DE102012003267A1

DE102012003267A1 - Method for high-efficient storage of surplus electrical energy produced in large power plant, involves performing re-conversion process in highly-efficient thermal power plant using high temperature level of stored heat energy

Info

Publication number: DE102012003267A1
Application number: DE201210003267
Authority: DE
Inventors: Rainer Schlitt; Fritz Richarts
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2013-08-22

Abstract

The method involves converting surplus electrical energy into heat by using resistor heating devices. The converted heat is stored in sturdy, heat-resistant solid heat storage (1) at the highest possible temperature level. The high temperature level of the stored heat energy is used for performing re-conversion process in highly-efficient thermal power plant. The high temperature heat is transmitted into the solid heat storage by using heating rods or heating wires that are spatially distributed in the entire bed.

Description

Stand der Technik und AufgabenstellungState of the art and task

In der Energiewirtschaft stellt sich die Aufgabe, bei leitungsgebundenen Energieformen, wie z. B. Elektrizität, Gas oder Fernwärme, die von den einzelnen Abnehmern momentan benötigte Leistung bereit zu stellen. Da der Zeitgang bei der Gewinnung der jeweiligen Energieform bzw. deren Erzeugung und Einspeisung in die Übertragungs- und Verteilnetze oftmals von den abnehmerseitigen Lastgängen erheblich abweicht, stellt sich die zusätzliche technische Aufgabe der Zwischenspeicherung von Energie.In the energy industry, the task arises in line-based forms of energy, such. As electricity, gas or district heating to provide the power currently required by the individual customers. Since the time interval in the extraction of the respective form of energy or their generation and feeding into the transmission and distribution networks often deviates significantly from the customer load profiles, the additional technical task of intermediate storage of energy.

In der Vergangenheit wurde elektrische Energie weitaus überwiegend aus fossilen Energieträgern in großen Kraftwerken erzeugt. Die Anpassung der momentanen Erzeugerleistung an die momentane Last war mit erheblichen Nachteilen bei der Effizienz der Stromerzeugung verbunden. Im tageszeitlichen Wechsel zwischen Hochlast über Tag und Niedriglast während der Nacht wurde dieser Nachteil durch Speicherung von elektrischer Energie während der Nacht und die Entnahme von elektrischer Energie über Tag zur Deckung eines erhöhten Bedarfs ausgeglichen. Dadurch lässt sich der Leistungsgang der Stromerzeugung soweit glätten, dass für die meisten fossil befeuerten Kraftwerke ein weitgehend kontinuierlicher Leistungsverlauf innerhalb eines 24-Stunden-Zyklus erreicht wird. Die Speicherung mittels Pumpspeicher-Kraftwerken stellt dabei die effizienteste Methode dar. Sie wird seit vielen Jahren erfolgreich angewendet. Wesentliches Merkmal dieses Speicherbetriebs ist ein periodischer Lastgang im 24-Stunden-Zyklus und eine weitgehend konstante Leistung der Stromerzeugungsanlagen.In the past, electrical energy was generated largely from fossil fuels in large power plants. The adaptation of the instantaneous generator power to the current load has been associated with significant disadvantages in the efficiency of power generation. During the daytime alternation between high load over day and low load during the night, this disadvantage was offset by the storage of electrical energy during the night and the removal of electrical energy during the day to meet an increased demand. As a result, the power output of power generation can be smoothed so far that for most fossil-fueled power plants, a largely continuous performance curve is achieved within a 24-hour cycle. Storage using pumped storage power plants is the most efficient method. It has been used successfully for many years. An essential feature of this storage operation is a periodic load cycle in the 24-hour cycle and a largely constant power of the power plants.

Mit der Einbeziehung von Elektrizität aus erneuerbaren Ressourcen ergibt sich die besondere Aufgabe, dass zusätzlich zu den abnehmerseitigen tageszeitlichen Schwankungen auch Schwankungen bei der Stromerzeugung auftreten. Dies gilt in besonderem Maße bei der Gewinnung von Solar- und Windstrom. Während das Angebot an Solarstrom ebenfalls einen Zyklus im 24-Stunden-Takt aufweist und sich dieser weitgehend in das netzseitige Lastprofil einfügt, ergibt sich bei Windstromanlagen eine zusätzliche Aufgabe. Der stochastische Anfall von Windstrom erfordert neue Speicherkonzepte, mit deren Hilfe eine Speicherung von elektrischer Energie hochflexibel und losgelöst von periodischen Leistungs- und Lastgängen ermöglicht wird.With the inclusion of electricity from renewable resources, the special task arises that in addition to the customer's daily fluctuations and fluctuations in power generation occur. This applies especially to the extraction of solar and wind power. While the range of solar power also has a cycle in the 24-hour cycle and this largely integrates into the grid-side load profile, resulting in wind turbines an additional task. The stochastic accumulation of wind power requires new storage concepts, with the help of which storage of electrical energy is made highly flexible and detached from periodic power and load cycles.

Die hier beschriebene Erfindung erfüllt diese Aufgabe. Sie ermöglicht die Speicherung von elektrischer Energie aus Erzeugungsanlagen, z. B. aus Windkraftanlagen, deren momentane Leistung auf Grund von temporärer Überlastung der Netze nicht in diese eingespeist und an die Verbraucher abgegeben werden kann. Dabei ist die Einspeiseleistung unbegrenzt. Herkömmliche Elektrizitätsspeicher weisen Lade- und Entladezeiten von etwa gleicher Größenordnung auf. Die den Speichern entnommene Energie ist stets gemindert um die Speicherverluste bzw. um die Verluste, die beim Ladevorgang und bei der Rückverstromung der gespeicherten Energie unvermeidbar auftreten. Bei etwa gleicher Betriebsdauer von Lade- und Entladevorgang ergibt sich dann eine gegenüber der Ladeleistung entsprechend geminderte Entladeleistung. Aus technischen und wirtschaftlichen Gründen ist bei herkömmlichen Systemen die Ladeleistung gegenüber der Entladeleistung nur geringfügig höher. Hieraus resultiert ein erhebliches Hemmnis zur Aufnahme von Überschussstrom aus Windanlagen. Dieser erfordert oftmals für kurze Zeiten eine hohe Ladeleistung. Das Entladen lässt sich danach zeitlich wesentlich einfacher an den Lastgang im Netz anpassen. Dadurch ergeben sich beim Entladen weitaus niedrigere Leistungen als beim Laden.The invention described herein accomplishes this task. It allows the storage of electrical energy from generating plants, eg. B. from wind turbines whose instantaneous power due to temporary overloading of the networks can not be fed into these and delivered to consumers. The feed-in capacity is unlimited. Conventional electricity storage systems have charging and discharging times of approximately the same order of magnitude. The energy taken from the storage is always reduced by the memory losses or by the losses that inevitably occur during the charging process and during the reconversion of the stored energy. At about the same operating time of charging and discharging results then compared to the charging power correspondingly reduced discharge capacity. For technical and economic reasons, the charging power compared to the discharge capacity is only slightly higher in conventional systems. This results in a significant obstacle to the absorption of surplus electricity from wind turbines. This often requires a short charging time for a short time. The unloading can then be much easier to adapt to the load in the network. This results in much lower performance when unloading than when loading.

Das hier beschriebene Verfahren hat zum Ziel, eine möglichst effiziente Speicherung mit größtmöglicher Ladeleistung und geringem Installationsaufwand zu ermöglichen. Zusätzlich soll der Entladevorgang mit höchstmöglicher Effizienz und mit begrenztem technischem Aufwand ermöglicht werden. Das Verhältnis zwischen Ladeleistung und Entladeleistung sollte – bei einem 24-Stunden-Zyklus – mindestens fünf bis sechs betragen. Wenn also eine Speicherung von z. B. 2 Stunden mit hoher Leistung erforderlich ist, sollte die Entladung während 10 bis 12 Stunden stattfinden können.The method described here has the goal of enabling the most efficient storage possible with the greatest possible charging power and low installation costs. In addition, the unloading process should be made possible with the highest possible efficiency and with limited technical effort. The ratio between charging power and discharging power should be at least five to six for a 24-hour cycle. So if a storage of z. For example, if 2 hours of high power is required, the discharge should take place for 10 to 12 hours.

Beschreibung der Vorrichtung und des VerfahrensDescription of the device and the method

Das Grundprinzip der Speicherung basiert gemäß 1

a) auf der Umwandlung der zu speichernden elektrischen Energie in Hochtemperaturwärme, z. B. bei 1000°C,
b) deren Speicherung in einem für hohe Temperaturen geeigneten robusten Speichermedium
c) und in der hocheffizienten Rückverstromung mit Hilfe eines thermischen Kraftwerksprozesses.

The basic principle of storage is based on 1

a) on the conversion of the electrical energy to be stored in high-temperature heat, z. At 1000 ° C,
b) their storage in a suitable for high temperatures robust storage medium
c) and in the highly efficient reconversion with the help of a thermal power plant process.

Die Speicherung erfolgt mit hoher Leistung durch Aufheizen eines robusten Wärmespeichermediums 1 mittels Widerstands-Heizelementen, in denen die elektrische Überschußenergie 2 in Wärme auf hohem Temperaturniveau umgewandelt wird. Als Speichermedien werden Feststoffe verwendet, die hochtemperaturbeständig sind, z. B. Steine oder Keramik-Partikel. Eine Ausführung des Feststoff-Wärmespeichers als Partikel-Schüttung ermöglicht eine Entladung mittels fluider, gasförmiger Wärmeträger, die in dieser Schüttung von einer Eintrittstemperatur, z. B. 500°C, auf die gewünschte Zieltemperatur erhitzt werden. Diese Ausgangstemperatur kann bei geeigneter Ausführungsform beliebig nahe an die Speichertemperatur herangeführt werden. Das erwärmte Fluid 3 transportiert die dem Speicher entnommene Hochtemperaturwärme an einen thermischen Kraftwerksprozess 4. Darin wird diese Wärme mit hoher Effizienz in Elektrizität 5 umgewandelt. Das im Kraftwerksprozeß abgekühlte Fluid 6 strömt in den Speicher 1 zurück.The storage takes place with high performance by heating a robust heat storage medium 1 by means of resistance heating elements, in which the electrical excess energy 2 is converted into heat at a high temperature level. As storage media solids are used which are resistant to high temperatures, eg. As stones or ceramic particles. An embodiment of the solid heat storage as a particle bed allows a discharge by means of fluid, gaseous heat carrier, in this bed of an inlet temperature, for. B. 500 ° C, are heated to the desired target temperature. This starting temperature can be brought near any desired embodiment, close to the storage temperature. The heated fluid 3 transports the high-temperature heat taken from the storage tank to a thermal power plant process 4 , In it, this heat becomes electricity with high efficiency 5 transformed. The cooled in the power plant process fluid 6 flows into the store 1 back.

Vorteile des Verfahrens gegenüber dem Stand der TechnikAdvantages of the method over the prior art

Das hier vorgeschlagene Speicherprinzip für elektrische Energie weist gegenüber den bisher verwendeten oder auch in der Entwicklungsphase befindlichen Elektrizitätsspeichern folgende entscheidende Vorteile auf:

• Die Umwandlung in Hochtemperaturwärme und die Speicherung auf einem hohen Temperaturniveau ist mit geringem technischen Aufwand verbunden. Für die Wärmeerzeugung werden einfache Heizstäbe oder Heizschlangen verwendet, in denen die elektrische Energie in Ohm'sche Wärme umgewandelt wird.
• Mit dieser Vorrichtung lassen sich hohe Ladeleistungen erzielen, die nicht durch komplexe chemische oder physikalische Prozesse (wie z. B. bei chemischen Reaktionen oder Phasenwechseln) in ihrer Leistung begrenzt oder zeitlich verzögert werden.
• Die Speicherung der Hochtemperaturwärme in einem temperaturbeständigen Feststoff, z. B. Stein- oder Keramik-Material, ist in beliebiger Menge verfügbar, kostengünstig und langzeitstabil.
• Der Entladevorgang kann sehr schnell mit hoher Leistung, aber auch zeitlich ausgedehnt mit niedriger Leistung ablaufen.
• Das hohe Temperaturniveau der in den Entlade-Prozess eingekoppelten Wärme garantiert eine sehr hohe Effizienz bei der Rückverstromung der bei dem Ladvorgang eingespeisten elektrischen Energie.
• Die Erfindung ermöglicht eine hochflexible Anpassung der Lade- und Entladevorgänge an stochastische Abläufe bei der Verwendung von Überschussstrom aus Windenergieanlagen.

The storage principle for electrical energy proposed here has the following decisive advantages over the electricity stores used up to now or even in the development phase:

• Conversion to high-temperature heat and storage at a high temperature level requires little technical effort. For the heat generation simple heating rods or heating coils are used, in which the electrical energy is converted into ohmic heat.
• This device can achieve high charging power, which is not limited in performance or time delayed by complex chemical or physical processes (such as in chemical reactions or phase changes).
• The storage of high-temperature heat in a temperature-resistant solid, eg. As stone or ceramic material, is available in any amount, inexpensive and long-term stability.
• The unloading process can be very fast with high power, but also extended in time with low power.
• The high temperature level of the heat introduced into the discharge process guarantees a very high efficiency in the reconversion of the electrical energy fed in during the charging process.
The invention enables a highly flexible adaptation of the charging and discharging processes to stochastic processes when using surplus electricity from wind turbines.

Weitere Ausgestaltung des VerfahrensFurther embodiment of the method

• Günstige Hochtemperaturspeicher-Ausführung mittels Kieselstein-Schüttung (bekannt als „Pebble-Heater”)• Favorable high-temperature storage using pebble bed (known as "Pebble Heater")

Das Prinzip der Speicherung von Hochtemperaturwärme findet seit vielen Jahren Anwendung in zahlreichen industriellen Prozessen, z. B. in der Stahl- und in der Glasindustrie. In dieser Anwendungsart werden die Feststoff-Wärmespeicher als Regeneratoren für die zyklisch arbeitende Wärmerückgewinnung aus den hochtemperierten Abgasen zur Vorwärmung der Verbrennungsluft für Hochöfen oder für Glasschmelzanlagen eingesetzt. Wegen der sehr hohen Temperaturen wird Feuerfest-Material, z. B. Schamotte, als Speichermedium verwendet. Bei Begrenzung der Speichertemperatur auf 1.000°C bietet sich eine Schüttung aus Kieselsteinen als Speichermedium an, das kostengünstig beschafft und problemlos betrieben werden kann. Diese sind in der Fachwelt auch als „Pebble-Heater” bekannt.The principle of storing high-temperature heat has been used for many years in numerous industrial processes, such. In the steel and glass industries. In this type of application, the solid heat accumulators are used as regenerators for the cyclically operating heat recovery from the high-temperature exhaust gases for preheating the combustion air for blast furnaces or for glass melting plants. Because of the very high temperatures refractory material, eg. B. chamotte, used as a storage medium. When the storage temperature is limited to 1,000 ° C, a bed of pebbles as a storage medium is available, which can be procured cost-effectively and can be operated without difficulty. These are also known in the professional world as "Pebble Heater".

• Ausführung der Rückverstromung als Clausius-Rankine-Prozeß (Dampfkraftwerksanlage Fig. 2)Execution of reconversion as Clausius-Rankine process (steam power plant Fig. 2)

Für die Rückverstromung der zwischengespeicherten Energie werden vorteilhaft Dampfkraftanlagen installiert. Gemäß 2 wird der Speicher 1 mittels Gaserhitzer 2 auf die Zieltemperatur, z. B. 1000°C, aufgeheizt. Nach erfolgter Aufladung wird die Anlage durch Betätigung der Umschaltventile 3 und 4 auf Entladebetrieb umgestellt. Dabei wird Hochtemperaturwärme mittels heißen Gasen aus dem Wärmespeicher entnommen und einem Abhitzekessel 5 zur Erzeugung von hochgespanntem und überhitztem Dampf zugeleitet.For the reconversion of the cached energy advantageous steam power plants are installed. According to 2 becomes the memory 1 by gas heater 2 to the target temperature, z. B. 1000 ° C, heated. After charging, the system is activated by operating the changeover valves 3 and 4 converted to unloading operation. This high-temperature heat is removed by means of hot gases from the heat storage and a waste heat boiler 5 supplied to the production of highly stressed and superheated steam.

Dieser wird in einem Dampfturbosatz 6 entspannt. Das hohe Temperaturniveau der heißen Gase ermöglicht größtmögliche Wirkungsgrade bei der Stromerzeugung in der Kraftwerksanlage. Im Ladebetrieb wird das abgekühlte Fluid mittels Ladegebläse 7 durch den Gaserhitzer gefördert und von dort dem Wärmespeicher 2 zugeführt. Im Entladebetrieb fördert das Entladegebläse 8 das Fluid vom Abhitzekessel zum Wärmespeicher.This is in a steam turbine set 6 relaxed. The high temperature level of the hot gases enables the greatest possible efficiency in power generation in the power plant. During charging, the cooled fluid is charged by a charge blower 7 promoted by the gas heater and from there the heat storage 2 fed. In unloading operation, the discharge fan promotes 8th the fluid from the waste heat boiler to the heat storage.

• Ausführung der Rückverstromung als Joule-Prozess (Gasturbinen- bzw. Heißluftturbinen-Anlage, Fig. 3)Execution of the reconversion as a Joule process (gas turbine or hot air turbine plant, FIG. 3)

Eine weitere hocheffiziente Ausführungsart der Rückverstromung ist der Joule-Prozess gemäß 3 in einer Heißgas- oder Heißluftturbinenanlage 1. Dabei wird vom Verdichter 2 Außenluft 3 angesaugt, die den Verdichter mit einem erhöhten Druck und höherer Temperatur verlässt. Vom Verdichter wird die Luft dem Hochtemperaturspeicher 4 zugeführt, dem sie beim Durchströmen die Wärme entnimmt und den sie mit der höchstmöglichen Temperatur verlässt. Das hochtemperierte Gas oder die Heißluft strömt weiter zur Heißgas- oder Heißluftturbine 6, in der es entspannt wird und mechanische Energieüber die Welle an den Generator 7 abgibt. Die Restwärme der aus dem Rekuperator austretenden Turbinenabluft 8 kann in einem Abhitzekessel 9 zur Wärmeversorgung externer Wärmeverbraucher genutzt werden. Danach tritt die Turbinenabluft mit einer niedrigstmöglichen Temperatur 10 in die Umgebung aus.Another highly efficient embodiment of the reconversion is the Joule process according to 3 in a hot gas or hot air turbine plant 1 , It is from the compressor 2 outside air 3 sucked, which leaves the compressor with an increased pressure and higher temperature. From the compressor, the air becomes the high-temperature storage 4 fed, where it takes the heat as it flows through and leaves it at the highest possible temperature. The high temperature gas or hot air continues to flow to the hot gas or hot air turbine 6 in which it is relaxed and mechanical energy through the shaft to the generator 7 emits. The residual heat of the turbine exhaust air leaving the recuperator 8th can in a waste heat boiler 9 used for the heat supply of external heat consumers. Thereafter, the turbine exhaust air occurs at a lowest possible temperature 10 in the area.

• Einsatz von Rekuperatoren zur Erhöhung der Effizienz von Heißluft- bzw. Heißgasturbinenanlagen (Fig. 3) Use of recuperators to increase the efficiency of hot air or hot gas turbine installations (FIG. 3)

Durch die Installation von Rekuperatoren zur direkten Übertragung von Wärme aus dem Abgas- bzw. Abluftstrom der Turbine an den Massenstrom zwischen Verdichter und Hochtemperaturwärmespeicher wird die Effizienz der Rückverstromung nachhaltig verbessert. Zwischen dem Verdichter 2 der Heißluftturbinenanlage und dem Wärmespeicher 4 befindet sich der Rekuperator 5, der die verdichtete Luft durch Abkühlen der Turbinenabluft weiter erwärmt.The installation of recuperators for the direct transfer of heat from the exhaust or exhaust air flow of the turbine to the mass flow between the compressor and the high-temperature heat storage system will sustainably improve the efficiency of reconversion. Between the compressor 2 the hot air turbine plant and the heat storage 4 is the recuperator 5 , which further heats the compressed air by cooling the turbine exhaust air.

• Mehrstufige Speicherausführung für einen Joule-Prozess mit Zwischenüberhitzung (Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6)Multi-stage memory design for a Joule process with reheat (FIG. 4, FIG. 5, FIG. 6)

Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten sind gegeben durch eine zweistufige Ausführung der Turbine. Dabei kann eine Turbinenstufe 1 zum Verdichterantrieb und die andere Turbinenstufe 2 zum Generatorantrieb eingesetzt werden. Ebenso kann bei der zweistufigen Ausführung der Hochtemperaturwärmespeicher gemäß 6 ebenfalls zweistufig ausgeführt werden. In dieser Ausführungsart befindet sich die erste Wärmespeicherstufe 5 auf einem hohen Druckniveau, das dem Verdichteraustrittsdruck entspricht. In der ersten Turbinenstufe wird die Heißluft bzw. das Heißgas teilentspannt. Es verlässt die HD-Turbine mit einer abgesenkten Temperatur. In der zweiten Hochtemperatur-Wärmespeicherstufe 6 wird das Fluid wieder auf die Speichertemperatur erwärmt und von dort auf die zweite Turbinenstufe geleitet, in der sie auf Umgebungsdruck entspannt wird. Je nach Ausführung können die Turbinenstufen in Reihe gem. 4 und 6 oder parallel gemäß 5 geschaltet werden.Further design options are given by a two-stage design of the turbine. It can be a turbine stage 1 to the compressor drive and the other turbine stage 2 be used for generator drive. Likewise, in the two-stage design of the high-temperature heat storage according to 6 also be carried out in two stages. In this embodiment, the first heat storage stage is located 5 at a high pressure level corresponding to the compressor discharge pressure. In the first turbine stage, the hot air or the hot gas is partially relaxed. It leaves the HP turbine at a lowered temperature. In the second high-temperature heat storage stage 6 the fluid is heated again to the storage temperature and from there to the second turbine stage, in which it is expanded to ambient pressure. Depending on the design, the turbine stages in series gem. 4 and 6 or in parallel according to 5 be switched.

• Verwendung von Serienbauteilen aus Turboladerfertigung• Use of serial components from turbocharger production

Die im Verbund mit Dieselmotoren eingesetzten Turbolader- und Nutzturbinen-Baueinheiten, z. B. in der Schiffsantriebstechnik, können vorteilhaft als Maschinensätze für die Rückverstromung der gespeicherten Hochtemperaturwärme eingesetzt werden. Gemäß 4 bis 6 ist eine Verdichter-Turbinen-Gruppe 3 (Turbolader-Baueinheit) und eine Generator-Turbinen-Gruppe 4 (Nutzturbinen-Baueinheit) vorhanden.The turbocharger and turbine units used in conjunction with diesel engines, z. As in marine propulsion technology, can be used advantageously as a machine sets for the reconversion of the stored high-temperature heat. According to 4 to 6 is a compressor turbine group 3 (Turbocharger assembly) and a generator-turbine group 4 (Turbine Unit) available.

Dabei kann die Nutzturbine parallel zur Verdichterantriebsturbine geschaltet werden. Der Heißluft- bzw. Heißgasmassenstrom wird in diesem Fall auf zwei Turbinen aufgeteilt, wobei die Verdichterantriebsturbine nur so viel des gesamten Massenstroms expandiert, wie für den Verdichterantrieb benötigt wird. Der Restmassenstrom wird an der Verdichterantriebsturbine vorbei geleitet, in der Nutzturbine expandiert. Die Nutzturbine treibt den Generator an.In this case, the power turbine can be connected in parallel to the compressor drive turbine. The hot air or hot gas mass flow is in this case split between two turbines, with the compressor drive turbine expanding only as much of the total mass flow as is needed for the compressor drive. The residual mass flow is conducted past the compressor drive turbine, expanded in the power turbine. The power turbine drives the generator.

Nutzturbine und Verdichterantriebsturbine können auch in Reihe als zweistufiger Turbosatz ausgeführt werden. In diesem Fall ergibt sich zusätzlich die Möglichkeit der Effizienzsteigerung mittels zweistufiger Hochtemperaturspeicherausführung und Zwischenüberhitzung der Heißluft bzw. des Heißgases nach Expansion in der Hochdruck-Turbinenstufe.The power turbine and compressor drive turbine can also be designed in series as a two-stage turbo set. In this case, there is also the possibility of increasing efficiency by means of two-stage high-temperature storage design and reheating the hot air or the hot gas after expansion in the high-pressure turbine stage.

• Vorteilhafte Anlagenausführung mittels erhöhtem Druck im Gesamtsystem• Advantageous system design by means of increased pressure in the overall system

Bei der Rückverstromung mittels Heißgasturbine kann der Joule-Prozess als geschlossene Anlage ausgeführt und mit einem erhöhten Druckniveau betrieben werden. Gegenüber der offenen Prozessausführung wird das die Turbine verlassende Heißgas nicht in die Umgebung abgeleitet, sondern durch eine weitere Kühlstufe abgekühlt und in den Verdichter geleitet.When reconverting by means of a hot gas turbine, the Joule process can be carried out as a closed system and operated at an elevated pressure level. Compared to the open process execution, the hot gas leaving the turbine is not discharged into the environment, but cooled by another cooling stage and fed into the compressor.

Auf Grund des geschlossenen Prozesses kann das Gesamtdruckniveau des Systems angehoben werden. Vorteilhaft bei dieser Ausführungsart ist, dass auf Grund des erhöhten Druckniveaus die gasseitigen Anlagenkomponenten, insbesondere die gasführenden Rohrleitungen und Kanäle sowie das Volumen der Hochtemperaturspeicher weitaus kompakter ausgeführt werden können als bei der offenen Prozessführung.Due to the closed process, the overall pressure level of the system can be increased. An advantage of this embodiment is that due to the increased pressure levels, the gas-side system components, in particular the gas-carrying pipes and channels and the volume of high-temperature storage can be made much more compact than in the open process management.

• Rückverstromung mit Nutzwärmeauskopplung für KWK-Anwendungen• Reconversion with useful heat extraction for CHP applications

Die Rückverstromung mittels vorbeschriebener thermischer Kraftanlagen kann mittels Kraft-Wärme-Kopplung zusätzlich zur Wärmeversorgung eingesetzt werden:
Bei Dampfkraftanlagen wird der gesamte Turbinenabdampf oder ein Teil davon in einem Heizkondensator verflüssigt. Die dabei frei werdende Kondensationswärme wird an eine Heizanlage übertragen und dort zur Deckung eines Heiz- oder Prozesswärmebedarfs eingesetzt.The reconversion by means of the above-described thermal power plants can be used by means of combined heat and power in addition to the heat supply:
In steam power plants, the entire turbine waste steam or a part thereof is liquefied in a heating condenser. The released heat of condensation is transferred to a heating system and used there to cover a heating or process heat demand.

In Heißgas- oder Heißluftturbinen-Anlagen ermöglicht das die Turbine verlassende Heißgas oder die Heißluft eine zusätzliche Nutzung durch Abgabe von Wärme an eine Heiz- oder Prozesswärmeanlage.In hot gas or hot air turbine plants, the hot gas leaving the turbine or the hot air allows additional use by giving off heat to a heating or process heating system.

In allen Anwendungen der Abwärmenutzung mittels Kraft-Wärme-Kopplung ergibt sich eine außerordentliche Erhöhung der Gesamteffizienz.In all applications of waste heat recovery using combined heat and power, there is an extraordinary increase in overall efficiency.

• Verwendung der installierten Kraftwerksleistung als Notstrom- und Spitzenlastanlage (Fig. 7)• Use of installed power plant capacity as emergency power and peak load facility (Fig. 7)

Durch die zusätzliche Ausstattung der Rückverstromungsanlage mit einer Brennkammer 1 gemäß 7, die in den Fluidstrom zwischen dem Hochtemperaturwärmespeicher und dem Turbineneintritt eingefügt wird, kann die Rückverstromungsanlage zur Erhöhung der Versorgungssicherheit im normalen Netzbetrieb verwendet werden.Due to the additional equipment of the reverse power plant with a combustion chamber 1 according to 7 , which is inserted in the fluid flow between the high-temperature heat storage and the turbine inlet, the recuperator can be used to increase the security of supply in normal network operation.

Dabei wird die Nennleistung der Rückverstromungsanlage unabhängig von der Entladung des Hochtemperaturwärmespeichers zur Deckung von kurzzeitig auftretendem Spitzelastbedarf im angeschlossenen elektrischen Netz und zur Deckung von Leistungslücken bei Ausfall von Grund- und Mittellast-Kraftwerken eingesetzt. Die Brennkammer wird dabei vorteilhaft mit einfach zu lagernden flüssigen Brennstoffen, z. B. Heizöl oder Flüssiggas, befeuert. Im Regelbetrieb bei Speicherentladung ist die Brennkammer inaktiv.In this case, the rated power of the recuperation plant is used regardless of the discharge of the high-temperature heat storage to cover short-term spike demand in the connected electrical network and to cover performance gaps in case of failure of ground and medium-load power plants. The combustion chamber is advantageous with easy to store liquid fuels, eg. As fuel oil or LPG, fired. During normal operation during storage discharge, the combustion chamber is inactive.

Claims

Device and method for highly efficient storage of excess electrical energy, characterized in that the electrical energy to be stored by means of resistance heaters converted into ohmic heat, stored in a robust high temperature resistant solid heat storage in the form of sensible heat at a highest possible temperature level and after the end of the storage process in one highly efficient thermal power plant process is reconverted.

A method according to claim 1, characterized in that the high-temperature heat in the solid heat storage by means of heating rods or heating wires, which are spatially distributed throughout the bed, is transmitted.

Method according to claim 1, characterized in that the high-temperature heat is transferred in an external heat exchanger equipped with heating rods or heating wires to a hot air or hot gas stream, transported by the same to the solid heat storage and discharged there to the solid elements or particles.

A method according to claims 1 to 3, characterized in that when unloading the memory, the high-temperature heat transferred by means of a hot air or hot gas heat transfer fluid in a closed circuit to a waste heat boiler, used there to produce highly stressed saturated or superheated steam and this steam for Reverse conversion of the stored heat is used by steam turbine.

A method according to claim 4, characterized in that the exhaust steam from the turbine is partially or completely used to meet the needs of an external steam or heat consumer.

Process according to claims 1 to 3, characterized in that during discharge a fluid working medium flow in the form of hot air or hot gas from a compressor with increased pressure in the heat storage is initiated, there heated to the storage temperature and then in a turbine to obtain mechanical energy is relaxed.

A method according to claim 6, characterized in that the turbine is designed in two stages and the working medium stream after the partial relaxation in the first turbine stage fed to a second high-temperature storage, where it is heated again to the storage temperature and then passed into the second turbine stage for residual relaxation.

Method according to claims 6 and 7, characterized in that the working fluid leaving the turbine is cooled in an internal heat exchanger and the heat released thereby is transferred to the working medium flow between the compressor and the heat accumulator.

A method according to claims 6 to 8, characterized in that the residual heat which is present in the leaving the turbine working fluid flow, is used to meet the heat demand of external heat consumers.

A method according to claims 6 to 9, characterized in that in the reconversion plant between the high-temperature storage and the turbine, a combustion chamber is installed, which allows independent of storage operation, a short-term power generation without recourse to the storage heat by a storable and always available preferably liquid in this combustion chamber Fuel is burned and thereby the turbine supplied fluid is heated to the temperature level required for the electrical power.