DE202017004193U1 - Plant for storing and recovering energy - Google Patents

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Abstract

Anlage zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, insbesondere elektrischer Energie, die für einen Betrieb in einem ersten Betriebsmodus und in einem zweiten Betriebsmodus eingerichtet ist, wobei Mittel vorgesehen sind, die dafür eingerichtet sind, – in dem ersten Betriebsmodus Luft unter Einsatz von elektrischer Energie zu verdichten, unter Verwendung zumindest eines Teils der verdichteten Luft ein flüssiges Luftprodukt bereitzustellen, und das flüssige Luftprodukt zumindest teilweise in einem Tanksystem zu speichern, – in dem zweiten Betriebsmodus das in dem ersten Betriebsmodus in dem Tanksystem gespeicherte flüssige Luftprodukt zumindest teilweise unter Erhalt eines Druckfluids zu erwärmen und das Druckfluid zumindest teilweise unter Gewinnung von elektrischer Energie zu entspannen, – in dem ersten Betriebsmodus der verdichteten Luft nach der Verdichtung zumindest teilweise Verdichtungswärme zu entziehen und in einer Wärmespeichereinheit zwischenzuspeichern, und – in dem zweiten Betriebsmodus die in dem ersten Betriebsmodus in der Wärmespeichereinheit zwischengespeicherte Verdichtungswärme zumindest teilweise zur Erwärmung des flüssigen Luftprodukts zu verwenden, gekennzeichnet durch – einen elektrischen Erhitzer, der dafür eingerichtet ist, in dem ersten Betriebsmodus Wärme bereitzustellen, und Mittel, die dafür eingerichtet sind, die durch den elektrischen Erhitzer bereitgestellte Wärme in dem ersten Betriebsmodus zumindest teilweise zusätzlich zu der Verdichtungswärme in der Wärmespeichereinheit zu speichern.System for storing and recovering energy, in particular electrical energy, which is set up for operation in a first operating mode and in a second operating mode, wherein means are provided which are configured to - in the first operating mode, use air with the use of electrical energy compressing to provide a liquid air product using at least a portion of the compressed air and at least partially storing the liquid air product in a tank system, in the second mode of operation at least partially storing the liquid air product stored in the tank system in the first operating mode to obtain a pressurized fluid heat and at least partially relax the pressurized fluid to recover electrical energy, - in the first mode of operation, to at least partially remove and store heat of compression in the compressed air after compression, and store it in a heat storage unit, and In the second mode of operation, to use the heat of compression temporarily stored in the heat storage unit in the first mode of operation to heat the liquid air product, characterized by an electric heater adapted to provide heat in the first mode of operation and means arranged therefor are to store the heat provided by the electric heater in the first operating mode at least partially in addition to the heat of compression in the heat storage unit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zum Speichern und Rückgewinnen von Energie, insbesondere von elektrischer Energie.The present invention relates to a system for storing and recovering energy, in particular electrical energy.

Stand der TechnikState of the art

Anlagen zur Speicherung von elektrischer Energie in Zeiten hohen Stromangebots und zur Rückgewinnung der gespeicherten elektrischen Energie in Zeiten geringen Stromangebots gewinnen insbesondere im Hinblick auf die zunehmende Verwendung nicht grundlastfähiger Energiequellen zur Stromerzeugung an Bedeutung.Systems for storing electrical energy in times of high electricity supply and for the recovery of the stored electrical energy in times of low electricity supply gain in importance, especially in view of the increasing use of non-baseload energy sources for power generation.

Das Speichern und Rückgewinnen von Energie unter Verwendung von Flüssigluft ist bekannt und wird im Englischen auch als Liquid Air Energy Storage (LAES) bezeichnet. Eine entsprechende Anlage ist in der EP 3 032 203 A1 offenbart.The storage and recovery of energy using liquid air is known and is referred to in English as Liquid Air Energy Storage (LAES). A corresponding plant is in the EP 3 032 203 A1 disclosed.

Zu Zeiten hohen Stromangebots wird in LAES-Anlagen in einem ersten Betriebsmodus Luft unter Stromverbrauch verdichtet, abgekühlt, verflüssigt und in einem isolierten Tanksystem gespeichert. Zu Zeiten geringen Stromangebots wird in einem zweiten Betriebsmodus die in dem Tanksystem gespeicherte verflüssigte Luft, insbesondere nach einer Druckerhöhung mittels einer Pumpe, angewärmt und damit in den gasförmigen oder überkritischen Zustand überführt. Ein hierdurch erhaltener Druckstrom wird in einer Entspannungsturbine entspannt, die mit einem Generator gekoppelt ist. Die in dem Generator gewonnene elektrische Energie wird beispielsweise in ein elektrisches Netz zurückgespeist.In times of high electricity supply, in LAES systems, in a first operating mode, air is condensed under power consumption, cooled, liquefied and stored in an insulated tank system. At times low supply of electricity in a second mode of operation stored in the tank system liquefied air, in particular after an increase in pressure by means of a pump, warmed and thus converted into the gaseous or supercritical state. A pressurized stream obtained thereby is expanded in an expansion turbine which is coupled to a generator. The electrical energy obtained in the generator is, for example, fed back into an electrical network.

Eine entsprechende Speicherung und Rückgewinnung von Energie ist grundsätzlich nicht nur unter Verwendung von Flüssigluft möglich. Vielmehr können in dem ersten Betriebsmodus auch andere unter Verwendung von Luft gebildete tiefkalte Flüssigkeiten gespeichert und in dem zweiten Betriebsmodus zur Gewinnung von elektrischer Energie verwendet werden. Beispiele für entsprechende tiefkalte Flüssigkeiten sind flüssiger Stickstoff oder flüssiger Sauerstoff bzw.A corresponding storage and recovery of energy is basically not only possible using liquid air. Rather, in the first mode of operation, other cryogenic liquids formed using air may be stored and used in the second mode of operation to generate electrical energy. Examples of corresponding cryogenic liquids are liquid nitrogen or liquid oxygen or

Komponentengemische, die überwiegend aus flüssigem Stickstoff oder flüssigem Sauerstoff bestehen.Component mixtures consisting predominantly of liquid nitrogen or liquid oxygen.

Zur Bereitstellung entsprechender tiefkalter Flüssigkeiten können klassische Luftzerlegungsanlagen dienen. Wenn Flüssigluft verwendet wird, ist es auch möglich, reine Luftverflüssigungsanlagen einzusetzen. Als Oberbegriff für Luftzerlegungsanlagen und Luftverflüssigungsanlagen wird nachfolgend auch der Begriff ”Luftbearbeitungsanlagen” verwendet. Die durch solche Anlagen unter Verwendung von Luft gebildeten tiefkalten Flüssigkeiten werden dabei nachfolgend auch als ”Luftprodukte” bezeichnet. Ist im Rahmen der nachfolgenden Erläuterungen vereinfacht von einer ”LAES”-Anlage die Rede, soll diese Bezeichnung sich auch auf Anlagen erstrecken, bei denen andere Luftprodukte im Rahmen der Speicherung und Rückgewinnung von Energie eingesetzt werden. In dem Tanksystem einer LAES-Anlage können neben dem tiefkalten Luftprodukt auch weitere tiefkalte Flüssigkeiten gespeichert werden, die in dem zweiten Betriebsmodus verdampft oder in den überkritischen Zustand überführt werden können.Conventional air separation plants can serve to provide the corresponding cryogenic liquids. If liquid air is used, it is also possible to use pure air liquefaction plants. As a generic term for air separation plants and air liquefaction plants, the term "air processing plants" is used below. The cryogenic liquids formed by such systems using air are hereinafter also referred to as "air products". In the context of the following explanations, if the term "LAES" is used in a simplified way, this term should also cover installations using other air products as part of the storage and recovery of energy. In addition to the cryogenic air product, further deep-frozen liquids can be stored in the tank system of an LAES plant, which can be evaporated in the second operating mode or converted into the supercritical state.

In entsprechenden Verfahren können externe Wärme und Brennstoff eingekoppelt werden, um die Effizienz und die Ausgangsleistung zu steigern, insbesondere unter Verwendung einer Gasturbine, deren Abgas zusammen mit dem im zweiten Betriebsmodus aus dem Luftprodukt gebildeten Druckstrom entspannt wird.In related processes, external heat and fuel may be coupled to increase efficiency and output, particularly using a gas turbine whose exhaust gas is vented along with the pressure stream formed from the air product in the second mode of operation.

Es besteht grundsätzlich der Bedarf nach weiteren Verbesserungen in entsprechenden Anlagen, insbesondere um deren Effizienz zu erhöhen.There is basically a need for further improvements in corresponding plants, in particular in order to increase their efficiency.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund wird eine Anlage zum Speichern und Rückgewinnen von Energie, insbesondere von elektrischer Energie, mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 vorgeschlagen. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, a system for storing and recovering energy, in particular of electrical energy, with the features of claim 1 protection is proposed. Preferred embodiments are the subject of the following description.

Grundsätzlich kann in einer Anlage zum Speichern und Rückgewinnen von Energie, also einer LAES-Anlage, in der, wie zuvor erläutert, in einem ersten Betriebsmodus Luft verdichtet und unter Verwendung der verdichteten Luft ein tiefkaltes flüssiges Luftprodukt gebildet wird, der verdichteten Luft Wärme entzogen und in einer Wärmespeichereinheit zwischengespeichert werden. Die zwischengespeicherte Wärme kann dann in dem zweiten Betriebsmodus bei der Verdampfung des Luftprodukts verwendet werden.In principle, in a system for storing and recovering energy, ie a LAES system, in which, as explained above, air is compressed in a first operating mode and the compressed air is used to form a cryogenic liquid air product, the compressed air is deprived of heat and be cached in a heat storage unit. The cached heat may then be used in the second mode of operation in the vaporization of the air product.

Grundsätzliche Idee der vorliegenden Erfindung ist es, in diesem Zusammenhang einen zusätzlichen elektrischen Erhitzer bereitzustellen, der dafür eingerichtet ist, das Temperaturniveau, auf dem die Zwischenspeicherung in der Wärmespeichereinheit erfolgt, anzuheben, beispielsweise von 300 auf 600°C. Auf diese Weise wird die eingesetzte Anlagentechnik spezifisch günstiger, da ein elektrischer Erhitzer entsprechende Kostenvorteile bietet und die Wärmespeichereinheit aufgrund der höheren Temperatur besser ausgenutzt wird. Ferner wird durch den Einsatz eines elektrischen Erhitzers eine schneller veränderbare elektrische Leistungsaufnahme bewirkt, so dass insgesamt eine hochdynamische Betriebsweise ermöglicht und die thermische Kapazität besser genutzt wird. Die genannten Vorteile überwiegen dabei einen gegebenenfalls um wenige Prozentpunkte geringeren Wirkungsgrad.A basic idea of the present invention is, in this connection, to provide an additional electric heater which is set up to raise the temperature level at which the intermediate storage takes place in the heat storage unit, for example from 300 to 600 ° C. In this way, the system technology used is specifically cheaper because an electric heater offers corresponding cost advantages and the heat storage unit is better utilized due to the higher temperature. Furthermore, the use of an electric heater causes a faster variable electrical power consumption, so that overall a highly dynamic Operation mode and the thermal capacity is better used. The advantages mentioned outweigh any possibly lower efficiency by a few percentage points.

Beispielsweise ist aus der DE 10 2014 008 120 A1 eine Anlage bekannt, die zum Einspeichern von elektrischer Energie mittels Gaskompression eingerichtet ist. In dieser wird ein Gas, bevorzugt Umgebungsluft im Normalzustand, komprimiert, Kompressionswärme wird abgeführt, das Gas wird zumindest einmalig weiter komprimiert, es wird erneut Kompressionswärme abgeführt und das komprimierte Gas wird in einem Gasdruckspeicher eingespeichert. Bei Bedarf erfolgt ein Ausspeichern und Entspannen des komprimierten Gases. Es ist vorgesehen, dass beim Abführen der Kompressionswärme diese auf ein Speichermedium übertragen und das Speichermedium in zumindest einem Wärmespeicher eingespeichert wird. Beim Einspeichern des Speichermediums wird die Temperatur des Speichermediums zumindest teilweise mittels eines Erhitzers von einer Ausgangstemperatur auf eine Speichertemperatur angehoben. Die derart eingespeicherte Kompressionswärme wird für die Erwärmung des Gases beim Entspannen des komprimierten Gases genutzt. Die vorliegende Erfindung setzt eine entsprechende Erhitzung im Zusammenhang mit der Speicherung und Verdampfung eines flüssigen Luftprodukts ein.For example, is from the DE 10 2014 008 120 A1 a system is known which is set up for storing electrical energy by means of gas compression. In this, a gas, preferably ambient air in the normal state, compressed, heat of compression is dissipated, the gas is at least once further compressed, it is discharged again heat of compression and the compressed gas is stored in a gas pressure accumulator. If required, the compressed gas is discharged and released. It is envisaged that when dissipating the heat of compression, they are transferred to a storage medium and the storage medium is stored in at least one heat accumulator. When storing the storage medium, the temperature of the storage medium is at least partially raised by means of a heater from an initial temperature to a storage temperature. The thus stored heat of compression is used for the heating of the gas during expansion of the compressed gas. The present invention employs appropriate heating associated with the storage and vaporization of a liquid air product.

In bekannten LAES-Anlagen kann die beim Überführen des flüssigen Luftprodukts in den gasförmigen oder überkritischen Zustand während des zweiten Betriebsmodus freiwerdende Kälte gespeichert und während des ersten Betriebsmodus zur Bereitstellung von Kälte zur Gewinnung des Luftprodukts eingesetzt werden. So ist aus der WO 2014/026738 A2 bekannt, die zur Gewinnung des Luftprodukts verwendete verdichtete Einsatzluft in dem Energiespeicherzeitraum im Gegenstrom zu zwei abgekühlten organischen Kältemitteln auf zwei unterschiedlichen Temperaturniveaus abzukühlen und in dem Energierückgewinnungszeitraum die erläuterte tiefkalte Prozessflüssigkeit gegen die dann erwärmten Kältemittel zu erwärmen, wodurch die Kältemittel wieder abgekühlt werden. Die Weiterbildung einer entsprechenden Anlage ist, wie auch unter Bezugnahme auf die beigefügten 1A und 1B erläutert, im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen.In known LAES systems, the freezing during the transfer of the liquid air product in the gaseous or supercritical state during the second mode of operation can be stored and used during the first operating mode to provide cold for the recovery of the air product. So is out of the WO 2014/026738 A2 It is known to cool the compressed feed air used to recover the air product in the energy storage period countercurrent to two cooled organic refrigerants at two different temperature levels and to heat the described cryogenic process liquid against the then heated refrigerant in the energy recovery period, whereby the refrigerants are cooled again. The development of a corresponding system is, as with reference to the attached 1A and 1B explained, provided in an embodiment of the present invention.

Ist nachfolgend von einer ”Energiegewinnungseinheit” die Rede, sei hierunter eine Anlage oder ein Anlagenteil verstanden, die bzw. der zur Erzeugung von elektrischer Energie eingerichtet ist. Eine Energiegewinnungseinheit umfasst dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung typischerweise zumindest eine Entspannungsturbine, die vorteilhafterweise mit zumindest einem elektrischen Generator gekoppelt ist. Eine mit zumindest einem elektrischen Generator gekoppelte Entspannungsmaschine wird üblicherweise auch als ”Generatorturbine” bezeichnet. Die bei der Entspannung eines Druckfluids, das zumindest teilweise unter Verwendung des Luftprodukts gebildet wird, in der zumindest einen Entspannungsturbine bzw. Generatorturbine freiwerdende mechanische Leistung kann in dem oder den Generatoren der Energiegewinnungseinheit in elektrische Energie umgesetzt werden.If a "power generation unit" is referred to below, this is understood to mean an installation or an installation part which is or is set up to generate electrical energy. In the context of the present invention, an energy-generating unit typically comprises at least one expansion turbine, which is advantageously coupled to at least one electric generator. A relaxation machine coupled to at least one electric generator is commonly referred to as a "generator turbine". The mechanical power released during the expansion of a pressurized fluid, which is formed at least partially using the air product, in the at least one expansion turbine or generator turbine can be converted into electrical energy in the generator (s) of the energy production unit.

Die Herstellung von Luftprodukten in flüssigem oder gasförmigem Zustand durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in Luftzerlegungsanlagen ist bekannt und beispielsweise bei H.-W. Häring (Hrsg.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, insbesondere Abschnitt 2.2.5, ”Cryogenic Rectification” , beschrieben. Luftzerlegungsanlagen weisen Destillationssäulensysteme auf, die beispielsweise als Zweisäulensysteme, insbesondere als klassische Linde-Doppelsäulensysteme, aber auch als Drei- oder Mehrsäulensysteme ausgebildet sein können. Neben den Destillationssäulen zur Gewinnung von Stickstoff und/oder Sauerstoff in flüssigem und/oder gasförmigem Zustand (beispielsweise flüssigem Sauerstoff, LOX, gasförmigem Sauerstoff, GOX, flüssigem Stickstoff, LIN und/oder gasförmigem Stickstoff, GAN), also den Destillationssäulen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, können Destillationssäulen zur Gewinnung weiterer Luftkomponenten, insbesondere der Edelgase Krypton, Xenon und/oder Argon, vorgesehen sein.The production of air products in the liquid or gaseous state by cryogenic separation of air in air separation plants is known and, for example at H.-W. Häring (ed.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, especially Section 2.2.5, "Cryogenic Rectification" , described. Air separation plants have distillation column systems which can be designed, for example, as two-column systems, in particular as classic Linde double-column systems, but also as three-column or multi-column systems. In addition to the distillation columns for the recovery of nitrogen and / or oxygen in the liquid and / or gaseous state (for example, liquid oxygen, LOX, gaseous oxygen, GOX, liquid nitrogen, LIN and / or gaseous nitrogen, GAN), ie the distillation columns for nitrogen-oxygen Separation, distillation columns can be provided for obtaining further air components, in particular the noble gases krypton, xenon and / or argon.

Die vorliegende Erfindung umfasst die Gewinnung eines Luftprodukts unter Verwendung von verdichteter Einsatzluft. Die hierzu verwendeten Anlagen bzw. Anlagenkomponenten werden dabei, wie bereits oben erwähnt, hier unter dem Begriff der ”Luftbearbeitungsanlage” zusammengefasst. Hierunter wird im Sprachgebrauch der vorliegenden Anmeldung eine Anlage verstanden, die zur Gewinnung wenigstens eines Luftprodukts unter Verwendung von verdichteter Einsatzluft eingerichtet ist. Ausreichend für eine Bearbeitungsanlage zum Einsatz in der vorliegenden Erfindung ist es, dass durch diese ein entsprechendes tiefkaltes Luftprodukt erhalten werden kann, das als Speicherflüssigkeit verwendbar und in ein Tanksystem überführbar ist. Hierbei kann es sich um eine Luftzerlegungsanlage handeln, wie sie oben erläutert ist, aber auch, wie erwähnt, lediglich um eine reine Luftverflüssigungsanlage, die kein Destillationssäulensystem aufweist. Im Übrigen kann der Aufbau einer Luftverflüssigungsanlage dem einer Luftzerlegungsanlage mit der Abgabe eines Luftprodukts entsprechen. Selbstverständlich kann auch in einer Luftzerlegungsanlage Flüssigluft als Luftprodukt erzeugt werden.The present invention involves the recovery of an air product using compressed feed air. The plants or plant components used for this purpose, as already mentioned above, here summarized under the concept of "air handling plant". This is understood in the parlance of the present application, a plant which is set up to obtain at least one air product using compressed feed air. Sufficient for a processing plant for use in the present invention, it is that a corresponding cryogenic air product can be obtained by this, which can be used as a storage liquid and transferred to a tank system. This may be an air separation plant, as explained above, but also, as mentioned, merely a pure air liquefaction plant which does not have a distillation column system. Incidentally, the structure of an air liquefaction plant may correspond to that of an air separation plant with the discharge of an air product. Of course, liquid air can be generated as an air product in an air separation plant.

Die Bereitstellung der verdichteten Einsatzluft, aus der in entsprechenden Luftbearbeitungsanlagen ein Luftprodukt erzeugt wird, kann in einem bekannten Haupt(luft)verdichter mit Nachverdichter oder jeder anderen zur Verdichtung von Luft eingerichteten Vorrichtung erfolgen, wie sie auch in herkömmlichen Luftzerlegungsanlagen zum Einsatz kommen kann. Zu Details sei auf die bezüglich Luftzerlegungsanlagen zitierte Literatur verwiesen.The provision of the compressed feed air, from in the corresponding Air handling equipment an air product is produced, can be in a known main (air) compressor with booster or any other device for the condensation of air done, as can also be used in conventional air separation plants. For details refer to the literature cited with reference to air separation plants.

Ein ”Luftprodukt” ist jedes Produkt, das zumindest durch Verdichten und Abkühlen von Luft und insbesondere, jedoch nicht notwendigerweise, durch eine anschließende Tieftemperaturrektifikation hergestellt werden kann. Insbesondere kann es sich hierbei um flüssigen oder gasförmigen Sauerstoff (LOX, GOX), flüssigen oder gasförmigen Stickstoff (LIN, GAN), flüssiges oder gasförmiges Argon (LAR, GAR), flüssiges oder gasförmiges Xenon, flüssiges oder gasförmiges Krypton, flüssiges oder gasförmiges Neon, flüssiges oder gasförmiges Helium usw. handeln, aber auch beispielsweise um Flüssigluft (LAIR). Die Begriffe ”Sauerstoff”, ”Stickstoff” usw. sollen dabei jeweils auch tiefkalte Flüssigkeiten oder Gase bezeichnen, die die jeweils genannte Luftkomponente in einer Menge aufweisen, die oberhalb jener atmosphärischer Luft liegt. Es muss sich also nicht um reine Flüssigkeiten oder Gase mit hohen Gehalten handeln.An "air product" is any product that can be produced, at least by compressing and cooling air, and in particular, but not necessarily, by subsequent cryogenic rectification. In particular, these may be liquid or gaseous oxygen (LOX, GOX), liquid or gaseous nitrogen (LIN, GAN), liquid or gaseous argon (LAR, GAR), liquid or gaseous xenon, liquid or gaseous krypton, liquid or gaseous neon , liquid or gaseous helium, etc. but also, for example, liquid air (LAIR). The terms "oxygen", "nitrogen", etc. are intended to denote in each case also cryogenic liquids or gases which have the respective air component in an amount which is above that atmospheric air. It does not have to be pure liquids or gases with high contents.

Ein ”Wärmetauscher” dient zur indirekten Übertragung von Wärme zwischen zumindest zwei z. B. im Gegenstrom zueinander geführten Strömen, beispielsweise einem warmen Druckluftstrom und einem oder mehreren kalten Strömen oder einem tiefkalten flüssigen Luftprodukt und einem oder mehreren warmen Strömen. Typischerweise werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Gegenstromwärmetauscher eingesetzt. Ein Wärmetauscher kann aus einem einzelnen oder mehreren parallel und/oder seriell verbundenen Wärmetauscherabschnitten gebildet sein, z. B. aus einem oder mehreren Plattenwärmetauscherblöcken oder gewickelten Wärmetauschern. Eine hier als ”Wärmetauscheinheit” bezeichnete Anordnung kann einen oder mehrere Wärmetauscherblöcke oder einen oder mehrere Wärmetauscher aufweisen.A "heat exchanger" is used for the indirect transfer of heat between at least two z. B. countercurrently guided to each other streams, such as a warm compressed air stream and one or more cold streams or a cryogenic liquid air product and one or more hot streams. Typically countercurrent heat exchangers are used in the context of the present invention. A heat exchanger may be formed from a single or a plurality of parallel and / or serially connected heat exchanger sections, for. B. from one or more plate heat exchanger blocks or wound heat exchangers. An arrangement referred to herein as a "heat exchange unit" may include one or more heat exchanger blocks or one or more heat exchangers.

Die vorliegende Anmeldung verwendet zur Charakterisierung von Drücken und Temperaturen die Begriffe ”Druckniveau” und ”Temperaturniveau”, wodurch zum Ausdruck gebracht werden soll, dass entsprechende Drücke und Temperaturen in einer entsprechenden Anlage nicht in Form exakter Druck- bzw. Temperaturwerte verwendet werden müssen. Jedoch bewegen sich derartige Drücke und Temperaturen typischerweise in bestimmten Bereichen, die beispielsweise ± 1%, 5%, 10%, 20% oder sogar 50% um einen Mittelwert liegen. Entsprechende Druckniveaus und Temperaturniveaus können dabei in disjunkten Bereichen liegen oder in Bereichen, die einander überlappen. Insbesondere schließen beispielsweise Druckniveaus unvermeidliche oder zu erwartende Druckverluste, beispielsweise aufgrund von Abkühlungseffekten, ein. Entsprechendes gilt für Temperaturniveaus.The present application uses the terms "pressure level" and "temperature level" to characterize pressures and temperatures, thereby indicating that corresponding pressures and temperatures in a given plant need not be used in the form of exact pressure or temperature values. However, such pressures and temperatures typically range in certain ranges that are, for example, ± 1%, 5%, 10%, 20% or even 50% about an average. Corresponding pressure levels and temperature levels can be in disjoint areas or in areas that overlap one another. In particular, for example, pressure levels include unavoidable or expected pressure drops, for example, due to cooling effects. The same applies to temperature levels.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die vorliegende Erfindung geht von einer Anlage zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, insbesondere elektrischer Energie, aus, welche für einen Betrieb in einem ersten Betriebsmodus und in einem zweiten Betriebsmodus eingerichtet ist. Diese Anlage weist Mittel auf, die dafür eingerichtet sind, in dem ersten Betriebsmodus Luft unter Einsatz von elektrischer Energie zu verdichten, unter Verwendung zumindest eines Teils der verdichteten Luft ein tiefkaltes, flüssiges Luftprodukt bereitzustellen, und das flüssige Luftprodukt zumindest teilweise in einem Tanksystem zu speichern. Ferner weist die Anlage Mittel auf, die dafür eingerichtet sind, in dem zweiten Betriebsmodus das in dem ersten Betriebsmodus in dem Tanksystem gespeicherte flüssige Luftprodukt zumindest teilweise unter Erhalt eines Druckfluids zu erwärmen und in den gasförmigen oder überkritischen Zustand zu überführen und das Druckfluid zumindest teilweise unter Gewinnung von elektrischer Energie zu entspannen. Ein entsprechendes ”Druckfluid” kann dabei, wie bereits erwähnt, in gasförmigem oder überkritischem Zustand vorliegen. Wie ebenfalls erwähnt, ist es in entsprechenden Anlagen auch möglich, in dem Tanksystem weitere tiefkalte Flüssigkeiten zu speichern. Auch diese können in dem zweiten Betriebsmodus bei der Bildung des Druckfluids verwendet werden. Auch in einem solchen Fall wird jedoch das in dem ersten Betriebsmodus in dem Tanksystem gespeicherte flüssige Luftprodukt zumindest teilweise unter Erhalt des Druckfluids erwärmt und in den gasförmigen oder überkritischen Zustand überführt.The present invention is based on a system for storing and recovering energy, in particular electrical energy, which is set up for operation in a first operating mode and in a second operating mode. This plant comprises means adapted to compress air in the first mode of operation using electrical energy, to provide a cryogenic liquid air product using at least a portion of the compressed air, and to at least partially store the liquid air product in a tank system , Furthermore, the system has means which are set up in the second operating mode to heat the liquid air product stored in the first operating mode in the tank system at least partially to obtain a pressurized fluid and to convert it into the gaseous or supercritical state and at least partially submerge the pressurized fluid Gaining electrical energy to relax. A corresponding "pressurized fluid" can, as already mentioned, be present in a gaseous or supercritical state. As also mentioned, it is also possible in corresponding systems to store further cryogenic liquids in the tank system. These can also be used in the second operating mode in the formation of the pressurized fluid. Even in such a case, however, the liquid air product stored in the first operating mode in the tank system is at least partially heated to obtain the pressurized fluid and transferred to the gaseous or supercritical state.

Eine entsprechende Anlage weist ferner Mittel auf, die dafür eingerichtet sind, in dem ersten Betriebsmodus der verdichteten Luft nach der Verdichtung zumindest teilweise Verdichtungswärme zu entziehen und in einer Wärmespeichereinheit zwischenzuspeichern. Eine entsprechende Wärmespeichereinheit kann beispielsweise ein oder mehrere Wärmespeicherfluide aufweisen, die ihrerseits unter Verwendung der der verdichteten Luft entzogenen Verdichtungswärme erwärmt werden. Geeignete Wärmespeicherfluide sind beispielsweise druckloses und unter Druck stehendes Wasser, Thermalöle und Salzschmelzen. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, eine Wärmespeichereinheit als Festbettspeichereinheit auszubilden, in welchem Fall anstelle eines Wärmespeicherfluids ein festes Material, beispielsweise eine Stein- bzw. Kiesschüttung, Keramik- oder Betonblöcke oder Aluminium- und/oder Stahlfüllkörper, beispielsweise in Form von Schrott, zur Wärmespeicherung verwendet und unter Verwendung der der verdichteten Luft entzogenen Verdichtungswärme erwärmt wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind ferner Mittel vorgesehen, die dafür eingerichtet sind, in dem zweiten Betriebsmodus die in dem ersten Betriebsmodus in der Wärmespeichereinheit zwischengespeicherte Verdichtungswärme zumindest teilweise zur Erwärmung des flüssigen Luftprodukts zu verwenden.A corresponding system further comprises means which are adapted to extract in the first operating mode of the compressed air after compression at least partially heat of compression and buffered in a heat storage unit. A corresponding heat storage unit may for example comprise one or more heat storage fluids, which in turn under Use of the condensed air extracted heat of compression can be heated. Suitable heat storage fluids are, for example, pressureless and pressurized water, thermal oils and molten salts. In principle, however, it is also possible to form a heat storage unit as a fixed bed storage unit, in which case instead of a heat storage fluid, a solid material, such as a stone or gravel, ceramic or concrete blocks or aluminum and / or Stahlfüllkörper, for example in the form of scrap to Heat storage is used and heated using the condensing air extracted heat of compression. In the context of the present invention, means are furthermore provided which are set up, in the second operating mode, to use the heat of compression temporarily stored in the heat storage unit in the first operating mode at least partially for heating the liquid air product.

Erfindungsgemäß weist eine derartige Anlage einen elektrischen Erhitzer auf, der dafür eingerichtet ist, in dem ersten Betriebsmodus Wärme bereitzustellen, sowie Mittel, die dafür eingerichtet sind, die durch den elektrischen Erhitzer bereitgestellte Wärme in dem ersten Betriebsmodus zumindest teilweise zusätzlich zu der Verdichtungswärme in der Wärmespeichereinheit zu speichern.According to the invention, such a system has an electrical heater arranged to provide heat in the first mode of operation, and means adapted to heat the electrical heater provided in the first mode of operation at least partially in addition to the heat of compression in the thermal storage unit save.

Es sind grundsätzlich mehrere Möglichkeiten zur Positionierung bzw. für den Einsatz eines entsprechenden elektrischen Erhitzers möglich, die auch nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert werden. Beispielsweise kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein elektrischer Erhitzer derart eingesetzt werden, dass er die verdichtete Luft nach der Verdichtung erwärmt. Hierzu kann beispielsweise die verdichtete Luft durch Heizkanäle eines elektrischen Erhitzers geführt werden, welche beispielsweise resistiv oder induktiv erwärmt werden können. Auf diese Weise wird die verdichtete Luft sowohl mit der Verdichtungswärme als auch mit der durch den elektrischen Erhitzer zusätzlich bereitgestellten Wärme bzw. jeweils einem Teil hiervon beaufschlagt. Die gesamte Wärme oder ein entsprechender Teil kann in der nachfolgend erläuterten Weise in die Wärmespeichereinheit übertragen werden. Alternativ dazu ist es aber auch möglich, die Wärmespeichereinheit selbst mit einem entsprechenden elektrischen Erhitzer zu versehen, beispielsweise durch geeignete elektrische Heizschlangen, die durch einen Behälter, in dem ein Wärmespeicherfluid bereitgehalten wird, geführt sind, oder durch entsprechende Heizschlangen, die in einem Festbettspeicher angeordnet sind. Auch eine induktive Erhitzung einer dafür geeigneten Wärmetauscheinheit ist grundsätzlich möglich. Auf diese Weise wird durch die verdichtete Luft lediglich die Verdichtungswärme bzw. ein Teil hiervon zur Wärmetauscheinheit transportiert.There are basically several options for positioning or for the use of a corresponding electric heater possible, which are also explained below with reference to the accompanying drawings. For example, in the context of the present invention, an electric heater can be used so that it heats the compressed air after compression. For this purpose, for example, the compressed air can be passed through heating channels of an electric heater, which can be heated, for example, resistively or inductively. In this way, the compressed air is acted upon by both the heat of compression and with the heat additionally provided by the electric heater or in each case a part thereof. The entire heat or a corresponding part can be transferred into the heat storage unit in the manner explained below. Alternatively, it is also possible to provide the heat storage unit itself with a corresponding electric heater, for example, by suitable electric heating coils, which are guided through a container in which a heat storage fluid is kept, or by appropriate heating coils, which are arranged in a fixed bed storage are. An inductive heating of a suitable heat exchange unit is basically possible. In this way, only the heat of compression or a part thereof is transported to the heat exchange unit by the compressed air.

Die Verdichtungswärme kann der Wärmespeichereinheit im Rahmen der vorliegenden Erfindung dadurch direkt zugeführt werden, dass die verdichtete Luft bzw. das Druckfluid durch eine entsprechende Wärmespeichereinheit geführt werden. Beispielsweise kann der bereits erwähnte Behälter, in dem ein Wärmespeicherfluid bereitgehalten wird, mit Passagen versehen werden, durch die die verdichtete Luft geleitet werden kann. Entsprechendes ist in vergleichbarer Weise auch bei Verwendung von Festbettspeichern möglich. Um einen besonders guten Wärmeaustausch mit dem Wärmespeicherfluid oder dem Festbettspeicher zu gewährleisten, können entsprechende Kanäle bzw. Passagen mit oberflächenvergrößernden Strukturen, beispielsweise Rippenstrukturen, wie sie grundsätzlich auch in Wärmetauschern eingesetzt werden können, versehen sein.The heat of compression can be supplied directly to the heat storage unit in the context of the present invention in that the compressed air or the pressure fluid is passed through a corresponding heat storage unit. For example, the already mentioned container, in which a heat storage fluid is kept ready to be provided with passages through which the compressed air can be passed. The same is possible in a comparable manner even when using fixed bed storage. In order to ensure a particularly good heat exchange with the heat storage fluid or the fixed bed storage, appropriate channels or passages with surface-enlarging structures, such as rib structures, as they can be used in principle in heat exchangers, be provided.

Es kann jedoch grundsätzlich auch vorgesehen sein, eine indirekte Erwärmung der Wärmespeichereinheit vorzunehmen, insbesondere indem einen Zwischenkreislauf zwischen einem Wärmetauscher, der mit der verdichteten Luft bzw. dem Druckfluid im Wärmetauscher steht, und der Wärmespeichereinheit, in der gegebenenfalls ein weiterer Wärmetauscher vorgesehen sein kann, bereitgestellt wird.However, it can also be provided in principle to carry out an indirect heating of the heat storage unit, in particular by an intermediate circuit between a heat exchanger, which is in the heat exchanger with the compressed air or the pressure fluid, and the heat storage unit, in which optionally a further heat exchanger can be provided provided.

Die vorliegende Erfindung kann insbesondere derart ausgestaltet werden, dass die verdichtete Luft in einer ersten Wärmetauscheinheit eines Wärmetauschsystems in dem ersten Betriebsmodus im Gegenstrom zu einem Wärmeträgerfluid abgekühlt und das flüssige Luftprodukt in der ersten Wärmetauscheinheit in dem zweiten Betriebsmodus im Gegenstrom zu dem Wärmeträgerfluid erwärmt wird, wie insbesondere in der EP 3 032 203 A1 erläutert. Die Verwendung eines Wärmeträgerfluids hat im Rahmen dieser Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung den besonderen Vorteil, dass zusätzliche organische Kältemittel, die brennbare Kohlenwasserstoffe enthalten können, nicht durch denselben Wärmetauscher geführt werden wie die verdichtete Luft bzw. das Druckfluid und daher nicht bei Leckagen mit Sauerstoff der verdichteten Luft bzw. des Druckfluids, soweit darin enthalten, in Kontakt kommen können. Hierzu ist das verwendete Wärmeträgerfluid vorzugsweise frei von oder arm an brandfördernden und brennbaren Komponenten, insbesondere sauerstofffrei im unten erläuterten Sinn. Das Wärmeträgerfluid ist also vorteilhafterweise insgesamt weder brandfördernd noch selbst brennbar, wobei unter ”brandfördernd” eine Eigenschaft verstanden wird, unter den in einem entsprechenden Wärmetauscher herrschenden Bedingungen eine Verbrennung auch unter Abwesenheit von Luftsauerstoff zu unterhalten.The present invention may in particular be configured such that the compressed air is cooled in a first heat exchange unit of a heat exchange system in the first operating mode in countercurrent to a heat transfer fluid and the liquid air product is heated in the first heat exchange unit in the second operating mode in countercurrent to the heat transfer fluid, such as especially in the EP 3 032 203 A1 explained. The use of a heat transfer fluid has in the context of this embodiment of the present invention has the particular advantage that additional organic refrigerant, which may contain flammable hydrocarbons are not passed through the same heat exchanger as the compressed air or the pressure fluid and therefore not compressed in leaks with oxygen Air or the pressurized fluid, as far as contained therein, can come into contact. For this purpose, the heat transfer fluid used is preferably free of or poor in oxidizing and combustible components, in particular oxygen-free in the sense explained below. The heat transfer fluid is thus advantageously neither fire-promoting nor self-combustible, "fire-promoting" a property is understood to maintain under the prevailing conditions in a corresponding heat exchanger combustion even in the absence of atmospheric oxygen.

Ferner sieht die vorliegende Erfindung in einer Weiterbildung der soeben erläuterten Ausgestaltung vor, dass das Wärmeträgerfluid zumindest zum Teil mittels wenigstens zweier weiterer, auf unterschiedlichen Temperaturniveaus und mit jeweils wenigstens einem organischen Kältemittel betriebener Wärmetauscheinheiten des Wärmetauschsystems in dem ersten Betriebsmodus abgekühlt und in dem zweiten Betriebsmodus erwärmt wird. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Richtungen, in denen das Wärmeträgerfluid und die verdichtete Luft in dem ersten Betriebsmodus durch die erste Wärmetauscheinheit geführt werden, entgegengesetzt zu den Richtungen sind, in denen das Wärmeträgerfluid und das Druckfluid in dem zweiten Betriebsmodus durch die erste Wärmetauscheinheit geführt werden. Dies erlaubt es, jeweils die Temperaturprofile, gemäß denen eine Abkühlung bzw. Erwärmung entsprechender Fluide erfolgt, eng aneinander zu legen, weil das Wärmeträgerfluid und das Einsatzgas, die im Gegenstrom zueinander durch die erste Wärmetauscheinheit strömen, jeweils mit der geringsten möglichen Temperaturdifferenz durch diese geführt werden können.Furthermore, in a further development of the embodiment just described, the present invention provides that the heat transfer fluid is cooled and heated in the second operating mode at least in part by means of at least two further heat exchange units of the heat exchange system operated at different temperature levels and with at least one organic refrigerant becomes. In this case, it can be provided, in particular, that the directions in which the heat carrier fluid and the compressed air are guided through the first heat exchange unit in the first operating mode are opposite to the directions in which the Heat transfer fluid and the pressurized fluid are passed through the first heat exchange unit in the second operating mode. This makes it possible, in each case the temperature profiles, according to which a cooling or heating of corresponding fluids takes place close to each other, because the heat transfer fluid and the feed gas, which flow in countercurrent to each other through the first heat exchange unit, each with the lowest possible temperature difference passed through them can be.

Die Erfindung sieht in der soeben erläuterten Ausgestaltung ferner insbesondere vor, dass das Wärmeträgerfluid und das verdichtete Einsatzgas in dem ersten Betriebsmodus auf einem ersten Druckniveau und das Wärmeträgerfluid und die Prozessflüssigkeit in dem zweiten Betriebsmodus auf einem zweiten Druckniveau durch die erste Wärmetauscheinheit geführt werden, wobei das erste Druckniveau um mindestens 5 bar oberhalb des zweiten liegt. Mit anderen Worten sind die Betriebsdrücke des Wärmeträgerfluids in dem ersten und zweiten Betriebsmodus unterschiedlich. Hierzu kann eine Druckregelvorrichtung vorgesehen sein. Der Druck des Wärmeträgerfluids richtet sich dabei jeweils nach dem Druck des Einsatzgases bzw. der Prozessflüssigkeit in der ersten Wärmetauscheinheit, so dass auch aus diesem Grund eine besonders effektive Wärmeübertragung möglich ist. Grundsätzlich können aber auch in dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus gleiche Druckniveaus oder in dem zweiten Betriebsmodus ein niedrigeres Druckniveau als in dem ersten Betriebsmodus verwendet werden.In the embodiment just described, the invention further provides, in particular, for the heat transfer fluid and the compressed feed gas to be passed through the first heat exchange unit at a first pressure level and the heat transfer fluid and the process fluid are passed through the first heat exchange unit at a second pressure level in the second operating mode first pressure level is at least 5 bar above the second. In other words, the operating pressures of the heat transfer fluid are different in the first and second modes of operation. For this purpose, a pressure control device can be provided. The pressure of the heat transfer fluid depends in each case on the pressure of the feed gas or the process liquid in the first heat exchange unit, so that a particularly effective heat transfer is also possible for this reason. In principle, however, it is also possible to use equal pressure levels in the first and the second operating mode or a lower pressure level in the second operating mode than in the first operating mode.

Die vorliegende Erfindung sieht also in den soeben erläuterten Ausgestaltungen vor, zusätzlich zu dem flüssigen Luftprodukt, das unter Verwendung der verdichteten Luft bereitgestellt und in dem ersten Betriebsmodus gespeichert und in dem zweiten Betriebsmodus verdampft oder in den überkritischen Zustand überführt wird, weitere Kältespeicherfluide in Form der organischen Kältemittel vorzusehen, die jedoch nicht aus der verdichteten Luft gebildet werden. Die wenigstens zwei weiteren Kältespeicherfluide, also die organischen Kältemittel, sind dabei vorzugsweise zum Speichern von Kälte auf unterschiedlichen Temperaturniveaus eingerichtet, besitzen also beispielsweise unterschiedliche Siedepunkte, die sie für den Einsatz bei unterschiedlichen Temperaturen geeignet machen. Auf diese Weise wird die Abkühlung des verdichteten Einsatzgases in dem ersten Betriebsmodus besonders effizient. Entsprechendes gilt für die Erwärmung der tiefkalten Prozessflüssigkeit in dem zweiten Betriebsmodus. Insgesamt erlaubt die vorliegende Erfindung durch die Verwendung insgesamt mindestens dreier Kältespeicherfluide, nämlich des unter Verwendung der verdichteten Luft gebildeten flüssigen Luftprodukts, und der wenigstens zwei organischen Kältemittel, beispielsweise Kohlenwasserstoffen, einen besonders effizienten Betrieb.The present invention thus provides in the embodiments just described, in addition to the liquid air product, which is provided using the compressed air and stored in the first operating mode and evaporated in the second operating mode or in the supercritical state, further cold storage fluids in the form of provide organic refrigerant, which are not formed from the compressed air. The at least two further cold storage fluids, ie the organic refrigerants, are preferably configured to store cold at different temperature levels, ie they have different boiling points, for example, which make them suitable for use at different temperatures. In this way, the cooling of the compressed feed gas in the first operating mode is particularly efficient. The same applies to the heating of the cryogenic process fluid in the second operating mode. Overall, the present invention allows a particularly efficient operation by using a total of at least three cold storage fluids, namely the liquid air product formed using the compressed air, and the at least two organic refrigerants, for example hydrocarbons.

Wie bereits erläutert, wird vorteilhafterweise als das schwer- oder nichtentflammbare Wärmeträgerfluid ein sauerstofffreies oder im Wesentlichen sauerstofffreies Gasgemisch verwendet. Es versteht sich, dass ein entsprechend ”sauerstofffreies” Gasgemisch auch Restgehalte an Sauerstoff, beispielsweise 1%, 0,5%, 0,1% oder 0,01% Sauerstoff oder weniger, enthalten kann. Entsprechend geringe Sauerstoffgehalte verringern das Risiko einer Entflammung bei Kontakt mit einem entflammbaren organischen Kältemittel in ausreichender Weise.As already explained, an oxygen-free or essentially oxygen-free gas mixture is advantageously used as the difficultly or non-inflammable heat transfer fluid. It is understood that a correspondingly "oxygen-free" gas mixture may also contain residual oxygen contents, for example 1%, 0.5%, 0.1% or 0.01% oxygen or less. Correspondingly low oxygen contents sufficiently reduce the risk of ignition when in contact with a flammable organic refrigerant.

Grundsätzlich ist zusätzlich oder zumindest teilweise alternativ zur Verwendung entsprechender flüssiger Medien auch eine Verwendung von Festbettkältespeichern möglich, die wie oben zu dem Wärmespeicher beschrieben ausgebildet sein können. Auch diese können auf unterschiedlichen Temperaturniveaus betrieben und mit und ohne Sicherheitszwischenkreislauf, beispielsweise mit Stickstoff als Wärmeträgerfluid, ausgeführt sein. Der Fachmann nimmt die Kombination aus Flüssig- und Festbettkältespeichern nach Bedarf vor.In principle, additionally or at least partially as an alternative to the use of corresponding liquid media, it is also possible to use fixed-bed cold storage devices which can be designed as described above for the heat storage. These can also be operated at different temperature levels and be designed with and without safety intermediate circuit, for example with nitrogen as the heat transfer fluid. The person skilled in the art makes the combination of liquid and fixed bed cold storage as required.

Zu weiteren Ausgestaltungen, die im Rahmen der soeben erläuterten Ausführungsformen im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ebenfalls, einzeln oder in Kombination, möglich sind, sei auf die EP 3 032 203 A1 , insbesondere auf die unter Bezugnahme auf die dortigen Ausführungsformen, verwiesen.For further embodiments, which in the context of the embodiments just described in the context of the present invention, in principle, also individually or in combination, are possible on the EP 3 032 203 A1 in particular with reference to the local embodiments, referenced.

Die Erfindung und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.The invention and preferred embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1A veranschaulicht eine erfindungsgemäß weiterbildbare Anlage in einem ersten Betriebsmodus anhand eines Prozessflussdiagramms, 1A FIG. 2 illustrates a system which can be further developed according to the invention in a first operating mode on the basis of a process flow diagram, FIG.

1B veranschaulicht die Anlage gemäß 1A in einem zweiten Betriebsmodus anhand eines Prozessflussdiagramms. 1B illustrates the system according to 1A in a second mode of operation based on a process flow diagram.

2 veranschaulicht eine Anlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung einem zweiten Betriebsmodus anhand eines Prozessflussdiagramms. 2 1 illustrates a plant according to an embodiment of the invention, a second operating mode based on a process flow diagram.

3 veranschaulicht eine Anlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung einem zweiten Betriebsmodus anhand eines Prozessflussdiagramms. 3 1 illustrates a plant according to an embodiment of the invention, a second operating mode based on a process flow diagram.

4 veranschaulicht eine Anlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung einem zweiten Betriebsmodus anhand eines Prozessflussdiagramms. 4 1 illustrates a plant according to an embodiment of the invention, a second operating mode based on a process flow diagram.

5 veranschaulicht eine Anlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung einem zweiten Betriebsmodus anhand eines Prozessflussdiagramms. 5 1 illustrates a plant according to an embodiment of the invention, a second operating mode based on a process flow diagram.

6 veranschaulicht eine Anlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung einem zweiten Betriebsmodus anhand eines Prozessflussdiagramms. 6 1 illustrates a plant according to an embodiment of the invention, a second operating mode based on a process flow diagram.

7 veranschaulicht eine Anlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung einem zweiten Betriebsmodus anhand eines Prozessflussdiagramms. 7 1 illustrates a plant according to an embodiment of the invention, a second operating mode based on a process flow diagram.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

In den Figuren sind einander entsprechende Elemente und Fluidströme mit identischen Bezugszeichen veranschaulicht. In sämtlichen Figuren sind Anlagen bzw. Anlagenkomponenten in unterschiedlichen Betriebsmodi veranschaulicht, die zusätzlich zu den dargestellten Elementen weitere Elemente wie Ventile und Armaturen aufweisen. Entsprechende Ventile und Armaturen sind der Übersichtlichkeit halber nicht veranschaulicht, zur Erläuterung sind jedoch durch Ventile und Armaturen versperrte Fluidpfade bzw. entsprechend inaktivierte Ströme durchkreuzt gezeichnet. Überwiegend oder ausschließlich gasförmig vorliegende Ströme sind in Form nicht ausgefüllter (weißer) Pfeildreiecke, überwiegend oder ausschließlich flüssige Ströme in Form ausgefüllter (schwarzer) Pfeildreiecke veranschaulicht. Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf eine Luftbehandlungseinheit als Gasbehandlungseinheit veranschaulicht.In the figures, corresponding elements and fluid streams are illustrated with identical reference numerals. In all figures, systems or plant components are illustrated in different operating modes, which in addition to the elements shown have other elements such as valves and valves. Corresponding valves and fittings are not illustrated for the sake of clarity, for illustration, however, blocked by valves and valves fluid paths or correspondingly inactivated currents are shown crossed. Mainly or exclusively gaseous streams are illustrated in the form of unfilled (white) arrow triangles, predominantly or exclusively liquid streams in the form of filled (black) arrow triangles. The invention will be illustrated with reference to an air treatment unit as a gas treatment unit.

Die 1A und 1B veranschaulichen eine Anlage, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weiterbildbar ist, in einem ersten (1A) und in einem zweiten Betriebsmodus (1B) anhand von Prozessflussdiagrammen.The 1A and 1B illustrate a plant, which can be further developed according to an embodiment of the invention, in a first ( 1A ) and in a second operating mode ( 1B ) using process flow diagrams.

In dem in 1A gezeigten Betriebsmodus wird Einsatzluft in Form eines Stroms a mittels eines Hauptluftverdichters 2 mit nicht gesondert bezeichneten Zwischenkühlern über ein Filter 1 angesaugt. Die Einsatzluft des Stroms a wird in dem Hauptluftverdichter 2 beispielsweise auf einen Druck von ca. 5 bis 7 bar verdichtet. Ein entsprechend verdichteter Strom, nun mit b bezeichnet, wird einer mit nicht gesondert bezeichneten Kühlwasserströmen betriebenen Kühleinheit 3 zugeführt, wo dem Strom b die zuvor zugeführte Verdichtungswärme entzogen wird. Ein entsprechend abgekühlter Strom, nun mit c bezeichnet, wird in einer adsorptiven Reinigungseinheit 4, die beispielsweise ein Paar mit Molekularsieb gefüllter, nicht gesondert bezeichneter Adsorberbehälter umfassen kann, vom überwiegenden Teil des enthaltenen Wassers und Kohlendioxids befreit. Ein auf diese Weise aufgereinigter Strom, nun mit d bezeichnet, wird einem Nachverdichter 5 zugeführt und in diesem auf einen Druck von beispielsweise ca. 9 bar nachverdichtet. Ein entsprechend nachverdichteter Strom, nun mit e bezeichnet, wird in ein Wärmetauschsystem, das hier insgesamt mit 10 bezeichnet ist, eingespeist.In the in 1A operating mode shown is feed air in the form of a current a by means of a main air compressor 2 with not separately designated intercoolers through a filter 1 sucked. The feed air of stream a is in the main air compressor 2 For example, compressed to a pressure of about 5 to 7 bar. A correspondingly compressed stream, now denoted b, becomes a cooling unit operated with cooling water streams which are not separately designated 3 fed, where the current b is removed from the previously supplied heat of compression. A correspondingly cooled stream, now designated c, is placed in an adsorptive cleaning unit 4 , which may comprise, for example, a pair of molecular sieve filled, not separately designated Adsorberbehälter, freed of the majority of the water contained and carbon dioxide. A stream purified in this way, now denoted d, becomes a re-compressor 5 fed and nachverdichtet in this to a pressure of, for example, about 9 bar. A correspondingly recompressed stream, now denoted by e, is in a heat exchange system, which here with a total of 10 is designated, fed.

In dem Wärmetauschsystem 10 wird die verdichtete Einsatzluft des Stroms e in einer ersten Wärmetauscheinheit 11 gegen einen Strom f eines Wärmeträgerfluids unter Erhalt eines entsprechenden abgekühlten Stroms g abgekühlt. Der abgekühlte Strom g wird im dargestellten Beispiel in einer Generatorturbine 12 und ggf. einem dieser nachgeschalteten, nicht gesondert bezeichneten Entspannungsventil entspannt. Der entsprechend entspannte Strom g wird in einen Abscheiderbehälter 13 überführt, in dessen Sumpf sich eine flüssige Fraktion und an dessen Kopf sich eine gasförmige Fraktion bilden. Die flüssige Fraktion vom Sumpf des Abscheiderbehälters 13 wird in Form des Stroms h in ein Tanksystem 20 überführt, in dem es in dem ersten Betriebsmodus gespeichert wird. Das Tanksystem 20 kann zusätzlich zu dem Strom h, wie bereits oben erwähnt, auch mit weiteren flüssigen tiefkalten Strömen beschickt werden. Dem Tanksystem 20 wird in dem ersten Betriebsmodus im dargestellten Beispiel kein Fluid entnommen.In the heat exchange system 10 becomes the compressed feed air of the stream e in a first heat exchange unit 11 cooled against a flow f of a heat transfer fluid to obtain a corresponding cooled stream g. The cooled stream g is in the example shown in a generator turbine 12 and possibly one of these downstream, not separately designated expansion valve relaxes. The correspondingly relaxed stream g is transferred to a separator tank 13 in whose sump a liquid fraction and at whose head a gaseous fraction is formed. The liquid fraction from the bottom of the separator tank 13 is in the form of the stream h in a tank system 20 in which it is stored in the first operating mode. The tank system 20 In addition to the stream h, as already mentioned above, it can also be charged with further liquid cryogenic streams. The tank system 20 In the first mode of operation no fluid is withdrawn in the example shown.

Die gasförmige Fraktion vom Kopf des Abscheiderbehälters 13 wird in Form des Stroms i abgezogen und in einer weiteren Wärmetauscheinheit 14, die hier gegenüber den unten erläuterten zweiten und dritten Wärmetauscheinheiten 16 und 18 als vierte Wärmetauscheinheit 14 bezeichnet wird, erwärmt. In der vierten Wärmetauscheinheit 14 kann dabei Kälte des Stroms i auf einen Strom k übertragen werden, der ebenfalls ein Wärmeträgerfluid umfasst und mit einem weiteren entsprechenden Strom l zu dem bereits erwähnten Strom f des Wärmeträgerfluids vereinigt wird. Durch den Strom f und die Ströme k und l werden Teilkreisläufe eines Wärmeträgerfluids gebildet, die mittels einer Pumpe 15 angetrieben werden und in dieser, sowie in der ersten Wärmetauscheinheit 11, miteinander verknüpft sind. Es sei betont, dass in den erwähnten Teilkreisläufen keine kälteleistende Entspannung eines entsprechenden Wärmeträgerfluids erfolgt, dieses dient im Wesentlichen lediglich zur Übertragung von Wärme, nicht jedoch zu deren Erzeugung.The gaseous fraction from the top of the separator tank 13 is withdrawn in the form of the current i and in a further heat exchange unit 14 here opposite the second and third heat exchange units discussed below 16 and 18 as fourth heat exchange unit 14 is called, heated. In the fourth heat exchange unit 14 In this case, cooling of the current i can be transferred to a current k, which likewise comprises a heat transfer fluid and is combined with a further corresponding current I to the already mentioned current f of the heat transfer fluid. By the current f and the currents k and l partial circuits of a heat transfer fluid are formed by means of a pump 15 be driven and in this, as well as in the first heat exchange unit 11 , are linked together. It should be emphasized that in the mentioned subcircuits no cold-performing expansion of a corresponding heat transfer fluid takes place, this serves essentially only for the transfer of heat, but not for their production.

Der Strom l wird vor der Vereinigung zu dem Strom f und der Einspeisung in den Wärmetauscher 11 mittels der Pumpe 15, bzw. nach der Aufteilung des Stroms f in die Ströme k und l stromab der Wärmetauscheinheit 11, d. h. an deren warmem Ende, durch die bereits erwähnten zwei weiteren Wärmetauscheinheiten 16 und 18, nämlich eine zweite Wärmetauscheinheit 16 und die dritte Wärmetauscheinheit 18, geführt, in denen der Strom l jeweils mittels organischer Kältemittel, die jeweils durch Kältemitteleinheiten 17 und 19 bereitgestellt werden, abgekühlt wird. Details zu den Wärmetauscheinheiten 16 und 18 sowie den Kältemitteleinheiten 17 und 19 sind beispielsweise unter Bezugnahme auf die 2A und 2B sowie 3A und 3B in der EP 3 032 203 A1 erläutert.The current I is before the connection to the stream f and the feed into the heat exchanger 11 by means of the pump 15 , or after the division of the flow f into the flows k and l downstream of the heat exchange unit 11 , ie at its warm end, by the already mentioned two further heat exchange units 16 and 18 namely, a second heat exchange unit 16 and the third heat exchange unit 18 , in which the current l respectively by means of organic refrigerant, each by means of refrigerant units 17 and 19 be prepared, is cooled. Details of the heat exchange units 16 and 18 and the refrigerant units 17 and 19 are for example with reference to the 2A and 2 B such as 3A and 3B in the EP 3 032 203 A1 explained.

Zur Bereitstellung weiterer Kälte kann von der verdichteten Einsatzluft des Stroms d ein Teilstrom m abgezweigt, in dem Wärmetauscher 14 auf eine Zwischentemperatur abgekühlt, in einer nicht gesondert bezeichneten Generatorturbine kälteleistend entspannt und durch den Wärmetauscher 14 zurückgeführt werden. Ein entsprechend zurückgeführter Strom kann beispielsweise in Form des Stroms n als Regeneriergas in der adsorptiven Reinigungseinheit 4 verwendet werden. Der Strom i kann beispielsweise stromauf des Nachverdichters 5 mit dem Strom d vereinigt werden.To provide additional cooling, a partial flow m can be branched off from the compressed feed air of the flow d, in the heat exchanger 14 Cooled to an intermediate temperature, cooled in a non-designated generator turbine and cooled by the heat exchanger 14 to be led back. A correspondingly recirculated stream can, for example, in the form of stream n as a regeneration gas in the adsorptive cleaning unit 4 be used. The current i can, for example, upstream of the booster 5 be combined with the stream d.

In dem in 1B gezeigten zweiten Betriebsmodus der Anlage wird der Strom e nicht bereitgestellt, der Hauptverdichter 2 und der Nachverdichter 5 können außer Betrieb sein oder in einem Standbybetrieb betrieben werden. Die adsorptive Reinigungseinrichtung 4 kann während des in 1B veranschaulichten zweiten Betriebsmodus beispielsweise regeneriert werden. Entsprechend wird in der Generatorturbine 12 auch keine abgekühlte, verdichtete Einsatzluft entspannt und kein Fluid in das Tanksystem 20 überführt. Auch der in dem ersten Betriebsmodus gemäß 1A durch den Strom k realisierte Kältemittelkreislauf durch die vierte Wärmetauscheinheit 14 ist hier typischerweise nicht in Betrieb.In the in 1B shown second operating mode of the system, the stream e is not provided, the main compressor 2 and the re-compressor 5 may be out of order or operated in a standby mode. The adsorptive cleaning device 4 can during the in 1B illustrated second operating mode, for example, be regenerated. Accordingly, in the generator turbine 12 also no cooled, compressed feed air relaxed and no fluid in the tank system 20 transferred. Also in the first operating mode according to 1A by the flow k realized refrigerant circuit through the fourth heat exchange unit 14 here is typically not in operation.

Stattdessen wird in dem zweiten Betriebsmodus gemäß 1B dem Tanksystem 20 Fluid in Form des Stroms o, also eine Speicherflüssigkeit, entnommen und in Form einer tiefkalten Prozessflüssigkeit bereitgestellt. In dem ersten Betriebsmodus gemäß 1A wurde in das Tanksystem 20 ein tiefkaltes Luftprodukt vom Sumpf des Abscheiderbehälters 13 eingespeist. Der Strom o wird in dem zweiten Betriebsmodus in dem Wärmetauscher 11 erwärmt und verdampft oder, bei entsprechendem Druck, in den überkritischen Zustand überführt. Der Strom o überträgt dabei seine Kälte auf einen Strom p, der aus demselben Wärmeträgerfluid der Ströme f, k und l des ersten Betriebsmodus gemäß 1A gebildet wird, hier jedoch der besseren Unterscheidbarkeit halber abweichend bezeichnet ist. Ein in dem zweiten Betriebsmodus gemäß 1B durch den Strom p realisierter Kältemittelkreislauf umfasst auch die bereits erwähnten zweiten und dritten Wärmetauscheinheiten 16 und 18 bzw. die zugehörigen Kältemitteleinheiten 17 und 19.Instead, in the second mode of operation according to 1B the tank system 20 Fluid in the form of the current o, so a storage fluid, taken and provided in the form of a cryogenic process fluid. In the first operating mode according to 1A was in the tank system 20 a cryogenic air product from the bottom of the separator tank 13 fed. The current o becomes in the second operating mode in the heat exchanger 11 heated and evaporated or, at the appropriate pressure, transferred to the supercritical state. The current o transmits its coldness to a flow p, which consists of the same heat transfer fluid of the flows f, k and l of the first operating mode 1A is formed here, but here for the better distinctness is called divergent. One in the second operating mode according to 1B The refrigerant circuit realized by the current p also includes the aforementioned second and third heat exchange units 16 and 18 or the associated refrigerant units 17 and 19 ,

Durch das Erwärmen und Verdampfen des Stroms o, also der tiefkalten Prozessflüssigkeit, wird ein gasförmiges oder überkritisches Druckfluid in Form des Stroms q bereitgestellt, das einer Energieerzeugungseinheit 120 zugeführt wird. In der Energieerzeugungseinheit 20 wird der Strom q unter Erzeugung elektrischer Energie in einer Generatorturbine 21 entspannt. Ein entsprechend entspannter Fluidstrom ist mit r bezeichnet. Der Strom q kann zuvor durch einen Wärmetauscher 22 geführt und in diesem mittels eines Abgasstroms einer Brennkammer 23 oder einer Wärmekraftmaschine, insbesondere einer Gasturbine, in der ein Brennstoff mit Luft oder einem anderen sauerstoffhaltigen Gas verbrannt wird, erwärmt werden.By heating and evaporating the stream o, ie the cryogenic process liquid, a gaseous or supercritical pressurized fluid in the form of the stream q is provided, that of a power generation unit 120 is supplied. In the power generation unit 20 the current q is generated to generate electrical energy in a generator turbine 21 relaxed. A correspondingly relaxed fluid flow is designated by r. The stream q can previously through a heat exchanger 22 guided and in this by means of an exhaust gas flow of a combustion chamber 23 or a heat engine, in particular a gas turbine, in which a fuel is burned with air or other oxygen-containing gas, are heated.

In 2 ist eine Anlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Diese Anlage kann, bis auf die nachfolgend erläuterten, zusätzlichen Elemente, grundsätzlich vergleichbar mit der in den 1A und 1B veranschaulichten Anlage aufgebaut sein, wobei auch hier ein (in 2 vereinfacht dargestellter) Hauptluftverdichter 2 vorgesehen ist, der den Luftstrom a ansaugt. Weitere Elemente wie der in den 1A und 1B gezeigte Filter 1 sowie der Nachkühler 3, die Einrichtungen 4 zur Luftreinigung und der Nachverdichter 5 sind hier nicht gezeigt. Als Teil eines Wärmetauschsystems, das grundsätzlich vergleichbar zu dem Wärmetauschsystem 10 gemäß den 1A und 1B ausgebildet sein kann, sind der Übersichtlichkeit halber lediglich eine Wärmetauscheinheit 110 und eine Wärmetauscheinheit 140 dargestellt, die im Wesentlichen den Wärmetauscheinheiten 11 und 14 gemäß 1A und 1B entsprechen können. Auch die übrigen Elemente des Wärmetauschsystem 10 gemäß den 1A und 1B können vorhanden sein und entsprechend oder auf vergleichbare Weise betrieben werden. Entsprechendes gilt auch für die nachfolgenden Figuren, wobei das Wärmetauschsystem jedoch auch abweichend ausgebildet sein kann. Die wesentliche Funktion der Wärmetauscheinheit 140 ist die Verflüssigung, die wesentliche Funktion der Wärmetauscheinheit 110 die Verdampfung, wobei ein Wärmeaustausch bzw. eine Zwischenspeicherung von bei der Abkühlung entzogener Wärme zur Verdampfung erfolgen kann.In 2 a system according to an embodiment of the invention is illustrated. This installation can, with the exception of the following, additional elements, basically comparable to those in the 1A and 1B be constructed plant, also here a (in 2 simplified) main air compressor 2 is provided, which sucks the air flow a. Other elements like the one in the 1A and 1B shown filters 1 as well as the aftercooler 3 , the facilities 4 for air purification and the booster 5 are not shown here. As part of a heat exchange system, which is basically comparable to the heat exchange system 10 according to the 1A and 1B may be formed, for the sake of clarity, only a heat exchange unit 110 and a heat exchange unit 140 shown, which are essentially the heat exchange units 11 and 14 according to 1A and 1B can correspond. Also the other elements of the heat exchange system 10 according to the 1A and 1B may be present and operated in accordance with or in a similar manner. The same applies to the following figures, but the heat exchange system can also be designed differently. The essential function of the heat exchange unit 140 is the liquefaction, the essential function of the heat exchange unit 110 the evaporation, wherein a heat exchange or an intermediate storage of deprived of heat during cooling for evaporation can take place.

Die Darstellung in der 2 sowie der nachfolgenden Figuren zeigt beide Betriebsmodi, wobei sich versteht, dass in jedem der beiden Betriebsmodi jeweils nur bestimmte Anlagenkomponenten in Betrieb sind, wie zuvor unter Bezugnahme auf die 1A und 1B erläutert. Somit werden die auch in 2 und in den nachfolgenden Figuren dargestellten Fluidströme a, b, q und r typischerweise jeweils nur in einem der Betriebsmodi genutzt bzw. bereitgestellt.The presentation in the 2 As well as the following figures shows both operating modes, it being understood that in each of the two operating modes only certain system components are in operation, as previously with reference to the 1A and 1B explained. Thus, they are also in 2 and in the following figures fluid flows a, b, q and r typically each used or provided only in one of the operating modes.

Gemäß 2 ist ein elektrischer Erhitzer 41 vorgesehen, der den durch den Hauptluftverdichter 2 verdichteten Druckluftstrom b, der bereits durch die Verdichtung dem Hauptluftverdichter 2 eine Erwärmung erfahren hat, weiter erwärmt. In einem Wärmetauscher 42 wird die Verdichtungswärme und die zusätzliche, in dem elektrischen Erhitzer 41 auf den Druckluftstrom b übertragene Wärme dem Druckluftstrom b zumindest teilweise entzogen und in eine Wärmespeichereinheit 40, die wie oben erläutert ausgebildet sein kann, übertragen.According to 2 is an electric heater 41 provided by the main air compressor 2 compressed air stream b, which already by the compression of the main air compressor 2 has undergone warming, further heated. In a heat exchanger 42 is the heat of compression and the additional, in the electric heater 41 transferred to the compressed air flow b heat at least partially removed from the compressed air flow b and in a heat storage unit 40 , which may be formed as explained above, transmitted.

Die Wärmeübertragung in die Wärmespeichereinheit 40 erfolgt dabei üblicherweise ausschließlich in dem ersten Betriebsmodus. Typischerweise ausschließlich in dem zweiten Betriebsmodus wird Wärme aus der Wärmespeichereinheit 40 mittels eines Wärmetauschers 43 beispielsweise auf das gasförmige oder überkritische Druckfluid des Stroms q übertragen. Auch eine Übertragung auf andere Fluidströme, die zur Bereitstellung eines entsprechenden Stroms verwendet werden, ist möglich.The heat transfer into the heat storage unit 40 usually takes place exclusively in the first operating mode. Typically, only in the second mode of operation, heat is removed from the heat storage unit 40 by means of a heat exchanger 43 for example, transferred to the gaseous or supercritical fluid pressure of the current q. Also, transmission to other fluid streams used to provide a corresponding flow is possible.

Während 2 eine indirekte Übertragung von Wärme in die Wärmespeichereinheit 40 veranschaulicht, beispielsweise über Verwendung von Wärmeträgerfluiden, ist es grundsätzlich auch möglich, den Druckluftstrom b und den Strom q bzw. diesen entsprechende Fluidströme direkt durch die Wärmespeichereinheit 40 zu führen. Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 3 anhand eines entsprechenden Prozessflussdiagramms veranschaulicht.While 2 an indirect transfer of heat into the heat storage unit 40 illustrates, for example via the use of heat transfer fluids, it is also possible in principle, the compressed air flow b and the flow q or these corresponding fluid flows directly through the heat storage unit 40 respectively. This embodiment of the present invention is in 3 illustrated by a corresponding process flow diagram.

Gemäß einer weiteren, in 4 veranschaulichten Ausführungsform ist es auch möglich, den Druckluftstrom b zunächst durch einen der besseren Unterscheidbarkeit halber mit 44 bezeichneten Wärmetauscher zu führen und erst anschließend mittels des elektrischen Erhitzers 41 zu erwärmen. Der entsprechend erwärmte Druckluftstrom b kann anschließend durch die Wärmespeichereinheit 40 geführt und über eine nicht gesondert bezeichnete Pumpe durch den Wärmetauscher 44 gepumpt und erst anschließend der Verflüssigungseinheit unter Verwendung des mehrfach beschriebenen Wärmetauschers 14 zugeführt werden.According to another, in 4 illustrated embodiment, it is also possible, the compressed air flow b first by one of the better distinctness with half 44 to lead designated heat exchanger and only then by means of the electric heater 41 to warm up. The correspondingly heated compressed air flow b can subsequently through the heat storage unit 40 guided and via a not separately designated pump through the heat exchanger 44 pumped and then the liquefaction unit using the heat exchanger described several times 14 be supplied.

Entsprechendes gilt in vergleichbarer Weise für das Druckfluid des Stoffstroms q, das zunächst durch einen Wärmetauscher 45 geleitet, anschließend mittels einer Pumpe durch die Wärmespeichereinheit 40 geführt, und über den Wärmetauscher 45 der Entspannung zugeführt wird.The same applies in a comparable manner for the pressurized fluid of the stream q, the first through a heat exchanger 45 passed, then by means of a pump through the heat storage unit 40 guided, and over the heat exchanger 45 the relaxation is supplied.

Gemäß den in den 5 und 6 veranschaulichten Ausführungsformen erfolgt keine Erhitzung der Druckluftströme b. Vielmehr sind hier (nicht gesondert bezeichnete und lediglich in Form eines Spannungspfeils veranschaulichte) elektrische Erhitzer vorgesehen, die für eine Erwärmung des Materials der Wärmespeichereinheiten 40 eingerichtet sind. Im Übrigen gelten die Erläuterungen zu den 2 und 3 entsprechend.According to the in the 5 and 6 illustrated embodiments, there is no heating of the compressed air streams b. Rather, here (not separately designated and illustrated only in the form of a voltage arrow) electrical heaters are provided for heating the material of the heat storage units 40 are set up. Otherwise, the explanations regarding the 2 and 3 corresponding.

Gemäß der in 7 veranschaulichten weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine kombinierte Kälte- und Wärmespeichereinheit 50 vorgesehen, wobei die Kältespeichereinheit erneut wie in den zuvor erläuterten Ausführungsformen und insbesondere gemäß den 1A und 1B eine Reihe weiterer Komponenten umfassen kann. Der Druckluftstrom b, der hier insbesondere durch den elektrischen Erhitzer 41 erwärmt werden kann (jedoch ist auch eine Ausführungsform ohne eine entsprechende Erwärmung möglich), wird, vergleichbar wie in der in 2 veranschaulichten Ausführungsform, durch einen Wärmetauscher 42 geführt, wo dem Druckluftstrom b Wärme entzogen und in die Wärmespeichereinheit 40 übertragen werden kann. Der in dem Wärmetauscher 42 abgekühlte Druckluftstrom wird in der Verflüssigungseinheit bzw. deren hier exemplarisch veranschaulichten Wärmetauscher 14 verflüssigt. Bei der Verflüssigung erfolgt ein Wärmetauscher mit der Kältespeichereinheit, die hier durch den Wärmetauscher 11 veranschaulicht ist.According to the in 7 illustrated further embodiment of the present invention is a combined cold and heat storage unit 50 provided, wherein the cold storage unit again as in the previously described embodiments and in particular according to the 1A and 1B may include a number of other components. The compressed air flow b, here in particular by the electric heater 41 can be heated (but also an embodiment without a corresponding heating is possible), is comparable to that in in 2 illustrated embodiment, by a heat exchanger 42 led, where the compressed air flow b withdrawn heat and in the heat storage unit 40 can be transferred. The in the heat exchanger 42 cooled compressed air flow is in the liquefaction unit or their exemplified here heat exchanger 14 liquefied. During liquefaction, a heat exchanger with the cold storage unit takes place here through the heat exchanger 11 is illustrated.

Die Ausführungsform gemäß 7 findet insbesondere dann Anwendung, wenn ein flüssiges Kältespeichermedium in der Kältespeichereinheit eingesetzt wird, beispielsweise Propan. In diesem Fall ist typischerweise aus Sicherheitsgründen eine Anbindung der Kältespeichereinheit über einen Zwischenkreislauf vorgesehen. Auch hier können die zuvor zu den Ausführungsformen gemäß 3 bis 6 erläuterten Ausgestaltungen wie direkte indirekte Erwärmung und die Erwärmung in der Wärmetauscheinheit 40 mittels des elektrischen Erhitzers vorgesehen sein.The embodiment according to 7 finds particular application when a liquid cold storage medium is used in the cold storage unit, such as propane. In this case, a connection of the cold storage unit is typically provided via an intermediate circuit for safety reasons. Again, the above to the embodiments according to 3 to 6 explained embodiments such as direct indirect heating and the heating in the heat exchange unit 40 be provided by the electric heater.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 3032203 A1 [0003, 0028, 0034, 0049] EP 3032203 A1 [0003, 0028, 0034, 0049]
  • DE 102014008120 A1 [0013] DE 102014008120 A1 [0013]
  • WO 2014/026738 A2 [0014] WO 2014/026738 A2 [0014]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • H.-W. Häring (Hrsg.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, insbesondere Abschnitt 2.2.5, ”Cryogenic Rectification” [0016] H.-W. Häring (ed.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, especially Section 2.2.5, "Cryogenic Rectification" [0016]

Claims (1)

Anlage zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, insbesondere elektrischer Energie, die für einen Betrieb in einem ersten Betriebsmodus und in einem zweiten Betriebsmodus eingerichtet ist, wobei Mittel vorgesehen sind, die dafür eingerichtet sind, – in dem ersten Betriebsmodus Luft unter Einsatz von elektrischer Energie zu verdichten, unter Verwendung zumindest eines Teils der verdichteten Luft ein flüssiges Luftprodukt bereitzustellen, und das flüssige Luftprodukt zumindest teilweise in einem Tanksystem zu speichern, – in dem zweiten Betriebsmodus das in dem ersten Betriebsmodus in dem Tanksystem gespeicherte flüssige Luftprodukt zumindest teilweise unter Erhalt eines Druckfluids zu erwärmen und das Druckfluid zumindest teilweise unter Gewinnung von elektrischer Energie zu entspannen, – in dem ersten Betriebsmodus der verdichteten Luft nach der Verdichtung zumindest teilweise Verdichtungswärme zu entziehen und in einer Wärmespeichereinheit zwischenzuspeichern, und – in dem zweiten Betriebsmodus die in dem ersten Betriebsmodus in der Wärmespeichereinheit zwischengespeicherte Verdichtungswärme zumindest teilweise zur Erwärmung des flüssigen Luftprodukts zu verwenden, gekennzeichnet durch – einen elektrischen Erhitzer, der dafür eingerichtet ist, in dem ersten Betriebsmodus Wärme bereitzustellen, und Mittel, die dafür eingerichtet sind, die durch den elektrischen Erhitzer bereitgestellte Wärme in dem ersten Betriebsmodus zumindest teilweise zusätzlich zu der Verdichtungswärme in der Wärmespeichereinheit zu speichern.System for storing and recovering energy, in particular electrical energy, which is set up for operation in a first operating mode and in a second operating mode, wherein means are provided which are set up for In the first mode of operation, to compress air using electrical energy, to provide a liquid air product using at least a portion of the compressed air, and to store the liquid air product at least partially in a tank system, In the second mode of operation, at least partially warming the liquid air product stored in the tank system in the first operating mode to obtain a pressurized fluid and at least partially relaxing the pressurized fluid to generate electrical energy, - In the first operating mode of the compressed air after compression at least partially remove heat of compression and buffer in a heat storage unit, and In the second operating mode, to use the heat of compression temporarily stored in the heat storage unit in the first operating mode, at least partly for heating the liquid air product, marked by An electrical heater configured to provide heat in the first mode of operation, and means configured to store the heat provided by the electrical heater in the first operating mode at least in part in addition to the heat of compression in the thermal storage unit.
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