DE102015212767A1

DE102015212767A1 - Device and method for using a waste heat of a heat storage

Info

Publication number: DE102015212767A1
Application number: DE102015212767.2A
Authority: DE
Inventors: Theodoros Papadopoulos; Jennifer Verena Wagner; Vladimir Danov
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Priority date: 2015-07-08
Filing date: 2015-07-08
Publication date: 2017-01-12

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1), umfassend einen Wärmespeicher (2), eine Kühlvorrichtung (4) und einen Dampferzeuger (6) vorgeschlagen, wobei der Wärmespeicher (2) zur Speicherung einer thermischen Energie vorgesehen ist und die Kühlvorrichtung (4) wenigstens eine Rohrleitung (42, 24), die wenigstens teilweise in einem Erdreich (8) geodätisch unterhalb des Wärmespeichers (2) angeordnet ist, zur Führung eines Fluids umfasst. Erfindungsgemäß steht die Kühlvorrichtung (4) mit dem Dampferzeuger (6) derart im Wärmeaustausch, dass eine durch den Wärmespeicher (2) in das Erdreich (8) eingebrachte Abwärme (10) mittels des durch die Rohrleitung (42, 24) geführten Fluids wenigstens teilweise aufgenommen und zum Dampferzeuger (6) zur Verwendung bei einer Erzeugung eines Dampfes (44) abgeführt wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Verwendung einer Abwärme (10) eines Wärmespeichers (2). A device (1) comprising a heat accumulator (2), a cooling device (4) and a steam generator (6) is proposed, wherein the heat accumulator (2) is provided for storing a thermal energy and the cooling device (4) at least one pipeline (42, 24), which is arranged at least partially in a soil (8) geodetically below the heat accumulator (2), for guiding a fluid. According to the invention, the cooling device (4) is in heat exchange with the steam generator (6) such that a waste heat (10) introduced into the soil (8) through the heat store (2) is at least partially discharged by means of the fluid passing through the pipeline (42, 24) and discharged to the steam generator (6) for use in generating a vapor (44).
The invention further relates to a method for using a waste heat (10) of a heat accumulator (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verwendung einer Abwärme eines Wärmespeichers. The invention relates to a device according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for using a waste heat of a heat storage.

Wärmespeicher sind thermische Energiespeicher, die thermische Energie (Wärme) speichern und somit eine Erzeugung von elektrischer Energie von einer Erzeugung oder Bereitstellung der thermischen Energie zeitlich entkoppeln. Die mittels des Wärmespeichers gespeicherte thermische Energie kann als Wärme direkt zu einem Verbraucher geführt oder wieder zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet werden. Heat storage are thermal energy storage, the thermal energy (heat) store, and thus decouple generation of electrical energy from generation or provision of thermal energy in time. The stored by means of the heat storage thermal energy can be passed as heat directly to a consumer or used again to generate electrical energy.

Ein aus dem Stand der Technik bekannter Wärmespeicher ist ein Schüttgutspeicher, der zur Speicherung der thermischen Energie ein Schüttgut, beispielsweise Basalt, umfasst. A known from the prior art heat storage is a bulk material storage, which comprises a bulk material, for example basalt, for storing the thermal energy.

Jeder Wärmespeicher weist thermische Verluste (Abwärme) auf. Das ist deshalb der Fall, da typische Wärmespeicher eine signifikant höhere Temperatur als ihre Umgebung aufweisen. Je größer die Temperatur des Wärmespeichers – wobei mit der Temperatur des Wärmespeichers die Temperatur eines Wärmespeichermaterials des Wärmespeichers benannt wird – desto höher die thermischen Verluste des Wärmespeichers. Typischerweise wird mittels thermischer Dämmungen oder Isolierungen, welche den Wärmespeicher wenigstens teilweise umgeben, versucht, die thermischen Verluste so gering wie möglich zu halten. Each heat storage has thermal losses (waste heat). This is the case because typical heat accumulators have a significantly higher temperature than their surroundings. The greater the temperature of the heat accumulator - the temperature of a heat accumulator material of the heat accumulator being designated by the temperature of the heat accumulator - the higher the thermal losses of the heat accumulator. Typically, by means of thermal insulation or insulation which at least partially surrounds the heat accumulator, attempts are made to keep the thermal losses as low as possible.

Problematisch ist hierbei die thermische Isolierung des Erdreiches, auf welchem der Wärmespeicher tragend angeordnet ist. Das ist deshalb der Fall, da das unterhalb des Wärmespeichers liegende Erdreich typischerweise die Gewichtskraft des Wärmespeichers aufnehmen muss, sodass das dafür vorgesehene Material typischerweise eine hohe Dichte und folglich eine hohe Wärmekapazität aufweist. Mit anderen Worten bildet das Erdreich unterhalb des Wärmespeichers eine schlechte thermische Isolierung aus. The problem here is the thermal insulation of the soil on which the heat storage is arranged supporting. This is because the soil below the heat reservoir typically must absorb the weight of the heat storage, so that the material provided for it typically has a high density and consequently a high heat capacity. In other words, the soil forms a poor thermal insulation below the heat storage.

Weiterhin kann sich die Temperatur des Erdreiches durch den wenigstens teilweisen beladenen Wärmespeicher erhöhen. Insbesondere in Ruhephasen des Wärmespeichers, das heißt in Zeiträumen, in denen der Wärmespeicher weder beladen noch entladen wird, kann sich die Temperatur des Erdreiches durch die Abwärme des beladenen Wärmespeichers deutlich erhöhen. Furthermore, the temperature of the soil can increase by the at least partially loaded heat storage. Especially in periods of rest of the heat storage, that is, in periods in which the heat storage is neither loaded nor unloaded, the temperature of the soil can increase significantly by the waste heat of the loaded heat storage.

Bei nicht großdimensionierten Wärmespeichern wird versucht eine Abgabe von Abwärme an das Erdreich mittels geeigneter thermischer Isolierungen zu verhindern. Für großdimensionierte Wärmespeicher, wie sie beispielsweise bei großindustriellen Anlagen verwendet werden, ist eine solche Isolierung kaum anwendbar und nicht wirtschaftlich. Dies gilt besonders für horizontal ausgerichtete Wärmespeicher. In the case of heat storage devices which are not large in size, an attempt is made to prevent the release of waste heat to the ground by means of suitable thermal insulation. For large-scale heat storage, as used for example in large industrial plants, such isolation is hardly applicable and not economical. This is especially true for horizontally oriented heat storage.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die energetische Effizienz eines Wärmespeichers zu verbessern. The present invention has for its object to improve the energy efficiency of a heat storage.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 12 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben. The object is achieved by a device having the features of independent claim 1 and by a method having the features of independent claim 12. In the dependent claims advantageous refinements and developments of the invention are given.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst einen Wärmespeicher, eine Kühlvorrichtung und einen Dampferzeuger. Hierbei ist der Dampferzeuger zur Erzeugung eines Dampfes und der Wärmespeicher zur Speicherung einer thermischen Energie vorgesehen. Die Kühlvorrichtung umfasst wenigstens eine Rohrleitung, die wenigstens teilweise in einem Erdreich geodätisch unterhalb des Wärmespeichers angeordnet ist. Die Rohrleitung ist zur Führung eines Fluids, beispielsweise Wasser, vorgesehen. Erfindungsgemäß steht die Kühlvorrichtung mit dem Dampferzeuger derart im Wärmeaustausch, dass eine durch den Wärmespeicher in das Erdreich eingebrachte Abwärme mittels des durch die Rohrleitung geführten Fluids wenigstens teilweise aufgenommen und zum Dampferzeuger zur Verwendung bei der Erzeugung des Dampfes abgeführt wird. The device according to the invention comprises a heat accumulator, a cooling device and a steam generator. Here, the steam generator for generating a vapor and the heat storage for storing a thermal energy is provided. The cooling device comprises at least one pipeline which is arranged at least partially in a soil geodesically below the heat accumulator. The pipeline is provided for guiding a fluid, for example water. According to the invention, the cooling device is in heat exchange with the steam generator such that a waste heat introduced into the soil by the heat accumulator is at least partially taken up by means of the fluid passed through the pipeline and removed to the steam generator for use in the generation of the steam.

Die relativen Begriffe oberhalb und unterhalb beziehen sich stets auf eine am Ort des Wärmespeichers vorherrschende Schwerkraft. The relative terms above and below always refer to a prevailing at the location of the heat storage gravity.

Im Weiteren wird als Erdreich ein Erdreich bezeichnet, das am Ort oder im Bereich des Wärmespeichers geodätisch unterhalb des Wärmespeichers angeordnet ist. Insbesondere ist der Wärmespeicher auf einer Oberfläche des Erdreiches angeordnet. Mit anderen Worten steht der Wärmespeicher auf dem Erdreich. In addition, a soil is referred to as soil, which is arranged at the location or in the region of the heat storage geodetic below the heat storage. In particular, the heat accumulator is arranged on a surface of the soil. In other words, the heat storage is on the ground.

Typischerweise wird die zum Dampferzeuger geleitete Abwärme des Wärmespeichers für eine direkte Erzeugung des Dampfes nicht ausreichend sein. Sie kann daher die Erzeugung des Dampfes durch den Dampferzeuger lediglich unterstützen. Mit anderen Worten leistet die Abwärme zur Erzeugung des Dampfes wenigstens einen Beitrag. Wenigstens ein Teil der Abwärme wird daher bei der Erzeugung des Dampfes verwendet. Weitere Wärmequellen für die Erzeugung des Dampfes können vorgesehen sein. Typically, the waste heat of the heat accumulator directed to the steam generator will not be sufficient for direct production of the steam. It can therefore only support the generation of steam by the steam generator. In other words, the waste heat for generating the steam at least makes a contribution. At least part of the waste heat is therefore used in the production of the steam. Other heat sources for the generation of the steam may be provided.

Vorteilhafterweise wird die Abwärme des Wärmespeichers, die durch den Wärmespeicher in das Erdreich eingebracht wird, mittels des Fluids vom Wärmespeicher abgeführt. Mit anderen Worten wird das Fluid durch die Abwärme des Wärmespeichers erwärmt, wodurch das Erdreich abgekühlt wird. Erfindungsgemäß wird die durch das Fluid aufgenommene Abwärme des Wärmespeichers wenigstens teilweise bei der Erzeugung des Dampf verwendet. Hierzu ist der Dampferzeuger vorgesehen, der mit der Kühlvorrichtung und mit dem durch die Rohrleitung geführten Fluid im Wärmeaustausch steht. Advantageously, the waste heat of the heat storage, which is introduced by the heat storage in the soil, removed by means of the fluid from the heat accumulator. In other words, the fluid is heated by the waste heat of the heat accumulator, whereby the soil is cooled. According to the invention, the waste heat absorbed by the fluid of the heat accumulator is used at least partially in the generation of the steam. For this purpose, the steam generator is provided which is in heat exchange with the cooling device and with the guided through the pipe fluid.

Mit anderen Worten wird die durch den Wärmespeicher in das Erdreich eingebrachte Abwärme durch die innerhalb des Erdreichs angeordnete Rohrleitung, die das Fluid führt, wenigstens teilweise abgeführt und zum Dampferzeuger zur wenigstens teilweisen Verwendung bei der Erzeugung des Dampfes geleitet. Hierbei wird die Abwärme wenigstens teilweise bei der Erzeugung des Dampfes verwendet. In other words, the waste heat introduced into the soil by the heat accumulator is at least partially removed by the pipeline which is arranged inside the soil and carries the fluid, and is conducted to the steam generator for at least partial use in the generation of the steam. Here, the waste heat is at least partially used in the generation of the steam.

Die vorliegende Erfindung verhindert folglich nicht, dass Wärmeverluste (Abwärme) des Wärmespeichers auftreten, sondern schafft eine vorteilhafte Wiedergewinnung der Abwärme sowie eine vorteilhafte Verwendung der Abwärme. Consequently, the present invention does not prevent heat losses (waste heat) of the heat accumulator from occurring, but provides an advantageous recovery of the waste heat as well as an advantageous use of the waste heat.

Durch die wenigstens teilweise Wiedergewinnung der Abwärme des Wärmespeichers wird die energetische Effizienz des Wärmespeichers verbessert. The at least partial recovery of the waste heat of the heat accumulator improves the energy efficiency of the heat accumulator.

Weiterhin kann vorteilhafterweise durch eine Steuerung oder Regulierung des Massenstromes des Fluids durch die Rohrleitung eine Steuerung oder Regelung der Temperatur des Erdreiches erfolgen. Dadurch wird es möglich, dass maximale Grenzwerte für die Temperatur des Erdreiches nicht überschritten werden. Die Steuerung oder Regelung des Massenstromes kann mittels eines Massenstromreglers erfolgen. Furthermore, advantageously by controlling or regulating the mass flow of the fluid through the pipeline, a control or regulation of the temperature of the soil can take place. This makes it possible that maximum limits for the temperature of the soil are not exceeded. The control or regulation of the mass flow can be done by means of a mass flow controller.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verwendung einer Abwärme eines Wärmespeichers umfasst die folgenden Schritte:

– Bereitstellen einer Kühlvorrichtung und eines Dampferzeugers, wobei die Kühlvorrichtung wenigstens eine Rohrleitung umfasst, die wenigstens teilweise im Erdreich geodätisch unterhalb des Wärmespeichers angeordnet ist;
– Speicherung einer thermischen Energie mittels des Wärmespeichers;
– Führung eines Fluids durch die Rohrleitung, wobei eine durch den Wärmespeicher in das Erdreich eingebrachte Abwärme wenigstens teilweise durch das Fluid aufgenommen und zum Dampferzeuger zur Verwendung bei einer Erzeugung eines Dampfes abgeführt wird.

The method according to the invention for using a waste heat of a heat accumulator comprises the following steps:

- Providing a cooling device and a steam generator, wherein the cooling device comprises at least one pipeline which is at least partially disposed in the soil geodesically below the heat storage;
- Storage of thermal energy by means of the heat storage;
- Conducting a fluid through the pipeline, wherein a introduced by the heat storage in the soil waste heat is at least partially absorbed by the fluid and discharged to the steam generator for use in generating a vapor.

Es ergeben sich zur bereits genannten erfindungsgemäßen Vorrichtung gleichartige und gleichwertige Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens. There are the above-mentioned inventive device similar and equivalent advantages of the method according to the invention.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die Rohrleitung innerhalb des Erdreiches wenigstens teilweise mäanderförmig. According to an advantageous embodiment of the invention, the pipeline extends within the soil at least partially meandering.

Vorteilhafterweise wird dadurch eine Kontaktoberfläche zwischen der Rohrleitung und dem die Rohrleitung umgebenden Erdreich vergrößert, wodurch vorteilhafterweise die Übertragung der Abwärme von dem Erdreich auf das Fluid verbessert wird. Dadurch wird vorteilhafterweise mehr Abwärme des Wärmespeichers wiedergewonnen, sodass die energetische Effizienz des Wärmespeichers weiter verbessert wird. Advantageously, this increases a contact surface between the pipeline and the soil surrounding the pipeline, thereby advantageously improving the transfer of the waste heat from the soil to the fluid. As a result, more waste heat of the heat accumulator is advantageously recovered, so that the energy efficiency of the heat accumulator is further improved.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein Phasenwechselmaterial mit einer Phasenwechseltemperatur unterhalb von 100 Grad Celsius innerhalb des Erdreiches angeordnet. In an advantageous embodiment of the invention, a phase change material is arranged with a phase change temperature below 100 degrees Celsius within the soil.

Hierbei wird als Phasenwechseltemperatur die Temperatur bezeichnet, bei der der Phasenübergang des Phasenwechselmaterials, beispielsweise von fest auf flüssig oder von flüssig auf fest, erfolgt. Vorteilhafterweise wird durch das im Erdreich unterhalb des Wärmespeichers angeordnete Phasenwechselmaterial die Abwärme des Wärmespeichers zwischengespeichert, sodass eine geringere Abwärme durch das Erdreich aufgenommen wird. Dadurch kann vorteilhafterweise die Temperatur des Erdreiches reduziert und die Wärmeübertragung der Abwärme auf das in der Rohrleitung geführte Fluid verbessert werden. Here, the phase change temperature is the temperature at which the phase transition of the phase change material, for example from solid to liquid or from liquid to solid takes place. Advantageously, the waste heat of the heat accumulator is temporarily stored by the arranged in the ground below the heat storage phase change material, so that a smaller waste heat is absorbed by the soil. As a result, advantageously, the temperature of the soil can be reduced and the heat transfer of the waste heat can be improved to the guided in the pipeline fluid.

Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn das Phasenwechselmaterial geodätisch oberhalb der Rohrleitung angeordnet ist. Dadurch wird vorteilhafterweise eine bessere Übertragung der Abwärme von dem Wärmespeicher auf das durch die Rohrleitung geführte Fluid ermöglicht. Vorteilhafterweise wird dadurch die energetische Effizienz des Wärmespeichers weiter verbessert. In this case, it is particularly preferred if the phase change material is arranged geodetically above the pipeline. This advantageously allows a better transfer of waste heat from the heat storage to the guided through the pipe fluid. Advantageously, this further improves the energy efficiency of the heat accumulator.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Wärmespeicher eine Speicherleistung von wenigstens 100 Megawatt auf. In an advantageous embodiment of the invention, the heat storage on a storage capacity of at least 100 megawatts.

Vorteilhafterweise ist der Wärmespeicher somit für industrielle oder großindustrielle Anlagen geeignet. Weiterhin wird dadurch mehr Abwärme erzeugt, die bei der Erzeugung des Dampfes verwendet werden kann. Advantageously, the heat storage is thus suitable for industrial or large-scale industrial plants. Furthermore, this generates more waste heat which can be used in the generation of the steam.

Besonders bevorzugt weist der Wärmespeicher hierbei in seinem Inneren eine Temperatur im Bereich von 500 Grad Celsius bis 700 Grad Celsius auf. Particularly preferably, the heat storage in this case has a temperature in the interior in the range of 500 degrees Celsius to 700 degrees Celsius.

Mit anderen Worten weist ein Wärmespeichermaterial des Wärmespeichers, das im Inneren des Wärmespeichers angeordnet ist, eine Temperatur von wenigstens 500 Grad Celsius und höchstens 700 Grad Celsius auf. Dadurch wird vorteilhafterweise ein besonders leistungsstarker Wärmespeicher bereitgestellt. In other words, a heat storage material of the heat accumulator, which is arranged in the interior of the heat accumulator, a temperature of at least 500 degrees Celsius and at most 700 degrees Celsius. As a result, advantageously a particularly powerful heat storage is provided.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung einen Ruth-Dampfspeicher, der zur wenigstens teilweisen Speicherung des erzeugten Dampfes vorgesehen ist. According to an advantageous embodiment of the invention, the device comprises a Ruth steam storage, which is provided for at least partial storage of the generated steam.

Mittels des Ruth-Dampfspeichers kann der durch den Dampferzeuger erzeugte Dampf besonders vorteilhaft gespeichert werden. Insbesondere bei einer niedrigen Temperatur des Dampfes, beispielsweise bei etwa 140 Grad Celsius, ist ein Ruth-Dampfspeicher von Vorteil. Für eine spätere Verwendung des Dampfes kann der mittels des Ruth-Dampfspeichers gespeicherte Dampf aus diesem wieder entnommen werden. Vorteilhafterweise wird dadurch der Betrieb des Wärmespeichers, das heißt die Erzeugung der Abwärme, von der Verwendung des durch den Dampferzeuger erzeugten Dampfes zeitlich entkoppelt. By means of the Ruth vapor accumulator, the steam generated by the steam generator can be stored particularly advantageous. Especially at a low temperature of the steam, for example at about 140 degrees Celsius, a Ruth steam storage is advantageous. For a later use of the steam, the steam stored by means of the Ruth steam storage can be removed from this again. Advantageously, thereby the operation of the heat accumulator, that is, the generation of waste heat, decoupled in time from the use of the steam generated by the steam generator.

Besonders bevorzugt bildet der Dampferzeuger einen organischen Rankine-Kreisprozess aus. Particularly preferably, the steam generator forms an organic Rankine cycle.

Vorteilhafterweise wird dadurch eine Erzeugung des Dampfes, insbesondere eine direkte Erzeugung des Dampfes, bei einer niedrigen Temperatur des Fluids, beispielsweise unterhalb von 100 Grad Celsius, ermöglicht. Advantageously, thereby generating the steam, in particular a direct generation of the steam, at a low temperature of the fluid, for example below 100 degrees Celsius, allows.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung steht die Kühlvorrichtung mit dem Dampferzeuger derart im Wärmeaustausch, dass die Abwärme an eine Vorheizung des Dampferzeugers abgeführt wird. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the cooling device is in heat exchange with the steam generator such that the waste heat is removed to a preheater of the steam generator.

Mit anderen Worten wird die durch das Fluid aufgenommen Abwärme für die Vorheizung des Dampferzeugers verwendet. Dadurch kann auch eine Abwärme mit geringer Temperatur, beispielsweise unterhalb von 100 Grad Celsius, bei der Erzeugung des Dampfes verwendet werden. Insgesamt wird dadurch vorteilhafterweise die energetische Effizienz des Wärmespeichers verbessert. In other words, the waste heat absorbed by the fluid is used for preheating the steam generator. As a result, a waste heat with a low temperature, for example below 100 degrees Celsius, can be used in the generation of the steam. Overall, this advantageously improves the energy efficiency of the heat accumulator.

Besonders bevorzugt steht die Kühlvorrichtung mit dem Dampferzeuger über eine Hochtemperaturwärmepumpe im Wärmeaustausch. Particularly preferably, the cooling device is in heat exchange with the steam generator via a high-temperature heat pump.

Dadurch wird vorteilhafterweise das Temperaturniveau des in der Rohrleitung strömenden Fluids erhöht. Dies ermöglicht eine verbesserte, insbesondere direkte Erzeugung des Dampfes. Als Hochtemperaturwärmepumpe wird eine Wärmepumpe bezeichnet, die es ermöglicht, eine Wärme mit einer Temperatur oberhalb von 100 Grad Celsius bereitzustellen. Mit anderen Worten weist die Nutzwärme der Wärmepumpe eine Temperatur oberhalb von 100 Grad Celsius auf. As a result, the temperature level of the fluid flowing in the pipeline is advantageously increased. This enables an improved, in particular direct generation of the steam. A high-temperature heat pump is a heat pump that makes it possible to provide heat with a temperature above 100 degrees Celsius. In other words, the useful heat of the heat pump has a temperature above 100 degrees Celsius.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung eine Absorptionskältemaschine auf, die thermisch mit dem Wärmespeicher gekoppelt ist. In an advantageous development of the invention, the device has an absorption chiller, which is thermally coupled to the heat storage.

Das ist deshalb von Vorteil, da wenigstens ein Teil der mittels des Wärmespeichers gespeicherten thermischen Energie, insbesondere eine Restwärme, für den Betrieb der Absorptionskältemaschine verwendet werden kann. Durch die Absorptionskältemaschine wird vorteilhafterweise eine Kälte bereitgestellt, die beispielsweise in einem Fernkältenetzwerk verwendet werden kann. Weiterhin kann die Kälte wenigstens teilweise für eine Kühlung eines Kondensators des Dampferzeugers vorgesehen sein. Dadurch wird die energetische Effizienz des Dampferzeugers verbessert. This is advantageous because at least part of the thermal energy stored by means of the heat accumulator, in particular a residual heat, can be used for the operation of the absorption chiller. By the absorption chiller, a cold is advantageously provided, which can be used for example in a district cooling network. Furthermore, the cold may be at least partially provided for cooling a condenser of the steam generator. This improves the energy efficiency of the steam generator.

Wird der Wärmespeicher mittels einer Wärmepumpe beladen, so kann die Kälte wenigstens teilweise dazu verwendet werden einen Abluftstrom des Wärmespeichers vor einem Expander der Wärmepumpe zu kühlen. If the heat storage loaded by a heat pump, so the cold can be used at least partially to cool an exhaust air flow of the heat accumulator in front of an expander of the heat pump.

Weiterhin kann die Kälte zur Kühlung eines Kontrollraumes oder weiterer Gebäude vorgesehen sein. Furthermore, the cold may be provided for cooling a control room or other buildings.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der durch den Dampferzeuger erzeugte Dampf innerhalb eines Fernwärmenetzwerks verwendet. According to an advantageous embodiment of the invention, the steam generated by the steam generator is used within a district heating network.

Dadurch wird die Abwärme des Wärmespeichers für ein Fernwärmenetzwerk nutzbar gemacht. Insbesondere wird dadurch die energetische Effizienz des Wärmespeichers verbessert. As a result, the waste heat of the heat storage is made available for a district heating network. In particular, this improves the energy efficiency of the heat accumulator.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen schematisiert: Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the embodiments described below and with reference to the drawings. Shown schematically:

1 eine Vorrichtung, die einen Wärmespeicher, eine Kühlvorrichtung sowie einen Dampferzeuger umfasst, wobei die Kühlvorrichtung und der Dampferzeuger mittels einer Rohrleitung, die wenigstens teilweise in einem Erdreich geodätisch unterhalb des Wärmespeichers eingebracht ist, im Wärmeaustausch stehen; 1 a device comprising a heat accumulator, a cooling device and a steam generator, wherein the cooling device and the steam generator in heat exchange by means of a pipeline which is at least partially geodetically placed in a soil below the heat accumulator, in heat exchange;

2 eine Vorrichtung mit einer mäanderförmigen Rohrleitung; 2 a device with a meandering pipe;

3 eine Vorrichtung mit einer mäanderförmigen Rohrleitung und mit einem Phasenwechselmaterial, das in einem Erdreich geodätisch unterhalb des Wärmespeichers angeordnet ist; und 3 a device with a meandering pipeline and with a phase change material, which is arranged in a soil geodesically below the heat accumulator; and

4 eine Vorrichtung mit einem Kühlkörper, der geodätisch zwischen dem Wärmespeicher und einem Erdreich angeordnet ist. 4 a device with a heat sink, which is arranged geodetically between the heat storage and a soil.

Gleichartige oder äquivalente Elemente können in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Similar or equivalent elements may be provided with the same reference numerals in the figures.

1 zeigt die Vorrichtung 1, die den Wärmespeicher 2, die Kühlvorrichtung 4 und den Dampferzeuger 6 umfasst. Hierbei weist die Kühlvorrichtung 4 die Rohrleitung 42 auf, die im Erdreich 8 geodätisch unterhalb des Wärmespeichers 2 angeordnet ist. Die Darstellung der Vorrichtung 1 entspricht einer exemplarischen Schnittdarstellung, wobei der Schnitt wenigstens den Wärmespeicher 2, das Erdreich 8 und die Rohrleitung 8 umfasst. 1 shows the device 1 that the heat storage 2 , the cooling device 4 and the steam generator 6 includes. In this case, the cooling device 4 the pipeline 42 up in the ground 8th geodesic below the heat storage 2 is arranged. The representation of the device 1 corresponds to an exemplary sectional view, wherein the section at least the heat storage 2 , the soil 8th and the pipeline 8th includes.

Der Wärmespeicher 2 weist zur Speicherung einer thermischen Energie ein Wärmespeichermaterial 21 auf. Das Wärmespeichermaterial 21 umfasst beispielsweise Ziegel, Basalt und/oder keramische Materialien. Weiterhin ist der Wärmespeicher 2 auf dem Erdreich 8 und folglich auch geodätisch oberhalb des Erdreiches 8 angeordnet. The heat storage 2 has a heat storage material for storing a thermal energy 21 on. The heat storage material 21 includes, for example, brick, basalt and / or ceramic materials. Furthermore, the heat storage 2 on the ground 8th and therefore also geodetically above the soil 8th arranged.

Die Rohrleitung 42 ist geodätisch unterhalb des Wärmespeichers 2 im Erdreich 8 angeordnet. Hierbei wird mittels der Rohrleitung 42 ein Fluid, beispielsweise Wasser, von der Kühlvorrichtung 4 zum Dampferzeuger 6 geleitet. Mit anderen Worten stehen der Dampferzeuger 6 und die Kühlvorrichtung 4 über die Rohrleitung 42 und/oder das in der Rohrleitung 42 strömende Fluid im Wärmeaustausch. The pipeline 42 is geodesic below the heat storage 2 in the soil 8th arranged. This is done by means of the pipeline 42 a fluid, for example water, from the cooling device 4 to the steam generator 6 directed. In other words, stand the steam generator 6 and the cooling device 4 over the pipeline 42 and / or in the pipeline 42 flowing fluid in the heat exchange.

Ist der Wärmespeicher 2 wenigstens teilweise beladen, so weist das Wärmespeichermaterial 21 typischerweise eine höhere Temperatur als die Umgebung des Wärmespeichers 2 auf. Beispielsweise liegt die Temperatur des Wärmespeichermaterials 21 im Bereich von 500 Grad Celsius bis 700 Grad Celsius, insbesondere beträgt diese etwa 600 Grad Celsius. Aufgrund des hohen Temperaturunterschiedes zwischen dem Wärmespeichermaterial 21, das heißt der Temperatur des Wärmespeichers 2, und der Umgebungstemperatur des Wärmespeichers 2 treten thermische Verluste auf, die exemplarisch durch die wellenförmigen Pfeile gekennzeichnet sind. Die in das Erdreich 8 durch den Wärmespeicher 2 eingebrachte Abwärme ist durch die wellenförmigen Pfeile 10 gekennzeichnet. Im Weiteren wird daher die in das Erdreich 10 eingebrachte Abwärme mit dem Bezugszeichen 10 versehen. Is the heat storage 2 at least partially loaded, so has the heat storage material 21 typically a higher temperature than the environment of the heat accumulator 2 on. For example, the temperature of the heat storage material is 21 in the range of 500 degrees Celsius to 700 degrees Celsius, in particular, this is about 600 degrees Celsius. Due to the high temperature difference between the heat storage material 21 that is, the temperature of the heat accumulator 2 , and the ambient temperature of the heat accumulator 2 occur thermal losses, which are exemplified by the wavy arrows. The in the soil 8th through the heat storage 2 introduced waste heat is due to the wavy arrows 10 characterized. Subsequently, therefore, in the soil 10 introduced waste heat with the reference numeral 10 Mistake.

Die Abwärme 10 wird aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen Rohrleitung 42 wenigstens teilweise durch das in der Rohrleitung 42 strömende Fluid aufgenommen und zum Dampferzeuger 6 geleitet. Dadurch wird vorteilhafterweise die Temperatur des Erdreiches 8 reduziert. Weiterhin wird vorteilhafterweise die Abwärme 10 des Wärmespeichers 2 wenigstens teilweise zurückgewonnen, da diese mittels des Dampferzeugers 6 bei einer Erzeugung eines Dampfes 44 verwendet wird. Der Dampf 44 kann mittels eines Ruth-Dampfspeichers zwischengespeichert und/oder innerhalb eines Fernwärmenetzwerks verwendet werden. Weiterhin ist es möglich mittels des Dampfes 44 eine Turbine zu betreiben und elektrische Energie zu erzeugen oder bereitzustellen. The waste heat 10 is due to the inventively provided pipeline 42 at least in part through the pipeline 42 flowing fluid is added and to the steam generator 6 directed. This will advantageously the temperature of the soil 8th reduced. Furthermore, advantageously, the waste heat 10 the heat storage 2 at least partially recovered, since these by means of the steam generator 6 when generating a vapor 44 is used. The steam 44 can be cached by means of a Ruth vapor storage and / or used within a district heating network. Furthermore, it is possible by means of the steam 44 operate a turbine and generate or provide electrical energy.

Ist das Temperaturniveau des durch die Abwärme 10 erwärmten Fluids für eine direkte Erzeugung des Dampfes 44 nicht ausreichend, so kann das Temperaturniveau mit einer Hochtemperaturwärmepumpe auf ein ausreichend hohes Temperaturniveau, beispielsweise oberhalb von 100 Grad Celsius, angehoben werden. Zur Erzeugung des Dampfes 44 kann Wasser oder ein organisches Fluid (organischer Rankine-Kreisprozess) vorgesehen sein. Is the temperature level of the waste heat 10 heated fluid for direct generation of the steam 44 not sufficient, the temperature level can be raised with a high-temperature heat pump to a sufficiently high temperature level, for example above 100 degrees Celsius. To generate the steam 44 For example, water or an organic fluid (Rankine organic cycle) may be provided.

In 2 ist wiederum eine schematische Schnittdarstellung eines Wärmespeichers 2, eines Erdreiches 8, einer Kühlvorrichtung 4, eines Dampferzeugers 6 sowie von Rohrleitungen 42, 24 dargestellt. Die 2 zeigt wenigstens die Elemente von 1. In 2 is again a schematic sectional view of a heat storage 2 , a soil 8th , a cooler 4 , a steam generator 6 as well as piping 42 . 24 shown. The 2 shows at least the elements of 1 ,

Ergänzend zu 1 ist eine weitere Rohrleitung 24 im Erdreich 8, welches geodätisch unterhalb des Wärmespeichers 2 liegt, angeordnet. Die Rohrleitungen 42, 24 sind mit der Kühlvorrichtung 4 und dem Dampferzeuger 6 fluidisch und thermisch gekoppelt. Allerdings ist es auch denkbar, dass jede der Rohrleitungen 42, 24 jeweils mit einer Kühlvorrichtung und einem Dampferzeuger fluidisch und thermisch gekoppelt ist. In addition to 1 is another pipeline 24 in the soil 8th , which geodesically below the heat storage 2 lies, arranged. The pipelines 42 . 24 are with the cooling device 4 and the steam generator 6 coupled fluidically and thermally. However, it is also conceivable that each of the pipelines 42 . 24 each fluidically and thermally coupled to a cooling device and a steam generator.

Die weitere Rohrleitung 24 weist eine mäanderförmige Struktur auf. Mit anderen Worten erstreckt sich die weitere Rohrleitung 24 innerhalb des Erdreiches 8 mäanderförmig. Dadurch wird vorteilhafterweise eine Kontaktoberfläche zwischen der weiteren Rohrleitung 24 und dem die weitere Rohrleitung 24 umgebenden Erdreich 8 vergrößert, sodass der Wärmeübertrag vom Erdreich 8 auf das in der weiteren Rohrleitung 24 strömende Fluid verbessert wird. The further pipeline 24 has a meandering structure. In other words, the other pipeline extends 24 within the soil 8th meandering fashion. As a result, advantageously, a contact surface between the other pipeline 24 and that the further pipeline 24 surrounding soil 8th increased, so that the heat transfer from the soil 8th on the in the further pipeline 24 flowing fluid is improved.

Wie bereits in 1 wird wenigstens ein Teil einer Abwärme 10 des Wärmespeichers 2 durch das Fluid in den Rohrleitungen 42, 24 aufgenommen und wenigstens teilweise zum Dampferzeuger 6 zur Verwendung bei einer Erzeugung eines Dampfes 44 abgeführt. As already in 1 becomes at least part of a waste heat 10 the heat storage 2 through the fluid in the piping 42 . 24 taken and at least partially to the steam generator 6 for use in generating a vapor 44 dissipated.

3 weist dieselben Elemente wie bereits 2 auf. Hierbei zeigt 3 eine Ausgestaltung der Vorrichtung 1 aus 2. 3 has the same elements as before 2 on. This shows 3 an embodiment of the device 1 out 2 ,

Ergänzend zu 2 ist geodätisch zwischen der mäanderförmigen weiteren Rohrleitung 24 und dem Wärmespeicher 2 ein Phasenwechselmaterial 12 angeordnet. Dadurch kann vorteilhafterweise die Abwärme 10 des Wärmespeichers 2 mittels des Phasenwechselmaterials 12 zwischengespeichert werden. Hierbei ist das Phasenwechselmaterial 12 innerhalb des Erdreiches 8 angeordnet. Allerdings kann auch eine Anordnung oberhalb des Erdreiches 8, beispielsweise an einem Ende der mäanderförmigen weiteren Rohrleitung 24, vorgesehen sein. Das Phasenwechselmaterial 12 ist folglich für eine Speicherung oder Zwischenspeicherung der Abwärme 10 des Wärmespeichers 2 vorgesehen. In addition to 2 is geodesic between the meandering further pipeline 24 and the heat storage 2 a phase change material 12 arranged. This can advantageously the waste heat 10 the heat storage 2 by means of the phase change material 12 be cached. Here is the phase change material 12 within the soil 8th arranged. However, an arrangement above the ground can also be used 8th , For example, at one end of the meandering further pipeline 24 , be provided. The phase change material 12 is therefore for storage or caching of the waste heat 10 the heat storage 2 intended.

4 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Vorrichtung 1 und weist ergänzend zu den bereits in 1 genannten Elementen einen Kühlkörper 14 auf. Die hier dargestellte Vorrichtung 1 kann auch mit den Elementen der 2 und/oder 3 ausgestaltet und kombiniert werden. 4 shows a further embodiment of a device 1 and indicates in addition to those already in 1 said elements a heat sink 14 on. The device shown here 1 can also use the elements of 2 and or 3 be designed and combined.

Der Kühlkörper 14 ist oberhalb des Erdreiches 8 und unterhalb des Wärmespeichers 2 angeordnet. Der Kühlkörper 14 weist ein weiteres Wärmespeichermaterial 22 auf. Durch die Anordnung des Kühlkörpers 14 zwischen dem Wärmespeicher 2 und dem Erdreich 8 wird wenigstens ein Teil der Abwärme 10 des Wärmespeichers 2 durch den Kühlkörper 14 aufgenommen. Hierbei kann es vorgesehen sein den Kühlkörper 14 aktiv zu kühlen, das heißt, dass beispielsweise Wasser durch den Kühlkörper 14 geleitet und in thermischen Kontakt mit dem weiteren Wärmespeichermaterial 22 gebracht wird. Hierzu kann der Kühlkörper 14 mit der Kühlvorrichtung 4 fluidisch und thermisch gekoppelt sein. The heat sink 14 is above the ground 8th and below the heat accumulator 2 arranged. The heat sink 14 has another heat storage material 22 on. By the arrangement of the heat sink 14 between the heat storage 2 and the soil 8th becomes at least a part of the waste heat 10 the heat storage 2 through the heat sink 14 added. It may be provided the heat sink 14 actively cooling, that is, for example, water through the heat sink 14 directed and in thermal contact with the further heat storage material 22 is brought. For this purpose, the heat sink 14 with the cooling device 4 be coupled fluidically and thermally.

Vorteilhafterweise wird durch den Kühlkörper 14 wenigstens ein Teil der Abwärme 10 des Wärmespeichers 2 bereits vor ihrem Eindringen in das Erdreich 8 abgeführt. Vorteilhafterweise wird dadurch die Temperatur des Erdreiches 8 weiter reduziert. Die innerhalb des Kühlkörpers 14 gespeicherte thermische Energie kann wiederum zum Dampferzeuger 6 zur Verwendung bei der Erzeugung eines Dampfes 44 abgeführt werden. Die restliche Abwärme 10, die in das Erdreich 8 eindringt, wird – wie bereits in den 1 bis 3, wenigstens teilweise durch das Fluid in der Rohrleitung 42 aufgenommen und zum Dampferzeuger 6 zur Verwendungen bei der Erzeugung des Dampfes 44 abgeführt. Advantageously, by the heat sink 14 at least part of the waste heat 10 the heat storage 2 even before they penetrate the soil 8th dissipated. Advantageously, this is the temperature of the soil 8th further reduced. The inside of the heat sink 14 stored thermal energy can turn to the steam generator 6 for use in generating a vapor 44 be dissipated. The remaining waste heat 10 that are in the soil 8th penetrates, is - as already in the 1 to 3 at least partially by the fluid in the pipeline 42 taken and to the steam generator 6 for use in generating the steam 44 dissipated.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, or other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims

Contraption ( 1 ), comprising a heat storage ( 2 ), a cooling device ( 4 ) and a steam generator ( 6 ), wherein the heat storage ( 2 ) is provided for storing a thermal energy and the cooling device ( 4 ) at least one pipeline ( 42 . 24 ), which are at least partly in a soil ( 8th Geodetic below the heat storage ( 2 ), for guiding a fluid, characterized in that the cooling device ( 4 ) with the steam generator ( 6 ) is in heat exchange such that a through the heat storage ( 2 ) in the soil ( 8th ) introduced waste heat ( 10 ) by means of the pipeline ( 42 . 24 ) guided fluid at least partially and to the steam generator ( 6 ) for use in generating a vapor ( 44 ) is discharged.

Contraption ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the pipeline ( 42 . 24 ) within the soil ( 8th ) extends at least partially meandering.

Contraption ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that a phase change material ( 12 ) with a phase change temperature below 100 degrees Celsius within the soil ( 8th ) is arranged.

Contraption ( 1 ) According to claim 3, characterized in that the phase change material ( 12 ) geodetically above the pipeline ( 42 . 24 ) is arranged.

Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the heat accumulator ( 2 ) has a storage capacity greater than or equal to 100 megawatts.

Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the heat accumulator ( 2 ) in its interior has a temperature in the range of 500 degrees Celsius to 700 degrees Celsius.

Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the device ( 1 ) comprises a Ruth vapor storage, which is for at least partially storing the generated vapor ( 44 ) is provided.

Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the steam generator ( 6 ) forms an organic Rankine cycle.

Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling device ( 4 ) with the steam generator ( 6 ) is in heat exchange such that the waste heat ( 10 ) to a preheater of the steam generator ( 6 ) is discharged.

Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling device ( 4 ) with the steam generator ( 6 ) is in heat exchange by means of a high temperature heat pump.

Contraption ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the device ( 1 ) comprises an absorption chiller which thermally with the heat storage ( 2 ) is coupled.

Method of using waste heat ( 10 ) a heat storage ( 2 ) comprising the steps of: - providing a cooling device ( 4 ) and a steam generator ( 6 ), wherein the cooling device ( 4 ) at least one pipeline ( 42 . 24 ), which is at least partially in a soil ( 8th Geodetic below the heat storage ( 2 ) is arranged; Storage of thermal energy by means of the heat accumulator ( 2 ); - guiding a fluid through the pipeline ( 42 . 24 ), one through the heat storage ( 2 ) in the soil ( 8th ) introduced waste heat ( 10 ) at least partially absorbed by the fluid and to the steam generator ( 6 ) for use in generating a vapor ( 44 ) is discharged.

Method according to claim 12, in which the waste heat absorbed by the fluid ( 10 ) prior to their use in the production of steam ( 44 ) is raised by means of a high temperature heat pump to a higher temperature level.

Process according to claim 12 or 13, wherein the generated vapor ( 44 ) is used within a district heating network.

Method according to one of Claims 12 to 14, in which the steam generator ( 6 ) by means of the waste heat ( 10 ) is preheated.