EP2698505A1 - Verfahren zum Laden und Entladen eines Wärmespeichers und Anlage zur Speicherung und Abgabe von thermischer Energie, geeignet für dieses Verfahren - Google Patents

Verfahren zum Laden und Entladen eines Wärmespeichers und Anlage zur Speicherung und Abgabe von thermischer Energie, geeignet für dieses Verfahren Download PDF

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EP2698505A1
EP2698505A1 EP12180397.7A EP12180397A EP2698505A1 EP 2698505 A1 EP2698505 A1 EP 2698505A1 EP 12180397 A EP12180397 A EP 12180397A EP 2698505 A1 EP2698505 A1 EP 2698505A1
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EP
European Patent Office
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heat
working fluid
heat accumulator
partial
accumulator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12180397.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Reznik
Henrik Stiesdal
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Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
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Priority to JP2015526926A priority patent/JP2015531844A/ja
Priority to US14/420,356 priority patent/US20150218969A1/en
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    • F22—STEAM GENERATION
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    • F22B33/00—Steam-generation plants, e.g. comprising steam boilers of different types in mutual association
    • F22B33/18—Combinations of steam boilers with other apparatus
    • F22B33/185—Combinations of steam boilers with other apparatus in combination with a steam accumulator

Definitions

  • the invention relates to a method for loading and unloading a heat accumulator, in which the following steps are preferably carried out alternately.
  • the heat accumulator is warmed up by a working fluid, wherein prior to passing through the heat accumulator by a switched as a working machine first thermal fluid energy machine pressure increase in the working fluid is generated and after passing through the heat accumulator, the working fluid is expanded.
  • the heat storage is cooled by the same or another working fluid, wherein prior to passing through the heat accumulator an increase in pressure in the working fluid is generated and after passing through the heat accumulator, the working fluid via a connected as an engine second thermal fluid energy machine or the engine connected as the first thermal fluid energy machine is relaxed.
  • the invention relates to a system for storage and release of thermal energy with a heat storage, wherein the heat accumulator can receive the stored heat from a charging circuit for a working fluid and deliver to a Entladeniklauf for another or the same working fluid.
  • the following units are connected to one another in the stated sequence by lines: a first thermal fluid energy machine connected as a working machine, the heat accumulator, a device for expanding the working fluid, in particular a third fluid energy machine, and a first heat exchanger, in particular a cold accumulator.
  • the following units are interconnected by conduits in the order given: the heat accumulator, a second thermal fluid energy machine connected as an engine, or the as an engine switched first fluid energy machine, the first heat exchanger or a second heat exchanger and a pump.
  • the method specified at the outset or the system suitable for carrying out the method can be used, for example, to convert overcapacities from the electrical network into thermal energy by means of the charging cycle and to store them in the heat store. If necessary, this process is reversed, so that the heat storage is discharged in a discharge cycle and can be obtained by means of thermal energy stream and fed into the network.
  • thermal fluid energy machine used as a work machine is thus operated as a compressor or as a compressor.
  • an engine performs work, wherein a thermal fluid energy machine for performing the work converts the thermal energy available in the working gas.
  • the thermal fluid energy machine is thus operated as a motor.
  • thermal fluid energy machine forms a generic term for machines that can extract thermal energy from or supply thermal energy to a working fluid.
  • thermal energy is meant both thermal energy and cold energy.
  • Thermal fluid energy machines (also referred to below as shorter as fluid energy machines) can be designed, for example, as reciprocating engines.
  • hydrodynamic thermal fluid energy machines can be used, the wheels allow a continuous flow of the working gas.
  • axially acting turbines or compressors are used.
  • the object is to provide a method for charging and discharging a heat accumulator or a system for carrying out this method, with which or with the storage and recovery of energy can be done with relatively high efficiency and thereby creates a comparatively low cost of components ,
  • the discharge cycle are designed as a Rankine process, in which the following steps are performed.
  • the working fluid is first passed through a heat storage in the first power system, where it absorbs heat.
  • the working fluid is depressurized via a high pressure part of the second thermal fluid energy machine (preferably a high pressure turbine).
  • the working fluid is passed through a running in the heat storage second conduit system and receives heat again.
  • a reheating takes place.
  • the working fluid is depressurized via a low pressure part of the second thermal fluid energy machine (preferably a low pressure turbine).
  • the fluid energy machine thus consists of a high-pressure part and a low-pressure part. Both parts together are to be understood as a fluid energy machine.
  • the use of the Rankine process for discharging the heat accumulator has the advantage that it can be operated with a comparatively high degree of efficiency.
  • the heat yield of the heat accumulator can be advantageously increased, because this can be brought by the discharge via the second conduit system to a lower temperature level before it must be recharged.
  • the second thermal fluid energy machine supplies the energy to drive, for example, a generator for generating electrical energy.
  • the charging cycle is realized by a heat pump process.
  • a heat pump process also has the great advantage of being more than 100% efficient, improving the overall efficiency of the process, which is composed of both the charging and discharging cycles. This is because the heat pump process, when charging the heat accumulator, also deprives the environment of heat available during unloading.
  • nitrogen or dried air is used in the charging cycle.
  • the air must be dried because water contained in the air would otherwise condense or even freeze in the heat pump process after cooling the air and could damage the heat pump being used.
  • the discharge cycle is operated with water vapor. Nitrogen, air and water vapor are working fluids that are completely neutral when they escape into the environment and thus cause no environmental damage. Therefore, a plant can be operated with these working fluids without environmental risks. This also affects their cost-effectiveness, since no increased safety standards have to be taken into account.
  • the above object is also achieved by the above-mentioned system in that the second thermal fluid energy machine has a high pressure part and a low pressure part and in the heat storage two fluidly independent line systems, namely a first conduit system and a second conduit system are provided, these units connected in the order given by lines, namely the first line system, then the high pressure part, then the second line system and then the low pressure part.
  • the above-mentioned method can be performed, since such an interconnection of the units for this purpose creates the condition.
  • the first line system is accommodated in a first partial store and the second line system is housed in a second partial store that is structurally separate from the first.
  • a structural separation of the two partial memory causes that they are independent of each other.
  • structurally separate partial storage can also be easily supplied by two different line systems, as they can each have independent connections for the line system.
  • a special embodiment of the system with structurally separate partial storage is obtained when the first partial storage and the second part memory are arranged in parallel in the charging circuit. This means that both the first partial reservoir and the second partial reservoir are acted upon by the working fluid at the same temperature and thus the same temperature level is set in both partial reservoirs.
  • the second partial storage which supplies the heat for the low pressure part of the second thermal fluid energy machine with heat, is brought to a lower temperature level. This is the case when the first partial memory is arranged in the charging circuit before the second partial memory, so these are connected in series.
  • the parallel connection of the partial storage has the advantage that the existing material in the partial storage is used optimally in terms of its heat capacity. Moreover, in the case of the parallel connection of the partial memories, it is particularly easy to design them in such a way that both partial memories are simultaneously completely discharged during a discharge cycle and at the same time are completely charged during a charging cycle. However, should it not come to a complete charge or discharge, which is often wind dependent happen, for example, when using the system on a wind turbine, the process can be reversed as often without the charge ratio of the two partial storage is disturbed by this.
  • the first conduit system and the second conduit system extend in the heat accumulator, which is designed as a structural unit.
  • the heat storage provides only for the supply of the first line system as well as for the supply of the second line system only a heat supply, ie structurally represents a unit.
  • the piping systems must in this case run independently of each other in this heat storage (for example, run parallel). This has the advantage that building material can be saved in the construction of the heat accumulator.
  • the heat storage advantageously be made more compact, ie it also has fewer interfaces over which heat can be lost in the environment.
  • the heat accumulator forms a structural unit, then it is advantageous if the first duct system is accommodated in a first partial area and the second duct system is accommodated in a second partial area spatially separated from the first. Spatial separation in the sense of the invention means the greatest possible degree of thermal separation.
  • a thermal separation in a heat accumulator designed as a structural unit is present when the heat-affected zones in the area of the two piping systems are as independent as possible from each other.
  • the first conduit system in the front part of the heat accumulator and the second conduit system may be located in the rear part of the heat accumulator, thus the heat accumulator has spatially two subregions, which differ from the above-mentioned partial memories only in that they are not structurally are separated, but at an interface abut each other.
  • the connections for the charging circuit can then be attached to the heat accumulator in this design so that the first portion and the second portion are arranged in parallel in the charging circuit.
  • the second line system is accommodated in a partial region of the heat accumulator together with the first line system. This means that run in this area, the second conduit system and the first conduit system in the same heat-affected zone of the heat accumulator.
  • the second line system is accommodated in several subregions of the heat accumulator together with the first line system, wherein the second line system in each of these second subregions can be short-circuited via a bypass line.
  • the second line system in each of these second subregions can be short-circuited via a bypass line.
  • the second line system is connected in one area at this stage and bypasses the other sections via the bypass lines, so that in the other sections, the high energy level for discharging to drive the High-pressure part as long as available.
  • the high desired efficiency of the system can be achieved as long as possible.
  • the ratio of the heat capacities of the first partial region to the second or to the second partial areas or the first partial memory is adapted to the second partial memory to the heat demand caused by the discharge process, such that both partial areas or partial storage are discharged in the same period of time.
  • This design of the partial storage or the partial areas is a prerequisite for the partial areas or partial storage units always being unloaded or charged at the same time.
  • this process can also be reversed if the plant is used, for example, in a wind power plant.
  • the system is advantageous then operable in as many operating conditions with the maximum possible efficiency.
  • FIG. 1 the system according to the invention with a heat storage 11 and a cold storage 12 is shown.
  • a charging circuit 13 and a discharge circuit 14th realized, these circuits are connected to non-illustrated line systems in the heat storage 11 and cold storage 12 and therefore allow loading and unloading of heat or cold in the memory.
  • a heat exchanger circuit 15 There is also a heat exchanger circuit 15.
  • the charging cycle for the heat storage 11 and the cold storage 12 will be described.
  • the charging of the heat accumulator 11 means the same
  • the charging of the cold accumulator 12 means a cooling of the same.
  • the reference for heating and cooling is the ambient temperature.
  • a wind turbine 16 produces overcapacities with which an electric motor M can be driven.
  • the motor M has a drive shaft 17 with which a first fluid energy machine 18 and a third fluid energy machine 19 are driven.
  • the first fluid energy machine is a hydrodynamic pump and the third fluid energy machine is a hydrodynamic turbine.
  • the first fluid energy machine 18 compresses the working fluid and passes it through the heat accumulator 11. This consists of a first part of memory 20 and a second part of memory 21, which are connected in series in the charging circuit 13. In the heat accumulator 11, the working medium releases the heat that has arisen due to the compaction.
  • the working medium is expanded via the third fluid energy machine 19, wherein it cools down strongly.
  • This cold can be discharged during the passage through the cold storage 12 to this.
  • the working fluid heats up by absorbing heat from the environment. Subsequently, this can be compressed again by the first fluid energy machine 18.
  • the discharge circuit 14 is set in motion.
  • the working fluid consists of water, which is compressed via a feed pump 22. Subsequently It is passed through the first portion 20 of the heat accumulator 11 and absorbs its heat energy. The resulting water vapor is released via a high pressure part HP of a second fluid energy machine 23 and then passed into the second part storage 21, where the water vapor absorbs heat again. This is sufficient to drive the low-pressure part LP of the second fluid energy machine 23.
  • the second fluid energy machine in turn drives the generator G already mentioned.
  • the working fluid After relaxation of the working fluid in the low-pressure part LP of the second fluid energy machine, the working fluid is cooled by a second heat exchanger 24 (condenser). Subsequently, the discharge cycle closes by the liquefied working fluid of the feed pump 22 is supplied again.
  • FIG. 1 it is shown that the second heat exchanger is connected via the heat exchanger circuit 15 to the cold storage 12.
  • a compressor 25 is driven by a motor M2 and keeps the circuit going.
  • the working fluid is cooled in the heat exchanger circuit 15 and therefore absorbs the heat from the second heat exchanger 24, which provides the working fluid in the discharge circuit 14.
  • the heat exchanger 24 may interact with the environment (eg, river water).
  • the cooling energy from the cold storage 12 can be used elsewhere, for. B. for air conditioning.
  • the working fluid is passed directly through the cold storage 12. This then acts as a heat exchanger, so that the working fluid can deliver the heat directly to the cold storage.
  • the states of the working fluid are shown in the charging circuit 13 and discharge circuit 14 each in circles, wherein these circles denote certain locations of the charge circuit 13 and discharge circuit 14, respectively.
  • the upper left shows the prevailing pressure in the working fluid in bar.
  • At the top right is the enthalpy in KJ / kg.
  • Bottom left is the mass flow in kg / s and bottom right the temperature in ° C.
  • An exception is the circles in the discharge circuit 14 in each case before the second heat exchanger 24 and after the feed pump 22.
  • the vapor content of the working medium is given, which is still 94% before cooling in the heat exchanger and then condensed in the second heat exchanger (this is also used as a condenser designated). Therefore, the steam content before the feed pump is 0.
  • the steam content is indicated by x.
  • FIG. 2 represents the known Rankine process in the TS diagram.
  • the reference numerals 1 to 8 refer to characteristic points of the Rankine process and are in the FIGS. 3 to 5 used at the corresponding points of the conduit system, where said states prevail.
  • the compression takes place by the feed pump 22.
  • the working fluid passes through the first part of memory 20, wherein the water vapor is overheated a first time.
  • the point 5 is reached, wherein the passage through the second partial memory 21 results in a renewed overheating 6 of the working fluid. This is relaxed in the low pressure part LP, whereby the point 7 is reached.
  • the working fluid again reaches point 8.
  • the heat storage 11 is manufactured as a structural unit.
  • a line system 26 of the charging circuit is indicated as a solid line.
  • the flow direction is indicated by an arrow.
  • the heat storage for example, has sand 27 as a storage medium.
  • the first line system extends in a first portion 30 of the heat accumulator 11.
  • This line system feeds the high pressure part HP of the second fluid energy machine.
  • the working fluid is fed into the second conduit system 29, which is located in a second portion 31 of the heat accumulator 11.
  • the partial regions 30 and 31 adjoin one another at an interface 32, so that heat exchange between the first partial region and the second partial region can take place only in this region.
  • a first heat-affected zone 33 is formed in the region of the first line system 28 and a second heat-affected zone 34 in the second section 31, which, however, are separated from one another by the interface 32, whereby only a certain heat exchange can take place between the heat-affected zones via the interface.
  • the interface is indicated by dash-dotted lines, while the heat-affected zones are indicated by dashed lines.
  • the heat storage 11 according to FIG. 4 is similar to the one according to FIG. 3 , However, instead of two sections 30, 31 according to FIG. 3 provided that the heat storage 11 consists of the first part of memory 20 and the second part of memory 21. This causes no interface 32, as in FIG. 3 shown, between the two partial stores are, but that they are structurally separated from each other. Thus, the heat-affected zones 33, 34 are completely thermally decoupled from each other. Another difference is that the sub-memories 20, 21 are connected in parallel in the charging circuit. Therefore, in this case also for charging, a first line system 35 and a second line system 36 in the first part memory 35 and second part memory 36. These can be brought simultaneously to the same temperature level when loading.
  • FIG. 5 again, a heat storage 11 is shown, which results in a structural unit.
  • the first conduit system 28 is present (of course next to the conduit system 26 for charging).
  • the second conduit system 29 also extends in the second subarea 31 of the heat accumulator 11, as a result of which both conduit systems share one and the same heat-affected zone 36.
  • the embodiment according to FIG. 5 can according to FIG. 6 be further educated.
  • the heat exchanger 11 according to FIG. 6 has a first partial area 30, a second partial area 31 and a third partial area 37.
  • the first conduit system passes through the heat accumulator 11 through all three subregions.
  • the second line system passes through the partial area 30 with a first line section 38, the second area 37 with a second line section 39 and the third section 37 with a third line section 40.
  • These line sections are interconnected in such a way that bypass lines 41 are present for each line section via valves 42, the line sections can each be traversed or bypassed.
  • bypass lines 41 are present for each line section via valves 42

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden und Entladen eines Wärmespeichers (11) in einem Ladezyklus (13) und in einem Entladezyklus (14). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Entladen mittels einer Dampfturbine (23) erfolgt, die einen Hochdruckteil (HP) und einen Niederdruckteil (LP) hat. Um beide Turbinenteile mit Wärme zu versorgen, ist erfindungsgemäß der Wärmespeicher (11) in einen Teilspeicher (20) für den Hochdruckteil (HP) und in einen Teilspeicher (21) für den Niederdruckteil (LP) unterteilt (diese Unterteilung muss nicht baulich erfolgen). Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Anlage, bei der der Wärmespeicher (11) in zwei Teilspeicher (20 ,21) geteilt ist. Durch den Betrieb einer Turbine mit Hochdruckteil (HP) und Niederdruckteil (LP) wird vorteilhaft erreicht, dass der Wirkungsgrad und die Ausbeute an Wärme aus dem Wärmespeicher (11) vorteilhaft gesteigert werden kann. Die Anlage kann beispielsweise dazu benutzt werden, um Überkapazitäten einer Windkraftanlage (16) zwischenzuspeichern.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden und Entladen eines Wärmespeichers, bei dem folgende Schritte bevorzugt wechselseitig durchlaufen werden. Während eines Ladezyklus wird der Wärmespeicher durch ein Arbeitsfluid aufgewärmt, wobei vor dem Durchlaufen des Wärmespeichers durch eine als Arbeitsmaschine geschaltete erste thermische Fluidenergie-Maschine eine Druckerhöhung im Arbeitsfluid erzeugt wird und nach dem Durchlaufen des Wärmespeichers das Arbeitsfluid entspannt wird. Während eines Entladezyklus wird der Wärmespeicher durch dasselbe oder ein anderes Arbeitsfluid abgekühlt, wobei vor dem Durchlaufen des Wärmespeichers eine Druckerhöhung im Arbeitsfluid erzeugt wird und nach dem Durchlaufen des Wärmespeichers das Arbeitsfluid über eine als Kraftmaschine geschaltete zweite thermische Fluidenergie-Maschine oder die als Kraftmaschine geschaltete erste thermische Fluidenergie-Maschine entspannt wird.
  • Außerdem betrifft die Erfindung eine Anlage zur Speicherung und Abgabe von thermischer Energie mit einem Wärmespeicher, wobei der Wärmespeicher die gespeicherte Wärme von einem Ladekreislauf für ein Arbeitsfluid aufnehmen und an einen Entladekreislauf für ein anderes oder dasselbe Arbeitsfluid abgeben kann. In dem Ladekreislauf sind folgende Einheiten in der angegebenen Reihenfolge durch Leitungen miteinander verbunden: Eine als Arbeitsmaschine geschaltete erste thermische Fluidenergie-Maschine, der Wärmespeicher, eine Einrichtung zur Entspannung des Arbeitsfluides, insbesondere eine dritte Fluidenergiemaschine, und ein erster Wärmetauscher, insbesondere ein Kältespeicher. In dem Entladekreislauf sind folgende Einheiten in der angegebenen Reihenfolge durch Leitungen miteinander verbunden: Der Wärmespeicher, eine als Kraftmaschine geschaltete zweite thermische Fluidenergie-Maschine oder die als Kraftmaschine geschaltete erste Fluidenergie-Maschine, der erste Wärmetauscher oder ein zweiter Wärmetauscher und eine Pumpe.
  • Das eingangs angegebene Verfahren bzw. die zur Durchführung des Verfahrens geeignete Anlage können beispielsweise verwendet werden, um Überkapazitäten aus dem elektrischen Netz mittels des Ladezyklus in thermische Energie zu wandeln und im Wärmespeicher abzuspeichern. Im Bedarfsfall wird dieser Prozess umgekehrt, so dass der Wärmespeicher in einem Entladezyklus entladen wird und mittels der thermischen Energie Strom gewonnen und in das Netz eingespeist werden kann.
  • Die Begriffe Kraftmaschine und Arbeitsmaschine werden im Rahmen dieser Anmeldung so verwendet, dass eine Arbeitsmaschine mechanische Arbeit aufnimmt, um ihren Zweck zu erfüllen. Eine thermische Fluidenergie-Maschine, die als Arbeitsmaschine verwendet wird, wird somit als Verdichter oder als Kompressor betrieben. Demgegenüber verrichtet eine Kraftmaschine Arbeit, wobei eine thermische Fluidenergie-Maschine zur Verrichtung der Arbeit die im Arbeitsgas zur Verfügung stehende thermische Energie umwandelt. In diesem Fall wird die thermische Fluidenergie-Maschine also als Motor betrieben.
  • Der Begriff "thermische Fluidenergie-Maschine" bildet einen Oberbegriff für Maschinen, die einem Arbeitsfluid thermische Energie entziehen oder diesem thermische Energie zuführen können. Unter thermischer Energie ist sowohl Wärmeenergie als auch Kälteenergie zu verstehen. Thermische Fluidenergie-Maschinen (im Folgenden auch kürzer als Fluidernergie-Maschinen bezeichnet) können beispielsweise als Kolbenmaschinen ausgeführt sein. Bevorzugt können auch hydrodynamische thermische Fluidenergie-Maschinen verwendet werden, deren Laufräder einen kontinuierlichen Fluss des Arbeitsgases erlauben. Vorzugsweise kommen axial wirkende Turbinen bzw. Verdichter zum Einsatz.
  • Das eingangs angegebene Prinzip ist beispielsweise gemäß der WO 2009/044139 A2 beschrieben. Hier kommen Kolbenmaschinen zum Einsatz, um das oben beschriebene Verfahren durchzuführen. Gemäß der US 5,436,508 ist es überdies bekannt, dass mittels der eingangs angegebenen Anlagen zur Speicherung thermischer Energie auch Überkapazitäten bei der Nutzung von Windenergie zur Herstellung elektrischen Stroms zwischengespeichert werden können, um diese im Bedarfsfall wieder abzurufen.
  • Die Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Laden und Entladen eines Wärmespeichers bzw. eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, mit dem bzw. mit der eine Speicherung und Rückgewinnung von Energie mit vergleichsweise hohem Wirkungsgrad erfolgen kann und dabei ein vergleichsweise geringer Aufwand an Komponenten entsteht.
  • Diese Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Entladezyklus als Rankine-Prozess ausgestaltet sind, bei dem folgende Schritte durchlaufen werden. Das Arbeitsfluid wird zunächst durch ein im Wärmespeicher verlaufendes erstes Leistungssystem geleitet, wo es Wärme aufnimmt. Danach wird das Arbeitsfluid über einen Hochdruckteil der zweiten thermischen Fluidenergiemaschine (vorzugsweise eine Hochdruckturbine) entspannt. Danach wird das Arbeitsfluid durch ein im Wärmespeicher verlaufendes zweites Leitungssystem geleitet und nimmt erneut Wärme auf. Vorzugsweise erfolgt eine Zwischenüberhitzung. Zuletzt wird das Arbeitsfluid über einen Niederdruckteil der zweiten thermischen Fluidenergiemaschine (vorzugsweise eine Niederdruckturbine) entspannt. Im Sinne der Erfindung besteht die Fluidenergiemaschine also aus einem Hochdruckteil und einem Niederdruckteil. Beide Teile zusammen sind als Fluidenergiemaschine aufzufassen.
  • Die Verwendung des Rankine-Prozesses zum Entladen des Wärmespeichers hat den Vorteil, dass dieser mit einem vergleichsweise hohen Wirkungsgrad betrieben werden kann. Insbesondere durch eine zweistufige Entladung des Wärmespeichers, wie erfindungsgemäß vorgeschlagen, kann die Wärmeausbeute des Wärmespeichers vorteilhaft gesteigert werden, weil dieser sich durch die Entladung über das zweite Leitungssystem auf ein geringeres Temperaturniveau bringen lässt, bevor dieser wieder aufgeladen werden muss. Für den Fall, dass beispielsweise bei der Verwendung des Verfahrens zusammen mit einem Windkraftwerk oder einer anderen regenerativen Energiequelle zur Erzeugung von Elektrizität für längere Zeit keine Windenergie zur Verfügung steht, kann mit der in dem Wärmespeicher gespeicherten Wärme vorteilhaft der resultierende Stromausfall längere Zeit überbrückt werden. Die zweite thermische Fluidenergiemaschine liefert dabei die Energie, um beispielsweise einen Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie anzutreiben.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ladezyklus durch einen Wärmepumpen-Prozess realisiert ist. Ein solcher Prozess hat ebenfalls den großen Vorteil, dass er mit einem Wirkungsgrad von über 100 % den Gesamtwirkungsgrad des Verfahrens, der sich sowohl aus dem Lade- als auch aus dem Entladezyklus zusammensetzt, verbessert. Dies liegt daran, dass der Wärmepumpen-Prozess beim Laden des Wärmespeichers auch der Umgebung Wärme entzieht, die beim Entladen zur Verfügung steht.
  • Vorteilhaft ist es, wenn im Ladezyklus Stickstoff oder getrocknete Luft zum Einsatz kommt. Die Luft muss getrocknet werden, weil in der Luft enthaltenes Wasser ansonsten im Wärmepumpen-Prozess nach Abkühlung der Luft kondensieren oder sogar gefrieren würde und die zur Verwendung kommende Wärmepumpe beschädigen könnte. Vorteilhaft ist es auch, wenn der Entladezyklus mit Wasserdampf betrieben wird. Bei Stickstoff, Luft und Wasserdampf handelt es sich um Arbeitsfluide, welche beim Entweichen in die Umwelt völlig neutral sind und somit keine Umweltschäden bewirken. Daher kann eine Anlage mit diesen Arbeitsfluiden ohne Umweltrisiken betrieben werden. Dies wirkt sich auch auf ihre Wirtschaftlichkeit aus, da keine erhöhten Sicherheitsstandards berücksichtigt werden müssen.
  • Weiterhin wird die oben genannte Aufgabe auch durch die eingangs angegebene Anlage dadurch gelöst, dass die zweite thermische Fluidenergiemaschine einen Hochdruckteil und einen Niederdruckteil aufweist und in dem Wärmespeicher zwei fluidisch voneinander unabhängige Leitungssysteme, nämlich ein erstes Leitungssystem und ein zweites Leitungssystem vorgesehen sind, wobei diese Einheiten in der angegebenen Reihenfolge durch Leitungen miteinander verbunden sind, und zwar das erste Leitungssystem, dann der Hochdruckteil, dann das zweite Leitungssystem und dann der Niederdruckteil. Mit dieser Anordnung kann das oben genannte Verfahren durchgeführt werden, da eine solche Verschaltung der Einheiten hierzu die Voraussetzung schafft. Damit werden auch die oben erläuterten Vorteile beim Betrieb der Anlage erreicht und werden an dieser Stelle nicht noch einmal näher erläutert.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Leitungssystem in einem ersten Teilspeicher und das zweite Leitungssystem in einem baulich vom ersten getrennten zweiten Teilspeicher untergebracht ist. Eine bauliche Trennung der beiden Teilspeicher bewirkt, dass diese unabhängig voneinander sind. Zum einen besteht eine zumindest weitgehende thermische Unabhängigkeit, da ein Wärmeübergang bei baulich getrennten Teilspeichern zwischen diesen nicht möglich ist. Außerdem können baulich getrennte Teilspeicher auch einfach durch zwei unterschiedliche Leitungssysteme versorgt werden, da diese jeweils unabhängige Anschlüsse für das Leitungssystem aufweisen können. Zuletzt ist es möglich, die Teilspeicher modular aufzubauen und auf diese Weise einen Baukasten anzubieten, der eine vergleichsweise einfache Anpassung an unterschiedliche erforderlichen Wärmekapazitäten der zum Einsatz kommenden Teilspeicher ermöglicht.
  • Eine besondere Ausgestaltung der Anlage mit baulich getrennten Teilspeichern wird erhalten, wenn der erste Teilspeicher und der zweite Teilspeicher parallel im Ladekreislauf angeordnet sind. Dies bedeutet, dass sowohl der erste Teilspeicher wie auch der zweite Teilspeicher mit dem Arbeitsfluid gleicher Temperatur beaufschlagt werden und somit auch in beiden Teilspeichern dasselbe Temperaturniveau eingestellt wird. Alternativ ist es auch möglich, dass der zweite Teilspeicher, der die Wärme für den Niederdruckteil der zweiten thermischen Fluidenergiemaschine mit Wärme versorgt, auf ein geringeres Temperaturniveau gebracht wird. Dies ist der Fall, wenn der erste Teilspeicher im Ladekreislauf vor dem zweiten Teilspeicher angeordnet ist, diese also in Reihe geschaltet sind.
  • Die Parallelschaltung der Teilspeicher hat den Vorteil, dass das in den Teilspeichern vorhandene Material hinsichtlich seiner Wärmekapazität optimal genutzt wird. Außerdem ist es bei der Parallelschaltung der Teilspeicher besonders einfach möglich, diese derart auszulegen, dass beide Teilspeicher bei einem Entladezyklus gleichzeitig vollständig entladen sind und bei einem Ladezyklus gleichzeitig vollständig geladen sind. Sollte es jedoch nicht zu einer vollständigen Ladung oder Entladung kommen, was beispielsweise bei der Verwendung der Anlage an einer Windkraftanlage windabhängig häufig passieren wird, lässt sich der Prozess beliebig oft umkehren, ohne dass das Ladungsverhältnis der beiden Teilspeicher hierdurch gestört wird.
  • Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist es möglich, dass das erste Leitungssystem und das zweite Leitungssystem in dem Wärmespeicher verlaufen, der als Baueinheit ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass der Wärmespeicher sowohl für die Speisung des ersten Leitungssystems als auch für die Speisung des zweiten Leitungssystems nur einen Wärmevorrat zur Verfügung stellt, d. h. baulich eine Einheit darstellt. Die Leitungssysteme müssen in diesem Fall unabhängig voneinander in diesem Wärmespeicher verlaufen (beispielsweise parallel verlaufen). Dies hat den Vorteil, dass bei dem Bau des Wärmespeichers Baumaterial eingespart werden kann. Als Baueinheit kann der Wärmespeicher vorteilhaft auch kompakter ausgeführt werden, d. h. er hat auch weniger Grenzflächen, über die Wärme in die Umgebung verloren gehen kann.
  • Bildet der Wärmespeicher eine Baueinheit, so ist es vorteilhaft, wenn das erste Leitungssystem in einem ersten Teilbereich und das zweite Leitungssystem in einem räumlich vom ersten getrennten zweiten Teilbereich untergebracht ist. Mit einer räumlichen Trennung im Sinne der Erfindung ist eine möglichst weitgehende thermische Trennung gemeint. Eine thermische Trennung in einem als Baueinheit ausgebildeten Wärmespeicher liegt vor, wenn die Wärmeeinflusszonen im Bereich der beiden Leitungssysteme möglichst weitgehend voneinander unabhängig sind. Dies bedeutet, dass beispielsweise das erste Leitungssystem im vorderen Teil des Wärmespeichers und das zweite Leitungssystem im hinteren Teil des Wärmespeichers liegen kann, wobei somit der Wärmespeicher räumlich zwei Teilbereiche aufweist, die sich von den oben bereits erwähnten Teilspeichern lediglich dadurch unterscheiden, dass diese baulich nicht voneinander getrennt sind, sondern an einer Grenzfläche aneinander stoßen. Die Anschlüsse für den Ladekreislauf können bei dieser Bauform dann auch so am Wärmespeicher angebracht werden, dass der erste Teilbereich und der zweite Teilbereich parallel im Ladekreislauf angeordnet sind. Die damit verbundenen Vorteile sind oben bereits erläutert worden.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Leitungssystem in einem Teilbereich des Wärmespeichers gemeinsam mit dem ersten Leitungssystem untergebracht ist. Dies bedeutet, dass in diesem Bereich das zweite Leitungssystem und das erste Leitungssystem in der gleichen Wärmeeinflusszone des Wärmespeichers verlaufen. Dies hat den Vorteil, dass der Wärmespeicher zumindest in dem Teilbereich, in dem die Leitungssysteme gemeinsam untergebracht sind, auf ein Temperaturniveau abgekühlt werden kann, welches zur Versorgung des Niederdruckteils der Turbine noch ausreicht. Dieses Temperaturniveau liegt niedriger, so dass ein größerer Teil der in dem Wärmespeicher gespeicherten Wärme zur Energiegewinnung genutzt werden kann. Auf diese Weise wird es möglich, den Wärmespeicher länger zur Gewinnung von Energie zu nutzen. Dies ist insbesondere bei der Verwendung der Anlage bei regenerativen Energien von Vorteil, da Perioden, in denen die regenerativen Energien (beispielsweise Windenergie) nicht verfügbar ist, überbrückt werden kann. Hierbei kann im Notfall auch hingenommen werden, dass die Anlage ab dem Zeitpunkt, in dem der Hochdruckteil der zweiten thermischen Fluidenergiemaschine nicht mehr arbeitet, mit einem schlechteren Wirkungsgrad läuft. Dies ist im Vergleich dazu, dass es zu Energie-Engpässen kommen kann, in einem solchen Fall hinnehmbar.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn das zweite Leitungssystem in mehreren Teilbereichen des Wärmespeichers gemeinsam mit dem ersten Leitungssystem untergebracht ist, wobei das zweite Leitungssystem in jedem dieser zweiten Teilbereiche über eine Bypassleitung kurzgeschlossen werden kann. Auf diese Weise ist es vorteilhaft möglich, in jedem dieser Teilbereiche das Wärmeniveau des Wärmespeichers auf das für den Betrieb des Niederdruckteils der Fluidenergiemaschine erforderliche Niveau zu bringen. Decken im günstigsten Fall die Teilbereiche den gesamten Wärmespeicher ab, kann damit der gesamte Wärmespeicher auf das geringere Temperaturniveau entladen werden. Um jedoch am Anfang des Entladezyklusses, d. h. wenn der Wärmespeicher noch vollständig aufgeladen ist, ein Betrieb mit hohem Wirkungsgrad zu gewährleisten, wird in diesem Stadium nur das zweite Leitungssystem in einem Teilbereich angeschlossen und die anderen Teilbereiche über die Bypassleitungen überbrückt, damit in den anderen Teilbereichen das hohe Energieniveau zur Entladung zwecks Antriebs des Hochdruckteils möglichst lange zur Verfügung steht. Hierdurch kann der hohe angestrebte Wirkungsgrad der Anlage möglichst lange erreicht werden.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Verhältnis der Wärmekapazitäten des ersten Teilbereichs zu dem zweiten oder zu den zweiten Teilbereichen oder des ersten Teilspeichers zum zweiten Teilspeicher an den durch den Entladeprozess bedingten Wärmebedarf angepasst ist, derart, dass beide Teilbereiche oder Teilspeicher in der gleichen Zeitspanne entladen werden. Diese Auslegung der Teilspeicher oder der Teilbereiche ist Voraussetzung dafür, dass die Teilbereiche oder Teilspeicher immer zum selben Zeitpunkt entladen sind oder aufgeladen sind. Wie bereits erwähnt, kann dieser Prozess auch umgekehrt werden, wenn die Anlage beispielsweise bei einem Windkraftwerk zum Einsatz kommt. Die Anlage ist vorteilhaft dann in möglichst vielen Betriebszuständen mit dem maximal möglichen Wirkungsgrad betreibbar.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind in den einzelnen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen:
    • Figur 1
    ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anlage mit Zustandsgrößen der Arbeitsfluide gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    Figur 2
    schematisch einen Entladeprozess als Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Zwischenüberhitzung im T-S-Diagramm (d. h. Temperatur T in Abhängigkeit von der Enthalpie) und die
    Figuren 3 bis 6
    verschiedene Ausführungsbeispiele für einen Wärmespeicher, wie er in einer Anlage gemäß Figur 1 zum Einsatz kommen kann.
  • In Figur 1 ist die erfindungsgemäße Anlage mit einem Wärmespeicher 11 und einem Kältespeicher 12 dargestellt. In der Anlage ist ein Ladekreislauf 13 und ein Entladekreislauf 14 realisiert, wobei diese Kreisläufe an nicht näher dargestellte Leitungssysteme im Wärmespeicher 11 und Kältespeicher 12 angeschlossen sind und daher ein Laden und Entladen von Wärme bzw. Kälte in die Speicher ermöglichen. Außerdem gibt es einen Wärmetauscherkreislauf 15.
  • Zunächst wird der Ladezyklus für den Wärmespeicher 11 und den Kältespeicher 12 beschrieben. Das Laden des Wärmespeichers 11 bedeutet eine Aufwärmung desselben, das Laden des Kältespeichers 12 bedeutet eine Abkühlung desselben. Als Referenz bezüglich der Erwärmung und der Abkühlung ist die Umgebungstemperatur zu verstehen. Während des Ladezyklus produziert eine Windkraftanlage 16 Überkapazitäten, mit denen ein elektrischer Motor M angetrieben werden kann. Der Motor M verfügt über eine Antriebswelle 17, mit der eine erste Fluidenergie-maschine 18 und eine dritte Fluidenergiemaschine 19 angetrieben wird. Bei der ersten Fluidenergiemaschine handelt es sich um eine hydrodynamische Pumpe und bei der dritten Fluidenergiemaschine um eine hydrodynamische Turbine. Die erste Fluidenergiemaschine 18 verdichtet das Arbeitsmedium und leitet dieses durch den Wärmespeicher 11. Dieser besteht aus einem ersten Teilspeicher 20 und einem zweiten Teilspeicher 21, die in dem Ladekreislauf 13 in Serie geschaltet sind. In dem Wärmespeicher 11 gibt das Arbeitsmedium die Wärme ab, die durch die Verdichtung entstanden ist.
  • Anschließend wird das Arbeitsmedium über die dritte Fluidenergiemaschine 19 entspannt, wobei es sich stark abkühlt. Diese Kälte kann während der Durchleitung durch den Kältespeicher 12 an diesen abgegeben werden. Dabei erwärmt sich das Arbeitsmedium, indem es Wärme aus der Umgebung aufnimmt. Anschließend kann dieses durch die erste Fluidenergiemaschine 18 wieder verdichtet werden.
  • Im Falle eines Strombedarfs soll über ein Generator G Strom erzeugt werden. Zum Antrieb des Generators G wird der Entladekreislauf 14 in Gang gesetzt. Das Arbeitsfluid besteht aus Wasser, welches über eine Speisepumpe 22 verdichtet wird. Anschließend wird es durch den ersten Teilbereich 20 des Wärmespeichers 11 geleitet und nimmt dessen Wärmeenergie auf. Der entstandene Wasserdampf wird über einen Hochdruckteil HP einer zweiten Fluidenergiemaschine 23 entspannt und anschließend in den zweiten Teilspeicher 21 geleitet, wo der Wasserdampf wieder Wärme aufnimmt. Dieser reicht aus, um den Niederdruckteil LP der zweiten Fluidenergiemaschine 23 anzutreiben. Die zweite Fluidenergiemaschine wiederum treibt den bereits erwähnten Generator G an.
  • Nach Entspannung des Arbeitsfluides im Niederdruckteil LP der zweiten Fluidenergiemaschine wird das Arbeitsfluid über einen zweiten Wärmetauscher 24 (Kondensator) abgekühlt. Anschließend schließt sich der Entladekreislauf, indem das verflüssigte Arbeitsfluid der Speisepumpe 22 wieder zugeführt wird.
  • In Figur 1 ist dargestellt, dass der zweite Wärmetauscher über den Wärmetauscherkreislauf 15 mit dem Kältespeicher 12 verbunden ist. Ein Verdichter 25 wird mittels eines Motors M2 angetrieben und hält den Kreislauf in Gang. Im Kältespeicher 12 wird das Arbeitsfluid im Wärmetauscherkreislauf 15 abgekühlt und nimmt daher die Wärme aus dem zweiten Wärmetauscher 24 auf, die das Arbeitsfluid in dem Entladekreislauf 14 zur Verfügung stellt.
  • Alternativ zu der dargestellten Kühlungsmöglichkeit über einen Wärmetauscherkreislauf 15 sind auch alternative Ausführungsformen denkbar. Beispielsweise kann der Wärmetauscher 24 mit der Umgebung wechselwirken (beispielsweise mit Flusswasser). In diesem Fall kann die Kälteenergie aus dem Kältespeicher 12 anderweitig genutzt werden, z. B. für Klimaanlagen. Es ist auch denkbar, dass das Arbeitsfluid direkt durch den Kältespeicher 12 geleitet wird. Dieser fungiert dann als Wärmetauscher, so dass das Arbeitsfluid die Wärme direkt an den Kältespeicher abgeben kann.
  • Die Zustände des Arbeitsfluides sind im Ladekreislauf 13 und Entladekreislauf 14 jeweils in Kreisen dargestellt, wobei diese Kreise bestimmte Stellen des Ladekreislaufs 13 bzw. Entladekreislaufs 14 bezeichnen. Links oben ist jeweils der herrschende Druck im Arbeitsfluid in bar angegeben. Oben rechts ist die in Enthalpie in KJ/kg angegeben. Unten links ist der Massenfluss in kg/s angegeben und unten rechts die Temperatur in °C. Eine Ausnahme bilden die Kreise im Entladekreislauf 14 jeweils vor dem zweiten Wärmetauscher 24 und nach der Speisepumpe 22. Hier ist der Dampfgehalt des Arbeitsmediums angegeben, der vor der Abkühlung im Wärmetauscher noch 94% beträgt und anschließend im zweiten Wärmetauscher kondensiert (dieser wird auch als Kondensator bezeichnet). Daher ist der Dampfgehalt vor der Speisepumpe gleich 0. Der Dampfgehalt wird mit x angegeben.
  • Figur 2 stellt den an sich bekannten Rankine-Prozess im T-S-Diagramm dar. Die Bezugszeichen 1 bis 8 verweisen dabei auf charakteristische Punkte des Rankine-Prozesses und werden in den Figuren 3 bis 5 an den entsprechenden Stellen des Leitungssystems verwendet, wo die besagten Zustände herrschen. Von 8 nach 1 erfolgt die Verdichtung durch die Speisepumpe 22. Von 1 nach 4 durchläuft das Arbeitsfluid den ersten Teilspeicher 20, wobei der Wasserdampf ein erstes Mal überhitzt wird. Nach Durchlaufen des Hochdruckteils HP wird der Punkt 5 erreicht, wobei das Durchlaufen des zweiten Teilspeichers 21 zu einer nochmaligen Überhitzung 6 des Arbeitsfluides kommt. Dieses wird im Niederdruckteil LP entspannt, womit der Punkt 7 erreicht wird. Durch Abgabe von Wärme an den zweiten Wärmetauscher 24 erreicht das Arbeitsfluid wieder Punkt 8.
  • In Figur 3 ist der Wärmespeicher 11 als bauliche Einheit hergestellt. Ein Leitungssystem 26 des Ladekreislaufes ist als durchgehende Linie angedeutet. Die Strömungsrichtung ist durch einen Pfeil angedeutet. Der Wärmespeicher besitzt beispielsweise Sand 27 als Speichermedium. Außerdem verläuft in dem Wärmespeicher 11 ein erstes Leitungssystem 28 und ein zweites Leitungssystem 29. Auch hier ist die Durchflussrichtung, die entgegen der Durchflussrichtung des Leitungssystems 26 liegt, durch einen Pfeil dargestellt.
  • Gemäß Figur 3 wird deutlich, dass das erste Leitungssystem in einem ersten Teilbereich 30 des Wärmespeichers 11 verläuft. Dieses Leitungssystem speist den Hochdruckteil HP der zweiten Fluidenergiemaschine. Anschließend wird das Arbeitsfluid in das zweite Leitungssystem 29 eingespeist, das in einem zweiten Teilbereich 31 des Wärmespeichers 11 liegt. Die Teilbereiche 30 und 31 grenzen an einer Grenzfläche 32 aneinander, so dass nur in diesem Bereich ein Wärmeaustausch zwischen dem ersten Teilbereich und dem zweiten Teilbereich erfolgen kann. Hierdurch entstehen im Bereich des ersten Leitungssystems 28 eine erste Wärmeeinflusszone 33 und im zweiten Teilbereich 31 eine zweite Wärmeeinflusszone 34, die allerdings durch die Grenzfläche 32 voneinander getrennt sind, wobei nur über die Grenzfläche ein gewisser Wärmeaustausch zwischen den Wärmeeinflusszonen stattfinden kann. Die Grenzfläche ist strichpunktiert angedeutet, während die Wärmeeinflusszonen gestrichelt angedeutet sind.
  • Der Wärmespeicher 11 gemäß Figur 4 ist ähnlich aufgebaut wie derjenige gemäß Figur 3. Allerdings ist anstelle zweier Teilbereiche 30, 31 gemäß Figur 3 vorgesehen, dass der Wärmespeicher 11 aus dem ersten Teilspeicher 20 und dem zweiten Teilspeicher 21 besteht. Dies bewirkt, dass es keine Grenzfläche 32, wie in Figur 3 gezeigt, zwischen den beiden Teilspeichern gibt, sondern dass diese baulich voneinander getrennt sind. Damit sind auch die Wärmeeinflusszonen 33, 34 völlig voneinander thermisch entkoppelt. Ein weiterer Unterschied liegt darin, dass die Teilspeicher 20, 21 in dem Ladekreislauf parallel geschaltet sind. Daher bestehen in diesem Fall auch für das Laden ein erstes Leitungssystem 35 und ein zweites Leitungssystem 36 in dem ersten Teilspeicher 35 und zweiten Teilspeicher 36. Diese können damit gleichzeitig beim Laden auf dasselbe Temperaturniveau gebracht werden.
  • In Figur 5 ist wieder ein Wärmespeicher 11 dargestellt, der eine bauliche Einheit ergibt. Hier ist im ersten Teilbereich 30 nur das erste Leitungssystem 28 vorhanden (selbstverständlich neben dem Leitungssystem 26 für das Laden). Im zweiten Teilbereich 31 des Wärmespeichers 11 verläuft zusätzlich zum ersten Leitungssystem 28 auch das zweite Leitungssystem 29, wodurch beide Leitungssysteme sich ein und dieselbe Wärmeeinflusszone 36 teilen.
  • Die Ausführungsform gemäß Figur 5 kann gemäß Figur 6 weitergebildet werden. Der Wärmetauscher 11 gemäß Figur 6 weist einen ersten Teilbereich 30, einen zweiten Teilbereich 31 und einen dritten Teilbereich 37 auf. Das erste Leitungssystem durchläuft den Wärmespeicher 11 durch alle drei Teilbereiche hindurch. Das zweite Leitungssystem durchläuft mit einem ersten Leitungsabschnitt 38 den Teilbereich 30, mit einem zweiten Leitungsabschnitt 39 den Teilbereich 31 und mit einem dritten Leitungsabschnitt 40 den dritten Teilbereich 37. Diese Leitungsabschnitte sind derart miteinander verschaltet, dass es für jeden Leitungsabschnitt Bypassleitungen 41 gibt, so dass über Ventile 42 die Leitungsabschnitte jeweils durchflossen oder umgangen werden können. So kann durch abschnittsweises Schalten der Leitungsabschnitte der Wärmespeicher individuell in jedem der Teilbereiche 30, 31, 37 auf das Temperaturniveau gebracht werden, welches zur Überhitzung des Arbeitsmediums vor dem Niederdruckteil LP der zweiten thermischen Fluidenergiemaschine notwendig ist.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Laden und Entladen eines Wärmespeichers (11) bei dem
    ● während eines Ladezyklus der Wärmespeicher (11) durch ein Arbeitsfluid aufgewärmt wird, wobei vor dem Durchlaufen des Wärmespeichers (11) durch eine als Arbeitsmaschine geschaltete ersten thermischen Fluidenergie-Maschine (18) eine Druckerhöhung im Arbeitsfluid erzeugt wird und nach dem Durchlaufen des Wärmespeichers (11) das Arbeitsfluid entspannt wird und
    ● während eines Entladezyklus der Wärmespeicher (11) durch ein Arbeitsfluid abgekühlt wird, wobei vor dem Durchlaufen des Wärmespeichers (11) eine Druckerhöhung im Arbeitsfluid erzeugt wird und nach dem Durchlaufen des Wärmespeichers (11) das Arbeitsfluid über eine als Kraftmaschine gestaltete zweite thermische Fluidenergie-Maschine (23) entspannt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Entladezyklus als Rankine-Prozess ausgestaltet sind, bei dem
    ● das Arbeitsfluid zunächst durch ein im Wärmespeicher verlaufendes erstes Leitungssystem (28) geleitet wird,
    ● danach das Arbeitsfluid über einen Hochdruckteil HP der zweiten thermischen Fluidenergie-Maschine (23) entspannt wird,
    ● danach das Arbeitsfluid durch ein im Wärmespeicher verlaufendes zweites Leitungssystem (29) geleitet wird und
    ● danach das Arbeitsfluid über einen Niederdruckteil LP der zweiten thermischen Fluidenergie-Maschine (23) entspannt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Ladezyklus durch einen Wärmepumpen-Prozess realisiert ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass im Ladezyklus Stickstoff oder getrocknete Luft zum Einsatz kommt.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass im Entladezyklus Wasserdampf zum Einsatz kommt.
  5. Anlage zur Speicherung und Abgabe von thermischer Energie mit einem Wärmespeicher (11), wobei der Wärmespeicher (11) die gespeicherte Wärme von einem Ladekreislauf (13) für ein Arbeitsfluid aufnehmen und an einen Entladekreislauf (14) für ein Arbeitsfluid abgeben kann, wobei in dem Ladekreislauf (13) folgende Einheiten in der angegebenen Reihenfolge durch Leitungen miteinander verbunden sind:
    ● eine als Arbeitsmaschine geschaltete erste thermische Fluidenergie-Maschine (18),
    ● der Wärmespeicher (11),
    ● eine Einrichtung zur Entspannung des Arbeitsfluides, insbesondere eine dritte Fluidenergiemaschine (23) und
    ● ein erster Wärmetauscher, insbesondere ein Kältespeicher (12),
    und wobei in dem Entladekreislauf (14) folgende Einheiten in der angegebenen Reihenfolge durch Leitungen miteinander verbunden sind:
    ● der Wärmespeicher (11),
    ● eine als Kraftmaschine geschaltete zweite thermische Fluidenergie-Maschine (23),
    ● der erste Wärmetauscher oder ein zweiter Wärmetauscher (24) und
    ● eine Pumpe (22)
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die zweite thermische Fluidenergie-Maschine (23) einen Hochdruckteil (HP) und einer Niederdruckteil (LP) aufweist und in dem Wärmespeicher (11) zwei fluidisch voneinander unabhängige Leitungssysteme, nämlich ein erstes Leitungssystem (28) und ein zweites Leitungssystem (29) vorgesehnen sind, wobei diese Einheiten in der angegebenen Reihenfolge durch Leitungen miteinander verbunden sind:
    ● das erste Leitungssystem (28),
    ● der Hochdruckteil (HP),
    ● das zweite Leitungssystem (29) und
    ● der Niederdruckteil (LP).
  6. Anlage nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das erste Leitungssystem (28) in einem ersten Teilspeicher (20) und das zweite Leitungssystem (29) in einem baulich vom ersten getrennten zweiten Teilspeicher (21) untergebracht ist.
  7. Anlage nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der erste Teilspeicher (20) und der zweite Teilspeicher (21) parallel im Ladekreislauf (13) angeordnet sind.
  8. Anlage nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das erste Leitungssystem (28) und das zweite Leitungssystem (29) in dem Wärmespeicher (11) verlaufen, der als Baueinheit ausgebildet ist.
  9. Anlage nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das erste Leitungssystem (28) in einem ersten Teilbereich (30) und das zweite Leitungssystem (29) in einem räumlich vom ersten getrennten zweiten Teilbereich (31) untergebracht ist.
  10. Anlage nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das zweite Leitungssystem (29) in einem Teilbereich des Wärmespeichers (11) gemeinsam mit dem ersten Leitungssystem untergebracht ist.
  11. Anlage nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das zweite Leitungssystem (29) in mehreren zweiten Teilbereichen (31) des Wärmespeichers (11) gemeinsam mit dem ersten Leitungssystem untergebracht ist, wobei das zweite Leitungssystem (29) in jedem dieser zweiten Teilbereiche (31) über eine Bypassleitung (41) kurzgeschlossen werden kann.
  12. Anlage nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 9 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Verhältnis der Wärmekapazitäten des ersten Teilbereiches (30) zum zweiten oder zu den zweiten Teilbereichen (31) oder des ersten Teilspeichers (20) zum zweiten Teilspeicher (21) an den durch den Entladeprozess bedingten Wärmebedarf angepasst ist, derart, dass beide Teilbereiche oder Teilspeicher in der gleichen Zeitspanne entladen werden.
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