System und Verfahren zur vollständigen und uneingeschränkten Nutzung von ungesteuert erzeugter elektrischer Energie System and method for the complete and unrestricted use of uncontrolled electrical energy
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem System und einem Verfahren zur vollständigen und uneingeschränkten Nutzung von ungesteuert erzeugter elektrischer Energie, insbesondere von naturhaft erzeugter elektrischer Energie, deren Leistung erzeugungsbedingten Schwankungen unterworfen ist. The present invention relates to a system and a method for the complete and unrestricted use of uncontrolled electrical energy, in particular naturally generated electrical energy whose performance is subject to generation-related fluctuations.
Insbesondere bei umweltfreundlichen Verfahren zur Energieerzeugung ist es nur sehr schwer möglich, eine konstante Leistung der erzeugten Energie über einen langen Zeitraum zu gewährleisten. Beispiele dazu sind die schwankenden In particular, in environmentally friendly processes for energy production, it is very difficult to ensure a constant performance of the energy generated over a long period of time. Examples are the fluctuating ones
Leistungen von durch Windenergieanlagen (WEA) erzeugter Energie, die von den lokal herrschenden, oftmals stark schwankenden Windverhältnissen abhängt, oder durch Photovoltaikanlagen erzeugter Energie, die mit einer veränderten Benefits of energy generated by wind turbines (WTG), which depends on the locally prevailing, often strongly fluctuating wind conditions, or energy generated by photovoltaic plants, which varies with one
Sonneneinstrahlung schwankt. Auch bei Wasserkraftwerken ist in der Regel eine wasserstandsabhängige Leistungsschwankung zu bemerken, die jedoch im Solar radiation fluctuates. Even in hydroelectric power plants, a water level-dependent power fluctuation is usually noticed, but in the
Vergleich mit den Leistungsschwankungen bei WEA meist langsamer und vorhersehbar verläuft. Comparison with the power fluctuations in wind turbines is usually slower and predictable.
Diese Leistungsschwankungen, insbesondere die extreme Leistungsvolalität der Windenergie, stellt eine aktuelle physikalisch technische Herausforderung in der Energiewirtschaft dar. These power fluctuations, in particular the extreme power volatility of wind energy, represent a current physical technical challenge in the energy industry.
Die bestehenden Systeme und Verfahren haben die Nachteile, dass eine The existing systems and procedures have the disadvantages that one
Speicherung von ausreichenden Energiemengen nicht dargestellt werden kann, wie es zum Beispiel bei Akkumulatoren der Fall ist, oder dass durch einen schlechten Wirkungsgrad bei der Nutzung oder Rückführung der gespeicherten Energie hohe Verluste auftreten. Storage of sufficient amounts of energy can not be represented, as is the case for example with accumulators, or that high losses occur due to poor efficiency in the use or recycling of the stored energy.
Im Allgemeinen wird die überschüssige Leistung bisher häufig durch Verfahren, die
diese Leistung in eine nicht mehr nutzbare Form bringen, vernichtet oder auf deren Nutzung verzichtet. In general, the surplus power is often used by procedures that bring this power into an unusable form, destroyed or renounced their use.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein System und ein The present invention has for its object, a system and a
Verfahren zur Verfügung zu stellen, welche die oben aufgeführten Nachteile überwinden und eine Darstellung negativer Regelenergie zur Optimierung beziehungsweise zur Maximierung der erzeugten Energie ermöglichen, und insbesondere eine vollständige und uneingeschränkte Nutzung von elektrischer Energie gewährleisten, die durch umweltfreundliche Verfahren erzeugt wurde. To provide methods that overcome the disadvantages listed above and allow a representation of negative control energy to optimize or maximize the energy generated, and in particular to ensure full and unrestricted use of electrical energy generated by environmentally friendly processes.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, bei dem aus einem elektrischen Leistungsüberhang mittels eines Wärmeerzeugers Wärme generiert wird, die vorzugsweise in einem Wärmespeicher gespeichert oder in einen Wärmeumformer eingebracht wird. Insbesondere wird die Wärme in einem flüssigen Medium, vorzugsweise Öl oder Wasser, gespeichert oder in dieses Medium eingebracht. The object is achieved by a method in which heat is generated from an electrical power overhang by means of a heat generator, which is preferably stored in a heat accumulator or introduced into a heat converter. In particular, the heat is stored in a liquid medium, preferably oil or water, or introduced into this medium.
Das Verfahren beruht auf den Schritten: The procedure is based on the steps:
Feststellung eines Leistungsüberhanges, Determination of a performance surplus,
Zuschaltung, vorzugsweise stufenlose Zuschaltung, mindestens eines Connection, preferably stepless connection, at least one
Wärmeerzeugers bei Vorliegen eines Leistungsüberhanges, vorzugsweise durch ein Steuersignal, insbesondere auf Vorgabe der Netzleitstelle, optional sukzessive Zuschaltung mindestens eines weiteren Heat generator in the presence of a power overhang, preferably by a control signal, in particular to specification of the network control center, optionally successive connection of at least one other
Wärmeerzeugers, wenn der Leistungsüberhang weiterhin vorliegt, Heat generator, if the excess power still exists,
Abschaltung des Wärmeerzeugers, wenn der Leistungsüberhang nicht mehr vorliegt. Shutdown of the heat generator, if the power overhang is no longer present.
Eine Feststellung, ob ein Leistungsüberhang vorliegt, ist durch die folgenden bevorzugten Methoden alleine oder in Kombination miteinander möglich: A determination of whether there is a performance overhang is possible by the following preferred methods alone or in combination:
a) Die Frequenz des Stromes im Stromnetz, z. B. 50 Hz in Deutschland, wird überwacht. Bei steigender eingebrachter Leistung steigt die Frequenz. Wenn der
Leistungsüberhang die Netzfrequenz von 50 Hz um +/- 1 Hz anhebt oder absenkt, wird die Netzschutzabschaltung angeregt. Um einen Sicherheitsabstand zur Schutzabschaltung zu gewährleisten, darf die Netzfrequenz deshalb eine a) The frequency of the electricity in the power grid, z. B. 50 Hz in Germany, is monitored. As the power applied increases, the frequency increases. If the Overcharging the grid frequency of 50 Hz by +/- 1 Hz raises or lowers, the mains protection shutdown is stimulated. To ensure a safe distance to the protective shutdown, the mains frequency must therefore be
Bandbreite von +/- 800 mHz zur Nennfrequenz nicht überschreiten. Somit liegt ein Leistungsüberhang vor, wenn die Netzfrequenz um mehr als 100 mHz von der durchschnittlichen Netzfrequenz abweicht, bevorzugt um mehr als 500 mHz, besonders bevorzugt um mehr als 800 mHz, oder wenn die Netzfrequenz um einen solchen Betrag abzuweichen droht. Do not exceed the bandwidth of +/- 800 mHz from the nominal frequency. Thus, there is a power surplus when the network frequency deviates by more than 100 mHz from the average network frequency, preferably by more than 500 mHz, more preferably by more than 800 mHz, or if the network frequency threatens to deviate by such an amount.
b) Die Spannung im Stromnetz wird überwacht. Bei steigender eingebrachter Leistung steigt die maximale Spannung und/oder der Mittelwert der Spannung. Ein Leistungsüberhang liegt vor, wenn die gemessene Spannung einen Richtwert um einen vorher vorgegebenen Wert übersteigt. Bevorzugt liegt ein b) The voltage in the mains is monitored. As the applied power increases, the maximum voltage and / or the mean value of the voltage increases. Power over-performance occurs when the measured voltage exceeds a guideline value by a predetermined amount. Preferably lies
Leistungsüberhang vor, wenn die gemessene maximale Spannung die mittlere maximale Spannung um mehr als 1 %, insbesondere mehr als 3%, übersteigt, und/ oder der gemessene Mittelwert der Spannung den normalen Mittelwert um mehr als 1%, insbesondere mehr als 3%, übersteigt. Power surplus if the measured maximum voltage exceeds the mean maximum voltage by more than 1%, in particular more than 3%, and / or the measured mean value of the voltage exceeds the normal mean value by more than 1%, in particular more than 3% ,
c) Die Leistung der Energieerzeuger wird gemessen; liegt die Summe der gemessenen Leistungen über einem Referenzwert, so liegt ein Leistungsüberhang vor. c) the power of the energy producers is measured; if the sum of the measured powers exceeds a reference value, then there is a performance overhang.
Im Allgemeinen hat jede Netzleitstelle verlässliche Richtlinien und Vorrichtungen, welche einen Leistungsüberhang definieren und messen können. Es ist somit dem Fachmann in der Regel bekannt, wann ein Leistungsüberhang vorliegt und es sind nicht notwendigerweise Investitionen für weitere Vorrichtungen zu tätigen. In general, each network control center has reliable policies and devices that can define and measure performance overhead. Thus, it is generally known to the person skilled in the art when there is an excess of power and it is not necessary to make investments for further devices.
Eine bevorzugte Kombination der oben geschilderten Methoden ist die A preferred combination of the above-described methods is the
Überwachung der Leistung zumindest an den Energieerzeugern, deren Leistung Schwankungen unterworfen ist, parallel zu Messungen, die den Zustand des Netzes ermitteln. Ein Leistungsüberhang kann durch Vergleich der eingebrachten Leistung auf der einen Seite und Last/Verbrauch auf der anderen Seite festgestellt werden.
Eine kombinierte Überwachung, die sowohl den Zustand eines Energieerzeugers oder einer Gruppe von Energieerzeugern als auch den Zustand des Stromnetzes umfasst, ermöglicht es, die durch den Energieerzeuger oder die Gruppe von Energieerzeugern erzeugte Energie bei einem Leistungsüberschuss gezielt zeitlich und/oder räumlich definiert in Wärme umzusetzen. Monitoring the performance of at least the energy producers, whose performance is subject to fluctuations, in parallel to measurements that determine the state of the network. A performance overhang can be determined by comparing the introduced power on the one hand and load / consumption on the other hand. Combined monitoring, which includes both the state of a power generator or a group of energy producers and the state of the power grid, makes it possible to convert the energy generated by the energy generator or the group of energy generators into heat with a power surplus in a specifically defined time and / or space ,
Eine reine Überwachung des Netzes ermöglicht es, dass jede Region bei lokalen Leistungsüberhängen unabhängig von den Energieerzeugern das Netz durch das erfindungsgemäße Verfahren entlasten kann. A pure monitoring of the network makes it possible for each region to relieve the network by means of the method according to the invention in the case of local power surges independently of the energy producers.
Die Zu- oder Abschaltung des Wärmeerzeugers oder der Wärmeerzeuger kann manuell, insbesondere durch eine Netzleitwarte, oder automatisch erfolgen. The connection or disconnection of the heat generator or the heat generator can be done manually, in particular by a network control center, or automatically.
Insbesondere erhält der Wärmeerzeuger durch eine Informationsverbindung Signale zur An- bzw. Abschaltung. Eine bevorzugte Informationsverbindung ist eine Signalleitung, die vorzugsweise nicht mit dem Stromnetz in Verbindung steht, oder eine Signalübertragung durch elektromagnetische Wellen, z.B. durch Funk übertragene Signale. In particular, the heat generator receives signals for connection or disconnection by means of an information connection. A preferred information link is a signal line, which is preferably not connected to the power grid, or a signal transmission by electromagnetic waves, e.g. radio transmitted signals.
Das automatische An- und Ausschalten des Wärmeerzeugers oder der The automatic switching on and off of the heat generator or the
Wärmeerzeuger wird vorzugsweise durch eine Sensoreinheit bewirkt, die misst, ob ein Leistungsüberhang im Stromnetz vorliegt, und entsprechend der Messung den oder die Wärmeerzeuger mittels der Informationsverbindung anschaltet oder ausschaltet. Heat generator is preferably effected by a sensor unit, which measures whether there is a power overhang in the power grid, and according to the measurement, turns on or off the heat generator (s) by means of the information connection.
Bevorzugte Wärmeerzeuger sind Ohm'sche Wärmeerzeuger, insbesondere Wärmeerzeuger aus der Gruppe Elektroheizpatronen, Nachtspeicherheizungen, Glühdrähte, Infrarotstrahler und Peltierelemente. Preferred heat generators are ohmic heat generators, in particular heat generators from the group of electric heating cartridges, night storage heaters, glow wires, infrared radiators and Peltier elements.
Ohm'sche Wärmeerzeuger haben den Vorteil, dass durch den rein Ohm'schen Widerstand keine Phasenverschiebung der Netzleistung erfolgt, das Stromnetz also nicht durch die Zuschaltung dieses Verbrauchers zusätzliche Störungen erfährt.
In einem System, das auf diesem Verfahren basiert, wird in dem Fall, dass ein Leistungsüberhang vorliegt, ein Wärmeerzeuger in einem Wärmereservoir eingeschaltet, und in dem Fall, dass der Leistungsüberhang nicht mehr vorliegt, der Wärmeerzeuger wieder ausgeschaltet. Ohmic heat generators have the advantage that due to the purely ohmic resistance, there is no phase shift in the grid power, so the grid does not experience any additional disturbances as a result of the connection of this load. In a system based on this method, in the event of a power overage, a heat generator in a heat reservoir is turned on, and in the event that the power overflow is no longer present, the heat generator is turned off again.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Wärme vom Wärmeerzeuger in ein Wärmereservoir eingebracht oder erzeugt, in dem bevorzugt durch eine In a preferred embodiment, the heat is introduced or generated by the heat generator in a heat reservoir, in which preferably by a
Elektroheizpatrone ein flüssiges Medium, z.B. Wasser oder Öl, erwärmt wird. Bevorzugte Wärmereservoirs sind Wärmespeicher oder Wärmeumformer, z.B. Großwasserraumkessel. Bevorzugte Wärmespeicher sind Boiler, Ruths-Speicher oder Wärmespeicher einer Biogasanlage oder Industrieanlage. Electric heating cartridge, a liquid medium, e.g. Water or oil, is heated. Preferred heat reservoirs are heat storage or heat exchangers, e.g. Shell boilers. Preferred heat storage are boilers, Ruths storage or heat storage of a biogas plant or industrial plant.
Bevorzugt enthält ein Wärmespeicher oder Wärmeumformer zusätzlich weitere Elemente, die insbesondere zur Erzeugung von Wärme mit anderen Methoden geeignet sind, zum Beispiel Brenner für fossile Brennstoffe oder Wärmetauscher zum Einbringen von Abwärme, wie sie beispielsweise bei der Energieerzeugung durch Biogasmotoren als Abwärme entsteht. Auch ist es möglich, dass der Wärmespeicher bereits durch einen elektrischen Wärmeerzeuger beheizt wird. In diesem Falle wird lediglich eine Einheit benötigt, die es ermöglicht, den Preferably, a heat storage or heat exchanger additionally contains other elements which are particularly suitable for generating heat by other methods, for example, burners for fossil fuels or heat exchangers for introducing waste heat, such as is produced as waste heat in energy production by biogas engines. It is also possible that the heat storage is already heated by an electric heat generator. In this case, only one unit is required, which makes it possible to use the
Wärmeerzeuger bei einem Leistungsüberhang anzuschalten und auch wieder gezielt abzuschalten. Switch on heat generator at a power overhang and turn off again targeted.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird ein herkömmlicher Wärmespeicher, der noch keinen elektrischen Wärmeerzeuger aufweist, mit einem solchen nachgerüstet. In a preferred embodiment, a conventional heat storage, which still has no electric heat generator, retrofitted with such.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein elektrisch beheizter Wärmespeicher mit einer Einheit zum Empfang der oben genannten In a further preferred embodiment, an electrically heated heat accumulator with a unit for receiving the above
erfindungsgemäßen Signale ausgestattet. equipped signals according to the invention.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Wärmereservoir dazu verwendet, oder zusätzlich dazu verwendet, mittels eines Energieerzeugers aus
dem Temperaturunterschied eines Bereichs dieses Wärmereservoirs zu einem Temperaturbereich unterschiedlicher Temperatur, bevorzugt zu einem kälteren Wärmereservoir oder einem Bereich niedrigerer Temperatur des selben In a further preferred embodiment, the heat reservoir is used, or additionally used, by means of an energy generator the temperature difference of a region of this heat reservoir to a temperature range of different temperature, preferably to a colder heat reservoir or a lower temperature region of the same
Wärmereservoirs, Energie zu erzeugen. Heat reservoirs to generate energy.
Bevorzugte Energieerzeuger sind dabei Energieerzeuger aus der Gruppe Preferred energy producers are energy producers from the group
Stirtingmotoren, Thermoelemente und Organic Rankine Cycle-Anlagen. Stirling engines, thermocouples and Organic Rankine Cycle plants.
Ein bevorzugtes System zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält mindestens eine Einheit zur Messung des Leistungsniveaus des A preferred system for carrying out the method according to the invention comprises at least one unit for measuring the power level of the
Stromnetzes, vorzugsweise noch mindestens eine Einheit zur Ermittlung der Leistung mindestens eines Energieerzeugers oder einer Gruppe von Power network, preferably at least one unit for determining the performance of at least one power generator or a group of
Energieerzeugern und mindestens einen Wärmeerzeuger in einem Energy generators and at least one heat generator in one
Wärmereservoir, mindestens eine Steuereinheit zur An- und Abschaltung oder stufenlosen Verbrauchssteuerung des Wärmeerzeugers, wobei die Steuereinheit den Wärmeerzeuger zuschaltet, sobald die übergeordnete Netzregelung den nicht ausregelbaren Leistungsüberhang feststellt und zuschaltbare Verbraucher anfordert. Heat reservoir, at least one control unit for switching on and off or continuous consumption control of the heat generator, wherein the control unit connects the heat generator as soon as the higher-level grid control determines the non-adjustable power surplus and requests switchable consumers.
Eine bevorzugte weitere Ausführungsform enthält zusätzlich am Wärmereservoir eine Einheit zur Erzeugung von nutzbarer elektrischer Energie aus der im A preferred further embodiment additionally includes at the heat reservoir a unit for generating usable electrical energy from the in
Wärmereservoir gespeicherten Wärme. Heat reservoir stored heat.
Zwar sind viele Verfahren zur Erzeugung von Energie Schwankungen unterworfen, jedoch weist im Vergleich mit anderen das Verfahren der Erzeugung von Energie mittels Windenergieanlagen (WEA) eine besonders hohe Schwankung der Although many methods for generating energy are subject to fluctuations, however, compared to others, the method of generating energy by means of wind turbines (WEA) has a particularly high variation of the
Leistung auf. Power up.
Außerdem liegt bei Windenergie in der Regel nie eine Deckungsgleichheit von Erzeugung und Verbrauch vor. Insbesondere Windenergie wird ohne In addition, wind energy is generally never equal in terms of production and consumption. In particular, wind energy is without
Berücksichtigung von anstehender Verbrauchshöhe (Last) erzeugt.
Die in WEA erzeugte Energie verursacht insbesondere aktuell und in der geplanten Ausbaustufe der offshore-Anlagen einen beträchtlichen Leistungsüberhang in Bezug auf den Verbrauch in den westeuropäischen Industrieländern. Consideration of pending consumption level (load) generated. In particular, the energy generated in wind turbines is causing a significant excess in terms of consumption in western European industrialized countries, especially in the current and planned expansion stage of offshore wind farms.
Die numerische Leistung der WEA kommt dabei während ihrer Maxima der Leistung der herkömmlichen Kraftwerke nahe oder mag sie in zukünftiger The numerical power of the wind turbine during its maxima comes close to the power of conventional power plants or may be similar in future
Ausbaustufe in den Sommermonaten und an markanten Feiertagsanhäufungen sogar übersteigen. Even exceed in the summer months and on marked holiday pilings.
Es ist dabei insbesondere zu beachten, dass nach den Vorgaben des It is particularly important to note that according to the specifications of
Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) umweltfreundlich erzeugte Leistung mit Priorität in das Stromnetz eingespeist wird und Vorrang vor der Leistung hat, die aus fossilen Energieträgern oder Kernbrennstoff stammt. Renewable Energy Act (EEG) environmentally friendly power is fed into the grid with priority and takes precedence over the power that comes from fossil fuels or nuclear fuel.
Das Verfahren ist besonders für die Energiegewinnung aus Photovoltaikanlagen, Windenergieanlagen und Anlagen zur Nutzung der Wasserkraft geeignet, wobei es insbesondere Leistungsüberhänge von WEA wirkungsvoll absorbiert. Auf diese Weise ermöglicht diese Erfindung eine sinnvolle Umsetzung des EEG, und der Zeitraum bis zur Realisierung des Ausbaus der Höchstspannungsnetze bzw. HGÜ (Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung) verstreicht nicht ungenutzt. The method is particularly suitable for the generation of energy from photovoltaic systems, wind turbines and plants for the use of hydropower, in particular, it effectively absorbs power surplus of wind turbines. In this way, this invention allows a meaningful implementation of the EEG, and the period until the realization of the expansion of the high voltage networks (HVDC) (high-voltage DC transmission) does not pass unused.
Obwohl sich Störungen in elektromagnetischen Feldern im Vakuum mit Although disturbances in electromagnetic fields in vacuum with
Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, weist das Stromnetz für Leistungsspitzen eine große Trägheit auf, so dass sich diese im Netz weitaus langsamer fortbewegen. Aufgrund dieser Trägheit ist es möglich, nach einer Feststellung eines Spreading the speed of light, the power grid for power peaks on a large inertia, so that they move much slower in the network. Due to this inertia, it is possible, after a finding of a
Leistungsüberhangs eines Energieerzeugers oder einer Gruppe von Power surplus of an energy producer or a group of
Energieerzeugern, die auf ein bestimmtes Gebiet begrenzt ist, diesen Energy producers limited to a specific area
Leistungsüberhang in diesem Gebiet und/oder einem an dieses Gebiet Over-performance in this area and / or one in this area
angrenzenden Bereich durch das erfindungsgemäße Verfahren in Form von Wärme zu speichern. to store adjacent area by the inventive method in the form of heat.
Ein Beispiel dafür ist, dass in dem Fall, dass für einen Offshore-Windpark, z. B. durch eine Leistungsmessung, erkannt würde, dessen erzeugte Leistung im An example of this is that in the case that for an offshore wind farm, z. B. by a power measurement, would be detected, the power generated in the
Stromnetz einen Leistungsüberhang erzeugen würde, Άη'-Signale an
angeschlossene Wärmeerzeuger in Industrieanlagen und Heizanlagen in Industrie, Landwirtschaft und Privathaushalten gesendet würden, wobei diese Anlagen alle in Küstennähe und in der Nähe des Windparks liegen. Auf diese Weise würde der Leistungsüberhang sofort im an den Windpark angrenzenden Küstengebiet abgebaut und könnte sich nicht oder nur abgeschwächt ins Landesinnere ausbreiten. Power supply would produce a power overhang, Άη'-signals connected heat generators in industrial plants and heating plants in industry, agriculture and private households, these plants being all close to the coast and close to the wind farm. In this way, the excess power would be reduced immediately in the coastal area adjacent to the wind farm and could not spread or only weakened into the interior.
In einer bevorzugten Ausführungsform misst dabei eine Sensoreinheit die durch einen Energieerzeuger oder eine Gruppe von Energieerzeugern generierte In a preferred embodiment, a sensor unit measures the energy generated by a power generator or a group of power generators
Leistung und den Zustand des Stromnetzes und leitet beim Feststellen eines Leistungsüberschusses direkt einen Teil der erzeugten Leistung oder die komplett erzeugte Leistung in einen oder mehrere Wärmeerzeuger in der Nähe des Power and the state of the power grid and directs a portion of the generated power or the completely generated power in one or more heat generator in the vicinity of the
Energieerzeugers oder der Gruppe von Energieerzeugern um. Energy producer or the group of energy producers.
Eine solche Vorgehensweise wäre für alle Energieerzeuger mit einem Such an approach would be for all energy producers with one
schwankenden Leistungsangebot möglich, zum Beispiel auch für fluctuating range of services possible, for example also for
Photovoltaikanlagen oder Wasserkraftanlagen. Photovoltaic systems or hydropower plants.
Auf diese Weise wird überschüssige Leistung schnell über kurze, aber auch über lange Zeiträume in Form nutzbarer Wärme gespeichert, statt dass sie vernichtet wird. Somit dient ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren operierendes System sowohl als ein„Sicherheitsventil" als auch als ein langfristiger Puffer. In this way, excess power is stored quickly over short but also over long periods of usable heat, rather than being destroyed. Thus, a system operating according to the method of the invention serves both as a "safety valve" and as a long term buffer.
Eine mögliche Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch für kleine, insbesondere private Energieerzeuger möglich, zum Beispiel bei einem Bauernhof mit einer Windenergieanlage. Misst der Leistungssensor an der WEA und ein Sensor am Stromnetz, dass ein Leistungsüberhang vorliegt, wird sofort ein A possible application of the method according to the invention is also possible for small, in particular private energy producers, for example in a farm with a wind energy plant. If the power sensor on the wind turbine and a sensor on the power grid measure that there is a power override, it will switch on immediately
Wärmeerzeuger in der Heizung des Hofes oder dem Wärmespeicher einer möglicherweise vorhandenen Biogasanlage zugeschaltet. Auf diese Weise kommt der durch Windkraft erzeugte Strom direkt der Heizung des Hofes zugute. Heat generator connected in the heating of the yard or the heat storage of a possibly existing biogas plant. In this way, the electricity generated by wind power directly benefits the heating of the farm.
Auch wenn ein Leistungsüberhang nur kurz, z.B. einige Minuten oder auch nur einige Sekunden, vorherrscht, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren fossile
Energie eingespart werden. Zum Beispiel würde bei einem Heizboiler, der normalerweise mit fossilen Brennstoffen beheizt würde und zusätzlich mit einem oben genannten Wärmeerzeuger ausgestattet wäre, jegliche durch den Even if a power overhang only briefly, for example a few minutes or even a few seconds prevails, can be with the inventive method fossil Energy can be saved. For example, in a boiler that would normally be heated with fossil fuels and would additionally be equipped with an above-mentioned heat generator, would any of the
Wärmeerzeuger zusätzlich eingebrachte Wärme fossile Brennstoffe einsparen. Heat generators additionally introduced heat to save fossil fuels.
Beispiele für das erfindungsgemäße System sind in den Abbildungen dargestellt und werden im Folgenden beschrieben:. Examples of the system according to the invention are shown in the figures and are described below.
Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Wärmespeichers, FIG. 1 shows schematically the structure of a heat accumulator,
Figur 2 zeigt schematisch den Aufbau eines Großwasserspeichers, FIG. 2 shows schematically the construction of a large water storage tank,
Figur 3 zeigt schematisch den Aufbau eines weiteren bevorzugten Wärmespeichers. Figure 3 shows schematically the structure of another preferred heat storage.
Beispiel 1 : Example 1 :
In kleinen Gemeinden werden drucklose, hochwertig isolierte Wasserspeicher, z.B. gemäß Figur 1 , errichtet, die mit fossilen Brennern (4) und Elektroheizpatronen (2) ausgerüstet zunächst Wärme speichern. Drucklos bedeutet ca. 100° C maximale Speichertemperatur. Die Wärme steht den Nutzern mindestens für Heizzwecke zur Verfügung. Die nutzbare Spreizung liegt zwischen 30° und 100° C. Bei einer In small communities, pressureless, high quality isolated water storage, e.g. constructed according to Figure 1, equipped with fossil burners (4) and Elektroheizpatronen (2) first store heat. Depressurized means approx. 100 ° C maximum storage tank temperature. The heat is available to users at least for heating purposes. The usable spread is between 30 ° and 100 ° C. At one
Vorratshaltung von 1000 m3 beträgt der nutzbare Energiepuffer bei Stockpiling of 1000 m 3 is the usable energy buffer at
Wärmeauskoppelung zwischen minimal 58 000 kWh und maximal 81 000 kWh. Die negative Regelenergie ist in dieser Größenordnung gestaltbar im Bereich einiger hundert Kilowatt bis einigen Megawatt. Heat extraction between a minimum of 58 000 kWh and a maximum of 81 000 kWh. The negative control energy can be designed on this scale in the range of a few hundred kilowatts to a few megawatts.
Beispiel 2: Example 2:
Mittels eines Energieerzeugers (3), z.B. einem Stirlingmotor oder einer ORC- Anlage wird bei einem Wasserspeicher (nach Figur 1) nach dem By means of a power generator (3), e.g. a Stirling engine or an ORC plant is in a water reservoir (according to Figure 1) after the
erfindungsgemäßen Verfahren nutzbarer Strom aus gespeicherter Wärme inventive method usable power from stored heat
generiert und wieder in das Stromnetz eingespeist. generated and fed back into the grid.
Beispiel 3: Example 3:
Ein Großwasserraumkessel nach Figur 2, der mit gas- oder ölbefeuerten A shell boiler according to Figure 2, with gas or oil fired
Flammrohren (4) versehen ist, wird zusätzlich zu der fossilen Feuerung mit
elektrischen Wärmeerzeugern (2) in dem Kessel (1 ) ausgestattet, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeiten. Flame tubes (4), is in addition to the fossil firing with electrical heat generators (2) in the boiler (1) equipped, which operate according to the inventive method.
Beispiel 4: Example 4:
Ein flüssigkeitsgefüllter Wärmespeicher weist an seiner Oberseite einen oder mehrere verschiedene Wärmeerzeuger (2) in einer Wärmeerzeugungseinheit auf. Durch ein Rohr, welches vorzugsweise aus einem gut wärmeleitenden Material besteht und vorzugsweise nicht geradlinig verläuft, bewegt sich eine Flüssigkeit, z.B. Öl oder Wasser, die zuvor mit der Wärmeerzeugungseinheit erwärmt wurde und durch Wärmeabgabe durch die Wand ihre Wärme an die das Rohr A liquid-filled heat accumulator has on its upper side one or more different heat generators (2) in a heat-generating unit. Through a tube, which preferably consists of a good heat-conducting material and preferably is not rectilinear, a liquid, e.g. Oil or water that was previously heated with the heat generating unit and by heat transfer through the wall their heat to the pipe
umgebende Flüssigkeit abgibt, nach unten. Außerhalb des Wärmespeichers bewegt sich diese Flüssigkeit wieder nach oben zur Wärmeeinheit hin. Dies kann durch Pumpen unterstützt werden. surrounding liquid, down. Outside the heat accumulator, this liquid moves back up to the heat unit. This can be supported by pumps.
Ein solcher Wärmespeicher hat den Vorteil, dass durch die Abnahme der Wärme der im Rohr verlaufenden Flüssigkeit mit zunehmendem Abstand zur Such a heat storage has the advantage that by decreasing the heat of the liquid flowing in the tube with increasing distance to the
Wärmeeinheit die Bildung eines Wärmegefälles im Wärmespeicher unterstützt wird. Heat unit, the formation of a heat gradient in the heat storage is supported.
Beispiel 5: Example 5:
Wird an einem Wärmespeicher, insbesondere an einen Wärmespeicher nach Figur 3, eine Einheit zur Energiegewinnung aus Wärme angeschlossen, so kann als Temperaturreservoir niedriger Temperatur ein unterer Bereich des selben If a unit for generating energy from heat is connected to a heat store, in particular to a heat store according to FIG. 3, a lower area of the same can be used as the temperature reservoir of low temperature
Wärmespeichers verwendet werden. Jeglicher auf Temperatur basierender Energiegewinnungsprozess basiert darauf, dass der Wärmeunterschied eines Bereichs mit hoher Temperatur und eines Bereichs mit niedriger Temperatur ausgenutzt wird. Da der Bereich niedriger Temperatur aufgrund eines nicht idealen Wirkungsgrades jedes Energieerzeugers dabei erwärmt wird, kann der Teil der ansonsten verlorenen Wärme auf diese Weise in den Wärmespeicher Heat accumulator can be used. Any temperature based energy recovery process is based on exploiting the heat differential of a high temperature region and a low temperature region. Since the low temperature region is thereby heated due to a non-ideal efficiency of each energy generator, the part of the otherwise lost heat in this way in the heat storage
zurückgeführt werden und steht weiterhin, z.B. zum Heizen, zur Verfügung.
be returned and remains standing, e.g. for heating, available.