WO2015117821A1 - Energiespeicher zur zwischenspeicherung elektrischer energie - Google Patents

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WO2015117821A1
WO2015117821A1 PCT/EP2015/051094 EP2015051094W WO2015117821A1 WO 2015117821 A1 WO2015117821 A1 WO 2015117821A1 EP 2015051094 W EP2015051094 W EP 2015051094W WO 2015117821 A1 WO2015117821 A1 WO 2015117821A1
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generator
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Alexander Tremel
Uwe Lenk
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F01K7/22—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type the turbines having inter-stage steam heating
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

Definitions

  • Energy storage for intermediate storage of electrical energy The invention relates to an energy storage device for intermediate storage of electrical energy according to claim 1 and to a method for operating an energy storage device according to
  • Electricity supply and electricity demand creates a need for electricity storage on a scale of several megawatt hours.
  • Compressed air storage power plants have a very low energy density. Furthermore, these are dependent on regional conditions.
  • the object of the invention is to provide an energy store for intermediate storage of electrical energy on an industrial scale, which is advantageous from the investment costs over the prior art and independent of the geographical location.
  • the object is achieved in an energy storage for intermediate storage of electrical energy according to claim 1, as well as in a method for operating an energy storage device according to claim 5.
  • the energy store according to the invention according to claim 1 comprises a pressurized water reservoir and a low-temperature Kreispro- zess device, such as an Organic Rankine Cycle (ORC) device and a generator.
  • the energy storage is characterized in that the supply of the pressurized water storage tank is effected by a steam generator of a thermal power plant.
  • the advantage of the invention is that a thermal power plant see, for example, a gas and steam combined cycle power plant, water vapor is withdrawn during operation, which is cached in a separate pressurized water storage.
  • the removal of water vapor from the circulation of the thermal power plant can basically take place at various points of the steam cycle of the power plant. As a rule, this reduces the power of the power plant, which is why this can be done especially when less power is required from the power grid. If there is a higher demand from the power grid, additional electricity can be generated via the low pressure circuit processing device and the connected generator, fed by the pressurized water storage tank, and fed into the grid.
  • a steam generator is a steam boiler or a plant for generating water vapor. In such a facility will Heated water and converted into steam. The steam is then used to drive the thermal power plant. In a steam generator pressure, temperature and amount of steam produced are designed so that they are on a steam consumer, z. As a power plant turbine are tuned.
  • the economizer in which water and combustion air are preheated.
  • the steam generator can also contain a reheater, the water or wet steam, which has passed through a high-pressure turbine, back into the superheated
  • a steam generator may be composed of several of these components and thereby generate steam at various pressure and temperature levels.
  • valves such as valves, pumps belong to a steam generator
  • Saturated steam is the boundary between wet and superheated steam.
  • wet steam is supersaturated gaseous water containing condensed water droplets.
  • Superheated steam or superheated steam is steam at a temperature above the boiling point. The steam is "dry" and does not contain any droplets In steam boilers, the generated steam is brought into this state by means of the superheater.
  • Saturated water is water that is in saturated thermodynamic equilibrium with saturated steam, ie water at boiling temperature.
  • Low-temperature cycle process
  • This is especially understood to mean the Organic Rankine Cycle or the Kalina Cycle.
  • This is a method of operating steam turbines with a working fluid other than water vapor.
  • a working medium organic liquids or ammonia are usually used, which have a lower boiling point than water.
  • Power plant such as a gas and steam combined cycle power plant (CCGT) and a biomass power plant, a waste heat and power plant, a nuclear power plant or a solar power plant understood.
  • CCGT gas and steam combined cycle power plant
  • the invention is to be used where, by generating steam, a turbine is driven and, as a rule, electrical energy is obtained via a generator.
  • Throttle is provided, by means of which a reduction of a pressure in the water reservoir to a constant for the operation of the low-temperature circuit process device pressure level.
  • the low-temperature cycle so preferably the ORC or Kalina cycle plant can be operated at the optimum temperature and pressure level for them until the capacity of the memory is exhausted, or its temperature level reaches the temperature level for the low-temperature cycle.
  • a phase change material is introduced into the pressurized water storage. This allows the storage of a larger amount of heat at a nearly constant temperature by a melting / solidification process. As a result, the storage density of the pressurized water tank is increased and the memory can be at a constant
  • a further advantageous embodiment of the invention consists in a method for operating an energy storage device according to claim 5.
  • a low-temperature cycle process device is operated via a pressurized water storage, which in turn drives a generator.
  • the invention is characterized in that the pressurized water reservoir is fed by a steam generator of a thermal power plant.
  • the pressurized water reservoir is filled during operation of the thermal power plant and, in the case of a standby operation of the thermal power plant, it is supplied with electrical energy.
  • This electrical energy is provided by the generator, which is driven by the operation of the low-temperature cycle process.
  • the power plant in particular a reserve power plant, can generate its own consumption of energy itself in a stand-by mode and is not dependent on the grid.
  • this is advantageous because the power plant can be restarted by its own power and can go online.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a
  • thermal power station with an additionally arranged pressurized water storage tank and an ORC system
  • Figure 2 shows a power plant with energy storage as in Figure 1 but with an alternative feed of steam in the pressurized water storage.
  • the thermal power plant 10 comprises as essential components on the one hand the steam generator 8 and a turbo set 16.
  • the steam generator 8 initially comprises a feedwater heater 24 (economizer) in which the water is preheated to generate steam.
  • the steam generator 8 comprises an evaporator 25, to which a drum 26 (pressure vessel) is arranged, in which hot water or steam is stored under pressure. This is followed by a superheater 27, in which the saturated steam is converted into superheated steam or dry steam.
  • the superheated steam produced here is led via a piping system to a high-pressure turbine 18, which in this embodiment, however, is arranged on a common shaft 23 with a medium-pressure turbine 19 and a low-pressure turbine 20.
  • a condenser 22 of the turbines the steam is condensed and cooled.
  • the water thus condensed is supplied to the economizer or the feedwater pre-heater 24 again via various pumps and low-pressure preheating devices, which will not be discussed further.
  • a reheater 28 is provided which overheats the steam once more through the high pressure turbine 18 and before flowing into the medium pressure turbine 19.
  • the energy store comprises a pressurized water reservoir 2, which in conjunction with a low-temperature cyclic process device here in the form of an ORC system 4 stands.
  • the water stored in the pressurized water tank 2 comes from the steam generator 8 of the thermal power plant 10. (The feed itself will be discussed later.)
  • the pressurized water reservoir 2 contains water at a certain pressure and above it a steam cushion at the same pressure, which is throttled by a throttle valve 14 to a working pressure, which is necessary for the operation of the ORC system 4.
  • By the throttle valve 14 can be provided for the ORC system 4 is always a constant pressure and thus a nearly constant temperature of the water vapor, so that they can also be operated constantly and in the optimal efficiency for them.
  • the heat from the pressurized water storage tank 2 to the evaporator of the ORC system 4 is thus carried out by the removal of steam from the pressurized water storage tank 2 via the throttle 14 steam is removed at the top of the pressurized water storage tank 2.
  • the pressure behind the throttle 14 should remain at a constant pressure level for Dampfentnähme, even after the pressure of the pressurized water reservoir 2 drops through the Dampfentnähme.
  • the supply of steam at a constant pressure level to the evaporator of the ORC 4 allows a more constant upper operating temperature of the ORC 4. This leads to an improvement in efficiency, simplifies the system design and the selection of the working medium.
  • the extracted vapor is condensed in the evaporator of the ORC 4 and thereby releases its heat.
  • the resulting condensate can be at various points in the Steam generation or be recycled in the water cycle.
  • the difference between the upper pressure of the pressurized water reservoir 2 and the pressure of the steam supplied to the ORC 4 should be as large as possible. However, this leads to low operating pressures and thus to condensation temperatures of the steam which is supplied to the ORC 4. This reduces the efficiency of the ORC 4. Thus, an optimum between storage density and efficiency for reconversion must be found.
  • typical CCGT drums can be used which allow an upper operating pressure of 30-40 bar.
  • steam can be removed at about 15 bar and fed to the ORC 4, which allows a condensation temperature of about 200 ° C. This temperature allows sufficient efficiency for reconversion.
  • the heat storage tank can be filled up to 8 bar, for example. The steam production can then take place at about 2 bar and 120 ° C.
  • phase change material is introduced into the pressurized water storage.
  • This allows the storage of a larger amount of heat at a nearly constant temperature by a melting / solidification process.
  • the storage density of the pressurized water reservoir is increased and the memory can emit more heat at a constant temperature.
  • the following materials are suitable as phase change materials: LiOH-NaOH (20/80% preferred)
  • KNO3-NaNO3 (54/46%) LiNO3.
  • materials as phase change materials on: wax; MgC12 x 6 H20 as an example of a salt hydrate; Erythritol as an example of an organic substance; Polyethylene as an example of a polymer; KN03 / LiN03 (67/33% mixture) as an example of a salt mixture.
  • the steam generated at different pressures and different temperatures are dissipated to the To feed pressurized water tank 2.
  • saturated steam or saturated water is drawn from the drum 26, which is arranged directly on the evaporator 25, and fed into the pressurized water reservoir 2.
  • hot pressurized water can be discharged directly from the drum 26 of the steam generator 8 and stored in the pressurized water storage 2, which can also be designed in the form of a so-called drum.
  • Steam generator 8 are removed and fed to the filled with colder water pressure water tank 2.
  • the pressurized water storage tank 2 at the beginning of the storage process with cold water to about 30% to 70% filled. If now hot steam from the steam generator is fed into the drum, the condensation of the steam and heating of the water in the pressurized water storage tank 2 takes place. The temperatures and thus also the pressure in the pressurized water storage tank 2 rise in accordance with the vapor pressure curve.
  • the level also rises due to the condensation of steam.
  • the pressurized water reservoir 2 is filled as soon as the drum pressure reaches the pressure of the incoming steam.
  • steam is taken from another point of the steam generator, namely in the region of the reheater 28, and introduced into the pressurized water storage tank 2 via a feed line 7 '.
  • This example is illustrated in Figure 2 by the use of superheated steam.
  • the superheated steam is passed through a heat exchanger in the pressurized water storage tank 2 and cooled there. There should be no condensation of the steam.
  • the heat energy emitted is fed to the pressurized water reservoir 2 and leads to its

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Abstract

Energiespeicher zur Zwischenspeicherung elektrischer Energie umfassend einen Druckwasserspeicher (2) und eine Niedertemperatur-Kreisprozess-Vorrichtung (4) sowie einen Generator (6), wobei die Speisung des Druckwasserspeichers (2) durch einen Dampferzeuger (8) eines thermischen Kraftwerkes (10) erfolgt.

Description

Beschreibung
Energiespeicher zur Zwischenspeicherung elektrischer Energie Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher zur Zwischenspeicherung elektrischer Energie nach Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichers nach
Patentanspruch 5. Aufgrund des wachsenden Einspeisevolumens fluktuierender erneuerbarer Energien erfüllen thermische Kraftwerke zunehmend Regelaufgaben, um die Fluktuation auszugleichen. Damit gewinnt die Flexibilität von thermischen Kraftwerken stark an Bedeutung. Zusätzlich sinken durch den unregelmäßigen Betrieb aufgrund der notwendigen An- und Abschaltvorgänge der Wirkungsgrad sowie die Lebensdauer der Kraftwerke. Dies wirkt sich negativ auf die Wirtschaftlichkeit der Anlagen aus.
Durch die immer größer werdenden Schwankungen zwischen
Stromangebot und Stromnachfrage entsteht ein Bedarf zur Stromspeicherung im Maßstab von mehreren Megawattstunden .
Das Abfedern von Nachfragespitzen im Stromnetz wird beispielsweise durch den Einsatz von Pumpspeicherkraftwerken kompensiert. Diese erfordern jedoch große Baumaßnahmen und sind nicht an allen geografischen Orten sinnvoll einzurichten. Eine weitere Möglichkeit, Energie in größerem Maßstab zwischen zu speichern, besteht in der Einrichtung von
Druckluftspeicherkraftwerken, die jedoch eine sehr geringe Energiedichte aufweisen. Ferner sind diese von regionalen Gegebenheiten abhängig.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Energiespeicher zur Zwischenspeicherung elektrischer Energie in großtechnischem Maßstab bereitzustellen, der von den Investi- tionskosten gegenüber dem Stand der Technik vorteilhaft und vom geografischen Standort unabhängig ist. Die Lösung der Aufgabe besteht in einem Energiespeicher zur Zwischenspeicherung elektrischer Energie nach Anspruch 1, sowie in einem Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichers nach Anspruch 5.
Der erfindungsgemäße Energiespeicher nach Anspruch 1 umfasst einen Druckwasserspeicher und eine Niedertemperatur-Kreispro- zess-Vorrichtung, beispielsweise eine Organic Rankine Cycle (ORC) -Vorrichtung sowie einen Generator. Der Energiespeicher zeichnet sich dadurch aus, dass die Speisung des Druckwasserspeichers durch einen Dampferzeuger eines thermischen Kraftwerkes erfolgt .
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass einem thermi- sehen Kraftwerk, beispielsweise ein Gas- und Dampf-Kombikraftwerk, während des Betriebes Wasserdampf entzogen wird, der in einem separaten Druckwasserspeicher zwischengespeichert wird. Das Entziehen von Wasserdampf aus dem Kreislauf des thermischen Kraftwerkes kann grundsätzlich an verschiede- nen Stellen des Dampfkreislaufes des Kraftwerkes erfolgen. In der Regel wird dadurch die Leistung des Kraftwerkes reduziert, weshalb dies insbesondere dann erfolgen kann, wenn aus dem Stromnetz weniger Leistung nachgefragt wird. Bei höherer Nachfrage aus dem Stromnetz kann über die Niedrigdruckkreis- prozessvorrichtung und den angeschlossenen Generator, gespeist durch den Druckwasserspeicher, zusätzliche Strom erzeugt und dieser ins Netz eingespeist werden.
Dabei kann es zweckmäßig sein, den Druckwasserspeicher durch Sattwasser beziehungsweise Sattdampf, der aus dem Dampferzeuger gewonnen wird, zu speisen.
Im Weiteren sollen folgende hier verwendete Begriffe näher erläutert werden.
Dampferzeuger :
Ein Dampferzeuger ist ein Dampfkessel bzw. eine Anlage zur Erzeugung von Wasserdampf. In einer solchen Anlage wird Wasser erhitzt und in Dampf umgewandelt. Der Dampf wird dann für den Antrieb des thermischen Kraftwerkes verwendet. Bei einem Dampferzeuger sind Druck, Temperatur und Menge des produzierten Dampfes so ausgelegt, dass sie auf einen Dampf- Verbraucher, z. B. eine Kraftwerksturbine, abgestimmt sind.
Wesentliche Komponenten eines Dampferzeugers sind:
Der Speisewasservorwärmer (Economizer) , in denen Wasser und Verbrennungsluft vorgewärmt werden.
- Der Verdampfer zur Erzeugung des Dampfes.
Der Überhitzer, in dem der Dampf auf die für den
Verbraucher benötigte Temperatur erhitzt wird.
Der Dampferzeuger kann auch einen Zwischenüberhitzer enthalten, der Wasser bzw. Nassdampf, das eine Hochdruck- turbine durchlaufen hat, wieder in den überhitzten
Zustand (Heißdampf) bringt, bevor er einer Mitteldruckturbine zugeführt wird.
Ein Dampferzeuger kann aus mehreren dieser Komponenten aufgebaut sein und dadurch Dampf auf verschiedenen Druck- und Temperaturstufen erzeugen.
Weiterhin gehören Armaturen wie Ventile, Pumpen zu einem Dampferzeuger
Sattdampf und Sattwasser:
Unter Sattdampf versteht man den Grenzbereich zwischen Nassund Heißdampf. Hierbei ist Nassdampf übersättigtes gasförmiges Wasser, in dem kondensierte Wassertröpfchen enthalten sind. Heißdampf oder überhitzter Dampf ist Dampf mit einer Temperatur oberhalb der Siedetemperatur. Der Dampf ist „trocken" und enthält keine Tröpfchen. In Dampfkesseln wird der erzeugte Dampf mittels des Überhitzers in diesen Zustand gebracht .
Sattwasser ist Wasser, das mit Sattdampf im thermodynamisehen Gleichgewicht steht, d.h. Wasser bei Siedetemperatur. Niedertemperatur-Kreisprozess :
Hierunter wird insbesondere der Organic Rankine Cycle oder der Kalina-Cycle verstanden. Hierbei handelt es sich um ein Verfahren des Betriebes von Dampfturbinen mit einem anderen Arbeitsmittel als Wasserdampf. Als Arbeitsmittel werden in der Regel organische Flüssigkeiten oder Ammoniak verwendet, die eine niedrigere Siedetemperatur als Wasser aufweisen.
Thermisches Kraftwerk:
Unter thermisches Kraftwerk wird insbesondere ein fossiles
Kraftwerk, wie ein Gas- und Dampf-Kombikraftwerk (GuD) sowie ein Biomassekraftwerk, ein Müllheizkraftwerk, ein Kernkraftwerk oder ein Solarkraftwerk verstanden. Insbesondere ist die Erfindung dort einzusetzen, wo durch Erzeugung von Wasser- dampf eine Turbine angetrieben und in der Regel über einen Generator elektrische Energie gewonnen wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform der Erfindung besteht darin, dass zwischen Druckwasserspeicher und Ver- dampfer der Niedertemperatur-Kreisprozess-Vorrichtung eine
Drossel vorgesehen ist, durch die eine Absenkung eines Drucks im Wasserspeicher auf ein für den Betrieb der Niedertempera- tur-Kreisprozess-Vorrichtung konstantes Druckniveau erfolgt. Auf diese Weise kann der Niedertemperatur-Kreisprozess, also bevorzugt die ORC- oder Kalina-Kreisprozess-Anlage auf der für sie optimalen Temperatur und Druckniveau betrieben werden, bis die Kapazität des Speichers erschöpft ist, beziehungsweise dessen Temperaturniveau das Temperaturniveau für den Niedrigtemperaturkreisprozess erreicht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Phasenwechselmaterial in den Druckwasserspeicher eingebracht. Dies ermöglicht durch einen Schmelz-/Erstarrungsvorgang die Speicherung einer größeren Wärmemenge bei nahezu konstanter Temperatur. Dadurch wird die Speicherdichte des Druckwasserspeichers erhöht und der Speicher kann bei konstanter
Temperatur mehr Wärme abgeben. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform der Erfindung besteht in einem Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichers nach Anspruch 5. Hierbei wird über einen Druckwasser- Speicher eine Niedertemperatur-Kreisprozess-Vorrichtung betrieben, die wiederum einen Generator antreibt. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Druckwasserspeicher durch einen Dampferzeuger eines thermischen Kraftwerkes gespeist wird. Für das Verfahren ergeben sich die analogen Vorteile, die bereits bezüglich des analogen Vorrichtungsanspruchs des Energiespeichers aufgezählt sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform des Verfahrens wird während des Betriebs des thermischen Kraftwerks der Druckwas- serspeicher gefüllt und bei einem Stand-by-Betrieb des thermischen Kraftwerkes dieses mit elektrischer Energie versorgt. Diese elektrische Energie wird durch den Generator bereitgestellt, der durch den Betrieb des Niedertemperatur-Kreisprozesses angetrieben wird. Auf diese Weise kann das Kraft- werk, insbesondere ein Reservekraftwerk, in einen Stand-by- Betrieb seinen Eigenverbrauch an Energie selbst erzeugen und ist nicht vom Netz abhängig. Insbesondere bei einem Stromausfall beziehungsweise eines sogenannten Black-Outs ist dies vorteilhaft, da das Kraftwerk aus eigener Kraft wieder hochgefahren werden und ans Netz gehen kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen sowie weitere Merkmale der Erfindung werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Merkmale mit denselben Bezeichnungen, jedoch in unterschiedlichen Ausgestaltungsformen, werden dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.
Dabei zeigen: Figur 1 eine schematische Schaubilddarstellung eines
thermischen Kraftwerkes mit einem zusätzlich angeordneten Druckwasserspeicher sowie einer ORC- Anlage ; Figur 2 ein Kraftwerk mit Energiespeicher wie in Figur 1 jedoch mit einer alternativen Einspeisung von Dampf in den Druckwasserspeicher.
In Figur 1 ist schematisch eine Darstellung eines thermischen Kraftwerkes, hier insbesondere am Beispiel eines GuD-Kraft- werkes dargestellt. Das thermische Kraftwerk 10 umfasst als wesentliche Komponenten zum einen den Dampferzeuger 8 sowie einen Turbosatz 16. Der Dampferzeuger 8 umfasst zunächst einen Speisewasservorwärmer 24 (Economizer) in dem das Wasser zur Dampferzeugung vorgewärmt wird. Des Weiteren umfasst der Dampferzeuger 8 einen Verdampfer 25, an den eine Trommel 26 (Druckbehälter) angeordnet ist, in der Heißwasser beziehungs- weise Wasserdampf unter Druck gespeichert ist. Es folgt darauf ein Überhitzer 27, in dem der gesättigte Dampf in Heißdampf beziehungsweise Trockendampf übergeführt wird.
Der hier erzeugte Heißdampf wird über ein Rohrleitungssystem zu einer Hochdruckturbine 18 geführt, die in diesem Ausführungsbeispiel aber auf einer gemeinsamen Welle 23 mit einer Mitteldruckturbine 19 und einer Niederdruckturbine 20 angeordnet ist. Die gemeinsame Welle 23, die über die genannten Turbinen 18 bis 20 angetrieben wird, treibt wiederum einen Generator 21 an, der zur Stromerzeugung und somit zur Netzversorgung dient. In einem Kondensator 22 der Turbinen wird der Dampf kondensiert und abgekühlt. Das so kondensierte Wasser wird über verschiedene Pumpen und Niederdruck-Vorwärmvorrichtungen, auf die nicht weiter eingegangen wird, wieder dem Economizer beziehungsweise dem Speisewasservorwärmer 24 zugeführt. Ferner ist in dieser Ausgestaltungsform ein Zwischenüberhitzer 28 vorgesehen, der den Dampf nach dem Durchlauf durch die Hochdruckturbine 18 und vor dem Einströmen in die Mitteldruckturbine 19 ein weiteres Mal überhitzt.
Im Weiteren umfasst der Energiespeicher einen Druckwasserspeicher 2, der in Verbindung mit einer Niedertemperatur- Kreisprozess-Vorrichtung hier in Form einer ORC-Anlage 4 steht. Das Wasser, das in dem Druckwasserbehälter 2 gespeichert ist, stammt aus dem Dampferzeuger 8 des thermischen Kraftwerkes 10. (Auf das Einspeisen an sich wird im Weiteren noch eingegangen werden.) Der Druckwasserspeicher 2 enthält Wasser bei einem bestimmten Druck und darüber ein Dampfpol - ster bei gleichem Druck, das durch ein Drosselventil 14 auf einen Arbeitsdruck herabgedrosselt wird, der für den Betrieb der ORC-Anlage 4 notwendig ist. Durch das Drosselventil 14 kann für die ORC-Anlage 4 stets ein konstanter Druck und damit eine nahezu konstante Temperatur des Wasserdampfes bereitgestellt werden, sodass diese ebenfalls konstant und im für sie optimalen Wirkungsgrad betrieben werden kann. Der Dampf, der in dem Druckwasserspeicher 2 über das Drosselventil 14 in die ORC-Anlage 4 eingespeist wird, wird dort in einen Verdampfer 12 geführt, in dem wiederum ein Arbeitsmedium der ORC-Anlage 4, das einen niedrigeren Siedepunkt als das Wasser hat, verdampft wird. Durch diesen Dampf wird eine Turbine 34 der ORC-Anlage 4 angetrieben, die wiederum einen Generator 6 der ORC-Anlage 4 zur Stromerzeugung antreibt. Das dampfförmige Arbeitsmedium wird beim Austritt aus der Turbine 34 in einen Rekuperator geführt und wieder kondensiert. Ein anschließender Kondensator 33 dient zur Abkühlung.
Die Wärmezufuhr aus dem Druckwasserspeicher 2 zum Verdampfer der ORC-Anlage 4 erfolgt demnach durch die Entnahme von Dampf aus dem Druckwasserspeicher 2. Über die Drossel 14 wird am Kopf des Druckwasserspeichers 2 Dampf entnommen. Der Druck hinter der Drossel 14 soll für die Dampfentnähme auf einem konstanten Druckniveau bleiben, auch nachdem der Druck des Druckwasserspeichers 2 durch die Dampfentnähme abfällt. Die Zufuhr von Dampf auf einem konstanten Druckniveau zum Verdampfer des ORC 4 erlaubt eine konstantere obere Betriebstemperatur des ORC 4. Dies führt zur Wirkungsgradverbesserung, vereinfacht die Systemauslegung und die Auswahl des Arbeitsmediums. Der entnommene Dampf wird im Verdampfer des ORC 4 kondensiert und gibt dadurch seine Wärme ab. Das entstandene Kondensat kann an verschiedenen Stellen in der Dampferzeugung beziehungsweise im Wasserkreislauf zurückgeführt werden.
Um den spezifischen Energieinhalt des Speichers zu maximie- ren, sollte der Unterschied zwischen oberem Druck des Druckwasserspeichers 2 und dem Druck des Dampfes, der dem ORC 4 zugeführt wird, möglichst groß sein. Allerdings führt dies zu niedrigen Betriebsdrücken und damit zu Kondensationstemperaturen des Dampfes, der dem ORC 4 zugeführt wird. Dadurch sinkt der Wirkungsgrad des ORC 4. Es muss somit ein Optimum zwischen Speicherdichte und Wirkungsgrad zur Rückverstromung gefunden werden. So können beispielsweise typische GuD-Mit- teldrucktrommeln verwendet werden, die einen oberen Betriebsdruck von 30-40 bar erlauben. Zur Entladung des Speichers kann Dampf bei ca. 15 bar entnommen und dem ORC 4 zugeführt werden, was eine Kondensationstemperatur von ca. 200 °C ermöglicht. Diese Temperatur erlaubt einen ausreichenden Wirkungsgrad zur Rückverstromung. Wird bei der Einspeicherung das untere GUD-Druckniveau verwendet, kann der Wärmespeicher beispielsweise mit bis zu 8 bar gefüllt werden. Die Dampfproduktion kann dann mit ca. 2 bar und 120 °C stattfinden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Phasenwechselmaterial in den Druckwasserspeicher eingebracht. Dies ermöglicht durch einen Schmelz-/Erstarrungsvorgang die Speicherung einer größeren Wärmemenge bei nahezu konstanter Temperatur. Dadurch wird die Speicherdichte des Druckwasserspeichers erhöht und der Speicher kann bei konstanter Temperatur mehr Wärme abgeben. Bei einer Speicherung auf dem Tem- peraturniveau der Mitteldruckdampfturbine (180 °C bis 250 °C) und einer Wärmeübergabe auf die Niederdruckkreisprozessanlage bei ca. 200 °C bieten sich folgende Materialien als Phasen- wechselmaterialien an: LiOH-NaOH (20/80 % bevorzugtes
Mischungsverhältnis), KN03-NaN03 (54/46 %) LiN03. Bei einer Speicherung auf dem Temperaturniveau der Niederdruckdampf- turbine (110 °C bis 160 °C) und einer Wärmeübergabe auf die Niederdruckkreisprozessanlage bei ca. 120 °C bieten sich hingegen folgende Materialien als Phasenwechselmaterialien an: Wachs; MgC12 x 6 H20 als Beispiel für ein Salzhydrat; Erythritol als Beispiel für einen organischen Stoff; Polyethylen als Beispiel für ein Polymer; KN03/LiN03 (67/33 % Mischung) als Beispiel für eine Salzmischung.
Zur Beurteilung der Speicherkapazität unter möglicher Stromerzeugungsleistung durch eine ORC-Anlage 4 kann man von folgenden Parametern ausgehen. Bei der Installation von 30 Hochdrucktrommeln als Speicher des Druckwasserspeichers 2 steht ein Speichervolumen von ca. 700 m3 zur Verfügung. Dieses ermöglicht eine Bereitstellung von Strom in der Größenordnung von 3 MW über einen Zeitraum von ca. 4 Stunden. Der Eigenenergiebedarf des thermischen Kraftwerkes 10 kann somit ohne Fremdbezug aus dem Stromnetz über diese Zeitspanne gedeckt werden, wenn das thermische Kraftwerk 10 sich in dieser Zeit im Stand-by-Betrieb befindet. Zusätzlich besteht die Option, den über die ORC-Anlage 4 erzeugten Strom dem Netz bei Netz- schwankungen zuzufügen beziehungsweise bei Netzausfall, also bei einem Black-Out, zum Schwarzstart und Netzwiederaufbau einzusetzen.
Das Einspeisen des Dampfes, der im Dampferzeuger 8 des thermischen Kraftwerkes 10 erzeugt wird, in den Druckwasserspeicher 2 erfolgt über eine Speiseleitung 7. Grundsätzlich kann an sehr vielen verschiedenen Stellen im Dampferzeuger 8 der erzeugte Dampf mit unterschiedlichen Drücken und unterschiedlichen Temperaturen abgeführt werden, um den Druckwasserspeicher 2 zu speisen. In dem Beispiel gemäß Figur 1 wird aus der Trommel 26, die direkt am Verdampfer 25 angeordnet ist, Sattdampf beziehungsweise Sattwasser gezogen und in den Druckwasserspeicher 2 eingespeist. Hierbei kann beispielsweise heißes unter Druck stehendes Wasser direkt aus der Trommel 26 des Dampferzeugers 8 abgeleitet werden und in dem Druckwasserspeicher 2, der ebenfalls in Form einer sogenann- ten Trommel ausgestaltet sein kann, gespeichert werden.
Alternativ kann auch Sattdampf aus der Trommel 26 des
Dampferzeugers 8 entnommen werden und dem mit kälterem Wasser gefüllten Druckwasserspeicher 2 zugeführt werden. In dieser alternativen Ausgestaltung ist der Druckwasserspeicher 2 zu Beginn des Speichervorganges mit kaltem Wasser zu etwa 30 % bis 70 % gefüllt. Wird nun heißer Dampf aus dem Dampferzeuger in die Trommel geleitet, kommt es zur Kondensation des Damp- fes und zur Aufheizung des Wassers im Druckwasserspeicher 2. Die Temperaturen und damit auch der Druck im Druckwasserspeicher 2 steigen entsprechend der Dampfdruckkurve an.
Ebenfalls steigt der Füllstand durch die Kondensation von Dampf. Der Druckwasserspeicher 2 ist gefüllt, sobald der Trommeldruck den Druck des zuströmenden Dampfes erreicht.
Dies entspricht der schematischen Darstellung gemäß Figur 1.
In Figur 2 wird an einer anderen Stelle des Dampferzeugers, nämlich im Bereich des Zwischenüberhitzers 28, Dampf entnom- men und über eine Speiseleitung 7' in den Druckwasserspeicher 2 eingebracht. Dieses Beispiel wird in Figur 2 durch die Verwendung von überhitztem Dampf dargestellt. Der überhitzte Dampf wird durch einen Wärmeübertrager im Druckwasserspeicher 2 geführt und dort abgekühlt. Dabei soll es zu keiner Konden- sation des Dampfes kommen. Die abgegebene Wärmeenergie wird dem Druckwasserspeicher 2 zugeführt und führt zu dessen
Aufheizung. Grundsätzlich kann auch hier wiederum der Dampf in alternativen Bereichen des Dampferzeugers 8 abgezogen werden .

Claims

Patentansprüche
1. Energiespeicher zur Zwischenspeicherung elektrischer Energie umfassend einen Druckwasserspeicher (2) und eine Niedertemperatur-Kreisprozess-Vorrichtung (4) sowie einen
Generator (6) , dadurch gekennzeichnet, dass die Speisung des Druckwasserspeichers (2) durch einen Dampferzeuger (8) eines thermischen Kraftwerkes (10) erfolgt.
2. Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speisung des Druckwasserspeichers (2) durch den Dampferzeuger (8) durch Sattwasser oder Sattdampf erfolgt.
3. Energiespeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass zwischen dem Druckwasserspeicher (2) und einem
Verdampfer (12) der Niedertemperatur-Kreisprozess-Vorrichtung (4) eine Drossel (14) vorgesehen ist, durch die eine Absenkung des Drucks von aus dem Druckwasserspeicher (2) entnommenen Dampfes auf ein für den Betrieb der Niedertemperatur- Kreisprozess-Vorrichtung (4) konstantes Druckniveau erfolgt.
4. Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Niedertemperatur-Kreispro- zess-Vorrichtung (4) eine ORC-Anlage oder eine Kalina-Kreis- prozess-Anlage ist.
5. Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass ein Phasenwechselmaterial in den Druckwasserspeicher (2) eingebracht ist, um die thermische Kapazität des Speichers zu erhöhen.
6. Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichers, wobei über einen Druckwasserspeicher (2) eine Niedertemperatur- Kreisprozess-Vorrichtung (4) betrieben wird, die wiederum einen Generator (6) antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckwasserspeicher (2) durch einen Dampferzeuger (8) eines thermischen Kraftwerks (10) gespeist wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Dampferzeuger (8) Sattwasser oder Sattdampf entzogen wird und dem Druckwasserspeicher (2) zugeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Druckwasserspeicher (2) und dem Verdampfer (12) der Niedertemperatur-Kreisprozess-Vorrichtung (4) eine Drossel (14) vorgesehen ist, durch die der Druck des Dampfes der im Druckwasserspeicher (2) vorherrscht, auf ein für den Betrieb der Niedertemperatur-Kreisprozess-Vorrichtung (4) konstantes Betriebs-Niveau abgesenkt wird,
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs des thermischen Kraftwerkes (10) der Druckwasserspeicher (2) gefüllt wird und bei einem Stand-by-Betrieb des thermischen Kraftwerks (10) , dieses mit elektrischer Energie versorgt wird, die durch den Generator (6) durch Betrieb der Niedertemperatur-Kreis- prozess-Vorrichtung (4) generiert wird.
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