DE102011111963A1

DE102011111963A1 - Verfahren zum Bereitstellen elektrischer Energie sowie eine Vorrichtung zum Bereitstellen elektrischer Energie

Info

Publication number: DE102011111963A1
Application number: DE102011111963A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2013-02-28

Abstract

Verfahren zum Bereitstellen elektrischer Energie, insbesondere zum Betrieb einer Vorrichtung mit zumindest einem Energiewandler (1, 1a) und zumindest einem Energiespeicher (2, 2a), mit den Schritten: (S1) Zuführen von Energie zu zumindest einem Energiewandler (1, 1a), (S2) Austauschen von Wärmeenergie zwischen dem zumindest einen Energiewandler (1, 1a) und zumindest einem Energiespeicher (2, 2a), (S3) Bereitstellen von elektrischer Energie durch den zumindest einen Energiewandler (1, 1a), wobei der Schritt S2 während eines ersten Zeitintervalls und während eines vorzugsweise späteren zweiten Zeitintervalls ausgeführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen elektrischer Energie sowie eine Vorrichtung zum Bereitstellen elektrischer Energie. Die Erfindung wird im Zusammenhang mit der Versorgung eines Gebäudes beschrieben. Die Erfindung kann auch unabhängig von Gebäuden zur Versorgung von Maschinen oder Anlagen Verwendung finden.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren und Vorrichtungen zum Bereitstellen von elektrischer Energie aus einem Energiespeicher, insbesondere zum Versorgen eines elektrischen Verbrauchers, bekannt.
Einigen Verfahren und Vorrichtungen ist gemein, dass die Speicherung der insbesondere elektrischen Energie mit erheblichem apparativem Aufwand verbunden ist bzw. die Bereitstellung von elektrischer Energie mit geringerem Wirkungsgrad einhergeht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung zum Bereitstellen elektrischer Energie zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche gelöst. Anspruch 1 nennt ein Verfahren zum Bereitstellen elektrischer Energie. Anspruch 8 nennt eine Vorrichtung zum Bereitstellen elektrischer Energie. Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bereitstellen elektrischer Energie weist als Schritte auf: das Zuführen von Energie zu dem zumindest einen Energiewandler, nachfolgend Schritt S1 genannt, sowie das Austauschen von Wärmeenergie zwischen dem zumindest einen Energiewandler und dem zumindest einen Energiespeicher, nachfolgend Schritt S2 genannt. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch das Bereitstellen von elektrischer Energie durch den zumindest einen Energiewandler, nachfolgend Schritt S3 genannt. Dabei wird der Schritt S2 sowohl während eines ersten Zeitintervalls als auch während eines vorzugsweise späteren zweiten Zeitintervalls ausgeführt. Während eines ersten Zeitintervalls wird Wärmeenergie zwischen dem Energiewandler und dem Energiespeicher ausgetauscht (Schritt S2), nachfolgend auch „Beladen” genannt. Während eines zweiten Zeitintervalls, vorzugsweise ab einem späteren Zeitpunkt wird wieder Wärmeenergie zwischen dem Energiespeicher und dem Energiewandler ausgetauscht (ebenfalls Schritt S2), nachfolgend auch „Entladen” genannt. Die während des zweiten Zeitintervalls ausgetauschte Wärmeenergie wird von dem Energiewandler in elektrische Energie gewandelt und zur Versorgung eines elektrischen Verbrauchers bereitgestellt. Vorzugsweise ist das zweite Zeitintervall von dem ersten Zeitintervall durch ein drittes Zeitintervall zeitlich beabstandet.
Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von zahlreichen üblichen Verfahren zur Bereitstellung elektrischer Energie durch die Wandlungen von zugeführter Energie in Wärmeenergie sowie die Speicherung von Wärmeenergie. Dies hat den Vorteil, dass das Verfahren, insbesondere die Speicherung von Wärmeenergie, preiswert durchführbar ist. Vorzugsweise geht das Verfahren mit nur zwei Wandlungen der Energie und mit verbessertem Wirkungsgrad einher. Vorzugsweise wird die in dem zumindest einen Energiewandler während Schritt S1 zugeführte Energie nahezu vollständig als elektrische Energie bereitgestellt. Erforderliche Energiespeicher bzw. Wärmespeicher sind vorzugsweise mit beliebiger Speicherkapazität herstellbar, Insbesondere angepasst an den Elektroenergiebedarf eines Einfamilienhauses oder einer Großstadt, besonders bevorzugt im Bereich von Kilowattstunden bis Gigawattstunden skalierbar. Ein Vorteil besteht darin, dass Wärmespeicher auch nach oftmaliger Beladung mit Wärmeenergie und Entladung kaum ermüden, was auch als Zyklenfestigkeit bezeichnet wird. Ein weiterer Vorteil, insbesondere gegenüber einem Pumpspeicherwerk, besteht darin, dass das erfindungsgemäße Verfahren ortsunabhängig von insbesondere Wasserreservoirs oder für einen Speichersee geeigneten Geländeformationen durchführbar ist. Ein weiterer Vorteil, insbesondere gegenüber einem Batteriespeicher, besteht darin, dass das Verfahren innerhalb weiter Grenzen betreffend die ausgetauschte Energie preisgünstig und mit hoher Zahl von Belade- und Entladevorgängen, nachfolgend Zyklen genannt, ausführbar ist. Ein weiterer Vorteil, insbesondere gegenüber konventionellen Druckluftspeichern, besteht darin, dass das Verfahren nicht nur in der Nähe großer unterirdischer druckfester Reservoirs, ohne Kühlung bzw. Erwärmung des Speichermediums skalierbar und/oder für große Energiemengen anwendbar ist. Ein weiterer Vorteil, insbesondere gegenüber adiabaten Druckluftspeichern, besteht darin, dass das Verfahren auch für große Energiemengen preiswert anwendbar ist. Somit wird die zugrunde liegende Aufgabe gelöst.
Unter einem Energiewandler im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere der Wandlung zugeführter Energie in Wärmeenergie dient, welche insbesondere der Wandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie dient. insbesondere dient der Energiewandler der Bereitstellung von Wärmeenergie. Vorzugsweise arbeitet der Energiewandler zeitweise, insbesondere bei der Wandlung zugeführter Energie in Wärmeenergie nach einem sog. linkslaufenden thermodynamischen Kreisprozess, bei welchen die Zustandsänderungen in einem Temperatur-Entropie-Diagramm entgegen dem Uhrzeigersinn durchlaufen werden. Vorzugsweise arbeitet der Energiewandler während der Wandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie nach einem rechtslaufenden thermodynamischen Kreisprozess. Vorzugsweise ist der Energiewandler zur Entnahme von Wärmeenergie aus der Umgebung vorgesehen, insbesondere während der Wandlung zugeführter Energie in Wärmeenergie. Dadurch ergibt sich insbesondere gegenüber einer direkten elektrischen Heizung der Vorteil, dass der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Verfahrens verbessert ist. Ein nach einem linkslaufenden thermodynamischen Kreisprozess arbeitender Energiewandler, nachfolgend auch als Wärmepumpe bezeichnet, durchläuft einen linkslaufenden Gasturbinen- und/oder Stirlingprozess vorzugsweise mit einer oberen Temperatur im Bereich zwischen 200°C und 1500°C. Vorzugsweise ist der Energiewandler als umkehrbare, d. h. linkslaufende bzw. rechtslaufende Wärmekraftanlage insbesondere mit einem elektrischen Generator ausgebildet, besonders bevorzugt als Stirlingmotor oder Gasturbinenanlage. Vorzugsweise ist der Energiewandler sowohl zur Bereitstellung von Wärmeenergie als auch zur Bereitstellung von elektrischer Energie in der Lage, wodurch insbesondere die Zahl der am Verfahren beteiligten Aggregate verringert ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass insbesondere ein Gebäude mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens sowohl mit Wärmeenergie als auch mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Vorzugsweise ist der zumindest eine Energiewandler als Wärmepumpe, Wärmekraftanlage, Kältemaschine, Kältekraftanlage, Stirlingmotor, Stirlingkühler, Kryomotor, Kaltluftmotor, Gasverflüssigungsanlage oder Gasturbinenanlage ausgebildet. Es liegt ebenso im Rahmen der Erfindung, den Energiewandler in Form eines thermoelektrischen Elements auszubilden, welches sowohl als themoelektrische Wärmepumpe als auch als thermoelektrischer Generator betrieben werden kann.
Unter einem Energiespeicher im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere der Aufnahme und/oder der Abgabe von Wärmeenergie dient. Im Sinne der Erfindung wird der Begriff Wärmeenergie im verallgemeinerten thermodynamischen Sinn verstanden und umfasst auch Kälte. Mit dem Austausch von Wärmeenergie mit dem Energiewandler, insbesondere während des ersten Zeitintervalls, geht der Energiespeicher aus einem sog. entladenen Zustand in einen sog. beladenen Zustand über. Vorzugsweise weist der Energiespeicher eine Wärmekapazität insbesondere mit einem Feststoff und/oder einen Stoff mit der Fähigkeit zum Phasenübergang auf. Dabei erfolgt der Phasenübergang bevorzugt in einem Temperaturbereich, welcher sich während der Schritte S2, S4 und/oder S5 einstellt, nachfolgend Betriebstemperaturbereich genannt. Vorzugsweise weist der Energiespeicher auf: Graphit, Graphitkörper, keramische Körper, Betonkörper, Metallkörper, Naturstein, eine Schüttung dieser Körper, ein Speichermedium bzw. ein Speicherfluid insbesondere mit einer Schmelz-, Siede-, Verdampfungs- oder Sublimationstemperatur innerhalb des Betriebstemperaturbereichs, Wasser, Thermoöl, Metalle, Metallsalze, ein verflüssigtes Gas, eine Metallschmelze, Aluminium, eine Aluminium-Silizium-Legierung, eine Salzschmelze, LiF, insbesondere mit einer Schmelz-, Siede-, Verdampfungs- oder Sublimationstemperatur innerhalb des Betriebstemperaturbereichs. Vorzugsweise erträgt der Energiespeicher Temperaturen bis zu 1500°C im Wesentlichen ohne nennenswerte Alterung. Vorzugsweise weist der Energiespeicher eine hohe Wärmedichte [J/kg] auf, besonders bevorzugt größer als 0,1 kWh/kg. Vorzugsweise ist der Energiespeicher thermisch gegenüber der Umgebung isoliert, so dass der Wärmeübergangskoeffizient kleiner als 1 W/m²K ist. Vorzugsweise ist der Energiespeicher zur Speicherung von Wärmeenergie bei einem Energieverlust von höchstens 5% je Woche in der Lage, insbesondere abhängig von der Ausführung der Isolierung.
Nachfolgend werden zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung beschrieben.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens stellt der zumindest eine Energiewandler Wärmeenergie zur Verfügung, nachfolgend Schritt S9 genannt, insbesondere unter Aufnahme zugeführter Energie. Während der Zufuhr von Energie (Schritt S1) entnimmt der zumindest eine Energiewandler der Umgebung Wärmeenergie, nachfolgend Schritt S10 genannt, insbesondere einem Fluid aus der Umgebung. Vorzugsweise wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens der Umgebung zur Verbesserung des Wirkungsgrads während Schritt S10 Energie entzogen, insbesondere mittels des als Wärmepumpe wirkenden Energiewandlers. Diese Ausgestaltung des Verfahrens insbesondere mit Schritt S10 bietet den Vorteil eines erhöhten Wirkungsgrads, insbesondere gegenüber üblichen Verfahren zur Bereitstellung elektrischer Energie. Vorzugsweise erfolgen die Schritte S1, S2, S9 und S10 zeitgleich.
Vorzugsweise ist der Energiewandler leistungsabhängig ausgebildet. Für Leistungen bis etwa 100 kW ist der Energiewandler vorzugsweise als Stirlingmotor ausgebildet. Für höhere Leistungen ist der Energiewandler vorzugsweise mit einer Gasturbine ausgebildet, besonders bevorzugt als linkslaufender Joule-Prozess während Schritt S1 und als rechtslaufender Joule-Prozess während Schritt S3. Vorzugsweise können der Stirling-Prozess und der Joule-Prozess auch bei Temperaturen oberhalb von 500°C angewendet werden. Dies hat der Vorteil, dass der Gesamtwirkungsgrad verbessert ist. Vorzugsweise ist der Joule-Prozess zur Steigerung des Wirkungsgrads mit mehrstufiger Kompression, mehrstufiger Expansion in der Turbine, Zwischenkühlung, Zwischenerhitzung und/oder Regeneratoren versehen (siehe "Hochtemperaturreaktortechnik" von K. Kugeler, R. Schulten, Springer Verlag, 1989).
Nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform weist der Energiespeicher nach Schritt S2 und insbesondere nach dem ersten Zeitintervall eine Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur auf, vorzugsweise zwischen 200°C und 900°C.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Energiespeicher nach Schritt S2 und insbesondere nach dem ersten Zeitintervall eine Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur auf, vorzugsweise zwischen –200°C und 5°C.
Vorzugsweise weist der Energiespeicher einen Vorratsbehälter für ein Speichermedium, insbesondere ein Thermoöl und/oder eine Salzschmelze auf. Im entladenen Zustand des Energiespeichers enthält der Vorratsbehälter den größten Teil des Speichermediums. Weiter weist der Energiespeicher einen Wärmetauscher auf. Diese Wärmetauscher ist zum Austausch von Wärmeenergie mit zumindest einem Energiewandler vorgesehen, insbesondere während Schritt S2. Auch dient der Wärmetauscher der Übertragung von Wärmeenergie an das Speichermedium. Weiter weist der Energiespeicher einen insbesondere thermisch isolierten Speicherbehälter auf, welcher zum Aufnehmen des Speichermediums im beladenen Zustand dient, insbesondere während des ersten Zeitintervalls bis zum Beginn des zweiten Zeitintervalls. Mit Beginn des zweiten Zeitintervalls geht das Speichermedium aus dem Speicherbehälter durch den Wärmetauscher in den Vorratsbehälter über, insbesondere mittels einer Fördereinrichtung bzw. Pumpe. Auf diesem Weg tauscht das Speichermedium Wärmeenergie mittels des Wärmetauschers mit dem zumindest einen Energiewandler aus. Vorzugsweise werden die thermischen Randbedingungen am Wärmetauscher für stabilere Prozessführung im Wesentlichen konstant gehalten.
Besonders bevorzugt ist der Energiespeicher als Einrichtung zum Verflüssigen zumindest eines Gases ausgebildet, besonders bevorzugt zum Verflüssigen von Luft oder deren Gasen. Dazu weist der Energiespeicher einen isolierten Speicherbehälter für das zu verflüssigende Gas bzw. Gasgemisch und einen Wärmetauscher auf. Der Wärmetauscher dient dem Austausch von Wärmeenergie mit einem Energiewandler insbesondere während der Schritte S2, S4 bzw. S5. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass der Energiespeicher ortsunabhängig betreibbar ist.
Besonders bevorzugt ist der Energiespeicher als Einrichtung zum Verdampfen einer Flüssigkeit ausgebildet, besonders bevorzugt zum Verdampfen von Wasser. Dazu weist der Energiespeicher einen isolierten Speicherbehälter für die verdampfte Flüssigkeit und einen Wärmetauscher auf. Der Wärmetauscher dient dem Austausch von Wärmeenergie mit einem Energiewandler insbesondere während der Schritte S2, S4 bzw. S5. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass der Energiespeicher an Gewässern betreibbar ist.
Vorzugsweise ist der Energiespeicher als Wasserspeicherdruckbehälter gemäß der DE 10 2006 022 783 A1 ausgebildet. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass sie mit einem Gasturbinensatz koppelbar ist, welcher jeweils als Hochtemperaturwärmepumpe oder Wärmekraftanlage betrieben wird.
Vorzugsweise weist der Energiespeicher eine Nennkapazität zwischen 1 kWh und 10 GWh auf. Wenn, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Energiespeicher mit einem Stirlingmotor insbesondere zur Gebäudeversorgung mit einem Leistungsbereich von 1 kW bis 100 kW gekoppelt ist, dann liegt die Energiespeicherkapazität im Bereich zwischen 1 kWh bis 1 MWh. Wenn, gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Energiespeicher mit einer Gasturbine insbesondere zur Versorgung einer Stadt mit Elektroenergie gekoppelt ist, dann liegt die Energiespeicherkapazität im Bereich von 1 MWh bis 10 GWh.
Nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Bereitstellen elektrischer Energie wird einem Energiewandler, ausgebildet als umkehrbare Wärmekraftanlage, d. h. mit Fähigkeit zum Linkslauf und/oder Rechtslauf bezüglich der Zustandsänderungen in einem Temperatur-Entropie-Diagramm, insbesondere als Stirlingmotor oder als Gasturbinenanlage ausgebildet, während Schritt S1 insbesondere mechanische oder elektrische Energie zugeführt. Als Wärmepumpe wirkend und mittels der zugeführten Energie betrieben, entnimmt der Energiewandler während Schritt S10 der Umgebung Wärmeenergie, insbesondere aus einem Fluid aus der Umgebung.
Der Energiewandler stellt während Schritt S9 Wärmeenergie bereit, insbesondere als temperierter Fluidstrom. Während Schritt S2 und während des ersten Zeitintervalls wird Wärmeenergie zwischen dem Energiewandler und dem Energiespeicher ausgetauscht, insbesondere mittels eines zweiten Fluidstroms mit gegenüber der Umgebung abweichender Temperatur.
Mit Beginn des zweiten Zeitintervalls und vorzugsweise zu einem späteren Zeitpunkt wird während Schritt S2 Wärmeenergie zwischen dem Energiespeicher und dem Energiewandler ausgetauscht, insbesondere zum Antrieb des Energiewandlers. Der Energiewandler, als Wärmekraftmaschine wirkend und mittels Wärmeenergie angetrieben, stellt elektrische Energie während Schritt S3 insbesondere einem Verbraucher zur Verfügung. Vorzugsweise wird insbesondere die dem Energiewandler zugeführte Energie als Wärmeenergie gespeichert. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sie technisch besonders unaufwendig, kostengünstig und platzsparend ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführungsform des Verfahrens erzeugt der Energiewandler während Schritt S1 einen zweiten Fluidstrom mit erhöhter Temperatur, wobei der zweite Fluidstrom zum Erwärmen des Energiespeichers dient. Vorzugsweise dient der erwärmte Energiespeicher während Schritt S11 auch zum Beheizen insbesondere eines Gebäudes. Vorzugsweise dient die Wärmeenergie des erwärmten Energiespeicher dem Antrieb des Energiewandlers.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführungsform des Verfahrens erzeugt der Energiewandler während Schritt S1 einen zweiten Fluidstrom mit verminderter Temperatur, wobei der zweite Fluidstrom zum Kühlen des Energiespeichers dient. Vorzugsweise dient der abgekühlte Energiespeicher während Schritt S12 auch zum Kühlen insbesondere eines Gebäudes. Vorzugsweise dient die Temperaturdifferenz zwischen dem abgekühlten Energiespeicher und der Umgebung dem Antrieb des Energiewandlers.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführungsform des Verfahrens wird dem Energiewandler während Schritt S1 mechanische Energie insbesondere aus einer Windkraftanlage oder Wasserkraftanlage zugeführt. Vorzugsweise dient das Fluid, welches die Windkraftanlage bzw. die Wasserkraftanlage treibt, auch als Umgebung, aus welcher der Energiewandler während Schritt S10 Wärmeenergie bezieht. Vorzugsweise werden bestehende Windkraft- oder Wasserkraftanlagen zum Betrieb nach diesem erfindungsgemäßen Verfahren umgerüstet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführungsform des Verfahrens wird dem Energiewandler während Schritt S1 elektrische Energie insbesondere aus dem Generator einer Windkraftanlage oder Wasserkraftanlage zugeführt. Vorzugsweise dient das Fluid, welches die Windkraftanlage bzw. die Wasserkraftanlage treibt, auch als Umgebung, aus welcher der Energiewandler während Schritt S10 Wärmeenergie bezieht. Vorzugsweise werden bestehende Windkraft- oder Wasserkraftanlagen zum Betrieb nach diesem erfindungsgemäßen Verfahren umgerüstet.
Vorzugsweise ist der Energiespeicher als Wärmekapazität insbesondere mit einem Feststoff ausgebildet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sie technisch besonders unaufwendig, kostengünstig und platzsparend ist. Für weitgehende Ortsunabhängigkeit des Verfahrens weist der Energiespeicher ein verflüssigtes und/oder verdampftes Speichermedium auf und ist vorzugsweise mit einer Einrichtung zur Verflüssigung oder als Einrichtung zum Verdampfen verbunden, besonders bevorzugt ausgebildet.
Nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Bereitstellen elektrischer Energie wird einem Energiewandler, ausgebildet als umkehrbare Wärmekraftanlage, d. h. mit Fähigkeit zum Linkslauf und/oder Rechtslauf bezüglich der Zustandsänderungen in einem Temperatur-Entropie-Diagramm, insbesondere als Stirlingmotor oder als Gasturbinenanlage ausgebildet, während Schritt S1 insbesondere mechanische oder elektrische Energie zugeführt. Als Wärmepumpe wirkend und mittels der zugeführten Energie betrieben, entnimmt der Energiewandler während Schritt S10 der Umgebung Wärmeenergie, insbesondere einem Fluid aus der Umgebung. Der Energiewandler stellt während Schritt S9 Wärmeenergie bereit, insbesondere als temperierter Fluidstrom mit gegenüber der Umgebung abweichender Temperatur. Während Schritt S2 und während der ersten und/oder vierten Zeitintervalle wird Wärmeenergie zwischen dem Energiewandler und den Energiespeichern ausgetauscht. Insbesondere erfolgt der Austausch von Wärmeenergie mittels eines zweiten Fluidstroms mit gegenüber der Umgebung erhöhter Temperatur und/oder mittels eines dritten Fluidstroms mit gegenüber der Umgebung verminderter Temperatur, wobei der Energieinhalt des ersten Energiespeichers erhöht und/oder der Energieinhalt des zweiten Energiespeichers gesenkt werden.
Mit Beginn des zweiten Zeitintervalls und vorzugsweise zu einem späteren Zeitpunkt wird während Schritt S2 Wärmeenergie zwischen dem ersten Energiespeicher und dem Energiewandler ausgetauscht, insbesondere zum Antrieb des Energiewandlers. Der Energiewandler, als Wärmekraftmaschine wirkend und mittels Wärmeenergie angetrieben, stellt elektrische Energie während Schritt S3 insbesondere einem Verbraucher zur Verfügung. Zu einem späteren Zeitpunkt und mit Beginn des fünften Zeitintervalls wird Wärmeenergie zwischen dem ersten Energiespeicher und dem Energiewandler ausgetauscht, insbesondere zum Antrieb des Energiewandlers. Der Energiewandler, als Wärmekraftmaschine wirkend und mittels Wärmeenergie angetrieben, stellt elektrische Energie während Schritt S3 insbesondere einem Verbraucher zur Verfügung. Vorzugsweise wird die dem Energiewandler während Schritt S1 zugeführte Energie als Wärmeenergie gespeichert. Dieser Ausführungsform hat den Vorteil, dass sie technisch besonders unaufwendig, kostengünstig und platzsparend ist. Vorzugsweise dient der erwärmte erste Energiespeicher auch zum Beheizen eines Gebäudes. Vorzugsweise dient der abgekühlte zweite Energiespeicher auch zum Kühlen eines Gebäudes. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass es insbesondere auf Ein- oder Mehrfamilienhäuser in heißen Gebieten anwendbar ist. Vorzugsweise wird am Tag mittels Fotovoltaik elektrische Energie erzeugt und nach Wandlung mittels des ersten Energiewandlers als Wärmeenergie mit den Energiespeichern ausgetauscht. Vorzugsweise werden bei Bedarf Wärme, Kälte und elektrischer Strom zur Versorgung des Gebäudes entnommen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführungsform des Verfahrens wird dem Energiewandler während Schritt S1 mechanische Energie insbesondere aus einer Windkraftanlage oder Wasserkraftanlage zugeführt. Vorzugsweise dient das Fluid, welches die Windkraftanlage bzw. die Wasserkraftanlage treibt, auch als Umgebung, aus welcher der Energiewandler während Schritt S10 Wärmeenergie bezieht. Vorzugsweise werden bestehende Windkraft- oder Wasserkraftanlagen zum Betrieb nach diesem erfindungsgemäßen Verfahren umgerüstet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführungsform des Verfahrens wird dem Energiewandler während Schritt S1 elektrische Energie insbesondere aus dem Generator einer Windkraftanlage oder Wasserkraftanlage zugeführt. Vorzugsweise dient das Fluid, welches die Windkraftanlage bzw. die Wasserkraftanlage treibt, auch als Umgebung, aus welcher der Energiewandler während Schritt S10 Wärmeenergie bezieht. Vorzugsweise werden bestehende Windkraft- oder Wasserkraftanlagen zum Betrieb nach diesem erfindungsgemäßen Verfahren umgerüstet.
Vorzugsweise ist der Energiespeicher als Wärmekapazität insbesondere mit einem Feststoff ausgebildet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sie technisch besonders unaufwendig, kostengünstig und platzsparend ist. Für weitgehende Ortsunabhängigkeit des Verfahrens ist der Energiespeicher vorzugsweise als Einrichtung zur Verflüssigung oder als Einrichtung zum Verdampfen ausgebildet.
Nach einer dritten bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Bereitstellen elektrischer Energie wird einem ersten Energiewandler, ausgebildet als Wärmekraftanlage, d. h. mit Fähigkeit zum Linkslauf und/oder Rechtslauf bezüglich der Zustandsänderungen in einem Temperatur-Entropie-Diagramm, insbesondere als linkslaufender Stirlingmotor oder als linkslaufende Gasturbinenanlage ausgebildet, während Schritt S1 insbesondere mechanische oder elektrische Energie zugeführt. Als Wärmepumpe wirkend und mittels der zugeführten Energie betrieben, bezieht der Energiewandler während Schritt S10 Wärmeenergie aus der Umgebung, insbesondere aus einem Fluid aus der Umgebung. Während Schritt S9 stellt der Energiewandler dem Energiespeicher Wärmeenergie zur Verfügung, insbesondere mittels eines zweiten Fluidstroms. Während Schritt S2 und während des ersten Zeitintervalls wird Wärmeenergie zwischen dem ersten Energiewandler und dem Energiespeicher ausgetauscht, insbesondere mittels eine zweiten Fluidstroms mit gegenüber der Umgebung abweichender Temperatur.
Mit Beginn des zweiten Zeitintervalls und vorzugsweise zu einem späteren Zeitpunkt wird dem Energiespeicher während Schritt S2 Wärmeenergie entnommen und einem zweiten Energiewandler zugeführt, insbesondere zum Antrieb des zweiten Energiewandlers. Der zweite Energiewandler, als rechtslaufende Wärmekraftanlage betrieben und mittels Wärmeenergie versorgt, stellt elektrische Energie während Schritt S3 insbesondere einem Verbraucher zur Verfügung. Vorzugsweise wird die dem ersten Energiewandler während Schritt S1 zugeführte Energie als Wärmeenergie gespeichert. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sie technisch unaufwendig, kostengünstig und platzsparend ist. Vorzugsweise sind der erste und der zweite Energiewandler verbessert an ihre jeweilige Funktion angepasst. Vorzugsweise stellen der Energiespeicher und der zweite Energiewandler elektrische Energie an einem zweiten Ort zur Verfügung, während der erste Energiewandler am Ort des Schrittes S1 verbleibt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführungsform des Verfahrens erzeugt der erste Energiewandler während Schritt S1 einen zweiten Fluidstrom mit erhöhter Temperatur, wobei der zweite Fluidstrom zum Erwärmen des Energiespeichers dient. Vorzugsweise dient der erwärmte Energiespeicher während Schritt S11 auch zum Beheizen insbesondere eines Gebäudes. Vorzugsweise dient die Wärmeenergie des erwärmten Energiespeichers dem Antrieb des ersten Energiewandlers.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführungsform des Verfahrens erzeugt der erste Energiewandler während Schritt S1 einen zweiten Fluidstrom mit verminderter Temperatur, wobei der zweite Fluidstrom zum Kühlen des Energiespeichers dient. Vorzugsweise dient der abgekühlte Energiespeicher während Schritt S12 auch zum Kühlen insbesondere eines Gebäudes. Vorzugsweise dient die Temperaturdifferenz zwischen dem abgekühlten Energiespeicher und der Umgebung dem Antrieb des ersten Energiewandlers.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführungsform des Verfahrens wird dem ersten Energiewandler während Schritt S1 insbesondere mechanische Energie insbesondere aus einer Windkraftanlage oder Wasserkraftanlage zugeführt. Vorzugsweise dient das Fluid, welches die Windkraftanlage bzw. die Wasserkraftanlage treibt, auch als Umgebung, aus welcher der erste Energiewandler während Schritt S10 Wärmeenergie bezieht. Vorzugsweise werden bestehende Windkraft- oder Wasserkraftanlagen zum Betrieb nach diesem erfindungsgemäßen Verfahren umgerüstet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführungsform des Verfahrens wird dem ersten Energiewandler während Schritt S1 insbesondere elektrische Energie insbesondere aus dem Generator einer Windkraftanlage oder Wasserkraftanlage zugeführt. Vorzugsweise dient das Fluid, welches die Windkraftanlage bzw. die Wasserkraftanlage treibt, auch als Umgebung, aus welcher der erste Energiewandler während Schritt S10 Wärmeenergie bezieht.
Vorzugsweise werden bestehende Windkraft- oder Wasserkraftanlagen zum Betrieb nach diesem erfindungsgemäßen Verfahren umgerüstet.
Vorzugsweise ist der Energiespeicher als Wärmekapazität insbesondere mit einem Feststoff ausgebildet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sie technisch besonders unaufwendig, kostengünstig und platzsparend ist. Für eine weitgehende Ortsunabhängigkeit des Verfahrens ist der Energiespeicher vorzugsweise als Einrichtung zur Verflüssigung oder als Einrichtung zum Verdampfen ausgebildet.
Nach einer vierten bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Bereitstellen elektrischer Energie wird einem ersten Energiewandler, ausgebildet als umkehrbare Wärmekraftanlage, d. h. mit Fähigkeit zum Linkslauf und/oder Rechtslauf bezüglich der Zustandsänderungen in einem Temperatur-Entropie-Diagramm, insbesondere als linkslaufender Stirlingmotor oder als linkslaufende Gasturbinenanlage ausgebildet, während Schritt S1 insbesondere mechanische und/oder elektrische Energie zugeführt. Während Schritt S10 entnimmt der erste Energiewandler der Umgebung Wärmeenergie, insbesondere aus einem Fluid aus der Umgebung. Der erste Energiewandler stellt während Schritt S9, insbesondere unter Aufnahme der zugeführten Energie, Wärmeenergie zur Verfügung. Der erste Energiewandler erzeugt einen zweiten Fluidstrom mit gegenüber der Umgebung erhöhter Temperatur und einen dritten Fluidstrom mit gegenüber der Umgebung verminderter Temperatur. Während des ersten Zeitintervalls wird der zweite Fluidstrom einem ersten Energiespeicher zugeführt, nachfolgend auch Wärmespeicher genannt, wobei dessen Energieinhalt erhöht wird. Während des vierten Zeitintervalls wird der dritte Fluidstrom einem zweiten Energiespeicher, nachfolgend auch Kältespeicher genannt, zugeführt, wobei dessen Energieinhalt gesenkt wird.
Mit Beginn des zweiten Zeitintervalls und zu einem vorzugsweise späteren Zeitpunkt wird dem ersten Energiespeicher Wärmeenergie entnommen und dem zweiten Energiewandler zugeführt. Der zweite Energiewandler wandelt diese Wärmeenergie in elektrische Energie, wobei er als Wärmekraftmaschine betrieben wird.
Mit Beginn des fünften Zeitintervalls und zu einem vorzugsweise späteren Zeitpunkt wird dem zweiten Energiespeicher Wärmeenergie entnommen und einem zweiten Energiewandler zugeführt. Dabei wirkt der zweite Energiewandler als Kältemaschine und stellt elektrische Energie zur Verfügung. Der zweite Energiewandler stellt die elektrische Energie während Schritt S3 insbesondere einem Verbraucher zur Verfügung. Vorzugsweise wird die dem ersten Energiewandler während Schritt S1 zugeführte Energie als Wärmeenergie gespeichert. Vorzugsweise sind die Energiespeicher als Wärmekapazität ausgebildet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sie technisch besonders unaufwendig, kostengünstig und platzsparend ist. Vorzugsweise dient der erwärmte erste Energiespeicher auch zum Beheizen eines Gebäudes während Schritt S11. Vorzugsweise dient der abgekühlte zweite Energiespeicher auch zum Kühlen eines Gebäudes während Schritt S12. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass es insbesondere auf Ein- oder Mehrfamilienhäuser in heißen Gebieten anwendbar ist. Vorzugsweise wird am Tag mittels Fotovoltaik elektrische Energie erzeugt und nach Wandlung im ersten Energiewandler als Wärmeenergie in die Energiespeicher eingespeist. Vorzugsweise werden bei Bedarf Wärme, Kälte und elektrischer Strom zur Versorgung des Gebäudes entnommen. Vorzugsweise stellen der Energiespeicher und der zweite Energiewandler elektrische Energie an einem zweiten Ort zur Verfügung, während der erste Energiewandler am Ort des Schrittes S1 verbleibt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführungsform des Verfahrens wird dem ersten Energiewandler während Schritt S1 mechanische Energie insbesondere aus einer Windkraftanlage oder Wasserkraftanlage zugeführt. Vorzugsweise dient das Fluid, welches die Windkraftanlage bzw. die Wasserkraftanlage treibt, auch als Umgebung, aus welcher der erste Energiewandler während Schritt S10 Wärmeenergie bezieht. Vorzugsweise werden bestehende Windkraft- oder Wasserkraftanlagen zum Betrieb nach diesem erfindungsgemäßen Verfahren umgerüstet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführungsform des Verfahrens wird der Wärmespeicher wie folgt beladen:

• Übertragen von Wärmeenergie Q vom Kältespeicher zum ersten Energiewandler,
• Zuführen von insbesondere elektrischer Energie W zum Beispiel von einem Windrad an den ersten Energiewandler,
• Übertragen von Wärmeenergie im Wesentlichen entsprechend Q plus W vom ersten Energiewandler an den Wärmespeicher,
• der zweite Energiewandler ruht.

Das Entladen des Wärmespeichers geschieht wie folgt:

• Übertragen von Wärmeenergie vom Wärmespeicher an den zweiten Energiewandler,
• Bereitstellen von elektrischer Energie W vom zweiten Energiewandler an einen Verbraucher,
• Übertragen von Wärmeenergie Q vom zweiten Energiewandler an den Kältespeicher,
• der erste Energiewandler ruht.

So wird Wärmeenergie ohne Einbeziehung der Umgebung nur zwischen dem Wärmespeicher und dem Kältespeicher ausgetauscht. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das Verfahren bzw. die Vorrichtung im wesentlichen unabhängig von der Umwelt und/oder dem Standort ist, weil es keine externe Kühlwasserversorgung, Kühltürme oder dergleichen benötigt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführungsform des Verfahrens wird der Wärmespeicher zweistufig beladen. Die erste Stufe beinhaltet:

• der erste Energiewandler nimmt im Wesentlichen zeitgleich insbesondere elektrische Energie W sowie aus der Umgebung Wärmeenergie Q auf, wobei der erste Energiewandler als Wärmepumpe arbeitet,
• Übertragen von Wärmeenergie im Wesentlichen entsprechend Q plus W vom ersten Energiewandler an den Wärmespeicher,
• der zweite Energiewandler und der Kältespeicher ruhen,

• Übertragen von Wärmeenergie Q vom Kältespeicher zum ersten Energiewandler,
• Zuführen von insbesondere elektrischer Energie W zum Beispiel von einem Windrad an den ersten Energiewandler,
• Abgeben von Wärmeenergie Q durch den ersten Energiewandler an die Umgebung und Bereitstellen von elektrischer Energie W an einen Verbraucher, wobei der erste Energiewandler als Kältemaschine arbeitet,
• der zweite Energiewandler und der Wärmespeicher ruhen,

Das Entladen erfolgt unter Nutzung von Kälte zur Klimatisierung insbesondere eines Gebäudes:

• Übertragen von Wärmeenergie vom zweiten Energiewandler an den Kältespeicher,
• Bereitstellen von elektrischer Energie vom zweiten Energiewandler an einen Verbraucher, wobei der zweite Energiewandler als Wärmekraftmaschine arbeitet,
• Abgeben von Wärmeenergie durch den zweiten Energiewandler an die Umgebung,
• Aufnehmen von Wärmeenergie durch den Kältespeicher aus der Klimatisierung insbesondere eines Gebäudes,
• der erste Energiewandler ruht.

Alternativ erfolgt das Entladen wobei Wärme zum Beheizen insbesondere eines Gebäudes genutzt wird:

• Abführen von Wärmeenergie vom ersten Energiespeicher zum Beheizen,
• Aufnehmen von Wärmeenergie durch den zweiten Energiewandler aus der Umgebung sowie Bereitstellen von elektrischer Energie vom zweiten Energiewandler an einen Verbraucher, wobei der zweite Energiewandler 1a insbesondere entsprechend einem rechtslaufenden thermodynamischen Kreisprozess arbeitet,
• Übertragen von Wärmeenergie vom zweiten Energiewandler an den Kältespeicher,
• der erste Energiewandler ruht.

Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das Verfahren bzw. die Vorrichtung auch zum Heizen bzw. Klimatisieren insbesondere eines Gebäudes wirkt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführungsform des Verfahrens wird dem ersten Energiewandler während Schritt S1 elektrische Energie insbesondere aus dem Generator einer Windkraftanlage oder Wasserkraftanlage zugeführt. Vorzugsweise dient das Fluid, welches die Windkraftanlage bzw. die Wasserkraftanlage treibt, auch als Umgebung, aus welcher der erste Energiewandler während Schritt S10 Wärmeenergie bezieht. Vorzugsweise werden bestehende Windkraft- oder Wasserkraftanlagen zum Betrieb nach diesem erfindungsgemäßen Verfahren umgerüstet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführungsform des Verfahrens wird dem Wärmespeicher Wärmeenergie entnommen zum Antreiben des zweiten Energiewandlers. Die Abwärme aus dem Betrieb des zweiten Energiewandlers wird in den Kältespeicher eingespeist, der dabei entladen wird. Diese bevorzugte Ausgestaltung hat den Vorteil, dass auf Kühlwasser für den zweiten Energiewandler verzichtet werden kann.
Vorzugsweise ist der Energiespeicher als Wärmekapazität insbesondere mit einem Feststoff ausgebildet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sie technisch besonders unaufwendig, kostengünstig und platzsparend ist. Für weitgehende Ortsunabhängigkeit des Verfahrens ist der Energiespeicher vorzugsweise als Einrichtung zur Verflüssigung oder als Einrichtung zum Verdampfen ausgebildet.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bereitstellen elektrischer Energie weist zumindest einen, vorzugsweise zwei Energiewandler auf. Der Energiewandler ist vorgesehen:

• zur Aufnahme von Energie,
• zum zeitweisen Austausch von Wärmeenergie mit der Umgebung, und
• zum Bereitstellen elektrischer Energie.

Weiter weist die Vorrichtung zumindest einen, vorzugsweise zwei Energiespeicher auf, wobei der Energiespeicher zum Austausch von Wärmeenergie mit dem zumindest einen Energiewandler vorgesehen ist und vorzugsweise als Wärmeenergiespeicher ausgebildet ist.
Unter einem Energiewandler im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere der Wandlung zugeführter Energie in Wärmeenergie dient, welche insbesondere der Wandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie dient. Insbesondere dient der Energiewandler der Bereitstellung von Wärmeenergie. Vorzugsweise arbeitet der Energiewandler zeitweise, insbesondere bei der Wandlung zugeführter Energie in Wärmeenergie nach einem sog. linkslaufenden thermodynamischen Kreisprozess, bei welchen die Zustandsänderungen in einem Temperatur-Entropie-Diagramm entgegen dem Uhrzeigersinn durchlaufen werden. Vorzugsweise arbeitet der Energiewandler während der Wandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie nach einem rechtslaufenden thermodynamischen Kreisprozess. Vorzugsweise ist der Energiewandler zur Entnahme von Wärmeenergie aus der Umgebung vorgesehen, insbesondere während der Wandlung zugeführter Energie in Wärmeenergie. Dadurch ergibt sich insbesondere gegenüber einer direkten elektrischen Heizung der Vorteil, dass der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Verfahrens verbessert ist. Ein nach einem linkslaufenden thermodynamischen Kreisprozess arbeitender Energiewandler, nachfolgend auch als Wärmepumpe bezeichnet, durchläuft einen linkslaufenden Gasturbinen- und/oder Stirlingprozess vorzugsweise mit einer oberen Temperatur im Bereich zwischen 200°C und 1500°C. Vorzugsweise ist der Energiewandler als umkehrbare, d. h. linkslaufende bzw. rechtslaufende Wärmekraftanlage insbesondere mit einem elektrischen Generator ausgebildet, besonders bevorzugt als Stirlingmotor oder Gasturbinenanlage. Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, den Energiewandler als thermoelektrisches Element auszugestalten. Vorzugsweise ist der Energiewandler sowohl zur Bereitstellung von Wärmeenergie als auch zur Bereitstellung von elektrischer Energie in der Lage, wodurch insbesondere die Zahl der am Verfahren beteiligten Aggregate verringert ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass insbesondere ein Gebäude mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens sowohl mit Wärmeenergie als auch mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Vorzugsweise ist der zumindest eine Energiewandler als Wärmepumpe, Wärmekraftanlage, Kältemaschine, Kältekraftanlage, Stirlingmotor, Stirlingkühler, Kryomotor, Kaltluftmotor, Gasverflüssigungsanlage, Gasturbinenanlage oder thermoelektrisches Element ausgebildet.
Unter einem Energiespeicher im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung zu verstehen, welche insbesondere der Aufnahme und/oder der Abgabe von Wärmeenergie dient. Im Sinne der Erfindung wird der Begriff Wärmeenergie im verallgemeinerten thermodynamischen Sinn verstanden und umfasst auch Kälte. Mit dem Austausch von Wärmeenergie mit dem Energiewandler, insbesondere während des ersten Zeitintervalls, geht der Energiespeicher aus einem sog. entladenen Zustand in einen sog. beladenen Zustand über. Vorzugsweise weist der Energiespeicher eine Wärmekapazität insbesondere mit einem Feststoff und/oder einen Stoff mit der Fähigkeit zum Phasenübergang auf. Dabei erfolgt der Phasenübergang bevorzugt in einem Temperaturbereich, welcher sich während der Schritte S2, S4 und/oder S5 einstellt, nachfolgend Betriebstemperaturbereich genannt. Vorzugsweise weist der Energiespeicher auf: Graphit, Graphitkörper, keramische Körper, Betonkörper, Metallkörper, Naturstein, eine Schüttung dieser Körper, ein Speichermedium bzw. ein Speicherfluid insbesondere mit einer Schmelz-, Siede-, Verdampfungs- oder Sublimationstemperatur innerhalb des Betriebstemperaturbereichs, Wasser, Thermoöl, Metalle, Metallsalze, ein verflüssigtes Gas, eine Metallschmelze, Aluminium, eine Aluminium-Silizium-Legierung, eine Salzschmelze, LiF, insbesondere mit einer Schmelz-, Siede-, Verdampfungs- oder Sublimationstemperatur innerhalb des Betriebstemperaturbereichs. Vorzugsweise erträgt der Energiespeicher Temperaturen bis zu 1500°C im Wesentlichen ohne nennenswerte Alterung. Vorzugsweise weist der Energiespeicher eine hohe Wärmedichte [J/kg] auf, besonders bevorzugt größer als 0,1 kWh/kg. Vorzugsweise ist der Energiespeicher thermisch gegenüber der Umgebung isoliert, so dass der Wärmeübergangskoeffizient kleiner als 1 W/m²K ist. Vorzugsweise ist der Energiespeicher zur Speicherung von Wärmeenergie bei einem Energieverlust von höchstens 5% je Woche in der Lage, insbesondere abhängig von der Ausführung der Isolierung.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Energiespeichers weist dieser einen Vorratsbehälter für ein Energiespeichermedium bzw. Speichermedium auf. Vorzugsweise ist das Speichermedium als Fluid ausgebildet, besonders bevorzugt als Thermoöl. Der Vorratsbehälter ist ausgestaltet, das Speichermedium bei einer vorbestimmten ersten Temperatur aufzunehmen, insbesondere im unbeladenen Zustand vor Schritt S2. Weiter weist der Energiespeicher einen insbesondere thermisch isolierten Speicherbehälter auf. Der Speicherbehälter ist ausgestaltet das Speichermedium mit einer zweiten Temperatur aufzunehmen, insbesondere im beladenen Zustand nach Schritt S2.
Die zweite Temperatur stellt sich durch den Austausch von Wärmeenergie mit dem Energiewandler ein, gemäß Schritt S2 während des ersten bzw. vierten Zeitintervalls, wodurch das Speichermedium den beladenen Zustand annimmt. Vorzugsweise sind der Vorratsbehälter und der Speicherbehälter mittel zweier Kanäle miteinander verbunden, wobei das Speichermedium während des Schritts S2 durch diese Kanäle strömt, besonders bevorzugt von einer Pumpe angetrieben.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Vorrichtung weist einen ersten Energiewandler und einen zweiten Energiewandler auf, wobei der erste Energiewandler zur Aufnahme von insbesondere elektrischer Energie und der zweite Energiewandler zum Bereitstellen von elektrischer Energie vorgesehen ist. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Energiewandler für ihre jeweilige Aufgabe optimiert ausgeführt werden können.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Vorrichtung weist zwei Energiespeicher auf, wobei der erste Energiespeicher als Wärmespeicher und der zweite Energiespeicher als Kältespeicher ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der erste Energiespeicher mit einer Salzschmelze und einer Arbeitstemperatur von rund 400°C ausgebildet. Vorzugsweise ist der zweite Energiespeicher mit Eis und mit einer Arbeitstemperatur von in etwa 0°C ausgebildet. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Vorrichtung elektrische Energie sowie zwei unterschiedliche Temperaturen zur Verfügung stellt, insbesondere zur Versorgung und Klimatisierung eines Gebäudes.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der erste Energiewandler als linkslaufende Wärmepumpe und der zweite Energiewandler als rechtslaufende Wärmekraftmaschine ausgebildet. Indem die Energiewandler entweder zum linkslaufenden Kreisprozess oder zum rechtslaufenden Kreisprozess ausgebildet sind, können Sie für ihre jeweilige Aufgabe optimiert werden. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil eines hohen Wirkungsgrads bei geringerem apparativem Aufwand, insbesondere für großtechnische Anwendungen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt:
1 schematisch das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsform,
2 die Zustandsänderungen während des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 schematisch das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform,
4 schematisch das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform,
5 schematisch das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform,
6 schematisch einen Energiespeicher für ein Speicherfluid,
7 schematisch das Beladen und Entladen gemäß einer Ausgestaltung der bevorzugten vierten Ausführungsform des Verfahrens,
8 schematisch das zweistufige Beladen gemäß einer weiteren Ausgestaltung der bevorzugten vierten Ausführungsform des Verfahrens, und
9 schematisch Alternativen zum Entladen gemäß der Ausgestaltung der 8.
1 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsform. Die Vorrichtung weist einen Energiewandler 1 und einen Energiespeicher 2 auf. Der Energiespeicher 2 ist als Einrichtung zum Erwärmen von Thermoöl ausgebildet. Der Energiewandler 1 ist als geschlossene Gasturbinenanlage mit dem Arbeitsgas Helium oder Stickstoff ausgebildet und weist einen Kompressor, eine Turbine sowie zwei Wärmeübertrager auf. Der erste Wärmeübertrager ist als Brennkammer ausgestaltet, der zweite Wärmeübertrager dient zur Aufnahme von Wärmeenergie aus der Umgebung. Die Brennkammer der Gasturbine ist mit dem Energiespeicher gekoppelt. Der Energiewandler 1 wirkt während Schritt S1 als Wärmepumpe und während Schritt S3 als Wärmekraftanlage. Während Schritt S1 wird dem Energiewandler 1 mechanische Energie von einer Windkraftanlage zugeführt. Die mechanische Energie treibt den als Wärmepumpe wirkenden Energiewandler 1 zur Entnahme von Wärmeenergie aus der Umgebung während Schritt S10 an. Während des ersten Zeitintervalls und während Schritt S2 wird dem Energiespeicher Wärmeenergie zugeführt. Das erhitzte Thermoöl wird einem isolierten Speicherbehälter des Energiespeichers 2 zugeführt. Somit ist die dem Energiewandler 1 zugeführte Energie zum Erhitzen von Thermoöl verwendet worden.
Zu einem späteren Zeitpunkt insbesondere zum Versorgen eines elektrischen Verbrauchers wirkt der Energiewandler 1 als Wärmekraftanlage. Während des Abkühlen des im Speicherbehälter des Energiespeichers 2 enthaltenen Thermoöls wird Wärme frei. Diese Wärme wird dem Energiewandler 1 zugeführt. Der Energiewandler 1 wandelt während Schritt S2 und während des zweiten Zeitintervalls die Wärme elektrische Energie und stellt die elektrische Energie insbesondere zum Versorgen eines elektrischen Verbrauchers zur Verfügung.
Mittels des Pfeils S11 ist dargestellt, dass die im Energiespeicher 2 enthaltene Wärmeenergie auch zum Beheizen insbesondere eines Gebäudes verwendet werden kann.
Nicht dargestellt, aber ebenso umfasst, ist es, die Wärmepumpe als Kältemaschine zu fahren. Dabei wird elektrische Energie in Kälte gewandelt und in einem Kältespeicher abgespeichert. Zum Bereitstellen von elektrischer Energie wird die Anlage als Wärmekraftanlage gefahren und verwandelt die Kalte des Kältespeichers in elektrische Energie.
Nicht dargestellt, aber ebenso umfasst, ist die Ausführung, dass der Energiewandler 1 als offene Gasturbine ausgeführt ist.
2 zeigt die Zustandsänderungen während des erfindungsgemäßen Verfahrens. Gezeigt sind mit A, B, C, D der Wärmepumpenprozess zur Erwärmung des Thermoöls sowie mit 1, 2, 3, 4 der Wärmekraftprozess für die Bereitstellung elektrischer Energie. In der praktischen Ausgestaltung ist der Kreisprozess mit mehrstufiger Verdichtung, mehrstufiger Entspannung, Zwischenkühlung und Regeneratoren ausgebildet.
Zum Beladen, d. h. Abspeichern von Energie, wird das Arbeitsgas (Zustand A) von Normaldruck auf rund 14 bar komprimiert, wobei es sich auf über 360°C erwärmt (Zustand B). Das komprimierte Arbeitsgas gibt in dem als Brennkammer ausgelegten ersten Wärmeübertrager Wärme an den Energiespeicher ab, kühlt sich dabei auf rund 200°C ab (Zustand C). Die Luft expandiert in der Turbine auf Normaldruck (Zustand D). Das Arbeitsgas durchläuft anschließend den zweiten Wärmeübertrager, nimmt aus der Umgebung Wärme auf und kehrt in den Anfangszustand (Zustand A) zurück.
Zum Entladen, d. h. Bereitstellen von Energie, wird das Arbeitsgas im Zustand 1 angesaugt und auf 7 bar komprimiert (Zustand 2). Das Arbeitsgas nimmt im Energiespeicher 2 Wärme auf, erwärmt sich dabei isobar auf rund 300°C (Zustand 3) und expandiert in der Turbine auf Normaldruck (Zustand 4). Im zweiten Wärmeübertrager gibt das Arbeitsgas seine Abwärme an die Umgebung ab.
Ebenfalls unter das erfindungsgemäße Verfahren fällt es, den Gasturbinenprozess als offenen Prozess auszulegen und für die Teilschritte vom Zustand D zu Zustand A sowie Zustand 4 zu Zustand 1 einem Wärmetauscher vorzusehen. Die offene Anlage erfordert einen geringeren apparativen Aufwand.
Bei Speicherkraftwerken im Gigawattbereich können die Parameter des Gasturbinenprozesses stark von den genannten Werten abweichen. Insbesondere liegen höhere Kompressionsdrücke vor.
3 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform. Die Vorrichtung weist einen Energiewandler 1 und zwei Energiespeicher 2, 2a auf. Der erste Energiespeicher 2 ist als Wärmespeicher mit einer Salzschmelze ausgebildet und weist eine Arbeitstemperatur von rund 400°C auf. Der zweite Energiespeicher 2a ist als Kältespeicher mit Eis und mit einer Arbeitstemperatur von in etwa 0°C ausgebildet. Der erste Energiespeicher 2 wird als Folge der Zufuhr von Wärmeenergie während des ersten Zeitintervalls erwärmt. Der zweite Energiespeicher 2a wird als Folge der Abfuhr von Wärmeenergie während des vierten Zeitintervalls abgekühlt, wobei das erste und das vierte Zeitintervall gleichzeitig beginnen. Der Energiewandler 1 ist als umkehrbare Wärmekraftanlage ausgebildet. Der Energiewandler 1 wirkt während Schritt S1 als Wärmepumpe und als Kältemaschine und während Schritt S3 als Wärmekraftanlage. Während Schritt S1 wird dem Energiewandler 1 elektrische Energie von einer Fotovoltaikanlage zugeführt. Die zugeführte elektrische Energie treibt den Energiewandler 1 zur Entnahme von Wärmeenergie aus der Umgebung während Schritt S10 an, wobei der Energiewandler 1 einen zweiten Luftstrom mit gegenüber der Umgebung erhöhter Temperatur erzeugt. Während des ersten Zeitintervalls erwärmt dieser zweite Luftstrom den ersten Energiespeicher 2. Die zugeführte elektrische Energie treibt den Energiewandler 1 zur Abgabe von Wärmeenergie an die Umgebung während Schritt S10 an, wobei der Energiewandler 1 einen dritten Luftstrom mit gegenüber der Umgebung geringerer Temperatur erzeugt. Während des vierten Zeitintervalls kühlt dieser dritte Luftstrom den zweiten Energiespeicher 2a.
Mittels der Pfeile S11 bzw. S12 ist dargestellt, dass die im ersten Energiespeicher 2 enthaltene Wärmeenergie auch zum Beheizen insbesondere eines Gebäudes bzw. dass der abgekühlte zweite Energiespeicher 2a auch zum Kühlen insbesondere des Gebäudes dienen kann.
Zu einem späteren Zeitpunkt, insbesondere zum Versorgen eines elektrischen Verbrauchers wirkt der Energiewandler 1 als Wärmekraftanlage. Im ersten Energiespeicher 2 gespeicherte Wärmeenergie und/oder das Temperaturgefälle zwischen der Umgebung und dem zweiten Energiespeicher 2a dienen dem Antrieb des Energiewandlers 1. Während Schritt S3 stellt der Energiewandler 1 elektrische Energie zur Verfügung, insbesondere zum Versorgen eines Verbrauchers.
Ein Vorteil besteht darin, dass Ein- oder Mehrfamilienhäuser in heißen Gebieten mit Elektrizität, Wärme und Kälte versorgt werden können. Dabei kann am Tag mittels Fotovoltaik elektrische Energie erzeugt und abgespeichert werden.
4 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform. Die Vorrichtung weist zwei Energiewandler 1, 1a und einen Energiespeicher 2 auf. Der Energiespeicher 2 ist als Wärmekapazität ausgebildet. Der erste Energiewandler 1 ist als Wärmepumpe ausgebildet. Der zweite Energiewandler 1a wirkt während Schritt S3 als Wärmekraftanlage. Während Schritt S1 wird dem ersten Energiewandler 1 mechanische Energie von einem Windrad zugeführt. Die mechanische Energie treibt den ersten Energiewandler 1 zur Entnahme von Wärmeenergie aus der Umgebung während Schritt S10 an. Während des ersten Zeitintervalls und während Schritt S2 wird dem Energiespeicher 2 Wärmeenergie zugeführt, worauf dessen Temperatur ansteigt. Somit ist die dem ersten Energiewandler 1 zugeführte Energie gespeichert worden.
Mittels des Pfeils S11 ist dargestellt, dass die im Energiespeicher 2 enthaltene Wärmeenergie auch zum Beheizen insbesondere eines Gebäudes verwendet werden kann.
Zu einem späteren Zeitpunkt, insbesondere zum Versorgen eines elektrischen Verbrauchers, wird dem zweiten Energiewandler 1a während Schritt S2 und während des zweiten Zeitintervalls Wärmeenergie aus dem Energiespeicher 2 zugeführt. Der zweite Energiewandler 1a wandelt die Wärmeenergie in elektrische Energie und stellt die elektrische Energie insbesondere zum Versorgen eines elektrischen Verbrauchers zur Verfügung.
Der Energiespeicher 2 und der zweite Energiewandler 1a sind vom ersten Energiewandler 1 lösbar. Der Energiespeicher 2 und der zweite Energiewandler 1a können an einen zweiten Ort überführt werden, wodurch ein stationärer elektrischer Verbraucher versorgt werden kann.
Nicht dargestellt, aber ebenfalls erfinderisch, ist es, den ersten Energiewandler als Hochtemperaturwärmepumpe mit einer unteren Temperatur von 20°C (Außentemperatur) und einer oberen Temperatur von 600°C auszuführen. Als Arbeitsmedium dienen Gas, Luft, Stickstoff oder Helium. Die Energiewandler besteht aus Kompressor, Wärmeübertrager und Turbine und beschreibt einen linkslaufenden Joule-Prozess. Die Energiespeicher weist eine Salzschmelze mit einer oberen Temperatur von 500°C auf. Als zweiter Energiewandler dient eine übliche Dampfkraftanlage wie beispielsweise bei Parabolrinnenkraftwerken verwendet.
Nicht dargestellt, aber ebenfalls erfinderisch, ist es, den Energiespeicher als keramische Schüttung mit einer Temperatur bis zu 1500°C auszubilden. Der zweite Energiewandler wird dann als Gasturbinenprozess oder als Gas/Dampf-Prozess ausgebildet.
Ebenfalls erfinderisch ist es, zugeführte Energie mittels einer Kältemaschine in Wärmeenergie zu wandeln und in einen Kältespeicher einzuspeisen. Das Temperaturgefälle dient zum Antrieb einer „Kältekraftanlage”. Das wird Luft bzw. Stickstoff von 20°C mittels eines Stirling-Kühlers verflüssigt und in einem isolierten Speicherbehälter bei –152°C transportiert. Bei Bedarf wird das mittels eines Kryomotors (siehe US 3,451,342 ) oder eines Kaltluftmotors (siehe DE 203 17 319 U1 ) elektrische Energie unter Verwendung des verflüssigten Gases bereitgestellt.
5 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform. Die Vorrichtung weist zwei Energiewandler 1, 1a und zwei Energiespeicher 2, 2a auf. Die Energiespeicher 2, 2a sind als Latentwärmespeicher ausgebildet, und weisen je ein Speichermedium auf, welches im betriebsüblichen Temperaturbereich einen Phasenübergang durchläuft. Der erste Energiewandler 1 ist als Wärmepumpe ausgebildet. Der zweite Energiewandler 1a wirkt während Schritt S3 als Wärmekraftanlage.
Während Schritt S1 wird dem ersten Energiewandler 1 elektrische Energie zugeführt. Die elektrische Energie treibt den ersten Energiewandler 1 zur Entnahme von Wärmeenergie aus der Umgebung an. Der erste Energiewandler 1 erzeugt einen zweiten Fluidstrom mit gegenüber der Umgebung erhöhter Temperatur sowie einen dritten Fluidstrom mit gegenüber der Umgebung geringerer Temperatur. Während des ersten Zeitintervalls und während Schritt S2 wird dem ersten Energiespeicher 2 Wärmeenergie insbesondere mittels des zweiten Fluidstroms zugeführt, worauf dessen Temperatur ansteigt. Während des vierten Zeitintervalls und während Schritt S2 wird im zweiten Energiespeicher 2a Wärmeenergie insbesondere mittels des dritten Fluidstroms entzogen, worauf dessen Temperatur sinkt. Das erste Zeitintervall und das vierte Zeitintervall beginnen im Wesentlichen zum gleichen Zeitpunkt. Somit ist die dem ersten Energiewandler 1 zugeführte Energie gespeichert worden.
Mittels der Pfeile S11 bzw. S12 ist dargestellt, dass die im ersten Energiespeicher 2 enthaltene Wärmeenergie auch zum Beheizen insbesondere eines Gebäudes bzw. dass der abgekühlte zweite Energiespeicher 2a auch zum Kühlen insbesondere des Gebäudes dienen kann.
Zu einem späteren Zeitpunkt, insbesondere zum Versorgen eines elektrischen Verbrauchers tausche der erste Energiespeicher 1 und der zweite Energiespeicher 2a Wärmeenergie mit dem zweiten Energiewandler 1a aus. Im ersten Energiespeicher 2 gespeicherte Wärmeenergie sowie das Temperaturgefälle zwischen der Umgebung und dem zweiten Energiespeicher 2a dienen dem Antrieb des Energiewandlers 1. Während Schritt S3 stellt der Energiewandler 1 elektrische Energie zur Verfügung, insbesondere zum Versorgen eines Verbrauchers.
Elektrische Energie wird mittels einer Wärmepumpe, insbesondere mittels eines Stirlingmotors, in Wärmeenergie gewandelt und in einen Wärmespeicher oder Kältespeicher eingespeist. Dazu wird der Heißkopf des Stirlingmotors an den Wärmespeicher und der Kaltkopf an den Kältespeicher angeschlossen. So wird beim Beladen eingesetzte elektrische Energie sowohl in Wärme als auch in Kälte gewandelt. Das Entladen von Wärmespeicher und Kältespeicher erfolgt mittels einer Wärmekraftanlage insbesondere in Gestalt eines Stirlingmotors zur Bereitstellung elektrischer Energie. Für ein Einfamilienhaus wird ein Thermoöl mittels des Heißkopfes eines Stirlingmotors auf rund 300°C erhitzt und mittels des Kaltkopfes des Stirlingmotors wird Eis bei 0°C erzeugt. Das Thermoöl wird im Wärmespeicher gespeichert, das Eis wird im Kältespeicher gespeichert. Ein Teil der Energie des Wärmespeichers kann zur Erzeugung von Warmwasser verwendet werden. Mit einem Teil der Energie des Kältespeichers können Klimatisierungsaufgaben erfüllt werden.
6 zeigt schematisch einen Energiespeicher 2 für ein Speicherfluid. Der Energiespeicher 2 weist auf einen thermisch isolierten Speicherbehälter 11 für das mit Energie beladene Speicherfluid sowie, einen Vorratsbehälter 12 für das unbeladene Speicherfluid, sowie einen Wärmeübertrager 13 zwischen Vorratsbehälter 12 und Speicherbehälter 11. Der Wärmeübertrager 13 dient zum Austausch von Wärmeenergie mit einem Energiewandler 1. Eine Pumpe zum Fördern des Speicherfluids zwischen Speicherbehälter 11 und Vorratsbehälter 12 ist nicht dargestellt.
Zum Beladen wird das Speicherfluid dem Vorratsbehälter 12 entnommen und durch den Wärmeübertrager 13 geführt. Im Wärmeübertrager 13 wird mit das Speicherfluid beladen, d. h. erwärmt oder gekühlt. Anschließend wird das Speicherfluid in den isolierten Speicherbehälter 11 überführt.
Zum Entladen wird das Speicherfluid dem isolierten Speicherbehälter 11 entnommen und durch den Wärmeübertrager 13 geführt. Dort wird das Speicherfluid entladen. Anschließend wird das Speicherfluid in dem Vorratsbehälter 12 gefördert.
7 zeigt schematisch das Beladen und Entladen gemäß einer Ausgestaltung der bevorzugten vierten Ausführungsform des Verfahrens. 7a zeigt das Beladen des Wärmespeichers 2 mit den Schritten: Übertragen von Wärmeenergie Q vom Kältespeicher 2a zum ersten Energiewandler 1, Zuführen von insbesondere elektrischer Energie W zum Beispiel von einem Windrad an den ersten Energiewandler 1, Übertragen von Wärmeenergie im Wesentlichen entsprechend Q plus W vom ersten Energiewandler 1 an den Wärmespeicher 2, wobei der zweite Energiewandler 1a ruht. 7b zeigt das Entladen des Wärmespeichers 2 mit den Schritten: Übertragen von Wärmeenergie vom Wärmespeicher 2 an den zweiten Energiewandler 1a, Bereitstellen von elektrischer Energie W vom zweiten Energiewandler 1a an einen Verbraucher, Übertragen von Wärmeenergie Q vom zweiten Energiewandler 1a an den Kältespeicher 2a, wobei der erste Energiewandler 1 ruht.
8 zeigt schematisch das zweistufige Beladen gemäß einer weiteren Ausgestaltung der bevorzugten vierten Ausführungsform des Verfahrens. 8a zeigt die erste Stufe des Beladens des Wärmespeichers 2 mit den Schritten: der erste Energiewandler 1 nimmt im Wesentlichen zeitgleich insbesondere elektrische Energie W sowie aus der Umgebung Wärmeenergie Q auf, wobei der erste Energiewandler 1 als Wärmepumpe arbeitet, Übertragen von Wärmeenergie im Wesentlichen entsprechend Q plus W vom ersten Energiewandler 1 an den Wärmespeicher 2, wobei der zweite Energiewandler 1a und der Kältespeicher 2a ruhen. 8b zeigt die zweite Stufe des Beladens des Wärmespeichers 2 mit den Schritten: Übertragen von Wärmeenergie Q vom Kältespeicher 2a zum ersten Energiewandler 1, Zuführen von insbesondere elektrischer Energie W zum Beispiel von einem Windrad an den ersten Energiewandler 1, Abgeben von Wärmeenergie Q durch den ersten Energiewandler 1 an die Umgebung und Bereitstellen von elektrischer Energie W an einen Verbraucher, wobei der erste Energiewandler 1 als Kältemaschine arbeitet, wobei der zweite Energiewandler 1a und der Wärmespeicher 2 ruhen.
9 zeigt schematisch Alternativen zum Entladen gemäß der Ausgestaltung der 8. 9a zeigt das Entladen des Wärmespeichers 2 unter Nutzung von Kälte zur Klimatisierung insbesondere eines Gebäudes mit den Schritten: Übertragen von Wärmeenergie vom zweiten Energiewandler 1a an den Kältespeicher 2a, Bereitstellen von elektrischer Energie vom zweiten Energiewandler 1a an einen Verbraucher, wobei der zweite Energiewandler 2a als Wärmekraftmaschine arbeitet, Abgeben von Wärmeenergie durch den zweiten Energiewandler 2a an die Umgebung, Aufnehmen von Wärmeenergie durch den Kältespeicher 2a aus der Klimatisierung insbesondere eines Gebäudes, wobei der erste Energiewandler 1 ruht. 9b zeigt das Entladen des Wärmespeichers 2, wobei Wärme zum Beheizen insbesondere eines Gebäudes genutzt wird, mit den Schritten: Abführen von Wärmeenergie vom ersten Energiespeicher 2 zum Beheizen, Aufnehmen von Wärmeenergie durch den zweiten Energiewandler 1a aus der Umgebung sowie Bereitstellen von elektrischer Energie vom zweiten Energiewandler 1a an einen Verbraucher, wobei der zweite Energiewandler 1a insbesondere entsprechend einem rechtslaufenden thermodynamischen Kreisprozess arbeitet, Übertragen von Wärmeenergie vom zweiten Energiewandler 1a an den Kältespeicher 2a, wobei der erste Energiewandler 1 ruht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006022783 A1 [0018]
US 3451342 [0094]
DE 20317319 U1 [0094]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

”Hochtemperaturreaktortechnik” von K. Kugeler, R. Schulten, Springer Verlag, 1989 [0012]

Claims

Verfahren zum Bereitstellen elektrischer Energie, insbesondere zum Betrieb einer Vorrichtung mit zumindest einem Energiewandler (1, 1a) und zumindest einem Energiespeicher (2, 2a), mit den Schritten: (S1) Zuführen von Energie zu zumindest einem Energiewandler (1, 1a), (S2) Austauschen von Wärmeenergie zwischen dem zumindest einen Energiewandler (1, 1a) und zumindest einem Energiespeicher (2, 2a), (S3) Bereitstellen von elektrischer Energie durch den zumindest einen Energiewandler (1, 1a), wobei der Schritt S2 während eines ersten Zeitintervalls und während eines zweiten Zeitintervalls ausgeführt wird, wobei vorzugsweise das zweite Zeitintervall von dem ersten Zeitintervall durch ein drittes Zeitintervall zeitlich beabstandet ist, vorzugsweise mit den Schritten: (S9) Bereitstellen von Wärmeenergie, insbesondere als ein temperierter Fluidstrom, durch den zumindest einen Energiewandler (1, 1a), und/oder (S10) Aufnehmen von Wärmeenergie durch den zumindest einen Energiewandler (1, 1a) aus dessen Umgebung.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Energiespeicher (2, 2a) während des ersten Zeitintervalls Wärmeenergie entweder aufnimmt oder abgibt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere zum Betrieb einer Vorrichtung mit einem ersten Energiewandler (1), einem ersten Energiespeicher (2) und einem zweiten Energiespeicher (2a), gekennzeichnet durch den Schritt: (S4) Austauschen von Wärmeenergie zwischen dem ersten Energiewandler (1) und einem zweiten Energiespeicher (2a), wobei der Schritt S4 während eines vierten Zeitintervalls und während eines fünften Zeitintervalls ausgeführt wird, wobei vorzugsweise das fünfte Zeitintervall von dem vierten Zeitintervall durch ein sechstes Zeitintervall zeitlich beabstandet ist, wobei vorzugsweise der erste Energiespeicher (2) während des ersten Zeitintervalls Wärmeenergie aufnimmt, wobei vorzugsweise der zweite Energiespeicher (2a) während des vierten Zeitintervalls Wärmeenergie abgibt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere zum Betrieb einer Vorrichtung mit einem ersten Energiewandler (1), einem zweiten Energiewandler (1a) und einem ersten Energiespeicher (2), gekennzeichnet durch die Schritte: (S5) Austauschen von Wärmeenergie zwischen dem zweiten Energiespeicher (2a) und dem zweiten Energiewandler (1a), (S6) Bereitstellen von elektrischer Energie durch den zweiten Energiewandler (1a), wobei vorzugsweise Schritt S5 auf Schritt S2 folgt, wobei besonders bevorzugt Schritt S5 und Schritt S2 durch ein drittes Zeitintervall zeitlich beabstandet sind.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Energiespeicher (2) während Schritt S2 Wärmeenergie entweder aufnimmt oder abgibt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere zum Betrieb einer Vorrichtung mit einem ersten Energiewandler (1), einem zweiten Energiewandler (1a), einem ersten Energiespeicher (2) und einem zweiten Energiespeicher (2a), dadurch gekennzeichnet, dass der erste Energiespeicher (2) während Schritt S2 Wärmeenergie aufnimmt und dass der zweite Energiespeicher (2a) während Schritt S5 Wärmeenergie abgibt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den zumindest einen Energiewandler während Schritt S1 mechanische Energie zugeführt wird, vorzugsweise aus einer Windkraftanlage oder einer Wasserkraftanlage.
Vorrichtung zum Bereitstellen elektrischer Energie, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend: • zumindest einen, vorzugsweise zwei Energiewandler (1, 1a), welcher zur Aufnahme von Energie vorgesehen ist, welcher vorgesehen ist, zeitweise Wärmeenergie mit der Umgebung auszutauschen, welcher zum Bereitstellen elektrischer Energie vorgesehen ist, • zumindest einen, vorzugsweise zwei Energiespeicher (2, 2a), welcher zum Austausch von Wärmeenergie mit dem zumindest einen Energiewandler (1, 1a) vorgesehen ist, welcher vorzugsweise als Wärmeenergiespeicher ausgebildet ist.
Vorrichtung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch einen ersten Energiewandler (1) und einen zweiten Energiewandler (1a), wobei der erste Energiewandler (1) zur Aufnahme insbesondere elektrischer Energie und der zweite Energiewandler (2a) zum Bereitstellen elektrischer Energie vorgesehen ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 9, gekennzeichnet durch einen ersten Energiespeicher (2), welcher als Wärmespeicher ausgebildet ist, und einen zweiten Energiespeicher (2a), welcher als Kältespeicher ausgebildet ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass • der zumindest eine Energiewandler (1, 1a) als Wärmepumpe, Wärmekraftanlage, Kältemaschine, Kältekraftanlage, Stirlingmotor, Stirlingkühler, Kryomotor, Kaltluftmotor, Gasverflüssigungsanlage, Gasturbinenanlage, thermoelektrische Wärmepumpe oder thermoelektrischer Generator ausgebildet ist, und/oder • der zumindest eine Energiespeicher (1) eine Wärmekapazität und/oder einen Stoff mit der Fähigkeit zum Phasenübergang aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Energiespeicher (2, 2a) einen Vorratsbehälter (11) für ein Speichermedium, insbesondere für ein Thermoöl, mit einer ersten Temperatur und einen insbesondere thermisch isolierten Speicherbehälter (12) aufweist, wobei der Speicherbehälter (12) das Speichermedium mit einer zweiten Temperatur aufnimmt.