WO2012048670A2 - Verfahren und vorrichtung zur speicherung und abgabe von energie - Google Patents

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WO2012048670A2
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Peter Wolf
Wolfgang Jaske
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Peter Wolf
Wolfgang Jaske
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
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    • F01K21/04—Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of steam and gas; Plants generating or heating steam by bringing water or steam into direct contact with hot gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/12—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having two or more accumulators

Definitions

  • the invention relates to a method for storage and release of energy, wherein the energy is stored partly in water, wherein the water is heated. Furthermore, the invention relates to a device for storing and releasing energy with a gas pressure accumulator.
  • Energy storage power plants to store excess energy to make it available at peak load times have long been known. These power plants are many different techniques for energy storage, such. As chemical storage, mechanical storage with moving flywheels, pump buzzing or compressed air storage in various designs on.
  • the energy storage medium according to the invention also preferably the media gas and water are used.
  • CONFIRMATION COPY stored in the form of hot water or steam, which heats stored on demand compressed air by means of the stored heat, and then to drive with the heated air, a hot air turbine, which converts the energy stored by compressed air back into electricity.
  • the waste heat of the air compressor unit is stored in a hot water storage to increase the efficiency of the turbine. Hot water is withdrawn from this hot water tank as needed and added to a partial pressure evaporator of the compressed air prior to entering the turbine for power generation.
  • the waste heat of the air compressor unit is used for energy and on the other hand, the turbine power is increased in the combustion of a fuel.
  • the hot water defined in the partial pressure evaporator must be sprayed into the compressed air to maintain the desired mixing ratio, with increasing emptying of the compressed air storage, the pressure conditions change greatly, which in turn makes the operation difficult.
  • Compressed Air Energy Storage In compressed air storage using the AA-CAES process, the waste heat generated during compression of the compressed air is stored in heat accumulators of various types and different liquid or solid storage media. As a result, more air can be stored at the same storage volume and pressure. When removing the compressed air, this is heated to prevent cooling directly or by means of heat exchangers with the previously stored separately stored waste heat. The preheated compressed air is then fed to power generation of a compressed air turbine.
  • This technique can increase the efficiency of energy storage to about 70% compared to about 40% for non-adiabatic storage. For this purpose, however, air compressor systems are required, which can work stably at high temperatures of about 700 ° C and memory large amounts of heat at high temperatures of z. B. 650 ° C store and if necessary, can give away quickly enough again.
  • DE Compressed Air Energy Storage
  • the air storage power plants are usually due to the high temperatures to solid storage, due to the low
  • Thermal conductivity of the materials used have a poor heat transfer performance.
  • the solids used have a significantly lower heat storage capacity than, for example, water or oil.
  • a disadvantage of this type of energy storage and operation is that the stored energy is transmitted exclusively by the medium air with its low energy storage capacity, so that for the storage of energy disproportionately large pressure vessel in the form of z.
  • the invention is based on the object to solve the problems described in the storage and removal of energy in the form of heat and pressurized gas and to provide the energy in the shortest possible time while increasing the efficiency of energy storage in adiabatic systems.
  • Water pressure accumulator for energy output defined pressure conditions prevail and the delivery of water or steam can be done under controlled and predetermined conditions.
  • the emptying of the water pressure accumulator must not be a complete emptying, but of course, the circumstances and the requirements also be a partial emptying.
  • the presented invention offers the possibility of stabilizing the supply of energy from naturally highly fluctuating renewable energies such as e.g. Solar or wind energy.
  • the energy is not stored mainly in the gaseous medium and with the aid of the resulting in the compression of the compressed air and stored waste heat, the decompression for
  • the waste heat produced during the compression of a gas is used as the main energy source and the compressed gas for pressure regulation and pressure bias to store the waste heat energy and to provide it again.
  • the technical problem to be solved is that a liquid, which is kept liquid under conditions of high vapor pressure, evaporates in the reservoir as soon as the container is emptied. For evaporation enthalpy is needed and the liquid cools down. This in turn means that no removal under stable static
  • the invention relates to an energy storage, preferably operated with pressurized, hot water as a storage medium, wherein the physical conditions of the water in the storage container are kept constant when emptying.
  • This is preferably achieved in that a tempered and heated gas or superheated steam is replenished demand-oriented via a valve, so that the water in the memory can not evaporate and thus the water is deprived of energy as enthalpy of vaporization.
  • the pressure side preferably, the pressure side
  • a gas compression for storing the gas in the gas pressure accumulator takes place and the heat generated thereby is used to heat the water pressure accumulator.
  • the water pressure accumulator is emptied by the delivery of steam and thus a turbine is then driven to generate electricity.
  • other power generation machines can be used. It is preferred that in the turbine or another
  • Energy generating machine unusable energy is then used in other ways, in particular in an evaporation condenser for the treatment of raw water to desalinated water is used.
  • an evaporation condenser for the treatment of raw water to desalinated water is used.
  • an even more extensive use of the stored energy can take place.
  • Water pressure accumulator is used to reheat the previously discharged steam after passing through the turbine so that it is used for a second pass through the turbine. Furthermore, it is a favorable embodiment of the invention that the output from the water pressure accumulator steam before passing through the
  • Turbine is heated further with a superheater.
  • the effectiveness of the process can be further increased.
  • a portion of the compressed gas is stored in the water pressure accumulator, so that the hot
  • Water in the water pressure accumulator can not evaporate.
  • the gas in the gas pressure accumulator preferably has at least the same pressure as the water stored in the water pressure accumulator. This can effectively prevent the hot water from evaporating in the water pressure accumulator.
  • the water from the water pressure accumulator is used directly as process steam. Even so, a good use of the energy stored in the water is possible.
  • the task of storing and releasing energy with a gas pressure accumulator is achieved in that the device a water pressure accumulator and a gas pressure accumulator, that the water pressure accumulator is connected to the gas pressure accumulator so that the pressure in the water pressure accumulator is adjustable and can be emptied to release energy of the water pressure accumulator at a correspondingly adjusted pressure.
  • the settings are conveniently carried out so that the physical
  • the pressure is adjustable so that the water pressure accumulator emits water vapor during emptying.
  • the release of water vapor is not absolutely necessary since it is also possible, for example, to work with a downstream overheating, in which steam is then produced.
  • the emptying does not have to be complete, but takes place to the extent that energy, in particular in the form of water vapor, is required.
  • the gas pressure accumulator and the water pressure accumulator with a gas compressor and associated gas pressure lines form a closed gas cycle.
  • the number of gas pressure accumulator and the water pressure accumulator is preferably at least two.
  • the number of gas pressure accumulator and water pressure accumulator can be increased arbitrarily in this closed gas cycle, so for example, to three, four or more water pressure accumulator.
  • each water pressure accumulator is assigned a separate gas pressure accumulator.
  • the water pressure accumulator is connected via a steam line with a power generation unit, in particular a turbine or piston engine, wherein in the steam line preferably a steam control valve is arranged, with which the steam pressure is adjusted for operation of the turbine.
  • the gas compressor, the cooling water pipe, the pressurized water tank, a cooling water pump, a steam line, a turbine, the evaporation condenser, a water pipe, a water tank, a water pipe and a water pump preferably form a closed water cycle.
  • the gas pressure accumulator and the water pressure accumulator are connected to each other via a gas pressure line, in which a pressure control valve is arranged, with which the pressure is adjusted, with which the water pressure accumulator is biased during the emptying process.
  • a pressure control valve is arranged, with which the pressure is adjusted, with which the water pressure accumulator is biased during the emptying process.
  • a heat exchanger for cooling the raw water supplied to the condenser is still arranged in the energy recovery circuit.
  • this heat exchanger is adjustable in its performance. The amount of energy needed to produce the biased gas is several orders of magnitude smaller than the enthalpy of vaporization of the water in the water pressure accumulator, so that the energy required to maintain pressure and temperature is very small relative to the stored energy.
  • the gas compressor unit is with
  • Cooled water in a cooling circuit wherein the water of the cooling circuit absorbs and stores the heat energy resulting from the gas compression.
  • the water is advantageously and according to the invention at temperatures just below the value for critical water (374.15 ° C, 221, 2 bar) heated, with higher or lower temperatures in others
  • the water of the cooling circuit is collected in pressure vessels, which are acted upon by a part of the compressed gas from the closed gas cycle, wherein the applied pressure of the compressed gas may be higher than the actual pressure of the hot water.
  • compressed gas at least equal but preferably higher pressure is stored in one or more accumulator and surge tanks.
  • a turbine or other suitable unit as steam or superheated steam is supplied and relaxed and can thereby perform work that can be used to generate electricity.
  • Known measures to increase the efficiency of a steam turbine can be used at this point.
  • the method according to the invention has the advantage that the temperature and the pressure of the hot water (steam) can be kept constant during the emptying over the complete contents of the water containers and the energy can be provided at the desired temperature and pressure level.
  • compressed gas from the surge tanks in the hot water storage tanks are routed through an adjustable pressure reducing valve set to the desired working pressure.
  • the steam is condensed in a condensation unit arranged behind the turbine or other energy conversion unit, so that a vacuum is created and the entire working band is used and losses can be minimized.
  • the condensation unit the water and possibly entrained compressed gas is separated and recovered.
  • the condensation unit can, for. Example, consist of a described in the patent application 102008045201.7 evaporation condenser, so that the waste heat on a still well usable
  • Temperature level is incurred, for. B. can be used to obtain demineralized water.
  • the water cycle which changes over the phase change from liquid to gas and vice versa, thermal and kinetic energy into mechanical, is also closed.
  • This has the advantage that as usual in steam technology unproblematic desalted water can be used.
  • the water is again supplied to one or more free storage tanks, the gas accordingly free pressure vessels, where it can be stored at any pressure depending on the version.
  • Pressurized water storage is the fact that the energy stored in the water can also be used directly in process steam and heating circuits. Since the ability of the water to store energy is much greater than that of the air, in the inventive arrangement for the same storage capacity much smaller memory can be used as z. B. in conventional compressed air storage.
  • FIG. 1 shows one of the inventions presented here
  • the gas compressor 2 is supplied with usable energy as drive power.
  • the gas compressor 2 is advantageously supplied from an energy source 1 with electrical energy.
  • the energy source 1 can also provide mechanical energy for driving the gas compressor 2.
  • the gas compressor 2 forms with the gas pressure lines 3, 6, 9, the gas pressure accumulator 4 and the water pressure accumulator 8 a gas circulation.
  • the gas compressor 2 is cooled during the gas compression process via the cooling circuit consisting of the cooling water lines 10, 11, the cooling water pump 12 and the water pressure accumulator 8, so that the resulting during the gas compression process in the gas compressor 2 heat energy dissipated and stored in the water pressure accumulator 8 in the form of hot water becomes.
  • the cooling water of the cooling circuit is heated by recording the heat energy of the gas compressor 2 to advantageously about 370 ° C, ie just below the critical value, while at another
  • the gas of the gas circulation is compressed by the gas compressor 2 at least to the value corresponding to the temperature of the water of about 220 bar, with higher pressures possible and may be more advantageous under certain conditions.
  • a portion of the compressed gas is preferably in the water pressure accumulator 8, so that the water in the water pressure accumulator 8 can not evaporate and is biased.
  • the gas pressure accumulator 4 which is connected via a gas pressure line 6 to the water pressure accumulator 8.
  • a pressure control valve 7 is arranged in the gas pressure line 6 between the gas pressure accumulator 4 and the water pressure accumulator 8.
  • the pressure control valve 7 serves to adjust the gas pressure, with the gas flows from the gas pressure accumulator 4 via the gas pressure line 6 in the water pressure accumulator 8 to keep the pressure in the water pressure accumulator 8 at the desired level during emptying.
  • Other technical solutions for water gas management are also possible.
  • the hot water from the water pressure accumulator 8 is for relaxation and to perform work via a steam line 13 and a superheater 36 of an energy conversion unit, in this example, a turbine 15 is supplied.
  • a steam control valve 14 is provided, through which the steam of the hot water from the water pressure accumulator 8 is set to the desired pressure in front of the turbine 15.
  • Other measures of pressure control are also possible.
  • the turbine 15 drives a power generator 16 to generate electrical energy from the thermal energy and the mechanical energy.
  • the relaxed, cooled steam is fed downstream of the turbine 15 via a steam line 17 according to the invention to an evaporation condenser 18 or another use. In the evaporation condenser 18, the steam is condensed, so that a negative pressure is created, which supports the energy conversion process.
  • the desalinated water of the cooling circuit of the gas compressor 2 is recovered as condensate.
  • Condensate is fed from the evaporation condenser 18 via a water line 19 to a water reservoir 20.
  • the water is preferably kept ready for the cooling circuit of the gas compressor 2 and pumped as needed, so in renewed compression process for energy storage, via a water pipe 21 and a feed pump 22 in the cooling circuit of the gas compressor 2, preferably in the water pressure accumulator 8.
  • a water pipe 21 and a feed pump 22 in the cooling circuit of the gas compressor 2
  • a water pressure accumulator 8 possibly entrained gas from the gas cycle is separated from the water in the water tank 20 and made available to the gas compressor 2 via a suction line 34 and a valve 35 again.
  • the cooling and condensation of the vapor in the evaporation condenser 18 is achieved by evaporation of raw water on the evaporator side of the evaporation condenser 18 and the associated energy transfer.
  • raw water can z. B. seawater can be used, so that the evaporation condenser 18 using the waste heat from the power generation in the turbine 15 allows the treatment of seawater to service water.
  • the raw water is held in the exemplary arrangement described in Figure I in a raw water reservoir 23 and fed via a raw water line 25 by raw water pump 24 to the evaporation condenser 18.
  • the water vapor produced by evaporation is supplied via a steam line 26 to a condenser 27, where the energy contained in the water vapor to another energy recovery cycle, consisting of the raw water pipes 28, 29, the raw water circulation pump 30 and the heat exchanger 31 as a cooler, is transmitted.
  • the raw water is preheated in the raw water reservoir 23, so that the energy loss is minimal.
  • Figure II is a simpler form of energy recovery and
  • the raw water is fed directly to the condenser 27 as a cooling medium and is thus preheated for the evaporation process in the evaporation condenser 18.
  • the achievable energy recovery rate is lower than in the sketched in Figure I.
  • the condensate obtained in the condenser 27 is fed via a service water pipe 32 to a service water collecting tank 33.

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Abstract

Überschüssige Energie wird in der Gasverdichtereinheit zur Komprimierung eines Gases in einem geschlossenen Gaskreislauf genutzt. Die Gasverdichtereinheit wird mit Wasser in einem Kühlkreislauf gekühlt, wobei das Wasser des Kühlkreislaufs die Wärmeenergie, die bei der Gaskompression anfällt, aufnimmt und speichert. Das Wasser des Kühlkreislaufs wird in Druckbehältern gesammelt, die mit einem Teil des komprimierten Gases aus dem geschlossenen Gaskreislauf beaufschlagt werden. Zusätzlich wird komprimiertes Gas in einem Druckspeicher- und Ausgleichsbehältern gespeichert. Zur Energieentnahme wird das heiße Wasser aus den Druckbehältern z. B. einer Turbine als Dampf zugeführt und entspannt und kann dadurch als Dampf Arbeit verrichten, die zur Stromerzeugung genutzt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass die Temperatur und der Druck des heißen Wassers, während der Entleerung über den kompletten Inhalt der Druckwasserbehälter konstant gehalten werden. Hierzu wird zusätzlich zum bereits in den Wasser (Dampf) beinhaltenden Speicherbehältern vorhandenen komprimierten Gas, komprimiertes Gas aus den Druckausgleichsbehältern in die Speicherbehälter für heißes Wasser über ein regelbares Druckminderungsventil geleitet, das auf den gewünschten Arbeitsdruck eingestellt ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Speicherung und Abgabe von Energie
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Speicherung und Abgabe von Energie, bei dem die Energie zum Teil in Wasser gespeichert wird, wobei das Wasser erhitzt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Speicherung und Abgabe von Energie mit einem Gasdruckspeicher.
Energiespeicherkraftwerke zur Speicherung überschüssiger Energie, um diese zu Spitzenlastzeiten wieder zur Verfügung zu stellen, sind seit langem bekannt. Diesen Kraftwerken liegen viele verschiedene Techniken zur Energiespeicherung, wie z. B. chemische Speicher, mechanische Speicher mit bewegten Schwungmassen, Pumphöhenspeicher oder auch Druckluftspeicher in verschiedenen Ausführungen zu Grunde.
Zum besseren Verständnis der hier vorgeschlagenen Erfindung sollen lediglich die verschiedenen Ausführungen der Druckluftspeicherkraftwerke zum
Vergleich betrachtet werden, da zur erfindungsgemäßen Energiespeicherung ebenfalls bevorzugt die Medien Gas und Wasser verwendet werden.
Druckluftspeicherkraftwerke und die damit verbundene Art des Betriebs dieser Kraftwerke sind seit langem bekannt. So werden z. B. in der Patentschrift DE
2615439 C2 und der dort zitierten Literatur Vorschläge zur Realisierung einer solchen Technik unterbreitet. In der deutschen Patentschrift DE 2615439 C2 selbst wird eine Weiterentwicklung vorgeschlagen, die unter Nutzung der Abwärme aus der Verbrennung eines Brennstoffs in einer Turbine die Energie
BESTÄTIGUNGSKOPIE in Form von Heißwasser oder Dampf speichert, die bei Bedarf gespeicherte Druckluft mittels der gespeicherten Wärme erhitzt, um dann mit der erhitzten Luft eine Heißluftturbine anzutreiben, die die mittels Druckluft gespeicherte Energie wieder in Strom umwandelt.
In einer weiteren Weiterentwicklung wie in DE 4427987 beschrieben, wird zur Steigerung des Wirkungsgrads der Turbine die Abwärme der Luftverdichtereinheit in einem Heisswasserspeicher gespeichert. Aus diesem Heißwasserspeicher wird bei Bedarf heißes Wasser entnommen und einem Partialdruckverdampfer der komprimierten Druckluft vor dem Eintritt in die Turbine zur Stromerzeugung zugesetzt. Dadurch wird zum einen die Abwärme der Luftverdichtereinheit energetisch genutzt und zum anderen wird die Turbinenleistung bei der Verbrennung eines Brennstoffs erhöht. Hierfür ist allerdings ein größerer Aufwand bei der Anlagentechnik zu betreiben, da das heiße Wasser definiert im Partialdruckverdampfer in die Druckluft eingesprüht werden muss, um das gewünschte Mischungsverhältnis beizubehalten, wobei sich bei zunehmender Entleerung des Druckluftspeichers die Druckverhältnisse stark ändern, was wiederum den Betrieb erschwert.
In einer Weiterentwicklung, beispielsweise in der Projektbeschreibung „Entwicklung und Untersuchung eines neuartigen Konzeptes zur Großtechnischen Speicherung elektrischer Energie mittels Druckluft- und Wärmespeicherung: „Isobares Gu D-Druckluftspeicherkraftwerk mit Wärmespeicher Isobaric Adiabatic Compressed Air Energy Storage Combine Cycle (ISACOAST-CC)" der technischen Universität Braunschweig wird mittels eines Wasserreservoirs, das oberhalb des Druckluftspeichers angeordnet ist, während des Entleerungsvorgangs Wasser in den Druckluftspeicher eingelassen um sein Volumen zu verringern, so dass der Druck der Druckluft zumindest für einen längeren Zeitraum konstant gehalten wird. Nachteilig hierbei sind der erhöhte Leistungsaufwand zur Bewegung des Wassers und der enorme Speicherplatzbedarf für das Wasser. Diese Techniken sind allesamt unter dem Oberbegriff CAES (Compressed Air Energy Storage) bekannt.
In den letzten Jahren wurde verstärkt auf dem Gebiet der adiabaten Druckluftspeicherung unter dem Oberbegriff AA-CAES (Advanced Adiabatic
Compressed Air Energy Storage) geforscht. Bei der Druckluftspeicherung mittels AA-CAES Verfahren wird die bei der Komprimierung der Druckluft anfallende Abwärme in Wärmespeichern verschiedener Bauart und unterschiedlicher flüssiger oder fester Speichermedien gespeichert. Dadurch kann bei gleich bleibendem Speichervolumen und gleichem Druck mehr Luft gespeichert werden. Bei der Entnahme der Druckluft wird diese zur Verhinderung einer Abkühlung direkt oder mittels Wärmetauscher mit der zuvor getrennt gespeicherten Abwärme erhitzt. Die vorgewärmte Druckluft wird dann zur Stromerzeugung einer Druckluftturbine zugeführt. Durch diese Technik kann der Wirkungsgrad der Energiespeicherung auf ca. 70 % gegenüber ca. 40 % bei nichtadiabater Speicherung erhöht werden. Hierfür sind allerdings Luftverdichteranlagen erforderlich, die bei hohen Temperaturen von ca. 700 °C stabil arbeiten können und Speicher die große Mengen Wärme bei hohen Temperaturen von z. B. 650°C speichern und bei Bedarf auch schnell genug wieder abgeben können. In den Patentanmeldungen DE
102006022783, DE 102008047557 und DE 102009036550 sind solche Wärmespeicher beschrieben.
Bei den Luftspeicherkraftwerken handelt es sich in der Regel auf Grund der hohen Temperaturen um Feststoffspeicher, die bedingt durch die geringe
Wärmeleitfähigkeit der eingesetzten Materialien (hauptsächlich Beton und Keramik) eine schlechte Wärmetransferleistung aufweisen. Gleichzeitig haben die verwendeten Feststoffe eine deutlich geringere Wärmespeicherkapazität als beispielsweise Wasser oder Öl. Nachteilig bei dieser Art der Energiespeicherung und Betriebsweise ist, dass die gespeicherte Energie ausschließlich durch das Medium Luft mit seiner geringen Energiespeicherkapazität übertragen wird, so dass zur Speicherung der Energie unverhältnismäßig große Druckbehälter in Form von z. B. unterirdischen Salzkavernen vorzuhalten sind. Die Ablufttemperatur der entspannten Druckluft nach der Energieabgabe in z. B. einer Druckluftturbine und das große Volumen der entspannten Luft erschweren oder verhindern eine weitere Nutzung der restlichen Energie auf niedrigerem Niveau. Auch der
Wirkungsgrad steigernde Einsatz eines Kondensators, der Druckluftturbine nachgeschaltet, ist nicht möglich. Ein weiterer Nachteil der adiabaten Druckluftspeicherkraftwerke ist, dass sie Verfahrens- und kostenbedingt nur als Spitzenlastkraftwerke fungieren können, da ein gleichzeitiges Be- und Entladen der Energiespeicher nicht oder nur unter erheblichem Aufwand möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die beschriebenen Probleme bei der Speicherung und Entnahme von Energie in Form von Wärme und unter Druck stehendem Gas zu lösen und die Energie in kürzester Zeit bei gleichzeitiger Erhöhung des Wirkungsgrads der Energiespeicherung in adiabaten Systemen zur Verfügung zu stellen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorrichtungsmäßig wird die Aufgabe mit einer
Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei einem Verfahren zur Speicherung und Abgabe von Energie, bei dem die Energie zum Teil in Wasser gespeichert wird, wobei das Wasser erhitzt wird, ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass die Energie in einem Wasserdruckspeicher gespeichert wird, und dass die Abgabe der Energie durch Entleerung des Wasserdruckspeichers erfolgt, wobei auf das Wasser im Wasserdruckspeicher durch eine druckseitige Verbindung mit einem Gasdruckspeicher ein Druck ausgeübt wird. Die Energie wird also primär nicht in einem Gasdruckspeicher, sondern in einem Wasserdruckspeicher gespeichert, wobei die Energie durch Druck- und Wärmeänderung gespeichert wird. Erfindungsgemäß wird ein zusätzlicher Gasdruckspeicher bereitgestellt, der das Wasser im Wasserdruckspeicher unter einem definierten Druck hält, so dass auch bei Entleerung des
Wasserdruckspeichers zur Energieabgabe definierte Druckverhältnisse herrschen und die Abgabe des Wassers bzw. von Wasserdampf bei kontrollierten und vorgegebenen Bedingungen erfolgen kann. Die Entleerung des Wasserdruckspeichers muss dabei keine vollständige Entleerung sein, sondern kann natürlich den Umständen und den Erfordernissen entsprechend auch eine teilweise Entleerung sein.
Zusätzlich bietet die vorgestellte Erfindung die Möglichkeit der Verstetigung der Energiebereitstellung aus naturgemäß stark schwankenden erneuerbaren Energien wie z.B. Sonnen- oder Windenergie. Des Weiteren wird durch
Parallelschaltung mehrerer Energiespeichersysteme der erfindungsgemäßen Art und deren getrennter Regelung das System über einen weiten Bereich die gespeicherte Energie wieder abgegeben und kann so bis in den Grundlastbereich genutzt werden.
Grundsätzlich unterschiedlich zu allen anderen vorgestellten Systemen zur Energiespeicherung mittels Druckluft oder eines anderen Gases wird erfindungsgemäß die Energie nicht hauptsächlich im gasförmigen Medium gespeichert und unter Zuhilfenahme der bei der Komprimierung der Druckluft anfallenden und gespeicherten Abwärme, die bei der Dekompression zur
Leistungserhöhung genutzt wird, wieder abgegeben. Bei der vorgestellten Erfindung wird die bei der Kompression eines Gases anfallende Abwärme als Hauptenergiequelle und das komprimierte Gas zur Druckregelung und Druckvorspannung die Abwärmeenergie zu speichern und wieder bereit zu stellen, genutzt. Hieraus ergeben sich einige technische und vor allem auch wirtschaftliche Vorteile. Das dabei zu lösende technische Problem liegt darin, dass eine Flüssigkeit, die unter Bedingungen eines hohen Dampfdrucks flüssig gehalten wird, im Vorratsbehälter verdampft, sobald der Behälter entleert wird. Dafür wird Verdampfungsenthalpie benötigt und die Flüssigkeit kühlt ab. Dies hat wiederum zur Folge, dass keine Entnahme unter stabilen statischen
Bedingungen möglich ist.
Gegenstand der Erfindung ist ein Energiespeicher, bevorzugt mit unter Druck stehendem, heißen Wasser als Speichermedium betrieben, bei dem die physikalischen Verhältnisse des Wassers im Speicherbehälter bei Entleerung konstant gehalten werden. Dies wird bevorzugt dadurch erreicht, dass ein vorgespanntes und erhitztes Gas oder auch überhitzter Wasserdampf über ein Ventil bedarfsorientiert nachgeliefert wird, so dass das Wasser im Speicher nicht Verdampfen kann und somit dem Wasser keine Energie als Verdampfungsenthalpie entzogen wird. Bevorzugt ist die druckseitige
Verbindung vom Gasdruckspeicher zum Wasserdruckspeicher so gesteuert, dass die Entleerung des Wasserdruckspeichers bei konstantem Druck und gleichbleibender Temperatur im Wasserdruckspeicher erfolgt. Dies ist die besonders bevorzugte Ausgestaltung. Denkbar sind auch schwankende oder abweichende Verhältnisse, bei denen jedoch gemäß obiger Ausführungen insbesondere beachtet wird, dass das Wasser im Speicher nicht verdampfen kann. Bevorzugt wird dabei in dem Gasdruckspeicher ein sauerstofffreies Gas verwendet. Dies kann in einer besonders günstigen Ausgestaltung auch überhitzter Wasserdampf sein. Auch wenn der Gasdruckspeicher als eine getrennte Einheit verwendet werden kann, der dem Wasserdruckspeicher zugeordnet wird, ist es bevorzugt, wenn der Gasdruckspeicher in das gesamte Verfahren einbezogen wird. Bevorzugt erfolgt dies dadurch, dass bei der Energiespeicherung eine Gaskompression zur Speicherung des Gases in dem Gasdruckspeicher erfolgt und die dabei erzeugte Wärme zur Aufheizung des Wasserdruckspeichers verwendet wird. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der Wasserdruckspeicher durch Abgabe von Dampf entleert und damit wird dann eine Turbine zur Erzeugung von Strom angetrieben. Neben Turbinen können auch andere Energieerzeugungsmaschinen verwendet werden. Bevorzugt ist es dabei, dass die in der Turbine oder einer anderen
Energieerzeugungsmaschine nicht nutzbare Energie dann auf andere Weise genutzt wird, insbesondere in einem Verdunstungskondensator zur Aufbereitung von Rohwasser zu entsalztem Wasser genutzt wird. So kann eine noch weitergehende Nutzung der gespeicherten Energie erfolgen. Weiterhin ist es eine bevorzugte Ausgestaltung, wenn die Energie des
Wasserdruckspeichers dazu genutzt wird, den vorher abgegebenen Dampf nach dem Durchlauf durch die Turbine wieder zu erwärmen, damit dieser für einen zweiten Durchgang durch die Turbine verwendet wird. Weiterhin ist es eine günstige Ausgestaltung der Erfindung, dass der aus dem Wasserdruckspeicher abgegebene Dampf vor dem Durchgang durch die
Turbine mit einem Überhitzer weiter erhitzt wird. So kann die Effektivität des Verfahrens weiter gesteigert werden.
In einer anderen Weiterentwicklung der Erfindung wird ein Teil des komprimierten Gases im Wasserdruckspeicher gespeichert, so dass das heiße
Wasser im Wasserdruckspeicher nicht verdampfen kann. Bevorzugt weist das Gas im Gasdruckspeicher mindestens den gleichen Druck wie das im Wasserdruckspeicher gespeicherte Wasser auf. Dadurch kann effektiv verhindert werden, dass das heiße Wasser im Wasserdruckspeicher verdampft.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Wasser aus dem Wasserdruckspeicher direkt als Prozessdampf verwendet. Auch so ist eine gute Nutzung der in dem Wasser gespeicherten Energie möglich.
Vorrichtungsmäßig wird die Aufgabe zur Speicherung und Abgabe von Energie mit einem Gasdruckspeicher dadurch gelöst, dass die Vorrichtung einen Wasserdruckspeicher und einen Gasdruckspeicher aufweist, dass der Wasserdruckspeicher derart mit dem Gasdruckspeicher verbunden ist, dass der Druck im Wasserdruckspeicher einstellbar ist und zur Energieabgabe der Wasserdruckspeicher bei entsprechend eingestelltem Druck entleerbar ist. Die Einstellungen erfolgen dabei günstigerweise so, dass die physikalischen
Bedingungen konstant bleiben. Der Wasserdruckspeicher ist dann bei konstantem Druck und ohne Abkühlung auch vollständig entleerbar.
Insbesondere ist der Druck so einstellbar, dass der Wasserdruckspeicher bei der Entleerung Wasserdampf abgibt. Die Abgabe von Wasserdampf ist dabei jedoch nicht zwingend erforderlich, da auch beispielsweise mit einer nachgeschalteten Überhitzung gearbeitet werden kann, bei der dann die Dampferzeugung erfolgt. Die Entleerung muss dabei nicht vollständig sein, sondern erfolgt jeweils in dem Umfang, in dem Energie, insbesondere in Form von Wasserdampf, benötigt wird. Bevorzugt bilden der Gasdruckspeicher und der Wasserdruckspeicher mit einem Gasverdichter und zugehörigen Gasdruckleitungen einen geschlossenen Gaskreislauf. Die Zahl der Gasdruckspeicher und der Wasserdruckspeicher beträgt dabei bevorzugt mindestens zwei. Die Zahl der Gasdruckspeicher und Wasserdruckspeicher kann in diesem geschlossenen Gaskreislauf beliebig weiter erhöht werden, also z.B. auch auf drei, vier oder mehr Wasserdruckspeicher. Bevorzugt ist dabei jedem Wasserdruckspeicher ein separater Gasdruckspeicher zugeordnet. Es ist jedoch auch denkbar, eine Vielzahl von Wasserdruckspeichern mit einem Gasdruckspeicher zu verbinden und die Gasbeaufschlagung bzw. Druckbeaufschlagung durch das vorgespannte Gas des Gasdruckspeichers in allen Wasserdruckspeichern vorzunehmen. In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Wasserdruckspeicher über eine Dampfleitung mit einer Energieerzeugungseinheit, insbesondere einer Turbine oder Kolbenmaschine verbunden, wobei in der Dampfleitung bevorzugt ein Dampfregelventil angeordnet ist, mit dem der Dampfdruck zum Betrieb der Turbine eingestellt wird. Der Gasverdichter, die Kühlwasserleitung, der Druckwasserspeicher, eine Kühlwasserpumpe, eine Dampfleitung, eine Turbine, der Verdunstungskondensator, eine Wasserleitung, ein Wasserspeicher, eine Wasserleitung und eine Wasserpumpe bilden bevorzugt einen geschlossenen Wasserkreislauf. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind der Gasdruckspeicher und der Wasserdruckspeicher über eine Gasdruckleitung miteinander verbunden, in der ein Druckregelventil angeordnet ist, mit dem der Druck eingestellt wird, mit dem der Wasserdruckspeicher während des Entleerungsvorgangs vorgespannt wird. In einer anderen besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der
Turbine ein Verdunstungskondensator nachgeordnet, in dem durch direkte Energieübertragung aus der Kondensation des Wasserdampfs aus der Turbine auf zu verdunstendes Rohwasser mittels Verdunstung und Kondensation in einem Kondensator entsalztes Wasser gewonnen wird. Dabei wird die Energie bevorzugt aus durch den Verdunstungskondensator erzeugten Wasserdampf zur Gewinnung entsalzten Wassers in einem Energierückgewinnungskreislauf, bestehend aus dem Kondensator, den Rohwasserleitungen und der Rohwasserkreislaufpumpe zur Vorheizung des Rohwassers in einem Rohwasservorlagenbehälter genutzt. Dadurch kann die vorhandene Energie besonders effektiv genutzt werden. Günstigerweise ist dabei noch im Energierückgewinnungskreislauf ein Wärmetauscher zur Kühlung des dem Kondensator zugeführten Rohwassers angeordnet. Bevorzugt ist dieser Wärmetauscher in seiner Leistung regelbar. Die Energiemenge, die zur Herstellung des vorgespannten Gases benötigt wird, ist um mehrere Größenordnungen kleiner als die Verdampfungsenthalpie des Wassers im Wasserdruckspeicher, so dass der Energiebedarf zur Druck- und Temperatur-Aufrechterhaltung sehr gering im Verhältnis zur gespeicherten Energie ist.
Die Zuführungsform und die Zuführungsart der Energie ist nicht Gegenstand der Erfindung. In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird überschüssiger Strom oder eine andere Energieform, die geeignet ist eine z. B. Gasverdichtereinheit anzutreiben, in der Gasverdichtereinheit zur Komprimierung eines Gases in einem geschlossenen Gaskreislauf genutzt. Die Gasverdichtereinheit wird mit
Wasser in einem Kühlkreislauf gekühlt, wobei das Wasser des Kühlkreislaufs die Wärmeenergie, die bei der Gaskompression anfällt, aufnimmt und speichert. Das Wasser wird dabei vorteilhaft und erfindungsgemäß auf Temperaturen bis knapp unter dem Wert für kritisches Wasser (374,15°C, 221 ,2 bar) erhitzt, wobei höhere oder tiefere Temperaturen bei anderer
Betriebsweise des gefundenen Verfahrens möglich sind. Das Wasser des Kühlkreislaufs wird in Druckbehältern gesammelt, die mit einem Teil des komprimierten Gases aus dem geschlossenen Gaskreislauf beaufschlagt werden, wobei der beaufschlagte Druck des komprimierten Gases höher sein kann als der eigentliche Druck des heißen Wassers. Zusätzlich wird komprimiertes Gas mit mindestens gleichem aber bevorzugt höherem Druck in einem oder mehreren Druckspeicher- und Ausgleichsbehältern gespeichert. Zur Energieentnahme und Energieumwandlung wird das heiße Wasser aus den Druckbehältern direkt oder über einen Erhitzer zur Erreichung des überkritischen Zustande dann einer Turbine oder einem anderen geeigneten Aggregat als Dampf oder überhitzter Dampf zugeführt und entspannt und kann dadurch Arbeit verrichten, die zur Stromerzeugung genutzt werden kann. Bekannte Maßnahmen zur Erhöhung des Wirkungsgrads einer Dampfturbine können an dieser Stelle genutzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass die Temperatur und der Druck des heißen Wassers (Dampf), während der Entleerung über den kompletten Inhalt der Wasserbehälter konstant gehalten und die Energie auf gewünschtem Temperatur- und Druckniveau bereitgestellt werden kann. Hierzu wird zusätzlich zum bereits in den Wasser (Dampf) beinhaltenden Speicherbehältern vorhandenen komprimierten Gas, während des Entleerungsvorgangs komprimiertes Gas aus den Druckausgleichsbehältern in die Speicherbehälter für heißes Wasser über ein regelbares Druckminderungsventil, das auf den gewünschten Arbeitsdruck eingestellt ist, geleitet. Der Wasserdampf wird erfindungsgemäß in einer, hinter der Turbine oder anderen Energiewandlungseinheit angeordneten Kondensationseinheit kondensiert, so dass ein Unterdruck entsteht und das gesamte Arbeitsband genutzt und Verluste minimiert werden können. In der Kondensationseinheit wird das Wasser und ggf. mitgeschlepptes Druckgas getrennt und zurück gewonnen. Die Kondensationseinheit kann z. B. aus einem in der Patentanmeldung 102008045201.7 beschriebenen Verdunstungskondensator bestehen, so dass die Abwärme, die auf einem noch gut nutzbarem
Temperaturniveau anfällt, z. B. zur Gewinnung entsalzten Wassers genutzt werden kann.
Der Wasserkreislauf, der über den Phasenwechsel von flüssig zu gasförmig und umgekehrt thermische und kinetische Energie in mechanische umwandelt, ist ebenfalls geschlossen. Das hat den Vorteil, dass wie in der Dampftechnik üblich unproblematisches entsalztes Wasser verwendet werden kann. Das Wasser wird wieder einem oder mehreren freien Speicherbehältern, das Gas dementsprechend freien Druckbehältern zugeführt, wo es je nach Ausführung bei beliebigem Druck gespeichert werden kann. Der Vorteil eines
Druckwasserspeichers liegt darin, dass die im Wasser gespeicherte Energie auch in Prozessdampf- und Heizkreiskreisläufen direkt verwendet werden kann. Da die Fähigkeit des Wassers Energie zu speichern, wesentlich größer ist als die der Luft, können bei der erfindungsgemäßen Anordnung für die gleiche Speicherkapazität sehr viel kleinere Speicher eingesetzt werden als z. B. bei herkömmlichen Druckluftspeichern. Figur I zeigt einer der hier vorgestellten Erfindung entsprechenden, nach
Aggregaten und Bauteilen aufgelisteten, beispielhaften Anordnung eines kombinierten Speicherkraftwerks mit nach geschalteter Anlage zur Erzeugung entsalzten Wassers. Andere Abwärmenutzungen als die Wasseraufbereitung wie z. B. Kraft - Wärme - Kopplung sind auch möglich, werden aber nicht gesondert dargestellt. Die einfach gestrichelte Linie bezeichnet den Energiefluss. Die doppelte Linie, bei der eine dickere und eine dünnere Linie verwendet wird, bezeichnet den Gasfluss. Die dreifache Linie, mit der dickeren Linie in der Mitte und den beiden äußeren dünneren Linien bezeichnet den FIuss von Dampf. Die einfach durchgezogene Linie bezeichnet den FIuss von Wasser. Dies gilt sowohl für Figur 1 als auch für Figur 2.
Aus einer Energiequelle 1 wird dem Gasverdichter 2 als Antriebsleistung nutzbare Energie zugeführt. Der Gasverdichter 2 wird dabei vorteilhaft aus einer Energiequelle 1 mit elektrischer Energie versorgt. Die Energiequelle 1 kann aber auch mechanische Energie zum Antrieb des Gasverdichters 2 bereitstellen. Der Gasverdichter 2 bildet mit den Gasdruckleitungen 3, 6, 9, dem Gasdruckspeicher 4 und dem Wasserdruckspeicher 8 einen Gaskreislauf. Der Gasverdichter 2 wird während des Gasverdichtungsvorgangs über den Kühlkreislauf, bestehend aus den Kühlwasserleitungen 10, 11 , der Kühlwasserpumpe 12 und dem Wasserdruckspeicher 8 gekühlt, so dass die während des Gasverdichtungsvorgangs im Gasverdichter 2 entstehende Wärmeenergie abgeführt und im Wasserdruckspeicher 8 in Form von heißem Wasser gespeichert wird. Das Kühlwasser des Kühlkreislaufs wird durch die Aufnahme der Wärmeenergie des Gasverdichters 2 bis auf vorteilhaft ca. 370 °C, also knapp unterhalb des kritischen Wertes erhitzt, wobei bei anderer
Betriebsweise des Systems andere, niedrigere und höhere Temperaturen möglich sind. Das Gas des Gaskreislaufs wird durch den Gasverdichter 2 mindestens auf den der Temperatur des Wassers entsprechenden Wert von ca. 220 bar verdichtet, wobei höhere Drücke möglich und unter bestimmten Bedingungen vorteilhafter sein können. Ein Teil des verdichteten Gases befindet sich bevorzugt im Wasserdruckspeicher 8, so dass das Wasser im Wasserdruckspeicher 8 nicht verdampfen kann und vorgespannt wird. Der größte Teil des verdichteten Gases des Gaskreislaufs befindet sich im Gasdruckspeicher 4, der über eine Gasdruckleitung 6 mit dem Wasserdruckspeicher 8 verbunden ist. In der Gasdruckleitung 6 zwischen dem Gasdruckspeicher 4 und dem Wasserdruckspeicher 8 ist ein Druckregelventil 7 angeordnet. Das Druckregelventil 7 dient der Einstellung des Gasdrucks, mit dem Gas aus dem Gasdruckspeicher 4 über die Gasdruckleitung 6 in den Wasserdruckspeicher 8 nachströmt, um den Druck im Wasserdruckspeicher 8 bei der Entleerung auf gewünschtem Niveau konstant zu halten. Andere technische Lösungen zum Wasser -Gasmanagement sind auch möglich.
Das heiße Wasser aus dem Wasserdruckspeicher 8 wird zum Entspannen und zur Verrichtung von Arbeit über eine Dampfleitung 13 und einem Überhitzer 36 einer Energiewandlungseinheit, in diesem Beispiel einer Turbine 15 zugeführt. In der Dampfleitung 13 ist ein Dampfregelventil 14 vorgesehen, durch das der Dampf des heißen Wassers aus dem Wasserdruckspeicher 8 auf den gewünschten Druck vor der Turbine 15 eingestellt wird. Andere Maßnahmen der Druckregelung sind auch möglich. Die Turbine 15 treibt einen Stromgenerator 16 an, um aus der Wärmeenergie und der mechanischen Energie elektrische Energie zu erzeugen. Der entspannte, abgekühlte Dampf wird der Turbine 15 nachgeschaltet über eine Dampfleitung 17 erfindungsgemäß einem Verdunstungskondensator 18 oder einer anderen Nutzung zugeführt. In dem Verdunstungskondensator 18 wird der Dampf kondensiert, so dass ein Unterdruck entsteht, der den Energiewandlungsprozess unterstützt. Gleichzeitig wird das entsalzte Wasser des Kühlkreislaufs des Gasverdichters 2 als Kondensat zurück gewonnen. Das
Kondensat wird aus dem Verdunstungskondensator 18 über eine Wasserleitung 19 einem Wasserspeicher 20 zugeführt. Hier wird bevorzugt das Wasser für den Kühlkreislauf des Gasverdichters 2 bereit gehalten und bei Bedarf, also bei erneutem Verdichtungsvorgang zur Energiespeicherung, über eine Wasserleitung 21 und einer Speisepumpe 22 in den Kühlkreislauf des Gasverdichters 2, bevorzugt in den Wasserdruckspeicher 8 gepumpt. Eventuell beim Entspannungsvorgang aus dem Wasserdruckspeicher 8 über die Turbine 15 und dem Verdunstungskondensator 18 ggf. mitgeschlepptes Gas aus dem Gaskreislauf wird im Wasserspeicher 20 vom Wasser getrennt und über eine Saugleitung 34 und einem Ventil 35 dem Gasverdichter 2 wieder zur Verfügung gestellt.
Die Abkühlung und Kondensation des Dampfes im Verdunstungskondensator 18 wird durch Verdunstung von Rohwasser auf der Verdunsterseite des Verdunstungskondensators 18 und der damit verbundenen Energieübertragung erreicht. Als Rohwasser kann z. B. Meerwasser genutzt werden, so dass der Verdunstungskondensator 18 unter Nutzung der Abwärme aus der Stromerzeugung in der Turbine 15 die Aufbereitung von Meerwasser zu Brauchwasser ermöglicht. Das Rohwasser wird in der beispielhaft beschriebenen Anordnung in Figur I in einem Rohwasservorlagebehälter 23 vorgehalten und über eine Rohwasserleitung 25 mittels Rohwasserpumpe 24 dem Verdunstungskondensator 18 zugeführt. Der durch Verdunstung entstehende Wasserdampf wird über eine Wasserdampfleitung 26 einem Kondensator 27 zugeführt, wo die im Wasserdampf enthaltene Energie an einen weiteren Energierückgewinnungskreislauf, bestehend aus den Rohwasserleitungen 28, 29, der Rohwasserkreislaufpumpe 30 und dem Wärmetauscher 31 als Kühler, übertragen wird. Über diesen Energierückgewinnungskreislauf wird das Rohwasser im Rohwasservorlagebehälter 23 vorgewärmt, so dass der Energieverlust minimal ist. In Figur II ist eine einfachere Form der Energierückgewinnung und
Übertragung auf das Rohwasser dargestellt. Das Rohwasser wird direkt dem Kondensator 27 als Kühlmedium zugeführt und wird so für den Verdunstungsprozess im Verdunstungskondensator 18 vorgewärmt. Bei dieser Variante ist der erreichbare Energierückgewinnungsgrad geringer als bei der in Figur I skizzierten. Das im Kondensator 27 gewonnene Kondensat wird über eine Brauchwasserleitung 32 einem Brauchwassersammelbehälter 33 zugeführt.

Claims

Patentansprüche , Verfahren zur Speicherung und Abgabe von Energie, bei dem die Energie zum Teil in Wasser gespeichert wird, wobei das Wasser erhitzt wird,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Energie in einem Wasserdruckspeicher (8) gespeichert wird, dass die Abgabe der Energie durch Entleerung des Wasserdruckspeichers (8) erfolgt, wobei
auf das Wasser im Wasserdruckspeicher (8) durch eine druckseitige Verbindung mit einem Gasdruckspeicher (4) ein Druck ausgeübt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die druckseitige Verbindung vom Gasdruckspeicher (4) zum Wasserdruckspeicher (8) so gesteuert wird, dass die Entleerung des Wasserdruckspeichers (8) über den gesamten Entleerungsvorgang bei konstantem Druck und gleichbleibender Temperatur im Wasserdruckspeicher (8) erfolgt.
3^ Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gasdruckspeicher ein sauerstofffreies Gas verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Energiespeicherung eine Gaskompression zur Speicherung des Gases in dem Gasdruckspeicher (4) erfolgt und die dabei erzeugte Wärme zur Aufheizung des Wasserdruckspeichers (8) verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdruckspeicher (8) durch Abgabe von Dampf entleert wird und damit eine Energieerzeugungseinheit (15) zur Erzeugung von Strom angetrieben wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die nach Durchgang durch die Turbine in dem Wasser, insbesondere dem
Wasserdampf noch enthaltene Energie in einem Verdunstungskondensator zur Aufbereitung von Rohwasser zu entsalztem Wasser genutzt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie des Wasserdruckspeichers
(8) dazu genutzt wird, den vorher abgegebenen Dampf nach dem Durchlauf durch die Turbine (15) wieder zu erwärmen, damit dieser für einen zweiten Durchgang durch die Turbine (15) verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Wasserdruckspeicher (8) abgegebene Dampf vor dem Durchgang durch die Turbine (15) mit einem Überhitzer (36) weiter erhitzt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des komprimierten Gases im
Wasserdruckspeicher (8) gespeichert wird, so dass das heiße Wasser im Wasserdruckspeicher (8) nicht verdampfen kann.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas im Gasdruckspeicher (4) mindestens den gleichen Druck aufweist, wie das im Wasserdruckspeicher (8) gespeicherte Wasser.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser aus dem Wasserdruckspeicher (8) direkt als Prozessdampf verwendet wird.
13. Vorrichtung zur Speicherung und Abgabe von Energie mit einem Gasdruckspeicher, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Wasserdruckspeicher (8) und einen Gasdruckspeicher (4) aufweist,
dass der Wasserdruckspeicher (8) derart mit dem Gasdruckspeicher (4) verbunden ist, dass der Druck im Wasserdruckspeicher (8) einstellbar ist, und dass zur Energieabgabe der Wasserdruckspeicher (8) bei entsprechend eingestelltem Druck entleerbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdruckspeicher (4) und der Wasserdruckspeicher (8) mit einem Gasverdichter (2) und zugehörigen Gasdruckleitungen (3,6,9) einen geschlossenen Gaskreislauf bilden.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der Gasdruckspeicher und der Wasserdruckspeicher mindestens jeweils zwei beträgt.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdruckspeicher (8) über eine Dampfleitung (13) mit einer Turbine (15) verbunden ist, wobei in der Dampfleitung (13) ein Dampfregelventil (14) angeordnet ist, mit dem der Dampfdruck zum Betrieb der Turbine eingestellt wird.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasverdichter (2), die Kühlwasserleitungen (10,11), der Druckwasserspeicher (8), eine Kühlwasserpumpe (12), eine Dampfleitung (13), eine Turbine (15), eine Dampfleitung (17), der Verdunstungskondensator ( 8), eine Wasserleitung (19), ein Wasserspeicher (20), eine Wasserleitung (21) und eine Wasserpumpe (22) einen geschlossenen Wasserkreislauf bilden.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdruckspeicher (4) und der Wasserdruckspeicher (8) über eine Gasdruckleitung (6) miteinander verbunden sind, in der ein Druckregelventil (7) angeordnet ist, mit dem der Druck eingestellt wird, mit dem der Wasserdruckspeicher (8) während des Entladevorgangs vorgespannt wird.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbine (15) ein Verdunstungskondensator (18) nachgeordnet ist, in dem durch direkte Energieübertragung aus der Kondensation des Wasserdampfs aus der Turbine (15) auf zu verdunstendes Rohwasser mittels
Verdunstung und Kondensation in einem Kondensator (27) entsalztes Wasser gewonnen wird.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie aus durch den Verdunstungskondensator erzeugten Wasserdampf zur Gewinnung entsalzten Wassers in einem Energierückgewinnungskreislauf, bestehend aus dem Kondensator (27), den Rohwasserleitungen (28,29) und der Rohwasserkreislaufpumpe (30) zur Vorheizung des Rohwassers in einem Rohwasservorlagenbehälter (23) genutzt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass im Energierückgewinnungskreislauf ein Wärmetauscher (31) zur Kühlung des dem Kondensator (27) zugeführten Rohwassers angeordnet ist, wobei der Wärmetauscher (31) in seiner Leistung regelbar ist.
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