DE102015213245A1

DE102015213245A1 - Apparatus and method for using waste heat

Info

Publication number: DE102015213245A1
Application number: DE102015213245.5A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Reinhardt; Florian Reißner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2015-07-15
Filing date: 2015-07-15
Publication date: 2017-01-19

Abstract

Es wird eine Vorrichtung, umfassend ein Abklingbecken (2) eines Kernkraftwerkes (1) und einen Thermopotentialspeicher (4) vorgeschlagen, wobei das Abklingbecken (2) und der Thermopotentialspeicher (4) derart thermisch gekoppelt sind, dass der Thermopotentialspeicher (4) wenigstens teilweise durch eine Abwärme (24) des Abklingbeckens (2) beladbar ist. Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet wird.It is a device comprising a Abklingbecken (2) of a nuclear power plant (1) and a thermal storage potential (4) proposed, wherein the Abklingbecken (2) and the thermal storage potential (4) are thermally coupled such that the thermal potential storage (4) at least partially through a waste heat (24) of the decay tank (2) is loadable. The invention relates to a method in which a device according to the invention is used.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verwendung einer Abwärme. The invention relates to an apparatus and a method for using a waste heat.

Durch den Ausbau zeitlich fluktuierender erneuerbarer Energiequellen, beispielsweise Windkraft oder Solarenergie, kann es zu Schwankungen innerhalb des Stromangebotes des Stromnetzes kommen. Der Anteil der erneuerbaren Energiequellen beträgt derzeit in Deutschland nur etwa 25 Prozent, sodass dadurch verursachte Schwankungen noch mit vorhandenen Energiespeichern, durch ein Lastmanagement oder durch eine Regelleistung ausgeglichen werden können. The expansion of temporally fluctuating renewable energy sources, such as wind power or solar energy, can lead to fluctuations in the electricity supply of the power grid. The proportion of renewable energy sources currently amounts to only about 25 percent in Germany, so that fluctuations caused by them can still be compensated with existing energy storage facilities, through load management or through a balancing power.

Allerdings soll der Anteil der erneuerbaren Energien in Deutschland bis zum Jahre 2050 auf etwa 80 Prozent erhöht werden. Weiterhin sollen bis 2022 alle deutschen Kernkraftwerke abgeschaltet werden. Zum Ausgleich von dadurch verursachten Schwankungen wird es erforderlich sein Energiespeicher mit einer Speicherkapazität, beispielsweise von wenigstens 7 Megawattstunden (MWh), bereitzustellen. However, the share of renewable energies in Germany is to be increased to about 80 percent by the year 2050. Furthermore, all German nuclear power plants are to be shut down by 2022. To compensate for fluctuations caused thereby, it will be necessary to provide energy storage with a storage capacity, for example of at least 7 megawatt hours (MWh).

Bekannte Energiespeicher, wie Batteriespeicher, Schwungradspeicher oder Druckluftspeicher konnten sich bisher nicht im netzrelevanten Maßstab kommerziell durchsetzen. Known energy storage, such as battery storage, flywheel storage or compressed air storage could not prevail commercially on the grid-relevant scale.

Weiterhin sind zur Speicherung elektrischer Energie Thermopotentialspeicher bekannt. Allerdings weisen die Thermopotentialspeicher einen stark variierenden Wirkungsgrad im Bereich von 60 Prozent bis 75 Prozent auf, wobei der Wirkungsgrad von der jeweiligen Ausgestaltung des Thermopotentialspeichers abhängt. Nachteilig an Thermopotentialspeicher ist, dass diese im Vergleich zu Pumpspeichern einen deutlich geringeren Wirkungsgrad aufweisen. Es ist daher erforderlich den Wirkungsgrad von Thermopotentialspeichern zu erhöhen, da dadurch deren Wirtschaftlichkeit verbessert wird. Furthermore, thermopotential stores are known for storing electrical energy. However, the thermopotential stores have a highly varying efficiency in the range of 60 percent to 75 percent, the efficiency depends on the particular configuration of the thermal potential storage. A disadvantage of thermopotential storage is that they have a significantly lower efficiency compared to pumped storage. It is therefore necessary to increase the efficiency of thermopotential stores, since their efficiency is improved.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad eines Thermopotentialspeichers zu verbessern. The present invention has for its object to improve the efficiency of a thermal potential storage.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 15 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 15. In the dependent claims advantageous refinements and developments of the invention are given.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ein Abklingbecken eines Kernkraftwerkes und einen Thermopotentialspeicher, wobei das Abklingbecken und der Thermopotentialspeicher derart gekoppelt sind, dass der Thermopotentialspeicher wenigstens teilweise durch eine Abwärme des Abklingbeckens beladbar ist. The inventive device comprises a Abklingbecken a nuclear power plant and a thermal storage potential, wherein the Abklingbecken and the thermal storage potential are coupled such that the thermal potential storage is at least partially loaded by a waste heat of the Abklingbeckens.

Unter der Beladung des Thermopotentialspeichers wird eine wenigstens teilweise Beladung des Thermopotentialspeichers verstanden. The loading of the thermopotential storage means an at least partial loading of the thermopotential storage.

Hier soll zunächst die grundsätzliche technische Funktionsweise eines Thermopotentialspeichers skizziert werden. Mittels eines Thermopotentialspeichers kann elektrische Energie in Form von Wärme und unter Aufbau eines thermischen Potentials gespeichert werden. Beispielsweise wird das thermische Potential mittels eines elektrischen Heizstabes aufgebaut. Bei der Beladung des Thermopotentialspeichers wird Wärme von einem kalten zu einem warmen Reservoir mittels der Aufwendung der elektrischen Energie überführt. Anschließend wird das thermische Potential mittels eines thermisch isolierenden Wärmespeichers bewahrt. Bei einem Wärmetransport vom warmen zum kalten Reservoir kann wenigstens ein Teil der vorher aufgewandten elektrischen Energie wieder zurückgewonnen werden. Here, first of all, the basic technical functionality of a thermopotential storage is to be outlined. By means of a thermopotential storage, electrical energy can be stored in the form of heat and building up a thermal potential. For example, the thermal potential is built up by means of an electric heating rod. When loading the thermal potential storage, heat is transferred from a cold to a warm reservoir by the application of electrical energy. Subsequently, the thermal potential is preserved by means of a thermally insulating heat storage. In a heat transfer from the warm to the cold reservoir at least a portion of the previously spent electrical energy can be recovered again.

Erfindungsgemäß wird der Thermopotentialspeicher der Vorrichtung mittels der Abwärme des Abklingbeckens beladen. Durch die vorteilhafte Verwendung der Abwärme des Abklingbeckens des Kernkraftwerkes wird der Wirkungsgrad des Thermopotentialspeichers erhöht. According to the invention, the thermopotential reservoir of the device is loaded by means of the waste heat of the decay tank. Due to the advantageous use of the waste heat of the decay of the nuclear power plant, the efficiency of the thermal storage potential is increased.

Der Erfindung liegt folglich die Idee zugrunde den Thermopotentialspeicher mittels der Abwärme des Abklingbeckens des Kernkraftwerkes zu beladen. Nach einer Abschaltung des Kernkraftwerkes können die Brennstäbe ohne ausreichende Kühlung kritische Temperaturen oberhalb von 100 Grad Celsius erreichen. Aus diesem Grunde ist es erforderlich die Brennstäbe innerhalb des Abklingbeckens soweit abzukühlen, bis sie ohne weitere Kühlung trocken gelagert werden können. Hierbei beträgt die Verweilzeit der Brennstäbe innerhalb des Abklingbeckens typischerweise mehrere Jahre. Nach heutiger Kenntnis sind wenigstens fünf bis sieben Jahre Verweilzeit vorgesehen. Hierbei muss das Abklingbecken dauerhaft gekühlt werden, damit die Temperatur der Brennstäbe stets ausreichend unterhalb von 100 Grad Celsius verbleibt. Die Kühlung des Abklingbeckens erfolgt nach dem Stand der Technik beispielsweise mit Kühlvorrichtungen oder Kühltürmen, die die Abwärme an die Umgebung des Kernkraftwerkes abgeben. The invention is therefore based on the idea to load the thermal storage potential by means of the waste heat of the decay of the nuclear power plant. After a shutdown of the nuclear power plant, the fuel rods can reach critical temperatures above 100 degrees Celsius without sufficient cooling. For this reason, it is necessary to cool the fuel rods within the Abklingbeckens until they can be stored dry without further cooling. Here, the residence time of the fuel rods within the decay tank is typically several years. According to current knowledge, at least five to seven years residence time are provided. Here, the cooling pool must be permanently cooled so that the temperature of the fuel rods always remains sufficiently below 100 degrees Celsius. The cooling of the Abklingbeckens takes place according to the prior art, for example, with cooling devices or cooling towers that deliver the waste heat to the environment of the nuclear power plant.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung der Abwärme des Abklingbeckens zum Beladen des Thermopotentialspeichers erfolgt vorteilhafterweise eine Kühlung des Abklingbeckens und folglich eine Kühlung der Brennstäbe. Mit anderen Worten wird Wärme, die dem Abklingbecken durch die Brennstäbe zugeführt wird, als Abwärme abgeführt und zum Beladen des Thermopotentialspeichers verwendet. Durch die Einbindung der Abwärme des Abklingbeckens in den Kreislauf des Thermopotentialspeichers wird der Wirkungsgrad seiner Beladung und folglich der Wirkungsgrad des Thermopotentialspeichers erhöht. Beispielsweise ergeben Modellrechnungen, dass eine Erhöhung des Wirkungsgrades des Thermopotentialspeichers im Bereich von 5 Prozent bis 7 Prozent möglich ist. By the inventive use of the waste heat of the Abklingbeckens for loading of the thermal potential storage is advantageously carried out a cooling of the Abklingbeckens and consequently a cooling of the fuel rods. In other words, heat that is supplied to the Abklingbecken by the fuel rods, dissipated as waste heat and the Loading the thermal potential memory used. By integrating the waste heat of the Abklingbeckens in the cycle of the thermal potential storage, the efficiency of its loading and consequently the efficiency of the thermal storage potential is increased. For example, model calculations show that it is possible to increase the efficiency of the thermopotential storage in the range of 5 percent to 7 percent.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass die Infrastruktur des Kernkraftwerkes, beispielsweise dessen Anbindung an ein Stromnetz, für den Thermopotentialspeicher verwendet werden kann. Weiterhin kann der Thermopotentialspeicher durch die am Ort des Kernkraftwerkes bestehenden Stromleitungen elektrische Energie aufnehmen und zeitversetzt wieder abgegeben. Es ist daher insbesondere nicht erforderlich neue Stromleitungen zu bauen. Weiterhin ist es von Vorteil, dass durch die Abfuhr eines Teils der Wärme des Abklingbeckens (Abwärme) ein Teil der für die Kühlung des Abklingbeckens vorgesehenen Kühlleistung reduziert werden kann. Folglich geht erfindungsgemäß die Abwärme des Abklingbeckens – wie beim Stand der Technik vorgesehen – nicht vollständig an die Umgebung des Kernkraftwerkes verloren, sondern wird mittels des Thermopotentialspeichers wiedergewonnen und somit einer Wiederverwertung zugänglich gemacht. Weiterhin können durch den Thermopotentialspeicher Schwankungen innerhalb des Stromnetzes ausgeglichen werden, sodass die Versorgungssicherheit auch bei abgeschalteten Kernkraftwerken erhöht wird. Another advantage of the device according to the invention is that the infrastructure of the nuclear power plant, for example, its connection to a power grid, can be used for the thermal potential storage. Furthermore, the thermopotential storage can absorb electrical energy through the power lines existing at the site of the nuclear power plant and released again with a time delay. It is therefore particularly not necessary to build new power lines. Furthermore, it is advantageous that by removing a portion of the heat of the Abklingbeckens (waste heat), a portion of the intended cooling of the Abklingbeckens cooling capacity can be reduced. Consequently, according to the invention, the waste heat of the Abklingbeckens - as provided in the prior art - not completely lost to the environment of the nuclear power plant, but is recovered by means of the thermopotential storage and thus made available for recycling. Furthermore, fluctuations in the power network can be compensated by the thermal potential storage, so that the security of supply is increased even when the nuclear power plants are switched off.

Gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Abklingbecken eines Kernkraftwerkes und ein Thermopotentialspeicher bereitgestellt. Erfindungsgemäß wird der Thermopotentialspeicher wenigstens teilweise durch eine Abwärme des Abklingbeckens beladen. According to the method of the invention, a decay tank of a nuclear power plant and a thermal potential storage is provided. According to the invention the thermal potential storage is at least partially loaded by a waste heat of the decay tank.

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 ist die thermische Kopplung zwischen dem Abklingbecken des Kernkraftwerkes und dem Thermopotentialspeicher als Fluidkreislauf ausgebildet. According to an advantageous embodiment of the invention, the thermal coupling between the Abklingbecken the nuclear power plant and the thermal storage potential is designed as a fluid circuit.

Dadurch wird vorteilhafterweise eine besonders effiziente Übertragung der Abwärme von dem Abklingbecken auf den Thermopotentialspeicher ermöglicht. Weiterhin kann für die thermische Kopplung des Abklingbeckens und des Thermopotentialspeichers wenigstens ein Wärmetauscher vorgesehen sein. Insbesondere kann der Wärmetauscher innerhalb des Fluidkreislaufes integriert sein. This advantageously allows a particularly efficient transfer of waste heat from the Abklingbecken on the thermal potential storage. Furthermore, at least one heat exchanger can be provided for the thermal coupling of the decay tank and the thermopotential storage. In particular, the heat exchanger can be integrated within the fluid circuit.

Besonders bevorzugt ist es, den Fluidkreislauf wenigstens teilweise durch einen Kühlkreislauf des Kernkraftwerkes auszubilden. It is particularly preferred to form the fluid circuit at least partially through a cooling circuit of the nuclear power plant.

Das ist deshalb von Vorteil, da die bestehende Infrastruktur, beispielsweise der Kühlkreislauf oder der Reaktorkreislauf des Kernkraftwerkes, für die Übertragung der Abwärme von dem Abklingbecken auf den Thermopotentialspeicher genutzt werden kann. Vorteilhafterweise werden dadurch erforderliche Umbaumaßnahmen innerhalb des Kernkraftwerkes auf ein Minimum reduziert. Beispielsweise kann die Abwärme direkt an die Kühlvorrichtung, die zur Kühlung des Abklingbeckens vorgesehen ist, abgeführt und dem Thermopotentialspeicher zu seiner wenigstens teilweisen Beladung zugeführt werden. This is advantageous because the existing infrastructure, such as the cooling circuit or the reactor circuit of the nuclear power plant, can be used for the transfer of waste heat from the Abklingbecken on the thermal storage potential. Advantageously, thereby required rebuilding measures within the nuclear power plant are reduced to a minimum. For example, the waste heat can be dissipated directly to the cooling device, which is provided for cooling the Abklingbeckens, and fed to the thermal storage potential to its at least partial loading.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind innerhalb des Abklingbeckens abgebrannte Brennstäbe angeordnet. In a further advantageous embodiment of the invention spent fuel rods are disposed within the Abklingbeckens.

Vorteilhafterweise wird dadurch mehr Abwärme innerhalb des Abklingbeckens erzeugt, sodass eine verbesserte Beladung des Thermopotentialspeichers ermöglicht wird. Advantageously, this generates more waste heat within the decay tank, so that an improved loading of the thermal potential storage is made possible.

Generell bedeutet innerhalb des Abklingbeckens 2, dass das Abklingbecken 2 einen Innenraum aufweist, der die Brennstäbe umfasst. Der Innenraum kann teilweise offen sein. Weiterhin kann das Abklingbecken als Wasserbecken ausgebildet sein, wobei der Innenraum hier wenigstens teilweise mit Wasser gefüllt ist. Generally means within the decay pool 2 that the cooling pool 2 an interior comprising the fuel rods. The interior can be partially open. Furthermore, the Abklingbecken be designed as a water basin, the interior here is at least partially filled with water.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Abklingbecken wenigstens teilweise mit Wasser gefüllt, welches eine Temperatur im Bereich von 40 Grad Celsius bis 60 Grad Celsius, insbesondere von 50 Celsius aufweist. According to a further advantageous embodiment of the invention, the Abklingbecken is at least partially filled with water, which has a temperature in the range of 40 degrees Celsius to 60 degrees Celsius, in particular of 50 Celsius.

Dadurch wird vorteilhafter Weise die Betriebssicherheit der Brennstäbe und des Abklingbeckens sichergestellt. Die Temperatur des Wassers innerhalb des Abklingbeckens kann mittels einer Regelung einer zur Kühlung des Abklingbeckens vorgesehen Kühlvorrichtung und/oder mittels der Abwärme die dem Thermopotentialspeicher zugeführt wird, eingestellt, verändert und/oder aufrechtgehalten werden. In diesem Sinne stellt die thermische Kopplung an den Thermopotentialspeicher auch eine Kühlvorrichtung dar. As a result, the reliability of the fuel rods and the Abklingbeckens is advantageously ensured. The temperature of the water within the Abklingbeckens can be set, changed and / or maintained by means of a regulation of a cooling device provided for cooling the Abklingbeckens and / or by means of the waste heat which is supplied to the thermal potential storage. In this sense, the thermal coupling to the thermal potential storage is also a cooling device.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der Thermopotentialspeicher eine Wärmepumpe, wobei ein Verdampfer der Wärmepumpe mit dem Abklingbecken zur Aufnahme der Abwärme thermisch gekoppelt ist. In an advantageous embodiment of the invention, the thermal storage potential comprises a heat pump, wherein an evaporator of the heat pump is thermally coupled to the Abklingbecken for receiving the waste heat.

Mit anderen Worten wird vorteilhafterweise der Thermopotentialspeicher mittels einer Wärmepumpe beladen. Hierbei wird die Abwärme mittels des Verdampfers der Wärmepumpe durch die Verdampfung eines innerhalb eines Kreislaufes der Wärmepumpe zirkulierenden Arbeitsfluid der Wärmepumpe auf den Thermopotentialspeicher übertragen. In other words, advantageously, the thermal potential storage means by means of a Heat pump loaded. Here, the waste heat is transferred by means of the evaporator of the heat pump by the evaporation of a circulating within a circuit of the heat pump working fluid of the heat pump to the thermal storage potential.

Bevorzugt umfasst der Thermopotentialspeicher einen Wärmespeicher, wobei ein Kondensator der Wärmepumpe mit dem Wärmespeicher zur Abgabe der Abwärme an den Wärmespeicher gekoppelt ist. The thermal potential reservoir preferably comprises a heat accumulator, wherein a condenser of the heat pump is coupled to the heat accumulator for emitting the waste heat to the heat accumulator.

Vorteilhafterweise wird dadurch die auf das Arbeitsfluid der Wärmepumpe übertragene Abwärme des Abklingbeckens mittels des Kondensators auf einen Wärmespeicher des Thermopotentialspeichers übertragen. Innerhalb des Kondensators erfolgt eine Kondensierung des Arbeitsfluid der Wärmepumpe unter der wenigstens teilweisen Abgabe der vorher aufgenommenen Abwärme. Vorteilhafterweise wird dadurch eine besonders effiziente Beladung des Thermopotentialspeichers ermöglicht. Advantageously, thereby transferred to the working fluid of the heat pump waste heat of the Abklingbeckens be transferred by means of the capacitor to a heat storage of the thermal storage potential. Within the condenser, a condensation of the working fluid of the heat pump takes place under the at least partial release of the previously collected waste heat. Advantageously, this allows a particularly efficient loading of the thermal potential storage.

Generell erfolgt die Beladung des Thermopotentialspeichers mittels eines linkslaufenden thermodynamischen Kreisprozesses. Hierbei können als Kreisprozesse ein Joule-Brayton-Kreisprozess sowie ein Rankine-Kreisprozess vorgesehen sein. Generally, the loading of the thermopotential storage takes place by means of a left-handed thermodynamic cycle. In this case, a Joule-Brayton cycle and a Rankine cycle can be provided as cycles.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Wärmepumpe als Hochtemperaturwärmepumpe ausgebildet. According to an advantageous embodiment of the invention, the heat pump is designed as a high temperature heat pump.

Vorteilhafterweise wird dadurch eine besonders effiziente Übertragung der Abwärme auf den Thermopotentialspeicher und folglich eine besonders effiziente Beladung des Thermopotentialspeichers ermöglicht. Dadurch wird vorteilhafterweise der Wirkungsgrad des Thermopotentialspeichers verbessert. Als Hochtemperaturwärmepumpe wird hierbei eine Wärmepumpe bezeichnet, die eine Abgabe der Wärme (oder Abwärme) bei einer Temperatur oberhalb von 100 Grad Celsius ermöglicht. Weiterhin ist für die Hochtemperaturwärmepumpe ein Arbeitsfluid vorgesehen, das wenigstens ein Fluorketon umfasst. Advantageously, this allows a particularly efficient transfer of the waste heat to the thermal potential storage and consequently a particularly efficient loading of the thermal potential storage. This advantageously improves the efficiency of the thermopotential storage. As a high-temperature heat pump in this case a heat pump is called, which allows a release of heat (or waste heat) at a temperature above 100 degrees Celsius. Furthermore, a working fluid is provided for the high-temperature heat pump, which comprises at least one fluorine ketone.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Verdampfer der Wärmepumpe innerhalb des Abklingbeckens angeordnet. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the evaporator of the heat pump is disposed within the Abklingbeckens.

Dadurch wird vorteilhafterweise eine besonders gute Übertragung der Abwärme von dem Abklingbecken des Kernkraftwerkes auf den Verdampfer und folglich auf den Thermopotentialspeicher ermöglicht. Insgesamt wird dadurch der Wirkungsgrad des Thermopotentialspeichers weiter verbessert. This advantageously allows a particularly good transfer of waste heat from the Abklingbecken the nuclear power plant on the evaporator and consequently to the thermal potential storage. Overall, this further improves the efficiency of the thermopotential storage.

Bevorzugt ist hierbei der Verdampfer als Rohrbündelwärmeübertrager ausgebildet. Preferably, in this case, the evaporator is designed as a tube bundle heat exchanger.

Mit anderen Worten ist eine Mehrzahl von Rohren, die zu einem Rohrbündel zusammengefasst sind, als Wärmetauscher zwischen dem Abklingbecken und dem Thermopotentialspeicher vorgesehen, wobei die Rohre innerhalb des Abklingbeckens des Kernkraftwerkes angeordnet sind. Hierbei sind die Rohre und folglich auch der Verdampfer in direktem Kontakt mit dem Wasser des Abklingbeckens. Dadurch wird eine energetisch effiziente thermische Kopplung zwischen dem Abklingbecken des Kernkraftwerkes und dem Thermopotentialspeicher ermöglicht. In other words, a plurality of tubes, which are combined into a tube bundle, provided as a heat exchanger between the Abklingbecken and the thermal potential storage, wherein the tubes are disposed within the Abklingbeckens the nuclear power plant. Here, the tubes and consequently also the evaporator are in direct contact with the water of the decay tank. This allows an energetically efficient thermal coupling between the Abklingbecken the nuclear power plant and the thermal storage potential.

Hierbei ist es besonders bevorzugt wenigstens einen Teil einer Außenwand des Verdampfers durch das Abklingbecken auszubilden. In this case, it is particularly preferable to form at least part of an outer wall of the evaporator through the sinking basin.

Mit anderen Worten weist der Verdampfer wenigstens in einem Teilbereich keinen Mantel oder kein Mantelgehäuse auf, wobei der fehlende Teil seines Mantels oder Mantelgehäuses durch das Abklingbecken ausgebildet wird. Dadurch wird vorteilhafterweise der Verdampfer ein Teil des Abklingbeckens, sodass der Verdampfer direkt innerhalb des Abklingbeckens integriert ist. Mit anderen Worten umfasst das Abklingbecken den Verdampfer. Dadurch kann vorteilhafterweise der Wirkungsgrad des Thermopotentialspeichers weiter verbessert werden. In other words, the evaporator, at least in a partial area no shell or shell casing, wherein the missing part of its shell or jacket is formed by the Abklingbecken. As a result, advantageously, the evaporator is part of the decay tank, so that the evaporator is integrated directly within the Abklingbeckens. In other words, the decantation tank includes the evaporator. As a result, advantageously, the efficiency of the thermal potential storage can be further improved.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der Thermopotentialspeicher einen Dampfkreislauf, wobei der Dampfkreislauf zum Entladen des Thermopotentialspeichers vorgesehen ist. According to an advantageous development of the invention, the thermal potential reservoir comprises a steam cycle, wherein the steam cycle is provided for discharging the thermopotential reservoir.

Generell sind für die Entladung des Thermopotentialspeichers rechtsläufige thermodynamische Kreisprozesse vorgesehen. Hierbei wird innerhalb des Dampfkreislaufes, beispielsweise durch eine Entladung des Wärmespeichers des Thermopotentialspeichers Dampf erzeugt, der eine Turbine antreibt, die vorteilhafterweise mechanisch mit dem Dampfkreislauf gekoppelt ist, sodass eine Erzeugung von elektrischer Energie erfolgt. Dadurch wird vorteilhafterweise der Thermopotentialspeicher entladen und elektrische Energie gewonnen. Hierbei ist der Dampfkreislauf nicht auf das Arbeitsfluid Wasser eingeschränkt. Es können weitere Arbeitsfluide des Dampfkreislaufes, beispielsweise organische Arbeitsfluide vorgesehen sein. Mit anderen Worten bildet der Dampfkreislauf einen organischen Rankine-Kreisprozess aus. Generally, right-handed thermodynamic cycles are provided for the discharge of the thermopotential reservoir. Here, steam is generated within the steam cycle, for example by a discharge of the heat storage of the thermal storage potential, which drives a turbine, which is advantageously mechanically coupled to the steam cycle, so that generation of electrical energy takes place. As a result, the thermopotential storage device is advantageously discharged and electrical energy is obtained. Here, the steam cycle is not limited to the working fluid water. There may be further working fluids of the steam cycle, for example organic working fluids. In other words, the steam cycle forms an organic Rankine cycle.

Bevorzugt ist die Turbine zur Einspeisung der erzeugten elektrischen Energie mit einem Stromnetzwerk des Kernkraftwerkes elektrisch gekoppelt. Preferably, the turbine for feeding the generated electrical energy is electrically coupled to a power network of the nuclear power plant.

Mit anderen Worten wird vorteilhafterweise eine bezüglich der Erzeugung der elektrischen Energie vorhandene Infrastruktur des Kernkraftwerkes für die Entladung des Thermopotentialspeichers verwendet. Es ist daher nicht erforderlich eine neue oder eine erweiterte Infrastruktur für die Anbindung des Thermopotentialspeichers an das Stromnetz auszubilden. Vorteilhafterweise können dadurch auch abgeschaltete Kernkraftwerke nach ihrer Abschaltung elektrische Energie ins Stromnetz einspeisen. Weiterhin können Schwankungen innerhalb des Stromnetzes besser ausgeglichen werden. Dies verbessert insgesamt die Versorgungssicherheit des Stromnetzes. In other words, an infrastructure of the nuclear power plant which is available with regard to the generation of electrical energy is advantageously used used for the discharge of the thermal potential storage. It is therefore not necessary to form a new or an extended infrastructure for the connection of the thermal potential storage to the power grid. Advantageously, thereby disconnected nuclear power plants can feed electrical energy into the power grid after their shutdown. Furthermore, fluctuations in the power grid can be better compensated. Overall, this improves the security of supply of the power grid.

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 einen exemplarischen Aufbau eines Thermopotentialspeichers, der thermisch mit einem Abklingbecken eines Kernkraftwerkes gekoppelt ist; 1 an exemplary structure of a thermal potential storage, which is thermally coupled to a Abklingbecken a nuclear power plant;

2 einen Thermopotentialspeicher gemäß 1, wobei der Thermopotentialspeicher eine Wärmepumpe umfasst und ein Verdampfer der Wärmepumpe innerhalb des Abklingbeckens des Kernkraftwerkes angeordnet ist; und 2 a thermal potential storage according to 1 wherein the thermal potential reservoir comprises a heat pump and an evaporator of the heat pump is disposed within the decay tank of the nuclear power plant; and

3 einen weiteren exemplarischen Aufbau eines Thermopotentialspeichers. 3 another exemplary structure of a thermal potential storage.

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.

Der in 1 dargestellte Thermopotentialspeicher 4 ist mit dem Abklingbecken 2 des Kernkraftwerkes 1 über einen Fluidkreislauf 14 thermisch gekoppelt. Das Kernkraftwerk 1 weist eine Anbindung an ein Stromnetz 16 auf. Weiterhin umfasst das Kernkraftwerk 1 einen Kühlturm 18, der mittels eines Kühlkreislaufes 15 eine Kühlung des Abklingbeckens 2 ermöglicht. Innerhalb des Abklingbeckens 2 sind ausgebrannte Brennstäbe 6 angeordnet, wobei die Brennstäbe 6 von Wasser umgeben sind. The in 1 illustrated thermal potential storage 4 is with the sinking pool 2 of the nuclear power plant 1 via a fluid circuit 14 thermally coupled. The nuclear power plant 1 has a connection to a power grid 16 on. Furthermore, the nuclear power plant includes 1 a cooling tower 18 that by means of a cooling circuit 15 a cooling of the decay tank 2 allows. Within the decay pool 2 are burnt out fuel rods 6 arranged, with the fuel rods 6 surrounded by water.

Der Thermopotentialspeicher 4 umfasst eine Wärmepumpe 8 sowie einen Dampfkreislauf 12. Die Wärmepumpe 8 wird hierbei mittels eines Verdampfers 81 (Verflüssiger), eines Kompressors 83 (Verdichter), eines Kondensators 82 und eines Expansionsventils 84 ausgebildet. Zudem ist die Wärmepumpe 8 als Hochtemperaturwärmepumpe ausgebildet, sodass als Arbeitsfluid der Wärmepumpe 8 beispielsweise ein Fluorketon vorgesehen ist. The thermopotential storage 4 includes a heat pump 8th and a steam cycle 12 , The heat pump 8th is here by means of an evaporator 81 (Condenser), a compressor 83 (Compressor), a capacitor 82 and an expansion valve 84 educated. In addition, the heat pump 8th designed as a high-temperature heat pump, so that as a working fluid of the heat pump 8th For example, a fluoroketone is provided.

Der Kondensator 82 der Wärmepumpe 8 ist mit einem Wärmespeicher 10 des Thermopotentialspeichers 4 thermisch gekoppelt. Mit anderen Worten wird eine Abwärme 24, die innerhalb des Abklingbeckens 2 durch die Restwärme der abgebrannten Brennstäbe 6 erzeugt wird, über den Fluidkreislauf 14 mittels des Verdampfers 81 auf das Arbeitsfluid der Wärmepumpe 8 übertragen. Anschließend wird durch den Wärmepumpenkreislauf – symbolisiert durch den linksdrehenden Pfeil – die aufgenommene Abwärme 24 mittels des Kondensators 82 auf den Wärmespeicher 10 übertragen und dort mittels eines Wärmespeichermaterials gespeichert. Mit anderen Worten wird der Thermopotentialspeicher 4 mittels der Wärmepumpe 8 und mit der Abwärme 24 des Abklingbeckens 2 wenigstens teilweise beladen. Die thermische Kopplung des Abklingbeckens 2 mit dem Thermopotentialspeicher 4 wird hierbei mittels des Verdampfers 14 durch den Wärmepumpenkreislauf der Wärmepumpe 8 ausgebildet. The capacitor 82 the heat pump 8th is with a heat storage 10 of the thermopotential storage 4 thermally coupled. In other words, a waste heat 24 that are inside the decay pool 2 due to the residual heat of the spent fuel rods 6 is generated, via the fluid circuit 14 by means of the evaporator 81 on the working fluid of the heat pump 8th transfer. Subsequently, through the heat pump cycle - symbolized by the anti-clockwise arrow - the absorbed waste heat 24 by means of the capacitor 82 on the heat storage 10 transferred and stored there by means of a heat storage material. In other words, the thermopotential storage 4 by means of the heat pump 8th and with the waste heat 24 of the decay pool 2 at least partially loaded. The thermal coupling of the decay pool 2 with the thermal potential storage 4 is here by means of the evaporator 14 through the heat pump cycle of the heat pump 8th educated.

Für die Entladung des Thermopotentialspeichers 4 ist der Dampfkreislauf 12 vorgesehen. Hierbei ist ein Verdampfer 121 des Dampfkreislaufes 12 thermisch mit dem Wärmespeicher 10 gekoppelt. Mit anderen Worten wird die innerhalb des Wärmespeichers 10 gespeicherte thermische Energie (ein Teil der Abwärme 24), mittels des Verdampfers 121 auf den Dampfkreislauf 12 übertragen. Mittels des innerhalb des Verdampfers 121 erzeugten Dampfes wird eine Turbine 123 betrieben. Anschließend wird mittels eines Generators 20 elektrische Energie 42 erzeugt, die beispielsweise in das Stromnetz 16 eingespeist wird. Weiterhin umfasst der Dampfkreislauf 12 einen Kondensator 122 sowie eine Pumpe 124. Der Kondensator 122 des Dampfkreislaufes 12 gibt einen Rest der Abwärme 24, der innerhalb des Dampfkreislaufes 12 nicht mehr für die Erzeugung von Dampf verwendet werden kann, an die Umgebung ab. Der Kondensator 122 kann als der Kühlturm 18 ausgebildet oder innerhalb des Kühlturms 18 angeordnet sein. For the discharge of the thermopotential storage 4 is the steam cycle 12 intended. Here is an evaporator 121 of the steam cycle 12 thermally with the heat storage 10 coupled. In other words, the inside of the heat storage 10 stored thermal energy (a part of the waste heat 24 ), by means of the evaporator 121 on the steam cycle 12 transfer. By means of inside the evaporator 121 generated steam becomes a turbine 123 operated. Subsequently, by means of a generator 20 electrical power 42 generated, for example, in the power grid 16 is fed. Furthermore, the steam cycle includes 12 a capacitor 122 and a pump 124 , The capacitor 122 of the steam cycle 12 gives a rest of the waste heat 24 that's inside the steam cycle 12 no longer can be used for the production of steam, to the environment. The capacitor 122 can as the cooling tower 18 formed or within the cooling tower 18 be arranged.

Bei einem Beladen des Thermopotentialspeichers 4 ist für den Betrieb des Kompressors 83 elektrische Energie erforderlich, die mittels des Generators 20 bereitgestellt wird, wobei der Generator 20 hierbei als elektrischer Motor für den Kompressor 82 betrieben wird. When loading the thermal potential storage 4 is for the operation of the compressor 83 electrical energy required by means of the generator 20 is provided, wherein the generator 20 here as an electric motor for the compressor 82 is operated.

2 zeigt eine Ausgestaltung der in 1 dargestellten Vorrichtung. In 2 ist der Verdampfer 81 der Wärmepumpe 8 innerhalb des Abklingbeckens 2 angeordnet. Hierzu kann der Verdampfer 81 mittels einer Mehrzahl von Rohren gebildet sein (Rohrbündelwärmetauscher), wobei sich die Rohre durch das Wasser des Abklingbeckens 2 erstrecken. Insbesondere können die Rohre des Verdampfers 81 um die Brennelemente 6, beispielsweise helixförmig, angeordnet sein. Dadurch wird vorteilhafterweise eine besonders effiziente Aufnahme der Abwärme 24 durch die Wärmepumpe 8 ermöglicht. Im Weiteren weist die 2 die gleichen Elemente wie bereits 1 auf, sodass das unter 1 gesagte auch für 2 Bestand hat. 2 shows an embodiment of in 1 illustrated device. In 2 is the evaporator 81 the heat pump 8th within the decay pool 2 arranged. For this purpose, the evaporator 81 be formed by a plurality of tubes (tube bundle heat exchanger), wherein the tubes through the water of the Abklingbeckens 2 extend. In particular, the tubes of the evaporator 81 around the fuel elements 6 , for example, helically arranged. This is advantageously a particularly efficient absorption of waste heat 24 through the heat pump 8th allows. In addition, the 2 the same elements as before 1 on, so the under 1 also said for 2 Stock has.

In 3 ist eine weitere Ausgestaltung eines Thermopotentialspeichers 4 dargestellt. Hierbei erfolgt die Übertragung der Abwärme 24 vom Abklingbecken 2 auf einen Wärmespeicher 10 des Thermopotentialspeichers 4 mittels einer Kaskade von Wärmepumpen 8, 8‘. Hierbei wird der Verdampfer 81‘ der zweiten Wärmepumpe 8‘ durch einen Kondensator 82 der ersten Wärmepumpe 8 ausgebildet. Jede der Wärmepumpen 8 weist weiterhin einen Kompressor 83, 83‘ und ein Expansionsventil 84, 84‘ auf. Die zweite Wärmepumpe 8‘ umfasst eine Mehrzahl von Kondensatoren 82‘. In 3 is a further embodiment of a thermal potential storage 4 shown. Here, the transfer of waste heat takes place 24 from the sinking pool 2 on a heat storage 10 of the thermopotential storage 4 by means of a cascade of heat pumps 8th . 8th' , This is the evaporator 81 ' the second heat pump 8th' through a capacitor 82 the first heat pump 8th educated. Each of the heat pumps 8th also has a compressor 83 . 83 ' and an expansion valve 84 . 84 ' on. The second heat pump 8th' includes a plurality of capacitors 82 ' ,

Ein Arbeitsfluid der ersten Wärmepumpe 8, das die Abwärme 24 des Abklingbeckens 2 direkt aus dem Abklingbecken 2 aufnimmt kann Methan sein oder Methan umfassen. Ein Arbeitsfluid der zweiten Wärmepumpe 8‘ kann Wasser sein oder Wasser umfassen. Zur Speicherung der Abwärme 24 ist eine Mehrzahl von Wärmespeichern 10, die beispielsweise sensibel oder latent ausgebildet sein können, vorgesehen. Ein sensibler Wärmespeicher speichert thermische Energie sensibel, das heißt unter einer Änderung seiner Temperatur. Ein latenter Wärmespeicher (Latentwärmespeicher) speichert thermische Energie latent, das heißt mittels eines Phasenübergang eines Wärmespeichermaterials des Wärmespeichers. Durch die serielle Kopplung der Wärmepumpen 8, 8‘ wird eine effiziente Beladung der Wärmespeicher 10 mit der Abwärme 24 ermöglicht. A working fluid of the first heat pump 8th that the waste heat 24 of the decay pool 2 directly from the sink 2 may include methane or include methane. A working fluid of the second heat pump 8th' may be water or water. For storing the waste heat 24 is a plurality of heat accumulators 10 , which may be formed, for example, sensitive or latent provided. A sensitive heat storage system stores thermal energy sensitively, ie under a change in its temperature. A latent heat storage (latent heat storage) stores thermal energy latent, that is, by means of a phase transition of a heat storage material of the heat storage. Through the serial coupling of the heat pumps 8th . 8th' will be an efficient loading of heat storage 10 with the waste heat 24 allows.

Zur Entladung des Thermopotentialspeichers 4 bzw. der Wärmespeicher 10 ist wie bereits in 1 oder 2 ein Dampfkreislauf 12 vorgesehen. Der Dampfkreislauf 12 weist eine Mehrzahl von Verdampfern 121, eine Turbine 123, einen Kondensator 122 sowie eine Pumpe 124 auf. Die Turbine 123 des Dampfkreislaufes 12 ist mit einem Generator 20 zur Erzeugung einer elektrischen Energie 42 gekoppelt. Wie bereits in 1 oder 2 wird dadurch eine vorteilhafte Entladung des Thermopotentialspeichers 4 bzw. der Wärmespeicher 10 ermöglicht. Die Abwärme 24 wird durch den Dampfkreislauf wenigstens teilweise in Dampf übergeführt, wobei der Dampf mittels der Turbine 123 in elektrische Energie 42 gewandelt wird. Eine restliche verbleibende Abwärme 24 wird mittels des Kondensators 122 an die Umgebung abgegeben. Hierbei kann der Kondensator 122 als Kühlturm 18 des Kernkraftwerkes 1 ausgebildet sein oder im Kühlturm 18 des Kernkraftwerkes 1 integriert sein. For discharging the thermopotential storage 4 or the heat storage 10 is like in 1 or 2 a steam cycle 12 intended. The steam cycle 12 has a plurality of evaporators 121 , a turbine 123 , a capacitor 122 and a pump 124 on. The turbine 123 of the steam cycle 12 is with a generator 20 for generating an electrical energy 42 coupled. As already in 1 or 2 This is an advantageous discharge of the thermal potential storage 4 or the heat storage 10 allows. The waste heat 24 is at least partially converted into steam by the steam cycle, wherein the steam by means of the turbine 123 into electrical energy 42 is converted. A residual waste heat 24 is by means of the capacitor 122 delivered to the environment. Here, the capacitor 122 as a cooling tower 18 of the nuclear power plant 1 be trained or in the cooling tower 18 of the nuclear power plant 1 be integrated.

Der in 3 dargestellte Thermopotentialspeicher 4 kann, wie bereits in 1 und/oder 2 dargestellt, mit dem Abklingbecken 2 oder mit der Infrastruktur des Kernkraftwerkes 1 gekoppelt sein. The in 3 illustrated thermal potential storage 4 can, as already in 1 and or 2 shown, with the sinking pool 2 or with the infrastructure of the nuclear power plant 1 be coupled.

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 anderen 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

Device comprising a decay tank ( 2 ) of a nuclear power plant ( 1 ) and a thermal potential memory ( 4 ), whereby the cooling pool ( 2 ) and the thermal potential memory ( 4 ) are thermally coupled such that the thermal potential memory ( 4 ) at least partially by a waste heat ( 24 ) of the decay pool ( 2 ) is loadable.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the thermal coupling as a fluid circuit ( 14 ) is trained.

Device according to claim 2, characterized in that the fluid circuit ( 14 ) at least partially through a cooling circuit ( 15 ) of the nuclear power plant ( 1 ) is formed.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that spent fuel rods ( 6 ) within the decay pool ( 2 ) are arranged.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling basin ( 2 ) is at least partially filled with water having a temperature in the range of 40 degrees Celsius to 60 degrees Celsius, in particular of 50 degrees Celsius.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the thermal potential memory ( 4 ) a heat pump ( 8th ), wherein an evaporator ( 81 ) of the heat pump ( 8th ) with the sinking pool ( 2 ) for absorbing the waste heat ( 42 ) is thermally coupled.

Device according to claim 6, characterized in that the thermal potential store ( 4 ) a heat storage ( 10 ), wherein a capacitor ( 82 ) of the heat pump ( 8th ) with the heat storage ( 10 ) for the discharge of waste heat ( 42 ) to the heat storage ( 10 ) is thermally coupled.

Device according to claim 6 or 7, characterized in that the heat pump ( 8th ) is designed as a high temperature heat pump.

Device according to one of claims 6 to 8, characterized in that the evaporator ( 81 ) of the heat pump ( 8th ) within the decay pool ( 2 ) is arranged.

Device according to claim 9, characterized in that the evaporator ( 81 ) is designed as a tube bundle heat exchanger.

Apparatus according to claim 10, characterized in that at least a part of an outer wall of the evaporator ( 81 ) through the cooling pool ( 2 ) is formed.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the thermal potential memory ( 4 ) a steam cycle ( 12 ), wherein the steam cycle ( 12 ) for discharging the thermal potential memory ( 4 ) is provided.

Apparatus according to claim 12, characterized in that the steam cycle ( 12 ) for generating electrical energy ( 42 ) with a turbine ( 14 ) is mechanically coupled.

Device according to claim 13, characterized in that the turbine ( 14 ) for feeding the generated electrical energy ( 42 ) with a power network ( 16 ) of the nuclear power plant ( 1 ) is electrically coupled.

Method in which a decay tank ( 2 ) of a nuclear power plant and a thermal potential storage ( 4 ) and in which the thermal potential memory ( 4 ) at least partially by a waste heat ( 24 ) of the decay pool ( 2 ) is loaded.