AT13733U1 - accumulator - Google Patents

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AT13733U1
AT13733U1 ATGM50041/2013U AT500412013U AT13733U1 AT 13733 U1 AT13733 U1 AT 13733U1 AT 500412013 U AT500412013 U AT 500412013U AT 13733 U1 AT13733 U1 AT 13733U1
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Abstract

Vorrichtung zur Speicherung von Energie, umfassend einen Druckspeicher (1) mitkonstantem Volumen, eine mittels elektrischer Energie betreibbare Arbeitsmaschine (4) undeine Strömungsmaschine (7), wobei an die Strömungsmaschine (7) ein elektrischer Generator(9) koppelbar ist, wobei der Druckspeicher (1) mit einem Gasvordruck beaufschlagt ist, wobeizur Speicherung von Energie, mit der Arbeitsmaschine (4) eine Flüssigkeit in denDruckspeicher (1) einbringbar ist, während das Volumen des Druckspeichers (1) konstantbleibt, wobei die Strömungsmaschine (7) mit dem Druckspeicher (1) gekoppelt ist und zurErzeugung von elektrischer Energie die Flüssigkeit aus dem Druckspeicher (1) ablassbar ist,sodass die Strömungsmaschine (7) angetrieben wird.Device for storing energy, comprising a constant-pressure accumulator (1), a working machine (4) which can be operated by electrical energy, and a turbomachine (7), to which an electric generator (9) can be coupled to the turbomachine (7), the accumulator ( 1) is charged with a gas supply, wherein for storage of energy, with the working machine (4) a liquid in the pressure accumulator (1) can be introduced while the volume of the pressure accumulator (1) remains constant, wherein the turbomachine (7) with the pressure accumulator (1 ) is coupled and for the generation of electrical energy, the liquid from the pressure accumulator (1) is drainable, so that the turbomachine (7) is driven.

Description

österreichisches Patentamt AT13 733U1 2014-07-15Austrian Patent Office AT13 733U1 2014-07-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Vorrichtung zur Speicherung von Energie, umfassend einen Druckspeicher mit konstantem Volumen. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Speicherung von Energie, welche einen Druckspeicher umfasst, sowie ein Verfahren zum Regeln eines Stromnetzes. Schließlich betrifft die Erfindung die Verwendung einer Vorrichtung zur Speicherung von Energie zum Bereitstellen von Regelleistung.Description: The invention relates to a device for storing energy, comprising a pressure accumulator with constant volume. Furthermore, the invention relates to a method for operating a device for storing energy, which includes a pressure accumulator, and a method for controlling a power grid. Finally, the invention relates to the use of a device for storing energy for providing control power.

[0002] Druckluftspeicherkraftwerke sind Speicherkraftwerke, bei denen komprimierte Luft als Energiespeicher dient. Derzeit werden Druckluftspeicherkraftwerke primär zur Netzregelung wie beispielsweise für die Bereitstellung von Regelleistung eingesetzt. Bei Stromüberschuss wird nicht benötigte elektrische Energie dazu verwendet, Luft unter Druck zu setzen und in einen Speicher zu pumpen. Bei Strombedarf wird zur kurzfristigen Bereitstellung von elektrischer Energie diese Druckluft umgewandelt, indem die Druckluft eine Turbine antreibt, die mit einem elektrischen Generator gekoppelt ist.Compressed air storage power plants are storage power plants in which compressed air serves as energy storage. Currently compressed air storage power plants are primarily used for grid control such as for the provision of control power. When surplus power is not needed electrical energy is used to pressurize air and pump it into a memory. When power is required, this compressed air is converted to provide short-term electrical energy by the compressed air driving a turbine coupled to an electric generator.

[0003] Beim Verdichten der Luft zu Druckluft, wird eine erhebliche Wärmemenge freigesetzt, die bei Druckluftspeicherkraftwerken in der Regel ungenutzt bleibt. Während die Erwärmung im Druckluftspeicher durch Kühlung steuerbar ist und somit primär ein Problem des verschlechterten Wirkungsgrads in der Energiespeicherung darstellt, tritt bei der Dekompression der Druckluft, bei der meist eine Turbine angetrieben wird, der umgekehrte Effekt der Abkühlung aufgrund des bekannten Joule-Thomson-Effekts auf. Mit dieser Abkühlung geht meist eine Vereisung der Düse und der Turbinenschaufeln einher. Außerdem besitzt die - durch die Expansion stark abgekühlte - Luft ein verringertes Volumen, sodass der Volumenstrom reduziert wird. Insgesamt ist die Energieausbeute damit bei solchen Druckluftspeicherkraftwerken gering. So entstehen bei herkömmlichen Druckluftspeichern bei Kompression von Luft auf 100 bar Abwärme von rund 500 bis 600 °C, womit die Energieausbeute auf rund 16 % gemindert wird.When compressing the air to compressed air, a significant amount of heat is released, which remains unused in compressed air storage plants in the rule. While the heating in the compressed air reservoir is controllable by cooling and thus primarily represents a problem of deteriorated efficiency in energy storage occurs in the decompression of compressed air, in which usually a turbine is driven, the reverse effect of the cooling due to the known Joule-Thomson effect on. This cooling is usually accompanied by icing of the nozzle and the turbine blades. In addition, the air, which has cooled down considerably as a result of the expansion, has a reduced volume, so that the volume flow is reduced. Overall, the energy yield is low at such compressed air storage power plants. For example, in conventional compressed air accumulators, when air is compressed to 100 bar, waste heat of around 500 to 600 ° C is produced, which reduces the energy yield to around 16%.

[0004] Ein Ansatz, um den Wirkungsgrad von Druckluftspeicherkraftwerken zu verbessern, sind adiabatisch arbeitende Druckluftspeicherkraftwerke, die während der Kompression die entstehende heiße Luft, die auf bis zu 1000 °C erwärmt werden kann, über einen massereichen porösen Festkörperspeicher abkühlen und diese Energie Zwischenspeichern. Bei der Abarbeitung in der Expansionsphase der kalten expandierten Luft kann diese Energie vor Eintritt in die Turbine wieder zugeführt werden. Nachteilig für diese Anwendung ist, dass solche Speicherkraftwerke nur sehr kurzzeitig mit gutem Wirkungsgrad diese Energie Zwischenspeichern können, solange der Festkörperspeicher, der eine sehr große Masse besitzen muss, diesen Vorteil nicht durch Wärmeabstrahlung wieder einbüßt.One approach to improve the efficiency of compressed air storage power plants are adiabatically operating compressed air storage power plants that cool the resulting hot air during compression, which can be heated to up to 1000 ° C, a massive porous solid state memory and this energy caching. When working in the expansion phase of the cold expanded air, this energy can be fed back before entering the turbine. The disadvantage of this application is that such storage power plants can cache this energy only very briefly with good efficiency, as long as the solid state memory, which must have a very large mass, this advantage is not lost by heat radiation again.

[0005] Zur Kompensation der Abkühlung an der Turbine bei der Expansion der Druckluft ist ein bekannter Ansatz der, dass man mit der Druckluft eine Turbine nicht direkt antreiben lässt, sondern dass der Druckluft ein Brenngas wie z.B. Erdgas beigemengt wird. Dieses verdichtete Brenngas/Luftgemisch wird gezielt verbrennt, um eine Gasturbine anzutreiben. Diese Gasturbine treibt in weiterer Folge einen Generator an, der Strom erzeugt. Durch die Verbrennung des Brenngas/Luftgemischs wird der Energieausstoß erhöht und die Vereisung verhindert. Nachteilig an diesem Konzept ist der Umstand, dass durch den Einsatz eines fossilen Brennstoffs C02 in die Atmosphäre frei gesetzt wird. Außerdem ist ein solches Kraftwerk abhängig von der Versorgung mit dem fossilen Brennstoff.To compensate for the cooling of the turbine in the expansion of the compressed air, a known approach is that one does not drive a turbine directly with the compressed air, but that the compressed air is a fuel gas such. Natural gas is added. This compressed fuel gas / air mixture is selectively burned to drive a gas turbine. This gas turbine subsequently drives a generator that generates electricity. The combustion of the fuel gas / air mixture increases the energy output and prevents icing. A disadvantage of this concept is the fact that by using a fossil fuel C02 is released into the atmosphere. In addition, such a power plant is dependent on the supply of fossil fuel.

[0006] Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Speicherung von Energie sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung bereit zu stellen, bei dem Verluste bei der Energiespeicherung stark vermindert sind und der Wirkungsgrad entsprechend wirtschaftlichen Anforderungen erhöht wird. Gleichzeitig soll das Speicherkraftwerk klimaneutral sein und auch als Energielangzeitspeicher dienen können.The invention is an object of the invention to provide a device for storing energy and a method for operating such a device, in which losses in energy storage are greatly reduced and the efficiency is increased in accordance with economic requirements. At the same time the storage power plant should be climate-neutral and can also serve as an energy long-term storage.

[0007] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Speicherung von Energie gelöst, umfassend einen Druckspeicher mit konstantem Volumen, eine mittels elektrischer Energie betreibbare Arbeitsmaschine und eine Strömungsmaschine, wobei an die Strömungsmaschine ein elektrischer Generator koppelbar ist, wobei der Druckspeicher mit einem 1 /7 österreichisches Patentamt AT 13 733 Ul 2014-07-15According to the invention this object is achieved by a device for storing energy, comprising a pressure accumulator with a constant volume, a workable by electrical energy work machine and a turbomachine, wherein the turbomachine, an electric generator can be coupled, wherein the pressure accumulator with a 1 / 7 Austrian Patent Office AT 13 733 Ul 2014-07-15

Vordruck beaufschlagt ist, wobei zur Speicherung von Energie, mit der Arbeitsmaschine eine Flüssigkeit in den Druckspeicher einbringbar ist, während das Volumen des Druckspeichers konstant bleibt, wobei die Strömungsmaschine mit dem Druckspeicher gekoppelt ist und zur Erzeugung von elektrischer Energie die Flüssigkeit aus dem Druckspeicher ablassbar ist, so-dass die Strömungsmaschine angetrieben wird.Form is applied, wherein for storing energy, with the working machine a liquid in the pressure accumulator can be introduced while the volume of the pressure accumulator remains constant, wherein the turbomachine is coupled to the pressure accumulator and for generating electrical energy, the liquid is discharged from the pressure accumulator , so that the turbomachine is driven.

[0008] Ein Druckspeicher, dessen Volumen im Wesentlichen konstant bleibt, wird also mit einem Vordruck, der über dem Normaldruck (1 bar) liegt, beaufschlagt. Zur Speicherung von Energie wird in diesen vorgeladenen Druckspeicher zusätzlich eine Flüssigkeit eingebracht, indem der Druckspeicher über eine Leitung mit einer Arbeitsmaschine verbunden ist und die Arbeitsmaschine aus einem Flüssigkeitsreservoir, beispielsweise einem Wasserreservoir, Flüssigkeit in den Druckspeicher befördert. Der Druckspeicher ist ein gasdichter und flüssigkeitsdichter Behälter. Durch das zusätzliche Einbringen der Flüssigkeit steigt der vorhandene Druck im Druckspeicher an, sodass die gespeicherte potentielle Energie zunimmt. Bei einem Überschuss an elektrischer Energie kann so über die Arbeitsmaschine diese in potentielle Energie umgewandelt und gespeichert werden.An accumulator, the volume of which remains substantially constant, so with a form which is above the normal pressure (1 bar), applied. For storing energy, a liquid is additionally introduced into this preloaded accumulator by the accumulator is connected via a line to a machine and the machine from a liquid reservoir, such as a water reservoir, liquid in the accumulator transported. The accumulator is a gas-tight and liquid-tight container. Due to the additional introduction of the liquid, the existing pressure in the accumulator increases, so that the stored potential energy increases. If there is an excess of electrical energy, it can be converted into potential energy and stored via the working machine.

[0009] Falls elektrische Energie benötigt wird, kann aus dem Druckspeicher unter Druck stehende Flüssigkeit abgelassen werden und eine Strömungsmaschine antreiben. Diese ist an einen elektrischen Generator gekoppelt und erzeugt so elektrischen Strom, der in ein öffentliches Netz gespeist werden kann.If electrical energy is needed, can be discharged from the pressure accumulator pressurized fluid and drive a turbomachine. This is coupled to an electrical generator and thus generates electricity that can be fed into a public grid.

[0010] Im einfachsten Fall ist vorgesehen, dass die Arbeitsmaschine eine Pumpe aufweist.In the simplest case, it is provided that the working machine has a pump.

[0011] Weiters kann vorgesehen sein, dass die Strömungsmaschine eine Turbine aufweist. Typische Turbinen, wie beispielsweise Peltonturbine, Francisturbine etc. kommen in Frage.Furthermore, it can be provided that the turbomachine has a turbine. Typical turbines, such as Pelton turbine, Francis turbine, etc. come into question.

[0012] In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Arbeitsmaschine und die Strömungsmaschine eine Einheit bilden bzw. dass die Strömungsmaschine die Funktion der Arbeitsmaschine übernimmt. Ein Beispiel hiefür wäre ein Francisturbine, die sowohl als Pumpe als auch als Turbine betrieben werden kann.In one embodiment, it is provided that the working machine and the turbomachine form a unit or that the turbomachine takes over the function of the working machine. An example of this would be a Francis turbine, which can be operated both as a pump and as a turbine.

[0013] Die Vorrichtung kann einen an die Strömungsmaschine gekoppelten elektrischen Generator aufweisen. In einer weiteren Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Arbeitsmaschine sowohl die Funktion eines Generators als auch die eines Motors übernimmt. Die angekoppelte Strömungsmaschine kann in ihrer Bauart so ausgeführt sein, dass sie, je nach Flussrichtung der Flüssigkeit sowohl als Pumpe als auch, als Druck abbauende Turbine, funktioniert. Eine Umschaltung der Funktion erfolgt dabei durch einfaches Umschalten von Ventilen.The device may have a coupled to the turbomachine electrical generator. In a further embodiment, it is provided that the working machine assumes both the function of a generator and that of a motor. The coupled turbomachine may be designed in such a way that, depending on the flow direction of the liquid both as a pump and, as a pressure-reducing turbine works. A changeover of the function takes place by simply switching valves.

[0014] Im einfachsten Fall ist vorgesehen, dass der Druckspeicher mit Luft beaufschlagt ist. In einer Ausführungsvariante kann allerdings vorgesehen sein, dass der Druckspeicher nicht mit reiner Luft beschlagt ist, sondern mit einem Gas oder Gasgemisch, das bei einem bestimmten Überdruck und bei 23 °C vom gasförmigen in den flüssigen Aggregatzustand übergeht. Damit verringert es, bei gleich bleibendem Systemdruck sein Volumen und macht kontinuierlich Platz für weiter eingeleitetes flüssiges Arbeitsmedium. Im Idealfall sind solche Gase/Gasgemische vorgesehen, die bei 23 ‘C und Drücken von unter 30 bar, vorzugsweise unter 20 bar flüssig sind. Bevorzugt kommen dabei solche Gase/Gasgemische in Frage, die im flüssigen Zustand mit Wasser nicht mischbar oder nur wenig mischbar sind. In Frage kommen Gase, beispielsweise Propan, Butan oder Mischungen daraus.In the simplest case, it is provided that the pressure accumulator is acted upon with air. In one embodiment, however, it may be provided that the pressure accumulator is not beschlagt with pure air, but with a gas or gas mixture, which passes at a certain pressure and at 23 ° C from the gaseous to the liquid state. This reduces its volume while maintaining the same system pressure and provides continuous space for the further introduction of liquid working fluid. Ideally, such gases / gas mixtures are provided, which are liquid at 23 'C and pressures below 30 bar, preferably below 20 bar. Preference is given to those gases / gas mixtures in question, which are immiscible with water or only slightly miscible in the liquid state. In question are gases, for example propane, butane or mixtures thereof.

[0015] In einer weiteren Ausführung des kann die Druckbeaufschlagung mit einem Gas/Gas-gemisch erfolgen, welches mit einer flüssigen Phase im mischbar ist. Beispielsweise mit kann C02 in einem Mix von flüssigem und gasförmigen Aggregatzustand für die Aufrechterhaltung des Systemdruckes - in diesem Fall von 5,73MPa - verwendet werden. Die Volumensänderung zwischen beiden Aggregatzuständen des C02 beträgt 1:945. Durch die hohe Löslichkeit von C02 im Arbeitsmedium Wasser ist eine Trennung der beiden Medien beispielsweise durch eine gasdichte Folie in Form eines verformbaren Ballons, welches dicht abgeschlossen mit C02 gefüllt ist vorgesehen. Vorteilhaft in beiden zuletzt genannten Ausführungen ist der nahezu konstante Systemdruck in einem weiten Bereich des Füllzustandes des Speichers. 2/7 österreichisches Patentamt AT13 733U1 2014-07-15 [0016] Die oben gestellte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Speicherung von Energie gelöst, welche einen Druckspeicher umfasst, wobei zur Speicherung von Energie, eine Arbeitsmaschine, welche mit elektrischer Energie betrieben wird, eine Flüssigkeit in den Druckspeicher einbringt, während das Volumen des Druckspeichers konstant bleibt, sodass der Druck im Druckspeicher erhöht wird, wobei der Druckspeicher vor dem Einbringen der Flüssigkeit mit einem Gasdruck beaufschlagt ist, wobei zur Erzeugung von elektrischer Energie die Flüssigkeit aus dem Druckspeicher ausgelassen wird und dabei eine Strömungsmaschine antreibt, die mit einem elektrischen Generator gekoppelt ist.In a further embodiment of the pressurization can be carried out with a gas / gas mixture, which is miscible with a liquid phase. For example, C02 can be used in a mix of liquid and gaseous states to maintain system pressure - in this case 5.73 MPa. The volume change between the two aggregate states of the CO 2 is 1: 945. Due to the high solubility of CO 2 in the working medium water, a separation of the two media is provided for example by a gas-tight film in the form of a deformable balloon, which is tightly filled with C02. Advantageous in both latter embodiments is the almost constant system pressure in a wide range of the filling state of the memory. The above object is also achieved by a method for operating a device for storing energy, which comprises a pressure accumulator, wherein for storing energy, a working machine, which with electrical energy is applied, a liquid is introduced into the pressure accumulator, while the volume of the pressure accumulator remains constant, so that the pressure in the pressure accumulator is increased, wherein the pressure accumulator is subjected to the introduction of the liquid with a gas pressure, wherein for generating electrical energy, the liquid is discharged from the accumulator and thereby drives a turbomachine, which is coupled to an electric generator.

[0017] Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Gasdruck zumindest 10 bar, vorzugsweise zumindest 30 bar, besonders bevorzugt zumindest 50 bar bei 20 °C beträgt.It is preferably provided that the gas pressure is at least 10 bar, preferably at least 30 bar, more preferably at least 50 bar at 20 ° C.

[0018] Die Erfindung betrifft weiters die Verwendung einer Vorrichtung der zuvor genannten Art zum Bereitstellen von Regelleistung.The invention further relates to the use of a device of the aforementioned type for providing control power.

[0019] Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Regeln eines Stromnetzes, wobei bei einem Stromüberschuss potentielle Energie in einer Vorrichtung zur Speicherung von Energie der zuvor genannten Art gespeichert wird und wobei zum Bereitstellen von Regelleistung potentielle Energie aus der Vorrichtung in elektrischen Strom umgewandelt wird.In addition, the invention relates to a method for controlling a power network, wherein at a power surplus potential energy is stored in a device for storing energy of the aforementioned type and wherein to provide control power potential energy from the device is converted into electricity.

[0020] Die Regelleistung, auch als Reserveleistung oder unpräzise als Regelenergie bezeichnet, gewährleistet die Versorgung der Stromkunden mit genau der benötigten elektrischen Leistung bei unvorhergesehenen Ereignissen im Stromnetz. Dazu können kurzfristig Leistungsanpassungen bei regelfähigen Kraftwerken durchgeführt werden, schnell anlaufende Kraftwerke (z. B. Gasturbinenkraftwerke) gestartet oder Pumpspeicherkraftwerke eingesetzt werden. Alternativ können bestimmte Stromkunden mit Laststeuerung kurzfristig vom Netz getrennt werden.The control power, also referred to as reserve power or imprecise as control energy, ensures the supply of electricity customers with exactly the required electrical power in case of unforeseen events in the power grid. For this purpose, power adjustments can be carried out at regular power plants at short notice, fast-starting power plants (eg gas turbine power plants) can be started or pumped storage power plants can be used. Alternatively, certain power customers with load control can be disconnected from the grid at short notice.

[0021] In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der Druckspeicher nicht durch eine Pumpe aufgeladen wird. Es könnte beispielsweise der Druck von Wasser aus einem Wasserkraftwerk verwendet werden. Beispielsweise könnte der Druckspeicher über das Druckwasser aufgeladen werden und bei Bedarf dann Regelleistung abgeben.In one embodiment, it is provided that the pressure accumulator is not charged by a pump. For example, the pressure of water from a hydroelectric power station could be used. For example, the accumulator could be charged via the pressurized water and then release control power as needed.

[0022] Beispielsweise erfolgt bei einer 10 Stunden lang Aufladung (z.B 100kWh/Stunde) über das Druckwasser bei Bedarf dann eine Energieabgabe als Regelleistung von 1000 kWh innerhalb einer Stunde.For example, in the case of charging for 10 hours (for example, 100 kWh / hour) via the pressurized water, if necessary, energy is output as a control power of 1000 kWh within one hour.

[0023] Weitere Vorteile und Details der Erfindung werden nachfolgend näher erläutert.Further advantages and details of the invention will be explained in more detail below.

[0024] Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.Fig. 1 shows an embodiment of the invention.

[0025] Fig. 2 und 3 zeigen Ausführungsvarianten für den Druckspeicher.Fig. 2 and 3 show variants for the pressure accumulator.

[0026] Fig 1 zeigt schematisiert ein erfindungsgemäßes Speicherkraftwerk. Dieses umfasst einen Druckspeicher 1 mit konstantem Volumen, der beispielsweise ein Stollen in einem Berg sein kann. Der Druckspeicher 1 in Form eines Druckstollens ist gasdicht und flüssigkeitsdicht ausgebildet und wird vor Inbetriebnahme unter Druck gesetzt. Der Gasdruck ist abhängig von der statischen und dynamischen Belastbarkeit des Speicherraumes, beträgt aber bei 20°C bevorzugt zumindest 10 bar, idealerweise zumindest 50 bar.FIG. 1 schematically shows a storage power plant according to the invention. This comprises a pressure accumulator 1 with constant volume, which may for example be a tunnel in a mountain. The accumulator 1 in the form of a pressure stud is gas-tight and liquid-tight and is set before startup under pressure. The gas pressure is dependent on the static and dynamic load capacity of the storage space, but at 20 ° C. is preferably at least 10 bar, ideally at least 50 bar.

[0027] Weiters ist eine mittels elektrischer Energie betreibbare Arbeitsmaschine 4 vorgesehen, die über eine Leitung 3 den Druckspeicher 1 mit dem Flüssigkeitsreservoir 8 verbindet. Die Arbeitsmaschine 4 ist als Pumpe ausgebildet. Ist ein Überschuss an elektrischer Energie vorhanden, so pumpt zur Speicherung von Energie die Pumpe 4 Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsreservoir 8 in den Druckspeicher. Die Flüssigkeit ist im einfachsten Fall Wasser. Durch das Einbringen von Flüssigkeit 2 in den Druckspeicher steigt der Druck an und damit auch die potentielle Energie, während das Volumen des Druckspeichers konstant bleibt.Furthermore, a work machine 4 which can be operated by means of electrical energy is provided, which connects the pressure accumulator 1 to the liquid reservoir 8 via a line 3. The working machine 4 is designed as a pump. If there is an excess of electrical energy, the pump 4 pumps liquid from the liquid reservoir 8 into the pressure accumulator in order to store energy. The liquid is water in the simplest case. By introducing liquid 2 into the pressure accumulator, the pressure increases and thus also the potential energy, while the volume of the pressure accumulator remains constant.

[0028] Ebenfalls über die Leitung 3 ist der Druckspeicher 1 mit der Strömungsmaschine 7 gekoppelt, die wiederum an einen elektrischen Generator 9 gekoppelt ist. wobei die Strömungsmaschine 7 mit dem Druckspeicher 1 gekoppelt ist und zur Erzeugung von elektrischer Energie die Flüssigkeit aus dem Druckspeicher 1 abgelassen wird, sodass die Strömungsma- 3/7 österreichisches Patentamt AT13 733U1 2014-07-15 schine 7 angetrieben wird. Die Strömungsmaschine 7 kann eine Turbine, wie zum Beispiel eine Francis- oder Peltonturbine, sein. Über die Ventile 4, 6 wird der Zustrom und Abstrom aus dem Druckspeicher 1 geregelt.Also via line 3 of the pressure accumulator 1 is coupled to the turbomachine 7, which in turn is coupled to an electric generator 9. wherein the turbomachine 7 is coupled to the pressure accumulator 1 and for the generation of electrical energy, the liquid is discharged from the pressure accumulator 1, so that the flow is machine 7 driven 737U1 2014-07-15. The turbomachine 7 may be a turbine, such as a Francis or Pelton turbine. About the valves 4, 6 of the inflow and outflow from the accumulator 1 is controlled.

[0029] Fig. 2 zeigt einen Druckspeicher 1 mit einem vom Flüssigkeitsraum 2’ abgetrennten Gasraum. Eine solche Ausgestaltung bietet sich zum Beispiel bei ausgedehnten Druckspeichern 1 wie einem Hochdruck-Gasübertragungsnetz an. Ansonsten kann der Aufbau zum Beispiel dem von Fig. 1 entsprechen.FIG. 2 shows a pressure accumulator 1 with a gas space separated from the liquid space 2 '. Such a configuration lends itself, for example, to extended pressure accumulators 1, such as a high-pressure gas transmission network. Otherwise, the structure may correspond to that of FIG. 1, for example.

[0030] Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass anstelle einer Kompression von Luft von Normaldruck auf Speicherdruck beispielsweise 1:50 bis 1:100, bei der große Mengen Abwärme entstehen, der Druck nur beispielsweise 1:2 erhöht wird, und zwar in der Form, dass der Speicher erstmalig mit einem Vordruck von beispielsweise 50 bar ausgestattet wird und die Energiespeicherung über das Medium Wasser, das in diesen Vordruckspeicher eingepumpt wird, erfolgt. Die Abarbeitung der gespeicherten Energie erfolgt in umgekehrter Weise wieder über das flüssige Medium, vorzugsweise Wasser, in einer Turbine, beispielsweise Pelton-Turbine. Da bei der Abarbeitung anstelle eines expansionsfähigen und dadurch abkühlungsfähigem, gasförmigen Mediums eine inkompressible Flüssigkeit verwendet wird, kann auch keine Vereisung der Turbine erfolgen. Durch die, um den Faktor 770 höhere Dichte von Wasser, gegenüber Luft, ist auch die Turbinengröße, bei gleicher Ausgangsleistung deutlich kleiner, als bei einer Gasturbine mit gleichem Gewichstmenge Luft.The invention is based on the finding that instead of a compression of air from atmospheric pressure to storage pressure, for example, 1:50 to 1: 100, arise in the large amounts of waste heat, the pressure is increased only for example 1: 2, in the form that the memory for the first time with a form of, for example, 50 bar is equipped and the energy storage via the medium of water, which is pumped into this form memory. The processing of the stored energy takes place in the reverse manner again via the liquid medium, preferably water, in a turbine, for example a Pelton turbine. Since during processing an incompressible liquid is used instead of an expandable and thus cooled, gaseous medium, no icing of the turbine can take place. Due to the factor of 770 higher density of water, compared to air, the turbine size, with the same output power is much smaller than a gas turbine with the same weight air.

[0031] Als Speicher für die Druckspeicherung (Aufrechterhaltung und Konstanthaltung des Systemdruckes) kann auch ein öffentliches Netz, wie z.B. das Hochdruck- Gasübertragungsnetz, das in Deutschland 144 000 km lang ist und flächendeckend verfügbar ist, verwendet werden und für ein erfindungsgemäßes Speicherkraftwerk eingesetzt werden. In diesem Fall ist nur mehr ein druckfester Raum für den Wasserbehälter zu installieren. Der Energieaustausch erfolgt dabei für das Gasnetz energieneutral, da das Einbringen des Speichermediums Wasser gleichzusetzen ist mit „Aufladen“ und das Abarbeiten der Wassermenge mit „Entladen“. Der Vorteil ist, dass im Vergleich des Volumens des Gasnetzes zu den Wasserspeichern ein um viele Potenzen höheres Volumen-Verhältnis besteht, daher der Druck konstant bleibt und kein zusätzliches Raumvolumen für die Druckreserven bereit gestellt werden muss.As a memory for the pressure storage (maintenance and maintenance of the system pressure) can also be a public network, such. the high-pressure gas transmission network, which is 144 000 km long in Germany and is widely available, can be used and used for a storage power plant according to the invention. In this case, only a pressure-resistant space for the water tank to install. The energy exchange takes place for the gas network energy neutral, since the introduction of the storage medium water is equivalent to "charging" and the execution of the amount of water with "unloading". The advantage is that compared to the volume of the gas network to the water reservoirs by many powers higher volume ratio, therefore, the pressure remains constant and no additional volume of space for the pressure reserves must be provided.

[0032] Fig. 3 zeigt einen Druckspeicher 1 mit einem Flüssigkeitsraum 2 und einem ballonförmigen Folienbehältnis 11 in dem beispielsweise C02 in gasförmigem 13 und flüssigem 12 Aggregatzustand die Aufrechterhaltung eines konstanten Systemdruckes, beispielsweise 5,73Mp ermöglicht. Ansonsten kann der Aufbau zum Beispiel dem von Fig. 1 entsprechen. 4/7Fig. 3 shows a pressure accumulator 1 with a liquid space 2 and a balloon-shaped film container 11 in which, for example, C02 in gaseous 13 and liquid 12 state of aggregation, the maintenance of a constant system pressure, for example 5.73Mp allows. Otherwise, the structure may correspond to that of FIG. 1, for example. 4.7

Claims (10)

österreichisches Patentamt AT13 733U1 2014-07-15 Ansprüche 1. Vorrichtung zur Speicherung von Energie, umfassend einen Druckspeicher (1) mit konstantem Volumen, eine mittels elektrischer Energie betreibbare Arbeitsmaschine (4) und eine Strömungsmaschine (7), wobei an die Strömungsmaschine (7) ein elektrischer Generator (9) koppelbar ist, wobei der Druckspeicher (1) ein ballonförmiges Folienbehältnis (11) aufweist und mit einem Gasvordruck beaufschlagt ist, wobei zur Speicherung von Energie, mit der Arbeitsmaschine (4) eine Flüssigkeit in den Druckspeicher (1) einbringbar ist, während das Volumen des Druckspeichers (1) konstant bleibt, wobei die Strömungsmaschine (7) mit dem Druckspeicher (1) gekoppelt ist und zur Erzeugung von elektrischer Energie die Flüssigkeit aus dem Druckspeicher (1) ablassbar ist, sodass die Strömungsmaschine (7) an-treibbar ist.Austrian Patent Office AT13 733U1 2014-07-15 Claims 1. An apparatus for storing energy, comprising a pressure accumulator (1) with constant volume, a working machine (4) which can be operated by means of electrical energy and a turbomachine (7), wherein the turbomachine (7 ), an electrical generator (9) can be coupled, wherein the pressure accumulator (1) has a balloon-shaped film container (11) and is acted upon with a gas pressure, wherein for storing energy, with the working machine (4) a liquid in the pressure accumulator (1) can be introduced while the volume of the pressure accumulator (1) remains constant, wherein the turbomachine (7) is coupled to the pressure accumulator (1) and for generating electrical energy, the liquid from the pressure accumulator (1) can be discharged, so that the turbomachine (7 ) is drivable. 2. Speicherkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmaschine (4) eine Pumpe aufweist.2. storage power plant according to claim 1, characterized in that the working machine (4) comprises a pump. 3. Speicherkraftwerk nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsmaschine (7) eine Turbine aufweist3. storage power plant according to claim 1 or claim 2, characterized in that the turbomachine (7) comprises a turbine 4. Speicherkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmaschine (4) und die Strömungsmaschine (7) eine Einheit bilden bzw. dass die Strömungsmaschine (7) die Funktion der Arbeitsmaschine (4) übernimmt.4. storage power plant according to one of claims 1 to 3, characterized in that the working machine (4) and the flow machine (7) form a unit or that the turbomachine (7) assumes the function of the working machine (4). 5. Speicherkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (1) mit einem bei überkritischen Druck verflüssigbarem Gas beaufschlagt ist.5. storage power plant according to one of claims 1 to 4, characterized in that the pressure accumulator (1) is acted upon by a liquefiable at supercritical pressure gas. 6. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Speicherung von Energie, welches einen Druckspeicher (1) umfasst, wobei zur Speicherung von Energie, eine Arbeitsmaschine (4), welche mit elektrischer Energie betrieben wird, eine Flüssigkeit in den Druckspeicher (1) einbringt, während das Volumen des Druckspeichers (1) konstant bleibt, sodass der Druck im Druckspeicher (1) erhöht wird, wobei der Druckspeicher (1) vor dem Einbringen der Flüssigkeit mit einem Gasvordruck beaufschlagt ist, wobei zur Erzeugung von elektrischer Energie die Flüssigkeit aus dem Druckspeicher (1) ausgelassen wird und dabei eine Strömungsmaschine (7) antreibt, die mit einem elektrischen Generator (9) gekoppelt ist.6. A method for operating a device for storing energy, which comprises a pressure accumulator (1), wherein for storing energy, a working machine (4), which is operated with electrical energy, introduces a liquid into the pressure accumulator (1) during the volume of the pressure accumulator (1) remains constant, so that the pressure in the pressure accumulator (1) is increased, wherein the pressure accumulator (1) is subjected to a gas supply pressure prior to introduction of the liquid, wherein for generating electrical energy, the liquid from the accumulator ( 1) is discharged while a turbomachine (7) drives, which is coupled to an electric generator (9). 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasvordruck zumindest 10 bar, vorzugsweise zumindest 30 bar, besonders bevorzugt zumindest 50 bar beträgt.7. The method according to claim 6, characterized in that the gas pre-pressure is at least 10 bar, preferably at least 30 bar, more preferably at least 50 bar. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (1) mit einem, bei überkritischen Druck verflüssigbarem Gas beaufschlagt ist.8. The method according to any one of claims 6 or 7, characterized in that the pressure accumulator (1) is acted upon by a liquefiable at supercritical pressure gas. 9. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Bereitstellen von Regelleistung.9. Use of a device according to one of claims 1 to 4 for the provision of control power. 10. Verfahren zum Regeln eines Stromnetzes, wobei bei einem Stromüberschuss potentielle Energie in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gespeichert wird und wobei zum Bereitstellen von Regelleistung potentielle Energie aus einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in elektrischen Strom umgewandelt wird. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 5/710. A method for controlling a power network, wherein in a power surplus potential energy is stored in a device according to one of claims 1 to 4 and wherein for providing control power potential energy from a device according to any one of claims 1 to 4 is converted into electric power. For this 2 sheets drawings 5/7
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