DE102014216597B4 - Thermal storage device and method for operating a thermal storage device - Google Patents
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Abstract
Wärmespeichervorrichtung (100), umfassend:- eine Primärspeichervorrichtung (106), welche ein Speichermedium (110) umfasst und welche mit einem Wärmeträgermedium (108) durchströmbar ist, so dass bei einem Beladevorgang Wärme von dem Wärmeträgermedium (108) auf das Speichermedium (110) und bei einem Entladevorgang Wärme von dem Speichermedium (110) auf das Wärmeträgermedium (108) übertragbar ist;- eine Aufnahmevorrichtung (114) zur Aufnahme von sich beim Beladevorgang bildendem Kondensat (112) des Wärmeträgermediums (108);- eine Sekundärspeichervorrichtung (118) der Wärmespeichervorrichtung (100), welche als thermochemische Speichervorrichtung ausgebildet ist;- eine Fluidführung (116) zur Zuführung des Kondensats (112) des Wärmeträgermediums (108) zu der Sekundärspeichervorrichtung (118) der Wärmespeichervorrichtung (100).Heat storage device (100), comprising: - a primary storage device (106) which comprises a storage medium (110) and through which a heat transfer medium (108) can flow, so that, during a loading process, heat is transferred from the heat transfer medium (108) to the storage medium (110) and during a discharge process, heat can be transferred from the storage medium (110) to the heat transfer medium (108); - a receiving device (114) for receiving condensate (112) of the heat transfer medium (108) that forms during the loading process; Heat storage device (100), which is designed as a thermochemical storage device; - a fluid duct (116) for supplying the condensate (112) of the heat transfer medium (108) to the secondary storage device (118) of the heat storage device (100).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung, insbesondere einen sogenannten Kontaktwärmespeicher zur Speicherung von Hochtemperaturwärme.The present invention relates to a heat storage device, in particular a so-called contact heat storage device for storing high-temperature heat.
Bei der Speicherung von Hochtemperaturwärme kann beispielsweise ein erhitzter Luftstrom einem Feststoff zugeführt werden, um Wärme von dem Luftstrom auf den Feststoff zu übertragen. Hierbei kann im Luftstrom enthaltenes Wasser auskondensieren, woraus eine reduzierte Effizienz der Wärmespeichervorrichtung resultieren kann.When storing high-temperature heat, for example, a heated air flow can be fed to a solid in order to transfer heat from the air flow to the solid. In this case, water contained in the air flow can condense out, which can result in a reduced efficiency of the heat storage device.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmespeichervorrichtung bereitzustellen, welche einfach und effizient betreibbar ist.The present invention is based on the object of providing a heat storage device which can be operated simply and efficiently.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Wärmespeichervorrichtung gelöst, welche Folgendes umfasst:
- eine Primärspeichervorrichtung, welche ein Speichermedium umfasst und welche mit einem Wärmeträgermedium durchströmbar ist, so dass bei einem Beladevorgang Wärme von dem Wärmeträgermedium auf das Speichermedium und bei einem Entladevorgang Wärme von dem Speichermedium auf das Wärmeträgermedium übertragbar ist;
- eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme von sich beim Beladevorgang bildendem Kondensat des Wärmeträgermediums;
- eine Sekundärspeichervorrichtung der Wärmespeichervorrichtung, welche als thermochemische Speichervorrichtung ausgebildet ist;
- eine Fluidführung zur Zuführung des Kondensats des Wärmeträgermediums zu der Sekundärspeichervorrichtung der Wärmespeichervorrichtung.
- a primary storage device which comprises a storage medium and through which a heat transfer medium can flow so that heat can be transferred from the heat transfer medium to the storage medium during a loading process and heat from the storage medium to the heat transfer medium during a discharging process;
- a receiving device for receiving condensate of the heat transfer medium which forms during the loading process;
- a secondary storage device of the heat storage device, which is designed as a thermochemical storage device;
- a fluid conduit for supplying the condensate of the heat transfer medium to the secondary storage device of the heat storage device.
Dadurch, dass die erfindungsgemäße Wärmespeichervorrichtung eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme von Kondensat und eine Sekundärspeichervorrichtung umfasst, kann das im Betrieb der Wärmespeichervorrichtung anfallende Kondensat vorzugsweise zur Steigerung der Effizienz der Wärmespeichervorrichtung genutzt werden.Because the heat storage device according to the invention comprises a receiving device for receiving condensate and a secondary storage device, the condensate occurring during operation of the heat storage device can preferably be used to increase the efficiency of the heat storage device.
Vorteilhaft kann es sein, wenn in der Primärspeichervorrichtung Wärme von dem Wärmeträgermedium auf das Speichermedium und/oder von dem Speichermedium auf das Wärmeträgermedium durch direkten stofflichen Kontakt des Wärmeträgermediums mit dem Speichermedium übertragbar ist.It can be advantageous if, in the primary storage device, heat can be transferred from the heat transfer medium to the storage medium and / or from the storage medium to the heat transfer medium through direct physical contact of the heat transfer medium with the storage medium.
Eine solche Wärmespeichervorrichtung ist insbesondere ein Direktkontaktwärmespeicher.Such a heat storage device is in particular a direct contact heat storage device.
Günstig kann es sein, wenn mittels der Aufnahmevorrichtung Kondensat des Wärmeträgermediums aufnehmbar ist, welches sich insbesondere beim Beladevorgang in der Primärspeichervorrichtung und/oder in einer separaten Trocknungsvorrichtung zum Trocknen des Wärmeträgermediums bildet.It can be favorable if condensate of the heat transfer medium can be picked up by means of the pick-up device, which condensate is formed in the primary storage device and / or in a separate drying device for drying the heat transfer medium in particular during the loading process.
Die Trocknungsvorrichtung ist beispielsweise eine Vortrocknungsvorrichtung zum Vortrocknen des Wärmeträgermediums vor dessen Zuführung zu der Primärspeichervorrichtung zum Beladen derselben mit Wärme.The drying device is, for example, a pre-drying device for pre-drying the heat transfer medium before it is supplied to the primary storage device for loading the same with heat.
Es kann vorgesehen sein, dass die Wärmespeichervorrichtung einen Wärmeübertrager umfasst, mittels welchem Wärme von dem Kondensat des Wärmeträgermediums auf ein thermochemisches Speichermaterial der Sekundärspeichervorrichtung übertragbar ist.It can be provided that the heat storage device comprises a heat exchanger, by means of which heat can be transferred from the condensate of the heat transfer medium to a thermochemical storage material of the secondary storage device.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Wärme mittels des Wärmeübertragers ohne stofflichen Kontakt zwischen dem thermochemischen Speichermaterial und dem Kondensat des Wärmeträgermediums von dem Kondensat des Wärmeträgermediums auf das thermochemische Speichermaterial übertragbar ist.In particular, it can be provided that the heat can be transferred from the condensate of the heat transfer medium to the thermochemical storage material by means of the heat exchanger without material contact between the thermochemical storage material and the condensate of the heat transfer medium.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Aufnahmevorrichtung einen Ruths-Speicher umfasst, welcher fluidwirksam mit dem Wärmeübertrager der Wärmespeichervorrichtung verbunden ist, insbesondere derart, dass durch den Wärmeübertrager hindurchgeführtes Kondensat des Wärmeträgermediums dem Ruths-Speicher zuführbar ist.In one embodiment of the invention, it can be provided that the receiving device comprises a Ruths storage device, which is fluidly connected to the heat exchanger of the heat storage device, in particular such that condensate of the heat transfer medium passed through the heat exchanger can be fed to the Ruths storage device.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Kondensat des Wärmeträgermediums nach der Übertragung eines Teils der darin enthaltenen sensiblen Wärme auf das thermochemische Speichermaterial der Sekundärspeichervorrichtung dem Ruths-Speicher zuführbar ist.It can be advantageous if the condensate of the heat transfer medium can be fed to the Ruths storage device after part of the sensible heat contained therein has been transferred to the thermochemical storage material of the secondary storage device.
Es kann vorgesehen sein, dass der Ruths-Speicher der Aufnahmevorrichtung fluidwirksam mit einem Speicherraum der Sekundärspeichervorrichtung verbunden ist.It can be provided that the Ruths memory of the receiving device is fluidically connected to a storage space of the secondary storage device.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Ruths-Speicher der Aufnahmevorrichtung derart fluidwirksam mit einem Speicherraum der Sekundärspeichervorrichtung verbunden ist, dass Wärmeträgermedium aus dem Ruths-Speicher dem thermochemischen Speichermaterial der Sekundärspeichervorrichtung zuführbar ist.In particular, it can be provided that the Ruths storage device of the receiving device is fluidically connected to a storage space of the secondary storage device in such a way that heat transfer medium from the Ruths storage device can be fed to the thermochemical storage material of the secondary storage device.
Dem Ruths-Speicher zugeführtes Wärmeträgermedium ist insbesondere Kondensat des Wärmeträgermediums.The heat transfer medium supplied to the Ruths storage facility is in particular condensate from the heat transfer medium.
Aus dem Ruths-Speicher abgeführtes Wärmeträgermedium ist insbesondere dampfförmiges Wärmeträgermedium.The heat transfer medium discharged from the Ruths storage facility is in particular a vaporous heat transfer medium.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Aufnahmevorrichtung eine Verdichtervorrichtung umfasst, mittels welcher aus der Sekundärspeichervorrichtung, insbesondere aus einem Speicherraum der Sekundärspeichervorrichtung, abgeführtes Wärmeträgermedium komprimierbar ist. Das abgeführte und komprimierte Wärmeträgermedium ist dann insbesondere dem Ruths-Speicher zuführbar.It can be advantageous if the receiving device comprises a compressor device, by means of which heat transfer medium discharged from the secondary storage device, in particular from a storage space of the secondary storage device, can be compressed. The discharged and compressed heat transfer medium can then, in particular, be fed to the Ruths storage unit.
Günstig kann es sein, wenn die Wärmespeichervorrichtung eine Abführvorrichtung umfasst, mittels welcher insbesondere durch den Speicherraum der Sekundärspeichervorrichtung hindurchgeführtes Wärmeträgermedium abführbar ist.It can be favorable if the heat storage device comprises a discharge device, by means of which, in particular, heat transfer medium passed through the storage space of the secondary storage device can be discharged.
Ferner ist mittels der Abführvorrichtung vorzugsweise durch den Speicherraum der Sekundärspeichervorrichtung hindurchgeführtes Wärmeträgermedium einem mittels der Primärspeichervorrichtung erhitztem Wärmeträgermediumstrom zuführbar.Furthermore, by means of the discharge device, heat transfer medium preferably passed through the storage space of the secondary storage device can be fed to a heat transfer medium flow heated by means of the primary storage device.
Das dem Wärmeträgermediumstrom zuzuführende Wärmeträgermedium ist insbesondere mittels einer oder mehrerer Strahlpumpenvorrichtungen dem Wärmeträgermediumstrom zuführbar.The heat transfer medium to be supplied to the heat transfer medium flow can in particular be supplied to the heat transfer medium flow by means of one or more jet pump devices.
Das Wärmeträgermedium ist vorzugsweise ein gasförmiges oder dampfförmiges Medium.The heat transfer medium is preferably a gaseous or vaporous medium.
Das Wärmeträgermedium kann beispielsweise Luft sein oder Luft umfassen.The heat transfer medium can for example be air or comprise air.
Das Kondensat des Wärmeträgermediums ist vorzugsweise ein Kondensat eines Bestandteils des Wärmeträgermediums. Beispielsweise ist das Kondensat des Wärmeträgermediums Wasser.The condensate of the heat transfer medium is preferably a condensate of a component of the heat transfer medium. For example, the condensate of the heat transfer medium is water.
Insbesondere aus dem Ruths-Speicher entnommenes oder abgeführtes Wärmeträgermedium ist dann vorzugsweise Wasserdampf.In particular, the heat transfer medium withdrawn or discharged from the Ruths memory is then preferably water vapor.
Das thermochemische Speichermaterial ist vorzugsweise ein hydratbildendes Material.The thermochemical storage material is preferably a hydrate forming material.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmespeichervorrichtung.The present invention also relates to a method for operating a heat storage device.
Der Erfindung liegt diesbezüglich die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mittels welchem eine Wärmespeichervorrichtung einfach und effizient betreibbar ist.In this regard, the invention is based on the object of providing a method by means of which a heat storage device can be operated simply and efficiently.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmespeichervorrichtung, insbesondere einer erfindungsgemäßen Wärmespeichervorrichtung, gelöst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Durchströmen eines Speichermediums einer Primärspeichervorrichtung mit einem erhitzten Wärmeträgermedium, wobei Wärme von dem Wärmeträgermedium auf das Speichermedium übertragen wird;
Aufnehmen von Kondensat des Wärmeträgermediums, welches sich insbesondere beim Zuführen von Wärme zu dem Speichermedium bildet, mittels einer Aufnahmevorrichtung der Wärmespeichervorrichtung;
Zuführen des Kondensats des Wärmeträgermediums zu einer als thermochemische Speichervorrichtung ausgebildeten Sekundärspeichervorrichtung der Wärmespeichervorrichtung.According to the invention, this object is achieved by a method for operating a heat storage device, in particular a heat storage device according to the invention, the method comprising: a heated heat transfer medium flowing through a storage medium of a primary storage device, heat being transferred from the heat transfer medium to the storage medium;
Taking up condensate of the heat transfer medium, which forms in particular when heat is supplied to the storage medium, by means of a receiving device of the heat storage device;
Feeding the condensate of the heat transfer medium to a secondary storage device of the heat storage device designed as a thermochemical storage device.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Wärmespeichervorrichtung beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.The method according to the invention preferably has one or more of the features and / or advantages described in connection with the heat storage device according to the invention.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Kondensat des Wärmeträgermediums einem Wärmeübertrager zugeführt wird. Mittels des Wärmeübertragers wird vorzugsweise Wärme von dem Kondensat indirekt auf ein thermochemisches Speichermaterial der Sekundärspeichervorrichtung übertragen.It can be advantageous if the condensate of the heat transfer medium is fed to a heat exchanger. By means of the heat exchanger, heat is preferably transferred indirectly from the condensate to a thermochemical storage material of the secondary storage device.
Unter einer indirekten Übertragung von Wärme ist dabei insbesondere eine Übertragung zu verstehen, welche ohne stofflichen Kontakt zwischen dem Wärme abgebenden und dem Wärme aufnehmenden Material erfolgt.An indirect transfer of heat is to be understood in particular as a transfer which takes place without material contact between the heat-emitting and the heat-absorbing material.
Günstig kann es sein, wenn das thermochemische Speichermaterial der Sekundärspeichervorrichtung bei der Wärmeaufnahme chemisch und/oder physikalisch reagiert und dabei Wärmeträgermedium, insbesondere gasförmiges Wärmeträgermedium, abgibt.It can be favorable if the thermochemical storage material of the secondary storage device reacts chemically and / or physically when absorbing heat and thereby emits heat transfer medium, in particular gaseous heat transfer medium.
Das aus dem thermochemischen Speichermaterial abgegebene Wärmeträgermedium wird vorzugsweise mittels einer Kompressorvorrichtung komprimiert und insbesondere einem Ruths-Speicher der Aufnahmevorrichtung zugeführt.The heat transfer medium released from the thermochemical storage material is preferably compressed by means of a compressor device and in particular fed to a Ruths memory of the receiving device.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Kondensat des Wärmeträgermediums, insbesondere nach der indirekten Wärmeübertragung auf das thermochemische Speichermaterial der Sekundärspeichervorrichtung, einem Ruths-Speicher der Aufnahmevorrichtung zugeführt wird.It can be advantageous if the condensate of the heat transfer medium, in particular after the indirect heat transfer to the thermochemical storage material of the secondary storage device, is fed to a Ruths storage device of the receiving device.
Das Kondensat des Wärmeträgermediums wird vorzugsweise dampfförmig aus dem Ruths-Speicher entnommen und als Wärmeträgermediumdampf in einen Speicherraum der Sekundärspeichervorrichtung eingeleitet.The condensate of the heat transfer medium is preferably taken in vapor form from the Ruths memory and introduced as heat transfer medium vapor into a storage space of the secondary storage device.
Günstig kann es sein, wenn zumindest ein Teil des Wärmeträgermediums mit einem im Speicherraum der Sekundärspeichervorrichtung angeordneten thermochemischen Speichermaterial der Sekundärspeichervorrichtung exotherm reagiert, insbesondere exotherm chemisch reagiert.It can be favorable if at least part of the heat transfer medium reacts exothermically, in particular chemically exothermically, with a thermochemical storage material of the secondary storage device arranged in the storage space of the secondary storage device.
Ferner kann vorgesehen sein, dass ein Teil des Wärmeträgermediums durch den Speicherraum hindurchgeleitet wird. Aufgrund der exothermen Reaktion wird der Teil des Wärmeträgermediums vorzugsweise erhitzt. Über eine Abführvorrichtung wird der Teil des Wärmeträgermediums vorzugsweise abgeführt, insbesondere einem mittels der Primärspeichervorrichtung erhitzten Wärmeträgermediumstrom zugeführt.Furthermore, it can be provided that part of the heat transfer medium is passed through the storage space. Because of the exothermic reaction, the part of the heat transfer medium is preferably heated. The part of the heat transfer medium is preferably discharged via a discharge device, in particular fed to a heat transfer medium flow heated by means of the primary storage device.
Ferner können die erfindungsgemäße Wärmespeichervorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Wärmespeichervorrichtung einzelne oder mehrere der nachfolgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen:
- Die Wärmespeichervorrichtung ist vorzugsweise eine Direktkontaktwärmespeichervorrichtung.
- The thermal storage device is preferably a direct contact thermal storage device.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Wärmespeichervorrichtung ein Regeneratorspeicher ist, welcher im Direktkontaktbetrieb betreibbar ist.In particular, it can be provided that the heat storage device is a regenerator which can be operated in direct contact mode.
Die erfindungsgemäße Wärmespeichervorrichtung eignet sich insbesondere zur Verwendung in GuD-Kraftwerken, KWK-Anlagen, Solarturmkraftwerken mit Luftreceiver und/oder adiabaten Druckluftspeicherkraftwerken (A-CAES).The heat storage device according to the invention is particularly suitable for use in combined cycle power plants, CHP plants, solar tower power plants with air receivers and / or adiabatic compressed air storage power plants (A-CAES).
Das in Prozessen mit Wärmespeicher anfallende Kondensat kann innerhalb eines separaten thermochemischen Wärmespeichers als Reaktionspartner verwendet werden. Hierbei wird vorzugsweise nicht nur die sensible Wärme des Kondensats genutzt, sondern auch Niedertemperaturwärme aus dem Regeneratorspeicher könnte durch den thermochemischen Speicher auf ein höheres Temperaturniveau „gepumpt“ werden. Dies kann vorzugsweise zur Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades der Anlage beitragen.The condensate that occurs in processes with heat storage can be used as a reaction partner in a separate thermochemical heat storage. In this case, not only the sensible heat of the condensate is preferably used, but also low-temperature heat from the regenerator store could be "pumped" to a higher temperature level through the thermochemical store. This can preferably contribute to improving the overall efficiency of the system.
Bei der thermochemischen Energiespeicherung wird die Reaktionswärme einer chemischen Umsetzung in Form chemischer Energie gespeichert. So kann z.B. eine Verbindung vom Typ A-B unter Wärmeaufnahme (positive Reaktionsenthalpie ΔRH) in die Komponenten A und B umgesetzt werden, wobei die Wärmemenge ΔRH in die chemische Energie des Systems A + B umgewandelt (gespeichert) wird.In thermochemical energy storage, the heat of reaction from a chemical conversion is stored in the form of chemical energy. For example, a compound of type AB can be converted into components A and B by absorbing heat (positive enthalpy of reaction Δ R H), with the amount of heat Δ R H being converted (stored) into the chemical energy of system A + B.
Wird im Falle einer reversiblen Reaktion die Rückumwandlung der Produkte A + B zur Ausgangsverbindung AB durch die Trennung der Stoffe A oder B verhindert, so kann die in chemischer Form gespeicherte Energie beliebig lange verlustfrei gespeichert werden. Beim Zusammenbringen von A und B läuft die Reaktion in umgekehrter Richtung ab, wobei die dann frei gesetzte Reaktionswärme ΔHR abgeführt werden muss und an anderer Stelle genutzt werden kann.
Als Reaktionssystem wird hier eine heterogene Gas-Feststoff-Reaktion vorgeschlagen. Grund ist die leichte Trennung der Produkte A und B aufgrund unterschiedlicher Aggregatzustände. Die Moleküle dieser Reaktionen sind klein, jedoch die Reaktionsenthalpien groß, so dass potentiell hohe Speicherdichten erreichbar sind. Die thermische Beladung des Speichers wird beispielsweise durch eine Dehydratisierung (endotherme Reaktion) vernommen, die Entladung beispielsweise durch eine Hydratation (exotherme Reaktion):
In folgender Tabelle sind Beispiele für die Dehydratisierung von Metallhydroxiden und Salzhydraten aufgelistet, jeweils mit zugehörigen Temperaturbereichen bei Umgebungsdruck, in welchem die Reaktionen stattfinden. Je nachdem, welche Temperatur am „kalten“ Ende des Regeneratorspeichers vorliegt bzw. bei welcher Temperatur und bei welchem Druck das Kondensat anfällt, können unterschiedliche Reaktionssysteme vorteilhaft sein.
Günstig kann es sein, wenn die Wärmespeichervorrichtung ein Regeneratorspeicher ist, in welchen eine Kondensatabführung integriert ist. Abhängig von unterschiedlichen Prozessparametern wie Druck und Temperatur können sich unterschiedliche Positionierungen im Anlagenschema als Vorteilhaft erweisen.It can be favorable if the heat storage device is a regenerator store in which a condensate drain is integrated. Depending on different process parameters such as pressure and temperature, different positions in the system diagram can prove to be advantageous.
Beispielsweise bei der Verwendung der Wärmespeichervorrichtung in einem adiabaten Druckluftspeicherkraftwerk kann es vorgesehen sein, dass die Wärmespeichervorrichtung (insbesondere der Regeneratorwärmespeicher) zwischen Verdichter und Turbine einerseits und Kaverne andererseits angeordnet ist. Der Druck liegt beispielsweise zwischen ungefähr 60 bar und ungefähr 70 bar. Kondensat (Wasser) fällt dabei beispielsweise zwischen ungefähr 120°C und ungefähr 150°C aus. Mittels der erfindungsgemäßen Wärmespeichervorrichtung kann vorzugsweise die sensible Wärme des Kondensats zur Effizienzsteigerung genutzt werden.For example, when using the heat storage device in an adiabatic compressed air storage power plant, it can be provided that the heat storage device (in particular the regenerator heat storage) is arranged between the compressor and turbine on the one hand and the cavern on the other. The pressure is, for example, between approximately 60 bar and approximately 70 bar. Condensate (water) precipitates between approximately 120 ° C and approximately 150 ° C, for example. By means of the heat storage device according to the invention, the sensible heat of the condensate can preferably be used to increase efficiency.
Ein Ruths-Speicher ist insbesondere ein Latentwärmespeicher, welcher den Phasenwechsel flüssig-dampfförmig nutzt, wobei das Wärmeträgermedium Dampf ist. Zur Energieeinspeisung wird Dampf beispielsweise in einen großen Behälter in eine Flüssigkeitsvorlage gespeist, wobei diese kondensiert und sich dabei die Flüssigkeitstemperatur und der Behälterdruck (Sättigungszustand) erhöhen. Zur Entnahme von Dampf wird der Dampfraum geöffnet, so dass der Behälterdruck und die zugehörige Flüssigkeitstemperatur (Sättigungstemperatur) sinken. Hierbei wird das gesättigte Wasser zum Kochen gebracht und somit zur Dampferzeugung genutzt.A Ruths storage system is, in particular, a latent heat storage system which uses the liquid-vapor phase change, the heat transfer medium being steam. To feed in energy, steam is fed into a liquid reservoir, for example, in a large container, this condensing and thereby increasing the liquid temperature and the container pressure (saturation state). To remove steam, the steam space is opened so that the container pressure and the associated liquid temperature (saturation temperature) decrease. Here the saturated water is brought to the boil and thus used to generate steam.
Insbesondere dann, wenn die Sekundärspeichervorrichtung ein als hydratbildendes Material ausgebildetes thermochemisches Speichermaterial umfasst, kann vorzugsweise eine optimierte Nutzung des Kondensats des Wärmeträgermediums erfolgen. Insbesondere dann, wenn parallel zur thermischen Entladung des Regeneratorspeichers (Endladevorgang der Primärspeichervorrichtung) Dampf aus dem Ruths-Speicher durch Öffnen eines Ventils entnommen und durch den Speicherraum der Sekundärspeichervorrichtung geleitet wird, kann eine Hydratisierungsreaktion stattfinden. Das Niveau der Gleichgewichtstemperatur der Hydratisierung liegt dabei vorzugsweise wesentlich höher als bei der Dehydratisierung, da diese bei einem höheren Druck erfolgt. Dies wird insbesondere durch die Van-'t-Hoff-Gleichung erklärbar:
Vorzugsweise wird hierdurch eine höhere Temperatur beim Entladen der Sekundärspeichervorrichtung erzielt als beim Beladen derselben.In this way, a higher temperature is preferably achieved when the secondary storage device is unloaded than when the same is loaded.
Mittels der Sekundärspeichervorrichtung ist somit insbesondere eine Wärmetransformation realisierbar.In particular, a heat transformation can thus be implemented by means of the secondary storage device.
Vorzugsweise kann durch die Nutzung von Kondensat aus der Primärspeichervorrichtung zudem gemäß dem Prinzip von Le Chatelier die gezielte Verschiebung der chemischen Gleichgewichtslage in Richtung Hydratbildung genutzt werden. Die bei der Reaktion freigesetzte Wärme wird vorzugsweise durch den austretenden Dampf mittransportiert, welcher vorzugsweise mittels einer Strahlpumpe dem erhitzten Wärmeträgermediumstrom aus der Primärspeichervorrichtung zuführbar ist.Preferably, by using condensate from the primary storage device, the targeted shift of the chemical equilibrium in the direction of hydrate formation can also be used in accordance with the principle of Le Chatelier. The heat released during the reaction is preferably also transported by the emerging steam, which can preferably be fed to the heated heat transfer medium flow from the primary storage device by means of a jet pump.
Die Wärmespeichervorrichtung eignet sich insbesondere zur Verwendung als Hochtemperatur-Wärmespeicher in der Kraftwerkstechnik und/oder als Winderhitzer.The heat storage device is particularly suitable for use as a high-temperature heat store in power plant technology and / or as a wind heater.
Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.Further preferred features and / or advantages of the invention are the subject matter of the following description and the graphic representation of an exemplary embodiment.
In den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Wärmespeichervorrichtung, welche eine Primärspeichervorrichtung und eine Sekundärspeichervorrichtung zur Effizienzsteigerung der Primärspeichervorrichtung umfasst, wobei die Wärmespeichervorrichtung in einem Beladezustand vorliegt, in welchem der Primärspeichervorrichtung Wärme zugeführt wird; und -
2 eine der1 entsprechende schematische Darstellung der Wärmespeichervorrichtung, wobei die Wärmespeichervorrichtung in einem Entladezustand vorliegt, in welchem Wärme aus der Primärspeichervorrichtung entnommen wird.
-
1 a schematic representation of a heat storage device comprising a primary storage device and a secondary storage device for increasing the efficiency of the primary storage device, wherein the heat storage device is in a loading state in which the primary storage device is supplied with heat; and -
2 one of the1 corresponding schematic representation of the heat storage device, the heat storage device being in a discharge state in which heat is removed from the primary storage device.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Identical or functionally equivalent elements are provided with the same reference symbols in all figures.
Eine in den
Mittels der Wärmespeichervorrichtung
Die Wärmespeichervorrichtung
Die Primärspeichervorrichtung
Das Wärmeträgermedium
Insbesondere beim Übertragen von Wärme von dem Wärmeträgermedium
Dieses Wasser ist insbesondere Kondensat
Die Wärmespeichervorrichtung
Insbesondere ist mittels der Aufnahmevorrichtung
Die Wärmespeichervorrichtung
Die Sekundärspeichervorrichtung
Zudem umfasst die Wärmespeichervorrichtung
Mittels des Wärmeübertragers
Die Wärmespeichervorrichtung
Mittels einer Ablassvorrichtung
Mittels einer Verdichtervorrichtung
Eine Abführvorrichtung
Mittels einer Strahlpumpe
Die Wärmespeichervorrichtung
Die vorstehend beschriebene Wärmespeichervorrichtung
- Wenn mittels der
Wärmespeichervorrichtung 100 Wärmeaus dem Wärmeträgermedium 108 desDruckluftspeicherkraftwerks 102 gespeichert werden soll, so wird ein inder Hauptleitung 104 angeordnetes Ventil 136 geschlossen, um das inder Hauptleitung 104 geführte Wärmeträgermedium 108 indie Primärspeichervorrichtung 106 der Wärmespeichervorrichtung 100 einzuleiten.
- If by means of the
heat storage device 100 Heat from theheat transfer medium 108 of the compressed airstorage power plant 102 is to be saved, a will appear in themain line 104 arrangedvalve 136 closed to that in themain line 104 guidedheat transfer medium 108 into theprimary storage device 106 theheat storage device 100 initiate.
In der Primärspeichervorrichtung
Aufgrund der hieraus resultierenden Abkühlung des Wärmeträgermediums
Dieses Kondensat
Insbesondere wird das Kondensat
Das dabei noch relativ heiße Kondensat
Nach Durchströmen des Wärmeübertragers
Das durch die Wärmeübertragung von dem Kondensat
Im Speicherraum
Da das sich im Speicherraum
Bei der Wärmespeichervorrichtung
Durch Umschalten der Ventile
In diesem Endladezustand wird Wärmeträgermedium
Das mittels der Aufnahmevorrichtung
Insbesondere wird das Wärmeträgermedium
Durch die Entnahme des Wärmeträgermediums
Das, insbesondere dampfförmige, Wärmeträgermedium
Durch chemische Reaktion zwischen dem Wärmeträgermedium
Die Menge des aus dem Ruths-Speicher
Mittels der Strahlpumpe
Dadurch, dass das aus dem Ruths-Speicher
Die Wärmespeichervorrichtung
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 100100
- WärmespeichervorrichtungHeat storage device
- 102102
- DruckluftspeicherkraftwerkCompressed air storage power plant
- 104104
- HauptleitungMain line
- 106106
- PrimärspeichervorrichtungPrimary storage device
- 108108
- WärmeträgermediumHeat transfer medium
- 110110
- SpeichermediumStorage medium
- 112112
- Kondensatcondensate
- 114114
- AufnahmevorrichtungCradle
- 116116
- FluidführungFluid guidance
- 118118
- SekundärspeichervorrichtungSecondary storage device
- 120120
- SpeicherraumStorage space
- 122122
- SpeichermaterialStorage material
- 124124
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 126126
- Ruths-SpeicherRuths store
- 128128
- AblassvorrichtungDrainage device
- 130130
- VerdichtervorrichtungCompressor device
- 132132
- AbführvorrichtungDischarge device
- 134134
- StrahlpumpeJet pump
- 136136
- VentilValve
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