DE102019201336A1 - Gas liquefaction plant and method for operating a gas liquefaction plant - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Gasverflüssigungsanlage (1) vorgeschlagen, insbesondere ein Flüssiggasspeicherkraftwerk (1), das wenigstens eine Ladeeinheit (2) zum Verflüssigen eines Gases, insbesondere von Luft, und wenigstens einen Wärmespeicher (42) zum wenigstens teilweisen Speichern der beim Verflüssigen des Gases freigesetzten thermischen Energie umfasst. Erfindungsgemäß ist der Wärmespeicher (42) als Festbettspeicher ausgebildet.Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Gasverflüssigungsanlage (1) mit einem Wärmespeicher (42) .A gas liquefaction plant (1) is proposed, in particular a liquefied gas storage power plant (1) which has at least one charging unit (2) for liquefying a gas, in particular air, and at least one heat storage device (42) for at least partially storing the thermal energy released during the liquefaction of the gas Includes energy. According to the invention, the heat accumulator (42) is designed as a fixed-bed accumulator. The invention also relates to a method for operating a gas liquefaction system (1) with a heat accumulator (42).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasverflüssigungsanlage, insbesondere ein Flüssiggasspeicherkraftwerk, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Gasverflüssigungsanlage, insbesondere eines Flüssiggasspeicherkraftwerkes, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 8.The present invention relates to a gas liquefaction plant, in particular a liquefied gas storage power plant, according to the preamble of claim 1 and a method for operating a gas liquefaction plant, in particular a liquefied gas storage power plant, according to the preamble of claim 8.

Es ist bekannt, Flüssigluftspeicherkraftwerke zur Netzregelung von Stromnetzen zu verwenden. Der Ausbau erneuerbarer Energiegewinnung nimmt im Vergleich zur Stromerzeugung aus fossilen Brennstoffen zu. Für die Netzintegration dieser erneuerbaren Energiequellen ist es daher erforderlich eine effiziente Energiespeicherung bereitzustellen.It is known to use liquid-air storage power plants for the grid control of power grids. The expansion of renewable energy generation is increasing compared to electricity generation from fossil fuels. For the grid integration of these renewable energy sources, it is therefore necessary to provide efficient energy storage.

Hierzu sind mehrere technische Vorrichtungen oder Verfahren zur Speicherung von erneuerbar produzierter Energie bekannt. Neben Batterien, Pumpspeicherkraftwerken, Druckluftspeicherkraftwerken ist ebenfalls die Speicherung von Energie in Form verflüssigter Luft möglich.For this purpose, several technical devices or methods for storing renewable energy are known. In addition to batteries, pumped storage power plants, compressed air storage power plants, the storage of energy in the form of liquefied air is also possible.

Flüssigluftspeicherkraftwerke verwenden elektrische Energie, um Umgebungsluft beziehungsweise Luft zu verflüssigen. Die dabei gespeicherte Energie wird typischerweise zur Bereitstellung von Regelleistung in Stromnetzen verwendet. Dies ist beispielsweise aus dem Dokument US 2011/0132032 A1 bekannt.Liquid air storage power plants use electrical energy to liquefy ambient air or air. The stored energy is typically used to provide control power in power grids. This is for example from the document US 2011/0132032 A1 known.

Bekannte Flüssigluftspeicherkraftwerke arbeiten typischerweise nicht ausreichend effizient. Ein Grund hierfür ist die ineffiziente Wärmespeicherung durch Thermöl.Known liquid-air storage power plants typically do not work sufficiently efficiently. One reason for this is the inefficient heat storage through thermal oil.

Damit sich somit Flüssigluftspeicherkraftwerke auf einem stark umkämpften Energiespeichermarkt etablieren können, besteht daher ein Bedarf nach Verbesserungen.There is therefore a need for improvements so that liquid air storage power plants can establish themselves in a highly competitive energy storage market.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Effizienz einer Gasverflüssigungsanlage, insbesondere eines Flüssigluftspeicherkraftwerkes, zu verbessern.The present invention has for its object to improve the efficiency of a gas liquefaction plant, in particular a liquid air storage power plant.

Die Aufgabe wird durch eine Gasverflüssigungsanlage mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie durch ein Verfahren zum Betrieb einer Gasverflüssigungsanlage mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 8 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.The object is achieved by a gas liquefaction plant with the features of independent claim 1 and by a method for operating a gas liquefaction plant with the features of independent claim 8. Advantageous refinements and developments of the invention are specified in the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Gasverflüssigungsanlage, insbesondere ein erfindungsgemäßes Flüssiggasspeicherkraftwerk, umfasst wenigstens eine Ladeeinheit zum Verflüssigen eines Gases, insbesondere von Luft, und wenigstens einen Wärmespeicher zum wenigstens teilweisen Speichern der beim Verflüssigen des Gases freigesetzten thermischen Energie. Erfindungsgemäß ist der Wärmespeicher als Festbettspeicher ausgebildet.The gas liquefaction plant according to the invention, in particular a liquid gas storage power plant according to the invention, comprises at least one charging unit for liquefying a gas, in particular air, and at least one heat store for at least partially storing the thermal energy released during the liquefaction of the gas. According to the invention, the heat store is designed as a fixed bed store.

Grundsätzlich verwendet eine Gasverflüssigungsanlage oder ein Flüssiggasspeicherkraftwerk elektrische Energie, um ein Gas, vorzugsweise Luft, zu verflüssigen. Dadurch wird die elektrische Energie wenigstens teilweise gespeichert. Typischerweise weist ein Flüssiggasspeicherkraftwerk hierzu eine Ladeeinheit zur Verflüssigung des Gases, eine Speichereinheit zum Speichern des verflüssigten Gases und eine Entladeeinheit zum Expandieren und Rückverstromen des gespeicherten verflüssigten Gases. Somit umfasst ein Flüssiggasspeicherkraftwerk ebenfalls eine Gasverflüssigungsanlage. Umfasst das Gas Luft oder ist das Gas Luft, so wird das Flüssiggasspeicherkraftwerk ebenfalls als Flüssigluftspeicherkraftwerk bezeichnet.Basically, a gas liquefaction plant or a liquefied gas storage power plant uses electrical energy to liquefy a gas, preferably air. As a result, the electrical energy is at least partially stored. For this purpose, a liquefied gas storage power plant typically has a loading unit for liquefying the gas, a storage unit for storing the liquefied gas and a discharge unit for expanding and recirculating the stored liquefied gas. A liquid gas storage power plant thus also comprises a gas liquefaction plant. If the gas comprises air or is the gas air, the liquid gas storage power plant is also referred to as a liquid air storage power plant.

Erfindungsgemäß wird mittels des als Festbettspeicher ausgebildeten Wärmespeichers beim Speichern der beim Verflüssigen des Gases freigesetzten thermischen Energie materialbedingt eine niedrigere Grädigkeit erreicht. Der Festbettspeicher kann hierbei derart integriert werden, dass die Grädigkeiten kleiner werden und die Wärme für die Ausspeicherung auf einem konstant höheren Temperaturniveau zur Verfügung gestellt werden kann. Insbesondere bei hohen Temperaturen, das heißt größer als 380 °C, kann somit die beim Verflüssigen des Gases freigesetzte thermische Energie des Gases effizienter mittels des Wärmespeichers gespeichert werden. Weiterhin kann die Übertragung der genannten thermischen Energie auf den Wärmespeicher verbessert werden. Typischerweise sind Wärmespeicher von bekannten Gasverflüssigungsanlagen, insbesondere von bekannten Flüssiggasspeicherkraftwerken, als Thermoölspeicher ausgebildet. Der erfindungsgemäße Festbettspeicher weist gegenüber diesen eine höhere Maximaltemperatur als auch eine höhere Lade- und Entladekapazität auf.According to the invention, a lower degree of roughness is achieved due to the material by means of the heat store designed as a fixed bed store when storing the thermal energy released when the gas is liquefied. The fixed bed storage can be integrated in such a way that the roughness becomes smaller and the heat can be made available for storage at a constantly higher temperature level. In particular at high temperatures, that is to say greater than 380 ° C., the thermal energy of the gas released during the liquefaction of the gas can thus be stored more efficiently by means of the heat store. Furthermore, the transfer of the thermal energy mentioned to the heat store can be improved. Typically, heat stores of known gas liquefaction plants, in particular of known liquefied gas storage power plants, are designed as thermal oil stores. The fixed bed storage device according to the invention has a higher maximum temperature as well as a higher loading and unloading capacity.

Weiterhin weist der Festbettspeicher eine langsamere Auskühlung auf. Dadurch ist der Festbettspeicher für deutlich längere Speicherzeiträume geeignet. Zusammenfassend weist die erfindungsgemäße Gasverflüssigungsanlage, insbesondere das erfindungsgemäße Flüssiggasspeicherkraftwerk, dadurch eine verbesserte energetische Effizienz auf.Furthermore, the fixed bed storage has a slower cooling. This makes the fixed bed storage suitable for significantly longer storage periods. In summary, the gas liquefaction plant according to the invention, in particular the liquid gas storage power plant according to the invention, thereby has improved energy efficiency.

Das erfindungsgemäße Flüssiggasspeicherkraftwerk umfasst eine erfindungsgemäße Gasverflüssigungsanlage.The liquid gas storage power plant according to the invention comprises a gas liquefaction plant according to the invention.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Gasverflüssigungsanlage, insbesondere eines Flüssiggasspeicherkraftwerkes, mit einem Wärmespeicher, umfasst die folgenden Schritte:

  • - Verflüssigen eines Gases, insbesondere von Luft, mittels einer Ladeeinheit der Gasverflüssigungsanlage; und
  • - wenigstens teilweisen Speichern der beim Verflüssigen des Gases freigesetzten thermischen Energie.
The method according to the invention for operating a gas liquefaction plant, In particular a liquid gas storage power plant, with a heat store, comprises the following steps:
  • - Liquefying a gas, in particular air, by means of a loading unit of the gas liquefaction plant; and
  • - At least partially storing the thermal energy released when the gas is liquefied.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Energie mittels des als Festbettspeicher ausgebildeten Wärmespeicher gespeichert wird.The method according to the invention is characterized in that the thermal energy is stored by means of the heat store designed as a fixed bed store.

Es ergeben sich zur erfindungsgemäßen Gasverflüssigungsanlage gleichartige und gleichwertige Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens.The gas liquefaction plant according to the invention has the same and equivalent advantages of the method according to the invention.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Gasverflüssigungsanlage wenigstens eine Entladeeinheit zum wenigstens teilweisen Verdampfen und Expandieren des gespeicherten verflüssigten Gases.According to an advantageous embodiment of the invention, the gas liquefaction system comprises at least one discharge unit for at least partially evaporating and expanding the stored liquefied gas.

Mit anderen Worten wird wenigstens teilweise das gespeicherte verflüssigte Gas mittels der Entladeeinheit der Gasverflüssigungsanlage, insbesondere des Flüssiggasspeicherkraftwerkes, verdampft und expandiert.In other words, the stored liquefied gas is at least partially evaporated and expanded by means of the discharge unit of the gas liquefaction plant, in particular the liquefied gas storage power plant.

Innerhalb der Entladeeinheit ändert sich der Aggregatszustand des ausgespeicherten verflüssigten Gases durch Verdampfen von flüssig zu gasförmig. Vorteilhafterweise kann durch die Expansion des Gases eine Turbine mechanisch angetrieben werden und somit vorteilhafterweise die eingangs mittels der Verflüssigung des Gases wenigstens teilweise gespeicherte elektrische Energie wenigstens teilweise wieder rückgewonnen werden. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine effiziente Speicherung und Rückgewinnung von elektrischer Energie.Within the discharge unit, the state of aggregation of the liquefied gas withdrawn changes from liquid to gaseous by evaporation. Advantageously, a turbine can be mechanically driven by the expansion of the gas and thus advantageously at least partially the electrical energy initially stored at least partially by means of the liquefaction of the gas can be recovered again. This advantageously enables efficient storage and recovery of electrical energy.

Gemäß einer voreilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein Teil der mittels des Wärmespeichers gespeicherten thermischen Energie der Entladeeinheit bei der Expansion des gespeicherten verflüssigten Gases zuführbar.According to an advantageous embodiment of the invention, at least part of the thermal energy stored by means of the heat accumulator can be supplied to the discharge unit during the expansion of the stored liquefied gas.

Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung wird eine thermische Koppelung der Lade- und Entladeeinheit ermöglicht.This advantageous embodiment enables thermal coupling of the charging and discharging unit.

Weiterhin wird der Gesamtwirkungsgrad der Gasverflüssigungsanlage, insbesondere des Flüssiggasspeicherkraftwerkes, weiter verbessert. Dies wirkt mit dem erfindungsgemäß als Festbettspeicher ausgebildeten Wärmespeichers synergetisch zusammen. Insbesondere wird durch den Festbettspeicher ein höheres Temperaturniveau bei der Ausspeicherung der Wärme erreicht. Furthermore, the overall efficiency of the gas liquefaction plant, in particular of the liquefied gas storage power plant, is further improved. This interacts synergistically with the heat accumulator designed according to the invention as a fixed bed accumulator. In particular, the fixed bed storage achieves a higher temperature level when the heat is extracted.

Eine zusätzliche thermische Energiezufuhr, wie sie im Stand der Technik typischerweise mittels Verbrennung fossiler Brennstoffe erfolgt, ist somit nicht erforderlich. Diese kann jedoch ergänzend vorgesehen sein.An additional supply of thermal energy, as is typically done in the prior art by burning fossil fuels, is therefore not necessary. However, this can be provided in addition.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Gasverflüssigungsanlage, insbesondere das Flüssiggasspeicherkraftwerk, einen Kältespeicher. Mittels des Kältespeichers wird wenigstens ein Teil der beim Verdampfen des verflüssigten Gases freiwerdenden Kälte speicherbar.In an advantageous development of the invention, the gas liquefaction plant, in particular the liquefied gas storage power plant, comprises a cold store. At least some of the cold released when the liquefied gas evaporates can be stored by means of the cold store.

Mit anderen Worten wird wenigstens ein Teil der mittels des Wärmespeichers gespeicherten thermischen Energie dem Gas bei seiner Expansion innerhalb der Entladeeinheit zugeführt.In other words, at least a part of the thermal energy stored by means of the heat store is supplied to the gas as it expands within the discharge unit.

Durch die Speicherung der Kälte wird der Kältespeicher geladen. Die gespeicherte Kälte kann bevorzugt wiederum wenigstens teilweise in einem weiteren Schritt zur Verflüssigung des Gases verwendet beziehungsweise dieser zugeführt werden. Mit anderen Worten ist die mittels des Kältespeichers gespeicherte Kälte wenigstens teilweise der Verflüssigung des Gases zuführbar. Diese Rückkoppelung der mittels des Kältespeichers gespeicherten Kälte ermöglicht vorteilhafterweise eine effizientere Verflüssigung und Verdampfung des Gases.The cold store is charged by storing the cold. The stored cold can in turn preferably be used at least partially in a further step to liquefy the gas or be supplied to it. In other words, the cold stored by means of the cold store can be supplied at least partially to the liquefaction of the gas. This feedback of the cold stored by means of the cold store advantageously enables the gas to be liquefied and evaporated more efficiently.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der als Festspeicher ausgebildete Wärmespeicher zur Speicherung der thermischen Energie eine Natursteinschüttung auf.According to an advantageous embodiment of the invention, the heat store designed as a fixed store has a natural stone bed for storing the thermal energy.

Eine Schüttung ist insbesondere ein körniges oder stückiges Gemenge, das in einer geschütteten Form vorliegt.A bed is in particular a granular or lumpy mixture which is in a poured form.

Durch den Einsatz der Natursteinschüttung ergeben sich mehrere Vorteile. Beispielsweise ist die Natursteinschüttung derart gestaltet, dass das Gas direkt durch die Natursteinschüttung geleitet wird. Durch den daraus resultierenden direkten Kontakt des Gases mit der Natursteinschüttung kommt es zu einer effizienteren Übertragung der thermischen Energie. Aufgrund der deutlich größeren Oberfläche einer Schüttung im Vergleich zu einem Festkörper erfolgt die Übertragung der thermischen Energie effizienter. Mittels der Porosität der Natursteinschüttung kann zudem die Größe der Materialoberfläche an verschiedene technische Anforderungen eingestellt werden.There are several advantages to using natural stone fill. For example, the natural stone fill is designed in such a way that the gas is passed directly through the natural stone fill. The resulting direct contact of the gas with the natural stone fill results in a more efficient transfer of the thermal energy. Due to the significantly larger surface area of a bed compared to a solid body, the transfer of thermal energy takes place more efficiently. The size of the material surface can also be adjusted to various technical requirements by means of the porosity of the natural stone fill.

Ein weiterer Vorteil, der sich bei der Wärmespeicherung mittels des Festbettspeichers gegenüber Thermoölspeichern ergibt, ist das Wegfallen kontinuierlicher Austauschprozesse des Speichermediums, da es beim Festbettspeicher zu keinen Alterungseffekten kommt. Dadurch ergeben sich geringere Wartungs- und Betriebskosten der Gasverflüssigungsanlage, insbesondere des Flüssiggasspeicherkraftwerkes.Another advantage of heat storage using the fixed bed storage compared to thermal oil storage is the elimination Continuous exchange processes of the storage medium, since there are no aging effects with the fixed bed storage. This results in lower maintenance and operating costs for the gas liquefaction plant, in particular for the liquefied gas storage power plant.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Gasverflüssigungsanlage einen Lüfter, wobei mittels des Lüfters wenigstens ein Teil der mittels des Wärmespeichers gespeicherten thermischen Energie an die Umgebung der Gasverflüssigungsanlage dissipierbar ist.In an advantageous development of the invention, the gas liquefaction system comprises a fan, wherein at least part of the thermal energy stored by means of the heat store can be dissipated to the surroundings of the gas liquefaction system by means of the fan.

Dies ist vorteilhaft, da typischerweise beim Ausspeichern eine kleinere Menge an Energie zum Aufheizen der Luft erforderlich ist, als beim Einspeichern mittels des Wärmespeichers gespeichert wird. Wenigstens ein Teil der thermischen Energie (restliche Wärme) wird daher vorteilhafterweise mittels des Lüfters dissipiert, das heißt an die Umgebung abgegeben. Dadurch wird vorteilhafterweise eine Überladung/Überhitzung des Wärmespeichers vermieden.This is advantageous, since typically a smaller amount of energy is required to heat the air when storing than when storing by means of the heat store. At least part of the thermal energy (residual heat) is therefore advantageously dissipated by means of the fan, that is to say given off to the environment. Overcharging / overheating of the heat accumulator is thereby advantageously avoided.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Gas beim Verflüssigen dieses auf wenigstens einen Druck von 150 bar bis 200 bar, insbesondere von 160 bar bis 190 bar, bevorzugt von 180 bar, verdichtet. Dadurch wird die Effizienz des Verfahrens beziehungsweise der Gasverflüssigungsanlage, insbesondere des Flüssiggasspeicherkraftwerkes, verbessert.According to an advantageous embodiment of the invention, the gas is liquefied when it is compressed to at least a pressure of 150 bar to 200 bar, in particular 160 to 190 bar, preferably 180 bar. This improves the efficiency of the process or the gas liquefaction plant, in particular the liquefied gas storage power plant.

Bevorzugt wird das verflüssigte Gas vor seiner Verdampfung auf einen Druck von 50 bar bis 80 bar, insbesondere 65 bar, gepumpt.The liquefied gas is preferably pumped to a pressure of 50 bar to 80 bar, in particular 65 bar, before it is vaporized.

Vorzugsweise wird dabei ein Druck eingestellt, der eine möglichst effiziente Expansion und Rückgewinnung der elektrischen Energie ermöglicht. Insgesamt wird dadurch vorteilhafterweise ein höherer Wirkungsgrad der Gasverflüssigungsanlage, insbesondere des Flüssiggasspeicherkraftwerkes, ermöglicht.Preferably, a pressure is set which enables the most efficient expansion and recovery of the electrical energy. Overall, this advantageously enables a higher efficiency of the gas liquefaction plant, in particular of the liquefied gas storage power plant.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen schematisiert:

  • 1 ein Flüssiggasspeicherkraftwerk gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung; und
  • 2 ein Schaltbild eines Flüssiggasspeicherkraftwerkes gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung;
Further advantages, features and details of the invention result from the exemplary embodiments described below and from the drawings. Schematically show:
  • 1 a liquid gas storage power plant according to an embodiment of the invention; and
  • 2nd a circuit diagram of a liquid gas storage power plant according to a further embodiment of the invention;

Gleichartige, gleichwertige oder gleichwirkende Elemente können in einer der Figuren oder in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sein.Similar, equivalent or equivalent elements can be provided with the same reference numerals in one of the figures or in the figures.

In 1 ist eine als Flüssiggasspeicherkraftwerk 1 ausgebildete Gasverflüssigungsanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Mit anderen Worten umfasst das Flüssiggasspeicherkraftwerk 1 eine Gasverflüssigungsanlage gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.In 1 is a liquid gas storage power plant 1 trained gas liquefaction plant according to an embodiment of the invention. In other words, the liquefied gas storage power plant comprises 1 a gas liquefaction plant according to an embodiment of the present invention.

Das Flüssiggasspeicherkraftwerk 1 weist mehrere Einheiten, eine Ladeeinheit 2, eine Speichereinheit 4 und eine Entladeeinheit 6 auf.The liquefied gas storage power plant 1 has several units, one loading unit 2nd , a storage unit 4th and a discharge unit 6 on.

Die Ladeeinheit 2 umfasst ein Verdichterelement 21, beispielsweise einen Verdichter, und einen daran angeschlossen Verflüssigungselement 22, beispielsweise einen Verflüssiger. Die Entladeeinheit 6 umfasst eine Pumpe 63, ein Verdampfungselement 61, beispielsweise einen Verdampfer und ein Expansionselement 62, beispielsweise einen Expander.The loading unit 2nd comprises a compressor element 21 , for example a compressor, and a condensing element connected to it 22 , for example a condenser. The unloading unit 6 includes a pump 63 , an evaporation element 61 , for example an evaporator and an expansion element 62 , for example an expander.

Die Speichereinheit 4 umfasst einen Flüssiggasspeicher 40, einen Kältespeicher 41 und einen Wärmespeicher 42. Erfindungsgemäß ist der Wärmespeicher 42 als Festbettspeicher ausgebildet. Der Wärmespeicher 42 ist mit dem Verdichterelement 21 thermisch gekoppelt. Diese Kopplung ist durch den Pfeil mit dem Bezugszeichen 102 gekennzeichnet und ermöglicht die wenigstens teilweise Speicherung der bei einer Verflüssigung des Gases freiwerdenden thermischen Energie.The storage unit 4th comprises a liquid gas storage 40 , a cold store 41 and a heat accumulator 42 . According to the heat accumulator 42 designed as a fixed bed storage. The heat storage 42 is with the compressor element 21 thermally coupled. This coupling is indicated by the arrow with the reference symbol 102 characterized and enables the at least partial storage of the thermal energy released when the gas is liquefied.

Weiterhin ist der Wärmespeicher 42 mit dem Expansionselement 62 thermisch gekoppelt. Diese Kopplung ist durch den Pfeil mit dem Bezugszeichen 103 gekennzeichnet und ermöglicht eine Zuführung der gespeicherten thermischen Energie zur Expansion des Gases.Furthermore, the heat storage 42 with the expansion element 62 thermally coupled. This coupling is indicated by the arrow with the reference symbol 103 characterized and enables a supply of the stored thermal energy for expansion of the gas.

Der Kältespeicher 41 ist mit dem Verflüssigungselement 22 thermisch gekoppelt. Diese Kopplung ist durch den Pfeil mit dem Bezugszeichen 105 gekennzeichnet und ermöglicht die wenigstens teilweise Zuführung von Kälte zum Verflüssigungselement 22. Weiterhin ist der Kältespeicher 41 mit dem Verdampfungselement 61 thermisch gekoppelt. Diese Kopplung wird durch den Pfeil mit dem Bezugszeichen 106 gekennzeichnet, und ermöglicht wenigstens die teilweise Speicherung der bei der Verdampfung des Gases freiwerdenden Kälte.The cold store 41 is with the liquefaction element 22 thermally coupled. This coupling is indicated by the arrow with the reference symbol 105 characterized and enables the at least partial supply of cold to the liquefaction element 22 . Furthermore, the cold store 41 with the evaporation element 61 thermally coupled. This coupling is indicated by the arrow with the reference symbol 106 characterized, and allows at least partial storage of the cold released during the evaporation of the gas.

Wird elektrische Energie eingespeichert, wird Gas, vorzugsweise Luft, über die Luftzuführung 100 in das Flüssiggasspeicherkraftwerk 1 eingeleitet.If electrical energy is stored, gas, preferably air, is supplied via the air supply 100 into the liquefied gas storage power plant 1 initiated.

In der Ladeeinheit 2 wird unter Aufwendung elektrischer Energie das genannte Gas von wenigstens einem Eingangsdruck, auf wenigstens einen Enddruck, verdichtet. Die hierbei entstehende thermische Energie wird mittels des Wärmespeichers 42 wenigstens teilweise gespeichert beziehungsweise zwischengespeichert.In the loading unit 2nd using electrical energy, said gas is compressed from at least one input pressure to at least one final pressure. The resulting thermal energy is generated by means of the heat accumulator 42 at least partially stored or cached.

Wird wiederum elektrische Energie benötigt, wird das gespeicherte verflüssigte Gase wieder verdampft und expandiert.If electrical energy is required again, the stored liquefied gases are evaporated again and expanded.

Typischerweise wird das verflüssigte Gas vor seiner Verdampfung mittels der Pumpe 63 auf einen Druck von 50 bar bis 80 bar, insbesondere 65 bar, gepumpt.Typically, the liquefied gas is pumped before being evaporated 63 pumped to a pressure of 50 bar to 80 bar, in particular 65 bar.

Die vorher mittels des Wärmespeichers 42 zwischengespeicherte thermische Energie wird bei der Expansion dem verdampften verflüssigten Gas wenigstens teilweise wieder zugeführt. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Flüssiggasspeicherkraftwerkes 1 erhöht.The previously by means of the heat accumulator 42 cached thermal energy is at least partially fed back into the evaporated liquefied gas during expansion. This increases the efficiency of the liquefied gas storage power plant 1 elevated.

Das verdampfte Gas, vorzugsweise Luft, wird nach der Energierückgewinnung innerhalb der Entladeeinheit 6 über den Luftauslass 104 aus dem Flüssiggasspeicherkraftwerk 1 ausgeleitet.The vaporized gas, preferably air, is inside the discharge unit after energy recovery 6 through the air outlet 104 from the liquefied gas storage power plant 1 diverted.

Die 2 stellt eine Ausführungsform des Flüssiggasspeicherkraftwerkes 1 mit mehreren als Festbettspeicher ausgebildeten Wärmespeichern 42 dar.The 2nd represents an embodiment of the liquefied gas storage power plant 1 with several heat storage designed as a fixed bed storage 42 represents.

Hierbei umfasst die Ladeeinheit 2 beziehungsweise das Kompressionselement 21 mehrere Kompressionsstufen 24. Jede der Kompressionsstufen 24 ist wenigstens mit einem der Wärmespeicher 42 thermisch gekoppelt.The loading unit includes 2nd or the compression element 21 multiple compression levels 24th . Each of the compression levels 24th is at least with one of the heat stores 42 thermally coupled.

Die Entladeeinheit 6 beziehungsweise das Expansionselement 62 weist mehrere Expanderstufen 64 auf. Jede der Expanderstufen 64 ist mit wenigstens einem der Wärmespeicher 42 thermisch gekoppelt.The unloading unit 6 or the expansion element 62 has several expander levels 64 on. Each of the expander levels 64 is with at least one of the heat stores 42 thermally 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 andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been illustrated and described in detail by the preferred exemplary embodiments, the invention is not restricted by the disclosed examples or other variations can be derived therefrom by a person skilled in the art without leaving the scope of protection of the invention.

BezugszeichenlisteReference list

11
Gasverflüssigungsanlage/FlüssiggasspeicherkraftwerkGas liquefaction plant / liquefied gas storage power plant
22nd
LadeeinheitLoading unit
44th
SpeichereinheitStorage unit
66
EntladeeinheitUnloading unit
2121
VerdichterelementCompressor element
2222
VerflüssigungselementLiquefaction element
2424th
KompressionsstufeCompression level
4040
FlüssiggasspeicherLiquid gas storage
4141
KältespeicherCold storage
4242
WärmespeicherHeat storage
6161
VerdampfungselementEvaporation element
6262
ExpansionselementExpansion element
6363
Pumpepump
6464
ExpanderstufenExpander levels
100100
LuftzuführungAir supply
102102
Pfeilarrow
103103
Pfeilarrow
104104
LuftauslassAir outlet
105105
Pfeilarrow
106106
Pfeilarrow

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 2011/0132032 A1 [0004]US 2011/0132032 A1 [0004]

Claims (15)

Gasverflüssigungsanlage (1), insbesondere Flüssiggasspeicherkraftwerk (1), umfassend wenigstens eine Ladeeinheit (2) zum Verflüssigen eines Gases, insbesondere von Luft, und wenigstens einen Wärmespeicher (42) zum wenigstens teilweisen Speichern der beim Verflüssigen des Gases freigesetzten thermischen Energie, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (42) als Festbettspeicher ausgebildet ist.Gas liquefaction plant (1), in particular liquid gas storage power plant (1), comprising at least one charging unit (2) for liquefying a gas, in particular air, and at least one heat store (42) for at least partially storing the thermal energy released when the gas is liquefied, characterized in that that the heat accumulator (42) is designed as a fixed bed accumulator. Gasverflüssigungsanlage (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese wenigstens eine Entladeeinheit (6) zum wenigstens teilweisen Verdampfen und Expandieren des gespeicherten verflüssigten Gases umfasst.Gas liquefaction plant (1) according to Claim 1 , characterized in that it comprises at least one unloading unit (6) for at least partially evaporating and expanding the stored liquefied gas. Gasverflüssigungsanlage (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der mittels des Wärmespeichers (42) gespeicherten thermischen Energie der Entladeeinheit (6) bei der Expansion des gespeicherten verflüssigten Gases zuführbar ist.Gas liquefaction plant (1) according to Claim 2 , characterized in that at least part of the thermal energy stored by means of the heat store (42) can be supplied to the discharge unit (6) during the expansion of the stored liquefied gas. Gasverflüssigungsanlage (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Kältespeicher (41) aufweist, wobei wenigstens ein Teil, der beim Verdampfen des verflüssigten Gases freiwerdenden Kälte mittels des Kältespeichers (41) speicherbar ist.Gas liquefaction plant (1) according to one of the preceding claims, characterized in that it has a cold store (41), at least part of which can be stored by means of the cold store (41) during the evaporation of the liquefied gas. Gasverflüssigungsanlage (1) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels des Kältespeichers (41) gespeicherte Kälte wenigstens teilweise der Verflüssigung des Gases zuführbar ist.Gas liquefaction plant (1) according to Claim 4 , characterized in that the cold stored by means of the cold store (41) can be supplied at least partially to the liquefaction of the gas. Gasverflüssigungsanlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der als Festspeicher ausgebildete Wärmespeicher (42) zur Speicherung der thermischen Energie eine Natursteinschüttung aufweist.Gas liquefaction plant according to one of the preceding claims, characterized in that the heat store (42) designed as a fixed store has a natural stone bed for storing the thermal energy. Gasverflüssigungsanlage (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Lüfter umfasst, wobei mittels des Lüfters wenigstens ein Teil der mittels des Wärmespeichers (42) gespeicherten thermischen Energie an die Umgebung der Gasverflüssigungsanlage (1) dissipierbar ist.Gas liquefaction plant (1) according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a fan, wherein at least part of the thermal energy stored by means of the heat accumulator (42) can be dissipated to the surroundings of the gas liquefaction plant (1) by means of the fan. Verfahren zum Betrieb einer Gasverflüssigungsanlage (1), insbesondere eines Flüssiggasspeicherkraftwerkes (1), mit einem Wärmespeicher (42), umfassend die Schritte: - Verflüssigen eines Gases, insbesondere von Luft, mittels einer Ladeeinheit (2) der Gasverflüssigungsanlage; und - wenigstens teilweises Speichern der beim Verflüssigen des Gases freigesetzten thermischen Energie; dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Energie mittels des als Festbettspeichers ausgebildeten Wärmespeichers (42) gespeichert wird.Method for operating a gas liquefaction plant (1), in particular a liquid gas storage power plant (1), with a heat store (42), comprising the steps: - liquefying a gas, in particular air, by means of a charging unit (2) of the gas liquefaction plant; and - at least partially storing the thermal energy released during the liquefaction of the gas; characterized in that the thermal energy is stored by means of the heat store (42) designed as a fixed bed store. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens teilweise das gespeicherte verflüssigte Gas mittels einer Entladeeinheit (6) der Gasverflüssigungsanlage (1) verdampft und expandiert wird.Procedure according to Claim 8 , characterized in that the stored liquefied gas is at least partially evaporated and expanded by means of a discharge unit (6) of the gas liquefaction plant (1). Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der mittels des Wärmespeichers (6) gespeicherten thermischen Energie dem Gas bei seiner Expansion innerhalb der Entladeeinheit (6) zugeführt wird.Procedure according to Claim 9 , characterized in that at least part of the thermal energy stored by means of the heat accumulator (6) is supplied to the gas as it expands within the discharge unit (6). Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der beim Verdampfen des verflüssigten Gases freiwerdenden Kälte mittels eines Kältespeichers (41) gespeichert wird.Procedure according to Claim 9 or 10th , characterized in that at least a portion of the cold released upon evaporation of the liquefied gas is stored by means of a cold store (41). Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels des Kältespeichers (41) gespeicherte Kälte wenigstens teilweise der Verflüssigung des Gases zugeführt wird.Procedure according to Claim 11 , characterized in that the cold stored by means of the cold store (41) is at least partially supplied to the liquefaction of the gas. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der mittels des Wärmespeichers (42) gespeicherten thermischen Energie mittels eines Lüfters an die Umgebung der Gasverflüssigungsanlage (1) dissipiert wird.Method according to one of the Claims 8 to 12th , characterized in that at least part of the thermal energy stored by means of the heat accumulator (42) is dissipated to the surroundings of the gas liquefaction system (1) by means of a fan. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verflüssigen des Gases dieses auf wenigstens einen Druck von 150 bar bis 200 bar, insbesondere von 160 bar bis 190 bar, bevorzugt von 180 bar, verdichtet wird.Method according to one of the Claims 8 to 13 , characterized in that for liquefying the gas it is compressed to at least a pressure of 150 bar to 200 bar, in particular from 160 bar to 190 bar, preferably from 180 bar. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das verflüssigte Gas vor seiner Verdampfung auf einen Druck von 50 bar bis 80 bar, insbesondere 65 bar, gepumpt wird.Method according to one of the Claims 8 to 14 , characterized in that the liquefied gas is pumped to a pressure of 50 bar to 80 bar, in particular 65 bar, before it evaporates.
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