DE102014009396A1 - Energy storage combination - Google Patents

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Abstract

Energiekombinationsspeicher, bestehend aus einem Flüssigkeitsantrieb und mindestens einem weiteren Energiespeicher, bei dem mindestens ein Bestandteil oder eine Komponente dieses Energiespeichers die Eigenschaft der zusätzlichen Aufnahme bzw. Speicherung von thermischer Energie besitzt und die Übertragung der thermischen Energie auf ein Arbeitsmittel ermöglicht wird und dass weiterhin die Ausbildung eines Arbeitsmittelkreislaufes gegeben ist. Die bei der externen Umwandlung der in den Systemen des Energiekombinationsspeichers erzeugten elektrischen Energie anfallende Verlustwärme kann als thermische Energie für eine erneute Energieerzeugung wieder im System gespeichert werden.Combined energy storage, consisting of a liquid drive and at least one further energy storage, in which at least one component or component of this energy storage has the property of additional absorption or storage of thermal energy and the transmission of thermal energy is made possible on a working fluid and that further training given a working fluid circuit. The waste heat generated in the external conversion of the electrical energy generated in the systems of the energy combination storage can be stored as thermal energy for re-energy production in the system.

Description

Neben den langläufig bekannten und verwendeten Primär- und Sekundärelementen sind auch solche Energiespeicher bekannt, beispielhaft beschrieben in der Offenlegungsschrift DE 10 2010 009 543 A1 , bei denen Sonnenenergie, unter Abgabe von CO2, stofflich gespeichert, gelagert oder transportiert wird und bei Bedarf, unter Zugabe von CO2, wieder in Wärmeenergie rückverwandelt werden kann. Bedingt durch die Anzahl der erforderlichen Prozessschritte ist der Gesamtwirkungsgrad solcher Verfahren begrenzt.In addition to the long-known and used primary and secondary elements and such energy storage are known, for example, described in the published patent application DE 10 2010 009 543 A1 in which solar energy, with release of CO 2 , is stored, stored or transported, and if necessary, with the addition of CO 2 , can be converted back into heat energy. Due to the number of required process steps, the overall efficiency of such processes is limited.

Ein weiteres Energiespeicherverfahren wird in der Schrift DE 600 03815 T2 als Redox-Flow-Batteriesystem in beispielhafter Form beschrieben, bei dem durch den Kontakt von zwei voneinander abweichenden Elektrolyte über eine Membran, in einem Mehrzellenreaktor, ein Stromfluss ohne Gasentwicklung erzeugt wird. Nachteilig bei diesem Verfahren sind die bislang noch hohen Speicherkosten für eine hinlängliche Energiebereitstellung.Another energy storage method is in the Scriptures DE 600 03815 T2 described as redox flow battery system in an exemplary form, in which is generated by the contact of two dissimilar electrolytes via a membrane, in a multi-cell reactor, a current flow without gas evolution. A disadvantage of this method are the still high storage costs for a sufficient energy supply.

Nachteilig bei allen bislang verwendeten Speicherverfahren jedoch ist, dass vorrangig jeweils nur eine gespeicherte Energieform in elektrische Energie umgewandelt wird und mögliche Synergieeffekte ggf. nur bedingt zur Anwendung gelangen. Die sich daraus ergebenden Eigenschaften sind oftmals eine geringe Speicherkapazität, hohe Betriebskosten, eine begrenzte Lebensdauer und ein hohes Gewicht derartiger Lösungen.However, a disadvantage of all storage methods used hitherto is that primarily only one stored energy form is converted into electrical energy, and possible synergy effects may only be used to a limited extent. The resulting properties are often low storage capacity, high operating costs, limited life and high weight of such solutions.

Aufgabe der erfindungsgemäßen Lösung eines Energiekombinationsspeichers soll es folglich sein, die Speicherkapazitäten bekannter Energiespeicher, durch geeignete Kombination mit der erfindungsgemäßen Lösung eines Flüssigkeitsantriebes, beispielhaft dargestellt in der Schrift DE 10 2013 016 360.9 , zu erhöhen, die Speicherkosten zu reduzieren und damit die Effizienz und den Wirkungsgrad des gesamten Energiespeichers zu verbessern.The object of the inventive solution of an energy combination memory should therefore be the storage capacities of known energy storage, by suitable combination with the inventive solution of a liquid drive, exemplified in the Scriptures DE 10 2013 016 360.9 To increase, reduce storage costs and thus improve the efficiency and efficiency of the entire energy storage.

Erfindungsgemäß wird dieses stellvertretend, auch für weitere Möglichkeiten, durch die Kombination eines genannten Flüssigkeitsantriebes mit geeigneten Modifikationen bereits bekannter Energiespeicherverfahren realisiert, wobei hier zusätzlich die Möglichkeit der Aufnahme von thermischer Energie eine zwingende Voraussetzung darstellt.According to the invention this is representative, also for other possibilities, realized by the combination of a liquid drive mentioned with suitable modifications already known energy storage method, in which case additionally represents the possibility of receiving thermal energy is a mandatory requirement.

Am Beispiel einer in 1 dargestellten Anordnung eines erfindungsgemäßen Energiekombinationsspeichers soll dieser in einer möglichen Ausführungsform näher beschrieben werden.The example of an in 1 illustrated arrangement of an energy combination memory according to the invention this will be described in more detail in a possible embodiment.

Ausgehend von einem allgemein bekannten Aufbau eines Redox-Flow-Batteriesystems sind die Behälter 1 und 2 für die Elektrolyte 3 und 4 über zugehörige Verbindungsleitungen 5 und den Umwälzpumpen 6 und 7 mit einem Mehrzellenreaktor 8 und dieser über die Rückführungsleitungen 9 wiederum mit den zugehörigen Behältern 1 und 2 verbunden. Der Mehrzellenreaktor 8 weist einen elektrischen Anschluss 10 auf. Weiterhin befinden sich im Behälter 1 ein Wärmetauscher 11 und ein Behälter 12, der ein Arbeitsmittel 13 enthält. Im Behälter 2 ist neben einem Wärmetauscher 14 ein Behälter 15 angeordnet, in dem sich gleichfalls das Arbeitsmittel 13 befindet. Die Behälter 12 und 15 stehen weiterhin über eine Kondensatpumpe 16 und über einen Flüssigkeitsantrieb 17 miteinander in Verbindung.Starting from a well-known construction of a redox flow battery system, the containers 1 and 2 for the electrolytes 3 and 4 via associated connection lines 5 and the circulation pumps 6 and 7 with a multi-cell reactor 8th and this via the return lines 9 again with the associated containers 1 and 2 connected. The multi-cell reactor 8th has an electrical connection 10 on. Continue to be in the container 1 a heat exchanger 11 and a container 12 who is a work tool 13 contains. In the container 2 is next to a heat exchanger 14 a container 15 arranged, in which also the work equipment 13 located. The containers 12 and 15 are still on a condensate pump 16 and via a fluid drive 17 in contact with each other.

Die in den Behältern 1 und 2 befindlichen Elektrolyte 3 und 4 werden mittels der Umwälzpumpen 6 und 7 getrennt in den Mehrzellenreaktor 8 transportiert, reagieren dort miteinander und erzeugen elektrische Energie, die an dem elektrischen Anschluss 10 entnommen werden kann. Die Elektrolyte 3 und 4 können bereits bei der Befüllung der Behälter 1 und 2 eine Temperaturdifferenz besitzen oder es wird mittels des Wärmetauschers 11 dem Elektrolyt 3 Wärme entzogen bzw. mittels des Wärmetauschers 14 wird dem Elektrolyt 4 Energie in Form von Wärme zugeführt. Diese thermische Energie verdampft das im Behälter 15 vorhandene Arbeitsmittel 13, welches anschließend dem Flüssigkeitsantrieb 17 zur mechanischen Energiegewinnung zugeführt wird. Nach Verlassen des Flüssigkeitsantriebes 17 gelangt das Arbeitsmittel 13 in den tiefer temperierten Behälter 12, kondensiert dort unter Reduzierung des Volumens und wird mittels der Kondensatpumpe 16 wieder dem Behälter 15 zur erneuten Verdampfung, unter Aufnahme von thermischer Energie, zugeführt.The in the containers 1 and 2 located electrolytes 3 and 4 be by means of circulation pumps 6 and 7 separated into the multi-cell reactor 8th transported, react with each other there and generate electrical energy, which at the electrical connection 10 can be removed. The electrolytes 3 and 4 Already at the time of filling the container 1 and 2 have a temperature difference or it is by means of the heat exchanger 11 the electrolyte 3 Heat extracted or by means of the heat exchanger 14 becomes the electrolyte 4 Energy supplied in the form of heat. This thermal energy evaporates in the container 15 existing work equipment 13 , which subsequently the liquid drive 17 for mechanical energy is supplied. After leaving the liquid drive 17 gets the work equipment 13 in the lower temperature container 12 , condenses there by reducing the volume and by means of the condensate pump 16 again the container 15 for re-evaporation, with the absorption of thermal energy supplied.

Die gewonnene Elektroenergie kann an dem elektrischen Anschluss 18 entnommen werden. Beide Prozesse der elektrischen Energiegewinnung laufen ohne gegenseitige Beeinflussung und unabhängig voneinander ab. Die Elektrolyte 3 und 4 sind dabei Träger bzw. Speicher sowohl von chemischer als auch thermischer Energie. Die Zuführung der chemischen und thermischen Ausgangsenergie kann losgelöst und unabhängig voneinander erfolgen. Anfallende Verlustenergie, die beispielsweise bei der Energienutzung aus dem Redox-Flow-Batteriesystem in Form von Wärme anfällt, kann dem System als thermische Basisenergie für eine erneute Energieerzeugung mittels des Flüssigkeitsantriebes wieder zugeführt werden. Energiekombinationsspeicher können folglich überall dort zum Einsatz kommen, wo mindestens eine Komponente eines bekannten Energieerzeugungssystems als Speicher für thermische Energie verwendet werden kann.The recovered electrical energy can be connected to the electrical connection 18 be removed. Both processes of electrical energy production run without mutual influence and independently. The electrolytes 3 and 4 are carriers or storage of both chemical and thermal energy. The supply of chemical and thermal energy output can be detached and independent of each other. Accumulating loss energy, which is obtained in the form of heat, for example, in the energy use of the redox flow battery system, can be supplied to the system as a thermal base energy for renewed energy production by means of the liquid drive again. Combined energy storage can therefore be used wherever at least one component of a known power generation system can be used as a storage for thermal energy.

Eine weitere Form eines erfindungsgemäßen Energiekombinationsspeichers ist beispielhaft in der 2 dargestellt. Abweichend zur 1 sind hier die Behälter 12 und 15 in den Zuleitungen 5 für die Umwälzpumpen 6 und 7 für die unterschiedlich temperierten Elektrolyte 3 und 4 angeordnet. Zusätzlich sind in den Behältern 12 und 14 die Wärmetauscher 19 und 20 derart platziert, dass sie von den Elektrolyten 3 und 4 durchströmt werden. Bei der Aktivierung des Redox-Flow-Batteriesystems fließt bei Betrieb der Umwälzpumpen 6 und 7 unterschiedlich temperierter Elektrolyt 3 und 4 durch die Wärmetauscher 19 und 20 und erzeugt somit unterschiedliche Dampfdrücke des Arbeitsmittels 13 in den Behältern 12 und 15. Diese Druckdifferenz wird wie in der 1 dargestellt mittels eines Flüssigkeitsantriebes 17 in mechanische und anschließend in elektrische Energie umgewandelt, die dann dem elektrischen Anschluss 18 entnommen werden kann.Another form of energy combination storage according to the invention is exemplary in the 2 shown. Deviating from 1 are here the containers 12 and 15 in the supply lines 5 for the circulation pumps 6 and 7 for the different temperature electrolytes 3 and 4 arranged. Additionally are in the containers 12 and 14 the heat exchangers 19 and 20 placed in such a way that they are from the electrolytes 3 and 4 be flowed through. When the redox flow battery system is activated, the circulating pumps operate 6 and 7 differently tempered electrolyte 3 and 4 through the heat exchangers 19 and 20 and thus produces different vapor pressures of the working fluid 13 in the containers 12 and 15 , This pressure difference is like in the 1 represented by means of a liquid drive 17 converted into mechanical and then into electrical energy, which then the electrical connection 18 can be removed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Behältercontainer
22
Behältercontainer
33
Elektrolytelectrolyte
44
Elektrolytelectrolyte
55
Verbindungsleitungeninterconnectors
66
Umwälzpumpecirculating pump
77
Umwälzpumpecirculating pump
88th
MehrzellenreaktorMore cell reactor
99
RückführungsleitungenReturn lines
1010
Elektrischer AnschlussElectrical connection
1111
Wärmetauscherheat exchangers
1212
Behältercontainer
1313
Arbeitsmittelwork equipment
1414
Wärmetauscherheat exchangers
1515
Behältercontainer
1616
Kondensatpumpecondensate pump
1717
Flüssigkeitsantriebfluid drive
1818
Elektrischer AnschlussElectrical connection
1919
Wärmetauscherheat exchangers
2020
Wärmetauscherheat exchangers

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010009543 A1 [0001] DE 102010009543 A1 [0001]
  • DE 60003815 T2 [0002] DE 60003815 T2 [0002]
  • DE 102013016360 [0004] DE 102013016360 [0004]

Claims (10)

Energiekombinationsspeicher, bestehend aus einem Redox-Flow-Batteriesystem, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälter 1 und/oder 2 für die Elektrolyte 3 und 4 weitere Behälter 12 und/oder 15 enthalten, in denen sich ein Arbeitsmittel 13 mit einem geringen Siedepunkt befindet und die Behälter 12 und 15 mit einem Flüssigkeitsantrieb 17 verbunden sind und die Elektrolyte 3 und 4 eine voneinander abweichende Temperatur aufweisen.Combined energy storage, consisting of a redox flow battery system, characterized in that the container 1 and or 2 for the electrolytes 3 and 4 more containers 12 and or 15 contain, in which a work equipment 13 with a low boiling point and the containers 12 and 15 with a liquid drive 17 are connected and the electrolytes 3 and 4 have a different temperature. Anspruch gemäß des Punktes 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälter 12 und 15, über die Wärmetauscher 18 und 20, mit den Umwälzpumpen 6 und 7 für die Elektrolyte 3 und 4 thermisch verbunden sind.Claim according to item 1, characterized in that the containers 12 and 15 , over the heat exchangers 18 and 20 , with the circulation pumps 6 and 7 for the electrolytes 3 and 4 thermally connected. Anspruch gemäß der Punkte 1. und 2., gekennzeichnet dadurch, dass das Redox-Flow-Batteriesystem und der Flüssigkeitsantrieb keinen Einfluss aufeinander ausüben und dass jedes System für sich oder auch gemeinsam ohne Einschränkungen betrieben werden kann.Claim according to the points 1 and 2, characterized in that the redox flow battery system and the liquid drive exercise no influence on each other and that each system can be operated alone or together without restrictions. Anspruch gemäß der Punkte 1. bis 3., dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Systeme des Energiekombinationsspeichers, unabhängig voneinander, gleiche oder abweichende Betriebszustände, besonders die Ladung bzw. die Entladung betreffend, aufweisen.Claim according to the points 1 to 3, characterized in that the respective systems of the energy combination memory, independently of one another, have the same or deviating operating states, especially concerning the charge or the discharge. Anspruch gemäß der Punkte 1. bis 4., gekennzeichnet dadurch, dass durch die Wandlung der in einem System des Energiekombinationsspeichers erzeugten Elektroenergie in einem Verbraucher anfallende anteilige Verlustwärme wieder in einem der Elektrolyte 3 oder 4 erneut gespeichert wird.Claim according to the points 1 to 4, characterized in that by the conversion of the electrical energy generated in a system of the energy combination storage in a consumer proportionate heat loss back into one of the electrolytes 3 or 4 is saved again. Anspruch gemäß der Punkte 1. bis 5., dadurch gekennzeichnet, dass bei der Energieerzeugung durch das Redox-Flow-Batteriesystem und dem Flüssigkeitsantrieb über den Wärmetauscher 14 gleichzeitig dem System thermische Energie und den Elektrolyten 3 und 4 chemische Energie zugeführt wird.Claim according to the points 1 to 5, characterized in that in the power generation by the redox flow battery system and the liquid drive via the heat exchanger 14 at the same time the system thermal energy and the electrolyte 3 and 4 chemical energy is supplied. Anspruch gemäß der Punkte 1. bis 6., gekennzeichnet dadurch, dass der Energiekombinationsspeicher einzeln oder auch gleichzeitig mit einer Wärmequelle und/oder einer Kältequelle verbunden ist.Claim according to the points 1 to 6, characterized in that the energy combination memory is connected individually or simultaneously with a heat source and / or a cold source. Anspruch gemäß der Punkte 1. bis 7., dadurch gekennzeichnet, dass der Ladezustand der Systeme des Energiekombinationsspeichers in jedem Betriebszustand und zu jedem Zeitpunkt, unabhängig von der Energieerzeugung, in beliebigen temporären Intervallen verändert werden kann.Claim according to the points 1 to 7, characterized in that the state of charge of the systems of the energy combination memory in each operating state and at any time, regardless of the power generation, can be changed at any temporary intervals. Anspruch gemäß der Punkte 1. bis 8., dadurch gekennzeichnet, dass anstelle des Redox-Flow-Batteriesystems auch andere Systeme und Energiespeicher, auch gleichzeitig in einer größeren Anzahl, verwendet werden, die mindestens eine Komponente zur temporären Speicherung von thermischer Energie aufweisen.Claim according to the points 1 to 8, characterized in that instead of the redox flow battery system, other systems and energy storage, are used simultaneously in a larger number , having at least one component for the temporary storage of thermal energy. Anspruch gemäß der Punkte 1. bis 9., gekennzeichnet dadurch, dass die Behälter 12 und 15 gleichzeitig oder nacheinander mit dem Eingang eines Flüssigkeitsantrieb 17 steuerbar verbunden sind und dass der Flüssigkeitsantrieb 17 mit einem zusätzlichen Behälter nebst Kondensatpumpe 16 in Verbindung steht.Claim according to the items 1 to 9, characterized in that the container 12 and 15 simultaneously or sequentially with the input of a liquid actuator 17 are controllably connected and that the liquid drive 17 with an additional container and condensate pump 16 communicates.
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