NL2007346C2 - METHOD AND DEVICE FOR STORING AND GENERATING ELECTRICITY. - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR STORING AND GENERATING ELECTRICITY. Download PDFInfo
- Publication number
- NL2007346C2 NL2007346C2 NL2007346A NL2007346A NL2007346C2 NL 2007346 C2 NL2007346 C2 NL 2007346C2 NL 2007346 A NL2007346 A NL 2007346A NL 2007346 A NL2007346 A NL 2007346A NL 2007346 C2 NL2007346 C2 NL 2007346C2
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- piston
- cycle
- pressure
- gas
- engine
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
- F01B29/00—Machines or engines with pertinent characteristics other than those provided for in preceding main groups
- F01B29/04—Machines or engines with pertinent characteristics other than those provided for in preceding main groups characterised by means for converting from one type to a different one
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
- F01B23/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
- F01B23/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B63/00—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices
- F02B63/04—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for electric generators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B65/00—Adaptations of engines for special uses not provided for in groups F02B61/00 or F02B63/00; Combinations of engines with other devices, e.g. with non-driven apparatus
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Description
WERKWIJZE EN INRICHTING VOOR HET OPSLAAN EN OPWEKKEN VAN ELEKTRICITEITMETHOD AND DEVICE FOR STORING AND GENERATING ELECTRICITY
De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het 5 opwekken van elektriciteit en het opslaan van elektrische energie in de vorm van gas onder hoge druk, omvattende een gasreservoir, een zuigermotor en een elektrische generator/motor, waarbij de zuigermotor ten minste een zuigerinrichting omvat, welke ten minste een opening met een klep 10 die is aangesloten op een hogedrukgasleiding omvat en welke ten minste een opening met een klep die is aangesloten op een lagedrukgasleiding omvat en welke zuigerinrichting ten minste een aanvoer van brandstof omvat, waarbij de inrichting is ingericht om in expansiecycli elektriciteit op te wekken door 15 brandstof in de zuigerinrichting te verbranden en/of gas onder hoge druk uit een gasreservoir door de zuigerinrichting te laten stromen zodanig dat de generator/motor wordt aangedreven, waarbij de inrichting voorts is ingericht om in compressiecycli elektrische energie op te slaan door de zuigerinrichting aan te 20 drijven door middel van de elektrische generator/motor zodanig dat gas in het gasreservoir wordt gepomptThe invention relates to a device for generating electricity and storing electrical energy in the form of high-pressure gas, comprising a gas reservoir, a piston engine and an electric generator / engine, the piston engine comprising at least one piston device, which comprises at least one opening with a valve 10 connected to a high-pressure gas line and which comprises at least one opening with a valve connected to a low-pressure gas line and which piston device comprises at least one supply of fuel, the device being adapted to expansion cycles generate electricity by burning fuel in the piston device and / or allowing high-pressure gas from a gas reservoir to flow through the piston device such that the generator / engine is driven, the device being further adapted to generate electrical energy in compression cycles by driving the piston device by means of the electric generator / engine such that gas is pumped into the gas reservoir
Een dergelijke inrichting is beschreven in US 4,281,256.Such a device is described in US 4,281,256.
25 Onder normale omstandigheden zijn de elektriciteitscentrales overdag goed in staat te voorzien in de grote energievraag, 's Avonds en 's nachts daalt de vraag naar elektriciteit echter sterk. Dit terwijl de elektriciteitscentrales de productie niet of nauwelijks kunnen aanpassen, aangezien kolen- of 30 kerncentrales bijvoorbeeld een te lange opstarttijd hebben om het dag-en-nachtritme bij te kunnen houden, 's Avonds en 's nachts is er dus ook sprake van een elektriciteitsoverschot, wat ondanks de internationalisering van de energiemarkt niet 2 allemaal in het buitenland te verkopen is. Dit overschot resulteert dan ook in lagere prijzen voor elektriciteit dan overdag.25 Under normal circumstances, the power plants are well able to meet the large energy demand during the day, but the demand for electricity falls sharply in the evenings and at night. This while the power stations have little or no ability to adjust production, since coal or 30 nuclear power plants, for example, have too long a start-up time to keep up with the day-and-night rhythm. In the evening and at night there is also a surplus electricity, which despite the internationalization of the energy market, 2 cannot all be sold abroad. This surplus therefore results in lower prices for electricity than during the day.
5 In de bekende inrichting is een generator aanwezig die zowel elektriciteit kan opwekken wanneer deze aangedreven wordt door een zuigermotor, alsook de zuigermotor kan aandrijven door gebruik van elektriciteit, waarbij de generator als elektromotor werkt.In the known device a generator is present which can both generate electricity when it is driven by a piston engine, and can also drive the piston engine by using electricity, the generator acting as an electric motor.
1010
Zo wordt op tijden met een elektriciteitsoverschot, wanneer de elektriciteit dus goedkoop is, energie onttrokken aan het net en met deze energie wordt de elektromotor aangedreven die de as van een zuigermotor aandrijft. Deze zuigermotor werkt op deze 15 manier als een compressor, die gas onder hoge druk kan opslaan in een reservoir. De energie die wordt onttrokken aan het elektriciteitsnet wordt als het ware opgeslagen in de vorm van gas onder hoge druk in het reservoir.For example, at times with a surplus of electricity, when the electricity is therefore cheap, energy is withdrawn from the grid and this energy is used to drive the electric motor that drives the shaft of a piston engine. This piston engine works in this way as a compressor, which can store gas under high pressure in a reservoir. The energy that is withdrawn from the electricity grid is, as it were, stored in the reservoir in the form of high-pressure gas.
20 Wanneer de elektriciteitsprijzen omhoog gaan, bijvoorbeeld overdag, kan het proces omgedraaid worden/ het onder hoge druk opgeslagen gas wordt in combinatie met brandstof door de zuigermotor geleid, die nu als verbrandingsmotor werkt. De elektromotor, die nu als generator werkt, is aangesloten op de 25 as van de zuigermotor en wekt elektriciteit op.When the electricity prices go up, for example during the day, the process can be reversed / the gas stored under high pressure is led in combination with fuel through the piston engine, which now acts as a combustion engine. The electric motor, which now functions as a generator, is connected to the axis of the piston engine and generates electricity.
Om deze omschakeling in bedrijf te realiseren, wordt de massastroom door de zuigerinrichting omgedraaid. Om de stroming door de hoge- en lagedrukleidingen te veranderen van richting 30 en druk, is het openen en sluiten van (grote) afsluiters in een bepaalde volgorde nodig; dit heeft een tijdsduur van meerdere omwentelingen en is groter dan die voor de kleptijden van de zuigerinrichtingen.To realize this switch into operation, the mass flow is reversed by the piston device. To change the flow through the high and low pressure lines from direction 30 and pressure, opening and closing (large) valves in a certain order is necessary; this has a duration of several revolutions and is greater than that for the valve times of the piston devices.
33
Als de kleptijden niet passen bij de leidingloop ontstaat een probleem: ongewenste en gevaarlijke drukken en of stromingen in de leidingen (bijvoorbeeld schokgolven en te hoge drukken). In de bekende inrichting is het niet goed mogelijk van het opwekken 5 naar het opslaan van energie en vice versa over te schakelen terwijl de inrichting in bedrijf is.If the valve times do not match the pipe running, a problem arises: unwanted and dangerous pressures and / or flows in the pipes (for example shock waves and excessive pressures). In the known device it is not well possible to switch from generation to energy storage and vice versa while the device is in operation.
Het doel van de huidige uitvinding is een betrouwbare, efficiëntere, goedkopere en/of eenvoudigere inrichting voor het 10 opwekken en opslaan van elektriciteit die in staat is in bedrijf over te schakelen van het opwekken naar het opslaan van energie.The object of the present invention is a reliable, more efficient, cheaper and / or simpler device for generating and storing electricity that is able to switch in operation from generating to storing energy.
Daartoe omvat de zuigerinrichting ten minste twee kleppen, waarvan ten minste een eerste klep is aangesloten op de 15 lagedrukleiding of de hogedrukleiding en de andere, tweede klep is aangesloten op de andere leiding, en wordt tijdens de wisseling van een uitgangscyclus naar een doelcyclus een neutrale cyclus ingesteld, waarin de tweede klep gesloten blijft. Door het gesloten houden van een van de kleppen, wordt 20 de massastroom door de zuigerinrichting onderbroken. Bij voorkeur is de klep die gesloten blijft tijdens de neutrale cyclus aangesloten op de hogedrukleiding.To this end, the piston device comprises at least two valves, at least one of which is connected to the low-pressure line or the high-pressure line and the other, second valve is connected to the other line, and becomes neutral during the change from an output cycle to a target cycle. cycle in which the second valve remains closed. By keeping one of the valves closed, the mass flow is interrupted by the piston device. The valve that remains closed during the neutral cycle is preferably connected to the high-pressure pipe.
Bij voorkeur omvat de zuigerinrichting ten minste drie kleppen, 25 waarvan ten minste twee eerste kleppen elk zijn aangesloten op de lagedrukleiding of de hogedrukleiding en de andere, tweede klep is aangesloten op de andere leiding, en wordt tijdens de wisseling van een uitgangscyclus naar een doelcyclus een neutrale cyclus ingesteld, waarin de twee eerste kleppen 30 gedurende ten minste een omwenteling na elkaar open en na elkaar dicht binnen één omwenteling zijn. Bij voorkeur opent een eerste klep op TDC (Top Dead Center of bovenste dode punt) en sluit de andere eerste klep op TDC. Door de kleppen die zijn aangesloten 4 op eenzelfde leiding na elkaar in één omwenteling open en dicht te doen, kan de zuiger vrij bewegen zonder dat de zuiger gehinderd wordt door extreem hoge- of lage drukken in de zuigerinrichting.The piston device preferably comprises at least three valves, of which at least two first valves are each connected to the low-pressure line or the high-pressure line and the other, second valve is connected to the other line, and during the change from an output cycle to a target cycle a neutral cycle is set in which the two first valves 30 are open one after the other and closed one after the other for at least one revolution. Preferably, a first valve opens on TDC (Top Dead Center or top dead center) and closes the other first valve on TDC. By opening and closing the valves connected to the same pipe one after the other in one revolution, the piston can move freely without the piston being hindered by extremely high or low pressures in the piston device.
5 Voor de opslag van elektrische energie is het energetisch rendement van de omzetting van groot belang, zodat het transport door leidingen en poorten bij voorkeur tot minimale stromingsverliezen leidt; de compressie dient evenzo bij voorkeur meertraps, tussengekoeld, met een minimale schadelijke 10 ruimte in de cilinder en bij lage temperatuur plaats te vinden. Het volume boven de zuiger, als deze in het bovenste dode punt staat, is dan bij voorkeur zo klein mogelijk; kleppen, die zich naar binnen openen, dienen hoofdzakelijk gesloten te zijn als de zuiger zich in de buurt van het TDC bevindt om elk contact 15 met de zuiger te vermijden. Na de compressie in de zuigerinrichting is de openingstijd voor de uitstroom belangrijker korter dan de openingstijd die bij een viertakt arbeidscyclus wordt toegepast.For the storage of electrical energy the energetic efficiency of the conversion is of great importance, so that the transport through pipes and ports preferably leads to minimal flow losses; the compression should likewise preferably be multi-stage, cooled in-between, with a minimum of harmful space in the cylinder and at a low temperature. The volume above the piston, if it is in the upper dead center, is then preferably as small as possible; valves that open inwards should be substantially closed when the piston is in the vicinity of the TDC to avoid any contact with the piston. After the compression in the piston device, the opening time for the outflow is more importantly shorter than the opening time used for a four-stroke duty cycle.
20 Bij een tweetakt zuigermotor met pomp, zoals bijvoorbeeld beschreven wordt in de internationale octrooiaanvrage WO 2006/025743 vindt de compressie bij normaal bedrijf in een separaat gedeelte plaats (de pomp) en vindt, naast de verbranding, de expansie in de cilinders (expansors) plaats met 25 minimale schadelijke ruimtes.In a two-stroke piston engine with pump, as described, for example, in international patent application WO 2006/025743, during normal operation, compression takes place in a separate part (the pump) and, in addition to combustion, expansion takes place in the cylinders (expansors) place with 25 minimal harmful spaces.
Het reservoir kan bestaan uit een verzameling zeer lange gekoelde buizen; hierdoor wordt een isotherme compressie/expansie in het reservoir bevorderd; voorbeelden zijn ondergrondse buizen of 30 buizen in een omhullende mantel met koelvloeistof. Het reservoir heeft een vast volume en tijdens het vullen kan de druk toenemen van bijvoorbeeld 15 tot 100 bar.The reservoir can consist of a collection of very long cooled tubes; this promotes isothermal compression / expansion in the reservoir; examples are underground tubes or tubes in an enclosing jacket with coolant. The reservoir has a fixed volume and during filling the pressure can increase from, for example, 15 to 100 bar.
55
Bij voorkeur wordt tijdens de neutrale cyclus één van de eerste kleppen ingesteld voor de doelcyclus en blijft de andere eerste klep ingesteld voor de uitgangscyclus. Dit is aantrekkelijk, aangezien bij onveranderde openingsduur alleen het 5 openingstijdstip wordt veranderd.Preferably, during the neutral cycle, one of the first valves is set for the target cycle and the other first valve remains set for the exit cycle. This is attractive, since with an unchanged opening time only the opening time is changed.
Bij voorkeur is tijdens de overgang van de laatste uitgangscyclus naar de eerste neutrale cyclus een van de eerste kleppen ten minste een omwenteling dicht en wordt in een volgende omwenteling 10 ingesteld voor de doelcyclus. En bij voorkeur is tijdens de overgang van de neutrale cyclus naar de doelcyclus de klep die is ingesteld voor de uitgangscyclus ten minste een omwenteling dicht en wordt in een volgende omwenteling ingesteld voor de doelcyclus. Op deze manier wordt een klep tijdens ten minste een 15 omwenteling van de as uitgeschakeld, zodat een klep niet twee maal snel achter elkaar geopend hoeft te worden om over te gaan naar een andere cyclus.Preferably, during the transition from the last exit cycle to the first neutral cycle, one of the first valves at least one revolution is closed and is set for the target cycle in a subsequent revolution. And preferably, during the transition from the neutral cycle to the target cycle, the valve set for the exit cycle is closed for at least one revolution and is set for the target cycle in a subsequent revolution. In this way a valve is switched off during at least one revolution of the shaft, so that a valve does not have to be opened twice in quick succession in order to switch to another cycle.
Bij voorkeur omvat de zuigermotor ten minste een compressor om 20 de druk van het gas in de hogedrukleiding te verhogen tot ten minste een minimum werkdrukniveau. Bij voorkeur bedraagt het minimum werkdrukniveau ten minste 10 bar, bij voorkeur ten minste 50 bar, en meer bij voorkeur ten minste 70 bar. Hierdoor vindt zelfs wanneer het gasreservoir leger dreigt te raken een 25 efficiënte expansie plaats in de zuigermotor door de toevoer van gas onder hoge druk.The piston engine preferably comprises at least one compressor to increase the pressure of the gas in the high-pressure line to at least a minimum operating pressure level. Preferably, the minimum operating pressure level is at least 10 bar, preferably at least 50 bar, and more preferably at least 70 bar. As a result, even when the gas reservoir is in danger of being hit, efficient expansion takes place in the piston engine by the supply of gas under high pressure.
Bij voorkeur omvat de zuigermotor ten minste twee zuigerinrichtingen en omvatten de 30 de zuigerinrichtingen ten minste drie kleppen, waarvan ten minste twee eerste kleppen elk zijn aangesloten op de lagedrukleiding of de hogedrukleiding en de andere, tweede klep is aangesloten op de andere leiding.The piston engine preferably comprises at least two piston devices and the piston devices comprise at least three valves, at least two of which are first valves connected to the low-pressure line or the high-pressure line and the other, second valve is connected to the other line.
66
Bij voorkeur omvat de zuigermotor ten minste een eerste zuigerinrichting, ten minste een tweede zuigerinrichting en een afsluitbare verbindingsleiding tussen de hogedrukleiding en de 5 lagedrukleiding, waarbij de gasstroom in de drukleidingen middels kleppen zodanig is in te stellen dat gas via de verbindingsleiding na compressie in de eerste zuigerinrichting, door de tweede zuigerinrichting geleid wordt voor verdere compressie tot ten minste het minimum werkdrukniveau. Een 10 dergelijke serieschakeling van ten minste twee zuigerinrichtingen maakt het mogelijk de compressie van het gas in twee fases te doen, waarbij de zuigerinrichtingen kunnen worden aangepast aan de werkdruk van het gas. Op deze manier vindt er een efficiëntere compressie plaats.The piston engine preferably comprises at least a first piston device, at least a second piston device and a closable connecting line between the high-pressure line and the low-pressure line, wherein the gas flow in the pressure lines can be adjusted by means of valves such that gas via the connecting line after compression in the first piston device, is passed through the second piston device for further compression to at least the minimum operating pressure level. Such a series connection of at least two piston devices makes it possible to do the compression of the gas in two phases, wherein the piston devices can be adapted to the operating pressure of the gas. In this way a more efficient compression takes place.
1515
Bij voorkeur omvat de verbindingsleiding een warmtewisselaar voor het onttrekken van warmte aan het gas, die geproduceerd wordt bij het comprimeren tijdens de eerste fase zoals hierboven beschreven.Preferably, the connecting conduit comprises a heat exchanger for extracting heat from the gas produced during the first phase compression as described above.
2020
De uitvinding heeft ook betrekking op een werkwijze voor het opwekken en/of het opslaan van elektrische energie in de vorm van gas onder hoge druk middels een zuigermotor en een elektrische generator/motor, waarbij de zuigermotor ten minste 25 een zuigerinrichting omvat, welke zuigerinrichting ten minste een opening met een klep die is aangesloten op een hogedrukgasleiding omvat en welke ten minste een opening met een klep die is aangesloten op een lagedrukgasleiding omvat, waarbij in expansiecycli elektriciteit wordt opgewekt door brandstof in 30 de zuigerinrichting te verbranden en/of gas onder hoge druk uit een gasreservoir door de zuigerinrichting te laten stromen zodanig dat de generator/motor wordt aangedreven, en/of waarbij in compressiecycli elektrische energie wordt opgeslagen door de 7 zuigerinrichting aan te drijven door middel van de elektrische generator/motor zodanig dat gas in het gasreservoir wordt gepompt.The invention also relates to a method for generating and / or storing electrical energy in the form of high-pressure gas by means of a piston engine and an electric generator / engine, the piston engine comprising at least one piston device, which piston device comprises at least one opening with a valve connected to a high-pressure gas line and which comprises at least one opening with a valve connected to a low-pressure gas line, wherein in expansion cycles electricity is generated by burning fuel in the piston device and / or high-pressure gas allowing pressure from a gas reservoir to flow through the piston device such that the generator / engine is driven, and / or where electrical energy is stored in compression cycles by driving the piston device by means of the electric generator / engine such that gas in the gas reservoir is being pumped.
5 Volgens een ander aspect van de uitvinding wordt ten minste een zuigerinrichting voor een neutrale cyclus ingesteld, waarin een tweede klep gesloten blijft. Bij voorkeur zijn de twee eerste kleppen gedurende ten minste een omwenteling na elkaar open en dicht binnen één omwenteling. Bij voorkeur wordt de 10 zuigerinrichting die is ingesteld voor de neutrale cyclus in een volgende omwenteling ingesteld voor de tegengestelde cyclus van de cyclus van de andere zuigerinrichting.According to another aspect of the invention, at least one piston device is set for a neutral cycle, in which a second valve remains closed. Preferably, the two first valves are open and closed one after the other for at least one revolution one after the other. Preferably, the piston device set for the neutral cycle in a subsequent revolution is set for the opposite cycle of the cycle of the other piston device.
Een dergelijke werkwijze maakt het mogelijk de massastroom van 15 de hogedrukleiding naar de lagedrukleiding of vice versa aan te passen door ten minste een van de zuigerinrichtingen in de neutrale cyclus, of zelfs in tegengestelde cyclus te laten draaien.Such a method makes it possible to adjust the mass flow from the high-pressure line to the low-pressure line or vice versa by having at least one of the piston devices run in the neutral cycle, or even in the opposite cycle.
20 Met de tegengestelde cyclus wordt bedoeld, dat wanneer de zuigerinrichting in compressiecyclus werkt, de betreffende zuigerinrichting voor de expansiecyclus wordt aangestuurd en vice versa. De massastroom door een zuigerinrichting draaiende in neutrale cyclus is immers onderbroken en wanneer een 25 zuigerinrichting in tegengestelde cyclus opereert, wordt de netto massastroom door de zuigermotor nog verder aangepast. Door het aantal zuigerinrichtingen, uitgaande van een zuigermotor met meerdere zuigerinrichtingen, aan te passen die in neutrale of tegengestelde cyclus draaien, is het vermogen van de zuigermotor 30 regelbaar. Het gebruik van de neutrale cyclus maakt het mogelijk deze aanpassing in vermogen van de zuigermotor te doen terwijl de zuigermotor in bedrijf is; de motor hoeft niet te worden stil gelegd.By the opposite cycle it is meant that when the piston device operates in a compression cycle, the relevant piston device is controlled for the expansion cycle and vice versa. After all, the mass flow through a piston device running in a neutral cycle is interrupted and when a piston device operates in the opposite cycle, the net mass flow through the piston engine is further adjusted. By adjusting the number of piston devices, starting from a piston engine with a plurality of piston devices, which run in a neutral or opposite cycle, the power of the piston engine 30 can be adjusted. The use of the neutral cycle makes it possible to make this adjustment in power of the piston engine while the piston engine is in operation; the engine does not have to be stopped.
88
Volgens een ander aspect van de uitvinding wordt ten minste een zuigerinrichting voor de compressiecyclus en de andere zuigerinrichting voor de expansiecyclus ingesteld.According to another aspect of the invention, at least one piston device for the compression cycle and the other piston device for the expansion cycle are set.
55
De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van het in de figuren weergegeven uitvoeringsvoorbeeld, waarin:The invention will be further elucidated with reference to the exemplary embodiment shown in the figures, in which:
Figuur 1 schematisch de inrichting weergeeft werkende als een 10 conventionele warmtekracht eenheid;Figure 1 schematically shows the device operating as a conventional cogeneration unit;
Figuur 2 schematisch de inrichting weergeeft werkende in de expansiecyclus; 15 Figuur 3 schematisch de inrichting weergeeft werkende in de compressiecyclus;Figure 2 schematically shows the device operating in the expansion cycle; Figure 3 schematically shows the device operating in the compression cycle;
Figuur 4 schematisch de inrichting weergeeft waarin het vermogen van de motor aangepast is; 20Figure 4 schematically represents the device in which the power of the motor is adjusted; 20
Figuur 5 schematisch een zuigerinrichting weergeeft; enFigure 5 schematically represents a piston device; and
Figuur 6 schematisch de aansturing van de kleppen in een zuigerinrichting weergeeft bij het overgaan van een 25 uitgangscyclus naar een doelcyclus.Figure 6 schematically shows the control of the valves in a piston device when a starting cycle is switched to a target cycle.
De inrichting 1 voor het opwekken van elektriciteit en het opslaan van elektrische energie in de vorm van gas onder hoge druk is in figuur 1 in gebruik als een warmtekrachtseenheid. Een 30 elektrische motor/generator 3 is met een krukas 3a aangesloten op een zuigermotor 6, die 8 zuigerinrichtingen 8, die werken als expansoren, en 2 compressoren 7 omvat. Door een aanvoer van gas 18a, die bijvoorbeeld bestaat uit een "supercharger", wordt 9 door een open klep 10 via een leiding 9 het gas toegevoerd aan de compressoren 7. Via een hogedrukleiding 4 en een open klep 15 wordt het gas in de zuigerinrichtingen 8 verbrand met toediening van brandstof (niet afgebeeld), waardoor de krukas 5 3a de elektrische motor/generator 3 aandrijft, waardoor elektriciteit opgewekt wordt. De gassen worden afgevoerd via een lagedrukleiding 5 met een open klep 13 en via open klep 17 naar een uitlaat 19, die uit een "turbo expander" bestaat. Een inlaat van gas 18b is afgesloten met behulp van een gesloten klep 16, 10 net als een verbindingsleiding 20, welke is afgesloten met een klep 14. Een gasreservoir 2 is ook afgesloten van de leiding 9 door een klep 11 en van de hogedrukleiding 4 door een klep 12.The device 1 for generating electricity and storing electrical energy in the form of high-pressure gas is used in Figure 1 as a combined heat and power unit. An electric motor / generator 3 is connected with a crankshaft 3a to a piston engine 6, which comprises 8 piston devices 8, which act as expanders, and 2 compressors 7. Through a supply of gas 18a, which for example consists of a "supercharger", 9 through an open valve 10 via a line 9 the gas is supplied to the compressors 7. Via a high-pressure line 4 and an open valve 15 the gas in the piston devices 8 burned with the addition of fuel (not shown), whereby the crankshaft 5a drives the electric motor / generator 3, whereby electricity is generated. The gases are discharged via a low-pressure line 5 with an open valve 13 and via open valve 17 to an outlet 19, which consists of a "turbo expander". An inlet of gas 18b is closed by means of a closed valve 16, 10, just like a connecting line 20, which is closed by a valve 14. A gas reservoir 2 is also closed from the line 9 by a valve 11 and from the high-pressure line 4 by a valve 12.
In figuur 2 werkt de inrichting 1 in de opwekcyclus, waarbij de 15 zuigermotor 6 wordt aangedreven door het gas uit het gasreservoir 2 en zo de motor/generator 3 aangedreven wordt, waardoor elektriciteit opgewekt wordt. Uit het gasreservoir 2 wordt via de open klep 12 gas onder hoge druk naar de hogedrukleiding 4 geleid door de open klep 15. De klep 11 is nu gesloten. De 20 aanvoeren van gas 18a en 18b zijn afgesloten met de kleppen 10 en 16. Er stroomt nu geen massa door de compressoren 7. Het gas onder hoge druk wordt in de zuigerinrichtingen 8 verbrand na toediening van brandstof, waardoor via de krukas 3a de motor/generator 3 wordt aangedreven, waardoor elektriciteit 25 opgewekt wordt. De verbrandingsgassen worden via de lagedrukleiding 5 met open klep 13 afgevoerd via de open klep 17 naar de uitlaat 19. De verbindingsleiding 20 is afgesloten met de klep 14.In Figure 2, the device 1 operates in the generation cycle, wherein the piston engine 6 is driven by the gas from the gas reservoir 2 and thus the engine / generator 3 is driven, whereby electricity is generated. High-pressure gas is led from the gas reservoir 2 via the open valve 12 to the high-pressure pipe 4 through the open valve 15. The valve 11 is now closed. The 20 supplies of gas 18a and 18b are closed with valves 10 and 16. No mass now flows through the compressors 7. The high-pressure gas is burned in the piston devices 8 after fuel has been supplied, so that the engine is driven via the crankshaft 3a / generator 3 is driven, whereby electricity 25 is generated. The combustion gases are discharged via the low pressure line 5 with open valve 13 via the open valve 17 to the outlet 19. The connecting line 20 is closed with the valve 14.
30 Wanneer de druk van het gas in het gasreservoir 2 tot 70 bar daalt, wordt de klep 12 gedicht en de klep 11 geopend, waardoor het gas via de leiding 9 door de compressoren 7 naar de hogedrukleiding 4 stroomt, waardoor de druk verhoogd wordt.When the pressure of the gas in the gas reservoir falls from 2 to 70 bar, the valve 12 is closed and the valve 11 is opened, whereby the gas flows via the pipe 9 through the compressors 7 to the high-pressure pipe 4, whereby the pressure is increased.
1010
In figuur 3 werkt de inrichting 1 in de opslagcyclus, waarbij de motor/generator 3 elektriciteit gebruikt om de zuigermotor 6 aan te drijven via de krukas 3a om het gas te comprimeren en 5 op te slaan in het gasreservoir 2. Gas wordt via de inlaat 18b, welke uit een "supercharger" bestaat, via de klep 16 naar de lagedrukleiding 5 geleid, welke nu door de gesloten klep 13 is verdeeld in delen 5a en 5b. Ook de hogedrukleiding 4 is door de gesloten klep 15 opgedeeld in delen 4a en 4b. De uitlaat 19 is 10 afgesloten door de klep 17. Gas onder lage druk wordt uit de lagedrukleiding 5a door de zuigerinrichtingen 8a geleid, waar het gecomprimeerd wordt doordat de krukas 3a wordt aangedreven door de motor/generator 3. Het gecomprimeerde gas wordt via de hogedrukleiding 4a en de verbindingsleiding 20 door de open klep 15 14 naar de lagedrukleiding 5b geleid, welke nu gas onder hogere druk bevat. Het gecomprimeerde gas wordt verder gecomprimeerd door de zuigerinrichtingen 8b en via de hogedrukleiding 4b door de open klep 12 opgeslagen in het gasreservoir 2. Ook is de klep 10 open en de klep 11 gesloten, waardoor via de inlaat 18a en 20 de leiding 9 gas wordt toegevoerd aan de compressoren 7, die gas onder hoge druk afleveren aan de hogedrukleiding 4b en daarna aan het gasreservoir 2.In Figure 3, the device 1 operates in the storage cycle, wherein the engine / generator 3 uses electricity to drive the piston engine 6 via the crankshaft 3a to compress the gas and store it in the gas reservoir 2. Gas is supplied via the inlet 18b, which consists of a "supercharger", is led via the valve 16 to the low-pressure line 5, which is now divided by the closed valve 13 into parts 5a and 5b. The high-pressure line 4 is also divided by the closed valve 15 into parts 4a and 4b. The outlet 19 is closed by the valve 17. Low-pressure gas is led from the low-pressure line 5a through the piston devices 8a, where it is compressed because the crankshaft 3a is driven by the engine / generator 3. The compressed gas is supplied via the high-pressure line 4a and the connecting line 20 through the open valve 14 to the low-pressure line 5b, which now contains gas under higher pressure. The compressed gas is further compressed by the piston devices 8b and via the high-pressure conduit 4b stored by the open valve 12 in the gas reservoir 2. The valve 10 is also open and the valve 11 is closed, whereby gas is introduced via the inlet 18a and the pipe 9 supplied to the compressors 7, which deliver high-pressure gas to the high-pressure line 4b and then to the gas reservoir 2.
In figuur 4 werkt de inrichting 1 ook in de opslagcyclus, zoals 25 in figuur 3, met als verschil dat een zuigerinrichting 8c in expansiecyclus draait. Hierdoor wordt gas onder druk uit de hogedrukleiding 4a terug gebracht naar de lagedrukleiding 5a, waardoor de totale massastroom van de lagedrukleiding 5a naar de hogedrukleiding 4a afneemt.In Figure 4, the device 1 also operates in the storage cycle, such as in Figure 3, with the difference that a piston device 8c runs in an expansion cycle. As a result, pressurized gas is returned from the high-pressure line 4a to the low-pressure line 5a, whereby the total mass flow from the low-pressure line 5a to the high-pressure line 4a decreases.
In figuur 5 is een zuigerinrichting 21 weergegeven, bijvoorbeeld een zuigerinrichting zoals bekend uit de internationale octrooiaanvrage WO 2006/025743, die is uitgevoerd met 3 kleppen.Figure 5 shows a piston device 21, for example a piston device as known from the international patent application WO 2006/025743, which is designed with 3 valves.
30 1111
De zuigerinrichting 21 bevat een zuiger 22, een kamer 23 en drie kleppen 24, 25a en 25b. Een hogedrukklep 24 is aangesloten op de hogedrukleiding 4 en lagedrukkleppen 25a en 25b zijn aangesloten op de lagedrukleiding 5. Een klep zoals bekend uit 5 internationale octrooiaanvrage WO 2004/092550 is geschikt. Voorts is de zuigerinrichting voorzien van middelen voor brandstoftoevoer en warmte recuperatie (niet afgebeeld).The piston device 21 comprises a piston 22, a chamber 23 and three valves 24, 25a and 25b. A high-pressure valve 24 is connected to the high-pressure line 4 and low-pressure valves 25a and 25b are connected to the low-pressure line 5. A valve as known from international patent application WO 2004/092550 is suitable. Furthermore, the piston device is provided with means for fuel supply and heat recovery (not shown).
Figuur 6 geeft de aansturing van de twee lagedrukkleppen 25a en 10 25b en de hogedrukklep 24 van de zuigerinrichting 21 uit figuur 5 weer bij overgang van de uitgangscyclus naar de neutrale cyclus en van de neutrale cyclus naar de doelcyclus, ieder gedurende drie omwentelingen van de krukas. De gearceerde balken voor ieder van de kleppen 25a, 25b en 24 geven aan wanneer de betreffende 15 kleppen geopend zijn. Op tijdstip V in voorbeeld I zijn de lagedrukkleppen 25a en 25b bijvoorbeeld geopend en is de hogedrukklep 24 gesloten, zoals te zien is in figuur 5.Figure 6 shows the control of the two low-pressure valves 25a and 25b and the high-pressure valve 24 of the piston device 21 of Figure 5 on transition from the output cycle to the neutral cycle and from the neutral cycle to the target cycle, each during three rotations of the crankshaft . The shaded bars for each of the valves 25a, 25b and 24 indicate when the relevant valves are open. For example, at time V in Example I, the low pressure valves 25a and 25b are open and the high pressure valve 24 is closed, as can be seen in Figure 5.
Het voorbeeld I heeft als uitgangscyclus een expansiecyclus 26. 20 Hierbij stroomt gas uit de hogedrukleiding 4 onder hoge druk tijdens een korte opening van de hogedrukklep 24 van bovenste dode punt (TDC)van de zuiger 22 tot 30° na TDC, in de kamer 23 door de neergang van de zuiger 22 en wordt na het sluiten van de hogedrukklep 24 geëxpandeerd. Van 180° na TDC tot TDC worden 25 lagedrukkleppen 25a en 25b geopend en wordt het gas uit de kamer 23 in de lagedrukleiding 5 geperst door de opwaartse beweging van de zuiger 22.Example 1 has as its starting cycle an expansion cycle 26. Hereby gas flows from the high-pressure line 4 under high pressure during a short opening of the high-pressure valve 24 of the upper dead center (TDC) of the piston 22 to 30 ° after TDC, into the chamber 23 due to the fall of the piston 22 and is expanded after the high-pressure valve 24 has been closed. From 180 ° after TDC to TDC, 25 low-pressure valves 25a and 25b are opened and the gas from the chamber 23 is forced into the low-pressure line 5 by the upward movement of the piston 22.
Het voorbeeld III heeft als uitgangscyclus een compressiecyclus 30 28. Hierbij stroomt gas uit lagedrukleiding 5 de kamer 23 in door lagedrukkleppen 25a en 25b door de neergang van de zuiger 22 van TDC tot 180° na TDC. De lagedrukkleppen 25a en 25b worden gesloten 12 op positie 180° na TDC en door de daarop volgende opwaartse beweging van de zuiger 22 wordt het gas gecomprimeerd, waarna het gas door opening van de hogedrukklep 24 op 30° voor TDC kan uitstromen in de hogedrukleiding 4.Example III has as its starting cycle a compression cycle 28. Here, gas from low-pressure line 5 flows into the chamber 23 through low-pressure valves 25a and 25b through the downward movement of the piston 22 from TDC to 180 ° after TDC. The low pressure valves 25a and 25b are closed 12 at position 180 ° after TDC and the subsequent upward movement of the piston 22 compresses the gas, after which the gas can flow out through the opening of the high pressure valve 24 at 30 ° before TDC in the high pressure line 4 .
55
Voor de overgang van bijvoorbeeld een expansiecyclus 26 naar een compressiecyclus 28 wordt gebruik gemaakt van de neutrale cyclus 27, waarbij de lagedrukkleppen 25a en 25b beurtelings open zijn en de hogedrukklep 24 gesloten blijft, zoals weergegeven in de 10 derde omwenteling van het voorbeeld I.For the transition from, for example, an expansion cycle 26 to a compression cycle 28, use is made of the neutral cycle 27, wherein the low-pressure valves 25a and 25b are alternately open and the high-pressure valve 24 remains closed, as shown in the third revolution of example I.
In het voorbeeld I wordt een overgang 29a van de expansiecyclus 26 naar de neutrale cyclus 27 weergegeven. Tijdens de overgang 29a wordt de lagedrukklep 25a niet geopend en de kleppen 24 en 15 25b blijven de expansiecyclus 26 volgen. In een volgende omwenteling van de zuiger 22 volgt de lagedrukklep 25a de compressiecyclus 28 en volgt lagedrukklep 25b nog steeds de expansiecyclus 26. De hogedrukklep 24 is gesloten/ dit is de neutrale cyclus 27.Example 1 shows a transition 29a from the expansion cycle 26 to the neutral cycle 27. During the transition 29a, the low pressure valve 25a is not opened and the valves 24 and 25b continue to follow the expansion cycle 26. In a subsequent revolution of the piston 22, the low pressure valve 25a follows the compression cycle 28 and low pressure valve 25b still follows the expansion cycle 26. The high pressure valve 24 is closed / this is the neutral cycle 27.
2020
Het voorbeeld II geeft een overgang 29b van de neutrale cyclus 27 naar de compressiecyclus 28 weer. Tijdens de overgang 29b wordt de lagedrukklep 25b niet geopend, blijft de lagedrukklep 25a de compressiecyclus 28 volgen en wordt hogedrukklep 24 25 volgens de compressiecyclus 28 geopend. In een volgende omwenteling wordt ook de lagedrukklep 25b aangestuurd volgens de compressiecyclus 28, waarna alle kleppen de compressiecyclus 28 volgen.Example II shows a transition 29b from the neutral cycle 27 to the compression cycle 28. During the transition 29b, the low pressure valve 25b is not opened, the low pressure valve 25a continues to follow the compression cycle 28 and high pressure valve 24 is opened according to the compression cycle 28. In a subsequent revolution, the low pressure valve 25b is also driven according to the compression cycle 28, after which all valves follow the compression cycle 28.
30 De voorbeelden III en IV laten op gelijksoortige wijze de overgang van de compressiecyclus 28 via de neutrale cyclus 27 naar de expansiecyclus 26 zien via overgangen 29c en 29d.Examples III and IV show in a similar way the transition from the compression cycle 28 via the neutral cycle 27 to the expansion cycle 26 via transitions 29c and 29d.
1313
Andere kleptijden dan zoals aangegeven in figuur 6 zijn ook mogelijk; zo is het bij voorbeeld mogelij k de lagedrukkleppen 25a en 25b in de neutrale cylus 27 overlappend te openen. Zolang de hogedrukklep 24 gesloten blijft, is de massastroom door de 5 zuigerinrichting onderbroken. Van belang is echter wel dat de kleppen gesloten zijn bij TDC, in verband met eventuele beschadiging van de kleppen door de zuiger als gevolg van het zeer kleine schadelijk volume van de zuigerinrichting.Valve times other than those indicated in Figure 6 are also possible; for example, it is possible to overlap the low pressure valves 25a and 25b in the neutral cylinder 27. As long as the high pressure valve 24 remains closed, the mass flow is interrupted by the piston device. However, it is important that the valves are closed at TDC, due to possible damage to the valves by the piston as a result of the very small harmful volume of the piston device.
Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL2007346A NL2007346C2 (en) | 2011-09-05 | 2011-09-05 | METHOD AND DEVICE FOR STORING AND GENERATING ELECTRICITY. |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL2007346 | 2011-09-05 | ||
NL2007346A NL2007346C2 (en) | 2011-09-05 | 2011-09-05 | METHOD AND DEVICE FOR STORING AND GENERATING ELECTRICITY. |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NL2007346C2 true NL2007346C2 (en) | 2012-09-04 |
Family
ID=44584580
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NL2007346A NL2007346C2 (en) | 2011-09-05 | 2011-09-05 | METHOD AND DEVICE FOR STORING AND GENERATING ELECTRICITY. |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
NL (1) | NL2007346C2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1480247A (en) * | 1973-06-22 | 1977-07-20 | Ueno T | Combination engine and air compressor |
US4281256A (en) * | 1979-05-15 | 1981-07-28 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Compressed air energy storage system |
US20020194850A1 (en) * | 2001-06-21 | 2002-12-26 | Zaleski Bogdan J. | Hybrid expansible chamber engine with internal combustion and pneumatic modes |
GB2403772A (en) * | 2003-03-12 | 2005-01-12 | Thomas Tsoi Hei Ma | Regenerative air hybrid engine comprising an internal combustion engine connected to a compressed air storage tank via shut-off valves |
US20050182553A1 (en) * | 2004-02-17 | 2005-08-18 | Miller Kenneth C. | Dynamically reconfigurable internal combustion engine |
-
2011
- 2011-09-05 NL NL2007346A patent/NL2007346C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1480247A (en) * | 1973-06-22 | 1977-07-20 | Ueno T | Combination engine and air compressor |
US4281256A (en) * | 1979-05-15 | 1981-07-28 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Compressed air energy storage system |
US20020194850A1 (en) * | 2001-06-21 | 2002-12-26 | Zaleski Bogdan J. | Hybrid expansible chamber engine with internal combustion and pneumatic modes |
GB2403772A (en) * | 2003-03-12 | 2005-01-12 | Thomas Tsoi Hei Ma | Regenerative air hybrid engine comprising an internal combustion engine connected to a compressed air storage tank via shut-off valves |
US20050182553A1 (en) * | 2004-02-17 | 2005-08-18 | Miller Kenneth C. | Dynamically reconfigurable internal combustion engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5723871B2 (en) | Compression and / or expansion device | |
RU2487254C1 (en) | Air hybrid engine with splitted cycle | |
US9404512B2 (en) | System for storing energy by means of compressed air | |
US9551292B2 (en) | Semi-isothermal compression engines with separate combustors and expanders, and associated systems and methods | |
US20130074949A1 (en) | Systems and methods for foam-based heat exchange during energy storage and recovery using compressed gas | |
CN101526032B (en) | Compressed air heat-linkage energy-storage system based on reversible air engine | |
CN102444425B (en) | Screw expander | |
JP2012528270A (en) | Method of operating spark ignition engine and spark ignition engine using the method | |
GB2537175B (en) | Improved Cryogenic Engine System | |
NO20110250A1 (en) | Thermodynamic cycle and heating machine | |
EP3146180A1 (en) | Power generation systems and methods | |
CN106133300A (en) | There is the compressor bank of Stirling engine | |
KR20130139977A (en) | Self-pressure-regulating compressed air engine comprising an integrated active chamber | |
JP2015513045A (en) | Compressed air energy storage system with split-cycle engine | |
NL2007346C2 (en) | METHOD AND DEVICE FOR STORING AND GENERATING ELECTRICITY. | |
Chouder et al. | Modeling results of a new high performance free liquid piston engine | |
JP5525371B2 (en) | External combustion type closed cycle heat engine | |
US8353159B2 (en) | Combustion engine with heat recovery system | |
CN105229289A (en) | The Waste Heat Recovery System (WHRS) strengthened | |
JP2015200222A (en) | Dynamic force generating device | |
US8671676B2 (en) | Maximized thermal efficiency engines | |
CN103939146B (en) | A kind of multi-cylinder piston power engine utilizing high-pressure gas pressure energy | |
Chouder et al. | Dynamic Modeling of a Free Liquid Piston Ericsson Engine (FLPEE) | |
WO2013138667A1 (en) | Compressed gas system employing hydraulic motor for energy capture | |
RU2477375C2 (en) | Method of piston engine cycling and piston engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM | Lapsed because of non-payment of the annual fee |
Effective date: 20181001 |