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Die Erfindung befasst sich mit einem Verfahren und einer entsprechenden Druckspeicheranlage zum Einspeichern elektrischer Energie.
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Im Stand der Technik sind verschiedene Speicherverfahren und entsprechende Anlagen zum Einspeichern von überschüssiger elektrischer Energie bekannt. So wird z. B. in Pumpspeicherkraftwerken Wasser unter Verwendung von überschüssiger Energie in ein erhöht gelegenes Reservoir (z. B. See) hinaufgepumpt und damit in Form von potentieller Energie gespeichert. Wo die topographischen Gegebenheiten für Pumpspeicher nicht verfügbar sind, ist die Einspeicherung überschüssiger Energie in Druckluftspeicheranlagen eine großtechnische Alternative.
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Solche Druckluftspeicheranlagen komprimieren Luft und speichern diese in Hohlräumen ein, wofür sich insbesondere auch unterirdische Hohlräume eignen (z. B. natürliche Porenspeicher oder künstlich ausgesolte Salzkavernen).
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Problematisch bei der Einspeicherung ist, dass bei der Kompression der Luft eine große Menge Wärme anfällt, und dass es bei der Ausspeicherung und Entspannung vorteilhaft ist eine große Menge Wärme zuzuführen. Im Stand der Technik sind grundsätzlich drei Verfahren bekannt, die sich der Lösung dieses Problems annehmen.
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Zum einen ist eine quasi-isotherme Druckänderung bekannt, bei der in kleinen Kompressionsschritten und entsprechend in kleinen Expansionsschritten die einzuspeichernde bzw. auszuspeichernde Luft mithilfe der Umgebungstemperatur gekühlt bzw. erwärmt wird.
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Weiterhin ist eine sogenannte diatherme Speicherung bekannt, bei der die Einspeicherung und Kompression wie bei der quasi-isothermen Speicherung mit Umgebungskühlung durchgeführt wird. Beim Ausspeichern wird der Druckluft vor der Expansion Wärme zugeführt, die z. B. aus der Verbrennung von Brennstoffen, wie z. B. Erdgas, stammt. Dabei ist ein Wirkungsgrad bezogen auf die Summe von eingespeicherter Energie und Energiegehalt des Brennstoffs bis 65% erreichbar.
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Nachteilig ist jedoch die Freisetzung von CO2 durch den Einsatz zusätzlicher Brennstoffe.
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Zuletzt ist die adiabate Speicherung bekannt, bei der die Abwärme der Kompression gespeichert wird und zur Erwärmung bei der Expansion genutzt wird. Damit ist theoretisch ein Speicherwirkungsgrad größer 70% erreichbar. Jedoch hat dieses Verfahren den Nachteil, dass ein Kompressor eingesetzt werden muss, der für sehr hohe Temperaturen geeignet ist, weil durch den hohen Speicherdruck von ca. 80 bar bis 100 bar typischerweise am Kompressoraustritt eine Temperatur von circa 600°C herrscht. Auch müssen kostenintensive gestaffelte Speicher, z. B. einen Salzschmelzespeicher und einen Thermoölspeicher umfassend, und Expansionsmaschinen für sehr hohe Drücke verwendet werden. Teilweise müssen solche Komponenten erst noch entwickelt werden und die sehr hohen Investitionskosten für die Komponenten gestalten eine entsprechende Anlage unrentabel.
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Weiterhin sind aus dem Stand der Technik Kombination aus den drei oben genannten Varianten bekannt, z. B. die Ausführung der Kompression mit mehreren Zwischenkühlungen und die Speicherung der Wärme auf niedrigerem Temperaturniveau zwischen 100°C und 600°C.
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Die hier geschilderten Nachteile aus dem vorbekannten Stand der Technik werden mit der im Folgenden beschriebenen Erfindung zumindest teilweise gelöst. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
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Erfindungsgemäß wird gemäß Anspruch 1 ein Verfahren zum Einspeichern elektrischer Energie mittels Gaskompression vorgeschlagen, welches zumindest die folgenden Schritte umfasst:
- a) Komprimieren eines Gases, bevorzugt Umgebungsluft im Normalzustand;
- b) Abführen von Kompressionswärme;
- c) zumindest einmaliges weiteres Komprimieren des Gases und anschließendes Abführen von Kompressionswärme;
- d) Einlagern des komprimierten Gases in einem Gasdruckspeicher;
- e) bei Bedarf Ausspeichern und Entspannen des komprimierten Gases.
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Das Verfahren ist dabei dadurch kennzeichnet, dass bei einem Abführen der Kompressionswärme die Kompressionswärme auf ein Speichermedium übertragen wird, dieses in zumindest einem Wärmespeicher eingespeichert wird und beim bzw. vor dem Einspeichern des Speichermediums die Temperatur des Speichermediums zumindest teilweise mittels eines elektrischen Erhitzers von einer Ausgangstemperatur auf eine Speichertemperatur angehoben wird und die eingespeicherte Kompressionswärme sowie die eingespeicherte elektrische Wärme für die Erwärmung beim Entspannen des komprimierten Gases in Schritt e) genutzt wird, d. h. die in dem Speichermedium enthaltene Kompressionswärme sowie die eingespeicherte elektrische Wärme werden dann auf das Gas übertragen. Der elektrische Erhitzer ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass er dazu konfiguriert ist, elektrische Energie in Wärme umzusetzen, um ein Speichermedium zu erhitzen.
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Die Gaskompression nutzt die Einspeicherung von meist überschüssig anfallender elektrischer Energie, z. B. tagsüber, in Form eines komprimierten Gases, bevorzugt Umgebungsluft in einer Kaverne. Das komprimierte Gas kann bei höherem Bedarf an elektrischer Energie, z. B. abends, über einer Turbine mit Generator entspannt werden und die daraus gewonnene elektrische Energie bereitgestellt werden. Bei Energieüberschuss wird nun das Gas zunächst in einem Schritt a) komprimiert. Im Falle von Umgebungsluft befindet sich das zu komprimierende Gas bei etwa 20°C und circa 1 bar, also im Normalzustand. Das Verfahren ist aber auch mit wetterbedingt abweichenden Drücken und Temperaturen mit Umgebungsluft durchführbar. Danach wird in Schritt b) die entstehende Kompressionswärme abgeführt. Diese zwei Schritte werden in höheren Kompressionsstufen in Schritt c) zumindest einmal, bevorzugt mehrmals, wiederholt. Anschließend wird in Schritt d) das in Speicherzustand gebrachte komprimierte Gas in einem Gasdruckspeicher, z. B. einer Kaverne, eingebracht und dort unter Druck gehalten, bis wieder Energie in elektrische Energie zurückverwandelt werden soll. In einem solchen Bedarfsfall wird in Schritt e) das komprimierte Gas über einer Expansionsturbine entspannt und somit mittels eines Generators elektrische Energie zurückgewonnen.
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Bei einem oder bei mehreren Schritten des Abführens der Kompressionswärme in Schritt b) und/oder c) wird die anfallende Kompressionswärme in zumindest einen Wärmespeicher abgeführt. Dabei erreicht das komprimierte Gas bevorzugt nie eine Temperatur, die nicht mehr maschinenverträglich ist. D. h., die maximale Temperatur wird insbesondere als Maschinentemperatur bezeichnet, bei der ein konventioneller Kompressor eingesetzt werden kann, welcher dadurch kostengünstiger ist und bereits so weit entwickelt ist, dass er sofort einsetzbar ist. Bevorzugt liegt eine solche Maschinentemperatur bei oder unter 320°C. Diese Temperatur kann jedoch auch höher liegen, wenn ein ausreichend kostengünstiger Kompressor entwickelt ist, der höhere Temperaturen verträgt. Jedoch wird das warme komprimierte Gas bzw. ein fluides Speicher- bzw. Wärmetauschmedium, welches zwischengeschaltet ist, mittels eines elektrischen Erhitzers vor der Einspeicherung weiter erwärmt und auf eine höhere Speichertemperatur gebracht. Diese Speichertemperatur ist für einen besonders effizienten Wärmespeicher geeignet, z. B. einen Salzschmelzespeicher, und liegt bevorzugt bei 500°C oder darüber. Die Wärme dieses Speichers kann dann bei der Entspannung genutzt werden, bevorzugt zur Erwärmung des komprimierten Gases vor der Entspannung im Expander. Bevorzugt wird die Expansion über nur eine einzige Expanderstufe durchgeführt. Aufgrund der Erwärmung des komprimierten Gases, z. B. auf knapp 500°C, wird das Volumen des komprimierten Gases vergrößert und zur Gewinnung von elektrischer Energie, die vom Volumenstrom abhängig ist, muss lediglich eine entsprechend reduzierte Menge an Gas ausgespeichert werden. Weiterhin bedingt diese Maßnahme den Vorteil, dass man ein CO2-neutrales CAES erhält, das beim Ausspeichern mindestens eine Expansionsstufe weniger als beim Einspeichern hat, was wiederum zu Einsparungen bei den Investitionskosten führt.
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Mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren wird ein zusätzlicher Wärmeeintrag über einen Erhitzer besonders effizient genutzt, indem zum Einen die Maschinentemperatur der Kompressoren nicht überschritten wird und zum Anderen eine effiziente Speichertemperatur genutzt wird. Das Verfahren schließt jedoch nicht aus, dass auch weitere Wärmespeicher, z. B. Niedertemperaturspeicher und Ausgleichsspeicher zum gesteuerten Anheben bzw. Absenken der Gastemperatur, eingesetzt werden. Weiterhin wird vorteilhafterweise eine Drossel zwischen dem Gasdruckspeicher und dem Wärmeübertrager eingesetzt. Mit dieser Drossel kann ein konstanter Expandereingangsdruck bereitgestellt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Kompressionsschritte, bei denen die Kompressionswärme nicht eingespeichert wird, quasi-isotherm durchgeführt, wobei bevorzugt die Kompressionswärme an die Umgebung abgegeben wird.
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Bei einer kleinschrittigen Kompression mit einer Mehrzahl von gestuften Kompressoren wird ein optimales Druckgefälle eingesetzt, welches zugleich nur zu einer geringen Erhitzung des Gases führt, die die Maschinentemperatur nicht überschreitet, die bevorzugt bei circa 90°C liegt. Bei einem Einsatz eines Kompressors über ein geringes Druckgefälle, z. B. zwischen 9 bar und 16 bar oder 47 bar und 80 bar, kann der Kompressor vorteilhaft ausgelegt werden in Bezug auf die Temperaturerhöhung, aber auch in Bezug auf die notwendigen Dichtungen zur Erzeugung des Druckgefälles. Dadurch wird die zur Kompression aufzuwendende Energie effizient genutzt und die Kompressoren sind bereits entwickelt und sofort einsetzbar und daher kostengünstig.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird beim Ausspeichern und Entspannen in Schritt e) das komprimierte Gas ausschließlich über mit der eingespeicherten Wärme gespeiste Wärmeübertrager erwärmt.
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Das hier vorgeschlagene Verfahren erlaubt eine Erwärmung des zu entspannenden Gases allein über die eingespeicherte Energie, so dass das Ausspeichern gleich einem adiabat geführten Prozess geführt werden kann. Dies wird insbesondere darüber erreicht, dass die eigentlich zu kühle Temperatur (die Maschinentemperatur) auf eine effiziente Speichertemperatur mittels eines Erhitzers angehoben wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Kompressionswärme in Schritt b) eingespeichert.
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Gemäß der Erfindung kann eine Einspeicherung der Kompressionswärme an einer beliebigen Stufe der Kompression durchgeführt werden. Insbesondere wird die Wärmespeicherung nach einer ersten Kompressionsstufe vorgenommen, weil im Bereich der Druckerhöhung aus dem (in etwa) Normalzustand des Gases (zwischen 0°C und 30°C bei circa 1 bar) über kleine Druckdifferenzen bereits eine hohe Kompressionswärme entsteht. Daher kann bei dieser hier vorgeschlagenen Konfiguration das Kompressionsverhältnis über eine jede Kompressionsstufe so ausgelegt werden, dass jede Kompressionsstufe für ihren Bereich optimal ausgelegt ist. Der Vorteil der Wärmeauskopplung am Anfang sind also hohe Kompressortemperaturen (z. B. 320°C) gepaart mit niedrigem Druck (z. B. max. 10 bar). Eine Auskopplung in letzter Stufe hat hingegen den Vorteil deutlich kleinerer Volumenströme und somit geringere Baugröße, aber als möglichen Nachteil die Paarung hohe Drücke (80 bar) und hohe Temperaturen (320°C). Gemäß einer alternativen Variante wird daher insbesondere auch die Wärme nach der letzten Kompressionsstufe eingespeichert. Dabei wird z. B. das Gas über mehrere Kompressionsstufen quasi-isotherm von circa 1 bar auf circa 9 bar gebracht und anschließend in einer oder mehreren Kompressionsstufen ohne Abführung von Wärme an die Umgebung auf circa 80 bar angehoben, wobei die Temperatur dabei so geführt wird, dass die Maschinentemperatur nach der letzten Kompressionsstufe erreicht wird. Danach wird die Kompressionswärme über einen oder mehrere Wärmeübertrager wie oben beschrieben in einem Wärmespeicher eingespeichert und das Gas wie oben beschrieben bei niedriger Temperatur, z. B. 40°C dem Gasdruckspeicher zugeführt. Auch hierbei sind die Kompressionsstufen optimal gemäß der obigen Beschreibung auslegbar, wobei bevorzugt diesmal durchgehend in etwa die Maschinentemperatur, also insbesondere die maximale Temperatur der Kompressoren, anliegt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das ausgespeicherte Gas stromab des Gasdruckspeichers sowie stromauf der Entspannung bzw. des Expanders auf eine Vorentspannungstemperatur gebracht, die größer als die Maschinentemperatur bzw. die Temperatur des Gases stromauf des Wärmeübertragers beim Einspeichern der Kompressionswärme ist.
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Weil Generatorturbinen für Hochtemperaturanwendungen bereits verfügbar sind, kann hier die hohe Speichertemperatur dazu genutzt werden, das zu entspannende Gas auf eine sehr hohe Temperatur, z. B. knapp unterhalb der Speichertemperatur, anzuheben. Dadurch wird ein großer Energiegehalt des Gases erreicht, wodurch wiederum ein relativ geringerer Gasvolumenstrom zur Gewinnung elektrischer Energie verbraucht wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Erhitzer zum Anheben der Temperatur des Speichermediums auf die Speichertemperatur elektrisch betrieben.
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Weil beim Vorgang des Einspeicherns der (überschüssigen) elektrischen Energie eben elektrische Energie zur Verfügung steht, die zumal meist auf erneuerbare Energieressourcen zurückgeht, steht für einen elektrisch betriebenen Erhitzer ausreichend Energie zur Verfügung.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Wärmespeicher für das Einspeichern der Kompressionswärme auf Speichertemperatur ein elektrisch beheizter Wärmespeicher.
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Das hier beschriebene Verfahren in jeglicher obiger Weiterbildung hat zudem den Vorteil, dass der Elektroerhitzer eine größere Dynamik aufweist als die Kompressoren, und die beiden Stromverbraucherarten zumindest teilweise zeitlich entkoppelt betrieben werden können. Damit kann der Elektroerhitzer Systemdienstleistungen wie z. B. negative Sekundärregelleistung anbieten, was zum einen den Ertrag des Energiespeichersystems steigert und zum anderen seinen Nutzen für die Netzintegration erneuerbarer Energien vergrößert.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Druckspeicheranlage zum Einspeichern von elektrischer Energie mittels Gaskompression vorgeschlagen, welche zumindest eine Mehrzahl von Kompressionsstufen zum Komprimieren von einem Gas, bevorzugt Umgebungsluft im Normalzustand; zumindest einen Wärmeübertrager zum Übertragen von beim Komprimieren des Gases anfallender Kompressionswärme auf ein fluides Speichermedium, zumindest einen Wärmespeicher für die in dem mindestens einen Wärmeübertrager abgeführte Kompressionswärme bzw. das Speichermedium umfasst. Erfindungsgemäß weist die Anlage zumindest einen Erhitzer auf, der stromab des mindestens einen Wärmeübertragers sowie insbesondere stromauf des Wärmespeichers angeordnet ist, und dazu konfiguriert ist, aus dem mindestens einen Wärmeübertrager kommendes Speichermedium (welches die Kompressionswärme trägt) weiter zu erhitzen, und zwar auf die Speichertemperatur, die das eingespeicherte Speichermedium letztlich im Wärmespeicher aufweist.
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Die Druckspeicheranlage dient der Einspeicherung (überschüssiger) elektrischer Energie (hauptsächlich) in Form von komprimiertem Gas und ist bevorzugt für das oben beschriebene Verfahren eingerichtet. Die Kompressionsstufen komprimieren dabei ein geeignetes Gas, z. B. Umgebungsluft, die das Gas in stufenweiser Steigerung auf einen gewünschten Speicherdruck bringen. Weiterhin ist zumindest ein Wärmeübertrager vorgesehen, welcher die entstehende Kompressionswärme einem Wärmespeicher zuführt. Der Erhitzer ist dabei bevorzugt zwischen dem Wärmeübertrager und dem Wärmespeicher angeordnet, also stromab des Wärmeübertragers und stromauf des Wärmespeichers, so dass das Speichermedium aus dem Wärmeübertrager über den Erhitzer in den Wärmespeicher führbar ist, und hebt die Temperatur des Speichermediums von einer Ausgangstemperatur, z. B. circa 320°C, auf eine Speichertemperatur von z. B. circa 500°C an. Damit wird im Kompressionsstrang das Gas nicht heißer als heutzutage zur Verfügung stehende und relativ kostengünstige Kompressoren vertragen. Zugleich wird die Speichertemperatur so hoch angehoben, dass die Speicherung mit besonders effizienten Speichern möglich ist, z. B. Salzschmelzespeicher oder Thermoölspeicher. Darüber hinaus ist der in dieser Anordnung notwendige Wärmeeintrag verglichen mit der nachträglichen Erwärmung gemäß dem diathermen Prozess deutlich geringer, so dass ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden kann. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der zumindest ein Erhitzer mit elektrischer Energie betreibbar, d. h., dazu ausgebildet elektrische Energie in Wärme umzusetzen (z. B. Joulsche Wärme).
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Dadurch, dass nur ein geringerer Wärmeeintrag gegenüber der diathermen Prozessführung benötigt wird, kann eine ausreichende Erwärmung bei gutem Gesamtwirkungsgrad mittels eines elektrisch betriebenen Erhitzers erreicht werden. Die elektrische Energie steht dabei nicht nur im Überfluss zur Verfügung, sondern es ist auch keine Zuführung fossiler Brennstoffe notwendig, wodurch zusätzliche kosten- und wartungsintensive Zuleitungs- und Verbrennungsanlagen sowie spätere Brennstoff- und CO2 Zertifikatskosten entfallen können.
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Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, die bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
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1: die Verfahrensschritte gemäß einer bevorzugten Weiterbildung;
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2: eine Druckspeicheranlage gemäß einer ersten Konfiguration; und
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3: einen Ausschnitt einer Druckspeicheranlage gemäß einer zweiten Konfiguration.
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1 zeigt die Verfahrensschritte a) bis e) gemäß der obigen Beschreibung, wobei hier der Schritt f), nämlich das Erhitzen, und der Schritt g), nämlich das Einspeichern der Kompressionswärme, dem Schritt b) folgen. Demnach wird nach der ersten Kompressionsstufe in Schritt a) die Kompressionswärme in Schritt b) nachfolgend in Schritt f) einer externen Erhitzung zugeführt und dann erst in Schritt g) in einem Wärmespeicher gespeichert. In Schritt c) finden weitere Kompressionsstufen statt, wobei die Kompressionswärme an die Umgebung abgeführt wird, also die Kompressionsstufen im Schritt c) gemäß dieser Weiterbildung quasi-isotherm durchgeführt werden. In Schritt d) wird das endgültig komprimierte Gas einem Gasdruckspeicher zugeführt und dort gehalten. Schritt e) wird dann im Bedarfsfall ausgeführt, wobei das komprimierte Gas, eventuell gedrosselt, mittels der Kompressionswärme, die im Schritt g) eingespeichert wurde, erwärmt und dann expandiert wird, so dass wieder elektrische Energie über einen Expander gewonnen werden kann. Wie bereits oben erwähnt, kann sich Schritt f) und Schritt g) auch an Schritt c) anschließen.
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2 zeigt eine Druckspeicheranlage 12, bei der das Verfahren gemäß der obigen Beschreibung durchgeführt wird. Ein Gas 1 wird einer ersten Kompressionsstufe 14 zugeführt und dabei von bevorzugt 20°C und 1 bar auf die Maschinentemperatur 7 von bevorzugt 316°C (bei 9,16 bar) gebracht. Im Wärmeübertrager 10 wird die Kompressionswärme auf eine Speichermedium 2 übertragen, das aus einem ersten Speicher 20 bei vorliegend bevorzugt 150°C in den Wärmeübertrager 10 geführt wird, wobei die Luft 1 gegen das Speichermedium 2 vorliegend auf bevorzugt 155°C abgekühlt wird (und aufgrund von Reibungsverlusten insbesondere auf 9,06 bar entspannt wird). Das Speichermedium 2 wird aus dem Wärmeübertrager 10 abgezogen und über einen Erhitzer 6 geführt, welcher hier mit elektrischer Energie 13 betrieben wird, der das Speichermedium 2 auf eine erhöhte Speichertemperatur von vorliegend bevorzugt 500°C bringt. Hiernach wird das Speichermedium 2 mit Speichertemperatur im Wärmespeicher 5 eingespeichert.
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Nach Abkühlung des Gases 1 auf vorliegend 150°C wird das Gas 1 in einen weiteren Wärmeübertrager 28 geführt, der mit einem zweiten Speicher 21 verbunden ist, welcher zur Ausgleichssteuerung eingerichtet ist und ein weiteres Speichermedium speichert, das mit einem Zwischenkühler 29 zur Umgebung 9 gekühlt werden kann. Aus dem zweiten Speicher 21 wird das weitere fluide Speichermedium in den weiteren Wärmeübertrager 28 geleitet und das Gas 1 gegen das weitere Speichermedium auf vorliegend bevorzugt 27°C abgekühlt, wobei das Gas 1 einen niedrigeren Druck von bevorzugt 8,96 bar erhält. Das entsprechend erwärmte weitere Speichermedium wird mittels des Zwischenkühlers 29 (z. B. Wärmeübertrager) gegen die Umgebung gekühlt und in den weiteren Speicher 21 zurückgeführt.
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Stromab des weiteren Wärmeübertragers 28 ist eine zweite Kompressionsstufe 15 vorgesehen, in der das Gas 1 weiter verdichtet wird, bevorzugt auf einen Druck von 16,43 bar, wobei die Temperatur des Gases 1 erhöht wird, bevorzugt auf 92,8°C. Sodann wird das Gas 1 mittels eines ersten Kühlers 23 gegenüber der Umgebung 9 gekühlt. Nach einer dritten Kompressionsstufe 16 weist das Gas 1 eine Temperatur von bevorzugt 91,2°C auf, bei einem weiter erhöhten Druck von bevorzugt 27,76 bar, wonach über einen zweiten Kühler 24 das Gas 1 wieder gekühlt wird. Nach der vierten Kompressionsstufe 17 ist das Gas 1 bevorzugt auf einer Temperatur von 91,6°C und weist einen weiter erhöhten Druck von bevorzugt 47,33 bar auf, wonach über einen dritten Kühler 25 das Gas 1 wieder gekühlt wird. Nach der fünften Kompressionsstufe 18 ist das Gas 1 bevorzugt wieder auf einer Temperatur von 91,2°C und weist einen weiter erhöhten Druck von bevorzugt 80,5 bar auf, wonach über einen vierten Kühler 26 das Gas 1 wieder gekühlt wird und anschließend das endgültig komprimierte Gas 3 mit bevorzugt 40°C sowie bevorzugt 80 bar in den Gasdruckspeicher 4, z. B. eine Kaverne, eingespeichert werden kann.
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Zur Rückgewinnung der elektrischen Energie wird das eingespeicherte komprimierte Gas 3 aus dem Speicher 4 über eine Drossel 27 geleitet, wobei es sich bevorzugt auf 15°C abkühlt und der Druck bevorzugt auf 60 bar abgesenkt wird. Im weiteren Wärmeübertrager 28 wird die Temperatur des Gases 3a gegen das weitere Speichermedium auf bevorzugt 139°C angehoben und der Druck infolge der Reibung leicht abgesenkt, und zwar auf bevorzugt 59,5 bar. Nach Durchströmen des Wärmeübertragers 10, in dem die Temperatur des komprimierten Gases 3b gegen das Speichermedium 2 aus dem Wärmespeicher 5 auf eine Temperatur von bevorzugt 479°C erhöht wird, wobei der Druck des Gases 3 leicht auf bevorzugt 59 bar abfällt, wird der Expander 22 beströmt, in dem das komprimierte Gas wieder auf bevorzugt 1 bar entspannt wird und infolge der Expansionsabkühlung nur noch nahezu Umgebungstemperatur von bevorzugt 30°C aufweist.
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3 zeigt einen Ausschnitt einer Druckspeicheranlage 12, die im Übrigen ähnlich wie in 2 aufgebaut sein kann. Nach der letzten Kompressionsstufe 14, ist das Gas 7 auf bevorzugt circa 80 bar komprimiert und auf Speichertemperatur von circa 320°C gebracht. Zuvor ist das Gas 1 aus dem Umgebungszustand von 1 bar und bevorzugt 20°C durch eine erste Kompressionsstufe 15, einen ersten Kühler 23, eine zweite Kompressionsstufe 16, einen zweiten Kühler 24, eine dritte Kompressionsstufe 17, einen dritten Kühler 25, eine vierte Kompressionsstufe 18 und einen vierten Kühler 26. Die Kühler 23 bis 26 sind wiederum bevorzugt als Wärmeübertrager ausgebildet und kühlen das Gas 1 quasi-isotherm gegenüber der Umgebung 9 ab. Beim Ausspeichern ist das komprimierte Gas 3b nach der Erwärmung mittels des Wärmeübertragers 10 (vgl. auch 2) auf ein Vorentspannungstemperatur von bevorzugt circa 480°C gebracht und wird so im Expander 22 auf den Umgebungszustand von 1 bar und leicht erhöhter Temperatur von bevorzugt 30°C gebracht, wobei die elektrische Energie (nicht dargestellt) wiedergewonnen wird.
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Die oben genannten Temperaturen und Drücke bezeichnen bevorzugte beispielhafte Werte des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Anlage. Abweichungen von den genannten Werten sind möglich. Ebenfalls kann die Anzahl der Kompressionsstufen je nach Bedarf ggf. variiert werden.
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Die vorliegend beschriebene Erfindung ermöglicht den Einsatz bereits entwickelter Kompressoren bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen bei einem zugleich hohen erreichbaren Wirkungsgrad. Bezugszeichenliste
| 1, 3, 3a, 3b, 7 | Gas |
| 2, 8 | Speichermedium |
| 3 | komprimiertes Gas |
| 4 | Gasdruckspeicher |
| 5 | Wärmespeicher |
| 6 | Erhitzer |
| 9 | Umgebung |
| 10 | Wärmetauscher |
| 12 | Druckspeicheranlage |
| 13 | elektrische Energie |
| 14 | erste Kompressionsstufe |
| 15 | zweite Kompressionsstufe |
| 16 | dritte Kompressionsstufe |
| 17 | vierte Kompressionsstufe |
| 18 | fünfte Kompressionsstufe |
| 19 | sechste Kompressionsstufe |
| 20 | erster Speicher |
| 21 | zweiter Speicher |
| 22 | Expander |
| 23 | erster Kühler |
| 24 | zweiter Kühler |
| 25 | dritter Kühler |
| 26 | vierter Kühler |
| 27 | Drossel |
| 28 | weiterer Wärmetauscher |
| 29 | Zwischenkühler |
| 30 | siebte Kompressionsstufe |
| 27 | Drossel |
| 28 | weiterer Wärmetauscher |
| 29 | Zwischenkühler |
