热存储和供应制造技术

公开了一种热能存储和供应方法，包括：向压力容器(110)提供过冷水；使用电动加热器加热压力容器内的液态水，使得容器包含处于可变存储压力的饱和液态水和蒸汽；控制加热器(112)将存储压力升高到至少2MPa的峰值存储压力；以及响应于热能需求，选择性地将蒸汽从压力容器的出口排放到热负载(130、40)，使得在耗减时段期间，存储压力从峰值存储压力减小至少1MPa。1MPa。1MPa。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热存储和供应


[0001]本专利技术涉及用于热能存储和供应的方法和装置(例如设施)。

技术介绍

[0002]已知为需要热能的工业设备和其它设施提供蒸汽供应系统，该蒸汽供应系统能够生成用于分配给设备或其它设施中的热负载的蒸汽。
[0003]这种蒸汽供应系统通常包括燃烧器提供动力的锅炉和蓄积器。在大的调节比下操作锅炉以适应蒸汽需求的变化是低效的，因此通常提供蓄积器以在锅炉的操作时段期间适应锅炉的最优蒸汽排放速率之上和之下的需求的这种变化。
[0004]有一种趋势是用电动系统代替需要化石燃料的系统。已经提出了具有电加热元件的电动锅炉，电加热元件提供具有可变功率输出的更一致的效率，使得锅炉可以更有效地适应可变蒸汽需求。

技术实现思路

[0005]根据第一方面，公开了一种热能存储和供应的方法，包括：
[0006]向压力容器提供过冷水；
[0007]使用电动加热器加热压力容器内的液态水，使得容器包含处于可变存储压力的饱和液态水和蒸汽；
[0008]控制加热器将存储压力升高到至少2MPa的峰值存储压力；以及
[0009]响应于热能需求，选择性地将蒸汽从压力容器的出口排放到热负载，使得在耗减时段期间，存储压力从峰值存储压力减小至少1MPa。
[0010]本文公开的数字压力值是绝对压力，除非指出(例如作为表压)。如本文提及的耗减时段可以是其中与排放的蒸汽对应的焓输出大于输入到压力容器的能量的时段。与排放的蒸汽对应的焓输出可以是在相应的时段期间从压力容器排放的蒸汽的总焓，其通过参考当蒸汽排放时压力容器的相应存储压力来确定。其等同于由于蒸汽的排放而引起的压力容器内的水的焓的变化。焓输出也可被称为与排放蒸汽对应的焓损失。输入到压力容器的能量是提供到压力容器的任何过冷水(即，在耗减时段期间新提供的)的焓与通过用加热器加热而输入到压力容器内的水的能量之和。
[0011]蒸汽可以通过控制阀的控制而选择性地从出口排放，控制阀例如为布置在出口处或出口下游的控制阀，使得从出口排放的蒸汽通过控制阀。在如本文所述的一些示例中，控制阀可以远离容器，例如设置在热虹吸管布置的冷凝物返回管线上(在这种情况下，蒸汽不穿过控制阀)。
[0012]可以的是，在耗减时段期间，总焓输出大于总能量输入，而在任何时刻的瞬时焓输出可以小于在相同时刻的瞬时能量输入。
[0013]耗减时段可以另外描述为其中压力容器内的水的质量和能量(或焓)变化使得存储压力从峰值存储压力降低至少1MPa的时段。质量和能量变化可能是由于蒸汽的排放、通
过加热的任何能量输入和/或任何过冷水的供应。
[0014]可以的是，排放的蒸汽直接提供给热负载，而不穿过中间蒸汽蓄积器；或者压力容器与热负载之间的任何一个或多个蒸汽蓄积器具有小于压力容器的容积的总容积。
[0015]本文中，表述“直接”应鉴于不穿过蓄积器的目的来解释。因此，排放的蒸汽可经由一个或多个其它部件(例如经由减温器)提供到热负载，但可不穿过蓄积器。
[0016]方法可以包括在耗减时段期间操作加热器。加热器可以在耗减时段期间与选择性地排放蒸汽同时地操作。
[0017]方法可包括：操作加热器而不同时向压力容器提供过冷水：在部分或全部耗减时段内；和/或在部分或全部再充填时段内，在再充填时段中，存储压力增加至少1MPa到至少2MPa的峰值存储压力。
[0018]如本文提及的再充填时段可以是其中通过加热输入到压力容器的能量大于与蒸汽排放相对应的焓输出以满足热能需求的时段。再充填时段可以另外描述为其中压力容器内的水的质量和能量(或焓)变化使得存储压力升高至少1MPa到峰值存储压力的时段。质量和能量变化可能是由于加热、任何蒸汽排放和/或任何过冷水的供应。
[0019]可以的是，在耗减时段期间，蒸汽从出口排放，使得压力容器内的液态水的液位(即，液态水的表面或液态水与蒸汽之间的界面)下降到加热器操作的下限液位以下。可以的是，当水的液位高于下限液位时，控制器在耗减时段期间操作加热器，同时排放蒸汽，并且控制器停用加热器以便继续排放蒸汽超过下限液位。
[0020]在耗减时段的延长部分期间，压力容器内的液态水的液位可下降到低于加热器操作的下限液位。“延长”表示通过允许液位降到下限液位以下来延长继续排放蒸汽的能力，其代价是直到通过向压力容器中提供额外的水而再次升高液位时才能操作加热器。在延长的耗减时段结束之后(例如一旦停止蒸汽的排放，例如在达到下限压力条件时)，压力容器可被提供有水以将液位恢复到液位极限以上，然后加热器可被再次启动。
[0021]例如，下限液位可以是加热器操作的下限液位高度(即，液态水与蒸汽之间的界面的最小高度)，其可以对应于加热器的任何加热元件在容器内延伸的高度或可以是该高度。下限液位可以是液态水的下限液体体积，其可以表达为压力容器内的液态水的体积分数(即，从0至1)。
[0022]换言之，蒸汽可以被排放为使得液位余量变为负。
[0023]可以的是，蒸汽在排放压力下被排放到热负载；并且当存储压力大于排放压力时，过冷水可被提供给容器。
[0024]过冷水在供应到压力容器(例如从冷凝物供应容器)的时刻被过冷。换言之，水从冷凝物供应容器供应，该冷凝物供应容器以比压力容器中的水温低的温度存储冷凝物。
[0025]排放压力可以是可变的，并且当没有排放蒸汽时可以提供过冷水，在这种情况下，排放压力将被理解为蒸汽最后被排放到的排放压力。
[0026]可以的是，峰值存储压力超过过冷水被提供给容器的最大供水压力。
[0027]可以的是，过冷水在耗减时段期间提供给压力容器。可以的是，在耗减时段期间提供给压力容器的过冷水的质量不多于在耗减时段期间排放的蒸汽的质量的50％，例如不多于25％、不多于10％或不多于5％。
[0028]可以的是，热负载将对应于所排放的蒸汽的冷凝物流排放到过冷水供应容器，例
如热井。可以的是，在耗减时段期间，与在耗减时段期间排放的蒸汽的质量的至少50％对应的质量的冷凝物被提供给过冷水供应，以便随后再供应至压力容器；例如，由在耗减时段期间从压力容器中排放的蒸汽产生的冷凝物的至少75％、至少90％或大致全部。
[0029]热负载可包括相对于压力容器定向的热交换器，使得在压力容器与热交换器之间建立热虹吸管，使得在热交换器内冷凝的排放蒸汽形成过冷水的柱，该柱在耗减时段期间返回到在压力容器的下部处的冷凝物入口。
[0030]可以的是，热交换器布置在比冷凝物入口更高的位置处，以提供足够的水头，以使过冷水在重力作用下返回到压力容器。可以的是，相对于与存储压力相对应的饱和温度，热交换器将热交换器内的水过冷至少10℃。
[0031]可以的是，用于控制蒸汽从压力容器的排放的控制阀是设置在使冷凝水从热交换器返回到压力容器的冷凝物管线上的冷凝物管线控制阀，该控制阀可由控制器控制以改变或停止从热交换器到压力容器的冷凝物的流速，从而也控制蒸汽从压力容器的排放。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种热能存储和供应的方法，包括：向压力容器提供过冷水；使用电动加热器加热所述压力容器内的液态水，使得所述容器包含处于可变存储压力的饱和液态水和蒸汽；控制所述加热器将所述存储压力升高到至少2MPa的峰值存储压力；响应于热能需求，选择性地将蒸汽从所述压力容器的出口排放到热负载，使得在耗减时段期间，所述存储压力从所述峰值存储压力减小至少1MPa。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所排放的蒸汽直接提供给所述热负载，而不穿过中间蒸汽蓄积器；或者所述压力容器与所述热负载之间的任何一个或多个蒸汽蓄积器具有小于所述压力容器的容积的总容积。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，包括：在所述耗减时段期间操作所述加热器，可选地同时选择性地排放蒸汽。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，包括：操作所述加热器而不同时向所述压力容器提供过冷水：在部分或全部所述耗减时段内；和/或在部分或全部再充填时段内，在所述再充填时段中，所述存储压力增加至少1MPa到至少2MPa的峰值存储压力。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述耗减时段期间，蒸汽从所述出口排放，使得所述压力容器内的液态水的液位下降到所述加热器操作的下限液位以下；可选地，其中，当水的所述液位高于所述下限液位时，所述控制器在所述耗减时段期间操作所述加热器，同时排放蒸汽，并且其中，所述控制器停用所述加热器以便继续排放蒸汽超过所述下限液位。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，蒸汽在排放压力下被排放到所述热负载；并且其中，当所述存储压力大于所述排放压力时，过冷水被提供给所述容器。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述峰值存储压力超过过冷水被提供给所述容器的最大供水压力。8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，所述过冷水在所述耗减时段期间提供给所述压力容器；可选地其中，在所述耗减时段期间提供给所述压力容器的过冷水的质量不多于在所述耗减时段期间排放的蒸汽的质量的50％，例如不多于25％、不多于10％或不多于5％。9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述热负载包括相对于所述压力容器定向的热交换器，使得在所述压力容器与所述热交换器之间建立热虹吸管，使得在所述热交换器内冷凝的排放的蒸汽形成过冷水的柱，所述柱在所述耗减时段期间返回到在所述压力容器的下部处的冷凝物入口。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述热交换器布置在比所述冷凝物入口更高的位置处，以提供足够的水头，以使所述过冷水在重力作用下返回到所述压力容器；和/或
其中，相对于与所述存储压力相对应的饱和温度，所述热交换器将所述热交换器内的所述水过冷至少10℃。11.根据权利要求6至10中任一项所述的方法，其中，所述过冷水以进入流速提供到所述压力容器，使得所述存储压力随着所述过冷水的提供而减小。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，闪蒸潜能对应于在所述存储压力达到用于维持蒸汽向所述热负载排放的下限压力之前能够从所述压力容器内的液态水闪蒸的蒸汽量；并且其中，液位余量对应于在排放所述闪蒸潜能时所述压力容器内的液态水高于所述加热器操作的下限量的量；所述方法包括：评估与所述液位余量是正还是负相对应的标准；基于所述评估，向所述压力容器提供过冷水以增加所述液位余量并降低所述闪蒸潜能。13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述闪蒸潜能是预测的闪蒸潜能，所述预测的闪蒸潜能是在一个时间段内的所述加热器的预测功率输出和/或预测需求的函数，并且其中，所述液位余量是基于所述预测的闪蒸潜能在所述一个时间段内的排放的预测液位余量。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述预测需求基于历史需求数据，例如设施的历史蒸汽或热需求数据；和/或其中，所述预测需求基于预报天气条件；和/或其中，所述加热器的所述预测功率输出基于所述加热器的历史功率可用性数据；和/或其中，所述加热器的所述预测功率输出基于预报天气条件。15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，存在包括第一热负载和第二热负载的多个热负载；其中，蒸汽基于相应的热能需求经由相应的控制阀从所述压力容器选择性地排放到各个所述热负载；其中，闪蒸潜能对应于在所述存储压力达到用于维持蒸汽向所述热负载排放的下限压力之前能够从所述压力容器内的液态水闪蒸的蒸汽量；所述方法还包括：评估与所述闪蒸潜能是否足以满足所述多个负载的预测需求相对应的标准；基于所述评估和与所述热负载有关的优先级数据，确定优先于将蒸汽排放到所述第二热负载以满足相应的第二热能需求，将蒸汽排放到所述第一热负载以满足相应的第一热能需求。16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，包括，在再充填时段期间：加热所述压力容器中的液体以将所述存储压力升高至少1MPa至至少2MPa的峰值存储压力；将过冷水提供到所述压力容器以达到所述压力容器中的峰值水质量，所述峰值水质量对应于在所述峰值存储压力下的峰值液位；可选地其中，所述再充填时段的持续时间至少为所述耗减时段的持续时间的100％，例如至少125％或至少150％。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，包括：在所述再充填时段期间对供水的分布进行阶段划分，使得所述供水的分布相对于所述再充填时段期间的加热分布是前载的。18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，闪蒸潜能对应于在所述存储压力达到用于维持蒸汽向所述热负载排放的下限压力之前能够从所述压力容器内的液态水闪蒸的蒸汽量；并且其中，液位余量对应于在排放所述闪蒸潜能时所述压力容器内的液态水高于所述加热器操作的下限量的量；其中，所述方法包括：在所述再充填时段的水优先部分期间，相对于加热的分布对供水的分布进行阶段划分以维持最小再充填闪蒸潜能，同时将所述压力容器内的水的量增加到所述目标峰值水质量，使得所述液位余量逐渐升高；以及随后在所述再充填时段的闪蒸优先部分期间加热所述液态水，以将所述存储压力升高到所述峰值存储压力。19.根据权利要求18所述的方法，其中，当所述最小再充填闪蒸潜能对应于预测需求并且所述预测需求对应于在所述再充填时段的空闲部分期间没有蒸汽需求时，所述方法包括：在所述空闲部分期间提供过冷水以将所述存储压力降低到所述下限压力以下，所述压力随后由于热输入而升高以提供对应于非零需求的闪蒸潜能。20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述耗减时段期间所述压力容器中每单位面积的液位的水的蒸汽排放的最大流速不多于150kg/m2h，例如不多于100kg/m2h或不多于50kg/m2h。21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：通过输送沿着脱气路径以逆流方式来自所述压力容器内的蒸汽的脱气流来沿着所述脱气路径对提供给所述压力容器的过冷水的进入流进行脱气；其中，所述进入流在所述压力容器的一定范围的存储压力内提供到所述压力容器中；其中，蒸汽的所述脱气流的速度根据所述进入流的温度和/或所述进入流与所述蒸汽之间的温差而变化，以旨在使所述进入流在所述一定范围的存储压力内达到与所述蒸汽相对应的饱和温度；可选地其中，通过控制用于排放蒸汽的所述脱气流和关联夹带气体的控制阀来改变所述速度；可选地其中，所述速度或用于控制所述速度的控制阀设定通过参考与所述进入流的所述温度和/或所述蒸汽的所述温度相关的速度或控制阀设定的数据库来确定。22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述峰值存储压力是至少2.5MPa，例如至少3Mpa；和/或其中，在所述耗减时段期间，所述存储压力降低至不多于1.5MPa，例如不多于1MPa，或不多于0.8MPa，的值。23.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，平均耗减功率被定义为在所述耗减时段期间从所述压力容器排放的蒸汽的累积焓除以所述耗减时段的持续时间；并且最大耗减功率被定义为在一分钟的任何最小功率评估时段期间在所述耗减时段内排放的蒸汽的最大焓除以所述最小功率评估时段。
24.根据权利要求23所述的方法，还包括：在所述存储压力增加至少1MPa的再充填时段期间，使用所述加热器加热所述压力容器内的液态水；其中，平均再充填功率被定义为在所述再充填时段期间由所述加热器提供给所述液态水的累积能量除以所述再充填时段的持续时间；其中，最大再加热功率被定义为在所述再充填时段内由所述加热器向所述液态水提供能量的最大功率；其中，所述平均再加热功率是所述平均耗减功率的不多于50％；和/或其中，所述平均再加热功率是所述最大耗减功率的不多于50％；和/或其中，所述最大再加热功率是所述最大耗减功率的不多于50％。25.根据权利要求23或24所述的方法，其中，(i)在所述耗减时段期间从所述压力容器中排放的蒸汽的累积焓与(ii)在所述再充填时段期间所述加热器的所述平均再加热功率的尺寸比是至少25000秒。26.根据前述权利要求中任一项所述的方法，使用根据权利要求27至47中任一项的热设施来进行。27.一种热能存储和供应设施，包括：压力容器，用于在2MPa的存储压力下存储包括饱和液态水和蒸汽的水，所述压力容器具有将蒸汽排放到热负载的出口；电动加热器，被配置为加热存储在所述压力容器中的液态水以改变所述压力容器内的存储压力；控制器，被配置为通过以下来操作所述热存储设施：控制所述加热器加热所述压力容器内的液态水，以达到至少2MPa的饱和液态水和蒸汽的峰值存储压力；响应于热能...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：斯普瑞斯萨克有限公司，
类型：发明
国别省市：