DE102021112050A1 - Method of operating a memory system, memory system, control program and computer-readable medium - Google Patents

Method of operating a memory system, memory system, control program and computer-readable medium Download PDF

Info

Publication number
DE102021112050A1
DE102021112050A1 DE102021112050.0A DE102021112050A DE102021112050A1 DE 102021112050 A1 DE102021112050 A1 DE 102021112050A1 DE 102021112050 A DE102021112050 A DE 102021112050A DE 102021112050 A1 DE102021112050 A1 DE 102021112050A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
arrangement
pressure
low
joule
loading
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102021112050.0A
Other languages
German (de)
Inventor
Sergej Belik
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV filed Critical Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority to DE102021112050.0A priority Critical patent/DE102021112050A1/en
Priority to EP22725374.7A priority patent/EP4334574A2/en
Priority to PCT/EP2022/060516 priority patent/WO2022233582A2/en
Publication of DE102021112050A1 publication Critical patent/DE102021112050A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/18—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters
    • F01K3/186—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters using electric heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K17/00—Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant
    • F01K17/005—Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant by means of a heat pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/12—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having two or more accumulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type
    • F01K7/22—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type the turbines having inter-stage steam heating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Speicheranlage (10) zur Speicherung elektrischer Energie unter Umwandlung in thermische Energie, bei dem in einem Beladevorgang über eine Beladeseite (200) eine Hochtemperatur-Speichereinrichtung (130) unter Einspeicherung von, insbesondere eingespeister elektrischer, Energie in Form von thermischer Energie beladen wird und in einem Entladevorgang mittels eines Rankine-Prozesses (312) über eine Entladeseite (100) die Hochtemperatur-Speichereinrichtung (130) unter Ausspeicherung der thermischen Energie aus der Hochtemperatur-Speichereinrichtung (130) und Umwandlung in elektrische Energie entladen wird. Eine hohe Anlageneffizienz ist dadurch erzielbar, dass eine zweite Joule-Anordnung (400) der Speicheranlage (10), mit einer Niederdruckseite (405) und einer Hochdruckseite (409) und dazwischen angeordneten Verdichter-/Turbinenanordnungen (406, 414), während des Beladevorgangs und/oder während des Entladevorgangs der Speicheranlage (10) in einem Wärmepumpenprozess (508) und/oder in einem Wärmekraft-Prozess (510) betrieben wirdThe invention relates to a method for operating a storage system (10) for storing electrical energy, converting it into thermal energy, in which, during a loading process, a high-temperature storage device (130) is installed via a loading side (200) while storing electrical energy, in particular energy that has been fed in, into is charged in the form of thermal energy and the high-temperature storage device (130) is discharged in a discharging process using a Rankine process (312) via a discharge side (100), with the thermal energy being extracted from the high-temperature storage device (130) and converted into electrical energy becomes. A high system efficiency can be achieved in that a second Joule arrangement (400) of the storage system (10), with a low-pressure side (405) and a high-pressure side (409) and compressor/turbine arrangements (406, 414) arranged in between, during the loading process and/or during the discharging process of the storage system (10) in a heat pump process (508) and/or in a thermal power process (510).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Speicheranlage zur Speicherung elektrischer Energie unter Umwandlung in thermische Energie, bei dem in einem Beladevorgang über eine Beladeseite eine Hochtemperatur-Speichereinrichtung unter Einspeicherung von, insbesondere eingespeister elektrischer, Energie in Form von thermischer Energie beladen wird und in einem Entladevorgang mittels eines Rankine-Prozesses über eine Entladeseite die Hochtemperatur-Speichereinrichtung unter Ausspeicherung der thermischen Energie aus der Hochtemperatur-Speichereinrichtung und Umwandlung in elektrische Energie entladen wird.The invention relates to a method for operating a storage system for storing electrical energy and converting it into thermal energy, in which a high-temperature storage device is charged in a charging process via a charging side, with storage of electrical energy, in particular electrical energy that has been fed in, in the form of thermal energy and in a Discharging by means of a Rankine process on a discharge side, the high-temperature storage device is discharged with storage of the thermal energy from the high-temperature storage device and conversion into electrical energy.

Der zunehmende Anteil erneuerbarer Energien, wie Strom aus Photovoltaik- oder Windkraftanlagen, erfordert einen deutlichen Ausbau von elektrischen Speicherkapazitäten. Speicherkraftwerke in großem Maßstab sowie die Ertüchtigung von Kohlekraftwerken zu Wärmespeicherkraftwerken sind zentrale Lösungsoptionen für die zunehmenden Anforderungen an Netzstabilität und Flexibilität, deren Entwicklung sich Stand der Technik widmet.The increasing share of renewable energies, such as electricity from photovoltaic or wind power plants, requires a significant expansion of electrical storage capacities. Large-scale storage power plants and the upgrading of coal-fired power plants to thermal storage power plants are central solution options for the increasing demands on network stability and flexibility, the development of which is dedicated to the state of the art.

Ein Verfahren der oben genannten Art und ein Speicherkraftwerk sind in der EP 3 054 155 A1 angegeben. Dabei ist ein Hochtemperatur-Wärmespeichersystem sowohl auf einer Beladeseite als auch auf einer Entladeseite thermisch eingekoppelt und dient zur Dampferzeugung in einem Entladeprozess.A method of the type mentioned above and a storage power plant are in the EP 3 054 155 A1 specified. A high-temperature heat storage system is thermally coupled both on a loading side and on a discharging side and is used to generate steam in a discharging process.

EP 2 101 051 A1 zeigt eine Kraftwerksanlage zur Nutzung von Überkapazitäten aus einem Stromnetz, wobei elektrische Energie über ein Heizelement direkt in einen Wärmespeicher eingespeichert wird. Zur Entladung und Rückverstromung der Wärme wird ein Rankine-Kreislauf genutzt. EP 2 101 051 A1 shows a power plant for using excess capacity from a power grid, with electrical energy being stored directly in a heat storage device via a heating element. A Rankine cycle is used to discharge and convert the heat back into electricity.

EP 2 653 668 A1 zeigt ein Verfahren und eine Anlage zur Speicherung und Abgabe von thermischer Energie basierend auf einem Rankine-Prozess, der dem Entladezyklus zugrunde liegt. EP 2 653 668 A1 shows a method and a system for storing and delivering thermal energy based on a Rankine process on which the discharge cycle is based.

Eine zentrale Herausforderung zur Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit ist die Verbesserung der Energie- und Kosteneffizienz derartiger Speicherkraftwerke.A central challenge to ensure competitiveness is to improve the energy and cost efficiency of such storage power plants.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem der Gesamtwirkungsgrad (Strom-zu-Strom-Wirkungsgrad) einer Speicheranlage der eingangs genannten Art erhöht werden kann, sowie eine Speicheranlage mit erhöhtem Gesamtwirkungsgrad, ein entsprechendes Steuerungsprogramm und computerlesbares Medium mit dem Steuerungsprogramm.The present invention is based on the object of providing a method with which the overall efficiency (current-to-current efficiency) of a storage system of the type mentioned can be increased, as well as a storage system with increased overall efficiency, a corresponding control program and computer-readable medium with the control program.

Die Aufgabe wird für das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, für die Speicheranlage mit den Merkmalen des Anspruchs 13, für das Steuerungsprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 28 und für das computerlesbare Medium mit den Merkmalen des Anspruchs 29 gelöst.The object is achieved for the method with the features of claim 1, for the storage system with the features of claim 13, for the control program with the features of claim 28 and for the computer-readable medium with the features of claim 29.

Bei dem Verfahren ist vorgesehen, dass eine zweite Joule-Anordnung der Speicheranlage, mit einer Niederdruckseite und einer Hochdruckseite und dazwischen angeordneten Verdichter-/Turbinenanordnungen - zur Verdichtung oder Entspannung des Arbeitsmediums auf das jeweilige Druckniveau, während des Beladevorgangs und/oder während des Entladevorgangs der Speicheranlage in einem Wärmepumpenprozess und/oder in einem Wärmekraft-Prozess betrieben wird.The method provides that a second Joule arrangement of the storage system, with a low-pressure side and a high-pressure side and compressor/turbine arrangements arranged in between - for compressing or expanding the working medium to the respective pressure level, during the loading process and/or during the discharging process of the Storage system is operated in a heat pump process and / or in a thermal power process.

Eine beispielhafte Joule-Anordnung, die zur Einkopplung unter angepasster Auslegung geeignet ist, ist in der zum Anmeldezeitpunkt noch unveröffentlichten DE 10 2020 110 560.6 , eingereicht am 17. April 2020 beim Deutschen Patent- und Markenamt, angegeben, wobei selbige dort als eigenständige Thermopotentialspeicheranlage, ohne Einkopplung in eine umgebende Speicheranlage, entnehmbar ist.An exemplary Joule arrangement, which is suitable for coupling with an adapted design, is in the still unpublished at the time of filing DE 10 2020 110 560.6 , filed on April 17, 2020 at the German Patent and Trademark Office, whereby the same can be removed there as an independent thermal potential storage system without being coupled into a surrounding storage system.

Bei dem Entladevorgang kann es sich beispielsweise um einen überkritischen Prozess moderner Kohlekraftwerke, einen konventionellen Prozess mit Verdampfung und Zwischenüberhitzung von Wasserdampf oder organsicher Arbeitsfluide handeln, wobei die Dampferzeugungseinrichtung entsprechend ausgelegt ist. Dem Wasser-Dampf-Prozess liegt insbesondere der Clausius-Rankine-Prozess (CRC) als Vergleichsprozess zugrunde. Anderen/Weiteren Dampf-Prozessen liegt insbesondere der Organic-Rankine-Prozess als Vergleichsprozess zugrunde.The discharging process can be, for example, a supercritical process in modern coal-fired power plants, a conventional process with evaporation and reheating of steam or organic working fluids, with the steam generating device being designed accordingly. The water-steam process is based in particular on the Clausius-Rankine process (CRC) as a comparative process. Other/Further steam processes are based in particular on the Organic Rankine process as a comparative process.

Eine äußerst vorteilhafte Wirkungsgradsteigerung lässt sich erzielen, wenn der Beladevorgang über einen Wärmepumpen-Prozess innerhalb einer ersten Joule-Anordnung umfassend eine Niederdruckseite und eine Hochdruckseite, mit einer zwischengeordneten Verdichteranordnung und Turbinenanordnung, abläuft. Auf diese Weise wird in einer Art Hybridspeicheranlage die zur Dampferzeugung benötigte Hochtemperatur-Wärme zur Beladung der Hochtemperatur-Speichereinrichtung über einen effizienten Wärmepumpenprozess mittels der ersten Joule-Anordnung generiert, der Entladevorgang nutzt die hohe Leistungsdichte des Rankine-Prozesses. An extremely advantageous increase in efficiency can be achieved if the charging process takes place via a heat pump process within a first Joule arrangement comprising a low-pressure side and a high-pressure side, with an intermediate compressor arrangement and turbine arrangement. In this way, the high-temperature heat required to generate steam for charging the high-temperature storage device is generated in a type of hybrid storage system via an efficient heat pump process using the first Joule arrangement. The discharging process uses the high power density of the Rankine process.

Vorzugsweise weist die Beladeseite, insbesondere die erste Joule-Anordnung, zudem auf der Niederdruckseite zumindest eine Niedertemperatur-Speichereinrichtung zur Speicherung von durch die erste Joule-Anordnung generierter Niedertemperatur-Wärme, d. h. „Kälte“, auf, die thermisch mit der Entladeseite, insbesondere mit der Kondensationsanordnung, gekoppelt ist. Diese Kälte kann vorteilhaft zur Kondensation des Rankine-Arbeitsfluids in den Entladevorgang, d.h. in den Rankine-Kreislauf, eingekoppelt werden. Somit entfällt eine in der Regel benötigte Kühlumgebung für den Rankine-Kreislauf, die im Stand der Technik z. B. durch Rückkühlanlagen, welche an Gewässer angebunden sind, gebildet wird, verbunden mit einer entsprechenden Standort-Abhängigkeit. Durch Vorhandensein der ersten Joule-Anordnung mit der Niedertemperatur-Speichereinrichtung wird hingegen eine vorteilhafte Standort-Unabhängigkeit erreicht. Dies kann insbesondere in ariden Gebieten in Kopplung mit Solarstromerzeugung vorteilhaft sein, da dort Kühlmöglichkeiten häufig rar sind. Zudem entsteht durch die Entkopplung der Kühltemperatur von Umgebungsbedingungen ein zusätzlicher Freiheitsgrad, wobei das Temperaturniveau zur Kühlung auch auf tiefe Temperaturen ausgelegt werden kann (z. B. unterhalb von 0 °C, z. B. auf bis zu -100 °C). Dies erhöht auch den theoretischen Wirkungsgrad (Carnot-Wirkungsgrad) der Speicheranlage.Preferably, the loading side, in particular the first Joule arrangement, also has at least one low-temperature storage device on the low-pressure side for storing by the first Joule arrangement of generated low temperature heat, ie "cold", which is thermally coupled to the discharge side, specifically to the condensing arrangement. This cold can advantageously be coupled into the discharge process, ie into the Rankine cycle, for condensing the Rankine working fluid. This eliminates a generally required cooling environment for the Rankine cycle, which in the prior art z. B. is formed by recooling systems, which are connected to bodies of water, combined with a corresponding location dependency. On the other hand, the presence of the first Joule arrangement with the low-temperature storage device achieves an advantageous location independence. This can be particularly advantageous in arid areas in combination with solar power generation, since cooling options are often rare there. In addition, the decoupling of the cooling temperature from ambient conditions creates an additional degree of freedom, in which case the temperature level for cooling can also be designed for low temperatures (e.g. below 0 °C, e.g. down to -100 °C). This also increases the theoretical efficiency (Carnot efficiency) of the storage system.

Besonders bevorzugt wird die zweite Joule-Anordnung als Speicheranordnung betrieben, wobei eine hochdruckseitige Hochtemperatur-Speichereinrichtung der zweiten Joule-Anordnung in einem zweiten Beladevorgang mittels des Wärmepumpenprozesses beladen wird und in einem zweiten Entladevorgang mittels des Wärmekraftprozesses entladen wird. Vorzugsweise weist die zweite Joule-Anordnung auch eine Niedertemperatur-Speichereinrichtung auf der Niederdruckseite auf, in der die generierte Niedertemperatur-Wärme gespeichert wird. Durch die eine oder beiden eigene/n Speichereinrichtung/en lässt sich die zweite Joule-Anordnung, abgesehen von einer energetischen Kopplung zwischen der Beladeseite und/oder der Entladeseite, unabhängig von dem Beladevorgang über die erste Joule-Anordnung und/oder den Entladevorgang über den Rankine-Prozess betreiben. Dies erlaubt eine optimierte Auslegung des Betriebs der zweiten Joule-Anordnung hinsichtlich der energetischen Kopplung zur Steigerung des Gesamtwirkungsgrades.The second Joule arrangement is particularly preferably operated as a storage arrangement, with a high-pressure-side high-temperature storage device of the second Joule arrangement being charged in a second charging process using the heat pump process and being discharged in a second discharging process using the thermal power process. Preferably, the second Joule arrangement also includes a low-temperature storage device on the low-pressure side, in which the generated low-temperature heat is stored. By one or two own / n storage device / s, the second Joule arrangement, apart from an energetic coupling between the loading side and / or the discharging side, independent of the loading on the first Joule arrangement and / or the discharge on the run the Rankine process. This allows an optimized design of the operation of the second Joule arrangement with regard to energetic coupling to increase the overall efficiency.

Zur Steigerung des Gesamtwirkungsgrades trägt bei, wenn während des zweiten Entladevorgangs und/oder des zweiten Beladevorgangs der zweiten Joule-Anordnung und des Beladevorgangs über die Beladeseite und/oder des Entladevorgangs über die Entladeseite thermische Energie übertragen wird.The overall efficiency is increased if thermal energy is transferred during the second discharging process and/or the second charging process of the second Joule arrangement and the charging process via the loading side and/or the discharging process via the discharging side.

Eine vorteilhafte Variante der Energieübertragung besteht darin, dass bei dem Entladevorgang über die Entladeseite zumindest zeitweise Wärme, die im Betrieb der zweiten Joule-Anordnung, insbesondere in dem zweiten Entladevorgang, anfällt, zur Vorwärmung des Arbeitsfluids, z. B. zur Hochdruck-Vorwärmung, bei der ein höherer Druck vorliegt als bei der Niederdruck-Vorwärmung, und/oder zur Niederdruck-Vorwärmung, bei der ein geringerer Druck als bei der Hochdruck-Vorwärmung vorliegt, in den Rankine-Prozess stromauf einer Dampferzeugungseinrichtung eingekoppelt wird.An advantageous variant of the energy transfer is that during the discharging process on the discharging side at least temporarily heat that occurs during operation of the second Joule arrangement, in particular in the second discharging process, for preheating the working fluid, z. B. for high-pressure preheating, in which there is a higher pressure than in low-pressure preheating, and/or for low-pressure preheating, in which there is a lower pressure than in high-pressure preheating, in the Rankine cycle upstream of a steam generating device becomes.

Vorteilhafterweise kann dabei die Wärme aus der zweiten Joule-Anordnung auf der Niederdruckseite stromab der Verdichter-/Turbinenanordnung, insbesondere stromauf eines Niedertemperatur-Wärmespeichers über eine niederdruckseitige Wärmetauscheinrichtung, ausgekoppelt werden und zur Hochdruck-Vorwärmung des Rankine-Arbeitsfluids eingekoppelt werden. Dazu wird vorzugsweise die zweite Joule-Anordnung während des Entladevorgangs der Speicheranlage im zweiten Entladevorgang (Joule- bzw. Brayton-Prozess) betrieben.Advantageously, the heat can be extracted from the second Joule arrangement on the low-pressure side downstream of the compressor/turbine arrangement, in particular upstream of a low-temperature heat accumulator via a low-pressure-side heat exchange device, and injected for high-pressure preheating of the Rankine working fluid. For this purpose, the second Joule arrangement is preferably operated during the discharge process of the storage system in the second discharge process (Joule or Brayton process).

Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Wärme auf der Hochdruckseite stromab der Hochtemperatur-Speichereinrichtung, stromauf der Verdichter-/Turbinenanordnung, ausgekoppelt wird und zur Niederdruck-Vorwärmung des Rankine-Arbeitsfluids stromab einer Kondensationsanordnung eingekoppelt wird. Dazu befindet sich vorzugsweise die zweite Joule-Anordnung während des Entladevorgangs im zweiten Entladevorgang (Joule- bzw. Brayton-Prozess). Die Einkopplung von Wärme aus der zweiten Joule-Anordnung in den Rankine-Prozess erlaubt, auf eine im Stand der Technik gängige Abzapfung von Arbeitsfluids aus der Dampfturbinenanordnung zur Hochdruck-Vorwärmung zu verzichten. So kann die Leistungsdichte innerhalb des Rankine-Prozesses zusammen mit dem Gesamtwirkungsgrad der Speichereinrichtung erhöht werden.Alternatively or additionally, it can be provided that the heat on the high-pressure side is extracted downstream of the high-temperature storage device, upstream of the compressor/turbine arrangement, and is injected downstream of a condensation arrangement for low-pressure preheating of the Rankine working fluid. For this purpose, the second Joule arrangement is preferably in the second discharging process (Joule or Brayton process) during the discharging process. The coupling of heat from the second Joule arrangement into the Rankine process makes it possible to dispense with the bleed-off of working fluids from the steam turbine arrangement for high-pressure preheating, which is common in the prior art. In this way, the power density within the Rankine process can be increased together with the overall efficiency of the storage device.

Vorteilhafterweise kann bei dem Entladevorgang über die Entladeseite zumindest zeitweise Kälte aus einer niederdruckseitigen Niedertemperatur-Speichereinrichtung der zweiten Joule-Anordnung zur Kühlung und/oder Kondensation vom Arbeitsfluid in den Rankine-Prozess stromab einer Dampfturbinenanordnung eingekoppelt werden, wobei z. B. die Kälte mittelbar über zumindest eine niederdruckseitige Niedertemperatur-Speichereinrichtung der Beladeseite übertragen wird.Advantageously, cold from a low-pressure-side low-temperature storage device of the second Joule arrangement for cooling and/or condensation of the working fluid in the Rankine process can be coupled downstream of a steam turbine arrangement during the unloading process via the unloading side, with z. B. the cold is transmitted indirectly via at least one low-pressure-side low-temperature storage device on the loading side.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante des Verfahrens wird bei der zweiten Joule-Anordnung bei dem Wärmepumpen-Prozess ein größeres Druckverhältnis zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite vorgegeben als bei dem Wärmekraft-Prozess. Bei dieser sogenannten „asymmetrischen“ Druckführung kommt es zu einer Verschiebung von Verlustwärme innerhalb der Prozessführung der zweiten Joule-Anordnung, die so ausgelegt werden kann, sodass die Verlustwärme vorteilhafter für den Gesamtprozess nutzbar ist, wie nachfolgend beispielhaft angegeben. Die anfängliche Auslegung erfolgt unter Zugrundelegung der thermodynamischen Zustandsgleichungen der entsprechenden Prozesse.In a particularly advantageous embodiment variant of the method, a greater pressure ratio between the high-pressure side and the low-pressure side is specified in the second Joule arrangement in the heat pump process than in the thermal power process. With this so-called "asymmetric" pressure control, there is a shift of heat loss within the process control of the second Joule arrangement, which can be designed so that the heat loss can be used more advantageously for the overall process, as specified below by way of example. The initial design is based on the thermodynamic equations of state for the relevant processes.

Insbesondere kann das Druckverhältnis derart unterschiedlich sein, dass der Gesamtwirkungsgrad der Speicheranlage gegenüber einem Prozess mit gleichen Druckverhältnissen erhöht wird. Der Wirkungsgrad der zweiten Joule-Anordnung kann tendenziell reduziert werden. Die Asymmetrie in den Druckverhältnissen kann z. B. derart eingestellt werden, dass die Verlustwärme an den Wärmebedarf zur Hochdruck-Vorwärmung angepasst ist und diesen zumindest teilweise oder gänzlich decken kann. Zusätzlich oder alternativ kann die Auslegung z. B. darauf abzielen, die Verlustwärme auf der Hochdruckseite zu minimieren.In particular, the pressure ratio can be so different that the overall efficiency of the storage system is increased compared to a process with the same pressure ratios. The efficiency of the second Joule arrangement can tend to be reduced. The asymmetry in the pressure conditions can e.g. B. be set such that the heat loss is adapted to the heat demand for high-pressure preheating and this can at least partially or completely cover. Additionally or alternatively, the design z. B. aim to minimize the heat loss on the high pressure side.

Beispielsweise kann das Druckverhältnis derart unterschiedlich sein, dass eine zwischen dem Wärmepumpenprozess und dem Wärmekraftprozess anfallende Verlustwärme auf den Bedarf zur Hochdruck-Vorwärmung des Rankine-Arbeitsfluids abgestimmt ist und z. B. über die niederdruckseitige Wärmetauscheinrichtung ausgekoppelt wird und/oder dass Verlustwärme über eine hochdruckseitige Wärmetauscheinrichtung minimiert wird und/oder dass die Verlustwärme über die hochdruckseitige Wärmetauscheinrichtung auf den Bedarf zur Niederdruck-Vorwärmung des Rankine-Arbeitsfluids abgestimmt wird/werden.For example, the pressure ratio can be so different that a heat loss occurring between the heat pump process and the thermal power process is matched to the need for high-pressure preheating of the Rankine working fluid and z. B. is decoupled via the low-pressure-side heat exchange device and/or that heat loss is minimized via a high-pressure-side heat exchange device and/or that the heat loss via the high-pressure-side heat exchange device is/are matched to the need for low-pressure preheating of the Rankine working fluid.

Vorteilhafterweise kann während des Wärmekraftprozesses elektrische Energie aus dem zweiten Joule-Kreislauf ausgekoppelt werden. Diese kann zur Deckung des Eigenbedarfs der Speicheranlage (beispielsweise für Gebläse, Pumpen, Beleuchtung, etc.) verwendet oder zur weiteren Nutzung dem Stromnetz zugeführt werden.Advantageously, electrical energy can be decoupled from the second Joule circuit during the thermal power process. This can be used to cover the storage system's own requirements (e.g. for fans, pumps, lighting, etc.) or fed into the power grid for further use.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante wird während des Beladevorgangs und/oder während des zweiten Beladevorgangs und zweiten Entladevorgangs, d. h. innerhalb der ersten und/oder zweiten Joule-Anordnung, jeweils ein gasförmiges Arbeitsmedium, z. B. Luft, Argon, Kohlendioxid oder Stickstoff, verwendet. Um den Wärmebedarf für die Dampferzeugung und Überhitzung des Rankine-Arbeitsfluiddampfes zu decken, beträgt vorzugsweise der Massendurchsatz der ersten Joule-Anordnung und/oder der zweiten Joule-Anordnung ein Vielfaches des Massendurchsatzes an Arbeitsfluid (z. B. Wasser/Wasserdampf) im Falle des CRC-Prozesses) innerhalb des Rankine-Prozesses. Der Faktor kann z. B. zwischen 2 und 10 liegen, je nach Prozess-Auslegung und Randbedingungen wie Menge an zusätzlich eingetragener Wärme z. B. über eine Heizeinrichtung.In a preferred embodiment, during the loading process and/or during the second loading process and second unloading process, i. H. within the first and/or second Joule arrangement, a gaseous working medium, e.g. As air, argon, carbon dioxide or nitrogen used. In order to cover the heat requirement for steam generation and superheating of the Rankine working fluid steam, the mass throughput of the first Joule arrangement and/or the second Joule arrangement is preferably a multiple of the mass throughput of working fluid (e.g. water/steam) in the case of the CRC process) within the Rankine process. The factor can e.g. B. are between 2 and 10, depending on the process design and boundary conditions such as the amount of additional heat entered z. B. via a heater.

Vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Speicheranlage sind zumindest teilweise in Zusammenhang mit dem Verfahren sinngemäß angegeben. Nachfolgende weitere Beschreibungen vorteilhafter Ausgestaltungsvarianten der Speicheranlage umfassen auch vorteilhafte Verfahrensvarianten.Advantageous configuration options of the storage system according to the invention are indicated at least partially in connection with the method. The following further descriptions of advantageous design variants of the storage system also include advantageous method variants.

Zur Steigerung des Gesamtwirkungsgrades hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn auf der Beladeseite ein Rekuperator zur Wärmeübertragung zwischen auf der Hochdruckseite und der Niederdruckseite befindlichem Arbeitsmedium angeordnet ist. Vorzugsweise wird bei dem Beladevorgang die Temperatur innerhalb der Hochtemperatur-Speichereinrichtung auf die notwendige Speichertemperatur zur Erzielung von Frischdampf (z. B. 600 °C bei 270 bar bis 300 bar) angehoben. Dabei kann zusätzlich Wärme mithilfe der Einrichtung zur zusätzlichen Einbringung von Energie (z. B. Heiz- und/oder Brennereinrichtung) eingebracht werden, um die Speicherdichte zu erhöhen. Die restliche Wärme wird mittels des Rekuperators rekuperiert.In order to increase the overall efficiency, it has proven to be advantageous if a recuperator for heat transfer between the working medium located on the high pressure side and the low pressure side is arranged on the loading side. During the loading process, the temperature within the high-temperature storage device is preferably raised to the storage temperature required to produce live steam (e.g. 600° C. at 270 bar to 300 bar). In this case, additional heat can be introduced using the device for the additional introduction of energy (e.g. heating and/or burner device) in order to increase the storage density. The remaining heat is recuperated by the recuperator.

Einer vorteilhaften Ausgestaltung und Einkopplung der Hochtemperatur-Speichereinrichtung ist es zweckdienlich, wenn zwischen der Hochtemperatur-Speichereinrichtung und der Dampferzeugungseinrichtung zu deren thermischer Kopplung eine Wärmetauscheranordnung, insbesondere ein mit einem gasförmigen Wärmeträger betriebener bzw. betreibbarer Wärmetauscherkreislauf, angeordnet ist.An advantageous embodiment and coupling of the high-temperature storage device is expedient if a heat exchanger arrangement, in particular a heat exchanger circuit operated or operable with a gaseous heat carrier, is arranged between the high-temperature storage device and the steam generation device for their thermal coupling.

Dabei ist/sind vorzugsweise die Hochtemperatur-Speichereinrichtung und/oder die Niedertemperatur-Speichereinrichtung (der ersten Joule-Anordnung) zur Wärmeübertragung an ein gasförmiges Arbeitsmedium ausgebildet und/oder von dem Arbeitsmedium des Wärmepumpen-Prozesses durchströmbar auf der Beladeseite eingebunden. So kann die Hochtemperatur-Speichereinrichtung beispielsweise als effizienter Hochtemperatur-Wärmespeicher (z. B. Regeneratorspeicher oder Flüssigsalzspeicher) ausgebildet und unmittelbar in die Wärmetauschanordnung und in die erste Joule-Anordnung (d. h. vom jeweiligen Arbeitsmedium durchströmbar) eingebunden sein. Auch die Hochtemperatur-Speichereinrichtung der zweiten Joule-Anordnung kann vorteilhaft als Hochtemperatur-Wärmespeicher (z.B. Regeneratorspeicher oder Flüssigsalzspeicher) ausgebildet sein.The high-temperature storage device and/or the low-temperature storage device (of the first Joule arrangement) is/are preferably designed for heat transfer to a gaseous working medium and/or integrated on the loading side so that the working medium of the heat pump process can flow through it. For example, the high-temperature storage device can be designed as an efficient high-temperature heat storage device (e.g. regenerator storage or liquid salt storage) and directly integrated into the heat exchange arrangement and into the first Joule arrangement (i.e. through which the respective working medium can flow). The high-temperature storage device of the second Joule arrangement can also advantageously be designed as a high-temperature heat storage device (e.g. regenerator storage or liquid salt storage).

Kostenvorteile lassen sich erzielen, wenn, bei einer Auslegung zur Speicherung von Temperaturen unterhalb von 0 °C, zwei Arten von Niedertemperatur-Speichereinrichtungen strömungsmechanisch in Reihe angeordnet sind, wobei eine zur Speicherung von Wärme bei Temperaturen von größer 0 °C, insbesondere als (kostengünstiger) Warmwasserspeicher, und eine zur Speicherung von Wärme bei Temperaturen von gleich oder kleiner 0 °C, z. B. als latenter oder sensibler Kältespeicher, ausgebildet ist.Cost advantages can be achieved if, when designed to store temperatures below 0 °C, two types of low-temperature storage devices flow mecha are arranged in series, one for storing heat at temperatures greater than 0 °C, in particular as a (cheaper) hot water storage tank, and one for storing heat at temperatures equal to or below 0 °C, e.g. B. is designed as a latent or sensitive cold storage.

Die Speicherdichte in der Hochtemperatur-Speichereinrichtung der ersten bzw. zweiten Joule-Anordnung lässt sich zusätzlich erhöhen, wenn die Beladeseite und/oder die zweite Joule-Anordnung zumindest eine Einrichtung zur Einkopplung von Energie zusätzlich zu der zur Verdichtung benötigten Energie, z. B. elektrischer Energie und/oder fossiler Energie, aufweist/aufweisen, z. B. eine elektrische Heizeinrichtung und/oder eine Brennereinrichtung. Die Einrichtung ist vorzugsweise stromauf (bezüglich des Beladevorgangs) bzw. innerhalb oder in thermische Kopplung zu der Hochtemperatur-Speichereinrichtung angeordnet.The storage density in the high-temperature storage device of the first or second Joule arrangement can be additionally increased if the loading side and/or the second Joule arrangement has at least one device for coupling in energy in addition to the energy required for compression, e.g. B. electrical energy and / or fossil energy, has / have, z. B. an electric heater and / or a burner device. The device is preferably arranged upstream (with respect to the loading process) or inside or in thermal coupling to the high-temperature storage device.

In einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante kann die zweite Joule-Anordnung als offener Kreislauf ausgestaltet sein, der stromab bzw. stromauf der Niedertemperatur-Speichereinrichtung und stromab bzw. stromauf der niederdruckseitigen Wärmetauscheinrichtung (je nach Richtung des Kreislaufes) jeweils über eine Öffnung zu der Umgebung hin geöffnet ist. So kann als Wärmesenke während des zweiten Beladevorgangs die Umgebung genutzt werden. Bei dem zweiten Entladevorgang kann Luft aus der Umgebung als Arbeitsmedium angesaugt und verdichtet werden. An den Öffnungen liegen in diesem Falle Umgebungsbedingungen vor. Vorteilhafterweise kann so auf die Wärmetauscheinrichtung auf der Hochdruckseite zur Kühlung verzichtet werden, was mit einer Reduktion des Investitionskostenaufwands und der Systemkomplexität einhergeht.In an advantageous embodiment variant, the second Joule arrangement can be designed as an open circuit, which is open to the environment via an opening downstream or upstream of the low-temperature storage device and downstream or upstream of the low-pressure-side heat exchange device (depending on the direction of the circuit). . The environment can be used as a heat sink during the second loading process. During the second unloading process, air can be sucked in from the environment as a working medium and compressed. In this case, ambient conditions prevail at the openings. Advantageously, the heat exchange device on the high-pressure side for cooling can be dispensed with, which is accompanied by a reduction in investment costs and system complexity.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung dieser Variante ist eine Vorwärmeinrichtung des Rankine-Kreislaufes der Öffnung stromauf bzw. stromab der niederdruckseitigen Wärmetauscheinrichtung vor- bzw. nachgeschaltet, wobei die Vorwärmeinrichtung zu Wärmespeicherzwecken nutzbar bzw. genutzt ist.In an advantageous embodiment of this variant, a preheating device of the Rankine cycle is upstream or downstream of the opening upstream or downstream of the low-pressure-side heat exchange device, the preheating device being usable or used for heat storage purposes.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 ein Verfahrensschema einer erfindungsgemäßen Speicheranlage mit einer als Clausius-Rankine-Kreislauf ausgestalteten Entladeseite und einer als Joule-Anordnung ausgestalteten Beladeseite, gekoppelt mit einer zweiten Joule-Anordnung,
  • 2 ein T-s-Zustandsdiagramm mit einem beispielhaft während des Betriebs in der Speicheranlage gemäß 1 ablaufenden Joule-Prozess (Beladevorgang) und Clausius-Rankine-Prozess (Entladevorgang),
  • 3 ein T-s-Zustandsdiagramm mit einem beispielhaft während des Betriebs in der Speicheranlage gemäß 1 in der zweiten Joule-Anordnung ablaufenden Joule-Prozesses während des Beladevorgangs und des Entladevorgangs, und
  • 4 ein Verfahrensschema eines weiteren Beispiels einer erfindungsgemäßen Speicheranlage, mit der zweiten Joule-Anordnung als offener Kreisprozess.
The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the drawings. Show it:
  • 1 a process diagram of a storage system according to the invention with a discharge side designed as a Clausius-Rankine cycle and a loading side designed as a Joule arrangement, coupled with a second Joule arrangement,
  • 2 a Ts state diagram with an example during operation in the storage system according to 1 ongoing Joule process (loading process) and Clausius-Rankine process (discharging process),
  • 3 a Ts state diagram with an example during operation in the storage system according to 1 the Joule process occurring in the second Joule arrangement during charging and discharging, and
  • 4 a process diagram of a further example of a storage system according to the invention, with the second Joule arrangement as an open cycle process.

1 zeigt ein Verfahrensschema eines Speicherkraftwerks in Ausbildung als Speicheranlage 10 zur Speicherung insbesondere elektrischer Energie unter Umwandlung in thermische Energie. Dabei wird, z. B. elektrisch eingebrachte, Energie, in thermische Energie umgewandelt, in Form von Hochtemperatur-Wärme eingespeichert und bei Entnahme wiederum in elektrische Energie umgewandelt. Bei der zu speichernden Energie kann es sich insbesondere um Energie aus erneuerbaren Quellen, beispielsweise aus Solarstrom- und/oder Windkraft-Anlagen, und/oder fossilen Quellen, beispielsweise aus Umsetzung eines brennbaren Energieträgers wie z. B. Erdgas, handeln. 1 shows a process diagram of a storage power plant in training as a storage system 10 for storing electrical energy in particular, with conversion into thermal energy. In doing so, e.g. B. electrically introduced energy, converted into thermal energy, stored in the form of high-temperature heat and in turn converted into electrical energy when removed. The energy to be stored can in particular be energy from renewable sources, for example from solar power and/or wind power plants, and/or fossil sources, for example from the conversion of a combustible energy source such as e.g. B. natural gas act.

Wie 1 zeigt, umfasst die Speicheranlage 10 eine Hochtemperatur-Speichereinrichtung 130 zur Speicherung der zugeführten Energie in Form von Hochtemperaturwärme (bei Temperaturen von z. B. mehr als ca. 400 °C). Die Hochtemperatur-Speichereinrichtung 130 ist auf einer Beladeseite 200 und auf einer Entladeseite 100 thermisch eingekoppelt.As 1 shows, the storage system 10 comprises a high-temperature storage device 130 for storing the supplied energy in the form of high-temperature heat (at temperatures of, for example, more than approximately 400° C.). The high-temperature storage device 130 is thermally coupled on a charging side 200 and on a discharging side 100 .

Zur Beladung der Hochtemperatur-Speichereinrichtung 130 weist die Speicheranlage 10 die Beladeseite 200 auf, die für eine effiziente Beladung als Wärmepumpenanordnung, hier insbesondere als erste Joule-Anordnung 201, ausgebildet ist. Die Joule-Anordnung 201 umfasst einen Kreislauf zur Durchführung eines Joule-Prozesses, mit einer Hochdruckseite 205 und eine Niederdruckseite 209.In order to charge the high-temperature storage device 130, the storage system 10 has the charging side 200, which is designed as a heat pump arrangement, here in particular as a first Joule arrangement 201, for efficient charging. The Joule arrangement 201 comprises a circuit for carrying out a Joule process, with a high-pressure side 205 and a low-pressure side 209.

Auf der Hochdruckseite 205 ist die Hochtemperatur-Speichereinrichtung 130 beladeseitig angeordnet bzw. eingebunden. Auf der Niederdruckseite 205 sind vorliegend beispielhaft zwei Niedertemperatur-Speichereinrichtungen 210, 212 angeordnet. Zumindest einer der Niedertemperatur-Speichereinrichtungen, hier der Niedertemperatur-Speichereinrichtung 212, kann eine zusätzliche (Speisewasser-) Kühlung 214 zugeordnet sein. Durch die hochdruckseitig- und niederdruckseitig verwendeten Speichereinrichtungen 130, 210, 212 kann der Beladevorgang zeitlich von dem Entladevorgang entkoppelt werden.The high-temperature storage device 130 is arranged or incorporated on the loading side on the high-pressure side 205 . In the present example, two low-temperature storage devices 210, 212 are arranged on the low-pressure side 205. At least one of the low-temperature storage devices, here the low-temperature storage device 212, can be assigned an additional (feedwater) cooling system 214. Due to the storage devices 130, 210, 212 used on the high-pressure side and the low-pressure side, the loading process can be decoupled from the unloading process in terms of time.

Zwischen der Hochdruckseite 205 und der Niederdruckseite 209 sind eine Turbinenanordnung 208 zur Entspannung und eine Verdichteranordnung 204 zur Verdichtung von in Kreislauf geführtem Arbeitsmedium angeordnet. Über die Verdichteranordnung 204 kann während des Beladevorgangs der Speicheranlage 10 zu speichernde Energie eingekoppelt werden.Between the high-pressure side 205 and the low-pressure side 209 are arranged a turbine arrangement 208 for expansion and a compressor arrangement 204 for compressing circulated working medium. Energy to be stored can be coupled in via the compressor arrangement 204 during the loading process of the storage system 10 .

Weiterhin weist die Joule-Anordnung 201 auf der Hochdruckseite 205 stromauf, alternativ innerhalb, der Hochdruck-Speichereinrichtung 130 zumindest eine Einrichtung zur zusätzlichen isobaren Einbringung von (elektrischer und/oder fossiler) Energie, beispielsweise eine Heizeinrichtung 206 in Form eines Strömungserhitzers und/oder einer Brennereinrichtung, auf. So kann die Speicherdichte innerhalb der Hochdruck-Speichereinrichtung 130 erhöht werden.Furthermore, the Joule arrangement 201 on the high-pressure side 205 upstream, alternatively inside, the high-pressure storage device 130 has at least one device for the additional isobaric introduction of (electrical and/or fossil) energy, for example a heating device 206 in the form of a flow heater and/or a burner device, on. In this way, the storage density within the high-pressure storage device 130 can be increased.

Zur Erhöhung der Eintrittstemperatur in der Hochdruck-Speichereinrichtung 130 umfasst die Beladeseite 200 der Speicheranlage 10 zudem einen Rekuperator 202, der hochdruckseitig stromab der Hochdruck-Speichereinrichtung 130 und niederdruckseitig stromauf der Verdichteranordnung 204 angeordnet ist. Im Betrieb wird die zur Dampferzeugung erforderliche Wärme in der Hochdruck-Speichereinrichtung 130 gespeichert. Die überschüssige Wärme kann zur Vorwärmung des zu verdichtenden Arbeitsmediums rekuperiert werden.To increase the inlet temperature in the high-pressure storage device 130, the charging side 200 of the storage system 10 also includes a recuperator 202, which is arranged downstream of the high-pressure storage device 130 on the high-pressure side and upstream of the compressor arrangement 204 on the low-pressure side. During operation, the heat required to generate steam is stored in the high-pressure storage device 130 . The excess heat can be recuperated to preheat the working medium to be compressed.

Die Joule-Anordnung 200 verwendet im Betrieb ein gasförmiges Arbeitsmedium, beispielsweise Luft, Stickstoff, Argon oder Kohlendioxid. Um die Speichereinrichtungen 130, 210, 212 unmittelbar in den Kreislauf einbinden zu können, sind diese vorzugsweise zur Wärmeübertragung an das gasförmige Arbeitsmedium ausgebildet, beispielsweise als Feststoffspeicher.In operation, the Joule arrangement 200 uses a gaseous working medium, such as air, nitrogen, argon or carbon dioxide. In order to be able to integrate the storage devices 130, 210, 212 directly into the circuit, they are preferably designed for heat transfer to the gaseous working medium, for example as a solid storage device.

Zur Entladung in dem Entladevorgang weist die Speicheranlage 10 die Entladeseite 100 auf, die als Rankine-Kreislauf 101, zur Arbeit mit beispielsweise Wasser bzw. Dampf als Arbeitsmedium, ausgebildet ist. Der Clausius-Rankine-Kreislauf 101 umfasst als Kernkomponenten eine Dampferzeugungseinrichtung 108 und eine Dampfturbinenanordnung 110, die im Betrieb einen Generator 118 zur Auskopplung von elektrischer Energie betreibt. Die Dampfturbinenanordnung 110 weist vorliegend beispielhaft eine Hochdruckturbinenstufe 112, Mitteldruckturbinenstufe 114 und eine Niederdruckturbinenstufe 116 auf.For discharging in the discharging process, the storage system 10 has the discharging side 100, which is designed as a Rankine cycle 101 for working with water or steam, for example, as the working medium. The Clausius-Rankine cycle 101 comprises, as core components, a steam generating device 108 and a steam turbine arrangement 110 which, during operation, operates a generator 118 for decoupling electrical energy. In the present example, the steam turbine arrangement 110 has a high-pressure turbine stage 112 , an intermediate-pressure turbine stage 114 and a low-pressure turbine stage 116 .

Stromab der Dampfturbinenanordnung 110 ist eine Kondensationsanordnung 119 vorhanden, die vorliegend beispielhaft zwei Kondensationsstufen 120, 122 aufweist. Stromab der Kondensationsanordnung 119 sind Mittel zur Vorwärmung des Rankine-Arbeitsfluids vor der Dampferzeugung angeordnet, hier beispielhaft eine Wärmetauscheinrichtung 104 zur Niederdruck-Vorwärmung, eine Behältereinrichtung 106 und eine Wärmetauscheinrichtung 402 zur Hochdruck-Vorwärmung. Eine Fördereinrichtung 102 fördert im Betrieb das Arbeitsfluid im Kreislauf.Downstream of the steam turbine arrangement 110 there is a condensation arrangement 119 which in the present example has two condensation stages 120, 122. Means for preheating the Rankine working fluid before steam generation are arranged downstream of the condensation arrangement 119, here by way of example a heat exchange device 104 for low-pressure preheating, a container device 106 and a heat exchange device 402 for high-pressure preheating. During operation, a delivery device 102 delivers the working fluid in the circuit.

Die Dampferzeugungseinrichtung 108 dient zur Dampferzeugung unter Wärmeeinkopplung aus der Hochtemperatur-Speichereinrichtung 130 während des Entladevorgangs. Die Wärmeübertragung aus der Hochtemperatur-Speichereinrichtung 130 in die Dampferzeugungseinrichtung 108 erfolgt hierbei beispielhaft über eine Wärmetauschanordnung 124 in Form eines Wärmetauscherkreislaufs, der eine Fördereinrichtung 126 sowie, zur genauen Steuerung bzw. Regelung, einen Bypass 132 mit einem Ventilmittel 128 umfasst. Als Wärmeträgermedium wird vorzugsweise ein Gas, beispielsweise Luft, verwendet. Auf diese Weise kann vorteilhaft die ggf. als Feststoff-Speicher ausgebildete Hochtemperatur-Speichereinrichtung 130 unmittelbar von dem Arbeitsmedium der Wärmetauschanordnung 124 durchströmt werden. Alternativ kann die Hochtemperatur-Speichereinrichtung 130 eine Hochtemperatur-Speicherkomponente und eine Wärmetauscheinrichtung aufweisen, mittels der im Betrieb Hochtemperatur-Wärme zwischen dem Arbeitsmedium und der Hochtemperatur-Speicherkomponente übertragen wird.The steam generating device 108 is used to generate steam by coupling in heat from the high-temperature storage device 130 during the discharging process. The heat is transferred from high-temperature storage device 130 to steam generation device 108, for example, via a heat exchange arrangement 124 in the form of a heat exchanger circuit that includes a conveyor device 126 and, for precise control or regulation, a bypass 132 with valve means 128. A gas, for example air, is preferably used as the heat transfer medium. In this way, the working medium of the heat exchange arrangement 124 can advantageously flow directly through the high-temperature storage device 130 , which may be designed as a solid storage device. Alternatively, the high-temperature storage device 130 can have a high-temperature storage component and a heat exchange device, by means of which high-temperature heat is transferred between the working medium and the high-temperature storage component during operation.

Erfindungsgemäß umfasst die Speicheranlage 10 einen weiteren Kreislauf in Ausbildung einer zweiten Joule-Anordnung 400, die während des Beladevorgangs und/oder Entladevorgangs der Speicheranlage 10 betrieben werden kann. Der Betrieb der zweiten Joule-Anordnung 400 kann sowohl in einen Wärmepumpenprozess (Beladung der zweiten Joule-Anordnung 400, im Weiteren auch „zweiter Beladevorgang“) als auch in einem Wärmekraft-Prozess (Entladung der zweiten Joule-Anordnung 400, im Weiteren auch „zweiter Entladevorgang“) erfolgen. Die zweite Joule-Anordnung 400 ist energetisch in die Speicheranlage 10 eingekoppelt.According to the invention, the storage system 10 includes a further circuit in the form of a second Joule arrangement 400, which can be operated during the charging and/or discharging process of the storage system 10. The operation of the second Joule arrangement 400 can be divided into both a heat pump process (charging of the second Joule arrangement 400, also “second charging process” below) and a thermal power process (discharging of the second Joule arrangement 400, also “below” second unloading process”). The second Joule arrangement 400 is energetically coupled into the storage system 10 .

Die zweite Joule-Anordnung 400 umfasst eine Hochdruckseite 405 und eine Niederdruckseite 409, sowie dazwischen angeordnete Verdichter-/ Turbinenanordnungen 404, 414. Auf der Hochdruckseite 405 ist eine zweite Hochtemperatur-Speichereinrichtung 410 und auf der Niederdruckseite 409 eine zweite Niedertemperatur-Speichereinrichtung 416 angeordnet. Zur Auskopplung irreversibel erzeugter Wärme weist die zweite Joule-Anordnung 400 auf der Hochdruckseite 405 eine Wärmetauscheinrichtung 412 und/oder auf der Niederdruckseite 409 eine Wärmetauscheinrichtung 402 auf. Zudem kann die zweite Joule-Anordnung 400 eine Heizeinrichtung 408 zur isobaren Einkopplung elektrischer und/oder fossiler Energie bzw. Wärme umfassen.The second Joule arrangement 400 comprises a high-pressure side 405 and a low-pressure side 409, as well as compressor/turbine arrangements 404, 414 arranged between them. A second high-temperature storage device 410 is arranged on the high-pressure side 405 and a second low-temperature storage device 416 is arranged on the low-pressure side 409. In order to decouple irreversibly generated heat, the second Joule arrangement 400 has a heat exchange device 412 on the high-pressure side 405 and/or a heat exchange device 402 on the low-pressure side 409 . In addition, the second Joule arrangement 400 a Include heating device 408 for isobaric coupling of electrical and/or fossil energy or heat.

Nachfolgend wird ein beispielhafter Betrieb der Speicheranlage 10 erläutert. Die thermodynamischen Zustände der Arbeitsmedien während des Verfahrens sind dabei in den in 2 und 3 gezeigten Temperatur(T)-Entropie(s)-Zustandsdiagrammen 300 und 500 angegeben. In den Zustandsdiagrammen 300, 500 sind jeweils die Temperaturen in [°C] 302, 502 über der spezifischen Entropie s in [kJ/kgK] 304, 504 aufgetragen. Die in dem Zustandsdiagramm 300 dargestellten Zustände 1A -7A (bzgl. des Beladevorgangs über den Wärmepumpenprozess 314) und 1 - 9 (bzgl. des Entladevorgangs über den Clausius-Rankine-Prozess 312) sowie in dem Zustandsdiagramm 500 dargestellten Zustände 1B - 6B (bzgl. Betrieb der zweiten Joule-Anordnung 400 im Wärmepumpenprozess 508) bzw. 1B' - 6B' (bzgl. Betrieb der zweiten Joule-Anordnung 400 im Wärmekraftprozess 510) sind an verfahrenstechnisch entsprechender Stelle in 1 angegeben.An exemplary operation of the storage system 10 is explained below. The thermodynamic states of the working media during the process are in 2 and 3 temperature(T)-entropy(s) state diagrams 300 and 500 shown. In the phase diagrams 300, 500, the temperatures in [°C] 302, 502 are plotted against the specific entropy s in [kJ/kgK] 304, 504. States 1A - 7A (regarding the charging process via the heat pump process 314) and 1 - 9 (regarding the discharging process via the Clausius-Rankine process 312) shown in state diagram 300 as well as states 1B - 6B (regarding The operation of the second Joule arrangement 400 in the heat pump process 508) and 1B'-6B' (regarding the operation of the second Joule arrangement 400 in the thermal power process 510) are at the appropriate place in terms of the process 1 specified.

2 umfasst die Zustände während des Beladevorgangs der Speicheranlage 10, d. h. während des Wärmepumpenprozesses 314 innerhalb der ersten Joule-Anordnung 201, und während des Entladevorgangs der Speicheranlage 10, d.h. während des Rankine-Prozesses 312 innerhalb des Rankine-Kreislaufs 101. Als beispielhafter Rankine-Prozess 312 ist ein überkritischer Wasser-Dampf-Prozess gezeigt, wie er beispielsweise in aktuell modernen Kohlekraftwerken gefahren wird. 2 includes the states during the loading process of the storage system 10, ie during the heat pump process 314 within the first Joule arrangement 201, and during the discharging process of the storage system 10, ie during the Rankine process 312 within the Rankine cycle 101. As an exemplary Rankine process 312 shows a supercritical water-steam process, such as is used in currently modern coal-fired power plants.

3 umfasst die Zustände innerhalb der zweiten Joule-Anordnung 400, die als Speicheranordnung in dem zweiten Beladevorgang, dem Wärmepumpenprozess 508, zur Beladung der Hochtemperatur-Speichereinrichtung 410 und einem zweiten Entladevorgang, dem Wärmekraft-Prozess 510, zur Entladung der Hochtemperatur-Speichereinrichtung 410 betrieben wird. Die dargestellten Prozesse 508, 510 umfassen Realeffekte wie Verlustwärme aufgrund von Irreversibilität. 3 includes the states within the second Joule arrangement 400, which is operated as a storage arrangement in the second charging process, the heat pump process 508, for charging the high-temperature storage device 410 and a second discharging process, the thermal power process 510, for discharging the high-temperature storage device 410 . The processes 508, 510 shown include real effects such as heat loss due to irreversibility.

In dem in 2 dargestellten Wärmepumpenprozess 314 erfolgt von dem Zustand 1A eine isobare Erwärmung 1A-2A von etwa 20 °C auf knapp unter 200 °C mittels des Rekuperators 202. Nach einer anschließenden polytropen Verdichtung (Zustandsänderung 2A-3A) über die Verdichteranordnung 204 auf einen Druck von beispielhaft 12 bar kann zur Erhöhung der Leistungsdichte zusätzliche Energie beispielsweise über die Heizeinrichtung 206 zugeführt werden (hier nicht gezeigt). In einer isobaren Zustandsänderung 3A-4A wird generierte, zur Dampferzeugung benötigte Hochtemperaturwärme von vorliegend beispielhaft rund 650 °C an die Hochtemperatur-Speichereinrichtung 130 übertragen, wo sie bis zur Entnahme über den Entnahmevorgang gespeichert wird. Weitere Wärme wird über den Rekuperator 202 an niederdruckseitiges Arbeitsmedium abgegeben (4A - 5A). In dem Zustand 5A beträgt die Temperatur des Arbeitsmediums hier beispielhaft etwa 60 °C.in the in 2 The heat pump process 314 shown takes place from the state 1A isobaric heating 1A-2A from about 20 °C to just under 200 °C by means of the recuperator 202. After a subsequent polytropic compression (change of state 2A-3A) via the compressor arrangement 204 to a pressure of exemplary 12 bar, additional energy can be supplied to increase the power density, for example via the heating device 206 (not shown here). In an isobaric change of state 3A-4A, generated high-temperature heat required for steam generation, in the present example around 650° C., is transferred to the high-temperature storage device 130, where it is stored until it is removed via the removal process. Further heat is given off via the recuperator 202 to the working medium on the low-pressure side (4A-5A). In state 5A, the temperature of the working medium is approximately 60° C. here, for example.

Die anschließend mittels polytroper Entspannung (5A - 6A) über die Turbinenanordnung 208 erzeugte Niedertemperatur-Wärme, d. h. „Kälte“, auf eine Temperatur von z. B. -100 °C wird in den Niedertemperatur-Speichereinrichtungen 210, 212, zur Verwendung innerhalb des Entladevorgangs zwischengespeichert (6A - 7A, 7A - 1A). Insbesondere bei Entspannung auf Temperaturen von unterhalb 0 °C, wie vorliegend, kann in einer möglichst kostengünstigen Ausbildung die Speichereinrichtung 210 aus einem latenten bzw. sensiblen Kältespeicher für Temperaturen von kleiner gleich 0 °C ausgebildet sein und die zweite Speichereinrichtung 212 z. B. als kostengünstiger Warmwasserspeicher für Temperaturen von größer 0 °C.The low temperature heat, i. H. "Cold", to a temperature of e.g. B. -100 ° C is temporarily stored in the low-temperature storage devices 210, 212 for use within the discharge process (6A - 7A, 7A - 1A). In the case of expansion to temperatures below 0° C., as in the present case, in particular, the storage device 210 can be formed from a latent or sensitive cold store for temperatures of less than or equal to 0° C. in a configuration that is as cost-effective as possible, and the second storage device 212 B. as a cost-effective hot water storage tank for temperatures above 0 °C.

Die Niedertemperatur-Speichereinrichtungen 210, 212 sind mit der Beladeseite 200 über zwei Wärmetauscherkreisläufe 217, 219 thermisch gekoppelt, die jeweils Fördereinrichtungen 216, 218 aufweisen.The low-temperature storage devices 210, 212 are thermally coupled to the loading side 200 via two heat exchanger circuits 217, 219, which each have conveying devices 216, 218.

Bei dem Entladevorgang wird die in der Hochtemperatur-Speichereinrichtung gespeicherte Wärme zur Erzeugung von Frischdampf von hier beispielsweise 600 °C und 270 bar bis 300 bar verwendet. Der entsprechende Rankine-Prozess 312 ist in Relation zu einer das charakteristische Verhalten von Arbeitsfluid Wasser abbildenden Glockenkurve 308 für die Zustandsänderung von Wasser über dem Nassdampfgebiet 310 dargestellt. Dabei erfolgt gemäß dem Rankine-Prozess 312, dem der Clausius-Rankine-Prozess als Vergleichsprozess zu Grunde liegt, in der Zustandsänderung 1-2 sowie 2-3 eine Druckerhöhung des Arbeitsmediums, in diesem Zustand flüssig vorliegendes Arbeitsfluid, über die Fördereinrichtungen 102 und/oder 103. Über die Kondensationsanordnung 119 erfolgt anschließend die Vorwärmung des Arbeitsfluids in den Zustandsänderungen 2-3 (Niederdruck-Vorwärmung) und 3-4 (Hochdruck-Vorwärmung). Die hierfür benötigte Wärme wird insbesondere zumindest großteils mittels der zweiten Joule-Anordnung 400 bereitgestellt, wie im Zusammenhang mit 3 erläutert wird. Das erwärmte Arbeitsfluid gelangt in die Dampferzeugungseinrichtung 108. In der Dampferzeugungseinrichtung 108 wird über die Wärmetauschanordnung 124 Wärme aus der Hochtemperatur-Speichereinrichtung 130 zur Verdampfung und Überhitzung auf und ca. 600 °C und 270 bar bis 300 bar in der Zustandsänderung 4-5 zugeführt. Anschließend wird der erzeugte überhitzte Dampf über die Dampfturbinenanordnung 110 in den einzelnen Stufen entspannt (Zustandsänderungen 5 - 9). Dabei kann, wie hier gezeigt, vorteilhafterweise eine Zwischenüberhitzung zwischen der Hochdruckturbinenstufe 112 und der Mitteldruckturbinenstufe 114 über weitere Zufuhr von Wärme aus der Hochtemperatur-Speichereinrichtung 130, Q130, erfolgen. Die erzeugte elektrische Leistung wird über den Generator 118 ausgekoppelt.During the discharging process, the heat stored in the high-temperature storage device is used to generate live steam of, for example, 600° C. and 270 bar to 300 bar. The corresponding Rankine process 312 is shown in relation to a bell curve 308 depicting the characteristic behavior of working fluid water for the change in state of water over the wet steam region 310 . According to the Rankine process 312, which is based on the Clausius-Rankine process as a comparison process, in the state change 1-2 and 2-3 there is an increase in pressure of the working medium, in this state the working fluid is liquid, via the conveyor devices 102 and/or or 103. The working fluid is then preheated via the condensation arrangement 119 in the state changes 2-3 (low-pressure preheating) and 3-4 (high-pressure preheating). The heat required for this is in particular at least largely provided by means of the second Joule arrangement 400, as in connection with FIG 3 is explained. The heated working fluid enters the steam generation device 108. In the steam generation device 108, heat from the high-temperature storage device 130 is supplied via the heat exchange arrangement 124 for evaporation and superheating to approximately 600° C. and 270 bar to 300 bar in the state change 4-5. Subsequently, the superheated steam generated is ent via the steam turbine arrangement 110 in the individual stages tensions (state changes 5 - 9). As shown here, reheating can advantageously take place between the high-pressure turbine stage 112 and the medium-pressure turbine stage 114 by further supplying heat from the high-temperature storage device 130, Q 130 . The electrical power generated is decoupled via the generator 118 .

Zur Schließung des Kreisprozesses erfolgt anschließend die Kondensation (Zustandsänderung 9-1). Die hierfür benötigte Kälte wird aus den Niedertemperatur-Speichereinrichtungen 210, 212 in den Kreisprozess eingekoppelt.Condensation then takes place to close the cyclic process (change of state 9-1). The cold required for this is coupled into the cyclic process from the low-temperature storage devices 210, 212.

Eine erhebliche Strom-zu-Strom-Wirkungsgradsteigerung von z. B. 60 % auf 70 % kann durch die energetische Kopplung der Beladeseite 200 und/oder Entladeseite 100 der Speicheranlage 10 mit der zweiten Joule-Anordnung 400 erreicht werden, wie nachfolgend beschrieben.A significant current-to-current efficiency increase of z. B. 60% to 70% can be achieved by the energetic coupling of the charging side 200 and / or discharging side 100 of the storage system 10 with the second Joule arrangement 400, as described below.

3 zeigt in dem Zustandsdiagramm 500 den Ablauf des zweiten Beladevorgangs (Wärmepumpenprozess 508) und des zweiten Entladevorgangs (Wärmekraft-Prozess 510), die zunächst losgelöst von dem ersten Beladevorgang und Entladevorgang der Speicheranlage 10 beschrieben werden. Die Arten der Zustandsänderungen über die Zustände 1B - 6B im zweiten Beladevorgang zur Beladung der Hochtemperatur-Speichereinrichtung 410 und der Niedertemperatur-Speichereinrichtung 416 entsprechen prinzipiell den der ersten Joule-Anordnung 201. Die, hier polytrope, Verdichtung 2B - 3B erfolgt dabei auf einen Druck von 13 bar und eine Temperatur zwischen 400 °C und 600 °C. Abschließend erfolgt optional eine isobare Erwärmung über die Heizeirichtung 480 auf einen Zustand 3b. Diese Hochtemperaturwärme wird in der Hochtemperatur-Speichereinrichtung 410 zwischengespeichert. Über die Wärmetauscheinrichtung 412 besteht die Möglichkeit der Auskopplung von Verlustwärme Q412 (Zustandsänderung 4B-5B), die vorliegend jedoch nicht genutzt wird. In dem Zustand 6B = 1B herrscht eine Temperatur zwischen -100 °C und -20 °C sowie ein Druck von 1 bar. 3 shows in the state diagram 500 the course of the second charging process (heat pump process 508) and the second discharging process (thermal power process 510), which are initially described separately from the first charging process and discharging process of the storage system 10 . The types of state changes via states 1B - 6B in the second loading process for loading the high-temperature storage device 410 and the low-temperature storage device 416 correspond in principle to those of the first Joule arrangement 201. The, here polytropic, compression 2B - 3B takes place at one pressure of 13 bar and a temperature between 400 °C and 600 °C. Finally, optionally, an isobaric heating takes place via the heating device 480 to a state 3b. This high-temperature heat is temporarily stored in the high-temperature storage device 410 . The heat exchange device 412 offers the possibility of decoupling heat loss Q 412 (change of state 4B-5B), but this is not used in the present case. In the state 6B = 1B there is a temperature between -100 °C and -20 °C and a pressure of 1 bar.

In dem zweiten Entladevorgang erfolgt die Entladung der Hochtemperatur-Speichereinrichtung 410 und der Niedertemperatur-Speichereinrichtung 416 über den Wärmekraftprozess 510 gegenläufig zu dem zweiten Beladevorgang über die Zustände 1B' bis 6B'. Ausgehend von dem Zustand 1 B' = 6B wird das Arbeitsmedium mittels der Verdichter-/Turbinenanordnung 414 unter Zufuhr von Energie bzw. Verdichterarbeit, die vorzugsweise zumindest teilweise als Turbinenenergie aus der Verdichter-/Turbinenanordnung 404 ausgekoppelt wird, auf Hochdruck in dem Zustand 2B' mit einem Druck von beispielsweise 9 bar gebracht. Anschließend wird mittels des Arbeitsmediums in einer isobaren Zustandsänderung 2B' - 3B' Hochtemperatur-Wärme aus der Hochtemperatur-Speichereinrichtung 410 entnommen, wobei das Arbeitsmedium eine Temperatur von hier zwischen 500 °C und 700 °C aufweist. In einer polytropen Entspannung bzw. Expansion 3B' - 4B' mittels der ersten Verdichter-/Turbinenanordnung 404 kann unter Wirken der Motor-/ Generatoranordnung 406 elektrische Nutzenergie aus der Speicheranlage 10 freigesetzt werden.In the second discharging process, the high-temperature storage device 410 and the low-temperature storage device 416 are discharged via the thermal power process 510 in the opposite direction to the second charging process via the states 1B′ to 6B′. Starting from the state 1 B'=6B, the working medium is brought to high pressure in the state 2B' by means of the compressor/turbine arrangement 414 with the supply of energy or compressor work, which is preferably at least partially decoupled as turbine energy from the compressor/turbine arrangement 404. brought with a pressure of 9 bar, for example. Subsequently, high-temperature heat is removed from the high-temperature storage device 410 by means of the working medium in an isobaric change of state 2B′-3B′, the working medium having a temperature of between 500° C. and 700° C. here. In a polytropic relaxation or expansion 3B′-4B′ by means of the first compressor/turbine arrangement 404, useful electrical energy can be released from the storage system 10 under the action of the motor/generator arrangement 406.

In dem vorliegenden Beispiel besteht eine energetische Kopplung der zweiten Joule-Anordnung 400 mit dem Rankine-Kreislauf 101 über bei der Zustandsänderung 4B'-5B' anfallender Wärme. Dabei wird Verlustwärme 512, generiert aufgrund von Realeffekten bzw. Irreversibilität, die aus der zweiten Joule-Anordnung 400 abzuführen ist, in den Rankine-Kreislauf 101 zur Hochdruck-Vorwärmung 3 - 4 des Arbeitsfluids über die Wärmetauscheinrichtung 402 eingekoppelt (vgl. auch 1, 2 und 4).In the present example, there is an energetic coupling of the second Joule arrangement 400 to the Rankine cycle 101 via the heat occurring during the state change 4B′-5B′. Heat loss 512, generated due to real effects or irreversibility, which is to be dissipated from the second Joule arrangement 400, is coupled into the Rankine cycle 101 for high-pressure preheating 3 - 4 of the working fluid via the heat exchange device 402 (cf. also 1 , 2 and 4 ).

Die in dem Arbeitsmedium mitgeführte Niedertemperatur-Wärme wird anschließend in der Niedertemperatur-Speichereinrichtung 416 gespeichert (5B' - 1B').The low-temperature heat entrained in the working medium is then stored in the low-temperature storage device 416 (5B' - 1B').

Im Gegensatz zu der ersten Joule-Anordnung 201, die nur im Beladevorgang, in dem Wärmepumpenprozess 314, betrieben wird, wobei der Entladevorgang über den Rankine-Prozess 312 erfolgt, wird die zweite Joule-Anordnung 400 sowohl im zweiten Beladevorgang, dem Wärmepumpenprozess 508, zur Beladung der Hochtemperatur-Speichereinrichtung 410 betrieben, als auch im zweiten Entladevorgang, dem Wärmekraftprozess 510, zur Entladung der Hochtemperatur-Speichereinrichtung 410. Somit kann die zweite Joule-Anordnung 400, abgesehen von der energetischen Kopplung, losgelöst von dem Rankine-Kreislauf 101 arbeiten. Dabei sind vorzugsweise die Durchführung des zweiten Belade- und Entladevorgangs auf den Betrieb der ersten Joule-Anordnung 201 (Beladevorgang) und/oder des Rankine-Kreislaufes 101 (Entladevorgang) abgestimmt, z. B. wie nachfolgend beschreiben. So ist eine optimierte energetische Kopplung einhergehend mit einer Steigerung des Gesamtwirkungsgrades der Speicheranlage 10 erreichbar.In contrast to the first Joule arrangement 201, which is only operated in the charging process, in the heat pump process 314, with the discharging process taking place via the Rankine process 312, the second Joule arrangement 400 is used both in the second charging process, the heat pump process 508, operated to charge the high-temperature storage device 410, as well as in the second discharging process, the thermal power process 510, to discharge the high-temperature storage device 410. Thus, the second Joule arrangement 400, apart from the energetic coupling, can work independently of the Rankine cycle 101 . The performance of the second charging and discharging process is preferably coordinated with the operation of the first Joule arrangement 201 (charging process) and/or the Rankine cycle 101 (discharging process), e.g. B. as described below. In this way, an optimized energetic coupling can be achieved together with an increase in the overall efficiency of the storage system 10 .

Die Abstimmung des Betriebs zur Einkopplung thermischer Energie aus der zweiten Joule-Anordnung 400 kann über unterschiedliche (alternative oder einander ergänzende) Mechanismen erfolgen. Bei der in 1, 2 und 3 gezeigten, beispielhaften Kopplung der Prozesse wird die thermische Energie aus der zweiten Joule-Anordnung 400, wie beschrieben, in Form von Verlustwärme 512 (4B' - 5B') auf der Niederdruckseite 409 ausgekoppelt und in den Rankine-Kreislauf 101 auf der Entladeseite 100 eingekoppelt. Dort dienst sie zur Hochdruck-Vorwärmung des Arbeitsfluids stromauf der Dampferzeugungseinrichtung 108. Bei dieser Variante läuft vorzugsweise der zweite Entladevorgang der Joule Anordnung 400 parallel zu dem Entladevorgang über den Rankine-Kreislauf 101 ab. Denkbar wäre auch eine Zwischenspeicherung der Verlustwärme 512.The tuning of the operation for coupling thermal energy from the second Joule arrangement 400 can take place via different (alternative or mutually complementary) mechanisms. At the in 1 , 2 and 3 shown, exemplary coupling of the processes, the thermal energy from the second Joule arrangement 400, as described, in the form of heat loss 512 (4B '-5B') on the low-pressure side 409 out coupled and coupled into the Rankine cycle 101 on the discharge side 100. There it is used for high-pressure preheating of the working fluid upstream of the steam generation device 108. In this variant, the second discharge process of the Joule arrangement 400 preferably runs parallel to the discharge process via the Rankine cycle 101. Intermediate storage of the lost heat 512 would also be conceivable.

Alternativ oder zusätzlich kann in einer hier nicht gezeigten Ausführungsvariante Verlustwärme aus der zweiten Joule-Anordnung 400 auf der Hochdruckseite 405 stromab der Hochtemperatur-Speichereinrichtung 410 und stromauf der Turbinen-/Verdichteranordnung 414 über die Wärmetauscheinrichtung 412 (4B - 5B) ausgekoppelt und zur Niederdruck-Vorwärmung des Arbeitsfluids (2: Zustandsänderung 2-3) z. B. über die Wärmetauscheinrichtung 104 eingekoppelt werden. In diesem Fall handelt es sich bei der Verlustwärme um Kompressionsabwärme des Verdichters, welcher aufgrund dessen einen geringeren Wirkungsgrad aufweisen darf. Bei dieser Variante läuft vorzugsweise der zweite Entladevorgang der Joule Anordnung 400 parallel zu dem Entladevorgang über den Rankine-Kreislauf 100 ab. Denkbar wäre auch eine Zwischenspeicherung der Verlustwärme.Alternatively or additionally, in an embodiment variant not shown here, heat loss from the second Joule arrangement 400 on the high-pressure side 405 downstream of the high-temperature storage device 410 and upstream of the turbine/compressor arrangement 414 can be decoupled via the heat exchange device 412 (4B-5B) and used for the low-pressure Preheating of the working fluid ( 2 : state change 2-3) e.g. B. via the heat exchange device 104 are coupled. In this case, the lost heat is compression waste heat from the compressor, which is allowed to have a lower efficiency as a result. In this variant, the second discharging process of the Joule arrangement 400 preferably runs parallel to the discharging process via the Rankine cycle 100 . Temporary storage of the heat loss would also be conceivable.

Aufgrund der Einkopplung von Wärme aus der zweiten Joule Anordnung 400 kann vorteilhaft auf eine Abzapfung aus der Dampfturbinenanordnung 110 zur Vorwärmung des Arbeitsfluids vor Verdampfung, wie im Stand der Technik üblich, verzichtet werden. So ist eine möglichst hohe Leistungsdichte bei dem Entladevorgang über den Rankine-Kreislauf 101 erreichbar.Due to the coupling of heat from the second Joule arrangement 400, a bleed-off from the steam turbine arrangement 110 for preheating the working fluid before evaporation, as is customary in the prior art, can advantageously be dispensed with. In this way, the highest possible power density can be achieved during the discharging process via the Rankine circuit 101 .

Alternativ oder zusätzlich kann „Kälte“, d. h. Niedertemperatur-Wärme, aus der zweiten Joule-Anordnung 400 ausgekoppelt und zur Kühlung und/oder Kondensation von Arbeitsfluid in den Rankine-Prozess 312 stromab der Dampfturbinenanordnung 110 eingekoppelt werden. Die Kälte wird aus der Niedertemperatur-Speichereinrichtung 416 entnommen. Die Niedertemperatur-Speichereinrichtung 416 ist vorzugsweise, wie in 1 gezeigt, mit der Niedertemperatur-Speichereinrichtung 210 der ersten Joule-Anordnung 201 thermisch gekoppelt. So kann die Kälte aus der zweiten Joule-Anordnung 400 mittelbar über die Niedertemperatur-Speichereinrichtung 210 auf der Beladeseite 200 in den Rankine-Prozess 312 eingekoppelt werden.Alternatively or additionally, “cold”, ie, low-temperature heat, may be extracted from the second Joule assembly 400 and coupled into the Rankine cycle 312 downstream of the steam turbine assembly 110 for cooling and/or condensing working fluid. The cold is taken from the low-temperature storage device 416 . The low-temperature storage device 416 is preferably, as in 1 shown thermally coupled to the low-temperature storage device 210 of the first Joule arrangement 201 . In this way, the cold from the second Joule arrangement 400 can be coupled into the Rankine process 312 indirectly via the low-temperature storage device 210 on the loading side 200 .

Der vorteilhafte Effekt der thermischen Kopplung der unterschiedlichen Prozesse kann dadurch optimiert werden, dass bei der zweiten Joule-Anordnung 400 während des Wärmepumpen-Prozesses 508 ein größeres Druckverhältnis zwischen dem Druck auf der Hochdruckseite 405 und der Niederdruckseite 409 vorgegeben wird als bei dem Wärmekraft-Prozess 510. Diese auch als „asymmetrisch“ bezeichnete Druckführung führt zu einer Verschiebung der Verlustwärme vorliegend beispielhaft von der Hochdruckseite 405 in dem zweiten Beladevorgang (Zustandsänderung 4 B-5 B) hin auf die Niederdruckseite 409 in dem zweiten Entladevorgang (Zustandsänderung 4B' - 5B').The advantageous effect of the thermal coupling of the different processes can be optimized by specifying a greater pressure ratio between the pressure on the high-pressure side 405 and the low-pressure side 409 in the second Joule arrangement 400 during the heat pump process 508 than in the thermal power process 510. This pressure control, also referred to as “asymmetric”, leads to a shift of the lost heat, in the present example from the high-pressure side 405 in the second loading process (change of state 4 B-5 B) to the low-pressure side 409 in the second unloading process (change of state 4B' - 5B' ).

Ziel der asymmetrischen Druckführung ist die Steigerung des Gesamtwirkungsgrades der Speicheranlage 10. Der Wirkungsgrad der zweiten Joule-Anordnung 400 kann tendenziell reduziert werden. Vorliegend beträgt das Druckverhältnis innerhalb des Wärmepumpenprozesses 508 13 und innerhalb des Wärmekraftprozesses 510 9. Die Asymmetrie in den Druckverhältnissen von vorliegend 13/9 ist beispielhaft derart ausgelegt, dass die Verlustwärme 512 an den Wärmebedarf zur Hochdruck-Vorwärmung angepasst ist und diesen decken kann. Ein weiterer, wichtiger Aspekt ist die Eintrittstemperatur des Rankine-Arbeitsfluids in die Dampferzeugungseinrichtung 108. Diese sollte zur Reduktion thermischer Spannungen in der Dampferzeugungseinrichtung zwischen 200 °C und 350 °C gewählt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Auslegung z. B. darauf abzielen, die Verlustwärme auf der Hochdruckseite zu minimieren. Die Auslegung erfolgt unter Zugrundelegung der thermodynamischen Zustandsgleichungen der entsprechenden Prozesse.The aim of the asymmetrical pressure control is to increase the overall efficiency of the storage system 10. The efficiency of the second Joule arrangement 400 can tend to be reduced. In the present case, the pressure ratio within the heat pump process 508 is 13 and within the thermal power process 510 is 9. The asymmetry in the pressure ratios of the present 13/9 is designed, for example, in such a way that the heat loss 512 is adapted to the heat requirement for high-pressure preheating and can cover it. Another important aspect is the inlet temperature of the Rankine working fluid into the steam generating device 108. This should be chosen to be between 200° C. and 350° C. in order to reduce thermal stresses in the steam generating device. Additionally or alternatively, the design z. B. aim to minimize the heat loss on the high pressure side. The design is based on the thermodynamic equations of state of the corresponding processes.

4 zeigt eine weitere vorteilhafte Variante der Speicheranlage 10 bzw. des Verfahrens zu deren Betrieb. Dabei ist die zweite Joule-Anordnung als offener Kreislauf ausgestaltet. Der Kreislauf zwischen der Wärmetauscheinrichtung 402 und der Niedertemperatur-Speichereinrichtung 416 ist über Öffnungen 420, 422 zur Umgebung hin geöffnet. Als Wärmesenke während des zweiten Beladevorgangs wird die Umgebung genutzt. Bei dem zweiten Entladevorgang kann Luft aus der Umgebung als Arbeitsmedium angesaugt und verdichtet werden. An den Öffnungen 420, 422 liegen in diesem Falle Umgebungsbedingungen (pu, Tu) vor. Vorteilhafterweise kann so auf die Wärmetauscheinrichtung 412 auf der Hochdruckseite zur Kühlung verzichtet werden (in 4 symbolisiert durch Auskreuzung der Wärmetauscheinrichtung 412), was wiederum mit einer Reduktion des Investitionskostenaufwands und der Systemkomplexität einhergeht. Die ggf. vorhandene Behältereinrichtung 106 kann zu Temperaturspeicherzwecken genutzt werden. 4 shows a further advantageous variant of the storage system 10 and the method for its operation. The second Joule arrangement is designed as an open circuit. The circuit between the heat exchange device 402 and the low-temperature storage device 416 is open to the environment via openings 420, 422. The environment is used as a heat sink during the second loading process. During the second unloading process, air can be sucked in from the environment as a working medium and compressed. In this case, ambient conditions (p u , T u ) are present at the openings 420, 422. Advantageously, the heat exchange device 412 on the high-pressure side for cooling can be dispensed with (in 4 symbolized by crossing out the heat exchange device 412), which in turn is associated with a reduction in the investment costs and the system complexity. The container device 106 that may be present can be used for temperature storage purposes.

Zusammenfassend dienen das beschriebene Verfahren und die gezeigte Speichereinrichtung 10 der Bereitstellung von effizienten und/oder standortunabhängigen Speicherkraftwerken zur Speicherung von elektrischer Energie.In summary, the method described and the storage device 10 shown are used to provide efficient and/or location-independent storage power plants for storing electrical energy.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • EP 3054155 A1 [0003]EP 3054155 A1 [0003]
  • EP 2101051 A1 [0004]EP 2101051 A1 [0004]
  • EP 2653668 A1 [0005]EP 2653668 A1 [0005]
  • DE 102020110560 [0010]DE 102020110560 [0010]

Claims (29)

Verfahren zum Betreiben einer Speicheranlage (10) zur Speicherung elektrischer Energie unter Umwandlung in thermische Energie, bei dem - in einem Beladevorgang über eine Beladeseite (200) eine Hochtemperatur-Speichereinrichtung (130) unter Einspeicherung von, insbesondere eingespeister elektrischer, Energie in Form von thermischer Energie beladen wird und - in einem Entladevorgang mittels eines Rankine-Prozesses (312) über eine Entladeseite (100) die Hochtemperatur-Speichereinrichtung (130) unter Ausspeicherung der thermischen Energie aus der Hochtemperatur-Speichereinrichtung (130) und Umwandlung in elektrische Energie entladen wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Joule-Anordnung (400) der Speicheranlage (10), mit einer Niederdruckseite (405) und einer Hochdruckseite (409) und dazwischen angeordneten Verdichter-/Turbinenanordnungen (406, 414), während des Beladevorgangs und/oder während des Entladevorgangs der Speicheranlage (10) in einem Wärmepumpenprozess (508) und/oder in einem Wärmekraft-Prozess (510) betrieben wird.Method for operating a storage system (10) for storing electrical energy, converting it into thermal energy, in which - in a loading process via a loading side (200), a high-temperature storage device (130) with storage of electrical energy, in particular electrical energy that has been fed in, in the form of thermal energy Energy is charged and - the high-temperature storage device (130) is discharged in a discharge process by means of a Rankine process (312) via a discharge side (100), with the thermal energy being extracted from the high-temperature storage device (130) and converted into electrical energy, characterized in that a second Joule arrangement (400) of the storage system (10), with a low-pressure side (405) and a high-pressure side (409) and compressor/turbine arrangements (406, 414) arranged in between, during the loading process and/or during the discharging process of the storage system (10) in a heat pump process (508) and/or i n a thermal power process (510) is operated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beladevorgang über einen Wärmepumpen-Prozess (314) innerhalb einer ersten Joule-Anordnung (201) umfassend eine Niederdruckseite (205) und eine Hochdruckseite (209), mit einer zwischengeordneten Verdichteranordnung (204) und Turbinenanordnung (208), abläuft.procedure after claim 1 , characterized in that the loading process via a heat pump process (314) within a first Joule arrangement (201) comprising a low-pressure side (205) and a high-pressure side (209), with an intermediate compressor arrangement (204) and turbine arrangement (208), expires. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Joule-Anordnung (400) als Speicheranordnung betrieben wird, wobei eine hochdruckseitige Hochtemperatur-Speichereinrichtung (410) der zweiten Joule-Anordnung (400) in einem zweiten Beladevorgang mittels des Wärmepumpenprozesses (508) beladen wird und in einem zweiten Entladevorgang mittels des Wärmekraftprozesses (510) entladen wird.procedure after claim 1 or 2 , characterized in that the second Joule arrangement (400) is operated as a storage arrangement, with a high-pressure-side high-temperature storage device (410) of the second Joule arrangement (400) being charged in a second charging process by means of the heat pump process (508) and in a second discharging process is discharged by means of the thermal power process (510). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des zweiten Entladevorgangs und/oder des zweiten Beladevorgangs der zweiten Joule-Anordnung (400) und des Beladevorgangs über die Beladeseite (200) und/oder des Entladevorgangs über die Entladeseite (100) thermische Energie übertragen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that during the second discharging process and / or the second charging process of the second Joule arrangement (400) and the loading process via the loading side (200) and / or the discharging process via the discharging side (100) thermal energy is transferred. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Entladevorgang über die Entladeseite (100) zumindest zeitweise Wärme, die im Betrieb der zweiten Joule-Anordnung (400), insbesondere in dem zweiten Entladevorgang, anfällt, zur Vorwärmung von Arbeitsfluid in den Rankine-Prozess (314) stromauf einer Dampferzeugungseinrichtung (108) eingekoppelt wird.procedure after claim 4 , characterized in that during the discharging process via the discharging side (100) at least temporarily heat that occurs during operation of the second Joule arrangement (400), in particular in the second discharging process, for preheating working fluid in the Rankine process (314) is coupled in upstream of a steam generating device (108). Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme aus der zweiten Joule-Anordnung (400) auf der Niederdruckseite (405) stromab der Verdichter-/Turbinenanordnung (404), insbesondere stromauf einer Niedertemperatur-Speichereinrichtung (416) über eine niederdruckseitige Wärmetauscheinrichtung (402), ausgekoppelt wird und zur Hochdruck-Vorwärmung des Arbeitsfluids eingekoppelt wird und/oder auf der Hochdruckseite (409) stromab der Hochtemperatur-Speichereinrichtung (410), stromauf der Verdichter-/Turbinenanordnung (414), ausgekoppelt wird und zur Niederdruck-Vorwärmung des Arbeitsfluids stromab einer Kondensationsanordnung (119) eingekoppelt wird.procedure after claim 5 , characterized in that the heat from the second Joule arrangement (400) on the low-pressure side (405) downstream of the compressor/turbine arrangement (404), in particular upstream of a low-temperature storage device (416) via a low-pressure-side heat exchange device (402), is decoupled and is coupled in for high-pressure preheating of the working fluid and/or is decoupled on the high-pressure side (409) downstream of the high-temperature storage device (410), upstream of the compressor/turbine arrangement (414) and for low-pressure preheating of the working fluid downstream of a condensation arrangement (119) is injected. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Entladevorgang über die Entladeseite (100) zumindest zeitweise Kälte aus einer niederdruckseitigen Niedertemperatur-Speichereinrichtung (416) der zweiten Joule-Anordnung (400) zur Kühlung und/oder Kondensation von Arbeitsfluid in den Rankine-Prozess (312) stromab einer Dampfturbinenanordnung (110) eingekoppelt wird, wobei z. B. die Kälte mittelbar über zumindest eine niederdruckseitige Niedertemperatur-Speichereinrichtung (210) der Beladeseite (200) übertragen wird.Procedure according to one of Claims 4 until 6 , characterized in that during the unloading process via the unloading side (100) at least temporarily cold from a low-pressure-side low-temperature storage device (416) of the second Joule arrangement (400) for cooling and/or condensing working fluid in the Rankine cycle (312) is coupled downstream of a steam turbine arrangement (110), wherein z. B. the cold is transferred indirectly via at least one low-pressure-side low-temperature storage device (210) to the loading side (200). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der zweiten Joule-Anordnung (400) bei dem Wärmepumpen-Prozess (508) ein größeres Druckverhältnis zwischen der Hochdruckseite (405) und der Niederdruckseite (409) vorgegeben wird als bei dem Wärmekraft-Prozess (510).Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the second Joule arrangement (400) in the heat pump process (508) a larger pressure ratio between the high-pressure side (405) and the low-pressure side (409) is specified than in the thermal power process (510). Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckverhältnis derart unterschiedlich ist, dass der Gesamtwirkungsgrad der Speicheranlage (10) gegenüber einem Prozess mit gleichen Druckverhältnissen erhöht wird.procedure after claim 8 , characterized in that the pressure ratio is so different that the overall efficiency of the storage system (10) is increased compared to a process with the same pressure ratios. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckverhältnis derart unterschiedlich ist, dass eine zwischen dem Wärmepumpenprozess (508) und dem Wärmekraftprozess (510) anfallende Verlustwärme (512) auf den Bedarf zur Hochdruck-Vorwärmung des Arbeitsfluids abgestimmt wird und z. B. über die niederdruckseitige Wärmetauscheinrichtung (402) ausgekoppelt wird und/oder Verlustwärme über eine hochdruckseitige Wärmetauscheinrichtung (412) minimiert wird und/oder Verlustwärme über die hochdruckseitige Wärmetauscheinrichtung (412) auf den Bedarf zur Niederdruck-Vorwärmung des Arbeitsfluids abgestimmt wird.procedure after claim 9 , characterized in that the pressure ratio is so different that between the heat pump process (508) and the thermal power process (510) occurring waste heat (512) is tailored to the need for high-pressure preheating of the working fluid and z. B. is decoupled via the low-pressure-side heat exchange device (402) and/or heat loss via a high-pressure-side heat exchange device (412) is minimized and/or heat loss via the high-pressure-side heat exchange device (412) on the demand for low pressure-preheating of the working fluid is coordinated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Wärmekraftprozesses (510) Energie aus dem zweiten Joule-Kreislauf (400) ausgekoppelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that energy is extracted from the second Joule circuit (400) during the thermal power process (510). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Beladevorgangs und/oder während des zweiten Beladevorgangs ein gasförmiges Arbeitsmedium, z. B. Luft, Stickstoff, Kohlenstoffdioxidoder Argon, verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that during the loading process and / or during the second loading process, a gaseous working medium, z. air, nitrogen, carbon dioxide or argon. Speicheranlage (10) zur Speicherung elektrischer Energie unter Umwandlung in thermische Energie, die insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist, mit - einer Hochtemperatur-Speichereinrichtung (130), - einer Beladeseite (200) zur Beladung der Hochtemperatur-Speichereinrichtung (130) in einem Beladevorgang unter Einspeicherung von, insbesondere eingespeister elektrischer, Energie in Form von thermischer Energie, - einer Entladeseite (100), die zur Entladung der Hochtemperatur-Speichereinrichtung (130) unter Ausspeicherung der thermischen Energie und Umwandlung in elektrische Energie in einem Rankine-Prozess (312) ausgebildet ist, wobei die Entladeseite als Rankine-Kreislauf (101) ausgestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Speicheranlage (10) eine zweite Joule-Anordnung (400) in energetischer, insbesondere thermischer, Kopplung zu der Beladeseite (200) und/oder der Entladeseite (100) zum Betrieb während des Beladevorgangs und/oder während des Entladevorgangs als Wärmepumpenprozess und/oder als Wärmekraft-Prozess angeordnet ist.Storage system (10) for storing electrical energy with conversion into thermal energy, which is designed in particular for carrying out a method according to one of the preceding claims, with - a high-temperature storage device (130), - a loading side (200) for loading the high-temperature storage device (130) in a loading process with storage of, in particular electrical, energy fed in in the form of thermal energy, - a discharge side (100) for discharging the high-temperature storage device (130) with storage of the thermal energy and conversion into electrical energy in a Rankine process (312), wherein the discharge side is designed as a Rankine cycle (101), characterized in that within the storage system (10) a second Joule arrangement (400) in energetic, in particular thermal, coupling to the loading side (200) and / or the discharge side (100) for operation during loading loading process and / or is arranged during the discharging process as a heat pump process and / or as a thermal power process. Speicheranlage (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beladeseite (200) als Joule-Anordnung (201) ausgestaltet ist und eine Niederdruckseite (205) und eine Hochdruckseite (209) zur Beladung über einem Wärmepumpen-Prozess (314) umfasst.Storage facility (10) after Claim 13 , characterized in that the loading side (200) is designed as a Joule arrangement (201) and comprises a low-pressure side (205) and a high-pressure side (209) for loading via a heat pump process (314). Speicheranlage (10) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Rankine-Kreislauf (101) eine Dampfturbinenanordnung (110), eine Kondensationsanordnung (119) und eine Dampferzeugungseinrichtung (108) umfasst.Storage facility (10) after Claim 13 or 14 , characterized in that the Rankine cycle (101) comprises a steam turbine arrangement (110), a condensing arrangement (119) and a steam generating device (108). Speicheranlage (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Beladeseite (200) auf der Niederdruckseite (209) zumindest eine Niedertemperatur-Speichereinrichtung (210, 212) aufweist, die thermisch mit der Entladeseite (100), insbesondere mit der Kondensationsanordnung (119), gekoppelt ist.Storage system (10) according to one of Claims 13 until 15 , characterized in that the loading side (200) on the low-pressure side (209) has at least one low-temperature storage device (210, 212) which is thermally coupled to the unloading side (100), in particular to the condensation arrangement (119). Speicheranlage (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Beladeseite (200) ein Rekuperator (202) zur Wärmeübertragung zwischen auf der Hochdruckseite (205) und der Niederdruckseite (209) befindlichem Arbeitsmedium angeordnet ist.Storage system (10) according to one of Claims 13 until 16 , characterized in that on the loading side (200) a recuperator (202) for heat transfer between on the high pressure side (205) and the low pressure side (209) working medium is arranged. Speicheranlage (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Hochtemperatur-Speichereinrichtung (130) und der Dampferzeugungseinrichtung (108) zu deren thermischer Kopplung eine Wärmetauscheranordnung (124), insbesondere ein mit einem gasförmigen Wärmeträger betriebener bzw. betreibbarer Wärmetauscherkreislauf, angeordnet ist.Storage system (10) according to one of Claims 15 until 17 , characterized in that a heat exchanger arrangement (124), in particular a heat exchanger circuit operated or operable with a gaseous heat carrier, is arranged between the high-temperature storage device (130) and the steam generating device (108) for their thermal coupling. Speicheranlage (10) nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochtemperatur-Speichereinrichtung (130) und/oder die Niedertemperatur-Speichereinrichtung (210, 212) zur Wärmeübertragung an ein gasförmiges Arbeitsmedium ausgebildet ist/sind und/oder von dem Arbeitsmedium des Wärmepumpen-Prozesses (314) durchströmbar auf der Beladeseite (200) eingebunden ist/sind.Storage system (10) according to one of Claims 16 until 18 , characterized in that the high-temperature storage device (130) and/or the low-temperature storage device (210, 212) is/are designed for heat transfer to a gaseous working medium and/or through which the working medium of the heat pump process (314) can flow on the Loading side (200) is/are integrated. Speicheranlage (10) nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Arten von Niedertemperatur-Speichereinrichtungen (210, 212) strömungsmechanisch in Reihe angeordnet sind, wobei eine zur Speicherung von Wärme bei Temperaturen von größer 0 °C, insbesondere als Warmwasserspeicher, und eine zur Speicherung von Wärme bei Temperaturen von gleich oder kleiner 0 °C, z. B. als latenter oder sensibler Kältespeicher, ausgebildet ist.Storage system (10) according to one of Claims 16 until 19 , characterized in that two types of low-temperature storage devices (210, 212) are arranged in series in terms of fluid mechanics, one for storing heat at temperatures greater than 0 °C, in particular as a hot water storage tank, and one for storing heat at temperatures of the same or less than 0 °C, e.g. B. is designed as a latent or sensitive cold storage. Speicheranlage (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Joule-Anordnung (400) als Kreislauf mit einer Niederdruckseite (405), einer Hochdruckseite (409) umfassend eine Hochtemperatur-Speichereinrichtung (410), und zwei Verdichter-/Turbinen-Anordnungen (406, 414) ausgestaltet ist.Storage system (10) according to one of Claims 13 until 20 , characterized in that the second Joule arrangement (400) designed as a circuit with a low-pressure side (405), a high-pressure side (409) comprising a high-temperature storage device (410), and two compressor / turbine arrangements (406, 414). is. Speicheranlage (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Joule-Anordnung (400) und/oder die Beladeseite (200) zumindest eine Einrichtung zur Einkopplung von Energie zusätzlich zu der zur Verdichtung benötigten Energie, z. B. elektrischer Energie und/oder fossiler Energie, aufweist/aufweisen, z. B. eine elektrische Heizeinrichtung (206) und/oder eine Brennereinrichtung (408).Storage system (10) according to one of Claims 13 until 21 , characterized in that the second Joule arrangement (400) and / or the loading side (200) at least one device for coupling energy in addition to the energy required for compression, z. B. electrical energy and / or fossil energy, has / have, z. B. an electrical heating device (206) and / or a burner device (408). Speicheranlage (10) nach Anspruch 21 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Joule-Anordnung (400) auf der Niederdruckseite (405) eine Niedertemperatur-Speichereinrichtung (416) aufweist.Storage facility (10) after Claim 21 until 22 , characterized in that the second Joule arrangement (400) on the low-pressure side (405) has a low-temperature storage device (416). Speicheranlage (10) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Niedertemperatur-Speichereinrichtung (416) der zweiten Joule-Anordnung (400) thermisch mit der Entladeseite (100) zur Kühlung des Arbeitsfluiddampfes stromab der Dampfturbinenanordnung (110) gekoppelt ist, insbesondere über thermische Kopplung mit der zumindest einen Niedertemperatur-Speichereinrichtung (210, 212) auf der Beladeseite (200).Storage facility (10) after Claim 23 , characterized in that the low-temperature storage device (416) of the second Joule arrangement (400) is thermally coupled to the discharge side (100) for cooling the working fluid vapor downstream of the steam turbine arrangement (110), in particular via thermal coupling with the at least one low-temperature Storage device (210, 212) on the loading side (200). Speicheranlage (10) nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Joule-Anordnung (400) zur Vorwärmung des Arbeitsfluids stromauf der Dampferzeugungseinrichtung (108), insbesondere über eine Wärmetauscheinrichtung (402) z. B. zur Hochdruck-Vorwärmung des Arbeitsfluids und/oder über eine Wärmetauscheinrichtung (412, 104) z. B. zur Niederdruck-Vorwärmung des Arbeitsfluids, thermisch mit der Entladeseite (100) gekoppelt ist.Storage system (10) according to one of Claims 15 until 24 , characterized in that the second Joule arrangement (400) for preheating the working fluid upstream of the steam generating device (108), in particular via a heat exchange device (402) z. B. for high-pressure preheating of the working fluid and / or via a heat exchange device (412, 104) z. B. for low-pressure preheating of the working fluid, thermally coupled to the discharge side (100). Speicheranlage (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Joule-Anordnung (400) als offener Kreislauf ausgestaltet ist, der stromab bzw. stromauf der Niedertemperatur-Speichereinrichtung (416) und stromauf bzw. stromab der niederdruckseitigen Wärmetauscheinrichtung (402) jeweils über eine Öffnung (420, 422) zu der Umgebung hin geöffnet ist.Storage system (10) according to one of Claims 13 until 25 , characterized in that the second Joule arrangement (400) is designed as an open circuit which is connected downstream or upstream of the low-temperature storage device (416) and upstream or downstream of the low-pressure-side heat exchange device (402) via an opening (420, 422 ) is open to the environment. Speicheranlage (10) nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Behältereinrichtung (106) des Rankine-Kreislaufes (101) der Öffnung (420) stromauf bzw. stromab der niederdruckseitigen Wärmetauscheinrichtung (402) vor- bzw. nachgeschaltet ist, wobei die Behältereinrichtung (106) zu Wärmespeicherzwecken nutzbar bzw. genutzt ist.Storage facility (10) after Claim 26 , characterized in that one container device (106) of the Rankine cycle (101) is connected upstream or downstream of the opening (420) upstream or downstream of the low-pressure-side heat exchange device (402), the container device (106) being usable or .is used. Steuerungsprogramm für eine Steuereinrichtung umfassend Funktionen, die bewirken, dass eine Steuereinrichtung eine Speicheranlage nach einem der Ansprüche 13 bis 27 derart steuert und/oder regelt, dass ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchgeführt wird.Control program for a control device comprising functions that cause a control device to a storage system according to one of Claims 13 until 27 so controls and / or regulates that a method according to one of Claims 1 until 12 is carried out. Computerlesbares Medium, auf dem ein Steuerungsprogramm nach Anspruch 28 gespeichert ist.Computer-readable medium on which a control program claim 28 is saved.
DE102021112050.0A 2021-05-07 2021-05-07 Method of operating a memory system, memory system, control program and computer-readable medium Pending DE102021112050A1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021112050.0A DE102021112050A1 (en) 2021-05-07 2021-05-07 Method of operating a memory system, memory system, control program and computer-readable medium
EP22725374.7A EP4334574A2 (en) 2021-05-07 2022-04-21 Method for operating a storage unit, storage unit, control program and computer-readable medium
PCT/EP2022/060516 WO2022233582A2 (en) 2021-05-07 2022-04-21 Method for operating a storage unit, storage unit, control program and computer-readable medium

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021112050.0A DE102021112050A1 (en) 2021-05-07 2021-05-07 Method of operating a memory system, memory system, control program and computer-readable medium

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021112050A1 true DE102021112050A1 (en) 2022-11-10

Family

ID=81846501

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021112050.0A Pending DE102021112050A1 (en) 2021-05-07 2021-05-07 Method of operating a memory system, memory system, control program and computer-readable medium

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4334574A2 (en)
DE (1) DE102021112050A1 (en)
WO (1) WO2022233582A2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2101051A1 (en) 2008-03-12 2009-09-16 Siemens Aktiengesellschaft Storage of electrical energy in a heat accumulator and reverse electrical energy production by means of a thermodynamic cycle
EP2653668A1 (en) 2012-04-17 2013-10-23 Siemens Aktiengesellschaft Method for loading and discharging a heat exchanger and assembly for storing and discharging thermal energy suitable for this method
WO2014026863A2 (en) 2012-08-14 2014-02-20 Siemens Aktiengesellschaft Method for charging and discharging a heat accumulator and system for storing and releasing thermal energy suitable for said method
WO2015131940A1 (en) 2014-03-05 2015-09-11 Siemens Aktiengesellschaft High-temperature energy storage system and operating method therefor
EP3054155A1 (en) 2015-02-04 2016-08-10 Alstom Technology Ltd Electrical energy storage and discharge system
DE102020110560A1 (en) 2020-04-17 2021-10-21 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method for operating a thermal potential storage system, thermal potential storage system, control program and computer-readable medium

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2759679A1 (en) * 2013-01-23 2014-07-30 Siemens Aktiengesellschaft Thermal storage device for the utilisation of low temperature heat
DK2942492T3 (en) * 2014-05-05 2018-11-12 General Electric Technology Gmbh Electric energy storage and discharge system
WO2017065683A1 (en) * 2015-10-16 2017-04-20 Climeon Ab Methods to store and recover electrical energy
EP4014592A4 (en) 2019-08-15 2022-07-27 ZTE Corporation Systems and methods for transmitting signals

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2101051A1 (en) 2008-03-12 2009-09-16 Siemens Aktiengesellschaft Storage of electrical energy in a heat accumulator and reverse electrical energy production by means of a thermodynamic cycle
EP2653668A1 (en) 2012-04-17 2013-10-23 Siemens Aktiengesellschaft Method for loading and discharging a heat exchanger and assembly for storing and discharging thermal energy suitable for this method
WO2014026863A2 (en) 2012-08-14 2014-02-20 Siemens Aktiengesellschaft Method for charging and discharging a heat accumulator and system for storing and releasing thermal energy suitable for said method
WO2015131940A1 (en) 2014-03-05 2015-09-11 Siemens Aktiengesellschaft High-temperature energy storage system and operating method therefor
EP3054155A1 (en) 2015-02-04 2016-08-10 Alstom Technology Ltd Electrical energy storage and discharge system
DE102020110560A1 (en) 2020-04-17 2021-10-21 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method for operating a thermal potential storage system, thermal potential storage system, control program and computer-readable medium

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022233582A2 (en) 2022-11-10
WO2022233582A3 (en) 2023-02-23
EP4334574A2 (en) 2024-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2342458B1 (en) Solar hybrid power plant with gas and steam power plant
DE69927925T2 (en) Recovery of waste heat in an organic energy converter by means of an intermediate liquid circuit
EP2447506A2 (en) System for generating mechanical and/or electrical energy
EP0778397A2 (en) Method of operating a combined power plant with a waste heat boiler and a steam user
DE2934340A1 (en) METHOD FOR SWITCHING OFF AND RESTARTING A COMBINED HEATING PLANT
DE4409567A1 (en) Process for cooling thermally loaded components of a gas turbine group
EP2101051A1 (en) Storage of electrical energy in a heat accumulator and reverse electrical energy production by means of a thermodynamic cycle
CH678987A5 (en)
EP1866521A2 (en) Method for starting a gas and steam turbine system
EP2288791B1 (en) Operation of a gas and a steam turbine system by means of a frequency converter
EP0405235B1 (en) Combined gas and steam turbine plant with coal gasification
WO2005056994A1 (en) Air-storage plant
WO2022112063A1 (en) System and method for storing and releasing electrical energy, the energy being stored as thermal energy
DE10055202A1 (en) Electrical generation steam cycle with increased efficiency, branches off working fluid and condenses it for cooling during expansion process
DE102012110579B4 (en) Plant and process for generating process steam
DE10155508C2 (en) Method and device for generating electrical energy
DE19943782C5 (en) Gas and steam turbine plant
DE4015104A1 (en) Combination of heat engine units - comprises heat engines whose waste heat is transferred to other heat engines to generate steam power
DE102021112050A1 (en) Method of operating a memory system, memory system, control program and computer-readable medium
DE3815993A1 (en) Binary-vapour turbine plant
WO2011023283A2 (en) Method for utilizing the waste heat of internal combustion engines
DE3509357C1 (en) Combined steam/gas turbine plant
EP3862547B1 (en) Gas turbine arrangement and method of operating a gas turbine arrangement
DE102022211960A1 (en) Combined plant and method for operating a combined plant
DE102019217996A1 (en) Device and method for discharging a thermal energy store, in particular a bulk material store

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication