DE102011053322A1

DE102011053322A1 - Method and device for storing and recovering thermal energy

Info

Publication number: DE102011053322A1
Application number: DE102011053322A
Authority: DE
Inventors: Christian Paul; Camille Bachelier
Original assignee: Novatec Solar GmbH
Current assignee: Novatec Solar GmbH
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2011-09-06
Publication date: 2013-03-07
Also published as: WO2013034139A1

Abstract

Bekannte Verfahren zur Speicherung und Rückgewinnung von thermischer Energie sehen vor, dass zu Überschusszeiten ein erhitztes Wärmeträgermedium über einen Wärmetauscher mit einem Wärmespeichermedium kommuniziert. Aufgrund des üblichen Verhaltens von Dampf ist dieses mit synthetischem Öl durchgeführte Verfahren nicht direkt auf einen solaren Dampferzeuger übertragbar, weil der dort als Wärmeträgermedium verwendete Dampf im Bereich der Siedetemperatur große Mengen an Energie aufnehmen bzw. abgeben kann, ohne dass sich hierdurch die Temperatur ändert. Eine Wärmeübertragung an das Wärmespeichermedium wäre nur zu einem unzufriedenstellenden Maß möglich. Die Erfindung behebt dies, indem eine Aufteilung des Wärmespeichermediums nach einem Niedertemperaturwärmetauschers erfolgt, so dass ein Anteil des Wärmespeichermediums in einem Hochtemperaturwärmetauscher deutlich stärker erhitzt werden kann. Hierdurch wird die Kapazität des Dampfes deutlich besser genutzt und damit der Betrieb angeschlossener Dampfturbinen erheblich effektiver.Known methods for storing and recovering thermal energy provide that at excess times a heated heat transfer medium communicates via a heat exchanger with a heat storage medium. Due to the usual behavior of steam, this process carried out with synthetic oil can not be transferred directly to a solar steam generator because the steam used there as a heat transfer medium can absorb or release large amounts of energy in the boiling temperature without the temperature changing as a result. Heat transfer to the heat storage medium would only be possible to an unsatisfactory level. The invention remedies this by dividing the heat storage medium into a low-temperature heat exchanger, so that a portion of the heat storage medium can be heated significantly more strongly in a high-temperature heat exchanger. As a result, the capacity of the steam is much better used and thus the operation of connected steam turbines considerably more effective.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Speicherung thermischer Energie, ein Verfahren zur Rückgewinnung thermischer Energie und eine Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung von thermischer Energie, mit einem in einer Bypassleitung zwischen einer Wärmeträgerzuleitung und einer Wärmeträgerrückleitung zu bzw. von einer Dampfturbine, welcher ein Wärmetauscher zugeordnet ist, durch dessen Primärseite das Wärmeträgermedium geleitet wird, während durch die Sekundärseite ein Wärmespeichermedium zwischen einem Heißspeicher und einem Kaltspeicher hin- und hergeleitet werden kann. The present invention relates to a method for storing thermal energy, a method for recovering thermal energy, and a device for storing and recovering thermal energy, with one in a bypass line between a heat carrier supply line and a heat carrier return line to and from a steam turbine, which associated with a heat exchanger is, through the primary side of the heat transfer medium is passed, while through the secondary side, a heat storage medium between a hot storage and a cold storage and can be derived.

Derartige Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind bereits aus dem Stand der Technik in vielfacher Weise bekannt. Solche Systeme werden zum Beispiel in solarthermischen Kraftwerken wie Andasol 1, 2 und 3 in Spanien für die Stromerzeugung nach Sonnenuntergang eingesetzt. Such methods and such a device are already known from the prior art in many ways. Such systems are used, for example, in solar thermal power plants such as Andasol 1, 2 and 3 in Spain for power generation after sunset.

Die grundsätzliche Funktionsweise einer derartigen Anlage besteht darin, dass bei einem Überschuss von thermischer Energie diese nicht direkt in die schwer speicherbare, elektrische Energie umgesetzt wird, sondern direkt in Form thermischer Energie gespeichert wird. Hierzu wird das Wärmeträgermedium, im Stand der Technik üblicherweise ein synthetisches Öl, mithilfe eines Wärmetauschers auf ein Wärmespeichermedium übertragen, welches im Zuge der Übertragung von einem Kaltspeicher in einen Heißspeicher überführt wird. Das Wärmespeichermedium wird hierbei durch die Wärmeübertragung erhitzt und in dem Heißspeicher bis auf Weiteres vorgehalten. Sobald ein Bedarf an Energie entsteht, wird der umgekehrte Weg gefahren, also das heiße Wärmespeichermedium durch den Wärmetauscher zurück in den Kaltspeicher geführt und hierbei primärseitig durch den Wärmetauscher geführtes Wärmeträgermedium wieder erhitzt. Mit diesem erhitzten Wärmeträgermedium können dann wiederum beispielsweise Turbinen betrieben werden, welche die gewünschte elektrische Energie zur Verfügung stellen. The basic operation of such a system is that with an excess of thermal energy, this is not directly converted into the difficult storable, electrical energy, but is stored directly in the form of thermal energy. For this purpose, the heat transfer medium, in the prior art usually a synthetic oil, transferred by means of a heat exchanger to a heat storage medium, which is transferred in the course of the transfer of a cold storage in a hot storage. The heat storage medium is heated by the heat transfer and held in the hot storage until further notice. As soon as a demand for energy arises, the opposite route is taken, that is, the hot heat storage medium passed through the heat exchanger back into the cold storage and this heated on the primary side passed through the heat exchanger heat transfer medium again. With this heated heat transfer medium in turn turbines can be operated in turn, which provide the desired electrical energy available.

Der Einsatz eines solchen Systems für Wasser bzw. Dampf anstelle der Verwendung von synthetischem Öl als Wärmeträgermedium ist derzeit noch in der Entwicklung und bringt verschiedene technische und ökonomische Herausforderungen mit sich. Zum Beispiel würde bei dem skizzierten Vorgehen die maximal erreichbare Temperatur des Wärmespeichermediums bei einer Beladung des Heißspeichers mithilfe von überhitztem Dampf bei 450°C bei ca. 310°C liegen. Dies wiederum begrenzt die maximal erreichbare Temperatur des bei der Entladung des Speichers, also der Rückgewinnung der Energie, entstehenden Dampfes auf etwa 305°C. Bei einem Kraftwerksprozess würde dies die Leistung sowie die Effizienz des Dampfkreislaufes stark begrenzen. The use of such a system for water or steam instead of the use of synthetic oil as a heat transfer medium is currently still in development and brings various technical and economic challenges. For example, in the procedure outlined above, the maximum achievable temperature of the heat storage medium would be approximately 310 ° C. when the hot storage medium is charged by means of superheated steam at 450 ° C. This in turn limits the maximum achievable temperature of the resulting during the discharge of the memory, ie the recovery of energy, steam to about 305 ° C. In a power plant process, this would severely limit the performance and efficiency of the steam cycle.

Der Hintergrund dieses Sachverhaltes liegt in dem typischen Verhalten von Dampf, welcher im Bereich seiner Siedetemperatur in großem Maße Energie in Form von Wärmeenergie aufnehmen kann, bevor ein weiterer Anstieg der Temperatur, und damit ein Übertritt in den Bereich des überhitzten Dampfes, erfolgt. Nachdem gleichzeitig die Temperatur des Wärmespeichermediums in diesen Bereichen gleichmäßig ansteigt, gleichzeitig aber stets niedriger ist als die Temperatur des energiereichen Dampfes, ließe sich die hohe Energie des überhitzten Dampfes nur unzureichend nutzen. The background of this situation lies in the typical behavior of steam, which can absorb energy in the form of heat energy in the region of its boiling temperature before a further increase in the temperature, and thus a transition to the area of the superheated steam, takes place. At the same time, the temperature of the heat storage medium in these areas increases uniformly, but always lower than the temperature of the high-energy steam, the high energy of the superheated steam could be insufficient use.

Vor diesem Hintergrund kennt der Stand der Technik Systeme, in denen für die verschiedenen Bereiche der Siedekurve des Dampfes verschiedene Wärmespeichermedien vorgesehen werden. Beispielsweise arbeitet das Deutsche Zentrum für Luft und Raumfahrt e.V. (DLR) an Zweistoff-Speicher-Systemen, um diese Probleme zu lösen. Derartige Systeme mit mehreren unterschiedlichen Wärmespeichermedien werden jedoch als teuer und technisch aufwändig angesehen, so dass nach einer günstigeren Alternative zu suchen war. Against this background, the prior art systems, in which various heat storage media are provided for the different areas of the boiling curve of the steam. For example, the German Aerospace Center (DLR) is working on dual-fuel storage systems to solve these problems. Such systems with several different heat storage media are considered to be expensive and technically complex, so that was looking for a cheaper alternative.

Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung von thermischer Energie, insbesondere in solarthermischen Kraftwerken, zu schaffen, welche die vorhandenen Lösungen mit Dampf als einzigem Wärmespeichermedium deutlich effizienter gestaltet als eine bloße Übernahme der bekannten Lösungen, und gleichzeitig auf den Einsatz weiterer, zusätzlicher Wärmespeichermedien verzichtet. The present invention therefore has as its object to provide a method and a device for storing and recovering thermal energy, especially in solar thermal power plants, which makes the existing solutions with steam as the sole heat storage medium much more efficient than a mere takeover of the known solutions , while dispensing with the use of additional, additional heat storage media.

Dies löst die vorliegende Erfindung durch ein Verfahren zur Speicherung thermischer Energie gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Rückgewinnung thermischer Energie gemäß den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 5 sowie durch eine Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung von thermischer Energie gemäß den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 9. Weitere sinnvolle Ausgestaltungen der Verfahren und der Vorrichtung können den jeweils zugeordneten Unteransprüchen entnommen werden. This is achieved by the present invention by a method for storing thermal energy according to the features of claim 1, a method for recovering thermal energy according to the features of independent claim 5 and by a device for storing and recovering thermal energy according to the features of the independent claim 9 Further useful embodiments of the method and the device can be taken from the respectively associated subclaims.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Lösung des Standes der Technik um einen so genannten Intermediärspeicher, also einen zusätzlichen, im mittleren Temperaturbereich angeordneten Speicher zu ergänzen, in welchen das bei der Speicherung thermischer Energie erhitzte Wärmespeichermedium eingeleitet wird. Ein Teil dieses Wärmespeichermediums wird jedoch erfindungsgemäß abgezweigt und nochmals über einen weiteren, als Hochtemperaturwärmetauscher ausgeführten zusätzlichen Wärmetauscher nochmals weiter erhitzt. Aufgrund des Umstandes, dass die Erhitzung sich bei diesem zweiten Wärmetauscher lediglich auf einen Teilstrom des Wärmespeichermediums bezieht, ist eine deutlich stärkere Erhitzung möglich. Darüber hinaus ist vorgesehen, Wärmeträgermedium (Dampf) und Wärmespeichermedium (üblicherweise ein Medium aus flüssigem Salz) in entgegengesetzter Richtung aneinander vorbei zu führen, so dass die erste Erhitzungsstufe des Wärmespeichermediums gleichzeitig die zweite Abkühlungsstufe des Dampfes ist. Hierdurch kann das bereits durch den abgekühlten Dampf vorgewärmte Wärmespeichermedium in der zweiten Stufe mithilfe des überhitzten Dampfes, welcher zur Wärmespeicherung bereitgestellt wird, besonders stark erhitzt werden, wobei aufgrund der geringeren Menge an Wärmespeichermedium eine sehr hohe Erwärmung dieses Teilstroms des Wärmespeichermediums ermöglicht wird. According to the invention, the solution of the prior art is supplemented by a so-called intermediate memory, that is to say an additional memory arranged in the middle temperature range, in which the heat storage medium heated in the storage of thermal energy is introduced. However, part of this heat storage medium is branched off according to the invention and again via another, as High temperature heat exchanger running additional heat exchanger further heated. Due to the fact that the heating only refers to a partial flow of the heat storage medium in this second heat exchanger, a much stronger heating is possible. In addition, it is provided, heat transfer medium (vapor) and heat storage medium (usually a medium of liquid salt) to lead past each other in the opposite direction, so that the first heating stage of the heat storage medium is also the second cooling stage of the vapor. As a result, the already stored by the cooled steam heat storage medium in the second stage using the superheated steam, which is provided for heat storage, are heated particularly strong, which is due to the smaller amount of heat storage medium, a very high heating of this partial flow of the heat storage medium is made possible.

Somit werden gemäß der Erfindung sämtliche Bereiche der Siedekurve des Dampfes effizient genutzt, nämlich die hohen Temperaturen des überhitzten Dampfes zur starken Erhitzung eines Anteils des Wärmespeichermediums und nach dem Abkühlen des überhitzten Dampfes zu normalem Dampf die Ausnutzung der lange Zeit konstanten Temperatur dieses Dampfes zur Erhitzung der großen Masse des Wärmespeichermediums in einen Bereich von ca. 310°C. Thus, according to the invention, all areas of the boiling curve of the steam are efficiently used, namely the high temperatures of the superheated steam to strongly heat a portion of the heat storage medium and after cooling the superheated steam to normal steam, utilizing the long term constant temperature of that steam to heat the steam large mass of the heat storage medium in a range of about 310 ° C.

Die Nutzung des Wärmeträgermediums in einer Dampfturbine stellt in diesen Ausführungen eine mögliche, keinesfalls aber die einzige Einsatzmöglichkeit dar. Die vorliegende Patentanmeldung bezieht sich ausdrücklich auf alle möglichen Anwendungen. The use of the heat transfer medium in a steam turbine is in these embodiments a possible, but not the only possible use. The present patent application expressly refers to all possible applications.

Auf dem umgekehrten Wege funktioniert die Rückgewinnung der Energie, welche im Falle eines Bedarfs an Energie erfolgen kann. In diesem Fall wird das Prozesswasser, das normalerweise etwa in einen solaren Dampferzeuger gepumpt wird, als Wärmeträgermedium mithilfe des Wärmespeichermediums aus dem Intermediärspeicher erhitzt, und der dabei aus dem Prozesswasser entstehende Dampf über den Hochtemperaturwärmetauscher mithilfe des stark erhitzten Wärmespeichermediums aus dem Heißspeicher überhitzt. Hierdurch ist eine wesentlich effizientere Nutzung der Dampfturbinen ermöglicht, welche anschließend mit der zurück gewonnenen Energie arbeiten müssen. In the reverse way, the recovery of energy, which can be done in case of a need for energy, works. In this case, the process water, which is normally pumped about in a solar steam generator is heated as a heat transfer medium using the heat storage medium from the Intermediärspeicher, and thereby generated from the process water steam over the high-temperature heat exchanger using the highly heated heat storage medium from the hot storage overheated. This allows a much more efficient use of steam turbines, which then have to work with the recovered energy.

In einer Weiterführung dieses Gedankens kann auch ein vierter Speicher, also ein zweiter Intermediärspeicher, hinzugefügt werden, ebenso wie ein dritter Wärmetauscher. Hierdurch ist es möglich, den Anstieg der Siedekurve bereits vor dem Siedepunkt ebenfalls effektiver zu nutzen, indem eine entsprechende Vorerhitzung von dem Gros der Erhitzung im Siedebereich des Dampfes vorweggenommen wird. In a continuation of this idea, a fourth memory, that is to say a second intermediate memory, can also be added, as can a third heat exchanger. This makes it possible to use the rise of the boiling curve before the boiling point also more effective by anticipating a corresponding preheating of the bulk of the heating in the boiling range of the vapor.

Rein baulich ist es möglich, die Speicher sowohl als separate, einzelne Behälter vorzusehen, wie auch eine Art Schichtwärmespeicher vorzusehen, in welcher jede separierbare Schicht als einzelner Speicher angesehen werden kann. Purely structurally, it is possible to provide the memory both as separate, individual containers, as well as to provide a type of layer heat storage, in which each separable layer can be regarded as a single memory.

Erfindungsgemäß ist es ebenfalls möglich, die einzelnen Erhitzungs- bzw. Abkühlungsstufen in zwei oder drei getrennten Sekundärkreisläufen mit unterschiedlichen Masseströmen zu betreiben, so dass sich hierdurch eine vereinfachte Handhabung, aber auch eine etwas geringere Effizienz ergibt. Die Lösung mit den zusammengeführten Stufen stellt jedoch die im Folgenden beschriebene, bevorzugte Ausführung dar. According to the invention it is also possible to operate the individual heating or cooling stages in two or three separate secondary circuits with different mass flows, so that this results in a simplified handling, but also a slightly lower efficiency. However, the solution with the merged stages represents the preferred embodiment described below.

Die vorstehend beschriebene Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. The invention described above will be explained in more detail below with reference to an embodiment.

Es zeigen Show it

1 eine schematische Darstellung eines Zweitank-Salzspeichersystems gemäß dem Stand der Technik, 1 a schematic representation of a two-tank salt storage system according to the prior art,

2 ein Schaubild betreffend die Kurven zur Be- und Entladung des Dampfstroms und zum Vergleich die Kurve des Salzschmelzestroms bei einer Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik und gleichzeitiger Verwendung von Dampf als Wärmeträgermedium, 2 a graph relating to the curves for loading and unloading of the vapor stream and for comparison the curve of the molten salt stream in a device according to the prior art and simultaneous use of steam as a heat transfer medium,

3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Speichersystems, sowie 3 a schematic representation of a memory system according to the invention, as well

4 ein Schaubild betreffend die Kurven zur Be- und Entladung des Dampfstroms sowie die Kurve des Salzschmelzestroms bei einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. 4 a graph relating to the curves for loading and unloading of the vapor stream and the curve of the molten salt stream in an apparatus according to the present invention.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Bypasses zwischen einer Leitung, welche von einer solaren Dampferzeuger 1 hin zu einer Dampfturbine 2 führt. 1 shows a schematic representation of a bypass between a line, which from a solar steam generator 1 to a steam turbine 2 leads.

Eine solche Anordnung wird üblicherweise mit synthetischem Öl und nicht mit Dampf betrieben. Es soll nunmehr jedoch der Effekt eines Betriebs mit Dampf als Wärmeträgermedium beschrieben werden, um anschließend die Wirkungsweise der Erfindung zu verdeutlichen. Such an arrangement is usually operated with synthetic oil rather than steam. However, it will now be described the effect of operating with steam as the heat transfer medium, to illustrate the operation of the invention then.

Die Bypassleitung 8 beinhaltet einen Wärmetauscher 12, durch dessen Primärseite 9 der eingangs überhitzte Dampf von dem solaren Dampferzeuger 1 seine Wärmeenergie in dem Wärmetauscher 12 an ein Wärmespeichermedium abgibt. Das Wärmespeichermedium wird gleichzeitig in Gegenrichtung von einem Kaltspeicher 6 durch die Sekundärseite 10 des Wärmetauschers 12 in einen Heißspeicher 5 gepumpt, wobei es im Wärmetauscher 12 Wärmeenergie des Wärmeträgermediums, also des Dampfes, aufnimmt. The bypass line 8th includes a heat exchanger 12 , through its primary side 9 the initially superheated steam from the solar steam generator 1 his heat energy in the heat exchangers 12 to a heat storage medium. The heat storage medium is simultaneously in the opposite direction of a cold storage 6 through the secondary side 10 of the heat exchanger 12 in a hot storage 5 being pumped, taking it in the heat exchanger 12 Heat energy of the heat transfer medium, so the steam absorbs.

Bei der Entladung des Heißspeichers 5 fließt also das Wärmespeichermedium durch den Wärmetauscher 12 in den Kaltspeicher 6 und gibt dabei die enthaltene Wärme an das Wärmeträgermedium ab. Das aufgeheizte Wärmeträgermedium fließt anschließend der Dampfturbine 2 zu und wird zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet. Um bei der Beladung des Heißspeichers 5 den Wärmeübergang im Wärmetauscher 12 zu gewährleisten, muss das Wärmeträgermedium eine höhere Temperatur haben als das Wärmespeichermedium. Bei der Entladung des Heißspeichers 5 ist dies genau umgekehrt. Demnach sind die Temperaturen des Wärmeträgermediums vor der Be- und nach der Entladung immer unterschiedlich. When unloading the hot storage 5 Thus, the heat storage medium flows through the heat exchanger 12 in the cold storage 6 and thereby releases the heat contained in the heat transfer medium. The heated heat transfer medium then flows to the steam turbine 2 to and is used to generate electrical energy. To load the hot storage 5 the heat transfer in the heat exchanger 12 To ensure the heat transfer medium must have a higher temperature than the heat storage medium. When unloading the hot storage 5 this is exactly the opposite. Accordingly, the temperatures of the heat transfer medium before loading and after discharge are always different.

Dies wirkt sich gemäß dem Schaubild in 2 aus. Die Kurve der Entladung des Dampfstroms gibt die Temperatur des Dampfstroms über der übertragenen thermischen Energie wieder, wobei eine deutliche Knick-Form zu erkennen ist. Im vorliegenden Beispiel im Bereich zwischen ca. 3000 und 4000 kW handelt es sich um überhitzten Dampf, welche bei der Abgabe von Energie zu einem Temperaturrückgang führt. Im Bereich von ca. 300 bis 3000 kW ist eine Temperaturänderung praktisch nicht zu verzeichnen, während unterhalb von 300 kW die Temperatur weiter absinkt. This affects according to the graph in 2 out. The vapor flow discharge curve represents the temperature of the vapor stream above the transmitted thermal energy, showing a distinct kinking shape. In the present example in the range between about 3000 and 4000 kW is superheated steam, which leads to a decrease in temperature when releasing energy. In the range of about 300 to 3000 kW, a temperature change is virtually unnoticeable, while below 300 kW, the temperature drops further.

Ähnlich, aber mit etwas anderen Eckpunkten verhält sich die Kurve betreffend die Beladung des Dampfstroms 14. Zwischen diesen beiden Kuren ist die korrespondierende Kurve des Salzschmelzestroms 15, also die Kennlinie des Wärmespeichermediums, dargestellt. Diese liegt zwischen den beiden anderen Kurven, nachdem einerseits das Wärmespeichermedium vom Wärmeträgermedium nicht stärker erhitzt werden kann als dessen eigene Temperatur und umgekehrt dies auch bei der Rückgewinnung von Energie ebenfalls gilt. Similar, but with some other vertices, the curve concerning the loading of the steam flow behaves 14 , Between these two cures is the corresponding curve of the molten salt stream 15 , So the characteristic of the heat storage medium, shown. This lies between the other two curves, after one hand, the heat storage medium from the heat transfer medium can not be heated more than its own temperature and vice versa, this also applies to the recovery of energy also.

3 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung, welche zwischen dem Heißspeicher 5 und dem Kaltspeicher 6 einen zusätzlichen Intermediärspeicher 7 vorsieht. Ebenfalls handelt es sich hierbei nicht mehr um eine Lösung mit einem Wärmetauscher 12, sondern vielmehr mit zwei Wärmetauschern 3 und 4. In Bezug auf das Wärmeträgermedium wird bei dessen Entladung bzw. der Beladung des Wärmespeichermediums zunächst der überhitzte Dampf über die Bypassleitung 8 in den Hochtemperaturwärmetauscher 4 eintreten. Nach dessen Durchquerung wird der mittlerweile abgekühlte Dampf dann im Niedertemperaturwärmetauscher 3 nochmals Wärme an das Wärmespeichermedium übertragen und kondensieren. In umgekehrter Richtung wird bei der Beladung des Wärmespeichermediums dieses zunächst aus dem Kaltspeicher 6 in den Niedertemperaturwärmetauscher 3 gepumpt und anschließend in zwei Masseströme aufgeteilt. Ein Massenstrom führt in den Intermediärspeicher 7, in welchem das durch den Niedertemperaturwärmetauscher 3 vorgewärmte Wärmespeichermedium gespeichert wird. Ein Anteil wird jedoch weiter in den Hochtemperaturwärmetauscher 4 geleitet, in welchem es mit dem überhitzten Dampf in der Leitung der Primärseite 9 die Wärme tauschen kann, so dass dieser Anteil des Wärmespeichermediums deutlich weiter aufgeheizt werden kann. Dieses deutlich weiter erhitzte Wärmespeichermedium wird sodann im Heißspeicher 5 gespeichert. 3 shows the arrangement according to the invention, which between the hot storage 5 and the cold storage 6 an additional intermediary storage 7 provides. Also, this is no longer a solution with a heat exchanger 12 but rather with two heat exchangers 3 and 4 , With regard to the heat transfer medium, the superheated steam is initially discharged via the bypass line during its discharge or the loading of the heat storage medium 8th in the high-temperature heat exchanger 4 enter. After crossing it, the now cooled steam is then in the low-temperature heat exchanger 3 again transfer heat to the heat storage medium and condense. In the reverse direction, when loading the heat storage medium, this first from the cold storage 6 in the low-temperature heat exchanger 3 pumped and then divided into two mass flows. A mass flow leads to the intermediate storage 7 in which the through the low-temperature heat exchanger 3 preheated heat storage medium is stored. However, a share will continue in the high-temperature heat exchanger 4 in which it with the superheated steam in the line of the primary side 9 can exchange the heat, so that this proportion of the heat storage medium can be heated significantly further. This much further heated heat storage medium is then in hot storage 5 saved.

Entsprechend funktioniert die Rückgewinnung von Energie, indem das nunmehr in Gegenrichtung laufende und zuerst in den Niedertemperaturwärmetauscher 3 eintretende Wasser auf der Primärseite 9 verdampft wird und dann im weiteren Verlauf im Hochtemperaturwärmetauscher 4 überhitzt werden kann. Dies gelingt dadurch, dass die Überhitzung aufgrund des Wärmespeichermediums aus dem Heißspeicher 5 erfolgen kann, wobei sich das im Zuge dieser Wärmeübertragung abkühlende Wärmespeichermedium dann mit einem zweiten Massenstrom aus dem Intermediärspeicher 7 verbindet und dann den Niedertemperaturwärmetauscher 3 versorgt. Accordingly, the recovery of energy works by the now running in the opposite direction and first in the low-temperature heat exchanger 3 entering water on the primary side 9 is evaporated and then in the course in the high-temperature heat exchanger 4 can be overheated. This is achieved in that the overheating due to the heat storage medium from the hot storage 5 can take place, wherein the cooling in the course of heat transfer heat storage medium then with a second mass flow from the Intermediärspeicher 7 connects and then the low-temperature heat exchanger 3 provided.

Dementsprechend kann die Effizienz der Gesamtanordnung gemäß dem Schaubild in 4 verbessert werden, nachdem es möglich ist, die Kurve des Salzschmelzestroms im Bereich ab ca. 3500 kW nach oben abzuknicken, also eine deutlich stärkere Erhitzung zu realisieren. Dies wirkt sich deutlich auf die Kurve der Beladung des Dampfstroms aus, so dass diese Anordnung im Ergebnis zu einer deutlich höheren Dampftemperatur führt, was die Effizienz der Dampfturbinen 2 merklich verbessert. Accordingly, the efficiency of the overall arrangement according to the graph in FIG 4 be improved after it is possible to bend the curve of the molten salt flow in the range from about 3500 kW upwards, so to realize a much greater heating. This has a significant effect on the steam flow loading curve, so that as a result this arrangement results in a much higher steam temperature, which increases the efficiency of the steam turbines 2 noticeably improved.

Vorstehend beschrieben ist somit ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung von thermischer Energie, welche im Ergebnis durch eine Aufspaltung des Massenstroms des Wärmespeichermediums und der nochmaligen Weitererhitzung lediglich eines Anteils dieses Massenstroms mit überhitztem Dampf deutlich mehr Wärme zu speichern und dadurch eine deutlich bessere Effizienz bei der Rückgewinnung von Energie zu erzielen vermag. Thus, what has been described above is a method and apparatus for storing and recovering thermal energy which, as a result, significantly more heat is stored by splitting the mass flow of the heat storage medium and re-heating only a portion of that mass flow with superheated steam, thereby providing significantly better efficiency in the recovery of energy is able to achieve.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Solarer Dampferzeuger Solar steam generator
22: Dampfturbine steam turbine
33: Niedertemperaturwärmetauscher Low temperature heat exchanger
44: Hochtemperaturwärmetauscher High temperature heat exchanger
55: Heißspeicher hot memory
66: Kaltspeicher cold storage
77: Intermediärspeicher Intermediärspeicher
88th: Bypassleitung bypass line
99: Primärseite primary
1010: Sekundärseite secondary side
1111: Verteiler distributor
1212: Wärmetauscher heat exchangers
1313: Kurve Entladung des Dampfstroms Curve discharge the steam flow
1414: Kurve Beladung des Dampfstroms Curve loading of the steam flow
1515: Kurve Salzschmelzestrom Curve salt melt stream

Claims

Method for storing thermal energy, preferably in a solar thermal power plant, in which a heat transfer medium, with release of thermal energy to a heat storage medium, through the primary side ( 9 ) of a heat exchanger ( 3 . 4 ), while the heat storage medium from a cold storage ( 6 ) via the secondary side ( 10 ) of the heat exchanger ( 3 . 4 ) in a hot storage ( 5 ), characterized in that in a second stage a second heat exchanger ( 4 . 3 ) is provided, which primary side upstream or downstream of the first heat exchanger ( 3 . 4 ) and by which a larger or a smaller mass flow of heat storage medium than in the first stage of a cold storage ( 6 ) in a hot storage ( 5 ).

Process according to claim 1 with two combined stages, wherein the first heat exchanger is a low-temperature heat exchanger ( 3 ), and the heat storage medium before reaching the hot storage ( 5 ) is subdivided into two mass flows, one of which into an intermediate memory ( 7 ) and the other via the secondary side ( 10 ) of an additional high-temperature heat exchanger ( 4 ) whose primary side ( 9 ) upstream of the primary side ( 9 ) of the low-temperature heat exchanger ( 3 ) and also flows through the heat transfer medium with the release of thermal energy to the heat storage medium in the hot storage ( 5 ).

A method according to claim 2, characterized in that the heat storage medium additionally before reaching the Intermediärspeichers ( 7 ) is brought together from two mass flows, one of which from a second intermediate storage and the other from the secondary side of the low-temperature heat exchanger ( 3 ) and through the secondary side ( 10 ) of an additional medium-temperature heat exchanger whose primary side ( 9 ) between the primary pages ( 9 ) of the high-temperature heat exchanger ( 4 ) and the low-temperature heat exchanger ( 3 ) and also flows through the heat transfer medium with the release of thermal energy to the heat storage medium, is passed.

Method according to one of claims 2 or 3, characterized in that the high-temperature heat exchanger ( 4 ) is flowed through by superheated steam on the primary side.

Process for the recovery of thermal energy from a heat storage medium, preferably in a solar thermal power plant, in which the heat storage medium is transferred to a heat transfer medium from a hot storage facility (thermal energy) 5 ) through the secondary side ( 10 ) of a heat exchanger ( 4 . 3 ) in a cold storage ( 6 ), characterized in that in a second stage a second heat exchanger ( 3 . 4 ) is provided, which primary side upstream or downstream of the first heat exchanger ( 4 . 3 ) and through which a larger or smaller mass flow of heat storage medium than in the first stage of a hot storage ( 5 ) in a cold storage ( 6 ).

Process according to claim 5 with two combined stages, wherein the first heat exchanger is a high-temperature heat exchanger ( 4 ) and the heat storage medium as a first mass flow after passing through the secondary side ( 10 ) of the high-temperature heat exchanger ( 4 ) with a second mass flow of the heat storage medium from an intermediate storage ( 7 ) and by the secondary side ( 10 ) of an additional low-temperature heat exchanger ( 3 ) whose primary side ( 9 ) upstream of the primary side ( 9 ) of the high-temperature heat exchanger ( 4 ) and is also passed through by the heat transfer medium with the absorption of thermal energy from the heat storage medium.

A method according to claim 6, characterized in that the heat storage medium after the union of the first and the second mass flow, the secondary side ( 10 ) flows through an additional medium-temperature heat exchanger whose primary side ( 9 ) between the primary pages ( 9 ) of the high-temperature heat exchanger ( 4 ) and the low-temperature heat exchanger ( 3 ) and also flows through the heat transfer medium by absorbing thermal energy from the heat storage medium, wherein the mass flow before entering the low-temperature heat exchanger ( 3 ) and thereby a third mass flow the heat storage medium is passed into a second intermediate memory.

Method according to one of claims 6 or 7, characterized in that in the low-temperature heat exchanger ( 3 ) a heating of the heat transfer medium, preferably water, takes place up to the boiling temperature, while in the high-temperature heat exchanger ( 4 ) overheating of the heat transfer medium, preferably to superheated steam, takes place.

Device for storing and recovering thermal energy, preferably in solar thermal power plants, with one in a bypass line ( 8th ) between a heat carrier supply line and a heat carrier return line, which is a heat exchanger ( 4 . 3 ) is assigned by its primary side ( 9 ) the heat transfer medium is passed while passing through the secondary side ( 10 ) a heat storage medium between a hot storage ( 5 ) and a cold storage ( 6 ) can be reciprocated, characterized in that in a second stage, a second heat exchanger ( 3 . 4 ) is provided, which primary side upstream or downstream of the first heat exchanger ( 4 . 3 ) and through which a larger or smaller mass flow of heat storage medium than in the first stage between a hot storage ( 5 ) and a cold storage ( 6 ) can be derived.

Apparatus according to claim 9 having two merged stages, wherein the first heat exchanger is a low temperature heat exchanger ( 3 ), whose secondary side, the hot storage ( 5 ) facing a secondary connection of an additional high-temperature heat exchanger ( 4 ), which on the primary side also flows through the heat transfer medium, and with an additional intermediate memory ( 7 ) connected is.

Device according to claim 10, characterized in that between the low-temperature heat exchanger ( 3 ) and the high-temperature heat exchanger ( 4 ) an additional medium-temperature heat exchanger is arranged, which is also flowed through by the heat transfer medium on the primary side and whose secondary-side connections are each connected either to the intermediate storage ( 7 ) or an additional, second intermediate storage and with the secondary connections of the adjacent heat exchangers ( 3 . 4 ) are connected.

Device according to one of claims 10 or 11, characterized in that the memories ( 5 . 6 . 7 ) are formed in a common container as layers within a layer heat storage.

Device according to one of claims 10 or 11, characterized in that the memories ( 5 . 6 . 7 ) are formed as separate containers.

Device according to one of claims 10 to 13, characterized in that it is the heat storage medium is liquid salt.

Device according to one of claims 10 to 14, characterized in that it is the heat transfer medium is water, which is present depending on the degree of heating as liquid water, steam or superheated steam.