DE102021204208A1 - Storage power station and method for operating a storage power station - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Speicherkraftwerk, zur Erzeugung von Dampf mit definierten Dampfparametern, wobei der erzeugbare Dampf in einer Dampfturbine (2) entspannbar ist, und wobei eine bei der Entspannung des Dampfes entstehende Rotationsenergie zum Antreiben eines Generators (3) nutzbar ist. Das Speicherkraftwerk umfasst zwei in einem Wasser-Dampfkreislauf (1) integrierte Energiespeicher (4, 5) wobei der erster Energiespeicher (4) als thermischer Energiespeicher und der zweiter Energiespeicher (5) als chemischer Energiespeicher ausgebildet ist. Der chemische Energiespeicher (5) umfasst einen Elektrolyseur (6) zur Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff und wenigstens jeweils einen ersten Speicher (7) zum Speichern des Wasserstoffs und einen zweiten Speicher (8) zum Speichern des Sauerstoffs. Des Weiteren umfasst der Wasser-Dampfkreislauf (1) einen Dampferzeuger (9) zur internen Verbrennung des Wasserstoffs mit dem Sauerstoff.The invention relates to a storage power plant for generating steam with defined steam parameters. The steam that can be generated can be expanded in a steam turbine (2), and the rotational energy generated during the expansion of the steam can be used to drive a generator (3). The storage power plant comprises two energy stores (4, 5) integrated in a water-steam circuit (1), the first energy store (4) being designed as a thermal energy store and the second energy store (5) as a chemical energy store. The chemical energy store (5) comprises an electrolyzer (6) for separating water into hydrogen and oxygen and at least one first store (7) for storing the hydrogen and one second store (8) for storing the oxygen. Furthermore, the water-steam circuit (1) includes a steam generator (9) for the internal combustion of the hydrogen with the oxygen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Speicherkraftwerk nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie Verfahren zum Laden und Entladen der Energiespeicher eines solchen Speicherkraftwerks nach den Oberbegriffen der Ansprüche 5 bzw. 6.The invention relates to a storage power plant according to the preamble of independent claim 1 and to a method for charging and discharging the energy store of such a storage power plant according to the preambles of claims 5 and 6.

Mit der zunehmenden Nutzung erneuerbarer Energien zur Stromerzeugung steigt die Forderung nach geeigneten Speicherlösungen und -kapazitäten stark an, da die erneuerbaren Energien, wie Sonnen- und Windenergie, nicht immer zum Zeitpunkt des Energiebedarfs im benötigten Maß vorhanden sind.With the increasing use of renewable energies to generate electricity, the demand for suitable storage solutions and capacities is increasing sharply, since renewable energies, such as solar and wind energy, are not always available to the required extent at the time when energy is required.

Die Verwendung von thermischen Energiespeichern (oft auch als Wärmespeicher bezeichnet) ist heute bereits in solarthermischen Kraftwerken Stand der Technik. Dabei erfolgt das Laden der thermischen Energiespeicher mit Solarenergie primär fluidgebunden (z.B. mittels Thermoöl). Dieses Konzept ist im Allgemeinen auf Speicherkraftwerke übertragbar, wobei das Laden des thermischen Energiespeichers auch durch elektrische Energie oder andere fluidgebundene Wärmeströme (z.B. Abwärme von Industrieprozessen) erfolgen kann. Als Abwärme wird dabei überschüssige Wärme (beispielsweise aus einem Industrieprozess) bezeichnet, die ansonsten ungenutzt in die Umgebung geleitet wird.The use of thermal energy storage (often also referred to as heat storage) is already state of the art in solar thermal power plants. The charging of the thermal energy storage with solar energy is primarily fluid-bound (e.g. using thermal oil). This concept can generally be transferred to storage power plants, whereby the thermal energy storage can also be charged using electrical energy or other fluid-bound heat flows (e.g. waste heat from industrial processes). Waste heat is excess heat (e.g. from an industrial process) that would otherwise be released into the environment unused.

Je nach Art der Energieströme beim Laden und der Ausführung des thermischen Energiespeichers variiert die maximale Betriebstemperatur des thermischen Energiespeichers. Die (Rück- )verstromung der gespeicherten Energie erfolgt mittels einer generatorgebundenen Dampfturbine in einem Wasser-Dampfkreislauf. Die Temperatur des thermischen Energiespeichers beeinflusst somit die Fluidtemperatur des Wasser-Dampfkreislaufs. Der Einsatz der Dampfturbine erfordert minimale Fluidparameter am Turbineneintritt (Minimaltemperatur in Abhängigkeit des Drucks) unterhalb derer ein Betrieb auf Grund einer zu hohen Nässe im Expansionsverlauf nicht möglich ist. Ein Betrieb oberhalb der minimalen Fluidparameter (Temperaturerhöhung oder kombinierte Temperatur- und Druckerhöhung) ist in gewissen Grenzen (bis zum Erreichen der maximalen Fluidparameter) möglich und kann zu einem erhöhten Kreislaufwirkungsgrad führen.The maximum operating temperature of the thermal energy store varies depending on the type of energy flows during charging and the design of the thermal energy store. The (re)conversion of the stored energy takes place by means of a generator-bound steam turbine in a water-steam circuit. The temperature of the thermal energy store thus influences the fluid temperature of the water-steam circuit. The use of the steam turbine requires minimum fluid parameters at the turbine inlet (minimum temperature depending on the pressure) below which operation is not possible due to excessive wetness in the expansion process. Operation above the minimum fluid parameters (temperature increase or combined temperature and pressure increase) is possible within certain limits (until the maximum fluid parameters are reached) and can lead to increased circuit efficiency.

Ein Problem thermischer Energiespeicher im Allgemeinen ist allerdings der Wärmeverlust an die Umgebung, der zu einem Verlust an gespeicherter Energie führt. Aus diesem Grund lassen sich thermische Energiespeicher derzeit nicht als Langzeitspeicher einsetzen. Für die Langzeitspeicherung eignen sich chemische Energiespeicher besser als thermische Energiespeicher, dabei kann beispielsweise überschüssige elektrische Energie zur Erzeugung von Wasserstoff mittels Elektrolyse genutzt werden. Zur Rückverstromung kann der Wasserstoff in einem wasserstoffgefeuerten GuD-Kraftwerk verbrannt werden. Chemischen Energiespeichern haben allerdings den Nachteil höherer Stromgestehungskosten. Folglich birgt die Aufwertung von thermischen Energiespeichern zu Langzeitspeichern ein großes wirtschaftliches Potential.A problem with thermal energy storage in general, however, is the loss of heat to the environment, which leads to a loss of stored energy. For this reason, thermal energy storage devices cannot currently be used as long-term storage devices. Chemical energy storage is more suitable for long-term storage than thermal energy storage. For example, excess electrical energy can be used to generate hydrogen using electrolysis. To convert it back into electricity, the hydrogen can be burned in a hydrogen-fired combined cycle power plant. However, chemical energy storage has the disadvantage of higher electricity generation costs. Consequently, the upgrading of thermal energy storage to long-term storage has great economic potential.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Speicherkraftwerk mit verbesserter Speichertechnologie bereit zu stellen. Des Weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren zum Laden und Entladen der Energiespeicher eines solchen Speicherkraftwerks aufzuzeigen.The object of the present invention is to provide a storage power plant with improved storage technology. Furthermore, it is the object of the present invention to indicate methods for charging and discharging the energy stores of such a storage power plant.

Die Aufgabe wird hinsichtlich des Speicherkraftwerks durch die Merkmale des Patentanspruchs 1, hinsichtlich des Verfahrens zum Laden der Energiespeicher nach den Merkmalen des Patentanspruchs 5 und hinsichtlich des Verfahrens zum Entladen der Energiespeicher nach den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst.The object is achieved with regard to the storage power plant by the features of patent claim 1, with regard to the method for charging the energy storage device according to the features of patent claim 5 and with regard to the method for discharging the energy storage device according to the features of patent claim 6.

Weitere Vorteile der Erfindung, die einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantages of the invention, which can be used individually or in combination with one another, are the subject matter of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Speicherkraftwerk umfassend wenigstens einen Wasser-Dampfkreislauf, wobei der Wasser-Dampfkreislauf wenigstens eine Dampfturbine mit einem in Wirkverbindung mit der Dampfturbine stehenden Generator, sowie zwei Energiespeicher umfasst. Die Energiespeicher sind derart angeordnet und ausgebildet, dass Sie zur Erzeugung von Dampf mit definierten Dampfparametern, Energie an das im Wasser-Dampfkreislauf strömende H2O abgeben können. H2O, nachfolgend auch als Arbeitsmedium des Wasser-Dampfkreislauf bezeichnet, steht dabei allgemein für Wasser in unterschiedlichen Aggregatzuständen (flüssig, dampfförmig). Der erzeugbare Dampf ist in der Dampfturbine entspannbar, wobei eine bei der Entspannung des Dampfes entstehende Rotationsenergie zum Antreiben des Generators nutzbar ist.
Der erster Energiespeicher ist als thermischer Energiespeicher und der zweiter Energiespeicher als chemischer Energiespeicher ausgebildet. Der chemische Energiespeicher ist mittels elektrischer Energie aufladbar und umfasst einen Elektrolyseur zur Zerlegung von Wasser aus dem Wasser-Dampfkreislauf, in Wasserstoff und Sauerstoff und jeweils einen ersten Speicher zum Speichern des Wasserstoffs und einen zweiten Speicher zum Speichern des Sauerstoffs. Des Weiteren umfasst der Wasser-Dampfkreislauf einen Dampferzeuger zur internen Verbrennung des Wasserstoffs mit dem Sauerstoff, wobei der Dampferzeuger einen Anschluss aufweist, über den, dem im Dampferzeuger erzeugbaren Dampf, H2O zur Dampfkonditionierung, zuführbar ist.The storage power plant according to the invention comprises at least one water-steam circuit, the water-steam circuit comprising at least one steam turbine with a generator that is operatively connected to the steam turbine, and two energy stores. The energy stores are arranged and designed in such a way that they can deliver energy to the H 2 O flowing in the water-steam circuit in order to generate steam with defined steam parameters. H2O, also referred to below as the working medium of the water-steam cycle, generally stands for water in different states of aggregation (liquid, vapor). The steam that can be generated can be expanded in the steam turbine, with rotational energy produced during the expansion of the steam being usable for driving the generator.
The first energy store is in the form of a thermal energy store and the second energy store is in the form of a chemical energy store. The chemical energy store can be charged using electrical energy and includes an electrolyzer for separating water from the water-steam circuit into hydrogen and oxygen and a first store for storing the hydrogen and a second store for storing the oxygen. Furthermore, the water-steam circuit includes a steam generator for the internal combustion of the hydrogen with the oxygen, the steam generator having a connection via the steam that can be generated in the steam generator, H 2 O for steam conditioning, can be supplied.

Der zur internen Verbrennung eingesetzte Dampferzeuger wird nachfolgend als Clean Steam Generator kurz CSG bezeichnet. Der CSG erzeugt durch eine druckbeaufschlagt interne Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff Wasserdampf. Dieser primär erzeugte Wasserdampf wird durch Zugabe von H2O konditioniert. Dieser konditionierte Wasserdampf wird im Folgenden als CSG-Dampf bezeichnet. Bei der Konditionierung können chemische Reaktionen ablaufen.The steam generator used for internal combustion is hereinafter referred to as Clean Steam Generator, CSG for short. The CSG produces water vapor through pressurized internal combustion of hydrogen and oxygen. This primarily generated water vapor is conditioned by the addition of H 2 O. This conditioned water vapor is referred to below as CSG vapor. Chemical reactions can take place during conditioning.

Das erfindungsgemäße Speicherkraftwerk vereint damit die Vorteile des thermischen Energiespeichers mit denen des chemischen Energiespeichers. Thermische Energiespeicher verlieren über die Zeit nach und nach ihre gespeicherte Energie durch Wärmeverluste, jedoch können Wasserstoff und Sauerstoff mit geringen zeitabhängigen Verlusten gespeichert werden, was diese Stoffe zu einem geeigneten Speichermedium für Langzeitenergiespeicher macht (chemische Energiespeicher, power to H2 & O2)• Durch das Kombinieren der Vorteile von thermischer und chemischer Energiespeicherung kann das erfindungsgemäße Speicherkraftwerk eine entscheidende Rolle in Stromnetzen mit hohem Anteil volatiler Stromquellen (erneuerbare Energien) spielen. Während des Standardfalls werden die Energiespeicher (thermischer Energiespeicher, chemischer Energiespeicher) als Kurz- und Mittelzeitspeicher eingesetzt. In diesem Fall bietet der chemische Energiespeicher einige Vorteile hinsichtlich der Betriebsflexibilität, z.B. durch CSG-Dampfeinspeisung zwecks Betriebsdauerverlängerung oder zwecks Regelleistung (weitere vorteilhafte Betriebsregime möglich). Jedoch liegt der Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Speicherkraftwerks in dem seltenen Ereignis von längerfristiger Stromunterproduktion im Netz (z.B. Dunkelflaute, längerer Zeitraum ohne Sonnenschein und Wind). Auf Grund der geringen zeitabhängigen Verluste des chemischen Energiespeichers kann die eingespeicherte Energie auch nach langer Stillstandszeit zuverlässig entladen werden, wodurch das Speicherkraftwerk auch in diesem Fall eine planbare Mindestenergie liefert. Daher kann das erfindungsgemäße Speicherkraftwerk im Gegensatz zu rein thermischen Speicherkraftwerken auch zur Langzeitspeicherung eingesetzt werden. Jedoch sind die Stromgestehungskosten in dem erfindungsgemäßen Speicherkraftwerk niedriger als bei einem Speicherkraftwerk mit rein chemischem Energiespeicher. Durch das gezielte Anpassen des jeweiligen Anteils der beiden Speicherprinzipien (thermisch und chemisch) kann ein individuell optimiertes Speicherkraftwerk erreicht werden.The storage power plant according to the invention thus combines the advantages of thermal energy storage with those of chemical energy storage. Thermal energy storage gradually loses its stored energy over time through heat losses, but hydrogen and oxygen can be stored with low time-dependent losses, which makes these substances a suitable storage medium for long-term energy storage (chemical energy storage, power to H 2 & O 2 )• By combining the advantages of thermal and chemical energy storage, the storage power plant according to the invention can play a decisive role in power grids with a high proportion of volatile power sources (renewable energies). During the standard case, the energy stores (thermal energy stores, chemical energy stores) are used as short and medium-term stores. In this case, the chemical energy store offers some advantages in terms of operating flexibility, for example by feeding in CSG steam for the purpose of extending the service life or for the purpose of control power (other advantageous operating regimes are possible). However, the main advantage of the storage power plant according to the invention lies in the rare event of longer-term underproduction of electricity in the grid (eg dark doldrums, longer periods without sunshine and wind). Due to the low time-dependent losses of the chemical energy store, the stored energy can be reliably discharged even after long downtimes, which means that the storage power plant also supplies a minimum amount of energy that can be planned in this case. Therefore, in contrast to purely thermal storage power plants, the storage power plant according to the invention can also be used for long-term storage. However, the electricity generation costs in the storage power plant according to the invention are lower than in a storage power plant with purely chemical energy storage. An individually optimized storage power plant can be achieved by specifically adjusting the respective proportion of the two storage principles (thermal and chemical).

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Speicherkraftwerks zeichnet sich dadurch aus, dass der Wasser-Dampfkreislauf als geschlossener Kreislauf ausgebildet ist. Hierdurch eignet sich das Speicherkraftwerk insbesondere für einen Betrieb in Regionen in denen Wasser eine knappe Ressource ist. Das Wasser, welches für die Elektrolyse benötigt wird, wird dem Kondensat des Wasser-Dampf-Kreislaufs entnommen (Massenbilanz ist geschlossen auf Grund der internen Verbrennung des erzeugten Wasserstoffs und Sauerstoffs im CSG). Dieser geschlossene Kreislauf ist ein wesentlicher Unterschied zu anderen Systemen, z.B. Speicherkraftwerken basierend auf einer Gasturbine, welche mit Wasserstoff aus der Elektrolyse gefeuert wird. Dort geht das Wasser über den Kamin verloren, was zu einem erheblichen Wasserverbrauch führt.An embodiment of the storage power plant according to the invention is characterized in that the water-steam circuit is designed as a closed circuit. This makes the storage power plant particularly suitable for operation in regions where water is a scarce resource. The water required for the electrolysis is taken from the condensate of the water-steam circuit (mass balance is closed due to the internal combustion of the hydrogen and oxygen produced in the CSG). This closed circuit is an essential difference to other systems, e.g. storage power plants based on a gas turbine, which is fired with hydrogen from the electrolysis. There, the water is lost through the chimney, which leads to a significant water consumption.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der thermische Energiespeicher einen Anschluss zum Zuführen von fluidgebundener Wärme aufweist. Hierdurch ist es möglich, den thermischen Energiespeicher zusätzlich oder alternativ (zum elektrischen Laden) mittels eines Fluids aufzuladen. Dies kann beispielsweise ein Thermoöl sein, welche über ein solarthermisches Kraftwerk erwärmt wird und/oder durch Abwärme aus Industrieprozessen. Eine mögliche Temperaturdifferenz des Arbeitsmediums zwischen Austritt des thermischen Energiespeichers und den Zielparametern am Eintritt in die Dampfturbine wird durch Zumischen von CSG-Dampf ausgeglichen.A further embodiment of the invention provides that the thermal energy store has a connection for supplying fluid-bound heat. This makes it possible to additionally or alternatively charge the thermal energy store (for electrical charging) by means of a fluid. This can be, for example, thermal oil that is heated by a solar thermal power plant and/or by waste heat from industrial processes. A possible temperature difference of the working medium between the outlet of the thermal energy store and the target parameters at the inlet to the steam turbine is compensated for by admixing CSG steam.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Anschluss am CSG mit dem Kondensator und/oder dem thermischen Energiespeicher in Wirkverbindung steht. Je nachdem von wo der Anschluss / die Anschlüsse zum CSG abzweigt kann Wasser und/oder Wasserdampf in den CSG eingesprüht werden und somit die Dampfparameter des CSG-Dampfs eingestellt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass man das vom Kondensator abgeführte Wasser zunächst einem Vorwärmer zuführt und das erwärmte Wasser anschließend dem CSG zuführt. Der Vorwärmer kann beispiels-weise mittels Zwischendampfentnahme aus der Dampfturbine betrieben werden.A further embodiment of the invention provides that the connection on the CSG is operatively connected to the capacitor and/or the thermal energy store. Depending on where the connection/connections to the CSG branches off, water and/or water vapor can be sprayed into the CSG and the vapor parameters of the CSG vapor can thus be adjusted. Another possibility is that the water discharged from the condenser is first fed to a preheater and the heated water is then fed to the CSG. The preheater can be operated, for example, by means of intermediate steam extraction from the steam turbine.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Laden der Energiespeicher eines Speicherkraftwerks nach einem der vorherigen Ansprüche, zeichnet sich durch die nachfolgenden Verfahrensschritte aus:

  • - Erwärmen des thermischen Energiespeichers mittels elektrischen Stroms und/oder fluidgebundener Wärme und/oder
  • - Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff durch Beaufschlagung des Elektrolyseurs mit elektrischem Strom und Speichern des Wasserstoffs im ersten Speicher und des Sauerstoffs im zweiten Speicher.
The method according to the invention for charging the energy store of a storage power plant according to one of the preceding claims is characterized by the following method steps:
  • - Heating of the thermal energy store by means of electricity and/or fluid-bound heat and/or
  • - Separation of water into hydrogen and oxygen by charging the electrolyser with electricity and storage the hydrogen in the first store and the oxygen in the second store.

Das Laden der Energiespeicher erfolgt im Allgemeinen und bevorzugt zu Zeiten, in denen ein Überangebot elektrischer Energie vorliegt. Ein Teil der elektrischen Energie wird dazu verwendet, den thermischen Energiespeicher aufzuheizen (power to heat). Alternativ (oder zusätzlich) kann die Energie über fluidgebundene Wärme, beispielsweise mittels Abwärmeeinbringung, in den thermischen Energiespeicher eingebracht werden. Ein weiterer Teil der elektrischen Energie wird im chemischen Energiespeicher gespeichert. Dazu wird mittels Elektrolyse Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt und anschließend in Speichern (z.B. Drucktanks) gelagert. Wie groß der jeweilige Anteil der elektrischen Energie zum Laden des jeweiligen Energiespeichers ist, kann, auch während des Ladevorgangs, variieren, wobei möglichst eine kundenoptimierte Lösung mit niedrigen Stromgestehungs-kosten anzustreben ist.
Die oben genannten Anteile der elektrischen Energie, die zum Laden des jeweiligen Energiespeichers genutzt wird, können unabhängig voneinander auch Null sein.
Das Wasser, welches dem Elektrolyseur zugeführt wird, wird bevorzugt dem Wasser-Dampfkreislauf entnommen. Hierdurch ergibt sich ein geschlossener Kreislauf, wodurch das Verfahren ohne nennenswerten Wasserverbrauch betrieben werden kann (lediglich eine geringe Wassermenge zum Ausgleich von Leckagen ist ggf. notwendig) und das Verfahren insbesondere für den Einsatz in trockenen Regionen befähigt.
Das Wasser, welches für die Elektrolyse benötigt wird, wird dabei aus dem Kondensat des Wasser-Dampf-Kreislaufs zurückgewonnen (Massenbilanz ist geschlossen auf Grund der internen Verbrennung des erzeugten Wasserstoffs und Sauerstoffs im CSG). Dieser geschlossene Kreislauf ist ein wesentlicher Unterschied zu bekannten Verfahren.The energy stores are generally and preferably charged at times when there is an oversupply of electrical energy. Part of the electrical energy is used to heat up the thermal energy store (power to heat). Alternatively (or additionally), the energy can be introduced into the thermal energy store via fluid-bound heat, for example by means of waste heat introduction. Another part of the electrical energy is stored in the chemical energy store. For this purpose, water is broken down into hydrogen and oxygen by means of electrolysis and then stored in reservoirs (e.g. pressure tanks). How large the respective proportion of electrical energy is for charging the respective energy store can vary, even during the charging process, whereby a customer-optimized solution with low electricity generation costs should be aimed for.
The above-mentioned proportions of the electrical energy that is used to charge the respective energy store can also be zero, independently of one another.
The water that is fed to the electrolyzer is preferably taken from the water-steam circuit. This results in a closed cycle, whereby the process can be operated without significant water consumption (only a small amount of water may be necessary to compensate for leaks) and makes the process particularly suitable for use in dry regions.
The water required for the electrolysis is recovered from the condensate of the water-steam cycle (mass balance is closed due to the internal combustion of the hydrogen and oxygen produced in the CSG). This closed circuit is an essential difference to known processes.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Entladen der Energiespeicher eines Speicherkraftwerks nach einem der Ansprüche 1 bis 4, zeichnet sich durch die nachfolgenden Verfahrensschritte aus:

  • - Übertragen von Wärmeenergie vom thermischen Energiespeicher an das im Wasser-Dampfkreislauf strömende Arbeitsmedium, um eine Temperaturerhöhung und/oder einen Phasenwechsel (Verdampfen) des Arbeitsmediums herbeizuführen, und/oder
  • - Zuführen von Wasserstoff und Sauerstoff aus dem jeweiligen Speicher zum Dampferzeuger und Verbrennen des Wasserstoffs mit dem Sauerstoff im Dampferzeuger
  • - nachfolgende und/oder gleichzeitige Konditionierung des im Dampferzeuger erzeugten CSG-Dampfs durch Hinzufügen von Arbeitsmedium, welches dem Wasser-Dampfkreislauf entnommen wird, wobei das Arbeitsmedium flüssiger und/oder dampfförmig vorliegen kann,
  • - Entspannen des im Wasser-Dampfkreislauf strömenden Dampfs in der Dampfturbine,
  • - Erzeugung elektrischen Stroms mittels des Generators.
The method according to the invention for discharging the energy store of a storage power plant according to one of claims 1 to 4 is characterized by the following method steps:
  • - Transfer of thermal energy from the thermal energy store to the working medium flowing in the water-steam circuit in order to bring about a temperature increase and/or a phase change (evaporation) of the working medium, and/or
  • - Supplying hydrogen and oxygen from the respective storage to the steam generator and burning the hydrogen with the oxygen in the steam generator
  • - Subsequent and/or simultaneous conditioning of the CSG vapor generated in the steam generator by adding working medium which is taken from the water-steam circuit, the working medium being able to be present in liquid and/or vapor form,
  • - Expansion of the steam flowing in the water-steam cycle in the steam turbine,
  • - Production of electric current by means of the generator.

Beim Entladevorgang wird Wärmeenergie vom thermischen Energiespeicher an das Arbeitsmedium im Wasser-Dampfkreislauf übertragen, um eine Temperaturerhöhung und/oder Phasenwechsel (Verdampfen) herbeizuführen. Gleichzeitig, nachfolgend oder alternativ wird Wasserstoff und Sauerstoff aus dem jeweiligen Speicher (Sauerstoffspeicher/Wasserstoffspeicher) dem CSG zugeführt und im CSG verbrannt. Zur Konditionierung des bei der Verbrennung entstehenden Dampfes wird zusätzlich Arbeitsmedium in den CSG eingespritzt. Das Arbeitsmedium wird primär dem Wasser-Dampfkreislauf entnommen und kann durch regenerative Vorwärmung bzw. durch den thermischen Energiespeicher vorgewärmt werden.During the discharging process, thermal energy is transferred from the thermal energy store to the working medium in the water-steam circuit in order to bring about a temperature increase and/or phase change (evaporation). At the same time, subsequently or alternatively, hydrogen and oxygen from the respective storage device (oxygen storage device/hydrogen storage device) are supplied to the CSG and burned in the CSG. Working medium is also injected into the CSG to condition the vapor produced during combustion. The working medium is primarily taken from the water-steam circuit and can be preheated by regenerative preheating or by the thermal energy store.

Eine mögliche Temperaturdifferenz des Arbeitsmedium zwischen Austritt des thermischen Energiespeichers und den Zielparametern am Eintritt in die Dampfturbine wird durch Zumischen von CSG-Dampf ausgeglichen. Die Betriebsweise (Aufteilung von Energieflüssen und Temperaturniveaus zwischen thermischen Energiespeicher und chemischen Energiespeicher) sowie der Ort der Dampfeinspeisung hängen von der jeweiligen Anwendung ab.A possible temperature difference of the working medium between the outlet of the thermal energy store and the target parameters at the inlet to the steam turbine is compensated for by admixing CSG steam. The mode of operation (division of energy flows and temperature levels between thermal energy storage and chemical energy storage) and the location of the steam feed depend on the respective application.

Auf Grund der vorliegenden Erfindung können daher auch thermische Energiespeicher mit Temperaturniveaus unterhalb der Zieltemperatur am Dampfturbineneintritt mittels konventionellen Wasser-Dampfkreisläufen zur Rückverstromung eingesetzt werden. Es werden dabei keine weiteren Energiequellen benötigt, was zu einer höheren Nettostromerzeugung und Autarkie führt.On the basis of the present invention, thermal energy stores with temperature levels below the target temperature at the steam turbine inlet can therefore also be used for reconversion using conventional water-steam circuits. No other energy sources are required, resulting in higher net electricity generation and self-sufficiency.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Entladen der Energiespeicher eines Speicherkraftwerks zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest ein Teil des im Wasser-Dampfkreislauf strömenden Arbeitsmediums vor, innerhalb, oder am Austritt der Dampfturbine entnommen wird und das entnommene Arbeitsmedium als Prozessdampf und/oder Warmwasser beispielsweise für Fernwärmeversorgung zur Verfügung gestellt wird.
Durch die Warmwasser-/Zwischendampfentnahme kann das Speicherkraftwerk noch flexibler betrieben werden. Das Warmwasser/Dampf kann dabei auch unmittelbar aus dem thermischen Energiespeicher entnommen werden.One embodiment of the method according to the invention for discharging the energy stores of a storage power plant is characterized in that at least part of the working medium flowing in the water-steam circuit is removed before, inside or at the outlet of the steam turbine and the working medium removed is used as process steam and/or hot water, for example for District heating supply is provided.
The storage power plant can be operated even more flexibly thanks to the hot water/intermediate steam extraction. The hot water/steam can also be taken directly from the thermal energy store.

Weitere Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

  • - 1: Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Speicherkraftwerks;
  • - 2: Ein erster Betriebsmodus des in 1 gezeigten Speicherkraftwerks, bei dem die Bereitstellung des Dampfes zum Betreiben der Dampfturbine durch Entladen beider Energiespeicher und Konditionierung des CSG-Dampfs mittels Kondensats, sowie ein nachfolgendes Vermischen des CSG-Dampfs mit dem Arbeitsmedium, welches vom thermischen Energiespeicher erhitzt/verdampft wird, erfolgt;
  • - 3: Ein zweiter Betriebsmodus des in 1 gezeigten Speicherkraftwerks, bei dem die Bereitstellung des Dampfes zum Betreiben der Dampfturbine durch Entladen des chemischen Energiespeichers und Konditionierung des CSG-Dampfs mittels Kondensats, sowie ein nachfolgendes Vermischen des CSG-Dampfs mit Kondensat, erfolgt;
  • - 4: Ein dritter Betriebsmodus des in 1 gezeigten Speicherkraftwerks, bei dem die Bereitstellung des Dampfes zum Betreiben der Dampfturbine durch Entladen beider Energiespeicher und Konditionierung des CSG-Dampfs mittels Arbeitsmedium vom thermischen Energiespeicher, sowie ein nachfolgendes Vermischen des CSG-Dampfs mit dem Arbeitsmedium, welches vom thermischen Energiespeicher erhitzt/verdampft wird, erfolgt;
  • - 5: Ein vierter Betriebsmodus des in 1 gezeigten Speicherkraftwerks, bei dem die Bereitstellung des Dampfes zum Betreiben der Dampfturbine durch Entladen des chemischen Energiespeichers und Konditionierung des CSG-Dampfs mittels Arbeitsmediums vom thermischen Energiespeicher erfolgt;
  • - 6: Ein fünfter Betriebsmodus des in 1 gezeigten Speicherkraftwerks, bei dem die Bereitstellung des Dampfes zum Betreiben der Dampfturbine durch Entladen des chemischen Energiespeichers und Konditionierung des CSG-Dampfs mittels Kondensats erfolgt.
Further advantages of the invention are explained below using exemplary embodiments. It shows:
  • - 1 : An embodiment of a storage power plant according to the invention;
  • - 2 : A first operating mode of the in 1 storage power plant shown, in which the steam for operating the steam turbine is provided by discharging both energy storage devices and conditioning the CSG vapor by means of condensate, as well as subsequent mixing of the CSG vapor with the working medium, which is heated/evaporated by the thermal energy storage device;
  • - 3 : A second operating mode of the in 1 storage power plant shown, in which the steam for operating the steam turbine is provided by discharging the chemical energy store and conditioning the CSG steam by means of condensate, and subsequent mixing of the CSG steam with condensate;
  • - 4 : A third operating mode of the in 1 storage power plant shown, in which the steam for operating the steam turbine is provided by discharging both energy storage devices and conditioning the CSG vapor using the working medium from the thermal energy storage device, and subsequent mixing of the CSG vapor with the working medium, which is heated/evaporated by the thermal energy storage device, he follows;
  • - 5 : A fourth operating mode of the in 1 Storage power plant shown, in which the steam for operating the steam turbine is provided by discharging the chemical energy store and conditioning the CSG steam by means of the working medium from the thermal energy store;
  • - 6 : A fifth mode of operation of the in 1 storage power plant shown, in which the steam for operating the steam turbine is provided by discharging the chemical energy store and conditioning the CSG steam using condensate.

Die Figuren zeigen jeweils nur eine schematische, vereinfachte und nicht maßstabsgerechte Darstellung des Speicherkraftwerks. Gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile sind figurübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The figures each only show a schematic, simplified representation of the storage power plant that is not true to scale. Components that are the same or have the same function are provided with the same reference symbols across the figures.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Speicherkraftwerks. Das Speicherkraftwerk weist einen Wasser-Dampfkreislauf 1 auf, der mit H2O als Arbeitsmedium betrieben wird. Das Arbeitsmedium kann dabei örtlich sowie je nach Betriebsweise in flüssiger Form und/oder als Wasserdampf vorliegen. Der Wasser-Dampfkreislauf 1 umfasst einen thermischen Energiespeicher 4 sowie einen chemischen Energiespeicher 5. Die beiden Energiespeicher 4, 5 sind dabei strömungstechnisch parallelen zueinander in den Wasser-Dampfkreislauf 1 eingebunden. Der thermische Energiespeiche 4 kann mittels elektrischen Energie 13 (power to heat) oder alternativ (oder zusätzlich) mittels fluidgebundene Wärme 11, beispielsweise durch Abwärmeeinbringung, geladen werde. Der chemische Energiespeicher 5 ist mittels elektrischer Energie 13 aufladbar und umfasst einen Elektrolyseur 6 zur Zerlegung von Wasser aus dem Wasser-Dampfkreislauf 1, in Wasserstoff und Sauerstoff sowie einen ersten Speicher 7 zum Speichern des Wasserstoffs und einen zweiten Speicher 8 zum Speichern des Sauerstoffs. Des Weiteren umfasst der Wasser-Dampfkreislauf 1 einen CSG 9 zur internen Verbrennung des Wasserstoffs mit dem Sauerstoff, wobei der CSG einen Anschluss 10 aufweist, über den, dem im CSG erzeugbaren Dampf, Arbeitsmedium zur Dampfkonditionierung, zuführbar ist.
Beim Entladen der Energiespeicher 4, 5 geben die Energiespeicher 4, 5 Energie an das Arbeitsmedium des Wasser-Dampfkreislaus 1 ab und erwärmen und/oder verdampfen dadurch das Arbeitsmedium. Der dabei entstehende Wasserdampf kann nachfolgend in der Dampfturbine 2 entspannt werden. Die Dampfturbine 2 treibt ihrerseits einen Generator 3 an, welcher elektrischen Strom erzeugt und diesen in ein elektrisches Netz einspeisen oder an einen elektrischen Verbraucher weiterleiten kann. Der die Dampfturbine 2 verlassende Dampf wird in einem Kondensator 14 kondensiert und das Kondensat in einem Tank 12 gesammelt. Von dort wird das Kondensat mit Hilfe einer Pumpe 15 erneut zu den Energiespeichern 4, 5, gefördert und von diesen erwärmt bzw. verdampft. Der Wasser-Dampfkreislauf 1 ist somit ein geschlossener Kreislauf, bei dem kein Arbeitsmedium verloren geht (außer möglichen Leckageverlusten). Dieser geschlossene Kreislauf ist ein wesentlicher Unterschied zu anderen Systemen, z.B. Speicherkraftwerken basierend auf einer Gasturbine, welche mit Wasserstoff aus der Elektrolyse gefeuert wird. Dort geht das Wasser über den Kamin verloren, was zu einem erheblichen Wasserverbrauch führt. Für eine flexible Betriebsweise des Speicherkraftwerks umfasst der Wasser-Dampfkreislauf 1 ein Leitungssystem, welches mit mehreren Ventilen 16 ausgestattet ist und dadurch das separate Entladen eines oder das parallele Entladen beider Energiespeicher 4, 5 ermöglicht. Darüber hinaus ermöglich ein solchermaßen ausgebildetes Leitungssystem eine flexible Beimischung von Arbeitsmedium (Kondensat, erhitztes und/oder verdampftes Wasser von thermischen Energiespeicher) zum CSG 9 und damit eine entsprechende Konditionierung des CSG-Dampfs. Zum Vermischen des CSG-Dampfs mit dem Kondensat vom Kondensator oder dem durch den thermischen Speicher 4 erhitzten und/oder verdampften Arbeitsmedium weist der Wasser-Dampfkreislauf 1 einen Mischer 17 auf. Der Mischer 17 ist bevorzugt als Regelorgan ausgebildet, so dass die jeweiligen Teilmassenströme eingestellt und die Dampfparameter des der Dampfturbine 2 zugeführten Dampf exakt eingestellt werden können. Der Wasser-Dampfkreislauf 1 verfügt des Weiteren über mindestens eine Zwischendampfentnahme 18, über die Prozessdampf mit definierten Dampfparametern entnommen und einen nachfolgenden Prozess zugeführt werden kann. Außerdem ist eine Entnahme aus dem Wärmespeicher vorgesehen, über die Warmwasser und/oder Dampf, beispielsweise für Fernwärme bereitgestellt werden kann. Bei einer Entnahme von Wasser bzw. Dampf muss dem Wasser-Dampfkreislauf 1 der entnommene Massenstrom wieder zugeführt werden. 1 shows an embodiment of a storage power plant according to the invention. The storage power plant has a water-steam circuit 1, which is operated with H 2 O as the working medium. The working medium can be present in liquid form and/or as water vapor locally and depending on the mode of operation. The water-steam circuit 1 comprises a thermal energy store 4 and a chemical energy store 5. The two energy stores 4, 5 are integrated into the water-steam circuit 1 parallel to one another in terms of flow. The thermal energy storage device 4 can be charged using electrical energy 13 (power to heat) or alternatively (or additionally) using fluid-bound heat 11, for example by introducing waste heat. The chemical energy store 5 can be charged using electrical energy 13 and includes an electrolyzer 6 for separating water from the water-steam circuit 1 into hydrogen and oxygen, as well as a first store 7 for storing the hydrogen and a second store 8 for storing the oxygen. Furthermore, the water-steam circuit 1 includes a CSG 9 for internal combustion of the hydrogen with the oxygen, the CSG having a connection 10 via which the steam, working medium for steam conditioning, that can be generated in the CSG can be fed.
When the energy stores 4, 5 are discharged, the energy stores 4, 5 transfer energy to the working medium of the water-steam circuit 1 and heat and/or vaporize the working medium as a result. The resulting water vapor can then be expanded in the steam turbine 2 . The steam turbine 2 in turn drives a generator 3, which generates electricity and can feed it into an electrical network or forward it to an electrical consumer. The steam leaving the steam turbine 2 is condensed in a condenser 14 and the condensate is collected in a tank 12 . From there, the condensate is conveyed again to the energy stores 4, 5 with the aid of a pump 15 and is heated or evaporated by them. The water-steam circuit 1 is thus a closed circuit in which no working medium is lost (apart from possible leakage losses). This closed cycle is a major difference to other systems, such as storage power plants based on a gas turbine, which is fired with hydrogen from the electrolysis. There, the water is lost through the chimney, which leads to a significant water consumption. For a flexible mode of operation of the storage power plant, the water-steam circuit 1 includes a line system which is equipped with several valves 16 and thereby enables the separate discharge of one or the parallel discharge of both energy storage devices 4, 5. In addition, a line system designed in this way enables a flexible admixture of working medium (condensate, heated and/or evaporated water from thermal energy storage) to the CSG 9 and thus a corresponding conditioning of the CSG vapor. To mix the CSG vapor with the condensate from the condenser or the working medium heated and/or evaporated by the thermal accumulator 4 , the water-steam circuit 1 has a mixer 17 . The mixer 17 is preferably designed as a control element, so that the respective partial mass flows can be set and the steam parameters of the steam fed to the steam turbine 2 can be set exactly. The water-steam circuit 1 also has at least one intermediate steam extraction 18, via which process steam with defined steam parameters can be extracted and fed to a subsequent process. In addition, a withdrawal from the heat accumulator is provided, via which hot water and/or steam can be provided, for example for district heating. When water or steam is removed, the water-steam cycle 1 has to be fed back with the removed mass flow.

Das Laden der beiden Energiespeicher 4, 5 mittels elektrischer Energie (der thermische Speicher 4 kann wie oben beschrieben zusätzlich oder alternativ mittels fluidgebundene
Wärme 11 geladen werden) erfolgt im Allgemeinen und bevorzugt zu Zeiten, in denen ein Überangebot elektrischer Energie vorliegt. Ob zunächst der thermische Energiespeicher 4, der chemische Energiespeicher 5 oder beide Energiespeicher gleichzeitig mittels elektrischer Energie geladen werden ist vom jeweiligen Einzelfall abhängig und kann, auch während des Ladevorgangs variieren, wobei möglichst eine kundenoptimierte Lösung mit niedrigen Stromgestehungskosten anzustreben ist. Üblicherweise liegt die Priorität zunächst beim Laden des als Kurzzeitspeicher verwendete thermische Energiespeicher 4 und nur wenn genügend elektrische Energie vorhanden ist wird der als Langzeitspeicher vorgesehene chemische Energiespeicher 5 geladen. Zum Laden des chemischen Energiespeichers wird mittels Elektrolyse Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt und anschließend in den Speichern 7, 8 gelagert. Das Wasser wird dabei dem Tank 19 entnommen, welcher über den Tank 12 mit Kondensat gespeist wird. Der Tank 12 und/oder 19 kann zusätzlich einen Anschluss aufweisen über den ein möglicher Leckagestrom ausgeglichen werden kann.The charging of the two energy stores 4, 5 by means of electrical energy (the thermal store 4 can, as described above, additionally or alternatively by means of fluid-bound
Heat 11 are charged) is generally and preferably at times when there is an oversupply of electrical energy. Whether the thermal energy store 4, the chemical energy store 5 or both energy stores are charged at the same time using electrical energy depends on the individual case and can also vary during the charging process, whereby a customer-optimized solution with low electricity generation costs should be sought. The priority is usually first to charge the thermal energy store 4 used as a short-term store, and the chemical energy store 5 provided as a long-term store is only charged if there is sufficient electrical energy. To charge the chemical energy store, water is broken down into hydrogen and oxygen by means of electrolysis and then stored in the stores 7, 8. The water is taken from the tank 19 which is fed with condensate via the tank 12 . The tank 12 and/or 19 can additionally have a connection via which a possible leakage flow can be compensated.

Das Entladen der Energiespeicher und die Rückverstromung der gespeicherten Energie kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Nachfolgend werden verschieden Betriebsmodi anhand der 2 bis 6 beschrieben. Die Ausführungsbeispiele stellen dabei keine abschließende Aufzählung aller möglichen Betriebsmodi da, weitere Betriebsmodi sind möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.The energy stores can be discharged and the stored energy converted back into electricity in different ways. Various operating modes are described below using the 2 until 6 described. The exemplary embodiments do not represent an exhaustive enumeration of all possible operating modes; further operating modes are possible without departing from the scope of the present invention.

Zur Effizienzsteigerung der Rückverstromung können in Abweichung zu den Abbildungen mehrere Maßnahmen getroffen werden. Beispielsweise kann die Temperatur des zur Konditionierung des CSG-Dampfs verwendeten Arbeitsmediums durch regenerative Wasservorwärmung erhöht werden.In contrast to the illustrations, several measures can be taken to increase the efficiency of reconversion. For example, the temperature of the working medium used to condition the CSG vapor can be increased by regenerative water preheating.

Zur einfacheren Nachvollziebarkeit der Funktionsweise werden in den nachfolgenden Figuren jeweils nur die Leitungen dargestellt, welche für den jeweiligen Betriebsmodus notwendig sind, die Figuren beziehen sich aber grundsätzlich auf das in 1 dargestellte Speicherkraftwerk.In order to make the functionality easier to understand, the following figures only show the lines that are necessary for the respective operating mode, but the figures basically refer to the in 1 storage power plant shown.

2 zeigt das erfindungsgemäße Speicherkraftwerk in einem ersten Betriebsmodus. In diesem Betriebsmodus erfolgt die Bereitstellung des Dampfes zur Rückverstromung der gespeicherten Energie durch das Entladen beider Energiespeicher 4, 5 und Konditionierung des CSG-Dampfs mittels Kondensats, sowie ein nachfolgendes Vermischen des CSG-Dampfs mit dem Teil des Arbeitsmediums, welches vom thermischen Energiespeicher 4 erhitzt/verdampft wird.
Zunächst wir ein Teil des Arbeitsmediums (Kondensat) aus dem Tank 12 mit Hilfe der Pumpe 15 zum thermischen Energiespeicher 4 gefördert. Im thermischen Energiespeicher 4 wird die gespeicherte thermische Energie an das Arbeitsmedium abgegeben, wodurch das Arbeitsmedium erhitzt wird und je nachdem wie hoch das Temperaturniveau des thermischen Energiespeichers 4 ist, verdampft und ggf. überhitzt. Gleichzeitig wird die im chemischen Energiespeicher 5 gespeicherte Energie durch die interne Verbrennung des aus dem ersten Tank 7 entnommenen Wasserstoff mit dem aus dem zweiten Tank 8 entnommen Sauerstoff im CSG 9 in Wärmeenergie umgewandelt. Durch zumischen von Arbeitsmedium, welches dem Tank 12 entnommen wird und über den Anschluss 10 dem CSG 9 zugeführt wird, kann der im CSG 9 entstehende Dampf konditioniert werden. Anschließend wird der vom thermischen Energiespeicher 4 kommende Teil des Arbeitsmediums und der vom CSG 9 kommende Teil des Arbeitsmedium im Mischer 17 gemischt. Dabei wird der Mischer 17 so betrieben, dass das Arbeitsmedium Dampfparameter aufweist, die eine Entspannung des Arbeitsmediums in der Dampfturbine 2 erlauben. Die Rückverstromung der gespeicherten Energie erfolgt nachfolgend durch den von der Dampfturbine 2 angetrieben Generator 3. 2 shows the storage power plant according to the invention in a first operating mode. In this operating mode, the steam for converting the stored energy back into electricity is provided by discharging both energy stores 4, 5 and conditioning the CSG vapor by means of condensate, as well as subsequent mixing of the CSG vapor with that part of the working medium which is heated by the thermal energy store 4 /is vaporized.
First, we conveyed part of the working medium (condensate) from the tank 12 to the thermal energy store 4 with the aid of the pump 15 . In the thermal energy store 4, the stored thermal energy is released to the working medium, as a result of which the working medium is heated and, depending on how high the temperature level of the thermal energy store 4 is, evaporates and possibly overheats. At the same time, the energy stored in the chemical energy store 5 is converted into heat energy in the CSG 9 by the internal combustion of the hydrogen taken from the first tank 7 with the oxygen taken from the second tank 8 . The vapor produced in the CSG 9 can be conditioned by mixing in working medium which is taken from the tank 12 and fed to the CSG 9 via the connection 10 . The part of the working medium coming from the thermal energy store 4 and the part of the working medium coming from the CSG 9 are then mixed in the mixer 17 . The mixer 17 is operated in such a way that the working medium has steam parameters that allow the working medium to expand in the steam turbine 2 . The stored energy is then converted back into electricity by the generator 3 driven by the steam turbine 2.

3 zeigt das erfindungsgemäße Speicherkraftwerk in einem zweiten Betriebsmodus. In diesem Betriebsmodus erfolgt die Bereitstellung des Dampfes zur Rückverstromung der gespeicherten Energie durch das Entladen des chemischen Energiespeichers 5 und Konditionierung des CSG-Dampfs mittels Kondensats aus dem Tank 12, welches dem CSG 9 über den Anschluss 10 zugeführt wird. Der konditionierte CSG-Dampf wird anschließend im Mischer 17 zusätzlich mit einem Teil des Arbeitsmedium, welches ebenfalls dem Tank 12 entnommen wird, gemischt, wodurch die Dampfparameter so eingestellt werden können, dass Sie für die Entspannung in der Dampfturbine 2 optimiert sind. Die Rückverstromung der gespeicherten Energie erfolgt nachfolgend durch den von der Dampfturbine 2 angetrieben Generator 3. Dies Betriebsweise eignet sich besonders für eine Dunkelflaute, in der bereits der als Kurzzeitspeicher eingesetzte thermische Energiespeicher 4 vollständig entladen ist. 3 shows the storage power plant according to the invention in a second operating mode. In this operating mode, the steam for converting the stored energy back into electricity is provided by discharging the chemical energy store 5 and conditioning the CSG steam using condensate from the tank 12 , which is fed to the CSG 9 via the connection 10 . The conditioned CSG vapor is then added to the mixer 17 with a part of Working medium, which is also removed from the tank 12, mixed, whereby the steam parameters can be adjusted so that they are optimized for relaxation in the steam turbine 2. The stored energy is then converted back into electricity by the generator 3 driven by the steam turbine 2. This mode of operation is particularly suitable for a dark period in which the thermal energy store 4 used as a short-term store is already completely discharged.

4 zeigt das erfindungsgemäße Speicherkraftwerk in einem weiteren Betriebsmodus. In diesem Betriebsmodus erfolgt die Bereitstellung des Dampfes zur Rückverstromung der gespeicherten Energie durch Entladen beider Energiespeicher 4, 5. Die Konditionierung des CSG-Dampfs erfolgt durch einen ersten Teilmassenstrom des Arbeitsmittels, welches dem thermischen Energiespeicher 4 zugeführt und beim Durchströmen des thermischen Energiespeichers 4 erhitzt bzw. verdampft. Die Zuführung zum CSG 9 erfolgt über den am CSG 9 angeordneten Anschluss 10. Der zweite den thermischen Energiespeicher 4 durchströmende Teilmassenstrom wird dem Mischer 17 zugeführt und vermischt sich dort mit dem CSG-Dampf. Über die Einstellung des Mischers 17, bzw. das Mischungsverhältnis können die Dampfparameter des der Dampfturbine 3 zugeführten Dampf eingestellt werden Die Rückverstromung der gespeicherten Energie erfolgt nachfolgend durch den von der Dampfturbine 2 angetrieben Generator 3. Die Betriebsweise eignet sich insbesondere dann, wenn die Wärmeenergie des thermischen Speichers 4 nicht ausreicht, um das Arbeitsmedium zu verdampfen oder die benötigten Dampfparameter erreicht. 4 shows the storage power plant according to the invention in a further operating mode. In this operating mode, the vapor is made available for converting the stored energy back into electricity by discharging both energy stores 4, 5. The CSG vapor is conditioned by a first partial mass flow of the working medium, which is fed to the thermal energy store 4 and heated or cooled as it flows through the thermal energy store 4 .vaporized. The supply to the CSG 9 takes place via the connection 10 arranged on the CSG 9. The second partial mass flow flowing through the thermal energy store 4 is supplied to the mixer 17 and mixes there with the CSG vapor. The steam parameters of the steam fed to the steam turbine 3 can be set by adjusting the mixer 17 or the mixing ratio. The stored energy is then converted back into electricity by the generator 3 driven by the steam turbine 2. This mode of operation is particularly suitable if the thermal energy of the thermal memory 4 is not sufficient to evaporate the working medium or the required steam parameters are reached.

5 zeigt das erfindungsgemäße Speicherkraftwerk in einem weiteren Betriebsmodus. In diesem Betriebsmodus erfolgt die Bereitstellung des Dampfes zur Rückverstromung der gespeicherten Energie durch Entladen der beiden Energiespeicher 4, 5. Der gesamte Teilmassenstrom des Arbeitsmediums, welcher dem thermischen Energiespeicher 4 zugeführt und dort erhitzt bzw. verdampf wird, wird anschließend über den Anschluss 10 zur Konditionierung des CSG-Dampfs in CSG 9 eingeleitet. Somit liegt im CSG 9 der Gesamtmassenstrom des Arbeitsmediums an und der den CSG 9 verlassen Dampf kann unmittelbar ohne einen Mischer der Dampfturbine 3 zugeführt und über den Generator 3 rückverstromt werden. Eine solche Betriebsweise eignet sich beispielsweise dann, wenn der thermische Energiespeicher nur (noch) eine geringe Wärmekapazität aufweist und dadurch nur geringe Massenströme des Arbeitsmediums erwärmt/verdampft werden können. 5 shows the storage power plant according to the invention in a further operating mode. In this operating mode, the steam for the reconversion of the stored energy is provided by discharging the two energy stores 4, 5. The entire partial mass flow of the working medium, which is fed to the thermal energy store 4 and heated or vaporized there, is then fed via the connection 10 for conditioning of the CSG vapor into CSG 9. The total mass flow of the working medium is therefore present in the CSG 9 and the steam leaving the CSG 9 can be fed directly to the steam turbine 3 without a mixer and converted back into electricity via the generator 3 . Such a mode of operation is suitable, for example, when the thermal energy store only (still) has a low thermal capacity and as a result only small mass flows of the working medium can be heated/evaporated.

6 zeigt das erfindungsgemäße Speicherkraftwerk in einem weiteren Betriebsmodus. In diesem Betriebsmodus erfolgt die Bereitstellung des Dampfes zur Rückverstromung der gespeicherten Energie durch Entladen des chemischen Energiespeichers 5. Die Konditionierung des CSG-Dampfs erfolgt, in dem, dem CSG 9 über den Anschluss 10 Kondensat zugeführt wird, welches dem Tank 12 oder dem nachgeschalteten, zum chemischen Energiespeicher 5 gehörenden Tank 20, entnommen wird. Eine
solche Betriebsweise wird bevorzugt in Zeit von Dunkelflauten genutzt, wenn der thermische Energiespeicher, welcher vorwiegend als Kurzzeitspeicher Anwendung findet, bereits vollständig entladen ist. Der chemische Energiespeicher 5 kann dann
für eine Verlängerung der Betriebszeit des Speicherkraftwerks sorgen.
Zusammenfassend lässt sich somit festhalten, dass das erfindungsgemäße Speicherkraftwerk durch Kombination eines thermischen Energiespeichers und eines chemischen Energiespeichers niedrige Stromgestehungskosten bzw. Rückverstromungskosten bewirkt.
Der chemische Energiespeicher eignet sich auch für die langfristige Speicherung von Energie, was beispielsweise in Stromnetzen mit hohem Anteil volatiler Stromquellen (erneuerbare Energien) für die Stromproduktion während Dunkelflauten förderlich ist.
Durch die Kombination von chemischen und thermischen Energiespeichern erweitert sich das Portfolio einsetzbarer thermischer Energiespeicher, was ein Vorteil für den Kunden sein kann (effiziente und kostenoptimierte Lösung). So können beispielsweise auch thermische Energiespeicher mit Temperaturniveaus unterhalb der geforderten Dampfturbineneintrittstemperatur eingesetzt werden. In diesem Fall wird die Temperaturdifferenz durch das Zumischen von CSG-Dampf ausgeglichen.
Bei einem Speicherkraftwerk ohne Dampfentnahme kann der Wasser-Dampfkreislauf als geschlossenes System ausgebildet werden. Abgesehen vom Ausgleich systembedingter Wasserverluste (z.B. Leckagen) ist keine externe Wasserzufuhr notwendig. Somit ist das Speicherkraft auch für Regionen mit Wassermangel geeignet. 6 shows the storage power plant according to the invention in a further operating mode. In this operating mode, the vapor is provided for converting the stored energy back into electricity by discharging the chemical energy store 5. The conditioning of the CSG vapor takes place in that the CSG 9 is supplied with condensate via the connection 10, which condensate is fed to the tank 12 or the downstream tank 20 belonging to the chemical energy store 5 is removed. One
Such an operating mode is preferably used in times of dark doldrums when the thermal energy store, which is mainly used as a short-term store, is already completely discharged. The chemical energy store 5 can then
ensure an extension of the operating time of the storage power plant.
In summary, it can thus be stated that the storage power plant according to the invention brings about low electricity production costs or reconversion costs through the combination of a thermal energy store and a chemical energy store.
Chemical energy storage is also suitable for the long-term storage of energy, which is beneficial, for example, in power grids with a high proportion of volatile power sources (renewable energies) for power production during dark periods.
The combination of chemical and thermal energy storage expands the portfolio of thermal energy storage that can be used, which can be an advantage for the customer (efficient and cost-optimized solution). For example, thermal energy stores with temperature levels below the required steam turbine inlet temperature can also be used. In this case, the temperature difference is compensated for by adding CSG vapor.
In a storage power plant without steam extraction, the water-steam circuit can be designed as a closed system. Apart from compensating for system-related water losses (e.g. leaks), no external water supply is required. Thus, the storage power is also suitable for regions with water shortages.

Die Betriebsweise, d.h. die Aufteilung der Energieflüsse und der Temperaturniveaus zwischen dem thermischen Speicher und dem chemischen Speicher sowie der Ort der CSG-Dampfeinspeisung können je nach Anwendungsfall und Betriebsweise des Speicherkraftwerks variieren. Hierdurch lassen sich die Stromgestehungskosten niedrig halten und der Autarkiegrad erhöhen. Falls eine Temperaturdifferenz des Arbeitsmedium zwischen Austritt des thermischen Speichers und den Zielparametern am Eintritt in die Dampfturbine auftritt, wird diese durch Zumischen von CSG-Dampf ausgeglichen.
An der Dampfturbine kann eine oder mehrere Zwischendampfentnahmen vorgesehen werden. Die Zwischendampfentnahmen ermöglichen eine Entnahme von Dampf entlang der Expansionstrecke mit definierten Dampfparametern. Zusätzlich oder alternativ kann Wasser und/oder Dampf aus dem thermischen Speicher entnommen werden. Das entnommene Arbeitsmedium kann beispielsweise als Prozessdampf oder für die Fernwärme genutzt werden. Erfolgt eine Zwischendampfentnahme und/ oder Entnahme aus dem thermischen Speicher, muss der entnommene Massenstrom dem Wasser-Dampfkreislauf entsprechend wieder zugeführt werden.The mode of operation, ie the distribution of the energy flows and the temperature levels between the thermal storage and the chemical storage as well as the location of the CSG steam feed can vary depending on the application and mode of operation of the storage power plant. This keeps the electricity production costs low and increases the degree of self-sufficiency. If there is a temperature difference in the working medium between the outlet of the thermal store and the target parameters at the inlet to the steam turbine, this is compensated for by admixing CSG steam.
One or more intermediate steam extractions can be provided at the steam turbine. the Intermediate steam extraction allows steam to be extracted along the expansion section with defined steam parameters. Additionally or alternatively, water and/or steam can be taken from the thermal store. The extracted working medium can be used, for example, as process steam or for district heating. If there is intermediate steam extraction and/or extraction from the thermal storage tank, the extracted mass flow must be fed back into the water-steam circuit accordingly.

Claims (7)

Speicherkraftwerk, umfassend wenigstens einen Wasser-Dampfkreislauf (1), wobei der Wasser-Dampfkreislauf (1) wenigstens eine Dampfturbine (2) mit einem in Wirkverbindung mit der Dampfturbine (2) stehenden Generator, (3) sowie zwei Energiespeicher (4, 5) umfasst, wobei die Energiespeicher (4, 5), derart angeordnet und ausgebildet sind, dass Sie zur Erzeugung von Dampf mit definierten Dampfparametern, Energie an das im Wasser-Dampfkreislauf (1) strömende Arbeitsmedium abgeben können, wobei der erzeugbare Dampf in der Dampfturbine (2) entspannbar ist, und wobei eine bei der Entspannung des Dampfes entstehende Rotationsenergie zum Antreiben des Generators (3) nutzbar ist, wobei ein erster Energiespeicher (4) als thermischer Energiespeicher und ein zweiter Energiespeicher (5) als chemischer Energiespeicher ausgebildet ist, und wobei der chemische Energiespeicher (5) mittels elektrischer Energie aufladbar ist, und wobei der chemische Energiespeicher (5) einen Elektrolyseur (6) zur Zerlegung von Wasser aus dem Wasser-Dampfkreislauf, in Wasserstoff und Sauerstoff und wenigstens jeweils einen ersten Speicher (7) zum Speichern des Wasserstoffs und einen zweiten Speicher (8) zum Speichern des Sauerstoffs umfasst und wobei der chemische Energiespeicher (5) des Weiteren einen Dampferzeuger (CSG) (9) zur internen Verbrennung des Wasserstoffs mit dem Sauerstoff umfasst und der Dampferzeuger (9) einen Anschluss (10) aufweist, über den, dem im Dampferzeuger erzeugbaren Dampf (CSG-Dampf), Arbeitsmedium zur Dampfkonditionierung, zuführbar ist.Storage power plant, comprising at least one water-steam circuit (1), the water-steam circuit (1) having at least one steam turbine (2) with a generator (3) operatively connected to the steam turbine (2) and two energy stores (4, 5) includes, wherein the energy stores (4, 5) are arranged and designed in such a way that they can deliver energy to the working medium flowing in the water-steam cycle (1) in order to generate steam with defined steam parameters, the steam that can be generated in the steam turbine (2) can be expanded, and wherein a rotational energy produced during the expansion of the steam can be used to drive the generator (3), A first energy store (4) is designed as a thermal energy store and a second energy store (5) is designed as a chemical energy store, and the chemical energy store (5) can be charged using electrical energy, and the chemical energy store (5) has an electrolyzer (6) for separating water from the water-steam cycle into hydrogen and oxygen and at least one first storage device (7) for storing the hydrogen and one second storage device (8) for storing the oxygen, and wherein the chemical energy storage device (5) also has a Steam generator (CSG) (9) for internal combustion of the hydrogen with the oxygen and the steam generator (9) has a connection (10) via which the steam (CSG steam), working medium for steam conditioning, that can be generated in the steam generator can be fed. Speicherkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasser-Dampfkreislauf (1) als geschlossener Kreislauf ausgebildet ist.storage power plant claim 1 , characterized in that the water-steam circuit (1) is designed as a closed circuit. Speicherkraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Speicher (4) einen Anschluss (11) zum Zuführen von fluidgebundener Wärme aufweist.storage power plant claim 1 or 2 , characterized in that the thermal storage (4) has a connection (11) for supplying fluid-bound heat. Speicherkraftwerk nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (10) am Dampferzeuger mit einem Kondensator (12) welcher stromabwärts der Dampfturbine (2) und/oder dem thermischen Energiespeicher (4) in Wirkverbindung steht.Storage power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the connection (10) on the steam generator is operatively connected to a condenser (12) which is downstream of the steam turbine (2) and/or the thermal energy store (4). Verfahren zum Laden der Energiespeicher (4, 5) eines Speicherkraftwerks nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Verfahrensschritte: - Erwärmen des thermischen Energiespeichers (4) mittels elektrischen Stroms und/oder fluidgebundener Wärme und/oder - Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff durch Beaufschlagung des Elektrolyseurs (6) mit elektrischem Strom und Speichern des Wasserstoffs im ersten Speicher (7) und des Sauerstoffs im zweiten Speicher (8).Method for charging the energy store (4, 5) of a storage power plant according to one of the preceding claims, characterized by the following method steps: - heating the thermal energy store (4) by means of electricity and/or fluid-bound heat and/or - breaking down water into hydrogen and Oxygen by charging the electrolyzer (6) with electricity and storing the hydrogen in the first store (7) and the oxygen in the second store (8). Verfahren zum Entladen der Energiespeicher (4, 5) eines Speicherkraftwerks nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Verfahrensschritte: - Übertragen von Wärmeenergie vom thermischen Energiespeicher (4) an das im Wasser-Dampfkreislauf (1) strömende Arbeitsmedium, um eine Temperaturerhöhung und/oder einen Phasenwechsel (Verdampfen)des Arbeitsmediums herbeizuführen, und/oder - Zuführen von Wasserstoff und Sauerstoff aus dem jeweiligen Speicher (7, 8) zum Dampferzeuger (9) und Verbrennen des Wasserstoffs mit dem Sauerstoff im Dampferzeuger (9) - nachfolgende und/oder gleichzeitige Konditionierung des im Dampferzeuger (9) erzeugten (CSG-)Dampfs durch Hinzufügen von Arbeitsmedium welches dem Wasser-Dampfkreislauf (1) entnommen wird, - Entspannen des im Wasser-Dampfkreislauf (1) strömenden Dampfs in der Dampfturbine (2) - Erzeugung elektrischen Stroms mittels des Generators (3).Method for discharging the energy storage (4, 5) of a storage power plant according to one of Claims 1 until 4 , characterized by the following method steps: - transfer of thermal energy from the thermal energy store (4) to the working medium flowing in the water-steam circuit (1) in order to bring about a temperature increase and/or a phase change (evaporation) of the working medium, and/or - supplying Hydrogen and oxygen from the respective storage (7, 8) to the steam generator (9) and combustion of the hydrogen with the oxygen in the steam generator (9) - subsequent and/or simultaneous conditioning of the (CSG) steam generated in the steam generator (9) by adding of working medium which is taken from the water-steam circuit (1), - expansion of the steam flowing in the water-steam circuit (1) in the steam turbine (2) - generation of electrical current by means of the generator (3). Verfahren zum Entladen der Energiespeicher (4, 5) eines Speicherkraftwerks nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des im Wasser-Dampfkreislauf (1) strömenden Arbeitsmediums in Strömungsrichtung vor, innerhalb, oder am Austritt der Dampfturbine (2) entnommen wird und das ntnommene Arbeitsmedium als Prozessdampf und/oder Warmwasser, beispielsweise für die Fernwärmeversorgung, zur Verfügung gestellt wird.Method for discharging the energy storage (4, 5) of a storage power plant claim 6 , characterized in that at least part of the working medium flowing in the water-steam cycle (1) is removed in the direction of flow before, inside or at the outlet of the steam turbine (2) and the working medium removed as process steam and/or hot water, for example for the district heating supply, is made available.
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