介質(zhì)。陡峭的前緣是熱前緣的長度相對于熱存儲器的長度較小。緩的前緣是所述熱前緣的長度相對于所述熱存儲器的長度較大?？梢钥闯?，LI < L2 < L3，使得所述鋒隨著它從所述開始的‘陡’的坡度LI充氣，漸進地變長，具有較緩的梯度。圖9a顯示了通過熱存儲設備600的橫截面，所述熱存儲設備包括高壓容器610和可與之連接的低壓熱容器640。熱存儲設備600可以形成前面描述的圖1-6的任意系統(tǒng)的熱存儲部分。假設用適當?shù)慕^熱材料，所有的容器都是絕熱的。高壓熱存儲器610包括具有緊密填充的顆粒材料630的高壓熱存儲器620。低壓熱存儲器640包括具有緊密填充的粒狀物質(zhì)660的低壓存儲器650，粒狀物質(zhì)660的平均顆粒尺寸比粒狀物質(zhì)630的平均顆粒尺寸大(例如，具有較大的平均等價直徑)。每個熱容器610,650存儲器的內(nèi)部橫截面面積是A，因此長度為L的存儲器的體積V是V = LXA如果高壓存儲器610中的顆粒的平均尺寸是低壓存儲器640內(nèi)的顆粒的體積的約10倍，那么，對于給定長度L，存儲器610內(nèi)會有10倍那么多的顆粒。應當注意的是，如果所述顆粒形狀類似，那么兩個存儲器的空隙分數(shù)可以基本上相同。主要差異是，對于單位體積材料，較小的顆粒產(chǎn)生較高的熱傳遞表面積，所述顆粒內(nèi)的溫度梯度還因為它們的橫截面尺寸減小而降低。這是有利的，因為它意味著所述‘熱前緣’的長度減小了，所述存儲器的充/放熱效率增加。這可以從每個存儲器附近的圖形中看到。所述存儲器開始時在周圍溫度Ta，正在以Th的氣體進行充氣，使得產(chǎn)生熱前緣，在所述存儲器內(nèi)在箭頭方向移動。其中實線代表 所述氣體的溫度，虛線代表所述固體顆粒的平均溫度?？梢钥闯?，所述固體的溫度落后于所述氣體的溫度，對于較大的顆粒，所述氣體的溫度和所述顆粒之間的溫度差異更大。這導致‘不可逆’增加，由這個熱混合效果在所述存儲器內(nèi)有較大的熱損耗。較小顆粒的缺點是，每單位長度的存儲器L的壓降隨著顆粒尺寸的減小而增加。圖9b顯示了在放氣階段存儲器610、640放氣，在這種情況下，所述熱前緣反向，使得所述氣體溫度落后于所述顆粒溫度。圖10顯示了熱存儲器700，它具有高壓存儲容器710和可以連接到該高壓存儲容器710的低壓存儲器容器740。熱存儲設備700可以形成前面描述的圖1-6的系統(tǒng)中任意系統(tǒng)的熱存儲部分。高壓存儲容器710包括高壓熱存儲器720，高壓熱烈存儲器720具有高壓熱存儲結(jié)構(gòu)730、用于在充氣階段接收加熱的高壓氣體的入口 705以及用于將氣體傳遞到低壓存儲容器740的出口 706。高壓熱存儲結(jié)構(gòu)730包括在介質(zhì)支持結(jié)構(gòu)707上的第一層緊密填充的粒狀物質(zhì)732和第二層緊密填充的粒狀物質(zhì)734。所述第一層的粒狀物質(zhì)732具有較小的平均顆粒尺寸，因此有比第二層的粒狀物質(zhì)734高的比表面積。所述第一層粒狀物質(zhì)732的空隙分數(shù)比所述第二層粒狀物質(zhì)734的空隙分數(shù)小所述第一層的粒狀物質(zhì)732具有大約為25%的密實填充的六角形空隙分數(shù)，而第二層粒狀物質(zhì)734相比具有大約為50%的簡單的立方體填充空隙分數(shù)(雖然，實際上所述顆?？梢允遣灰?guī)則填充的，根據(jù)所述顆粒的幾何形狀得到不同的空隙分數(shù))。低壓存儲容器740包括低壓熱存儲器750，其具有低壓熱存儲結(jié)構(gòu)760、用于在充氣階段接收加熱的低壓氣體的入口 701和出口 702。低壓熱存儲結(jié)構(gòu)760包括填充的粒狀物質(zhì)708，其平均顆粒尺寸和空隙分數(shù)接近高壓熱存儲器710中的第二層粒狀物質(zhì)734的平均顆粒尺寸和空隙分數(shù)。在使用時，高壓存儲容器710充滿了熱量時，氣體以高壓從其頂部經(jīng)由入口 705進入，在經(jīng)過高壓熱存儲器720時冷卻并將熱量傳遞給所述高壓熱存儲結(jié)構(gòu)730中所包含的粒狀物質(zhì)。類似地，當加熱后的氣體隨后傳遞給低壓存儲容器740時，氣體以低壓從所述頂部經(jīng)由入口 701進入，經(jīng)過低壓熱存儲器750。經(jīng)過所述熱存儲器的加熱后氣體的T形通道產(chǎn)生熱前緣示于圖中每個存儲器附近。可以看出，在高壓熱存儲器720內(nèi)的第一層粒狀物質(zhì)732內(nèi)的熱前緣比只有大顆粒的低壓熱存儲器中的熱前緣陡得多。隨著所述高壓熱存儲器內(nèi)的熱前緣進入包含有較大顆粒的第二層粒狀物質(zhì)734，它會變得比較平緩。但是，在與在第二層粒狀物質(zhì)734中三個熱前緣的產(chǎn)生相關聯(lián)的可用能量損耗比所含粒狀物質(zhì)的平均顆粒尺寸與第二層粒狀物質(zhì)734的平均顆粒尺寸對應的存儲器少，因此允許所述高壓熱存儲器720回收更多的能量。顆粒尺寸的變化可以是漸進的，如果通過漸進增加所述顆粒尺寸的話，這會進一步得到改善。在這個例子中，只有兩個顆粒尺寸，但是這個方法可以具有3種或4種或更多顆粒尺寸。圖11顯示了用于熱存儲器700或者熱存儲器740中的可替代的存儲容器710’。存儲容器710’包括熱存儲器720’，其具有熱存儲結(jié)構(gòu)730’和用于在充氣階段接收氣體的入口 705’和出口 706’。高壓熱存儲結(jié)構(gòu)730’包括在介質(zhì)支撐結(jié)構(gòu)707’上的第一層的填充的粒狀物質(zhì)732’、第二層填充的粒狀物質(zhì)730’和第三層填充的粒狀物質(zhì)736。熱介質(zhì)732’和736具有較小的顆粒尺寸，以及因此有比熱介質(zhì)734’的比表面積高的比表面積。這還意味著當氣體穿過存儲介質(zhì)732’和736時，有較大的壓降和較低的溫差。有利 的是，提供第三層736允許容器710’在兩個方向上都接收氣體。
權利要求
1.一種用于存儲能量的設備，包括 用于接收高壓氣體的高壓存儲容器，該高壓存儲容器包括具有容放第一透氣性熱存儲結(jié)構(gòu)的第一腔的高壓熱存儲裝置；以及 用于接收低壓氣體的低壓存儲容器，該低壓存儲容器包括具有容放第二透氣性熱存儲結(jié)構(gòu)的第二腔的低壓熱存儲裝置； 其中所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)的單位體積平均表面積高于所述第二熱存儲結(jié)構(gòu)的單位體積平均表面積。
2.根據(jù)權利要求I的設備，其中所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)包括容放在所述第一腔內(nèi)的粒狀材料。
3.根據(jù)權利要求I或2的設備，其中所述第二熱存儲結(jié)構(gòu)包括容放在所述第二腔內(nèi)的粒狀材料。
4.根據(jù)權利要求2或3的設備，其中所述粒狀材料包括下列至少一種固體顆粒、多孔介質(zhì)、纖維和泡沫材料，這些材料被填充以形成透氣性結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)前述任意一項權利要求的設備，其中所述第一腔配置成從入口接收氣體，所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)具有這樣的區(qū)域，在該區(qū)域中所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)的單位體積平均表面積隨著與所述入口的距離增加而減少。
6.根據(jù)權利要求5的設備，其中所述區(qū)域從所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)基本上最靠近所述入口的那一部分延伸。
7.根據(jù)權利要求5或6的設備，其中所述單位體積平均表面積的變化在所述區(qū)域的長度上漸進地出現(xiàn)。
8.根據(jù)權利要求5-7任意一項權利要求的設備，其中所述區(qū)域沿著所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)的整個長度延伸。
9.根據(jù)權利要求5-7任意一項權利要求的設備，其中所述區(qū)域沿著所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)的長度的一部分延伸，所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)包括另外區(qū)域，該另外區(qū)域的單位體積平均表面積高于首先限定的所述區(qū)域的最低單位體積平均表面積。
10.根據(jù)權利要求9的設備，其中所述另外區(qū)域的單位體積平均表面積隨著與所述入口的距離的增加而增加。
11.根據(jù)權利要求10的設備，其中所述另外區(qū)域內(nèi)的單位體積平均表面積的變化在所述區(qū)域的長度上漸進地(例如，以基本上等增量的方式穩(wěn)定地)出現(xiàn)。
12.根據(jù)權利要求9的設備，其中所述另外區(qū)域的單位體積平均表面積沿著所述另外區(qū)域的長度基本上保持恒定。
13.根據(jù)前述任意一項權利要求的設備，其中所述第一腔的有效長寬比大于所述第二腔的有效長寬比。
14.根據(jù)前述任意一項權利要求的設備，其中所述高壓熱存儲裝置具有比所述低壓熱存儲裝置的空隙分數(shù)低的空隙分數(shù)。
15.根據(jù)前述任意一項權利要求的設備，其中所述高壓熱存儲裝置配置為其產(chǎn)生的絕對壓降是所述低壓熱存儲裝置所產(chǎn)生的絕對壓降的兩倍。
16.一種用于存儲能量的設備，包括 用于接收高壓氣體的高壓存儲容器，該高壓存儲容器包括具有容放第一透氣性熱存儲結(jié)構(gòu)的第一腔的高壓熱存儲裝置；以及 用于接收低壓氣體的低壓存儲容器，該低壓存儲容器包括具有容放第二透氣性熱存儲結(jié)構(gòu)的第二腔的低壓熱存儲裝置； 其中所述高壓熱存儲裝置的空隙分數(shù)低于所述低壓熱存儲裝置的空隙分數(shù)。
17.根據(jù)權利要求16的設備，其中所述高壓熱存儲裝置的空隙分數(shù)比所述低壓熱存儲裝置的空隙分數(shù)低至少5%。
18.根據(jù)權利要求17的設備，其中所述高壓熱存儲裝置的空隙分數(shù)比所述低壓熱存儲裝置的空隙分數(shù)低至少10%。
19.根據(jù)權利要求16-18任意一項權利要求的設備,其中所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)包括容放在所述第一腔內(nèi)的粒狀材料。
20.根據(jù)權利要求16-19任意一項權利要求的設備，其中所述第二熱存儲結(jié)構(gòu)包括容放在所述第二腔內(nèi)的粒狀材料。
21.根據(jù)權利要求19或20的設備，所述粒狀材料包括下面至少一種固體顆粒、多孔介質(zhì)、纖維和泡沫材料，這些材料被填充以形成透氣性結(jié)構(gòu)。
22.根據(jù)權利要求16-21任意一項權利要求的設備，其中所述第一腔的有效長寬比大于所述第二腔的有效長寬比。
23.根據(jù)權利要求16-22任意一項權利要求的設備，其中所述高壓熱存儲裝置配置為其產(chǎn)生的絕對壓降是所述低壓熱存儲器所產(chǎn)生的絕對壓降的兩倍。
24.熱存儲裝置，包括用于從入口接收氣體的腔，該腔容放透氣性熱存儲結(jié)構(gòu)，其中所述熱存儲結(jié)構(gòu)具有這樣的區(qū)域，在該區(qū)域中所述熱存儲結(jié)構(gòu)的單位體積平均表面積隨著與所述入口的距離的增加而減小。
25.根據(jù)權利要求24的熱存儲裝置，其中所述熱存儲結(jié)構(gòu)包括容放在所述腔內(nèi)的粒狀材料。
26.根據(jù)權利要求25的熱存儲裝置，其中所述粒狀材料包括下列至少一種固體顆粒、多孔介質(zhì)、纖維和泡沫材料，這些材料被填充以形成透氣性結(jié)構(gòu)。
27.根據(jù)權利要求24-26任意一項權利要求的熱存儲裝置，其中所述區(qū)域從熱存儲結(jié)構(gòu)基本上最靠近所述入口的那部分延伸。
28.根據(jù)權利要求24-27任意一項權利要求的熱存儲裝置，其中所述單位體積平均表面積的變化在所述區(qū)域的長度上漸進地出現(xiàn)。
29.根據(jù)權利要求24-28任意一項權利要求的熱存儲裝置，其中所述區(qū)域沿著所述熱存儲結(jié)構(gòu)的整個長度延伸。
30.根據(jù)權利要求24-28任意一項權利要求的熱存儲裝置，其中所述區(qū)域沿著所述熱存儲結(jié)構(gòu)的長度的一部分延伸，所述熱存儲結(jié)構(gòu)包括另外區(qū)域，該另外區(qū)域的單位體積平均表面積高于首先限定的所述區(qū)域的最低單位體積平均表面積。
31.根據(jù)權利要求30的熱存儲裝置，其中所述另外區(qū)域的單位體積表面積隨著與所述入口的距離增加而增加。
32.根據(jù)權利要求31的熱存儲裝置，其中所述另外區(qū)域內(nèi)的單位體積平均表面積的變化在所述區(qū)域的長度上漸進地出現(xiàn)。
33.根據(jù)權利要求30的熱存儲裝置，其中所述另外區(qū)域的單位體積平均表面積沿著所述另外區(qū)域的長度基本上保持恒定。
34.用于存儲能量的設備，包括 用于接收高壓氣體的高壓存儲容器，該高壓存儲容器包括用于從氣體接收熱能的高壓熱存儲裝置；以及 連接裝置，用于將所述高壓存儲容器連接到用于存儲暴露到所述高壓熱存儲裝置之后的加壓氣體的氣體存儲裝置，或者連接到用于接收暴露到所述高壓熱存儲裝置之后的加壓氣體的氣體處理裝置； 其中所述設備進一步包括 具有用于從氣體接收熱能的低壓熱存儲裝置的低壓存儲容器，該低壓存儲容器可有選擇地連接到所述高壓存儲容器；以及 用于在所述高壓存儲容器和低壓存儲容器之間傳遞低壓氣體的氣體傳遞裝置，藉此通過使低壓氣體在所述高壓存儲容器和所述低壓存儲容器之間流動而在所述高壓熱存儲裝置和所述低壓熱存儲裝置之間傳遞存儲的熱能。
35.根據(jù)權利要求34的設備，其中所述氣體傳遞裝置包括泵裝置。
36.根據(jù)權利要求34或35的設備，其進一步包括降壓裝置，用于在將所述高壓存儲容器連接到所述低壓存儲容器之前，降低存儲在所述高壓存儲容器內(nèi)的氣體的壓力。
37.根據(jù)權利要求36的設備，其中所述降壓裝置包括膨脹機裝置，膨脹能量可通過所述設備回收。
38.根據(jù)權利要求34-37任意一項權利要求的設備，其包括增壓裝置，用于在斷開所述高壓存儲容器與所述低壓存儲容器之間的連接之后，增加存儲在所述高壓存儲容器內(nèi)的氣體的壓力。
39.根據(jù)權利要求34-38任意一項權利要求的設備，其中所述設備包括用于接收高壓氣體的另外的的高壓存儲容器，該另外的高壓存儲容器可經(jīng)由所述連接裝置連接到所述氣體存儲裝置或者氣體處理裝置，所述另外的高壓存儲容器包括另外的高壓熱存儲裝置，用于從氣體接收熱能。
40.根據(jù)權利要求39的設備，其中第一次提到的所述高壓存儲容器和所述另外的高壓存儲容器配置為可交替充氣。
41.根據(jù)權利要求40的設備，其中所述設備配置成基本上連續(xù)地供應氣體至所述交替充氣的第一次提到的高壓存儲容器和另外的高壓存儲容器。
42.根據(jù)權利要求34-41任一項的設備，其中所述設備包括另外的低壓存儲容器，該另外的低壓存儲容器包括用于從氣體接收熱能的另外的低壓熱存儲裝置。
43.根據(jù)權利要求42的設備，其中所述另外的低壓存儲容器有選擇地可連接至所述第一次限定的高壓存儲容器和所述另外的高壓存儲容器中的至少之一。
44.根據(jù)權利要求42或43的設備，其中所述設備配置成給第一次提到的所述低壓熱存儲裝置以及所述另外的低壓熱存儲裝置串聯(lián)地充氣。
45.根據(jù)權利要求42或43的設備，其中所述設備配置成給第一次提到的所述低壓熱存儲裝置以及所述另外的低壓熱存儲裝置平行地充氣。
46.根據(jù)權利要求42-45任意一項權利要求的設備，其中第一次提到的所述低壓存儲容器保持氣體在第一壓力，所述另外的低壓存儲容器保持氣體在與所述第一壓力不同的第二壓力。
47.根據(jù)權利要求39-46任意一項權利要求的設備，其進一步包括降壓裝置，用于在將各高壓存儲容器連接到第一次提到的低壓存儲容器或者所述另外的低壓存儲容器之前，降低存儲在各高壓存儲容器內(nèi)的氣體的壓力。
48.根據(jù)權利要求39-46任意一項權利要求的設備，其進一步包括增壓裝置，用于在將各高壓存儲容器與第一次提到的低壓存儲容器或者所述另外的低壓存儲容器斷開連接之后，增加存儲在各高壓存儲容器內(nèi)的氣壓。
49.根據(jù)權利要求48的設備，其中所述降壓裝置包括膨脹機裝置，在其中一個高壓存儲容器內(nèi)的壓力下降期間回收的膨脹能量可由所述設備回收。
50.根據(jù)權利要求49的設備，其中所述回收的膨脹能量由所述增壓裝置用來增加另一個高壓存儲容器內(nèi)的壓力。
51.根據(jù)權利要求39-50任意一項權利要求的設備，其中所述設備包括用于接收高壓氣體的至少兩個再另外的高壓存儲容器，每個再另外的高壓存儲容器可以經(jīng)由所述連接裝置連接到所述氣體存儲裝置或者氣體處理裝置并包括用于從氣體接收熱能的再另外的高壓熱存儲裝置。
52.根據(jù)權利要求51的設備，其中所述設備在充氣模式下是可操作的，其中在任意時刻有一個高壓存儲容器在充氣；有一個高壓存儲容器包含其壓力由所述降壓裝置降低的氣體；有一個高壓存儲容器包含由氣體傳遞裝置在所述高壓存儲容器和所述低壓存儲容器之間傳遞的氣體；并且有一個高壓存儲容器包含有其壓力由所述增壓裝置增加的氣體。
53.根據(jù)權利要求52的設備，其中所述設備包括用于接收高壓氣體的至少一個再另外的高壓存儲容器，該至少再另外的高壓存儲容器可經(jīng)由所述連接裝置連接到所述氣體存儲裝置或氣體處理裝置，并包括用于從氣體接收熱能的再另外的高壓熱存儲裝置。
54.根據(jù)權利要求53的設備，其中所述設備在充氣模式下可操作，以同時從所述第一次提到的高壓存儲容器的和所述另外的高壓存儲容器傳遞低壓氣體，各傳遞速率均低于所述設備配置來接收高壓氣體的傳遞速率。
55.根據(jù)權利要求53或54的設備,其中所述設備在放氣模式下可操作，以同時將低壓氣體傳遞到所述第一次提到的高壓存儲容器和所述另外的高壓存儲容器，各傳遞速率均低于所述設備配置來排放高壓氣體的傳遞速率。
56.根據(jù)權利要求34-55任意一項權利要求的設備,其中所述氣體是空氣、IS氣或氖氣。
57.根據(jù)權利要求34-56任意一項權利要求的設備，其中所述第一次提到的低壓存儲容器或者所述另外的低壓存儲容器存儲處于基本上大氣壓力的氣體。
58.一種存儲以及隨后收回能量的方法，包括 在充氣階段 接收加熱的高壓氣體， 經(jīng)由高壓存儲容器將所述高壓氣體傳遞到氣體存儲裝置或氣體處理裝置，所述高壓存儲容器包括用于從所述氣體接收熱能的高壓熱存儲裝置； 以低壓在所述高壓存儲容器和低壓存儲器之間傳遞來自于所述高存儲容器的氣體，所述低壓存儲容器包括用于從氣體接收熱能的低壓熱存儲裝置，這樣，通過在所述高壓存儲容器和所述低壓存儲容器之間流動的低壓氣體將所述高壓熱存儲裝置所存儲的熱能傳遞給所述低壓熱存儲裝置； 在放氣階段 以低壓在所述低壓存儲容器和所述高壓存儲容器之間傳遞氣體，從而通過在所述低壓存儲容器和所述高壓存儲容器之間流動的低壓氣體將所述低壓熱存儲裝置存儲的熱能傳遞給所述高壓熱存儲裝置； 隨后，使氣體以高壓經(jīng)過所述高壓存儲容器，以將該高壓的氣體暴露于所述高壓熱存儲裝置；以及 使加熱后的高壓氣體膨脹。
59.根據(jù)權利要求58的方法，其中在所述充氣階段，氣體在所述低壓存儲容器和高壓存儲容器之間循環(huán)地傳遞。
60.根據(jù)權利要求58或59的方法，其中在所述放氣階段，氣體在所述低壓存儲容器和高壓存儲容器之間循環(huán)地傳遞。
61.一種存儲以及隨后收回能量的方法，包括 在充氣階段 接收加熱的低壓氣體； 使所述低壓氣體經(jīng)過低壓存儲容器，所述低壓存儲容器具有用于從所述氣體接收熱能的低壓熱存儲裝置； 在放氣階段 以低壓在所述低壓存儲容器和高壓存儲容器之間傳遞來自于所述低壓存儲容器的氣體，其中所述高壓存儲容器具有用于從所述氣體接收熱能的高壓存儲裝置，從而通過在所述低壓存儲容器和所述高壓存儲容器之間流動的低壓氣體將所述低壓熱存儲裝置所存儲的熱能傳遞給所述高壓熱存儲裝置； 隨后，使氣體以高壓經(jīng)過所述高壓存儲容器以將所述高壓氣體暴露于所述高壓熱存儲裝置；并且 使加熱后的高壓氣體膨脹。
全文摘要
一種用于存儲能量的設備(1)，包括用于接收高壓氣體的高壓存儲容器(10)，該高壓存儲容器(10)包括具有容放第一透氣性熱存儲結(jié)構(gòu)(14)的第一腔的高壓熱存儲裝置；用于接收低壓氣體的低壓存儲容器(11，12)，該低壓存儲容器(11，12)包括具有容放第二透氣性熱存儲結(jié)構(gòu)(16，18)的第二腔的低壓熱存儲裝置；其中所述第一熱存儲結(jié)構(gòu)(14)的單位體積平均表面積高于所述第二熱存儲結(jié)構(gòu)(16，18)的單位體積平均表面積。
文檔編號F03G7/04GK102869854SQ201180021711
公開日2013年1月9日 申請日期2011年2月24日 優(yōu)先權日2010年2月24日
發(fā)明者喬納森·塞巴斯蒂安·豪斯, 詹姆斯·麥克納斯滕 申請人:等熵有限公司