WO2013087321A2 - Energiespeichervorrichtung mit offenem ladekreislauf zur speicherung saisonal anfallender elektrischer überschussenergie - Google Patents

Energiespeichervorrichtung mit offenem ladekreislauf zur speicherung saisonal anfallender elektrischer überschussenergie Download PDF

Info

Publication number
WO2013087321A2
WO2013087321A2 PCT/EP2012/072450 EP2012072450W WO2013087321A2 WO 2013087321 A2 WO2013087321 A2 WO 2013087321A2 EP 2012072450 W EP2012072450 W EP 2012072450W WO 2013087321 A2 WO2013087321 A2 WO 2013087321A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat
line
storage device
energy storage
expansion turbine
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/072450
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2013087321A3 (de
Inventor
Carsten Graeber
Christian Brunhuber
Gerhard Zimmermann
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to US14/364,380 priority Critical patent/US9322297B2/en
Priority to EP12788178.7A priority patent/EP2764215B1/de
Priority to ES12788178.7T priority patent/ES2611357T3/es
Priority to CN201280061822.XA priority patent/CN103987925B/zh
Publication of WO2013087321A2 publication Critical patent/WO2013087321A2/de
Publication of WO2013087321A3 publication Critical patent/WO2013087321A3/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D17/00—Regenerative heat-exchange apparatus in which a stationary intermediate heat-transfer medium or body is contacted successively by each heat-exchange medium, e.g. using granular particles

Definitions

  • Energy storage device with open charging circuit for storing seasonal excess electrical energy
  • the need to store energy results in particular from the steadily increasing share of power plants from the renewable energy sector.
  • the goal of energy storage is to make the power plants with renewable energies so usable in the power transmission networks that renewable energy can also be accessed with a time delay, so as to save fossil fuels and thus C0 2 emissions.
  • US 2010/0257862 A1 describes a principle of a known energy storage device in which a piston engine is used. According to US Pat. No. 5,436,508, it is also known that energy storage devices for storing thermal energy can also temporarily store overcapacities in the use of wind energy for the production of electrical current.
  • Such energy storage convert when charging the memory electrical energy into thermal energy and store the thermal energy. When unloading the thermal energy is converted back into electrical energy.
  • Thermal energy storage is stored and stored, and the power to be stored, are placed on the dimensions of thermal energy storage correspondingly high demands. Alone due to the size of thermal energy storage can therefore be very expensive to buy. If the energy store is elaborately designed for this, or the actual heat storage medium is expensive to purchase or expensive to operate, the acquisition and operating costs cost of a thermal energy storage quickly put the economics of energy storage in question.
  • the heat exchanger surfaces are often designed to be very large.
  • the large number and length of the heat exchanger tubes can thereby greatly increase the cost of the heat exchanger, which can not be compensated even by a cost storage material.
  • heat exchangers based on inexpensive materials have been designed mainly in the form of a direct exchange of the heat carrier, such as air, and the storage material, such as sand or rock, to replace large heat exchangers.
  • the fluid bed technique known in the art has not been used to the extent that would be required for seasonal storage of renewable surplus energy.
  • a direct heat exchange also entails a relatively complicated handling of the solid, which is not economical for a large store.
  • a working gas such as air
  • the working gas can be performed either in a closed or an open charging circuit or additional circuit.
  • An open circuit always uses ambient air as working gas. This is sucked from the environment and released at the end of the process also in this, so that the environment closes the open circuit.
  • a closed circuit also allows the use of a different working gas than ambient air. This working gas is guided in the closed circuit. Since a relaxation in the environment with simultaneous adjustment of the ambient pressure and the ambient temperature is eliminated, the working gas must be passed in the case of a closed circuit through a heat exchanger, which is a dissipation of heat of the working gases allowed to the environment. Since dehumidified air or other working gases can be used in a closed circuit, can be dispensed with a multi-stage design of the compressor and a water separator. The disadvantage here, however, the additional cost of the purchase and operation of an additional heat exchanger after the expansion turbine, or before the compressor to heat the working gas to working temperature for the compressor. During operation, this reduces the efficiency of the energy storage device.
  • the charging circuit for the storage of thermal energy in the heat accumulator is designed as an open circuit, and the compressor is constructed of two stages, wherein between the stages, a water separator is provided for the working gas.
  • a water separator is provided for the working gas.
  • the object of the inventions invention is to provide a low-cost energy storage device for storing thermal energy based on inexpensive storage materials, which has an improved efficiency. It is important special to avoid the disadvantages of the prior art.
  • the object of the invention is also to specify a method by which thermal energy can be stored in cost-effective storage materials under improved efficiency.
  • an energy storage device for storing thermal energy comprises a charge cycle for a working gas comprising a compressor, a heat accumulator and an expansion turbine, wherein the compressor and the expansion turbine are mounted on a common Shaft are arranged, and wherein the compressor outlet side is connected to the entrance of the expansion turbine via a first power for the working gas, and the heat storage is connected in the first line, and the compressor on the inlet side connected to a line, the open to the atmosphere is, and the expansion turbine on the outlet side connected to a line which is open to the atmosphere, so that a relation to the ambient air open circuit is formed.
  • the expansion turbine is now connected via a line for a hot gas with the heat storage, so that the working gas can be heated in the expansion turbine by heat from the heat storage.
  • This line which is in particular not identical to the first line, ensures that a partial flow of hot air is passed to the heat storage to the expansion turbine.
  • the core of the invention is that a partial flow of hot air is passed to the heat storage to the expansion turbine to be performed in analogy to gas turbines in the turbine blades to avoid icing problems at the cold end of the expansion turbine.
  • the recuperation of the compressor waste heat is made possible by the fact that in the thermal storage only high temperature heat, eg> 320 ° C is used. Heat at a lower temperature level is used to preheat the ambient air at the compressor inlet, thereby reducing the electrical energy requirements of quasi-adiabatic compression and enabling high heat pump efficiencies.
  • the heat exchange during recuperation can either take place directly in an air-to-air heat exchanger or through an intermediate circuit with an efficient heat transfer medium (eg thermal oil).
  • the circulation is like a
  • the air charging circuit serves to generate high temperature heat which allows for efficient reconversion but alternatively can also be used directly, e.g. for district heating.
  • a direct temperature exchange with the hot compressed air (when charging) and the water / steam (during unloading) with the storage material is preferred (direct admission).
  • the expansion turbine also reduces the energy expenditure for compaction by being located on the same shaft as the compressor and significantly aids the compressor.
  • the heat storage can be cheaper by not using recovery of the lower temperatures, since the heat exchanger can be made smaller. In total, a considerable increase in the efficiency of the energy storage is achieved by the inventive measure.
  • the energy storage device according to the invention is much cheaper to buy than a conventional energy storage device in which the working gas is largely completely cooled in the heat exchanger.
  • a heat exchanger is provided, which is connected on the primary side in the first line for the working gas after the heat storage, and the secondary side is connected to the compressor supplying line, so that heat from the working gas to the sucked ambient air in the Compressor feeding line is transferable.
  • a first additional heater is provided, which is connected in the first line for the working gas, in front of the expansion turbine, so that the working gas before entering the expansion turbine can be heated.
  • the additional heating can be done electrically.
  • the additional heating a further increase in efficiency can be realized by raising the maximum storage temperature before the heat storage.
  • a second additional heater is provided, which is connected in the first line in front of the heat accumulator, so that the working gas can be heated before it enters the heat accumulator.
  • the storage of the stored energy can be done for example via a steam cycle.
  • the thermal energy can be seasonal surplus energy of a power plant with renewable energies.
  • a storage material for the heat storage of the heat exchanger process are particularly porous materials, sand, gravel, rock, concrete, water or saline.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung (1) zur Speicherung thermischer Energie, mit einem Ladekreislauf (2) für ein Arbeitsgas (3), umfassend einen Verdichter (4), einen Wärmespeicher (5) und eine Expansionsturbine (6), wobei der Verdichter (4) und die Expansionsturbine (6) auf einer gemeinsamen Welle (14) angeordnet sind, und wobei der Verdichter (4) austrittsseitig mit dem Eintritt der Expansionsturbine (6) über eine erste Leistung (7) für das Arbeitsgas (3) verbunden ist, und der Wärmespeicher (5) in die erste Leitung (7) geschaltet ist, wobei der Verdichter (4) eintrittseitig mit einer Leitung (30) verbunden ist, die gegenüber der Atmosphäre (A) offen ist, und die Expansionsturbine (6) austrittseitig mit einer Leitung (31) verbunden ist, die gegenüber der Atmosphäre (A) offen ist, sodass ein gegenüber der Umgebungsluft offener Kreislauf gebildet ist, und wobei die Expansionsturbine (6) über eine Leitung (33) für ein Heißgas mit dem Wärmespeicher (5) verbunden ist, sodass das Arbeitsgas (3) in der der Expansionsturbine (6) durch Wärme aus dem Wärmespeicher (5) erwärmbar ist.

Description

Beschreibung
Energiespeichervorrichtung mit offenem Ladekreislauf zur Speicherung saisonal anfallender elektrischer Überschussener- gie
Die Notwendigkeit zur Speicherung von Energie ergibt sich insbesondere aus dem stetig anwachsenden Anteil an Kraftwerksanlage aus dem Sektor der erneuerbaren Energien. Ziel der Energiespeicherung ist es dabei, die Kraftwerke mit erneuerbaren Energien derart in den Stromübertragungsnetzen nutzbar zu machen, dass auf erneuerbar erzeugte Energie auch zeitversetzt zugegriffen werden kann, um so fossile Energieträger und somit C02 Emissionen einzusparen.
Die US 2010/0257862 AI beschreibt ein Prinzip einer bekannten Energiespeichervorrichtung, bei der eine Kolbenmaschine zum Einsatz kommt. Gemäß der US 5,436,508 ist es überdies bekannt, dass durch Energiespeichervorrichtungen zur Speiche- rung thermischer Energie auch Überkapazitäten bei der Nutzung von Windenergie zur Herstellung elektrischen Stroms zwischengespeichert werden können.
Derartige Energiespeicher wandeln beim Laden des Speichers elektrische Energie in thermische Energie um und speichern die thermische Energie. Beim Entladen wird die thermische Energie wieder in elektrische Energie umgesetzt.
Aufgrund der Zeitspanne die ein Energiespeicher zu überbrü- cken hat, also die Zeit, über die Energie in bzw. aus dem
Energiespeicher ein- und ausgespeichert wird, und der Leistung die es zu speichern gilt, sind an die Dimensionen thermische Energiespeicher entsprechend hohe Anforderungen gestellt. Schon allein aufgrund der Baugröße können thermische Energiespeicher daher sehr teuer in der Anschaffung werden. Ist der Energiespeicher dazu aufwendig gestaltet, oder das eigentliche Wärmespeichermedium teuer in der Anschaffung oder aufwendig im Betrieb, können die Anschaffungs- und Betriebs- kosten für einen thermischen Energiespeicher schnell die Wirtschaftlichkeit der Energiespeicherung in Frage stellen.
Aufgrund der oft geringen Wärmeleitfähigkeit der kostengüns- tigen Speichermaterialien sind oft die Wärmetauscherflächen sehr groß auszulegen. Die große Anzahl und Länge der Wärmetauscherrohre lassen dabei die Kosten des Wärmetauschers stark ansteigen, welche selbst durch ein kostengünstiges Speichermaterial nicht mehr kompensiert werden können.
Bisher wurden Wärmetauscher auf Basis kostengünstiger Materialien hauptsächlich in Form eines direkten Austausches des Wärmeträgers, wie beispielsweise Luft, und des Speichermaterials, wie beispielsweise Sand oder Gestein, ausgestaltet um große Wärmetauscher zu ersetzen. Die in der Technik prinzipiell bekannte Wirbelschichttechnik wurde bisher nicht in einer Größenordnung angewandt, die für eine saisonale Speicherung von erneuerbaren Überschussenergie erforderlich wären. Ein direkter Wärmeaustausch bringt zudem einen relativ kom- plizierten Umgang mit dem Feststoff mit sich, was für einen Großspeicher nicht wirtschaftlich ist.
Als Wärmeträgermedium kommt ein Arbeitsgas, wie beispielsweise Luft, zum Einsatz. Das Arbeitsgas kann dabei wahlweise in einem geschlossenen oder einem offenen Ladekreislauf oder Zusatzkreislauf geführt werden.
Ein offener Kreislauf verwendet als Arbeitsgas immer Umgebungsluft. Diese wird aus der Umgebung angesaugt und am Ende des Prozesses auch wieder in diese entlassen, so dass die Umgebung den offenen Kreislauf schließt. Ein geschlossener Kreislauf erlaubt auch die Verwendung eines anderen Arbeitsgases als Umgebungsluft. Dieses Arbeitsgas wird in dem geschlossenen Kreislauf geführt. Da eine Entspannung in die Um- gebung bei gleichzeitiger Einstellung des Umgebungsdruckes und der Umgebungstemperatur entfällt, muss das Arbeitsgas im Falle eines geschlossenen Kreislaufes durch einen Wärmetauscher geführt werden, der eine Abgabe von Wärme des Arbeits- gases an die Umgebung erlaubt. Da in einem geschlossenen Kreislauf auch entfeuchtete Luft oder andere Arbeitsgase verwendet werden können, kann auf eine mehrstufige Ausgestaltung des Verdichters und einen Wasserabscheider verzichtet werden. Nachteilig ist hier jedoch der zusätzliche Kostenaufwand für die Anschaffung und den Betrieb eines zusätzlichen Wärmetauschers nach der Expansionsturbine, bzw. vor dem Verdichter, um das Arbeitsgas auf Arbeitstemperatur für den Verdichter zu erwärmen. Im Betrieb ist dadurch die Energiespeichervorrich- tung im Wirkungsgrad geschmälert.
Alternativ kann vorgesehen werden, dass der Ladekreislauf für die Speicherung der thermischen Energie in dem Wärmespeicher als offener Kreislauf ausgebildet ist, und der Verdichter aus zwei Stufen aufgebaut ist, wobei zwischen den Stufen ein Wasserabscheider für das Arbeitsgas vorgesehen ist. Hierbei wird dem Umstand Rechnung getragen, dass in der Umgebungsluft Luftfeuchtigkeit enthalten ist. Durch eine Entspannung des Arbeitsgases in einer einzigen Stufe kann es dazu kommen, dass die Luftfeuchtigkeit aufgrund der starken Abkühlung des Arbeitsgases auf beispielsweise -100°C kondensiert und hierbei die Expansionsturbine beschädigt. Insbesondere können Turbinenschaufeln durch Vereisung nachhaltig beschädigt werden. Eine Entspannung des Arbeitsgases in zwei Schritten er- möglicht es jedoch, kondensiertes Wasser in einem Wasserabscheider hinter der ersten Stufe beispielsweise bei 5°C abzuscheiden, so dass dieses bei einer weiteren Abkühlung des Arbeitsgases in der zweiten Turbinenstufe bereits entfeuchtet ist und eine Eisbildung verhindert oder zumindest verringert werden kann. Nachteilig ist jedoch auch hier der erhöhte Kostenaufwand für die Anschaffung eines mehrstufigen Verdichters und eines Wasserabscheiders. Auch ist im Betrieb eine derartige Anlage im Wirkungsgrad geschmälert. Aufgabe der Erfindfindung ist es eine kostengünstige Energiespeichervorrichtung zur Speicherung thermischer Energie auf Basis von kostengünstigen Speichermaterialen anzugeben, die einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist. Dabei gilt es ins- besondere die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden. Aufgabe der Erfindung ist zudem ein Verfahren anzugeben, durch welches sich unter einem verbesserten Wirkungsgrad thermische Energie in kostengünstigen Speichermaterialen speichern lässt.
Gelöst wird die auf eine Vorrichtung gerichtete Aufgabe der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1. Demnach umfasst eine Energiespeichervorrichtung zur Speicherung thermischer Energie einem Ladekreislauf für ein Arbeitsgas, umfassend einen Verdichter, einen Wärmespeicher und eine Expansionsturbine, wobei der Verdichter und die Expansionsturbine auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind, und wo- bei der Verdichter austrittsseitig mit dem Eintritt der Expansionsturbine über eine erste Leistung für das Arbeitsgas verbunden ist, und der Wärmespeicher in die erste Leitung geschaltet ist, und der Verdichter eintrittseitig mit einer Leitung verbunden, die gegenüber der Atmosphäre offen ist, und die Expansionsturbine austrittseitig mit einer Leitung verbunden, die gegenüber der Atmosphäre offen ist, sodass ein gegenüber der Umgebungsluft offener Kreislauf gebildet ist. Erfindungsgemäß ist nun die Expansionsturbine über eine Leitung für ein Heißgas mit dem Wärmespeicher verbunden, sodass das Arbeitsgas in der der Expansionsturbine durch Wärme aus dem Wärmespeicher erwärmbar ist. Diese Leitung, welche insbesondere nicht mit der ersten Leitung identisch ist, gewährleistet, dass ein Teilstrom der Warmluft nach dem Wärmespeicher zur Expansionsturbine geführt wird.
Kern der Erfindung ist es, dass ein Teilstrom der Warmluft nach dem Wärmespeicher zur Expansionsturbine geführt wird, um analog wie bei Gasturbinen in die Turbinenschaufeln geführt zu werden, um Vereisungsprobleme am kalten Ende der Expansi- onsturbine zu vermeiden.
Aufgrund der Rekuperation der Kompressor-Abwärme im Ladekreislauf und der Abgabe von kalter Expansionsluft an die Um- gebung erzielt man eine Wärmepumpeneffizienz deutlich über 100%. Die Rekuperation der Kompressor-Abwärme wird dadurch möglich, dass im Thermospeicher lediglich Hochtemperaturwärme, z.B. >320°C genutzt wird. Wärme auf geringerem Tempera- turniveau wird zur Vorwärmung der Umgebungsluft am Kompressoreintritt verwendet, wodurch sich der elektrische Energiebedarf der quasi -adiabaten Kompression verringert und hohe Wärmepumpeneffizienzen ermöglicht. Der Wärmeaustausch bei der Rekuperation kann entweder direkt in einem Luft-Luft- Wärmetauscher oder durch einen Zwischenkreislauf mit einem effizienten Wärmeträgermedium (z.B. Thermoöl) erfolgen.
Im einfachsten Fall besteht der Kreislauf wie bei einem
Joule-Prozess aus einer Kompression und Entspannung. Die ge- naue Anzahl der Kompressor- und Expanderstufen mit Zwischenkühlung der Luft ist jedoch frei wählbar und muss nach technoökonomischen Gesichtspunkten optimiert werden. Der Luft- Ladekreislauf dient zur Erzeugung von Hochtemperaturwärme, die eine effiziente Rückverstromung ermöglicht, aber alterna- tiv auch direkt verwendet werden kann, z.B. für Fernwärmeerzeugung. Beim Thermo- oder Wärmespeicherspeicher wird aufgrund des höheren Effizienz-Potentials ein direkter Temperaturaustausch mit der heißen Druckluft (beim Laden) und dem Wasser/Dampf (beim Entladen) mit dem Speichermaterial bevor- zugt (direkte Beaufschlagung) .
Die Expansionsturbine verringert zudem den Energieaufwand für die Verdichtung, indem sie auf der gleichen Welle wie der Verdichter angeordnet ist, und den Verdichter wesentlich mit unterstützt.
Da die Abkühlung des Arbeitsgases bei niedrigen Temperaturen sehr große Wärmetauscherflächen erfordert, kann durch den Verzicht auf Verwertung der niedrigeren Temperaturen auch der Wärmespeicher günstiger ausfallen, da der Wärmetauscher kleiner dimensioniert werden kann. In Summe wird durch die erfindungsgemäße Maßnahme eine erhebliche Steigerung des Wirkungsgrades der Energiespeicherung erzielt. Zudem ist die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung wesentlich günstiger in der Anschaffung, als eine herkömmliche Energiespeichervorrichtung, bei der das Arbeitsgas weitgehend vollständig im Wärmetauscher abgekühlt wird.
Bei einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung ist ein Wärmetauscher vorgesehen ist, der primärseitig in die erste Leitung für das Arbeitsgas nach dem Wärmespeicher geschaltet ist, und sekundärseitig in die dem Verdichter zuführende Leitung geschaltet ist, sodass Wärme aus dem Arbeitsgas auf die angesaugte Umgebungsluft in der dem Verdichter zuführenden Leitung übertragbar ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine erste Zusatzheizung vorgesehen, die in die erste Leitung für das Arbeitsgas, vor der Expansionsturbine geschaltet ist, sodass das Arbeitsgas vor Eintritt in die Ex- pansionsturbine erwärmbar ist. Die Zusatzheizung kann elektrisch erfolgen. Durch die Zusatzheizung kann eine weitere Steigerung der Effizienz durch eine Anhebung der maximalen Speichertemperatur vor dem Wärmespeicher realisiert werden. Alternativ oder zusätzlich dazu ist bei einer weiteren Wei- terentwicklung eine zweite Zusatzheizung vorgesehen, die in die erste Leitung vor dem Wärmespeicher geschaltet ist, sodass das Arbeitsgas vor Eintritt in den Wärmespeicher erwärmbar ist. Durch die zweite Zusatzheizung kann die Regelbarkeit und Verfügbarkeit weiter erhöht werden.
Das Ausspeichern der gespeicherten Energie kann zum Beispiel über einen Dampfkreislauf erfolgen.
Die thermische Energie kann saisonal anfallende Überschuss- energie eines Kraftwerks mit erneuerbaren Energien sein. Als Speichermaterial für den Wärmespeicher des Wärmetauscherprozesses eignen sich besonders poröse Materialien, Sand, Kies, Gestein, Beton, Wasser oder Salzlösung.

Claims

Patentansprüche
1. Energiespeichervorrichtung (1) zur Speicherung thermischer Energie, mit einem Ladekreislauf (2) für ein Arbeitsgas (3), umfassend einen Verdichter (4), einen Wärmespeicher (5) und eine Expansionsturbine (6), wobei der Verdichter (4) und die Expansionsturbine (6) auf einer gemeinsamen Welle (14) angeordnet sind, und wobei der Verdichter (4) austrittsseitig mit dem Eintritt der Expansionsturbine (6) über eine erste Lei- tung (7) für das Arbeitsgas (3) verbunden ist, und der Wärmespeicher (5) in die erste Leitung (7) geschaltet ist, und der Verdichter (4) eintrittseitig mit einer Leitung (30) verbunden ist, die gegenüber der Atmosphäre (A) offen ist, und die Expansionsturbine (6) austrittseitig mit einer Leitung (31) verbunden ist, die gegenüber der Atmosphäre (A) offen ist, sodass ein gegenüber der Umgebungsluft offener Kreislauf gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
die Expansionsturbine (6) über eine Leitung (33) für ein Heißgas mit dem Wärmespeicher (5) verbunden ist, sodass das Arbeitsgas (3) in der der Expansionsturbine (6) durch Wärme aus dem Wärmespeicher (5) erwärmbar ist.
2. Energiespeichervorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (33) , welche insbesondere nicht mit der ersten Leitung (7) identisch ist, gewährleistet, dass ein Teilstrom der Warmluft nach dem Wärmespeicher zur Expansionsturbine geführt wird.
3. Energiespeichervorrichtung (1) nach einem der vorhergehen- den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher
(34) vorgesehen ist, der primärseitig in die erste Leitung (7) nach dem Wärmespeicher (5) geschaltet ist, und sekundär- seitig in die Leitung (30) geschaltet ist, sodass Wärme aus dem Arbeitsgas (3) in der ersten Leitung (7) auf die ange- saugte Umgebungsluft in der Leitung (30) übertragbar ist.
4. Energiespeichervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Zu- satzheizung (35) vorgesehen ist, die in die erste Leitung (7) , vor der Expansionsturbine (6) geschaltet ist, sodass das Arbeitsgas (3) vor Eintritt in die Expansionsturbine (6) erwärmbar ist.
5. Energiespeichervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Zusatzheizung (36) vorgesehen ist, die in die erste Leitung (7) vor dem Wärmespeicher (5) geschaltet ist, sodass das Arbeits- gas (3) vor Eintritt in den Wärmespeicher (5) erwärmbar ist.
6. Energiespeichervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend einen Endladekreislauf (9), in den der Wärmespeicher (5) und weiterhin eine Dampf- turbinenanlage (16) mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf (41) geschaltet ist, wobei durch den Wärmetauscher ein Dampf zur Expansion in der Dampfturbinenanlage (16) erzeugbar ist.
7. Energiespeichervorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (5) in den Wasser- Dampf-Kreislauf (41) der Dampfturbinenanlage (16) geschaltet ist, sodass der Dampf direkt in dem Wärmetauscher (5) erzeugbar ist.
8. Energiespeichervorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abhitzedampferzeuger (40) vorgesehen ist, der primärseitig über einen Kreislauf (45) für Heißluft mit dem Wärmespeicher (5) verbunden ist, und sekundärseitig mit dem Wasser-Dampf-Kreislauf (41) der Dampfturbinenanlage (16) verbunden ist.
9. Energiespeichervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermaterial des Wärmespeichers (5) poröse Materialien, Sand, Kies, Gestein, Beton, Wasser oder Salzlösung sind.
10. Energiespeichervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anwendung in einem Kraftwerk welches mit erneuerbaren Energien betrieben wird, zur Speicherung von saisonaler elektrischer Überschussenergie .
PCT/EP2012/072450 2011-12-13 2012-11-13 Energiespeichervorrichtung mit offenem ladekreislauf zur speicherung saisonal anfallender elektrischer überschussenergie WO2013087321A2 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/364,380 US9322297B2 (en) 2011-12-13 2012-11-13 Energy storage installation with open charging circuit for storing seasonally occurring excess electrical energy
EP12788178.7A EP2764215B1 (de) 2011-12-13 2012-11-13 Energiespeichervorrichtung mit offenem ladekreislauf zur speicherung saisonal anfallender elektrischer überschussenergie
ES12788178.7T ES2611357T3 (es) 2011-12-13 2012-11-13 Dispositivo acumulador de energía con circuito de carga abierto para acumular exceso de energía eléctrica de temporada
CN201280061822.XA CN103987925B (zh) 2011-12-13 2012-11-13 有开放式蓄能回路的存储季节性过剩电能的能量存储设备

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011088380.0 2011-12-13
DE102011088380A DE102011088380A1 (de) 2011-12-13 2011-12-13 Energiespeichervorrichtung mit offenem Ladekreislauf zur Speicherung saisonal anfallender elektrischer Überschussenergie

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2013087321A2 true WO2013087321A2 (de) 2013-06-20
WO2013087321A3 WO2013087321A3 (de) 2014-02-13

Family

ID=47215537

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2012/072450 WO2013087321A2 (de) 2011-12-13 2012-11-13 Energiespeichervorrichtung mit offenem ladekreislauf zur speicherung saisonal anfallender elektrischer überschussenergie

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9322297B2 (de)
EP (1) EP2764215B1 (de)
CN (1) CN103987925B (de)
DE (1) DE102011088380A1 (de)
ES (1) ES2611357T3 (de)
PL (1) PL2764215T3 (de)
WO (1) WO2013087321A2 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013210430A1 (de) 2013-06-05 2014-12-11 Siemens Aktiengesellschaft Energiespeichervorrichtung zur Vorwärmung von Speisewasser
DE102013217607A1 (de) * 2013-09-04 2015-03-05 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zum Bereitstellen von Dampf und Dampfbereitstellungsvorrichtung
DE102014017346A1 (de) * 2014-10-17 2016-04-21 Carbon-Clean Technologies Gmbh Verfahren und Speicherkraftwerk zum Ausgleich von Lastspitzen bei der Energieerzeugung und/oder zur Erzeugung von elektrischer Energie

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202012103544U1 (de) 2012-09-18 2013-12-20 Technische Universität Chemnitz System zur Erzeugung von Heißwasser und/oder Dampf mit Hochtemperaturspeicher für den Einsatz in einem Gasturbinenkraftwerk
US10280803B2 (en) 2015-04-24 2019-05-07 Peter Ortmann Energy storage device and method for storing energy
WO2017025466A1 (de) 2015-08-09 2017-02-16 Peter Ortmann Vorrichtung und verfahren zum umwandeln von elektrischer energie in wärme und zum speichern dieser wärme
EP3374603B1 (de) * 2015-11-10 2019-08-14 Peter Ortmann Strom-wärme-strom-speichervorrichtung und verfahren zur lastregelung derselben
EP3269948B1 (de) * 2016-07-15 2022-03-30 Carbon-Clean Technologies GmbH Verfahren zur anpassung der leistung einer dampfturbinen-kraftwerksanlage und dampfturbinen-kraftwerksanlage
EP3532710B1 (de) 2016-10-26 2020-08-26 Peter Ortmann Energiespeichervorrichtung sowie verfahren zur speicherung von energie
DK3379040T3 (da) * 2017-03-20 2021-04-12 Lumenion Gmbh Kraftværk til generering af elektrisk energi og fremgangsmåde til drift af et kraftværk
CN109579176B (zh) * 2018-09-06 2023-06-06 中国科学院工程热物理研究所 一种跨季节蓄冷全年冷却系统及其运行方法
DE102022109705B4 (de) 2022-04-21 2024-06-20 Man Energy Solutions Se Verdichter-Expander-System und Verfahren zum Betreiben desselben

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5436508A (en) 1991-02-12 1995-07-25 Anna-Margrethe Sorensen Wind-powered energy production and storing system
US20100257862A1 (en) 2007-10-03 2010-10-14 Isentropic Limited Energy Storage

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD99415A2 (de) * 1970-09-16 1973-08-05 Luftspeichergasturbineanlage
CH593423A5 (de) * 1976-03-15 1977-11-30 Bbc Brown Boveri & Cie
US4479353A (en) * 1979-10-31 1984-10-30 The Babcock & Wilcox Company Moving bed heat storage and recovery system
US4347706A (en) * 1981-01-07 1982-09-07 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Electric power generating plant having direct coupled steam and compressed air cycles
US4765142A (en) * 1987-05-12 1988-08-23 Gibbs & Hill, Inc. Compressed air energy storage turbomachinery cycle with compression heat recovery, storage, steam generation and utilization during power generation
DE4121460A1 (de) * 1991-06-28 1993-01-14 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt Waermespeichersystem mit kombiniertem waermespeicher
JP2003193865A (ja) * 2001-12-27 2003-07-09 Kansai Tlo Kk ガスタービン発電システム及びガスタービン動力システムおよびその起動方法
CN1231660C (zh) 2002-03-22 2005-12-14 中国科学院工程热物理研究所 利用液化天然气冷分离二氧化碳的燃气轮机发电系统及流程
DE102006008600A1 (de) * 2006-02-13 2007-08-16 Helmut Nopper Effizientes Niedertemperatur-Energieerzeugungsverfahren mit integriertem Energiespeicher
US8261552B2 (en) 2007-01-25 2012-09-11 Dresser Rand Company Advanced adiabatic compressed air energy storage system
EP2331792A2 (de) * 2007-06-06 2011-06-15 Areva Solar, Inc Kombikraftwerk
JP2011518270A (ja) * 2008-03-14 2011-06-23 エナジー コンプレッション エルエルシー 吸着強化圧縮空気エネルギー蓄積
US8136354B2 (en) 2008-03-14 2012-03-20 Energy Compression Inc. Adsorption-enhanced compressed air energy storage
WO2010081883A2 (en) * 2009-01-15 2010-07-22 Sargas As Improvements to fluidized bed combustion
DE102009036167B4 (de) * 2009-07-29 2019-05-09 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Wärmekraftmaschinensystem und Verfahren zum Betreiben einer Wärmekraftmaschine
US20110100010A1 (en) 2009-10-30 2011-05-05 Freund Sebastian W Adiabatic compressed air energy storage system with liquid thermal energy storage
US20110127004A1 (en) * 2009-11-30 2011-06-02 Freund Sebastian W Regenerative thermal energy storage apparatus for an adiabatic compressed air energy storage system
DE102010014833B4 (de) * 2010-04-12 2012-08-30 Dieter Lang Vorrichtung zur thermischen Kopplung von Dampfkraftwerken mit Druckluftspeicherkraftwerken

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5436508A (en) 1991-02-12 1995-07-25 Anna-Margrethe Sorensen Wind-powered energy production and storing system
US20100257862A1 (en) 2007-10-03 2010-10-14 Isentropic Limited Energy Storage

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013210430A1 (de) 2013-06-05 2014-12-11 Siemens Aktiengesellschaft Energiespeichervorrichtung zur Vorwärmung von Speisewasser
DE102013210430B4 (de) * 2013-06-05 2015-07-09 Siemens Aktiengesellschaft Energiespeichervorrichtung zur Vorwärmung von Speisewasser
DE102013217607A1 (de) * 2013-09-04 2015-03-05 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zum Bereitstellen von Dampf und Dampfbereitstellungsvorrichtung
DE102013217607B4 (de) 2013-09-04 2023-12-07 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zum Bereitstellen von Dampf, Verfahren zum Speichern und späteren Bereitstellen von Energie, Dampfbereitstellungsvorrichtungund Verwendung einer Dampfbereitstellungsvorrichtung
DE102014017346A1 (de) * 2014-10-17 2016-04-21 Carbon-Clean Technologies Gmbh Verfahren und Speicherkraftwerk zum Ausgleich von Lastspitzen bei der Energieerzeugung und/oder zur Erzeugung von elektrischer Energie

Also Published As

Publication number Publication date
EP2764215A2 (de) 2014-08-13
US20140338330A1 (en) 2014-11-20
US9322297B2 (en) 2016-04-26
CN103987925B (zh) 2015-11-25
EP2764215B1 (de) 2016-10-19
DE102011088380A1 (de) 2013-06-13
ES2611357T3 (es) 2017-05-08
PL2764215T3 (pl) 2017-06-30
WO2013087321A3 (de) 2014-02-13
CN103987925A (zh) 2014-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2764215B1 (de) Energiespeichervorrichtung mit offenem ladekreislauf zur speicherung saisonal anfallender elektrischer überschussenergie
EP2764216B1 (de) Hochtemperatur-energiespeicher mit rekuperator
EP2574865A1 (de) Energiespeichervorrichtung sowie Verfahren zur Speicherung von Energie
EP2748434B1 (de) Anlage zur speicherung thermischer energie
EP2823156B1 (de) Anlage zur speicherung und abgabe von thermischer energie
EP2574739A1 (de) Anlage zur Speicherung thermischer Energie und Verfahren zu deren Betrieb
EP2808500A1 (de) Wärmepumpe mit einer in einem Kreislauf geschalteten ersten thermischen Fluidenergie-Maschine und zweiten thermischen Fluidenergie-Maschine
DE102010050428A1 (de) Druckstufen-Wärme-Speicherkraftwerk bzw. Energiespeicherverfahren zum zeitweiligen Speichern von Energie in Form von Druckenergie in einem kompressiblen Medium und in Form von Wärmeenergie
WO2015131940A1 (de) Hochtemperatur-energiespeicheranlage und betriebsverfahren hierfür
EP2447506A2 (de) System zur Erzeugung mechanischer und/oder elektrischer Energie
DE102009060089A1 (de) Solarthermisches Kraftwerk und Verfahren zum Betrieb eines solarthermischen Kraftwerks
DE202012103544U1 (de) System zur Erzeugung von Heißwasser und/oder Dampf mit Hochtemperaturspeicher für den Einsatz in einem Gasturbinenkraftwerk
EP2574756A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines adiabatischen Druckluftspeicherkraftwerks und adiabatisches Druckluftspeicherkraftwerk
DE102013210430B4 (de) Energiespeichervorrichtung zur Vorwärmung von Speisewasser
DE102010033956A1 (de) Druckgasspeichervorrichtung mit mindestens einem Druckgastank und mit einer Wärmeaufnahme- und/oder Wärmeübertragungsvorrichtung, insbesondere mit einem Wärmetauscher
DE102014118466B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum vorübergehenden Speichern von Gas und Wärme
WO2013156284A1 (de) Anlage zur speicherung und abgabe von thermischer energie mit einem wärmespeicher und einem kältespeicher und verfahren zu deren betrieb
WO2005056994A1 (de) Luftspeicherkraftanlage
DE102013008445B4 (de) Wärmespeicherkraftwerk
DE102012110579B4 (de) Anlage und Verfahren zur Erzeugung von Prozessdampf
DE102016214447B4 (de) Kraftwerk mit Phasenwechselmaterial-Wärmespeicher und Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerks mit Phasenwechselmaterial-Wärmespeicher
DE102020131706A1 (de) System und Verfahren zur Speicherung und Abgabe von elektrischer Energie mit deren Speicherung als Wärmeenergie
WO2015086588A1 (de) Dampfspeicherung mit latentwärmespeicher und dampf-thermokompressor
EP2708719A1 (de) Erweitertes Gaskraftwerk zur Stromspeicherung
EP3728800A1 (de) Kraftwerk

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12788178

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2012788178

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012788178

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14364380

Country of ref document: US