包括高溫電池的儲熱系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及包括具有多個蓄電池的高溫電池的儲熱系統(tǒng)，多個蓄電池具有至少100°c的操作溫度并且與換熱液體接觸以用于供應(yīng)和去除熱量。另外，本發(fā)明還涉及用于操作這樣的儲熱系統(tǒng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著用于提供電能的可再生能源的不斷擴(kuò)展，各個技術(shù)方都認(rèn)為需要分散式存儲方案的伴隨增加。這樣的存儲將貢獻(xiàn)于改善借助于供電網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)的電流的質(zhì)量，并且還使電力供應(yīng)平穩(wěn)。合適的存儲將特別適合用于吸收供電網(wǎng)絡(luò)中的電能的過多供應(yīng)并且將其暫時存儲幾小時，以使得能夠在稍后的需求增加的時間點(diǎn)將其供應(yīng)回供電網(wǎng)絡(luò)。
[0003]例如根據(jù)本發(fā)明提供的高溫電池的使用通過數(shù)個正向?qū)傩?高能量存儲密度、高循環(huán)電荷數(shù)目等)來區(qū)分，這使得它們特別適合用于存儲來自供電網(wǎng)絡(luò)的電能。然而，高溫電池的缺點(diǎn)是增加了廢熱產(chǎn)生，這由于操作溫度將導(dǎo)致強(qiáng)的火用熱量損失，操作溫度明顯在周圍溫度水平之上。然而，同時，高溫電池必須保持在高的操作溫度水平，以便能夠確保操作迅速。在這種情況下，特別需要基本上避免操作溫度的變化，例如以避免對電池屬性和操作屬性的有害影響。因此，例如，溫度變化不僅會引起高溫電池的蓄電池的永久化學(xué)變化，這導(dǎo)致操作迅速能力降低，溫度變化還會導(dǎo)致例如對功能部件的損壞，諸如離子導(dǎo)電分離器(電解質(zhì))的張力裂縫，這在最壞情況下可能伴隨著高溫電池的蓄電池的損壞。
[0004]傳統(tǒng)的儲熱系統(tǒng)使用與周圍環(huán)境的換熱，其通常通過對流來驅(qū)動以產(chǎn)生溫度均衡。因此，例如，這樣的高溫電池的蓄電池被空氣圍繞，從而使得能夠確保與周圍環(huán)境的合適的換熱。為了實(shí)現(xiàn)對蓄電池的改進(jìn)的溫度控制，例如，也可以通過風(fēng)扇向空氣施加氣流，從而使得能夠以定向方式向高溫電池供應(yīng)熱量或者耗散來自高溫電池的熱量。由于借助于到高溫電池的蓄電池的加熱空氣的熱量供應(yīng)通常由于熱傳遞性能的缺失而僅不夠好地有可能，所以有時還在高溫電池中集成合適的加熱設(shè)備，例如以使得能夠?qū)⑵浔３衷诤线m的操作溫度下。相比較而言，如果需要散熱，則在低的操作溫度下借助于空氣的到周圍環(huán)境的對流熱傳遞根本上是可能的。然而，在這些溫度下還表明，強(qiáng)的溫度變化仍然可能由于要耗散的熱量的太大的量而出現(xiàn)，其有時非常強(qiáng)烈地變化。
[0005]另外，已經(jīng)表明以這一方式耗散的熱能在正常情況下丟失而不能用于另外的過程是不利的。因此，例如，沒有將傳遞到周圍空氣的熱量提供用于進(jìn)一步的使用，從而高溫電池的操作期間的整個效率變得不利。然而，即使這一熱量可以被提供用于進(jìn)一步的使用，熱量出現(xiàn)的時間點(diǎn)通常不對應(yīng)于例如出現(xiàn)的熱量需要用作有用熱量的時間點(diǎn)。因此，例如，基于鈉鎳氯化物電池(NaNiCl2電池)技術(shù)的高溫電池生成熱能，特別是在放電時。然而，高溫電池的放電通常僅在幾分鐘到幾小時的時間段上進(jìn)行。直接來自這一熱源的連續(xù)熱供應(yīng)因此是不可能的，總之，不是在熱能被強(qiáng)烈需要的時候。對熱量的這一需求在一天中并且在跨季節(jié)時可能變化，但是其基本上獨(dú)立于電力供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)對電能的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明基于其的目的因此是避免現(xiàn)有技術(shù)中已知的缺點(diǎn)。特別地，已經(jīng)證明在儲熱系統(tǒng)的操作期間實(shí)現(xiàn)顯著的效率改善在技術(shù)上是期望的。在這種情況下，效率改善優(yōu)選地涉及高溫電池的整個操作，即充電操作和放電操作。另外，本發(fā)明還能夠避免現(xiàn)有技術(shù)中關(guān)于向高溫電池的熱供應(yīng)以及來自高溫電池的散熱的缺點(diǎn)。另外，期望確保高溫電池的操作溫度的廣泛的一致性，使得高溫電池能夠在幅度或變化相當(dāng)窄的溫度范圍內(nèi)可靠地操作。典型的變化寬度在這種情況下為近似20°C，優(yōu)選地為近似10°C。因此，不僅能夠改善操作效率，還能夠有利地影響高溫電池的蓄電池對故障和維護(hù)的敏感性。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，這些功能目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的儲熱系統(tǒng)以及通過如下文中描述的根據(jù)權(quán)利要求8的用于操作存儲系統(tǒng)的方法來實(shí)現(xiàn)。
[0008]特別地，本發(fā)明基于其的目的通過儲熱系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，儲熱系統(tǒng)包括具有多個蓄電池的高溫電池，多個蓄電池具有至少100°c的操作溫度并且多個蓄電池與換熱流體接觸以用于熱供應(yīng)和耗散，其中還包括具有儲熱流體的第一儲熱裝置，第一儲熱裝置與高溫電池?zé)峄ミB，使得能夠從高溫電池向儲熱流體傳遞熱量，并且其中儲熱裝置本身與低溫儲熱裝置熱互連以用于熱傳遞，低溫儲熱裝置被提供用于以至少40°C的溫度水平存儲低溫?zé)崃俊?br>[0009]另外，本發(fā)明基于其的目的特別地通過如以上和下文中描述的用于操作這樣的儲熱系統(tǒng)的方法來實(shí)現(xiàn)，該方法包括以下步驟:
[0010]在生成熱量的同時操作高溫電池；
[0011 ]向換熱液體傳遞該熱量的至少一部分；
[0012]借助于儲熱流體將該熱量的至少一部分存儲在儲熱裝置中；
[0013]向低溫儲熱裝置傳遞該熱量的至少一部分。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的高溫電池通常包括多個蓄電池，多個蓄電池在共享殼體中彼此電互連以形成高溫電池。高溫電池的蓄電池與換熱液體熱接觸，換熱液體熱確保了熱量供應(yīng)或耗散。蓄電池具有預(yù)定操作溫度，其至少為100°c。根據(jù)實(shí)施例，高溫電池還具有近似500°C的最大操作溫度。相應(yīng)地，根據(jù)本發(fā)明的高溫電池特別地涉及鈉鎳氯化物電池技術(shù)，并且還涉及鈉硫電池(NaS電池)以及與其相關(guān)的所有存儲技術(shù)。
[0015]取決于操作模式，蓄電池可以耗散熱量，或者必須被供應(yīng)熱量，例如以達(dá)到操作溫度。因此，例如，基于鈉鎳氯化物電池技術(shù)的高溫電池必須至少達(dá)到近似250°C的溫度水平，以便能夠保持內(nèi)部電池電阻(其取決于溫度)足夠低。這是因?yàn)?，蓄電池包括的分離器(通常為固態(tài)分離器)在達(dá)到充分高的溫度水平時首先變得充分離子導(dǎo)電，使得電池內(nèi)的離子流實(shí)現(xiàn)電池操作。
[0016]在這點(diǎn)上，應(yīng)當(dāng)注意，根據(jù)本發(fā)明的高溫電池的熱供應(yīng)包括從換熱液體向蓄電池的熱能的供應(yīng)以及從蓄電池到換熱液體的熱能的傳遞。因此在這種情況下應(yīng)當(dāng)在其一般形式上來理解熱量。熱量的概念因此可以包括正的熱能和負(fù)的熱能(冷)。
[0017]由于根據(jù)本發(fā)明的借助于換熱液體的熱量從高溫電池的蓄電池的解耦合以及該熱量隨后向低溫儲熱裝置的傳遞，可以針對所有形式的低溫?zé)崃坷枚线m地實(shí)現(xiàn)熱量。特別地，該熱量適合用于家用或工業(yè)服務(wù)水制備，用于建筑物加熱，用于客艙加熱，用于公交，用于燃料加熱或燃料干燥，例如在發(fā)電廠，或者用于在柴油發(fā)電機(jī)組的情況下保持加溫等等。
[0018]在這點(diǎn)上還應(yīng)當(dāng)明確注意，低溫?zé)崃康母拍钌婕霸?0 0C到200 °C之間的溫度水平下的熱量。這一溫度水平的熱量特別適合用于在廢熱發(fā)電應(yīng)用中使用。儲熱系統(tǒng)的整體效率由于這一更廣泛的用途而增加。
[0019]低溫儲熱裝置因此不允許存儲高于200°C的溫度水平的熱量，從而可以將到環(huán)境的火用熱量損失有利地保持在很低的水平。這是因?yàn)?，特別是在高于200°C的溫度下的溫度存儲的情況下，將預(yù)料到周圍環(huán)境的高的熱量損失，這可能負(fù)面影響儲熱系統(tǒng)的整體效率。
[0020]高溫電池與換熱液體之間的直接熱交換另外地具有以下優(yōu)點(diǎn):能夠更好地補(bǔ)償在高溫電池的操作溫度水平的溫度變化，因?yàn)檫@樣的液體與氣體相比具有增加的熱容量以及改進(jìn)的熱傳導(dǎo)性。因此，例如，換熱液體也可以在熱量峰值的情況下很容易地耗散暫時來自高溫電池的增加的量(氣體情況下可能少量)的熱或者