(57)【要約】低コストな熱エネルギー貯蔵及び高効率のパワーサイクルを使用する長期間の電気貯蔵のための方法及びデバイスが開示される。ある実施形態では、それは、優れた長期間の低コストなエネルギー貯蔵の可能性を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２５０〜５００℃である第１の温度で、第１の複数の固体粒子を含む第１の熱伝達媒体を貯蔵する第１の貯蔵ステップと、
前記第１の熱伝達媒体へエネルギーを伝達する第１の伝達ステップであって、前記第１の熱伝達媒体の少なくとも一部が８５０〜１３００℃である第２の温度に加熱される、前記第１の伝達ステップと、
前記第１の熱伝達媒体を前記第２の温度で貯蔵する第２の貯蔵ステップと、
前記第２の温度の第１の熱伝達媒体から前記第１の温度の作動流体へエネルギーの少なくとも一部を伝達する第２の伝達ステップであって、前記作動流体は７００〜１２００℃である第３の温度に加熱され、前記第１の熱伝達媒体は前記第１の温度に冷却される、前記第２の伝達ステップと、
前記エネルギーの前記少なくとも一部のいくつかを電気に変換する変換ステップと
を順に備える前記方法。
【請求項２】
前記第１の複数の固体粒子が、コンクリート、砂利、岩石、灰、シリカ、アルミナ、チタン、粘土又は他の任意の適切な無機材料のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記変換ステップが、第１のタービンにおいて前記作動流体を膨張させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の伝達ステップの前に、電気エネルギーを前記第１のタービンに提供することにより、圧縮機として前記第１のタービンを動作させる動作ステップをさらに備え、
前記動作ステップが、前記電気エネルギーの少なくとも一部が前記作動流体に伝達され、前記作動流体が前記第３の温度に加熱される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の伝達ステップの前に、前記第３の温度の前記作動流体から前記第１の温度の前記第１の熱伝達媒体へエネルギーを伝達する第３の伝達ステップであって、前記第１の熱伝達媒体は、前記第１の温度と前記第２の温度との間である第４の温度に加熱される、前記第３の伝達ステップをさらに備え、
その後、前記第１の伝達ステップが、前記第１の熱伝達媒体を前記第４の温度から前記第２の温度に加熱する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の伝達ステップの後に、前記第４の温度の前記第１の熱伝達媒体から、−８０〜−１０℃である第５の温度の第２の熱伝達媒体へエネルギーを伝達する第４の伝達ステップをさらに備え、
前記第４の伝達ステップは、前記第１の熱伝達媒体を１５０〜３００℃である第６の温度へ冷却し、
前記第２の熱伝達媒体は−１０〜２０℃である第７の温度に加熱される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
第２のタービンを通じて前記第４の温度の前記作動流体を膨張させる膨張ステップをさらに備え、
前記膨張ステップが、前記エネルギーの少なくとも一部を電気に変換する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第７の温度の第２の複数の固体粒子を含む第２の熱伝達媒体と、
前記第２の伝達ステップの前に、前記第２の熱伝達媒体から前記作動流体にエネルギーを伝達する第５の伝達ステップと
をさらに備え、
前記第５の伝達ステップは、前記第２の熱伝達媒体を前記第５の温度に冷却し、前記作動流体を前記第３の温度に加熱する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
第１の熱伝達媒体と、
第１の作動流体と、
第１の熱交換器と、
第２の熱交換器と
を備えたシステムであって、
前記第１の熱伝達媒体は複数の固体粒子を含み、
前記第１の熱伝達媒体は、前記第１の熱交換器によって２５０〜５００℃である第１の温度から８５０℃〜１３００℃である第２の温度に加熱可能であり、
第１の導管が、前記第１の熱伝達媒体を前記第１の熱交換器から前記第２の熱交換器に伝達するよう構成されており、
前記第２の熱交換器は、熱を前記第２の温度の前記第１の熱伝達媒体から前記第１の温度の前記第１の作動流体に伝達するよう構成され、前記第１の熱伝達媒体を前記第２の温度から前記第１の温度へ冷却し、前記第１の作動流体を前記第１の温度から７００〜１２００℃である第３の温度へ加熱する、前記システム。
【請求項１０】
前記第２の熱交換器が流動床を備える、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
第１のタービンと、
シャフトと
をさらに備え、
前記第３の温度の前記第１の作動流体は、前記第１のタービンを通じて膨張されることで、前記第１の作動流体は前記第１の温度となり且つ前記シャフトの回転による発電が生じる、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１のタービンが、圧縮機として動作させられ、前記第１の作動流体を前記第１の温度から前記第３の温度に圧縮する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
第２の熱伝達媒体と、
第３の熱交換器と
をさらに備え、
前記第２の熱伝達媒体は、前記第１の作動流体によって、前記第３の熱交換器において−１０〜２０℃である第４の温度から−８０〜−１０℃である第５の温度に冷却可能であり、
前記第３の熱交換器は、熱を前記第１の作動流体から前記第２の熱伝達媒体に伝達するよう構成され、前記第２の熱伝達媒体を前記第４の温度にする、請求項９に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１の作動流体は、熱を前記第２の温度の前記第１の熱伝達媒体から前記第５の温度の前記第２の熱伝達媒体に伝達し、前記第１の熱伝達媒体を１５０〜３００℃である第６の温度にし、前記第２の熱伝達媒体を前記第４の温度にする、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第２の熱交換器及び前記第３の熱交換器が、流動床熱交換器である、請求項１４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年９月２４日出願の米国仮特許出願第６２／７３５４５５号、及び２０１９年５月２１日出願の米国仮特許出願第６２／８５０９２７号の優先権の利益を主張し、その内容全体が参照により取り込まれる。
【０００２】
契約起源
米国政府は、米国エネルギー省と国立再生可能エネルギー研究所の管理・運営者であるＡｌｌｉａｎｃｅ  ｆｏｒ  Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ  Ｅｎｅｒｇｙ，ＬＬＣとの間の契約番号ＤＥ−ＡＣ３６−０８ＧＯ２８３０８の下で本発明の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
再生可能エネルギー源は、非ピーク時の使用のためにオフピーク時に生成されるエネルギーを貯蔵する能力によって制限されてきた。エネルギー貯蔵は、風力及び太陽光などの可変再生可能エネルギー源にとって重要である。しかしながら、現在のバッテリー技術は、グリッドスケールの長期間のエネルギー貯蔵には高価過ぎる。溶融塩貯蔵は、高価であり、塩の安定性及び腐食の問題によって制限される。水力電気の形式の揚水エネルギー貯蔵は、異なる垂直レベルに２つの貯水池を必要とするのでシステムの地質学的条件によって制限される。したがって、風力及び太陽光などの代替エネルギー源によって生成される余剰電力を貯蔵して、後にピーク電気需要時に回収可能な向上したエネルギー貯蔵システムに対するニーズがある。
【発明の概要】
【０００４】
本開示の態様は、順に、２５０〜５００℃の第１の温度の第１の複数の固体粒子を含む第１の熱伝達媒体の第１の貯蔵ステップと、第１の熱伝達媒体へのエネルギーの第１の伝達ステップであって、結果として、第１の熱伝達媒体の少なくとも一部の８５０〜１３００℃の第２の温度への加熱をもたらす、第１の伝達ステップと、第２の温度の加熱された第１の熱伝達媒体の第２の貯蔵ステップと、第２の温度の第１の熱伝達媒体から第１の温度の作動流体へのエネルギーの少なくとも一部の第２の伝達ステップであって、結果として、７００〜１２００℃の第３の温度への作動流体の加熱及び第１の温度への第１の熱伝達媒体の冷却をもたらす、第２の伝達ステップと、エネルギーの一部の少なくともある部分の電力への変換ステップとを含む方法である。本開示のある実施形態では、第１の伝達ステップは、サイロ内に配置された抵抗加熱器を用いて実行され得る。本開示のある実施形態では、第１の伝達ステップは、太陽放射を受けるように構成された受信機を用いて実行され得る。本開示のある実施形態では、第２の伝達ステップは第１の熱交換器内で生じ得る。本開示のある実施形態では、第１の熱交換器は流動床を含み得る。本開示のある実施形態では、第２の伝達ステップは、サイロ内に配置された熱交換器を用いて完了される。
【０００５】
本開示のある実施形態では、第１の熱伝達媒体は、コンクリート、砂利、岩石、灰、シリカ、アルミナ、チタン、粘土又は他の任意の適切な無機材料のうちの少なくとも１つを含み得る。本開示のある実施形態では、変換ステップは、第１のタービンにおける加熱作動流体の膨張を含み得る。本開示のある実施形態では、方法は、第１の伝達ステップの前に、タービンに電気エネルギーを提供することによって圧縮機としてタービンを動作させるステップをさらに含んでいてもよく、その動作によって電気エネルギーの少なくとも一部が第１の温度の作動流体に伝達され、結果として、作動流体の第３の温度への加熱をもたらす。本開示のある実施形態では、方法は、第１の伝達ステップの前に、第３の温度の作動流体から第１の温度の第１の熱伝達媒体へのエネルギーの第３の伝達ステップであって、結果として、第１の温度と第２の温度との間の第４の温度への第１の熱伝達媒体の加熱をもたらす、第３の伝達ステップをさらに含んでいてもよく、続いて第１の伝達ステップが、結果として、第１の熱伝達媒体の第４の温度から第２の温度への加熱をもたらす。
【０００６】
本開示のある実施形態では、方法は、第２の伝達ステップの後に、第４の温度の第１の熱伝達媒体から、−８０〜−１０℃の第５の温度の第２の熱伝達媒体へのエネルギーの第４の伝達ステップをさらに含んでいてもよく、第４の伝達ステップは、結果として、１５０〜３００℃の第６の温度への第１の熱伝達媒体の冷却、及び−１０〜２０℃の第７の温度への第２の熱伝達媒体の加熱をもたらす。本開示のある実施形態では、方法は、第２のタービンを通じた第４の温度の作動流体の通過ステップをさらに含んでいてもよく、第２のタービンは、結果として、電気の生成をもたらす。本開示のある実施形態では、方法は、第７の温度の第２の複数の固体粒子を含む第２の熱伝達媒体と、第２の伝達ステップの前に、第２の熱伝達媒体から作動流体へのエネルギーの第５の伝達ステップとをさらに含んでいてもよく、第５の伝達ステップは、結果として、第５の温度への第２の熱伝達媒体の冷却、及び第３の温度への作動流体の加熱をもたらす。
【０００７】
本開示の態様は、第１の熱伝達媒体と、第１の作動流体と、第１の熱交換器と、第２の熱交換器とを含むシステムであり、第１の熱伝達媒体は複数の固体粒子を含み、第１の熱伝達媒体は、第１の熱交換器によって２５０〜５００℃の第１の温度及び８５０℃〜１３００℃の第２の温度から加熱可能であり、第１の導管は第１の熱伝達媒体を第１の熱交換器から第２の熱交換器に伝達するように構成され、第２の熱交換器は熱を第２の温度の第１の熱伝達媒体から第１の温度の第１の作動流体に伝達するように構成され、結果として、第２の温度から第１の温度への第１の熱伝達媒体の冷却、及び第１の温度から７００〜１２００℃の第３の温度への第１の作動流体の加熱をもたらす。本開示のある実施形態では、第２の熱交換器は流動床を含み得る。本開示のある実施形態では、システムは、第１のタービンと、シャフトとをさらに含んでいてもよく、第３の温度の第１の作動流体が第１のタービンを通じて膨張され、結果として、シャフトの回転によって第１の温度の第１の作動流体及び発電をもたらす。
【０００８】
本開示のある実施形態では、第１のタービンは、圧縮機として動作させられ、第１の温度から第３の温度に第１の作動流体を圧縮し得る。本開示のある実施形態では、システムは、第２の熱伝達媒体と、第３の熱交換器とをさらに含んでいてもよく、第２の熱伝達媒体は、第１の作動流体によって、第３の熱交換器において−１０〜２０℃の第４の温度から−８０〜−１０℃の第５の温度に冷却可能であり、第３の熱交換器は、熱を第１の作動流体から第２の熱伝達媒体に伝達するように構成され、結果として、第４の温度の加熱された第２の熱伝達媒体をもたらす。本開示のある実施形態では、第１の作動流体は、熱を第２の温度の第１の熱伝達媒体から第５の温度の第２の熱伝達媒体に伝達することができ、結果として、１５０〜３００℃の第６の温度の第１の熱伝達媒体、及び第４の温度の第２の熱伝達媒体をもたらす。本開示のある実施形態では、第２の熱交換器及び第３の熱交換器が、流動床熱交換器であってもよい。
【０００９】
例示的な実施形態を、図面の参照図に示す。ここで開示される実施形態及び図は、限定的なものではなく例示的なものであると考えられることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、ある実施形態による熱エネルギー貯蔵システムを示す。
【図２】図２は、ある実施形態による熱エネルギー貯蔵システムを示す。
【図３】図３は、ある実施形態による熱エネルギー貯蔵システムを示す。
【図４】図４は、ある実施形態による図２の熱エネルギー貯蔵システムの充電方法を示す。
【図５】図５は、ある実施形態による図３の熱エネルギー貯蔵システムの放電方法を示す。
【図６】図６は、ある実施形態によるエネルギー貯蔵システムを示す。
【図７】図７は、ある実施形態によるエネルギー貯蔵システムを示す。
【図８】図８は、ある実施形態による図６のエネルギー貯蔵システムを充電する方法を示す。
【図９】図９は、ある実施形態による図７のエネルギー貯蔵システムを放電する方法を示す。
【図１０】図１０は、ある実施形態によるモジュラー粒子加速器を示す。
【図１１】図１１は、ある実施形態によるサイロを示す。
【図１２】図１２は、ある実施形態のエネルギー貯蔵システムの流動床熱交換器及び周辺構成要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示は、上記の従来技術の課題及び欠陥の１以上に対処し得る。ただし、ここで開示されるようなある実施形態は、多数の技術的範囲における他の課題及び欠陥に対処するのに有用であると証明し得ると考えられる。したがって、ここで説明する実施形態は、ここで記述する特定の課題又は欠陥のいずれかに対処することに必ずしも限定されるように解釈されるべきでない。
【００１２】
明細書において「１つの実施形態」、「実施形態」、「実施形態の例」、「ある実施形態」などの言及は、説明する実施形態が特定の構成、構造又は特徴を含み得るが、すべての実施形態が必ずしもその特定の構成、構造又は特徴を含まなくてもよい。さらに、そのような文言は、必ずしも同じ実施形態に言及していない。また、特定の構成、構造又は特徴が実施形態に関連して説明される場合には、明示されているか否かに関わらず、他の実施形態に関連してそのような構成、構造又は特徴に影響を及ぼすことは、当業者の知識の範囲内であると考えられる。
【００１３】
ここで使用されるように、用語「実質的に」は、正確な値が必ずしも達成可能でないことを示すのに用いられる。例として、当業者は、化学反応によっては、反応物の１００％の変換が可能であっても可能性は低いことを理解するはずである。反応物の大部分が生成物に変換され、反応物の変換が１００％の変換に漸近的に近付き得る。そのため、実用的な観点からは反応物の１００％が変換されるが、技術的な観点からは、少量であり、時には規定するのが困難な量が残る。この例の化学反応物に対して、その量は、試験するのに使用される機器の検出限界によって比較的容易に規定され得る。しかしながら多くの場合、この量は容易に規定されないので、用語「実質的に」を使用することがある。本開示の実施形態では、用語「実質的に」は、具体的な数値又は目標値をその値又は目標値の２０％以内、１５％、１０％、５％又は１％以内に近付くものとして規定される。本開示のさらなる実施形態では、用語「実質的に」は、具体的な数値又は目標値をその値又は目標値の１％、０．９％、０．８％、０．７％、０．６％、０．５％、０．４％、０．３％、０．２％又は０．％以内に近付くものとして規定される。
【００１４】
ここで使用されるように、用語「約」は、正確な値が必ずしも達成可能でないことを示すのに用いられる。したがって、用語「約」は、この不確定性の限界を示すのに用いられる。本開示のある実施形態では、用語「約」は、具体的な数値又は目標値の±２０％、±１５％、±１０％、±５％又は±１％以下の不確定性の限界を示すのに用いられる。本開示のある実施形態では、用語「約」は、具体的な数値又は目標値の±１％、±０．９％、±０．８％、±０．７％、±０．６％、±０．５％、±０．４％、±０．３％、±０．２又は±０．１％以下の不確定性の限界を示すのに用いられる。
【００１５】
本開示は、電気エネルギー及び／又は太陽光エネルギーを含む具体的な実施例によってエネルギーの長期間貯蔵を含む貯蔵のためのシステム及び方法を提供する。本開示のある実施形態では、風力及び太陽光などの再生可能エネルギー源を使用して生成された余剰電力は、ここで説明するシステムに熱エネルギーとして貯蔵され得る。後に、例えば、ピーク電気需要期間中に、貯蔵された熱エネルギーは電気エネルギーに逆変換されることがあり、それはパワーグリッドに伝達されてピーク需要を満たすのに役立ち得る。したがって、ここで説明するシステム及び方法は、太陽光発電、風力発電又は集光型太陽光発電（ＣＳＰ）などの再生可能エネルギー源の利用可能性を、これらの資源により生成されたエネルギーを、必要に応じて後にグリッドに戻しつつ貯蔵することを可能とすることによって拡張させ得る。本開示のある実施形態は、（オフピーク電気エネルギーなどの）電気エネルギーを熱エネルギーに変換する高温熱サイクルを利用し、固体粒子で構築された熱伝達媒体にエネルギーを貯蔵し得る。
【００１６】
本開示のある実施形態では、エネルギー貯蔵システムは、熱エネルギー貯蔵のための媒体として、加圧流動床、熱電気生成のためのブレイトン複合サイクル及び低コストの固体粒子を含み得る。そのようなエネルギー貯蔵システムは、充電モード及び放電モードの２つのモードで動作し得る。充電モード中に、パワーグリッド（例えば、風力及び／又は太陽光）から受ける電気エネルギーは、固体粒子に伝達され得る熱エネルギーに変換されてから、必要とされるまで容器に貯蔵され得る。続いて放電モード中に、熱エネルギーは、固体粒子から回収及び電力へ変換されてから、逆にパワーグリッドに伝達され得る。本開示のある実施形態では、充電モード中に、エネルギー貯蔵システムは、グリッドから供給される電気エネルギーを使用して固体粒子を加熱するように構成された電気加熱器（すなわち、抵抗加熱器）を含み得る。本開示のある実施形態では、放電モード中に、熱エネルギー貯蔵システムは、高温（熱的に充電された）固体粒子を作動流体に接触させるように構成された流動床熱交換器を含んでいてもよく、それにより結果として生成される加熱された作動流体は、その後パワーグリッドに伝達され得る電力を生成する発電機に結合されたタービンを駆動するのに使用可能である。本開示のある実施形態では、作動流体は、空気、二酸化炭素、窒素、アルゴン及び／又は適度に高い熱容量を有する他の任意のガスのうちの少なくとも１つのようなガスであり得る。本開示のある実施形態では、固体粒子は、コンクリート、砂利、岩石、灰、シリカ、アルミナ、焼成粘土及び／又は考え得る最高作動温度までの、例えば、約１３００℃までの温度安定性を有する他の任意の適切な無機材料のうちの少なくとも１つなどの材料を含み得る。
【００１７】
図１は、本開示のある実施形態によるエネルギー貯蔵システム１００を示す。この例示的なエネルギー貯蔵システム１００では、サイロ１０１（すなわち、貯蔵ベッセル、１０１Ａ−Ｄで示す４つ）が提供され、それは固体粒子１０２の貯蔵ために利用され得る。加熱器１０８は、サイロ１０１の近傍及び／又は内部に配置されてもよく、それにより加熱器１０８は、固体粒子１０２を充電中におよそ２５０〜５００℃の第１の比較的低い温度からおよそ８５０〜１２００℃の第２の比較的高い温度に加熱するように構成される。本開示のある実施形態では、加熱器１０８は、電力１０９によって示すようにグリッドから提供される電気加熱器を駆動するのに必要とされる電力の（例えば、抵抗加熱素子を使用する）電気加熱器であり得る。ただし、固体粒子１０２は、例えば、（例えば、集光型太陽光発電（ＣＳＰ）設備によって提供される）太陽光エネルギー、地熱エネルギー及び／又は産業資源から供給されるエネルギーを含む他の手段／資源によって加熱されることもある。そして、加熱された粒子１０２及び粒子１０２内に貯蔵された熱エネルギーは、熱エネルギーが電気に逆変換されることを電気需要が要求する時間までサイロ１０１内に貯蔵され得る。
【００１８】
本開示のある実施形態では、電気が必要とされる場合に、高温固体粒子１０２は、サイロ１０１から流動床熱交換器１１１に輸送され得る。ある実施形態では、図１に示すように、流動床熱交換器１１１がサイロ１０１の一体構成要素である場合には、高温固体粒子１０２は、サイロ１０１内から重力によって流動床熱交換器１１１に輸送され得る。本開示のある実施形態では、例えば、流動床熱交換器１１１がサイロ１０１の一体部分でない場合には、高温固体粒子１０２は、（例えば、粒子コンベア１０７と同様のコンベアの使用によって）空気圧で及び／又は機械的に流動床熱交換器１１１に輸送され得る。流動床熱交換器１１１は、熱を高温固体粒子１０２から作動流体１１０、例えば不活性ガスに伝達するように構成され、それによって、作動流体１１０を７００〜１２００℃の温度に加熱し、固体粒子１０２を２５０〜５００℃の温度に冷却し得る。加熱された作動流体１１０は続いてタービン１０３に方向付けられ、それは同様に発電機又はモータ１０４に接続されたシャフト１１２を駆動することができ、それにより固体粒子から回収される熱エネルギーはまず圧力エネルギー、そして機械エネルギー、最終的に電気エネルギー１０９に変換されてから、変電所１０５、最後にパワーグリッドへの輸送のためのグリッド線１０６に伝達され得る。そして、ここで２５０〜５００℃の温度のこの膨張及び冷却された作動流体１１０は、圧縮機（不図示）に方向付けられて、流動床熱交換器１１１を通じて戻る作動流体１１０を循環させるのに必要とされる駆動力を与え得る。
【００１９】
本開示のある実施形態では、エネルギー貯蔵システム１００は、集光型太陽光発電（ＣＳＰ）プラントに組み込まれて、ＣＳＰプラントから収集される太陽光エネルギー及び／又はパワーグリッドから受ける電気エネルギーの少なくとも一方を貯蔵し得る。太陽光エネルギーがエネルギー貯蔵システムに貯蔵される場合に対して、ここで説明する固体粒子は、通常ＣＳＰシステムで使用される液体貯蔵媒体（例えば、溶融塩）の少なくとも一部に取って代わり得る。ＣＳＰプラントからの熱は、サイロ１０１に方向付けられて粒子１０２を加熱し、それによって、ＣＳＰプラントが生成する熱エネルギーを貯蔵し得る。
【００２０】
図２に示すように充電モードにおいてエネルギーシステム２００に供給される電力（１０９Ａ〜Ｂ）は、電気グリッドから、石炭火力発電プラントから又はＣＳＰプラントから供給され得る。加熱器１０８、作動流体１１０及び水ストリーム２０５Ａ〜Ｂを介して固体粒子１０２に提供される熱の組合せによって、固体粒子１０２は超高温に到達可能である。例えば、この加熱方法の組合せを用いて、固体粒子１０２は、１３００℃程度の高温に到達し得る。この加熱方法の組合せにおけるステップを、次の段落で説明する。
【００２１】
図２は、充電モードにおける、図１に示すエネルギー貯蔵システム１００と同様のエネルギー貯蔵システム２００の処理フロー図のバージョンを示す。エネルギー貯蔵システム２００と図１のエネルギー貯蔵システム１００との顕著な相違は、このエネルギー貯蔵システム２００が第２の作動流体として作用する水／水ストリーム２０５を含むことである。図２を参照すると、この例示的なエネルギー貯蔵システム２００は、固体粒子１０２を貯蔵するためにサイロ１０１を含む。エネルギー貯蔵システム２００に示すように充電モード中に、固体粒子１０２は、作動流体１１０及び水２０５によって加圧流動床熱交換器１１１において加熱され得る。固体粒子１０２はまた、サイロ１０１内に配置され得る電気加熱器１０８によっても加熱され得る。作動流体１１０は、１以上のタービン１０３を経由し得る。複数のタービン１０３が、ブレイトン複合サイクル構成において、図２に示すように、第２の熱伝達流体、例えば水２０６と併用され得る。例えば、タービン１０３Ａ〜Ｃは、充電中に電力１０９Ａを受け得る単一のシャフト１１２Ａを共有するので、タービン１０３Ａ〜Ｃにおいて作動流体１１０を圧縮するのに必要とされるシステム２００への電力入力を提供し得る。第１の水ストリーム２０５Ａは、充電中にシャフト１１２Ｂを介して電力１０９Ｂを受け得る単一のタービン１０３Ｄを経由するので、システム２００への追加的電力入力を提供し得る。そして、水ストリーム２０５Ａは、固体粒子１０２を加熱し得る流動床熱交換器１１１を経由してもよい。第２の水ストリーム２０５Ｂは、作動流体１１０によって提供される熱で第２の水ストリーム２０５Ｂを加熱する一連の熱交換器２０２Ａ〜Ｃ及びポンプ２０３に浸入し得る。そして、第２の水ストリーム２０５Ｂは、追加的電気エネルギー１０９Ｂがシャフト１１２Ｂを介して供給されるタービン１０３Ｅを経由してもよい。
【００２２】
図３は、放電モードにおけるエネルギー貯蔵システム２００を示し、そこでは充電中に固体粒子に貯蔵された熱エネルギーが、回収及び電気エネルギーに変換される。これは、固体粒子から、流動床熱交換器１１１における作動流体１１０、及び流動床熱交換器１１１内の熱交換器（不図示）における水ストリーム２０５Ａ〜Ｂへの熱エネルギーの伝達によって実現される。分離器２０１は、流動床熱交換器１１１から搬送される任意の同伴固体粒子１０２から作動流体１１０を物理的に分離するように含まれ得る。放電モード中の作動流体１１０又は水ストリーム２０５Ａ〜Ｂのタービン１０３Ａ〜Ｅの通過は、結果として、その流体を膨張させ、それによってシャフト１１２Ａ〜Ｂが回転して電力１０９Ａ〜Ｂを生成する。
【００２３】
図３に示す放電モード中に電気を放出するために、第１のタービン１０３Ａは、（流動床熱交換器１１１から）分離器２０１を抜け出る高温の作動流体１１０（例えば、ガス）によって駆動され、共有シャフト１１２Ａに伝達される第１の量のシャフトワークを生成し得る。そして、第１のタービン１０３Ａに存在するわずかに冷却された作動流体１１０は、第１の熱交換器２０２Ａにおいて水ストリーム２０５Ｂを加熱し得る。その後、加熱された作動流体１１０（例えば、ガス）は、第２のタービン１０３Ｂに通され、結果として、共有シャフト１１２Ａに伝達される第２の量のシャフトワークの生成をもたらし得る。この作動流体１１０の第２の冷却ストリーム（例えば、ガス）は、第２の熱交換器２０２Ｂにおいて水ストリーム２０５によって第２の時間中に高温化し得る。そして、その結果加熱された作動流体１１０（例えば、ガス）は、第３のタービン１０３Ｃに通され、結果として、共有シャフト１１２Ａに伝達される第３の量のシャフトワークの生成をもたらし得る。作動流体１１０は、流動床熱交換器１１１に戻る前に、２つの熱交換器２０２Ａ及び２０２Ｂにおいて水ストリーム２０５Ｂを加熱し得る。水ストリーム２０５Ｂはまた、流動床熱交換器１１１を経由し、シャフト１１２Ｂの周囲に配向され得るタービン１０３Ｄ〜Ｅに浸入し得る。シャフト１１２Ｂの回転は電力１０９Ｂを生成し、それはシステムからグリッドへ、又は他の有用な形態で放出され得る。エネルギー貯蔵システム２００はまた、ランキン蒸気サイクルにおけるストリーム冷却のための凝縮器２０２Ｃ、及び空冷復水器として作用するファン２０４を含んでいてもよく、すなわち、水ストリーム２０５Ｂは凝縮器２０２Ｃ及びファン２０４において凝縮される。
【００２４】
熱エネルギー貯蔵媒体として、大量の低コストで安定的な顆粒状粒子が、電気（不図示）によって流動床熱交換器１１１において超高温（およそ８５０〜１３００℃）に加熱され得る。加熱は、抵抗加熱を用いて実行され得る。サイロ１０１は、十分な内断熱のコンクリートで作製されて、大容量で高温に粒子を貯蔵し得る。流動床熱交換器１１１は、熱を粒子から作動流体に伝達するための加圧流動床熱交換器の設計であり得る。エネルギー貯蔵システム２００によって利用されるブレイトン複合サイクルの発電サイクルは、貯蔵された熱エネルギーの少なくとも一部を、電気グリッドによって使用され得る電力に逆変換し得る（図３の１０９Ａ〜Ｂ）。ブレイトン複合サイクルの発電サイクルは、エネルギー貯蔵システム２００が、１０時間〜１００時間の貯蔵期間にわたって５０％より高いラウンドトリップ貯蔵効率を実現することを可能とし得る。
【００２５】
ある実施形態では、エネルギー貯蔵システム２００は、種々の地理的な場所に位置し得る。例えば、エネルギー貯蔵システム２００は、石炭火力発電の廃プラントに位置して、さらなるコスト削減にために既存のインフラを活用してもよい。エネルギー貯蔵システム２００は、ガス／粒子の直接接触を促進させて高効率のブレイトン複合サイクル発電システムを維持する新規の加圧流動床熱交換器２２に結合された超高温粒子の加熱貯蔵を開発及び実証することによって、（溶融塩などの）現代の熱エネルギー貯蔵技術を破壊し得る。
【００２６】
ある実施形態では、充電処理は、低コストの交流グリッド電力抵抗素子を用いて、急峻な上昇率で粒子を加熱し得る。他の実施形態では、電気は、石炭火力発電プラントなどの従来からの資源によって生成され得る。その資源に関わらず、電力１０９Ａ〜Ｂは、加熱器１０８を通じてエネルギー貯蔵システム２００に進入可能であり、熱をサイロ１０１に放出してシャフト１１２Ａ〜Ｂの回転をもたらす。
【００２７】
図４は、本開示におけるいくつかの実施形態によって説明するように、図２に示すエネルギー貯蔵システム２００を充電する方法を示す。エネルギー貯蔵システム２００を充電するこの例示的な方法４００は、４つのステップを含む。第１のステップは、作動流体１１０及び水ストリーム２０５Ａ〜Ｂを加熱するステップ４０５を含む。タービン１０３Ａ〜Ｃにおける作動流体１１０の加熱は、電力１０９Ａを用いてなされ得る。水ストリーム２０５Ｂは、第２の作動流体として動作し、電力１０９Ｂを用いてタービン１０３Ｄ〜Ｅにおいて加熱され得る。このステップ中に、作動流体１１０は７００〜１２００℃の温度に達し、水ストリーム２０５Ａ〜Ｂは５００℃までの温度に達し得る。
【００２８】
エネルギー貯蔵システム２００を充電する方法４００の第２のステップは、流動床熱交換器１１１において作動流体１１０及び水ストリーム２０５Ａ〜Ｂを用いて固体粒子１０２を加熱するステップ４１０を含む。熱伝達は、作動流体１１０及び水ストリーム２０５Ａ〜Ｂから固体粒子１０２へ直接的であってもよい。
【００２９】
エネルギー貯蔵システム２００を充電する方法４００の第３のステップは、電気加熱を用いて粒子を加熱するステップ４１５を含む。粒子を加熱するステップは、加熱器１０８を通じてサイロ１０１に直接供給される電気の使用を伴い得る。加熱するステップは、セラミック加熱素子又は抵抗加熱を用いてなされ得る。加熱器１０８は、図２に示すようにサイロ１０１内に配置されてもよいし、図１に示すようにサイロ１０１の外部にあってもよい。
【００３０】
エネルギー貯蔵システム２００を充電する方法４００の第４のステップは、加熱された固体粒子１０２をサイロ１０１に貯蔵するステップ４２０を含む。このステップ４２０は、粒子内に含有された熱エネルギーを貯蔵するステップであり、その後、電気エネルギーが所望された場合に、放出されて電気エネルギーに変換され得る。サイロ１０１は、耐火性の内部材料及び／又は複数の層で作製されて、固体粒子１０２を貯蔵するステップ４２０中のエネルギー損失を低減し得る。
【００３１】
図５は、図３に図示してここに説明するエネルギー貯蔵システム２００を放電する方法５００を示す。エネルギー貯蔵システム２００を放電する方法５００は、まず固体粒子１０２を利用して作動流体１１０を加熱するステップ５０５を含む。ある実施形態では、水ストリーム２０５Ａ〜Ｂはまた、流動床熱交換器１１１において固体粒子１０２によって加熱されてもよい。固体粒子１０２は、充電処理中には超高温（例えば、＞１０００℃）に加熱されることがあり、放電処理中にはこの非常に上昇した温度を用いて作動流体１１０及び水ストリーム２０５Ａ〜Ｂを加熱することができる。
【００３２】
図３に示すエネルギー貯蔵システム２００を放電する方法５００は、タービン１０３Ａ〜Ｃにおいて作動流体１１０を膨張させ、タービン１０３Ｄ〜Ｅにおいて水ストリーム２０５Ａ〜Ｂを膨張させるステップ５１０を含む。なお、図２及び３のタービン１０３Ａ〜Ｅの数は、例示であり限定を意味するものではない。タービン１０３Ａ〜Ｅの実際の数は、１基のタービンから１０基を超えるタービンの範囲に及び得る。作動流体１１０及び水ストリーム２０５Ａ〜Ｂの膨張は、それらの温度を低下させ、粒子に貯蔵された熱エネルギーを放出する。タービン１０３Ａ〜Ｅにおける作動流体１１０及び水ストリーム２０５Ａ〜Ｂの膨張は、シャフト１１２Ａ〜Ｂを回転させ、それによって電気エネルギー１０９Ａ〜Ｂが生成される。電気エネルギー１０９Ａ〜Ｂは、グリッドに放出又は現場で利用されることが可能である。
【００３３】
ある実施形態では、サイロ１０１は、複数のエネルギー貯蔵格納容器に使用される大型で低コストのホットパーティクルサイロであり得る。サイロ１０１は、コンクリートシェル、内部ケイ酸塩断熱耐火ライニング及び外部ミネラルウール断熱材を含み得る。複数のサイロが、図１に示すように単一のエネルギー貯蔵システム２００に使用されてもよい。例えば、熱エネルギー貯蔵媒体としてケイ砂を使用する３００ＭＷｅ設計点では、１１基の個々の６，４１５，０００Ｌのホットサイロが使用され得る。
【００３４】
高い充電効率は、グリッド電気を使用する固体粒子の抵抗加熱により実現され得る。５０〜６０％の放電効率は、高効率のガスタービンコンバインドサイクル（ＧＴＣＣ）プラントに基づいてブレイトン複合サイクル設計を最適化することによって実現され得る。週に５％未満の低い自己放電率が、内部の自然対流−固体粒子の熱エネルギー貯蔵についての固有の自己断熱効果が無いことに起因して休止期間中に生じ得る。
【００３５】
エネルギー貯蔵システム５００のある実施形態では、固体粒子は、高温側で５００〜８００℃の高温に加熱され、低温側では−２００〜０℃の低温に冷却され得る。低温貯蔵は、粒子又は液体であり得る。電気貯蔵は、カルノーバッテリーアプローチによる低コストのグリッド電気を用いてもよい。
【００３６】
図６は、ここでのある実施形態による、充電モードにおけるエネルギー貯蔵システム６００を示す。エネルギー貯蔵システム６００は、加熱流動床熱交換器１１１Ａを含み、それは、その後加熱サイロ１０１Ａ内に貯蔵される固体粒子１０２Ａを加熱するのに使用され得る。エネルギー受信機６０１は、サイロ１０１Ａ内で固体粒子１０２Ａを加熱するのに使用され得る。システム６００は、集光型太陽光発電（ＣＳＰ）プラントに接続され、ＣＳＰシステムから熱を受け、その熱を粒子に貯蔵し、それを必要に応じて電気グリッドに放出し得る。開示される粒子ＴＥＳシステムをＣＳＰと対にすることによって、ＣＳＰプラントが、加熱粒子に太陽熱及び低コストのグリッド電気の双方を貯蔵することが可能となる。受信機を通じて循環する、その温度範囲の作動流体は、エネルギー貯蔵システムの充電温度及びパワータービンの注入口温度にもつながる。低温貯蔵ヒートシンクを生成する効果は、湿式冷却を招くことなくパワーサイクルに大きな利点をもたらすことができ、それは砂漠地帯でＣＳＰプラントを運用する場合に有効である。
【００３７】
作動流体１１０は、冷却された加圧流動床１１１Ｂに進む前に加熱流動床及び第１のタービン１０３Ａを経由する。冷却サイロ１０１Ｂは、冷却流動床熱交換器１１１Ｂを通じて循環される冷却固体粒子１０２Ｂを貯蔵することができる。そして、作動流体１１０は、圧縮機として作用し、作動流体１１０を加熱する第２のタービン１０３Ｂを経由する。両タービン１０３Ａ〜Ｂは、シャフト１１２の周囲に同軸状に位置し得る。充電中にシャフト１１２は、電力１０９Ｂの印加によって回転され得る。
【００３８】
図６に示す充電モードにおいて、加圧作動流体１１０は、充電モード中に電力１０９を使用する電気モータ（不図示）によって駆動される圧縮機（タービン１０３Ｂ）によって圧縮される。圧縮機／タービン１０３Ｂによる高温作動流体１１０は、加熱固体粒子１０２Ａを流動化する場合の加熱流動床熱交換器１１１Ａにおいて、固体粒子１０２Ａの加熱に寄与する。本開示のある実施形態では、作動流体１１０によって収集される太陽熱は、流動床熱交換器１１１Ａにおいて固体粒子１０２Ａを加熱する。流動床熱交換器１１１による排出作動流体１１０のガス（図６では不図示）における固体粒子１０２Ａは、サイクロンであり得るガス／粒子分離器１０８（図６では不図示）によって除去され、清浄ガスがタービンを流通し、そこで膨張及び冷却化する。低温作動流体１１０のガスのコールドエネルギー（すなわち、熱の欠如）は、コールドパーティクル貯蔵サイロ１０１Ｂに貯蔵されてヒートシンクとなり、それは放電中に使用されて、放電ブレイトンサイクルによる効率的な発電のために圧縮機の注入口温度を低下させ得る。図６に示す放電ブレイトンサイクルにおいて、高温の粒子は、圧縮ガスを加熱し、電力生成のためにパワータービンを駆動する。
【００３９】
図７は、ある実施形態による、放電モードにおける揚水エネルギー貯蔵システム７００についての処理フローチャートを示す。放電中に、加熱粒子１０２Ａからの熱は、（作動流体１１０を介して）冷却粒子１０２Ｂに伝達される。この熱伝達中に作動流体１１０は、タービン１０３Ａ〜Ｂを通過して膨張する。タービン１０３Ａ〜Ｂにおける作動流体１１０の膨張によって、シャフト１１２は回転し、電気エネルギー１０９を生成する。電気エネルギー１０９の生成によって、（図６に示す）充電処理中に粒子に貯蔵された熱エネルギーが放出される。
【００４０】
ある実施形態では、エネルギー貯蔵媒体として、安定的で安価な固体粒子が使用され得る。貯蔵媒体（すなわち、粒子）には、ケイ砂、変性石炭灰又は焼成フリント粘土がある。粒子は、高いエネルギー密度、利用可能なエネルギー単位当たりの低い資本コスト及び高い溶融温度を有し得る。粒子はまた、所望の動作温度範囲にわたって安定性を有し、優れた流動化及び熱伝達特性を示すべきである。表１は、４つの可能な粒子材料を示し、それらの関連特性及び結果としてのコストメトリックを列挙する。このリストは網羅的であることを意味しておらず、他の粒子／媒体の選択肢も存在し得る。可能なエネルギー貯蔵媒体は、１１００℃より高い温度におけるそれらの安定性、相対エネルギー密度、取得及び粒子調製のコスト並びに地域的存在度に基づいてスクリーニングされ得る。ある実施形態では、目標ホットパーティクル温度は１１７０℃であり得る。可能な焼結及び凝縮を含む安定性は、８５０〜１２００℃であり得る。
【表１】
2022502623.tif 000003
【００４１】
図８は、図６に示す揚水エネルギー貯蔵システム６００を充電する方法８００を示す。揚水エネルギー貯蔵システム６００を充電する方法８００は、まず、加熱粒子１０２Ａを加熱するステップ８０５を含む。加熱するステップは、電気的受信部６０１からの電力を使用する（図６では不図示の１０８などの）サイロ内加熱素子を使用するサイロ１０１Ａ、及び／又は作動流体１１０による加熱流動床熱交換器１１１Ａの双方においてなされ得る。次に、揚水エネルギー貯蔵システム６００を充電する方法８００は、加熱粒子１０２Ａを加熱サイロ１０１Ａに貯蔵するステップ８１０を含む。揚水エネルギー貯蔵システム６００を充電する方法８００は、次に、タービン１０３Ｂにおいて作動流体１１０を冷却するステップ８１５を含む。揚水エネルギー貯蔵システム６００を充電する方法８００は、冷却流動床熱交換器１１１Ｂにおいて冷却粒子１０２Ｂを冷却するステップ８２０を含む。最後に、揚水エネルギー貯蔵システムを充電する方法８００は、冷却サイロ１０１Ｂにおいて冷却粒子１０２Ｂを貯蔵するステップ８２５を含む。
【００４２】
図９は、図７に示す揚水エネルギー貯蔵システム７００を放電する方法９００を示す。揚水エネルギー貯蔵システム７００を放電する方法９００は、加熱粒子１０２Ａを用いて、加熱流動床熱交換器１１１Ａにおいて作動流体１１０を加熱するステップ９０５を含む。次に、放電する方法９００は、タービン１０３Ｂにおいて作動流体１１０を膨張させるステップ９１０を含む。放電する方法９００は、冷却固体粒子１０２Ｂを用いて、冷却流動床熱交換器１１１Ｂにおいて作動流体１１０を冷却するステップ９１５を含む。次に、放電する方法９００は、タービン１０３Ａにおいて作動流体１１０を膨張させるステップ９２０を含む。タービン１０３Ａ〜Ｂにおいて作動流体１１０を膨張させるステップは、シャフト１１２を回転させ、それによって電気エネルギー１０９が生成される。
【００４３】
放電する方法９００は、固体粒子１０２Ａ〜Ｂに貯蔵された熱エネルギーを交流電力に変換する。これは、流動床熱交換器１１１Ａ〜Ｂを用いて作動流体１１０を加熱してから、ブレイトン複合サイクルタービン１０３Ａ〜Ｂにおいて作動流体１１０を膨張させることによってなされ、シャフト１１２を回転させる。サイロ１０１Ａでの目標は、極めて高い固体粒子１０２Ａの貯蔵温度（例えば、８５０〜１３００℃）を実現して、ここで説明する高効率のエネルギー貯蔵システム７００を維持することである。より高い粒子温度は、より高いタービン注入口温度を可能としてより高い発電効率を実現する。
【００４４】
ある実施形態では、サイロ１０１Ａにおけるセラミック加熱素子（１０８、図６〜７には不図示）が、固体粒子１０２Ａを加熱するために使用され得る。これらのセラミック加熱素子は、１２００℃を上回る温度で動作し得る。あるいは、サイロ１０１Ａの上部区画内の電気抵抗粒子加熱器（１０８、図６〜７には不図示）は、粒子をおよそ１１７０℃に加熱するのに使用され得る。加熱固体粒子１０２Ａに対するサイロ１０１Ａの温度は、８００℃を上回ることもある。
【００４５】
ある実施形態では、エネルギー貯蔵システムは、作動流体及び／又は水ストリームを用いて粒子によって可能な温度以上に固体粒子を加熱するのに電気を用いる粒子加熱器を含み得る。図１０は、貯蔵サイロ内の粒子を加熱するのに使用され得るモジュラー粒子加熱器１０００を示す（例えば、モジュラー加熱器１０００は、図２に示すような加熱器１０８であり得る）。単一の加熱器モジュール１００１及び加熱素子１００２を詳細に示す。加熱素子１００２は、対流加熱又は伝導加熱を用いて固体粒子を加熱し得る。モジュラー粒子加熱器１０００を使用する加熱は、貯蔵サイロ内で生じ、サイロの設計によって助長されてもよく、それによって熱損失が防止され、エネルギーを反射して固体粒子に戻すこともできる。
【００４６】
例えば、図１１に示すサイロ１０１は、外部ミネラルウール断熱材によって包囲されたケイ酸カルシウム内部断熱耐火ライニングを用いて固体粒子の温度を維持する。表２は、４つの可能な粒子についての主要媒体及び格納容器をまとめている。本開示は、熱損失を最小化しつつ超高温（およそ８５０〜１３００℃）で大量の顆粒状媒体を貯蔵することを説明する。
【００４７】
図１１は、サイロ１０１を示す。サイロの設計及びサイズは、種々の負荷及びコードに基づくプラント容量と相関し得る。サイロ１０１は、内部ライニング１１０１と、印刷断熱層１１０２と、超断熱体１１０３と、断熱層１１０４と、外側シェル１１０５とを含む。内部ライニング１１０１は、耐摩耗性を有し、熱伝達媒体（すなわち、固体粒子）互換的であり得る。印刷断熱層１１０２は、断熱層を有し得る。超断熱体１１０３は、エアロゲルタイプであり、印刷断熱層１１０２におけるいずれの間隙も充填し得る。断熱層１１０４は、外側シェル１１０５に取り付けられる。外側シェル１１０５は、コンクリート、鋼鉄、アルミニウム又は適切な他の材料製であり得る。ある実施形態では、サイロ１０１は、外部ミネラルウール断熱材によって包囲されたケイ酸カルシウム内部断熱耐火ライニングを用いてもよい。
【表２】
2022502623.tif 000004
【００４８】
ある実施形態では、共同貯蔵構成は、加圧流動床熱交換器に媒体を放出する場合に、加圧ガスに対して適切な粒子シールを提供し得る。すなわち、単一のサイロ１０１は、異なる温度の固体粒子を含み得る。これらの固体粒子は、「高温」固体粒子及び「低温」固体粒子のことを指すことがあり、「高温」固体粒子が「低温」固体粒子よりも大幅に高い温度を有することを意味する。放電モード中に、「高温」固体粒子は、重力によって流動床熱交換器に流入し、電力を生成するのに使用可能な流動ガス及び蒸気を加熱し得る。そして断熱性の高い粒子コンベアは、「低温」固体粒子を、流動床熱交換器からサイロの上部に輸送することができ、そこでは「低温」固体粒子が、（放電モード中に）サイロ内部に直接放出されてもよいし、（充電モード中に）粒子加熱器を通じて流動してからサイロに放出されてもよい。最初のサイロに加えて、１以上の予備サイロは、メンテナンス又は臨時の動作の必要性に対して使用され得る。
【００４９】
本開示は、およそ３０バール及びガス出口温度およそ１１７０℃の流動床熱交換器において、「高温」固体粒子と加圧ガス（すなわち、作動流体）の間の直接熱伝達を可能とし得る。ガス／粒子の直接接触は、間接的な従来からの熱交換器におけるコスト及び熱交換面のエネルギー損失を排除し得る。ガスは、最高粒子温度で流動床熱交換器を抜け出て、高効率のブレイトン複合サイクル発電システムを駆動し得る。閉ループ設計では、窒素などの不活性ガス作動流体がガス配管の酸化を阻止可能となる。流動床熱交換器は、不活性粒子加圧流動床熱交換器であり得る。
【００５０】
ある実施形態では、エネルギー貯蔵システムは、高温排出口ガス（すなわち、作動流体）を、開放ガスタービン複合サイクルシステムのように排気として吐出するのではなく、リサイクルすることによってエネルギー損失を阻止し得る。ブレイトン複合サイクルの効率は、システム及び構成要素の改良したものを利用して発電システムの性能を最大化するように最適化され得る。圧力は流動床熱交換器を通じて下降し、ガス／固体粒子の分離（サイクロン分離）が、個々のタービンにおけるエネルギー損失を最小化するように制御され得る。さらに、圧縮機段間に中間冷却が組み込まれ、タービン／蒸気生成スプリットが、熱サイクルの効率を最大化するように最適化され得る。より高いパワーサイクル効率及び熱エネルギー貯蔵エネルギー密度で、開示されるブレイトン複合サイクルシステムは、蒸気ランキン超臨界ＣＯ２（ｓ−ＣＯ２）サイクルを超える効果を与えることができ、ｓ−ＣＯ２パワーサイクルは、狭域サイクル温度を有し、高温と低温の貯蔵媒体の間のわずかな温度差に起因してエネルギー密度を制限する。
【００５１】
ある実施形態では、粒子貯蔵システムのためのサイロ及び断熱設計は、８５０〜１３００℃以上で粒子を、粒子の自己断熱効果によって１０時間の貯蔵期間中に１１７０℃で動作する場合は１％未満の熱損失、又は週に５％未満で含み得る。開示されるエネルギー貯蔵システムは、格納容器の構造的設計、設置材料及び構築方法に影響を及ぼし得る大量の粒子及び容器サイズを要件とし得る。コンクリートサイロは、何万トンにも達し得る石炭灰及びセメントなどの顆粒状媒体の大量貯蔵に好適であり得る。
【００５２】
ある実施形態では、流動床熱交換器は、ガラス、プレキシガラス又は透明プラスチックなどの透明な材料で構築され得る。透明な流動床熱交換器の目的は、粒子の充電／放電のために、粒子フローを観察し、粒子の流動床熱交換器からＴＥＳサイロへのフローを確認するためであり得る。
【００５３】
ある実施形態では、システムは、加圧ガスを１１５０℃より高い温度に加熱してブレイトン複合サイクル電力熱負荷を満たすことが可能な流動床熱交換器を含み得る。システムは、蒸気の過熱器及び再加熱器と、粒子コンベアとを含んでいてもよく、それらはサイロの内部にあっても外部にあってもよい。流動床熱交換器は、ホットパーティクルサイロに隣接するベッセルの薄型配置、及び市販の流動床熱交換器における８５０℃からエネルギー貯蔵システムにおける１１７０℃の動作温度の増加に対して設計され得る。不活性粒子のための流動床熱交換器は、従来からの燃焼加圧よりも大幅に簡素であり得る。図１２は、両者の間にガス間隙を有して内側ケーシングを収納する外部の主要圧力境界シェルを含み得るベッセルを示す。ガスは、ブレイトン複合サイクルパワー圧縮機によって供給され、加圧ベッセルに進入して低温壁面温度（通常、３５０℃未満）を維持し得る。これは、低コストの鋼鉄の利用を可能とし得る。ガスは、分配器に接続され得る供給ラインを通じて流動床に進入し得る。ガスは、粒子床を通じて流動し、粒子制御のためにサイクロン分離器に進入し得る。そして、高温の清浄ガスは、タービンに進入し得る。システムは、粒子の充填及び放出、加圧流動条件の最適化、並びにガスの洗浄のために、加圧流動床熱交換器と熱エネルギー貯蔵サイロの間の接続を含み得る。
【００５４】
図１２は、ここである実施形態によって記載するようなエネルギー貯蔵システムの流動床熱交換器１２００を囲む構成要素を示す。流動床熱交換器１２００を囲む構成要素は、粒子加熱器１０８と、貯蔵サイロ１０１Ａ〜Ｂと、ガス／粒子分離器２０１と、蒸気／粒子熱交換器１２０１と、蒸気２０５と、粒子コンベア１０７と、固体粒子１０２と、作動流体１１０とを含む。粒子１０２は、粒子加熱器１０８において加熱された後に貯蔵サイロ１０１Ａ〜Ｂに貯蔵され得る。流動床熱交換器１２００自体は、外側シェル１１１及び内側ケーシング１２０２を含む。外側シェル１１１及び内側ケーシング１２０２は「ガス間隙」によって分離され、作動流体１１０の層が２つの層の間の空間を充填することを意味する。作動流体１１０及び蒸気２０５は固体粒子１０２を加熱し、作動流体１１０は内側ケーシング１２０２及びガス／粒子分離器２０１にあり、蒸気２０５は蒸気／粒子熱交換器１２０１にある。作動流体１１０は内側ケーシング１２０２において粒子／ガスの接触を直接通じて固体粒子１０２を加熱しているので、その２つの分離は、作動流体１１０がエネルギー貯蔵システムの残りの部分を経由可能となる前に必要とされる。
【００５５】
ブレイトン複合サイクル圧縮機によって供給される作動流体１１０は、加圧ベッセルに進入して低温壁面温度（３５０℃未満）を維持し得る。壁面は、鋼鉄で作製され得る。作動流体は、分配器に接続される供給ラインを通じて流動床に進入し得る。作動流体は、粒子床を通じて流動し、微粒子制御のためにサイクロン分離器に進入し得る。そして、（ガスの形態の）高温の清浄作動流体は、タービンに進入し得る。流動床熱交換器は、固体粒子の充填及び放出のために、ＴＥＳサイロに接続され得る。
【００５６】
アルミナ又は炭化ケイ素などのセラミック管は、内部高温流動床熱交換器に使用され得る。電気コイルは、セラミック管の周囲で包囲されて、流動粒子を所望の動作温度に加熱し得る。圧縮空気は、流動化のためにその床を通じて流動する前に予め加熱され、床から固体粒子フィルタを通じて周囲環境へ抜け出ることもある。流動床熱交換器は、空気圧縮圧力によって調整され得る。水フローループは、流動固体粒子内に埋め込まれて、温度変化を測定し、流動床熱交換器の平均粒子熱伝達率を取得し得る。測定された熱伝達率は、文献データ及び数値モデリング結果と比較されて、製品の加圧流動床熱交換器の熱伝達エリア設計を誘導し得る。
【００５７】
ある実施形態では、サイロは大貯蔵容量を形成する。単一のサイロは、（エネルギーを貯蔵していることもある）高温固体粒子及び低温固体粒子の双方を含み得る。高温固体粒子及び低温固体粒子は、同じサイロ内の別の層に存在し得る。同じサイロ内の高温固体粒子と低温固体粒子の間には、温度勾配があってもよい。成層した層を有する同じサイロに高温固体粒子及び低温固体粒子があり、高温固体粒子と低温固体粒子の界面の断熱層にわたって熱勾配を生じ得る。この共同貯蔵構成は、固体粒子を流動床熱交換器に放出する場合に加圧ガスに対して適切な粒子シールを提供しつつ、格納容器のコストを大幅に低減し得る。
【００５８】
ある実施形態では、エネルギー貯蔵システムは、流動床熱交換器を囲む複数の貯蔵サイロを有し得る。固体粒子は、サイロから流動床熱交換器に流入し得る。横方向の固体粒子移動及び固体粒子出口ポートは、粒子の均等分配及びガス加熱のために連動され得る。ガス／分離サイクロンは、ガスフロー圧力低下の最小化のために高温の内側ベッセル内に含まれ得る。流動床熱交換器は、高温固体粒子サイロに隣接する薄型配置に対して設計され得る。
【００５９】
本開示は、核の融合に使用されて、熱及び電気の双方を貯蔵し得る。それはまた、電気の統合により廃熱貯蔵にも使用されて、熱及び電気の双方を貯蔵し得る。
【００６０】
本開示は、広域の貯蔵温度（−２００℃〜１０００℃）で安定的かつ安価な粒子を利用する。そのような温度は、液体ＴＥＳ、並びに金属配管及び格納容器に対して大きな課題を呈している。
【００６１】
近最小流動化速度の流動床動作のために、寄生電源及び熱損失の最小化に対して流動床性能を最適化する方法がここに開示され、方法は、向上した性能及び経済性を提供する加圧流動床熱交換器及び揚水粒子熱エネルギー貯蔵のための動作条件を特定する熱力学的及び技術経済的分析を含み得る。本開示は、貯蔵効率及びサイクル電気コストに適した、熱及び電気入力と、高温貯蔵対低温貯蔵の温度との間の比率を含み得る。本開示は、パワータービン及び圧縮機に対する高温充電／放電動作条件を含み、流動床熱交換器における圧力と、圧力低下と、熱伝達増強との間に必要なトレードオフを管理し得る。ある実施形態では、開示される粒子熱伝達は、高温の流体を用いて、熱充電として粒子を加熱し得る。他の実施形態では、開示される粒子熱伝達は、予め加熱された高温の粒子を用いて、熱放出として流体を加熱し得る。本開示は、動作条件に基づいて調整可能なシステムを含み得る。ある実施形態では、充填及び放出は、粒子格納容器サイロの底部に位置し得る同じ加圧流動床熱交換器を利用し得る。ある実施形態では、ホットパーティクル温度はホットパーティクル輸送能力を超えることがあり、その実施形態では、粒子加熱用の加圧流動床熱交換器は高温貯蔵の上部に配置され、別個の放出用の流動床熱交換器は高温貯蔵の底部に配置され得る。
【００６２】
上記の考察及び実施例は、例示及び説明を目的として提示された。上記は、態様、実施形態又は構成をここに開示される１つの形態又複数の形態に限定する意図はない。例えば上記の詳細な説明では、態様、実施形態又は構成の種々の特徴が、開示を簡素化する目的の１以上の実施形態、構成又は態様にともにグループ化される。態様、実施形態又は構成の特徴は、上記のものではなく代替的な態様、実施形態又は構成に組み込まれ得る。この開示の方法は、態様、実施形態又は構成が、各特許請求の範囲に明示されているものよりも多くの特徴を要件とする発明を反映しているように解釈されるべきでない。むしろ、以下の特許請求の範囲が反映するように、発明の態様は、上記に開示された単一の実施形態、構成又は態様の全部未満のものである。従来技術の特定の態様が、本発明のある実施形態の開示を容易とするように説明されたが、出願人はこれらの技術的態様を放棄するわけではなく、特許請求される発明がここで説明する従来技術の態様の１以上を包含し得ると考えられる。したがって、以下の特許請求の範囲は、各特許請求の範囲が別の態様、実施形態又は構成として独立して成り立つものとして、これによりこの詳細な説明に組み込まれる。
【００６３】
例１
方法であって、順に、
２５０〜５００℃の第１の温度の第１の複数の固体粒子を備える第１の熱伝達媒体の第１の貯蔵ステップと、
前記第１の熱伝達媒体へのエネルギーの第１の伝達ステップであって、結果として、前記第１の熱伝達媒体の少なくとも一部の８５０〜１３００℃の第２の温度への加熱をもたらす、第１の伝達ステップと、
加熱された前記第１の熱伝達媒体の前記第２の温度での第２の貯蔵ステップと、
前記第２の温度の第１の熱伝達媒体から前記第１の温度の作動流体への前記エネルギーの少なくとも一部の第２の伝達ステップであって、結果として、７００〜１２００℃の第３の温度への前記作動流体の加熱及び前記第１の温度への前記第１の熱伝達媒体の冷却をもたらす、第２の伝達ステップと、
エネルギーの前記一部の少なくともある部分の電気への変換ステップと
を備える方法。
【００６４】
例２
前記第１の貯蔵ステップ、前記第１の伝達ステップ及び前記第２の貯蔵ステップがサイロ内で生じる、例１の方法。
【００６５】
例３
前記第１の伝達ステップが、電気エネルギー、放射エネルギー又は熱エネルギーのうちの少なくとも１つを用いて実行される、例１の方法。
【００６６】
例４
前記第１の伝達ステップが、前記電気エネルギーによって動力供給される抵抗加熱器を用いて実行される、例３の方法。
【００６７】
例５
前記第１の伝達ステップが、サイロ内に配置された抵抗加熱器を用いて実行される、例１の方法。
【００６８】
例６
前記放射エネルギーの前記第１の伝達ステップが、太陽放射を受けるように構成された受信機を用いて実行される、例３の方法。
【００６９】
例７
前記第２の伝達ステップが第１の熱交換器内で生じる、例１の方法。
【００７０】
例８
前記第１の熱交換器が流動床を備える、例７の方法。
【００７１】
例９
前記流動床が１０〜２０バールの圧力に加圧される、例８の方法。
【００７２】
例１０
前記作動流体が前記第１の熱伝達媒体を流動化する、例８の方法。
【００７３】
例１１
前記第２の伝達ステップが前記サイロ内で完了される、例２の方法。
【００７４】
例１２
前記第２の伝達ステップが、前記サイロ内に配置された熱交換器を用いて完了される、例２の方法。
【００７５】
例１３
前記変換ステップが、第１のタービンにおける加熱された前記作動流体の膨張を備える、例１の方法。
【００７６】
例１４
前記第１の熱伝達媒体が、コンクリート、砂利、岩石、灰、シリカ、アルミナ、チタン、粘土又は他の任意の適切な無機材料のうちの少なくとも１つを備える、例１の方法。
【００７７】
例１５
前記作動流体が、空気、窒素、二酸化炭素又は貴ガスのうちの少なくとも１つを備える、例１の方法。
【００７８】
例１６
前記貴ガスが、ネオン、アルゴン、クリプトン又はキセノンのうちの少なくとも１つを備える、例１５の方法。
【００７９】
例１７
前記第１の伝達ステップの前に、電気エネルギーを前記タービンに提供することによる圧縮機としての前記タービンの動作ステップをさらに備え、
前記動作ステップが、前記電気エネルギーの少なくとも一部を前記第１の温度の前記作動流体に伝達し、結果として、前記作動流体の前記第３の温度への加熱をもたらす、例１３の方法。
【００８０】
例１８
前記第１の伝達ステップの前に、前記第３の温度の前記作動流体から前記第１の温度の前記第１の熱伝達媒体へのエネルギーの第３の伝達ステップであって、結果として、前記１の熱伝達媒体の前記第１の温度と前記第２の温度との間の第４の温度への加熱をもたらす、第３の伝達ステップをさらに備え、
続いて、前記第１の伝達ステップが、前記第４の温度から前記第２の温度への前記第１の熱伝達媒体の加熱をもたらす、例１７の方法。
【００８１】
例１９
前記第２の伝達ステップの後に、前記第４の温度の前記第１の熱伝達媒体から、−８０〜−１０℃の第５の温度の第２の熱伝達媒体へのエネルギーの第４の伝達ステップをさらに備え、
前記第４の伝達ステップは、結果として、１５０〜３００℃の第６の温度への前記第１の熱伝達媒体の冷却、及び
−１０〜２０℃の第７の温度への前記第２の熱伝達媒体の加熱をもたらす、例１の方法。
【００８２】
例２０
第２のタービンを通じた前記第４の温度の前記作動流体の通過ステップをさらに備え、
前記第２のタービンが、結果として、電気の生成をもたらす、例１９の方法。
【００８３】
例２１
前記作動流体が、有機材料又は水の少なくとも一方を備える、例１９の方法。
【００８４】
例２２
第７の温度の第２の複数の固体粒子を備える第２の熱伝達媒体と、
前記第２の伝達ステップの前に、エネルギーの前記第２の熱伝達媒体から前記作動流体への第５の伝達ステップと
をさらに備え、前記第５の伝達ステップが、結果として、前記第２の熱伝達媒体の前記第５の温度への冷却、及び前記作動流体の前記第３の温度への加熱をもたらす、例１の方法。
【００８５】
例２３
第１の熱伝達媒体と、
第１の作動流体と、
第１の熱交換器と、
第２の熱交換器と
を備えるシステムであって、
前記第１の熱伝達媒体は複数の固体粒子を備え、
前記第１の熱伝達媒体は、前記第１の熱交換器によって２５０〜５００℃の第１の温度及び８５０℃〜１３００℃の第２の温度から加熱可能であり、
第１の導管は、前記第１の熱伝達媒体を前記第１の熱交換器から前記第２の熱交換器に伝達するように構成され、
前記第２の熱交換器は、熱を前記第２の温度の前記第１の熱伝達媒体から前記第１の温度の前記第１の作動流体に伝達するように構成され、結果として、前記第１の熱伝達媒体の前記第２の温度から前記第１の温度への冷却、及び前記第１の作動流体の前記第１の温度から７００〜１２００℃の第３の温度への加熱をもたらす、システム。
【００８６】
例２４
前記第１の熱伝達媒体が、コンクリート、砂利、岩石、灰、シリカ、アルミナ、チタン、粘土又は他の任意の適切な無機材料のうちの少なくとも１つを備える、例１３のシステム。
【００８７】
例２５
前記第１の作動流体が、空気、窒素、二酸化炭素又は貴ガスのうちの少なくとも１つを備える、例２４のシステム。
【００８８】
例２６
前記貴ガスが、ネオン、アルゴン、クリプトン又はキセノンのうちの少なくとも１つを備える、例２５のシステム。
【００８９】
例２７
前記第１の熱交換器が、電気エネルギー、放射エネルギー又は熱エネルギーのうちの少なくとも１つを前記第１の熱伝達媒体に伝達するように構成される、例２３のシステム。
【００９０】
例２８
前記第１の熱交換器が、前記電気エネルギーによって動力供給される抵抗加熱器を備える、例２７のシステム。
【００９１】
例２９
前記第１の熱交換器が、太陽放射線の形態で前記放射エネルギーを受けるように構成された、例２７のシステム。
【００９２】
例３０
前記第１の熱伝達媒体がサイロに貯蔵される、例２３のシステム。
【００９３】
例３１
前記第１の熱交換器が前記サイロ内に配置される、例２９のシステム。
【００９４】
例３２
前記第２の熱交換器が流動床を備える、例２３のシステム。
【００９５】
例３３
前記流動床が１０〜２０バールの圧力に加圧可能である、例３２のシステム。
【００９６】
例３４
前記第２の熱交換器が前記サイロ内に配置される、例３２のシステム。
【００９７】
例３５
前記第１の作動流体が前記第１の熱伝達媒体を流動化する、請求項２３のシステム。
【００９８】
例３６
第１のタービンと、
シャフトと
をさらに備え、前記第３の温度の前記第１の作動流体は、前記第１のタービンを通じて膨張され、結果として、前記シャフトの回転による前記第１の温度の前記第１の作動流体及び発電をもたらす、例２３のシステム。
【００９９】
例３７
前記第１のタービンが、圧縮機として動作させられ、前記第１の作動流体を前記第１の温度から前記第３の温度に圧縮し得る、例３６のシステム。
【０１００】
例３８
第２の熱伝達媒体と、
第３の熱交換器と
をさらに備え、前記第２の熱伝達媒体は、前記第１の作動流体によって、前記第３の熱交換器において−１０〜２０℃の第４の温度から−８０〜−１０℃の第５の温度に冷却可能であり、
前記第３の熱交換器は、熱を前記第１の作動流体から前記第２の熱伝達媒体に伝達するように構成され、結果として、前記第４の温度の加熱された前記第２の熱伝達媒体をもたらす、例２３のシステム。
【０１０１】
例３９
前記第１の作動流体は、熱を前記第２の温度の前記第１の熱伝達媒体から前記第５の温度の前記第２の熱伝達媒体に伝達し、結果として、１５０〜３００℃の第６の温度の前記第１の熱伝達媒体及び前記第４の温度の前記第２の熱伝達媒体をもたらす、例３８のシステム。
【０１０２】
例４０
前記第２の熱交換器及び前記第３の熱交換器が流動床熱交換器である、例３８のシステム。
【０１０３】
〔符号の説明〕
１００  エネルギー貯蔵システム
１０１  サイロ
１０２  固体粒子及び／又は固体粒子ストリーム
１０３  タービン
１０４  発電機又はモータ
１０５  変電所
１０６  グリッド線
１０７  粒子コンベア
１０８  加熱器
１０９  電力
１１０  作動流体及び／又は作動流体ストリーム
１１１  流動床熱交換器
１１２  シャフト
２００  エネルギー貯蔵システム
２０１  分離器
２０２  熱交換器
２０３  ポンプ
２０４  ファン
２０５  水及び／又は水ストリーム
４００  エネルギー貯蔵システムを充電する方法
４０５  作動流体及び水の加熱
４１０  作動流体及び水を使用する粒子の加熱
４１５  電気を使用する粒子の加熱
４２０  粒子の貯蔵
５００  熱エネルギー貯蔵システムを放電する方法
５０５  作動流体及び水を加熱するための粒子の使用
５１０  タービンにおける作動流体及び水の膨張
６００  充電モードにおけるエネルギー貯蔵システム
６０１  エネルギー受信機
７００  放電モードにおけるエネルギー貯蔵システム
８００  エネルギー貯蔵システムを充電する方法
８０５  加熱粒子の加熱
８１０  加熱粒子の貯蔵
８１５  作動流体の冷却
８２０  冷却粒子の冷却
８２５  冷却粒子の貯蔵
９００  エネルギー貯蔵システムを放電する方法
９０５  加熱粒子を使用する作動流体の加熱
９１０  タービンにおける作動流体の膨張
９１５  冷却粒子を使用する作動流体の冷却
９２０  タービンにおける作動流体の膨張
１０００  モジュラー粒子加熱器
１００１  加熱器モジュール
１００２  加熱素子
１１０１  内部ライニング
１１０２  印刷断熱層
１１０３  ゲル断熱体
１１０４  外側シェルに取り付けられた断熱層
１１０５  外側シェル
１２００  流動床熱交換器周囲のシステム
１２０１  蒸気／粒子熱交換器
１２０２  内側シェル
【図１】
2022502623.tif 000005
【図２】
2022502623.tif 000006
【図３】
2022502623.tif 000007
【図４】
2022502623.tif 000008
【図５】
2022502623.tif 000009
【図６】
2022502623.tif 000010
【図７】
2022502623.tif 000011
【図８】
2022502623.tif 000012
【図９】
2022502623.tif 000013
【図１０】
2022502623.tif 000014
【図１１】
2022502623.tif 000015
【図１２】
2022502623.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】令和2年3月23日(2020.3.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２５０〜５００℃である第１の温度で、第１の複数の固体粒子を含む第１の熱伝達媒体を貯蔵する第１の貯蔵ステップと、
前記第１の熱伝達媒体へエネルギーを伝達する第１の伝達ステップであって、前記第１の熱伝達媒体の少なくとも一部が８５０〜１３００℃である第２の温度に加熱される、前記第１の伝達ステップと、
前記第１の熱伝達媒体を前記第２の温度で貯蔵する第２の貯蔵ステップと、
前記第２の温度の第１の熱伝達媒体から作動流体へ熱エネルギーを伝達する第２の伝達ステップであって、前記作動流体は７００〜１２００℃である第３の温度に加熱され、前記第１の熱伝達媒体は前記第１の温度に冷却される、前記第２の伝達ステップと、
前記熱エネルギーを電気に変換する変換ステップと
を順に備える前記方法。
【請求項２】
前記第１の複数の固体粒子が、コンクリート、砂利、岩石、灰、シリカ、アルミナ、チタン、粘土又は他の任意の適切な無機材料のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記変換ステップが、第１のタービンにおいて前記作動流体を膨張させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の伝達ステップの前に、電気エネルギーを前記第１のタービンに提供することにより、圧縮機として前記第１のタービンを動作させる動作ステップをさらに備え、
前記動作ステップが、前記電気エネルギーの少なくとも一部が前記作動流体に伝達され、前記作動流体が前記第３の温度に加熱される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の伝達ステップの前に、前記第３の温度の前記作動流体から前記第１の温度の前記第１の熱伝達媒体へエネルギーを伝達する第３の伝達ステップであって、前記第１の熱伝達媒体は、前記第１の温度と前記第２の温度との間である第４の温度に加熱される、前記第３の伝達ステップをさらに備え、
前記第１の伝達ステップが、前記第１の熱伝達媒体を前記第４の温度から前記第２の温度に加熱する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の伝達ステップの後に、前記第４の温度の前記第１の熱伝達媒体から、−８０〜−１０℃である第５の温度の第２の熱伝達媒体へエネルギーを伝達する第４の伝達ステップをさらに備え、
前記第４の伝達ステップは、前記第１の熱伝達媒体を１５０〜３００℃である第６の温度へ冷却し、
前記第４の伝達ステップは、前記第２の熱伝達媒体を−１０〜２０℃である第７の温度へ加熱する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
第２のタービンを通じて前記第４の温度の前記作動流体を膨張させる膨張ステップをさらに備え、
前記膨張ステップが、前記エネルギーの少なくとも一部を電気に変換する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の伝達ステップの前に、エネルギーを第２の熱伝達媒体から前記作動流体へ伝達する第５の伝達ステップをさらに備え、
前記第５の伝達ステップは、前記第２の熱伝達媒体を前記第５の温度に冷却し、かつ、前記作動流体を前記第３の温度へ加熱し、
前記第２の熱伝達媒体が、前記第７の温度の第２の複数の固体粒子を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
第１の熱伝達媒体と、
第１の作動流体と、
第１の熱交換器と、
第２の熱交換器と
を備えたシステムであって、
前記第１の熱伝達媒体は複数の固体粒子を含み、
前記第１の熱伝達媒体は、前記第１の熱交換器によって２５０〜５００℃である第１の温度から８５０℃〜１３００℃である第２の温度に加熱可能であり、
第１の導管が、前記第１の熱伝達媒体を前記第１の熱交換器から前記第２の熱交換器に伝達するよう構成されており、
前記第２の熱交換器は、熱を前記第２の温度の前記第１の熱伝達媒体から前記第１の温度の前記第１の作動流体に伝達するよう構成され、前記第１の熱伝達媒体を前記第２の温度から前記第１の温度へ冷却し、前記第１の作動流体を前記第１の温度から７００〜１２００℃である第３の温度へ加熱する、前記システム。
【請求項１０】
前記第２の熱交換器が流動床を備える、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
第１のタービンと、
シャフトと
をさらに備え、
前記第３の温度の前記第１の作動流体は、前記第１のタービンを通じて膨張されることで、前記第１の作動流体は前記第１の温度となり且つ前記シャフトの回転による発電が生じる、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１のタービンが、圧縮機として動作し、前記第１の作動流体を前記第１の温度から前記第３の温度に圧縮する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
第２の熱伝達媒体と、
第３の熱交換器と
をさらに備え、
前記第２の熱伝達媒体は、前記第１の作動流体によって、前記第３の熱交換器において−１０〜２０℃である第４の温度から−８０〜−１０℃である第５の温度に冷却可能であり、
前記第３の熱交換器は、熱を前記第１の作動流体から前記第２の熱伝達媒体に伝達するよう構成され、前記第２の熱伝達媒体を前記第４の温度にする、請求項９に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１の作動流体は、熱を前記第２の温度の前記第１の熱伝達媒体から前記第５の温度の前記第２の熱伝達媒体に伝達し、前記第１の熱伝達媒体を１５０〜３００℃である第６の温度にし、前記第２の熱伝達媒体を前記第４の温度にする、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第２の熱交換器及び前記第３の熱交換器が、流動床熱交換器である、請求項１４に記載のシステム。
【国際調査報告】
2022502623.tif 000017