储能系统和应用

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年11月30日提交的美国临时申请No.63/119443、于2021年3月1日提交的美国临时申请No.63/155261、于2021年3月24日提交的美国临时申请No.63/165632、于2021年4月2日提交的美国临时申请No.63/170370和于2021年8月9日提交的美国临时申请No.63/231155的优先权。这些优先权申请的内容通过引用整体并入本文并用于所有目的。

技术领域

本公开涉及热能存储和利用系统。更具体地，本公开涉及一种存储热能形式的电能的储能系统，该热能可以用于持续供应热空气、二氧化碳(CO

背景技术

I.现有技术的描述

A.可变可再生电

化石燃料的燃烧已经被用作热力发电中的热源，以提供热量和蒸汽用于诸如工业过程热量的用途。然而，化石燃料的使用存在各种问题和缺点，包括全球变暖和污染。因此，需要从化石燃料转向清洁和可持续能量。

随着世界朝着降低碳排放以缓解气候变化的方向发展，由于诸如太阳能和风能的可变可再生能源(VRE)的成本已经降低，因此VRE增长快速。但顾名思义，与VRE的使用相关的主要挑战是VRE的可变性。风能和太阳能的可变性和间歇性并不能使这些类型的能源成为满足电网、工业过程等持续能源需求的天然候选。因此，对存储VRE以能够在不同时间高效且灵活地输送能量的需求尚未得到满足。此外，国际能源机构已经报告：工业的能量使用占世界能量使用的最大部分，并且四分之三的工业能量以热量而不是电的形式使用。因此，对利用VRE来提供工业过程能量的较低成本储能系统和技术的需求尚未得到满足，这可能扩展VRE并减少化石燃料燃烧。

B.电化学储能系统

电化学储能系统(诸如锂离子电池和其他形式的电化学)通常用于存储电并按需输送或“调度”电。能量的电化学存储可以有利地快速响应于供需的变化。然而，该形式能量的高成本已经限制了它的广泛采用。这些经济障碍对更广泛地使用电化学储能构成了障碍。

C.作为热量的能量的存储

工业、商业和住宅应用中的热能可以在一个时间段期间被收集，存储在存储设备中，并在另一时间段期间释放用于预期用途。示例包括将能量作为显热存储在包括水、油和熔盐的液体罐中；将能量作为显热存储在包括岩石、沙子、混凝土和耐火材料的固体介质中；将能量作为潜热存储在金属、蜡、盐和水的气相、液相和固相之间的相变中；以及将能量作为热化学热存储在可逆化学反应中，该可逆化学反应可以跨许多重复循环吸收和释放热量；以及可以结合这些效应的介质，例如嵌入将能量存储为显热的材料的或与将能量存储为显热的材料集成的相变材料。热能可以以地下材料的温度或相变的形式大量存储在地下，存储在诸如液体或颗粒固体之类的包含介质中，或存储在自支撑固体材料中。

诸如电池的电能存储设备通常传输由流动的电流介导的能量。一些热能存储设备类似地使用单一传热方法(例如，经由流动液体或气体传热介质的对流传热)将能量传入和传出存储设备。值得注意的是，热能存储设备包括热回收设备(例如，钢铁鼓风炉中的考珀炉(Cowper stove)和玻璃熔炉中的“再生器”)，这些热回收设备从排气中吸收热量并通过预热入口气体来返回热量。这种设备使用耐高温的“耐火”材料作为其能量存储介质。这些材料的示例包括耐火砖和方格砖。这些材料可以被布置为允许空气和燃烧气体通过大量材料的配置。

一些热能系统可以在其系统边界处吸收一种形式的能量(例如，传入的太阳辐射能或传入的电力)，并输出不同形式的能量，例如由液体或气体携带的热量。但热能存储系统还必须能够经济地提供存储。对于显热存储，大块存储材料——“存储介质”——可以加热和冷却的温度范围是每单位材料可以存储的能量的量的重要决定因素。储热材料在其可用温度方面受到诸如冻结、沸腾或热驱动分解或劣化之类的因素(包括化学和机械效应)的限制。

此外，热能的不同用途——不同的加热过程或工业过程——需要不同温度的能量。电能存储设备例如可以存储并返回任何方便电压下的电能，并使用有源设备高效地将该电压向上或向下转换。另一方面，将较低温度的热量转换为较高温度的热量本质上是昂贵且低效的。因此，热能存储设备的挑战是以具有成本效益的方式输送具有热含量且在足以满足给定应用的温度下的热能。

一些热能存储系统将热量存储在液体中，该液体在充能期间从“冷罐”通过热交换设备流向“热罐”，并然后在放能期间从热罐流向冷罐，在放能期间在系统出口处提供相对等温的条件。需要在使用较低成本的固体介质的同时维持足够的出口温度的系统和方法。

热能存储系统的成本通常主要与其总储能容量(系统内包含多少MWh的能量)和其能量传输率(任何给定时刻流入或流出储能单元的瞬时功率的MW)相关。在储能单元内，能量从入口传输到存储介质，然后在另一时间从存储介质传输到出口。热量传入和传出存储介质的速率受多种因素限制，这些因素包括介质的导热率和热容量、传热的表面积以及该表面积上的温差。高放能速率通过热源和存储介质之间的高温差、高表面积以及具有高热容量和/或高导热率的存储介质来实现。

但这些因素中的每个因素都显著增加储能设备的成本。例如，较大的热交换表面通常需要1)较大体积的传热流体以及2)热交换器中较大的表面积，这两者通常昂贵。较高的温差需要热源在相对较高的温度下运行，这可以导致效率损失(例如，对环境的辐射或传导冷却，或热泵的性能系数较低)和成本增加(例如，对耐高温材料的选择和使用)。具有较高导热率和热容量的介质可能还需要选择昂贵的较高性能材料或骨料。

系统存储来自VRE源的能量的另一挑战与放能速率相关。由于现行条件，VRE源在给定一天里可能仅提供其全部容量的小百分比。对于耦合到VRE源并被设计为提供持续输出的储能系统，所提供的所有能量必须在传入VRE可用期间被吸收。因此，峰值充能速率可以是放能速率的数倍(例如，3倍至5倍)，例如在太阳能系统的情况下，如果放能周期(夜间)显著长于充能周期(在白天期间)。在这方面，VRE存储的挑战不同于例如通常以相似速率吸收并释放热量的热回收设备的挑战。对于VRE存储系统，能够以高速率有效充能的单元的设计很重要，并且可以比放能速率更能决定系统总成本。

1.考珀炉

在放能期间达到相对较高等温条件的固体介质存储设计的示例包括考珀炉，该考珀炉通过储热材料的连续部分布置了长气体路径，并且在充能和放能之间反转传热气体的流动。

2.西门子电热能量储存(ETES)

该系统将能量存储为热量并存储在固体介质(例如，形成空气通道的岩石或碎石)中。该材料通过在存储系统外部加热的传热流体进行对流加热。欧洲专利324538876在图1和图3处公开了这种方法。然而，在该方法中，传热流体的流动、相对温度、材料表面积和传热流体加热器都必须足以吸收峰值传入能量，并且这会增加不需要如此高容量的组件的成本。对包括鼓风机系统(例如，涡轮鼓风机系统)等在内的对流加热系统的必要性进一步增加了成本。此外，由于材料和内部流体路径两者是随机或不均匀布置的，并且浮力效应导致温度梯度横向于所期望的梯度，因此固体介质无法以均匀的温跃层的方式进行加热和冷却。这导致出口温度在充能期间相对较早地上升，从而需要更昂贵的可以处理高温流体的空气导管和风扇；以及进一步导致出口温度在放能过程中相对较早地下降，从而将实际可实现的输送温度限制在显著低于存储介质(例如，岩石)峰值温度的水平。由于电能的转换主要是经由从电阻加热器到相邻或附近表面的辐射，然后是从表面到空气的对流传热，然后是从空气到固体介质的对流传热；以及由于这些传热步骤中的每个步骤需要不同的温度来导致热量流动，因此存储介质的实际峰值温度比电加热器表面的峰值温度显著低(超过100℃)。由于存储的热量的适用性随温度而显著变化——许多工业过程需要将过程驱动到1000°或以上的最低温度——并且由于电阻加热器的成本和使用寿命随温度而急剧变化，因此采用对流充能的任何储热系统在成本和其使用领域两者方面都具有显著缺点。最后，需要注意的是，该参考文献中公开的设计使用对流传热而不是热辐射(以及热从砖到砖的再辐射)作为主要的加热方法，该方法在实现均匀加热方面速度较慢且效果较差。

此外，在根据西门子/ETES的系统(与采用松散/非结构化固体的填充床(无论是岩石、砾石、人造球体或其他形状和方法)的任何系统一样)的运行期间，存储介质可以被预期重复地膨胀并收缩，并且在膨胀期间重复地对容纳介质的外部容器施加高力，并且在冷却和收缩期间沉降，导致介质和碎石沉降并可能被压成小碎片或粉末，从而降低它们的热容量。此外，在西门子中，由于大块、非结构化材料的加热而导致的膨胀可以被预期在大块材料的容器上施加压力，因此需要使用昂贵的绝缘层和容器壁。

3.康龙(Conlon)

其他方法已经抽象地描述了可能的热能存储系统，而没有描述或提及启用的设计。美国专利申请US 2018/0245485A示出了使用太阳热能来加热液体存储介质(即，熔盐)，并在[0038]和[0039]中提及在固体中存储热量的可能性。然而，该方法未认识到或解决问题和缺点，或提供能够实现VRE在固体介质中的这种存储所需的解决方案的公开。

4.斯塔克(Stack)

还有其他方法描述了具有快速充能功能的VRE存储系统。例如，斯塔克在“Performance of firebrick resistance-heated energy storage for industrialheat applications and round-trip electricity storage”中描述了使用电能作为源能在耐火固体(砖)中加热并存储能量的设计概念(https//doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.03.100)。斯塔克公开了一种主要加热方法，该主要加热方法包括嵌入在耐火材料阵列内的金属电阻加热元件，这些耐火材料通过从这种电阻加热元件到紧邻加热元件的表面的辐射传热来加热(充能)，并主要通过使用流动空气作为传热流体的对流热放能来冷却(放能)，以及斯塔克公开了可选地使用导电耐火材料的电阻加热和通过使电流通过这种导电耐火材料的加热。如下面所讨论的，斯塔克的主要加热方法公开与本公开相比具有显著缺点，因为所提出的设计具有：非常容易受到加热器和砖的性质中甚至小的不均匀性的影响；由于依赖于传导传热和表面不均匀加热而导致的高热梯度；以及发生包括众所周知的开裂和剥落模式在内的砖故障的严重后果。由于电热丝暴露于少量砖区域并且传热是通过传导进行的，因此可以导致耐火材料的加热不均匀和该材料中的潜在热应力，在单个加热器元件失效的情况下，这种情况会加剧，并且由于内部开裂改变传导传热，任何开裂区域都会导致这种裂缝附近的表面的温度显著较高，这可以导致加热元件的局部温度显著较高，从而导致使加热器使用寿命缩短的温度或对这种加热器的实际运行温度的显著限制，或两者兼而有之。本创新通过结构特征和操作特征两者克服了这些挑战，即使存在加热器和砖的不均匀性以及砖的开裂和剥落，通过本质上确保整个存储介质的温度更均匀，这些结构特征和操作特征也允许存储介质和加热器在高温下的可靠运行和更长的使用寿命。

5.其他

美国专利申请US 20180179955 A1涉及热力循环系统中的挡板式温跃层。固态温跃层用于代替储能系统中的热交换器。然而，这教导限制由挡板结构限定的不同区域内的传导传热和/或辐射传热。

美国专利US 9370044 B2(麦克唐纳(McDonald))涉及一种储热设备控制器，该储热设备控制器对用户管理加热的需求进行负载平衡，并公开了使用具有设置在砖中的加热元件的砖。公开了可以具有多种操作模式(例如，第一操作模式和待机操作模式)的控制器，每种操作模式与默认核心温度相关联。可以基于季节来设置这些操作模式。麦克唐纳设计还可以包括控制器，该控制器接收与所预报的气候条件相关联的信息，并基于所预报的气候条件来设置操作温度。然而，该方法并没有解决上述关于砖的充能和放能的问题和缺点。

II.问题与缺点

上述方法具有各种问题和缺点。早期系统未考虑热能存储系统的设计、构造和操作中的若干个关键现象，因此不利于构建并高效操作这种系统。更具体地，当前设计无法解决由于固体材料阵列的热能充能和放能不均匀而导致的“热失控”和元件故障，这些设计包括充能、放能、以及用于实现并恢复大型储热材料阵列之间的温度的平衡的单元控制的设计。

具有嵌入式辐射充能和对流放能的热能存储系统原则上容易受到“热失控”或“热量失控”效应的影响。该现象可以是由于加热元件局部加热和传热流体流冷却的不平衡，甚至小的不平衡引起的。除非加以管理和缓解，否则加热速率和冷却速率的变化可以导致温度失控，该温度失控导致加热器的故障和/或耐火材料的劣化。过热会导致加热元件提前失效并缩短系统使用寿命。例如，在斯塔克中，离电热丝最近的砖比离电热丝较远的砖受热更多。因此，电热丝的故障率可能会增加，从而缩短加热器的使用寿命。

进一步加剧热失控的一种影响是在空气导管中流动的空气的热膨胀。更热的空气膨胀得更多，从而导致给定入口流的更高出口速度，并因此导致导管两端的更高的液压降，这可以有助于在放能期间流的进一步减少和冷却的减少。因此，在连续的加热和冷却循环中，会发生逐渐减少的局部冷却，从而导致仍然较大的局部过热。

热能存储供热的高效运行依赖于持续的放能，这对于依赖于VRE源对系统进行充能的系统来说是特定的挑战。需要能够以高效方式捕获并存储该VRE能量并根据需要可靠且没有间断地为各种用途(包括一系列工业应用)提供所存储的能量的解决方案。

先前系统未充分解决与VRE能源相关联的问题，包括由于具有挑战性的天气模式(例如，风暴)引起的变化、以及由于VRE发电的季节性变化引起的长期供应变化。在这方面，在智能存储管理中提供对储能系统充能和放能的高效控制是本领域中未满足的需求。当前设计未充分提供考虑各种因素的存储管理，这些因素包括中期到短期的天气预报、VRE发电预报和随时间变化的能源需求，该存储管理可以由诸如以下各项的考虑因素整体或部分地确定：工业过程需求、电网能量需求、实时电价、批发电市场容量价格、实用资源充足值、以及替代能量供应的碳强度。需要一种可以为各种需求提供存储能量的系统，这些需求通过考虑这些因素来进行优先级排序，从而最大化实用性和经济效率。

III.未满足的需求

存在通常与能源相关，更具体地与热能相关的各种未满足的需求。一般来说，需要从化石燃料转向清洁和可持续能量。还需要存储VRE以在不同时间提供能量，以帮助满足社会的能量需求。还需要允许VRE为工业过程提供能量的较低成本的储能系统和技术，这可能扩大VRE的使用范围并因此减少化石燃料燃烧。在使用较低成本的固体介质的同时，还需要维持足够的出口温度。

此外，需要设计VRE单元，该VRE单元可以以低成本进行快速充能，提供由各种工业应用需要的可调度的、持续的能源而不管VRE供应是否发生变化，并且促进对储能系统的充能和放能的高效控制。

发明内容

根据本发明，提供了一种用于热能存储和输送的系统，该系统包括：

储热组合物，包括多个储热块，其中，储热块中的至少一些储热块包括多个辐射腔体和多个流体流槽，其中，辐射腔体中的一些辐射腔体和流体流槽中的一些流体流槽被配置为限定通过储热块的流体通路；

多个加热器元件，位于储热组合物内并与辐射腔体中的至少一些辐射腔体相邻，其中，多个加热器元件中的每个加热器元件被配置为经由辐射到辐射腔体中的多个辐射腔体中和界定相应辐射腔体的表面上的能量来加热储热块中的至少一个储热块；以及

流体移动系统，被配置为引导流体流通过所述流体通路；

经由辐射腔体的辐射加热和对邻接辐射腔体的砖的表面的再辐射以及块内的内部传导的该组合比现有技术布置更均匀地通过块的组合分布热量。

存储块中的至少一些存储块可以被定位为使得与辐射腔体中的一些辐射腔体相邻定位的加热器元件主要在与通过对应流体通路的流体流方向不同的辐射方向上发射热量。辐射能传输主要在水平方向，这是可控的(例如，通过减少弹开外壳或干扰所规划的温跃层的竖直辐射)。例如，辐射方向可以基本上正交于流体流方向。通过流体通路的流体流方向可以基本上是竖直的，并且加热器元件中的至少-些加热器元件可以与辐射腔体中的一些辐射腔体水平地相邻。(本文使用的术语“流体”可以指空气和/或一种或多种合适的气体；因此，对术语流体、空气或气体中的任何一个的使用应被视为包含其他两个。)该布置是有利的，因为它利用了热空气上升的事实。

加热器元件、存储块和辐射腔体可以被配置为提供基本上竖直的温跃层，其中，储热组合物的上部的温度可以高于储热组合物的下部的温度。

该流体通路中的至少一个流体通路可以包括向特定辐射腔体打开的多个流体流槽，并且流体流从特定辐射腔体通过多个流体流槽。每个辐射腔体具有多个流体流槽可以增加湍流或以其他方式改善均匀加热。此外，多个较小的槽可以提供比单个类似大小的槽更多的结构稳定性。

流体通路可以包括多个腔体和多个流体流槽，可以被定向为用于基本上竖直的流体流，并且可以包括在竖直方向上交替的辐射腔体和多组一个或多个流体流槽。流体流槽可以被定位为使得来自加热器元件的任何辐射能仅经由一个或多个辐射腔间接地到达流体流槽。

该流体流槽可以是细长的，具有较长的尺寸和较短的尺寸。该开口的形状减少了层流的量，这可以使开口内的流体保持在更均匀的温度。

至少一个储热块的流体流槽可以以其较长尺寸沿着多个不同方向定向。该开口方向可以避免阻挡由于吸收腔体中的辐射而导致的通过砖的导热传输。

储热块可以位于多个层中，其中，其中，第一层中的辐射腔体和流体流槽的高度小于第二层中的辐射腔体和流体流槽的高度，第二层高于第一层。该堆叠的上部较热，因此较大的砖可以更好地处理热量。底部处较小的砖也可以提供更多的结构稳定性。

该系统还可以包括：

控制电路，被配置为向所述加热器元件提供能量；

其中，储热块可以位于多个层中；以及

其中，控制电路可以被配置为提供不同量的能量来控制不同层中的加热器元件。

最佳加热器元件能量可以基于温度而变化，并且堆叠的停止部分通常比底部更热。因此，这可以提高保温效率。

储热单元(TSU)还可以包括：

多个储热砖堆叠，包括与第二组堆叠绝缘的第一组堆叠；以及

独立控制的通风口，位于第一组堆叠和第二组堆叠下方，并且被配置为控制流体流流入第一组堆叠和第二组堆叠。

这可以促进TSU中电池的单独充能/放能。

特定辐射腔体的容积可以大于给定流体通路的一个或多个流体流槽的相邻组。形成空气流路径的部分的较大辐射腔体可以促进均匀的辐射加热。该储热块中的至少一个储热块可以覆盖至少部分地由一个或多个其他储热块限定的多个辐射腔体和多个开口。较大的块可以降低块构造的成本，并减少堆叠中的块之间的摩擦损坏。例如在地震的上下文中，某些形状还可以提供结构安全性。储热块可以包括在多个竖直高度处的辐射腔体和流体流槽。

该储热块中的至少一些储热块可以包括位于加热器元件中的至少一个加热器元件上方的块部分中的流体流槽。加热器元件上方的附加槽可以改善整体流体流甚至热量分布。

该TSU可以包括：

外壳；

其中，该外壳可以包括具有第一通风口关闭件的第一通风口，第一通风口形成外壳内部与外部之间的通道，其中，该装置可以被配置为在流体移动系统的运行状态期间将第一通风口关闭件维持在关闭位置；以及

故障保护机构，被配置为响应于所述流体移动系统的非运行状态而打开所述第一通风口关闭件。

该TSU可以包括：

第一外壳，具有内表面；

第二外壳，具有外表面，该第二外壳位于第一外壳内，其中，储热块可以位于第二外壳中；以及

由外表面和内表面界定并与流体通路连通的流体通道，其中，流体移动系统可以被配置为引导流体流通过流体通道并然后通过流体通路。

动态绝缘可以允许使用不太昂贵的绝缘层，提高设备寿命，并保护TSU外壳和地基免受过热。

储热块可以包括搁板部分，该搁板部分在储热块位于堆叠中时互锁。这可以提高结构稳定性并减少摩擦损坏。

堆叠中给定竖直高度处的辐射腔体和流体流槽可以具有相同的高度。该系统还可以包括被配置为输出由TSU加热的气体的出口。该加热器元件可连接以从以下能源列表中的一种或多种能源接收能量：太阳能、风能、水电能和地热能。该电阻加热器元件还可以被配置为经由辐射加热储热块。该流体可以包括一种或多种气体，例如空气。该流体移动系统可以包括被配置为引导流体流的鼓风机。

还提供了储热单元，该储热单元包括：

第一外壳；

储热组合物，包括在所述第一外壳内的多个储热块；

多个加热器元件，位于所述储热组合物内并被配置为加热所述多个储热块；

流体移动系统，被配置为引导流体流通过所述多个储热块中的流体通路；

其中，所述第一外壳限定内部和外部并且包括具有第一通风口关闭件的第一通风口，所述第一通风口形成所述内部与所述外部之间的第一通道；以及

故障保护机构，被配置为在所述流体移动系统的运行状态期间将所述第一通风口关闭件维持在关闭位置、以及响应于所述流体移动系统的非运行状态而打开所述第一通风口关闭件。

第一外壳可以包括第二通风口，该第二通风口具有第二通风口关闭件并且形成内部与外部之间第二通道；以及

故障保护机构可以被配置为：响应于流体移动系统的非运行状态而打开第二通风口关闭件，以允许内部加热流体通过第一通风口流出第一外壳并且外部流体经由第二通道通过第二通风口流入内部。该通风口配置允许使用烟囱效应使流体上升通过堆叠来进行被动冷却，这继而将较冷流体从外部吸入堆叠的底部，并防止过热。因此，流体通路中的加热流体的浮力有助于内部加热流体通过第一通风口流出第一外壳以及外部流体经由第二通道通过第二通风口流入内部。

第一通风口关闭件和第二通风口关闭件可以是通风口门的不同部分，其中，储热单元可以被配置为在流体移动系统的运行状态期间旋转通风口门以关闭第一通风口和第二通风口。

该储热单元还可以包括：

蒸汽发生器，被配置为使用由储热块加热并经由导管输送到蒸汽发生器的输入的流体来产生蒸汽；

其中，所述故障保护机构被配置为响应于所述流体移动系统的非运行状态而关闭所述导管。

这可以防止对诸如水管的蒸汽发生器组件的损坏。

第一通风口关闭件可以被定位为在第一通风口关闭件针对第一通风口打开时关闭导管。第二通风口可以形成从外部进入蒸汽发生器的输入中的通道。

储热[ZZZ-MattR在这里拾取]单元还可以包括：

第二外壳，具有内表面，其中，所述第一外壳位于所述第二外壳内；

流体通道，由所述第一外壳的外表面和所述内表面界定并与所述流体通路连通；

其中，在运行状态期间，所述流体移动系统被配置为在引导所述流体流通过所述流体通路之前引导所述流体流通过所述流体通道；

其中，所述第一通风口关闭件限定所述流体通道的位于所述关闭位置的部分；以及

在流体移动系统的非运行状态下，第一通风口关闭件和第二通风口关闭件的打开位置通过流体通道从外部汲取流体。

在流体移动系统的非运行状态下，第一通风口关闭件和第二通风口关闭件的打开位置可以通过流体移动系统的流体通道从外部汲取流体。该储热单元还可以包括具有第三通风口关闭件的第三通风口，其中，第三通风口被包括在第二外壳中并且形成第二外壳的内部与其外部之间通道，其中，故障保护机构被配置为响应于流体移动系统的非运行状态而打开第三通风口关闭件。该蒸汽发生器的经由导管接收加热流体的至少一部分可以被包括在第二外壳中。这可以减少蒸汽发生器中泄漏的影响。该故障保护机构可以被配置为在运行状态期间使用电力将第一通风口关闭件保持在关闭位置。

该故障保护机构可以包括：蜗轮传动齿轮，被配置为关闭第一通风口盖；以及电动离合器，被配置为将第一通风口盖保持在关闭位置，其中，第一通风口盖可以被配置为当电动离合器未通电时由于重力而打开。备选地或附加地，故障保护机构可以包括电气开关和电机。

还提供了储热单元，该储热单元包括：

第一外壳，具有内表面；

储热组合物，包括位于具有外表面的第二外壳中的多个储热块，第二外壳位于第一外壳内，该储热块包括流体通路；

多个加热器元件，位于所述储热组合物内并被配置为加热所述储热块；

流体通道，由所述外表面和所述内表面界定并与所述流体通路连通；以及

流体移动系统，被配置为引导流体流通过所述流体通道和所述流体通路。

该流体移动系统可以被配置为引导流体流沿着第二外壳的壁向上、越过第二外壳的顶部、沿着第二外壳的一个或多个其他壁向下、然后进入储热块的流体通道的底部开口。该储热单元还可以包括百叶窗，被配置为独立地控制流体从流体通道流入不同组的流体通路。

第二外壳可以包括：

第一通风口，具有第一通风口关闭件，第一通风口形成第一外壳的内部与外部之间的通道，其中，储热单元被配置为在流体移动系统的运行状态期间将第一通风口关闭件维持在关闭位置；以及第二通风口，具有第二通风口关闭件并且形成内部与外部之间另一通道；

其中，所述储热单元包括故障保护机构，所述故障保护机构被配置为响应于所述流体移动系统的非运行状态而打开所述第一通风口关闭件和所述第二通风口关闭件；以及

在流体移动系统的非运行状态下，第一通风口关闭件和第二通风口关闭件的打开位置通过流体通道和流体通路从外部汲取流体。

使用动态绝缘通道用于故障保护通风可以提高系统的安全性，而无需单独的通道配置。

第一通风口关闭件和第二通风口关闭件当在关闭位置时可以形成流体通道的一部分。

储热单元可以被配置为在流体通道中的流体压力大于第二外壳内的流体压力的一种或多种状态下操作。这可以减少内部泄漏的影响。流体流可以包括来自蒸汽发生器的再循环流体，该蒸汽发生器使用来自储热块的加热流体来产生蒸汽。

还提供了一种方法，该方法包括：

加热储热单元TSU中的储热块堆叠，所述TSU包括多个储热块，其中，所述储热块中的至少一些储热块包括多个辐射腔体和多个流体流槽，其中，所述辐射腔体中的一些辐射腔体和所述流体流槽中的一些流体流槽被配置为限定通过所述储热块的流体通路；

其中，多个加热器元件(3607)经由辐射到所述辐射腔体中的多个辐射腔体中和界定所述至少一个储热块内的相应辐射腔体的表面上的能量来执行所述加热，所述多个加热器元件位于所述储热块中的至少一些储热块内并与所述辐射腔体中的一些辐射腔体相邻；以及

引导流体通过所述TSU，使得流体流通过所述TSU，包括通过所述流体通路。

辐射腔体的至少三个表面可以接收从加热器元件辐射的能量。这改善了相对于没有辐射腔体的实现的热分布(例如，其可能沿着储热砖的一个壁接收辐射)。该流体流槽可以仅经由向加热器元件打开的一个或多个腔体间接地接收来自加热器元件的辐射能。

该多个开口中的一个或多个开口可以是细长的，并成形为将非线性移动引入被引导通过多个开口中的一个或多个开口的流体中。

还提供了一种装置，该装置包括：

储热单元(TSU)，包括多个储热装置，其中，储热装置中的至少一些储热装置包括多个辐射腔体和多个流体流槽，其中，辐射腔体中的一些辐射腔体和流体流槽中的一些流体流槽被配置为限定通过储热装置的流体通路；

加热器装置，位于储热装置中的至少一些储热装置内并与辐射腔体中的一些辐射腔体相邻，其中，加热器用于经由辐射到辐射腔体中的多个辐射腔体中和界定至少一个储热装置内的相应辐射腔体的表面上的能量来加热储热装置中的至少一个储热装置；

流体移动装置，用于引导流体流通过TSU，包括通过流体通路。

还提供了一种装置，该装置包括：

一个或多个储热块，其限定：

辐射室；以及

流体流槽，位于辐射室上方以在第一方向上限定流体通路；

加热器元件，在第二、不同方向上与所述辐射室相邻定位，其中，所述辐射室至少在一侧对所述加热器元件开放；以及

流体移动系统，被配置为引导流体流在所述第一方向上通过所述流体通路。

还提供了一种用于热能存储和输送的系统，该系统包括：

多个储热块，被定位为限定：

第一层，包括交替图案的块部分，在相邻的块部分之间具有辐射腔体；

第二层，包括交替图案的块部分，在相邻块部分之间具有辐射腔体，其中，第二层块部分与第一层辐射腔体相邻定位，并且第二层辐射腔体与第一层块部分相邻定位；

流体流槽，形成在所述储热块的所述块部分中的一些块部分中，所述流体流槽和辐射腔体被定位为形成通过所述系统的多条流体流路径；

多个加热元件，与所述第一层和所述第二层中的所述辐射腔体中的多个辐射腔体相邻定位，并且被配置为经由辐射到所述腔体中的多个腔体中和界定所述储热块内的辐射相应腔体的表面上的能量来加热所述多个储热块；以及

鼓风机，被配置为引导流体流通过所述多个流体流路径。

给定层处的交替图案的块部分和辐射腔体促进快速且均匀的热量分布。

加热器元件、存储块和辐射腔体可以被配置为提供基本上竖直的温跃层，其中，储热组合物的上部的温度高于储热组合物的下部的温度。

还提供了一种被配置为产生输出流体流的热能存储系统，该热能存储系统包括：

第一储热块的第一组合物和第二储热块的第二组合物，所述第一储热块和第二储热块被配置为存储热能；以及

控制系统，被配置为：

在第一放能周期期间引导流体流，使得第一组合物而不是第二组合物被放能至深度放能温度区域内；以及

在第二放能周期期间引导流体流，使得第二组合物而不是第一组合物被放能至深度放能温度区域内。

该控制系统可以被配置为在连续的放能周期期间在以下之间交替：

引导流体流以将所述第一组合物而不是所述第二组合物放能至所述深度放能温度区域内；以及

引导流体流以将所述第二组合物而不是所述第一组合物放能至所述深度放能温度区域内。

该控制系统可以被配置为：

将所述输出流体流维持在指定温度分布；以及

在连续的放能周期内，在以下之间交替：

将第一组合物放能至深度放能温度区域内，同时将第二组合物放能至指定温度分布的当前值；以及

将第二组合物放能至深度放能温度区域内，同时将第一组合物放能至指定温度分布的当前值；以及

该控制系统可以被配置为：

将所述输出流体流维持在指定温度分布；以及

在连续的放能周期内，在以下之间交替：

将第一组合物放能至深度放能温度区域内，同时将第二组合物放能至高于指定温度分布的第一缓冲温度；以及

将第二组合物放能至深度放能温度区域内，同时将第一组合物放能至高于指定温度分布的第二缓冲温度。

该控制系统可以被配置为：

将所述输出流体流维持在指定温度分布；以及

在连续的放能周期内，在以下之间交替：

将第一组合物放能至深度放能温度区域内，同时1)将第二组合物放能至第一缓冲温度并且2)维持到第一组合物的涓流模式的流体流；以及

将第二组合物放能至深度放能温度区域内，同时1)将第一组合物放能至第二缓冲温度并且2)维持到第二组合物的涓流模式的流体流。

在涓流模式下，到被深度放能的给定组合物的流体流大于到给定组合物的最大可能流体流的0％且小于10％。

该控制系统可以被配置为：

在第一放能周期期间使用第一流参数集，以将输出流体流维持在由非恒定温度分布指定的第一温度；

在第一放能周期期间使用第二、不同的流参数集，以将输出流体流维持在由非恒定温度分布指定的第二、不同的温度；以及

通过将第一组合物的第一流体流与第二组合物的第二流体流保持相对恒定的比例，在第一充能周期期间将输出流体流维持在第二、不同的温度。

该热能存储系统还可以包括：

入口阀，被配置为允许旁通流体流，所述旁通流体流在放能周期期间旁通所述第一组合物和所述第二组合物，所述旁通流体流具有比所述输出流体流的输送温度低的旁通温度；以及

其中，所述控制系统被配置为在放能周期期间使用所述旁通流体流来产生所述输出流体流。

将第一组合物或第二组合物中的给定组合物放能至深度放能温度区域内可以包括将给定组合物冷却至约等于旁通温度的放能温度。

所述深度放能温度区域的上端温度可以显著低于所述输出流体流的输送温度；以及

所述深度放能温度区域的下端温度可以低于所述上端温度且等于所述旁通温度。

所述深度放能温度区域的上端温度可以比所述输送温度更接近所述旁通温度；以及

所述深度放能温度区域的下端温度可以低于所述上端温度且等于所述旁通温度。

中点温度可以是旁通温度和输送温度之间中途；

该深度放能温度区域的上端温度可以比中点温度更接近旁通温度；以及

该深度放能温度区域的下端温度可以低于上端温度且等于旁通温度。

该控制系统可以被配置为监测第一组合物和第二组合物的热放能信息以便确定深度放能温度区域的界限。该控制系统可以被配置为基于对第一组合物和第二组合物的行为进行建模的计算机程序来确定深度放能温度区域的界限。

该控制系统可以被配置为通过引起以下步骤来产生输出流体流：

在所述第一放能周期的初始部分期间，将来自所述第一组合物的第一流体流与所述旁通流体流进行混合；

在所述第一放能周期的后续部分期间，将所述第一流体流与来自所述第二组合物的第二流体流进行混合；

在所述第二放能周期的初始部分期间，将所述第二流体流与所述旁通流体流进行混合；以及

在所述第二放能周期的后续部分期间，将所述第二流体流与所述第一流体流进行混合。

该控制系统可以被配置为：

基于所述第一流体流的下降到低于所述输送温度的当前温度来发起所述第一放能周期的所述后续部分；以及

基于所述第二流体流的下降到低于所述输送温度的当前温度来发起所述第二放能周期的所述后续部分。

该控制系统可以被配置为将输出流体流维持在恒定温度，包括在第一放能周期和第二放能周期期间。该控制系统可以被配置为根据指定的、非恒定温度分布来维持输出流体流。该控制系统可以被配置为在充能周期期间使用旁通流体流来冷却第一组合物和第二组合物。

还提供了一种被配置为产生输出流体流的热能存储系统，该热能存储系统包括：

第一储热块的第一组合物和第二储热块的第二组合物，所述第一储热块和第二储热块被配置为存储热能；以及

控制系统，被配置为：

在第一放能周期期间引导流体流以执行第一放能操作，其中，所述第一组合物而不是所述第二组合物被放能至低于所述输出流体流的输送温度；以及

在第二、连续的放能周期期间引导流体流动以执行第二放能操作，其中，所述第二组合物而不是所述第一组合物被放能至低于所述输送温度。

该控制系统可以被配置为控制入口阀，该入口阀被配置为允许旁通流体流，该旁通流体流在放能周期期间旁通所述第一组合物和所述第二组合物，该旁通流体流具有比输送温度低的旁通温度。

该控制系统可以被配置为：

执行所述第一放能操作，使得所述第一组合物被放能至比所述输送温度更接近所述旁通温度的第一放能温度；以及

执行所述第二放能操作，使得所述第二组合物被放能至比所述输送温度更接近所述旁通温度的第二放能温度。

该控制系统可以被配置为：

执行所述第一放能操作，使得所述第一组合物被放能至第一放能温度，所述第一放能温度比所述输送温度和所述旁通温度之间中途的中点温度更接近所述旁通温度；以及

执行所述第二放能操作，使得所述第二组合物被放能至比所述中点温度更接近所述旁通温度的第二放能温度。

该控制系统可以被配置为：

执行所述第一放能周期，使得所述第一组合物被放能至约等于所述旁通温度的第一放能温度；以及

执行所述第二放能周期，使得所述第二组合物被放能至约等于所述旁通温度的第二放能温度。

该控制系统可以被配置为使得第一放能操作和第二放能操作在连续的放能周期内交替地执行。该热能存储系统可以被配置为根据非恒定温度分布来产生输出流体流。

该控制系统可以被配置为：

通过将所述第一组合物放能至低于所述输送温度，并然后发起到所述第一组合物的涓流模式的流体流来执行所述第一放能操作；以及

通过将所述第二组合物放能至低于所述输送温度，并然后发起到所述第二组合物的所述涓流模式的流体流来执行所述第二放能操作。

还提供了一种热能存储系统，该热能存储系统包括：

第一储热块的第一组合物和第二储热块的第二组合物，所述第一储热块和第二储热块被配置为存储热能；以及

控制系统，被配置为：

将流体流引导到所述第一组合物和所述第二组合物以产生输出流体流；

在第一放能周期期间，通过对所述第一组合物进行充分放能以防止热失控，同时将所述第二组合物放能至等于或高于所述输出流体流的输送温度来执行第一放能操作；以及

在第二、连续的放能期间，通过对所述第二组合物进行充分放能以防止热失控，同时将所述第一组合物放能至等于或高于所述输送温度来执行第二放能操作。

该控制系统可以被配置为：

通过在所述第一放能周期的开始发起对所述第一组合物的放能并且在由所述第一组合物产生的第一流体流的第一放能温度降到低于所述输送温度之后发起对所述第二组合物的放能来执行所述第一放能操作；以及

通过在所述第二放能周期的开始发起对所述第二组合物的放能并且在由所述第二组合物产生的第二流体流的第二放能温度降到低于所述输送温度之后发起对所述第一组合物的放能来执行所述第二放能操作。

该控制系统可以被配置为使得第一放能操作和第二放能操作在连续的放能周期内交替地执行。该控制系统可以被配置为通过在对给定组合物进行放能以防止热失控之后发起到给定组合物的涓流模式的流体流来执行第一放能操作和第二放能操作。

还提供了一种被配置为产生输出流体流的热能存储系统，该热能存储系统包括：

第一储热块的第一组合物和第二储热块的第二组合物，所述第一储热块和第二储热块被配置为存储热能；以及

控制系统，被配置为：

在第一放能周期的第一部分期间，使从所述第一组合物产生的第一流体流与旁通所述第一组合物和所述第二组合物的旁通流体流混合；

在所述第一放能周期的第二后续部分期间，使所述第一流体流与从所述第二组合物产生的第二流体流混合，使得所述第一组合物而不是所述第二组合物在所述第一放能周期期间被深度放能；

在第二放能周期的第一部分期间，使所述第二流体流与所述旁通流体流混合；以及

在所述第二放能周期的第二后续部分期间，使所述第二流体流与所述第一流体流混合，使得所述第二组合物而不是所述第一组合物在所述第二放能周期期间被深度放能。

该控制系统可以被配置为在连续的放能周期内在以下之间交替：

对所述第一组合物而不是所述第二组合物进行深度放能；以及

对所述第二组合物而不是所述第一组合物进行深度放能。

该控制系统可以被配置为在对给定组合物进行深度放能之后发起到第一组合物和第二组合物中的给定组合物的涓流模式的流体流。

还提供了一种方法，该方法包括：

由热能存储系统接收来自可再生能源的输入能量，所述热能存储系统包括第一储热块的第一组合物和第二储热块的第二组合物；

由所述热能存储系统使用所述输入能量来产生存储在所述第一储热块和所述第二储热块中的热能；

通过执行以下步骤，由所述热能存储系统引导流体流以产生在所述可再生能源不可用的一个或多个周期内连续的输出流体流：

在第一放能周期内，执行第一放能操作，所述第一放能操作对所述第一组合物而不是所述第二组合物进行深度放能；以及

在第二放能周期内，执行第二放能操作，所述第二放能操作对所述第二组合物而不是所述第一组合物进行深度放能。

该流体流可以包括从第一组合物产生的第一流、从第二组合物产生的第二流、以及在放能周期期间旁通第一组合物和第二组合物所产生的旁通流，该旁通流具有比输出流体流的输送温度低的旁通温度。对第一组合物和第二组合物中的给定组合物进行深度放能可以包括放能至比输送温度更接近旁通温度的放能温度。对第一组合物和第二组合物中的给定组合物进行深度放能可以包括放能至比输送温度和旁通温度之间中途的中点温度更接近旁通温度的放能温度。对第一组合物和第二组合物中的给定组合物进行深度放能可以包括放能至约等于旁通温度的放能温度。在给定的放能周期期间对第一组合物和第二组合物中的给定组合物进行深度放能可以包括：

在所述给定放能周期的开始，发起对所述给定组合物的放能；以及

在由所述给定组合物产生的给定流体流的放能温度下降到低于所述输送温度之后，发起对所述第一组合物和所述第二组合物中的另一组合物的放能；以及

在发起对另一组合物的放能之后，继续对所述给定组合物的放能。

对第一组合物和第二组合物中的给定组合物进行深度放能可以包括将给定组合物放能至比旁通温度高不超过25℃的放能温度。对第一组合物和第二组合物中的给定组合物进行深度放能可以包括将给定组合物放能至比旁通温度高不超过50℃的放能温度。对第一组合物和第二组合物中的给定组合物进行深度放能可以包括将给定组合物放能至比旁通温度高不超过75℃的放能温度。对第一组合物和第二组合物中的给定组合物进行深度放能可以包括将给定组合物放能至比旁通温度高不超过100℃的放能温度。对第一组合物和第二组合物中的给定组合物进行深度放能可以包括将给定组合物放能至比旁通温度高不超过150℃的放能温度。对第一组合物和第二组合物中的给定组合物进行深度放能可以包括将给定组合物放能至比旁通温度高不超过200℃的放能温度。

执行第一放能操作可以包括将第二组合物放能至输送温度，并且执行第二放能操作可以包括将第一组合物放能至输送温度。执行第一放能操作可以包括将第二组合物放能至高于输送温度的第一缓冲温度，并且其中，执行第二放能操作包括将第一组合物放能至高于输送温度的第二缓冲温度。执行第一放能操作可以包括在对第一组合物进行深度放能之后发起到第一组合物的涓流模式的流体流，并且执行第二放能操作可以包括在对第二组合物进行深度放能之后发起到第二组合物的涓流模式的流体流。给定组合物的涓流模式的流体流可以大于给定组合物的最大流体流的0％且不超过10％。

该方法还可以包括改变第一流、第二流和旁通流的流速以解决输送温度的变化。该方法可以包括在充能周期的后期部分使用旁通流来冷却第一组合物和第二组合物。该方法可以包括：在连续的放能周期内，在执行第一放能操作和执行第二放能操作之间交替。

还提供了一种方法，该方法包括：

由热能存储系统接收来自可再生能源的输入能量，所述热能存储系统包括第一储热块的第一组合物和第二储热块的第二组合物；

由所述热能存储系统使用所述输入能量来产生存储在所述第一储热块和所述第二储热块中的热能；

由所述热能存储系统引导流体流以产生输出流体流，所述流体流包括从所述第一组合物产生的第一流体流、从所述第二组合物产生的第二流体流、以及在放能周期期间旁通所述第一组合物和所述第二组合物的旁通流体流，所述旁通流体流具有比所述输出流体流的输送温度低的旁通温度；

在第一放能周期期间，将所述第一组合物而不是所述第二组合物放能至比所述输送温度更接近所述旁通温度的第一放能温度；以及

在第二放能周期期间，将所述第二组合物而不是所述第一组合物放能至比所述输送温度更接近所述旁通温度的第二放能温度。

第一放能温度和第二放能温度可以比旁通温度和输送温度之间中途的温度中点更接近旁通温度。第一放能温度和第二放能温度可以约等于旁通温度。

在第一放能周期期间对第一组合物进行放能可以包括在将第一组合物放能至第一放能温度之后发起到第一组合物的涓流模式的流体流；以及

在第二放能周期期间对第二组合物进行放能可以包括在将第二组合物放能至第二放能温度之后发起到第二组合物的涓流模式的流体流。

还提供了一种方法，该方法包括：

由热能存储系统接收来自可再生能源的输入能量，所述热能存储系统包括第一储热块的第一组合物和第二储热块的第二组合物；

由所述热能存储系统使用所述输入能量来产生存储在所述第一储热块和所述第二储热块中的热能；

控制到第一组合物和第二组合物的流体流以产生具有指定温度分布的输出流体流，其中，该控制导致：

在第一放能周期期间，以足以减少第一储热块中的热失控的方式对第一组合物进行放能，同时将第二组合物放能至等于或高于指定温度分布；以及

在第二、连续的放能周期期间，以足以减少第二储热块中的热失控的方式对第二组合物进行放能，同时将第一组合物放能至等于或高于指定温度分布。

在第一放能周期对第一组合物进行放能可以包括在对第一组合物进行深度放能之后发起到第一组合物的涓流模式的流体流，并且在第二放能周期对第二组合物进行放能可以包括在对第二组合物进行深度放能之后发起到第二组合物的涓流模式的流体流。可以基于第一组合物和第二组合物的测量热数据来执行对第一组合物和第二组合物进行放能以减少热失控。可以基于对第一组合物和第二组合物的热数据的建模来执行对第一组合物和第二组合物进行放能以减少热失控。

还提供了一种被配置为产生具有输送温度的输出流体流的热能存储系统，该热能存储系统包括：

第一储热块的第一组合物和第二储热块的第二组合物，所述第一储热块和第二储热块被配置为存储热能；以及

入口阀；

控制系统，被配置为：

使入口阀允许旁通流体流，该旁通流体流在放能周期期间旁通第一组合物和第二组合物，该旁通流体流具有比输送温度低的旁通温度；

在第一放能周期期间，执行第一放能操作，其中，第一组合物被放能至第一放能温度，第一放能温度1)比输送温度更接近旁通温度并且2)低于第二组合物的第二放能温度；以及

在第二、连续的放能周期期间，执行第二放能操作，其中，第二组合物被放能至第三放能温度，该第三放能温度1)比输送温度更接近旁通温度并且2)低于第一组合物的第四放能温度。

该控制系统可以被配置为：在连续的放能周期内，在执行第一放能操作和第二放能操作之间交替。第一放能周期和第二放能周期的第二放能温度和第四放能温度可以分别对应于输送温度。第二放能温度可以对应于高于指定输送温度的第一缓冲温度，并且第四放能温度可以对应于高于指定输送温度的第二缓冲温度。

第一放能操作还可以包括在将第一组合物放能至第一放能温度之后维持到第一组合物的第一涓流流体流，并且第二放能操作还可以包括在将第二组合物放能至第二温度之后维持到第二组合物的第二涓流流体流。

第一涓流流体流可以小于第一组合物的最大流体流的10％，并且第二涓流流体流可以小于第二组合物的最大流体流的10％。

第一放能温度和第二放能温度可以比旁通温度和输送温度之间中途的温度中点更接近旁通温度。

还提供了一种热能存储系统，该热能存储系统包括：

储热块的一个或多个组合物，其中，每个组合物被配置为将从所接收到的电能产生的热量存储为热能；以及

控制系统，被配置为：

将流体流引导到一个或多个组合物以产生输出流体流；以及

使一个或多个组合物中的每个组合物周期性地深度放能，以减少一个或多个组合物内的温度不均匀性。

该一个或多个组合物可以由单个组合物组成，并且该控制系统可以被配置为使单个组合物基于需要周期性地深度放能。该一个或多个组合物可以由单个组合物组成，并且该控制系统可以被配置为使单个组合物以规律发生的间隔周期性地深度放能。该一个或多个组合物可以是N个组合物，并且该控制系统可以被配置为使N个组合物中的每个组合物每N个放能周期深度放能一次。该输出流体流可以具有指定温度分布，其中，一个或多个组合物可以是N个组合物，并且其中，控制系统可以被配置为使N个组合物中的每个组合物每N个放能周期被深度放能至少一次并且每N个放能周期被部分地放能至指定温度分布的当前值至少一次。

该一个或多个组合物可以包括第一组合物和第二组合物，并且该控制系统可以被配置为在连续的放能周期内在以下之间交替：

对所述第一组合物进行深度放能，并将所述第二组合物部分地放能至所述指定温度分布的当前值；以及

对所述第二组合物进行深度放能，并将所述第一组合物部分地放能至所述指定温度分布的所述当前值。

该控制系统可以被配置为打开入口阀以允许旁通流体流，该旁通流体流与其他流体流混合以产生所述输出流体流，该输出流体流具有输送温度并且旁通流体流具有旁通温度，并且其中，一个或多个组合物被深度放能至比输送温度更接近旁通温度。该控制系统可以被配置为在给定组合物已经被深度放能之后向定组合物提供供应涓流流体流。

还提供了一种方法，该方法包括：

在储热结构处，接收来自可再生能源的输入电能；

由储热结构使用所接收到的输入电能来加热储热块的一个或多个组合物内的加热元件；

引导到一个或多个组合物的流体流以产生具有输送温度的输出流体流；以及

周期性地对所述一个或多个组合物中的每个组合物进行深度放能以减少温度不均匀性。

该一个或多个组合物可以是N个组合物，并且N个组合物中的每个组合物可以每N个放能周期深度放能一次。

该N个组合物中的每个组合物可以每N个放能周期被深度放能至少一次并且每N个放能周期被部分放能至少一次。该一个或多个组合物可以包括第一组合物和第二组合物，并且该方法还可以包括在连续的放能周期内在以下之间交替：

对所述第一组合物进行深度放能，并对所述第二组合物进行部分放能；以及

对所述第二组合物进行深度放能，并对所述第一组合物进行部分放能。

该部分放能可以包括放能至输出流体流的输送温度。该流体流可以包括来自一个或多个组合物中的每个组合物的流、以及来自入口阀的在放能周期期间旁通一个或多个组合物的旁通流体流，该旁通流体流具有低于输送温度的旁通温度。该一个或多个组合物可以被深度放能至比输送温度更接近旁通温度的放能温度。该一个或多个组合物可以被深度放能至比旁通温度和输送温度之间中途的温度中点更接近旁通温度的放能温度。

该方法还可以包括在给定组合物已经被深度放能之后的放能周期期间使涓流流体流被提供给给定组合物。对给定组合物进行深度放能可以包括放能至比旁通温度高不超过25℃的放能温度。对给定组合物进行深度放能可以包括放能至比旁通温度高不超过50℃的放能温度。对给定组合物进行深度放能可以包括放能至比旁通温度高不超过75℃的放能温度。对给定组合物进行深度放能可以包括放能至比旁通温度高不超过100℃的放能温度。对给定组合物进行深度放能可以包括放能至比旁通温度高不超过150℃的放能温度。对给定组合物进行深度放能可以包括放能至比旁通温度高不超过200℃的放能温度。

还提供了一种热能存储系统，该热能存储系统包括：

存储介质，被配置为存储使用来自能源的输入能量供应而获得的热能；

流体移动设备，被配置为：使流体移动通过存储介质，并将所存储的热能从存储介质放能到流体中；

蒸汽发生器，被配置为：从存储介质接收流体(20)，并将流体与来自水源的水进行热交换以产生蒸汽；以及

控制系统，被配置为：

测量指示所述蒸汽的蒸汽质量的值；以及

基于所述测量值，控制由所述蒸汽发生器接收到的流体的流速。

该热能存储系统允许控制加热流体的温度和流速，并因此控制输送给蒸汽发生器的热量，从而允许使用反馈来精确控制蒸汽质量。

该热能存储系统还可以包括一个或多个仪器，该一个或多个仪器被配置为检测指示蒸汽的蒸汽质量的值，并且其中，控制系统被配置为通过与仪器接口连接来测量值。该一个或多个仪器可以被配置为检测蒸汽发生器的入口处的水的入口流速和蒸汽发生器的出口处的蒸汽的出口流速。该热能存储系统还可以包括蒸汽-液体分离器，该蒸气-液体分离器被配置为将蒸汽分离为液体组分和蒸气组分，并且该一个或多个仪器可以被配置为检测液体组分热量值和蒸气组分热量值。该控制系统可以被配置为测量蒸汽发生器的入口处的水的入口流速和蒸汽发生器的出口处的蒸汽的出口流速。

该热能存储系统还可以包括蒸气-液体分离器，该蒸气-液体分离器被配置为将蒸汽分离为液体组分和蒸气组分，并且其中，该控制系统被配置为测量液体组分热量值和蒸气组分热量值。该系统还可以包括可调流体限制设备，并且该控制系统可以被配置为基于测量值向可调流体限制设备发送控制信号。

该可调流体限制设备包括百叶窗和/或阀。

如果蒸汽质量的测量值指示蒸汽质量的降低，则控制系统可以被配置为增加流体的流速。

该控制系统可以被配置为：

在测量指示蒸汽质量的值之前，接收目标蒸汽参数；

获得所述蒸汽发生器的入口处的入口水温；以及

基于所述目标蒸汽参数和所述入口温度，确定由所述蒸汽发生器接收到的流体的初始流速。由热能存储系统提供的对流速和温度的控制允许基于前馈来控制输出蒸汽参数。

该目标蒸汽参数可以包括目标蒸汽质量和/或目标蒸汽输送速率。

该控制器可以被配置为通过测量入口水温来获得入口水温。

该蒸汽发生器可以包括直流蒸汽发生器。直流蒸汽发生器特别难以控制蒸汽质量，因此使用来自储热设备的流速来控制蒸汽质量是有利的。

该能源可以是间歇性可用源，例如太阳能能源和/或风能能源。

还提供了一种存储并输送热能的方法，该方法包括：

接收来自能源的输入能量；

将使用输入能量而获得的热能存储在存储介质中；

使流体移动通过所述存储介质，以加热所述流体；

向蒸汽发生器输送加热流体，该蒸汽发生器被配置为通过将流体与来自水源的水进行热交换来产生蒸汽；

获得所述蒸汽的蒸汽质量值；以及

基于所述蒸汽质量值，提供反馈信号以调整向所述蒸汽发生器输送所述加热流体的速率。该热能存储系统允许控制加热流体的温度和流速，并因此控制输送给蒸汽发生器的热量，从而允许使用反馈来精确控制蒸汽质量。

获得蒸汽质量值可以包括：

将所述蒸汽分离为液相组分和气相组分；以及

独立监测所述液相组分和所述气相组分的热量。

获得蒸汽质量值可以包括：

测量所述蒸汽发生器的出口处的蒸汽的出口流速；以及

测量所述蒸汽发生器的入口处的水的入口流速。

提供反馈信号可以包括向可控元件提供信号，该可控元件被配置为调整流体通过存储介质的流速，其中，可控元件可以包括百叶窗和/或阀。

在获得蒸汽的蒸汽质量值之前，可以发生以下步骤：

接收所述蒸汽的目标参数；

获得所述蒸汽发生器的入口处的入口水温；以及

基于所述目标蒸汽参数和所述入口温度，确定向所述蒸汽发生器输送所述加热流体的初始速率。由热能存储系统提供的对流速和温度的控制允许基于前馈来控制输出蒸汽参数。

接收目标参数可以包括接收目标蒸汽质量和/或目标蒸汽输送速率。获得入口水温可以包括测量入口水温。该蒸汽发生器可以包括直流蒸汽发生器。直流蒸汽发生器特别难以控制蒸汽质量，因此使用来自储热设备的流速来控制蒸汽质量是有利的。

能源可以是间歇性可用源，例如太阳能能源和/或风能能源。

还提供了一种热能存储系统，该热能存储系统包括：

存储介质，被配置为存储使用来自能源的输入能量供应而获得的热能；

流体移动设备，被配置为：使流体移动通过存储介质，并将所存储的热能从存储介质放能到流体中；

蒸汽发生器，被配置为：从存储介质接收流体，并将流体与来自水源的水进行热交换以产生蒸汽；以及

控制系统，被配置为：

接收目标蒸汽参数，

获得所述蒸汽发生器的入口处的入口水温；以及

基于所述目标蒸汽参数和所述入口温度，确定由所述蒸汽发生器接收到的流体的初始流速。

由热能存储系统提供的对流速和温度的控制允许基于前馈来控制输出蒸汽参数。

所述目标蒸汽参数可以包括目标蒸汽质量和/或目标蒸汽输送速率。该控制器可以被配置为通过测量入口水温来获得入口水温。该控制系统可以被配置为：

测量指示所述蒸汽的蒸汽质量的值；以及

基于所述测量值，控制由所述蒸汽发生器接收到的流体的持续流速。该热能存储系统允许控制加热流体的温度和流速，并因此控制输送给蒸汽发生器的热量，从而允许使用反馈来精确控制蒸汽质量。

该系统还可以包括一个或多个仪器，该一个或多个仪器被配置为检测指示蒸汽的蒸汽质量的值，并且其中，控制系统被配置为通过与仪器接口连接来测量值。该一个或多个仪器可以被配置为检测蒸汽发生器的入口处的水的入口流速和蒸汽发生器的出口处的蒸汽的出口流速。

该热能存储系统还可以包括蒸气-液体分离器，该蒸气-液体分离器被配置为将蒸汽分离为液体组分和蒸气组分，并且其中，该控制系统被配置为测量液体组分热量值和蒸气组分热量值。该系统还可以包括可调流体限制设备，并且其中，该控制系统被配置为基于测量值向可调流体限制设备(例如，包括百叶窗和/或阀)发送控制信号。

该蒸汽发生器可以包括直流蒸汽发生器。直流蒸汽发生器特别难以控制蒸汽质量，因此使用来自储热设备的流速来控制蒸汽质量是有利的。

该能源可以是间歇性可用源，例如太阳能能源和/或风能能源。

还提供了一种存储并输送热能的方法，该方法包括：

接收来自能源的输入能量；

将使用输入能量而获得的热能存储在存储介质中；

使流体移动通过所述存储介质，以加热所述流体；

向蒸汽发生器输送加热流体，该蒸汽发生器被配置为通过将流体与来自水源的水进行热交换来产生蒸汽；

接收所述蒸汽的目标参数；

获得所述蒸汽发生器的入口处的入口水温；以及

基于所述目标蒸汽参数和所述入口温度，确定向所述蒸汽发生器输送所述加热流体的初始速率。

由热能存储系统提供的对流速和温度的控制允许基于前馈来控制输出蒸汽参数。

接收目标参数可以包括接收目标蒸汽质量和/或目标蒸汽输送速率。接收目标参数可以包括接收目标蒸汽输送速率。获得入口水温可以包括测量入口水温。

在确定初始速率之后，可以存在以下步骤：

获得所述蒸汽的蒸汽质量值；以及

基于所述蒸汽质量值，提供反馈信号以调整向所述蒸汽发生器输送所述加热流体的持续速率。该热能存储系统允许控制加热流体的温度和流速，并因此控制输送给蒸汽发生器的热量，从而允许使用反馈来精确控制蒸汽质量。

获得蒸汽质量值可以包括：

将所述蒸汽分离为液相组分和气相组分；以及

独立监测所述液相组分和所述气相组分的热量。

获得蒸汽质量值可以包括：

测量所述蒸汽发生器的出口处的蒸汽的出口流速；以及

测量所述蒸汽发生器的入口处的水的入口流速。

提供反馈信号可以包括向可控元件提供信号，该可控元件被配置为调整流体通过存储介质的流速。可控元件可以包括百叶窗和/或阀。

该蒸汽发生器可以包括直流蒸汽发生器。直流蒸汽发生器特别难以控制蒸汽质量，因此使用来自储热设备的流速来控制蒸汽质量是有利的。

该能源可以是间歇性可用源，例如太阳能能源和/或风能能源。

还提供了一种热能存储系统，该热能存储系统包括：

第一存储介质，被配置为存储使用来自能源的输入能量供应而获得的热能；

第二存储介质，被配置为存储使用输入能量供应而获得的热能；

流体移动设备，被配置为使流体移动通过第一存储介质和第二存储介质，以加热流体并向负载系统提供加热流体；以及

控制系统，被配置为分别控制流体通过第一存储介质和第二存储介质的移动以维持加热流体的指定性质。组合两种储热介质的输出同时分别控制通过它们的流允许维持所输送流体的特定输出性质。

所指定性质可以包括加热流体的温度、和/或加热流体的热能、和/或加热流体的流速。

该热能存储系统还可以包括：

第一可调流体限制设备，被配置为调整流体流通过所述第一存储介质的速率；以及

第二可调流体限制设备，被配置为调整流体流通过所述第二存储介质的速率。

该控制系统可以被配置为分别向第一可调流体限制设备和第二可调流体限制设备发送控制信号。第一可调流体限制设备和第二可调流体限制设备包括百叶窗和/或阀。该负载系统可以包括蒸汽发生器。该蒸汽发生器可以包括直流蒸汽发生器。该负载系统可以包括电解反应器和/或材料活化系统。

该材料活化系统可以包括煅烧炉。

该能源可以是间歇性可用源，例如太阳能能源和/或风能能源。

还提供了一种存储并输送热能的方法，该方法包括

接收来自能源的输入能量；

将使用输入能量而获得的热能存储在第一存储介质和第二存储介质中；

使流体移动通过第一存储介质和第二存储介质，以加热流体；

向负载系统输送加热流体；以及

分别控制通过所述第一存储介质和所述第二存储介质的流体的流速，以维持所述加热流体的指定性质。

组合两种储热介质的输出同时分别控制通过它们的流允许维持所输送流体的特定输出性质。

所指定性质可以包括加热流体的温度、和/或加热流体的热能、和/或加热流体的流速。

分别控制通过第一存储介质和第二存储介质的流体的流速可以包括分别向与第一存储介质和第二存储介质相关联的第一可调流体限制设备和第二可调流体限制没备(例如，百叶窗和/或阀)发送单独的控制信号。

该负载系统可以包括蒸汽发生器，例如直流蒸汽发生器。该负载系统可以包括电解系统和/或材料活化系统(例如，煅烧炉)。

该能源可以是间歇性可用源，例如太阳能能源和/或风能能源。

还提供了一种热能存储系统，该热能存储系统包括：

存储介质，被配置为存储使用来自能源的输入能量而获得的热能；

流体移动设备，被配置为使流体移动通过存储介质以加热流体并向负载系统提供加热流体；以及

控制系统，被配置为：

接收关于所述能源的可用性的预报信息；以及

基于预报信息，改变从能源接收到的输入能量的量。使用关于能源的可用性的预报信息允许该系统调整其接收到的能量，有助于维持一致的操作。

该控制系统可以被配置为与能源控制系统进行通信。

该控制系统可以被配置为：当预报信息指示能源的可用性增加时，向能源控制系统发送请求或指令以减少由能源供应的输入能量的量。该控制系统可以被配置为：当预报信息指示能源的可用性增加时，向能源控制系统发送请求或指令以向可用电网传输过量能量。该控制系统可以被配置为：当预报信息指示能源的可用性增加时，向能源控制系统发送请求或指令以减少能源的生产的一部分。该控制系统可以被配置为：当预报信息指示能源的可用性降低时，连接到可用电网以获得附加输入能量。该控制系统可以被配置为：当预报信息指示能源的可用性降低时，连接到替代能源。该控制系统可以被配置为从能源控制系统接收预报信息。该控制系统可以被配置为从控制系统外部的分析系统接收预报信息。

该能源可以是间歇性可用源，例如太阳能能源和/或风能能源。

还提供了一种存储并输送热能的方法，该方法包括：

接收来自能源的输入能量；

将使用输入能量而获得的热能存储在存储介质中；

使流体移动通过存储介质，以加热流体以输送到负载系统；

接收关于所述能源的可用性的预报信息；以及

基于预报信息，改变从能源接收到的输入能量的量。使用关于能源的可用性的预报信息允许该系统调整其接收到的能量，有助于维持一致的操作。

改变输入能量的量可以包括与能源的控制系统进行通信。与能源的控制系统进行通信可以包括：当预报信息指示能源的可用性增加时，发送请求或指令以减少由能源供应的输入能量的量。与能源的控制系统进行通信可以包括：当预报信息指示能源的可用性增加时，发送请求或指令以向可用电网传输过量能量。与能源的控制系统进行通信可以包括：当预报信息指示能源的可用性增加时，发送请求或指令以减少能源的生产的一部分。改变输入能量的量可以包括：当预报信息指示能源的可用性降低时，连接到可用电网以获得附加输入能量。改变输入能量的量可以包括：当预报信息指示能源的可用性降低时，连接到替代能源。接收预报信息可以包括从能源的控制系统接收信息。接收预报信息可以包括从分析系统接收信息。

该能源可以是间歇性可用源，例如太阳能能源和/或风能能源。

还提供了一种热能存储系统，该热能存储系统包括：

存储介质，被配置为存储使用来自能源的输入能量而获得的热能；

流体移动设备，被配置为使流体移动通过存储介质以加热流体并向负载系统提供加热流体；以及

控制系统，被配置为：

接收关于所述能源的可用性的预报信息；以及

基于所述预报信息，调整所述热能存储系统的运行参数。使用关于能源的可用性的预报信息允许该系统调整运行参数，这有助于维持一致的操作，并在一些情况下提高系统可靠性和组件寿命(例如，当过量能量可用时，使得可以降低加热元件的温度)。

该输入能量可以是电能，并且还包括加热元件，该加热元件被配置为将输入能量的一部分转换为热能的一部分。

该控制系统可以被配置为：当预报信息指示能源的可用性即将降低时，在能源的可用性的周期期间，以增加的电功率水平操作加热元件。储热介质的这种“超级充能”可以允许在较低能源可用性的周期内维持系统的指定输送温度或能量。

该控制系统可以被配置为：当预报信息指示能源的可用性即将增加时，在能源的可用性的周期期间，以降低的电功率水平操作加热元件。当预期功率可用时间比正常情况更长时，该降低的加热器功率水平例如允许维持相同的输出，同时减少加热元件和存储介质上的应力。

该系统还可以包括辅助加热器系统，该辅助加热器系统被配置为加热流体的在存储介质外部的位置处的至少一部分，其中，控制系统被配置为：在能量可用性的周期期间，将过量输入能量引导到辅助加热器系统。

该预报信息可以指示能源的可用性即将增加，并且控制系统被配置为随着由辅助加热器系统提供的热能的增加相应地减少存储在存储介质中的热能的量。当预报中存在充足的能量时，使用辅助加热器使用过量能量来加热流体同时减少存储介质中的热能可以减少存储介质及其加热元件的磨损和断裂。该预报信息可以指示能源的可用性即将降低，并且控制系统被配置为在能量可用性的周期期间维持或增加存储在存储介质中的热能的量。当该预报指示电力将短缺时，使用辅助加热器可以延迟储热设备将需要放能的时间，这可以有助于度过即将到来的电力减少周期。该辅助加热器系统可以包括沿着旁通管线定位的加热器，该旁通管线被配置为将流体的一部分传送到负载系统而不使该部分通过存储介质。该辅助加热器系统可以包括沿着存储介质的出口与负载系统的入口之间的出口管线定位的加热器。该控制系统可以被配置为基于预报信息来调整流体通过存储介质的流速。该控制系统可以被配置为：当预报信息指示能源的可用性即将降低时，降低流体通过存储介质的流速。该控制系统可以被配置为从能源控制系统接收预报信息。该控制系统可以被配置为从控制系统外部的分析系统接收预报信息。该预报信息可以与能源可用和不可用的相对时间段相关，和/或与可从能源得到的能量的相对幅度相关。该能源可以是间歇性可用源，例如太阳能能源和/或风能能源。

还提供了一种存储并输送热能的方法，该方法包括：

接收来自能源的输入能量；

将使用输入能量而获得的热能存储在存储介质中；

使流体移动通过存储介质，以加热流体以输送到负载系统；

接收关于所述能源的可用性的预报信息；以及

基于所述预报信息，调整与使所述流体移动通过所述存储介质相关联的运行参数。使用关于能源的可用性的预报信息允许该系统调整运行参数，这有助于维持一致的操作，并在一些情况下提高系统可靠性和组件寿命(例如，当过量能量可用时，使得可以降低加热元件的温度)。

调整运行参数可以包括：在能源的可用性的周期期间，当预报信息指示能源的可用性即将降低时，以增加的电功率水平操作与存储介质相关联的加热元件。储热介质的这种“超级充能”可以允许在较低能源可用性的周期内维持系统的指定输送温度或能量。

调整运行参数可以包括：在能源的可用性的周期期间，当预报信息指示能源的可用性即将增加时，以降低的电功率水平操作与存储介质相关联的加热元件。当预期功率可用时间比正常情况更长时，该降低的加热器功率水平例如允许维持相同的输出，同时减少加热元件和存储介质上的应力。

调整运行参数可以包括：在能源的可用性的周期期间，将过量能量引导到辅助加热器系统，辅助加热器系统被配置为加热流体的在存储介质外部的位置处的至少一部分。

调整运行参数可以包括：当预报指示能源的可用性即将增加时，随着由辅助加热器系统提供的热能的增加相应地减少存储在存储介质中的热能的量。当预报中存在充足的能量时，使用辅助加热器使用过量能量来加热流体同时减少存储介质中的热能可以减少存储介质及其加热元件的磨损和断裂。

调整运行参数可以包括：当该预报指示能源的可用性即将降低时，在能源的可用性的周期期间维持或增加存储在存储介质中的热能的量。当该预报指示电力将短缺时，使用辅助加热器可以延迟储热设备将需要放能的时间，这可以有助于在即将到来的电力减少期间内维持指定的输出。

该辅助加热器系统可以包括沿着旁通管线定位的加热器，该旁通管线被配置为将流体的一部分传送到负载系统而不使该部分通过存储介质。

该辅助加热器系统可以包括沿着存储介质的出口与负载系统的入口之间的出口管线定位的加热器。

调整运行参数可以包括基于预报信息来调整流体通过存储介质的流速。

调整运行参数可以包括：当预报信息指示能源的可用性即将降低时，降低流体通过存储介质的流速。

接收预报信息可以包括从能源控制系统和/或分析系统接收预报信息。该预报信息可以与能源可用和不可用的相对时间段相关，和/或与可从能源得到的能量的相对幅度相关。

该能源可以是间歇性可用源，例如太阳能能源和/或风能能源。

还提供了一种储热系统，该储热系统包括：

储热介质；

加热元件，被定位以加热储热介质；以及

电力传输系统，包括：

多个发生器电路，被配置为产生多个时变直流(DC)电压；

第一转换器电路，包括多个第一转换器电路，每个第一转换器电路包括：

第一输入电路，被配置为接收时变DC电压之一；以及第一输出电路，与输入电路电流隔离并被配置为产生从由第一输入电路接收到的时变DC电压导出的第一对应DC电压，其中，第一转换器电路被配置为组合第一输出电路的第一对应DC电压以产生发送电压并驱动传输线；以及

第二转换器电路，包括多个第二转换器电路，每个第二转换器电路包括：

第二输入电路，被配置为接收发送电压的一部分；以及第二输出电路，与第二输入电路电流隔离并被配置为产生从由第二输入电路接收到的发送电压的部分导出的第二对应DC电压；以及

公共电力总线，耦合到第二输出电路和加热元件；

其中，所述第二转换器电路被配置为经由所述公共电力总线向所述加热元件输送所述第二输出电路的第二对应DC电压。

由于由发生器电路产生的功率随时间而变化，该系统中的涡流和电阻较低，因此该布置允许采用比常规AC电力传输损耗更低的电力传输方法。该布置还防止电力传输系统从发生器电路中汲取过多电流。

还提供了一种电力传输系统，该电力传输系统包括：

多个发生器电路，被配置为产生多个时变直流(DC)电压；

第一转换器电路，包括多个第一转换器电路，每个第一转换器电路包括：

第一输入电路，被配置为接收时变DC电压之一；以及第一输出电路，与输入电路电流隔离并被配置为产生从由第一输入电路接收到的时变DC电压导出的第一对应DC电压，其中，第一转换器电路被配置为组合第一输出电路的第一对应DC电压以产生发送电压并驱动传输线；以及

第二转换器电路，包括多个第二转换器电路，每个第二转换器电路包括：

第二输入电路，被配置为接收发送电压的一部分；以及第二输出电路，与第二输入电路电流隔离并被配置为产生从由第二输入电路接收到的发送电压的部分导出的第二对应DC电压，其中，第二转换器电路被配置为在公共电力总线上输送第二输出电路的第二对应DC电压；以及

负载，耦合到公共电力总线。

该布置还防止电力传输系统从发生器电路中汲取过多电流。该布置还允许在不使用传统升压变压器的情况下产生较大的传输电压，该传统升压变压器可能产生附加电力传输损耗。该布置还使转换器电路中的任一转换器电路两端的电压保持较小，从而允许采用较小且不太昂贵的组件。

还提供了一种装置，该装置包括：

第一多个转换器电路，每个转换器电路包括：

输入电路，被配置为接收来自可再生能源的直流(DC)输入电压；以及

输出电路，与输入电路电流隔离并被配置为产生从DC输入电压导出的DC输出电压；

其中，所述第一多个转换器电路的输出电路被串联耦合以组合相应的DC输出电压以产生发送电压；以及

储热单元，包括加热元件，该加热元件被配置为接收发送电压以加热储热介质。该布置还防止电力传输系统从发生器电路中汲取过多电流。该布置还允许在不使用传统升压变压器的情况下产生较大的传输电压，该传统升压变压器可能产生附加电力传输损耗。

还提供了一种方法，该方法包括：

由多个转换器电路中的给定转换器电路的输入电路接收来自可再生能源的直流(DC)输入电压；

由与输入电路电流隔离的给定电路的输出电路产生从DC输入电压导出的DC输出电压；

由串联耦合第一多个转换器电路的输出电路组合相应的DC输出电压以产生发送电压；以及

由加热元件使用发送电压来加热储热介质。该布置还防止电力传输系统从发生器电路中汲取过多电流。该布置还允许在不使用传统升压变压器的情况下产生较大的传输电压，该传统升压变压器可能产生附加电力传输损耗。

还提供了一种装置，该装置包括：

多个第一转换器电路，每个第一转换器电路包括：

第一输入电路，被配置为接收来自可再生能源的直流(DC)输入电压；以及

第一输出电路，与第一输入电路电流隔离并被配置为产生从DC输入电压导出的DC输出电压，其中，第一多个转换器电路的输出电路被串联耦合以组合相应的DC输出电压以产生发送电压；

多个第二转换器电路，串联耦合在发送电压两端以产生多个电压部分，其中，每个第二转换器电路包括：

第二输入电路，被配置为接收多个电压部分的对应部分；以及

第二输出电路，与第二输入电路电流隔离并被配置为使用对应部分来产生DC负载电压；以及

储热单元，被配置为使用来自第二多个转换器电路的相应DC负载电压来加热储热介质。该布置还防止电力传输系统从发生器电路中汲取过多电流。该布置还允许在不使用传统升压变压器的情况下产生较大的传输电压，该传统升压变压器可能产生附加电力传输损耗。该布置还使转换器电路中的任一转换器电路两端的电压保持较小，从而允许采用较小且不太昂贵的组件。

还提供了一种装置，该装置包括：

第一多个转换器电路，每个转换器电路包括：

第一输入电路，被配置为接收来自DC电压源的直流(DC)输入电压；以及

第一输出电路，与第一输入电路电流隔离并被配置为基于DC输入电压来产生DC输出电压；以及

其中，第一多个转换器电路被串联耦合，使得DC输出电压被组合以产生发送电压。该布置还防止电力传输系统从发生器电路中汲取过多电流。该布置还允许在不使用传统升压变压器的情况下产生较大的传输电压，该传统升压变压器可能产生附加电力传输损耗。

还提供了一种煅烧系统，该煅烧系统包括：

热能存储(TES)系统，被配置为存储从可再生能源导出的热能，其中，所述TES系统包括：

加热元件，被配置为使用来自所述可再生能源的电来加热存储介质；以及

鼓风机，被配置为通过使非可燃性流体循环通过经加热的存储介质来加热非可燃性流体；

所述煅烧系统还包括煅烧炉，该煅烧炉被配置为通过以下步骤从所述煅烧炉内的碳酸钙的供应中移除二氧化碳：

接收从经加热的非可燃性流体中获得的热能；以及

向所述碳酸钙施加所接收到的热能。

还提供了一种材料活化系统，该材料活化系统包括：

热能存储(TES)系统，被配置为通过以下步骤存储从能源导出的热能：

使用来自所述可再生能源的能量来加热存储介质；以及

使非可燃性流体循环通过经加热的存储介质；以及

材料加热系统，被配置为：

接收从经循环的非可燃性流体导出的热能；以及

向原材料施加所接收到的热能，以生产活性材料。

还提供了一种材料活化方法，该材料活化方法包括：

由材料活化系统的热能存储(TES)系统接收由能源供应的能量；

通过用所接收到的能量加热存储介质，由TES系统将所接收到的能量存储为热能；

通过使非可燃性流体循环通过经加热的存储介质，由所述TES系统向所述材料活化系统的材料加热系统提供所存储的热能；以及

由所述材料加热系统实现材料活化工艺，该材料活化工艺包括向原材料施加所提供的热能以产生活性材料。

还提供了一种材料活化系统，该材料活化系统包括：

非可燃性装置，用于使用来自可变能源的能量来加热存储介质；

用于将来自所述存储介质的热能传输到流体的装置；以及

用于向原材料施加来自所述流体的所传输的热能以生产活性材料的装置。

还提供了一种煅烧系统，该煅烧系统包括：

热能存储(TES)系统，被配置为存储从能源导出的热能，其中，所述TES系统包括：

加热元件，被配置为使用来自所述能源的电来加热存储介质；以及

鼓风机，被配置为通过使非可燃性流体循环通过经加热的存储介质来加热非可燃性流体；

所述煅烧系统还包括煅烧炉，该煅烧炉被配置为通过以下步骤从所述煅烧炉内的碳酸钙的供应中移除二氧化碳：

接收从经加热的非可燃性流体中获得的热能；以及

向所述碳酸钙施加所接收到的热能。

还提供了一种系统，该系统包括：

热能存储(TES)系统，被配置为存储从可再生能源导出的热能，其中，所述TES系统包括：

存储介质，被配置为存储热能；以及

加热元件，被配置为使用来自所述可再生能源的电来加热存储介质；以及

流体移动系统，被配置为使流体移动通过存储介质以将流体加热至指定温度范围内的温度；以及

电解系统，其中，该电解系统包括：

多个固体氧化物电池单元，被配置为在向固体氧化物电池单元提供电势时电解水以产生氢气；以及

跨所述固体氧化物电池单元的扫描路径，其中，所述扫描路径被配置为使来自所述流体移动系统的流体循环以向所述固体氧化物电池单元传输热量。

本发明提供了一种系统，用于使用本文描述的单元来加热流体(例如，热空气)并然后在固体氧化物电解系统中使用加热流体将水转换为氢气的组合。该系统的优点是：用于电解的热量由高效系统提供，并且使用该热量还提高电解反应的效率

还提供了一种方法，该方法包括：

使用加热元件来加热储热介质，该加热元件将来自可再生能源的电转换为热能；

使流体循环通过所述存储介质，以将所述流体加热至指定温度范围内的温度；

使流体循环跨过多个固体氧化物电池单元；

向固体氧化物电池单元提供水；以及

向固体氧化物电池单元提供电势，以电解水并产生氢气。

本发明提供了一种方法，用于使用本文描述的单元来加热流体(例如，热空气)并然后在固体氧化物电解系统中使用加热流体将水转换为氢气。该方法的优点是：用于电解的热量由高效系统提供，并且使用该热量还提高电解反应的效率

还提供了一种系统，该系统包括：

热能存储(TES)系统，被配置为存储从可再生能源导出的热能，其中，所述TES系统包括：

存储介质，被配置为存储热能；以及

加热元件，被配置为使用来自所述可再生能源的电来加热存储介质；以及

流体移动系统，被配置为使流体移动通过存储介质以将流体加热至指定温度范围内的温度；以及

燃料电池单元系统，其中，燃料电池单元系统包括：

多个固体氧化物电池单元，被配置为当氢气被提供给固体氧化物电池单元时产生电和水；以及

跨固体氧化物电池单元的扫描路径，其中，扫描路径被配置为使来自流体移动系统的流体循环以从固体氧化物电池单元移除热量。

本发明提供了一种系统，用于使用本文描述的单元来加热流体(例如，热空气)并然后在固体氧化物燃料电池单元系统中使用加热流体将氢转换为电和水。该系统的优点是：存在较少的热损耗，并且通过使用本文描述的单元从燃料电池单元获取热量而提高了效率。

还描述了一种方法，

包括：

使用加热元件来加热储热介质，该加热元件将来自可再生能源的电转换为热能；

使流体循环通过所述存储介质，以将所述流体加热至指定温度范围内的温度；

使流体循环跨过多个固体氧化物电池单元；

向固体氧化物电池单元提供氢气；以及

从固体氧化物电池单元产生电和水。

本发明提供了一种方法，用于使用本文描述的单元来加热流体(例如，热空气)并然后在固体氧化物燃料电池单元系统中使用加热流体将氢转换为电和水。该方法的优点是：存在较少的热损耗，并且通过使用本文描述的单元从燃料电池单元获取热量而提高了效率。

还提供了一种系统，该系统包括：

热能存储(TES)系统，被配置为存储从可再生能源导出的热能，其中，所述TES系统包括：

存储介质，被配置为存储热能；以及

加热元件，被配置为使用来自所述可再生能源的电来加热存储介质；以及

流体移动系统，被配置为使流体移动通过存储介质以将流体加热至指定温度范围内的温度；以及

多个固体氧化物电池单元，其中，固体氧化物电池单元被配置为：

在向固体氧化物电池单元提供电势时，电解水以产生氢气；以及

当氢气被提供给固体氧化物电池单元时，产生电和水；以及

跨固体氧化物电池单元的扫描路径，其中，扫描路径被配置为使来自流体移动系统的流体循环以在流体和固体氧化物电池单元之间传输热量。

本发明提供了一种系统，其中，固体氧化物电池单元可逆地用于电解或燃料电池单元操作。使用电解或燃料电池单元的该系统的优点在于：可以不断地向电池单元提供电池单元流体，以在运行模式之间切换时将电池单元维持在高温。

还提供了一种热能存储(TES)系统，该TES包括：

存储介质，被配置为存储热能；以及

加热元件，被配置为使用来自可再生能源的电来加热储热介质；以及

流体移动系统，被配置为：使流体移动通过存储介质以将流体加热至指定温度范围内的温度，并且向固体氧化物电解系统提供流体，该固体氧化物电解系统将水转换为氢气。

从本文描述的单元的角度来看，本发明提供了一种提供用于电解的加热流体的系统(如权利要求FAl中所要求保护的)。该系统的优点是：用于电解的热量由高效系统提供，并且使用该热量还提高电解反应的效率

还提供了一种方法，该方法包括：

使用加热元件来加热储热介质，该加热元件将来自可再生能源的电转换为热能；

使流体循环通过存储介质，以将流体加热至指定温度范围内的温度；以及

向固体氧化物电解系统提供流体，该固体氧化物电解系统将水转换为氢气。

从本文描述的单元的角度来看，本发明提供了一种提供用于电解的加热流体的方法(如本文所要求保护的)。该方法的优点是：用于电解的热量由高效系统提供，并且使用该热量还提高电解反应的效率

还提供了一种热能存储(TES)系统，该TES包括：

存储介质，被配置为存储热能；以及

加热元件，被配置为使用来自可再生能源的电来加热储热介质；以及

流体移动系统，被配置为：使流体移动通过存储介质以将流体加热至指定温度范围内的温度，并且向固体氧化物燃料电池单元系统提供流体，该固体氧化物燃料电池单元系统从氢气产生电和水。

从本文描述的单元的角度来看，本发明提供了一种提供用于燃料电池单元的加热流体的系统(如本文所要求保护的)。该系统的优点是：用于电解的热量由高效系统提供，并且使用该热量还提高电解反应的效率。

还提供了一种方法，该方法包括：

使用加热元件来加热储热介质，该加热元件将来自可再生能源的电转换为热能；

使流体循环通过存储介质，以将流体加热至指定温度范围内的温度；以及

向固体氧化物燃料电池单元系统提供流体，该固体氧化物燃料电池单元系统从氢气产生电和水。

从本文描述的单元的角度来看，本发明提供了一种提供用于燃料电池单元的加热流体的方法(如本文所要求保护的)。该方法的优点是：用于电解的热量由高效系统提供，并且使用该热量还提高电解反应的效率

还提供了一种电解系统，该电解系统包括：

多个固体氧化物电池单元，被配置为在向固体氧化物电池单元提供电势时电解水以产生氢气；以及

跨固体氧化物电池单元的扫描路径，其中，扫描路径被配置为使从热能存储系统接收到的流体循环，其中，通过使流体循环通过存储介质来加热流体，存储介质存储通过转换来自可再生能源的输入电能所产生的热能，并且其中，流体被加热至指定温度范围内的温度。

从电解单元的角度来看，本发明提供了一种提供用于电解的加热流体的系统(如本文所要求保护的)。该系统的优点是：用于电解的热量由高效系统提供，并且使用该热量还提高电解反应的效率。

还提供了一种方法，该方法包括：

使流体循环跨过多个固体氧化物电池单元，其中，该流体已经被存储介质加热，该存储介质存储通过转换来自可再生能源的输入电能所产生的热能；

向固体氧化物电池单元提供水；以及

向固体氧化物电池单元提供电势，以电解水并产生氢气。

从电解单元的角度来看，本发明提供了一种提供用于电解的加热流体的方法(如本文所要求保护的)。该方法的优点是：用于电解的热量由高效系统提供，并且使用该热量还提高电解反应的效率

还提供了一种燃料电池单元系统，该燃料电池单元系统包括：

多个固体氧化物电池单元，被配置为从水产生电和氢；以及

跨固体氧化物电池单元的扫描路径，其中，扫描路径被配置为使从热能存储系统接收到的流体循环，其中，通过使流体循环通过存储介质来加热流体，存储介质存储通过转换来自可再生能源的输入电能所产生的热能，并且其中，流体被加热至指定温度范围内的温度。

在从燃料电池单元单元的角度来看，本发明提供了一种涉及提供用于电解的加热流体系统(如本文所要求保护的)。该系统的优点是：存在较少的热损耗，并且通过使用本文描述的单元从燃料电池单元获取热量而提高了效率。

还提供了一种方法，该方法包括：

使流体循环跨过多个固体氧化物电池单元，其中，该流体已经被存储介质加热，该存储介质存储通过转换来自可再生能源的输入电能所产生的热能；

向固体氧化物电池单元提供氢气；以及

从固体氧化物电池单元产生电和水。

在从燃料电池单元单元的角度来看，本发明提供了一种涉及提供用于电解的加热流体的方法(如本文所要求保护的)。该方法的优点是：存在较少的热损耗，并且通过使用本文描述的单元从燃料电池单元获取热量而提高了效率。

还提供了一种装置，该装置包括：

储热组合物，包括多个储热块，其中，储热块中的至少一些储热块包括多个流体流槽，其中，流体流槽中的一些流体流槽被配置为限定通过储热块的流体通路；

多个加热器元件，位于储热组合物内，其中，多个加热器元件中的每个加热器元件被配置为加热储热块中的至少一个储热块；

流体移动系统，被配置为引导流体流通过流体通路以将流体加热至指定温度范围，其中，流体移动设备被配置为向固体氧化物电解系统提供在指定温度范围内的加热流体，该固体氧化物电解系统被配置为从水中提取氢气并输出处于较低温度的加热流体；以及

蒸汽发生器，被配置为接收来自电解系统的较低温度流体，该电解系统将输入给水转换为蒸汽。

从电解槽产生的过量热量足够热以产生蒸汽，并因此可以用于产生蒸汽而不是浪费掉。

还提供了一种装置，该装置包括：

储热组合物，包括多个储热块，其中，储热块中的至少一些储热块包括多个流体流槽，其中，流体流槽中的一些流体流槽被配置为限定通过储热块的流体通路；

多个加热器元件，位于储热组合物内并与辐射腔体中的至少一些辐射腔体相邻，其中，多个加热器元件中的每个加热器元件被配置为加热储热块中的至少一个储热块；

流体移动系统，被配置为引导流体流通过流体通路以将流体加热至指定温度范围；

蒸汽发生器，被配置为接收流体以将输入给水转换为具有第一压力的输入蒸汽；

蒸汽涡轮机，被配置为接收输入蒸汽并提供处于第二压力的输出蒸汽，第二压力小于第一压力；以及

第二流体移动设备，被配置为将输出蒸汽移动到工业工厂以用于工业过程。

除了其他用途之外，蒸汽涡轮机可以使用以第一压力提供的蒸汽来发电。运行蒸汽涡轮机所消耗的能量反映在第一压力和第二压力之间的差值中。来自涡轮机的蒸汽在较低的、第二压力下仍然是有用的，并因此可以用于工业过程。

还提供了一种装置，该装置包括：

储热组合物，包括多个储热块，其中，储热块中的至少一些储热块包括多个流体流槽，其中，流体流槽中的一些流体流槽被配置为限定通过储热块的流体通路；

多个加热器元件，位于储热组合物内并与辐射腔体中的至少一些辐射腔体相邻，其中，多个加热器元件中的每个加热器元件被配置为加热储热块中的至少一个储热块；

流体移动系统，被配置为引导第一流体流通过流体通路以将第一流体加热至指定温度范围；

第一蒸汽发生器，被配置为使用第一流体将输入给水转换为蒸汽；

蒸汽涡轮机，被配置为使用蒸汽来发电；以及

预热器，被配置为使用来自蒸汽涡轮机的废热来预热提供给第二蒸汽发生器的给水。

来自第一蒸汽发生器的过量热量可以重新用于预热另一蒸汽发生器的给水(因此需要更少的热量传输来使用第二蒸汽发生器产生蒸汽)。

还提供了一种装置，该装置包括：

储热组合物，包括多个储热块，其中，储热块中的至少一些储热块包括多个流体流槽，其中，流体流槽中的一些流体流槽被配置为限定通过储热块的流体通路；

多个加热器元件，位于储热组合物内并与辐射腔体中的至少一些辐射腔体相邻，其中，多个加热器元件中的每个加热器元件被配置为加热储热块中的至少一个储热块；

流体移动系统，被配置为引导流体流通过流体通路以将流体加热至指定温度范围；

蒸汽发生器，被配置为接收流体以将输入给水转换为输入蒸汽；

测量单元，被配置为确定从蒸汽发生器输出的蒸汽的所测量的蒸汽质量值；以及

控制器，被配置为使流体移动系统引导流体流，并且还被配置为使用所测量的蒸汽质量作为反馈来调整流体的流速以将所测量的蒸汽质量维持在指定蒸汽质量范围内。

使用由测量单元产生的反馈，该系统高效地形成闭环控制系统，其中，输出是特定蒸汽质量(这是技术人员将容易理解的术语，并且可以表示蒸汽与水蒸气)。

还提供了一种系统，该系统包括：

存储介质，被配置为存储通过转换来自输入能源供应的输入电所产生的热能，该输入能量供应具有间歇性可用性；

流体移动设备，被配置为使流体移动通过存储介质以将流体加热至指定温度，流体包括氧气和氮气，其中，流体移动设备被配置为向固体氧化物电池单元电解系统提供处于指定温度的流体，该固体氧化物电池单元电解系统将水转换为氢气并使流体富含氧气；以及

直流蒸汽发生器，被配置为：使用从电解系统接收到的流体，将输入给水转换为蒸汽。

以这种方式，来自电解工艺的过量热量被有利地重新使用以产生蒸汽而不是被浪费掉。

还提供了一种系统，该系统包括：

存储介质，被配置为存储通过转换来自输入能源供应的输入电所产生的热能，该第一输入能量供应具有间歇性可用性；

第一流体移动设备，被配置为使流体移动通过存储介质以将流体加热至指定温度；

直流蒸汽发生器，被配置为使用流体将输入给水转换为具有第一压力的输入蒸汽；

蒸汽涡轮机，被配置为提供处于第二压力的输出蒸汽，第二压力小于第一压力；以及

第二流体移动设备，被配置为将输出蒸汽移动到工业工厂以用于工业过程。

这提供了对已经被蒸汽涡轮机使用(例如，用于发电)的蒸汽的重新使用。

还提供了一种系统，该系统包括：

第一存储介质，被配置为存储通过转换来自输入能源供应的输入电所产生的热能，该输入能量供应具有间歇性可用性；

流体移动设备，被配置为使流体移动通过存储介质以将流体加热至指定温度；

第一蒸汽发生器，被配置为使用流体将第一输入给水转换为蒸汽；

蒸汽涡轮机，被配置为使用蒸汽来使发电机发电；以及

预热器，被配置为使用来自蒸汽涡轮机的废热来预热提供给第二蒸汽发生器的第二给水。

以这种方式，来自涡轮机的废热被有利地重新用于预热第二蒸汽发生器的给水(因此需要来自其他源的较少热量)。

附图说明

附图被包括以提供对本公开的进一步理解，并且被并入并构成本说明书的一部分。附图示出了本公开的示例实现，并且与描述一起用于说明本公开的原理。

在附图中，相似的组件和/或特征可以具有相同的附图标记。此外，相同类型的各种组件可以通过在附图标记后面加上区分相似组件的第二标签来区分。如果在说明书中仅使用第一附图标记，则该描述适用于具有相同第一附图标记的类似组件中的任何一个，而不管第二附图标记。

图1示出了根据示例实现的热能存储系统架构的示意图；

图2示出了根据示例实现的系统的示意图；

图3示出了根据示例实现的系统的示意图；

图4示出了根据示例实现的储热式直流蒸汽发生器(OTSG)的示意图；

图5示出了根据示例实现的OTSG的导管的示意图；

图6示出了根据示例实现的用作集成热电联产系统的系统的示例图；

图7示出了根据示例实现的热能存储系统的外观图；

图8示出了根据示例实现的热能存储系统的内顶部和存储结构的等距视图；

图9示出了根据示例实现的储热结构的内顶部的俯视图；

图10示出了根据示例实现的位于热能存储系统的下部处的平台的图；

图11示出了根据示例实现的热能存储系统的抗震加固结构的图；

图12示出了根据示例实现的用于热能存储系统的砖的支撑结构的图；

图13示出了根据示例实现的热能存储系统的鼓风机和百叶窗；

图14示出了根据示例实现的动态绝缘；

图15是示出了各种控制系统的实现的框图；

图16是示出了储热控制系统的实现的框图；

图17是示出了外部分析系统的实现的框图；

图18示出了根据示例实现的空气旁通加热器；

图19A至图19D、20A至图20C以及图21示出了根据示例实现的热能存储系统的充能和放能；

图20A至图20C示出了根据示例实现的热能存储系统的充能和放能；

图21进一步示出了根据示例实现的热能存储系统的充能和放能；

图22示出了根据示例实现的在充能和放能状态期间的系统；

图23示出了根据示例实现的热失控的示意图；

图24A以及图24至图29示出了根据示例实现的超前-滞后的示意图；

图30是示出了基于深度放能温度与两个参考温度的相对接近度来定义深度放能温度的框图；

图31是示出了基于深度放能温度与旁通温度的差值来定义深度放能温度的框图；

图32是示出了N个存储阵列(N＝3)中的每个存储阵列在每N个放能周期期间被深度放能一次的示例的表；

图33是示出了N个存储阵列中的每个存储阵列在每N个放能周期期间被深度放能多次并且被部分放能一次的示例的表；

图34(A)至图34(C)示出了根据示例实现的功率分布；

图35(A)至图35(B)示出了根据示例实现的与启动和关闭相关联的流程图；

图36和图37示出了根据一些实现的辐射腔体的结构和热辐射的传播和温度特性、以及对应的流体槽；

图38示出了根据示例实现的砖的图；

图39示出了根据示例实现的砖的图；

图40示出了根据示例实现的砖的图；

图41示出了根据示例实现的互锁砖；

图42示出了根据示例实现的示例耐火堆叠；

图43示出了根据示例实现的砖的堆叠的示例透视图；

图44示出了根据示例实现的砖的堆叠的示例侧视图；

图45示出了根据示例实现布置成行的砖的堆叠的示例上透视图；

图46是示出了储热块的组合物的等距视图的图；

图47是示出了图46的块的分解透视图的图；

图48是示出了根据一些实现的图46的块的自上而下的视图的图；

图49是示出了根据一些实现的一个或多个储热块的自上而下的视图的图；

图50是根据示例实现的图49的块的等距视图；

图51是根据示例实现的图49的块的侧视图；

图52示出了根据示例实现的具有多列的砖的示例堆叠；

图53示出了根据示例实现的热能存储系统中的砖的堆叠和HRSG的侧视图；

图54示出了根据示例实现的包括热能存储系统中的砖的堆叠和HRSG的结构的等距视图；

图55示出了根据示例实现的热能存储系统中的砖堆叠的框架和输出区域的等距视图；

图56示出了根据示例实现的热能存储系统的从下方看的等距视图；

图57示出了根据示例实现的热能存储系统的等距视图；

图58提供了根据一些实现的包括故障保护通风板的另一示例储热单元的等距视图；

图59提供了根据一些实现的其中多个通风口关闭件打开的储热单元的等距视图；

图60提供了根据一些实现的其中多个通风口关闭件关闭并且外部外壳中具有切口的储热单元的等距视图；

图61提供了根据一些实现的主通风口关闭件的更详细的透视图；

图62提供了根据一些实现的用于主通风口关闭件的铰链的更详细的透视图；

图63示出了根据示例实现的砖的组成；

图64示出了根据示例实现的固定螺旋钻和分流器；

图65示出了根据示例实现的具有上述方面的流混合的分流器；

图66(A)至图66(C)示出了根据示例实现的电阻加热元件的各种配置；

图67、图68和图69示出了根据示例实现的电阻加热元件的各种配置；

图70示出了根据示例实现的电阻加热元件的配置；

图71是可再生能源的电力传输系统的实现的框图；

图72是可再生能源的电力传输系统的实现的框图；

图73是用于发送的直流电压的电力接收器系统的实现的框图；

图74是转换器电路的实现的框图；

图75是描绘用于操作DC电力传输系统的方法的实现的流程图；

图76示出了根据示例实现的材料活化系统；

图77示出了根据示例实现的具有热能存储系统的煅烧炉；

图78示出了根据示例实现的具有热能存储系统的煅烧炉；

图79示出了根据示例实现的为具有热能存储系统的煅烧炉供电的集成燃料燃烧和可再生热量和电力系统；

图80示出了根据示例实现的共电解CO

图81示出了材料活化工艺的示意图；

图82示出了根据示例实现的利用热能存储系统的材料活化工艺的各种实现的示意图；

图83示出了根据示例实现的利用热能存储系统的用于包括煅烧步骤在内的拜耳(Bayer)工艺的煅烧炉的各种实现的示意图；

图84提供了根据示例实现的作为燃料电池单元和电解槽的固体氧化物电池单元的图示；

图85示出了根据示例实现的电解模式；

图86示出了根据示例实现的燃料电池单元模式；

图87示出了根据示例实现的用于通过输送热量和电力两者来驱动高温固体氧化物电解槽来为氢气和/或烃燃料的生产供电的示例系统；

图88示出了根据示例实现的可逆固体氧化物电解系统4800；

图89示出了根据示例实现的系统550，该系统550与联合循环发电厂集成以提供用于运行蒸汽发电厂的储热，包括可选的热电联产；

图90示出了根据示例实现的能够输送高压蒸汽和电力的集成热电联产系统；

图91示出了根据示例实现的与热能存储系统集成的工业加工厂；

图92示出了在典型的一天里将可变可再生电能分配给多种用途的过程；

图93示出了根据示例实现的电增强器的图；

图94示出了根据示例实现的与碳捕获相关联的集成热电联产系统；

图95是描绘用于操作热能存储系统的方法的实现的流程图；

图96是描绘用于操作二氧化碳捕获系统的方法的实现的流程图；

图97公开了根据示例实现的具有燃料燃烧加热器9905和储热单元的系统；

图98示出了根据示例实现的过程；

图99示出了根据示例实现的多日可用性的第一预报能量可用性和第二预报能量可用性；

图100示出了根据示例实现的直接空气捕获方法。

具体实施方式

如本文所公开的示例实现的各方面涉及用于各种工业应用的发电的热能存储系统的系统、方法、材料、组成、制品和改进。

I.整个系统

要解决的问题

本公开涉及将VRE作为热能高效地存储在固体存储介质中。

虽然诸如考珀炉的系统将高温能量存储在固体介质中，但这种单元以类似速率进行充能和放能，并且主要通过对流、通过流动传热气体进行加热和冷却。由浮力介导吃水(“堆叠效应”)和诱导流或强制流(即，由可以包括风扇或鼓风机的流体移动系统引起的流动)的任意组合引起的压力差使传热流体移动通过固体介质。诸如这种方法的方法使用对流进行充能和放能，其中，传热流体在存储介质阵列的外部被加热。但将该方法应用于VRE存储不利地需要大表面积，因此成本高，因为这种对流传热系统必须以与VRE充能相关联的比热量输送高得多的速率运行。

储热系统包括各种元件加热器、存储介质、封闭结构和传热子系统，所有这些都可能受到存储系统温度和这种温度的变化率的影响。过高的温度和/或过高的温度变化率可以因各种影响而导致失效。这些影响中的一些包括材料软化、氧化物散裂、金属再结晶、氧化、以及热应力引起的开裂和故障。

储热单元内的温度升高会导致用于热能存储的材料发生热膨胀。这些温度的不均匀性可以导致固体产生应力。这种温度不均匀性可以出现在放能周期(由于冷却存储介质的流动传热流体)和充能周期(由于高传热速率)。通常，一个表面的热通量可以导致固体介质内的不均匀温度；这种温度不均匀性导致热量通过传导流向较冷的区域，其速率由材料的导热率和温度不均匀性的幅度来确定。

温度不均匀性也可以由储热阵列的重复加热和冷却引起，该储热阵列包括加热元件和传热流体流经的通道。这些不均匀性可以在加热和冷却的连续循环中被放大，这继而导致存储系统的局部区域在运行期间变得过热或过冷。该现象被称为“热失控”，并且可以导致储热阵列提前失效。当个别加热元件失效时，温度的不均匀性可能被加剧，导致存储单元的具有失效加热元件的区域未被加热，而存储单元的另一区域继续具有活跃的加热元件和高温。

最后，VRE存储系统必须在严格的标准集下运行。它们应能够在可变能源的可用性的周期期间充满(例如，在太阳能的情况下，在白天期间，如从日出时间开始到日落时间结束的太阳昼夜循环所定义的；应当理解，日出时间和日落时间可以取决于在纬度和经度方面的物理位置、在地形、日期和季节方面的地理因素而变化)。他们需要持续地提供能量，即使他们的输入能源并不总是可预测地可用。这意味着这些系统必须有时能够在比输入能量可用性的周期更长的周期内提供输出能量。VRE存储系统需要能够在这些条件下每天运行数十年。

解决方案的概述

本公开涉及热能存储和利用系统领域，并解决了上述问题。公开了一种热能存储系统，其在充能模式下以热能的形式存储电能，并在放能模式下输送所存储的能量。放能可以与充能同时发生；即，该系统可以在提供对流加热空气流的同时由电能来加热。所放能的能量以热空气、一般热流体、蒸汽、经加热的CO

可选地，可以优化存储单元的元件的加热，以便在充能循环期间存储最大量的热量。备选地，通过包括最小化特定加热器温度下的时间、和/或通过调整峰值放能速率和/或峰值加热元件温度，可以优化元件的加热以最大化加热元件寿命。还有其他备选方案可以平衡这些彼此竞争的利益。下面进一步讨论实现这些优化的具体操作。

示例实现采用高效而又经济的热绝缘。具体来，动态绝缘设计可以单独地使用，或与静态初级热绝缘结合使用。所公开的动态绝缘技术在系统内部提供受控的空气流以限制热能耗散到外部环境，这导致较高的能量存储效率。

系统概述

图1是根据一种实现的包括热能存储系统10的系统1的框图。在所示的实现中，热能存储系统10耦合在输入能源2和下游耗能过程22之间。为了便于参考，系统1的输入侧和输出侧的组件可以被描述为相对于系统10的“上游”和“下游”。

在所描绘的实现中，热能存储系统10耦合到输入能源2，该输入能源2可以包括一个或多个电能源。能源2可以是可再生的，例如光伏(PV)电池或太阳能、风能、地热能等。能源2也可以是另一能源，例如核能、天然气能、煤炭能、生物质能或其他能源。能源2也可以包括可再生能源和其他能源的组合。在该实现中，能源2经由基础设施4提供给热能存储系统10，该基础设施4可以包括一个或多个电导体、换向设备等。在一些实现中，基础设施4可以包括被配置为长距离传输电力的电路；备选地，在输入能源2紧邻热能存储系统10的实现中，基础设施4可以被大幅简化。最终，基础设施4将能量以电的形式输送到热能存储系统10的输入5。

由基础设施4输送的电能通过由控制系统15控制的开关设备、保护装置和有源开关输入到系统10内的储热结构12。储热结构12包括储热设备14，该储热设备14继而包括被配置为存储热能的固体存储介质(例如，13A、13B)的一个或多个组合物(例如，14A、14B)。

这些组合在整个本公开中被不同地称为“堆叠”、“阵列”等。这些术语旨在是通用的，并且不表示空间中的任何特定取向等。通常，阵列可以包括适合于存储热能并且可以以任何给定取向(例如，竖直地、水平地等)定向的任何材料。同样，组合内的固体存储介质可以被不同地称为储热块、砖等。在具有多个阵列的实现中，这些阵列可以彼此热隔离并且是单独可控的，这意味着它们能够彼此独立地充能或放能。这种布置提供了最大的灵活性，允许多个阵列被同时充能、多个阵列在不同时间或以不同速率被充能、一个阵列被放能而另一阵列保持充能状态，等等。

储热设备14被配置为接收电能作为输入。如将在下面更详细说明的，所接收到的电能可以经由电阻加热元件提供给储热设备14，这些电阻加热元件被电能加热并发出热量，主要作为红外光谱和可见光谱中的电磁辐射。在储热设备14的充能模式期间，电能作为热量从电阻加热元件被释放，主要通过由加热元件和由更热的固体存储介质两者发出的辐射来传输，以及被吸收并存储在存储设备14内的固体介质中。当储热设备14内的阵列处于放能模式时，该热量作为输出20从储热设备结构12放能。如将要描述的，输出20可以采用各种形式，包括诸如热空气的流体。(在本公开内提及“空气”和“气体”的使用可以被理解为更一般地指代“流体”。)热空气可以被直接提供给下游能耗过程22(例如，工业应用)，或者它可以通过蒸汽发生器(未示出)以产生用于过程22的蒸汽。关于蒸汽产生的更多细节稍后将在本节中提供，并且关于各种潜在下游过程的更多细节将在第IV节中提供。

此外，热能存储系统10包括控制系统15。在各种实现中，控制系统15被配置为控制储热设备14，包括通过设置运行参数(例如，放能速率)、控制流体流、控制机电或半导体电气开关设备的致动等。控制系统15和储热结构12(并且具体地，储热设备14)之间的接口16在图1中指示。在各种实施例中，控制系统15可以被实现为硬件和软件的组合。下面参考图15至图17提供了关于控制系统15的可能实现的更多细节。

控制系统15还可以与热能存储系统10外部的各种实体接口连接。例如，控制系统15可以经由输入通信接口17B与输入能源2进行通信。例如，接口17B可以允许控制系统15接收与输入能源2处的能量产生条件相关的信息。在输入能源2是光伏电池阵列的实现中，该信息可以包括例如源2的现场的当前天气条件以及任何上游控制系统、传感器等可用的其他信息。接口17B也可以用于向与源2关联的组件或设备发送信息。

类似地，控制系统15可以经由基础设施通信接口17A与基础设施4进行通信。以与上述方式类似的方式，接口17A可以用于向控制系统15提供基础设施信息，例如当前或预报的VRE可用性、电网需求、基础设施状况、维护、紧急信息等。相反，通信接口17A也可以由控制系统15用于向基础设施4内的组件或设备发送信息。例如，该信息可以包括从控制系统15发送的控制信号，该控制信号控制储热结构12中的阀或其他结构在打开位置和关闭位置之间移动或控制电气或电子开关，该电气或电子开关连接到储热设备14中的加热器。控制系统15使用来自通信接口17A的信息来确定控制动作，并且控制动作可以调整开关的闭合或触发以优化当前可用电力的使用，并将基础设施4内的电压和电流维持在选定限度内。

控制系统15也可以使用接口18A和/或18B与下游进行通信。接口18A可以用于将信息传送给任何输出传输结构(例如，蒸汽传输线)，而接口18B可以用于与下游过程22进行通信。例如，通过接口18A和18B提供的信息可以包括温度、工业应用需求、输出或工业应用的当前或未来预期条件等。如下面将更详细说明的，控制系统15可以基于各种信息来控制储热结构的输入、储热和输出。与接口17A和17B一样，通过接口18A和18B的通信可以是双向的——例如，系统10可以向下游过程22指示可用容量。

此外，控制系统15还可以经由附加通信接口19与任何其他相关数据源(由图1中的附图标记21指示)进行通信。附加数据源21广泛地旨在涵盖由上游或下游站点未维护的任何其他数据源。例如，源21可以包括第三方预报信息、存储在云数据系统中的数据等。

如将在下面详细描述的，热能存储系统10被配置为高效地存储从输入能源2产生的热能，并且向下游过程22输送各种形式的输出能量。在各种实现中，输入能源2可以来自可再生能源，并且下游过程22可以是需要诸如蒸汽或热空气的输入的工业应用。通过各种技术，通过包括使用辐射传热来高效存储能量的储热块的阵列和导致可期望的热性质(例如，减少储热设备14内的温度不均匀性)的超前-滞后放能范例，系统10可以有利地提供基于间歇可用源的连续(或接近连续)输出能量流。使用这种系统有可能减少工业应用对化石燃料的依赖。

图2提供了用于存储热能的系统200的一种实现的示意图，并且还示出了刚刚关于图1描述的组件和概念。如图所示，一个或多个能源201提供了输入电能。例如，并且如上所述，可再生资源(例如，来自风力涡轮机201a的风能、来自光伏电池201b的太阳能或其他能源)可以提供可用性或价格可变的电力，因为发电的条件是变化的。例如，在风力涡轮机201a的情况下，风以及其他天气条件的强度、持续时间和变化导致所产生的能量的量随时间而变化。类似地，取决于诸如一天中的时间、由于一年中的时间引起的一天的长度、由于天气条件引起的云层覆盖水平、温度、其他环境条件等因素，由光伏电池201b产生的能量的量也随时间而变化。此外，输入电可以从现有电网201c接收到，该电网201c继而可以基于诸如定价、客户需求、维护和紧急要求的因素而变化。

由源201产生的电被提供给热能存储系统内的热存储结构。在图2中，电进入储热结构的通道由壁203表示。(关于储热结构的更多细节在下面参考图7至图12提供。)输入电能经由由开关(未示出)控制的电阻加热元件207被转换为储热设备205内的热量。加热元件207向固体存储介质209提供热量。如将在第II节中更详细说明的，储热设备205内的储热设备组件(有时被称为“砖”)被布置为形成嵌入式辐射室。图2示出了多个储热阵列209可以存在于系统200内。这些阵列可以彼此热隔离并且可以是单独可控的。图2仅旨在提供如何可以实现储热设备205的概念性表示——例如，一个这种实现可以仅包括两个阵列，或者可以包括六个阵列、或十个阵列或更多。

在所描绘的实现中，鼓风机213将空气或其他流体驱动到储热设备205，使得该空气最终在每个阵列209的下部处被接收。该空气向上流过通道和由每个阵列209中的砖形成的腔室，其具有由百叶窗控制的流动(如图18中的1611所示)。通过从电阻加热元件207释放热能，在充能模式期间，热量以辐射方式传输到砖的阵列209。相对较热的砖表面重新辐射所吸收的能量(其可以被称为辐射“回波”)，并参与加热较冷的表面。在放能模式期间，存储在阵列209中的热量被输出，如215处所示。

一旦该热量已经以诸如热空气的流体形式被输出，该流体就可以被提供用于一个或多个下游应用。例如，热空气可以直接用于被配置为接收热空气的工业过程，如217处所示。此外，热空气可以作为蒸汽219被提供给蒸汽发生器222的热交换器218，从而加热诸如空气、水、CO

图3提供了分布式控制系统300的示意图，其突出显示了可以存在于本公开的教导的特定实现中的某些控制方面。如前所述，系统300的能量输入可以包括VRE源(例如，光伏电池310和/或风力涡轮机320)以及其他源340。可以被称为“智能能量控制器”的控制系统300被配置为与包括热能存储控制系统399(为方便起见，也被称为控制系统399)的系统300内的各种组件交换信息以自动地管理充能、放能、以及以智能方式维护热能存储的操作。

控制系统399可以包括多种传感器/设备，包括与功率调节设备311和开关设备303集成的一个或多个电压传感器和电流传感器、风力传感器301、检测路过云层的天空相机302、和/或太阳辐射传感器303。控制系统399还可以经由网络连接从各种远程数据源(例如，云数据源304)接收数据。因此，控制系统399可以访问许多不同形式的信息，包括例如天气预报和市场条件，例如电的可用性、电的成本、其他能源的存在等。

控制系统399还被配置为经由功率转换和控制设备(诸如303、311、321和341)与输入能源进行通信。这些控制器可以被配置为不仅向控制系统399传递数据，而且还从控制系统399接收命令。在一些情况下，控制系统399可以被配置为在一些情况下通过与这些控制器进行通信来在输入电源之间切换。因此，在一种实现中，控制系统399可以分析许多不同的外部数据源以确定应利用若干个可用输入能源中的哪一个，然后与诸如311和321的控制器进行通信以选择输入源。以类似的方式，控制系统399也可以与下游设备或系统(例如，蒸汽发生器334、热空气输出335和工业应用336)进行通信。控制系统399可以使用来自这种输入传感器的信息来确定诸如选择性地激活开关303-1至303-N、控制阵列330内的加热器的动作。这种控制动作可以包括开关303-1至303-N的快速序列激活模式，以响应于变化的可用功率而呈现变化的总电阻负载，以便管理控制器311、321和341处的电压和电流水平在预定范围内。

控制系统399也可以使用储热结构本身内的信息。例如，各种传感器和通信设备可以位于砖、阵列、存储单元和储热结构内的其他位置(如由303-1至303-N表示的电气开关，包括半导体开关)内。该信息可以包括充能状态、温度、阀位置和许多其他运行参数，并且这些开关可以例如基于从控制系统399接收到的信号来控制储热系统330的操作。这种控制动作可以包括激活开关303-1至303-N以便管理阵列内的温度和充能状态在预定范围内。

控制系统399可以与诸如303的设备进行通信以基于所接收到的数据来执行操作，该数据可以在储热结构的内部和/或外部。例如，控制系统399可以向加热元件控制器、电源单元、排气鼓风机泵和其他组件提供命令，以执行诸如充能和放能的操作。控制系统399可以具体地从储热系统330接收数据，包括从诸如350的子部分和诸如305-1至305-N的单独砖或加热元件接收数据。

从储热结构内部和外部的多个位置接收数据的能力允许系统300能够以灵活且高效的方式运行，考虑到尝试从可变源提供连续的输出能量供应而产生的挑战，这是有利的。

储热结构(例如，图1至图3所描绘的储热结构)还可以包括被配置为产生用于下游应用的蒸汽的输出设备。例如，图4描绘了包括储热式直流蒸汽发生器(OTSG)的储热结构400的实现的框图。OTSG是一种热回收流发生器(HRSG)，它是一种热交换器，该热交换器可以从存储单元接收热空气，返回较冷的空气，并加热外部过程流体。所描绘的OTSG被配置为使用存储在结构400中的热能在输出411处产生蒸汽。

如已经描述的，储热结构400包括外部结构401(例如壁、顶部)以及该结构的第一部分中的储热设备403。OTSG位于该结构的第二部分中，该第二部分通过热障425与第一部分分离。在充能模式期间，热能存储在储热设备403中。在放能模式期间，存储在储热设备403中的热能通过鼓风机405接收流体流(例如，空气)。这些流体流可以从经由入口阀419进入结构400的流体来产生，并且包括第一流体流412A(其可以被引导到储热设备403内的第一堆叠)和第二流体流412B(其可以被引导到储热设备403内的第二堆叠)。

当由鼓风机405引导的空气或其他流体从下部流经储热设备403到达上部时，它被加热并最终在储热设备403的上部处被输出。有时可能与未通过储热设备402的旁通流体流412C混合的加热空气经过导管409，水或由水泵407泵送的另-流体流过该导管409。在一种实现中，导管形成具有多个匝的长路径，如下面结合图5进一步所讨论的。当热空气加热导管中的水时，在411处产生蒸汽。已经通过导管的冷却空气(并将热量传输给流过它的水)然后通过鼓风机405被送回砖储热设备403。如下所述，控制系统可以被配置为控制蒸汽的属性，包括蒸汽质量、或气相蒸气含量、以及流速。

如图4所示，OTSG不包括循环滚筒锅炉。由OTSG产生的蒸汽的性质通常比更传统的具有滚筒或储罐的HRSG产生的蒸汽的性质更难控制。这种HRSG中的滚筒充当相分离器，用于在再循环水的一个或多个加热管中产生的蒸汽；水聚集在储罐底部，而蒸汽上升到顶部。饱和蒸汽(具有100％的蒸汽质量)可以从滚筒顶部聚集，并且可以通过附加加热管结构以使其过热并进一步确保高蒸汽质量。滚筒型HRSG广泛用于发电厂和其他应用，在这些应用中，循环通过蒸汽发生器的水被高度净化并在封闭系统中保持清洁。然而，对于水具有大量矿物质的应用，滚筒和管子中会形成矿物质沉积物，并且往往堵塞该系统，从而使再循环滚筒设计不可行。

对于使用具有较高矿物质含量的水的应用，OTSG可能是更好的选项。一种这种应用是石油开采，其中，蒸汽发生器的给水可能从由井产生的水/油混合物中回收。即使在过滤和软化之后，这种水也可能具有约10000ppm或更高量级的浓缩固体浓度。OTSG中缺少再循环使得能够以减少矿物质沉积形成的模式运行；然而，OTSG需要在一些实现中小心地运行以避免OTSG水管中的矿物质沉积。例如，可能需要在蒸汽行进通过OTSG导管时使一部分水滴存在于蒸汽中以通过将矿物质保留在水滴中的溶液中来防止矿物质沉积。该考虑表明导管内的蒸汽的蒸汽质量(蒸气含量)必须维持在指定水平以下。另一方面，OTSG的输出处的高蒸汽质量对于采用蒸汽的过程可能很重要。因此，对于通过TES由VRE供电的蒸汽发生器，维持对出口蒸汽质量的严格容限是有利的。诸如输入水温、输入水流速和热量输入的变量之间存在敏感的相互作用，必须对其进行管理以实现输出蒸汽的指定蒸汽质量，同时避免对OTSG的损坏。

本文所公开的热能存储系统的实现向OTSG提供受控和指定的热源。从热能存储系统得到的受控温度和流速允许对OTSG输出的蒸汽质量进行高效的前馈和反馈控制。在一种实现中，前馈控制包括：使用目标蒸汽输送速率和蒸汽质量值，连同在OTSG的水导管的输入处测量的水温，以确定热能存储系统所需的热量输送速率，以实现目标值。在该实现中，控制系统可以提供控制信号以命令储热结构以所确定的速率输送流动气体跨过OTSG。在一种实现中，与OTSG集成的热能存储系统包括用于测量输入到OTSG的水的温度的仪器。

在一种实现中，反馈控制包括：测量在OTSG的出口处产生的蒸汽的蒸汽质量值，并且控制器使用该值来调整系统的运行以将蒸汽质量返回到期望值。获得出口蒸汽质量值可以包括：将蒸汽分离为其液相和气相，并独立地监测这些相的热量以确定气相含量。备选地，获得出口蒸汽质量值可以包括：测量出口蒸汽流的压力和速度以及入口水流的压力和速度，并且使用这些值之间的关系来计算蒸汽质量的约值。基于蒸汽质量值，可以调整由储热设备输送到OTSG的出口流体的流速以实现或维持目标蒸汽质量。在一种实现中，通过向储热系统的可控元件提供反馈信号来调整出口流体的流速。可控元件可以是用于使流体移动通过存储介质的元件，例如鼓风机或其他流体移动设备、百叶窗或阀。

出口的实时获取的蒸汽质量测量值可以用作控制系统的反馈，以确定到OTSG的热量输送的期望速率。为实现这一点，与OTSG集成的热能存储系统的实现可以包括：用于测量入口水速和出口蒸汽流速的仪器；以及可选地，分离器以及用于提供液体和蒸气热量值的单独测量的仪器。在一些实现中，OTSG中的管路被布置为使得：最靠近入水口的管路被位于空气流的最低温度部分中，并且最靠近蒸汽出口的管路被位于空气流的最高温度部分中。在本创新的一些实现中，OTSG可以替代地被配置为使得：最高蒸汽质量的管子(最接近蒸汽出口)被位于通过管路布置的中途的某个点处，以使得从TSU到OTSG的入口流体的温度更高，同时减轻管子内的结垢和管子的过热，同时维持适当的蒸汽质量。在一些实现中，由如本文所公开的热能存储系统产生的加热流体的指定流参数可以允许将传热精确地建模为沿着导管的位置的函数。这种建模可以允许导管几何形状的特定设计以实现沿着导管的指定蒸汽质量分布。

图5示出了OTSG 490的管道的截面。提供了连续的蛇形管道495，其具有多个弯头并且在每个管道行的端部处回转。如图所示，管道495内的流动通过OTSG并转向，横向跨过一行，然后一次向上移动一行。管道495在入口附近具有较小的直径，并且在越靠近出口的部分中具有越来越大的直径。直径的增加是为了使体积较小、粘度较高的冷却器入口流体具有足够的线性流速，以实现高效传热，并补偿蒸汽的膨胀，而不在后面管路部分中产生过大的流速。在一种实现中，直径以离散方式进行改变，而在另一种实现中，管道的直径可以从输入处的较小直径逐渐变细到输出处的较大直径，或者这两种设计的某种组合，例如较小直径的锥形部分耦合到管道495的较大的、固定直径的部分。可以在蛇形管路的入口和出口处提供可打开的端口，以使得能够高效地引入、通过和移除清洁工具或“清管器”，这些清洁工具或“清管器”被定期驱动通过管道以移除任何内部沉积物。对于这种清洁或“清管”来说，被清管的管路部分具有约恒定的内径是有益的。因此，可打开的端口可以被位于管路直径改变的点处，以便能够在清管操作期间高效地引入和移除大小适合于每个管路直径部分的清管器。

如图6所示，热能存储系统的输出可以用于集成的热电联产系统500。如前所述，能源501提供电能，该电能被存储为热量并被存储在TSU的储热设备503中。在放能期间，在505处输出加热空气。如图6所示，包含流体(在这种情况下为水)的管线经由管路522的预热部分被泵入到HRSG 509的滚筒506中。在该实现中，HRSG 509是再循环滚筒型蒸汽发生器，包括滚筒或锅炉506和再循环蒸发器部分508。输出蒸汽通过管线507到达过热器线圈，然后在515处被提供给涡轮机，该涡轮机在517处发电。作为输出，其余蒸汽521可以被排出以用作过程的热源，或者在519处被冷凝，并且可选地通过脱气单元513并输送给泵511以便执行后续的蒸汽产生。

某些工业应用可能特别好地适合于热电联产。例如，一些应用在第一系统中使用较高温度的热量，例如在涡轮机的情况下将热量转换为机械运动，并且第一系统以级联方式对较低温度的热量进行放能以用于第二目的；或可以采用反向温度级联。一个示例涉及蒸汽发生器，该蒸汽发生器产生：高压蒸汽，用于驱动蒸汽涡轮机，该蒸汽涡轮机从该蒸汽中提取能量；以及低压蒸汽，在诸如乙醇精炼的过程中用于驱动蒸馏；以及电力，用于运行泵。另一示例涉及热能存储系统，其中，热气体被输出到涡轮机，并且涡轮机出口气体的热量用于预热到锅炉的入口水，以在另一蒸汽发生器中处理热量(例如，用于油田工业应用)。在一种应用中，热电联产涉及使用例如处于840℃的热气体为氢电解供电或共同供电，并且氢电解槽的较低温度输出气体(其可能处于约640℃)单独地或与来自TSU的较高温度热量组合输送到蒸汽发生器或涡轮机以用于第二目的。在另一应用中，热电联产涉及供应处于第一温度(例如，640℃)的加热气体，以使燃料电池单元能够运行，并且来自燃料电池单元的废热(其可能高于800℃)单独地或与从TSU供应的其他热量结合被输送到蒸汽发生器或涡轮机以用于第二目的。

热电联产系统可以包括热交换装置，该热交换装置接收储热单元的放能输出并产生蒸汽。备选地，该系统可以通过将来自该系统的高温空气循环通过携带流体(例如，水或CO

HRSG可以物理地包含在储热结构内，或者可以封装在单独结构中，该单独结构具有将空气传送到HRSG和从HRSG传送空气的导管。HRSG可以包括至少部分地设置在外壳的第二部分内的导管。在一种实现中，该导管可以由导热材料制成并且被布置为使得流体在一系列管子中以“直流”配置流动，作为低温流体进入并且作为高温流体流出，可能被部分地蒸发，两相流。如上所述，例如在处理具有大量溶解的矿物质污染物的给水以防止导管内的积聚和沉淀时，直流流是有益的。

在OTSG实现中，导管的第一端可以流体耦合到水源。该系统可以提供流体从水源流入导管的第一端，并且使所接收到的流体或蒸汽能够从导管的第二端流出。该系统可以包括一个或多个泵，该一个或多个泵被配置为促进流体通过导管流入和流出。该系统可以包括一组阀，该一组阀被配置为促进蒸汽从导管的第二端受控地流出到第二位置，以用于一个或多个工业应用或发电。如图6所示，HRSG也可以被组织为具有节热器和可选的过热器的再循环滚筒型锅炉，用于输送饱和或过热蒸汽。

蒸汽发生器的输出可以用于一种或多种工业用途。例如，可以将蒸汽提供给涡轮发电机，该涡轮发电机输出电以用作本地零售电力。控制系统可以接收与本地电力需求相关联的信息，并确定提供给涡轮机的蒸汽的量，使得可以满足本地电力需求。

在一些实现中，从由VRE供电的储热单元以及由化石燃料供电的传统熔炉或锅炉“混合”或联合地供应蒸汽或过程热量是有益的。图97公开了系统9900，其中，燃料燃烧加热器9905(熔炉、锅炉或HRSG)向用途9909(例如，涡轮机、油田、工厂)供应第一热气体流或第一蒸汽流形式的热量，并且由VRE或间歇性电网供电的储热单元9901向该用途提供第二热气体流或第二蒸汽流形式的热量。这两个源——燃料供电(9905)和VRE供电(9907)——可以流体连接到要加热的空气、CO

控制器9903可以控制或部分地控制燃料燃烧加热器9905和VRE存储加热器9901的操作，控制器的输入包括从天气预报9910、电的定价和可用性9911、燃料的定价和可用性9911、TSU 9915的充能状态、设备的就绪和状态9913、以及所连接负载的当前和规划能量需求9914导出的信息。控制器可以调度并控制TSU充能、燃料燃烧和TSU输出的操作，以满足在最低可能CO

除了发电之外，储热结构的输出还可以用于如下所述的工业应用。这些应用中的一些可以包括但不限于电解槽、燃料电池单元、气体产生单元(例如，氢、碳捕获)、材料(例如，水泥)的制造、煅烧应用等。下面进一步提供这些工业应用的更多细节。

储热结构

图7示出了储热结构701的一种实现的等距视图700，该储热结构701是图1所描绘的储热结构12的实现。更具体地，结构701包括顶部703、侧壁705和地基707。如709处所示，提供了鼓风机，其可以吸入和排出空气用于温度调节和安全。在711处，示出了壳体，该壳体可以容纳鼓风机、蒸汽产生单元、和/或与结构701的输入或输出相关联的其他设备。

此外，开关设备或其他电气和电子设备可以安装在储热结构701处。这由于动态绝缘而成为可能，动态绝缘减少了输送到结构701外表面的热量，这继而允许具有有限温度操作范围的设备位于那里。这种设备可以包括传感器、电信设备、控制器、或操作结构701所需的其他设备。

图8示出了储热结构801的透视图800。如上所示，示出了附近气室803和侧壁805。顶部的内部包括绝缘层807。在809处，壳体可以包含如上所述的排出设备或鼓风机。如811处所示，结构801的堆叠与侧壁805的外表面之间的通道可以作为竖直开槽的腔室来提供。然而，这种竖直槽是可选的，并且可以使用其他配置，包括没有槽且形成腔室的配置。如上所述，例如，冷空气由鼓风机提供给砖和绝缘层807之间的间隙，并随后沿着结构801的壁向下流到附近气室803(在这里，冷空气例如当它在砖堆叠和绝缘层807之间通过时被来自砖堆叠的热量变暖)，并流出到蒸汽发生器813。有所变暖的空气从下方流过砖堆叠中的空气流路径。此外，元件809还可以包括鼓风机。最后，该系统可以是开环配置，而不是闭环配置。这意味着例如可以使用吸入环境空气而不是来自工业应用的再循环空气。

图9示出了根据示例实现的储热结构901的内顶部的俯视图900。如上所述，绝缘层903围绕热砖，并在砖堆叠的输出和储热结构901的外部结构之间提供热障。可以由鼓风机(例如，空气交换设备905中的鼓风机)驱动的传入空气流过侧壁到达地基911的基底处的气室。还示出了如上所述的开槽部分907和蒸汽发生器909。如在本公开中所使用的，“冷”空气是指当TSU被充能时比排放空气更冷的空气，尽管它实际上可能相当暖和，例如，在从过程返回的空气的情况下，约200℃或更高，或者在从储热单元周围环境提供的空气的情况下，它可以是更冷的、环境温度的腔室外空气；或处于这些范围之间的某个温度，具体取决于“冷”空气的源。

图10示出了砖堆叠下方的底部1000。一旦流体到达上面关于图9描述的储热结构的底部，它就从边缘1003纵向通过通道流到砖堆叠下方的区域1001。该流体(当该堆叠被充能时，该流体的温度显著低于该堆叠的顶部的温度)可以冷却地基和外部，并在该堆叠与包括地基在内的周围结构之间提供绝缘层，从而减少热损耗并允许使用廉价的、普通的绝缘材料。这可以防止对周围结构和地基造成热损坏。

图11示出了储热结构的等距视图1100。如图所示，抗震加固结构1101设置在整个结构的外表面外部。可以容纳如上所述的空气交换设备或其他设备的结构1103形成在抗震加固结构1101的顶部上。如1105所示，在砖堆叠上方形成绝缘层，留有空气间隙用于冷空气的动态绝缘。还包括侧壁1107、地基1109、开槽部分1113和蒸汽发生器1111。

此外，一个或多个基底隔离器1115(其可以包括可分别充当弹簧和能量吸收器的弹性和/或塑性变形材料)可以设置在地基下方，这减少在地震事件期间经受的峰值力。在一些实现中，基底隔离器可以降低地震中的峰值力，使得来自地震的力的10％或更少被传递到基底隔离器上方的结构。上述百分比可以随着地面和基底隔离器之间的相对运动而变化。仅作为示例，热能存储结构可以包括地面和板之间的45cm至60cm的空间，以将传递到堆叠的g力减少90％。通过提供抗震加固结构1101，储热结构可以在地震多发地区中更安全地运行。

图12示出了根据示例实现的用于储热结构中的砖的支撑结构的等距视图1200。被示出为彼此附接的梁的地基1201形成砖堆叠可以位于其上的基底。结构1203a、1203b形成砖的支撑件。支撑梁1205和可以直接与砖接口连接的竖直支撑件1207提供附加支撑。

图13示出了可以与储热结构相关联的附加结构的图1300。例如，鼓风机1301接收空气并将其吹入该结构中。如上所述，在一些情况下，该空气可以是已经通过蒸汽发生器的冷却空气。在1303处，示出了百叶窗，其可以控制入口空气流入储热元件。这种百叶窗可以被定位为选择性地调整通过TSU的区域的空气流，从而调整高温空气的排放，同时被位于低温空气流中。这种百叶窗可以包含故障保护控制，该故障保护控制在控制系统、致动器或电源的供应发生故障时，通过致动装置将百叶窗设置到预定位置，该致动装置可以包括弹簧、重物、压缩空气、随温度而改变尺寸的材料、和/或其他装置。

动态绝缘

对于储热结构，经由高效绝缘最小化其总能量损耗并最小化其绝缘成本通常是有益的。一些绝缘材料比其他材料能承受更高的温度。耐高温材料往往更昂贵。

图14提供了动态绝缘的实现的示意性截面图1400。注意，虽然图14的以下讨论提供了对动态绝缘技术和被动冷却的介绍，但下面参考图57至图62提供了更详细的示例。

外容器包括顶部1401、壁1403、1407和地基1409。在外容器内，绝缘层1411设置在外容器与堆叠1413中的砖柱之间，这些列被表示为1413a、1413b、1413c、1413d和1413e。从砖柱1413a、1413b、1413c、1413d和1413e的上部排放的加热流体通过输出1415排出，该输出1415连接到导管1417。导管1417向蒸汽发生器1419提供加热流体作为输入。一旦加热流体已经通过蒸汽发生器1419，其热量中的一些被传输到蒸汽发生器中的水并且流体流比离开蒸汽发生器时更冷。较冷的再循环流体离开蒸汽发生器1419的底部1421。鼓风机1423接收较冷的流体，并提供较冷的流体，经由限定在壁1403和与堆叠1413相邻定位的绝缘层1427之间的通道1425，通过限定在绝缘层1411和顶部1401之间的上空气通道1429，向下通过限定在堆叠1413和绝缘层1411的一侧或多侧上的侧通道1431，然后向下到达堆叠1413正下方的通道1433。

通道1425、1429、1431和1433中的空气充当(a)围绕堆叠1413的绝缘层1411和1427与(b)顶部1401、壁1403、1407和地基1409之间的绝缘层。因此，防止来自堆叠1413的热量使顶部1401、壁1403、1407和地基1409过热。同时，流过这些通道1425、1429、1431和1433的空气通过对流携带可贯穿绝缘层1411和/或1417的热量进入堆叠1413的空气流通道1435，从而预热该空气，该空气然后由通过空气流通道1435的通道进行加热。

图14中示意性地示了砖柱1413a、1413b、1413c、1413d和1413e以及空气通道1435。本文描述的实施例中的堆叠和通过这些堆叠的空气流通道的物理结构更复杂，从而导致如下所述的优点。

在一些实现中，为了减少或最小化总能量损耗，绝缘层1411是围绕壳体内的柱1413a、1413b、1413c、1413d和1413e的高温初级绝缘层。也可以提供较低成本的绝缘外层。初级绝缘材料可以由选自耐火块、氧化铝纤维、陶瓷纤维和玻璃纤维的任意组合的绝缘材料或本领域普通技术人员可能显而易见的任何其他材料制成。考虑到存储介质和环境之间的高温差，实现低损耗所需的绝缘层的量可能很大。为了减少能量损耗和绝缘成本，导管被布置为在流进存储核心用于再加热之前沿着初级绝缘层的外部引导来自HRSG的返回的、较冷的流体。

包括通道1425、1429、1431和1433的较冷气室与外部环境绝缘，但较冷气室与外部环境之间的总温差减小，这继而减少了热损耗。如上所述，被称为“动态绝缘”的该技术使用较冷的返回流体来回收通过初级绝缘层的热量，在较冷的空气流入存储单元的堆叠之前对其进行预热。该方法还用于维持储热结构的地基和支撑件内的设计温度。对现有设计中的地基冷却(例如，对熔盐)的要求涉及昂贵的专用鼓风机和发电机——由根据本教导的实现避免的要求。

存储单元下方的构建材料和地面可能无法承受高温，并且在本系统中，主动冷却——在电力故障的情况下由独立的流动热交换流体辅助——可以将温度维持在设计限制内。

该流体的从HRSG返回的部分可以被引导通过导管(例如，位于支撑件和地基元件内的元件1421)，冷却它们并且将所捕获的热量作为预热流体输送回存储单元堆叠的输入。可以通过将砖1413a、1413b、1413c、1413d和1413e布置在壳体内来提供动态绝缘，使得砖1413a、1413b、1413c、1413d和1413e不与壳体的外表面1401、1403、1407接触，并因此通过由冷流体层形成的初级绝缘层与壳体热隔离。通过使用由热绝缘材料制成的平台，砖1413a、1413b、1413c、1413d和1413e可以位于从壳体的底部升高的高度处。

在单元操作期间，流体吹送单元1423将受控的相对较冷的流体流提供给在壳体和初级绝缘层之间的区域(包括通道1425、1429、1431和1433)(其可以位于一个或多个储热组合物的内壳的内部或外部)，以在壳体和块之间创建动态热绝缘，这限制由加热元件产生和/或由砖存储的热能耗散到外部环境或壳体中，并预热该流体。因此，由该系统的流体吹送单元控制的冷流体流可以促进热能从砖到导管的受控传输，并且还促进动态热绝缘，从而使该系统高效且经济。

在另一示例实现中，流体的浮力可以使冷流体能够在壳体和初级绝缘层1411之间的砖周围独立地流动，使得即使在电力或机械发生故障的情况下当流体吹送单元1423无法运行时，冷流体也可以被动地提供动态绝缘，从而将系统的温度维持在预定安全范围内，以实现本质安全。在这种停电或单元故障期间，通风口、端口或百叶窗(未示出)的打开可以建立被动的浮力驱动流以维持这种流，包括用于支撑件的冷却和地基冷却，而无需有源设备。下面结合图58至图62更详细地描述这些特征。

在上述流体流中，该流体流到该单元的上部，沿着壁向下并进入堆叠的入口，这取决于总表面积与体积比，该总表面积与体积比继而取决于总单元大小，动态绝缘的流路径可能被改变。例如，在与该体积相比具有更大表面积的较小单元的情况下，相对于该面积流过堆叠的流体的量可以利用包括一系列蛇形通道的流动模式，使得该流体在外部流动，沿着壁向下移动，沿着壁向上移动，并在流入入口之前再次沿着壁向下移动。也可以使用其他通道化模式。

此外，可以维持绝缘层中的返回流体流与堆叠中的流体之间的压力差，使得动态绝缘层具有比堆叠本身中的压力显著更高的压力。因此，如果堆叠和绝缘层之间存在泄漏，则处于较高电压力的返回流体可能被迫进入该泄漏或裂缝，而不是堆叠内的流体泄漏到动态绝缘层中。因此，在堆叠中发生泄漏的情况下，该堆叠的非常热的流体可能不会逸出该单元的外部，而是该返回流体可以推入堆叠中，直到堆叠中的动态绝缘层之间的压力达到平衡为止。压力传感器可以位于鼓风机的任一侧，该压力传感器提供相对和绝对压力信息。通过这种配置，可以检测到系统内的压降，这可以用来定位泄漏。

将高温显热存储在岩石和熔盐中的早期系统需要冷却地基的持续有源装置，并且在一些实现中需要加热系统元件的持续有源装置以防止对存储系统的损坏；因此，需要持续的有源电力和备用电力供应系统。如本文描述的系统不需要外部能量供应来维持单元的安全。相反，如下所述，本公开提供了一种储热结构，该储热结构提供热诱导流，该热诱导流在设备、电力或水发生故障时被动地冷却关键元件。这也减少了对储热结构内部的风扇或其他冷却元件的需求。

控制系统

本文描述的储热单元的操作可以基于诸如组件(加热器、砖、结构、电子设备、风扇等)的寿命、输出热量的所需温度和持续时间、能源的可用性、以及成本等因素来优化。在一些情况下，暴露在高温下的组件受到限制，使用动态绝缘来降低地基、壁等的温度。

控制系统可以使用来自计算机模型、天气预测和传感器的反馈(例如，温度和空气流)来优化长期性能。具体地，加热和冷却速率以及峰值温度下的持续时间可能对加热元件、砖和其他组件的寿命产生不利影响。例如，由于组件的物理性质和空气流模式可以随着时间的推移而改变，因此可以使用反馈来向人工智能(AI)系统告知继续提供多年的高性能。这种不断变化的物理性质和反映这种变化的数据的示例可以包括加热器元件的电阻变化、加热器故障、空气流行为的变化、以及由于裂缝或其他损坏而导致的砖中的传热变化。

一种减少暴露于峰值温度的操作模式可以使用来自模型、天气预测、传感器和一年中的时间以及位置信息的数据来智能地调整放能速率和程度。例如，在夏天的光伏(PV)生产高峰日期间，白天相对较长，而黑暗时间相对较短。如果天气预测预计连续多个晴天，则储热装置无需充能至高电量，以便使存储在黑夜时间满足客户的需求。在这种示例情况下，降低充能程度和峰值温度会降低了系统上的应力，从而延长使用寿命。

本公开的示例实现可以包括如上面关于图3所描述的智能储能控制器系统300。系统300监测并接收与局部参数(例如，风、太阳辐射和路过云层)相关联的信息。系统300还可以被配置为接收网络提供的每小时和多日天气预报、VRE和/或其他可用能源的预报和当前可用性和成本、负载的预报和当前能源需求中的任何一项或多项。这包括关于工业过程要求、当前和预报的能量价格、合同或监管要求的信息，以维持参与容量或资源充足交易和市场的最低充能状态。系统300还包括存储介质的子部分的充能状态和温度。

图15是示出了可以位于整个系统300中的各种控制系统的一种实现的框图。如图所示，系统1500包括被配置为控制分布式控制系统300的不同部分的若干个组成控制系统。这些控制系统包括储热控制系统1502、应用控制系统1504、电源控制系统1506和外部分析系统1508。系统1500中的组成控制系统使用诸如1501、1503和1505的通信链路来互连。链路1501、1503和1505可以是有线的、无线的或其组合。用于热能存储和分配的控制系统的其他实现可以包括组成控制系统的不同组合和类型。

储热控制系统1502被配置为控制热能存储系统(例如，本文已经公开的系统)，并且可以是图1所描绘的控制系统15的实现。由系统1502控制的元件可以包括但不限于与储热组合物相关联的开关、阀、百叶窗、加热元件和鼓风机，包括用于连接来自诸如太阳能场或风电场的能源的输入能量的开关。控制系统1502被配置为从热能存储系统内的各种传感器和通信设备接收信息，提供关于参数的信息、关于组件的剩余寿命的信息等，所述参数可以包括热能充能状态、温度、阀或百叶窗位置、流体流速。控制系统1502然后可以基于这些参数来控制系统操作。在一种实现中，控制系统1502可以被配置为控制上游能源和/或下游应用系统的各方面。

电源控制系统1506被配置为控制储热系统的能源的各方面。在一种实现中，能源是可变可再生电源，例如光伏电池板(“太阳能场”)或风力涡轮机电场。系统1502和1506被配置为彼此通信以交换控制信息和数据，包括与热能存储系统或能源的运行状态、热能存储系统的输入能量需求、能源的预测未来输出等相关的数据。在一种实现中，控制系统1506可以被配置为控制热能存储系统的与能源的操作相关的一个或多个方面。

应用控制系统1504被配置为控制系统的各方面，所述从系统的各方面由系统1502控制的热能存储系统接收输出能量。系统1502和1504被配置为彼此通信以交换控制信息和数据，包括与热能存储系统或应用系统的运行状态、应用系统所需的从储热系统输出的能量的量、来自储热系统的预测未来能量输出等相关的数据。在一种实现中，控制系统1504可以被配置为控制热能存储系统的与应用系统的操作相关的一个或多个方面。

在一种实现中，外部分析系统1508被配置为获得并分析与系统1502、1504和1506中的一个或多个系统的操作相关的数据。在一种实现中，系统1508被配置为：分析诸如天气信息或能量市场信息的预报信息，并产生关于储热控制系统1502的输入电力的可用性或成本的预测。系统1508然后可以通过链路1503与储热控制系统1502进行通信以便传送信息和/或命令，这些信息和/或命令然后可以由系统1502和/或系统1506和1504来实现。

图16是示出了储热控制系统1502的一种实现的框图。如图所示，系统1502包括处理器1510、存储器1512、数据存储设备1514和通信接口1516。处理器1510是被配置为执行存储在存储器1512中的程序(例如，用于管理一个或多个储热阵列的与本文描述的操作类似的操作的控制程序1518)的处理器。在图16中，存储器1512被示出为位于处理器1510内，但在其他实现中，外部存储器、或内部存储器和外部存储器的组合是可能的。控制程序1518可以包括各种程序，包括用于向与储热结构相关联的各种元件(例如，加热器元件的开关、百叶窗、鼓风机、用于引导和调整空气流的阀等)发送信号的程序。因此，控制程序1518的执行可以实现储热系统的各种操作模式，包括充能和放能，以及多个储热阵列的协调操作以维持指定温度分布(例如，恒温或非恒温预定义温度调度)。

两种潜在的控制类型是基于传感器的控制和基于模型的控制。在基于传感器的控制范例中，来自放置在整个系统1500中的传感器的读数可以用于确定与实际测量相对应的实时值。根据本公开的储热结构可以被设计为限制某些组件暴露于高温，从而提高可靠性。但传感器的使用虽然潜在地表示系统1500的最准确的可能状态，但可能是昂贵的，并且如果传感器发生故障也可能容易失效。另一方面，基于模型的控制范例提供了控制大型复杂系统的能力，其成本低于与部署大量传感器相关联的成本，并最小化可能与未检测到的传感器故障相关联的安全风险。因此，存储器1512内的建模程序1520可以用于建模并预测热能存储系统在输入参数和操作模式范围内的行为。控制系统1502还可以被配置为组合热能存储系统的基于模型和基于传感器的控制——这可以允许冗余以及操作的灵活性。在一些实现中，其他程序(例如，允许系统管理的用户界面程序)也可以被存储在存储器1512中。

数据存储1514可以采用任何合适的形式，包括半导体存储器、磁盘或光盘存储设备或固态驱动器。数据存储设备1514被配置为存储由系统1502在控制储热系统的操作时使用的数据，包括系统数据1522和历史数据1524。在一种实现中，系统数据1522描述了被控制的一个或多个储热阵列的元件的配置或组成。可能的系统数据的示例包括储热组合物内的砖的形状或组成、与组合物集成的加热元件的组成、以及储热系统中储热组合物的数量。历史数据1524可以包括在操作储热系统时随时间收集的数据、以及在一些情况下来自其他单元的数据。数据1524可以包括系统日志数据、峰值加热器温度、峰值输出气体温度、储热组合物的放能速率、组合物的加热和冷却循环的次数等。

通信接口1516被配置为：例如通过在系统1502与控制系统1504和1506之间、或在系统1502与外部分析系统1508之间发送和接收数据和信号，来与其他系统和设备进行通信。接口J516还被配置为：向储热系统的受控元件发送控制信号，并从控制系统的传感器(例如，图1的传感器303-1至303-N)接收传感器信号。尽管为简单起见被示出为单个接口，但接口1516可以包括(例如，有线和无线的)多个通信接口。如图15和图16所示的控制系统1502、1504和1506可以以各种方式实现，包括使用通用计算机系统。系统1502、1504和1506也可以被实现为可编程逻辑控制器(PLC)或适用于工业过程控制的计算机系统。在一些情况下，系统1502、1504和1506在诸如监督控制和数据采集(SCADA)架构的分布式控制系统架构内实现。

图17是示出了外部分析系统1508的实现的框图。系统1508被配置为向储热控制系统1502提供基于预报的预测。系统1508包括处理器1530、存储器1532、数据存储设备1534和通信接口1536。在一种实现中，系统1508在诸如云计算环境的分布式计算环境中实现。云计算环境的优点在于：允许按需增加计算能力和数据存储，以执行大量数据的密集分析以提供及时预测。

处理器1530是被配置为执行存储在存储器1532中的程序(例如，供应预报程序1538、维护预报程序1540、市场预报程序1542和预测分析程序1520)的处理器。供应预报程序1538包括可执行以使用天气预报数据和预测分析方法来预测热能存储系统的电力供应可用性的指令。维护预报程序1540包括可执行以使用系统数据和预测分析方法来预测热能存储系统的维护需求的指令。市场预报程序1542包括可执行以使用电力市场数据和预测分析方法来预测由热能存储系统使用或产生的电力的定价值或趋势的指令。预测分析1520包括可执行以实现用于分析数据以进行预测的算法的指令。预测分析1520内的算法由程序1538、1540和1542使用。

数据存储1534存储包括天气数据1546、市场数据1548、供应数据1550、储热(TS)数据1552和应用(App)数据1554在内的数据。存储在数据存储设备1534中的数据可以被存储器1532中所存储的程序使用。天气数据1546可以包括在热能存储系统的电源位置处收集的数据、以及从数据库获得的更广泛区域的天气信息。市场数据1548包括从外部数据提供者接收到的能量市场数据。供应数据1550包括与由系统1506控制的电源相关联的数据，并且可以包括例如系统配置数据和历史操作数据。TS数据1552包括与热能存储系统相关联的数据，并且应用数据1554包括与由控制系统1504控制的应用系统相关联的数据。通信接口1536被配置为向系统1502以及外部数据库和数据源发送数据和消息、以及从系统1502以及外部数据库和数据源发送数据和消息。

图15至图17中单独示出的系统和组件可以在其他实现中被组合或分离为多个元件。例如，在应用系统(如蒸汽发生器)与热能存储系统紧密连接的实现中，控制系统1502和1504的各方面可以组合在同一系统中。在一些实现中，数据和程序可以存储在系统的不同部分中；被示出为存储在存储器中的数据集合或程序可以存储在数据存储设备中，反之亦然。

在其他场景中，系统1502或1508可以包含比图16和图17所示更少的程序和数据类型。例如，分析系统1508的一种实现可以专用于使用天气数据的能量供应预报，而另一种实现专用于使用市场数据的电力市场预报，并且又另一种实现专用于使用系统相关数据的维护预报。分析系统1508的其他实现可以包括图17所示的三种程序类型中的两种的组合，以及由这些程序类型使用的对应数据类型，如上面所讨论的。例如，系统1508的一种实现可以被配置用于使用天气数据的能量供应预报和使用市场数据的电力市场预报两者，但不用于使用系统相关数据的维护预报。该系统的另一种实现可以被配置为用于使用市场数据的电力市场预报和使用系统相关数据的维护预报，但不用于使用天气数据的能量供应预报。系统1508的又另一种实现可以被配置用于使用天气数据的能量供应预报和使用系统相关数据的维护预报，但不用于使用市场数据的电力市场预报。

基于预报的系统控制

如上所述，诸如天气预测的预测信息可以由控制系统用于减少系统组件的磨损和劣化。基于预报的控制的另一目标是确保热能存储系统向负载或应用系统提供足够的热能量生成。可以鉴于预报信息采取的动作包括例如调整热能存储系统本身的运行参数、调整进入热能存储系统的输入能量的量、以及与接收热能存储系统的输出的负载系统相关联的动作或调整。

天气预报信息可以来自多个源中的一个或多个。一个源是位于发电站(例如，太阳能电池阵列或光伏电池阵列，或风力涡轮机)的气象站。该气象站可以与发电设施集成，并且可以在操作上用于该设施的控制决策，例如用于检测风力涡轮机上的结冰。另一源是来自覆盖更广泛区域的源(例如，雷达或其他气象站)的天气信息，这些信息可以被送入到可由热能存储系统的控制系统访问的数据库中。与来自位于电源处的气象站的点源信息相比，覆盖更广泛地理区域的天气信息可能有利于提供更提前的条件变化的通知。天气信息的又另一可能源是虚拟或模拟的天气预报信息。通常，考虑到系统的这种数据和修改行为，机器学习方法可以用于训练系统。

例如，考虑到实际情况，与能源的电力曲线相关联的历史信息可以用作预测工具，以提供电力可用性的预报并调整热能存储系统的控制，两者都关于可用于对单元进行充能的能量的量和可用的排放热量输出的量。例如，电力曲线信息可以与实际数据相匹配，以表明：当光伏电池阵列的功率输出正在下降时，这可以指示云经过阵列的一个或多个部分，或者与阵列相关联的区域总体上为多云天气。

鉴于变化的条件，预报相关信息用于改进热能存储系统处的热量存储和产生。例如，预报可以有助于确定必须存储的热量以及热量必须排放的速率，以便向工业应用提供期望的输出——例如，在向蒸汽发生器提供热量的情况下，以确保一致的蒸汽质量和蒸汽量，并确保蒸汽发生器不必关闭。控制器可以响应于充能电力的可用性的当前或预报减少来调整当前和未来的热量输出，以确保在未来时间段内存储单元的充能状态不会降低，从而必须停止热量输出。通过响应于可用输入能量的预报减少将蒸汽发生器的连续运行调整到较低速率，该单元可以持续地运行。避免关闭和稍后重启是有利的特征：关闭和重启蒸汽发生器是成本高且浪费能源的耗时过程，并且可能使人员和工业设施面临安全风险。

在一些情况下，该预报可以指示预期的较低电力输入或热能存储系统的电力输入模式的一些其他变化。因此，控制系统可以基于输入预报信息来确定热能存储系统产生满足蒸汽发生器或其他工业应用的需求所必需的热量所需的能量量低于预期可用的能量的量。在一种实现中，做出该确定涉及考虑对热能存储系统的运行的任何调整，这些调整可能增加它可以产生的热量的量。例如，可能增加由系统产生的热量的一种调整是在输入电源可用性的周期期间以比平时更高的功率运行储热组合物中的加热元件，以获得更高的组合温度并存储更多量的热能。如下面进一步讨论的，组合的这种“过度充能”或“超级充能”可以在一些实现中允许通过降低的输入能量供应的周期产生足够的输出热量。过度充能可以增加系统的储热介质和加热元件上的压力，从而增加维护需求和设备故障的风险。

作为热能存储系统的运行调整的备选方案，或者在预期这种调整不会弥补输入能量的预报短缺的实施例中，热能存储系统的能源侧或负载侧上的动作可以由控制系统发起。在输入侧，例如，预报输入电力和所需输入电力之间的预测差异可以用于提供关于在即将到来的时间段期间从其他源获取输入电能的确定或决策支持以提供该预报差异。例如，如果预报系统确定从光伏电池阵列提供的电能的量将是给定时间段内预期的所需量的70％，例如，由于多云天气的预报，控制系统可以实现与电能的备选输入源(例如，风力涡轮机、天然气或其他源)的连接，使得热能存储系统接收的预期能量的量的100％。在具有可用作替代输入电源的电网连接的热能存储系统的实现中，控制系统可以响应于输入电力短缺的预报来实现与电网的连接。

在特定实现中，预报数据可以用于确定未来特定小时数或天数的期望输出速率，向操作者呈现与预期运行调整相关的信号和信息以实现这些输出速率，并向操作者提供用于实现由系统确定的输出速率、或备选地修改或覆盖这些输出速率的机制。这可能像提供给操作者的“点击以接受”反馈选项一样简单，除非覆盖和/或系统的控制参数的更详细选项，否则自动地实现所确定的输出速率的死人开关。

在热能存储单元的输出侧或负载侧，可以响应于输入能量短缺的基于预报的预测来发起各种动作，该输入能量短缺影响到负载的输出热量。图99示出了第一预报能源可用性9921(可用VRE的多日预报)和传热速率的第一控制器决策(示出为“RATE 1”、以及VRE的多日可用性的第二、较低的预报9923和第二、较低的选定传热速率(示出为“RATE 2”)。在一种实现中，控制器基于当前和未来几天的预报能量可用性做出关于传热速率的当天决策以避免在未来一天关闭。在实现中，热能存储系统的控制系统可以提醒负载工业应用的操作者即将出现短缺，从而可以做出决策。

图98示出了过程9930。在9935处，基于电网功率模型9933和天气预报9931来产生多日充能可用性预报。在9937处选择能量输送速率以启用连续输出。在9939处，控制器选择的输出速率可以作为通知经由电子邮件、文本消息或其他间接通知或者通过本地或远程屏幕上的值或图标(其显示并允许调整热能存储单元的状态和运行或其关联热量使用过程)呈现给操作者；以及在9941处，可以接收响应的操作者输入，其接受、拒绝或调整速率调整的量或定时。如图97所示，该信息可以导致向同一过程供热的另一热源在9943处的手动或自动调整，以实现期望的总体相对恒定供热。可以在热能存储系统的负载或输出采取的动作包括调整负载系统的运行，使得它可以在可用热能的预测减少的情况下运行。备选地或附加地，控制器可以提供用于要调整的输出的命令，和/或调整工业输出本身的操作以补偿预期可用能量输入的变化，并因此补偿来自热能存储系统的预期可用输出。

响应于输入能量的预报短缺的另一可能动作是用该输出的备用源来补充来自热能存储系统的输出。例如，在来自热能存储系统的加热流体输出用于针对工业过程产生蒸汽的实现中，蒸汽的备用源可以是使用备用燃料源的附加蒸汽发生器。在一些实现中，控制系统可以提供信号以实现备用输出源与负载系统的连接。备选地，控制系统可以向与负载系统相关联的操作者或控制器发送消息(例如，指令或警报)，以指示需要连接到备用源。

除了确保储热系统向负载提供足够的输出量外，预报信息还用于自动地控制储热系统，以确保其连续稳定运行。例如，当预测输入电力的量减少时，控制器可以在一些实现中调整通过储热组合物的流体流速率以降低从该组合的放能速率，使得该组合不放能至关联的储热单元关闭的点。

作为另一示例，可以基于预报信息将加热器元件的供电调整到具有安全和效率的期望温度。例如，如果预期或预报在未来时间段期间，来自输入源的能量的量将少于预期的能量的量，则该系统可以被配置为“超级充能”，即将一个或多个堆叠中的部分或全部砖加热至高于正常运行温度的温度——例如，在较低能量输入的预期周期的情况下，如果正常堆叠温度是1100℃，则在选定时间段内，该系统可以控制加热至1300℃或更多。这可以通过减少某些单元的放能和/或通过提高加热器元件的温度来实现。

如果该预报指示例如由于若干天的多云引起能量输入减少的周期延长，则下面说明的系统的超前-滞后能力也可以被修改，因为由于系统将在低于峰值温度的温度下运行，热点和热失控的问题可能有所减少。此外，在具有多个储热单元的热能存储系统中，如果该系统无法满容量运行，则控制器可以基于预报来减少或禁用充能或完全关闭一个或多个单元，使得仅单元的子集满容量运行，而不是没有任何单元能够满容量运行。

与涉及减少功率的预报的情况相反，预报信息可以表明预期的电力可用性将满足或超过输入到热能存储系统中的预期能量的量。在一些实现中，控制系统对过量能量的预报的响应可以包括以下一项或多项：调整热能存储系统的运行以提高系统可靠性、减少到热能存储系统的输入电力的量、或增加到负载的热电力。调整热能存储系统的操作可以包括：当输入能量可以用于较长周期时，减少到其加热元件的输入电力，使得对应的储热组合物在较低的峰值温度下运行同时仍然输送足够的热能输出。这种峰值温度的降低可以增加系统的可靠性和寿命。过多的输入电力供应可以允许加热元件在储热组合物已经充满热能之后保持通电，允许加热元件直接加热流过储热组合物的流体而不使该组合物被放能，如果这种加热流体可能被使用到另一用途。

热能存储系统的控制系统可以使输入到系统的能量的量减少。能源或热能存储系统可以耦合到较大的电网，在这种情况下，例如，当系统的需求低和/或电网的需求高使得满足其他电力需求时，可以通过将过量能量传输到电网来实现到热能存储系统的输入能量的减少。在没有电网连接的情况下，在一些实现中，输入能量的减少可以通过缩减来自能源基础设施的一部分的生产(例如，关闭太阳能场中的某些太阳能电池板或风电场处的风力涡轮机)来实现。

作为对输入电力供应或热能存储系统运行参数的控制的替代或补充，可以在热能存储系统的输出侧做出对输入能量过量的预报的响应。在系统的输出处产生电力的实现中(例如，通过将加热流体从储热单元送入到蒸汽发生器，然后使所产生的蒸汽通过涡轮机)，如果电网连接可用，则过量电力可以传输到较大电网，从而向电网提供能量而不是将其作为热量存储在系统中。在到负载的输出是加热流体的实现中，可以改变输出流体的性质。例如，可以产生更高温度和/或流速的输出流体。对于在热能存储系统的输出处产生蒸汽的实现，可以在增加的输入能量的周期期间提供更高蒸汽质量的蒸汽。在一些实现中，改变的输出性质可以通过本公开中其他地方描述的热电联产系统和方法来提供增强的热电联产机会。上述输入控制和输出控制可以以组合的方式交互地控制，以有利地调整系统的运行。

因此，控制器可以使用来自预报系统的输入来解决由于诸如太阳能情况下的多云、风力发电的风力条件的可变性、或电源处的其他条件可变性等因素引起的输入能量的变化。例如，基于预报信息，控制器可以允许在电力输入的预报可用性降低之前进行附加加热或在更高温度下进行加热。

此外，可以基于预报天气条件来规划维护周期。在可再生能源的可用性例如由于预报信息(例如，雨季、若干天的低风力周期、缩短太阳日等)而显著低于预期能源的情况下，可以提前规划维护周期，以最小化输入能量的损耗。

基于所接收到的信息，控制系统经由信号确定并命令充能元件、电源单元、加热器、排气鼓风机和泵以实现高效和可靠的能量存储、充能和放能。例如，该命令可以向太阳能、风能和来自其他源的能量的电源控制器发出。控制系统399还可以向控制器提供指令，这些指令允许向整个加热器阵列或局部加热器分组供电。

控制系统可以包括预报和分析系统或与预报和分析系统进行通信，以监测与一个或多个气象参数相对应的实时数据和预报数据，该一个或多个气象参数与安装有电能源的感兴趣区域(AOI)相关联。气象参数可以包括但不限于太阳辐射、气温、风速、降水或湿度。在一些实现中，控制系统基于所监测的气象参数的实时数据和预报数据可以在VRE源和其他能源之间切换系统的电气连接。例如，当天气预报预测阳光或风的可用性将低于未来几天的预定义限制时，则控制系统可以命令该系统将系统的加热元件电耦合到其他能源以满足未来几天负载系统的需求。

在另一示例实现中，控制系统监控关于VRE可用性的实时数据和预报数据，并选择能量放能速率并命令该系统以这种速率运行，以允许该系统在预报较低输入周期期间持续地产生能量。持续的能源供应对于某些工业过程是有益的，使得不期望储热单元完全自行放能并关闭。

缓慢且不频繁地调整能量供应对于某些工业过程也是有益的。因此，假设预报VRE供应，在一些实现中，控制系统基于多小时或多日的天气预报和对应的VRE生产预报来选择新的放能速率，以便能够在(例如)24小时周期、48小时周期或72小时周期内以固定速率运行。控制系统可以附加地和频繁地更新关于VRE供应预报的信息，并且可以对能量放能速率进行进一步调整，以便在不中断的情况下满足需求，可选地提供信号和接口机制用于操作者输入、调整或覆盖，如上所述。因此，能量输送的行为是基于上述参数来控制的，包括预报。

除了诸如天气的输入条件的预报之外，热能存储系统的预报方面还可以包括能量市场和可用资源和能量价格、以及热能存储系统的输出处的工业应用的供需情况的预报，以调整系统的运行。控制系统可以使用预报信息来控制热能系统的一个或多个方面，包括电能的输入、热能存储系统的各种元件的温度、输出的热量、蒸汽或流体的数量和质量(包括天然气)、以及关联的工业过程的操作。例如，输入电可以在电力成本较低时并结合关于电源状况的预报信息来接收或购买，并且可以在热能存储系统的输出或使用该输出产生的电力的需求或定价更高时被输出。

此外，在预报条件在不同时间段之间存在可变性的情况下，控制系统可以基于对应的变量进行调整。例如，如果与第二天相比，第一天的输入电能的预期成本更高，则控制器可以控制热能系统的各种输入和输出以及参数，以解决第一天和第二天之间的条件差异，该条件差异基于初始预报的差异。除了前述方面之外，预测分析可以用于更高效地规划设备维护和替换周期。例如，预测分析可以用于基于历史数据来预测何时需要维护。这些分析可以与上述预报方面中的一个或多个方面结合使用以提供规划的停机时间，例如以与输入电力可用性或定价条件使系统的操作不太有利的时间一致。

前述控制可以提供给操作者，该操作者基于预报信息和控制系统的操作做出决策。备选地，控制系统可以包括一些自动例程，这些自动例程基于预报信息以自动或半自动方式提供决策支持或做出确定并产生命令。

充能/放能模式

如上所述，该系统可以充能模式运行，用于将电能存储为热能，同时根据需要为各种工业应用产生并供应蒸汽和/或电力。充能和放能操作彼此独立，并且可以同时或不同时执行，根据需要有不同的重叠状态，例如以响应于实际和预报的能源可用性，并根据不同的负载需求提供输出能量。该系统也可以在放能模式下运行，用于为蒸汽和/或发电以及其他工业应用提供所存储的热能。可选地，该系统可以用于直接向工业应用提供加热气体，而无需首先产生蒸汽或电力。

本公开的关键创新是单元的充能-放能操作，以通过周期性地将存储介质的每个元件冷却至远低于其运行温度来防止热失控。在一种实现中，这种深度冷却是通过在连续的充能和放能周期内操作存储介质来实现的，其中，保持恒定的出口温度，并且每个存储元件在交替的放能周期内被深度冷却。根据示例实现，下面的叙述参考图19A至图21中的用于充能和放能的过程流程图1700a至1700h。

在图19A的1700a处，示出了与第一充能操作模式相关联的流程图。在1701处，电力从电能的输入源(例如，从VRE源)流出，并操作堆叠1725和1727内的加热器。在1703处，存储阵列的输出被示出为蒸汽。

如阀1705和1707处所示，控制器1751为阀1705(流体流控制百叶窗、阻尼器或其他控制设备)提供信号以针对第一储热阵列关闭，并且还为阀1707提供信号以针对第二储热阵列打开。两个单元都在加热，并且通过单元1727的流正在提供流以将热量输送到蒸汽发生器。

关于第二单元1727，第二单元正在被充能，并且提供流动，如正在打开的阀1707所指示的。因此，处于输入温度T

传感器1742可以在进入蒸汽发生器之前向控制器1751提供关于气体温度的信息。控制器1751调整阀1741的设置以允许较冷空气与流过砖堆叠的空气混合，以将点1742处的混合流体温度降低至指定的T

当充能停止时，例如发生在每个太阳日或每个多风时间段结束时，放能会继续。在图19B中，流程图1700b描绘了没有同时充能的放能模式的示例第一过程流。如本文所示，在第一单元1725处，基于来自控制器1751的信号，阀1705保持关闭。因此，流向与阀1705相关联的第一单元的空气流较低或没有空气流。另一方面，基于来自控制器1751的信号，阀1707相对于第二单元1727打开。因此，该气体继续流过单元1727，并且控制器1751继续调整阀1741的设置，以使适量的较冷空气与流过砖堆叠的空气混合，以将点1742处的流体温度维持到指定的T

当每个堆叠放能时，其出口气体温度保持大致恒定，直到约2/3的可用热量已经被输送为止。此时，该堆叠的出口温度将开始下降，并随着放能继续而继续下降。本创新利用该特性在操作继续时实现“深度冷却”。控制器1751感测到点1742处的温度降低，并开始关闭旁通阀1741。当单元1727的出口温度已经达到T

如图19C中的1700c所示，放能过程被修改为基于来自控制器1751的信号来部分地打开阀1705，使得第一单元1725开始放能；其较高的出口温度现在与流过冷却器堆叠1727的空气混合，以维持点1742处的出口温度T

如图19D中的1700d所示，阀1707和1741在堆叠1725的出口温度已经达到T

在一些实现中，以下控制器动作是有益的：选择放能速率，使得当下一次充能开始时——例如在下一个太阳日开始时——该系统尚未被完全放能。图20A中的1700e示出了下一个充能周期，其中，放能保持恒定。充能能量再次由VRE供应给两个堆叠。已经被深度冷却的堆叠1727在没有流的情况下被充能，并且堆叠1725在向系统输出提供流的同时被充能。随着堆叠1725的出口温度升高，控制器1751再次开始打开阀1741以将混合系统出口温度维持在T

在该充能周期结束时(电源再次关闭)，两个堆叠被充满，并且放能继续，如图20B中的1700f所示。现在堆叠1725正在放能，而堆叠1727没有流。随着放能进行并且堆叠1725的出口温度下降，控制器1751首先开始关闭阀1741，然后开始打开阀1707，如图20C中的1700g所示。放能继续；随着堆叠1727的出口温度下降，控制器1751逐渐关闭阀1705，使得在放能周期结束时，基本上所有流都通过堆叠1727，如图21中的1700h所示。随着下一个充能周期开始，该系统现在处于图19A中1700a所示的状态。

因此，应当理解，通过控制器响应于每个堆叠的测量和/或模型化的充能状态的动作，在连续的充能/放能周期内，每个堆叠在第一周期内被冷却至约T

如上所述，通过一个或两个堆叠的流可以变化。为了避免过热并控制输出温度，所有或部分气体可以由一个或多个挡板或流控制设备转移到由控制器1751控制的旁通器1741，使得入口气体与堆叠的排气混合，以提供恒温或指定的、非恒温分布的输出。

如上所述，通过一个或两个堆叠的流可以变化。为了避免过热并控制输出温度，所有或部分气体可以由一个或多个挡板或流控制设备转移到由控制器1751控制的旁通器1741，使得入口气体与堆叠的排气混合，以提供恒温或指定的、非恒温分布的输出。

图22还示出了系统1800的充能和放能模式，该系统1800包括具有第一部分1803和第二部分1805的储热结构1801。如已经描述的，系统1800可以电连接到电能源，并且可以促进在充能模式期间将该电能供应给与第一部分1803内的储热设备1807中的至少某个部分相关联的加热元件1813。加热元件1813可以以受控速率接收电能并发出热能，使得砖可以吸收所发出的热能并且相应地被加热至某个期望温度。因此，储热设备1807可以以热能的形式存储所接收到的电能。

如图所示，系统1800还可能需要同时产生热气体、供应蒸汽和/或其他所述加热流体的某种组合以用于各种工业应用。该输出可以在储热结构1801内的第二部分1805内得到促进，该第二部分1805包括向导管1815的第一端1817提供水的泵1821。因此，在放能模式期间，鼓风机单元1823可以被致动以促进诸如空气的气体从储热设备1807的一端流动到另一端(例如，从底部流到顶部)，并从那里进入第二部分1805，使得通过第一部分的气体可以被加热以吸收并传输由加热元件1813和/或储热设备发出的热能。该加热空气流进入第二部分1805，这允许导管1815将流过导管1815的水转换为蒸汽并促进所产生的蒸汽通过导管1815的第二端1819流出。

备选地，在同时充能和放能期间，通过储热设备1807的空气流可以很少或没有，并且来自鼓风机1823的全部或部分气体可以被一个或多个挡板或流控制设备转移，并且可以由单独的旁通加热器(未示出)加热以将入口气体(例如，入口空气)输送到处于合适温度的蒸汽发生器。该旁通操作模式在实现储热设备中的预定义温度分布方面以及在减轻加热元件所需的功耗方面是有益的。

在一些配置中，来自储热结构的唯一所需输出是将热气体(例如，热空气)输出到工业过程。因此，可以不存在或不使用蒸汽发生器。在这种配置中，可以提供连接到处理室的单独导管以促进热气体的输送。

在另一种实现中，如果由结构1800接收到的可用电能较低，则在充能模式期间，总数中较小数量的可用加热元件1813接收有限的可用电能。因此，在充能模式期间仅储热设备的一部分被加热。在放能期间，气体可以大部分仅通过储热设备1807的已经被加热的部分。因此，加热的气体继续将所存储的热能传输到导管1815，以便将导管1815处的气体的温度保持得足够高以维持连续且受控的蒸汽生产，从而防止蒸汽生产系统中的任何损坏或故障。

同时充能-放能交替加热器

上面所讨论的实现已经描述了诸如空气的流体流入储热结构的包括储热材料本身的第一部分，并且从那里流入储热结构的包括诸如蒸汽发生器的输出设备的第二部分。

还设想了储热结构内的其他流体流。在一些实现中，该系统被配置为使加热空气流被引导到第二部分中，而无需首先流过第一部分。在这种实现中，该系统被配置为使用电连接到电能源的加热器来加热入口空气。以这种方式，空气可以被加热至与从储热设备输出的加热空气预期的温度范围相同的温度范围。该模式可以用于充能模式，在充能模式期间，来自电能源的能量供应可能是充裕的，因此成本较低。由输入电能供电的加热器接收入口空气(例如，其可以是环境空气、再循环空气等，其温度低于由储热设备产生的空气的峰值温度)，加热入口空气，并将其引导到储热结构的第二部分，在该第二部分处例如它可以通过OTSG的导管。在该操作期间，该系统可以允许非常少的空气或不允许空气通过储热设备，使得在发起放能模式之前，高效地执行充能而不放能至第二部分中。

在另一种类型的空气流中，储热结构可以被配置为由于加热空气的浮力作用而促进加热空气从壳体被动流出。这可以用于为在该单元附近的区域内工作的人员和设备本身提供本质安全，而无需有源设备或备用电源来维持安全条件。例如，如果泵或鼓风机电机或驱动器发生故障，如果控制系统发生故障，或者如果操作电源失败，则本创新包括使空气以在外壁、地基和连接的设备点处提供持续低温的方式流动的特征。该类型的操作可以将该系统的所有部分的温度维持在安全范围内，并防止对人、环境、其他设备或该系统的组件的任何潜在危害受到热损坏。

图18是示出了这些空气流的系统1600的框图。如图所示，储热结构1601包括：第一部分1603，包括储热块1607；第二部分1605，包括蒸汽发生器1615；以及将这两个部分分离的热障1625。此外，如上所述，绝缘层设置有气隙，该气隙允许储热设备1607的动态绝缘。

鼓风机1621从百叶窗1619获取入口空气，并将其引导到储热块1607。已经通过储热块1607的空气然后可以在放能模式期间进入第二部分1605。作为另一空气流的示例，例如在需要快速关闭情况下或在紧急情况下，可以控制释放阀1623以允许释放热空气，并且可以打开入口阀1619以允许吸入环境空气。通过阀位置和空气流路径的合适布置，“烟囱效应”或浮力驱动的空气流可以通过动态绝缘和系统入口建立合适的空气流，以维持低的外部温度并将蒸汽发生器或其他高温过程与存储核心温度隔离，而无需有源设备。

辅助加热器1609是一种辅助加热器，该辅助加热器可以用于加热流体(例如，空气)的移动通过储热结构的部分。如图18所示，辅助加热器位于储热结构中，但也可以位于储热阵列的外部。在辅助加热器1609位于储热结构中的情况下，该部分流体可以通过下面关于图19A至图19D、20A至图20C以及图21至图33描述的旁通器。可以在一些实现中使用的另一种类型的辅助加热器是位于储热介质的流体输出与流体被输送到的负载系统的入口之间的加热器。在一些实施例中，这种加热器可以用于增加由储热结构提供的流体的输出温度。

这些仅是系统1600内多种可能流体流的两个示例。如已经描述的，系统1600被配置为在入口阀1619处接收入口流体。该流体可以不同地直接引导到动态绝缘层或直接引导到储热设备1607。可选地，该系统可以包括一个或多个百叶窗1611，该一个或多个百叶窗1611位于第一部分1603内的堆叠的底部，并且被配置为：使得流过存储阵列和储热元件中的每一个的流体的流动路径尽可能均匀，使得在每个热元件上维持恒定的气压，以实现高效充能和放能。此外，入口流体可以经由辅助加热器1609被引导到第二部分1605，这由位于鼓风机1621和辅助加热器1609之间的百叶窗1611控制，而不通过动态绝缘层或储热设备1607。

此外，来自储热设备1607内的堆叠的顶部的流体流可以经由第一部分1603与第二部分1605之间的阀1613提供给蒸汽发生器1615。阀1613可以单独地接收从储热设备1607中的每个堆叠产生的流体流。例如，在使用两个堆叠的情况下，阀1613可以接收来自第一堆叠的第一流体流和来自第二堆叠的第二流体流。阀1613还可接收旁通流体流，其对应于尚未通过第一堆叠或第二堆叠的(例如，来自百叶窗1619的)流体。如下面将在超前-滞后范例的上下文中描述的，阀1613可由控制系统控制以不同地输出无流体、第一流体流和旁通流体流的组合、第二流体流和旁通流体流的组合、第一流体流和第二流体流的组合等，以便实现具有指定温度分布的输出流体。例如，在鼓风机不运行情况下，百叶窗1619也可以用于从系统中释放冷流体，而不是将其再循环到储热设备1607。

虽然前述示例包括旁通加热器百叶窗(例如，高温百叶窗)，但这些特征是可选的。此外，旁通加热器可以具有如下优点：它可以降低阵列内所需的加热器功率。换言之，旁通加热器可以在充能期间排放热量，而不使空气在充能期间通过阵列。

注意，设想了各种其他控制阀，包括下面参考图35(A)至35(B)描述的控制阀。

除了高效充能和放能的益处之外，这些空气流和关联的控制结构还可以在安全和温度调节方面提供益处。

充能和放能模式的选择可以由控制系统基于例如温度的测量或配电来自动调度地进行。类似地，诸如上述热空气增强器模式的其他特征也可以由控制系统基于储热结构内检测到的条件来控制。

这种感测可以包括通过相机、光谱仪或其他设备测量辐射，并且可以包括由光波导系统(包括光纤、固定反射器和可移动反射器系统)进行的远程测量；基于加热元件中的电阻或电流的测量的温度测量；在耐火阵列内、离开阵列的流通道内、或通过其他传感装置或位置的直接温度感测。

接下来，描述一种特定类型的放能——“深度放能”——的使用。

超前滞后和避免热失控

热能存储系统容易受到“热失控”或“热量失控”效应的影响。这种现象可以是由于加热元件的局部加热不平衡和传热气体流的局部冷却不平衡引起的。即使小的不平衡也可能有问题，这些小的不平衡在连续的充能-放能周期内会被放大。在若干个周期之后，即使小的不平衡也可能导致较大的温差，这可能损坏砖和/或加热器，和/或严重限制系统可以安全运行的温度范围。

图23提供了示例2000，其示出了加热储热阵列内的加热不平衡可以如何导致热失控。对于多个时间点中的每一个，示例2000描绘了与流体流导管2010和2020相关联的温度，这些流体流导管中每一个都通过不同的储热阵列。(为了便于参考，导管2010和2020通过的阵列可以分别被称为阵列1和阵列2)。如图所示，导管的不同部分或层由被指示为加热元件对2031A至2036A以及2031B至2036B的不同加热元件来加热。

时间点2050对应于阵列1和阵列2两者的初始的、充满的状态。在这种状态下，导管沿着其长度的每个部分被加热至1000℃。在太阳能输入的情况下，这种状态可能对应于太阳日结束时的阵列。虽然包括1000℃的值，但这仅是示例，并且该温度可以取决于诸如应用或使用点的因素而变化。例如，导管可以在800℃至1600℃并且更具体地，900℃至1300℃，甚至更具体地，800℃至1100℃的范围内被加热。可以影响温度的其他因素包括温度对加热器寿命的影响、存储容量、加热模式、天气条件、温度和加热器材料。例如，陶瓷加热器可以具有高达1500℃至1600℃的较高导管温度范围，而其他加热器可以具有600℃至700℃的导管温度范围。导管温度的范围可以通过改变砖材料在堆叠内竖直地变化。

在阵列的放能周期2051开始(例如，在太阳能输入的情况下为黄昏时)，较冷的传热气体在阵列的底部处被引入并上流。在刚刚结束的充能周期期间，加热元件2031至2036已经增加了热量，这些加热元件2031至2036可以横向于流体柱定向并且按阵列内的水平位置分组。理想情况下，相同的输入能量将提供给每个组中的所有加热元件，但实际上，各个加热单元在电阻(以及因此它们的功率输出)方面略微不同。类似地，假设各个通道在粗糙度、砖对齐方面不同或者它们的流动阻力不匹配，局部冷却流速在导管之间也将不同。

这里，示例2000假设管渠2020中的流速低于2010中的流速。因此，由于较低的冷却流，阵列2的与导管2020相邻的部分将展现出比阵列1的与导管2020相邻的部分更高的温度。图23中示出了放能周期2051结束时的结果。由于阵列1和阵列2的下层砖的温度比上层砖的温度低，因此阵列1和阵列2两者展现出“温跃层”温度分布。该现象是当特定出口温度(即，阵列的顶部的温度)在阵列1的情况下为600℃时放能周期被停止的结果。此外，由于阵列2中的较低冷却流，因此阵列2中的导管2020周围的材料温度比阵列1中的导管2010的对应层周围的材料温度高大致300℃。例如，阵列1的顶层处于600℃，而阵列2的顶层处于900℃。

除非加以管理和缓解，否则加热和冷却速率的这些变化可以导致不匹配的存储元件温度失控，并且可以导致引起加热器发生故障和/或阵列内的耐火材料的劣化的温度失控。

在放能周期2051结束时，控制系统确定在充能(或再充能)周期期间向每个加热元件组施加多少能量以恢复充满状态。但控制系统可能没有关于一组储热阵列内的每个位置内的每个温度不均匀性的信息。例如，可用传感器的数量可能有限，因此可能无法检测到温度不均匀性。传感器也可能失效。在一些实现中，加热元件可以由基于模型的范例来控制，在该范例中，不使用传感器或以有限的方式使用传感器。该系统也可能未被配置为将加热变化到足够精细的粒度以解决温度不均匀的每个区域。在示例2000中，确定加热元件2031被给予足够的总能量以将周围材料升高800℃，而加热器2036被给予足够的能量以将其周围材料升高400℃。

在使用上述加热参数的充能周期2052结束时，放能周期2051结束时的温差仍然存在。这是由于导管2020相对于导管2010的低效放能、以及导管2020在放能周期2051结束时的较高残余温度。因此，在充能周期2052期间接收到的输入能量的量使导管2020沿着其长度过热大致300度。注意，在单个放能和充能循环的过程中，与充满状态250相比，沿着导管2020的温度现在高250至300℃。如果重复另一循环(即，另一放能周期之后是另一充能周期)，则导管2020的过热将更明显。(图23所示的值用于示例目的；实际的温度失配可能增长得更慢，但通过重复循环可以达到临界水平)。由于局部温度不均匀性导致的温度随时间而增加是热失控，并且可以导致加热元件提前失效并缩短系统寿命。

加剧这种失控的一个影响是在导管中流动的流体的热膨胀。更热的空气膨胀得更多，从而导致给定入口流的更高出口速度，并因此导致该柱两端的更高的液压降该效应可以有助于进一步减少流动。

本公开教导了可以用于以实现热能存储系统的长期、稳定操作的方式减轻热失控的若干种技术。

首先，可以以系统“被动平衡”的方式选择存储材料堆叠的高度和流体流导管的物理测量。低流体流速被选择用于系统放能，并且流速和导管几何形状被设计为具有相对较低的关联液压降和相对较长的柱长度。在该配置中，较热气体的较低密度将产生“堆叠效应”，即相对于流速的浮力分量，这会增加较热导管中的流体流。这种不匹配的冷却流提供平衡力来稳定并限制整个储热阵列的温差。

其次，“深度冷却”排序用于重新平衡或平衡导管之间的温差。该概念也可以被称为深度放能(也被称为“深度-放能”)。一般而言，深度放能是指一个或多个阵列的持续放能，直到阵列内的温度不均匀性降低为止(这种阵列因此可以被认为已经“深度放能”，相当于热复位)。阵列的放能量可以以若干种方式进行测量，例如通过将阵列的总整体温度与入口的或被允许通过入口阀的旁通空气的入口气体温的总整体温度度进行比较。阵列的深度放能可以与阵列的局部放能形成对比，因为在深度放能期间，气体流过阵列的时间比在局部放能期间更长(并且可能具有更大的流量)。在深度放能的一些应用中，阵列可以被完全放能至入口空气温度，该入口空气温度也可以被称为旁通温度。图19A至图21所示的操作顺序公开了一种“深度放能”操作方法。

考虑深度放能周期2054的影响。通过比放能周期2051更完全地对阵列1和阵列2进行放能(例如，通过使气体在阵列上流动更长时间)，可以看出阵列1和阵列2在深度放能周期2054期间放能更均匀。阵列1的温度范围在300至310℃之间，而阵列2的温度范围在310至480℃之间。因此，后续充能周期2055导致阵列1和阵列2两者内的温度分布更接近起始点2050，因此大幅地减少了储热设备内的热失控。

因此，深度放能是解决储热阵列内部热失控问题的高效方法。但热失控并不是本公开中设想的对热能存储系统的唯一限制。如上所述，期望热能存储系统能够为下游过程提供连续或接近连续的热能供应。这要求存储单元内的至少一些介质的温度高于所需的输送温度。本发明人已经意识到，虽然深度放能对于储热阵列而言是可取的，但无法在每个放能周期对系统中的所有阵列进行放能，因为这将产生系统内没有元件具有足够的温度来满足出口温度要求的时间段。因此，发明人已经开发了仅周期性地对一个或多个存储阵列的集合中的每个储热阵列进行深度放能的范例。该方法满足以下双重目标：定期对每个储热阵列执行热复位，并在储热设备内维持足够的温度以满足出口温度规格。

设想的一种具体实现包括使用两个储热阵列，并且被称为“超前-滞后”技术。在该技术中，该系统每隔一个放能周期对两个储热阵列中的每一个进行深度放能。例如，阵列1将在放能周期0、2、4等内放能，而阵列2将在放能周期1、3、5等内放能。

图19A至图21中示出了超前-滞后操作的过程元素，并且图24和图25中示出了概念性超前-滞后温度分布，其示出了热能存储系统中的第一堆叠和第二堆叠的放能温度以及作为输出提供的混合流体流的温度。

图24A示出了与超前-滞后的概念相关联的示例配置24000。更具体地，提供了：第一堆叠24001和第二堆叠24003，其各自被配置为接收入口流体；以及旁通器24005，其也被配置为接收入口流体。各个阀24007、24009和24011基于从控制器接收到的输入来控制空气流进入第一堆叠24001、第二堆叠24003和旁通器24005，如上面关于图19至图21所说明的。如下面将参考图24至图33所说明的，

如图表2060Aa所示，纵轴表示温度，而横轴表示时间。示出了第一堆叠和第二堆叠的峰值温度2061以及旁通温度2063，该旁通温度2063是入口气体温度。此外，在2065处，示出了混合的输出流体流的输送温度。横轴表示时间，包括24小时间隔2067和2067a以及2069和2069a处的太阳日。

第一堆叠的峰值温度由线2071指示，而第二堆叠的峰值温度由线2073指示。如图所示，第一堆叠和第二堆叠一起操作使得当第二堆叠处于“滞后”操作模式时第一堆叠处于“超前”操作模式，反之亦然。在第一天期间，第一堆叠被冷却至相对于峰值温度2061和输送温度2065两者都非常低的温度，而第二堆叠被冷却至最低要求的温度以在输送温度2065下输送该输出，该输送温度2065在这里被示出为常数。第二天，第二堆叠被冷却至较低的温度，而第一堆叠被冷却至输送温度。

简而言之，在两个堆叠一起操作的情况下，每个堆叠可以每隔一个放能周期被深度放能至远低于输送温度。类似地，在给定堆叠未被深度放能的那些放能周期中，每个堆叠从峰值放能温度放能至输送温度(或接近输送温度的温度)。对于给定堆叠，超前模式和滞后模式之间的循环是通过控制每个堆叠中的流体流的控制系统来实现的。(在超前模式下，给定堆叠被深度放能，同时在超前模式下，给定堆叠被放能至等于或高于输送温度的温度。)通过使电阻加热元件接收电能并发出热量，被深度放能的堆叠可以继续被加热；备选地，电阻加热元件可以切换到关闭状态。

在图表2060Aa的最左侧位置处，第一堆叠和第二堆叠两者都处于峰值温度2061。该起始位置可能发生在太阳日之外，例如午夜。然后，如线2071所示，第一堆叠开始放能。随着第一堆叠的温度开始下降并继续下降到低于输出输送温度，来自第二堆叠的热流体被混合，如2073处所示。随着第一堆叠的温度继续下降，通过第一堆叠的流减少并且附加加热流体从第二堆叠混入，以维持输送温度2065。

第一堆叠继续放能，直到它达到或接近最低温度位置，在该示例中，该最低温度对应于旁通温度2063并且表示第一堆叠的完全放能状态。在一些情况下(例如，在图表2060A中)，该最低温度是接近旁通温度的温度。最低温度接近旁通/入口气体温度的程度可以取决于诸如从砖传热的质量以及输送温度2065和峰值温度2061之间的差异的因素。例如，如果峰值温度2061为1000℃并且出气温度2065为900℃，则可以混入1000℃空气中的冷空气量相对较少。因此，该堆叠可以被冷却至的最低温度2063可以较高，例如800℃。另一方面，如果输送温度2065较低，例如650℃，则该堆叠可以被深度冷却至的最低温度2063可以较低，例如约200℃。因此，较低的输送温度2065相对于峰值温度2061来设置，较低的最小温度2077可以相对于旁通温度2063来设置。因此，为了实现深度放能，该堆叠不必放能至旁通温度。相反，放能可以发生在足以通过减少热不均匀性来减少热失控的温度范围内(“深度放能温度区域”)。在一些情况下，对于特定用例，深度放能温度区域的上限为输送温度，而下限为入口气体温度，该区域的界限包括输送温度和入口气体温度(或旁通温度)两者。如前所述，对于特定情况，例如基于峰值温度和输送温度，该区域的界限将有所不同，并且在一些情况下可以通过监测储热阵列的热行为来更具体地确定。备选地，可以经由计算机建模程序的执行来确定深度放能温度区域。

在第一堆叠的深度放能期间，例如通过在控制系统的控制下开始关闭堆叠的底部上的百叶窗，可以关断旁通阀，以加速冷却过程。此时，第二堆叠被用作加热流体的主要源以在输送温度2065下提供混合流。此外，如上所述，流体可以流过流体旁通阀，使得流体在入口温度下被提供给混合流。该流体旁通可以用于将流体直接旁通到混合流体流，以便在两个堆叠变得太热时(例如，在接近太阳日结束时)降低温度。

随着第二堆叠继续放能，其放能温度开始接近输送温度2065，如2081处所示。该放能可以被缓冲，使得第二堆叠的最低放能温度高于恒定输送温度2065，如2081z处所示。第二堆叠的该温度是在输送温度2065下可以提供混合流的最低温度。这里，第一堆叠在2079处的温度显著低于第二堆叠在2081处的温度。

此时，在太阳日(例如，黎明)开始时或开始前后，在2079处关断到第一堆叠的流，并且第一堆叠开始充能，如图24中的虚线2083所示。此时，第一堆叠和第二堆叠两者的加热器被打开。然而，由于没有流体流过第一堆叠，因此指示加热的线的斜率大于其中发生流体流的第二堆叠的线的斜率。

备选地，如25所示，随着第一堆叠增加其放能温度，继续使流体涓流通过第一堆叠。该涓流可以考虑这些单元未以允许0％流的方式密封的可能性，以及百叶窗允许残余流例如5％等的可能性。关于图28说明了该方法的更多细节。

返回到图24，在充能周期之后，第一堆叠和第二堆叠两者到2085被充满，在该示例中，这发生在太阳日期间。在该示例中，第二堆叠在峰值温度下继续提供热流体输出，而第一堆叠在2085和2087之间继续充能。另一方面，第一堆叠的百叶窗此时被完全关闭，使得基本上没有流体流过第一堆叠。

在2087处，第一堆叠和第二堆叠的角色互换，使得第二堆叠开始放能至深度放能状态，而第一组继续为混合流提供流体，以便维持恒定的输送温度2065。图24所示的时间线的其余部分类似于针对第一24小时间隔所描述的时间线。

在第一24小时周期2067结束和第二24小时周期2067a开始时(即，在2087处)，第二堆叠和第一堆叠两者处于峰值温度2061。如在2071a处可见，第二堆叠开始放能。随着第二堆叠的温度开始下降并继续下降至低于输送温度，来自第一堆叠的热流体在2073a处被混合。随着第二堆叠的温度继续下降，通过第二堆叠的流被减少并且附加加热流体从第一堆叠混入，以维持输送温度2065。

第二堆叠继续放能，例如直到它达到最低温度2077a或其他放能温度为止。

在第二堆叠的深度放能期间，例如通过在控制系统的控制下开始关闭堆叠的底部上的百叶窗，可以关断旁通阀，以加速冷却过程。此时，第一堆叠被用作加热气体的主要源以在输送温度2065下提供混合流。

随着第一堆叠继续放能，其放能温度开始接近输送温度2065，如2081a处所示。该放能可以被缓冲，使得第二堆叠的最低放能温度高于恒定输送温度2065，如2081za处所示。第一堆叠的该温度是在输送温度2065下可以提供混合流的最低温度(或约最低温度)。这里，第二堆叠在2079a处的温度显著低于第一堆叠在2081a处的温度。

在太阳日开始时或开始前后的2079a处，到第二堆叠的流被关断，并且第二堆叠充能，如图24的虚线2083a所示。此时，第二堆叠和第一堆叠两者的加热器被打开。

备选地，如图25所示，随着第二堆叠增加其放能温度，继续使流体涓流通过第一堆叠。该涓流可以考虑这些单元未以允许0％流的方式密封的可能性，以及百叶窗允许残余流例如5％等的可能性。关于图28说明了该方法的更多细节。

第一堆叠继续在峰值放能温度下提供热流体，而第二堆叠在2085a和2087a之间继续充能。另一方面，第二堆叠的百叶窗此时被完全关闭，使得基本上没有流体流过第二堆叠。

具有超前堆叠和滞后堆叠的这种模式重复出现(例如，每48小时一次)。因此，可以重复2067d1的放能周期内的第一放能操作和连续的放能周期2067d2内的第二放能操作，使得控制系统在执行第一放能操作(对第一堆叠而不是第二堆叠进行深度放能)和第二放能操作(对第二堆叠而不是第一堆叠进行深度放能)之间随着时间交替，从而允许该系统持续地提供输出流体流，并且这样做同时避免热失控。该方法不必限于第一堆叠和第二堆叠，并且可以与多于两个堆叠(例如，三元组、四元组等)一起使用，如下面将进一步描述的。

图26提供了根据超前-滞后实现的温度和气体流的详细图示。与图24共同的特征在图表2060B中用共同的附图标记指示，包括峰值温度2061b、旁通温度2063b和输送温度2065b。此外，24小时周期2067b和太阳日2069b沿着水平轴示出。空气流也沿着图26的右侧指示。虽然伴随图26的描述涉及热空气流，但它也可以被概括为涉及流体流。

在图表2060B的左侧处，所示时间的开始与太阳日的结束相关联。此时，第一堆叠和第二堆叠都处于峰值温度，在这种情况下为1000℃。在2071b处，第一堆叠正在对1000℃的热空气进行放能，而第二堆叠未对热空气进行放能，如2070b处所示，其中空气流为0％。如上所述，取决于各种因素，放能温度可以在800℃至1600℃之间变化。砖的温度接近导管的温度，通常在25℃至50℃的范围内。例如，导管可以在800℃至1600℃并且更具体地，900℃至1300℃，甚至更具体地，800℃至1100℃的范围内被加热。可以影响温度的其他因素包括温度对加热器寿命的影响、存储容量、加热模式、天气条件、温度和加热器材料。例如，陶瓷加热器可以具有高达1500℃至1600℃的较高导管温度范围，而其他加热器可以具有600℃至700℃的导管温度范围。导管温度的范围可以通过改变砖材料在堆叠内竖直地变化。在太阳日结束时，两个堆叠包含非常热的空气；旁通单元在作为深度放能温度2063b的入口空气温度下的空气中流动。

随着第一堆叠的流从总空气流的约60％增加到约100％(例如，从60％增加到100％)，如2072b所示，第一堆叠的放能温度在2073b处开始降低。随着第一堆叠的放能温度开始降低，旁通流也从总空气流的约40％(例如，40％)向下减少。

当第一堆叠处的放能温度低于输送温度2065b时，如2075b所示，第一堆叠的流现在为总空气流的100％，如2077b所示，并且旁通流和第二堆叠均为0％，如2076b所示。此时，为了维持混合空气在2065b处的输送温度，在2076b处，空气流被接通至第二堆叠。

随着第二堆叠的空气流增加而第一堆叠的空气流减少，第一堆叠继续冷却，但随着通过第二堆叠的空气流减少，冷却速率减慢，如2078b所示。相反，随着第二堆叠的空气流增加，第二堆叠开始冷却，并且随着第二堆叠的空气流在2074b处接近总空气流的100％，第二堆叠的放能温度开始快速降低，直到它达到如2079b所示的恒定输送温度为止。此时，第一堆叠的空气流为0％，如2080b所示。

一旦第二堆叠的放能温度达到可以维持恒定输送温度2065B的最低温度(如2079b所示)，通过第二堆叠的空气流就会减少，并且第二堆叠的放能温度相应地在2082b处升高。同时，由于这是在后太阳日期间发生的，因此使用旁通流来防止2076b′处的过热。此外，由于没有通过第一堆叠的流，因此第一堆叠的放能温度随着第一堆叠充能而快速增加，如2081b所示。在2083b处，第一堆叠和第二堆叠具有等于或接近峰值温度2061b的放能温度。

在2083b处，24小时周期现在已经完成。第一堆叠和第二堆叠现在互换角色，使得第二堆叠将“超前”并进行深度冷却，并且第一堆叠将“滞后”并像第二堆叠在第一24小时周期内所做的那样进行操作。旁通器将继续以类似方式运行。第二24小时周期2067ba和太阳日2069ba沿着水平轴指示。

在第一24小时周期2067b的结束和第二24小时周期2067ba的开始时(即，在2087ba处)，时间与太阳日的结束相关联。此时，第二堆叠和第一堆叠处于峰值温度，在这种情况下为1000℃。如2071ba所示，第二堆叠正在对1000℃的热空气进行放能，而第一堆叠未对热空气进行放能，如2070ba所示，其中空气流为0％。如前所述，旁通单元在入口空气温度(深度放能温度2063b)下的空气中流动。

随着第二堆叠的流从总空气流的约60％增加到约100％，或从60％增加到100％，如2072ba所示，第二堆叠的放能温度在2073ba处开始降低。随着第二堆叠的放能温度开始降低，旁通流也从总空气流的约40％或40％向下减少。

当第二堆叠的放能温度低于恒定输送温度2065b时，如2075ba所示，第二堆叠的流为总空气流的100％，如2077ba所示，并且旁通流和第一堆叠为均为0％，如2076ba所示。此时，为了维持混合空气在2065b处的恒定输送温度，在2076ba处，空气流被接通至第一堆叠。

随着第一堆叠中的空气流增加而第二堆叠中的空气流减少，第二堆叠继续冷却，但随着通过第一堆叠的空气流减少，冷却速率减慢，如2078ba所示。相反，随着第一堆叠的空气流增加，第一堆叠开始冷却，并且随着第一堆叠的空气流在2074ba处接近总空气流的100％，第一堆叠的放能温度开始快速降低，直到达到如2079ba所示的恒定输送温度为止。此时，第二堆叠的空气流为0％，如2080ba所示。

一旦第一堆叠的放能温度达到可以维持输送温度2065b的最低温度(即，在2079ba处)，通过第一堆叠的空气流就会减少，并且第一堆叠的放能温度相应地在2082ba处升高。同时，由于这是在后太阳日期间发生的，因此使用旁通流来防止2076ba处的过热。此外，由于没有通过第二堆叠的流，因此第二堆叠的放能温度随着第二堆叠充能而快速增加，如2081ba所示。在2083ba，第二堆叠和第一堆叠具有等于或接近峰值温度2061b的放能温度。

完成上述操作所需的结构(例如，阀、鼓风机、百叶窗和其他机构)响应于从控制系统所接收到的命令来操作。控制系统被配置为基于各种信息(包括感测信息、预报信息和历史信息的组合以及基于例如人工智能开发的模型)来产生指令。例如，结合该系统如何在不同能量输入下执行的物理模型——该模型因此可以用作各种实施例中的一些传感器的替代，可以提供传感器以确保该系统是安全的。在一些情况下，传感器可能很昂贵并且可能磨损或需要替换，并可能导致附加问题。例如，有缺陷的传感器可以导致系统过热。该模型可以输入温度，并且可以允许基于诸如日出和天气的参数的预测。可以出于各种原因基于工业应用来调整该模型，例如以优化输出温度、能量输出或其组合。

如已经参考2060B所描述的，控制系统被配置为：引导流体流(例如，与第一堆叠相关联的第一流、与第二堆叠相关联的第二流、以及旁通第一堆叠和第二堆叠的旁通流)以便在第一放能周期2069bd1期间对第一堆叠而不是第二堆叠进行深度放能，并且在第二放能周期2069bd2期间对第二堆叠而不是第一堆叠进行深度放能。第一放能周期和第二放能周期的操作可以在连续的放能周期内被重复执行，在2069bd1和2069bd2的操作之间交替。在第一放能周期内，第二堆叠被放能的程度比第一堆叠被放能的程度小——被放能至指定温度分布的当前值。类似地，在第二放能周期内，第一堆叠被放能的程度也比第二堆叠被放能的程度小——被放能至指定温度分布的当前值。图26所示的指定温度分布2065b是恒定温度分布，但这种温度分布可以变化，如将关于图29所描述的。

应当理解，这些温度和流的图示仅是示例，并且实际值和曲线形状可以变化。作为一个简单的示例，峰值温度可以在夏季期间降低。变化的一些示例被提供如下。

图27提供了根据超前-滞后实现的温度和流体流的详细图示2060C，其考虑了第二堆叠的不完全放能，以便在其周期内的最低点处，在恒定输送温度与第二堆叠的放能温度之间具有缓冲。该系统将第二堆叠放能至恒定输送温度的能力取决于诸如天气预报、季节、太阳日长度之类的变量。因此，不完全放能的实践避免了不期望地放能至低于恒定输送温度。与图24至图33共同的特征被赋予相似的附图标记。

不是使第二堆叠的温度精确地下降到输送温度2065c，而是该温度可以下降到比恒定输送温度2065c稍高的缓冲量2085c。换言之，第二堆叠未被完全放能，而仅被部分放能。另一方面，第一堆叠继续具有与图26相同的温度和空气流模式，如上所述。

部分放能可以通过调整第二堆叠的流2084c来实现，使得它小于总流的100％，例如总流的约90％(例如，90％)。为了补偿总流的10％，当达到所期望的第二堆叠放能(缓冲)温度2085c时，打开旁通器，如2086c所示。在2087c处，旁通器和第二堆叠空气流基本上跟随空气流，如上面图26所示。10％的值仅是示例，并且可以取决于放能温度、返回空气温度、输出的目标热含量或目标温度、通过每个堆叠的流百分比、以及堆叠的温度而变化。

类似地，在第二24小时周期期间，第一堆叠的温度下降可以下降到略高于恒定输送温度2065c的量2085c。因此，第一堆叠仅部分地放能。第二堆叠具有与图26中所描述的温度和空气流模式相同的温度和空气流模式。

与第一24小时周期一样，部分放能可以通过调整第一堆叠的流2084ca来实现，使得它小于总流的100％，例如总流的约90％(例如，90％)。为了补偿总流的10％，当达到所期望的第一堆叠放能温度2085ca时，打开旁通器，如2086ca所示。如上所述，10％的值仅是示例，并且可以取决于放能温度、返回空气温度、输出的目标热含量或目标温度、通过每个堆叠的流百分比、以及堆叠的温度而变化。

因此，2060C示出了控制系统被配置为将输出流体流维持在指定的恒定温度分布(2065c)，同时在连续的放能周期2069cd1和2069cd2内，在以下之间交替：1)对第一堆叠进行深度放能，同时将第二堆叠放能至高于指定温度分布的第一缓冲温度(2085c)，以及2)对第二堆叠进行深度放能，同时将第一堆叠放能至高于指定温度分布的第二缓冲温度(2085ca)。

图28提供了根据超前-滞后实现的温度和流体流的详细图示2060D，其考虑了低流动滞后堆叠的充能，其中，随着第一堆叠增加其放能温度，使空气继续涓流通过第一堆叠。该涓流可以考虑这些单元未以允许0％流的方式密封的可能性，以及百叶窗允许残余流例如5％等的可能性。虽然提供了5％的值，但应当注意，百叶窗通常无法被100％关闭，但可以接近约99％。其原因在于热膨胀容限、百叶窗和块中的材料之间的差异等。如图28所示，残余流可以接近5％，并且可以在该周期期间变化。百叶窗在充能开始时较少打开，以防止较冷空气的进入。随着充能的进行，残余流增加，因为较暖的空气由于较冷空气的进入而具有较小的负面影响。随着时间的推移，残余流可以增加到5％，或甚至10％。作为示例，上限可以基于涓流什么时候变得过大使得热点变得更热来定义。与前述图24至图33共同的特征被赋予相似的附图标记。

与图27中描述的操作一样，第二堆叠经历部分放能。但在第二堆叠的空气流达到最大值(这里约为90％，如2088d所示)时，第一堆叠的空气流未完全关闭，而是维持在非常低的速率或涓流，例如约5％或更少(或在一些情况下，10％或更少)，如2089d所示(因此以“涓流模式”运行)。如在附图中可见，为了补偿第一堆叠处的流，减少第二堆叠处的流。第一堆叠中的涓流防止热点，因为由于空气的浮力，热点在低流时将需要更多的流被冷却。因此，可以避免或减少热失控的可能性。

类似地，在第二24小时周期内，在第一堆叠的空气流达到最大值(这里约为90％，例如90％，如2088da所示)时，第二堆叠的空气流未完全关闭，而是维持在非常低的速率或涓流，例如约5％或更少(例如，5％)，如2089da所示。如在附图中可见，为了补偿第二堆叠处的流，减少第一堆叠处的流。同样，该模式可以防止或减少热失控的可能性。

因此，2060D示出了控制系统被配置为根据指定的温度分布(这里，为恒定的)维持输出流体流的温度2065d。这是通过在连续的放能周期(2069dd1、2069dd2)内，在以下之间交替：1)对第一堆叠进行深度放能，同时将第二堆叠放能至高于指定温度的第一缓冲温度(2085d)，以及2)对第二堆叠进行深度放能，同时将第一堆叠放能至高于指定温度的第一缓冲温度(2085da)。此外，在放能周期2069dd1期间，将涓流模式的流体流维持到第一堆叠，而在放能周期2069dd2期间，将涓流模式的流体流维持到第二堆叠。

图29提供了根据超前-滞后实现的温度和流体流的详细图示，其考虑了输送温度的变化以减少寄生阻力。同样，与图24至图33共同的特征被赋予相似的附图标记。

如在附图中可见，输送温度可以在可接受的范围或工业应用内变化。(在一些情况下，“指定的温度分布”可以是恒定温度，但如图29所示，指定的温度分布是非恒定的。)在该示例中，初始恒定温度在2090e处为800℃。但随后通过如下所述地调整该流，在2091e处将温度改变为诸如700℃的较低温度。

如图所示，在第一24小时周期(2067e)中，不是如图24至图33中那样使通过第一堆叠的流为总流的100％，而是使总流的约90％(例如，90％)达到峰值，如2094E所示。此外，由于运行温度被设置在800℃，因此旁通空气的必要性从一开始就减少，如2093e所示(例如，与图28中的约40％(例如，40％)相比，在图29中，旁通空气流开始于约20％(例如，20％))。此外，不是使第一堆叠中的流从60％开始并增加到100％，而是流在这里从约75％(例如，75％)开始并增加到约90％(例如，90％)。为了适应附加10％的流，附加空气比先前示例更早地开始流过第二堆叠。这继而导致第二堆叠的放能温度比先前描述的稍微早一点冷却。

如上所述，在第一堆叠的充能阶段期间，将通过第一堆叠的流维持在约10％(例如，10％)，如2097e所示。当在2091e处将输送温度改变为约700℃(例如，700℃)，在2092e处，第二堆叠的放能温度也接近约700℃(例如，700℃)。由于第一堆叠和第二堆叠的空气流在充能阶段期间被维持在相对恒定的比例(分别如2096e和2097e所示)，因此第一堆叠和第二堆叠的放能温度的表现与上述示例类似。在太阳日的后期期间，在2095e处增加旁通流，以冷却该单元；第一堆叠和第二堆叠的流均相应地减少。

在第二24小时周期(2067ea)内，通过调整该流，也将800℃的恒温改变为700℃，如2090ea和2091ea所示。同样，不是如上述示例中那样使通过第二堆叠的流为总流的100％，而是仅将该流增加到总流的约90％，如2094ea所示。此外，由于运行温度被设置在800℃，因此旁通空气的必要性比先前示例低。类似地，不是使第二堆叠中的流从60％开始并向上增加到100％，而是从约75％扩展到约90％。为了适应附加10％的流，附加空气比先前示例更早地开始流过第一堆叠。因此，第一堆叠的放能温度比先前描述的稍微早一点冷却。

如上所述，在第二堆叠的充能阶段期间，将通过第一堆叠的流维持在约10％(例如，10％)，如2097ea所示。当在2091ea处将输送温度改变为约700℃(例如，700℃)，在2092ea处，第一堆叠的放能温度也接近约700℃(例如，700℃)。由于第二堆叠和第一堆叠的空气流被维持在相对恒定的比例(分别如2096ea和2097ea所示)，因此第一堆叠和第二堆叠的放能温度的表现与上述示例类似。在太阳日的后期期间，在2095ea处增加旁通流，以冷却该单元；第一堆叠和第二堆叠的流均相应地减少。

因此，2060E示出了在放能周期期间可以使用不同的流参数集来改变具有非恒定温度分布的输出流体流的温度。此外，通过将第一堆叠和第二堆叠的流体流保持在相对恒定的比例，可以在充能阶段期间维持输出流体流温度。

概括地说，深度放能是将储热堆叠放能至足以减少堆叠内的局部温度不均匀性并因此减少、减轻或消除该堆叠内的热失控(并因此延长其寿命)的程度。在一些情况下，一段时间的深度放能可以使堆叠被一直放能至某个最低温度，即旁通流体流的温度(“旁通温度”)。如已经注意到的，旁通流是储热结构内的较冷流体流——它可以例如基于经由入口阀进入储热结构的流体流。因此，深度放能在一些情况下可以使堆叠被一直放能至旁通温度或约等于旁通温度的温度(例如，在旁通温度的10％以内)。

但如上面关于图24所述，诸如峰值温度和输送温度的因素影响特定堆叠在放能周期内可以被冷却的量。此外，可以是特定用例的任何温度范围都可以实现深度放能的情况——例如，深度放能温度区域2063r。图I至图F是示出了可以用于针对不同情况定义不同深度放能温度区域的温度范围的框图2098c1。

如图所示，温度范围具有输送温度2065u(这里为600℃)的上限、旁通温度20631o(200℃)的下限、以及中点温度2098m(400℃)，该中点温度2098m是输送温度和旁通温度之间的中点。示出了另一温度参考，即2098mm(300℃)，其表示中点温度和旁通温度之间的中点，因此可以被称为四分位温度。示出了九个可能的温度：500℃(2098t1)、450℃(2098t2)、360℃(2098t3)、325℃(2098t4)、275℃(2098t5)、245℃(2098t6)、215℃(2098t7)、204℃(2098t8)和200(2098t9)。

通常，深度放能温度区域的上限将低于输送温度。在上限为550℃的情况下，所有9个温度2098t1至2098t9都将在深度放能温度区域内。备选地，如果深度放能温度区域的上限被定义为显著低于输送温度，则这可能仅将温度2098t1从深度放能温度区域中排除。显著低于意味着至少低于20％，并且在其他情况下可以定义为低于25％、低于30％、低于35％、低于40％、低于45％，等等。因此，取决于该范围相对于输送温度的定义方式，温度2098t2比输送温度低25％，并且可以被包括在深度放能温度区域内。注意，深度放能区域的下限可以根据需要被设置为旁通温度或某个更高温度。

定义深度放能温度区域的另一种方式是深度放能温度区域的上端比输送温度更接近旁通温度，并且深度放能温度区域的下端是旁通温度。参考图表2098c1，这将意味着上限将处于中点温度2098m(400℃)(并且出于该示例的目的，上限可以包括中点温度2098m)。深度放能温度区域的定义将包括温度2098t3至2098t9，并排除温度2098t1至2098t2。

定义深度放能温度区域的又另一种方式是深度放能温度区域的上端比中点温度更接近旁通温度，并且深度放能温度区域的下端是旁通温度。参考图表2098c1，这将意味着上限将处于四分位温度2098mm(300℃)(并且出于该示例的目的，上限可以包括四分位温度2098mm)。该定义将包括温度2098t5至2098t9，并排除温度2098t1至2098t4。

此外，深度放能温度区域的上限可以被定义为约等于旁通温度的那些温度。因此，“约等于”意味着在旁通温度的10％以内，这将包括200和220℃之间的温度，包含2098t7至2098t9。

定义深度放能温度区域的又另一种方式是定义从旁通温度向上测量的绝对温度范围。图33中示出了若干个这种范围。范围2098r1包含高达温度25℃以上的旁通温度2063。因此，如果旁通温度是200℃，则范围2098r1将包括200℃、225℃以及介于两者之间的所有温度。同样，范围2098r2包含比旁通温度高多达50℃的温度。范围2098r3至2098r6包含比旁通温度高多达75℃、100℃、150℃和200℃的温度。

以类似的方式，尽管未示出，但深度放能温度的上限也可以通过建立从输送温度向下测量的温度距离来定义。例如，第一范围可以具有输送温度减去100℃的上限和旁通温度的下限。第二这种范围可以具有输送温度减去125℃的上限和旁通温度的下限。第三这种范围可以具有输送温度减去150℃的上限和旁通温度的下限。第四这种范围可以具有输送温度减去175℃的上限和旁通温度的下限。第五这种范围可以具有输送温度减去200℃的上限和旁通温度的下限。其他范围也是可能的，例如第六范围，其中，深度放能温度区域的上限是低于输送温度300℃。

图24至图33描述了其中两个储热阵列中的每个储热阵列每隔一个放能周期被深度放能的实现。但本公开不限于双储热阵列实现。首先，当仅使用单个储热阵列时，可以执行深度放能。在这种配置中，允许单个储热阵列的出口温度周期性地或基于需要下降到深度放能温度区域。在具有三组或更多组的配置中，可以不太频繁地执行深度放能。

前面的图已经描述了其中两个储热阵列中的每个储热阵列每隔一个放能周期被深度放能的实现。但本公开不限于双储热阵列实现。首先，当仅使用单个储热阵列时，可以执行深度放能。在这种配置中，允许单个储热阵列的出口温度周期性地或根据需要下降到深度放能温度区域——以固定间隔或基于需要进行。在具有三组或更多组的配置中，可以不太频繁地执行深度放能。

图30是示出了基于深度放能温度与两个参考温度的相对接近度来定义深度放能温度的框图；图31是示出了基于深度放能温度与旁通温度的差值来定义深度放能温度的框图；图32是示出了N个存储阵列(N＝3)中的每个存储阵列在每N个放能周期期间被深度放能一次的示例的表；图33是示出了N个存储阵列中的每个存储阵列在每N个放能周期期间被深度放能多次并且被部分放能一次的示例的表；

考虑具有N个存储阵列的配置。图30示出了示例2099t1，其中，N个储热阵列2099a中的每个储热阵列在每N个放能周期(2099dp)期间被深度放能一次。如图所示，N＝3并且三个阵列分别被称为阵列1、2和3。在放能周期1中，阵列1以超前模式运行，并且阵列2以滞后模式运行。因此，阵列1被深度放能并且阵列2被部分地放能。在放能周期2中，阵列2以超前模式运行(并因此被深度放能)，并且阵列3以滞后模式运行(并因此被部分地放能)(2099p)。最后，在放能周期3中，阵列3以超前模式运行(被深度放能)，并且阵列1以滞后模式运行(被部分地放能)。因此，三个堆叠中的两个可以在给定一天放能，而另一堆叠在该一天不深度放能。然而，该布置可以变化。

因此，在具有某个数量N的储热组合物的热能存储系统的一种概括中，一种可能的实现是N个组合物(2099a)中的每个组合物在每N个放能周期(2099dp)被深度放能一次(2099e)。

考虑表2099t2所示的另一实施例，其中，N＝3并且再次涉及阵列1、2和3(2099a)。在VRE可用性的周期结束时(例如，太阳能充能系统的白天结束时)，阵列1和阵列2可以完成该白天充满；适当地按区域进行充分加热，而没有流过它们的导管的大量气体。然而，阵列3在充能期间在其导管中具有高气流的放能模式下运行。

假设：在充能停止之后，放能周期1开始，并且阵列3开始放能以提供输出流体流。在放能周期期间，来自阵列3的较低温度排出流体流与阵列1的较高温度流体混合以输送该输出流体流。阵列3通过冷却至接近返回气体温度的温度进行深度放能。然后，当阵列1的排出流体温度开始降低时，通过阵列3的大量流被终止，并发起通过阵列2的流。来自阵列1的低温流体流与来自阵列2的高温流体的混合也允许阵列1进行深度放能。在该示例中，在放能周期接近结束时，来自阵列1的流被终止，仅留下阵列2处于运行。因此，阵列3和阵列1在放能周期1期间均被深度放能，阵列2被部分地放能。

在下一个放能和充能周期内，阵列的操作是轮换的——因此，在放能周期2期间，阵列2首先放能，随后阵列3放能，然后阵列1放能。因此，阵列2和阵列3(而不是阵列1)被深度放能。类似地，在放能周期3期间，阵列1首先放能，其高温能量与其他阵列放能混合。当阵列1达到其最低可用出口温度时，阵列2开始添加高温气体，直到放能周期结束为止，阵列1和阵列2被深度放能，并且阵列3具有与导管2010在图23中的时间点2051类似的温度分布。该方法允许每个储热阵列在每三个充能周期内的两个充能周期内被深度放能。

上述过程具有各种优点。例如，在太阳能用例的双阵列实现中，每个堆叠通过两个堆叠和旁通器的流控制每隔一天进行深度放能；因此，避免了否则将导致堆叠中的不均匀加热或冷却引起并引起热失控问题的温度变化。对堆叠进行深度放能导致其热复位，从而避免或减少了否则将导致热失控的任何不均匀性。此外，可以通过使用混合输送温度来避免寄生阻力。

虽然在具有内部电阻加热元件以提供辐射传热的储热阵列的上下文中公开了前述方面，但本公开不限于该配置。例如，使堆叠串联运行(其中一个堆叠处于超前模式，另一堆叠处于滞后模式)的超前-滞后方法也适用于通过气体向外部输送热量的场景。

在各种实现中，控制系统被配置为提供一个或多个控制信号以控制热能存储系统的各个方面，包括与通过储热阵列的流体的循环相关联的百叶窗、旁通阀和风扇或鼓风机。此外，不是针对所有储热阵列使用单个鼓风机，而是可以针对每个空气流(例如，流向第一堆叠的空气流、流向第二堆叠的空气流等)提供单独的鼓风机。在这种备选方案中，控制系统将控制鼓风机而不是控制百叶窗。然而，在其他实现中，可以一起使用鼓风机和百叶窗的组合来控制通过第一堆叠、第二堆叠和旁通器的空气流以实现超前-滞后范例。

与系统相关联的操作

OTSG和蒸汽网络的安全且高效启动涉及若干个挑战。所有设备必须安全地达到运行温度，不得将包括水在内的亚温流体排放至系统出口，因为这种放能可以造成严重的“蒸汽锤”损坏和安全风险。本创新解决了这些问题，以针对其热源为热能存储单元的OTSG提供安全、高效的启动。图35(A)和图35(B)示出了如本文描述的热能存储系统的启动和关闭顺序的示例流2200。该示例流示出了蒸汽产生的启动和关闭。虽然与启动和关闭顺序相关联的操作以数字顺序示出，但在一些情况下，这些操作的顺序可以被修改，并且一些操作可以重叠或同时进行，而不是按顺序进行。

在2201处，出口阀处于关闭位置，或被设置为关闭位置。如上所述，与控制系统相关联的传感器和通信设备可以感测出口阀的位置，并且如果出口阀未处于关闭位置，则控制系统可以向出口阀发送信号，使得出口阀被转换到关闭位置。

在2203处，打开放空阀。以与上面关于2201所说明的方式类似的方式，如果放空阀尚未处于打开位置，可以将放空阀移动到打开位置。放空阀允许释放其温度或质量低于所需温度和/或质量的水和/或蒸汽，而无需在OTSG系统内引入流体再循环的要求。

在2205处，开始水泵的运行，并建立低水流。蒸汽发生器的导管现在接收液态水。

在2207处，开始与储热结构相关联的风扇的运行。例如，该风扇可以是如上所述的鼓风机。因此，建立了低热空气流。热量因此被引入管子中。先前在管子内建立的水流防止了热损坏。

在2209处，随着低热空气流，并且通过蒸汽发生器建立低水流，水被加热，并且随着水从液态变为气态，蒸汽开始从加热水中形成。

在2211处，随着热空气继续流动，并且蒸汽发生器的加热继续，蒸汽的压力增加，并且输出蒸汽的蒸汽含量或质量上升。

在2213处，一旦蒸汽质量高于阈值(例如，40％)，蒸汽发生器的出口就打开并且放空阀关闭。此时，该蒸汽可以被输出到工业应用，而没有将水或亚质量蒸汽引入应用网络的风险。

在2215处，随着出口打开并且蒸汽发生器继续提供蒸汽，蒸汽质量和蒸汽流上升到与输出相关联的工业应用所需的水平。流速的增加可以按照以下速率：被选择，以便允许服务于相同工业负载的其他蒸汽发生器的变化率按比例降低它们的流速的速率；或者被选择以匹配与关闭燃料燃烧加热器相关联的下降蒸汽生产率的速率；或另一速率。

在一些实现中，随着来自储热单元的蒸汽或热量输出开始，控制器以维持对工业负载的总蒸汽供应量约恒定的方式减少服务于相同工业过程负载的一个或多个燃料燃烧加热器(锅炉、OTSG、HRSG、熔炉)的蒸汽或热量输出。

此外，关于关闭顺序，在2202处，风扇从导通状态转换到断开状态。例如，鼓风机可以停止其运行。

在2204处，水泵减慢或减少液态水流向蒸汽发生器的导管。

在2206处，随着热量流减慢并且水流减慢，蒸汽质量下降。例如，蒸汽质量可以下降到较低的质量水平，例如50％或60％。

在2208处，一旦蒸汽质量下降到规定水平以下，出口阀就返回到关闭位置。因此，工业应用不再接受蒸汽，因为蒸汽质量已经下降到工业应用所需的水平以下。

在2210处，水泵将水泵入管路，使得出口的管路或导管被完全充满水。

在2212处，空气在储热结构内的自然循环继续以维持与外壁失效相关联的动态冷却，如上所述。

优点

示例实现可以具有各种优点。例如，如上所述，存在一种动态绝缘方法，其提供储热结构的被动冷却。传入的冷空气吸收绝缘层外侧的热量，并且最终进入砖堆叠的下部。因此，该热量不被输送到储热结构的外表面。因此，储热结构可以容纳具有更宽温度容限的设备。此外，设备损坏、磨损、系统故障、人员受伤、或与外容器的表面处的热量的存在相关联的其他安全问题的风险较低。

此外，本公开设想使用再循环空气来为储热结构提供冷却，从而消除或减少对二次冷却系统的需要。在关闭周期期间，被动浮力引起的流继续以便在没有备用电源或特殊设备的情况下提供地基冷却。与使用熔盐的热能存储系统相比，这提供了优点，使用熔盐的热能存储系统需要由鼓风机提供的对熔盐罐的地基的主动冷却，这会增加成本和寄生电力消耗并且需要冗余的柴油发电机备用。通过如本公开中所述冷却地基，在现有系统中以其他方式损耗的能量被捕获为有用的能量，并且提供了所有条件下的热安全性。

此外，与先前方法相比，存在环境效益。由于控制系统允许热能存储系统基于每天的能源供需情况使用源电，因此当供应大于需求时产生的源电可以在充能模式期间用于存储。当需求超过供应时，热能存储系统可以放能并为其他工业应用提供电力或输出，以支持附加需求。该范例理想地减少了使用不可再生能源的需要。此外，可以使用源自可再生能源而不是不可再生能源的热量来执行诸如煅烧、碳捕获和其他应用的各种工业应用。因此，可以减少二氧化碳或其他温室气体的产生。

在效率和成本方面，本公开中描述的各种实现提供了更高效的方法来管理能量输入和输出。图34(A)至图34(C)示出了与太阳能产生相关联的各种能量输入和输出曲线2100。在图表2101中，示出了一天周期内的示例能量输入和输出图。曲线2105示出了可用功率。例如，在太阳能可用的白天时间期间，例如上午4点到晚上8点之间，可用功率被示出为2105。在2103处，示出了可用的充能功率。如在2107处可见，可用充能功率可以反映可用功率。在2103处，示出了蒸汽输送，其反映了被输出或产生的能量。在2109处，示出了由太阳能产生给客户的实际电力。

图表211和2121比较了不同季节的每天功率分布。图表2111示出了冬季白天期间的功率分布，而图表2121示出了夏季白天期间的功率分布。在点2115和2117处可以看出，在冬季白天，可用功率非常粗略地对应于充能功率。在2125和2127处可以看出，在一天的一部分时间里，可用功率对应于充能功率，但在夏季白天的下午，充能功率显著低于可用功率。如上所述，“日”被定义为从日出时间开始到日落时间结束的昼夜太阳周期；可以理解，日出和日落的时间可以取决于在纬度和经度方面的物理位置、在地形、日期和季节方面的地理因素而变化。在2119和2129处，示出了由太阳能产生给客户的实际电力。在2113和2123处，示出了蒸汽输送，其反映了被输出或产生的能量。

在2131和2141处，针对夏季白天，提供了2131处的非延迟充能与2141处的延迟充能的比较，该比较例如与示例实现相关联。2131的元素大致对应于2121和2101的元素。通过比较，在延迟充能的2141处可以看出，充能功率2147可以非常粗略地匹配夏季白天下午时间段的可用功率。因此，示例实现可以使用延迟充能来更高效地使用可用功率。

系统组件的寿命和能量存储的效率可以受益于将存储核心维持在较低温度；然而，这样做会减少能量存储容量。其中电加热器嵌入在存储介质核心内的热能存储系统使加热器在延长周期内维持在介质温度；以及加热器的长期温度暴露是影响其使用寿命的关键因素。这里呈现的一项创新通过降低加热器经历的年平均温度，有助于延长加热器和设备的使用寿命。在操作存储单元以从可变源提供持续供热的情况下，控制器可以基于预报的能源的可用性和规划的能源需求，每天选择低于“充满”的充能状态。例如，在由太阳能供电的系统中，夏季白天较长，因此需要较少的存储能量小时数；因此在仲夏，储能单元可以由控制器操作以保持在较低温度(或“部分充能”)，以延长系统寿命并减少热损耗，而不会产生输送到系统输出的能量的任何减少。并且，例如，在由太阳能供电的系统中，冬季白天具有较低的总可用能量，因此可以仅使用存储容量的一部分来存储由关联太阳能设施产生的整个能量。控制器可以在这些条件下操作存储系统以仅维持部分充能，以再次延长系统寿命，而不会在系统输出处产生能量输送的任何损耗。整个系统的其他特征提供了各种优点，这些其他特征包括与储热阵列的布置以及组成的储热块相关的特征。这些特征是下一节的主题。

此外，本示例实现以若干种方式减轻了热应力效应。本公开通过将存储介质划分为一定尺寸和形状的砖来减轻由于快速加热和冷却引起的热膨胀而引起的热应力，该尺寸和形状能够实现快速辐射传热，同时将块内的热应力水平和模式维持在低于引起提示或逐渐失效的水平。传热流导管和流速被布置为使得传热气体的湍流在整个暴露的传热表面上提供相对均匀的冷却。存储介质砖被布置成阵列，该阵列允许相对移动以适应各个元件的膨胀和收缩。此外，该阵列被布置为使得热膨胀的周期对齐阵列的元件以保留阵列结构的完整性、加热元件导管的完整性和传热气体导管的完整性。

在一些示例实现中，各块砖被设计为使得它们的质心靠近加热元件，并且扩大的表面积允许与流动的空气高度接触。

II.TSU中的传热：砖和加热元件

A.由公开的一个或多个实施例解决的问题

形成储能单元的传统方法可能存在各种问题和缺点。例如，传统方法可能无法提供热能存储单元的均匀加热。相反，他们可能使用会产生不均匀加热(例如，热点和冷点)的结构。非均匀加热可以降低储能系统的效率，导致设备提前失效，引发安全问题等。此外，传统方法可能遭受热能存储单元的磨损。例如，诸如机械应力和热应力的应力可以导致性能的劣化，以及材料的不稳定性(例如，砖的开裂)。

B.本文所公开的示例解决方案

在一些实现中，储热块(例如，砖)具有促进更均匀分布的各种特征。作为一个示例，块可以被形成和定位为限定具有腔室的流体流路径，这些腔室对加热元件开放以接收辐射能。因此，(例如，从堆叠的顶部到底部竖直定向的)给定的流体流路径可以包括两种类型的开口：对加热元件的通道开放的辐射室和不对该通道开放的流体流开口(例如，流体流槽)。辐射室可以接收来自加热器元件的红外辐射，其结合加热器元件的传导加热可以提供对储热块的组合的相对于传统实现更均匀的加热。流体流开口可以经由腔室间接地接收少量辐射能，但不直接对加热元件开放。砖堆叠可以单独地或与其他砖堆叠结合用于形成储热单元，并且一个或多个储热单元可以一起用于储热系统。由于如上所述，流体鼓风机在充能和放能期间使流体循环通过该结构，因此可以在基本竖直的方向上形成温跃层。此外，流体移动系统可以引导相对较冷的流体例如沿着结构的绝缘壁和顶部，以用于绝缘目的。最后，通风系统可以出于维护或在断电、失水、鼓风机故障等情况下允许受控冷却，这可以有利地提高相对于传统技术的安全性。

本教导在利用传热的物理学来实现热能存储系统的经济高效构造方面有进步。与使用固体介质的现有技术相比，根据本公开的设计减少了对传导传热的依赖并提高了传导传热的可靠性；经由对流传传热来输送均匀的高温热量；以及主要利用直接辐射传热，其中热量从加热元件辐射并从加热存储材料(“辐射回波”)再辐射以快速且均匀地加热其他存储材料。

宇宙中的所有物体都以与其绝对温度的四次方成正比的速率发出热辐射。具体来，根据斯特凡-玻尔兹曼(Stefan-Boltzmann)定律，没单位时间内黑体的每单位表面积辐射的总能量与黑体的热力学温度(以开尔文为单位)的四次方成正比。因此，温度的微小差异会导致热辐射率的巨大差异。

宇宙中的所有物体也吸收热辐射。对于任何两个仅彼此暴露且没有任何传入或传出热量的表面，彼此暴露的物体之间的温差会快速地减小，直到这些物体处于相同温度，从而达到辐射平衡。

期望基于对固体介质进行加热的电加热元件的系统以相对较高的功率负载(即，以每平方厘米表面积的高瓦数运行)运行加热器。这样做减少了加热材料的数量和每单位充能能量的成本(每千瓦成本)。然而，加热元件寿命与温度成反比，因此为了最大化功率负载同时保持加热元件温度尽可能地低，相应地期望加热器辐射地暴露表面温度可能最低和最均匀的材料。

在一些现有设计(例如，住宅“存储加热器”和斯塔克公开的设计)中，加热器(例如，通过嵌入在通道中)仅暴露于相对较小的表面积。基于斯塔克的教导和相关设计的现有技术预期会受到块尺寸、内部结构或材料组成的任何不均匀性的严重影响，因为控制表面温度的唯一方法是通过将外表面的热量内部传导到内部材料中。

砖本身内骨料含量的变化可以有助于改变导热率。如果传入的辐射正在加热表面，则热传导的这种变化将必然导致表面温度的变化，并且如果热辐射无法将较高温度的能量携带至较低温度区域，则这种变化将是显著的。更重要的是，砖内形成的任何裂缝都可以导致裂缝处的导热率大幅降低，因此如果块正被辐射加热，这将减少从表面传导的热量，因此除非热辐射能带走这种能量，否则导致较高表面温度的区域。基于例如斯塔克设计的设计在这两种情况下都会经历表面温度的大幅升高，因为由于“通道”设计概念，仅相对较小的局部表面区域处于辐射交流中。缓解这些问题会产生成本。由于导热率较高的砖比导热率较低的砖更昂贵，并且由于电加热元件昂贵，因此由于要求平均温度足够低以适应这种局部变化，先前教导在实际可实现的温度方面存在严重限制并且在加热器材料使用(每千瓦时的加热器材料使用量)和存储材料使用(每千瓦时的存储材料使用量)方面存在严重挑战。先前的这种设计容易受到砖开裂引起的现场故障的影响，从而导致加热器故障。任何这种裂缝形成都将需要减少或停止对开裂区域中的加热器的供电——因为安装在该位置的替换加热器将继续经历这种异常温度——和/或拆卸TSU和替换开裂的砖，这两者从成本的角度来看是非常不切实际的。因此，这种设计的单元将容易受到可用存储容量和放能速率降低的影响。

对于加热固体介质的系统，也期望避免固体介质内的高温梯度，因为基于温度的差异膨胀会导致应力，当介质在充能和放能操作期间连续加热和冷却时，该应力可以导致介质的开裂或劣化，从而导致大的时变应力模式。在加热器仅暴露于相对较小表面积的设计中，仅大块材料的相对较小部分被辐射加热，而大部分加热是经由材料内的热传导来实现的。由于传导加热与材料内的ΔT成正比，根据牛顿的冷却定律，VRE充能存储介质中所需的快速加热为这种系统创造了巨大的潜力，以使其经历因热应力引起的劣化和开裂。从这个意义上说，当加热器安装在通道或狭窄通道中时，加热器没计的期望性质(每单位表面积的高瓦数)本质上与砖设计的期望性质(每表面积的低瓦数)相冲突，例如堆叠和“存储加热器”所教导的。

还期望从固体介质输送高温热量的系统在放能期间达到“温跃层”条件，其中，介质的一部分被冷却至比其他部分低得多的温度——每千克材料释放更多的能量，这保持在高温下——因此允许在整个延长的放能周期提供相对较高的连续出口温度，同时大块存储介质在温度(ΔT)的大变化范围内摆动。为了实现该目标，通过流动空气进行的对流传热是有利的，该流动空气当它流过材料的连续区域时，被高效加热并与局部介质温度达到平衡。这种高效的温跃层设计的示例是考珀炉，该考珀炉在砖阵列中包含多个长而窄的竖直空气通道，当空气通过该材料时，引起通道内的湍流空气流并因此引起每个区域的空气和相邻砖之间的高效传热。防止经由辐射从相对较热的区域传热到较冷的区域的措施是可取的，因为这种向下的竖直辐射热量流将降低温跃层的底部和顶部之间的温差，从而降低其效率，并因此降低每单位材料的可用存储能量。考珀炉的狭窄空气通道限制了表面在竖直轴上的相互辐射暴露(由于cosΘ)，因此考珀炉的设计满足高效温跃层设计的这两个标准。

然而，考珀炉的设计存在缺陷。考珀炉中的空气通道由单元内竖直堆叠的许多砖组成，每块砖具有多个通道，这些通道在组装期间必须与上下砖中的对应通道正确对齐。组装期间的任何错位，或由于运行期间的循环热膨胀和收缩，都会导致通过通道的流的阻塞。砖的任何开裂或剥落，或在通道内任何一点处引入材料的任何异物引入都会导致整个通道中的流的阻塞。在系统以对流方式被加热和冷却的考珀炉设计中，这会导致储热能力的部分损耗，因为这种区域既未被高效冷却也未被高效加热。然而，在电辐射加热储能单元中，这种空气流阻塞具有更大的后果，因为它们会导致放能周期期间的冷却大幅减少，但不会减少来自加热器的传入热辐射。因此，通道阻塞可以在电加热储能单元中造成更严重的后果，因为如上所述，单元温度的变化可能导致加热器或砖提前失效，因此整个单元可能必须在较低温度下运行，使得与不均匀性相关联的峰值温度不超过安全材料运行温度。

一些设计(例如，西门子的ETES)将非结构化介质与随机分布的空气通道结合在一起，导致较高温度空气区域和较低温度空气区域混合，并允许低温空气旁通高温固体区域而不被加热，从而降低温跃层效率并增加在维持目标出口温度的同时输送给定量的热能所需的固体介质的数量，从而增加每千瓦时的存储介质使用量。

根据本公开的设计结合了若干项关键创新，这些创新共同解决了这些挑战，并使得能够构建并运行经济高效、安全、可靠的高温热能存储系统。根据本教导的精心构造的固体介质系统包含：结构化空气流通道，其实现了高效温跃层放能；沿着空气流方向重复的混合室，其减轻了任何局部空气通道堵塞或不均匀性的热效应；对热辐射沿着竖直方向传播的高效屏蔽；以及辐射室结构，其经由多步热辐射在存储介质阵列内以高加热器功率负载、低且均匀的暴露表面温度和长距离传热对块材料进行均匀且快速地加热。

根据本公开的创新结构可以包括形成腔室的砖阵列。这些砖具有结构化的空气通道，使得空气在竖直方向上在连续的开放室和小空气通道中向上流动。在一些实施例中，具有内部空气通道的砖阵列被组织成如下结构：使得TSU核心内的每块砖的外表面形成腔室的壁，在该腔室中，它暴露于来自其他砖表面的辐射以及源自电加热器的辐射。

腔室结构是通过将砖材料交替成棋盘式图案而创建的，其中，每块砖被开放的腔室围绕，并且每个开放的腔室具有作为其壁的相邻砖。此外，提供了通过多个腔室的水平平行通道。水平延伸通过阵列的电加热元件安装在这些通道中。单个加热元件可以沿着其长度暴露于多个腔室的内部空间。这种棋盘结构内的每块砖暴露于四面八方的开放腔室中。因此，在充能期间，来自多个加热元件的辐射能对每块砖的所有外表面进行加热，有助于对砖进行快速且均匀的加热，并通过限制砖的内部尺寸来减少对砖内传导传热的依赖。

这种腔室结构进一步提供了：从电加热元件发出的热量的第一部分被给定的第一砖表面吸收，并在砖内通过传导传热被进一步输送，从而对该砖进行加热；以及该热量的另一部分被比第一砖表面相对更靠近加热器的第二砖表面吸收，从而提高了第二砖表面的温度。由于第二砖表面比远离加热器的砖表面变得更热，因此第二块砖表面由于温差将热量辐射到那些更远的砖表面。砖的这种辐射吸收过程(其导致温度升高并因此导致增加的热辐射)在本文中被称为“再辐射”。整个砖堆叠的热能再辐射是砖的快速、均匀加热的重要因素。该结构被布置为使得加热元件辐射地暴露于沿着水平方向延伸的通道，从而在给定的水平层砖上实现相对均匀的加热，同时抑制加热元件在竖直方向上的辐射加热，因该实现并允许持续存在有利的竖直温跃层。

辐射室结构在设计并生产由电能充能的高效热能存储系统方面取得了关键进展。辐射地暴露于加热器的大表面积导致大表面的平均温度以确定辐射平衡并因此确定加热器的表面温度。该内在均匀性实现了加热器的每单位面积的高瓦数，而不存在局部过热的可能性。并且暴露的砖表面的每单位质量比现有系统更大，这意味着每单位面积的输入瓦数相应地更小，因此由于砖内部温差引起的热应力更低。并且至关重要的是，能量的再辐射——较热的砖表面的辐射被较冷的砖表面吸收——减少了表面温度变化的数量级，因此降低了暴露于辐射热的砖材料中的热应力。因此，辐射室设计高效地使热量能够相对均匀地输送到大的水平定向表面区域，并且能够以砖的每单位面积相对较低的瓦数实现加热器的每单位面积的高瓦数。

注意，虽然该配置是根据“水平”和“竖直”来描述的，但这些并不是绝对的度数或角度限制。有利的因素包括维持温跃层并提供在导致对流传热的方向上通过堆叠的流体流，在温跃层的相对较热的部分处离开堆叠。可以并入的另一有利因素是以鼓励漂浮的、热空气上升通过堆叠并在温跃层的热端离开的方式定位堆叠；在这种情况下，其中温跃层的热端的高度高于温跃层的冷端的高度的堆叠是高效的，并且竖直温跃层最大化了该效率。

通过布置具有相对较高的纵横比和主要水平的轴的腔室，热能通过多步再辐射传输到远离加热元件延伸的砖区域；以及随着整个存储温度升高，°K^4(热力学温度的四次方)热辐射的影响会产生非常强烈的“温度平衡”效应。即，单元变得越热，单元最热部分和最冷部分之间的差异就越小。因此，随着温度升高，砖阵列内的充能传热变得更加高效，并且整个介质结构被加热至均匀的温度，其中加热元件的总数量比没有辐射传热结构的设计所需的加热元件总数量的少得多。这与包括西门子和斯塔克在内的先前教导形成鲜明对比，这些先前教导可以被预期：依赖于传导性ΔT，经历较低的传热效率，ΔT随着大块存储介质温度的升高而降低。

该设计的重要优点是加热元件温度的均匀性在根据本公开的设计中得到极大改善。砖导热率的任何变化，或砖中形成的导致导热率改变的任何裂缝都可以通过远离导热率降低的位置的辐射传热得到极大缓解。即，由于降低的内部传导效率而达到比附近区域更高温度的区域将与附近表面失去辐射平衡，并因此将通过辐射被快速冷却至相对接近周围表面温度的温度。因此，与先前教导相比，固体介质内的热应力和局部峰值加热器温度两者都降低了很多。

同样重要的是，任何砖剥落、开裂或将异物引入空气通道的影响都被大幅最小化。经历通道阻塞的单块砖将在放能周期期间经历减少的冷却，并且其表面和内部材料将保持比相邻区域更热，因此由于能量存储与ΔT成正比，这种区域将高效地存储更少的能量。由于砖的表面经由开放的辐射室与其他砖进行辐射交流，辐射会将热量从这种通道阻塞区域输送到其他砖。因此，具有开放式辐射腔体的设计在加热-冷却循环中经历的最终ΔT将大于不包含该概念的任何设计(例如，考珀炉或斯塔克)的ΔT。在放能期间，由于竖直轴上的空气流，任何砖剥落、开裂或将异物引入空气通道的影响被进一步最小化。由于空气在砖之间的腔室中自由混合，因此辐射室的存在消除了一块砖中通道阻塞影响其上方或其下方的砖内的流的任何影响。同样，由于砖中的狭窄空气通道并不接触，而是被开放的腔室隔开，因此砖之间在竖直方向上的错位不会导致空气通道堵塞。

概述

如前述讨论中所说明的，提供了一种用于热能存储的系统，该系统包括来自供应的电能的输入、一个或多个储热单元、以及到应用的流体输出(其可以是或包括气体)，例如蒸汽和/或热量。如上所述，该供应可以是能源，例如一个或多个光伏电池。其他能源可以与光伏电池结合使用或替代光伏电池。

该电源可以是以下各项中的任何一项或组合：VRE电能，包括风能和太阳能；变化较小的可再生能源，包括水电能和地热能；或其他电源，包括由煤、石油、天然气、核能或或本领域普通技术人员可能显而易见的任何其他发电方法供电的热电厂。

该储热单元可以各自包括：由开关控制的一个或多个加热元件(例如，电阻加热元件)，这些开关管理并使加热元件能够接收来自输入的电能；以及诸如砖的储能结构。流体移动系统(例如，一个或多个鼓风机，其可以被定向为将流体推入系统或从系统中抽出流体)引导流体通过储热单元中的流体流路径。

该储能结构包括多层储热块。例如，第一层储热块可以交替布置，使得在相邻或邻近的砖之间形成间隙。第二层砖与第一层相邻定位，也在交替模式下，在相邻或邻近的砖之间形成间隙。第一层砖和第二层砖彼此相对定位，使得第一层砖的间隙与第二层砖相邻，并且第二层砖的间隙与第一层砖相邻。

第二层砖和第一层砖中的一块或多块可以具有形成在其间的空气流通道。更具体地，空气流通道可以形成为孔、孔洞、导管或槽。例如，空气流通道可形成为细长槽，其较长尺寸不平行于每块砖的与间隙相邻的表面。在一些实现中，空气通道的较长尺寸基本上正交于每块砖的与间隙相邻的表面可能是有利的。在其他实现中，空气通道的较长尺寸基本上平行于每块砖的与间隙相邻的表面可能是有益的。

由于空气通道具有如上所述定向的一个短尺寸轴，因此可以引起湍流，从而在它通过砖时有助于空气和砖之间的高效传热。因此，该槽布置的益处可以是当空气通过砖时更高效地冷却每块砖，并因此在放能期间产生更高效的温跃层。

空气流通道和相邻或邻近的砖之间的间隙以产生空气流路径的方式来形成。更具体地，第一空气流路径延伸通过第一层砖的空气流通道和与第一层砖相邻的第二层间隙，并且第二空气流路径延伸通过第二层砖的空气流通道和与第二层砖相邻的第一层间隙。

该加热器或加热元件(其可以是以一种装置耦合到来自电源的电能输入的电阻加热元件，该装置包括至少一个控制开关，该控制开关可以将输入电力调整为当前可用功率的任何含量)与第一层砖和第二层砖相邻定位。例如，加热元件可以平行于储热砖层的纵向方向延伸。根据一个示例实现，加热元件在多排多个块之间以曲线图案横向地延伸。

根据一个示例实现，第二层可以位于第一层上方，使得空气流路径基本上是竖直的。然而，示例实现不限于此，并且可以使用本领域技术人员可以理解的第一层和第二层之间的其他空间布置来替代基本上竖直的空气流路径或与基本上竖直的空气流路径结合。

此外，尽管前述示例实现公开了第一层和第二层，但本示例实现不限于此。例如，一个或多个附加层可以与第一层和第二层合并，以形成具有间隙和空气流通道的附加交替图案。此外，每个附加层中的砖可以被定位以形成第一空气流路径和第二空气流路径的附加部分，使得附加空气流路径延伸通过砖的空气流通道，并通过相邻层(例如，上方或下方的块)的间隙。

在上述多个层砖中，砖的尺寸可以变化，使得位于堆叠的上部或更靠近堆叠的上部的层与位于堆叠的下部或更靠近堆叠的下部的砖相比在至少一个尺寸(例如，高度)上可以更大。通过使砖的尺寸具有这种变化，可以优化砖尺寸以解决堆叠的下部附近的较大重量负载和/或更靠近堆叠的上部的较高空气温度。例如，上层中的砖可以比下层中的砖高。其原因是：随着气体在堆叠的底部处持续地流入并冷却下层，每单位质量需要更多的热能来加热靠近堆叠的底部的砖。

更具体地，来自加热元件的热量不仅加热块本身，而且还将块体积内的气体加热至期望温度。竖直地朝向工作人员的上部移动，同一加热器可以加热更大的砖，因为这些砖没有与堆叠的底部附近的砖相同的需要加热的传入空气。此外，该加热器具有它们能够输出的一定量的功率，使得堆叠的上部和下部处的加热器可以具有相似或相同功率输出的加热器。因此，这些腔体可以朝着堆叠的上部更高，因为进入的空气已经被堆叠下部处的砖加热，并且来自加热元件的能量正在加热块本身的大部分，与砖的大部分的体积内的空气相反。

在一些实现中，用于加热器元件的控制系统被配置为以一个或多个不同水平独立地为加热器元件供电，例如以取决于该组合中的加热器元件的高度(例如，层)输出更多或更少的能量。

多个砖堆叠可以彼此相邻布置以形成储热单元。类似地，多个储热单元可以彼此相邻布置以形成储热系统。

示例实现还可以提供高效且可靠的储热系统，该储热系统涉及使用多个导热且吸热的砖，这些砖被堆叠在一起以形成具有被选择以减轻热应力的尺寸和材料组成的热能存储单元。该储热系统还可以在单元(堆叠砖)的整个长度上维持恒定的温度分布，从而减缓温度攀升，并减少砖中的热点和冷点、机械应力、热应力和开裂的产生。

在一些示例实现中，该系统可以包括多个单元以形成热单元。该系统可以包括多个单元，每个单元由多个堆叠组成。在充能期间，控制器可以在不同时间选择性地向各个加热元件或元件组提供以不同速率流动的电力，以便控制堆叠的特定子部分、或单元内的特定堆叠、或特定部分(例如，堆叠内的特定砖或砖的部分)的加热速率。

例如，如果在特定充能周期期间预计只有最大能量容量的60％，则可以仅加热系统中的60％的堆叠或60％的砖中的元件。特定加热元件的选择性加热可以确保60％的砖在充能周期期间达到最高温度，而不是加热所有元件导致100％的砖被加热至最高温度的60％。

这种充能配置可以具有各种益处和优点。例如，可以显著提高放能操作期间的能量放能效率。

该系统可以包括一个或多个空气吹送单元，该一个或多个吹送单元包括风扇和鼓风机的任意组合，并且被配置在壳体中的预定义位置处促进第一部分、第二部分和外部环境的组合之间的受控空气流。第一部分可以通过热障与第二部分隔离。该空气吹送单元可以促进空气流以预定义流速通过砖的通道中的至少一个通道，从第一部分中的单元的底端到单元的上端，并然后进入第二部分，使得以预定义流速通过单元的砖和/或加热元件的空气可以被加热至第二预定义温度，并且可以吸收并传输由加热元件发出和/或由第二部分中的砖存储的热能。该空气可以从第二部分流过包含一根或多根导管的蒸汽发生器或其他热交换器，这些导管携带流体并且在从具有第二预定义温度的空气接收热能时，可以将流过该导管的流体加热至较高温度或者可以将该流体转换为蒸汽。此外，该系统可以促进所产生的蒸汽从该导管的第二端流出到一种或多种工业应用的预定义位置。该空气的第二预定义温度可以基于该导管中正使用的材料以及蒸汽的所需温度和压力。在另一种实现中，离开第二部分的空气可以从外部输送到工业过程。

此外，本文描述的示例实现公开了电阻加热元件。电阻加热元件可以包括电阻丝。电阻丝可以具有基本上圆形的、细长的、扁平的或其他形状的截面以接纳从电能的输入接收到的能量作为热量。

关于电阻加热元件的组成，如果电阻加热元件是电阻丝，则它可以是金属的。此外，电阻加热元件不必限于金属丝，而是可以由另一种材料(例如，陶瓷)形成，该另一种材料包括但不限于碳化硅、硅化镁，或者可以由这些材料和/或其他材料形成。

砖和堆叠

储能系统的示例实现包括壳体，该壳体包括可以彼此流体耦合的至少两个部分(也被称为单元)。第一部分可以包括彼此堆叠在一起以在外壳内形成储热单元的一个或多个导热砖。注意，一些块可以相对较大并包括多个部分(例如，矩形砖部分)。因此，给定的砖可以包括多个层上的部分并且可以覆盖多个腔室。加热元件可以悬挂在阵列内的通道内的支撑件上，或者可以机械地形成阵列本身的一部分(例如，作为阵列内的一块或多块砖形成的导电陶瓷材料)，或者可以与该阵列相邻定位(例如，加热元件，例如封装在对红外和可见光谱中的电磁辐射至少部分透明的材料中的钨或氙元件)。

一块或多块砖可以包括在砖的两个相对端之间纵向延伸的至少一个通道。因此，与这些单元之一相对应的堆叠砖中的每个堆叠砖的通道中的至少一个通道彼此对齐。备选地，这种通道可以被布置为使得相邻的砖通道被布置在一起以形成通道。可以将许多砖彼此堆叠在一起以形成所需高度的组合。可以考虑外壳的高度来选择单元的高度。此外，彼此堆叠的砖的尺寸可以相同，或者可以不同。例如，砖和单元的上部可以具有比单元的下部处的砖更高的高度。

该系统包括至少一个加热器或加热元件，该至少一个加热器或加热元件设置在与这些砖中的每块砖相对应的通道中的至少一个通道内。这些加热元件中的每一个可以单独地或共同地电连接到一个或多个发电源(也被称为电能源)，并且可以被配置为从发电源接收电能并产生热能，使得这些加热元件中的每一个的温度达到一定温度。

电力到加热元件的施加可以基于被配置为减少砖中的热应力的最佳加热条件来控制。这种电气控制可以通过各种类型的开关来实现，这些开关包括机电接触器和半导体器件，该半导体器件包括晶闸管和晶体管类型器件，该晶体管类型器件包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)。到加热元件的电力控制可以由控制器来确定，该控制器在确定期望的放能速率时考虑来自VRE源的当前可用总能量的值或其他参数。该控制器可以每秒多次操作控制电路中的开关，由此开关的这种操作使加热器能够接收许多平均功率水平之一。该控制器可以以如下模式操作多个这种开关：使得传入的总功率量均匀地或不均匀地分布在不同数量的加热器上，这些加热器的总功率需求(如果全部同时以全功率运行)可以超过传入的可用功率。例如，可以控制电能以将加热元件保持在高于周围块的固定温度以减少热应力。随着块温度升高，更多的电能可以被施加到加热元件以将加热元件的温度升高至加热元件可达到的最高温度。因此，由于较高的砖通常将具有较高的温度，储热块的组合内不同竖直高度处的加热器元件可以在不同温度下运行。

此外，在一些示例实现中，施加到加热元件的电力可以在发电期间逐渐上升以延长加热元件的寿命。这种攀升的方式可以包括控制器命令包括太阳能逆变器在内的外部功率转换设备调整它们的功率输送，并且可以包括控制器命令包括晶闸管和IGBT在内的半导体开关设备以时变模式快速切换。该系统的充能的附加优化可以通过控制电力到加热元件的施加来实现。

在示例实现中，砖可以由导热且吸热的材料制成，这些材料具有如下组成和尺寸：使得由对应的加热元件发出的热能在接收到电能时可以将这些砖中的每一块和对应的单元加热至第一预定义的温度。此外，这些单元可以被配置在壳体内，使得相邻单元之间存在预定间隙，以促进通过这些单元的流体流。

砖结构和形状

砖的结构和形状被配置为重复地加热并冷却以存储能量。能量输入以电能的形式提供，该电能加热电热丝、细丝、杆或其他固体导电材料以发出辐射热能。能量输出是该结构的一个部分处引入的循环气体中输送的热量的形式，并使结构的另一部分处于较高温度。该结构包括耐火材料(例如，砖)，该耐火材料可以是一种或多种铸造或挤压形状的形式，并且被布置为沿着竖直和水平轴具有交替顺序。该结构包括多个开放腔室和砖，其中这些砖包括具有远小于其他两个尺寸的至少一个尺寸的空气通道。这些通道在其顶表面和底表面向腔室开放，并且在内部暴露于由电阻加热的辐射表面。在这些腔室中，热量通过热辐射从相对较热的表面传输到相对较冷的表面。

图36示出了砖和堆叠结构和形状的图36000、剖视图36001、以及由具有被形成为槽36011的通道36009的相邻砖36007的表面形成的腔室36005的等距视图36003。电阻加热器36013提供从电能转换的热能。腔室36003的一个表面包括被电能加热至较高温度的表面(被示出为带箭头的实线)、以及该腔室的暴露于来自所有内表面的热辐射的其他表面(被示出为带箭头的虚线)。

更详细地，如图37所示，由耐火材料组成的结构37000包括具有由电力辐射热直接加热的区域的内腔室。区域37001从电力加热元件接收较高的辐射通量并处于更高的温度，并且在腔室内辐射热能，该热能被腔室37002、37003、37004的较低温度表面以基于它们的角度和与第一辐射表面的距离的不同速率吸收，并且它们随后被来自区域37001的传入辐射加热至不同的温度。第二表面37002处于高于第三表面37003的温度，其辐射由第三表面37003吸收的热能，从而减小了它们之间的温差。第四表面37004远离电加热元件定位并且接收由电加热元件、第一表面区域37001、表面区域37002和37003、以及其他表面区域发出的传入辐射。

如上所述的系统，其中，其各自表面形成腔室的壁的砖材料各自具有内部流通道37005，其空气流，具有显著小于其他尺寸的至少一个尺寸，这导致流动的空气至少部分地具有湍流模式。此外，该系统结合了第一加热室下方的一个或多个区域，具有允许向上流入加热室中的空气通道，但如此布置以阻挡由加热室发出的热辐射。

电气开关(未示出)在控制系统(未示出)的命令下控制电加热器的操作。此外，百叶窗和/或变速风扇可以控制空气通道和腔室内向上的空气流的速率。图38是示出根据一些实现的示例砖3301的图3300。砖3301形成为锯齿形，其上表面包括包含开口3303(其在该示例中为槽)的区域，该开口3303竖直延伸通过砖3301。此外，提供了安置部分3305，例如砖3301可以彼此堆叠并且以使得它们不会相对于彼此横向移动的方式被安置。此外，纵向方向上的侧部3307、3313可以以在砖内产生腔室或腔体的方式与其他砖一起布置。这些辐射室可以允许各个方向上的再辐射，包括水平再辐射(例如，用与竖直轴成90度的辐射对砖进行充能，使得辐射在水平面内移动)。

砖和堆叠的结构可以通过为辐射提供自由视线或在水平面内快速地以辐射方式移动能量的能力来促进水平面内的能量流。该方法可以减少或避免热点。同时，能量沿着竖直轴放能到堆叠的顶部。通过允许辐射在水平面内自由移动但基本上不在竖直轴上移动，可以维持温跃层(并且阻碍从放能点回到堆叠的竖直再辐射，使得能量以预期的方式流向输出)。

砖3301的总体形状包括沿着第一方向纵向延伸的第一部分、正交于第一部分定向并沿着第二方向纵向延伸的第二部分、以及沿着第一方向纵向延伸的第三部分。因此，砖3301具有锯齿形外观。这些部分中的每一个具有沿着上中心表面延伸的重复图案的开口3303，由沿着周边的部分3305框住。第二部分和第三部分的座位部分被分别示出为3309和3311。在砖3301的第一部分和第三部分的相对端处提供了附加凹槽3315和3317。

在所示出的实现中，流体流槽在一个水平方向上是细长的。如图所示，流体流槽可以被定向为它们的较长方向平行于加热器通道且垂直于给定高度处的辐射腔体。

图39示出了根据另一示例实现的砖3501的示意性透视图3500。虽然图38所示的砖3301在其所有截面上具有共同的竖直轮廓，但砖3501以使得在不同竖直轮廓处存在砖的各部分的方式组装。更具体地，砖3501包括第一部分3501、第二部分3503和第三部分3507。这三个部分3501、3503和3507在连接点3511处连接。提供凹槽3513和3515以容纳加热元件。如上所述，开口3509设置在部分3501、3503和3507中的每个部分中。第一部分3501的底表面以及第二部分3503和第三部分3507各自的侧表面形成腔室。如上所述，类似的座部部分也形成在砖3501中。因此，砖3501可以被布置成堆叠结构以形成组合，并且多个组合可以被布置以形成单位或单元，其中给定的TSU具有一个或多个单位或单元。

图40示出了根据以上示例实现的砖3101的示意性透视图3100。该透视图被定位为从侧面透视示出砖3101的特征。如上所述，砖3101包括在连接点3111处彼此连接的部分3103、3105和3107。提供了槽3109和凹槽3113、3115。与上述类似，在部分3103、3105和3107的上表面周边处提供了与槽相邻的安置区域。如图所示，由部分3103、3105和3107形成的腔室在部分3103的正后方，在部分3105的正下方，并且在部分3107的正左侧。其他砖3101可以相对于砖3101以堆叠或互锁的方式定位，以形成腔室的附加侧。

图41示出了根据示例实现的互锁砖的等距视图3450。更具体地，砖3401、3403、3405和3407被布置为使得砖的安置区域被布置为与相邻砖交界。如上所述，该方法允许砖以降低安装之后的错位或不期望移动的风险的方式堆叠。在3409处，示出了由互锁砖形成的腔室。因此，一旦互锁，这些砖就形成了基本上封闭的腔室。在一些实现中，组合包括不同定向的砖，例如，砖以不同的角度旋转，一些砖倒置等。

示例组合物和TSU结构

图42示出了根据一些实现的示例耐火堆叠3600。如3601所示，可以以互锁方式提供砖，如上面关于图40和图41所说明的。此外，在3603处形成腔室或腔体。槽或开口3605竖直延伸通过砖。如307处所示，电阻加热元件设置在一些砖之间。如图所示，电阻加热元件3607表现为相对于堆叠3600的流体流3609以重复曲线图案水平延伸的电热丝。电阻电热丝3607的其他配置可以替代所示的配置，只要电阻加热元件3607接收源的电能作为其输入并在TSU的充能模式期间产生热能即可。

在一些实现中，这些块在竖直层中相邻堆叠，使得流体无法在水平方向上在块层之间流动，而是仅流过由流体槽和辐射室限定的竖直流体通路。这可以促进在各种实现中的受控、均匀加热。

图43示出了根据示例实现的砖堆叠的等距视图3700。如本文所示，砖3701和3705相对于彼此堆叠以形成辐射室3709。加热元件可以延伸通过一些相邻砖之间的空间3707(也被称为通道)。

图44示出了根据示例实现的砖堆叠的侧面剖视图3800。例如，砖3801以彼此互锁的方式布置。砖的一些部分具有开口3803，例如竖直延伸通过砖的这些部分的细长槽。开口3805(在整个堆叠中水平和竖直地)设置重复图案的一些砖之间。被示出为3807的电阻加热元件设置在开口3805中。当该流体如3809处所示竖直地流动时，流体被加热。尽管在该图中未示出，但由互锁砖形成的辐射室连同开口3805用于吸收从加热元件3807辐射的热量，并进一步允许块内的热量在各个方向上的传导和热量在各个方向上的再辐射。具体地，该热量可以在水平方向上再辐射。

图45示出了根据示例实现的多排堆叠砖的等距视图3900。更具体地，砖3901、3903中的一些在该堆叠的第一层处彼此互锁，并且这些相同砖的其他部分在3909和3911处彼此互锁并且在该堆叠的第二层处彼此互锁。相邻砖3913可以与该相邻行中的一些砖互锁。其他砖3905可以不与该相邻行中的一些砖互锁，而是可以被加热元件所在的空间隔开。

通过在这些砖之间形成互锁图案，该堆叠可以在侧面得到横向支撑。例如，3909和3911处的单独砖由3901和3903处的单个砖跨越，以形成与底层砖的互锁图案。如上所述，砖的上表面在中央部分具有槽，并且在边缘部分具有唇缘。该边缘部分的唇缘支撑位于该砖上方的另一砖的负载。通常，储热块上的唇缘或搁板部分可以与其他唇缘/搁板或与其他块部分互锁以防止块相对于彼此横向移动。例如，在地震中，砖可能不会移动，因为它们被使用唇缘结构互锁的其他砖围绕。侧向支撑可以形成堆叠的更稳定结构。

此外，可以以更大的尺度形成各块砖，其中附加壁、行、腔室、竖直层、槽等被用于单个砖结构中，使得在单个块结构内形成多个腔室。这些块可以都具有相同的大小，或者它们可以具有不同的大小。例如，如上所述，该堆叠的下部区域中的砖的高度可以小于该堆叠的上部区域中的砖的高度。通过具有更大的结构，形成堆叠需要更少的结构。类似地，多块砖可以在堆叠之前熔合在一起，以具有与被制造成非常大尺寸的砖相同的效果以及与单个块相同的尺度。在任何一种情况下，使用更少的结构来形成堆叠的潜在益处是易于组装，例如，在需要将更少的组合彼此装配时。此外，使用较大砖的方法还可以避免组装更多和更小的砖的潜在缺点，因为：彼此堆叠的互锁砖在热膨胀期间可能彼此摩擦，从而导致附加磨损。较大的砖与其他砖具有较小的接触表面积，这可以导致较少的磨损。

在一些实现中，与该加热元件相邻的槽平行于加热元件，而在该加热元件上方的槽正交于加热元件。在这些实现中，这些槽可以垂直于将以辐射的方式从其接收能量的壁。如图中可见，位于这些加热元件上方并平行于加热元件的方向形成一长排槽。这些砖具有与这些长排槽正交的槽，并且这些槽由辐射室间隔开。

在一些实现中，储热块的大小可以基于导热率来确定。例如，在一些实现中，给定热质量，热能应在一定时间量内以一定导热率辐射到砖中。如果该砖大小太大，则该能量辐射到该砖的中心部分所需的时间量可能超过可用时间，并且该砖的中央部分在充能和放能周期的时间内将不升温。另一方面，如果该腔室的尺寸低于一定宽度，虽然该温度可能变得更加均匀，但该腔室可能会变得太窄，这可能导致流或结构完整性问题。

块的整体形状也可以变化。虽然本文所示的示例示出了具有相对平坦的壁的矩形体积和具有形成在上方或下方的正交位置结构的互锁结构，但形状不受限制。例如，这些砖可以被形成为使得整体形状为梯形或椭圆形而不是矩形。此外，该壁无需是平的，并且可以是弯曲的、蛇形的或一些其他轮廓。此外，作为在砖中具有槽的备选方案，这些砖可以被配置为与显著更薄的元件堆叠以在这些砖之间形成间隙，并且交替这些砖以形成等同于槽的间隙，使得该流体在这些砖之间通过。

附加的储热块示例

图46是示出了储热块的组合的等距视图的图。在所示的示例中，这些存储块限定了其中放置了加热器元件的通道(例如，通道4607)。这些通道可以包括用于悬挂加热器元件的水平狭缝。如图所示，这些块限定多个辐射腔体4601和多个流体流槽4603。这些腔体和槽被布置为使得给定的竖直流体流路径包括交替的腔体和槽，其中，一个腔体被位于一个槽上方，该槽继而被位于一个腔体上方，等等，直到到达组合的顶部为止。因此，给定的流体通路可以包括可以交替的多个腔体和多个流体流槽。在该示例中，由给定腔体限定的体积大于由给定流体流槽限定的体积。

在所示的示例中，块还包括位于用于加热器元件的通道上方的槽4605。例如由于鼓风机引起的移动或由于加热流体的浮力，流体流也可以经由这些槽发生。如图所示，加热器通道4607被定位为与辐射腔体相邻且正交于流体流的竖直方向，这可以促进水平辐射和能量传输。加热器元件也可以经由对流加热这些砖。

如图所示，在一些实现中，辐射腔体的大小相对于界定腔体的块部分的大小相当大。在一些实现中，给定的辐射腔体在水平面中覆盖的面积是储热砖的界定该辐射腔体的部分的表面积的至少40％、60％、70％或80％(其中该储热块的该部分的表面积包括该部分中的任何槽的面积)。这些辐射腔体的实质尺寸可以促进经由辐射能量的均匀加热。

图47是示出了图46的块的分解透视图的图。如图所示，块在给定的堆叠中可以具有不同的尺寸。这些块可以被形成为使得多个块限定给定的辐射腔体或流体流槽。所示实现中的相对较大大小的砖可以减少由于这些块之间的由轻微块移动或膨胀/压缩所引起的摩擦力引起的磨损。较大的砖可以各自包括多个辐射腔体和流体流槽，并且还可以覆盖位于较低高度处的多个腔体/槽。较大的砖可以作为一个整体制造(例如，使用对应尺寸的模具)或分段制造并融合在一起。如图所示，给定的块可以包括在多个竖直高度处的辐射腔体和流体流槽。通常，给定的块可以包括多个部分，每个部分界定多个辐射腔体并包括一个或多个流体流槽。

图48是示出了根据一些实现的图46的块的俯视图的图。如图所示，流体流路径由辐射室4601和流体槽4603的对应集合形成。该图还示出了位于加热器元件通道上方和下方的槽4605。

图49是示出了根据一些实现的一个或多个储热块的俯视图的图。在所示的示例中，这些块包括加热器通道49007、位于加热器通道中的加热器元件49009、加热器槽49005、辐射室49001和流体流槽49003。在一些实现中，辐射室的倒圆角可以促进这些块的相对均匀的加热。

注意，图49至图51的块除了具有位于给定辐射腔体49001上方的多个流体槽49003之外，在其他方面大部分类似于图46的块。在这些实现中，流体流从对应的辐射腔体通过多个流体流槽(并且在许多情况下，从多个流体流槽进入该流体通路的另一对应辐射腔体)。这可以提供附加的结构稳定性和储热密度。此外，较小的槽可以减少槽中的层流，这可以改善能量传输。

图50是图49的块的等距视图，并且图51是图49的块的侧视图。

示例堆叠和储热单元

图52示出了根据示例实现的砖堆叠4001(其也可以被称为组合)的等距视图4000。更具体地，提供了砖柱4009。在这种情况下中，存在六个柱。然而，柱的数量没有具体限制，并且堆叠中可以形成更多或更少的柱。此外，该堆叠具有下部4003和上部4005。与堆叠4001的上部4005处的砖相比，下部4003处的砖可以具有更小的高度。还示出了电阻加热元件的开口4007以供参考。

图53示出了根据一些实现的示例系统的侧视图4100。外部结构4101可以包括提供地震保护的框架以及TSU本身的外表面。TSU的外表面和该框架无需被整体构建或甚至彼此连接，而是可以可选地具有这种布置。此外，地基4103设置在TSU的下表面处。蒸汽发生器4105设置在TSU的输出以及未示出的鼓风机处。

该系统可以包括被单独控制的用于放能和充能的多个单元4107、4109，如上所述。单元4107、4109中的每一个包括在柱4119中形成的砖堆叠。砖4121可以包括通道或开口4123，电阻加热元件可以通过该通道或开口4123。

在单元4107、4109的下部处，传入的流体流可分别由百叶窗4111和4113控制。百叶窗可以与热流体旁通器一起运行，这在上面关于整个系统进行了说明。同样如上所述，每个单元4107、4109被独立地控制，使得百叶窗4111打开而百叶窗4113关闭。类似地，流体坝或百叶窗可以设置在上部处，分别如4115和4117处所示

图54示出了根据示例实现的系统的等距视图4200，其中，剖视图示出了系统元件。更具体地，结构4201可以包括具有地震保护特征的外框架，该外框架与TSU的外表面一体或分开。示出了地基4203和蒸汽发生器4205以及流体鼓风机4223。

单元4207、4209中的每一个可以由具有绝缘性质的一个或多个砖支撑结构或壁隔开。因此，控制器可以独立地控制单元4207、4209中的每个单元的充能和放能。此外，如上所述，提供百叶窗4211和4213以控制到单元4207、4209的输入流对。如4215处所示，加热流体被引导到蒸汽发生器4205。作为参考，单元4207中的每一个包括堆叠砖4217的多个柱4221，包括4219处的空间中的加热元件。

图55示出了根据示例实现的TSU的外部结构4301的等距视图4300。提供了导管或通道4303以将热流体输出到未示出的蒸汽发生器。热流体通过通道4305从单元中的砖堆叠引导出来。

图56示出了根据示例实现的热能存储系统的另一透视图4400。可以理解，TSU4401中包含上述的砖堆叠、单元、动态绝缘层、以及其他结构和特征。TSU 4401的输出向输出4403提供热流体。蒸汽发生器在4405处接收该热流体。然而，可以提供附加的结构，使得热流体被同时或独立地、直接地发送给工业应用。还示出了水输入4407，其可以基于来自工业应用的作为反馈接收的水或来自外部源的水将水泵送通过蒸汽发生器4405的导管。流体鼓风机4409，其提供冷却流体，该冷却流体是通过蒸汽发生器的副产品，或在TSU 4401中重新使用，通过动态绝缘或热流体旁通进行循环，如上文所述。

图57示出了根据示例实现的热能存储系统的等距视图4500。如上所述，该系统可以具有地震保护特征，与外部结构4501分开或一体。在外部结构4501和绝缘层4517之间，存在如下文详细讨论的用于动态绝缘的流体间隙，其具有由堆叠的入口处的百叶窗4513和4515控制的流。此外，通道4503接收来自砖堆叠和单元的加热流体，并将加热流体输送到输出，以及导管4505，该加热流体提供工业应用(例如，蒸汽发生器或作为直接机场的其他工业过程)中要使用的热量。在4507处，该输出可以在蒸汽发生器处被处理。此外，在4509处，可以提供水的输入和蒸汽的输出。冷却的流体可以通过鼓风机4511再循环到TSU。

具有动态绝缘和故障保护通风技术的示例系统

在一些实现中，该系统使用动态绝缘来有利地改进TSU的绝缘、允许使用不太昂贵的绝缘材料、增加设备寿命、或它们的一些组合。在一些实现中，该系统使用最终将通过一个或多个储热块的组合的流体流以首先促进被动绝缘。在一些实现中，该流体例如从蒸汽发生器回收。

此外，该系统可以有利地使用故障保护通风来避免某些故障场景中的过热。通风也可以用于降低温度以允许TSU维护。所公开的动态绝缘和故障保护通风技术可以独立地实现(例如，系统可以使用动态绝缘但不使用故障保护通风，反之亦然)。然而，在一些实现中，这两种技术以协同方式操作。例如，故障保护通风可以使用烟囱效应来被动地抽吸通过通道的流体，流体通常由鼓风机引导通过该通道以进动作态绝缘。

图58提供了根据一些实现的另一示例储热单元的等距视图。在所示的示例中，储热单元5800包括外壳5801、外部通风口关闭件5803、侧通风口5809和组件5807。在一些实现中，各种通风口可以打开以冷却单元以进行维护，或在没备故障的情况下安全地冷却单元。潜在设备故障的示例包括但不限于：鼓风机故障、停电、水故障。用于动态绝缘的各种元件也可以用于通过故障保护机构进行被动冷却。

在一些实现中，蒸汽发生器的至少一部分被包括在外壳5801内(如图58至图62处所示并且如下面所详细讨论)。位于外壳外部的其他组合5807可以包括其他蒸汽发生器组件，例如水泵、阀、紧急泄压阀等。在一些实现中，蒸汽发生器的其中来自储热砖的加热流体与水管交互的部分被包括在外壳中。在一些实现中，这可以有利地允许在外壳内的某些位置发生流体泄漏，这可以减轻这些泄漏相对于到外壳外部的泄漏的影响。此外，单元的不同部分内的压力差也可以减轻流体泄漏的影响。组件5807还可以包括不是蒸汽发生器的一部分的其他组合，例如电气组合、用于电气组件的冷却系统等。

图59提供了根据一些实现的其中多个通风口关闭件打开的储热单元的等距视图。因此，图59可以表示操作的维护模式或故障保护模式。如图所示，储热单元还包括内壳5823(在图60中更详细地示出)。内壳5823的外表面和外壳的内表面限定了这样的流体通道，即流体可以主动地引导通过该流体通道以用于动态冷却或被动地用于故障保护操作。

内壳5823包括两个通风口5815和5817，其在一些实现中包括对应的通风口关闭件(在该示例中，通风口门5813的部分)。在一些实现中，通风口5815和5817限定了在内壳5823的内部和内壳的外部之间的各个通道。当外部通风口关闭件5803打开时，这两个通风口也暴露于外壳的外部。

如图所示，通风口5815可以排出来自储热块的由导管5819引导的加热流体。通风口5817可以允许外部流体进入流体通道并最终经由百叶窗5811进入储热块组合的底部(通风口关闭件5809在这种情况下可以保持关闭)。在一些实现中，由块加热的流体的浮力使其离开通风口5815，并且烟囱效应将外部流体经由通风口5817拉入外壳。该外部流体由于烟囱效应随后可以被引导通过百叶窗5811，并促进单元的冷却。一般来说，第一通风口关闭件可以打开以输出加热流体，而第二通风口关闭件可以打开以输入外部流体以进行被动通风操作。

在被动冷却期间，例如当通风口关闭件5809打开时，百叶窗5811也可以直接接收外部流体。在这种情况下，通风口5815和5817两者可以从内壳和外壳输出流体。

当通风口5815和5817打开时，所示实现中的通风口门5813也关闭到蒸汽发生器的输入。这可以防止在断水、鼓风机未运行或其他故障情况下对蒸汽发生器组件(例如，水管)的损坏。通风口5817可以与一个或多个鼓风机连通，这可以允许流体被动地移动通过鼓风机，即使在这些鼓风机未运行时也是如此。一般而言，一个或多个故障保护通风口关闭件可以关闭一个或多个通道以切断由储热块加热的流体并减少或避免设备损坏。

当通风口门5813关闭时(例如，如图60所示)，它可以限定流体通道的用于动态绝缘的一部分。例如，该流体移动系统可以使流体沿着内壳的一个壁向上移动，越过通风口门5813的外表面，越过内壳的顶部，向下移动到内壳的一个或多个其他侧，并进入储热块(例如，经由百叶窗5811)。百叶窗5811可以允许控制流体流入储热块的组合，包括在一些实现中独立地控制单独绝缘的组合

在关闭位置，通风口门5813还可以限定用于加热流体从储热块输送到导管5819并在通风口门5813下方进入蒸汽发生器以产生蒸汽的输入通路。图61示出了通道5829，该通道5829在通风口门5813关闭通风口5815和5817时打开以供加热流体进入蒸汽发生器。

在一些实现中，通风口门5813、通风口关闭件5803和通风口关闭件5809中的一个或多个被配置为响应于一个或多个系统元件的非运行状态(例如，流体移动系统的非运行、电力故障、水故障等)而打开。在一些实现中，一个或多个通风口关闭件或通风口门在正常操作期间使用电力保持在关闭位置，并且在断电时或响应于指示打开的信号而自动打开。

作为一个示例，储热单元可以包括：蜗轮(未示出)，被配置为在电力下关闭通风口关闭件；以及电动离合器，被配置为将通风口关闭件保持在适当位置。在一些实现中，当电动离合器未被供电时，重力将通风口拉开。在一些实现中，该单元包括配重，该配重被配置为促进打开一个或多个通风口关闭件。在一些实现中，该单元包括一个或多个弹性构件(例如，弹簧)，其被配置为将通风口关闭件推开或拉开。在一些实现中，一个或多个电气开关被配置为控制一个或多个通风口关闭件的打开或关闭。此外，可以手动或基于手动控制输入打开一个或多个通风口关闭件，例如，用于维护模式。

在一些实现中，一个或多个通风口关闭件在流体鼓风机正运行时打开，例如以快速冷却单元以进行维护。

图60提供了根据一些实现的其中多个通风口关闭并且外壳中具有切口的储热单元的等距视图。如图所示，外壳形成内壳5827和外壳5801之间的流体通道的多个部分5825。流体在由流体移动系统(例如，鼓风机5821)驱动时，可以沿着这些部分移动以用于作态绝缘或在故障保护操作期间被动地移动。

图61提供了根据一些实现的主通风口关闭件的更详细的透视图。如图所示，通道5829通向蒸汽发生器，并且当通风口门5813打开时，该输入与储热块关闭，但打开允许外部流体进入外壳(包括进入通道5825)。图61还示出了储热砖的组合物5831。

图62提供了根据一些实现的用于主通风口关闭件的铰链的更详细的透视图。在所示的示例中，通风口门5813包括由圆柱体5833和部分5835中的槽形成的铰链，并且被配置为围绕该铰链旋转。在一些实现中，该铰链不居中，这可以导致重力在门5813未保持关闭时将其拉开。如图所示，门5813可以包括各种表面，这些表面被配置为在打开或关闭时提供对一个或多个表面的牢固密封。

如上所述，动态绝缘可以在TSU中实现。示例系统还可以包括被动故障保护安全特征。当系统关闭时，热传导可以在没有被动通风特征的情况下缓慢加热地基。一个或多个通风口可以通过允许外部流体进入该系统并允许该系统内的热流体向上排出该单元来产生烟囱效应。由于上升通过这些柱的热流体的浮力所引起的流体的自然对流移动，这可以允许该系统流体以低速率流出而无需鼓风机。该浮力作用可以将冷流体拉入系统并通过系统作为被动安全措施(如果电源被中断，这会打开通道)，并确保系统不会慢慢过热。示例实现的该方面可以有利地使该系统本质上安全并且允许该系统被放置在如果外表面对触摸不安全(例如，太热)则可能不允许的位置。

这种被动冷却可以防止这些砖达到足以熔化提供抗震加固和结构支撑的钢筋加固结构的温度。该加强结构可以位于该单元内，但位于动态绝缘通道之外。

流体的浮力可以使该流体能够自动流过通过储热块从单元的底端到单元的上端的流体通路中的至少一条，使得即使流体吹送单元在电源故障或机械故障的情况下无法运行，通过砖和/或单元的加热元件的流体也会从砖和/或加热元件吸收热能，从而将单元外壁和支撑件的温度维持在等于或低于其预定义温度。这种浮力驱动的流可以通过一个或多个可移动面板或其他端口获得，这些可移动面板或其他端口在这种组件故障或电源故障时在系统内的上部位置和下部位置处被动地打开。

这种端口和流体流导管的设计可以提高该单元的内在被动安全性，从而确保关键元件(例如，结构支撑件)和安全相关元素(例如，外表面))不超过其设计限制，而无需有源设备或要求供电。即使在意外机械故障、传感器故障、或鼓风机断电、或任何其他控制系统故障的情况下，该配置也可以允许该系统实现受控的、稳定的关闭。该配置还可以被动地或与一个或多个有源鼓风机相结合促进受控的冷却以进行维护。

砖材料

在一些实现中，储热块由具有高导热率和吸收能力的(例如，可浇铸的)耐火材料制成。该砖可以由氧化铝、骨料(磁铁矿或橄榄石和粘合剂)中的任何一种或组合的预定义组分制成。材料选择、尺寸和粘合剂中骨料含量可以被选择以优化强度、导热率、温度范围、比热和/或成本。例如，较高导热率的材料减少给定热通量的温差，并能够使用更少、更大的砖。粘合剂材料可以被选择为在铸造期间凝固的粘合剂材料，或者可以被选择为在使用之前被热烧制或者在使用中一旦被加热就改变组分的材料。

可以使用模具来制造这些砖。更具体地，该材料可以以与水混合的粉末形式提供，以实现基于相对于粉末体积的水添加量的稠度。将该混合物倒入模具中，并在模具中放置一段时间。移除该模具，并且形成凝固的砖。备选地，可以使用砖压系统或砖挤压系统来制造砖。不管制造方法如何，砖可以以减少或消除实心块区域内的意外空隙的方式形成。

图63示出了根据示例实现的砖3201的组成3200。粘合剂3205中提供了骨料3203、3209。此外，还可以包括导热元件3213、相变材料3211和/或加强元件3207。

砖元件还可以包括提高材料的机械强度(具体地，张力)的元件，例如针或纤维或线，并且可以包括被设计为以吸收并释放热量的物理方式(例如，可逆热化学反应或诸如融化和冻结的相变)改变的材料。这些材料可以选择性地用于一些砖中，其中不同的砖具有不同的组分。

导热材料的预定义组分和所使用的砖的预定义尺寸、以及对应于每块砖的加热元件的热电属性可以被选择为使得对应于单元的每块砖可以被均匀加热，使得在预定时间内，沿着每个单元的长度(或高度)维持基本恒定的温度分布。上述示例实现可以具有包括减缓温度攀升以及减少砖中的热点和冷点、机械应力、热应力和开裂的产生的益处和优点。此外，使用多块砖形成单个单元可以促进更大的通道表面积和更低的单位面积热通量。

砖-预处理

储热块和其他组件也可以受益于预处理和调整。例如，假设初始循环对其机械性质的影响比后续循环更大，在安装之前或在投入使用之前在存储系统内，砖可以暴露在加热和冷却速率受控的一个或多个热循环中。

存储单元组件/集成

对于存储单元，可以使用转运容器，但不限于此。例如，存储单元可以有6米高，用于容纳砖堆叠。这些容器包括将容器连接到砖外壳结构结构的电子设备和电热丝，该砖壳体结构被保护以避免由于诸如雨水的外部元素造成的损坏。电子设备可以保持在环境温度下，允许使用标准的、现成的组件，以及可靠性。蒸汽发生器耦合到存储系统，并且冷流体在堆叠上方、下方和周围流动。

加热元件可以集成在砖内部并与砖一起在充能周期期间(例如，在白天期间)(或在可以由其他因素(例如，相对较低成本的电力的可用性)确定的时间)电加热储热介质。该结构容纳砖堆叠，其具有基本上竖直通过它们的流体通道；热流体通过位于堆叠的顶部并与管道相邻的导管排出，以便将水转换为蒸汽。例如，较冷流体可以被再循环或可以从结构的背侧排出。

该单元在一端处可以具有带孔的壁和突出的电热丝末端，以及将电热丝从一侧连接到另一侧的跳线。在该单元的另一端，容器可以被配置有用于配电的母线分布，以向电热丝加热元件串提供电力。母线连接回容器内的控制器。

如果需要，加热元件可以通过滑入和滑出通过建筑物的开口来维修和替换。旧元件或其他需要维修或替换的元件可以被推出或拉出并替换为新元件，而无需移动其他元件(例如，母线)。因此，该单元可以被断电，到母线的连接可以从容器侧断开(例如，拧开)，并且可以从相对侧移除加热元件。新元件可以从相对侧插入并从容器侧拧入母线，然后重新为该单元供电。在这种维护期间，绝缘层可以保持在原位，电热丝在端部处突出通过绝缘插塞。

内顶部和外顶部之间的空间可以包含相对较冷的回流流体，而内壳可以包含从堆叠的顶部流出(例如，离开)的非常热的流体。提供了内部导管，其促进流体通过导管输送到蒸汽发生器，流体在这里排出。位于蒸汽发生器的输出的风扇可以放置在内室和外室之间的腔体中的冷流体中。该配置允许风扇避免需要更高温度操作所需的冶金，并提高其可靠性。

由于流体的高温，向蒸汽发生器送入的热流体导管可能变得昂贵。它也可能具有大的压降，因为流体已经膨胀到它冷却时体积的多倍。因此，热流体导管必须比显著大于处理冷流体所需的导管。然而，出于若干种原因，在内顶部的一侧处取出流体可能降低高温导管的成本。例如，无需原本需要的绝缘质量，因为从该高温导管泄漏的任何热量都将使入口流体变暖。此外，热流体导管非常短且直接。需要承受这种高温的导管很昂贵，因此限制长度是有益的。此外，内顶部和外顶部之间的空间还可以包括分隔物，并且可以设置风扇以控制回流。在该分隔壁的任一侧，回流流体被抽回到加热堆叠中。在内顶部的边缘周围，形成竖直导管以使较冷的流体下降到单元的底部并返回到砖堆叠的底部。

根据示例实现，(除了连接到蒸汽发生器的导管之外)没有其他地方使单元的外部经历系统的全温度或单元的全温度。该配置可以显著地简化其他位置的绝缘，并且可以显著减少损耗和成本，至少因为：当存在能量从该砖堆叠中流出并通过该壁时，传入的流体在返回到砖堆叠之前被稍微预热。

可以通过可选地使其自支撑并使用间隔物的系统保持并维持砖之间的间距来修改该示例实现。通常，砖的纵横比被选择为使得各块砖不会在地震中倒塌，例如，通过使地基宽度为高度的约40％(例如，40％)或更大。间隔物可以用于使不具有所期望纵横比的砖具有这种稳定性，但将较小的砖互锁在一起以制成具有所期望稳定性的较大砖。在该示例中，间隔物通过压缩将力从其上方的砖传递到下方和侧面的砖。这实质上使该结构成为椎体，一种固有地自支撑且稳定的结构，无需过多的壁支撑。间隔物可以由高温耐火材料或陶瓷材料制成，并且还可以包括与金属丝吊架连接的特征。

温跃层和辐射室

砖和加热元件的第一温度可以保持高于流体的第二温度以用于热能从第一部分受控地放能到第二部分中。例如，加热元件可以在1200℃的第一预定义温度下加热，以便砖或单元也被加热至高达1200℃，并且可以从单元和加热元件的底端供应250℃的流体，使得流体在从砖和/或加热元件吸收热能之后可以达到800℃的第二温度。此外，800℃的加热流体可以通过导管，使得导管内的流体可以转换为蒸汽。下面提供了温跃层的各种结构方面。

这些砖可以布置为以重复图案在砖之间产生流体通道。这导致砖为砖中的要输送到流体热量提供了附加表面积。该砖成为散热器系统。流体流路径基本上是竖直的。流体进入底部，通过这些通道上升，在上升时被加热并从顶部逸出并进入顶部区域。

这些砖可以可选地沿着其长度具有一致量的热质量，以帮助维持温度均匀性并避免可能导致热点的显著变窄。可选地，这些砖可以包括在顶部和底部处的倒角，使得如果砖稍微错位，则流体通路不会关闭。流体通路可以相对较窄，并且砖不彼此偏移可能很重要，这会关闭流体通路并减少流体流。因此，砖的底部中的顶部处的倒角和其他特征可以具有防止错位的优点。

该示例的砖可以被堆叠成例如六块砖或更多块砖高的堆叠。一些砖具有缠绕通过并悬挂在该结构中的一个特征上的对应加热元件。这些砖的间距和设计使其成为自支撑系统。

从一组电热丝的一个槽到下一个槽，需要相对较小的空间(例如，约30厘米(例如，30厘米))才能达到所需的性能，因为对于在白天期间可用的加热时间，尺寸受传导率的限制。较大的尺寸可能导致砖的部分不能高效地用于储热。

可选地，可以调整流体流路径的尺寸以调整不同区域内的流体流速，以抵消当砖被加热时已经存在于砖中的温度分布。换言之，当砖被加热时，砖的最靠近加热器的一侧变得最热，并在移动通过砖时逐渐变冷。如果从整个系统中平均地提取能量，则输出流体温度将是反映砖温度梯度的梯度；靠近电热丝的最热流体和更远离加热器的较冷流体。使较大通路更靠近加热器元件可以对流体流产生较小的阻力(导致较高的流体速度)并且越更远离加热器元件通道越小(这降低了那些区域内的流体速度)，以获得更均匀的流体温度。由于以较高速度行进的流体在通路中的时间较短并且与砖接触的时间较短，因此该流体离开通路的温度低于通过同一部分行进较慢的流体的温度。在本示例实现中，砖的具有较大通道的一侧更热；因此，这些通道的大小可以被调整为使得从砖最热部分中的宽槽流出的流体的温度与从砖的较低温度部分中的较窄槽流出的流体的温度几乎相同。

因此，通过调整砖和流体通路的几何形状，可以改进并优化温跃层系统的性能以与预期且期望的充能和放能特性相匹配。除了使用不同的流体流来均匀输出温度之外，通过通常增加或减少通过系统的总流体流，可以控制输出流体的温度。

根据一些示例实现，这些砖是分离的并且实际上具有空隙的块。堆叠中的砖之间的这些空隙(可能是大的空隙)形成了辐射室。在这些示例实现中，能量可以主要通过辐射能传输从电热丝传输到砖。当电热丝变热时，该辐射会接触砖并与砖达到辐射平衡，此时砖比试图升温的电热丝更冷，并且来自砖的辐射冷却电热丝。与对流加热相比，电热丝的能量因此暴露于砖的更多表面积。当该电热丝向下辐射到该腔体中时，该电热丝的能量会渗透到腔体中，并暴露于砖的更多表面和质量，而不仅是紧邻它的表面，这获得非常高的通量密度和非常高的能量密度。根据该示例实现，一些砖在被电热丝加热后可以彼此辐射地加热。因此，该系统可以实现砖表面的直接和间接辐射加热，作为传热的一部分。这种设计允许加热器元件加热丝进一步展开。

在没有被设计为以这种方式加热大的砖表面的辐射腔体的情况下，例如，如果传导是输送热量的主要机制，则当与太阳能加热的加热分布相匹配时，该设计可能被限制在相对较小的距离(例如在一些实现中，电热丝帘之间0.3至0.5米的空间)，因为没有足够的时间来加热砖的质心。通过使用辐射腔体，加热丝帘间距可以扩展到超过0.5m，并且仍然高效地利用砖的整个质量。这允许减少加热丝数量。该示例实现的一个益处是可以减少总加热丝数量，例如，从300、400根加热丝减少到可能约96根加热丝(例如，96根加热丝)，同时传输与从300、400根加热丝传输的能量相同的能量。此外，该示例实现可以使用直径在2.5mm至8mm范围内的加热丝。

堆叠的设计-材料

在储热系统的正常操作期间，可以注意确保可能导致提前失效的某些温度范围被快速通过。例如，如果在400℃至500℃之间花费大量时间，则已知FeCrAl型合金会变脆。不同的加热元件或砖可以具有其他敏感温度范围，在这些敏感温度范围内，机械、热或物理性质受到负面影响。控制系统可以考虑这一点，以避免提前损坏材料。

储热系统的设计方式可以是一些部分可以承受较高的温度。例如，顶部部分可以包括额定温度较高的加热元件(例如，主要由SiC或MoSi

流混合结构

此外，可以修改通过砖堆叠的流通道以有助于或促进气体的混合。这些修改可以减少或消除主流中的热点和冷点。例如，这些砖可以以引导流体以促进腔室中的流体的涡流或混合的方式构造(例如，通过鳍或槽的布置)或组装，以改进对流传热。如上所述，除了辐射加热和再辐射加热的益处之外，这种混合可以平衡温度梯度，并具有更均匀的温跃层和更好的性能。这种效果在较低温度或充能开始或充能后期可能特别有利。此外，减小了通常在充能的开始和结束时最严重出现的最大热梯度应力。

此外，通过由固定螺旋钻或堆叠的顶部处的其他特征引起涡流或湍流，可以将堆上部区域的冷旁通气体与从堆叠排出的气体混合，以获得更均匀的温度。例如，图64示出了堆叠的顶部处的固定螺旋钻6405的侧视图6401和等距视图6403，该固定螺旋钻6405可以与分流器6407结合使用以通道化并混合输出流体流。如图65中更详细示出的，堆叠的顶部处的分流器(例如，651)使气体侧向而不是竖直地分流，以产生涡流。

加热元件

传统方法可能存在与热能存储单元的加热器相关联的问题和缺点。例如，传统加热器或加热元件可能会遇到诸如机械引起的化学故障(也被称为剥落)的问题和缺点。更具体地，加热器上的水垢可能增长到热应力导致水垢和基板之间的界面处发生故障的程度。水垢增长的结果是铝的剥落和损耗，直到铝储罐达到临界点为止。此外，当氧化铝分解时可能发生内在化学故障，使得铝向外迁移而氧气向内迁移，直到铝储罐达到临界点为止。

由于上述相关技术问题和缺点，可能发生被称为“断裂氧化”的现象，其中，非保护性Cr2O3(氧化铬)和FexOy(氧化铁)会快速结垢，并最终导致加热元件的整体氧化和故障。因此，加热元件的可靠性和寿命被大幅缩短。

如上所述，电阻加热元件设置在通道中，这些通道形成在单元中重复的水平和竖直位置处的砖堆叠之间。电阻加热元件从电源接收电能，该电源可以是可再生电源或其他可变电源。电阻加热元件将电能作为热量释放出来，该热量会辐射到砖堆叠中，如上所述。

电阻加热元件可以是加热丝的形式，该加热丝可以是线圈或金属丝、带或杆的形式，这些线圈或金属丝、带或杆通过在平行于传热流体流的方向上定向的通道中的堆叠或延伸通过横向于传热流体流的通道中的堆叠。

根据示例实现，盘绕的加热元件可以被位于槽中，这些槽延伸穿过可以堆叠在一起的一块或多块砖的顶部和底部。加热元件可以从单元的一侧延伸到另一侧。在一侧使用跳线并通过另一侧返回，可以完成电路。线圈可以串联和并联接线，以匹配正在使用的电压。

这种直径的电热丝可以降低长电热丝串的电阻。由于电热丝可能需要大量购买，并且较细的电热丝具有附加加工成本，这可能导致为一个系统节省数十万美元的成本，这是一个附加益处。通过使用较粗直径的电热丝，即使相同的腐蚀速率，电热丝的整体寿命也可以显著增加，因为电热丝的加热或冷却不再导致截面磨损，并且由于校大的截面，电热丝的腐蚀速度要慢得多。此外，电热丝直径的增加还可能是可行的，可能高达8mm。一个示例实现具有限制加热元件接触砖或彼此接触的特征，以防它们发生变形。这种特征可以是多个位置处(例如，顶部和底部的极端处)的钩子。

图66(A)至图66(C)示出了根据示例实现的电阻加热元件的各种配置。电阻加热器可以单独接线、成组接线，该成组接线以串联、并联、或串联和并联的组合的方式连接电阻加热器。

如4700a处所示，加热器4701、4702延伸通过耐火材料。在组装耐火材料之后，或在材料组装期间，将加热器安装到导管4711中。保护管路4707可以在安装期间被使用并且可以被机械地移除或通过加热器施加热量来熔化或燃烧。电源连接件4704在点4703处与加热器连接，连接件4705a防止在连接点处积聚过多的热量。两个或多个加热器可以在连接到配电4704之前通过连续连接件4705、4706连接。如图中4700处所示，两个线圈型加热器4701通过连接件4706连接，随后是另外两个加热器沿着电源连接器4704串联连接。可以类似地连接加热丝、杆和带状加热器4702。

如4700b所示，可以是砖堆叠的耐火存储介质4710被设置有用于容纳电阻加热元件的间隙或通道4711。此外，加热器可以是带式加热器4702或线圈式加热器4701。可选地，这些加热器可以封闭在导管4707中，如上所述。

如4700c处所示，具有电源连接件4704的加热器4701被布置有并联链路4709，使得多个加热器或加热器的串联组并联连接到单个配电连接件。电源连接件的操作可以在数百伏到数万伏的电压下进行。5KV或以下的电压可以基于诸如安全、成本和可靠性之类的考虑来选择。

在一些示例实现中，加热器或加热元件可以是沿着每块砖的通道的长度延伸的电阻丝，其中，加热元件中的每一个可以具有预定义的电热属性(例如，电阻、导电率、导热率、截面积等)，使得加热元件中的每一个可以在从电源接收电能时被加热至预定义温度。

在电气方面，电热丝可以形成环路，该电热丝开始于第一通道的一端，通过该通道另一端处的跳线，并经由另一通道返回。相邻的砖堆叠可以分阶段分开(例如，对于相邻的砖堆叠，三阶段，使得堆叠形成组或单元)。单元或堆叠的组可以是电阻匹配的，使得堆叠的性能彼此一致。整个两组可以在控制器上形成一个区域。在竖直方向上，不同的区域(例如，多排堆叠)可以在不同的控制器上，因此可以在不同竖直高度的不同电阻下进行电阻匹配。

此外，可以控制电阻加热器使得堆叠以不均匀的方式被加热。更具体地，可以优先加热堆叠的上部。控制器可以分别控制堆叠的竖直层，使得堆叠的不同层上的加热器可以在不同时间被接通或关断。例如，用于堆叠的上层的控制器可以在用于堆叠的中层或下层的控制器接通那些加热元件之前接通堆叠的上层的加热元件。此外，该方法考虑下层砖之间的砖高度和质量的差异，与具有较大高度和质量的上层砖相比，该下层砖具有较低的高度和质量。因此，上砖层将具有高于下砖层的温度，并且维持温跃层。控制器可以基于传感器反馈或基于系统模型来设置堆叠层的加热的温度和时间，以确定各层的温度或其组合。

可以通过竖直地拉伸上述设计和加热器元件来修改上述砖设计的示例实现。因此，代替是圆形螺旋，加热器可以是进入砖的扁平线圈，并且这允许每根电热丝具有更多的表面积和更多的砖暴露。这也允许减少系统中的电热丝数量，这可以具有降低加热器元件的成本的益处。

照射到较大表面的电热丝可以允许每厘米更多瓦数的能量被推入。该表面积越大，加热的砖越多，这可能对电热丝的温度具有重大影响，因为电热丝暴露的砖的表面温度设置了限制。顶部电热丝温度对其寿命具有直接影响，并且电热丝暴露的砖壁温度确定多少能量通量可以被安全地推动通过电热丝。因此，示例实现涉及砖体积、暴露的表面积和电热丝温度。

根据示例实现，通过形成竖直向上和向下缠绕的高系统并加热两个单独的砖的侧面来为电热丝提供服务。这些砖形成有流体流通道，并且显著高于前述示例实现中公开的砖。具有基本相同效率的较大的砖可以允许制造更少的部分，并且用于进一步间隔开的电热丝。该示例实现可以具有降低材料和组装成本的附加益处。这些砖可以被挤压、压制或铸造，并形成有用于流体流过的通道。这些通道或槽可以提供优于孔或其他形状的表面积与体积比。这些槽可以或可以不一直延伸到最靠近加热元件的边缘，以将热质量集中在靠近元件的位置，从而使能量快速传输。

如图67所示，电热丝6701可以悬挂在架子6703上，该架子6703由吊架6705和杆6707固定。间隔物6709设置在杆6701处的线圈6711之间，以防止接触电热丝6701的表面。可选地，可以在中间或底部添加间隔物(未示出)。此外，可以调整截面、几何形状或材料。

例如，可以设置如图68所示的扭曲带6721或如图69所示的扁平带6731。类似地，可以在堆叠的不同竖直高度处使用不同的加热器。例如，由于不同的流体流条件，在堆叠的下部处的入口流附近的加热器可能需要与在堆叠的顶部处放能附近的加热器不同的设计。

涂层加热元件

可以用于增加使用寿命的其他方法包括材料预处理和调整。例如，已知FeCrAl型加热元件会在表面产生保护性α-氧化铝层，这大幅降低了大块材料的氧化速率。然而，在低于800℃至1000℃的温度下，最初会形成保护性较低的氧化铝。为了赋予致密α-氧化铝的保护作用，可以在投入使用之前将加热器元件加热至受控温度并持续高于1000℃。这可以在安装之前执行或在安装之后在储热系统内部执行。还可以对电热丝进行预处理以改变表面化学性质以延长使用寿命。

例如，众所周知，大块FeCrAl材料中的铝储量是氧化失效的重要限制因素。因为铝含量显著高于约5％(例如，5％)的FeCrAl材料不适合热处理，因此添加附加铝的过程可能是有益的。这种过程可以包括热镀铝、铝电镀、溶胶-凝胶处理、以及镀铝然后阳极氧化。还可以进行表面处理以增加表面的发射率，使得加热元件的平均温度可以低于没有处理的情况。

可替换加热元件

各个加热元件可以被配置为在不拆卸单元的情况下被移除和替换。例如，可以使用机械拉拔器或管道将破损或失效的加热元件推过或拉过单元以移除，并使用管道或其他特定工具将替换元件放置在单元中。如本领域的普通技术人员可以理解的，加热元件的电阻率可以由于来自正常操作的渐变物理效应(包括磨损、氧化、金属晶体结构的变化、以及合金化)而随时间变化。在一些示例实现中，替换元件的大小或构造可以被设计为产生反映在系统的运行期间可能已经被劣化的周围元件的预计电阻率的电阻率的电阻率。

例如，可以预期加热元件的一部分将在规定的运行时间内(例如，3年)发生故障，并且三年之后安装的替换元件可以设计为具有反映仍在运行但在运行期间已经改变了电阻率的其余原始元件的预计电阻率的电阻率。类似地，可以针对在周期后期期间安装的加热元件选择不同的电阻率。

控制系统

在各种实现中，该系统包括控制单元或控制系统，该控制单元或控制系统可操作地耦合到所公开的元件，例如电能源、加热元件、空气吹送单元、泵等。在一种实现中，该控制单元被配置为使加热元件能够与电能源电耦合。控制单元可以基于电能源的可用性和每千瓦时成本在不同电能源之间切换加热元件的电连接。在低负荷时段期间，不可再生能源的每千瓦时成本通常相对较低，并且有时为负。然而，对于不可再生能源而言，在这些低负载时段期间关闭发电可能是不可行的。因此，在这些低负载时段期间，该控制单元可以将系统与提供较低的每千瓦时能量成本的电源电耦合。控制单元还可以控制空气吹送单元以实现流体在包括储热块组合的一个或多个绝缘单元的任意组合与外部环境之间的受控流动，并且还控制一个或多个泵以促进流体的受控流动和蒸汽通过导管。

在示例实现中，该系统泵和鼓风机可以在可变流速下运行，使得能量生产和蒸汽产生可以从标称全速率逐步或连续地调整到较低速率。这种最小速率可以是峰值输出的10％、20％、30％，或另一速率。系统控制器可以被配置为发出命令以调整输入液体泵和鼓风机的流速，从而允许自动地、基于手动命令或两者以多种速率输送能量。

在另一示例实现中，控制单元可以与关联于电气负载或其他工业负载的系统进行通信。控制单元可以被配置为监测负载处对热流体、蒸汽或电力的需求，以及存储在系统中的可用能量，并且可以相应地通过将加热元件电连接到电能源来对系统进行充能。例如，当控制单元发现负载的需求高于当前存储在系统中的可用能量时，则控制单元可以将系统的加热元件电耦合到可再生或不可再生能源以满足负载的需求。

如果由电能源接收到的可用电能减少，则在充能模式期间，控制单元可以电连接与外壳的所有单元中的预定数量的单元相关联的加热元件，使得仅单元的适当子集的加热元件可以接收有限的电能并变热，而其他加热元件或单元保持与电能源电断开。随后，在放能期间，控制单元可以允许流体通过加热单元以将所存储的热能传输到导管，因此导管处的流体的温度保持在输送温度，从而减少或防止蒸汽生产系统中的任何损坏或故障，并可能维持连续且受控的蒸汽生产。

控制系统可以产生诸如命令的信号以激活一个或多个开关元件，这些开关元件继而控制到电阻加热元件的源电能输入。控制系统可以直接或间接地命令有源开关的操作，该有源开关选择性地中断电流以输送选定的平均功率。这种切换模式可以通过晶闸管型开关来执行，该晶闸管型开关连续地导通或选择性地被命令切换以便通过在选定的半周期模式期间选择性地传导来输送较低功率。

可以选择多个这种开关以使得在AC电流的每个半周期期间平均负载是恒定的模式操作。一种这种模式将在每个半周期内使相同或相似数量的开关被接通，即使任何给定开关在多个周期的序列中可能仅接通一次。其他开关模式可以通过绝缘栅双极晶体管(IGBT)型开关来执行，这IGBT型开关在高于120Hz的频率下工作，并且选择性地以无论传入电力是AC还是DC的形式都提供连续传导或部分电力的模式来传导或阻断电流。

控制系统可以部分地基于各种参数来确定开关决策，该各种参数例如加热元件的设计，包括其每单位长度的电阻、其材料表面积、其构造材料，包括其随温度变化的性能(温度相关影响，可以包括金属再结晶和/或脱合金、氧化、剥落、蠕变、热膨胀和磨损)、围绕加热元件的表面区域的温度和尺寸、沿着整个加热元件长度(包括支撑点或与固体介质的接触点和与其他导体的电气连接点)的局部温度等、或其某种组合。通过布置接近这种连接的电阻较低的区域，例如通过将多股电热丝缠绕在一起，改变导体截面，在存储单元的高温区域之外进行这种连接，或者在这种点提供局部散热器/冷却元件，可以减少或防止连接点处的过热。

图70示出了根据示例实现的电阻加热元件7000。电阻加热元件7001位于导管7003中，该导管7003的外壁具有如7007所示的表面温度。7007处的表面温度取决于砖的整体温度分布、其导热率和辐射热通量。开关决策可以部分基于加热元件7009的设计，包括其每单位长度的电阻、其材料表面积、其构造材料，包括其随温度变化的性能(温度相关影响，包括金属再结晶和/或脱合金，氧化、剥落、蠕变、热膨胀和磨损)围绕加热元件7007、7009的表面区域的温度和大小、以及沿着整个加热元件长度(包括支撑点或与固体介质7011、7013、7015的接触点)的局部温度。加热元件7001、7017的表面温度可以取决于加热元件的每单位表面积的瓦特数、元件周围的环境空气温度、空气是否在由7003和7005定义的区域内的导管中流动、以及封装材料7007的表面温度。7007处的表面温度取决于砖的整体温度分布、其导热率和辐射热通量。辐射传热占主导地位。由于这与开尔文温度差的四次方成正比，因此当耐火材料接近加热器的最大运行温度时，流过加热器的功率应接近零。

在一种实现中，加热元件的表面温度取决于加热元件的每单位表面积的瓦特数、元件周围的环境空气温度、空气是否在导管中流动、以及封装材料的表面温度。表面温度取决于砖的整体温度分布、其导热率和辐射热通量。在所公开的实现中，辐射传热可能占主导地位。因为辐射输送与开尔文温度差的四次方成正比，因此当耐火材料接近加热器的最大运行温度时，流过加热器的功率应接近零。

在一些实现中，控制系统算法包括储热单元的模型。这些模型约地模拟存储单元内各种点的温度、以及基于加热器功率输入的瞬时和预报温度。因此，通过将天气和季节输入并入到控制器中，包括使用预报，有利地延长了加热器寿命。

这些模型可以适配存储单元的配置的变化，包括加热器或加热器控制器的存在、缺失或故障、阻塞的传热通道的存在、蒸汽产生部分中的结垢的存在、或其他操作/维护事项。

在一种实现中，控制系统确认并比较模拟模型，以选择系统内不同点处的温度、流和功率水平的测量。控制系统可以在控制加热元件的功率的控制计算中考虑这些模型。例如，壁温可以是给定加热器允许的当前输入电力的限制因素，这些限制是基于峰值耐火材料温度和峰值电热丝温度来计算的。在加热器温度不显著超过耐火温度的情况下，恒定功率(恒定的Q热通量)充能可能是不可行的。

响应这种约束的控制系统可以在充能期间及时命令充能瓦数(例如，Q热通量)模式，其中，初始低速率加热建立热传导模式，充能在部分充能时间内提高到高速率，并且放能速率随着材料温度的升高而下降，使得以慢速率渐近地接近最终的顶部温度，而不超过顶部加热器温度。

传热流体可以在充能期间在相邻的流体导管中流动，从而允许同时进行充能和放能操作。在一些示例实现中，传热流体可以在承载加热器元件的导管中流动。加热元件的每单位长度的电阻可以变化，和/或每单位长度的热生产可以变化，使得(例如)具有沿着加热器轴向流动的传热流体的导管在流体出口附近可能比流体入口附近需要更少的热量。

优点

除了上面在第I节中描述的那些优点之外，与储热块和储热组合物相关的示例实现也可以提供相对于传统方法的各种优点。例如，传统方法通常遭受热量分布不均匀、由于砖的加热和冷却循环造成的磨损、以及安全和维护问题的困扰。然而，本公开内的实现试图通过结合流体流通路应用辐射加热(包括辐射室内的水平径向辐射)以产生比传统加热技术实现的热分布更均匀的热分布来减轻各种这样的问题。因此，可以克服与现有技术相关联的问题和缺点，例如低效的能量存储，各种元件(例如，加热元件、砖、外壳等)的劣化、损坏和分解，不安全的热点等。

所公开的动态绝缘技术相对于传统技术可以有利地提高绝缘效率、降低绝缘成本或两者。此外，所公开的被动冷却技术可以提高储热系统的安全性。各种公开的技术可以降低相对于传统技术的维护复杂性。

存储介质块可以被布置在允许相对移动以适应各个元件的膨胀和收缩的组合物中。此外，该阵列被布置为使得热膨胀的周期对齐阵列的元件，以保留阵列结构的完整性、加热元件导管的完整性和传热气体导管的完整性。

此外，由于热量被更均匀地存储，因此也减少或避免了热量的浪费。此外，示例实现可以具有另一益处，即它可以更容易地维护和替换加热器模块、加热元件和砖。此外，示例实现提高了效率。例如，与目前的设计相比，本文所公开的砖和堆叠配置可以在充能和放能过程中增加大块材料的ΔT，以允许砖每千克材料存储更多的兆瓦时。

III.DC/DC转换

在许多电力传输系统中，交流电(AC)用于将电力从发电源传输到负载。在这种系统中，无源设备和变压器需要通电才能使系统工作，从而导致无功能量的循环。此外，由于耦合在发电源和负载之间的传输线的阻抗，AC的远距离传输会导致损耗。在一些情况下，所产生的电力可能是间歇性的。例如，当发电源是光伏电池时，传输的功率基于光伏电池的光照，光照会在一天中发生变化。随着功率下降，AC传输系统的效率会进一步降低。

为了提高这种电力传输的效率，可以采用直流(DC)传输，其使用多个输入DC电压来产生更高电压用于传输。在一些情况下，发送电压可以在传输系统的负载端被分解成多个更小的电压。如下所述，由于较低的电感和涡流损耗，因此可以消除与将DC电源转换为AC电源以进行传输相关联的损耗。此外，欧姆电阻负载可以更低，从而进一步提高效率。

图71中描绘了采用DC电力传输的这种储热系统的框图。如图所示，电力传输系统3100包括发生器电路3101A至3101C、转换器电路3101、转换器电路3102和储热单元3104。

发生器电路3103A至3103C被配置为分别产生DC电压3107A至3107C。在各种实现中，发生器电路3103A至3103C可以使用诸如太阳能或风能的可再生能源。在一些实现中，DC电压3107A至3107C可以是时变电压。例如，在一些情况下，DC电压3107A至3107C的各自电平可以基于光伏电池板的光照的变化。尽管在图71的实现中仅描绘了三个发生器电路，但在其他实现中，可以采用任意合适数量的发生器电路。

如下所述，转换器电路3101包括多个子转换器电路，每个子转换器电路包括第一输入电路和第一输出电路。第一输入电路被配置为接收DC电压3107A至3107C之一。第一输出电路与第一输入电路电流隔离，并且被配置为产生DC电压3109A中的对应DC电压。转换器电路3101被配置为组合DC电压3109A以产生发送电压3108。

如下所述，转换器电路3102还包括多个子转换器电路，每个子转换器电路包括第二输入电路和第二输出电路。第二输入电路被配置为经由传输线3106接收发送电压3108的一部分。第二输出电路与第二输入电路电流隔离，并且被配置为产生从发送电压3108的由第二输入电路接收到的部分导出的DC电压3110中的对应DC电压。转换器电路3102被配置为在输出总线3105上组合DC电压3110。注意，在一些实现中，DC电压3110可以并联耦合到输出总线3105上。

储热单元3104包括耦合到输出总线3105的加热元件3111。在各种实现中，加热元件3111被定位为使用经由输出总线3105接收到的电力来加热储热介质3112。如本说明书中其他地方所描述的，储热单元3104可以使用各种不同的储热介质来实现。

在一些情况下，来自多个能源的电压可以被组合成可以直接由负载使用的发送电压。图72中描绘了可再生能源系统的电力传输系统的实现的框图。如图所示，电力传输系统3200包括转换器电路3101、可再生能源3202A至3202C以及储热单元3104。转换器电路3101包括子转换器电路3203A至3203C。

可再生能源3202A至3202C被配置为分别产生DC电压3205A至3205C。在各种实现中，可再生能源3202A至3202C可以使用光伏电池、风力涡轮机或任何其他合适的可再生能源来实现。在一些实现中，DC电压3205A至3205C可以由于光伏电池的光照的间歇性、无风等而随时间变化。尽管在图72的实现中仅描绘了三个可再生能源，但在其他实现中，可以采用任意合适数量的可再生能源。

子转换器电路3203A至3203C被配置为分别接收DC电压3205A至3205C。在各种实现中，子转换器电路3203A至3203C被配置为使用DC电压3205A至3205C中的对应DC电压来产生输出电压3206A至3206C。如下所述，子转换器电路3201A至3201C包括由对应变压器电流隔离的相应输入电路和输出电路。

子转换器电路3203A至3203C被串联耦合以组合输出电压3206A至3206C以产生发送电压3108。在各种实现中，发送电压3108是输出电压3206A至3206C的总和。通过串联耦合子转换器电路3203A至3203C，可以产生大于DC电压3205A至3205C中的任何DC电压的电压，以帮助将电力传输到储热单元3104。此外，串联耦合子转换器电路3203A至3203C消除了检测可再生能源3202A至3202C中的任何可再生能源的故障的需要。如果可再生能源3202A至3202C中的任何一个停止产生其DC电压3205A至3205C中的对应DC电压，则子转换器电路3203A至3203C中的对应子转换器电路将产生零输出电压，这仍然允许通过添加子转换器电路3203A至3203C中的其余子转换器电路的输出电压来产生发送电压3207。

尽管转换器电路3201被描绘为仅包括三个子转换器电路，但在其他实施例中，可以采用任意合适数量的子转换器电路。在一些情况下，包括在转换器电路3101中的子转换器电路的数量可以对应于可再生能源的数量。备选地，多个可再生能源可以接线在一起，并且子转换器电路的数量可以基于发送电压3108的期望幅度。

储热单元3104包括加热元件3108，该加热元件3108被配置为使用发送电压3107来加热储热介质3109。在各种实施例中，储热单元3104可以使用值为发送电压3107的高电压DC电耦合到上变频器电路3101的输出，该高电压DC能够处理由储热单元3104汲取的电流。如本说明书中其他地方所描述的，储热单元3104可以使用加热元件来实现，该加热元件可以用于加热各种不同储热介质。

转到图73，描绘了用于发送的直流电压的电力接收器系统的实施例的框图。如图所示，电力接收器系统3300包括转换器电路3102和负载电路3306。

转换器电路3102包括串联耦合在发送电压3108两端的子转换器电路3302A至3302C。应当注意，虽然子转换器电路3302A至3302C被描绘为在发送电压3108两端，但在其他实施例中，子转换器电路3302A至3302C可以耦合在任何合适的DC电压两端。通过串联耦合子转换器电路3302A至3302C，发送电压3108被划分为电压部分3303A至3303C，每个子转换器电路3302A至3302C的对应输入仅暴露于发送电压3108的一部分。在所示实施例中，由于存在三个子转换器电路，因此电压部分3303A至3303C中的每一个是发送电压3108的值的三分之一。在各种实施例中，使用串联耦合的子转换器电路可以允许在子转换器电路3302A至3302C中使用较低电压的组件，从而节省成本和电路复杂性。

子转换器电路3302A至3302C被配置为接收电压部分3303A至3303C中的对应电压部分。例如，子转换器电路3302A被配置为接收电压部分3303A，而子转换器电路3302B被配置为接收电压部分3303B。子转换器电路3302A至3302C还被配置为使用电压部分3303A至3303C中的对应电压部分来产生负载电压3304A至3304C中的对应负载电压。与子转换器电路3203A至3203C一样，子转换器电路3302A至3302C包括彼此电流隔离的输入电路和输出电路。使用这种隔离可以防止可能的破坏电流直接从承载发送电压3108的电缆流向负载电路3306。

尽管转换器电路3102被描绘为仅包括三个子转换器电路，但在其他实施例中，可以采用任意合适数量的转换器电路。在一些情况下，包括在转换器电路3102中的子转换器电路的数量可以基于发送电压3108的值和负载电压3304A至3304C的期望值。例如，如果负载电压3304A至3304C期望较小的值，则可以采用附加子转换器电路将发送电压3108拆分为更多数量的较小部分。

负载电路3306耦合到输出总线3105，并且被配置为使用输出总线3105的电压电平来执行功能或操作。应当注意，负载电路3306可以是采用DC电压来执行功能或操作的任何合适的电路或单元。在各种实施例中，负载电路3306可以是储热单元(例如，储热单元3104)的一部分，而在其他情况下，负载电路3306可以是电动车辆充电系统或其他电池充电系统的一部分。例如，负载电路3306可以包括充能电路3207，其被配置为使用经由输出总线3105接收到的电力对电池3208进行充能。

转向图74，描绘了子转换器电路的实施例的框图。如图所示，子转换器电路3400包括DC转换器电路3401、变压器3402、输出电路3419、控制电路3405和控制电路3406。输出电路3419包括整流器电路3403和输出电压发生器电路3404。在各种实施例中，子转换器电路3400可以对应于子转换器电路3203A至3203C或子转换器电路3302A至3302C中的任何一个。

DC转换器电路3401被配置为接收DC输入电压3409。在各种实施例中，DC输入电压3409可以对应于DC电压3205A至3205C或电压部分3303A至3303C中的任何一个。DC转换器电路3401还被配置为使用DC输入电压3409并基于控制信号3414在变压器3402中包括的初级线圈3407中产生电流3410。在一些实施例中，电流3410是交流电，并且为了产生电流3410，DC转换器电路3401还可以被配置为切换DC输入电压3409相对于初级线圈3407的端子的极性以便通过初级线圈3407来改变电流3410的方向。在各种实施例中，这种切换的频率可以基于控制信号3414中的至少一个。

在各种实施例中，DC转换器电路3401通过变压器3402磁耦合到输出电路3419。由于DC转换器电路3401磁耦合到输出电路3419，因此没有电流可以在DC转换器电路3401和输出电路3419之间流动，从而电流隔离这两个电路。

当电流3410在初级线圈3407中流动时，初级线圈3407产生时变磁场。时变磁场在变压器3402的次级线圈3408中感应电流3411。注意，由于磁场的时变性质，电流3411也可以是交流电。为了增强初级线圈3407和次级线圈3408之间的电感耦合，初级线圈3407和次级线圈3408的相应绕组可以缠绕在铁质材料的公共核心周围。

为了提供发送电压3108的电平的附加粒度，变压器3402可以用于改变DC输出电压3413相对于DC输入电压3409的值。通过相对于次级线圈3408的匝数调整初级线圈3407的匝数(或“绕组”)，可以相对于电流3410的幅度向上或向下调整电流3411的幅度。例如，如果次级线圈3408的匝数大于初级线圈3407的匝数，则电流3411的幅度将大于电流3410的幅度。电流3411的不同值可以导致DC输出电压3413的不同值。

由于电流3411是交流电，因此它必须被转换为DC(或“整流的”)电压才能被输出电压发生器电路3404使用。整流器电路3403被配置为使用在次级线圈3408中流动的电流3411来产生内部供电电压3412。在各种实施例中，整流器电路3403可以用多个二极管来实现以维持负载电容器上的电荷，以便产生内部供电电压3412。

输出电压发生器电路3404被配置为使用内部供电电压3412并基于控制信号3415产生DC输出电压3413。在各种实施例中，DC输出电压3413可以对应于输出电压3206A至3206C或负载电压3304A至3304C中的任何一个。在一些实施例中，输出电压发生器电路3404可以包括电感扼流圈3418，该电感扼流圈3418可以用于将转换器电路3400的一个实例耦合到转换器电路3400的另一实例，如图72的实施例所描绘的。在各种实施例中，输出电压发生器电路3404可以使用降压转换器电路或任何其他合适的电路来实现。

控制电路3405被配置为产生控制信号3414。这种信号可以包括用于DC转换器电路3401的定时信号和使能信号。在各种实施例中，控制电路3405可以被配置为使用外部通信信号3417和通信信号3416来产生控制信号3414。在各种实施例中，外部通信信号3417可以被发送给电力传输系统中包括的另一子转换器电路或主控制电路并从其接收。应当注意，可以使用光学电路来执行外部通信信号3417和通信信号3416的传输以提供控制电路3405、控制电路3406和任何外部控制电路之间的电隔离。在各种实施例中，控制电路3405可以使用处理器、微控制器、其他合适的状态机来实现，处理器被配置为执行软件或程序指令。

控制电路3406被配置为产生控制信号3415，该控制信号3415可以包括用于输出电压发生器电路3404的定时信号和使能信号。在各种实施例中，控制电路3406可以被配置为使用从控制电路3405接收到的通信信号3416来产生控制信号3415。控制电路3406还可以被配置为经由通信信号3416向控制电路3405发送关于输出电压发生器电路3404的操作和状态的信息。在各种实施例中，控制电路3406可以使用处理器、微控制器、其他合适的状态机来实现，处理器被配置为执行软件或程序指令。

转向图75，示出了描绘用于操作DC电力传输系统的方法的实施例的流程图。可以应用于包括DC电力传输系统3400的各种DC电力传输系统的方法开始于框3501。

该方法包括由第一多个转换器电路中的给定转换器电路的输入电路接收来自可再生能源的DC输入电压(框3502)。在一些实施例中，该方法还包括由多个光伏电池板产生DC输入电压。

该方法还包括由与输入电路电流隔离的给定转换器电路的输出电路产生基于DC输入电压的第二多个DC输出电压(框3503)。在各种实施例中，产生DC输出电压包括由给定转换器电路使用DC输入电压在给定转换器电路中包括的变压器的初级线圈中感应第一电流。在这种情况下，该方法还包括由给定的转换器电路使用变压器的次级线圈中的第二电流来产生DC输出电压。在各种实施例中，次级线圈中的第二电流基于变压器的初级线圈中的第一电流。

在一些实施例中，该方法还可以包括：基于第一电流、初级线圈上的第一匝数和次级线圈上的第二匝数，在次级线圈中感应第二电流。在各种实施例中，该方法还可以包括由给定转换器电路对第二电流进行整流以产生内部供电电压。在这种情况下，该方法可以还包括由给定的转换器电路使用内部供电电压来产生DC输出电压。

该方法还包括组合来自第一多个转换器电路的相应DC输出电压以产生发送电压(框3504)。在一些实施例中，该方法包括添加相应的DC电压以产生发送电压。在各种实施例中，耦合第一多个转换器电路包括：使用第一电感扼流圈将第一转换器电路的第一输出耦合到特定节点，并且使用第二电感扼流圈将第二转换器电路的第二输出耦合到特定节点。

该方法还包括由加热元件使用发送电压来加热储热介质(框3505)。在一些实施例中，该方法还包括由串联耦合的第二多个转换器电路接收发送电压。该方法还可以包括：由第二多个转换器电路使用发送电压的对应部分来产生多个DC输出电压，并且在公共电力总线上组合多个DC输出电压。该方法结束于框3506。

车辆充电应用

上述DC/DC转换器可以用于DC汽车快速充电应用。该示例电路示出了标准500MAC电缆如何传输2MW。现有充电站连接到AC电网，或者具有其自己的变电站，或者连接到较大的5060Hz且低压的变电站。为了拉动2MW，需要超过电网容量的限制的非常高的电流(4，000安培)。

通过能够使用DC传输电力，允许以低得多的电流传输1至2MW的电力，允许电池在10至15分钟内充电至80％，类似于加油站停。上面示出的DC/DC转换器可以允许这种高速DC充电。该结构例如使用多个PV阵列微电网作为输入，并且所示的DC/DC转换器可以提供高功率且经济的充电站。此外，充电站还可以包括使用标准电缆对PV产生的电力进行现场存储。

因此，可以使用处于相当大电压的相对较小的导体来为可以独立或并行操作的一组充电端口供电。

电力运输应用

如果光伏电池板与逆变器连接，该逆变器正在转换为交流电，并使用变压器升压到更高的电压以远距离传输，则在诸如充电站、电池或存储系统的目的地处，存在变压器或某种整流器。当这种系统以峰值太阳能容量运行时，逆变器和变压器的损耗以及该AC系统的通电损耗、涡流和电感损耗加在一起略低于90％效率。然而，当系统以低功率运行时，这些损耗保持相似，并且净效率大幅下降。

相反，当使用本文描述的DC/DC转换器运行基于DC的系统时，由于DC中不存在电感或涡流损耗并且欧姆电阻负载较低，因此损耗显著降低。因此，效率在低负载时略微增加。

因此，这些链式DC/DC转换器系统可以应用于诸如电力运输、车辆充电、客户应用、连接到锂电池系统的太阳能场之类的领域，包括储热系统。这可以显著减少太阳能场中的欧姆损耗，因为接线将在更高的电压下运行并且可以减少太阳能场和电池或太阳能场电池和充电站之间的欧姆损耗和AC损耗。许多微电网都会具有这些相同的问题，因为如果微电网的频率与主电网解耦，则该微电网的可靠性及其效率就会发生变化。

DC/DC转换器的设计和实现创造了运行全DC微电网的机会，尤其是在高电压下。例如，站点和太阳能设施周围的25kV DC微电网可以意味着电池可以以超高效率运行。一些负载可以直接DC连接，并且一些负载可以经由针对电源点负载设计的逆变器连接。也可以存在通往AC电网的网关逆变器或整流器，但微电网未锁相到电网将意味着电网不稳定无法将其关闭。25kV的值仅作为示例来提供，并且可以用其他值代替。

对于AC系统，需要为所有无源设备和变压器供电，因此循环大量无功能量，并且远距离传输AC会附加地产生线路阻抗和电力弹跳的损耗。

可以使用该DC/DC转换器设计来非常高效地进行中等距离的DC电源共享，使用例如长达50英里的中等电压DC，可以实现更高效的能量存储，更高效的能量传输。

此外，DC/DC转换器设计消除了变压器，并允许通过串联缩放它们来构建该电压，这基本上可以是无损的。这是通过每个集群完全电流隔离并具有两个独立的控制器(主/从控制)实现的。此外，还可以存在顶级电力管理，以防止在负载功率需求下降时主导体中的电压过度升高。

除了每个设备(DC/DC转换器)中的控制器之外，还可以存在一个整体控制器，该整体控制器负责这些转换和转换阶段，以对这些设备及其行为方式设置限制(限制功率；限制电流；限制电压)以设置边界条件。

因此，电压共享可以基于功率共享的想法，因为如果开始了共享功率，则逻辑上将在这些设备之间共享电压，并且系统将在输入上经历相同的压降，在输出上经历相同的压降。

高电压DC/DC转换允许太阳能场以适当的距离与负载(例如，可以耦合到电解槽并用于电动汽车充能的加热砖储能单元)非常高效地连接。此外，该系统可以集成氢气生产和从氢气发电，并进一步集成锂离子电池。还可以耦合该系统来驱动海水淡化，以产生完全离网的设施或军事基地，其为其家庭负荷、热负荷和其车辆自行供电。

IV.工业应用

上述热能存储系统提供了来自可以从可再生源供应的电能的稳定热输出。稳定热输出可以提供给各种工业应用，以解决技术问题，如下所述。

能够辐射加热的热能系统100的超高温允许在范围广泛的工业过程中应用。具体地，对于需要超高温的过程，例如在玻璃生产和冶金应用中，由可再生能源供电的这种高温热能存储系统提供了全天候完全或大部分由可再生能源运行的可能性，从而提供了通往零碳工艺的道路。

A.材料活化

1.要解决的问题

水泥生产是全球碳排放的最大来源之一，占全球CO

水泥通常由石灰石和粘土(或页岩)制成。这些原材料被开采，然后被粉碎成细粉。混合原材料(“生料”或“窑进料”或“粗粉”)在回转窑中被加热，其中混合原材料达到约1400℃至1500℃的温度，例如1400℃至1500℃。在其最简单的形式中，回转窑是管子，该管子可以例如长200米且直径6米，一端有长火焰。生料从冷端进入窑炉，并且逐渐向下输送到热端，然后落出窑外并冷却。在较低温度(例如，70℃至600℃，并且更具体地，70℃至350℃)的初始阶段，游离水从生料中蒸发，粘土状矿物和白云石分解成它们的氧化物组分，产生碳酸钙、氧化镁和二氧化碳。

在中间温度(650℃至1050℃)下，一些碳酸钙与二氧化硅反应以形成贝利特(belite)(Ca

离开窑炉的材料(被称为“熟料”)通常由倒圆的结节组成。热熟料落入冷却器，该冷却器可以被设计为回收其热量的一部分，并冷却至适合于存储的温度(或直接输送至水泥磨，在那里将其研磨成细粉)。石膏或其他材料可以与熟料一起研磨以形成最终的水泥产品。

回转窑的由从热熟料回收的热量和燃料的燃烧共同加热的最热端位于熟料的出口处。加热的气体沿着与熟料过程相反的方向行进。排气从生料进入回转窑的地方排出。

大多数水泥生产使用单独的预分解炉来提高给定水泥窑的产量和效率。预分解炉是一种悬挂预热器，其允许该过程所需的一些能量在其底部燃烧。预分解炉允许在预热器中高效地完成更多的热处理，从而大幅增加给定大小的回转窑管的吞吐量。

取决于系统设计，预分解炉可以输出经过40％至95％煅烧的进料，在高端，让回转窑的主要作用用于烧结。除了燃烧的燃料之外，预分解炉的输入气体还可以通过从冷却熟料中回收的热空气进行预热。从预分解炉的顶部排出的热气体通常用于烘干原材料。然而，该过程往往是间歇性的，因此当生料磨停止时会浪费热量。

在一些水泥生产系统中，可能在窑炉入口和预分解炉之间安装旁通器，以抽取可能对设备和最终产品质量造成损害的含粉尘材料。所收集的材料(被称为水泥窑旁通粉尘(CBPD))按重量计可以占熟料总产量的约2％(例如，2％)，并且主要由熟料的关键组分氧化钙以及诸如氯化钾的盐和其他污染物组成。CBPD通常需要付费进行填埋。

CBPD主要包括已经脱碳的氧化钙。最近的一项研究表明，约900℃至1200℃的温度(例如，900℃至1200℃)可以在比回转窑中的温度更低的温度下将CBPD转化为有价值的熟料成分(例如，贝利特、钙铝石、阿利特和铁素体)(在CBPD中的其他组分的帮助下，同时蒸发和移除诸如KCl的污染物)，留下不含最初存在的大部分不需要的污染物的水泥产品。

在传统水泥厂中，燃烧燃料和氧气以将热量提供到熟料窑中。该燃料可以是固体介质的形式，例如垃圾或煤(或者可以是天然气)，与助燃空气一起引入窑炉中。在窑炉的出口处，一股热燃烧气体提供了用于预热粗粉并然后煅烧粗粉的一部分热量；余下的热量可以由燃料的燃烧和/或从热熟料冷却中回收的热量提供。取决于预分解炉的设计和操作，煅烧的过程消耗约20％至75％(例如，20％至75％)的燃料热能。

术语“煅烧”广义上是指如下过程：其中，在受控环境中，在几乎没有氧气存在的情况下，将固体化合物加热至受控高温以移除杂质和/或热分解成所期望产品。术语煅烧传统上是指将石灰石(或碳酸钙)分解成生石灰(氧化钙)和二氧化碳的过程。鉴于石灰石是一种储量丰富的矿物，并且生石灰用于生产水泥、砂浆、石膏、油漆、钢铁、纸张和纸浆以及处理水和烟气，该反应在工业中得到广泛应用。

其他煅烧工艺包括用于生产建筑材料和其他产品的石膏的脱羟基(即，移除结晶水)和用于生产铝金属和其他产品的氧化铝的脱羟基。另一煅烧工艺是粘土矿物的脱羟基，其可以用于活化粘土，用作水泥混合物中的补充胶凝材料(SCM)，例如与波特兰水泥一起使用。粘土矿物活化不同于石灰石对应物，因为反应释放水(-OH基团)而不是CO

不同的煅烧反应需要不同的运行状态(例如，温度、环境组分等)以使矿物受热并驱动煅烧。随着时间的推移，已经开发出不同的设计，包括竖炉、回转窑、多膛炉和流化床反应器。还开发了许多关联过程，包括经由窑炉或反应器内的燃料燃烧进行的内部辐射加热、经由窑炉或反应器内的热气体流进行的内部对流加热、或窑炉或反应器的外部加热。鉴于材料在反应室中需要花费几分钟到几小时才能完全激活，这些传统模式被称为浸泡-煅烧工艺。

闪蒸煅烧是另一种方法，其比浸泡过程更快，并且发生在反应器中，该反应器在一定速度和温度下使用产生气体-颗粒相互作用(包括夹带和悬挂)的气体来驱动高效的传热并促进化学反应。使用该原理的系统通常引入已经经由燃料的燃烧(包括直接排出的燃烧产品)加热的气体和/或可以通过冷却煅烧产品(或在上流配置的反应室的底部处从其他热源回收)加热的气体。气体温度通常可以在600℃至1100℃的范围内。在一种实现中，要处理的粘土原材料被细碎并被送入热气体注入点上方的腔室中。上流热气体与原材料相互作用，并且可以使原材料悬挂在腔室上，在该腔室中颗粒被流动的气体快速加热。

附加热源可以被包含(或不包含)在腔室内，包括燃料燃烧设备或附加热气体引入端口，以维持所期望的温度分布或环境气体组分。当该材料离开腔室时，它已经被加热至所期望的煅烧(或活化)状态。可以选择室内的气体组分以执行控制产品质量的功能。例如，可以排除氧气或者可以存在用于产品的质量控制的还原大气区域。要处理的材料可以包含铁，铁在非还原环境中会被氧化并导致产品变色，这可能是不期望的。该大气还原区域可以经由注入还原气体来强制执行或经由补充燃烧器来供应，其中，空气中的任何氧气经由注入的燃料来还原。加热和煅烧之后，该材料然后通常被冷却旋风分离器中的空气或另一形式的空气淬火快速冷却。在某些工艺中，水也可以用作冷却流体。将该产品冷却至100℃至200℃。

已经进行了一些尝试来分析气体悬挂加热器中的粘土煅烧以确定运行状态的影响。在一个示例中，将高岭石颗粒进料添加到燃烧器上方，并沿着通道通过具有或没有辅助燃烧器的腔室。在理想气体供应温度是约900℃(例如，900℃)且没有补充燃烧器的过程中，对流是传热的主要形式。

在这些方法中，内部电阻加热器无法用于替代煅烧炉中的燃烧器。技术上的原因是，气体悬挂所需的大量气体，单纯经由电阻加热器加热是非常困难的，因为所需的空间和成本太大。此外，电阻加热器可能由于煅烧工艺中存在的颗粒物而劣化。

2.由热能存储的电能加热的分解炉

本公开描述了涉及用新型高温热能存储(TES)系统替代燃烧燃料和/或热气体发生器的示例实现。示例实现涵盖材料活化系统的多个实施例，该材料活化系统具有不同程度的材料活化工艺的集成，其在一些实现中可以用于生产生石灰或其他活性材料，例如活性粘土或氧化铝。示例实现涉及新型TES系统与使用各种煅烧炉/窑炉配置中的任何一种配置的材料加热系统的集成。在一些实现中，该集成可以与现有工厂进行，其中TES系统和所有过程修改都被改装到现有的材料活化系统。在其他实现中，构建了新的材料活化系统，其中材料加热系统被设计为围绕热能存储系统。

在一种实现中，储热系统可以用作材料活化工艺中现有热气体发生器的替代。因此，一个或多个热能存储阵列可以提供热气体作为主要传热流体以满足材料加热系统的对流传热需求。这些需求可以包括烘干、预热、冷却或煅烧炉加热，并且可以经由直接连接到储热单元来满足。任何组分的气体都可以在使用之后通过TES系统再循环，或者从环境空气中扇入，以便在该过程中在更高温度下使用。

在各种实现中，材料活化系统包括上述公开的热能存储系统，其将热量传输到空气中，传输到CO

在一些实现中，二氧化碳用作传热流体以将热量输送到材料活化工艺中，并然后与通过煅烧释放的附加二氧化碳结合。因此，无需二氧化碳分离过程(除了冷凝燃料燃烧产生的任何水之外)。在另一实施例中，在该过程中采用的热能存储系统可以加热多种不同的气体或气体混合物以用于材料活化系统。

可以关于两个子类来考虑如本文所公开的示例实现。在第一子类中，TES系统直接以加热流体(例如，空气、CO

第二子类是高度集成的工艺，其中，TES系统用于在材料活化工艺中供应热能/热量，并且可以适度地使用燃烧(如果有的话)为所期望的反应提供合适的大气控制。示例实现包括TES系统集成的不同过程配置。在各种实现中，一个或多个高温TES单元直接或间接向煅烧炉或窑炉反应器以及烘干器和预热器供热。

在采用直接传热的实现中，TES系统中的用作传热介质的流体直接供应给煅烧炉中的原材料，并然后在与原材料直接接触之后再循环回TES系统。在采用间接传热的实现中，TES系统中使用的流体不会与材料加热系统中的材料直接物理接触。相反，在一些实现中，TES系统中的流体用于经由热交换器将热能传输到与材料接触的二次流体中。在其他实现中，TES系统中使用的流体可以通过加热煅烧炉或窑炉反应器系统的壁而在不存在二次流体的情况下间接加热原材料，加热的壁经由传导和辐射将热量传输到壁的另一侧的原材料。储热操作的这种“间接”加热模式也可以用于除了煅烧或窑炉反应器之外的应用，包括但不限于生物质烘干或食品加工。在一些实现中，二次流体可以处于液态。

TES系统流体也存在直接和间接加热模式的组合，其中，温度较高的TES系统流体流与二次流体(例如，使用气对气热交换器)间接交换热量，并附加地经由旁通器直接注入来提高二次流体流的温度，该旁通器被配置为将来自TES系统的较高温度流体的一部分注入到提供给材料加热系统的二次流体中。这对于材料加热系统(以及TES系统以及一些实现中)内的大气控制是有用的。与一些TES流体混合的二次流体然后直接暴露于材料活化工艺的原材料以供热。在供热之后，可以处理该二次流体以移除经由与原材料接触而添加到流中的不期望组分，例如水、不期望的排放物(SOx、NOx、CO等……)和颗粒物。该经处理的二次流体中的一部分或全部可以用于满足其他辅助热需求，例如烘干或预热或处理或冷却需求(通常，原材料必须在煅烧炉/窑炉反应器区域中的反应之后被冷却)。二次流体中的一些或全部可以返回热交换器，在该热交换器中，该流可以被再加热。

在一些实现中，一小部分热量也可以经由材料活化工艺中的补充燃烧来供应。取决于与燃烧相关联的具体运行状态，这可以提高气态传热流的温度。通常，燃料会燃烧“富燃料”，这意味着反应中存在多于化学计量的氧气的燃料。该富燃料燃烧的主要原因是大气控制，例如，粘土需要轻微的还原系统，以免氧化粘土中的铁，并因此阻止“颜色变化”。例如，可以减少氧气量，并且可以减少粘土中的铁。然而，TES系统可能需要轻微氧化条件才能正常运行。辅助燃烧将移除少量氧气并为粘土创造颜色还原条件。要输出的最终产品是活性粘土，其用来代替熟料来制造水泥。

本文描述的材料活化系统涵盖了若干个相关煅烧工艺。尽管材料活化系统的各种组件可以在不同过程之间共享，不同的过程通常需要不同的运行条件(温度、压力、停留时间、煅烧炉中的气体组分等……)。

图76示出了本文描述的材料活化系统76010的示例实现。如图所示，材料活化系统76010包括TES系统76020、材料加热系统76030和再循环系统76040。TES系统76020包括一个或多个热能存储设备76022。材料加热系统76030包括预热器/预分解炉76032、窑炉/分解炉76034、大气还原系统76036和冷却系统76038。在其他实现中，材料活化系统76010可以包括比所示更多(或更少)的组件；组件也可以不同地布置。

如在其他部分中更详细讨论的，TES系统76020被配置为存储从能源获得的热能。在一些实现中，该能源是可再生能源(例如，风能、太阳能、水电能等)或一些其他形式的可变能源。TES系统76020内的热能存储设备76022可以包括加热元件，该加热元件被配置为使用来自能源的电来加热存储介质。这些加热元件可以包括本文描述的各种示例中的任何一个，包括例如热敏电阻器、陶瓷电阻器等。存储介质可以包括本文描述的各种示例中的任何一个，例如块、石头等。

为了便于从经加热的存储介质中提取热能，可以使用鼓风机，该鼓风机被配置为通过使非可燃性流体循环通过加热的存储介质来加热非可燃性流体(例如，二氧化碳、氮气、空气或先前所讨论的其他流体)。如上所述，非可燃性燃料的使用与依赖可燃性流体(例如，天然气、丙烷、甲烷等)来提供能量的现有基于燃烧的系统形成对比。在各种实现中，TES系统76020被配置为向材料加热系统提供该循环的非可燃性流体以促进激活原材料。在一些实现中，TES系统76020被配置为在从600℃至1100℃的范围内的温度下向材料加热系统提供循环的非可燃性流体；然而，在其他实现中，该流体可以具有不同的温度。

材料加热系统76030通常被配置为将热能施加到原材料以产生活性材料。关于材料加热系统描述的技术可以用于各种材料活化工艺中的任何一种。如上所述，在一些实现中，材料加热系统76030是被配置为执行煅烧工艺的煅烧系统，该煅烧工艺从碳酸钙供应中去除二氧化碳以产生氧化钙。在其他实现中，材料加热系统76030被配置为执行从粘土矿物中去除氢氧化物以产生活性粘土的脱羟基过程(即，使用热能移除分子结合水)。在下面结合图83讨论的其他实现中，材料加热系统76030被配置为实现拜耳工艺的单阶段，其包括转化矾土以生成氧化铝作为活性材料的煅烧步骤。

在各种实现中，材料加热系统76030被配置为接收从由TES系统76020提供的非可燃性流体中获得的热能。如前所述，所提供的流体可以用于直接加热实现，其中材料加热系统76030使所提供的流体流与材料接触。所提供的流体可以备选地用于间接加热实现，其中热交换器被配置为：从TES系统76020接收循环的非可燃性流体，将热量从循环的非可燃性流体传输到第二流体中，以及向材料加热系统76030提供加热的第二流体，用于将热能施加到原材料。在混合流体实现中，材料活化系统76010还可以包括旁通器，该旁通器被配置为将从TES系统76020接收到的经循环的非可燃性流体的一部分注入到提供给材料加热系统76030的第二流体中。在TES系统76020无法为材料加热系统76030供应足够热能的一些实现中，材料活化系统76010还可以包括燃烧器(或基于燃烧的一些其他能源)，该燃烧器被配置为：除了由TES系统提供的热能之外，还向材料加热系统提供燃烧能量。

预热器76032被配置为：在将加热的原材料提供给窑炉以加热至第二温度之前，应用从循环的非可燃性流体获得的热能以将原材料加热至第一温度。在执行拜耳工艺的一些实现中，预热器76032被配置为执行拜耳工艺的第一阶段，其包括将矾土加热至在300℃至480℃的范围内的温度并处于在6巴至8巴的范围内的第一压力下。在所示实现中，从TES系统76020接收由预热器76032施加的热能；然而，在其他实现中，该热能的一些或全部可以从由窑炉76034输出的排气中获得。

在各种实现中，窑炉76034是负责将热能施加到原材料以生产活性材料的主要组件。窑炉76034可以使用任何合适的技术(例如闪蒸煅烧、回转窑或上面讨论的其他技术)来实现。例如，在一些实现中，窑炉76034被配置为通过经由窑炉的第一入口注入原材料并经由第一入口下方的第二入口注入上流配置中的加热的非可燃性流体来施加所接收到的热能，该入上流配置将原材料悬挂在窑炉内以便更高效地加热材料。在执行拜耳工艺的一种实现中，窑炉76034被配置为执行拜耳工艺的第二阶段，包括将矾土的温度升高至在750℃至950℃的温度范围内并处于比第一压力低的第二压力下。

大气还原系统76036被配置为在材料被冷却之前减少与窑炉76034中产生的活性材料接触的氧气的量。在生产活性粘土的实现中，氧气的去除可以防止活性粘土由于粘土中存在的任何铁的氧化而变色。在一种实现中，大气还原系统76036包括燃烧器，该燃烧器燃烧富燃料混合物以产生一氧化碳以吸收任何过量氧气。在一些实现中，可能不使用大气还原系统76036，因为活性材料可能不与氧气反应，或者与材料接触的流体可能已经包括低氧含量，例如在二氧化碳被用作非可燃性流体的直接加热实现中。

冷却系统76038被配置为接收材料加热系统的活性材料并降低活性材料的温度。冷却系统76038可以采用任何合适的技术，例如使用冷却旋风分离器或上述其他技术。在一些实现中，从冷却系统76038收集排出流体以供再循环系统76040再循环。

一般而言，再循环系统76040被配置为回收材料活化工艺尚未消耗的热能。在所示实现中，该回收包括将从材料加热系统76030输出的排出流体再循环到TES系统76020。在产生二氧化碳作为材料活化工艺的副产品的实现中，再循环系统76040可以将所产生的二氧化碳再循环到TES系统76020以用作非可燃性流体。在各种实现中，再循环系统76040包括过滤器，该过滤器被配置为在排出流体被提供给TES系统之前从排出流体中去除颗粒。

如上面描述且下面更详细讨论的，在一些实现中，过量热能可以用于各种其他目的。例如，材料活化系统76010可以包括蒸汽循环系统，该蒸汽循环系统包括：热交换器，被配置为从材料加热系统76030回收的热能产生蒸汽；以及蒸汽涡轮机，被配置为从所产生的蒸汽发电。

图77示出了使用电加热的热能存储设备R1至R4的材料活化系统的另一种实现76050。整个过程使用二氧化碳作为通过窑炉/分解炉和预分解炉的主要传热介质。没有空气、氮气或过量氧气被引入窑炉，因此，由煅烧反应放出的CO

通过针对加热元件和储热介质选择合适的材料，传热气体可以选自广泛范围的组分，包括但不限于空气、N

CO

在一个示例实现中，这种燃料燃烧直接将其燃烧气体释放到窑炉中，从而避免了热交换器的费用。由于空气分离单元已经输送了相对纯净的氧气流，因此这些燃烧气体主要包括或仅包括二氧化碳和水。在一些示例实现中，化学计量或接近化学计量的氧气可以用于燃料的燃烧以产生包含期望量的一氧化碳的合成气体流(即，合成气体)。

所生产的合成气体可以用于单独的水煤气变换反应器系统以生产氢气和二氧化碳，氢气和二氧化碳可以被直接用作燃料或被分离和产品化。因此，氮气不会被引入流经窑炉的气流中，这可以产生附加益处，即避免在高温下形成氮氧化物并使非催化还原要求(即，将氨溶液注入窑炉)变得过时，避免对旁观气体进行不必要的加热，使得在从氮气中分离CO

燃烧氧气流可选地通过储热单元R4被预热至高温(例如，800℃或更高)，其中氧气直接流过储热介质芯。可选地，氧气流可以与再循环的烟气(主要是CO

通过调谐混合到燃料流中的CO

这种预热允许由燃烧释放的热量仅输送高温热量，其中需要较低温度的热量来加热由捕获的热能提供的氧气和燃料。热能存储设备R3和R4中使用的结构材料可以与存储设备R1和R2中的材料相同，或者可以不同以适应气体组分、温度要求或者提高性能、成本、耐用性、化学相互作用或其他参数。

在一种实现中，上述示例操作的结果是：在存储设备R1与燃料和氧气的燃烧之间，可选地由存储设备R3和R4加热，高温CO

在一种实现中，控制系统将CO

备选地，可以将单独的TES系统(未示出)耦合到生料磨操作，使得烘干过程由热能存储设备供电。热能存储设备可以以在D处排出的对流方式或电方式进行充能。冷却的CO

图78示出了窑炉76062和预分解炉R解耦系统的示例实现76060。来自回转窑的热排出空气与预热/预分解炉入口分离。从用于热熟料的冷却器回收的热量可以或可以不被送入预分解炉。

在另一可选示例实现中，储热系统R2或另一热系统为水泥窑旁通粉尘(CBPD)的处理提供热量，以提高产品产量、减少碳排放并降低与垃圾填埋或以其他方式处置材料相关联的成本。分离或添加盐作为主要材料流的添加剂可能是有益的，以降低处理温度，从而减少形成所期望产品的能量和温度要求，可能进一步减少对燃料燃烧热浇头的需求，并允许可再生能源为大部分水泥生产过程供电。

图79示出了使用来自水泥生产过排气的废热在热循环发电系统中提供节能器热量的实现76070。如图所示，电加热的热能存储设备R5可以产生驱动涡轮发电循环的过热蒸汽、超临界二氧化碳或另一加热的工作流体。电充能的热能存储单元输送驱动涡轮机的高压、高温流(过热蒸汽、二氧化碳或其他工作流体)，该涡轮机相对持续地为设施处的部分或全部发电供电。热力发电循环废热流向风冷或水冷冷凝器，然后冷却的冷凝水或返回气体被泵送至高压。

从二氧化碳流中捕获热量的热交换器H1和H2可以将热量释放到发电循环的给水或入口气流中，从而捕获原本会产生的废热作为发电循环中的热回收节能器。在各种实现中，该发电循环可以是简单的蒸汽涡轮机循环、有机朗肯(Rankine)循环、超临界二氧化碳(sCO

在一个示例实现中，燃烧涡轮机是含氧燃料燃烧，其排气CO

从水泥制造过程中提取的CO

另一示例实现包括用于连续发电和附加热回收的蒸汽循环。在这种实现中，来自冷却旋风分离器或螺杆热交换器的与热煅烧产品接触的热空气与来自蒸汽循环的加压的循环水和一些补充水交换热量。该冷却的气体/空气被释放到环境中，用于过程的烘干部分，或作为冷气体被引入TES系统。经由与TES系统进行热交换，预热水变成蒸汽。该TES系统可以是补充单元或煅烧工艺中涉及的相同TES系统。这种热交换的空气侧被循环回TES系统以减少废热。然后该蒸汽在蒸汽涡轮机中膨胀，为工厂发电。汽涡轮机下游的蒸汽可以最后一次与空气或气体交换热量以用于烘干过程，然后再与任何补给水混合、加压并在循环中再循环。

图80示出了固体氧化物电解槽的集成76080，该固体氧化物电解槽的操作由存储在热能存储设备R6中的热量维持，并且可以通过维持在有益温度而有利地高效，其中热能存储设备提供在吸热电解反应中被吸收的热能。

这种固体氧化物电解槽可以电解水以产生氢气或者可以共电解蒸汽流和二氧化碳流，使得其出口产品是一氧化碳和氢气或合成气体。可以调整CO

固体氧化物电解槽(SOEC)可以与热能存储设备R6集成，该热能存储设备R6与流过储热核心的流体气体接触，其中循环流体是空气。在一种实现中，SOEC可以被较高温度(例如，830℃)的空气吹扫，并且从SOEC离开的空气可以处于较低温度(例如，800℃)。然后，该空气中的热量被热回收单元捕获，以产生蒸汽或加热另一种工作流体以用于其他目的。该加热流体可以例如集成到先前描述的电力循环中。SOEC的操作将氧气释放到空气吹扫中。

为了管理整体氧气浓度，来自热回收单元的相对较冷空气被部分释放，并且环境补充空气被部分吸入热能存储设备。该释放的气体是氧气增强空气。该流可以供应给空气分离单元、图77至79所示的空气分离单元、存储单元或燃料燃烧单元的备选原材料，作为减轻它们的电力消耗并提高它们的输出的手段。所产生的氢气或氧气可以存储在储罐或地下洞穴中以用于未来使用或出售。

如图81所示，基于燃烧的方法76100可以与煅烧工艺的实现相关联。在一种实现中，在76101处提供原材料，例如粘土矿物。将原材料送入76103处的烘干机/破碎机。在76107处，将压碎并烘干的粘土送入预热旋风分离器76107。在76109处，将通过旋风分离器送入并在76107处用热气体预热的产品提供给煅烧室76109。煅烧室76109用从燃烧室76113提供的热气体进行加热，该燃烧室76113由燃烧器76111的燃料提供。还可以将气流提供给预热器旋风分离器76107、烘干器/破碎机76103、以及过滤器和排出堆叠76105。在76115处，产品在还原区域76115中被还原，该还原区域可以由补充燃料76117提供动力。然后，将经还原的产品提供给冷却旋风分离器76119，其中环境空气76121被提供用于冷却。在76123处提供了一种活性材料，例如用于制造水泥的活性粘土。

前述方法通过如图82所示的热能存储系统的集成76150被修改。与图81具有相似或相同描述的元件不再重复。更具体地，热能存储系统76163不是使用燃料经由燃烧提供空气，而是提供通过来自电能的辐射加热来加热的热气体。因此，无需使用燃料来燃烧。因此，可以避免与来自燃烧过程的水分相关联的上述问题。此外，袋滤室过滤器76155被用作烘干器/破碎机76153的输出，并且袋滤室过滤器76155的气体副产品作为输入被提供给排出堆叠76157和储热系统76163。来自冷却旋风分离器76169的副产品气体也被提供给热能存储系统76163作为输入。与其他特征相关联的结构和操作，例如烘干器/粉碎机76153、预热旋风分离器76159、煅烧室76161、还原区域76165、补充燃料76167、冷却旋风分离器76169和环境空气76171，与上面关于其他方法说明的类似。在一种实现中，在76151处提供原材料，例如粘土矿物。在76173处提供了一种活性材料，例如用于制造水泥的活性粘土。

如上所述，TES系统可以用于向拜耳氧化铝工艺的煅烧步骤提供热量。此外，输入到该工艺其他部分的热量也可以替代燃料，包括在矿山、石灰窑和向这些模块提供能量的蒸汽发生器处提供的燃料。

关于煅烧炉阶段，方法分两个阶段执行煅烧：第一阶段，在较低温度下与分解器和蒸汽分离相关联以执行部分；以及第二阶段，在比第一阶段更高的温度下，但在比在单个阶段中执行煅烧的情况下所需的温度低的温度下。第一阶段可以在例如350℃的温度下，并且第二阶段可以在750℃至950℃的范围内。两阶段煅烧工艺提供了优于单个阶段煅烧工艺的能效优点。类似于粘土煅烧，燃料被提供给第一煅烧阶段和第二煅烧阶段作为输入。从煅烧输出的热量可以被提供用于读数和废热回收，其中废热在水冷之后经由烟气输出排出。

常规煅烧包括将冷却的湿三水铝石加热至950℃至1100℃，以去除三水铝石中的游离水分和结晶水分，该三水铝石源于矾土。现有方法使用了利用来自燃烧的热量的回转窑或煅烧炉。根据一些方法，该材料首先进入高压煅烧步骤(例如，分解器)，例如在6巴至8巴以及300℃至480℃下，并去除所有游离水分(例如，烘干)并将大部分三水铝石活化为氧化铝。这些机制产生水蒸气作为流出物。部分煅烧的材料通过减压器进入低压煅烧阶段。这发生在环境压力和850℃至950℃的相对较低温度下。在产品材料的冷却过程中预热的燃料和空气在气体悬挂煅烧炉中燃烧。烟气中的热量通过进入蒸汽发生器/过热器被进一步回收，在蒸汽发生器/过热器中与来自第一阶段的循环蒸汽、来自拜耳工艺中其他步骤的循环蒸汽或补充水交换热量以向第一煅烧步骤(或分解剂)供应过热蒸汽。

这些方法可能存在问题和缺点。例如，当蒸汽在煅烧阶段中被用作传热介质时，需要考虑工厂平衡，因为过热高压蒸汽的极高质量流在再循环到工厂的其他区域之前必须被过滤和清洁。从分解器收集高温水分在理论上更有利的热平衡也转换为更复杂的集成过程。大质量流导致在提供正确数量的过热蒸汽方面出现问题。从热力学和操作的角度来看，蒸汽发生器/过热器是主要的关注领域。在该步骤中必须燃烧附加燃料。此外，过程设备中的堆积是该概念中的最大问题之一，因为再循环蒸汽在与蒸汽发生器和过热器相互作用之前通常必须被清洁并过滤掉颗粒物。

为解决这些问题和缺点，上述热能存储系统向再循环过程蒸汽供热，并且可以与热回收装置集成以解决现有的工厂平衡问题。例如，来自第二气体悬挂煅烧炉的热烟气的热量可以用于将一部分热量提供给储热工作流体介质(例如，气体到气体热交换器)或过程蒸汽(例如，蒸气到液体热交换器)。这将允许工厂在能源管理以及修复传热设备中的固体堆积的维护方面具有更大的灵活性。热电池可以在工厂外部，并且可以通过附接的蒸汽发生器从外部供应蒸汽，或间接地供应蒸汽，使热气体通过现有的或新的热交换器代替燃烧气体产品的职责。

在另一示例实现中，储热涉及完全集成的过程，其中热电池代替现场的所有燃烧。该实现包括上述方法，其中将全部或大部分热量供应给第二煅烧阶段。部分煅烧材料的温度被带至接近环境压力(来自高压阶段1)，并与热烟气直接接触，使温度达到850℃至950℃。该降低的温度范围允许燃烧的燃料所产生的热量被高温存储的热量所替代。

在一些示例实现中，热能存储系统的主要工作流体将接触要煅烧的材料。在其他示例实现中，这种加热可以间接地发生，其中热电池的主要工作流体不直接接触材料。热气体将被以足够高的速度吹过煅烧炉，以达到所期望的悬挂和活化水平。气体流出物将在高温下离开燃烧室，以用于产生蒸汽并使煅烧的第一阶段中使用的过程蒸汽以及系统中需要的任何其他蒸汽过热。

如图83所示，根据示例实现的与铝生产相关联的煅烧炉过程8300具有对现有方法的若干修改。热能存储设备8301向第二煅烧阶段8303提供热输入。因此，不是使用燃料来产生热量，例如通过其他方法中的燃烧，该热量被提供作为TES系统的热气体，如上所述。大量高温热气体在其操作温度下作为输入被提供给第二煅烧阶段。因此，不必像现有方法中可能需要的那样从氧化铝冷却8311提供预热的空气。

第二煅烧阶段8303的输出副产品是可以用于热回收蒸汽发生器8307的稍微冷却的气体，而不是现有方法中可能存在的附加燃料和空气。从蒸汽发生器8307输出的蒸汽在第一煅烧单元8309的温度下被提供给第一煅烧单元8309，该第一煅烧单元8309可以提供如现有技术中的再循环蒸汽流和固体。此外，蒸汽发生器的热副产品不是作为凝固气体从蒸汽发生器中排出过量热量或废热，而是已经通过热回收区域并被注入氧化铝冷却旋风分离器8311的气体，连同环境空气。来自氧化铝冷却旋风分离器的副产品热量通过布袋除尘器和过滤器8317被提供作为输入储热单元的再循环气体。

根据备选实现，TES系统可以仅用于为蒸汽发生器提供热量，使得氧化铝处理设施的现有基础设施可以在不进行实质性修改的情况下被使用。

示例材料活化系统可以具有各种益处和优点。例如，由于废热回收的输出作为热能存储设备的输入被再循环，因此避免了通过堆叠的热量的排放。因此，可以避免不必要的热量排放到大气中。此外，通过使用来自TES系统的传入热量，不需要使用化石燃料来提供输入热量。此外，由于产生热量的燃烧方面被移除，因此消除了输入燃烧流中的游离水分，这避免了由于该水分的存在而引入的问题，特别是关于粘土的煅烧，如上所述。该示例实现还具有更有利的热力学和更低的最高温度的优点。

3.优于现有系统的优点

本文描述的材料活化系统可以具有优于现有煅烧实现的各种优点和益处。例如，材料活化系统可以通过使用由电力加热的热能存储阵列部分或完全地依靠可再生电力运行来减少或消除与水泥制造相关联的二氧化碳排放。

此外，热能存储的模块化和在水泥生产过程的各个部分的适用性允许逐步电气化、改造和与燃料燃烧的混合。热能存储设备的集成允许低成本、低碳强度、低容量因数电力以高年容量因数操作水泥生产或其他工业应用中的各种过程，其可以几乎等同于使用化石燃料的操作。

本文描述的材料活化系统还解决了与粘土中的水分相关联的间题。粘土通常是一种非常潮湿的物质，因为它通常是在潮湿地区中获取的，其中矿物结构中含有相对大量的游离水分和结晶水。主要由于能量被浪费在水相变上，因此活化中的燃料消耗随着粘土中存在的游离水分的量而显著增加。燃烧中产生的附加水蒸气进一步加剧了该问题。然而，由于燃烧不是传热的主要形式，TES系统克服了该问题。由于空气流速不会显著改变反应室内部的气体组分，因此不依赖于燃烧还允许储热系统在运行条件方面具有更高的自由度。

从燃烧切换为电加热和存储能量的另一益处是，在粘土活化过程中，存在约950℃(例如，950℃)的上限温度，在该上限温度下，粘土矿物结构被破坏为莫来石并失去其所有用作SCM所期望的品质。在燃烧驱动的过程中，与更容易被控制并监测的固定温度气体热源相比，控制反应器内部的温度分布的难度大得多。

通过将来自回转窑的热排出空气与预热器/预氧化炉入口解耦，可以实现一个或多个多重潜在益处。通过解耦窑炉和预分解炉之间的气流，可以独立控制气流和加热速率，以优化每个过程。例如，在通风系统中，由于气体流速过大会降低火焰温度，因此在煅烧炉处可以燃烧的燃料的量可能受到限制。此外，来自窑炉的加热的排气可以被捕获并用于其他目的，例如向动力循环提供热能以发电。

此外，来自窑炉的热排气可以包含大量不期望的组分(例如，碱金属盐)，这些组分在窑炉的较热部分中蒸发。这些不期望的组分可能损坏设备，在该组分冷却时导致预分解器中的堵塞，并且在该组分再循环时降低产品的质量。通过将窑炉和预分解炉解耦，不期望的副产品可以被排除在预分解炉之外并可能被捕获。此外，预分解炉所需的热量可以从TES系统提供，该TES系统由可再生能源或其他源供电，并可选地由燃料燃烧源补充。

作为另一益处，在一些实现中，窑炉和预分解炉可以在不同的气体组分下运行。例如，窑炉可以由添加甲烷的含氧燃料能源加热，导致主要由CO

二氧化碳的使用具有各种益处和优点。例如，二氧化碳不需要空气分离器，并且具有更有利于传热的热学性质。二氧化碳在高温下也具有较高的发射率。此外，二氧化碳是惰性的并且不会燃烧，如所涉及益处所述。由于二氧化碳不与电阻加热器反应，因此热能存储设备的电阻加热器上的氧化或磨损较少。将副产品气体作为TES系统的输入流体进行再循环，并且不将二氧化碳释放到大气中，这具有减少温室气体的环境效益。

现有方法不包括使用从电阻加热器产生的热气体来为煅烧工艺供应所有热量的集成过程。此外，这些方法不包括使用TES系统的集成过程，该TES系统通过电力充能并将加热的流体直接排放到闪蒸煅烧工艺中作为主要供热模式。此外，材料活化系统可以将废气从材料加热系统再循环回TES系统。该再循环流体还可以具有满足反应和质量需要的期望组成。

B.电解

从TSU输出的气体可以作为被提供作为各种工业应用的输入。使用恒温连续热流并从中受益的一种工业应用是电解。热能存储系统接收可以流入储热系统的电力(例如，吸入200℃的空气并在放能时输送介于600℃和900℃(例如，860℃)之间的范围内的空气以用于电解)。如下所述，现有技术的电解系统可以通过与上述热能存储系统结合来改进。

1.要解决的问题

根据常规设计的固体氧化物电解槽接收过热蒸汽形式的加热气体和水的输入。该气体在输入到固体氧化物电解槽之前通过电阻加热器、燃料加热器等来加热。为该目的使用电阻加热器或燃料加热器可以具有各种问题和缺点。例如，燃料加热器可以消耗诸如天然气的化石燃料，化石燃料昂贵并且会造成污染。直接由VRE源供电的电加热器会导致温度变化和运行时间有限的问题。

存在若干种类型的燃料电池单元，这些燃料电池单元可以使用氢气或混合气体来发电，例如熔融碳酸盐电解槽燃料电池单元和固体氧化物燃料电池单元。这种燃料电池单元的使用与电解槽基本相反。然而，由于氧化会导致局部发热和电池寿命问题，因此固体氧化物燃料电池单元存在问题和缺点。固体氧化物燃料电池单元需要它们的入口反应物和燃料电池单元组件维持在特定温度。燃料电池单元的运行提供部分以电能形式的能量和部分以热能形式的能量。此外，固体氧化物燃料电池单元需要换热器(例如，高温热发生器)来利用由燃料电池单元产生的热量的一部分。然而，如此产生的热量的大部分未被使用，这导致效率低下。

2.可逆固体氧化物电池单元

固体氧化物电解槽可以包括通过使用电能打破分子键并将元素离子驱散到单独的出口流中来产生氢气的电解槽。固体氧化物电解槽包括具有多孔电解质的多孔阴极，该多孔电解质在830℃或更高的温度下运行时具有催化作用，并且热能有助于裂开这些键。固体氧化物燃料电池单元在获取燃料能并产生电能方面的效率通常为40％至50％，其余能量在850℃左右(例如，850℃至860℃，例如860℃)以热量的形式释放，在一些情况下，这些温度略高于固体氧化物电解槽的最佳操作点的温度。系统可以包含一个或多个固体氧化物电解槽和一个或多个固体氧化物燃料电池单元；单个固体氧化物电池单元可以可逆地用作电解槽或燃料电池单元。

图84提供了作为燃料电池单元4301和作为电解槽4303的固体氧化物电池单元的图示4300。4301处的固体氧化物燃料电池单元接收诸如氢气或一氧化碳的气体作为其输入。氢气或一氧化碳通过电势与富氧气体结合，以输出电能4305以及水或二氧化碳(这分别取决于该输入是氢气还是一氧化碳)。类似地，如固体氧化物电解单元4303所示，水或二氧化碳与来自热能存储系统的以热流体形式的热量一起被提供作为输入，该热能存储系统从电源(例如，如图所示的可再生风源4307)获得其能量。输出是氢气或一氧化碳(这取决于该输入是水还是二氧化碳)以及作为副产品的富氧气体。

图85示出了示例实现的电解模式4900。热能系统4901在本地或经由电网4905从诸如VRE源4903的源和/或从另一源接收电能。电源4903也可以耦合到固体氧化物电解系统的其他元件，例如以提供用于电解反应的电势。流体4902(例如，热空气)被从热能存储系统4901输出并提供给固体氧化物电解单元4907。流体4902可以处于800℃和900℃之间(例如，850℃)的温度。固体氧化物电解单元4907也可以接收蒸汽4904，其可以处于接近流体4902的温度(例如，830℃)。固体氧化物电解单元4907可以从电源4903接收电能并产生作为产品气体4908的氢气以及作为副产品的富氧热流体4923，作为其输出。

产品气体4908(例如，氢气)经由热交换器被冷却。热交换器可以将热量排放到环境中，或者更高效地，可以将热量输送到热负载(例如，直流蒸汽发生器(OTSG)4911)，作为其输入。产品气体流过OTSG 4911的热交换器，该热交换器被供应来自源4913的冷水。随着产品气体4908被热交换器/OTSG 4911冷却，其携带的大部分水被冷凝，成为冷凝产品气体4912。冷凝产品气体4912主要被提供给氢气处理单元4915，该氢气处理单元4915继而向存储设备4917提供存储就绪形式的氢气。冷凝产品气体的一部分在4919处被再循环以与输入蒸汽4904混合。在一种实现中，蒸汽4904或该蒸汽的一部分可以是OTSG 4911的输出，如4921处所示。

以与上面针对OTSG 4911所说明的方式类似的方式，可以提供另一OTSG 4931，其具有从源4933供应的水。如先前所讨论的，OTSG 4931可以是对流体进行加热的任何热交换器，包括具有或不具有过热的再循环锅炉，或对循环空气、CO

图86示出了根据示例实现的燃料电池单元模式5000。如5002所示，热能存储系统5001提供空气或氧气，如上面关于电解模式所说明的。单独地提供氢气的供应5003。氢气经由单程热交换器5005被来自热能存储系统的热流体加热。可选地，可以将少量蒸汽与氢气混合以避免固体氧化物电池单元的劣化。来自热能存储系统的流体可以在比电解模式的温度低的温度(例如，650℃)下或在600℃和700℃之间的范围内提供。

在燃料电池单元操作模式下，空气5030可以在固体氧化物燃料电池单元5007中提供冷却效果。来自热能存储系统5001的空气5002和来自储氢设备5003的加热氢气分别如5004和5030所示被输入到固体氧化物燃料电池单元5007。作为其输出，固体氧化物燃料电池单元5007在5006处产生直流电。在一种实现中，直流电被提供给逆变器以转换为交流电输出，该交流电输出可以被提供给任何用途5009(其例如可以是电网)。固体氧化物燃料电池单元5007的附加输出包括5011处的作为产品流体的水和氢气以及5021处的加热的、贫氧气。5011处的产品流体被提供给热交换器5013，该热交换器5013通过加热另一流体来冷却产品流体，该另一流体可以是水、空气、或如在流体源5015处所示接收到的另一流体。

输出包括5019处的输出蒸汽，该输出蒸汽可以被提供给需要蒸汽的工业应用(例如，如上所述的蒸汽涡轮机)作为输入。此外，残留氢气可以通过热交换器5005再循环到固体氧化物燃料电池单元5007，如5027所示。贫氧流体5021可选地补充有来自存储设备5031的其他热流体，被提供作为热交换器5013的加热气体，并随后被提供作为热能存储系统5001的输入流体，如5025处所示。注意，固体氧化物燃料电池单元5007产生电和热量。因此，来自热能存储系统5001的约650℃(例如，在该示例中为650℃)的输入流体被提供作为用于固体氧化物燃料电池单元5007的冷却空气。

图87示出了用于通过输送热量和电力两者来驱动高温固体氧化物电解槽来为氢气和/或烃燃料的生产供电的示例系统4100。固体氧化物电解槽可以通过利用热能驱动化学键的断裂来减少每单位氢气所需的电能输入。可以通过将来自热能存储系统4105的高温存储热量的一部分4101作为高温热量引导到电解槽4102来实现相对较高的总效率，该电解槽4102也完全或部分地由热产生过程4104所产生的电力4103供电。热产生过程4104可以包括例如朗肯(Rankine)循环或超临界CO

在一些实现中，电解槽4102可以共同电解水和CO

如上所述，电解槽作为燃料电池单元是可逆的。因此，当诸如光伏电池阵列的可再生输入电源不可用时或者当电网需要电力时，可以向燃料电池单元送入氢气，并从系统输出水、电力和热量。该热量处于足够高的温度，以至于该热量可以用于产生蒸汽或用于另一工业过程。因此，从储热单元中提取的热量较少，因为它被原本来自燃料电池单元的废热所取代。

备选地，该气流可以被反转，并且热量可以以对流方式返回储热设备中。因此，当该系统执行热电联产并运行热时，来自燃料电池单元的废热可以用于替代原本已经从储热设备中放能或被返回到储热设备的能量。

当使用来自热能存储系统的热流体时，电解槽的效率会显著提高。此外，如果未使用任何出口蒸汽，则可以重新使用所捕获的热量。例如，在一种实现中生产了氢气，其中一部分被出售，而另一部分被用于发电。发电产生的废热可以被回收并用于减少下一周期期间(例如，第二天)的用于电解的电力。此外，在一些示例实现中，来自燃料电池单元的对流废热和输入电热中的一者或两者可以用于对储热单元进行充能。

在一种实现中，该系统可以包含：1)太阳能电池阵列或其他间歇性电源；2)组合电解槽/燃料电池单元-储热单元；以及3)锂离子电池和电动汽车充电站和加氢站。该系统可以用于将能量存储为氢气，该氢气可以参与为EV充能提供非工作时间的电力，但也可用于分配给车辆作为氢气充能。

图88示出了根据示例实现的可逆固体氧化物电解系统4800。热能存储系统4801在其输出提供热流体(例如，热气体)4809。如该示例所示，流体的组分是53％的氮气和47％的氧气，温度是855℃，并且流速为每小时1620kg。然而，氧气或氮气的组分可以基于固体氧化物电池单元4803的运行参数进行调整。例如，该气体可以具有介于25％和60％之间的氧气体积百分比。此外，该温度或流速可以变化。例如，该温度可以在800℃和900℃之间，或者流速可以在1500kg/hr和2000kg/hr之间。

热流体4809被提供给固体氧化物单元4803。在这种情况下，固体氧化物电池单元是双向可逆单元。例如，固体氧化物单元4803可以以产生吸热反应的电解模式或以产生放热反应的燃料电池单元模式运行。固体氧化物单元4803当前以电解模式进行描述。

电解模式下的固体氧化物电池单元4803从热能存储系统4801接收热流体4809。由于电解模式下的固体氧化物单元4803操作使得内部电阻不产生足够的热量来克服吸热反应，因此固体氧化物单元4803在热中性电压模式下操作。尽管未显示，但每个电池单元接收1.28V的电输入。其他电压也是可能的，例如在1伏和3伏之间的范围内的电压。在各种实施例中，热流体4809作为吹扫流体(例如，吹扫气体)通过固体氧化物电池单元。

除了由热能存储单元提供的热流体4809(例如，吹扫流体)之外，还提供了反应流体(例如，与氢气混合的蒸汽)4811作为固体氧化物单元4803的输入。在该示例中，提供了反应流体4811，其具有96％的水和4％的氢气，处于807℃的过热温度并处于每小时814kg的流速。反应流体4811的水百分比、温度或流速可以变化。在各种实现中，反应流体4811处于低于热流体4809的温度，但处于高于800℃的温度。在一些实现中，反应流体4811的流速与热流体4809的流速平衡，以在固体氧化物单元4803中提供期望的反应结果。

将反应流体4811提供给固体氧化物单元4803。作为固体氧化物电池单元中的反应的结果，水分子分裂，并且所得离子形成氧气和氢气。同时，吹扫气体(例如，热流体4809)在水进入阴极时将氧气从空气电极中吸走，并且从水中剥离氧化物。

作为输出，处于电解模式的固体氧化物电池单元产生产品流体4813以及富氧流体4815(例如，富氧空气)。在一些实现中，产品气体的温度接近富氧流体的温度。两种流体的温度可以在反应流体的温度和热流体4809的温度之间。在所示出的实施例中，产品流体4813是按体积计76％的氢气和24％的水，其对应于按重量计26％的氢气和74％的水。产品流体4813的温度是830℃，并以每小时274kg的流速提供。富氧流体4815由按体积计60％的氧气和40％的氮气组成、温度处于830℃，流速处于每小时2159kg。产品流体4813和富氧流体4815的组成、温度和流速可以基于系统的运行状态而变化。

对于产品流体4813，提供了包括热冷凝器的热负载(例如，OTSG 4805)。OTSG 4805使用水来冷却并冷凝氢气。更具体地，产品流体4813进入OTSG 4805，在那里它暴露于流过管道的水。OTSG 4805的水源是储水罐4817，其中提供了温度相对较低(例如，25℃)的水。当水通过各种冷凝器时，水从冷凝器的出口到入口变得越来越热。更具体地，储水罐4817向热交换器的第一级提供清洁水和冷凝水，其中，产品流体处于三个热交换器的最冷点处。

然后水流向位于第一热交换器上游的第二热交换器，并且产品流体比在第一热交换器处更热。在第三热交换器处，产品流体4813进入，并且处于其最热点处。虽然冷凝器的热交换器被示出为具有三级，但热交换器可以根据设计选择而变化为具有更多或更少的级。

作为热交换的结果，冷凝器用作OTSG 4805，因为当水从热氢产品流体4813吸收热量时，水被转换为蒸汽，并且蒸汽在约830℃(例如，830℃)的温度下被提供给固体氧化物单元的输入。然后该蒸汽被提供作为4837，并在4811处被输入到固体氧化物单元。由于固体氧化物单元4803对污染敏感，因此冷凝器的水源4817是净化水。可选地，该净化水可以与冷凝器的冷凝输出1819合并。

当氢气通过冷凝器时，由于热氢气通过冷凝器的冷管道，水从氢气中作为冷凝水被移除。冷凝器的输出4821是干燥的产品流体，即干燥的氢气。如上所述，氢气在4823被提供给工业应用。

在4825处，氢气(例如，混有一些水的分离氢气)中的一些与在冷凝器的输出处形成的蒸汽一起被送回固体氧化物单元4803的输入，如上所述。由于劣化问题而无法将100％的蒸汽输入到固体氧化物单元，氢气在固体氧化物的输入处与蒸汽结合。可选地，从热能存储系统输出的气体可以在基于固体氧化物电解槽的参数(例如，操作温度)的温度下提供。

由于热能存储系统在电解模式下在固体氧化物电池单元所需的温度下提供恒定的加热流体流4809，因此不需要如现有系统中的电阻加热器。因此，可以在没有加热器的情况下提供并使用固体氧化物电池单元4803。然而，可以可选地添加电阻加热器(或其他加热器)，以在固体氧化物单元的入口处提供温度调整或校准。

当富氧流体4815被输入到OTSG 4807时，来自储水罐4827的水以与上面针对产品流体所描述的方式类似的方式与富氧流体相互作用。因此，热量被输送给通过热交换器的水。这种水在4839处作为蒸汽被输出，并作为反应流体4811的一部分与来自产品流体冷凝器的蒸汽和再循环的氢气一起被提供给固体氧化物单元的输入。富氧流体也可以在4831处被排出。

富氧流体在4829处被输出。在4833处，富氧流体作为标准大气组分的空气被输出到大气中。此外，富氧流体可以在与大气混合之后在4835处被再循环，使得流体的组成例如是53％的氮气和47％的氧气。该流体被提供给热能存储系统4801的作为输入，在热能存储系统4801处，该流体在储热阵列中被加热，并且在4809处，作为输出被提供给固体氧化物电池单元作为热流体，如上所述。此外，富氧流体流与大气的混合也有利于热能存储系统4801，因为避免了与在热能存储系统中具有富氧流体相关联的问题和缺点(例如，组件的可能氧化)。

此外，由热能存储系统产生的该温度的热量可以在热中性的温度下被提供给固体氧化物电池单元。换言之，由于流体4809以高温(例如，855℃)提供，因此该系统处于等温状态，并且该系统没有任何净热需求。换言之，固体氧化物单元4803中的化学反应将冷却该系统，而热能存储系统内的唯一阻力来自从电能产生热量的加热元件。结果是没有净温度变化，并且能源成本显著降低。因此，节省了成本，因为不必向固体氧化物电池单元添加附加电阻加热器或燃料表来加热传入的空气。然而，应当注意，电解槽不需要在等温温度下运行，而是可以使用在更高或更低温度下产生的热量。

如上所述，固体氧化物电池单元是可逆的，因此它可以用作电解槽，如上所述，或用作燃料电池单元。燃料电池单元操作可以包括：使用如上所述的结构，热能存储单元提供富氧流体，该富氧流体与压缩的氢气结合以产生直流电和水，如本文所描述的。

此外，在一些实现中，当固体氧化物电池单元不运行时，由热能存储系统产生的热流体4809可以继续通过固体氧化物电池单元来提供。当系统不使用时，使这种热流体流过固体氧化物电池单元的益处是：分别在主动操作(例如，热循环)之前和之后避免了冷却过程期间的逐渐下降和加热过程期间的逐渐上升。此外，还避免了在这些过程期间对单元造成的磨损，此外，还减少了各种组件(例如，固体氧化物电池单元内部的陶瓷)的冷却和加热的时间和成本。此外，可以在不同的操作模式(例如，电解槽和燃料电池单元)之间切换负载，而无需关闭和预热该单元。在一些实现中，固体氧化物电池单元可以继续在燃料电池单元操作期间所使用的温度附近的温度下被热流体4809加热。

在热能存储单元内流动的流体的组分可以通过提取富氧流体4829和/或引入环境新鲜空气来调整。所提取的富氧流体可以用于另一目的，包括氧气的提纯和供应，用于商业目的。

此外，氢气和氧气生产可以与其他过程(例如，CO

镍基电极也可以用于获得一氧化碳的甲烷化(例如，萨巴捷(Sabatier)反应)，其中各种组分产品的比例由组分的温度、压力和浓度平衡控制。在生物精炼厂(例如，乙醇精炼厂(其具有可从发酵罐得到的大量生物CO

该系统还可以用于其中参与化学过程的氢的价值非常高的工业负载，例如可再生柴油精炼厂、石油精炼厂或油田。24小时零碳电力的价值也很高。例如，这组系统不是以低效率产生氢气和电力，而是允许进入系统的基本上每千瓦时的转换，千瓦时的焓和氢气或千瓦时的热量或千瓦时的功率，具有非常高的效率(例如，96％的总系统效率)。

在各种实现中，流入和流出储热单元的流体可以直接与流过电解槽的一侧(例如，氧气侧)的流体耦合。因此，直接加热接触和直接冷却接触的集成可以有助于燃料电池单元的集成。

除了与固体氧化物电解槽连接之外，还具有可以流入储热系统(当放能时吸取200℃的流体并且输出800℃-1600℃的流体，如上所述)的电力的流体热能存储系统(例如，上面公开的系统)可以执行区域供热、涡轮机的驱动、热电联产或其他工业用途。例如，在固体氧化物燃料电池单元模式的情况下，在一种实现中，在从氢输入发电的过程中产生的热量可以用作蒸汽发生器的工业输出。此外，根据示例实现，由蒸汽发生器产生的过量电力可以与从诸如可再生能源的能源提供的电力结合，作为用于热能存储系统的热加热器的电输入。

3.优于现有系统的优点

示例实现的固体氧化物单元可以具有优于现有设计的各种益处和优点。例如，本文描述的固体氧化物单元从热能存储系统接收所存储的热量作为其输入，而不需要外部加热器，例如电阻加热器或燃料燃烧加热器。因此，可以降低操作成本并且也可以减少污染量。

此外，虽然现有方法可以在固体氧化物单元的输出处燃烧氧气副产品以为加热器产生热量作为固体氧化物单元的输入，但示例实现不需要在固体氧化物单元的输入处产生热量。因此，将副产品空气提供给热交换器，而没有烧掉氧气。

该流中的氧气浓度的提高可以有助于降低二次氧气分离的成本。与热能存储设备集成的这种固体氧化物电解槽的益处包括：显著提高电能转换为能量和氢气的效率，并使这种高效电解槽能够与可变可再生电力供应高效结合并一起使用。因此，在不连续使用电力的情况下，充能可以是间歇的，同时温度保持恒定。

此外，以这种方式进行的电解工艺中的一部分能量由所存储的热量提供。这样做是有益的，因为电力可以被捕获并存储的时间可以与电力被捕获并用于电解的时间分开。当电力可用时，电力可以用于对存储系统进行热充能，并且还驱动电解以将水转换为氢气。现有电解槽的成本约为500至600$/kW，而储热系统可以便宜很多。以每千瓦为基础，储热设备可以比电解槽堆叠更便宜，因此在低成本电力可用性周期期间以非常高的速率拉入电力并在储热设备和电解槽之间分配电力的成本可能更低。可以使电解槽运行时间更长，并且峰值负载或峰值电力可以快速下降到储热设备中。因此，电解槽容量因数和成本与可变可再生电力的可用性相匹配

C.火力发电

1.要解决的问题

气化是有机物质通过部分氧化作用热转换为气态产品，其主要由H

将废弃的碳源转换为可用的备选能源或化石燃料的原材料流是一种用于减少碳排放并使原本未使用的碳源增值的潜在的非常有影响力的方法。

2.火力发电

间接气化使用双流化床(DFB)系统，该DFB系统由两个相互耦合的流化床反应器(一个燃烧器和一个气化器)组成，大量的床材料在该两个流化床反应器之间循环。该循环床材料充当从燃烧器到气化器的热载体，因此满足气化器中的净能量需求，这是因为与气化技术中的经典方法(也被称为直接气化)相比，它仅用蒸汽流化，即不存在空气/氧气。气化室中没有氮气和燃烧意味着产生比直接气化热量值高得多的原料气。在气化室中未转化的焦炭随循环床材料进入燃烧器，其与空气一起流化，在燃烧器处该焦炭被燃烧并释放热量，该热量被循环床材料捕获，从而被传输到气化器中以关闭系统的热平衡。

参考图6，在一些示例实现中，热能存储结构503可以直接与蒸汽发电厂集成以提供集成的热电联产系统500，用于为各种工业应用持续供应热空气、蒸汽和/或电力。储热结构503可以可操作地耦合到电能源501以接收电能并且以热能的形式转换并存储电能。在一些实现中，电能源501中的至少一个可以包括具有间歇可用性的输入能源。然而，电能源501也可以包括具有按需可用性的输入能源，并且间歇且按需的能源的组合也是可能的并且是可预期的。系统503可以可操作地耦合到热回收蒸汽发生器(HRSG)509，该HRSG 509被配置为从系统503接收热空气以用于将流过HRSG 509的导管507的水转换为用于蒸汽涡轮机515的蒸汽。在备选实现中，HRSG 509是直流蒸汽发生器，其中用于产生蒸汽的水不进行再循环。然而，如图6所示，其中用于产生蒸汽的水被部分或完全循环的实现也是可能的并且是可预期的。

控制单元可以基于负载需求、可用能源的每千瓦时成本和系统中存储的热能来控制加热空气(并且更一般地，流体)流入HRSG 509。蒸汽涡轮机515可以可操作地耦合到蒸汽发生器509，该蒸汽发生器509可以被配置为产生持续的电能供应。此外，蒸汽涡轮机515还可以释放相对较低压力蒸汽521的连续流作为输出以供应工业过程。因此，以下实现是可能的并且是可预期的：其中，蒸汽在第一压力下被涡轮机接收并且在第二、较低压力下从涡轮机输出，其中较低压力蒸汽被提供给工业过程。可以利用较低压力输出蒸汽的这种工业过程的示例包括(但不限于)液体运输燃料的生产，包括石油燃料、生物燃料生产、柴油燃料的生产、乙醇的生产、颗粒烘干等。

从淀粉和纤维素生产作为燃料的乙醇涉及包括水解、发酵和蒸馏在内的水性过程。乙醇工厂对处理泵和其他设备具有大量的电能需求，并且对用于驱动水解、蒸煮、蒸馏、脱水和烘干生物质和酒精流的热量具有大量需求。众所周知，使用常规电力和燃料燃烧锅炉，或蒸汽和电力的燃料燃烧热电联产来操作燃料生产过程。这种能源输入是CO

使用电热储能设备可以向电网运营商在这些地方提供本地益处，包括可切换电力负载以稳定电网；以及间歇性可用的电网电力(例如，在低价时间段期间)可以提供从电热存储单元输送的低成本连续能源。

使用可再生能源(风能或太阳能)作为对电热存储设备进行充能的能源可能显著减少总量。生产燃料时涉及的CO

具有空气作为传热流体的电热储能单元可以向乙醇生产设施提供其他重要益处，特别是在将加热的干燥空气供应给包括糟粕烘干在内的处理元件方面。通过将来自HRSG的出口流引导到颗粒烘干机，可以实现来自单个单元的加热空气输出和蒸汽输出的一种有用组合。以这种方式，给定数量的储能材料(例如，砖)可以通过更广泛的温度变化进行循环，从而能够在给定质量的存储材料中存储额外能量。可以存在储能材料温度低于产生蒸汽所需温度的时间段，但用于烘干或其他操作的加热空气的排放仍在继续。

在一些实现中，储热结构503可以直接集成到工业处理系统，以便直接将热量输送到过程而不产生蒸汽或电力。例如，储热结构503可以集成到用于制造石灰、混凝土、石化处理或需要输送高温空气或热量以驱动化学过程的任何其他过程的工业系统中。通过集成由VRE充能的储热结构503，可以显著减少或可能消除这种工业过程的化石燃料需求。

控制单元可以确定有多少蒸汽流过冷凝器519与蒸汽输出521，根据需要改变总发电量和蒸汽产量。因此，集成的热电联产系统500可以为一个或多个工业应用联产蒸汽和电力。

如果用如图4所示的OTSG代替图6所示的再循环HRSG来实现，则整个集成热电联产系统500可以用作储热直流蒸汽发生器(TSOTG)，该TSOTG可以用于油田和工业，以在自动控制下以特定流速和蒸汽质量输送湿饱和蒸汽或过热干燥蒸汽。系统503的砖和加热元件提供的高温蒸汽可以为集成的热回收蒸汽发生器(HRSG)509供电。封闭的空气再循环回路可以最大化热损耗，并维持总蒸汽产生效率在98％以上。

HRSG 509可以包括在变频驱动(VFD)控制下的容积式(PD)泵511以将水输送到HRSG 509。蒸汽流速和蒸汽质量的自动控制(包括前馈和反馈质量控制)可以由TSOTG 500提供。在示例性示例实现中，可操作地耦合到系统500和控制单元的内置本地操作者界面(LOI)面板可以提供单元监督和控制。此外，储热结构503可以连接到与蒸汽发电厂(或其他负载系统)相关联的监督控制和数据采集系统(SCADA)。在一种实现中，第二电源电连接到蒸汽发生器泵、鼓风机、仪器和控制单元。

在一些实现中，该系统500可以被设计为使用具有基本上溶解的固体的给水来操作；因此，再循环锅炉配置是不切实际的。相反，直流蒸汽产生过程可以用于输送湿蒸汽，而不会在锅炉内积聚矿物污染物。HRSG 509的备选直流配置中的导管507的蛇形布置可以暴露于由储热结构503产生的高温空气，其中给水的预热和蒸发可以连续地发生。锅炉给水泵可以迫使水通过HRSG 509的导管，在“冷”端进入HRSG 509。该水可以沿着回路变相并且可以在“热”端以湿蒸汽的形式排出。在一种实现中，蒸汽质量基于由储热结构503提供的空气温度、给水温度和流速来计算，并且基于HRSG出口处的速度加速度来测量。实现分离器以将蒸汽与水蒸气分离并基于它们的相对比例来确定蒸汽质量的实施例也是可能的并且是可预期的。

在OTSG实现的情况下，空气流(或其他流体流)可以被布置为使得最热空气最靠近导管的第二端处的蒸汽出口。OTSG导管可以横向安装在空气流路径上并按顺序布置，以提供高效的热量传输和蒸汽产生，同时实现低材料的成本。因此，除了储能的热损耗之外，蒸汽产生效率可以达到98％以上。在选择蒸汽质量和管路设计时，防止管路内结垢是一个重要的设计考虑因素。当水流过蛇形导管时，水的温度首先根据对应于压力的饱和温度来升高，然后随着水继续流过加热导管而开始蒸发(沸腾)。

当沸腾发生时，体积膨胀导致流速加快，并且溶解固体的浓度与剩余液相的含量成比例地增加。将浓度维持在沉淀浓度限值以下是防止结垢的重要考虑因素。在其平均矿物沉淀的整体流中，局部成核和薄膜沸腾的会导致导管壁处的局部矿物浓度增加。为了减轻由矿物质浓度的这种局部增加引起的结垢的可能性，可以重新布置携带被加热的水的导管，使得最高温度的加热空气流过携带蒸汽质量较低的水的导管，并且加热的空气以较低的温度流过携带最高蒸汽质量流的导管。

返回到图6，设想了各种实现，其中流体移动设备移动流体通过储热介质以加热流体，并且随后到达HRSG(例如，HRSG 509)以用于产生蒸汽。在一种实现中，流体是空气。因此，通过HRSG 509的空气循环可以由变速鼓风机推动，该变速鼓风机在这种实施例中用作流体移动设备。空气温度可以通过再循环/混合进行调整，以提供不随砖的充能状态或用于实现储热单元的其他机制而变化的入口空气温度。HRSG 509可以流体耦合到蒸汽涡轮发电机515，该蒸汽涡轮发电机515在接收到来自HRSG 509的蒸汽时使用发电机517产生电能。此外，在各种实施例中，蒸汽燃气涡轮机515释放低压蒸汽，该低压蒸汽由冷凝器519冷凝成液体，并然后使用脱气器513脱气，并再次被输送到HRSG 509。

下面提供了使用OTSG用于蒸汽产生的热电联产系统的一种实现的示例性配置规范。

参数值

标称蒸汽输送量5000桶/天

蒸汽质量(标称)80％；(60％至96％)

最大放能速率70MW

能量储存350MWh

来自存储的能量输出以最大速率15小时

存储丢失率每天1％

出口压力900至2200psig(根据规格)

入口压力50psig(PD泵)或根据规格

运行功率每个出口压力，高达450kW

尺寸35x60英尺(11x18米)

安装户外

参考图89，在一些示例实现中，如图6所示的集成热电联产系统500耦合到燃料动力发电机，以提供储热集成联合循环工厂550，用于蒸汽发电厂的高效且可靠的运行。联合循环发电厂可以包括燃气发电厂，该燃气发电厂包括将空气混合到燃料流中的压缩机502。然后，燃料和空气混合物在膨胀涡轮机516中燃烧以产生加压排气，其被提供给发电机518以产生电能。此外，联合循环工厂可以将排气传输到热回收蒸汽发生器(HRSG)509。HRSG509可以包括在变频驱动(VFD)控制下的容积式(PD)泵511以将水输送到HRSG 509。当作为燃料动力循环的一部分运行时，HRSG 509使用来自涡轮机516的排气的热能将水转换为蒸汽。HRSG 509的输出可以可操作地耦合到蒸汽涡轮发电机515，其在从HRSG 509接收蒸汽时使用发电机517产生电能。

此外，蒸汽燃气涡轮机515释放低压蒸汽，该低压蒸汽由冷凝器519冷凝成液体，并然后使用脱气器513脱气，并再次被输送到HRSG 509。例如，如展开图所示，蒸汽涡轮发电机515从HRSG 509接收高压蒸汽。在由高压蒸汽供电的第一涡轮机515A处，中压蒸汽被输出到脱气器513，脱气器513可以从蒸汽中移除氧气，并且作为其输出液体流体经由PD泵511提供给HRSG 509的输入。第一涡轮机515A的输出可以是被提供给工业过程的低压蒸汽。由其余加压蒸汽供电的第二涡轮机515B也发电，并将低压蒸汽作为其输出提供给冷凝器。冷凝器的输出可以是暖空气，其可以用于工业过程，例如颗粒烘干等。

储热集成联合循环工厂550可以包括热能存储结构503，其流体耦合到联合循环发电厂的HRSG 509。在一种实现中，HRSG的加热空气(在预定义温度下)由储热结构503单独地或与由燃气涡轮机516排放的排气结合提供。基于例如包括负载需求、可用能源的可用性和每千瓦时成本、联合循环发电厂的运行的每千瓦时成本、以及存储在储热结构503中的热能在内的因素，控制单元可以控制加热的空气(来自储热结构503)和燃气涡轮机516的排气的任意组合流入HRSG 509。

在其他示例实现中，储热结构503和燃煤发电厂可以通过HRSG 509与蒸汽发电厂集成，以提供用于蒸汽发电厂高效且可靠运行的储热集成联合循环工厂的另一示例实现。由储热结构503单独或与由燃煤电厂排放的排气结合提供的加热空气可以被供应给HRSG509，以用于将水转换为用于蒸汽涡轮机的蒸汽。基于例如包括负载需求、可用能源的可用性和每千瓦时成本、燃煤发电厂的运行的每千瓦时成本、以及存储在储热结构中的热能在内的因素，控制单元可以控制加热的空气(来自储热结构)和燃煤发电厂的排气的任意组合流入HRSG。

参考图90，能够输送高压蒸汽和电力的集成热电联产系统可以如在一种实现中所示进行配置。如图4中描述的储热结构400可以被配置有集成的HRSG，该HRSG输送高压、可选的过热蒸汽，该蒸汽流过蒸汽涡轮机602，该蒸汽涡轮机602驱动发电机604，该发电机604可以电耦合到本地电力负载或电网606以在负载处维持和/或提供持续的电力供应。来自汽涡轮机的排出蒸汽的全部或一部分可以流过热交换器610，该热交换器610将蒸汽冷却成冷凝水，该冷凝水被返回用于由泵611再加热。热交换器610将热量传输到水流612中，该水流612被引导通过储热结构608中的另一HRSG 613，该HRSG 613为工业过程提供蒸汽。由热交换器610传输的热量通过预热入口水来增加HRSG 613的蒸汽产量。这通过将涡轮机602的废蒸汽中的低温热能捕获到HRSG 613的给水中，实现了电力和过程蒸汽的高效热电联产，即使在所需蒸汽处于高温和高压下时也是如此。

参见图87，如上文所讨论的，在一些实现中，热能存储系统可以用于通过输送热量和电力两者来驱动高温固体氧化物电解槽来为氢和/或烃燃料的生产供电。固体氧化物电解槽可以通过利用热能驱动化学键的断裂来减少每单位氢气所需的电能输入。可以通过将来自VRE的高温存储热量的一部分4101作为高温热量引导到电解槽4102来实现相对较高的总效率，该电解槽4102也完全或部分地由热产生过程4104(例如，朗肯循环或超临界CO

在一种实现中，存储的VRE和HRSG以消除辅助、应急或备用锅炉中的气体燃烧的方式耦合到工业过程基础设施。参见图91，诸如炼油厂、石油化工厂或其他加工厂91600的工业加工厂可以具有一个或多个蒸汽分配网络91601，其向诸如泵91604、鼓风机91605、过程反应器91606、涡轮机91607或其他用途的过程单元提供蒸汽。在一种实现中，工厂的安全运行需要蒸汽网络的连续运行，包括在启动和关闭操作期间。

一些工业过程单元91602(主要是具有放热反应的工业过程单元)可以在正常操作期间在网络中产生蒸汽91603的全部或一部分。然而，在一些实现中，为了工厂的安全和高效运行，其他蒸汽源必须在一个这种单元91602关闭的情况下立即可用。在一些先前实现中，已经使用了燃气或燃油锅炉91611。在一些实现中，这种设备必须连续维持在操作温度，以便能够立即增加其燃烧率以提供这种关闭情况下所需的蒸汽。这种单元可以采用常规再循环设计，其中蒸汽滚筒91613对主蒸汽网络开放，并且保持滚筒温暖所需的热量可以由处理单元91602产生的过量蒸汽提供。然而，在一些实现中，锅炉的燃烧室或燃烧器部分也必须保持温暖，并且这通常通过以低燃烧率连续操作燃烧器91612来实现。这是连续CO

在所描绘的热能存储系统的实现中，储热单元91608具有带再循环滚筒锅炉过程91609的HRSG，其中滚筒再次向蒸汽总管91601开放并且HRSG部分通过过量蒸汽保持温暖。储热单元可以经由其绝缘层以低能量损耗来维持其温度。存储单元可以由直接连接的VRE源充能，或者可以从电网或本地发电源快速或缓慢地充能，以最小化能量成本的方式。存储单元被配置为立即(在几秒钟内)从存储开始高速蒸汽生产，并运行直到存储容量耗尽为止。在该实现中，燃料燃烧锅炉91611可以处于“冷存储”配置，不燃烧燃料，直到关闭需要其操作为止。储热单元的运行时间提供了延长的时间段，以便在将燃料燃烧锅炉投入使用以应对超出储热单元放能周期的断电之前正确启动并预热燃料燃烧锅炉。

其他能源使用应用

图92是示意图10000，其示出了在典型的一天来自固体氧化物发电设施的电力的可用性。该图示示出了可用电力的可能用途。在一种实现中，用途1是工业设施本身处使用的相对较高价电力的本地消耗。当太阳能设施的电力生产在清晨开始时，随着可用太阳能电力生产增加，电力将首先供应给最高价值的用途。

更具体地，可以以优化其他经济价值的方式来控制操作或充能的时间，例如在高价或高价值时间段向电网供应电力。曲线10001表示太阳日的开始和太阳日的结束之间的一个太阳日期间的可用能量。虽然以示例的方式示出了上午5点和晚上8点的时间，但可以理解，该时间将取决于一年中的位置和时间而变化。

曲线10001示出了太阳能从太阳日的开始增加到最大水平并然后朝向太阳日的结束减少。在可用太阳能内，该图表示出了太阳能可以存在的多种用途。

如附加图表所示，示出了如上所述的第一用途1和第二用途2。此外，诸如电网存储、容量、能源供应、由于能量市场引起的价格变化之类的外部因素3可能影响用于对热能存储系统进行充能的太阳能的可用性和需求。如上所述，控制系统可以将这些因素并入关于热能存储系统的操作(例如，堆叠的充能和放能)的确定和向操作者的建议中。因此，热能存储系统可以从热能存储系统的输出中为多种目的或用途分配能量，同时考虑这些因素。

如场景10007处的第一附加图表所示，在太阳日中的晚些时候，较少的太阳能可以可用于热能存储系统。备选地，如第二附加图表10009所示，在一天的早段和中段到晚段，较少的太阳能可以可用于对热能存储系统进行充能。如本领域技术人员所理解的，可以存在其他变化。

例如，在一种实现中，用途1(由区域10005表示)可以是本地电力负载。这可以表示由光伏电池阵列提供给本地区域的电力。此外，其他用途，例如用途2(由区域10003表示)也可以使用可用的太阳能能量。如阴影区域所示，其余的太阳能可用于对连接到太阳能的热能存储系统进行充能，展现了曲线10001的能量分布。

在一种实现中，用途2是次高价值用途，它可以是诸如电解的工业过程。然后，用途2是在超出用途1所需的过量能量是可用的同时尽可能长时间地完全供电。随着一天中晚些时候电力生产进一步增加，电力可用于其他目的，包括对热能存储设备进行充能，和/或参与例如向电网供电，其中电价在不同时间可能非常不同。该系统可以以如下方式操作：例如，可以关断到储热单元的电力，并且根据需要基于需求、定价或其他因素将电力释放到电网，和/或可以从电网获取电力来为存储单元供电或用于其他可能用途之一，具体取决于本地电网条件。

自给自足的离网基础设施

在一些实现中，使用高电压DC/DC转换允许太阳能场以适当的距离与负载(例如，可以耦合到电解槽并用于电动汽车充能的热能存储单元)非常高效地连接。此外，在一些实现中，热能存储系统可能已经将氢气生产与氢气发电集成，并还集成了锂离子电池。还可以耦合热能存储系统来驱动海水淡化，以产生完全离网的设施或军事基地，其为其家庭负荷、热负荷和其车辆自行供电。

蒸汽工厂的重新燃烧

在一些实现中，由于来自热能存储单元的出口温度高于燃气涡轮机出口温度，因此储热结构的出口可以燃烧与燃气涡轮机相同的HRSG，从而有可能将存储单元成本削减约例如40％。在一些实现中，几乎所有热电厂的不合规格操作都可以通过耦合到如本文所公开的储热单元来减少或消除。联合循环燃气涡轮机(CCGT)工厂被设计为以高容量因数以标称输出运行，但如果连接到具有可变负载的电网，则可能无法以该方式运行。例如，在加利福尼亚州，这种工厂可能花费大量时间作为“旋转备用”——在空闲时运行以便能够响应于负载变化。CCGT工厂也可能每天进行启停操作，需要预热所有组件以使工厂进入准备运行状态，并响应于负载在节流发电的“负载跟踪”模式下花费大量时间。这种备用和预热操作的燃料效率约为0％，并且燃料成本(要求尽快使工厂升温)与运行和维护(O&M)成本(要求缓慢使工厂升温以使应力损害减少)之间存在紧张关系。CCGT工厂中的这种负载跟踪操作导致至少5％并且有时15％的效率损耗。

将热能存储系统(例如，本文所公开的示例实现中的热能存储系统)与热电厂集成可以解决上述效率问题。例如，约90％的工厂预热过程可以由存储在储热装置中的间歇性可再生能源发电供电。HRSG和蒸汽涡轮机(ST)预热能量是许多工厂中的一个重要因素。可以实现“部分旋转备用”配置，其中，热能存储单元完全为运行的蒸汽涡轮机供电，从空闲到全功率，因此该工厂可以立即响应高达约40％的完全零碳运行的标称输出，并且可以在约10分钟内添加然后添加燃气涡轮机(GT)。

热电化学转换器

热电化学转换器是固态设备，该固态设备利用施加在整个膜电极组件上的气压的电化学势以经由气体压缩和膨胀将热能转换为电能。利用施加在整个质子传导膜上的氢压差的电化学势的热电化学转换器是已知的。该系统由两个膜电极组件(MEA)组成，经由氢压缩和膨胀将热量转换为电能。一个堆叠在相对较低温度下运行并耦合到散热器，而另一堆叠在相对较高温度下运行并耦合到热源。氢气在封闭系统中循环。可以实现的净电力或电压随着两个MEA堆叠之间温差的增加而增加。

热光伏(TPV)热电联产

热光伏(TPV)能量转换是将热辐射直接转换为电能的过程，并且包括热发射器和光伏二极管单元。所需热发射器的温度基于系统而变化，但通常在约900℃至约1300℃(例如，900℃至1300℃)的范围内。在这些TPV温度下，辐射主要以近红外频率和红外频率的形式辐射。光伏二极管吸收部分辐射并将其转换为电能。在现有技术中，在1207C的发射器温度下，实现了功率转换效率＞29％的热光伏电池，具有进一步提高效率的潜力。这种TPV系统可以允许热量和电的高效热电联产。

热发射器可以是例如通过电阻加热来加热并在惰性大气下操作以防止石墨氧化的石墨。铟镓砷(InGaAs)或硅(Si)类型PV电池可以用于例如发电。

本文所公开的高温储热系统可以与热光伏热电联产高效地耦合，提供包括但不限于以下益处：

与存储技术相结合的高温非常适合于利用热辐射来发电的高效TPV系统

与主要依赖对流传热的其他储热系统不同，本文描述的“辐射回波室”概念可以与对流传热协同工作以从储热组合物或阵列中获取辐射。在一种实现中，阵列包括相对廉价的材料和普通的热量输送介质以保持低成本。辐射室实际上增加了可以从其提取能量的表面积，允许更快的放能速率而不会快速降低顶部温度。

高于2000℃的极高存储温度实际上可以用本文所描述类型的储热系统实现。这种温度允许使用用于TPV的使用的硅半导体的成本更低、更可用但带隙更高的电池。

与发射器(例如，石墨)和TPV系统兼容的惰性气体可直接用作储热系统中的热交换流体，从而降低复杂性和成本

一个可选的特征可以包括可移动的护罩或其他装置，用于在储热系统正被充能的时间期间屏蔽或阻挡TPV电池处的传入辐射。这允许电池保持冷却，减少设计冷却负荷并延长电池寿命。在储热系统被电加热的时间段与低成本或充足电力供应的时间段一致，使得TPV操作变得不必要。

在一个实施例中，在充能期间以及然后在发电期间冷却所产生的低温热量用于另一目的，例如蒸汽产生、水预热、超临界CO

即使在纯电力存储应用中，本文描述的高温储热和TPV的组合也可以放能巨大的价值。TPV可以用作“顶部”循环，并且蒸汽涡轮机用作“底部”循环，从而实现接近50％的高电对电效率。TPV组件可以提供“即时”服务，包括具有快速(例如，毫秒)响应时间的负载跟踪、频率和电压调整。组合的储热-TPV系统的功能类似于锂离子电池，用于部分电力输出，提供电网稳定性价值，具有长期存储单元的附加益处，成本和尺寸都显著降低。

由高温储热系统运行的热电化学转换器

如上所述，可以通过增加两个膜电极组件(MEA)之间的温差来增加热电化学系统的净效率。本文所公开的热能存储系统的实现可以耦合到热电化学转换器的热端以提供接近恒定或恒定的高温热量。在本示例实施例中，储热系统的高温出口中的热交换器在500℃和1200℃之间的温度下耦合到热电化学转换系统中的高温MEA。其余的热量可以用于在例如热回收蒸汽发生器中产生蒸汽，或用于其他工业应用。在另一示例实现中，热电化学转换器的高温部分可以耦合到来自次级热出口(即来自冷却高温能源)的加热气体以发电，而主热量出口(即，最高温度，例如，1600℃)用于诸如发电或水泥生产的工业应用。由于热电化学发电所产生的废热可以用于工业目的，因此这种热电联产可以具有近90％的综合效率。

在一些示例实现中，环境被用作散热器。在其他实施例中，热电化学转换器的冷侧可以使用HRSG的给水作为散热器，提高给水的温度，回收用于蒸汽发电的能量，对蒸汽动力循环或工业过程有用。以这种方式预热热交换流体可以应用于其他过程，包括例如水泥生产过程。冷却的CO

电增强器

图93示出了包括电增强器9307的热能存储系统的示例实现9300，该电增强器9307被配置为提高流体输出的温度以满足最终用途的要求。在该示例中，电力从源9301(例如，离网太阳能电池阵列或其他VRE)提供给第一储热单元9303和第二储热单元9305(这里被称为热电池)。该电可以被提供作为DC电流或AC电流。

虽然能源9301被示出为离网可再生能源，并且更具体地，太阳能光伏电池，但可以替代或组合使用使用其他可再生能源，例如风能。此外，电网电9302可以替代离网电源或与离网电源组合。来自能源9301的电用于提供电能，作为第一热电池9303和第二热电池9305以及电增强器9307的输入。第一TSU 9303和第二TSU 9305可以包括单堆叠、双堆叠或更多堆叠，或某种组合；TSU 9303和9305不必包含相同数量的堆叠。在一个实施例中，TSU 9303和9305之一或两者可以包括六个堆叠。

第一热电池9303可以被配置为将电能作为热量存储，以提供加热流体作为HRSG的输入，或向蒸汽涡轮机9309提供蒸汽。备选地，可以使用OTSG代替HRSG。

第二热电池9305提供热流体作为输出用于工业应用，例如用于水泥窑或钢铁生产，这里被称为过程负载9311，也被称为烘干负载。可能是热电池9305提供1000℃温度下的流体，1000℃温度低于烘干负荷要求，其对于给定应用可能高得多，例如1300℃。

在第一热电池9303和第二热电池9305中可以使用不同的流体。例如，根据特定工业过程的需要，空气可以用作第一热电池9303的流体，以向蒸汽涡轮机9309供电，而CO

为了将加热流体的温度升高至烘干负荷要求，在热流体的排放处提供电增强器9307。因此，从第二热电池9305输出的热流体在工业过程所需的温度下通过增强器加热器9307，然后到达过程负载9311。

在第二热电池9305中，流体可以是空气、CO

电增强器9307可以是电阻加热器，其将流体温度从热电池9305的最大输出温度升高至过程负载9311所需的温度。过程负载9311需要高温流体输入的工业应用类型的示例包括煅烧、钢铁生产、乙烯生产、以及氢气的蒸汽甲烷重整。电增强器9307可以是工业电炉，并且可以可选地包括鳍或其他结构以将电阻热量传输到空气中。电增强器的加热器可以是金属的(例如，电阻线圈)、陶瓷或其他已知材料。从第一热电池9305输出的流体流通过与电增强器9307的加热器直接接触而被加热。

当能源9301可用时，它可以向电增强器9307提供电力，如图93中从电源9301到增强器9307的输出线所示。例如，太阳能电池阵列可以在太阳能可用时为增强器加热器供电。备选地，当太阳能不可用或仅以有限的量可用时，蒸汽涡轮机9309向电增强器9307提供电力的全部或需要的、补充部分。

来自汽涡轮机的副产品流体可以通过冷凝器9313(例如，冷却塔)被冷却，然后被冷凝成液态，并且被提供给热电池9303的蒸汽发生器作为输入。可选地，冷凝器9313可以用作预热器以加热进入的空气9315，以用作第二热电池9305的输入。换言之，冷凝器9313是将来自汽涡轮机9309的副产品流体(例如，低压蒸汽)的热量传输到输入流体9315的热交换器。因此，热电池9305的输入流体被预热。

虽然图93示出了单独的第一热电池9303和第二热电池9305，但可以替代地使用单个热电池。例如，热空气流体可以从具有多个堆叠的单个热电池中流出并转移，使得热流体的一部分被提供给过程，并且热流体的其余部分被提供给蒸汽发生器。当热电池从电网充能时可以使用这种方法，并且在经济上优化这种方法使得在低电价(例如，低于某个预定价格)时执行热电池充能，并且相同的电力被提供给电动助力器。根据该方法，汽涡轮机9309基于需要用作备用。

3.优于现有系统的优点

作为热空气被引入生物质燃烧和气化过程的存储高温能量可以为这种设施的高效且安全的运行做出重大贡献。这可能会导致与氮氧化物和未燃烧燃料相关的空气放能的各种改善，处理在特定时间较湿的生物质燃料的能力，以及工厂可靠性和容量因素的改善，特别是在生物质供应不确定或有限的时间段，由于操作点的变化而减少腐蚀，在燃料能力有限或没有燃料能力期间操作工厂的能力，将工厂作为能量存储设施操作的能力。

各种热电联产实现

因此，根据上文，多个热电联产系统的实现是可能的并且是可预期的，现在提供其多个示例。

在一种实现中，热电联产装置包括储热组合物(4100)，该储热组合物(4100)包括多个储热块，其中，储热块中的至少一些储热块包括多个辐射腔体和多个流体流槽，其中，辐射腔体中的一些辐射腔体和流体流槽中的一些流体流槽被配置为限定通过储热块的流体通路。热电联产装置还包括多个加热器元件，该多个加热器元件位于储热组合物内并与辐射腔体中的至少一些辐射腔体相邻，其中，多个加热器元件中的每个加热器元件被配置为经由辐射到辐射腔体中的多个辐射腔体中和界定相应辐射腔体的表面上的能量来加热储热块中的至少一个储热块。流体移动系统被配置为引导流体流通过流体通路以将流体加热至指定温度范围，其中，流体移动设备被配置为向固体氧化物电解系统提供在指定温度范围内的加热流体，该固体氧化物电解系统被配置为从水中提取氢气并输出处于较低温度的加热流体。蒸汽发生器被配置为接收来自电解系统的较低温度流体，该电解系统将输入给水转换为蒸汽。在各种实现中，蒸汽发生器是直流蒸汽发生器，并且还可以是热回收蒸汽发生器。蒸汽发生器包括多个导管，该多个导管被耦合以接收输入给水，其中，导管中的选定导管被布置为减轻结垢和过热。在一些实现中，多个导管中的导管横向于较低温度流体流的路径布置在蒸汽发生器中。储热组合物包括：外壳，其包含多个储热块；以及热障，其将多个储热块的第一子集与多个储热块的第二子集分离。流体移动系统被配置为：引导流体流通过储热块的第一子集和第二子集之一的流体通路，同时电源将热量添加到第一子集和第二子集中的另一子集。在一些实现中，流体包括氧气和氮气。可以使用各种电源来对储热组合物进行充能。在一种实现中，储热组合物被配置为存储通过转换来自第一输入能源供应的输入电所产生的热能，该第一输入能量供应具有间歇性可用性。还设想了这种实现，其中，储热组合物还被配置为存储通过转换来自第二输入能源供应的输入电所产生的热能，该第二输入能源供应被配置为按需提供电。

在又另一种实现中，储热组合物具有多个储热块，其中，储热块中的至少一些储热块包括多个辐射腔体和多个流体流槽，其中，辐射腔体中的一些辐射腔体和流体流槽中的一些流体流槽被配置为限定通过储热块的流体通路。该实现还包括多个加热器元件，该多个加热器元件位于储热组合物内并与辐射腔体中的至少一些辐射腔体相邻，其中，多个加热器元件中的每个加热器元件被配置为经由辐射到辐射腔体中的多个辐射腔体中和界定相应辐射腔体的表面上的能量来加热储热块中的至少一个储热块。流体移动系统被配置为引导流体流通过流体通路以将流体加热至指定温度范围。蒸汽发生器被配置为接收流体以将输入给水转换为具有第一压力的输入蒸汽。蒸汽涡轮机被配置为接收输入蒸汽并提供处于第二压力的输出蒸汽，该第二压力小于第一压力。这种实现可以还包括第二流体移动设备，其被配置为将输出蒸汽移动到工业工厂以用于工业过程。

在各种实现中，蒸汽发生器是直流蒸汽发生器。蒸汽发生器包括多个导管，该多个导管被耦合以接收输入给水，其中，导管中的选定导管被布置为减轻结垢和过热。多个导管中的导管横向于较低温度流体流的路径布置在蒸汽发生器中。

关于工业过程，多个不同的过程是可能的并且是可预期的。在一种实现中，工业过程包括生产石油基燃料。在另一种实现中，其中，工业过程包括生产生物燃料。在又另一种实现中，工业过程包括生产柴油燃料。在又另一种实现中，工业过程包括烘干颗粒。这些工业过程在这里作为示例来提供，并且不包括可以与各种实现一起使用的可能工业过程的详尽列表。本公开设想了超出这里给出的示例的各种工业过程。还应当注意，其中蒸汽涡轮机被配置为使发电机向工业过程提供电力的实现是可能的并且是可预期的。

在又另一种可能实现中，储热组合物具有多个储热块，其中，储热块中的至少一些储热块包括多个辐射腔体和多个流体流槽，其中，辐射腔体中的一些辐射腔体和流体流槽中的一些流体流槽被配置为限定通过储热块的流体通路。多个加热器元件被位于储热组合物内并与辐射腔体中的至少一些辐射腔体相邻，其中，多个加热器元件中的每个加热器元件被配置为经由辐射到辐射腔体中的多个辐射腔体中和界定相应辐射腔体的表面上的能量来加热储热块中的至少一个储热块。流体移动系统被配置为引导第一流体流通过流体通路以将第一流体加热至指定温度范围。第一蒸汽发生器被配置为使用第一流体将输入给水转换为蒸汽。蒸汽涡轮机被配置为使用蒸汽来发电。该实现还包括预热器，其被配置为使用来自蒸汽轮机的废热来预热提供给第二蒸汽发生器的第二给水。

在一种实现中，第一蒸汽发生器是热回收蒸汽发生器，并且还可以(或可选地)是直流蒸汽发生器。各种实现还包括：冷凝器，其被耦合到蒸汽涡轮机，其中，冷凝器被配置为将从蒸汽涡轮机接收到的蒸汽冷凝成水；以及再循环泵，被配置为向第一蒸汽发生器提供由冷凝器产生的水作为给水。各种实现中的第二蒸汽发生器被配置为使用来自被配置为使用来自被配置为存储热能的第二存储介质的第二流体来产生蒸汽。各种实现中的预热器被配置为向储热组合物输出第三流体。

热电联产装置的另一种实现包括储热组合物，该储热组合物包括多个储热块，其中，储热块中的至少一些储热块包括多个辐射腔体和多个流体流槽，其中，辐射腔体中的一些辐射腔体和流体流槽中的一些流体流槽被配置为限定通过储热块的流体通路。多个加热器元件被位于储热组合物内并与辐射腔体中的至少一些辐射腔体相邻，其中，多个加热器元件中的每个加热器元件被配置为经由辐射到辐射腔体中的多个辐射腔体中和界定相应辐射腔体的表面上的能量来加热储热块中的至少一个储热块。流体移动系统被配置为引导流体流通过流体通路以将流体加热至指定温度范围。蒸汽发生器被配置为接收流体以将输入给水转换为输入蒸汽。各种实现还包括测量单元，其被配置为确定从蒸汽发生器输出的蒸汽的所测量的蒸汽质量值。控制器被配置为使流体移动系统引导流体流，并且还被配置为使用所测量的蒸汽质量作为反馈来调整流体的流速以将所测量的蒸汽质量维持在指定蒸汽质量范围内。

在一些实现中，测量单元包括分离器，该分离器被配置为将从蒸汽发生器输出的蒸汽与从蒸汽发生器输出的水蒸气分离，其中，测量单元被配置为基于从蒸汽发生器输出的水蒸气相对于从蒸汽发生器输出的蒸汽含量来确定所测量的蒸汽质量。其中测量单元被配置为基于从蒸汽发生器输出的蒸汽的流速和输入给水的质量流速来确定蒸汽质量的实现也是可能的并且是可预期的。关于蒸汽发生器，其中蒸汽发生器是直流蒸汽发生器的实现是可能的并且是可预期的。这种实现的控制器可以被配置为根据蒸汽输送速率的指定范围来引起蒸汽的输送。因此，控制器被配置为基于预报信息来指定蒸汽输送速率的范围。基于控制器指定蒸汽输送速率的范围，各种类型的预报信息是可能的并且是可预期的。在各种实现中，预报信息包括天气预报信息。其中预报信息包括预期电价的实现也是可能的并且是预期的。类似地，其中预报信息包括预期的蒸汽需求的实现是可预期的。应当注意，控制器可以使用本文提到的一种或多种类型的预报信息，而在各种实现中也可以使用本文未明确讨论的其他类型的预报信息。

在又另一种实现中，热电联产系统包括存储介质，其被配置为存储通过转换来自输入能源供应的输入电能所产生的热能，输入能量供应具有间歇性可用性。流体移动设备被配置为使流体移动通过存储介质以将流体加热至指定温度，流体包括氧气和氮气，其中，流体移动设备被配置为向固体氧化物电池单元电解系统提供处于指定温度的流体，该固体氧化物电池单元电解系统将水转换为氢气并使流体富含氧气。这种实现还可以包括直流蒸汽发生器，其被配置为使用从电解系统接收到的流体将输入给水转换为蒸汽。

这些实现可以还包括蒸汽涡轮机，其被配置为使发电机使用从蒸汽发生器接收到的蒸汽来发电。关于储热，储热单元可以包括多块砖。实现中的控制器被配置为使流体移动设备以特定速率移动流体。在各种实现中进一步预期的是被配置为测量从蒸汽发生器输出的蒸汽的参数的测量单元。控制器被配置为基于蒸汽输出的参数的测量来调整特定速率。同时，各种实现中的测量单元包括分离器，其配置为通过将蒸汽分离为液相和气相来测量从蒸汽发生器输出的蒸汽的质量。备选地，其中测量单元被配置为测量从蒸汽发生器输出的蒸汽的速度的实现也是可能的并且被预期。控制器被配置为基于天气预报来控制移动通过存储介质的流体的量。控制器还可以被配置为基于第一天和第二天的电能成本的预期差异来控制移动通过存储介质的流体的量。

在各种实现中，各种类型的电源可以包括间歇性能量供应。在一种实现中，间歇性能量供应包括热光伏发电系统，其被配置为将热辐射转换为电能。间歇性能量供应还可以或备选地包括被配置为发电的风力涡轮机。间歇性能量供应还可以是被配置为将太阳能转换为电能的太阳能能源，其可以单独使用或与本文提及的其他类型中的各种能源一起使用。

在一种实现中，流体移动设备包括封闭的流体再循环回路。实现可以是泵，并且其中，该泵被配置为迫使输入给水通过蒸汽发生器的一根或多根导管。关于蒸汽发生器，可以提供供水在其中流动的一根或多根导管。在这种实现中，一根或多根导管可以横向于路径流体流安装在蒸汽发生器中。

在又另一种实现中，热电联产系统包括存储介质，其被配置为存储通过转换来自输入能源供应的输入电能所产生的热能，第一输入能量供应具有间歇性可用性。第一流体移动设备被配置为使流体移动通过存储介质以将流体加热至指定温度。直流蒸汽发生器被配置为使用流体将输入给水转换为具有第一压力的输入蒸汽。该系统可以包括蒸汽涡轮机，其被配置为提供处于第二压力的输出蒸汽，第二压力小于第一压力在各种实现中，第二流体移动设备可以被配置为将输出蒸汽移动到工业工厂以用于工业过程。

各种实现中的蒸汽涡轮机被配置为引起发电机发电。在一些实现中，发电机被配置为向电网提供电力。

根据上文，各种类型的工业过程是可能的并且是可预期的。在一种实现中，工业过程包括生物燃料的生产。在另一种实现中，工业过程包括石油基燃料的生产。在又另一种实现中，工业过程包括柴油燃料的生产。其中工业过程包括烘干颗粒的实现也是可能的并且是可预期的。本公开设想了除了这里测量的工业过程之外的工业过程，其也可以受益于使用根据本公开的热电联产系统/装置的实现。

各种实现中的热电联产系统包括控制器，其被配置为使蒸汽发生器基于蒸汽质量来产生处于指定蒸汽质量的蒸汽。蒸汽质量可以由测量单元来计算，测量单元包括被配置为基于从蒸汽发生器输出的蒸汽和水蒸气的分离来确定蒸汽质量。在另一种实现中，蒸汽质量可以由测量单元来计算，该测量单元被配置为基于蒸汽出口流和给水输入流的测量来确定蒸汽质量。在各种实现中，蒸汽质量可以受到流体移动通过存储设备的速率的影响。因此，其中控制器被配置为控制流体被第一流体移动设备移动通过存储介质的速率的实现是可能的并且是可预期的。在一些实现中，存储介质包括多块砖。

热电联产系统的又另一种实现包括第一存储介质，其被配置为存储通过转换来自输入能源供应的输入电能所产生的热能，输入能量供应具有间歇性可用性。该系统还包括流体移动设备，其被配置为使流体移动通过存储介质以将流体加热至指定温度。第一蒸汽发生器被配置为使用流体将第一输入给水转换为蒸汽。蒸汽涡轮机被配置为使用蒸汽使发电机发电。实现可以还包括预热器，其被配置为使用来自蒸汽涡轮机的废热来预热提供给第二蒸汽发生器的第二给水。

一种实现中的蒸汽发生器是直流蒸汽发生器。然而，其中蒸汽发生器执行给水的至少一些再循环的实现也是可能的并且可以设想。因此，一些实现包括冷凝器，该冷凝器被配置为从蒸汽涡轮机接收至少一部分蒸汽并且被配置为将该部分蒸汽冷凝成第三给水，而再循环泵被配置为向第一蒸汽发生器提供第三给水。

在各种实现中，蒸汽发生器是热回收蒸汽发生器。由蒸汽发生器输出的蒸汽的质量的测量可以在各种实现中执行，其因此可以包括：测量单元，被配置为确定所测量的输出蒸汽质量；以及控制器，被配置为使用所测量的输出蒸汽质量作为反馈将当前输出蒸汽质量调整到指定范围内的。在这种实现中，控制器被配置为使流体移动设备根据反馈和蒸汽质量的指定范围来调整流体流通过存储介质的速率。

D.除碳

1.要解决的问题

二氧化碳是全球温室气体排放的最大贡献者，其中化石燃料的使用是碳的主要来源。约20％的排放来自工业过程，其主要涉及燃烧化石燃料来获取能源。仅在美国，温室气体排放量就达65.77亿公吨的二氧化碳当量。至少16个州和波多黎各颁布了立法，规定了温室气体(GHG)排放的减排要求。例如，加利福尼亚州已经通过SB32实现GHG减排目标，其要求州空气资源委员会(CARB)确保到2030年将温室气体排放量减少到比1990年水平低40％。

这些力量，加上可再生能量价格的下降，已经推动了可再生能源的普及，从而增加了平衡能源供需和增加间歇性能源供应的挑战。可再生能源削减稳步增加，预计未来将更频繁地出现供过于求的情况。同时，为了快速响应于突然的发电量损耗和/或意外的负载变化，可能更需要昂贵的旋转和其他运行储备。

此外，通过可再生能源(太阳能和风能)产生的能源通常无法满足需求。因此，为了继续增加我们能源供应中的可再生能源比例，高效储能解决方案的价值变得越来越明显。当传统能源(例如，电网电力)丢失或中断时，能量储存能够提供备用电源或热量。以高温热能存储的能量具有多重优点，包括更高的能量密度、更低的成本、增加的灵活性，可用于工业高温应用以及可用于发电。对于需要非常高温度(例如，1000℃以上)的工业过程，脱碳可能特别困难。

现有的工业热过程通常由化石燃料燃烧，有时在需要非常高温度(例如，大于1500℃)的应用中使用富氧大气。由于需要连续的高温热量，这种过程无法切换到间歇性更新源。同时，世界上一些政府限制温室气体排放。例如，在欧洲，欧盟排放交易体系(EUETS)使用总量控制和交易方法来限制碳排放。预期未来二氧化碳价格将大幅上涨。

2019年底，欧洲二氧化碳平均价格是25欧元/吨。德国已经宣布2026年后到2050年二氧化碳价格将在每吨55欧元至65欧元范围内，预期二氧化碳价格将在每吨100欧元至150欧元范围内。仅欧洲水泥行业就在2018年排放了117兆吨CO

因此，对能够显著减少工业碳排放的技术(例如，使用可再生电力)的需求尚未得到满足。然而，对于诸如水泥、玻璃、电力和钢铁生产的高温操作，没有仅使用间歇性能源来达到所需的高温的可靠方法。

从由燃料的燃烧产生的排气中分离二氧化碳气体的过程可能需要连续的热流和电力。在高需求时间段期间，排气可能增加，此时发电成本最高，因此不期望用于碳捕获过程。备选地，可再生能源的使用是间歇性的，因此无法可靠地产生所需的连续热流和电力。应当注意，使用“连续的热源和电源”并不意在暗示温度和/或电力的零变化。相反，如本文所使用的，术语“连续”表示热源和/或电能提供足够的电量和热量以维持二氧化碳分离过程的适当操作。

钙循环是CO

虽然钙与CO

对由可再生电力供电的高温热能存储系统的需求尚未得到满足，该系统可以提供运行这种过程所需的能量，从而使钙循环过程产生负碳。

2.碳捕获

虽然钙循环为捕获并存储CO

从用于钙循环二氧化碳分离过程的间歇性电源产生恒定功率和热量的问题可以通过在间歇性电源可用时对储热单元进行充能并从储热单元产生热量和功率来解决。使用这种储热单元可以允许从不一致的电源连续产生热量和电能。参考图94，由本文所公开的可再生电力供电的高温热能存储系统(其使用所产生的CO

加热块存储系统的一个应用是驱动低温除碳过程。在一种情况下，该单元用于为连续发电源供电，该连续发电源进继而驱动二氧化碳分离过程，该二氧化碳分离过程利用低温效应、压缩并冷却Co

许多碳捕获过程(例如，钙循环，其不是纯粹使用电力(如上述低温过程))也使用热能。热能可以用于再生捕获二氧化碳的固体或液体介质，然后释放它(通过再生)，并然后再次用于一个或多个循环以捕获更多的二氧化碳。来自上述储热单元的热能可以为该过程提供基于可再生的能量。

在涉及使用所捕获的二氧化碳将氧化钙重复转换为碳酸钙并然后煅烧以释放二氧化碳的多步化学反应中，高温热量可以驱动煅烧工艺的一种实现。这种反应在高温下发生，并且来自上述储热单元的高温热量可以为该过程供电，然后使用其余的低温热量经由涡轮热功过程(包括蒸汽、CO

这种热量可以作为低级热量从涡轮发电机的出口供应到高级热量由储热单元供应的入口中，使得能量的一部分以电力的形式用于驱动泵，而能量的另一部分以热量的形式用于驱动再生。两种形式的能量都可以使用高温热能存储以高效的方式提供。

参考图94，在一些实施例中，集成热电联产系统400可以被配置为提供驱动碳捕获和封存过程所需的热能和电能。从排气中分离CO

源自VRE的存储热能可以持续供应驱动该过程所需的热量。可以将高温空气或其他类型的流体引导到煅烧或以其他方式再生高温捕获介质。在一种情况下，蒸汽可以由HRSG直接供应以驱动捕获过程元件，例如胺溶剂再沸器或吸附剂再生器。此外，或代替来自HRSG的蒸汽，来自汽涡轮机动力循环的低压抽取蒸汽可以被引导以向溶剂再沸器提供热量。

由蒸汽涡轮机、有机朗肯循环涡轮机或超临界CO

在碳捕获过程中使用储热单元的一个示例包括二氧化碳捕获系统，其被配置为使用例如如上所述的钙循环过程从排气中分离二氧化碳。

图100示出了根据示例实现的直接空气捕获方法11000。包括储热系统，其被配置为将来自输入能量供应的输入电能转换为存储的热能，该输入能量供应具有例如来自VRE11001(例如，可再生能源)的间歇性可用性。该示例还包括发电系统，该发电系统包括向HRSG11007提供热流体的热能存储设备11003，该HRSG 11007被配置为将存储的热能转换为输出电。该输出电被提供给二氧化碳捕获系统。二氧化碳捕获系统被配置为使用所提供的电力来运行。在一些实施例中，储热系统包括：热能存储设备11007，被配置为使用来自输入能量供应(VRE 11001)的输入电能来加热储热介质；以及如上所述的鼓风机，被配置为使流体循环通过加热的存储介质。在一些实施例中，发电系统可以包括被配置为使用循环流体产生蒸汽的热交换器、以及被配置为从所产生的蒸汽产生所供应的电力的蒸汽涡轮机。

二氧化碳捕获系统可以包括热能存储设备11005，其被配置为使用存储的热能的一部分作为热量以将二氧化碳从排气中分离。例如，该热量可以用作煅烧炉11009处的煅烧循环的一部分，用于从已经用于捕获二氧化碳的吸附剂材料中释放二氧化碳。在一些实现中，热能存储系统被配置为以基本连续的方式产生输出电，从而允许二氧化碳捕获系统根据需要来操作。

图95中呈现了用于操作热能存储系统的示例方法。方法5100包括：在框5110处，由热能存储系统将来自间歇性可用源供应的输入电能转换为存储的热能。例如，可再生能源(例如，太阳能或风能)可以用于发电，其继而用于为向存储介质供热的加热元件供电。在框5120处，方法5100包括将来自热能存储系统的存储热能提供给蒸汽涡轮机以发电。加热的存储介质可以用于向驱动发电机(例如，蒸汽动力发电机)的锅炉供热。热量可以经由合适的流体从存储介质被传输给对锅炉进行加热的热交换器。方法5100还包括：在框5130处，将从热能存储系统产生的电力和热量提供给从排气中分离二氧化碳的二氧化碳捕获系统，其中，至少在能量供应不可用时，提供输出电力和热量。可以使用任何合适类型的二氧化碳捕获过程，例如钙循环过程或低温过程。使用储热系统可以允许在能源不可用时以及在能源供应可用时使用所存储的热量。

图96中示出了用于操作二氧化碳捕获系统的示例方法。方法5200包括：在框5210处，由二氧化碳捕获系统接收来自燃料源的燃烧的排气。二氧化碳捕获系统可以包括排气流过的吸收塔，该排气来自用于燃烧化石燃料的熔炉。在框5220处，方法5200还包括由二氧化碳捕获系统接收从热能存储系统产生的电。在本示例中，用于二氧化碳捕获系统的电力由间歇性源(例如，可再生能源)提供。热能存储系统使用间歇性可用性能源供应来存储热能。方法5200还包括：在5230处，通过二氧化碳捕获系统使用所接收到的电力和热能从排气中分离二氧化碳。可以使用任何合适类型的二氧化碳捕获过程，包括本文所公开的过程。在一些实现中，二氧化碳捕获系统可以使用来自热能存储系统的电和热量。至少在能量供应不可用时执行分离。由于间歇性能源用于供应热能存储系统，因此该热能存储系统能够提供连续的热量以由二氧化碳捕获系统用作热源和/或发电。

3.所公开实现的优点

与碳捕获相关的示例实现相对于传统技术可以具有各种优点和益处。例如，本文描述的方法可以解决供过于求的问题，以及促进用于非常高温度工业应用的附加碳捕获。

例如，使用储热单元可以允许使用由燃料的燃烧产生的电力。在低电力需求的时间段期间，从可燃燃料产生的电力用于对储热装置进行充能。在高电力需求的时间段期间，停止对热力单元的充能，并且碳捕获过程由充能的储热单元供电。因此，当电力成本低且所产生的电因此具有较低价值时，可以对热力单元进行充能。在高电力需求的时间段期间，所生产的产品具有更大的价值，并且可以出售给电网，而不是被送往碳捕获过程。

E.附加工业应用

1.可再生海水淡化

海水淡化过程传统上持续运行，并且目前世界上大量的海水淡化来自膜系统。然而，一些地区(例如，中东)的绝大多数海水淡化使用较旧的与联合循环发电站耦合的热力海水淡化技术。联合循环发电站可以具有燃烧涡轮机和蒸汽涡轮机，该蒸汽涡轮机输出例如70℃的冷凝水，该冷凝水为多级闪蒸或多效蒸馏生产系统供电。这可以将蒸汽涡轮机的电力输出减少几个百分点，但可能显著减少用于通过海水淡化制水的电。在一个示例中，一吨的输入蒸汽产生四吨到七吨的输出水。

在一些用例中，即使不存在对由发电站产生的电力的其他需求，发电站也保持运行以保持海水淡化运行，这导致电力被浪费。随着越来越多的可再生能源上线，这可能成为一个日益紧迫的问题。

通过结合根据示例实现的储热系统，可以解决这些问题。储热系统可以具有比燃烧涡轮机的出口温度高的出口温度。因此，储热系统可以连接到具有单独空气入口端口的热回收蒸汽发生器，或者可以运行储热系统的蒸汽发生器来制造水，不燃烧天然气。储热系统可以由PV充能或根据电网电力运行，以吸收白天过度发电并转变为真正的零碳水。

因此，该系统可以用于缓冲峰值电并提供水平负载电力。如果燃气涡轮机尚未被拆除，在高电力需求的时间段期间，例如在炎热的夏季白天，燃气涡轮机仍然可用，并且如果需要，可以附加地部署储热设备以使蒸汽涡轮机在标称以上运行。

某些地理区域(例如，中东)面临的一个挑战是：由于炎热白天的助燃空气密度较低，燃烧涡轮机在炎热白天的发电量可能比寒冷白天低18％左右。当来自涡轮机的电力下降时，所公开的储热系统可以用于恢复该蒸汽质量流和/或温度。所有这些过程都可以是电动的，因此可以制造基本负荷水，但也包括其用于高峰电力需求的内置顶部电力。

本文描述的加热砖储能系统可以能够产生更高的输出温度，这可以允许直接集成到现有的海水淡化系统中或可以用作专用海水淡化系统的基础。

这些加热砖储热系统的一个有益因素是：它们可以改装到现有工厂中，以捕获系统中原本会发生的过度发电。应当注意，与联合循环发电站耦合的所公开的储热系统也可以使用可再生能源驱动反渗透系统或其他可能需要全天候电力的工业过程。

2.玻璃生产

玻璃生产通常需要熔炉中范围从1500℃至1700℃的温度，在该熔炉中，原材料通过一系列化学反应转变为熔融玻璃。熔化过程占玻璃生产中一半以上的能源使用。在熔融玻璃在600℃下退火之前，金属浴可能需要出口处从1100℃至约600℃的温度。在一些传统实现中，玻璃生产所需的热能由化石燃料燃烧来提供，并且在一些情况下，由电加热来提供。因此，玻璃生产是一个高度能源密集型过程，并且全球对玻璃的需求不断增加。据国际能源署，容器和平板玻璃行业(其加起来占玻璃产量的80％)每年排放超过60兆吨CO

在s中，玻璃熔炉由一组热回收再生器补充，这些热回收再生器从熔炉的端部回收热量，并使用它来将助燃空气预热至例如900℃至1200℃，之后通过燃烧器该温度被进一步升高至约1700℃(例如，1700℃)。

本文所公开的高温储能系统可以具有提供玻璃生产系统(包括高温熔炉)的所有热需求的能力。在一个示例实现中，玻璃储热设备可以由本文所公开的高温热能存储系统替代以提供高温空气或另一种气体并消除对燃烧器的需要。

由于玻璃生产是一个全天候过程，因此可以在一种实现中使用储能系统，以用间歇性可再生能源替代大量输入能源。燃烧气体的减少或消除也可以减少玻璃熔炉中不期望的燃烧产品量。氮气或其他气体可以通过高温热能存储系统在闭环中使用，并进入浮罐，降低空气分离成本并减少由空气中的氮气和氧气的热反应产生的氮氧化物(NOx)的不期望副产品的产生。

在备选示例实现中，来自现有再生器的加热空气可以被送入本文所公开的高温热能存储系统中，该高温热能存储系统然后在熔炉所使用的温度下产生输出流体。这也可以减少或消除对燃烧器和附加燃烧化石燃料的需求。

3.钢和铁生产

传统上，粗钢是使用高炉来生产的。炼钢可能需要高温，例如约1600℃(例如，1600℃)。2018年每生产一吨钢平均排放1.85吨二氧化碳(包括熔炼、炼铁和炼钢、铸造和热轧)，并且约占全球工业CO

与电弧炉一起使用的直接还原过程可以为钢铁工业中大量减少CO

例如，单独使用氢气运行可能需要800m^3(STP)/t DRI(标准温度和压力下每公吨直接还原铁的立方米)的氢气。该还原过程本身需要550m^3(STP)/t DRI，而需要250m^3STP/t DRI的氢气作为气体加热器的燃料。为了维持DRI的温度和碳含量，可能需要附加的约50m^3(STP)/t DRI的天然气。氢气反应的温度降低可以通过添加天然气来补偿。在氧化铁和CO之间发生放热反应。相比之下，天然气过程需要约259m^3STP/t DRI。

由示例实现的热能存储系统产生的超高温可以减少炼钢过程中的碳排放。能够获得炼钢操作的接近1600℃至2000℃的一些最高温度意味着可以使用如上所述的全天候可再生能源充能储热系统来满足高炉中的热处理热量需求。此外，可以调整/选择储热单元内加热的气体组分，以进一步提高生产效率，以将化石燃料系统改造为直接还原过程，而无需对设备进行重大改造，或两者兼而有之。换言之，传统系统可以相对简单地被改装成使用间歇性电源(例如，PV系统)来电气化。例如，氢气或天然气可以直接用作热交换流体，该热交换流体被储热系统加热并且可以直接将矿石还原成钢。

如果权利要求中使用的术语未在下面被定义，则应给出相关领域人员在提交申请时印刷出版物和已颁发专利中反映的该术语的最广泛定义。例如，如本领域技术人员所理解的，以下术语可以互换使用：

A 安培

AC 交流电

DC 直流电

DFB 双流化床

EAR 增强的石油回收

EV 电动汽车

GT 燃气涡轮机

HRSG 热回收蒸汽发生器

kV 千伏

kW 千瓦

MED 多效海水淡化

MPPT 最大功率点跟踪

MSF 多级闪蒸

MW 兆瓦

OTSG 直流蒸汽发生器

PEM 质子交换膜

PV 光伏

RSOC 可逆固体氧化物电池单元

SOEC 固体氧化物电解槽单元

SOFC 固体氧化物燃料电池单元

ST 蒸汽涡轮机

TES 热能存储

TSU 储热单元

此外，术语“加热器”用于指代产生热量的传导元件。例如，在本示例实现中使用的术语“加热器”可以包括但不限于可以以产生热量的方式导电的线、带、条或其他结构。加热器的组分可以是金属(涂层或非涂层)、陶瓷或其他可以产生热量的组分。

虽然上述示例实现可以指代“空气”(包括CO

在任何储热单元中，出于多种目的(包括材料的维护或再调整)，工作流体组分可以随时间发生变化。可以协同使用多个单元以改善充能或放能特性、尺寸调整或易于安装、集成或维护。本领域技术人员应当理解，本文所公开的储热单元可以被替换为具有必要性质和功能的其他储热单元；结果可能会有所不同，具体取决于储热单元的组合的方式和规模。

如在本文的说明中和整个所附权利要求书中所使用的，除非上下文另有明确说明，否则“一”、“一个”和“所述”包括复数指示物。此外，如在本文的说明中所使用的，除非上下文另有明确说明，否则“在……中”的含义包括“在……中”和“在……上”。

本文中对数值的范围的叙述仅旨在用作单独指代落入该范围内的每个单独数值的便捷方法。除非本文另有说明，否则每个单独的值都被并入说明书中，就好像它在本文中被单独引用一样。

可以按照任何适当顺序执行本文中描述的所有方法，除非本文中另外指出或者与上下文明显矛盾。使用相对于本文中的某些示例实现提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“例如”)仅旨在更好地阐明示例实现并且不对以其他方式要求保护的示例实现的范围构成限制。说明书中的任何用语都不应被解释为指出对示例实现的实施至关重要的任何非主张要素。

本文公开的示例实现的备选元件或示例实现的分组不应被解释为限制。每个组成员都可以单独或与组的其他成员或本文找到的其他元件的任意组合进行引用和声明。出于方便和/或可专利性的原因，组的一个或多个成员可以被包括在组中或从组中删除。当出现任何这种包含或删除时，本文的说明书被视为包含修改后的组，从而满足所附权利要求中使用的所有组的书面描述。

在说明书中，可以参考各个组件之间的空间关系以及组件的各个方面的空间取向，如附图中所描绘的设备。然而，如本领域技术人员在完整阅读本申请之后将认识到的，本文描述的设备、构件、装置等可以以任何期望的取向进行定位。因此，使用诸如“上方”、“下方”、“上”、“下”、“第一”、“第二”或其他类似术语来描述各个组件之间的空间关系或描述这种组件的方面的空间取向应当被理解为分别描述组件之间的相对关系或这种组件的方面的空间取向，因为本文描述的设备可以在任何期望的方向上定向。

在解释说明书时，所有术语都应以与上下文一致的尽可能广泛的方式进行解释。具体地，术语“包括”和“包含”应被解释为以非排他性方式指代元件、组件或步骤，指示所引用的元件、组件或步骤可以与未明确引用的其他元件、组件或步骤一起存在、一起使用或组合。如果说明书权利要求引用选自由A、B、C……和N组成的组中的至少一个元件，则文本应被解释为仅需要该组中的一个元件，而不是A加N或B加N等。

虽然前面描述了示例实现的各种示例实现，但在不脱离其基本范围的情况下可以设计示例实现的其他和另外的示例实现。示例实现的范围由所附权利要求来确定。示例实现不限于所描述的示例实现、版本或示例，包括这些示例实现、版本或示例以使本领域普通技术人员能够在结合本领域普通技术人员可用的信息和知识时制作和使用示例实现。