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Einrichtung zur Entwicklung, Speicherung und Rückgabe von aus Elektro-Energie
stammender Wärme-Energie Die Brtindung bezieht sich auf die Aufgabe, die Produktionsmittel,
insbesondere mit Wärme-Energie betriebener Kraftwerke, trotz über den Tageaablauf
hin stark schwankenden Elektro-Energie-Bedarfs des Verbrauchernetzes, weitgehend
gleichmäßig belastet zu betreiben und dadurch die Wirtschaftlichkeit der Kraftwerke
zu steigern. Sie betrifft insbesondere eine Einrichtung zur Entwicklung, @peicherung
und Rückgabe von aus Elektro-Energie stammender Wärme-Energie.
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Es ist bekannt, einem mit Kohle und/oaer Öl und/oder Gas betriebenen
Kraftwerk ein Wasser-Kraftwerk anzugliedern und die Cesamtanlage so zu betreiben,
daß in Energiebedarfs-Tälern des Verbrauohernetzes mit dem Wärme-Kraftwerk neben
dem jeweiligen Bedarf zusätzlich Elektro-Energie erzeugt und die zusätzliche Energie
dazu benutzt wird, Wasser in ein hochgelegenes Becken zu pumpen, wohingegen in Zeiten
sehr hohen Elektro-Energiebedarfs mit dem gespeicherten Wasser durch Wasserturbinen
in entsprechenden Generatorse Elektro-Energie erzeugt wird, die zusätzlich zu der
vom Wärme-Kraftwerk unnittelbar abgegebenen Elektro-Energie in das Yerbrauchernets
gespeist wird Eine dorartige Ergänzung ist indcssen örtlich beschränkt auf Cegenden
und Bodenverhältni@se, wclche die Anlage hochgelegener Speicherseen zulassen.
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Ferner ist es bekannt, Kraftwerke so zu betreiben, daß in Zeiten von
Bolastungstälern, insbesondere während der Nachtzeit, neben den jeweiligen Bedarf
des Verbrauchernetzes zusätzliche Elektro-Energie erseugt und als sogenannter Xachtctron
zu verbilligten Preisen an bein Konsumenten cretellte, olcktrisch
beheizte
@asserspeicher geliefert wird, deren Heißwasser die Konsumenten auch tahrend der
Ubrigen Tageszeit verbrauchen können. Anstelle solcher Wasser-Wärmespeicher sind
auch Wärmespeicher in Cebrauch, in denen mit Nachtstrom Steine aufgeheizt werden
und die derart gespeicherte Värme während der übrigen Tageszeit den Steinen durch
einen sie bespülenden, von einem Ventilator gelieferten Luftstrom entzogen wird,
der mit Temperaturen um etwa 30 °C als Luftheizung unmittelbar an zu beheizende
Räume abgegeben wird.
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Auch solche Kombinationen bzw. Ergänzungen bezwecken, die Wirtschaftlichkeit
der Dampf-Kraftwerke zu steigern, welche dadurch beeinträohtigt wird, daß der Wirkungegrad
ihrer Anlageteile, wie ihrer Peuerungen, Dampfkessel und zugehörigen nrichtungen,
bei herabgesetztem Anstrengungegrad bzw. herabgesetzten Leistungen sich stark verringert,
weil ohne jene Ergänzungen einem verringertem Energiebedarf nur durch Herabsetzung
der Leiatungen ihrer Anlageteile. z. ß. durch verringerte Brennstoffzufuhr zu den
Feuerungen oder durch Außerbetriebsetzung von Anlageteilen, gefolgt werden kann,
die Anlage teile aber trotzdem beheizt werden, um sie schnell wicder in Betrieb
setzen zu können. Gleiche oder ähnliche Verhältisae liegen auch vor bei Dampfkraftanlagen,
die mit der Wärme von Kernspaltanlagen betrieben werden und/oder Kraftanlagen, bei
donen Heißluft als Antriebamittel ihrer Turbinen bzw. Generatoren dient.
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Als weiteres Mittel zur Steigerung der wirtschaftlichkeit von Kraftwerken
dient nach der Erfindung eine Einrichtung zur Erzeugung, Speicherung und Rüokgabe
von aus Elektro-Energie stammender Wärme-Energie, bei der ein mit Elektro-Heizkörpern
und Speichermassen ausgestatteter Speicher in den Zufluß von Casen zu einen Wärmenustauscher
ge@chaltet ist, der von den On sen im Speicher aufgenommene Wärme-Energie on ein
anderes, wärmetragendes Medium abgibt. Hierbei kommt als vom Speicher
an
den Wärmeaustauscher übertragendes Gas z. ß. Luft in Betracht una als Wärmeaustauscher
z. ß. ein Dampferzeuger, der den Dampf an eine Dampfturbine liefert, welche einen
Elektro-Generator antreibt. Anstelle des Dampferzeugers und der Dampfturbine könnten
auch ein Drucklufterhitzer bzw. eine Druckluftturbine treten. Der Generator gibt
seine erzeugte Elektro-Energie an das Verbrauchernetz ab. Dabei ist auch die hier
abgegebene Elektro-Energie gewissermaßen ursprünglich im Kraftwerk erzeugt worden
und wird von der neuen Einrichtung nur in zeitlicher Verschiebung an das Netz ausgeliefert.
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Die von der Einrichtung Jeweils zu liefernde Elektro-Energie kann
durch Verstärkung bzw. Verringerung der Menge und/oder der Temperatur des durch
den Speicher und Wärmeaustauscher geführten Cases dem Bedarf des Verbrauchernetzes
angepaßt werden, welchen das Kraftwerk wecken soll.
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Auch kommt fUr die Regelung die Anwendung mehrerer, im Jtrom des Gases
parallel angeordneter und Je für sich aus dem Strom des Cases abschaltbarer Wärmespeicher
und/oder Wärmeaustausoher in Betracht, um Jeweils eins oder mehrere dieser Anlageteile
mit den fUr den Wärmeübergang günstigsten Geschwindigkeiten des Gases zu betreiben.
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Die Aumtattung des Wärmespeichers erfolgt vorteilhafterweise derart,
daß da. Gas stets an oin und derselben Stelle aus dem Wärmespeicher abgeführt wird
und diese Stelle stets im Bereich höchster Temperatur der Speichermasse liegt. Zu
diesem Zweck sollte der Speicher in mehrere vom Gas nacheinander durohströmte Zonen
aufgeteilt sein, die Zonen unabhängig voneinander beheizbar ein und so beheizt werden,
daß die voa Gas suletzt beaufschlagte Zone stets die heißeste ist.
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Die neue Einrichtung stellt somit eine vorteilhafte Erganzung von
Kraftwerken dar, zumal bei ihr im Kraftwerk bereits übliche
Anlageteile,
wie Dampf- bzw. Luft-Kessel, Dampf- bzw. Luft-Turbinen und Ventilatoron angewendet
eind, deren Betrieb und Wartung dem Kraftwerkspersonal bereits bekannt iet und die
mit in Eraftwerken bereits üblichen Regel- und Steuer-Einrichtungen auesestattet,
bequem in automatische Steuerungen des Kraftwerkes einbezogen worden können. Sie
zeichnet sich auch dadurch besonders aus, daß sie heißes Gas mit Temperaturen um
900 °C zu liefern vermag und daher nur einen verhältnismäßig geringen Aufwand für
die Heizflächen des nachgeschalteten Wärmeaustauschers erfordert.
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Lie neue Einrichtung ist indessen nicht auf ihre Anwendung innerhalb
eines Kraftwerke beschränkt. Sie kann stattdessen auch an anderen, Wärme benötigenden
Orten zur Aufstellung gelangen und dort mit dem von ihr gelieferten heißen Gas Rohrechlangen
oder andere Heizflächen z. ß. eines Heißwasser- oder eines Dampf-Erzeugers beheizen,
die ihrerseits der Beheizung von Heizkörpern von Gebäudeheizungen dienen. sie kann
daher als Heizung mit verbilligtem Nachtatrom angewendet werden, wobei ihr speicher
während der Zeiten der Belastungstäler des Kraftwerke mit @ektro-Energie aufgeheizt
wird und während der übrigen Tageszeit seine gespeicherte Wärme-Energie an die Gebäudeheizung
abgibt, Natürlich kann eie auch während der Nacht bzw. des Aufheizens Wärme an die
Cebäudeheizung liaern. Sie ist daher auch geeignet, bei bereits vornandenen Cebäudeheizungen
o. dgl. deren bisherige Feuerungen zu ersetzen und damit deren Belästigungen durch
Rauch und deren Schwierigkeiten in der Beschaffung und Laerung des Brennstoffes
sowio der AbtUhrung von Asche eu beseitigen.
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Die Erfindung ist mit weiteren Einzelheiten in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigen die Fig. 1 in schematischer Darstellung ein aus vier Kraftwerksblöcken
bestehendes Kraftwerk;
Fig. 2 eine Einrichtung zur Entwicklung,
Speicherung und Rückgabe von aus Elektro-Enërgie stammender Wärme-Energie und Fig.
3 in schematischer Darstellung eine Speicher-Einrichtung, deren Wärme zur Beheizung
einer Warmwasser-Gebäudeheizung dient.
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Die Kraftwerkablöcke nach der Fig. 1 enthalten, wie üblich, einen
irgendwie beheizten Dampferzeuger 1, der über eine Leitung 2 eine Dampfturbine 3
mit Dampf versorgt. Das aus der Turbine zurückgewonnene Kondensat fließt durch die
Leitung 4 der Speisepumpe 5 zu, welche es durch aie Leitung 6 in den Dampferzeuger
zurücktreibt. Mit der Turbine ist ein Generator 7 gekuppelt, der die in ihm erzeugte
Elektro-Energie an das 9;u irgendwelchen Verbrauchern führende leitungenetz 8 abgibt.
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Beispielsweise zur Ergänzung des Kraftwerks ist an das Leitungsnetz
die in Fig. 2 dargestellte Einrichtung angeschlossen. Sie besitzt einen Bpeicher
9, bei dem in einem gasdichten Gehäuse 10 keramische und/oder metallische Platten
oder Blöcke 11 so nebeneinander und aufeinander geschichtet sind, daß sie zwischeneinander
s. B. parallel zur Bildflache verlaufende Gassen bilden, in denen elektrische Heizstabe
12 untergebracht sind.
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durch Rippen oder Vertiefungen können die Platten 11 in ihrer Oberflache
vergrößert sein. Vorteilhaft werden die Heizetäbe auch so angeordnet und ausgebildet,
daß sie durch verschließbare öfftunaen im Gehäuse hindurch ausgewechselt werden
können.
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Die Heizstäbe sind schließlich auch noch so ausgebildet, daß sie mit
den zugehörenden Platten II Speicherzonen 9 a - 9 d bilden, wobei die Heizstäbe
so zusammengefaßt sind, daß sie zonenweise an das Leitungsnetz des Kraftwerke und
durch Schaltor 13 a - 13 d von ihm absohaltbar angoschlossen sind. Jede Speicherzone
ist mit einen Temperaturfühler bzw. Temperaturanzeiger 14 auzgentattet.
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In einem gasdichten Cehäuse 15 sind von Wasser durchflossene Rohrschlangen
16 eines mit zwangsweisem Durchfluß des Kesselwassers betricbenen Dampferzeugers
untergebracht, die wasserseitig unten an ein Wasser-Vertsilerrohr 17 und oben an
eine Dampfsammel- bzw. Wasserstands-Trommel 18 angeschlossen sind.
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Vom Dampfraum der Trommel zweigen Rohrechlangen 19 ab, die ebenfalls
im Cehäuse 15 angeordnet sind und durchströmenden Dampf in ein Sammelrohr 20 leiten.
Die Cehäuse 10 und 15 sowie der Kanal 21 sind miteinander gasdicht verbunden. Unten
ist das Cehäus 15 an den axialen Stutzen eines vorzugsweise in seiner Drehzahl regelbaren
Vontilators 22 angeschlossen, dessen Ausstcßstutzen 23 in einen Verteilerkanal 24
mündet, von dem Abzweige 25 in den Speicher 9 führen. Die Gehäuse 10 und 15 sowie
der Kanal 21 und der Verteiler 24 mit scinen Abzweigen 25 sind mit einer wärmedämmenden
Isolierschicht 26 auagekleidet.
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Zur Aufladung des Speichers wird den Heisstä@en 12 Elektrc-Energie
des Kraftwerks während Zeiten geringer Stromontnahme dus dem Verteilernetz zugeführt,
wobei aie aie Elektro-Energie in Wärme-Energie umsetzen und an die Speicherplatten
11 abstrahlen bzw. ableiten. Zur Entladung des Speichers, also in Zeiten sehr großer
Energie-Entnahme aus dem Verbrauchernctz, treibt der Ventilator 22 im Speicher 9,
im Kanal 21 und im Cehause 15 stehende Luft in Kreislauf, wobei sich die Luft an
den Platten 11 erhitzt und die aufgenommene Wämme an die Rohrschlangen 19 und 16
bzw. Heizflächen des Dampferzeugerm überträgt, bevor sie durch den Ventilator bzw.
die Kanäle 24 und 25 in den Speicher zurückgetrioben wird. Der in den Rohrschlangen
16 erzsugte und in den tohrschlangen 19 überhitste Dampf strömt durch eine Leitung
2 der Dampfturbine 3 zu und kehrt als Kondensat durch die Leitung 4, die Kesselpumpe
5 sowie die Leitung 6 und das Verteilcrrohr 17 in die Rohrschlangen 16 zu ern@ater
Verdampfung zurüok.
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Die Turbine 3 treibt den Stromerzeuger 7 an, der die derart zurückgewonnene
Elektro-Energie an das Verbrauchernetz 8 ab-Gibt. Die Zonen 9 a - 9 d können, wie
gezeigt, im gasstrom übereinander liegend ungeordnet werden. Es ist ihre Anordnung
jedoch auch in liegender Bauweise bw. in einem liegend verlaufenden Gasstrom möglich.
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Die Aufheizung des Speichers 9 erfolgt zweckmäßig derart, daß anfangs
und gegebenenfalls besonders stark die Speicherzone 9 a auf maximale Temperatur
und dann erst die e übrigen speicherzonen aufgeheizt werden, so daß die bei der
Speicher-Entladung umgepumpte Luft auch noch gegen Ende der Entladung mit gleichmä@ig
hoher Temperatur den Speicher verläßt bzw. den Dampfüberhitzer und Dampfkeseel beheizt.
Die Entnahme von Wärme aus dem Speicher kann durch schnelleren bzw. langsameren
Umlauf des Ventilators verändert bzw. geregelt werden und/oder durch Drosselung
des Luftumlaufs, beispielsweise Lit einem heb- und senkbaren Drosselschieber 27
in dem Kanal 21 oder ähnlichen Drosselorganen in der Leitung 23 oder den Kanälen
24 und 25. Mit Hilfe solcher Drosselorgane kann zu Zeiten der Aufheizung des Speichers
der Speicher gegen den Dampfkessel hin abgesperrt werden und damit ein selbsttätiger
Thermo-Syphon-Umlauf der Luft verhindert werden, der sich durch das Übergewicht
der swischen den Rohrschlangen bereits abgekühlten Luftsaule gegen das geringere
Gewicht der im Speicher erhitzten Luftsäule einstellen Kann. Andererseits kann ein
schwacher Thermo-@yphon-Umlauf der Luft bei Aufheizung oder bereits vollendeter
Aufheizung zugelassen werden, um während dieser Zeiten den Wärmeaustauscher warm
zu halten. Mit Hilfe von Drosselorganen ist es auch möglich, den Speicher in mehrere,
im Luftstrom parallel geschaltete Speicherzellen aufzuteilen, die im Betrieb zeitlich
nsoheinander an den Wärmeaustauscher angeschlossen werden. Die Rohrachlangen 16
könnten auch Heizfläche eines mit zwangsweisem Wasserumlauf betriebenen Dampferzeugers
sein, oder es könnten anstelle der Roh@schlangen 16 Verdampferrohre eines mit Natur
umlauf
des Kesselwassers betriebenen Dampferzeugers in dem Gehäuse 15 angeordnet sein.
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)ie Anwendung der Speichereinrichtung ist sowohl in unmittelbarer
Nachbarschaft des Kraftwerks als dessen Ergänzung möglich, aber auch anderenorts,
z. @. bei an das Verbrauchernetz angeschlossenen Verbrauchern, aio beispielsweise
verbilligten Nachtstrom des Kraftwerks zu speichern und tagsüber zur Erzeugung von
eigener Elektro-Energie zu nutzen wünschen. Bei Verbrauchern kommt die Anwendung
der Speichereinrichtung auch für Zwecke der Raum- oder Gebäude-Beheizung in Betracht
und zwar in der reise, daß, wie in Fig. 3 gezeigt, der Speicher 9 mit einem Ventilator
22 gaaeitig mit einem Warmwasser-Kessel 23 vereinigt wird, beispielsweise indem
das im Speicher erhitzte 'Z'as durch die Rauchrohre 29 eines Rauchröhren-Kessels
geführt wird, dessen Wasserr@um 30 an die Warmwasser-Steigleitung 31 und die Kaltwasser-Falleitung
33 angeschlossen ist.
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In bekannter Weise fuhren dabei die Leitungen 31 und 33 su in den
Etagen 34 eines Cebäudes aufgestellten Heizkörpern 32.
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In ähnlioher Art kann die neue Einrichtung auch mit Gebäude-Dampfheizungs-Einrichtungen
kombiniert werden. Dabei kommt sie ebensowohl für neue Gebäudeheizungen als auch
im Austauch gegen Feuerungen bereits vorhandener Gebäudeheizeinrichtungen in Betracht.
Sie ist daher auch geeignet, die Rauchbelästigung und die Schwierigkeiten in der
Brennstoff-Beschaffung und Lagerung der bisherigen Feuerungen von Heizungeanlagen
zu beseitigen.
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Die Anwendung der neuen Einriohtung bei zentralen Gebäudeheizungen
mit Warmwasser- oder Dampfheizkörpern ist außerdem auch da vorteilhaft, wo auf die
Aufstellung von elektrisch beheizten Steinspeichern, deren großen Gewichts und große@
Platzbsdarfs wegen, in den zu beheizenden Räumen verzichtet werden muß.