FI20195158A1 - Järjestely energian varastoimiseksi - Google Patents

Järjestely energian varastoimiseksi Download PDF

Info

Publication number
FI20195158A1
FI20195158A1 FI20195158A FI20195158A FI20195158A1 FI 20195158 A1 FI20195158 A1 FI 20195158A1 FI 20195158 A FI20195158 A FI 20195158A FI 20195158 A FI20195158 A FI 20195158A FI 20195158 A1 FI20195158 A1 FI 20195158A1
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
heat
arrangement according
mass
energy
thermal energy
Prior art date
Application number
FI20195158A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI128601B (fi
Inventor
Antti Porkka
Petri Vuori
Original Assignee
Calefa Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Calefa Oy filed Critical Calefa Oy
Priority to FI20195158A priority Critical patent/FI128601B/fi
Priority to CN202080018745.4A priority patent/CN113518890A/zh
Priority to PCT/FI2020/050128 priority patent/WO2020178479A1/en
Priority to US17/435,887 priority patent/US11732616B2/en
Priority to EP20767390.6A priority patent/EP3935336B1/en
Application granted granted Critical
Publication of FI20195158A1 publication Critical patent/FI20195158A1/fi
Publication of FI128601B publication Critical patent/FI128601B/fi

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/18—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters
    • F01K3/186—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters using electric heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/18—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/18—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters
    • F01K3/20—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters with heating by combustion gases of main boiler
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B21/00—Water-tube boilers of vertical or steeply-inclined type, i.e. the water-tube sets being arranged vertically or substantially vertically
    • F22B21/02—Water-tube boilers of vertical or steeply-inclined type, i.e. the water-tube sets being arranged vertically or substantially vertically built-up from substantially straight water tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D10/00—District heating systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/0056—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using solid heat storage material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F11/00—Arrangements for sealing leaky tubes and conduits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J15/00—Systems for storing electric energy
    • H02J15/007—Systems for storing electric energy involving storage in the form of mechanical energy, e.g. fly-wheels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B29/00—Steam boilers of forced-flow type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D2020/0065—Details, e.g. particular heat storage tanks, auxiliary members within tanks
    • F28D2020/0078—Heat exchanger arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/16—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for preventing leakage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

Järjestely energian varastoimiseksi, joka järjestely käsittää lämpöä varaavan massan (4) ja lämmönsiirtokanaviston (3), ja johon järjestelyyn kuuluu lisäksi lämmityselin (11), joka on järjestetty kuumentamaan lämpöä varaavaa massaa (4). Järjestely käsittää käytöstä poistettuun polttovoimalaitokseen kuuluvan polttokattilan, joka on muutettu lämpöenergiavarastoksi (2) täyttämällä polttokattila lämpöä varaavalla massalla (4) ainakin osittain.

Description

JÄRJESTELY ENERGIAN VARASTOIMISEKSI
KEKSINNÖN ALA Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa esitetty järjestely energian varastoimiseksi. Keksinnön mukai- sesta järjestelystä käytetään jatkossa tässä hakemuksessa myös nimitystä keksinnön mukainen ratkaisu. Ratkaisussa hyödynne- tään käytöstä poistettua tai muuten tarpeetonta polttovoima- laitosta tai vastaavaa, siihen kuuluvaa polttokattilaa ja infrastruktuuria ja verkkoliittymää.
KEKSINNÖN TAUSTA JA TUNNETUN TEKNIIKAN ONGELMAT Nykyisen elintapamme ja elintasomme on mahdollistanut energi- an halpa hinta ja saatavuus, mutta energiaratkaisujen ongel- mana on aina luonnon eriasteinen hyväksikäyttö ja luonnon saastuminen. Öljyn poraaminen merestä on lisääntynyt, kun on jouduttu etsimään uusia esiintymiä entisten ehtyessä. Meren- pohjasta poraamalla tuotettu öljy on kallista ja siinä pro- sessissa on myös suuri ympäristökatastrofin uhka. Fossiilis- ten energialähteiden huonoihin puoliin kuuluu niiden rajalli- o nen saatavuus, ympäristön tuhoutuminen ja ilman saastuminen. > Näiden syiden takia on luonnollista hakea uusia, vähemmän se saastuttavia ja uusiutuvia ratkaisuja energian tuotantoon. 0 Tällaisia vähemmän saastuttavia ja uusiutuvia ratkaisuja ovat z 25 tunnetusti esimerkiksi tuulivoima ja aurinkovoima. Näissä mo- N lemmissa on kuitenkin se ongelma, että ne ovat riippuvaisia = sääolosuhteista ja niiden energiantuotanto voi vaihdella ra- 2 justi. Tuulivoimaloilla tuotettu sähkö on uusien suurten tuu- N livoimaloiden käyttöönotolla saatu kilpailukykyiseksi muiden sähköntuotantomenetelmien kanssa. Tästä syystä on oletetta-
vaa, että tuulisähkön osuus kasvaa monissa maissa, mikä taas luo tarvetta säätövoimalle. Kivihiili kaivetaan maasta suurista kaivoksista, joiden vai- kutus ympäristöön on haitallinen. Kivihiilen poltto tuottaa merkittäviä hiilidioksidipäästöjä, joiden on todettu olevan suuri osasyyllinen ilmastonmuutokseen. Näistä syistä kivihii- livoimaloita ollaan sulkemassa suuria määriä monissa maissa. Kivihiilivoimaloihin ja polttokattilavoimaloihin on yleensä liittyneenä merkittävä infrastruktuuri, jonka hyödyntäminen tämän keksinnön avulla voi olla taloudellisesti kannattavaa voimalan sulkemisen jälkeenkin. Tuulivoimasähkön tuotanto vaihtelee voimakkaasti ja siksi myös sen hinta vaihtelee voimakkaasti, mikä johtuu osaksi siitä, että varteenotettavia sähkövarastoja on vielä vähän käytössä. Sähköntuotannon siirtyessä yhä enemmän uusiutuviin aurinko-, aalto- ja tuulivoimaan, sähkön hinnan voidaan olettaa vaihte- levan entistä enemmän. Keksinnön mukaisella ratkaisulla voi- daan varastoida sähköenergiaa lämpöenergian muodossa, kun säh- köntuotanto ylittää sähkönkulutuksen ja purkaa varastoitua sähköä, kun sähköä kulutetaan enemmän. Keksinnön mukaisten ratkaisujen käyttöönotolla on sähkön hintoja tasaava vaikutus, o koska ylituotanto voidaan ottaa talteen tehokkaammin ja käyt- S 25 tää korkean kysynnän aikana.
O <Q wn
O
I jami a 00
O LO O O N
KEKSINNÖN TARKOITUS Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada järjestely, jol- la voidaan tasata sähkönkulutuksen ja sähköntuotannon erotus- ta. Keksinnön avulla voidaan varastoida energiaa pienen kulu- tuksen aikana ja purkaa sitä sähkönä suuren kulutuksen aika- na. Tämän keksinnön mukaisessa ratkaisussa kivihiilivoimalan tai jonkun muun polttokattilan käsittävän voimalan käyttötarkoi- tus muutetaan energiaa tuottavasta voimalasta, lämpöenergiaa varastoivaksi voimalaitokseksi, säätövoimalaitokseksi. Keksinnön mukaiselle järjestelylle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Keksin- nön muille sovellutusmuodoille on tunnusomaista se, mitä on esitetty muissa patenttivaatimuksissa.
KEKSINNÖN LYHYT SELOSTUS Keksinnön mukaisessa järjestelyssä varastoidaan ja vapautetaan energiaa, käytöstä poistetun voimalan polttokattilasta muunne- tusta lämpöenergiavarastosta (TES Thermal Energy Storage), hyödyntäen voimalan olemassa olevaa polttokattilaa ja infra- O struktuuria, johon kuuluu muun muassa energiantuotantolait- N teisto lämmönsiirtokanavistoineen, turbiineineen ja sähkö- 3 25 generaattoreineen. Käytöstä poistettu polttokattila muunnetaan S lämpöenergiavarastoksi täyttämällä se tarpeeseen soveltuvalla E ja riittävästi energiaa lämmön muodossa varastoivalla materi- a aalilla.
O N
KEKSINNÖN EDUT Keksinnön mukaisen ratkaisun etuna on se, että se on edulli- nen, yksinkertainen ja siinä voidaan käytöstä poistetun voi- malan polttokattila muuntaa ja kierrättää nopeasti energiava- rastoksi (TES) ja voimala säätövoimalaksi. Keksinnössä pysty- tään hyödyntämään käytöstä poistetun voimalan infrastruktuu- ria, eikä voimalaitosta tai sen infrastruktuuria tarvitse purkaa sen käytöstä poistamisen jälkeen. Etuna on lisäksi se, että keksinnön mukaisessa ratkaisussa voidaan käyttää kierrä- tysbetonia tms. kattilan täyttömateriaalina lämmönvaraamiseen Tässä keksinnön mukaisessa ratkaisussa käytetään kattilan, jo olemassa olevaa lämmönsiirtokanavistoa soveltuvin ja tarpeel- lisin osin hyväksi, joten uutta lämmönsiirtokanavistoa eli väliaineen kiertoputkistoa ei tarvitse rakentaa uutta lämpö- energiavarastoa varten. Täyttömateriaali tukee ja tiivistää kattilan jo mahdollisesti käyttöikänsä päässä olevaa lämmön- siirtokanavistoa, mikä antaa sille lisää käyttöikää. Etuna on myös se, että energiavaraston lämpöä varaavaa massaa voidaan varata silloin, kun sähköntuotannossa on ylitarjontaa kuumen- tamalla sähkön avulla massaa kuumentavaa väliainetta. Etuna on myös se, että sähköenergia varaavan massan kuumentamiseksi voidaan tuottaa uusiutuvilla energialähteillä, kuten esimer- kiksi tuulivoimalla, aurinko- tai aaltoenergialla, tai myös D vesivoimalla. Rx 3
O KUVIOLUETTELO E Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti kahden a sovellutusesimerkin avulla viittaamalla oheisiin piirustuk- io siin, joissa > 30 kuvio 1 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaisen järjeste- lyn yhtä käyttötilaa, kun lämpöenergiavarastoa vara- taan, kuvio 2 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaisen järjeste- 5 lyn toista käyttötilaa, kun lämpöenergiavarastoa va- rataan, kuvio 3 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaisen järjestelyn kolmatta käyttötilaa, kun lämpöenergiavarastoa pure- taan ja kuvio 4 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaisen järjeste- lyn toista vaihtoehtoista sovellutusmuotoa.
KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN SELOSTUS Kuviossa 1 on esitetty kaaviomaisesti ja yksinkertaistettuna keksinnön mukaisen järjestelyn yhtä käyttötilaa säätövoima- laitoksessa 1, joka on muodostettu käytöstä poistetusta polt- tovoimalaitoksesta, kuten esimerkiksi kivihiilivoimalasta. Järjestelyn mukaiseen säätövoimalaitokseen 1 kuuluu 1lämpö- energiavarasto 2, lämmönsiirtokanavisto 3, joka on edullises- ti esimerkiksi suljetun kiertopiirin muodostava putkisto, lämpöenergiaa varaava eli varastoiva massa 4, syöttöpumppu 10 ja lämmityselin 11, kuten sähkövastus. Lämpöenergiavarastona o 2 käytetään käytöstä poistetun polttovoimalaitoksen poltto- > 25 kattilaa, joka on täytetty ainakin osittain, edullisesti 1&- g hes kokonaan lämpöenergiaa varaavalla massalla 4, joka on 2 edullisesti esimerkiksi kierrätysbetonia. Edullisesti varaa- E vaa massaa 4 on sijoitettu ainakin käytöstä poistetun poltto- co kattilan lämmönsiirtopinnoille.
D Kuvion 1] mukaisessa tilanteessa lämpöenergiavarastoa 2 vara- N taan väliaineen avulla uusiutuvan energian energialähteestä 9 saadulla sähköenergialla. Tässä sovellutusesimerkissä ener-
gialähde 9 on tuulivoimala.
Tässä sovellutusesimerkissä ener- gialähde 9 eli tuulivoimala on yhdistetty säätövoimalaitok- seen 1 verkkoliittymän 7 kautta.
Lämpöenergiavaraston 2 va- rauksen tässä vaiheessa syöttöpumppu 10 on järjestetty syöt- tämään lämmityselimelle 11 väliainetta, joka on tässä sovel- lutusesimerkissä vettä.
Lämmityselin 11 on järjestetty kuu- mentamaan väliainetta ja kuumennettu väliaine on järjestetty johdettavaksi osittain lämpöenergiavaraston 2 sisällä olevaan lämmönsiirtokanavistoon 3 kuumentamaan lämpöenergiavaraston 2 sisällä olevaa massaa 4. Lammityselimen 11 teho on järjestet- ty säädettäväksi.
Varauksen tässä vaiheessa vesi höyrystyy lämmityselimen 11 vaikutuksesta ja höyry siirtyy lämmönsiirtokanavistoa 3 pit- kin lämpöenergiavarastoon 2 nuolen A suuntaisesti.
Höyry luo- vuttaa lämpöenergiaa lämmönsiirtokanaviston 3 lämmönsiirto- pintojen välityksellä lämpöä varaavalle massalle 4, jolloin massa 4 kuumenee ja höyryn lämpötila laskee ja se tiivistyy takaisin vedeksi.
Tämän jälkeen tiivistynyt vesi on järjes- tetty jälleen pumpattavaksi lämmityselimelle 11 syöttöpumpun 10 avulla.
Edellä kuvattu prosessi toistuu, kunnes massa 4 on niin kuumaa, että massan 4 ja höyryn lämpötilojen ero ei rii- tä aiheuttamaan faasimuutosta höyryssä, jolloin höyry ei enää o tiivisty vedeksi.
Tässä vaiheessa varausprosessi siirtyy seu- > 25 raavaan vaiheeseen. 3 S Kuviossa 2 on esitetty lämpöenergiavaraston 2 varauksen seu- E raavaa vaihetta.
Lämpöenergiavarastoa 2 varataan edelleen vä- © liaineen avulla uusiutuvan energian energialähteestä 9 saa- = 30 dulla sähköenergialla.
Säätövoimalaitokseen 1 kuuluu kuviossa 2 1 esitettyjen komponenttien lisäksi turbiini 5 ja sähkölaite s 6, joka toimii kuvion 2 esittämässä tapauksessa sähkömootto- rina.
Lämpöenergiavaraston 2 varauksen tässä vaiheessa turbiini 5 on järjestetty syöttämään lämmityselimelle 11 väliainetta, joka on tässä vaiheessa höyryä. Lämmityselin 11 on järjestet- ty kuumentamaan väliainetta ja kuumennettu väliaine on jär- jestetty johdettavaksi osittain lämpöenergiavaraston 2 sisäl- lä olevaan lämmönsiirtokanavistoon 3 kuumentamaan lämpöener- giavaraston 2 sisällä olevaa massaa 4.
Varauksen tässä vaiheessa lämmityselin 11 on järjestetty kuu- mentamaan höyryä, joka on järjestetty siirtymään lämmönsiir- tokanavistoa 3 pitkin lämpöenergiavarastoon 2 nuolen A suun- taisesti. Höyry luovuttaa lämpöenergiaa lämmönsiirtokanavis- ton 3 lämmönsiirtopintojen välityksellä massalle 4, jolloin massa 4 kuumenee ja höyryn lämpötila laskee. Tämän jälkeen höyry on järjestetty jälleen ohjattavaksi lämmityselimelle 11 sähkömoottorina toimivan sähkölaitteen 6 pyörittämän turbii- nin 5 avulla. Edellä kuvattu prosessi toistuu, kunnes järjes- telmän kapasiteetti saavutetaan. Tämä tarkoittaa esimerkiksi sitä, että höyryn lämpötila ei enää kuumenna varattavaa mas- saa 4.
Kuviossa 3 on esitetty lämpöenergiavaraston 2 purkamisvaihet- o ta. Lämpöenergiavarastoa 2 puretaan väliaineen avulla sähkön > 25 tuottamiseksi sähköverkkoon 8. Säätövoimalaitokseen 1 kuuluu g kuvioissa 1 ja 2 esitettyjen komponenttien lisäksi syöttö- 2 pumppu 14 ja sähkögeneraattorina toimiva sähkölaite 6. Syöt- E töpumppu 14 on järjestetty syöttämään väliainetta osittain © lämpöenergiavaraston 2 sisällä olevaan lämmönsiirtokanavis- = 30 toon 3 nuolten A suuntaan. Väliaine on tässä sovellutusesi- 2 merkissä vettä. Massaan 4 varastoitunut energia kuumentaa ja N höyrystää veden, joka luovuttaa massasta 4 saadun energian turbiinissa 5 pyörimisliikkeen muodossa. Turbiinin 5 akseliin kytketty sähkögeneraattori on järjestetty muuttamaan pyöri- misliikkeen sähköksi ja syöttämään tuottamansa sähkön verkko- liittymän 7 kautta sähköverkkoon 8. Lämmönsiirtokanavisto 3, turbiini 5 ja sähkögeneraattori ovat osa käytöstä poistetun polttovoimalaitoksen infrastruktuuria. Kuviossa 4 on esitetty eräs toinen keksinnön mukaisen järjes- telyn sovellutusmuoto. Tässä sovellutusesimerkissä lämmitys- elin 11 on sovitettu ainakin osittain lämpöä varaavan massan 4 sisään ja lämmityselin 11 on ainakin osittain kosketuksissa lämmönsiirtokanavistoon 3. Tällöin massa 4 on järjestetty va- rattavaksi suoraan ilman väliainetta lämpövastusten 11 avul- la.
Massan 4 lämpöenergia on järjestetty purettavaksi haluttuna ajankohtana väliaineen, turbiinin 5 ja sähkögeneraattorin avulla sähköenergiaksi sähköverkkoon 8. Purkaminen on järjes- tetty tehtäväksi olennaisesti samalla tavalla kuin kuvion 3 selitysosiossa esitetty. Alan ammattimiehelle on selvää, ettei keksintö rajoitu yksin- omaan edellä esitettyihin esimerkkeihin, vaan voi vaihdella o jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa. Niinpä > 25 esimerkiksi jotkin rakenneratkaisut voivat olla erilaisiakin g kuin edellä on esitetty, ja varaava massa voi olla muutakin 2 ainetta kuin betonia. Edullisesti se voi olla mitä tahansa hy- E vän lämmönvarauskyvyn omaavaa ainetta, joka on helppo sijoit- © taa joko valamalla tai muulla tavoin polttokattilaan ja sen lämmönsiirtopinnoille.
N Alan ammattimiehelle on myös selvää, että järjestelyyn voi kuulua muitakin osia kuin edellä on esitetty, kuten esimerkik-
si lauhdutin, joka on lämpöenergian purkuvaiheessa järjestetty tarvittaessa jäähdyttämään väliainetta. Lisäksi järjestely voi käsittää esimerkiksi välineet väliaineen säätämiseksi tarvit- taessa.
Alan ammattimiehelle on myös selvää, että turbiinia pyörittävä sähkömoottori ja sähkögeneraattori voivat olla yksi ja sama sähkölaite tai vaihtoehtoisesti ne voivat olla erillisiä lait- teita.
Alan ammattimiehelle on vielä myös selvää, että lämpöenergia- varastoa voidaan varata jostain muustakin energialähteestä saatavalla sähköllä kuin tuulivoimalasta, esimerkiksi aurinko- tai aaltoenergialla, tai myös vesivoimalla.
Alan ammattimiehelle on lisäksi selvää, että lämpöenergiava- raston avulla kuumennettu väliaine voi olla järjestetty joh- dettavaksi kaukolämpöverkkoon, jossa väliaine on järjestetty luovuttamaan energiansa esimerkiksi rakennusten lämmittämi- seen ja/tai lämpöenergiavaraston avulla kuumennettu höyry on järjestetty johdettavaksi prosessikäyttöön. o
O
N n <Q To) o
I ja m o 00
LO
LO o o
N

Claims (15)

PATENTTIVAATIMUKSET
1. Järjestely energian varastoimiseksi, joka järjestely kä- sittää lämpöä varaavan massan (4) ja lämmönsiirtokanaviston (3), ja johon järjestelyyn kuuluu lisäksi lämmityselin (11), joka on järjestetty kuumentamaan lämpöä varaavaa massaa (4), tunnettu siitä, että järjestely käsittää käytöstä poistettuun polttovoimalaitokseen kuuluvan polttokattilan, joka on muu- tettu lämpöenergiavarastoksi (2) täyttämällä polttokattila lämpöä varaavalla massalla (4) ainakin osittain.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että varaava massa 4 on betonia, edullisesti kierrätysbeto- nia, ja että varaavaa massaa 4 on sijoitettu ainakin käytöstä poistetun polttokattilan lämmönsiirtopinnoille.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että osa lämmönsiirtokanavistoa (3) on lämpöä varaavan massan (4) sisällä.
4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen järjestely, tun- nettu siitä, että järjestelyyn kuuluu lämmityselin (11) läm- pöä varaavan massan (4) kuumentamiseksi. o > 25
5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen järjestely, tunnettu siitä, g että lämmityselin (11) on liitetty lämmönsiirtokanavistoon 2 (3) lämmön siirtämiseksi varaavaan massan (4) väliaineen = avulla. a
O D 30
6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen järjestely, tunnettu siitä, 2 että lämmityselin (11) on sovitettu ainakin osittain lämpöä s varaavan massan (4) sisään.
7. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen jär- jestely, tunnettu siitä, että lämpöä varaava massa (4) on järjestetty kuumennettavaksi sähköenergian avulla.
8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että varaavan massan (4) kuumentamiseksi käytetty sähköener- gia on edullisesti uusiutuvan energian avulla tuotettua säh- köä.
9. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen järjes- tely, tunnettu siitä, että lämpöenergiavaraston (2) sisältämä lämpöenergia on järjestetty purettavaksi lämmönsiirtokanavis- toon (3) kierrätettävän väliaineen avulla ja siirrettäväksi muualla käytettäväksi energiaksi.
10. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen järjes- tely, tunnettu siitä, että lämpöenergiavarasto (2) on järjes- tetty toimimaan energianlähteenä, kun väliaine kuumennetaan lämpöenergiavaraston (2) sisällä olevan lämpöä varaavan mas- san (4) avulla.
11. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen järjes- tely, tunnettu siitä, että järjestelyyn kuuluu turbiini (5), o ja että lämpöenergiavaraston (2) avulla kuumennettu väliaine > 25 on järjestetty johdettavaksi turbiiniin (5), jossa väliaineen g energia on järjestetty muutettavaksi liike-energiaksi.
S E
12. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen järjes- © tely, tunnettu siitä, että järjestelyyn kuuluu sähkögeneraat- = 30 torina toimiva sähkölaite (6), joka on liitetty turbiiniin 2 (5), ja että turbiinin (5) tuottama liike-energia on järjes- N tetty muutettavaksi mainitun sähkögeneraattorin avulla sähkö-
energiaksi, joka on edullisesti siirrettävissä verkkoliitty- män (7) kautta sähköverkkoon (8).
13. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen järjes- tely, tunnettu siitä, että lämmönsiirtokanavisto (3), turbii- ni (5) ja sähkögeneraattori ovat osa käytöstä poistetun polt- tovoimalaitoksen infrastruktuuria.
14. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen järjes- tely, tunnettu siitä, että lämpöenergiavaraston (2) avulla kuumennettu väliaine on järjestetty johdettavaksi kaukolämpö- verkkoon, jossa väliaine on järjestetty luovuttamaan energi- ansa rakennusten lämmittämiseksi.
15. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen järjes- tely, tunnettu siitä, että lämpöenergiavaraston (2) avulla kuumennettu höyry on järjestetty johdettavaksi prosessikäyt- töön.
o
O
N
O <Q
LO
O
I jami a 00
O
LO
O
O
N
FI20195158A 2019-03-05 2019-03-05 Järjestely energian varastoimiseksi FI128601B (fi)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20195158A FI128601B (fi) 2019-03-05 2019-03-05 Järjestely energian varastoimiseksi
CN202080018745.4A CN113518890A (zh) 2019-03-05 2020-02-28 用于储存能量的装置
PCT/FI2020/050128 WO2020178479A1 (en) 2019-03-05 2020-02-28 Arrangement for storing of energy
US17/435,887 US11732616B2 (en) 2019-03-05 2020-02-28 Arrangement for storing of energy
EP20767390.6A EP3935336B1 (en) 2019-03-05 2020-02-28 Arrangement for storing of energy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20195158A FI128601B (fi) 2019-03-05 2019-03-05 Järjestely energian varastoimiseksi

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FI20195158A1 true FI20195158A1 (fi) 2020-08-31
FI128601B FI128601B (fi) 2020-08-31

Family

ID=72338085

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20195158A FI128601B (fi) 2019-03-05 2019-03-05 Järjestely energian varastoimiseksi

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11732616B2 (fi)
EP (1) EP3935336B1 (fi)
CN (1) CN113518890A (fi)
FI (1) FI128601B (fi)
WO (1) WO2020178479A1 (fi)

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6321539B1 (en) * 1998-09-10 2001-11-27 Ormat Industries Ltd. Retrofit equipment for reducing the consumption of fossil fuel by a power plant using solar insolation
US6790206B2 (en) * 2002-01-31 2004-09-14 Scimed Life Systems, Inc. Compensation for power variation along patient cables
DE10328774B3 (de) * 2003-06-25 2005-01-13 Framatome Anp Gmbh Kerntechnische Anlage mit Druckentlastung
US8544275B2 (en) * 2006-08-01 2013-10-01 Research Foundation Of The City University Of New York Apparatus and method for storing heat energy
EP2561299B1 (en) * 2010-07-12 2017-05-31 Siemens Aktiengesellschaft Storage and recovery of thermal energy based on counter current principle of heat transfer medium transportation
CN102322759A (zh) * 2011-06-22 2012-01-18 武汉理工大学 太阳能空调用低成本混凝土蓄热装置
DE102011117982A1 (de) * 2011-11-09 2013-05-16 Westinghouse Electric Germany Gmbh System zur Zwischenspeicherung von Energie unter Verwendung stillgelegter Kraftwerksanlagen
US9391254B2 (en) * 2012-06-27 2016-07-12 Daniel Lessard Electric power generation
US10323543B2 (en) * 2014-07-28 2019-06-18 Third Power, LLC Conversion of power plants to energy storage resources
EP3078817A1 (en) * 2015-04-08 2016-10-12 Siemens Aktiengesellschaft Energy storage system and method
DE202016107499U1 (de) * 2016-12-30 2017-03-02 INTENSATEC sales GmbH Wärmespeicherelement

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020178479A1 (en) 2020-09-10
CN113518890A (zh) 2021-10-19
EP3935336B1 (en) 2023-12-06
EP3935336A1 (en) 2022-01-12
EP3935336C0 (en) 2023-12-06
US20220178276A1 (en) 2022-06-09
FI128601B (fi) 2020-08-31
EP3935336A4 (en) 2022-12-07
US11732616B2 (en) 2023-08-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9541070B2 (en) Plant for energy production
AU2007315397B2 (en) Heating system, wind turbine or wind park, method for utilizing surplus heat of one or more wind turbine components and use hereof
EP3172413B1 (en) Power plant with steam cycle and with a high temperature thermal energy exchange system and method for manufacturing the power plant
US20170030226A1 (en) Hybrid power generation system using solar energy and bioenergy
US20180209305A1 (en) Integrated System for Using Thermal Energy Conversion
JP6298072B2 (ja) 集中熱力学的太陽光発電所または従来の火力発電所
US8695342B2 (en) Heating system for a turbine
US20220090827A1 (en) Plant and method for accumulation of energy in thermal form
US10247167B2 (en) Independent power generating method using water pressure and vapor, and generating device thereof
KR100728939B1 (ko) 풍력 및 소수력 병합발전장치
EP3002423B1 (en) Combined cycle power plant with a thermal storage unit and method for generating electricity by using the combined cycle power plant
KR20230058587A (ko) 플라이휠 및 용융 염 하이브리드 에너지 저장 시스템
Rahbari et al. Thermodynamic, economic, and environmental analysis of a novel hybrid energy storage system: Psuedo‐dynamic modeling approach
JP2011169171A (ja) 発電システム
JP2014122576A (ja) 太陽熱利用システム
FI128601B (fi) Järjestely energian varastoimiseksi
US20230163622A1 (en) Hybrid energy storage systems
Tokar et al. Hybrid System that Integrates the Lost Energy Recovery on the Water-Water Heat Pump Exhaust Circuit
CN109083811A (zh) 风力光热发电设备和方法
RU2656515C1 (ru) Вихревой ветротеплогенератор
JP6215615B2 (ja) 電力供給設備および電力供給方法
Steinmann et al. Solarthermal parabolic trough power plants with integrated storage capacity
Banerjee et al. Harnessing non conventional solar energy through Conventional thermal power sytems
Niraimathi et al. Present Power Scenario in India
WO2020008241A1 (en) Methods and devices to optimize power production and consumption

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 128601

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B