CZ35117U1 - Horkovodní akumulátor s elektrickým ohřevem a zapojení pro akumulaci energie obsahující tento horkovodní akumulátor - Google Patents

Description

Horkovodní akumulátor s elektrickým ohřevem a zapojení pro akumulaci energie obsahující tento horkovodní akumulátor

Oblast techniky

Zařízení představuje horkovodní akumulátor pro akumulaci elektrické energie ohřevem horké vody s následným využitím akumulované energie pro kogenerační dodávku elektřiny a tepla, tedy pro její pozdější využití v souvislosti s poskytováním záporných i kladných služeb, jeho zapojení a způsobu akumulace elektrické energie.

Dosavadní stav techniky

V současné době je známa celá řada systémů pro akumulaci elektrické energie, jedním z nich je i systém mechanické akumulace, kam patří např. přečerpávací elektrárny, setrvačníky, systémy s akumulací elektřiny do tlakového vzduchu a systémy s akumulací elektřiny do horké vody, které využívají pro akumulaci horkovodní akumulátory. Mezi posledně jmenované spadá svou podstatou i horkovodní akumulátor, který bude popsán níže.

Obecně lze systémy s horkovodním akumulátorem, z hlediska jejich využití, rozdělit na systémy, které lze využít jen pro poskytování záporných služeb, což znamená, že zařízení umožňuje pouze akumulaci přebytků elektřiny z distribuční sítě do tepelné energie pracovního média, většinou do vody o nízkém tlaku, např. 1 MPa, přičemž tuto akumulovanou elektřinu lze využít jen pro dodávku tepla, ale nelze ji, vzhledem k nízkému tlaku, transformovat zpět na elektřinu a zajistit tak dodávku špičkové elektřiny z akumulace zpět do distribuční sítě.

Nebo na systémy, které lze využít jak pro poskytování záporných služeb, tak i k poskytování kladných služeb, což znamená, že elektřina je akumulována do vysokotlaké horké vody, např. o tlaku vyšším než 4 MPa, takže ji lze využít i pro zpětnou výrobu elektřiny, optimálně pak pro kogenerační výrobu elektřiny a tepla.

Do první skupiny s poskytováním jen záporných služeb lze zařadit dnes komerčně využívané elektrodové kotle, které využívají přebytečnou elektřinu v distribuční síti k ohřevu vody mezi elektrodami. V elektrodovém kotli se takto ohřátá voda o nízkém tlaku využívá pro přímou dodávku tepla, např. do systémů centrálního zásobování teplem (CZT) nebo se takto ohřátá voda využívá v systémech CZT pro časově odloženou dodávku tepla, v těchto případech je systém CZT vybaven zásobníkem (akumulátorem) horké vody a horká voda vyrobená v elektrodovém kotli se skladuje v tomto akumulátoru. Samotný elektrodový kotel neslouží jako zásobník (akumulátor) horké vody.

Do druhé skupiny s poskytováním záporných i kladných služeb lze zařadit např. systémy podle patentu CZ 307966, kde se v horkovodním akumulátoru skladuje horká voda o vysokém tlaku ohřátá vně akumulátoru, která se u provedení podle uvedeného CZ patentu ohřívá ve výměníku kompresním teplem kompresoru, který akumuluje elektřinu do tlakového vzduchu, ale může se v něm skladovat i horká voda ohřátá jiným způsobem, pokud bude zachován její vysoký tlak.

Zpětná výroba elektřiny z akumulované energie je zajištěna tak, že horká voda o vysokém tlaku je vedena do tlakového expandéru, v němž se při snížení tlaku vody z menšího množství přivedené horké vody generuje sytá pára, která je vedena na parní turbínu pro výrobu elektřiny, a z větší části přivedené horké vody je v expandéru získána horká voda o nižší teplotě, která je pak využívána pro dodávku tepla v systému CZT.

Jsou známy i elektrokotle, u nichž je elektřina využívána k výrobě technické páry, např. v potravinářském průmyslu nebo ve zdravotnictví, tato zařízení mají většinou malý výkon a jejich

- 1 CZ 35117 UI cílem není akumulace přebytků elektřiny z distribuční sítě, ale spotřeba elektřiny je závislá na požadovaném množství vyráběné páry.

Elektřina k ohřevu vody s výrobou syté páry je využívána i u jaderných elektráren, a to u kompenzátorů objemu, u nichž se vyrobená pára využívá pro regulaci tlaku v systému parogenerátoru. I v tomto případě není cílem odebíranou elektřinu ze sítě akumulovat, ale spotřeba elektřiny se řídí podle regulace tlaku páry.

Při akumulaci elektřiny v horké vodě jsou pro její skladování (akumulaci) využívány tlakové akumulátory, které jsou provedené jako nádoby většinou opatřené systémem různých vestaveb většinou upravujících přívod a odvod vody tak, aby byla zajištěna co nejmenší intenzita míšení horké a studené vody jak při jeho nabíjení (plnění) horkou vodou, tak i při jeho vybíjení (vyprazdňování), když je horká voda vytlačována studenou vodou. S výhodou se pro takový akumulátor horké vody může použít i zásobník pro uskladňování tekutin podle UV 33525. Takový akumulátor horké vody je proveden jako tlaková nádoba opatřená elastickým vakem, který je uchycený na svém volném konci k vnitřnímu povrchu nádoby uprostřed její výšky, přičemž dno elastického vaku se při plnění nebo vyprazdňování nádoby pohybuje spolu s rozhraním horké a studené vody a zabraňuje tak míšení obou kapalin.

Jsou známy i horkovodní akumulátory s elektrickým ohřevem pomocí vodorovných topných článků umístěných ve spodní části akumulátoru, např. podle UV 34399 (CZ PUV 2020-37771).

Výše uvedené systémy zajišťují výrobu horké vody ohřevem elektrickým proudem, ale jejich řízení není zaměřené na akumulaci elektřiny a pro akumulaci se nevyužívají. Nebo se jedná o systémy zapojené jako elektrodové kotle, které lze využít pro akumulaci elektřiny, ale vzhledem k nižšímu tlaku vody jsou určeny jen pro poskytování záporných služeb, tedy jen pro odběr přebytečné elektřiny ze sítě.

Nebo to jsou zásobníky (akumulátory) vysokotlaké vody s externím ohřevem vody, které ve spojení se systémem expandérů horké vody umožňují i zpětnou výrobu elektřiny z akumulované energie v horké vodě, ale nelze je využít pro poskytování záporných služeb, tedy pro odběr přebytečné elektřiny ze sítě.

Popsaný elektrodový kotel umožňuje jen akumulaci přebytečné elektřiny ze sítě do horké vody o nízkém tlaku, jenže horkou vodu lze využít jen pro dodávku tepla, ale nelze ji využít pro zpětnou výrobu elektřiny.

Popsané zásobníky (akumulátory) umožňují ve spojení se systémem expandérů zpětnou výrobu elektřiny z akumulace (poskytování kladných služeb), ale samy, jako takové, nezajistí akumulaci přebytečné elektřiny ze sítě, tedy poskytování záporných služeb.

Uvedené horkovodní akumulátory s elektrickým ohřevem pomocí vodorovného topného článku většího výkonu, např. 5MWe, musí mít průměr větší, než je topná délka topného článku, přičemž při zvětšujícím se průměru se zvětšuje tloušťka stěny a hmotnost, a tedy i cena akumulátoru.

Podstata technického řešení

Předmětem řešení je provedení a zapojení vysokotlakého horkovodního akumulátoru s elektrickým ohřevem pomocí svislých odporových prvků.

Vnitřní prostor akumulátoru je rozdělený na dvě komory, pomocnou a ohřívací, přičemž v pomocné komoře je zabudovaný vnitřní plášť, který je upevněn na úchyt dělícího vaku a má stejný průměr jako je vnitřní průměr tohoto úchytu dělícího vaku a v ohřívací komoře je upravený zúžený vnitřní plášť, který je ve své horní části připevněný na spodní část úchytu dělícího vaku

-2 CZ 35117 UI a směrem k dolní části akumulátoru se zužuje na menší průměr, než je vnitřní průměr úchytu dělícího vaku, avmezikruží mezi vnitřní stěnou nádoby akumulátoru a vestavěným vnitřním pláštěm jsou rovnoměrně rozmístěny nejméně dva svislé elektrický ohřívače.

Zapojení horkovodního akumulátoru dále zahrnuje oběhové čerpadlo, jehož první vstup je připojen přes uzavíratelnou armaturu prvního vstupu oběhového čerpadla k hlavnímu hrdlu pomocné tekutiny a druhý vstup je připojený přes uzavíratelnou armaturu druhého vstupu oběhového čerpadla k výše zaústěnému pomocnému hrdlu.

Dále je důležité, že první výstup oběhového čerpadla je přes uzavíratelnou armaturu prvního výstupu oběhového čerpadla připojen k výše zaústěnému pomocnému hrdlu a druhý výstup je přes uzavíratelnou armaturu druhého výstupu oběhového čerpadla připojen k níže zaústěnému pomocnému hrdlu.

Rovněž je podstatné, že první výstup napájecího čerpadla je připojen přes uzavíratelnou armaturu prvního výstupu k hlavnímu hrdlu pomocné tekutiny a druhý výstup je připojený přes uzavíratelnou plnící armaturu k hlavnímu hrdlu pro přívod/vytlačení vody pro ohřev.

A dále je podstatné to, že první vstup napájecí nádrže je přes uzavíratelnou vypouštěcí armaturu připojen k hlavnímu hrdlu pro přívod/vytlačení vody pro ohřev a druhý vstup do napájecí nádrže je přes uzavíratelnou armaturu připojený k hlavnímu hrdlu pomocné tekutiny.

Objasnění výkresů

Zařízení je ilustrováno následujícími obrázky, kde je/jsou:

na obr. 1 znázorněná soustava horkovodního akumulátoru s elektrickým ohřevem připojeného přes expandér horké vody a přehřívák páry ke vstupu do kondenzačního dílu tříhřídelové parní turbíny;

na obr. 2 znázorněná nádoba horkovodního akumulátoru se svislým elektrickým ohřívačem pro elektrický ohřev tekutiny s dělícím vakem uchyceným uprostřed mezi horním a spodním opěrným roštem;

na obr. 3 znázorněné zapojení nádoby horkovodního akumulátoru se svislým elektrickým ohřívačem k oběhovému čerpadlu, nádrži napájecí vody a k expandéru; a na obr. 4 až 8 znázorněné hlavní provozní stavy horkovodního akumulátoru, přičemž na obr. 4 je uvedené zapojení akumulátoru ve fázi prvního plnění studenou tekutinou, na obr. 5 je zapojení při výchozím stavu ke krátkodobé akumulaci elektřiny, na obr. 6 je zapojení při krátkodobé akumulaci, na obr. 7 je uvedené zapojení pro dosažení maximální kapacity akumulace a na obr. 8 je zapojení pro vybíjení horkovodního akumulátoru s elektrickým ohřevem.

Příklady uskutečnění technického řešení

V příkladném provedení je elektrická energie přeměněna na tepelnou energii ohřevem vody a později při nedostatku elektřiny je zpětně transformována tepelně akumulovaná energie na energii elektrickou ateplo. Tato transformace je provedena pomocí soustavy znázorněné na obr. 1, kde je využita sytá pára vyrobená v expandéru 15 jako přídavná energie pro výrobu elektřiny v parní turbíně parního turbogenerátoru 17 elektrárny, a to ve třetím kondenzačním dílu 18 parní turbíny, jehož výstup je připojený ke kondenzátoru 20. Jedno příkladné provedení je provedeno méně efektivně se zapojením pouze výstupu syté páry z expandéru 15 do třetího kondenzačního dílu 18 parní turbíny parního turbogenerátoru 17 pro výrobu přídavku elektřiny a v tom případě se

-3 CZ 35117 UI kondenzát z expandéru 15 dále nevyužívá. Energeticky výrazně výhodnější je především využití druhého příkladného provedení, ve kterém je i kondenzát z expandéru 15 zapojený do soustavy pro dodávku tepla, takže akumulovaná energie je využita pro kogenerační výrobu elektřiny a tepla.

Soustava pro akumulaci elektřiny do horké vody a pro její transformaci zpět na elektrickou energii zahrnujíce horkovodní akumulátor a zapojení vysokotlakého horkovodního akumulátoru s elektrickým ohřevem přes hlavní hrdlo 5 pro přívod/vytlačení vody pro ohřev v akumulátoru nebo využití přes uzavíratelnou horkovodní armaturu 14 k parnímu generátoru 37 zahrnujícímu expandér 15 pro expanzi horké vody na sytou páru a přehřívák 16. který má svůj výstup přehřáté páry opatřený uzavíratelnou armaturou 35 výstupu přehřáté páry připojitelný k parní turbíně parního turbogenerátoru 17 elektrárny s elektrickým generátorem 19. Horkovodní akumulátor zahrnuje nádobu 1 akumulátoru, uvnitř, které je umístěn alespoň jeden svislý elektrický ohřívač 4.

Uvedená soustava je v dalším příkladném provedení rozšířena tak, že zahrnuje elektrárnu s parním turbogenerátorem 17 s parní turbínou sestávající se z prvního dílu 38 parní turbíny, druhého dílu 39 parní turbíny a třetího kondenzačního dílu 18 parní turbíny, které jsou spolu s elektrickým generátorem 19 připojeny k převodovce 21, kde přehřívák 16 syté vodní páry je připojen ke vstupu do třetího kondenzačního dílu 18 parní turbíny, která jev tomto případě tříhří dělová, a svislý elektrický ohřívač 4 je připojen k nenaznačené elektrické distribuční síti a soustava obsahuje nenaznačený řídicí systém pro zajištění stability elektrické distribuční sítě, ke které je také připojen generátor elektřiny 19. Parní elektrárnou je s výhodou teplárna spalující např. uhlí, plyn nebo biomasu či alternativní paliva včetně spalitelné části odpadů, vybavená elektrickým generátorem 19 a systémem pro dodávku tepla, která využívá transformaci energie např. spalováním paliva k výrobě páry hnané do parní turbíny.

V příkladném provedení podle obr. 1 parní turbogenerátor 17. připojený ke zdroji páry z nenaznačeného ZEVO (zařízení pro energetické využití odpadu), pracuje samostatně, nezávisle na provozu horkovodního akumulátoru s elektrickým ohřevem, při jeho nabíjení, tedy při odběru přebytečné elektřiny z distribuční sítě. Stejně tak horkovodní akumulátor ve fázi nabíjení, tedy odběru přebytečné elektřiny z distribuční sítě, pracuje nezávisle na provozu ZEVO, tedy parního turbogenerátoru 17. Horkovodní akumulátor je k parnímu turbogenerátoru 17 připojený přes parní generátor 37.

Horkovodní akumulátor spolu s parním generátorem 37 spolupracuje s parním turbogenerátorem 17 pouze při vybíjení akumulátoru, tedy při využití akumulované energie k výrobě elektřiny, a to tak, že turbogenerátor 17 zpracovává veškerou páru dodávanou ze ZEVO i páru dodanou z horkovodního akumulátoru, takže se zvýší výroba elektřiny. Při využití akumulované energie z akumulátoru nedochází ke změně odběru páry ze ZEVO do parního turbogenerátoru 17, takže nedochází ke změně výkonu ZEVO, výkon ZEVO se i při připojení akumulátoru dále řídí podle množství dodaného odpadu ke spálení.

Vysokotlaká horká voda, např. 4MPa a 250 °C, odebíraná z horkovodního akumulátoru přes hlavní hrdlo 5 pro přívod/vytlačení vody pro ohřev je přes horkovodní uzavíratelnou armaturu 14 vedena do expandéru 15, kde expanduje na nižší tlak, který v tomto příkladném zapojení odpovídá tlaku páry na vstupu do třetího kondenzačního dílu 18 parního turbogenerátoru 17, např. 0,8 Mpa. Při této expanzi vzniká z menší části přivedené horké vody sytá pára a z větší části voda o teplotě varu odpovídající sníženému tlaku 0,8 MPa. Sytá pára odebíraná z horní části expandéru 15 se v přehříváku páry 16 přehřeje na požadovanou vyšší teplotu, např. 230 °C, která je požadována na vstupu do parního turbogenerátoru 17. a přes uzavíratelnou armaturu 35 výstupu přehřáté páry se po smísení s párou vyrobenou v ZEVO vystupující z druhého dílu 39 parní turbíny je přivedena na vstup do třetího kondenzačního dílu 18 parní turbíny, čímž je zvýšena výroba elektřiny na parním turbogenerátoru 17. Toto zvýšení elektrického výkonu je vyvoláno využitím akumulované energie v horkovodním akumulátoru. Pro ohřátí syté páry z expandéru 15 je jako ohřívací médium použita část vysokotlaké horké vody odebírané z horkovodního akumulátoru, která je po ochlazení v přehříváku 16 páry zavedena zpět do expandéru 15. kde také expanduje na uvedený nižší tlak

-4 CZ 35117 UI

0,8 MPa. Horká voda vystupující ze spodní části expandéru 15 přes uzavíratelnou armaturu 34 kondenzátu je použita pro dodávku tepla.

V příkladném provedení na obr. 2 je znázorněný horkovodní akumulátor se svislými elektrickými ohřívači 4 v provedení pro vysoké parametry, např. 40 bar a 250 °C, sestávající se z nádoby 1 akumulátoru, jejíž vnitřní prostor je rozdělený na dvě oddělené komory 2, 3. Jedna z komor 2, 3 je ohřívací komora 2 vybavená zaústěným hlavním hrdlem 5 pro přívod/vytlačení vody pro ohřev a je vybavená elektrickými ohřívači 4 a druhá z komor 2, 3 je pomocná komora 3 vybavená hlavním hrdlem 6 pro přívod/vytlačení pomocné tekutiny. Tato hrdla jsou připojitelná na uzavíratelný vstup/výstup, např. na rozvodnou potrubní síť opatřenou uzavíratelnými armaturami pro směrování tekutiny požadovanou cestou. Každému z hlavních hrdel 5, 6 je z vnitřní části nádoby předsazen opěrný rošt 7, 8 a komory 2, 3 jsou odděleny dělícím vakem 9 připevněným svým okrajem pomocí úchytu 13 dělícího vaku 9 ke stěně nádoby 1 akumulátoru mezi opěrnými rošty 7, 8 pro zabránění míšení vody a pomocné tekutiny v jednotlivých komorách 2, 3. Část dělícího vaku 9 je pohyblivá, jako například lampion, mezi opěrnými rošty 7, 8 přiváděním vody nebo pomocné tekutiny do kterékoliv z komor 2, 3 vede ke zvětšování jejího objemu a za vytlačování vody nebo pomocné tekutiny při otevřeném výstupu druhé z komor 2, 3 vede ke zmenšování jejího objemu. Dělící vak 9 je flexibilní tak, aby se mohl případně shrnout, jako lampion a tvořit pohyblivé rozhraní mezi komorami 2, 3. Např. lze pro dělící vak 9 použít materiál na bázi teflonu, případně Multilam nebo Texlam, či jiné vhodné materiály odolné vodě při teplotě např. 250 °C. S výhodou má dělící vak_9 tepelně izolační vlastnosti.

V prostoru mezi úchytem 13 dělícího vaku 9 a horním opěrným roštem 8 je upravený vnitřní plášť 12 jehož vnitřní průměr odpovídá vnitřnímu průměru úchytu 13 dělícího vaku 9 a v prostoru mezi úchytem 13 dělícího vaku 9 a spodním opěrným roštem 7 je upravený vnitřní plášť 12\ který je na svém horním konci upevněn k úchytu 13 dělícího vaku 9, a směrem ke spodnímu opěrnému roštu 7 je průměr jeho válcové části zmenšen tak, aby takto vzniklá mezikruhová mezera mezi vnitřním průměrem nádoby 1 akumulátoru a vnějším průměrem vnitřního pláště 12' byla širší než je vnější průměr svislého elektrického ohřívače 4 uvnitř nádoby 1 akumulátoru.

V nádobě 1 akumulátoru je bezprostředně pod úchytem 13 dělícího vaku 9 umístěné výše zaústěné pomocné hrdlo 11 a pod ním je mezi nádobou 1 akumulátoru a vnitřním pláštěm 12' upravena dělící přepážka 27 a vnitřní plášť 12' je v prostoru mezi úchytem 13 dělícího vaku 9 a dělící přepážkou 27 opatřen soustavou propojovacích otvorů 40 s průměrem menším než např. 10 mm. Bezprostředně pod dělící přepážkou 27 je v nádobě 1 akumulátoru umístěné níže zaústěné pomocné hrdlo 10.

V dalším alternativním provedení akumulátoru je úchyt 13 dělícího vaku 9 připevněn ke stěně nádoby 1 akumulátoru bezprostředně pod horním opěrným roštem 8.

V příkladném provedení podle obr. 3 je znázorněný horkovodní akumulátor v provedení podle obr. 2 s připojeným oběhovým čerpadlem 24, dále s připojeným expandérem 15. napájecí nádrží 22 a napájecím čerpadlem 23. První výstup oběhového čerpadla 24 je přes uzavíratelnou armaturu 25 prvního výstupu oběhového čerpadla 24 připojen k výše zaústěnému pomocnému hrdlu 11 a druhý výstup oběhového čerpadla 24 je přes uzavíratelnou armaturu 26 druhého výstupu oběhového čerpadla 24 připojen k níže zaústěnému pomocnému hrdlu 10.

První vstup oběhového čerpadla 24 je přes uzavíratelnou armaturu 28 prvního vstupu oběhového čerpadla 24 připojen k hlavnímu hrdlu 6 pro přívod/vytlačení pomocné tekutiny a druhý vstup oběhového čerpadla 24 je přes uzavíratelnou armaturu 29 druhého vstupu oběhového čerpadla 24 připojen k výše zaústěnému pomocnému hrdlu 11.

První výstup napájecího čerpadla 23 je přes uzavíratelnou armaturu 30 prvního výstupu připojen k hlavnímu hrdlu 6 pro přívod/vytlačení pomocné tekutiny a druhý výstup napájecího čerpadla 23

- 5 CZ 35117 UI je přes uzavíratelnou plnící armaturu 31 připojen k hlavnímu hrdlu 5 pro přívod/vytlačení vody pro ohřev, přičemž vstup napájecího čerpadla 23 je připojen k výstupu z napájecí nádrže 22.

První vstup do napájecí nádrže 22 je přes uzavíratelnou vypouštěcí armaturu 32 připojen k hlavnímu hrdlu 5 pro přívod/vytlačení vody pro ohřev a druhý vstup do napájecí nádrže 22 je přes uzavíratelnou armaturu 33 na vstupu do napájecí nádrže 22 připojen k hlavnímu hrdlu 6 pro přívod/vytlačení pomocné tekutiny.

Horkovodní vodní vstup do expandéru 15 je přes horkovodní uzavíratelnou armaturu 14 připojen k hlavnímu hrdlu 5 pro přívod/vytlačení vody pro ohřev a hlavní hrdlo 6 pro přívod/vytlačení pomocné tekutiny je připojeno k expanznímu potrubí 36.

Na dalších obrázcích 4 až 8 jsou znázorněná zapojení horkovodního akumulátoru v jednotlivých fázích jeho činnosti, funkční trasa je vždy znázorněná tučně.

V příkladném provedení podle obr. 4 je znázorněný horkovodní akumulátor ve fázi prvního plnění studenou vodou. Studená voda z napájecí nádrže 22 se přivádí napájecím čerpadlem 23 přes uzavíratelnou plnící armaturu 31 a přes hlavní hrdlo 5 pro přívod/vytlačení vody pro ohřev do ohřívací komory 2, dno dělícího vaku 9 se pohybuje nahoru, až do kontaktu s horním opěrným roštem 8. Pokud v případě prvního plnění akumulátoru vodou je pomocná komora 3 zaplněna vzduchem, tak při pohybu dna dělícího vaku 9 nahoru je vzduch přes horní hrdlo 6 pro přívod/vytlačení pomocné tekutiny vytlačován expanzním potrubím 36 do nenaznačené expanzní nádoby. Pokud je pomocná komora 3 zaplněna pomocnou tekutinou, např. vodou, tak je voda přes hlavní hrdlo 6 pro přívod/vytlačení pomocné tekutiny a přes uzavíratelnou armaturu 33 napájecí nádrže 22 vytlačována do napájecí nádrže 22. Oběhové čerpadlo 24 je mimo provoz.

V příkladném provedení podle obr. 5 je znázorněný horkovodní akumulátor s elektrickým ohřevem ve výchozím stavu před krátkodobou akumulací elektřiny, dno dělícího vaku 9 musí být v poloze nad úchytem 13 dělícího vaku 9. Z původní polohy, ve které je dělící vak 9 opřený o horní opěrný rošt 8 se do požadované výchozí polohy přesune dělící vak 9 tak, že napájecím čerpadlem 23 je studená voda z napájecí nádrže 22 dopravována přes uzavíratelnou armaturu 30 prvního výstupu a přes hlavní hrdlo 6 pro přívod/vytlačení pomocné tekutiny do pomocné komory 3, stlačuje dno dělícího vaku 9 směrem dolů a stejné množství vody vytlačuje z ohřívací komory 2 přes hlavní hrdlo 5 pro přívod/vytlačení vody pro ohřev a přes uzavíratelnou vypouštěcí armaturu 32 zpět do napájecí nádrže 22. a to tak dlouho, dokud dno dělícího vaku 9 nezaujme požadovanou polohu nad úchytem 13 dělícího vaku 9. Akumulátor je připraven ke krátkodobé akumulaci elektřiny.

V příkladném provedení podle obr. 6 je znázorněný horkovodní akumulátor s elektrickým ohřevem při krátkodobé akumulaci elektřiny, kdy se akumulovanou elektřinou ohřívá voda obsažená jen v ohřívací komoře 2. Před připojením svislého elektrického ohřívače 4 k nenaznačené distribuční elektrické síti se musí zajistit cirkulace ohřívané vody v ohřívací komoře 2. To je provedeno tak, že oběhovým čerpadlem 24 je nasávána voda z horní části ohřívací komory 2 přes soustavu propojovacích otvorů 40 a přes výše zaústěné pomocné hrdlo 11 a uzavíratelnou armaturu 29 druhého vstupu oběhového čerpadla 24, a z výtlaku oběhového čerpadla 24 je přes uzavíratelnou armaturu 26 druhého výstupu oběhového čerpadla 24 a přes níže zaústěné pomocné hrdlo 10 dopravována přes svislé elektrické ohřívače 4, v mezeře mezi vnitřní stěnou nádoby 1 akumulátoru a vnitřním pláštěm 12', a přes spodní opěrný rošt 7 do spodní části ohřívací komory 2. Průtokem přes svislé elektrické ohřívače 4 je voda ohřívána a stoupá nahoru k propojovacím otvorům 40. Akumulace elektřiny, tedy ohřev vody v ohřívací komoře 2, probíhá tak dlouho, dokud není dosažena požadovaná teplota vody na výstupu z výše zaústěného pomocného hrdla 11. Akumulace elektřiny, tedy ohřev vody, je možné provést jednorázově pro celý objem ohřívací komory 2, nebo je možné jej provádět přerušovaně podle požadavku akumulace, např. i v minutových intervalech.

-6CZ 35117 UI

Po ukončení krátkodobé akumulace elektřiny, tedy ohřevu vody v ohřívací komoře 2 na požadovanou teplotu, lze akumulátor dále provozovat dvojím způsobem. Částečně nabitý akumulátor je možné odstavit a do provozuje uveden později podle potřeby, neboje ponechán v provozu a může pokračovat v další akumulaci elektřiny až do využití plné kapacity akumulátoru, nebo je možné zahájit vybíjení částečně nabitého akumulátoru, tedy zpětná dodávka elektřiny a tepla. Postup při pokračování akumulace je znázorněn na obr. 7 a postup při vybíjení je znázorněn na obr. 8.

V příkladném provedení podle obr. 7 je znázorněné zapojení horkovodního akumulátoru s elektrickým ohřevem pro dosažení maximální kapacity akumulátoru pro akumulaci elektřiny, kdy je horkou vodou zaplněný celý objem akumulátoru mezi spodním opěrným roštem 7 a horním opěrným roštem 8.

Oběhové čerpadlo 24 nasává přes uzavíratelnou armaturu 28 prvního vstupu oběhového čerpadla 24 a přes hlavní hrdlo 6 pomocné kapaliny studenou vodu z horní části pomocné komory 3 a dopravuje ji přes uzavíratelnou armaturu 26 druhého výstupu oběhového čerpadla 24 a přes níže zaústěné pomocné hrdlo 10, svislé elektrické ohřívače 4 a spodní opěrný rošt 7 do spodní části ohřívací komory 2. Průchodem přes svislé elektrické ohřívače 4 je voda ohřívána a zvedá dno dělícího vaku 9 směrem nahoru k hornímu opěrnému roštu 8. Část ohřáté vody se z ohřívací komory 2 přes propojovací otvory 40 a přes výše zaústěné pomocné hrdlo 11 a uzavíratelnou armaturu 29 druhého vstupu oběhového čerpadla 24 přisává do sání oběhového čerpadla 24 a umožňuje tak vnitřní cirkulaci ohřívané vody v ohřívací komoře 2 a zajišťuje tak homogenní teplotu vody v ohřívací komoře 2 při akumulaci elektřiny. V průběhu nabíjení akumulátoru se dno dělícího vaku 9 pohybuje směrem nahoru k hornímu opěrnému roštu 8, objem ohřívací komory 2 se zvětšuje a současně se objem pomocné komory 3 o stejnou hodnotu zmenšuje. Akumulace elektřiny je ukončena po dosažení maximální kapacity akumulátoru, to je v okamžiku, když dno dělícího vaku 9 dosedne na horní opěrný rošt 8.

V příkladném provedení podle obr. 8 je znázorněné zapojení horkovodního akumulátoru s elektrickým ohřevem ve fázi vybíjení, odběru akumulované horké vody. Před zahájením této fáze je dno dělícího vaku 9 opřené o horní opěrný rošt 8 a celý objem akumulátoru je zaplněn horkou vodou.

Napájecí čerpadlo 23 dopravuje studenou vodu z napájecí nádrže 22 přes uzavíratelnou armaturu 30 prvního výstupu a přes hlavní hrdlo 6 pro přívod/vytlačení pomocné tekutiny do pomocné komory 3 a stlačuje dno dělícího vaku 9 směrem dolů, takže vytlačuje horkou vodu přes ohřívací komoru 2 a hlavní hrdlo 5 pro přívod/vytlačení vody pro ohřev a dále přes horkovodní uzavíratelnou armaturu 14 do expandéru 15. Vybíjení akumulátoru, tedy vytlačování horké vody do expandéru 15, je možné provést jednorázově, kdy se bez přerušení vybije celá kapacita akumulátoru, nebo se vybíjení provede přerušovaně, v intervalech podle požadavku dispečera.

Proces vybíjení je možné přerušit a zahájit se může nový proces akumulace, tedy nabíjení akumulátoru. Podle polohy dna dělícího vaku 9 se v novém nabíjení pokračuje způsobem podle příkladného provedení na obr. 6 nebo na obr. 7.

Průmyslová využitelnost

Zařízení je možné využít pro akumulování energie pro kogenerační dodávky elektřiny a tepla. Dále je možné zařízení využít v oblasti teplárenství, v zařízení pro energetické využití odpadu nebo například v průmyslové energetice.

Claims (7)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Horkovodní akumulátor s elektrickým ohřevem, vyznačující se tím, že vnitřní prostor akumulátoru je rozdělen na dvě komory, pomocnou komoru (3) a ohřívací komoru (2), přičemž v pomocné komoře (3) je upravený vnitřní plášť (12), který je upevněn na úchyt (13) dělícího vaku (9) a má stejný průměr jako je vnitřní průměr tohoto úchytu (13) dělícího vaku (9) a v ohřívací komoře (2) je upravený vnitřní plášť (12'), který je ve své horní části připevněn na spodní část úchytu (13) dělícího vaku (9) a směrem k dolní části akumulátoru má menší průměr než je vnitřní průměr úchytu (13) dělícího vaku (9), a v mezikruží, mezi vnitřní stěnou nádoby (1) akumulátoru a vestavěným vnitřním pláštěm (12'), jsou umístěny svislé elektrické ohřívače (4), přičemž ve stěně nádoby (1) akumulátoru se nad pomocnou komorou (3) nachází hlavní hrdlo (6) pro přívod/vytlačení pomocné tekutiny a dále se pod ohřívací komorou (2) nachází hlavní hrdlo (5) pro přívod/vytlačení vody pro ohřev a po straně ohřívací komory (2) jsou umístěny nad sebou níže zaústěné pomocné hrdlo (10) a výše zaústěné hrdlo (11).
2. 2. Zapojení pro akumulaci energie vyznačující se tím, že obsahuje horkovodní akumulátor podle nároku 1, který je přes hlavní hrdlo (5) pro přívod/vytlačení vody pro ohřev nebo přes uzavíratelnou horkovodní armaturu (14) propojen s parním generátorem (37), který zahrnuje expandér (15) pro expanzi horké vody na sytou páru apřehřívák (16) s výstupem opatřeným uzavíratelnou armaturou (35) výstupu přehřáté páry a připojený k parní turbíně parního turbogenerátoru (17).
3. 3. Zapojení pro akumulaci energie podle nároku 2, vyznačující se tím, že horkovodní akumulátor je prostřednictvím pomocných hrdel (10, 11) spojen s oběhovým čerpadlem, přičemž je kněmu dále připojeno napájecí čerpadlo (23), které je součástí parního generátoru (37) a napájecí nádrž (22), která je součástí parního turbogenerátoru (17).
4. 4. Zapojení pro akumulaci energie podle nároku 3, vyznačující se tím, že obsahuje oběhové čerpadlo (24) jehož první vstup je připojen přes uzavíratelnou armaturu (28) prvního vstupu oběhového čerpadla (24) k hlavnímu hrdlu (6) pro přívod/vytlačení pomocné tekutiny a druhý vstup je připojen přes uzavíratelnou armaturu (29) druhého vstupu oběhového čerpadla (24) k výše zaústěnému pomocnému hrdlu (11).
5. 5. Zapojení pro akumulaci energie podle nároku 3, vyznačující se tím, že u oběhového čerpadla (24) je jeho první výstup přes uzavíratelnou armaturu (25) prvního výstupu oběhového čerpadla (24) připojen kvýše zaústěnému pomocnému hrdlu (11) a druhý výstup je přes uzavíratelnou armaturu (26) druhého výstupu oběhového čerpadla (24) připojen k níže zaústěnému pomocnému hrdlu (10).
6. 6. Zapojení pro akumulaci energie podle nároku 3, vyznačující se tím, že u napájecího čerpadla (23) je jeho první výstup připojen přes uzavíratelnou armaturu (30) prvního výstupu k hlavnímu hrdlu (6) pro přívod/vytlačení pomocné tekutiny a druhý výstup je připojen přes uzavíratelnou plnící armaturu (31) k hlavnímu hrdlu (5) pro přívod/vytlačení vody pro ohřev.
7. 7. Zapojení pro akumulaci energie podle nároku 3, vyznačující se tím, že u napájecí nádrže (22) je její první vstup přes uzavíratelnou vypouštěcí armaturu (32) připojen k hlavnímu hrdlu (5) pro přívod/vytlačení vody pro ohřev a druhý vstup do napájecí nádrže (22) je přes uzavíratelnou armaturu (33) na vstupu do napájecí nádrže (22) připojen k hlavnímu hrdlu (6) pro přívod/vytlačení pomocné tekutiny.