NO335643B1

NO335643B1 - Thermal energy exchanger comprising one or more mediums circulating in a closed loop where the level difference between the top and bottom of the loop is at least 400 meters, and its use in an energy system for power generation or storage

Info

Publication number: NO335643B1
Application number: NO20130413A
Authority: NO
Inventors: Geir Tysseland
Original assignee: Gmx Group Da
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2015-01-12
Also published as: EP2976580A1; EP2976580A4; NO20130413A1; WO2014171837A1

Abstract

Foreliggende oppfinnelse vedrører en termisk energiveksler som består av en lukket sløyfe med en nivåforskjell mellom topp og bunn på mer enn 400 meter og der innholdet i sløyfen sirkulerer ved hjelp av tilført energi. Ved sirkulasjon vil gass som sendes nedover i sløyfen bli komprimert som følge av et økende trykk i sløyfen med økende dybde. Siden gass har liten egenvekt kan den største delen av trykkøkningen være fra stempelanordninger som seksjonerer innholdet i sløyfen og som med sin egenvekt og tilhørende masse bidrar til en trykkøkning i underliggende gasseksjoner. Kompresjon av gasser vil føre til varmeutvikling og en temperaturutvikling i gasseksjonene. For å begrense temperaturutviklingen vil væskepartikler være en del av gasseksjonen for å ta opp varme. Mengden væskepartikler vil ha innvirkning på temperaturutviklingen og ved å regulere hvor mye væskepartikler som i spray eller dråpeform tar opp varme, kan temperaturutviklingen reguleres til ønsket nivå. Stempelanordningene som fungerer som plugger som sirkulerer i sløyfen kan samle oppvarmet væske og overføre varme til sløyfens rørvegger når det er ønskelig med varmeveksling fra den termiske energiveksleren til det tilhørende energisystemet. På samme måte vil gass som forflytter seg oppover i sløyfen ekspandere og utvikle kulde som følge av redusert trykk. Væskepartikler vil da bli tilført for å ta opp kulde og redusere den negative temperaturutviklingen for deretter bli overført til rørveggene ved termisk energiveksling til eksternt medium utenfor sløyfen. Foreliggende oppfinnelse vedrører også et system bestående av en termisk energiveksler og en energisløyfe som direkte eller indirekte mottar termisk energi og konverterer denne til kraftproduksjon og som i tillegg har en nivåforskjell mellom topp og bunn i sløyfen på minst 800 meter. En varmesløyfe kan oppta varme fra den termiske energiveksleren, eller fra et system som er tilknyttet denne, og overføre den til nedre del av energisløyfen. I tillegg kan en kuldesløyfe ta opp kulde og veksle termisk energi i energisløyfens øvre del. Termisk energi som tilføres et medium i energisløyfen kan endre tettheten til mediet slik at mediet har lav tetthet ved forflytning oppover og høyere tetthet ved forflytning nedover i energisløyfen. Forskjellen i tetthet vil dermed gi en trykkforskjell i energisløyfen som kan utnyttes til kraftproduksjon. I tillegg vil en marin konstruksjon bestående av en væskefylt varmesløyfe i nedre del og en termisk energiveksler i øvre del kunne gi en stabil konstruksjon med oppdrift øverst og ballast nederst.The present invention relates to a thermal energy exchanger consisting of a closed loop having a level difference between the top and bottom of more than 400 meters and where the contents of the loop circulate by means of supplied energy. In circulation, gas sent down the loop will be compressed as a result of increasing pressure in the loop with increasing depth. Since gas has little intrinsic weight, the major part of the pressure increase can be from piston devices which section the contents of the loop and which, with their own weight and associated mass, contribute to a pressure increase in underlying gas sections. Compression of gases will lead to heat generation and a temperature rise in the gas sections. In order to limit the temperature evolution, liquid particles will be part of the gas section to absorb heat. The amount of liquid particles will have an effect on the temperature rise and by regulating the amount of liquid particles that absorb heat or in the spray form, the temperature development can be regulated to the desired level. The piston devices which act as plugs circulating in the loop can collect heated fluid and transfer heat to the loop tube walls when heat exchange is desired from the thermal energy exchanger to the associated energy system. Similarly, gas moving up the loop will expand and develop cold as a result of reduced pressure. Liquid particles will then be fed to absorb the cold and reduce the negative temperature evolution and then transferred to the tube walls by thermal energy exchange to external medium outside the loop. The present invention also relates to a system consisting of a thermal energy exchanger and an energy loop that directly or indirectly receives thermal energy and converts it into power production and which also has a level difference between the top and bottom of the loop of at least 800 meters. A heat loop can absorb heat from the thermal energy exchanger, or from a system associated with it, and transfer it to the lower part of the energy loop. In addition, a cold loop can absorb the cold and exchange thermal energy in the upper part of the energy loop. Thermal energy supplied to a medium in the energy loop can change the density of the medium such that the medium has low density when moving upward and higher density when moving down the energy loop. The difference in density will thus give a pressure difference in the energy loop that can be utilized for power generation. In addition, a marine structure consisting of a liquid-filled heat loop in the lower part and a thermal energy exchanger in the upper part can provide a stable construction with buoyancy at the top and ballast at the bottom.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en termisk energiveksler omfattende ett eller flere medier som sirkulerer i en lukket sløyfe, hvor nivåforskjellen mellom topp og bunn av sløyfen er på minimum 400 meter. En slik termisk energiveksler kan brukes ved kraftproduksjon eller til å gi en energiøkning i et energisystem. The present invention relates to a thermal energy exchanger comprising one or more media circulating in a closed loop, where the level difference between the top and bottom of the loop is at least 400 metres. Such a thermal energy exchanger can be used for power production or to provide an energy increase in an energy system.

I tillegg vedrører oppfinnelsen også anvendelse av den termiske energiveksleren i et energisystem for kraftproduksjon eller energilagring. In addition, the invention also relates to the use of the thermal energy exchanger in an energy system for power production or energy storage.

Foreliggende oppfinnelser gir en termisk energiveksler som kan benyttes i et energisystem for fornybar kraftproduksjon med muligheter for energilagring samt at det også kan benyttes til andre formål der det er behov for termisk energi. Present inventions provide a thermal energy exchanger that can be used in an energy system for renewable power production with possibilities for energy storage and that it can also be used for other purposes where there is a need for thermal energy.

Det særegne med den termiske energiveksleren er at den består av en lukket sløyfe med stor høydeforskjell mellom topp og bunn av sløyfen samt at den eventuelt kan regulere varmeutviklingen ved gasskompresjon med tilførsel av væske i spray eller dråpeform og dermed oppnå en kompresjon som er nær opptil en isotermisk kompresjon samt en dekompresjon som er nær opptil en isotermisk dekompresjon. The special feature of the thermal energy exchanger is that it consists of a closed loop with a large difference in height between the top and bottom of the loop and that it can possibly regulate the heat development by gas compression with the supply of liquid in spray or droplet form and thus achieve a compression that is close to a isothermal compression as well as a decompression that is close to an isothermal decompression.

Et annet særegent trekk er at den kan kombineres med andre fornybare energikilder og inngå i et system som kan levere mye energi på et lite areal. Ved å utnytte eksempelvis termisk energi fra kaldt vann på store dybder med varmere overflatevann, kan den termiske energimengden i systemet økes for å gi bedre effekt. I tillegg kan annen fornybar energi lagres som termisk energi og benyttes som en stabil og regulerbar kraft inn på kraftnettet. Another distinctive feature is that it can be combined with other renewable energy sources and form part of a system that can deliver a lot of energy in a small area. By utilizing, for example, thermal energy from cold water at great depths with warmer surface water, the amount of thermal energy in the system can be increased to give a better effect. In addition, other renewable energy can be stored as thermal energy and used as a stable and adjustable power into the power grid.

Kjent teknikk Known technique

Skal fornybar energi kunne erstatte konvensjonell energi må den kunne leveres i store mengder og være kostnadseffektiv. Med økt fokus på klima og miljø er det nå en økende interesse for fornybar energi, spesielt innen havenergi der det etter hvert er mange selskaper som har utviklet og patentert egne løsninger. Foreløpig er det få anlegg som er i drift. If renewable energy is to replace conventional energy, it must be able to be supplied in large quantities and be cost-effective. With an increased focus on climate and the environment, there is now a growing interest in renewable energy, especially in the field of marine energy where there are gradually many companies that have developed and patented their own solutions. Currently, few facilities are in operation.

Eksisterende løsninger innen havenergi er hovedsakelig basert på offshore vind-møller og bølgekraftverk. Offshore vindmøller er kommet lengst i utviklingen og har flest planlagte utbygginger. Innen bølgekraftverk er det mange løsninger, men ikke så mange som er utbygd. En annen energi er tidevannstrømmer og havstrømmer. Dette er foreløpig en lite benyttet energikilde, men det eksisterer noen anlegg som er i drift. Existing solutions in ocean energy are mainly based on offshore wind turbines and wave power plants. Offshore wind turbines have come the furthest in development and have the most planned developments. Within wave power plants there are many solutions, but not so many that have been developed. Another energy is tidal currents and ocean currents. This is currently a little-used energy source, but there are some facilities that are in operation.

OTEC (Ocean Thermal Energy Converter) er en teknologi som er kjent, men som har få eller ingen anlegg i drift. Metoden er basert på termisk energi og utnytter temperaturforskjellen mellom varmere overflatevann og kaldere vann på dypere nivåer og er egnet på steder der temperaturforskjellen jevnt over utgjør så mye som 20 grader Celsius. OTEC (Ocean Thermal Energy Converter) is a technology that is known but has few or no facilities in operation. The method is based on thermal energy and utilizes the temperature difference between warmer surface water and colder water at deeper levels and is suitable in places where the temperature difference is consistently as much as 20 degrees Celsius.

OTEC fungerer ved å overføre varme fra overflatevannet via en varmeveksler til et medium som med tilført varme endrer tilstand fra væske til gass. Den ekspanderende gassen benyttes til å drive en gassturbin før den ledes igjennom en kondensator for å endre tilstand tilbake til væske. Dette skjer med tilførsel av kulde via en kuldeveksler tilknyttet det kalde vannet. En pumpe sørger for å sirkulere mediet gjennom varme og kuldevekslerne. I tillegg vil det være pumper som sørger for tilførsel og sirkulasjon av det kalde og det varme vannet. Det kalde vannet hentes opp fra dybder på 500 meter eller mer. Utfordringen for et OTEC anlegg er knyttet til kostnader til varme og kuldevekslerne. For å begrense omfanget av vekslerne blir kun ca 20 % av den termiske energien til det kalde og det varme vannet utnyttet. For dagens OTEC anlegg vil en varmeveksler til et 1 MW system kunne være på størrelse med en 20 fots konteiner. For et anlegg på 200 MW vil vekslerne utgjøre både et stort volum og en stor kostnad. OTEC works by transferring heat from the surface water via a heat exchanger to a medium which, with added heat, changes state from liquid to gas. The expanding gas is used to drive a gas turbine before it is passed through a condenser to change its state back to liquid. This happens with the supply of cold via a cold exchanger connected to the cold water. A pump ensures that the medium is circulated through the heat and cold exchangers. In addition, there will be pumps that ensure the supply and circulation of the cold and hot water. The cold water is brought up from depths of 500 meters or more. The challenge for an OTEC plant is related to costs for heat and the cold exchangers. To limit the scope of the exchangers, only about 20% of the thermal energy of the cold and hot water is utilized. For today's OTEC plant, a heat exchanger for a 1 MW system could be the size of a 20-foot container. For a 200 MW plant, the exchangers will represent both a large volume and a large cost.

Et OTEC anlegg har potensial til å levere effekt i størrelsesorden gigawatt og har også den fordelen at de kan levere kontinuerlig energi. I tillegg til elektrisk kraftproduksjon kan et OTEC anlegg også kombineres med andre teknologier der en kan benyttes seg av det kalde og næringsrike vannet som hentes opp til overflaten. An OTEC plant has the potential to deliver power in the order of gigawatts and also has the advantage that they can deliver continuous energy. In addition to electrical power production, an OTEC plant can also be combined with other technologies where the cold and nutrient-rich water that is brought up to the surface can be used.

Et OTEC anlegg er i dag ikke konkurransedyktig i forhold til andre fornybare energikilder på grunn av for høye kostnader. En termisk energiveksler kombinert med eksempelvis en OTEC løsning kan være en løsning som er konkurransedyktig på pris og som i tillegg gir et anlegg som kan gi tilnærmet kontinuerlig energiproduksjon. Med økt energimengde og høyere temperaturforskjeller kan varme og kulde-vekslingen bli mer effektiv. I tillegg kan et system som er basert på en termisk energiveksler med stor høydeforskjell mellom topp og bunn, kunne utnytte fallkraften i stedet for ekspansjonskraften til energiproduksjon. Et anlegg med stor fallhøyde vil gi bedre effekt sammenlignet med et OTEC anlegg basert på ekspansjonskraften. En annen forbedring er at systemet kan benytte rør i rør varmeveksling ved sirkulasjon av mediene. An OTEC plant is not currently competitive in relation to other renewable energy sources due to excessive costs. A thermal energy exchanger combined with, for example, an OTEC solution can be a solution that is competitive on price and which also provides a plant that can provide almost continuous energy production. With an increased amount of energy and higher temperature differences, the heat and cold exchange can become more efficient. In addition, a system based on a thermal energy exchanger with a large height difference between top and bottom can utilize the force of fall instead of the force of expansion for energy production. A plant with a large drop height will give a better effect compared to an OTEC plant based on the expansion force. Another improvement is that the system can use pipe-in-pipe heat exchange when circulating the media.

Den termiske energiveksleren har mange bruksmuligheter og kan også kombineres med andre fornybare energikilder for effektiv konvertering av termisk energi til elektrisk energi. I tillegg kan den termiske energiveksleren også benyttes til andre formål enn kun energiproduksjon. En mulighet er å kunne gi en bedre tilpasning mellom forbruk og energiproduksjon over eksempelvis et døgn ved å lagre energi som termisk energi og tilbakeføre den termiske energien til energisystemet når det er behov for kraftproduksjon. The thermal energy exchanger has many uses and can also be combined with other renewable energy sources for efficient conversion of thermal energy into electrical energy. In addition, the thermal energy exchanger can also be used for purposes other than just energy production. One possibility is to be able to provide a better adaptation between consumption and energy production over, for example, a day by storing energy as thermal energy and returning the thermal energy to the energy system when there is a need for power production.

Fra eksisterende patenter som omhandler kraftproduksjon med termisk energi er det funnet flere innen OTEC- ref. WO2013/013231A2, WO2013/025797A2, WO2013/025807A2, WO2013/031903A1. US3945218A beskriver et energisystem for kraftproduksjon eller for energiøkning i systemet, hvor det From existing patents dealing with power generation with thermal energy, several have been found within OTEC ref. WO2013/013231A2, WO2013/025797A2, WO2013/025807A2, WO2013/031903A1. US3945218A describes an energy system for power production or for increasing energy in the system, where it

for eksempel mellom en fjelltopp og en dalbunn med stor temperaturforskjell er tilveiebrakt en lukket sløyfe med et medium, for eksempel R-12. En varmeveksler 26 for example, between a mountain peak and a valley bottom with a large temperature difference, a closed loop with a medium, for example R-12, is provided. A heat exchanger 26

i dalbunnen kan være tilknyttet en geotermisk kilde. Varmeveksling med omgivelsesluft foregår i toppen og i bunnen av sløyfen. Det er beskrevet en høydeforskjell mellom topp og bunn på 11326 fot (tilsvarende ca. 3400 meter), en temperaturforskjell på 40 Fahrenheit, og en trykkforskjell i mediet på 6292 Psi grunnet høydeforskjellen. Trykkforskjellen benyttes til styring og optimering avfluidstrømmen til mediet. in the valley floor may be associated with a geothermal source. Heat exchange with ambient air takes place at the top and at the bottom of the loop. An altitude difference between top and bottom of 11,326 feet (equivalent to approx. 3,400 meters), a temperature difference of 40 Fahrenheit, and a pressure difference in the medium of 6,292 Psi due to the altitude difference is described. The pressure difference is used to control and optimize the fluid flow to the medium.

Formål ved oppfinnelsen Purpose of the invention

Med foreliggende oppfinnelse tar en sikte på å frembringe en ny type termisk energiveksler som kan inngå i et energisystem med det formål at det skal kunne gi en jevn og stabil kraftforsyning med fornybar og miljøvennlig energi. Energisystemet skal også ha høy effekt per areal og kunne levere effekt av betydning samt kunne bygges ut uten å skjemme eller skade miljøet rundt. The present invention aims to produce a new type of thermal energy exchanger which can be included in an energy system with the aim that it should be able to provide a steady and stable power supply with renewable and environmentally friendly energy. The energy system must also have a high effect per area and be able to deliver a significant effect and be able to be expanded without spoiling or damaging the surrounding environment.

Kort beskrivelse av oppfinnelsen Brief description of the invention

Den termiske energiveksleren i henhold til den foreliggende oppfinnelsen er derved kjennetegnet ved at når innholdet i sløyfen sirkulerer genereres varme når innholdet forflyttes nedover samt kulde når innholdet forflyttes oppover, hvor nevnte varme og kulde overføres til ett eller flere adskilte medier hvor den adskilte termiske energimengden indirekte eller direkte benyttes til kraftproduksjon eller til en energiøkning i et energisystem. The thermal energy exchanger according to the present invention is thereby characterized by the fact that when the contents of the loop circulate, heat is generated when the contents are moved downwards and cold when the contents are moved upwards, where said heat and cold are transferred to one or more separate media where the separated amount of thermal energy is indirectly or directly used for power production or for an increase in energy in an energy system.

Ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen er trykkforskjellen mellom topp og bunn i sløyfen på minimum 10 bar, fortrinnsvis på 15 bar eller mer. According to a preferred embodiment of the invention, the pressure difference between the top and bottom of the loop is at least 10 bar, preferably 15 bar or more.

I følge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen opptar væskepartikler varme ved kompresjon og kulde ved dekompresjon, og derved begrenser temperaturutviklingen i systemet ved sirkulasjon av innholdet. According to a preferred embodiment of the invention, liquid particles absorb heat during compression and cold during decompression, and thereby limit the temperature development in the system during circulation of the contents.

I følge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen omfatter sløyfen i tillegg til det interne mediet i sløyfen stempelanordninger som sirkulerer i sløyfen og seksjonerer mediet i sløyfen i mindre volumer. Fortrinnsvis fungerer stempelanordningene som plugger som med sin egenvekt og tilhørende masse utgjør et trykk på underliggende seksjoner, hvor trykket i hver seksjon hovedsakelig er en funksjon av antall overliggende plugger. Innholdet i sløyfen blir derved seksjonert i mindre volumer av stempelanordninger som fungerer som plugger der egenvekt og tilhørende masse bidrar til å gi et økt trykk på underliggende seksjoner. I følge en mer foretrukket utførelse av oppfinnelsen samler og fordeler pluggene væskepartikler til hver seksjon. I følge en annen mer foretrukket utførelse av oppfinnelsen vil væskepartiklene fordeles i spray eller dråpeform. Således vil væskepartikler i spray eller dråpeform begrense temperaturutviklingen ved kompresjon og dekompresjon av seksjonene når innholdet i sløyfen sirkulerer. Ifølge en foretrukket utførelse er sløyfen utstyrt med en anordning for å kunne skifte ut plugger ved behov. According to a preferred embodiment of the invention, the loop includes, in addition to the internal medium in the loop, piston devices that circulate in the loop and section the medium in the loop into smaller volumes. Preferably, the piston devices function as plugs which with their own weight and associated mass constitute a pressure on underlying sections, where the pressure in each section is mainly a function of the number of overlying plugs. The contents of the loop are thereby sectioned into smaller volumes by piston devices that function as plugs where the specific weight and associated mass contribute to an increased pressure on the underlying sections. According to a more preferred embodiment of the invention, the plugs collect and distribute liquid particles to each section. According to another more preferred embodiment of the invention, the liquid particles will be distributed in spray or droplet form. Thus, liquid particles in spray or droplet form will limit the temperature development during compression and decompression of the sections when the contents of the loop circulate. According to a preferred embodiment, the loop is equipped with a device to be able to replace plugs if necessary.

Ifølge en foretrukket utførelse av den foreliggende oppfinnelsen kan termisk energi fra andre energikilder tilføres for å bidra til å øke den totale termiske energimengden som overføres til det adskilte mediet. According to a preferred embodiment of the present invention, thermal energy from other energy sources can be added to help increase the total amount of thermal energy that is transferred to the separated medium.

Anvendelse av den termiske energiveksleren i henhold til den foreliggende oppfinnelsen er derved kjennetegnet ved at den termiske energiveksleren leverer termisk energi direkte eller indirekte til en energisløyfe 4 som har en nivåforskjell mellom topp og bunn på over 800 meter, hvor en eller flere kraftkonvertere for kraftproduksjon er direkte eller indirekte tilknyttet energisløyfen. Application of the thermal energy exchanger according to the present invention is thereby characterized by the fact that the thermal energy exchanger delivers thermal energy directly or indirectly to an energy loop 4 which has a level difference between top and bottom of over 800 meters, where one or more power converters for power production are directly or indirectly connected to the energy loop.

Ifølge en foretrukket utførelse omfatter energisystemet en varmesløyfe som over-fører varme fra den termiske energiveksleren til energisløyfen og der varmesløyfens nedre del stikker minimum 400 meter ned under den termiske energivekslerens lukkede sløyfe. According to a preferred embodiment, the energy system comprises a heating loop which transfers heat from the thermal energy exchanger to the energy loop and where the lower part of the heating loop protrudes a minimum of 400 meters below the closed loop of the thermal energy exchanger.

Ifølge enda en foretrukket utførelse er konstruksjonen slik at varmesløyfens nedre del gir konstruksjonen en negativ oppdrift ved plassering i et marint miljø og vil sammen med den termiske energivekslerens positive oppdrift i øvre del gi konstruksjonen en fordelaktig stabilitet med lavt tyngdepunkt og høyt oppdriftspunkt. According to yet another preferred embodiment, the construction is such that the lower part of the heating loop gives the construction a negative buoyancy when placed in a marine environment and, together with the thermal energy exchanger's positive buoyancy in the upper part, will give the construction advantageous stability with a low center of gravity and a high buoyancy point.

Ifølge enda en foretrukket utførelse kan konstruksjonen også inneholde et tårn som forlenger nivåforskjellen mellom topp og bunn i energisløyfen og der en kuldesløyfe overfører kulde fra den termiske energiveksleren til energisløyfen. According to yet another preferred embodiment, the construction can also contain a tower which extends the level difference between top and bottom of the energy loop and where a cold loop transfers cold from the thermal energy exchanger to the energy loop.

Ifølge enda en foretrukket utførelse produserer den termiske energiveksleren termisk energi ved sirkulasjon av innholdet, hvor varme genereres ved økende trykk ved økende dybde og kulde genereres ved minskende trykk ved minkende dybde. Termisk energi kan også tilføres fra andre energikilder og bidra til å øke den totale energimengden i energisystemet. According to yet another preferred embodiment, the thermal energy exchanger produces thermal energy by circulation of the contents, where heat is generated by increasing pressure at increasing depth and cold is generated by decreasing pressure at decreasing depth. Thermal energy can also be supplied from other energy sources and contribute to increasing the total amount of energy in the energy system.

Ifølge enda en foretrukket utførelse vil væskepartikler i spray eller dråpeform bidra til å redusere temperaturutviklingen ved trykkvariasjoner internt i den termiske energiveksleren. According to yet another preferred embodiment, liquid particles in spray or droplet form will help to reduce the temperature development due to pressure variations internally in the thermal energy exchanger.

Oppfinnelsene skal forklares mer detaljert under henvisning til de etterfølgende figurer, hvor; The inventions shall be explained in more detail with reference to the following figures, where;

Figur 1 viser en termisk energiveksler 3 med plugger 2 Figure 1 shows a thermal energy exchanger 3 with plugs 2

Figur 2 viser temp. reduksjon og trykkøkning av C02 i superkritisk fase Figure 2 shows temp. reduction and pressure increase of C02 in supercritical phase

Figur 3 viser trykkreduksjon og temp. økning av C02 i superkritisk fase Figure 3 shows pressure reduction and temp. increase of C02 in supercritical phase

Figur 4 viser et energisystem som kombinerer en OTEC-løsning med en termisk energiveksler 3 Figur 5 viser et energisystem som kombinerer en termisk energiveksler 3 med andre energikilder Figure 4 shows an energy system that combines an OTEC solution with a thermal energy exchanger 3 Figure 5 shows an energy system that combines a thermal energy exchanger 3 with other energy sources

Figur 6 viser et energisystem som inkluderer varme- 8 og kuldesløyfer 9 Figure 6 shows an energy system that includes heating 8 and cooling loops 9

Figur 7 viser en flytende konstruksjon med termisk energiveksler samt varme- 8 og kuldesløyfer 9 Figur 8 viser en bunnfast konstruksjon med termiske energivekslere samt varme- 8 og kuldesløyfer 9 Figure 7 shows a floating construction with a thermal energy exchanger as well as heating 8 and cooling loops 9 Figure 8 shows a fixed construction with thermal energy exchangers as well as heating 8 and cooling loops 9

Detaljert beskrivelse Detailed description

Den termiske energiveksleren består av en lukket sløyfe med stor høydeforskjell mellom topp og bunn og som produserer termisk energi når innholdet i sløyfen sirkulerer ved hjelp av tilført energi. Den termiske energien blir generert av kompresjon og dekompresjon av en eller flere gasser, eventuelt et fluid i en gasslignende form (superkritisk fase e.lign.). Når innholdet i sløyfen sirkulerer vil gassen bli komprimert når den forflyttes nedover som en følge av at trykket i sløyfen øker med økende dybde. For å oppnå en komprimering som er nær opptil en isotermisk kompresjon vil væskepartikler i spray eller dråpeform ta opp termisk energi og bidra til å holde temperaturen nede. Ved å regulere mengden av væskepartikler vil også temperaturen kunne tilpasses til ønsket nivå. Varme-mengden som utvikles som en følge av komprimeringen vil kunne overføres til et medium utenfor sløyfen - eksempelvis med rør i rør varmeveksling. På samme måte vil den termiske energiveksleren generere kulde når gassen forflyttes oppover og trykket reduseres med stigende høyde. Væskepartiklene vil da ta opp kulde, redusere den negative temperaturutviklingen i gassen slik at dekompresjonen blir nær opptil en isotermisk dekompresjon, samt hjelpe til med å overføre den termiske energien til et eksternt medium utenfor sløyfen. The thermal energy exchanger consists of a closed loop with a large difference in height between top and bottom and which produces thermal energy when the contents of the loop circulate with the help of added energy. The thermal energy is generated by compression and decompression of one or more gases, possibly a fluid in a gas-like form (supercritical phase, etc.). When the contents of the loop circulate, the gas will be compressed as it moves downwards as a result of the pressure in the loop increasing with increasing depth. To achieve a compression that is close to an isothermal compression, liquid particles in spray or droplet form will absorb thermal energy and help keep the temperature down. By regulating the amount of liquid particles, the temperature can also be adjusted to the desired level. The amount of heat developed as a result of the compression will be able to be transferred to a medium outside the loop - for example with pipe-in-pipe heat exchange. In the same way, the thermal energy exchanger will generate cold when the gas is moved upwards and the pressure decreases with increasing altitude. The liquid particles will then absorb cold, reduce the negative temperature development in the gas so that the decompression is close to an isothermal decompression, and help to transfer the thermal energy to an external medium outside the loop.

Trykkoppbygningen i hver seksjon i sløyfen vil bli generert av egenvekten i sløyfens innhold. Siden egenvekten til gasser er svært lav vil trykkoppbygningen hovedsakelig skje via egenvekten til stempelanordningene som seksjonerer innholdet i sløyfen samt fra væsker og annen masse som er tilknyttet stempelanordningene. Stempelanordningene med tilhørende masse vil fungere som plugger som sirkulerer The pressure build-up in each section of the loop will be generated by the specific weight of the loop's contents. Since the specific gravity of gases is very low, the pressure build-up will mainly occur via the specific gravity of the piston devices that section the contents of the loop as well as from liquids and other mass that are connected to the piston devices. The piston devices with associated mass will act as plugs that circulate

i sløyfen og der trykket i hver seksjon vil være en funksjon av antall plugger som utøver et trykk på underliggende seksjoner. Trykket vil dermed være lavest øverst i sløyfen og øke etter hvert som seksjonen forflyttes nedover til bunn av sløyfen der trykket er høyest. Når gasseksjonen har passert bunnen og beveger seg oppover i sløyfen vil trykket avta etter hvert som antall overliggende plugger minker. in the loop and where the pressure in each section will be a function of the number of plugs exerting a pressure on underlying sections. The pressure will thus be lowest at the top of the loop and increase as the section moves downwards to the bottom of the loop where the pressure is highest. When the gas section has passed the bottom and moves upwards in the loop, the pressure will decrease as the number of overlying plugs decreases.

Temperaturutviklingen i hver seksjon vil være en funksjon av gasskompresjon/ dekompresjon, termisk energiveksling med omgivelsene samt mengde væskepartikler som opptar termisk energi. Ved å regulere mengden væskepartikler i hver seksjon i henhold til termisk energiutvikling og til termisk energiveksling med omgivelsene, vil temperaturen i hver seksjon kunne styres. Reguleringen av mengde væskepartikler kan foregå ved at væskepartikler som har tatt opp termisk energi og overført denne til sløyfens rørvegger for termisk energiveksling, blir samlet opp i en beholder i tilknytning til pluggen. Væskepartiklene vil da være i væskeform og kan pumpes tilbake i gasseksjonen som væskepartikler for en ny syklus med termisk energihenting og termisk energiveksling. Ved å regulere hvor mye væske som i spray eller dråpeform tilføres gasseksjonen, kan også temperaturutviklingen i hver seksjon styres. The temperature development in each section will be a function of gas compression/decompression, thermal energy exchange with the surroundings as well as the amount of liquid particles that absorb thermal energy. By regulating the amount of liquid particles in each section according to thermal energy development and to thermal energy exchange with the surroundings, the temperature in each section can be controlled. The amount of liquid particles can be regulated by liquid particles that have taken up thermal energy and transferred this to the loop's tube walls for thermal energy exchange, being collected in a container adjacent to the plug. The liquid particles will then be in liquid form and can be pumped back into the gas section as liquid particles for a new cycle of thermal energy retrieval and thermal energy exchange. By regulating how much liquid is supplied to the gas section in spray or droplet form, the temperature development in each section can also be controlled.

Temperaturvariasjonene i sløyfen vil påvirke volumet for hver seksjon etter hvert som seksjonen forflyttes rundt i sløyfen. Ved forflytning nedover vil temperaturen øke til et maksimumsnivå, men bli redusert tilbake til utgangstemperaturen etter termisk energiveksling i nedre del. Ved forflytning oppover vil temperaturen synke til et minimumsnivå, før den går tilbake til utgangstemperaturen etter termisk energiveksling i øvre del. Siden en gass utvider seg ved temperaturøkning vil en gasseksjon under nedstigning ha et større volum enn under oppstigningen der temperaturen er lavere. Denne volumforskjellen vil føre til at antall plugger kan være høyere på oppstigningssiden enn på nedstigningssiden og dermed gi et høyere trykk som må overvinnes for å få innholdet til å sirkulere. Ved tilnærmet isotermisk kompresjon og dekompresjon vil temperaturutviklingen være begrenset og dermed også gi en begrenset trykkforskjell mellom nedstignings siden og oppstignings siden. The temperature variations in the loop will affect the volume of each section as the section is moved around the loop. When moving downwards, the temperature will increase to a maximum level, but will be reduced back to the starting temperature after thermal energy exchange in the lower part. When moving upwards, the temperature will drop to a minimum level, before returning to the initial temperature after thermal energy exchange in the upper part. Since a gas expands when the temperature increases, a gas section during descent will have a larger volume than during ascent where the temperature is lower. This difference in volume will mean that the number of plugs can be higher on the ascent side than on the descent side and thus give a higher pressure that must be overcome to get the contents to circulate. With approximately isothermal compression and decompression, the temperature development will be limited and thus also give a limited pressure difference between the descent side and the ascent side.

Den termiske energiveksleren vil være tilknyttet en pumpeanordning eller en akseleratoranordning som kan drive sirkulasjonen av innholdet i sløyfen. I tillegg til å overvinne trykkforskjeller som følge av temperaturvariasjoner må også pumpe-/ akseleratoranordningen overvinne friksjon i systemet både fra pluggene og fra gasseksjonene. Med kompresjon og dekompresjon av gasseksjonene vil farten til pluggene variere i løpet av en syklus i sløyfen. I nedre del vil farten være lav siden gasseksjonene er komprimerte. Under oppstigningen vil gasseksjonene ekspandere og farten til pluggene vil øke og nå en maksfart i toppen av sløyfen. Forholdet mellom farten i bunn og farten i toppen vil være en funksjon av komprimeringsgraden i systemet. The thermal energy exchanger will be associated with a pump device or an accelerator device that can drive the circulation of the contents of the loop. In addition to overcoming pressure differences as a result of temperature variations, the pump/accelerator device must also overcome friction in the system both from the plugs and from the gas sections. With compression and decompression of the gas sections, the speed of the plugs will vary during one cycle in the loop. In the lower part, the speed will be low since the gas sections are compressed. During the ascent, the gas sections will expand and the speed of the plugs will increase and reach a maximum speed at the top of the loop. The ratio between the speed at the bottom and the speed at the top will be a function of the degree of compression in the system.

Den termiske energivekslingen til et eksternt medium vil være tilpasset det energisystemet som den termiske energiveksleren er en del av. I noen anlegg vil det kunne være en fordel med en energiveksling som er konsentrert rundt topp og bunn av sløyfen. I andre anlegg vil en termisk energiveksling være å foretrekke på kortere eller lengre deler av opp- og nedstigningen. Den termiske energiveksleren vil kunne tilpasse overføringen av termisk energi til det eksterne mediet ved å ta opp termisk energi i pluggen og regulere når den termiske energien skal overføres til rørveggene. Hvert anlegg vil ha rørvegger med varmeledningsevne som er tilpasset til energisystemet som anlegget er designet for. Det vil derfor være områder der rørveggene vil være utstyrt med termisk isolasjon for å unngå tap av termisk energi samt områder med termisk energiveksling der rørveggene har god varmeledningsevne til det eksterne mediet. For å unngå termisk energitap til omgivelsene vil hele den termiske energiveksleren være varmeisolert for å redusere effekttapet i systemet. The thermal energy exchange to an external medium will be adapted to the energy system of which the thermal energy exchanger is a part. In some systems, it could be an advantage to have an energy exchange that is concentrated around the top and bottom of the loop. In other facilities, a thermal energy exchange would be preferable on shorter or longer sections of the ascent and descent. The thermal energy exchanger will be able to adapt the transfer of thermal energy to the external medium by absorbing thermal energy in the plug and regulating when the thermal energy is to be transferred to the pipe walls. Each plant will have pipe walls with thermal conductivity that is adapted to the energy system for which the plant is designed. There will therefore be areas where the pipe walls will be equipped with thermal insulation to avoid loss of thermal energy as well as areas with thermal energy exchange where the pipe walls have good thermal conductivity to the external medium. To avoid thermal energy loss to the surroundings, the entire thermal energy exchanger will be thermally insulated to reduce the power loss in the system.

Figur 1 viser en termisk energiveksler bestående av en lukket sløyfe 11 med plugger 2 som sirkulerer. Egenvekten til hver plugg 2 gir økt trykk i underliggende gass-seksjoner 1 og avstander mellom hver plugg 2 vil derfor minske med økende dybde. En pumpe i tilknytning til hver plugg 2 fordeler væske i partikkelform ut til tilhørende gasseksjon 1 mens en væskebeholder samler opp væske med økt termisk energi. I topp og bunn av figuren er det vist termisk energiveksling til eksternt medium der varme avgis på nedre nivå og kulde avgis på øvre nivå ved å tilføre væske med termisk energi til rørveggen. Til å drive sirkulasjonen av innholdet i den termiske energiveksleren 3 er det vist en akselerator der spoler med strømledere tilknyttet rørveggen produserer et magnetfelt som trekker på pluggene 2 når de passerer. Figure 1 shows a thermal energy exchanger consisting of a closed loop 11 with plugs 2 that circulate. The own weight of each plug 2 gives increased pressure in the underlying gas sections 1 and distances between each plug 2 will therefore decrease with increasing depth. A pump connected to each plug 2 distributes liquid in particle form to the associated gas section 1, while a liquid container collects liquid with increased thermal energy. At the top and bottom of the figure, thermal energy exchange to an external medium is shown, where heat is emitted at the lower level and cold is emitted at the upper level by adding liquid with thermal energy to the pipe wall. To drive the circulation of the contents of the thermal energy exchanger 3, an accelerator is shown where coils with current conductors connected to the pipe wall produce a magnetic field which pulls on the plugs 2 as they pass.

Et energisystem kan bestå av en lukket sløyfe 4 som ved hjelp av varmevekslere 5 er tilknyttet en termisk energiveksler 3 og der innholdet i sløyfen 4 består av et medium som ved tilførsel av termisk energi endrer tetthet. Med tilførsel av termisk energi vil oppvarmet medium med redusert tetthet stige opp i den ene delen av sløyfen 4 mens nedkjølt medium med økt tetthet synker ned på motsatt side av sløyfen 4. Forskjellen i tetthet vil gi en sirkulasjon i sløyfen 4 og en trykkforskjell som kan utnyttes til energiproduksjon. Ved å lede mediet gjennom en turbin i nedre del av sløyfen kan energi hentes ut av systemet og omgjøres til elektrisk energi med en generator 7 tilknyttet turbinen. An energy system can consist of a closed loop 4 which, by means of heat exchangers 5, is connected to a thermal energy exchanger 3 and where the contents of the loop 4 consist of a medium which changes density when thermal energy is supplied. With the supply of thermal energy, heated medium with reduced density will rise in one part of the loop 4, while cooled medium with increased density sinks down on the opposite side of the loop 4. The difference in density will cause a circulation in the loop 4 and a pressure difference which can used for energy production. By passing the medium through a turbine in the lower part of the loop, energy can be extracted from the system and converted into electrical energy with a generator 7 connected to the turbine.

Mediet i energisløyfen 4 som er tilknyttet den termiske energiveksleren 3 kan være et medium som endrer tilstand ved tilførsel av termisk energi. På samme måte som i et OTEC system kan mediet skifte mellom å være i en væsketilstand og i en gasstilstand. Ved tilførsel av kulde i energisløyfen 4 øvre del vil mediet kunne endre tilstand fra gass til væske før nedstigningen og dermed oppnå et økende trykk med økende dybde i væskesøylen. Etter å ha passert turbin-/ generatoranordningen i nedre del, vil trykket være redusert og mediet kan ledes igjennom varmeveksleren for å endre tilstand fra væske til gassform. Under oppstigningen i gassform vil mediet kunne heves til øvre nivå ved hjelp av svært lite energi mens mediet i væskeform under nedstigningen vil utgjøre en energi som kan hentes ut av systemet. Avstanden mellom øvre del og nedre del vil dermed ha betydning for energimengden som systemet kan levere. The medium in the energy loop 4 which is connected to the thermal energy exchanger 3 can be a medium which changes state when thermal energy is supplied. In the same way as in an OTEC system, the medium can change between being in a liquid state and in a gas state. By supplying cold in the upper part of the energy loop 4, the medium will be able to change state from gas to liquid before the descent and thus achieve an increasing pressure with increasing depth in the liquid column. After passing the turbine/generator device in the lower part, the pressure will be reduced and the medium can be passed through the heat exchanger to change its state from liquid to gas. During the ascent in gaseous form, the medium will be able to be raised to the upper level with the help of very little energy, while the medium in liquid form during the descent will constitute an energy that can be extracted from the system. The distance between the upper part and the lower part will thus have an impact on the amount of energy that the system can deliver.

Energimengden som må tilføres for å omgjøre et medium fra væske til gass er forskjellig for hvert medium. Vann er et medium som krever mye energi for å endre tilstand fra væske til damp, mens medier som propan og butan krever mye mindre energi. Tabell 1. viser et utvalg medier med verdier for nødvendig energimengde for å endre tilstand fra væske til gass der propan og butan er de mediene som krever minst energimengde med henholdsvis 356 KJ/Kg og 320 KJ/Kg medium. Selv om propan og butan er oppgitt til å kreve minst energimengde kan det være andre medier som er bedre egnet og som også krever mindre energimengde for å endre tilstand. For å endre mediets tilstand tilbake fra gassform til væske kreves det en like stor energimengde som fra væske til gass. Ved å kombinere en termisk energiveksler med en energisløyfe, får energisløyfen tilført både varme og kulde ved kontinuerlig sirkulasjonen av innholdet i den termiske energiveksleren. The amount of energy that must be supplied to change a medium from liquid to gas is different for each medium. Water is a medium that requires a lot of energy to change its state from liquid to vapor, while media such as propane and butane require much less energy. Table 1 shows a selection of media with values for the required amount of energy to change state from liquid to gas where propane and butane are the media that require the least amount of energy with 356 KJ/Kg and 320 KJ/Kg medium respectively. Although propane and butane are stated to require the least amount of energy, there may be other media that are better suited and that also require less energy to change state. To change the state of the medium back from gaseous to liquid, an equal amount of energy is required as from liquid to gas. By combining a thermal energy exchanger with an energy loop, the energy loop is supplied with both heat and cold by the continuous circulation of the contents of the thermal energy exchanger.

Tabell 1; Nødvendig energimengde for å endre tilstand fra væske til gass Table 1; Amount of energy required to change state from liquid to gas

I tillegg til nødvendig energimengde for å endre tilstanden på mediet har også mediets tetthet i væsketilstand en betydning for hvor mye energi som kan hentes. En væskesøyle bestående av vann med tetthet på 1000 kg/m<3>, vil gi et statisk trykk som ligger ca 40 % høyere enn butan og propan som har en tetthet på ca 600 kg/m<3>. Til gjengjeld trenger vann en energimengde som er rundt 7 ganger høyere enn butan for å endre tilstand mellom væske og gass og dermed vil butan være et bedre valg som medium. In addition to the amount of energy required to change the state of the medium, the density of the medium in the liquid state also has an effect on how much energy can be obtained. A liquid column consisting of water with a density of 1000 kg/m<3> will give a static pressure that is approximately 40% higher than butane and propane, which have a density of approximately 600 kg/m<3>. In return, water needs an amount of energy that is around 7 times higher than butane to change its state between liquid and gas, and thus butane would be a better choice as a medium.

Et medium trenger ikke nødvendigvis å skifte tilstand mellom gass og væske. I stedet kan et medium som eksempelvis C02, være i en superkritisk fase ved rett trykk og temperatur i energisløyfen. I figur 2 er det vist en temperaturreduksjon på rundt 50 gr. Celsius i toppen av energisløyfen der tettheten går fra rundt 200 kg/m<3>til rundt 750 kg/ m<3>, noe som gir en endring i tettheten på rundt 550 kg/ m<3>. Når C02 mediet sendes nedover i sløyfen øker trykket mens temperaturen ikke øker nevne-verdig. Etter å ha passert turbinen er trykket redusert til et nivå som er høyt nok til å holde i gang sirkulasjonen av C02 mediet. I varmeveksleren i nedre del økes temperaturen med 50 grader Celsius og mediet kan heves til øvre del med redusert tetthet. Under oppstigningen synker trykket tilbake til utgangstrykket på rundt 75 bar som vist i figur 3. A medium does not necessarily need to change state between gas and liquid. Instead, a medium such as C02, for example, can be in a supercritical phase at the right pressure and temperature in the energy loop. Figure 2 shows a temperature reduction of around 50 degrees. Celsius at the top of the energy loop where the density goes from around 200 kg/m<3> to around 750 kg/ m<3>, which gives a change in density of around 550 kg/ m<3>. When the C02 medium is sent downwards in the loop, the pressure increases while the temperature does not increase significantly. After passing the turbine, the pressure is reduced to a level high enough to keep the circulation of the C02 medium going. In the heat exchanger in the lower part, the temperature is increased by 50 degrees Celsius and the medium can be raised to the upper part with reduced density. During the ascent, the pressure drops back to the exit pressure of around 75 bar as shown in Figure 3.

Ved ikke å endre tilstand vil all tilført energimengde gå til å heve temperaturen i mediet. De ulike mediene vil ha ulike varmekapasiteter og energimengden som må til for å endre temperaturen er derfor forskjellig for de ulike mediene. Med C02 som medium i stedet for propan eller butan, vil energisystemet kunne produsere mer energi per energimengde levert fra den termiske energiveksleren. Propan og butan har likevel den fordelen at de kan operere med et lavere trykk i energisløyfen samt en lavere temperatur som er lettere å tilpasse ved termisk energihenting fra omgivelsesvannet i tillegg til at en lavere temperatur også vil gi et lavere energitap til omgivelsesvannet. Hvilket medium som er best egnet i energisløyfen kan variere med forskjellige typer energisystemer. I stedet for C02 er det også andre medier som kan endre tettheten uten å endre tilstand og som kan operere med lavere temperaturer og trykk og dermed være et bedre alternativ som medium i energi-sløyfen enn C02. By not changing state, all added energy will go to raising the temperature in the medium. The different media will have different heat capacities and the amount of energy needed to change the temperature is therefore different for the different media. With C02 as medium instead of propane or butane, the energy system will be able to produce more energy per amount of energy delivered from the thermal energy exchanger. Propane and butane nevertheless have the advantage that they can operate with a lower pressure in the energy loop as well as a lower temperature that is easier to adapt when thermal energy is collected from the surrounding water, in addition to the fact that a lower temperature will also result in a lower energy loss to the surrounding water. Which medium is best suited in the energy loop can vary with different types of energy systems. Instead of C02, there are also other media which can change the density without changing the state and which can operate at lower temperatures and pressures and thus be a better alternative as a medium in the energy loop than C02.

Figur 4 viser et system for energiproduksjon som består av en termisk energiveksler 3 som i tillegg til egen termisk energiproduksjon også henter termisk energi fra omgivelsesvannet. Den termiske energien blir overført mellom den termiske energiveksleren 3 og energisløyfen 4 på øvre og nedre nivå via varmevekslere 5. Varmevekslingen bidrar til at innholdet av energisløyfen sirkulerer og gir en trykkforskjell i systemet som utnyttes til energiproduksjon ved hjelp av en turbin/ generator anordning 7 i bunn av energisløyfen 4. Effekt 6 og virkningsgrad av et slikt energisystem vil øke med økende nivåforskjell mellom topp og bunn av systemet - både for den termiske energiveksleren 3 og for energisløyfen 4. Figure 4 shows a system for energy production which consists of a thermal energy exchanger 3 which, in addition to its own thermal energy production, also obtains thermal energy from the surrounding water. The thermal energy is transferred between the thermal energy exchanger 3 and the energy loop 4 on the upper and lower levels via heat exchangers 5. The heat exchange helps the contents of the energy loop to circulate and produces a pressure difference in the system which is utilized for energy production using a turbine/generator device 7 in bottom of the energy loop 4. Effect 6 and efficiency of such an energy system will increase with increasing level difference between top and bottom of the system - both for the thermal energy exchanger 3 and for the energy loop 4.

En annen løsning kan være et system som kombinerer den termiske energiveksleren 3 med solenergi eller andre energikilder. I figur 5 er det vist et system der termisk energi både fra varmt overflatevann og fra solfangere blir tatt opp av den termiske energiveksleren 3 på øvre nivå. Under nedstigningen øker den termiske energimengden etter hvert som gassen blir komprimert før den blir overført til energisløyfen 4 på nedre nivå ved hjelp av direkte varmeveksling mellom sløyfene. Etter varmeveksling på nedre nivå henter den termiske energiveksleren kulde fra omgivelsesvannet som under oppstigningen blir tilført mer kulde. Another solution could be a system that combines the thermal energy exchanger 3 with solar energy or other energy sources. Figure 5 shows a system in which thermal energy both from warm surface water and from solar collectors is taken up by the thermal energy exchanger 3 on the upper level. During the descent, the amount of thermal energy increases as the gas is compressed before being transferred to the energy loop 4 at the lower level by means of direct heat exchange between the loops. After heat exchange at the lower level, the thermal energy exchanger obtains cold from the surrounding water, which during the ascent is supplied with more cold.

Et energisystem som skal ha stor nivåforskjell mellom topp og bunn kan med fordel plasseres på dypt vann. En konstruksjon som eksempelvis skal være på over 1000 meter vil kunne settes sammen av moduler og senkes etter hvert som de skjøtes sammen. En slik konstruksjon vil måtte balanseres slik at det er nok tyngde til å senke konstruksjonen etter hvert som den blir sammenstilt samt at konstruksjonen har nok oppdrift til at den holder seg flytende. Et energisystem med en termisk energiveksler vil inneholde mye oppdrift og det må derfor kompenseres ved å legge inn masse i nedre del av energisystemet. Ved å forlenge energisløyfen slik at denne stikker mye dypere enn den termiske energiveksleren 3 samt overføre varme ved hjelp av en væskefylt varmesløyfe 9 fra den termiske energiveksleren 3 og ned til nedre del av energisløyfen 4, vil nedre del av konstruksjonen få mindre oppdrift og dermed vil det være lettere å bygge inn negativ oppdrift i nedre del av konstruksjonen. Energisystemet vil dermed bestå av en stabil konstruksjon med et oppdriftspunkt som ligger langt over tyngdepunktet til konstruksjonen. I tillegg til varmesløyfen 9 kan energisystemet også inneholde en kuldesløyfe 8 i toppen av konstruksjonen som trekker varme ut av øverste del av energisløyfen 4 og veksler denne mot kulde fra den termiske energiveksleren 3. En forlenget energisløyfe 4 med økt nivåforskjell mellom topp og bunn av sløyfen vil i tillegg til å gi en stabil konstruksjon også gi en høyere effekt 6 ut av energisystemet. An energy system that must have a large level difference between top and bottom can be advantageously placed in deep water. A construction that will, for example, be over 1,000 meters long will be able to be assembled from modules and lowered as they are joined together. Such a construction will have to be balanced so that there is enough weight to lower the construction as it is put together and that the construction has enough buoyancy to keep it afloat. An energy system with a thermal energy exchanger will contain a lot of buoyancy and this must therefore be compensated for by adding mass to the lower part of the energy system. By extending the energy loop so that it extends much deeper than the thermal energy exchanger 3 and transferring heat using a liquid-filled heat loop 9 from the thermal energy exchanger 3 down to the lower part of the energy loop 4, the lower part of the construction will have less buoyancy and thus will it should be easier to build in negative buoyancy in the lower part of the construction. The energy system will thus consist of a stable structure with a buoyancy point that is well above the center of gravity of the structure. In addition to the heating loop 9, the energy system can also contain a cold loop 8 at the top of the construction which extracts heat from the upper part of the energy loop 4 and exchanges this for cold from the thermal energy exchanger 3. An extended energy loop 4 with an increased level difference between the top and bottom of the loop will, in addition to providing a stable construction, also provide a higher effect 6 out of the energy system.

Figur 6 viser et system som består både av en termisk energiveksler 3 samt en varmesløyfe 9 nederst og en kuldesløyfe 8 øverst. Både varmesløyfen 9 og kuldesløyfen 8 er utstyrt med pumper til å drive sirkulasjonen i sløyfene. Termisk energioverføring kan med en slik løsning foregå med "rør i rør" varmeveksling over en stor del av den termiske energiveksleren før den overføres til energisløyfen 4. I figur 7 er det vist en flytende konstruksjon av et energisystem som beskrevet i figur 6. Den termiske energiveksleren består av mange systemer som leverer varme til en felles varmesløyfe 9 i nedre del samt kulde til en felles kuldesløyfe 8 i den øvre Figure 6 shows a system which consists of both a thermal energy exchanger 3 and a heating loop 9 at the bottom and a cold loop 8 at the top. Both the heating loop 9 and the cold loop 8 are equipped with pumps to drive the circulation in the loops. With such a solution, thermal energy transfer can take place with "pipe in pipe" heat exchange over a large part of the thermal energy exchanger before it is transferred to the energy loop 4. Figure 7 shows a floating construction of an energy system as described in Figure 6. The thermal the energy exchanger consists of many systems that deliver heat to a common heating loop 9 in the lower part and cold to a common cold loop 8 in the upper

delen. Varmesløyfen 9 er her betydelig lenger enn kuldesløyfen 8 for å sikre en stabil konstruksjon med lavt tyngdepunkt og et oppdriftspunkt som ligger vesentlig høyere. Turbin-/ generatoranordningene 7 i nedre del vil typisk være utskiftbare enheter som er tilpasset for å kunne heves til overflaten for vedlikehold og reparasjoner. Ved å ha flere turbin-/ generatorløsninger 7 vil hver enhet bli enklere å håndtere samtidig som en utkobling av en enhet kan foregå uten at all energiproduksjon må stoppe. Figur 8 viser det samme energisystemet som i figur 6 og 7, men som en bunnfast konstruksjon med tre energisystemer i stedet for en flytende konstruksjon med forankring 10 og med ett energisystem. the part. The heating loop 9 is here significantly longer than the cold loop 8 to ensure a stable construction with a low center of gravity and a buoyancy point that is significantly higher. The turbine/generator devices 7 in the lower part will typically be replaceable units which are adapted to be able to be raised to the surface for maintenance and repairs. By having several turbine/generator solutions 7, each unit will be easier to handle, while disconnection of a unit can take place without all energy production having to stop. Figure 8 shows the same energy system as in Figures 6 and 7, but as a bottom-fixed construction with three energy systems instead of a floating construction with anchorage 10 and with one energy system.

Et energisystem med termiske energivekslere vil kunne bygges i mange varianter og også kunne tilpasses for energilagring eksempelvis termisk energilagring eller trykkluftlagring. Med energihenting fra flere energikilder vil anlegget kunne bli et effektivt energisystem som kan levere forutsigbar kraft som er konkurransedyktig med andre kraftkilder. Siden energisystemene gir best effekt med energisløyfer som har stor avstand mellom topp og bunn, vil det være fordelaktig med feltutbygginger på større dyp med felles strømkabel til land eller til offshore installasjoner i nærheten. På samme måte som et OTEC-anlegg eller en vindkraftutbygging kan effekten fra slike anlegg være fra et par hundre megawatt til flere gigawatt. En fordel med denne type energisystemer er at de har høy effekt per areal og kan levere effekt av betydning. I tillegg kan de bygges ut uten å skjemme eller skade miljøet rundt. Et annet fortrinn er at de har få bevegelige deler, der utskifting av plugger utgjør det største vedlikeholdsarbeidet ved siden av turbin-/ generatordelen og annet vedlikehold. An energy system with thermal energy exchangers can be built in many variants and can also be adapted for energy storage, for example thermal energy storage or compressed air storage. With energy retrieval from several energy sources, the facility will be able to become an efficient energy system that can deliver predictable power that is competitive with other power sources. Since the energy systems give the best effect with energy loops that have a large distance between top and bottom, it will be advantageous to have field developments at greater depths with a common power cable to land or to offshore installations nearby. In the same way as an OTEC plant or a wind power development, the effect from such plants can be from a few hundred megawatts to several gigawatts. An advantage of this type of energy system is that they have a high output per area and can deliver significant output. In addition, they can be expanded without spoiling or damaging the surrounding environment. Another advantage is that they have few moving parts, where the replacement of plugs constitutes the biggest maintenance work next to the turbine/generator part and other maintenance.

Claims

1. Thermal energy exchanger (3) comprising one or more media that circulates in a closed loop (11) where the level difference between top and bottom of the loop (11) is at least 400 meters, characterized in that when the contents of the loop (11) circulate, heat is generated when the contents are moved downwards as well as cold when the contents are moved upwards, where said heat and cold are transferred to one or more separate media where the separated amount of thermal energy is indirectly or directly used for power production or for an increase in energy in an energy system.

2. Thermal energy exchanger according to claim 1, characterized in that the pressure difference between top and bottom of the loop is at least 10 bar, preferably 15 bar or more.

3. Thermal energy exchanger according to claim 1, characterized in that liquid particles absorb heat during compression and cold during decompression, thereby limiting the temperature development in the system during circulation of the contents.

4. Thermal energy exchanger according to claim 1, characterized in that in addition to the internal medium in the loop, the loop comprises piston devices which circulate in the loop and section the medium in the loop into smaller volumes.

5. Thermal energy exchanger according to claim 4, characterized in that the piston devices function as plugs (2) which with their own weight and associated mass constitute a pressure on underlying sections, where the pressure in each section is mainly a function of the number of overlying plugs.

6. Thermal energy exchanger according to claim 5, characterized in that the plugs (2) collect and distribute liquid particles to each section.

7. Thermal energy exchanger according to claim 6, characterized in that the liquid particles are distributed in spray or droplet form.

8. Thermal energy exchanger according to claim 5, characterized in that the loop is equipped with a device to be able to replace plugs if necessary.

9. Thermal energy exchanger according to claim 1, characterized in that thermal energy is supplied from other energy sources and helps to increase the total amount of thermal energy that is transferred to the separated medium.

10. Application of the thermal energy exchanger in accordance with one or more of claims 1-9 in an energy system for power production or energy storage, where the thermal energy exchanger (3) supplies thermal energy directly or indirectly to an energy loop (4) which has a level difference between top and bottom of over 800 metres, where one or more power converters for power production are directly or indirectly connected to the energy loop (4).

11. Application according to claim 10, where a heating loop (9) transfers heat from the thermal energy exchanger (3) to the energy loop (4) and where the lower part of the heating loop protrudes a minimum of 400 meters below the closed loop of the thermal energy exchanger.

12. Application according to claim 11, where the lower part of the heating loop (9) gives the lower part of the construction a negative buoyancy when placed in a marine environment and, together with the thermal energy exchanger's positive buoyancy in the upper part, will give the construction advantageous stability with a low center of gravity and high buoyancy point

13. Application according to claim 11, where the energy system comprises a tower which extends the level difference between top and bottom in the energy loop, and a cold loop transfers cold from the thermal energy exchanger (3) to the energy loop (4).

14. Application according to claim 10, where the thermal energy exchanger (3) produces thermal energy by circulation of the contents, where heat is generated by increasing pressure at increasing depth and cold is generated by decreasing pressure at decreasing depth.

15. Application according to claim 10, where liquid particles in spray or droplet form contribute to reducing the temperature development due to pressure variations internally in the thermal energy exchanger.