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Hochdruckdampfspeicher mit Wasserfüllung.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochdruckdampfspeicheranlage mit Wasserfüllung, der Dampf unter Druckabfall zum Antrieb einer Kraftmaschine entnommen wird. Die Anlage wird durch von elektrischem Strom erzeugte Wärme aufgeladen. Derartige Speicheranlagen dienen dazu, billigen elektrischen Strom, der insbesondere bei Nacht anfällt, in Form von Wärme zu speichern und die aufgespeicherte Energie zu Zeiten grossen Kraftbedarfes oder in Zeiten, in denen die Stromerzeugung hohe Kosten verursacht, zur Krafterzeugung zu verwenden.
Die Erfindung besteht darin, dass ein Wärmeaustauseher, der durch die mittels elektrischen Stromes erzeugte Wärme beheizt wird, durch eine Zuflussleitung mit dem Wasserraum des Speichers und durch eine Abflussleitung ebenfalls mit dem Wasserraum des Wärmespeichers verbunden ist und dass die Speiseleitung, durch die der Anlage während des Betriebes Speisewasser zugeführt wird, in die zum Wärmeaustauscher führende Zuflussleitung oder in den Wärmeaustauscher mündet. Durch diese Massnahme wird eine rasche und zweckentsprechende Aufladung der Speicheranlage ermöglicht. Besonders zweckmässig ist die Erfindung für Speicheranlagen, denen Dampf zum Antrieb einer Kraftmaschine entnommen wird.
In diesem Falle ist es von besonderem Vorteil, den Speicher für einen Höchstdruck von 60 atü oder darüber zu bemessen, an den Speicher eine normale Frischdampfmaschine anzuschliessen und in der Entladeleitung des Speichers ein Drosselventil anzuordnen, durch das der Druck des Speicherdampfes auf den annähernd gleichbleibenden Eintrittsdruck der Kraftmaschine herabgedrosselt wird, wodurch nicht nur das Speichervermögen der Anlage wesentlich vergrössert wird, sondern sich auch eine einfache Bauart der Kraftmaschine ergibt.
Bei den bekannten Speicheranlagen, die mittels elektrischen Strom aufgeladen und denen Dampf zum Antrieb einer Kraftmaschine entnommen wurde, war der Höchstdruck des Speichers 15 alu.
Der tiefste Druck, bis zu dem eine solche Speicheranlage entladen wurde, betrug etwa 0-5-3 als.
Infolge des Druckabfalles wurden Turbinen mit mehreren Einlässen verwendet und der Speicherdampf mit fortschreitender Entladung in Turbinenstufen niedrigeren Druckes eingeführt.
Diese Anlagen haben einen verhältnismässig geringen Wirkungsgrad von etwa 15 bis 18%, so dass zur Gewinnung von 1 kWh aufgespeicherten Stromes etwa 6-7 kWh zur Ladung der Speicheranlage notwendig sind.
Es ist nun vorgeschlagen worden, den Wirkungsgrad derartiger Anlagen dadurch zu heben, dass der Abdampf der Turbinen nicht in einem Kondensator niedergeschlagen, sondern einem Niederdruckspeicher zugeführt wird. Die Aufladung derartiger Anlagen soll dann in der Weise vor sich gehen, dass mit Hilfe eines durch einen Elektromotor angetriebenen Kompressors Dampf aus dem Unterspeicher komprimiert und dem Oberspeicher zugeführt wird. Derartige Anlagen haben zwar einen besseren Wirkungsgrad, da der Wärmeverlust durch das Kühlwasser vermieden wird, ihre Anschaffungskosten sind aber durch das Hinzukommen des Kompressors des Unterspeichers und anderer Teile erheblich teurer als die oben geschilderten Anlagen. Ausserdem ist der Betrieb und die Regelung einer Speicheranlage mit Kompressor äusserst kompliziert.
Die Erfindung bezweckt nun, den Wirkungsgrad der Speicherung von elektrischem Strom mit Hilfe von Dampfspeichern zu verbessern und gleichzeitig die Anschaffungskosten zu verringern.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Speicheranlage für einen Höchstdruck von über 60 Atm. bemessen wird. Die Speicherung wird also in das Hochdruckgebiet verlegt und damit zur Lösung der vorliegenden Aufgabe ein vollkommen neuer Weg beschritten.
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z. B. eine Heisswasserheizung, abgegeben wird. Sehr zweckmässig ist es auch, das in die Speicheranlage zurückzuspeisende Wasser durch Anzapfdampf der Kraftmaschine vorzuwärmen.
Es kann ferner vorteilhaft sein, die durch den elektrischen Strom erzeugte Wärme auf das Speicherwasser mit Hilfe einer Flüssigkeit zu übertragen, die einen hohen Siedepunkt besitzt. Das hat den Vorteil, dass der Durchlauferhitzer geringeren Drücken ausgesetzt ist, wodurch sich eine einfachere Konstruktion ergibt.
In den Fig. -4 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. In Fig. 2 ist der Hoch- druckspeicher mit 1, die Dampfturbine mit 2 bezeichnet. In dem Durchlauferhitzer 3 wird das Speicherwasser durch den elektrischen Strom erhitzt. In der Falleitung 4 und in der Steigeleitung 5 stellt sich ein selbsttätiger Wasserumlauf ein. Durch die Pumpe 6 wird Wasser in den Speicherkreislauf gepumpt.
Um Pumpenarbeit zu sparen, kann das Wasser nach Beendigung der Entladung auf einmal in den
Speicher gepumpt werden. Es ist aber auch möglich, die Wasserzufuhr durch das Ventil 7 während der Ladeperiode zu regeln. In diesem Falle wird zweckmässigerweise in der Leitung 4 ein Rückschlagventil vorgesehen.
Fig. 3 stellt eine Anlage dar, bei der der Turbinendampf zur Heisswassererzeugung entnommen wird. Es sind zwei Speicherbehälter 11, 12 vorhanden. Der Ladekreislauf der Speicheranlage führt über die Leitungen 13, 14, die Pumpe 15, das Regelventill6, den Durchlauferhitzer 17 und die Leitung 18.
Von dem Speicher 11 aus wird durch Dampfabgabe der Speicher 12 aufgeladen. Die Dampfentnahme findet über das Reduzierventil 19 und den Überhitzer 20 statt. Von hier aus strömt der Dampf in die Turbinen 21. An die Turbinen ist ein Oberflächenvorwärmer 22 und ein Mischvorwärmer 23 angeschlossen. Das warme Wasser wird durch die Pumpe 24 in die Vorlaufleitung 25 gedrückt. Die Rücklaufleitung ist mit 26 bezeichnet. Zwischen Vorlauf- und Rücklaufleitung ist ein Speicher 27 eingeschaltet. Das anzuwärmende Wasser wird durch die Pumpe 28 entnommen, die zweckmässigerweise von der Temperatur des erwärmten Wassers hinter dem Vorwärmer 23 geregelt wird.
Von der Vorlaufleitung 25 führt eine Leitung 29 in den Speieherkreislauf. Durch diese Leitung wird das Wasser in das Speichersystem eingeführt. Die Absperrventile 30 und 21 sind dabei wechselweise geschlossen bzw. geöffnet.
In Fig. 4 ist die Speicheranlage 41, 42 in ähnlicher Weise ausgeführt wie in Fig. 3. Zur Aufladung der Speicheranlage wird eine Flüssigkeit von hohem Siedepunkt verwendet, die durch die Pumpe 43 im Kreislauf zwischen dem Erhitzer 44 und dem Speicher-M geführt wird. In der Rücklaufleitung ist ein Ausgleichbehälter 45 vorgesehen. Die Ladung kann durch das Ventil 46 geregelt werden.
Statt wie in Fig. 4 dargestellt, die Heizfläche innerhalb des Speichers 41 unterzubringen, ist es auch möglich, das Wasser des Speichers 41 in einem Vorwärmer ausserhalb des Speichers zu erhitzen, durch den einerseits das Speicherwasser und anderseits die schwersiedende Flüssigkeit strömt.
Flüssigkeiten von hohem Siedepunkt können auch dazu verwendet werden, den Speicherdampf zu überhitzen oder zusätzlich zu der in Fig. 4 innerhalb des Speichers 41 vorgesehenen Überhitzung noch höhere Temperaturen zu erreichen.
Zu diesem Zwecke kann in dem Beispiel nach Fig. 4 eine Wärmeaustausehvorriehtung in der Leitung 47 vorgesehen werden. Es kann auch zweckmässig sein, wenn der Speicherdampf durch eine schwersiedende Flüssigkeit überhitzt werden soll, diese Flüssigkeit in einem besonderen Behälter aufzuspeichern. Der Speicher kann an der Leitung 47 angeschlossen sein und gleichzeitig das Ausgleichsgefäss 45 ersetzen.
Schliesslich ist eine weitere Vereinfachung der Anlage dadurch möglich, dass der Vorwärmer, der das Speicherwasser während der Aufladung erhitzt, während der Entladung zur Überhitzung des Speicherdampfes dient.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Hochdruckdampfspeicher mit Wasserfüllung, der mittels einer elektrischen Heizeinrichtung aufgeladen und dem Dampf unter Druckabfall entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeaustauscher (3), der durch die mittels elektrischen Stromes erzeugte Wärme beheizt wird, durch eine Zuflussleitung (4) mit dem Wasserraum des Wärmespeicher (1) und durch eine Abflussleitung (6) ebenfalls mit dem Wasserraum des Wärmespeicher (1) verbunden ist und dass die Speiseleitung, durch die der Anlage während des Betriebes Speisewasser zugeführt wird, in die zum Wärmeaustauscher (3) führende Zuflussleitung (4)
oder in den Wärmeaustauscher (3) mündet (Fig. 2).