ES2935725T3 - Procedimiento para compensar los picos de carga durante la generación de energía y/o para la generación de energía eléctrica y/o para la generación de hidrógeno - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método para compensar picos de carga durante la generación de energía eléctrica, y/o para generar energía eléctrica usando el calor del gas portador calentado (2) para generar energía eléctrica, y/o para usar el calor del portador calentado gas (2) para generar hidrógeno, que comprende las etapas: - calentar el gas portador (2), en particular aire caliente, en al menos un calentador de gas (4a-d), donde el gas portador (2) caliente sale del calentador de gas (4a-d) a una temperatura de carga objetivo especificada, - carga térmica de al menos un módulo acumulador de calor (5a-d) de una pluralidad de módulos acumuladores de calor (5a-d) de la planta de energía de almacenamiento (1) por salida de calor de el gas portador caliente (2) del calentador de gas (4a-d) al material de acumulación térmica del módulo de acumulación térmica (5a-d),- descarga térmica retardada en el tiempo de al menos un módulo acumulador de calor (5a-d), preferiblemente de una pluralidad de módulos acumuladores de calor (5a-d), en el que el gas portador más frío (2), en particular aire frío, fluye a través de al menos un módulo acumulador térmico (5a-d) y el calor del material acumulador de calor se transfiere al gas portador más frío (2) para calentar el gas portador (2), y donde el gas portador calentado (2) sale del módulo acumulador de calor (5a -d) a una temperatura de descarga especificada, y - uso del calor transferido al gas portador (2) en un proceso para la generación de energía eléctrica y/o para la generación de hidrógeno.fluye a través de al menos un módulo acumulador térmico (5a-d) y el calor del material del acumulador de calor se transfiere al gas portador más frío (2) para calentar el gas portador (2), y donde el gas portador calentado (2) sale del calor módulo acumulador (5a-d) a una temperatura de descarga especificada, y - uso del calor transferido al gas portador (2) en un proceso para la generación de energía eléctrica y/o para la generación de hidrógeno.fluye a través de al menos un módulo acumulador térmico (5a-d) y el calor del material del acumulador de calor se transfiere al gas portador más frío (2) para calentar el gas portador (2), y donde el gas portador calentado (2) sale del calor módulo acumulador (5a-d) a una temperatura de descarga especificada, y - uso del calor transferido al gas portador (2) en un proceso para la generación de energía eléctrica y/o para la generación de hidrógeno. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para compensar los picos de carga durante la generación de energía y/o para la generación de energía eléctrica y/o para la generación de hidrógeno

La invención se refiere a un procedimiento para compensar picos de carga durante la generación de energía eléctrica y/o para la generación, en particular descentralizada, de energía eléctrica, más particularmente a partir de fuentes de energía renovables, tales como biogás de fermentación de biomasa o gas de síntesis de gasificación de biomasa, o de combustibles fósiles, como el gas natural, utilizando el calor del gas portador calentado para generar electricidad, en particular en una central termoeléctrica de acumulación, y/o para utilizar el calor del gas portador calentado para generar hidrógeno, en particular en un proceso de gasificación. Además, la invención se refiere a una central termoeléctrica de acumulación.

Una central eléctrica que presenta dispositivos de acumulación de energía térmica es conocida a partir del documento US 2012/0137702 A1. En esta central eléctrica, la biomasa se quema en un quemador de gas y, a continuación, los gases de combustión se conducen a través de un módulo acumulador de calor, que almacena gran parte de la energía de los gases de combustión en forma de calor. Si el módulo acumulador de calor está totalmente cargado, se activan las válvulas, después de lo cual el gas de combustión se alimenta a un segundo módulo acumulador vacío, de modo que el segundo módulo acumulador se carga posteriormente. Mientras se carga el segundo módulo acumulador, se conduce una mezcla de agua y aire a través del primer módulo acumulador. El primer módulo acumulador se descarga en este caso. El vapor resultante se expande en una turbina aguas abajo y la energía liberada se puede convertir en electricidad. Los dos módulos acumuladores se cargan y descargan alternantes. El propósito de los módulos acumuladores es suministrar la energía de la turbina contenida en los gases de combustión sin tener que conducir los gases de combustión hacia la turbina, lo que podría conducir a daños de la turbina.

En el documento EP 2698505 A1 se describe un procedimiento para cargar y descargar un acumulador de calor. En caso de sobreproducción de energía, por ejemplo debido a una ráfaga de viento, se puede cargar el acumulador de calor. Si es necesario, este proceso se invierte para que el acumulador de calor se descargue en un ciclo de descarga y se pueda generar electricidad a partir de la energía térmica y alimentarla a la red.

Una central eléctrica con dos módulos acumuladores de calor es conocida a partir del documento US 7444818 B1 . Un gas previamente comprimido se conduce a través de un primer módulo acumulador de calor previamente cargado y por lo tanto se calienta. El gas se expande en una primera turbina de baja presión y luego se alimenta a una cámara de combustión. Los gases de combustión producidos allí se conducen a través de un segundo módulo acumulador de calor y allí le transfieren calor, como resultado de lo cual se carga el segundo módulo acumulador de calor. Luego se agrega agua al gas de combustión y el vapor sobrecalentado se alimenta a una turbina de alta presión. Como se describió anteriormente, el primer módulo acumulador se descarga mientras se carga el segundo módulo acumulador. Si el segundo módulo acumulador de calor está completamente cargado, las válvulas se conmutan para que el primer módulo acumulador de calor se cargue y el segundo módulo acumulador de calor se descargue. Los módulos acumuladores de calor aseguran así que el gas se precaliente delante de la primera turbina.

La expansión de las energías renovables está provocando un cambio en la estructura de generación del mercado eléctrico. La energía eléctrica dependiente del suministro procedente de fuentes de energía renovables, como la energía eólica, la biomasa y la fotovoltaica, constituirá una gran parte del suministro eléctrico en el futuro. Sin embargo, las tecnologías disponibles para generar electricidad a partir de fuentes de energía renovable solo permiten una predicción precisa limitada de la cantidad de electricidad generada, por lo que se producen fluctuaciones en diferentes escalas de tiempo, es decir, desde fluctuaciones estacionales a lo largo del día hasta fluctuaciones a corto plazo. Estas fluctuaciones exacerban las fluctuaciones en la demanda de electricidad y aumentan la necesidad de opciones de equilibrio para los picos de carga. Actualmente, la compensación de picos de carga se realiza por lo general a través de diversos mercados eléctricos, en los que participan operadores de distintas tecnologías de generación y acumulación. Además de ello, el sistema energético está a punto de pasar de una generación centralizada a una descentralizada de energía eléctrica a partir de fuentes de energía fósil y renovable. De ello resultan nuevos requisitos para la infraestructura de la red, ya que la tarea de estabilización de la red se está trasladando cada vez más desde el plano de transmisión al plano de las redes de distribución.

Sin embargo, hasta el momento, es estos existe poca o ninguna infraestructura para el control activo de las redes.

El objeto de la presente invención es proporcionar un método y una central eléctrica de acumulación del tipo mencionado al principio que, con alta rentabilidad y alta eficiencia, permitan compensar los picos de generación y los valles de generación durante la generación de energía eléctrica y por lo tanto, pueden proporcionar una contribución a la gestión de carga en la red eléctrica, mediante el cual la energía se almacena en momentos de alta generación de energía y baja demanda de energía y se entrega nuevamente en los picos de carga. En particular, debe ser posible reducir el exceso de capacidad en la red eléctrica y hacer que la energía eléctrica esté disponible en el menor tiempo posible en caso de breves picos de consumo elevados. Además de ello, el procedimiento y la central eléctrica de acumulación están destinados a permitir, en particular, la generación de energía descentralizada y/o la generación de hidrógeno con alta rentabilidad y alta eficiencia.

Los objetos antes mencionados se logran mediante procedimientos con las características de la reivindicación 1, la reivindicación 5 y la reivindicación 10 y mediante una central eléctrica de acumulación con las características de la reivindicación 13. Configuraciones ventajosas resultan de las reivindicaciones dependientes.

El procedimiento de acuerdo con la invención permite utilizar el calor del gas portador altamente calentado, en particular del aire caliente, para generar electricidad en un proceso de central eléctrica o para generar hidrógeno, en particular en un proceso de gasificación, en cuyo caso un gas portador, como el aire, primero se calienta a una temperatura ajustada de carga específica en al menos un calentador de gas de una central eléctrica de acumulación. El gas portador caliente se utiliza para la carga térmica de al menos un módulo acumulador de calor de una pluralidad de módulos acumuladores de calor de la central eléctrica de acumulación, llegándose a una entrega de calor del gas portador caliente del calentador de gas a un material acumulador de calor del módulo acumulador de calor (ciclo de carga). Se pueden utilizar varios calentadores de gas para generar gas caliente en cantidades suficientes y/o con una temperatura ajustada de carga suficientemente alta para cargar los módulos acumuladores de calor. Una temperatura ajustada de carga máxima durante el calentamiento del gas portador en el calentador de gas puede ser de 1000° C a 1300° C, preferiblemente de 1100° C a 1200° C. Se puede asignar un calentador de gas separado a cada uno de los módulos acumuladores de calor.

Durante la descarga térmica retardada de al menos un módulo acumulador de calor, preferiblemente varios módulos acumuladores de calor, el calor útil almacenado o el contenido de calor útil del módulo acumulador de calor se utiliza para calentar gas portador frío, en particular aire frío, con gas portador frío fluyendo a través de al menos un módulo acumulador de calor y transfiriéndose el calor desde el material acumulador de calor al gas portador (ciclo de descarga). El gas portador se calienta a una temperatura de descarga específica a medida que fluye a través del módulo acumulador de calor y sale del módulo acumulador de calor a este nivel de temperatura. La temperatura ajustada de descarga requerida para la utilización de calor puede ascender a al menos 500° C, preferiblemente de al menos 600° C, hasta 900° C, más preferiblemente hasta 800° C. El calor del gas portador caliente generado durante un ciclo de descarga se utiliza luego en un proceso de central eléctrica o de gasificación. Tanto el ciclo de carga al igual que también el ciclo de descarga pueden estar unidos a una carga o bien descarga parcial o total de un módulo acumulador de calor. El contenido de calor utilizable de un módulo acumulador de calor resulta en este caso de la capacidad calorífica específica del material acumulador de calor, la masa del material acumulador de calor o bien el tamaño del módulo acumulador de calor y la temperatura de acumulación de calor (promedio) que se alcanza durante un ciclo o bien proceso de carga o de descarga.

Para utilizar el calor del gas portador para generar electricidad en un proceso de central eléctrica, puede estar previsto que el calor del gas portador calentado en al menos un módulo acumulador de calor se transfiera a un fluido de trabajo del proceso de central eléctrica, en particular a un fluido de trabajo de un proceso de fuerza de vapor. El fluido de trabajo es preferiblemente agua. En particular, el calor transferido al gas portador se puede utilizar en una central eléctrica de vapor convencional, siendo la clase de potencia de la planta de energía superior a 5 MW, preferiblemente superior a 10 MW, más preferiblemente superior a 50 MW, particularmente preferiblemente preferido superior a 100 MW. Sin embargo, la clase de potencia también puede ascender a varios cientos de MW. En un proceso de energía de vapor, el calor del gas portador se puede utilizar para generar vapor, para precalentar el agua de alimentación y/o para sobrecalentar el vapor. En principio, sin embargo, también es posible alimentar el calor transferido al gas portador en forma de aire caliente a la cámara de combustión de una central eléctrica de carbón (convencional) y/o una central eléctrica de ciclo combinado para quemar un combustible como el carbón o el gas. La clase de potencia de la central eléctrica de carbón y/o la central eléctrica de ciclo combinado puede corresponder preferiblemente a la clase de potencia mencionada anteriormente de una central eléctrica de vapor. Alternativamente, la invención también permite que el calor transferido al gas portador se utilice en un proceso de gasificación para generar hidrógeno. Por ejemplo, el calor se puede utilizar para generar vapor, que luego se utiliza en un proceso de gasificación de carbón isotérmico.

La central termoeléctrica de acumulación de acuerdo con la invención puede presentar al menos un compresor para comprimir el gas portador, al menos un calentador de gas para calentar el gas portador, una pluralidad de módulos acumuladores de calor para almacenar el calor del gas portador calentado y al menos un intercambiador de calor, como un generador de vapor, para transferir el calor del gas portador calentado a un fluido de trabajo de un proceso de fuerza de vapor. Naturalmente, la central eléctrica de acumulación de acuerdo con la invención también puede presentar otros componentes de una central eléctrica de vapor conocidos del estado de la técnica, como una bomba de agua de alimentación, un condensador y una turbina de vapor.

Si el gas portador se calienta en el calentador de gas mediante la transformación de energía eléctrica en energía térmica, en cuyo caso el calentador de gas puede tener al menos una resistencia eléctrica de calentamiento para este propósito, el procedimiento de acuerdo con la invención y la central eléctrica de acumulación de acuerdo con la invención pueden contribuir a la gestión de la carga en la red eléctrica, almacenándose energía eléctrica en forma de calor en momentos de una generación de energía alta y una demanda de energía baja durante un ciclo de carga. En caso de picos de carga, al menos un módulo acumulador de calor se descarga entonces en un ciclo de descarga y el gas portador caliente así generado se utiliza para generar electricidad, por ejemplo, para evaporar agua para un proceso de fuerza de vapor. La energía eléctrica generada se puede realimentar a la red eléctrica. Un operador de la central eléctrica de acumulación de acuerdo con la invención puede ofrecer servicios del sistema y participar en el mercado de ajuste. Los módulos acumuladores de calor utilizados permiten almacenar energía eléctrica en forma de calor de una manera sencilla y rentable, pudiendo disponerse de energía eléctrica de forma flexible, en un tiempo muy reducido y rentable en caso de breves picos de consumo elevados.

Particularmente preferido es un calentamiento puramente eléctrico del gas portador en al menos un calentador de aire eléctrico mediante transformación de energía eléctrica en energía térmica. Entonces no es necesario quemar un combustible para la generación de gas portador caliente, por lo que se evita una liberación adicional de dióxido de carbono.

Alternativa o adicionalmente, también se puede generar un gas portador caliente quemando al menos un portador de energía en al menos una cámara de combustión del calentador de gas, por ejemplo quemando biogás de la fermentación de biomasa y/o gas de síntesis de la gasificación de biomasa. El uso de gas natural también es posible y ventajoso. No hace falta decir que la energía también se puede generar utilizando otros combustibles fósiles, como los gases de síntesis de la gasificación del carbón. También se pueden utilizar combustibles sólidos. La central eléctrica de acuerdo con la invención puede contribuir así a cubrir la carga base, por ejemplo en las proximidades de una planta de biogás, lo que permite una generación rentable de electricidad. En particular, la central eléctrica de acuerdo con la invención se caracteriza por un funcionamiento aislado, generándose electricidad de forma descentralizada a partir de combustibles que se generan preferiblemente a partir de fuentes renovables.

Puede ser conveniente si la generación de gas caliente en el calentador de aire es posible tanto mediante transformación de energía eléctrica en energía térmica como mediante la quema de al menos una fuente de energía. Esto hace posible respaldar la infraestructura de la red según sea necesario al compensar los picos de carga y generar electricidad para cubrir la carga base.

No se puede descartar que el calor residual o de proceso de un proceso secundario también se utilice en el calentador de gas para generar gas caliente.

En una realización conveniente del procedimiento de acuerdo con la invención, varios módulos acumuladores de calor conectados en serie pueden formar una hilera de acumulación de calor, calentándose un gas portador en al menos un calentador de gas a una temperatura nominal de carga específica y luego fluyendo a través de varios módulos acumuladores de calor, en particular todos los módulos acumuladores de calor, de la hilera de acumulación de calor. Por lo tanto, los módulos acumuladores de calor se calientan o "cargan" a temperaturas de acumulación de calor iguales o diferentes en función del tamaño del flujo volumétrico de gas caliente, del nivel de la temperatura nominal de carga del gas portador caliente cuando sale del calentador de gas, del tamaño del respectivo módulo acumulador de calor y/o de la capacidad calorífica del material de acumulación de calor utilizado. Todos los módulos acumuladores de calor están configurados preferiblemente idénticos y presentan el mismo contenido de calor utilizable en un estado de carga completa.

En una forma de realización especialmente preferida se controlan al menos por parejas varios módulos acumuladores de calor. El control al menos por parejas de módulos acumuladores de calor simplifica el diseño estructural de los módulos acumuladores de calor y su interconexión con respecto a las longitudes de tubería requeridas y, por lo tanto, permite una producción rentable de los módulos.

En el caso del "control por parejas" en el sentido de la invención, al menos dos módulos acumuladores de calor, preferiblemente exactamente dos módulos acumuladores de calor, se controlan juntos para la carga, es decir, se liberan para el flujo de gas portador caliente para la carga común en conexión en serie. Al menos dos módulos acumuladores de calor pueden formar una pareja de almacenamiento de calor. Varios pares de acumuladores de calor de un sistema de acumuladores de calor se pueden controlar de forma independiente o bien por separado. Esto se puede lograr mediante el control adecuado de tuberías y válvulas en el sistema de acumuladores de calor. Al cargar una pareja de acumuladores de calor, los módulos acumuladores de calor de la respectiva pareja de acumuladores de calor pueden disponerse en serie y el gas portador puede entonces fluir a través de ellos. Correspondientemente, el control en parejas se puede proporcionar al descargar los módulos acumuladores de calor.

En principio, también es posible controlar módulos acumuladores de calor por separado durante la carga y/o descarga, en cuyo caso cada módulo acumulador de calor individual puede controlarse según sea necesario, es decir, puede liberarse para un flujo de gas portador.

El gas portador caliente de un calentador de gas puede ingresar al menos al primer módulo acumulador de calor de una hilera de acumuladores de calor a una temperatura de carga nominal alta, preferiblemente máxima, y el gas portador caliente se enfría cuando el primer módulo acumulador de calor se carga y sale del módulo acumulador de calor a una temperatura de salida más baja. A continuación, el gas portador se alimenta al siguiente módulo acumulador de calor de la hilera de acumuladores de calor para su carga. Con un grado creciente de carga de un módulo acumulador de calor o con una absorción de calor creciente de la masa de almacenamiento, la temperatura de salida del gas portador que sale del respectivo módulo acumulador de calor aumenta durante un ciclo de carga. La temperatura de salida del gas portador al salir de un módulo acumulador de calor precedente se corresponde esencialmente con la temperatura de entrada del gas portador al entrar en el siguiente módulo acumulador de calor. Los módulos acumuladores de calor de una hilera de acumuladores de calor se calientan preferiblemente en diferentes grados durante un ciclo de carga, con el contenido de calor de los módulos acumuladores de calor que se alcanza durante un ciclo de carga y que se puede utilizar durante la descarga y, preferiblemente, la temperatura de acumulación de calor, disminuyendo gradualmente en la dirección del flujo del gas portador de módulo acumulador de calor a módulo acumulador de calor. En consecuencia, la temperatura de salida del gas portador disminuye de módulo acumulador de calor a módulo acumulador de calor.

Más preferiblemente, al menos un último módulo acumulador de calor de la hilera de acumuladores de calor no se carga por completo en cada ciclo de carga. Al final de un ciclo de carga, el gas portador puede salir frío de este módulo acumulador de calor, es decir, a una temperatura de salida de, por ejemplo, menos de 100° C, preferiblemente menos de 50° C, en particular menos de 30 °C. El procedimiento de carga descrito permite una acumulación sencilla y económica de energía eléctrica, de modo que el calor contenido en el gas portador se acumula por completo en los módulos acumuladores de calor y vuelve a estar disponible a corto plazo.

El gas portador que sale de un módulo acumulador de calor cuando se está cargando se puede utilizar para cargar un módulo acumulador de calor posterior en la hilera acumuladores de calor hasta que la temperatura de salida del gas portador del módulo acumulador de calor anterior caiga por debajo de una temperatura de salida mínima predeterminada. La temperatura de salida mínima puede ser inferior a 200° C, preferiblemente inferior a 100° C, más preferiblemente inferior a 50° C, de manera particularmente preferida inferior a 30° C. Si la temperatura de salida mínima sigue siendo suficientemente alta, el gas portador que sale de un módulo acumulador de calor se puede utilizar para fines de calentamiento, por ejemplo, en el proceso de generación de vapor.

Cuando se cargan varios módulos acumuladores de calor conectados en serie, la carga de un módulo acumulador de calor posterior en la hilera acumuladores de calor también se puede realizar, al menos parcialmente, mediante el suministro directo de gas portador caliente desde un calentador de gas, en particular si la temperatura de salida del gas portador de un módulo acumulador de calor anterior en la hilera acumuladores de calor cae por debajo de una temperatura de salida mínima predeterminada. El gas portador caliente suministrado directamente desde el calentador de gas puede presentar la temperatura de carga deseada, que se alcanza como máximo en el calentador de gas, de modo que es posible una carga preferiblemente completa de un módulo acumulador de calor subsiguiente. Si la temperatura de salida del gas portador de un módulo acumulador de calor anterior no cae por debajo de una temperatura mínima específica predeterminada, pero no es lo suficientemente alta como para permitir que el módulo acumulador de calor posterior se cargue por completo, el módulo acumulador de calor posterior se puede cargar con la gas portador de un módulo acumulador de calor anterior en la hilera acumuladores de calor y tener lugar suministrando gas portador caliente desde el calentador de gas. El suministro directo de gas portador caliente permite así alcanzar de manera sencilla un cierto estado de carga elevado del módulo acumulador de calor subsiguiente.

En principio, también es posible cargar en paralelo varios módulos acumuladores de calor, siendo alimentado cada módulo acumulador de calor con una corriente de gas portador caliente separada. Aquí también se pueden activar preferiblemente varios módulos acumuladores de calor al menos por parejas. Por ejemplo, al menos dos módulos acumuladores de calor pueden formar una unidad acumuladora de calor o una pareja acumuladores de calor. Se pueden cargar varias unidades acumuladoras de calor en paralelo, pero los respectivos módulos acumuladores de calor de una unidad acumuladora de calor están conectados en serie y el gas portador fluye a través de ellos. Las unidades acumuladoras de calor se pueden controlar preferiblemente de forma independiente entre sí. Se puede proporcionar un control correspondiente para la descarga.

Pueden estar previstos varios calentadores de gas para generar corrientes de gas portador separadas, pudiendo asignarse al menos un calentador de gas a cada módulo acumulador de calor. Una corriente de gas portador con una temperatura de carga nominal específica sale de cada calentador de gas para cargar el módulo acumulador de calor asociado. Las temperaturas de carga nominales de las corrientes de gas portador pueden ser iguales o diferentes. En todos los calentadores de gas se alcanza preferiblemente una temperatura de carga nominal máxima de entre 1000° C y 1300° C. La carga paralela de varios módulos acumuladores de calor permite en particular una carga alta simultánea, preferiblemente completa, de los módulos acumuladores de calor en un tiempo muy corto.

Se pueden descargar varios módulos acumuladores de calor en paralelo para generar una corriente de gas portador calentado para el suministro de calor en la central eléctrica y/o el proceso de gasificación, y cada módulo acumulador de calor puede recibir una corriente de gas portador fría independiente. Para proporcionar gas caliente a una temperatura nominal de descarga específica para la utilización de calor en la central eléctrica y/o el proceso de gasificación, es conveniente si al menos un módulo acumulador de calor con una temperatura de acumulación de calor más baja y al menos un módulo acumulador de calor con una temperatura de acumulación de calor más alta se descargan en paralelo y que el gas portador calentado producido de esta manera de ambos módulos acumuladores de calor se junta para establecer una temperatura de descarga nominal predeterminada. Preferiblemente está previsto que un módulo acumulador de calor con la temperatura de acumulación de calor comparativamente más baja y al menos un módulo acumulador de calor con una temperatura de acumulación de calor siguiente comparativamente más alta de una pluralidad de módulos acumuladores de calor se descarguen en paralelo para proporcionar una corriente de gas portador con una temperatura de descarga nominal deseada. Los módulos acumuladores de calor se descargan preferiblemente simultáneamente. Como resultado, al menos dos corrientes de gas portador de diferentes temperaturas se mezclan para establecer o ajustar una temperatura de descarga nominal específica del gas portador requerido para la posterior transferencia de calor a la planta de energía y/o proceso de gasificación. Esta temperatura de descarga nominal se puede mantener constante durante todo el ciclo de descarga de los módulos acumuladores de calor mediante un control de volumen adecuado de las corrientes de gas portador combinadas. La mezcla de corrientes de gas portador de diferentes temperaturas permite una regulación simple de la temperatura de descarga nominal y permite la descarga completa de módulos acumuladores de calor cuyo contenido de calor es demasiado bajo para calentar una corriente de gas portador específica a la temperatura de descarga nominal. Un módulo acumulador de calor cargado con un contenido de calor más bajo y/o una temperatura de acumulación de calor más baja puede utilizarse así en un ciclo de descarga como una derivación para un módulo acumulador de calor cargado con un contenido de calor más alto y/o una temperatura de acumulación de calor más alta.

Alternativa y/o adicionalmente, el gas portador calentado durante la descarga de al menos un módulo acumulador de calor puede combinarse con gas portador frío, en particular con aire frío, para enfriar el gas portador calentado a una temperatura de descarga nominal específica del gas portador. Esto permite una regulación fácil y precisa de la temperatura de descarga nominal del gas portador.

Para garantizar una temperatura de descarga nominal específica (alta) para la utilización de calor en un proceso para generar electricidad y/o hidrógeno, también se puede prever que el gas portador calentado en al menos un módulo acumulador de calor se mezcle directamente con el gas portador caliente del calentador gas. El gas portador del calentador de gas está preferiblemente a la temperatura de carga nominal máxima.

Además de ello, el calor transferido al gas portador en un calentador de gas también se puede utilizar directamente, sin acumulación intermedia del calor en un módulo acumulador de calor, en un proceso para generar electricidad y/o hidrógeno. Por ejemplo, es posible que parte del gas portador caliente generado en el calentador de gas se alimente a través de los módulos acumuladores de calor a al menos un generador de vapor del proceso de fuerza de vapor para mantener caliente el generador de vapor durante un ciclo de carga del módulos acumuladores de calor.

En una realización preferida del procedimiento de acuerdo con la invención, al menos un módulo acumulador de calor se descarga completamente y al menos un módulo acumulador de calor solo se descarga parcialmente durante un ciclo de descarga. En el caso de una descarga completa, la temperatura de salida del gas portador del módulo acumulador de calor al final del ciclo de descarga es preferiblemente inferior a 200° C, preferiblemente inferior a 100° C, más preferiblemente inferior a 50° C, de manera especialmente preferente a menos de 30° C. En particular, está previsto en este contexto descargar completamente al menos un módulo acumulador de calor cuyo contenido de calor utilizable y/o cuya temperatura de acumulación de calor sea demasiado baja para calentar el gas portador solo a una temperatura de descarga nominal específica, que por supuesto depende del tamaño del flujo volumétrico del gas portador. Por el contrario, los módulos acumuladores de calor con un contenido de calor más alto, en particular una temperatura de acumulación de calor más alta, preferiblemente no se descargan por completo en un ciclo de descarga. Esto se aplica en particular al primer módulo acumulador de calor o varios módulos acumuladores de calor de una hilera acumuladores de calor, a través de los cuales fluye primero gas portador caliente durante un ciclo de carga y se calienta a una temperatura de acumulación por encima de la temperatura de carga nominal. Convenientemente, en un ciclo de descarga, primero se descarga el módulo acumulador de calor con el contenido de calor más bajo, en particular con la temperatura de acumulación de calor más baja, y luego los módulos acumuladores de calor con contenido de calor utilizable respectivamente creciente y/o con temperatura de acumulación de calor respectivamente creciente.

Si hay una demanda muy alta de energía eléctrica, por supuesto, también es posible descargar completamente todos los módulos acumuladores de calor. Según el contenido de calor de un módulo acumulador de calor y/o la temperatura de acumulación de calor, también puede ser necesario controlar la temperatura mediante el suministro de gas portador frío para mantener una temperatura de descarga nominal específica del gas portador caliente generado durante un ciclo de descarga. Como resultado, la temperatura de descarga nominal requerida se puede mantener de manera confiable.

De acuerdo con la invención, el gas portador caliente generado durante un ciclo de descarga se puede utilizar para generar vapor en un proceso de fuerza de vapor, por lo que la eficiencia eléctrica de la central eléctrica de acumulación se puede aumentar expandiendo primero el gas portador calentado en un expansor o un turbina de expansión de gas de la central eléctrica de acumulación y luego alimentarlo a un generador de vapor. La presión absoluta del gas portador antes de entrar en la turbina de expansión de gas puede ser de hasta 20 bar. Para ello está prevista una compresión correspondiente del gas portador frío. Si la electricidad se genera únicamente en el proceso de fuerza de vapor, es suficiente una presión absoluta del gas portador entre 2 y 5 bar, preferiblemente entre 3 y 4 bar, con la que el gas portador calentado puede alimentarse a un generador de vapor. Aquí también se puede proporcionar un expansor o una turbina de expansión de gas aguas arriba para aumentar la eficiencia eléctrica de la central eléctrica de acumulación. El expansor se puede conectar aguas abajo de los módulos acumuladores de calor y aguas arriba de un generador de vapor en la dirección de flujo del gas portador.

Para utilizar la central eléctrica de acumulación de calor para cubrir la carga base, el gas portador puede calentarse en al menos un calentador de gas y luego utilizarse directamente, es decir, sin cargar y descargar los módulos acumuladores de calor, para generar vapor en el proceso de vapor. En particular, aquí puede estar previsto que el gas portador se caliente en el calentador de gas quemando un combustible fósil, como gas natural. Alternativamente, por supuesto, también es posible el uso de fuentes de energía no fósiles como por ejemplo biogás. Además, en particular, se puede proporcionar un calentamiento indirecto del gas portador para no contaminar el gas portador con gases de combustión.

Para reducir las emisiones que son perjudiciales para el medio ambiente, el gas portador puede recircular. En este caso, el gas portador no se descarga al medio ambiente después de que el calor se haya transferido al fluido de trabajo, sino que se utiliza para recargar los módulos acumuladores de calor. Entonces puede estar presente un sistema de gas portador esencialmente cerrado. Por otro lado, si el gas portador se descarga al medio ambiente después de la transferencia de calor al fluido de trabajo, existe un sistema de gas portador abierto que requiere el suministro de gas portador fresco para un ciclo de carga posterior.

Otras características, ventajas y posibles aplicaciones de la presente invención resultan de la siguiente descripción de ejemplos de realización con referencia al dibujo y del propio dibujo. En este caso, todas las características descritas y/o representadas figurativamente por sí mismas o en cualquier combinación forman el objeto de la presente invención, independientemente de su recopilación en las reivindicaciones o su referencia.

En el dibujo muestran:

la Fig. 1 un diagrama de flujo de proceso esquemático de un procedimiento de acuerdo con la invención para compensar picos de carga al generar energía eléctrica y/o para la generación de energía eléctrica en particular descentralizada en una central eléctrica de acumulación de acuerdo con la invención con una pluralidad de módulos acumuladores de calor al cargar los módulos acumuladores de calor, con un sistema de gas portador abierto,

la Fig. 2 un diagrama de flujo de proceso esquemático del procedimiento de acuerdo con la invención de la Fig. 1 durante la descarga de los módulos acumuladores de calor,

la Fig. 3 un diagrama de flujo de proceso esquemático de una forma de realización alternativa del procedimiento de acuerdo con la invención cuando se cargan los módulos acumuladores de calor, estando previsto un sistema de gas portador cerrado,

la Fig. 4 un diagrama de flujo de proceso esquemático del procedimiento de acuerdo con la invención de la Fig. 3 durante la descarga de los módulos acumuladores de calor y

las Fig. 5 a 8 representaciones esquemáticas de la posible conexión de cuatro módulos acumuladores de calor durante la carga y descarga.

Las Figuras 1 a 4 muestran una central 1 termoeléctrica acumuladora de energía para utilizar el calor del gas 2 portador calentado para generar electricidad, con un compresor 3 para comprimir el gas 2 portador, con una pluralidad de calentadores 4a-d de gas para calentar el gas 2 portador, con una pluralidad de módulos 5a-d acumuladores de calor para acumular el calor del gas 2 portador calentado y con un generador 6 de vapor para transferir el calor del gas 2 portador calentado a un fluido 7 de trabajo de un proceso de fuerza de vapor. El gas 2 portador es preferiblemente aire u otro gas adecuado. El fluido 7 de trabajo es preferiblemente agua.

Cada calentador 4a-d de gas presenta una cámara 8 de combustión para el uso de portadores 8a de energía, en particular gaseosos, como biogás o gas natural, y un calentador 9 eléctrico, que presenta conductores de calor, por ejemplo hecho de carburo de silicio o un metal adecuado, y se puede conectar a una fuente de energía. Cuando se enciende la fuente de energía, los conductores de calor se calientan y transfieren su calor al gas 2 portador. Con un diseño adecuado de los calentadores 4a-d de gas, el gas 2 portador puede calentarse a una temperatura de carga nominal de, por ejemplo, un máximo de 1200° C. La temperatura de carga nominal se especifica como un valor nominal para un dispositivo de control y/o regulación no representado.

Para compensar los picos de carga al generar energía eléctrica, el gas 2 portador se calienta primero en al menos un calentador 4 de gas a la temperatura de carga nominal. La regulación de volumen del sistema está diseñada de tal manera que, dependiendo de la cantidad de energía eléctrica generada, se mantiene la temperatura de carga nominal específica para el gas 2 portador en la salida de un calentador 4a-d de gas. Para calentar el gas 2 portador también se pueden hacer funcionar simultáneamente varios calentadores 4a-d de gas, alimentándose un flujo parcial del gas 2 portador a través de un conducto 10a-d de gas a un calentador 4a-d de gas y calentándose allí. Después del calentamiento, los flujos parciales pueden juntarse a través de una línea 11 colectora y alimentarse a un primer módulo 5a acumulador de calor para cargar térmicamente el módulo 5a acumulador de calor liberando calor del gas 2 portador calentado a un material de acumulación de calor del módulo 5a acumulador de calor. Para cargar el primer módulo 5a acumulador de calor, una válvula 12a de alimentación está abierta, mientras que otras válvulas 12b-d de alimentación, que conectan los otros módulos 5b-d acumuladores de calor con los calentadores 4b-d de gas asociados, están cerradas.

En la forma de realización que se muestra, los módulos 5a-d acumuladores de calor están conectados en serie y forman una hilera acumuladores de calor, con el gas 2 portador calentado a la temperatura de carga nominal en el calentador 4a de gas que posteriormente fluye a través de los módulos 5b-d acumuladores de calor de la hilera acumuladores de calor y los módulos 5a-d acumuladores de calor durante un ciclo de carga se calientan. Al comienzo del ciclo de carga, el gas 2 portador sale inicialmente frío del módulo 5a acumulador de calor a través de una válvula 13a de tres vías. A medida que aumenta la absorción de calor de la masa acumuladora, aumenta la temperatura del gas 2 portador que sale del módulo 5a acumulador de calor.

La válvula 13a de tres vías tiene dos opciones de conmutación. El gas 2 portador se puede alimentar a una chimenea 17 como aire de escape a través de la tubería 14 colectora, la válvula 15 de salida y un intercambiador 16 de calor.

Sin embargo, para cargar los módulos 5b-d acumuladores de calor posteriores, el gas 2 portador se suministra a los módulos 5b-d acumuladores de calor posteriores a través de las válvulas 13a-c de tres vías si hay suficiente contenido de calor o si la temperatura de acumulación de calor es suficiente. Esto tiene lugar a través de las 18a-c líneas de alimentación. De este modo, la energía térmica contenida en el gas 2 portador puede acumulares en gran parte por completo en los módulos 5a-d acumuladores de calor

El módulo 5b acumulador de calor está diseñado preferiblemente de tal manera que el gas 2 portador frío también sale del módulo 5b acumulador de calor cuando el módulo 5a acumulador de calor está completamente cargado. Hay carga completa cuando la temperatura de salida del gas 2 portador del módulo 5a acumulador de calor corresponde a la temperatura de entrada o carga nominal de 1200° C, por ejemplo. El gas 2 portador que sale del módulo 5a acumulador de calor se alimenta al tercer módulo 5c acumulador de calor a través de la válvula 13b de tres vías y la línea 18b de suministro. Alternativamente, el gas 2 portador se puede descargar al medio ambiente a través de la línea 14 colectora. También es posible cargar el módulo 5d acumulador de calor o conectar otros módulos acumuladores de calor que no se muestran.

Cada uno de los calentadores 4a-d de gas puede suministrar gas 2 portador calentado a los módulos 5a-d acumuladores de calor individuales, lo que es posible a través de las líneas 19a-d de carga y, si es necesario, otras válvulas que no se muestran. Como resultado, un módulo 5b-d acumulador de calor también se puede cargar completamente si el contenido de calor del gas 2 portador que sale del módulo 5a-c acumulador de calor anterior no es suficiente para una carga completa del módulo 5b-d acumulador de calor posterior. Preferiblemente, sin embargo, está previsto que las corrientes calientes de gas portador generadas en los calentadores 4a-d de gas se reúnan a través de la línea 11 colectora y que los módulos 5a-d acumuladores de calor fluyan a continuación, comenzando desde el primer módulo 5a acumulador de calor para una carga de gas caliente.

Lo que no está representado, es que durante un ciclo de carga de los módulos 5a-d acumuladores de calor, un flujo parcial del gas 2 portador caliente de la línea 11 colectora se suministra con un flujo parcial del gas 2 portador frío, que se suministra a través del compresor 3, se mezcla y se puede suministrar al generador 6 de vapor para mantenerlo caliente. La temperatura se puede controlar a través del tamaño de los flujos volumétricos.

Los módulos 5a-d acumuladores de calor pueden ser recipientes térmicamente aislados en los que se dispone una masa acumuladora de calor, por ejemplo, un apilamiento de bolas de material cerámico. Los materiales acumuladores de calor adecuados son conocidos por los expertos en la técnica. La masa acumuladora de calor es calentada por el gas 2 portador caliente mientras que el gas 2 portador se enfría. Con un diseño adecuado de los módulos 5a-d acumuladores de calor, la eficiencia en convertir energía eléctrica en calor y transferir el calor a la masa acumuladora puede ser superior al 90%, preferiblemente superior al 95%.

Al cargar los módulos 5a-d acumulador de calor, el gas 2 portador se suministra a través de una válvula 20 de suministro abierta hacia el compresor 3, con el cual se puede suministrar gas 2 portador a los calentadores 4a-d de gas a través de un precalentador 21 y una línea 22 colectora así como otras válvulas 23a-d de suministro. De acuerdo con la Fig. 1, todo el gas 2 portador se alimenta al primer calentador 4a de gas sólo cuando la válvula 23a de entrada está abierta. Las válvulas 23b-d de suministro están cerradas. Sin embargo, en principio, como se ha descrito anteriormente, el calentamiento del gas 2 portador también se puede proporcionar en varios o en todos los calentadores 4a-d de gas.

La Fig. 2 muestra esquemáticamente la descarga de los módulos 5a-d acumuladores de calor de la central 1 eléctrica de acumulación que se muestra en la Fig. 1. Las válvulas 23a-d de la línea de suministro están cerradas para la operación de descarga. En su lugar, se abren otras válvulas 24a-d de entrada, de modo que el gas 2 portador frío se presiona en los módulos 5a-d acumuladores de calor a través del compresor 3 y la línea 22 colectora para la descarga en paralelo de los módulos 5a-d acumuladores de calor 5a-d. Aquí, el gas 2 portador se calienta en los módulos 5a-d acumuladores de calor 5a-d. Opcionalmente, el gas 2 portador puede conducirse en paralelo sobre todos los módulos 5a-d acumuladores de calor, o es posible descargar solo uno o más módulos 5a-d acumuladores de calor. Después de salir de los módulos 5a-d acumulador de calor, el gas 2 portador se puede reunir en una línea 25 colectora adicional. Para ello, la línea 25 colectora está conectada con los módulos 5a-d acumuladores de calor a través de líneas 26a-d de salida. El gas 2 portador emerge de los módulos 5a-d acumuladores de calor a la temperatura de consigna de carga máxima de 1200° C.

Además de ello, el gas 2 portador precalentado se puede alimentar al menos parcialmente más allá de los módulos 5a-d acumuladores de calor en la línea 25 colectora a través de las líneas 27a-d de derivación. Esto hace posible mezclar gas portador caliente de los módulos 5a-d acumuladores de calor y gas 2 portador frío a través de un control de volumen correspondiente de tal manera que se establece una temperatura de descarga nominal deseada del gas 2 portador caliente. Esta temperatura de descarga deseada puede estar entre 600° C y 800° C, por ejemplo. Esta temperatura se mantiene preferiblemente constante durante toda la operación de descarga. Si la temperatura de salida cuando el gas 2 portador sale de un módulo 5a-d acumulador de calor es mayor que la temperatura de descarga nominal deseada, la temperatura se puede regular a través de las respectivas líneas 27a-d de derivación.

Cuando los módulos 5a-d acumuladores de calor están dispuestos en una hilera acumuladores de calor, se puede prever que los módulos 5a-d acumuladores de calor se vacíen dependiendo del contenido de calor utilizable y/o la temperatura de acumulación de calor del respectivo módulo 5a-d acumulador de calor, comenzando con un módulo 5d acumulador de calor que tiene el contenido de calor más bajo y/o puede tener la temperatura de acumulación de calor más baja, posteriormente se descargan los módulos 5c, 5b, 5a acumuladores de calor, es decir, en la dirección opuesta a la carga. Por lo tanto, la descarga comienza preferiblemente con el módulo acumulador de calor que tiene el contenido de calor utilizable más bajo y/o la temperatura de acumulación de calor más baja. A continuación, se descarga el módulo acumulador de calor respectivo, que a su vez tiene el contenido de calor utilizable más bajo o la temperatura de acumulación de calor más baja en comparación con los módulos acumuladores de calor restantes. Sin embargo, no todos los módulos 5a-d acumuladores de calor tienen que estar completamente descargados. Con el procedimiento descrito, se puede lograr una alta eficiencia del sistema y la energía eléctrica generada se puede adaptar a los requisitos reales.

Si, por ejemplo, la temperatura de salida del gas 2 portador del último módulo 5d acumulador de calor en la hilera acumuladores de calor cae por debajo de una temperatura de descarga nominal predeterminada, un flujo parcial del gas 2 portador pasa a través del acumulador 5c de calor anterior en la hilera acumuladores de calor con un mayor contenido de calor y/o una temperatura de acumulación de calor más alta. Las corrientes de gas portador se juntan para establecer la temperatura de descarga nominal. El módulo 5d acumulador de calor sirve entonces como derivación, que funciona hasta que el módulo 5d acumulador de calor está completamente vacío. La temperatura de descarga nominal deseada del gas 2 portador se logra descargando al menos un módulo 5a a 5c acumulador de calor aguas arriba de la hilera acumuladores de calor, pudiendo regularse de nuevo la temperatura si es necesario suministrando gas 2 portador frío a través de al menos una línea 27a-d de derivación.

El compresor 3 comprime preferiblemente el gas 2 portador a una presión del sistema de hasta 20 bares. El gas 2 portador caliente generado durante un ciclo de descarga se alimenta a un expansor 28 a través de la línea 25 colectora y se expande en el expansor 28. El gas 2 portador se enfría dependiendo del nivel de presión. Si no se pretende el uso de un expansor, la presión del sistema puede ser significativamente menor y, por ejemplo, solo estar entre 3 y 4 bar (absolutos). El gas 2 portador que sale del expansor 28 sirve para generar y sobrecalentar vapor a alta presión en el generador 6 de vapor. El generador 6 de vapor puede presentar un precalentador 29, un tambor 30 de vapor y un sobrecalentador 31. Por lo demás, el generador 6 de vapor corresponde a un diseño convencional. El vapor generado se alimenta a una turbina 32 de vapor. El expansor 28 y la turbina 32 de vapor están conectados a un generador, no mostrado. Por lo demás, se pueden proporcionar un desgasificador 33 y un condensador 34.

La eficiencia eléctrica de la central 1 eléctrica de acumulación puede alcanzar hasta el 60%. Además, es posible desacoplar la calefacción urbana. La eficiencia térmica cuando se utiliza calefacción urbana puede alcanzar hasta el 98%. El vapor de proceso también se puede extraer de la central 1 eléctrica de acumulación.

Mientras que las Figuras 1 y 2 muestran el funcionamiento de la central 1 eléctrica de acumulación con un sistema de gas portador abierto, con el gas 2 portador siendo descargado al medio ambiente como aire de escape a través de la chimenea 17, existe la posibilidad de hacer recircular el gas 2 portador. Esto se muestra esquemáticamente en las Figuras 3 y 4, mostrando la Fig. 3 el estado durante un ciclo de carga y la Fig. 4 el estado durante un ciclo de descarga.

Cuando el sistema de gas portador está cerrado, preferiblemente no se proporciona un suministro de gas combustible y la combustión del gas combustible en las cámaras 8 de combustión de los calentadores 4a-d de gas, pero esto es posible con transferencia de calor indirecta. En su lugar, el gas 2 portador se calienta preferiblemente de forma exclusiva por medio de conductores de calor mediante la conversión de energía eléctrica en energía térmica. Si se hace recircular el gas 2 portador, la válvula 15 de salida se cierra cuando se cargan los módulos 5a-d intercambiadores de calor. En cambio, las válvulas 35, 36 de recirculación están abiertas, de modo que el gas portador que sale de un módulo 5a a 5d acumulador de calor se alimenta al compresor 3 a través de la línea 14 colectora y una línea 37 de recirculación. La válvula 20 de entrada está cerrada para que no se alimente gas 2 portador nuevo al sistema de gas portador. En un ciclo de descarga, el gas 2 portador se alimenta al compresor después de pasar por el precalentador 21 a través de una línea 38 de retorno, una válvula 39 de retorno abierta y la línea 37 de recirculación y luego está a disposición para una nueva carga de los módulos 5a-d acumuladores de calor. Las válvulas 35, 36 de recirculación y otra válvula 40 de salida que permite descargar el gas 2 portador están cerradas durante la descarga en el sistema de gas portador abierto a través de una línea 41 de salida y la chimenea 17 (Fig. 2).

Como también se puede ver en las Figuras 1 y 2, se puede proporcionar otra cámara 42 de combustión como parte de un calentador de gas adicional, con la que es posible calentar el gas 2 portador a una temperatura nominal específica antes de que ingrese al expansor 28. quemando gas 8a combustible de, por ejemplo, 600° C a 800° C. El calentador de gas puede diseñarse para transferencia de calor directa o indirecta. Esto permite utilizar la central 1 eléctrica de acumulación para cubrir la carga base, no siendo necesaria para esto la carga y descarga de los módulos 5a-d acumuladores de calor. La cámara 42 de combustión también se puede usar para proporcionar gas caliente para mantener calientes las máquinas cuando se cargan los módulos 5a-d acumuladores de calor. El calentamiento del gas portador en la cámara 42 de combustión también puede contribuir a reducir los costes de producción de electricidad.

Un ejemplo de conexión para la carga y descarga de cuatro módulos 5a-d acumuladores de calor se muestra esquemáticamente en las Fig. 5 a 8. La Fig. 5 y la Fig. 6 muestran la conexión cuando los módulos 5a-d acumuladores de calor están cargados, mientras que la Fig. 7 y la Fig. 8 muestran la conexión cuando los módulos 5a-d acumuladores de calor están descargados.

Para la carga de los módulos 5a-d acumuladores de calor se calienta gas 2 portador en un calentador 4a de gas, que está configurado como calentador de aire, y luego se alimenta a los módulos 5a-d acumuladores de calor de acuerdo con la Fig. 5. El gas 2 portador puede ser aire. Aquí, el gas 2 portador caliente del calentador 4a de gas fluye a través de los módulos 5a-d acumuladores de calor conectados en serie posteriores. Los módulos 5a-d acumuladores de calor pueden controlarse en parejas o el gas 2 portador puede fluir a través de ellos. Esto aplica igualmente a la carga y descarga. En la forma de realización mostrada, los dos primeros módulos 5a y 5b acumuladores de calor mostrados a la izquierda en las Fig. 5 a 8 y los otros módulos 5c y 5d acumuladores de calor mostrados a la derecha están asignados cada uno a una pareja de acumuladores de calor o una unidad acumuladora de calor, con las parejas de acumuladores de calor controladas por separado e independientemente entre sí debido a la disposición de las líneas o el gas 2 portador puede fluir a través de ellas. Naturalmente, a una pareja de acumuladores de calor controlables por separado también se les pueden asignar más de dos módulos 5a-d acumuladores de calor, si la disposición de acumulación comprende más de cuatro módulos 5a-d acumuladores de calor.

De acuerdo con las Fig. 5 y 6, dos parejas de acumuladores de calor, cada uno con dos módulos 5a, 5b o 5c, 5d acumuladores de calor, están conectados en serie y el gas portador 2 caliente del calentador 4a de gas fluye a través de ellos sucesivamente. El gas 2 portador se hace recircular de acuerdo con la Fig. 5 a través de una línea 50 de recirculación y, después de salir del cuarto módulo 5d acumulador de calor representado a la derecha en la Fig. 5, vuelve a través de un compresor 3 al calentador 4a de gas. El flujo de gas se logra a través del control apropiado de una pluralidad de válvulas.

De acuerdo con la Fig. 6, los cuatro módulos 5a-d acumuladores de calor también pueden cargarse de tal manera que el gas 2 portador caliente del calentador 4a de gas fluya en paralelo a través de las dos parejas acumuladores de calor con los módulos 5a, 5b acumuladores de calor por un lado y 5c, 5d por el otro. El gas 2 portador sale del calentador 4a de gas a una temperatura de carga nominal específica y se alimenta a esta temperatura al respectivo primer módulo 5a o 5c acumulador de calor de la respectiva pareja de acumuladores de calor. Esto permite la carga completa.

De acuerdo con la Fig. 6, el gas 2 portador caliente del calentador 4a de gas se conduce a través de una línea 43 de derivación a través de los dos módulos 5a, 5b acumuladores de calor de la primera pareja de acumuladores de calor y llega así al módulo 5c acumulador de calor de la pareja de acumuladores de calor representada a la derecha en la Fig. 6. También es posible alimentar gas 2 portador caliente del calentador 4a de gas directamente a un consumidor 45 a través de una línea 44 de consumo, con el término "consumidor" en el contexto de la invención que abarca cualquier posible uso del calor del gas 2 portador caliente en un proceso de central eléctrica y/o proceso de gasificación.

Por lo demás, la conexión de acuerdo con la Fig. 6 permite alimentar aire 46 fresco a una cámara 48 de mezcla a través de otro compresor 47 y una línea 52 de control para regular la temperatura del gas 2 portador caliente antes de que se transmita al consumidor 45. El 46 aire fresco está a un nivel de temperatura significativamente más bajo que el gas 2 portador caliente que sale del calentador 4a de gas.

De acuerdo con la Fig. 7, cuando los módulos 5a-d acumuladores de calor se descargan, el aire 46 fresco, que forma el gas 2 portador, puede alimentarse a través de los compresores 3, 47 y una línea 49 de derivación adicional a los dos módulos 5c, 5d acumuladores de calor de la pareja de acumuladores de calor representados a la derecha en la Fig. 7 de la pareja de acumuladores de calor derecha y alimentarlo al módulo 5b de acumulador de calor representado a la derecha en la Fig. 7 de la pareja de acumuladores de calor izquierda. El aire 46 fresco o el gas 2 portador fluye luego a través de los dos módulos 5a, 5b acumuladores de calor de la pareja acumuladores de calor representada a la izquierda en la Fig. 7 y llega al consumidor 45 a través de la línea 43 de derivación y la línea 44 de consumo. El aire 46 fresco también se puede suministrar aquí, si es necesario, a través de la línea 52 de control y la cámara 48 de mezcla al gas portador 2 para establecer o regular una temperatura útil específica del gas 2 portador para el proceso de central eléctrica y /o proceso de gasificación.

Por lo demás, de acuerdo con la Fig. 7, es posible mezclar el gas 2 portador caliente del calentador 4a de gas con el gas 2 portador calentado del módulo 5a acumulador de calor si la temperatura de descarga nominal del gas 2 portador es demasiado baja cuando sale del módulo 5a acumulador de calor representado a la izquierda del todo en la Fig. 7, para alcanzar una temperatura útil del gas 2 portador requerida por el consumidor 46.

De acuerdo con la Fig. 8, se puede alimentar aire 46 fresco a través de los compresores 47, 3 y una línea 51 de descarga al último módulo 5d acumulador de calor de la pareja acumuladores de calor que se muestra a la derecha en la Fig. 8. El gas 2 portador calentado en los módulos 5c, 5d acumuladores de calor llega a la cámara de mezcla 48 a través de la línea 43 de derivación. Además, el aire 46 fresco se alimenta a través de la línea 49 de derivación a los módulos 5a, 5b acumuladores de calor de la otra pareja de acumuladores de calor y se calienta allí. El gas 2 portador calentado en los módulos 5a, 5b acumuladores de calor también llega a la cámara 48 de mezcla a través de la línea 43 de derivación. Las dos parejas de acumuladores de calor se descargan así en paralelo, mientras que los módulos 5a, 5b o 5c, 5d acumuladores de calor de cada una de las parejas de acumuladores de calor se descargan en serie. También en este caso, la temperatura del gas 2 portador calentado se puede regular según sea necesario mediante el suministro de aire 46 fresco a través de la línea 52 de control hacia la cámara 48 de mezcla. El gas 2 portador llega entonces al consumidor 45. En principio, también es posible, si es necesario, suministrar gas 2 portador caliente directamente desde el calentador 4a de gas a la cámara 48 de mezcla para aumentar la temperatura del gas 2 portador calentado en los módulos 5a-d acumuladores de calor.

Cuando se descargan los módulos 5a-d acumuladores de calor, también es posible que los módulos 5a-d acumuladores de calor se pasen, comenzando con el último módulo 5d acumulador de calor representado a la derecha del todo en la Fig. 8, y con ello las parejas de acumuladores de colear posteriores en conexión en serie.

Lista de símbolos de referencia:

1 central eléctrica de acumulación

2 gas portador

3 compresor

4a-d calentador a gas

5a-d módulo acumulador de calor

6 generador de vapor

7 trabajo de fluido

8 cámara de combustión

8a gas combustible

9 calentador eléctrico

10a-d flujo parcial

11 línea colectora

12a-d válvula de suministro

13a-c válvula de tres vías

14 línea colectora

15 válvula de salida

16 intercambiador de calor

17 chimenea

18a-c línea de suministro

19a-d línea de carga

20 válvula de suministro

21 precalentador

22 línea colectora

23a-d válvula de suministro

24a-d válvula de suministro

25 línea colectora

26a-d línea de salida

27a-d línea de derivación

28 expansor

29 precalentador

30 tambor de vapor

31 sobrecalentador

32 turbina de vapor

desgasificador

condensador

válvula de recirculación

válvula de recirculación

línea de recirculación

línea de retorno

válvula de retorno

válvula de salida

línea de salida

cámara de combustión

línea de derivación

línea de consumo

consumidor

aire fresco

compresor

cámara de mezclado

línea de derivación

línea de recirculación

línea de descarga

línea de control

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para compensar los picos de carga en la generación de energía eléctrica y/o para la generación de energía eléctrica utilizando el calor del gas (2) portador calentado para la generación de electricidad y/o para la utilización del calor del gas (2) portador calentado para la generación de hidrógeno, con los pasos

- calentamiento de gas (2) portador, en particular de aire caliente, en al menos un calentador (4a-d) de gas, saliendo gas (2) portador caliente del calentador (4a-d) de gas con una determinada temperatura de carga nominal,

- carga térmica de al menos un módulo (5a-d) acumulador de calor de una pluralidad de módulos (5a-d) acumuladores de calor de una central (1) eléctrica de acumulación por liberación de calor del gas (2) portador caliente del calentador (4a-d) de gas a un material acumulador de calor del módulo (5a-d) acumulador de calor,

- descarga térmica retardada en el tiempo de al menos un módulo (5a-d) acumulador de calor, preferiblemente una pluralidad de módulos (5a-d) acumuladores de calor, en donde al menos un módulo (5a-d) acumulador de calor se pasa a través por un gas (2) portador más frío, en particular por aire frío, y el calor se transfiere desde el material acumulador de calor al gas (2) portador más frío para calentar el gas (2) portador, el gas (2) portador calentado que sale del módulo (5a-d) acumulador de calor a una temperatura de descarga específica, y

- utilización del calor transferido al gas (2) portador en un proceso para la generación de electricidad y/o para la generación de hidrógeno, caracterizado por que en un ciclo de descarga, al menos un módulo (5a-d) acumulador de calor con una temperatura de acumulación de calor más baja y/o un contenido de calor utilizable más bajo se descarga completamente y al menos un módulo (5a-d) acumulador de calor con una temperatura de acumulación de calor más alta y/o un contenido de calor utilizable más alto se descarga solo parcialmente.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que se proporciona una transferencia de calor de gas (2) portador calentado en al menos un módulo (5a-d) acumulador de calor a un fluido (7) de trabajo de un proceso de central eléctrica para la generación de electricidad, en particular un proceso de fuerza de vapor.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que el calentamiento puramente eléctrico del gas (2) portador se proporciona en al menos un calentador (9) de aire eléctrico mediante la conversión de energía eléctrica en energía térmica.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que, durante la carga, una pluralidad de módulos (5a-d) acumuladores de calor se conectan en serie y posteriormente gas (2) portador calentado pasa a través, en donde, preferiblemente, se proporciona un control al menos por parejas de una pluralidad de módulos (5ad) acumuladores de calor.

5. Procedimiento para compensar los picos de carga en la generación de energía eléctrica y/o para la generación de energía eléctrica utilizando el calor de gas (2) portador calentado para la generación de electricidad y/o para la utilización del calor de gas (2) portador calentado para la generación de hidrógeno, con los pasos

- calentamiento de gas (2) portador, en particular aire caliente, en al menos un calentador (4a-d) de gas, mediante el cual el gas (2) portador caliente sale del calentador (4a-d) de gas a una temperatura de carga nominal específica,

- carga térmica de al menos un módulo (5a-d) acumulador de calor de una pluralidad de módulos (5a-d) acumuladores de calor de una central (1) eléctrica de acumulación por liberación de calor del gas (2) portador caliente del calentador (4a-d) de gas a un material acumulador de calor del módulo (5a-d) acumulador de calor,

- descarga térmica retardada en el tiempo de al menos un módulo (5a-d) acumulador de calor, preferiblemente de una pluralidad de módulos (5a-d) acumuladores de calor, en donde al menos un módulo (5a-d) acumulador de calor) se pasa a través por gas (2) portador frío, en particular por aire frío, y el calor se transfiere desde el material acumulador de calor al gas (2) portador más frío para calentar el gas (2) portador, y el gas (2) portador calentado sale del módulo (5a-d) acumulador de calor a una temperatura de descarga específica, y utilización del calor transferido al gas (2) portador en un proceso para la generación de electricidad y/o para la generación de hidrógeno, caracterizado por que una pluralidad de módulos (5a-d) acumuladores de calor conectados en serie forman una hilera de acumuladores de calor y, durante la carga, se pasan a través posteriormente por gas (2) portador calentado, la carga de un módulo (5b-d) acumulador de calor posterior de la hilera de acumuladores de calor tiene lugar al menos parcialmente mediante el suministro directo de gas (2) portador caliente desde un calentador (4a-d) de gas.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado por que la carga de un módulo (5b-d) acumulador de calor posterior de la hilera de acumuladores de calor se lleva a cabo al menos parcialmente mediante el suministro directo de gas (2) portador caliente desde un calentador (4a-d) de gas si la temperatura de salida del gas portador de un módulo (5a-c) acumulador de calor anterior de la hilera de acumuladores de calor cae por debajo de una temperatura mínima predeterminada para la carga del módulo (5b-d) acumulador de calor posterior.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que una pluralidad de módulos (5ad) acumulador de calor se cargan en paralelo, en donde se suministra una corriente de gas portador caliente separada a cada módulo (5a-d) acumulador de calor y en donde, preferiblemente, está previsto un control al menos por parejas de una pluralidad de módulos (5a-d) acumuladores de calor.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que una pluralidad de módulos (5ad) acumulador de calor se descargan en paralelo, en donde se suministra una corriente de gas portador frío separada a cada módulo (5a-d) acumulador de calor y en donde, preferiblemente, está previsto un control al menos por parejas de una pluralidad de módulos (5a-d) acumuladores de calor.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que, durante la descarga en al menos un módulo (5a-d) acumulador de calor, el gas (2) portador calentado se mezcla con gas (2) portador más frío y/o con aire frío para establecer una temperatura nominal específica para la utilización de calor en un proceso para generación de electricidad y/o hidrógeno.

10. Procedimiento para compensar los picos de carga en la generación de energía eléctrica y/o para la generación de energía eléctrica utilizando el calor del gas (2) portador calentado para la generación de electricidad y/o para la utilización del calor del gas (2) portador calentado para la generación de hidrógeno, con los pasos

- calentamiento de gas (2) portador (2), en particular aire caliente, en al menos un calentador (4a-d) de gas, mediante el cual el gas (2) portador caliente sale del calentador (4a-d) de gas a una temperatura de carga nominal específica,

- carga térmica de al menos un módulo (5a-d) acumulador de calor) de una pluralidad de módulos (5a-d) acumuladores de calor de una central (1) eléctrica de acumulación por liberación de calor del gas (2) portador caliente del calentador (4a-d) de gas a un material acumulador de calor del módulo (5a-d) acumulador de calor,

- descarga térmica retardada en el tiempo de al menos un módulo (5a-d) acumulador de calor, preferiblemente de una pluralidad de módulos (5a-d) acumuladores de calor, en donde al menos un módulo (5a-d) acumulador de calor se pasa por gas (2) portador (2) frío, en particular por aire frío, y el calor se transfiere desde el material acumulador de calor al gas (2) portador más frío para calentar el gas (2) portador, y el gas (2) portador calentado sale del módulo (5a-d) acumulador de calor a una temperatura de descarga específica, y

- utilización del calor transferido al gas (2) portador en un proceso para la generación de electricidad y/o para la generación de hidrógeno, caracterizado por que,

durante la descarga en al menos un módulo (5a-d) acumulador de calor, el gas (2) portador calentado se mezcla directamente con el gas (2) portador caliente del calentador (4a-d) de gas para establecer una temperatura nominal específica para la utilización del calor en un proceso de generación de electricidad y/o de hidrógeno.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el calor transferido al gas (2) portador en un calentador (4a-d) de gas se utiliza directamente, sin acumulación intermedia del calor en un módulo (5a-d) acumulador de calor, en un proceso de generación de electricidad y/o generación de hidrógeno.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se hace recircular el gas (2) portador.