WO2018029371A1 - Heat exchanger for use in a heating part of a liquid-air energy storage power plant, heating part, and method for operating such a heat exchanger in such a heating part - Google Patents

Heat exchanger for use in a heating part of a liquid-air energy storage power plant, heating part, and method for operating such a heat exchanger in such a heating part Download PDF

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heat
heat exchanger
energy
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PCT/EP2017/070519
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Brian Stöver
Sven HÄRTEL
Rudolf Thesing
Alexander Alekseev
Christoph Stiller
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Mitsubishi Hitachi Power Systems Europe Gmbh
Linde Ag
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    • Y02E60/16Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Definitions

  • Heat exchanger for use in a hot part of a liquid-air energy storage power plant, hot part and method for operating such a heat exchanger in such a hot part
  • the invention is directed to a heat exchanger for use in a hot section of an adiabatic liquid storage based liquid air energy storage power plant, the hot section comprising an air compression unit comprising at least one compressor operated during an energy storage operation and at least one expansion engine operating during an energy dump operation
  • Air Letherssvik and a mass flow of heat transfer medium providing heat storage unit has.
  • the invention is directed to a hot section of an adiabatic liquid air storage (A-LAES) based liquid air energy storage power plant having an air compression unit with intermediate cooling having at least one supplied compressed air compressor having a downstream in the air flow direction heat exchanger, preferably a heat exchanger of the aforementioned Art, is in air-conducting line connection, and the one Heilentnapsshow having at least one of a liquid air storage after evaporation supplied air relaxing expansion machine, which is in an air flow direction upstream heat exchanger, preferably a heat exchanger of the type described, in air-conducting line connection, wherein the air compression unit and the shipsentnapssritt with the liquid air reservoir are in air-conducting line connection and the heat bert Interrogator is in a heat transfer medium leading line connection with a at least one heat storage extensive heat storage unit.
  • A-LAES adiabatic liquid air storage
  • LAES Liquid Air Energy Storage
  • air in particular ambient air
  • LAES Low Air Energy Storage
  • the air is compressed and then cooled until the initially gaseous air liquefies, ie changes into the liquid state of aggregation
  • the liquefied air is stored in special cryobanks, and if the load in the power grid increases, the air stored at peak loads can be pumped to a higher pressure level and then vaporized to produce pressurized gaseous air
  • LAES can be used as a storage technology in the range up to several gigawatt hours.
  • the procedure resembles the storage of compressed air in salt caverns, but is independent of the geological conditions and therefore everywhere applicable.Furthermore, the time required for Pla tion, construction and approval procedures of such facilities are significantly reduced.
  • such systems consist essentially of three units: a low-temperature part with air liquefier, a liquid evaporator and a cryopump, a storage system comprising a liquid-air storage, a cold storage and optionally a heat storage and a hot part, a so-called "power island", which has a (waste heat) Air heaters and expansion machines for power production from compressed air includes.
  • LAES liquid air storage
  • A-LAES adiabatic liquid air storage
  • the air-compression waste heat is at the injection phase
  • the air compression takes place in several stages: Between the different compression stages, the air is cooled down to the respective pressure level for heating the heat accumulator by circulating a heat transfer medium in an intermediate circuit between the heat accumulator and the heat exchanger
  • a heat transfer medium for example, air, water or thermo-oil
  • the heat transfer medium is cooled by means of a first heat exchanger.
  • a device for storing and recovering energy by means of an A-LAES process is known from DE 10 2014 105 237 B3.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a solution that has a structurally less expensive design and a simplified operation of the Hot part of a adiabatic liquid air storage (A-LAES) based liquid-air energy storage power plant allows.
  • A-LAES adiabatic liquid air storage
  • the heat exchanger has a heat energy transfer capacity that is sufficient both during an energy storage operation of the liquid air energy storage power plant for cooling or intermediate cooling in the at least one compressor comprising air compression unit resulting air mass flow to compacted To provide air cooling capacity required by heat transfer to a mass flow of inflowing heat transfer medium as well as during an energy storage operation of the
  • Liquid air energy storage power plant for heating one of the at least one expansion machine comprising air expansion unit incoming air mass flow of evaporated air required heat capacity to provide by heat transfer from a mass flow of heat transfer medium.
  • this object is achieved in that the acted upon by both the air compression unit and the Heilentthesesussi heat exchanger has a heat energy transfer capacity sufficient that both during a Energy Easternsvorgangs in the air compression in the at least one compressor resulting and from a heat exchanger inflowing air mass flow of compressed air auskoppelnde heat energy in the heat exchanger from the air flowing from the compressor through the air ducting air mass flow compressed air decoupled and in a heat exchanger through the heat transfer medium leading line connection incoming mass flow of heat transfer medium can be coupled as well as during an energy recovery operation for heating an air mass stream flowing to the at least one expansion engine oms required for evaporated air and in a heat exchanger to the air flowing through the line leading air mass flow of evaporated air to be coupled heat energy in the heat exchanger from a heat exchanger through the the furnished mecanicmediunn leading line connection incoming mass flow to the heat transfer medium can be decoupled and in the at least one expansion machine incoming air mass flow of
  • this object is achieved in that coupled in the heat exchanger both during a Energy Easternsvorgangs in the air compression in the at least one compressor resulting heat energy from an air mass flow of compressed air and coupled into an inflowing mass flow of heat transfer medium as well as the heat energy required for heating an air mass flow of evaporated air flowing in during an energy feed-off process in the heat exchanger is decoupled from an inflowing mass flow of heat transfer medium and coupled into an inflowing air mass flow of evaporated air.
  • Liquid air energy storage power plant with significantly fewer heat exchangers than form the prior art.
  • the investment costs of an A-LAES system can be significantly reduced.
  • the reduced investment costs make a significant contribution to the commercialization of LAES technology.
  • the heat exchanger is characterized in that it comprises a first, the heat exchanger from a first conduit connection to a second conduit connection passing fluid gagbare heat energy transfer surface and a second, the heat exchanger from a third conduit connection to a fourth Conduit has a passing fluid-flowable heat energy transfer surface.
  • heat exchanger it is also expedient if it passes through the heat exchanger from a fifth line connection to a sixth line connection fluid-throughflow
  • thermo energy transfer capacity of the heat exchanger is sufficient that in the heat exchanger both the compressed during the Energyein appointedungsvorgangs in the air compression with intermediate cooling of the air mass flow compressed air in the air compression unit auskoppelbar and can be coupled into the mass flow of heat transfer medium as well as the total during the Energyaus untilungsvorgangs for the air to the Heilentungssaku inflowing air mass flow evaporated air in the Heilentschreibswitz total required heat energy from the mass flow of heat transfer medium auskoppelbar and in the inflowing air mass flow of evaporated air can be coupled.
  • the invention further provides that the air compression unit with intermediate cooling at least one compressor stage comprising a plurality of compressors, and the Heilentnapssech at least one expansion stage comprising a plurality of expansion machines, wherein the common heat exchanger via the fluid-carrying line to a respective compressor stage and an expansion stage is connected, by means of the heat exchanger both the total thermal energy to be dissipated in the air compression with intermediate cooling in the respective compressor stage from the air mass flow of compressed air and coupled into the mass flow of heat transfer medium as well as for the incoming air to the respective Heilentnapssstatt air mass flow total required heat energy from the mass flow of heat transfer medium can be coupled out and in the air mass flow of evaporated air can be coupled.
  • an advantageous development of the hot part according to the invention is that exactly one heat exchanger via the fluid-conducting line connection to the air compression unit with intermediate cooling and the shipsentthesestician is connected, by means of which both the air compression with intermediate cooling in the air compression unit and / or in the at least one compressor and / or in the one or more compressor stage (s) resulting and total heat energy to be dissipated from the air mass flow of compressed air coupled out and coupled into the mass flow of heat transfer medium as well as for the heating of the air expansion unit and / or the at least one expansion machine and / or the air mass flow of vaporized air flowing in or out of the respective expansion stages can be decoupled from the heat transfer medium and can be coupled into the air mass flow of vaporized air ar is.
  • the heat exchanger downstream of the respective air flow direction of the air compression unit and / or each compressor stage and / or each compressor and the Heilentpressivesech and / or each expansion stage and / or each expansion machine is connected upstream.
  • the heat exchanger is in air-conducting line connection with the air compression unit and the Heilentnapssü that the air flow direction of the air mass flow flowing through it during the Energyein appointedungsvorgangs is opposite to that of the Energyeaeaus askedungsvorgangs.
  • the invention further provides that the heat exchanger has a first heat energy transmission surface and a second heat energy transmission surface, via the air-conducting line connection in each case with the air compression unit, in particular a first compressor and a second compressor, and the air expansion unit, in particular a first expansion machine and a second expansion machine, are connected in series.
  • the invention further provides that the additional heat energy transfer surface is in air-conducting line connection with an adsorber by means of an adsorber regeneration line.
  • the method according to the invention is characterized in that in the heat exchanger both the compressed during the Energyein appointedungsvorgangs in the air compression with intermediate cooling of the air mass flow compressed air in the air compression unit total heat energy dissipated and coupled into the mass flow of heat transfer medium as well as during the Energyeaeaus appointedungsvorgangs for the total amount of heat energy required in the air expansion unit for heating the air mass flow flowing to the air expansion unit, is decoupled from the mass flow to the heat transfer medium and injected into the inflowing air mass flow of vaporized air.
  • the invention provides in an embodiment of the method in an advantageous manner that the air compression unit with intermediate cooling at least one compressor stage comprising a plurality of compressors, and the Heilentpressivesech at least one expansion stage comprising a plurality of expansion machines, wherein the common heat exchanger to one, preferably all , Compressor (s) and one, preferably all, expansion stage (s) is connected and by means of the common heat exchanger both in the air compression with intermediate cooling in the respective or all compressor stage (s) total derived thermal energy from the air mass flow of compressed air decoupled and coupled into the mass flow of hillsitatimediunn is coupled as well as for the heating of the respective or all expansion stage (n) incoming air mass flow of evaporated air total required heat energy from the mass flow of heat transfer medium and coupled into the air mass flow of evaporated air.
  • the common heat exchanger to one, preferably all , Compressor (s) and one, preferably all, expansion stage (s) is connected and by means of the common heat exchanger both in the air compression with intermediate cooling in the respective
  • the invention further provides that by means of exactly one, to the air compression unit with intermediate cooling and the Lucasentnapssussi connected heat exchanger both in the air compression with intermediate cooling in the at least one compressor and / or in the respective compressor stage (n ) and total dissipated heat energy from the air mass flow of compressed air is coupled and coupled into the mass flow of heat transfer medium as well as for the heating of the at least one expansion machine and / or the respective expansion stages incoming air mass flow total required heat energy coupled out of the heat transfer medium and evaporated air is injected into the air mass flow.
  • the heat exchanger is in air-conducting line connection with the air compression unit and the air expansion unit in such a way that it flows through an air mass flow during the energy storage operation opposite to the flow direction during the energy storage operation, which the invention further provides.
  • the invention is characterized in that the heat exchanger requires an over the energy in an energy storage process or energy storage operation
  • Fig. 1 in a schematic schematic representation of the structure of a on an A-LAES
  • FIG. 3 in a schematic representation of the hot part of Fig. 2 of the
  • Liquid-air energy storage power plant according to Figure 1 during a
  • FIGS. 2 and 3 Fig. 4 in a schematic representation of that shown in FIGS. 2 and 3
  • FIG. 5 is a schematic representation of a plan view of the shown in Fig. 4
  • FIG. 6 in a schematic representation of the hot part of Fig. 2 of the
  • Liquid-air energy storage power plant according to Figure 1 during a
  • FIGS. 2 and 6 Fig. 7 in a schematic representation of that shown in FIGS. 2 and 6
  • Fig. 8 is a schematic representation of a plan view of the illustrated in Fig. 7
  • Fig. 1 shows a schematic representation of the structure of a device for storing and recovering energy in the form of a total of 1 designated and on an A-LAES process, ie, an adiabatic liquid air storage based liquid air energy storage power plant. This comprises a load 2, a storage part 3, a discharge 4 and a heat exchanger 14.
  • the core of the liquid-air energy storage power plant 1 is a low-temperature part comprising an air liquefier 8, a liquid-air evaporator 12 and a cold storage 10, the storage part 3 containing a liquid-air storage 9 Cold storage 10 and a heat storage unit 30, and also referred to as a power island hot section 6, the at least one driven by power 5 compressors 7, 7a, 7b comprehensive air compression unit 27, at least one expansion machine 13, 13a, 13b for generating electric power 5 means a connected generator G comprehensive Lucasentpressivesaku 28 and the heat storage unit 30 has.
  • liquid air in the liquid-air storage 9 and heat in the heat storage unit 30 and during a draining operation or draining-off period are stored in the cold storage 10 and heat is taken out of the heat storage unit 30.
  • a hot air flow 6 incoming air mass flow L is first compressed in the at least one compressor 7, 7a, 7b having air compression unit 27 compressed air to a mass air flow then in the heat exchanger 14 by means of an incoming and flowing into the heat storage unit 30 mass flow
  • Heat transfer medium 31 is cooled, then liquefied in the air liquefier 8 by means of a flowing from the cold storage 10 mass flow of refrigerant 38 and then stored in the liquid air reservoir 9.
  • liquid air stored in the liquid-air accumulator 9 is first supplied as air mass flow to a liquid-air evaporator 12 where the air mass flow evaporates and the resulting cold is decoupled into a mass flow of refrigerant 38 flowing to the cold accumulator 10.
  • the air mass flow of vaporized air is then supplied to the heat exchanger 14, where the air mass flow of vaporized air is heated by means of a flowing from the heat storage unit 30 and in this again outflowing mass flow of heat transfer medium 31.
  • the heated air mass flow of evaporated air is then supplied to the air expansion unit 28, where the air mass flow drives at least one expansion machine 13, 13a, 13b connected to the generator G for power generation and then leaves the hot part 6 as air mass flow L.
  • the heat exchanger 14 has a heat energy transfer capacity that is sufficient, both during the energy storage operation for cooling or intercooling of the in the at least one compressor 7, 7a, 7b comprehensive air compression unit 27 resulting air mass flow of compressed air required cooling capacity by heat transfer to the mass flow of inflowing heat transfer medium 31 as well as during the Energyeeaus askedungsvorgangs to heat the at least one expansion machine 13, 13a, 13b comprehensive air expansion unit 28 from the heat exchanger 14 incoming air mass flow to evaporate To provide air required heat capacity by heat transfer from a mass flow flowing heat transfer medium 31.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the hot part 6 (power island) of the adiabatic liquid-air storage system (A-LAES)
  • the hot part 6 comprises the heat exchanger 14, the Lucasentschreibsussi 28, the at least one of the liquid air storage 9 after its evaporation in the liquid evaporator 12 supplied air mass flow relaxing expander 13 for power production, the air compression unit 27 with intermediate cooling, the at least one air supplied to a Air mass flow to compressed air compressing compressor 7, and the at least one heat storage 1 1 having heat storage unit 30, wherein the hot part 6 of the liquid air reservoir 9 with its in the energy storage process, the air mass flow of liquefied air from the hot section 6 receiving line connections and with its energy storage process the air mass flow to liquefied Air is assigned to the hot part donating line connection.
  • the air compression unit 27 and the Heilentthesestician 28 are so far with the liquid air reservoir 9 in air-conducting line connection.
  • the at least one expansion engine 13 includes a high-pressure expansion engine 13a and a low-pressure expansion engine 13b, which are connected to the generator G for power generation.
  • the at least one compressor 7 comprises a low-pressure compressor 7a and a high-pressure compressor 7b, which are driven by a motor which is operable with electric power from the power grid or other source.
  • the high-pressure expansion engine 13a and the low-pressure expansion engine 13b each form an expansion stage, and the low-pressure compressor 7a and the high-pressure compressor 7b each form one Compressor stage off.
  • the heat storage 1 1 of the heat storage unit 30 are connected via a cakesierimediunn 31 leading line connection 15, in particular in the form of an intermediate circuit with the heat exchanger 14, so during a Energyescungsvorgangs via the line connection 15 by means of the heat transfer medium 31 heat from the heat exchanger 14 can be coupled out and in the Heat storage 1 1 of the heat storage unit 30 can be stored ein acknowledgedbar and during a separate from Energyein appointedungsvorgang energy storage operation by means of the heat transfer medium 31 heat from the heat storage 1 1 of the heat storage unit 30 and auskoppelbar in the heat exchanger 14.
  • a fan 25 is arranged in the line connection 15, a fan 25 is arranged.
  • Air is preferably used as the heat transfer medium 31, which is supplied to the heat accumulators 1 1 of the heat storage unit 30 by the blower 25 during the Energy notedungsvorgangs via the line connection 15 and is discharged during the energy storage operation from the heat storage 1 1.
  • it can also be used other heat transfer media 31, such as water or thermal oil.
  • the heat storage 1 1 of the heat storage unit 30 are formed as a solid storage (Solid Bed Heat Storage SBHS).
  • the heat exchanger 14 is due to its heat energy transfer capacity thermodynamically both for the heat storage in the heat storage 30, ie for the air cooling of the energy storage process in the air compression unit 27 compressed and then passed through the heat exchanger 14 air mass flow, as well as for heat storage from the heat storage 30, ie for the air heating of the air mass flow of vaporized air conducted during the energy reuse storage operation before reaching the air expansion unit 28 through the heat transfer medium 14.
  • both the resulting during a Energyein Grandeungsvorgangs in the air compression in the at least one compressor 7, 7a, 7b heat energy from an air mass flow of compressed air and coupled into an inflowing mass flow of heat transfer medium 31 as well as during a Energyausspeisungsvorgangs for heating a the at least one Expansionsmaschine 13, 13a, 13b incoming air mass flow of evaporated air required heat energy in the heat exchanger 14 from an incoming mass flow of heat transfer medium 31 coupled and coupled into an incoming air mass flow evaporated air.
  • the heat transfer capacity is designed such that this sufficient, both in the air compression in the at least one compressor 7 resulting heat energy to decouple and remove air flowing in from there, and to supply the heat energy required for the heating of the vaporized air in the air expansion and to couple it into the vaporized air supplied to it and then to the at least one expansion machine 13, 13a, 13b.
  • the heat exchanger 14 is line-connected via the heat carrier medium-carrying line connection 15 and air-conducting line connections 21, 22 to the heat storage unit 31, the air compression unit 27 and the air release unit 28, that it is heated both by the heat transfer medium 31 and the respective air mass flow during a respective Energy notedungsvorgangs and a respective energy storage operation is flowed through in the opposite direction, wherein the heat exchanger 14 is formed with respect to the respective air mass flow and the mass flow of heat transfer medium 31 as a countercurrent heat exchanger.
  • This is procedurally possible because an energy storage process and an energy storage operation are not performed simultaneously, but temporally separated from each other.
  • the heat exchanger 14 is connected downstream of the respective air flow direction in the energy storage process and the energy storage operation of the air compression unit 27 and / or each of the compressor stages and / or each of the compressors 7, 7a, 7b and the Heilentpressivessaku 28 and / or each expansion stage and / or each of the Expansion machines 13, 13a, 13b upstream.
  • the heat exchanger 14 has a first fluid-throughflow heat energy transfer surface 16, which traverses the heat exchanger 14 from a first line connection 32 to a second line connection 33, a second fluid-flow heat transfer surface 17, which traverses the heat exchanger 14 from a third line connection 34 to a fourth line connection 35, and a fluid flow through additional heat energy transfer surface 26, which traverses the heat exchanger 14 from a fifth line connection 36 to a sixth line connection 37, on. Since there are different process parameters, such as pressure and / or temperature, in the energy storage process and in the energy storage process as a whole, but also in individual stages of the air compression unit 27 and the air expansion unit 28, respectively, a different thermal energy transmission capacity is required in the implementation of the two processes.
  • Heat energy transfer surface 17 therefore takes place such that the heat energy transfer capacity thus made available in total is sufficient, which is the maximum required for a planned energy storage operation and a planned energy storage operation
  • Heat energy transfer surface 17 preferably sized the same size, but can also be sized differently.
  • Additional heat energy transfer surface 26 equal to the heat energy transfer capacity provided by the second fluid heat transfer surface 17, which in turn corresponding to the largest of the heat exchanger 14 in one of the stages of the plurality of compressor stages 7a, 7a and a plurality of expansion stages 13a, 13b comprising hot section 6 during a Energy exchanger 14 in one of the stages of the plurality of compressor stages 7a, 7a and a plurality of expansion stages 13a, 13b comprising hot section 6 during a Energy Easterns- and a Energyeaeaus provedungsvorgang is to be provided heat energy transfer capacity dimensioned.
  • Heat transfer capacity makes it possible to supply a heated air partial mass flow of vaporized air branched off during the energy transfer storage operation after the flow through the second heat energy transfer surface 17 to an adsorber 19 as regeneration air, to effect expulsion of CO 2 and water there by means of the heated air mass mass flow and then to pass this partial air mass flow parallel to the second heat energy transfer surface 17 the fluid effetströmbare additional heat energy transfer surface 26 to lead and prior to introduction into an expansion stage 13a of the Beerentschreibsaku 28 again with the rest of the second heat energy transfer surface 17 having flowed mass air flow vaporized air to unite.
  • the Heilteilmassenstrom evaporated air and the heat energy transfer capacity of additional heat energy transfer surface 26 are coordinated so that is brought to heat transfer in the heat exchanger 14 during a Energyeaeaus askedungsvorgangs the Heilteilmassenstrom vaporized air by heat energy transfer from the heat exchanger 14 through the heat carrier medium line connection 15 zufdocdem heat transfer medium 31 to the same temperature can be as the second heat energy transfer surface 17 by flowing air mass flow of evaporated air.
  • the heat exchanger 14 is with its first fluid-throughflowable heat energy transfer surface 16 at the first line connection 32 via the first air-carrying line connection 21 in a mass air flow leading line connection with the low-pressure compressor 7a of the air compression unit 27 and the low-pressure expansion engine 13b of the air expansion unit 28. Furthermore, the heat exchanger 14 is with its first heat energy transfer surface 16 at the second line connection 33 via the second air-conducting line connection 22 in a mass air flow leading cable link with the High-pressure compressor 7b of the air compression unit 27 and the high-pressure compression machine 13a of the air expansion unit 28 via a third air-conducting line connection 23 with its second fluid-through heat transfer surface 17 at the third line connection 34 in a mass air flow leading line connection with the
  • the heat exchanger 14 is with its second heat energy transfer surface 17 at the fourth line connection 35 via an air-conducting air main line 24 and via air liquefier 8 or liquid air evaporator 12 in a mass air flow leading line connection with the liquid air reservoir 9.
  • This line connection is supplied to the liquid air reservoir 9 during an energy storage operation, an air mass flow of compressed and liquefied air and is supplied to the heat exchanger 14, an air mass flow of evaporated air during an energy storage operation from the liquid air reservoir 9.
  • the heat exchanger 14 is designed such that it is both the prevailing during the storage of liquid air in the liquid storage tank 9 during the Energyein Grandeungsvorgangs in the heat exchanger 14 relatively low pressure, which for example between 10 and 90 bar, in particular 26.5 bar, and the during an energy storage operation in the discharge of liquid air from the liquid air reservoir 9 in the heat exchanger 14 prevailing higher pressure, which, for example, between 60 and 1 10 bar, in particular 89.5 bar, withstands, so that it can be flowed through for these pressures having mass air flow.
  • the heat transfer medium 14 is further designed such that its heat energy transfer surface is tuned to that phase of the two phases or cycles of energy storage operation and energy storage operation, in which the larger heating or Cooling surface is needed.
  • the heat transfer capacity of the heat exchanger 14 is further designed such that both during a Energy Easternsvorgangs in the air compression with intermediate cooling total heat energy auskoppelbar and in the mass flow of the heat exchanger 14 incoming and flowing through the heat transfer medium 31 can be coupled as well as the energy during an energy storage operation for the for heating the total air mass flow to be supplied to the air expansion unit 28 required heat energy from the heat transfer medium 14 incoming and flowing through these heat transfer medium 31 can be coupled and coupled into this air mass flow.
  • the hot part 6 has an adsorber regeneration line 20 which connects the adsorber 19 on the output side in the regeneration case with a bypass line 18, which is formed between the sixth line connection 37 and the fifth line connection 36 as the heat transfer medium 14 passing through fluid heatable additional heat transfer area 26, and which the adsorber 19 on the other hand in the regeneration case on the input side connects to the second air-conducting line connection 23.
  • the bypass line 18 leads the diverted partial air mass flow parallel to the air mass flow flowing through the second heat energy transfer surface 17 through the heat exchanger 14.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of the hot part 6 of the liquid-air energy storage power plant 1 during a
  • ambient air is the at least one compressor 7, in the embodiment initially the low-pressure compressor 7 a, respectively.
  • This is driven by an electric motor 29, which removes electrical power 5 from the mains. This is preferably done during off-peak hours or at times of low or negative electricity prices.
  • the ambient air fed to the low-pressure compressor 7a is compressed there to form an air mass flow of compressed air and compressed as air mass flow of compressed air through the first air-conducting line connection 21 of the first fluid throughflow
  • Heat energy transfer surface 16 of the heat exchanger 14 is supplied to the first line connection 32.
  • heat energy is coupled out of the air mass flow of compressed air to the heat transfer medium 14 flowing from a seventh conduction connection 39 to the heat transfer medium leading conduction connection 15 to the cool heat transfer medium 31.
  • This decoupled heat energy is dissipated with the mass flow of then warm heat transfer medium 31 at an eighth line connection 40 with the heat transfer medium leading line connection 15 from the heat exchanger 14 and a heat storage 1 1 of the heat storage unit 30, where the heat energy is decoupled into the heat storage 1 1.
  • the then again cool heat transfer medium 31 is then fed through the heat carrier medium leading line connection 15 in turn the seventh line connection 39, wherein a pump or a fan 25 for the circulation of the mass flow of heat transfer medium 31 provides.
  • the air mass flow of compressed air occurs after flowing through the first heat energy transfer surface 16 at the second line connection 33 in the thereto connected second air-conducting line connection 22 and this is fed through the high-pressure compressor 7b.
  • the likewise current-driven high-pressure compressor 7b compresses the supplied air mass flow to an air mass flow of further compressed air and leads it through the third air-conducting line connection 23 to the third line connection 34 of the second heat energy transfer surface 17 of the heat transfer device 14 through which fluid can flow.
  • an air mass mass flow branches off from the third air-conducting conduit connection 23 at a branch 41 into the bypass conduit 18 and flows through the additional heat energy transfer surface 26 before being cooled again at an opening 42 in the main conduit 24 to the air mass flow of compressed air.
  • heat energy is in turn coupled out of the air mass flow of compressed air to the heat transfer medium 31 flowing to the heat exchanger 14 from the seventh conduit connection 39 with the heat carrier medium-carrying line connection 15.
  • This decoupled heat energy is dissipated with the mass flow from then warm heat transfer medium 31 again at the eighth line connection 40 with the heat carrier medium leading line connection 15 from the heat exchanger 14 and a heat storage 1 1 of the heat storage unit 30, where the heat energy is decoupled into the heat storage 1 1.
  • the then again cool heat transfer medium 31 is then fed through the heat carrier medium-carrying line connection 15 again the seventh line connection 39, wherein the pump or the fan 25 continues to provide for the circulation of the mass flow of heat transfer medium 31.
  • the bypass line 18 leads the branched air mass flow parallel to the second heat energy transfer surface 17 by flowing air mass flow through the heat exchanger 14, along the - as shown in FIG. 5 can be seen - the first heat energy transfer surface 16 assigned
  • Additional heat energy transfer surface 26 of the air mass fraction of further compressed air by coupling heat energy to the heat exchanger 14 flowing through the heat transfer medium 31 is cooled to the same temperature as the second heat energy transfer surface 17 by flowing air mass flow to further compressed air.
  • FIGS. 4 and 5 schematically illustrate the state of the heat exchanger 14 shown in FIGS. 2 and 3 during a power-up operation.
  • FIG. 5 shows a plan view of the heat exchanger 14 shown in FIG. 4.
  • FIG. 5 This shows the structure of the heat exchanger 14 from the intertwined line curves of the first and second heat energy transmission surfaces 16, 17 and the additional heat transfer surface 26.
  • the connection of the second heat energy transfer surface 17 to the main line 24 can be seen and on the opposite right side of the connection of the first heat energy transfer surfaces 16 to the second air-conducting line connection 22 and the transition of the bypass line 18 in the additional heat energy transfer surface 26 can be seen ,
  • the first heat energy transfer surface 16 is dimensioned smaller than the second heat energy transfer surfaces 17, wherein the additional heat energy transfer capacity 26 is formed in the space remaining due to the smaller dimensioning of the first heat energy transfer surface 16 (top in Fig. 5).
  • FIG. 6 shows a schematic representation of the hot part 6 (power island) during an energy transfer operation or cycle or a withdrawal phase in which an air mass flow is stored out of air stored in the liquid air reservoir 9 and after flowing through the liquid air evaporator 12 Air mass flow evaporated air is supplied to the heat exchanger 14 and there is heated by coupling of a heat exchanger 14 flowing through the mass flow of the heat transfer medium 31 heat energy coupled out.
  • the arrows on the lines in turn illustrate the direction of flow of the respective medium in the respective line, and the lines or line sections which are not flowed through or act upon are shown in dashed lines.
  • the heat exchanger 14 is flowed through by the media air and heat transfer medium 31 opposite to the first direction of the flow during the energy storage operation in a second direction.
  • cold vaporized air taken from the liquid-air reservoir 9 is stored in the heat exchanger 14 by thermal energy stored in the heat-storage unit 30 during the injection process heated.
  • the heat exchanger 14 in a respective first direction, in the representation of FIG. 6 from top to bottom, in the fluid-throughflow first and second heat energy transfer surfaces 16, 17 and the additional heat energy transfer surface 26 of an air mass flow of vaporized air and outside the first and second fluid-throughflow Heat energy transfer surfaces 16, 17 and the
  • An air mass flow of evaporated air flowing in through the main line 24 is introduced into the second heat energy transfer surface 17 at the fourth line connection 35.
  • heat energy is injected from the heat exchanger 14 of the eighth line connection 40 with the heat carrier medium-carrying line connection 15 flowing mass flow of warm heat transfer medium 31 in the air mass flow.
  • the mass flow from then cooled heat transfer medium 31 is discharged at the seventh line connection 39 with the heat carrier medium-carrying line connection 15 from the heat exchanger 14 and a heat storage 1 1 of the heat storage unit 30, where the heat transfer medium is heated with decoupled from the heat storage heat energy.
  • the then again warm heat transfer medium 31 is then fed through the heat carrier medium leading line connection 15 in turn the eighth line connection 40, the pump or fan 25 provides for the circulation of the mass flow of heat transfer medium 31.
  • the air mass flow of evaporated and now heated air exits after passing through the second heat energy transfer surface 17 at the third line connection 34 in the third air-conducting line connection 23 connected thereto and is supplied through the high-pressure expansion machine 13a.
  • the high-pressure expansion machine 13a equipped with the generator G relaxes the supplied air mass flow of evaporated and heated air while generating power by means of the generator G and guides it through the second air-conducting line connection 22 at the second line connection 33 of the fluid-throughflowable first heat energy transfer surface 16 of the heat exchanger 14 to.
  • the adsorber regeneration line 20 branches off from the third air-conducting line connection 23 at a second branch 43 into which an air mass mass flow is vaporized and branched off after flowing through the second heat energy transfer surface 17 and fed to the adsorber 19.
  • this air partial mass flow of heated vaporized air flows through the adsorber 19 for regeneration thereof.
  • the adsorber regeneration line 20 connects the adsorber 19 at a second junction 44 to the bypass line 18, which is formed between the sixth line connection 37 and the fifth line connection 36 as the additional fluid heat transfer surface 26 passing through the heat exchanger 14.
  • the bypass line 18 leads the branched air mass flow of evaporated air parallel to the second heat energy transfer surface 17 by flowing air mass flow through the heat exchanger 14 and takes him at the junction 41 again in the third air-conducting line connection 23, after the second branch 43 in the third air-carrying line 23rd remaining air partial mass flow, so that the total air mass flow then flows through the third air-conducting line connection 23 of the high-pressure expansion engine 13a.
  • the air mass flow of vaporized air supplied through the second air-carrying line 22 to the first fluid-throughflowable heat energy transfer surface 16 flows through the first fluid-through heat transfer surface 16 of the heat exchanger 14.
  • air evaporated in the air mass flow again receives heat energy from the heat exchanger 14 coupled mass flow of warm heat transfer medium 31 from the eighth line connection 40 with the heat carrier medium-carrying line connection 15, wherein the mass flow of cool heat transfer medium 31 continues at the seventh line connection 40 with the heat transfer medium leading line connection 15th discharged from the heat exchanger 14 and a heat storage 1 1 of the heat storage unit 30 is supplied with a pump or a fan 25 for the circulation of the mass flow of heat transfer medium 31 provides.
  • the then again warm heat transfer medium 31 is further supplied to the eighth line connection 40 by the heat carrier medium-carrying line connection 15.
  • the air mass flow of vaporized heated air exits at the first line connection 32 into the first air-conducting line connection 21 connected thereto and is supplied through the low-pressure expansion machine 13b.
  • the low-pressure expansion engine 13b which likewise generates electricity by means of the connected generator G 5, relaxes the supplied air mass flow of heated evaporated air and subsequently discharges it into the environment.
  • This - ie the energy drainage process - is preferably at peak load times, ie at times when the electricity price is particularly high and / or additional power must be fed into the grid.
  • the cold air taken out of the liquid air reservoir 9 and vaporized in the liquid air evaporator is heated as it flows through the heat exchanger 14 before being supplied to the expansion machines 13, 13a, 13b.
  • the heat stored in the heat storage unit 30 is supplied to the heat exchanger 14 via the heat transfer medium 31 located in the line connection 15.
  • the adsorber 19 which is a molecular sieve, removes in the manner not shown in the figures from the air mass flow of compressed air substances which can freeze - in the present case substantially CO2 and water - during the energy storage operation in the air flow direction in front of the heat exchanger 14 and before Air liquefier 8, in order to avoid that they freeze as components of the air mass flow of compressed air in the heat exchanger 14 or the air liquefier 8 and thus the operation of these components to make impossible.
  • the regeneration of the adsorber 19 is integrated into the energy dumping process in the manner described above.
  • the heat required from the heat storage unit 30 and unloaded carrying air are provided as part of the air mass flow from the vaporized stored air mass flow.
  • the second heat transfer stage formed by the second heat energy transfer surface 17 of the heat exchanger 14 is formed with the larger heat transfer surface.
  • a partial stream of the air mass flow is diverted immediately after the heat exchanger 14 from the third air-conducting line connection in the adsorber regeneration line 20 after passing through the second heat transfer surface 17 and the heating of the air in the heat exchanger.
  • the adsorber regeneration line 20 leads the adsorber 19 to this partial air flow as regeneration air.
  • This regeneration air is supplied to the heat exchanger 14 in the cold but pressure-charged state after flowing through the adsorber 19 and reheated in the additional heat energy transfer surface 26.
  • this partial air mass flow is again supplied to the third air-conducting line connection 23.
  • the main air mass flow in the third air-conducting line connection 23 is slightly throttled, since the air mass fraction of Regenerierluft compared to the main air mass flow has a slightly lower pressure due to the adjusting itself in the flow through the adsorber 19 additional pressure loss.
  • a throttle device 45 is formed in the third air-conducting line connection 23.
  • the adsorber 19 As an alternative to throttling the air, it is possible to overcome the pressure loss of the Regenerierluftstroms by a jet pump, which is arranged in the main air flow. Since the adsorber 19 must be cold again towards the end of the energy storage operation to perform the air purification process during the energy storage process, the adsorber 19 is flowed out of the liquid air evaporation 12 after regeneration instead of heated air from the heat exchanger 14 with cold, pressurized and unloaded air. For sufficient regeneration of the adsorber 19 flows over a certain period of time, a certain heated in the heat exchanger 14 air flow through the adsorber 19. It can However, the regeneration time can be varied if the air flow is changed at the same time. The regeneration time can thus be selected longer than the cooling time.
  • the air flow, which must be heated in the heat exchanger 14 is thereby reduced accordingly, which has a positive influence on the size of the additionally required heating surface 26, so that it can be made smaller.
  • the heat required for the regeneration is fed back to the energy storage process, whereby a significant loss of efficiency is avoided by the regeneration.
  • the additional heat energy transfer surface 26 is also used in the cooling phase of the adsorber 19 during the Aus Grande farming processes via the bypass circuit 18 for the heating of the at least one expansion machine 13 supplied air mass flow use. Another advantage of the additional heat energy transfer surface 26 is the lower pressure loss.
  • FIGS. 7 and 8 show, in a schematic representation analogous to the illustrations of FIGS. 4 and 5, the heat exchanger 14 during an energy recovery process.
  • FIG. 8 shows a plan view of the heat exchanger 14 shown in FIG. 7.
  • energy storage process and “energy storage process” are understood to mean, in particular, periods or cycles or phases that do not overlap and during which either energy in the form of liquid air is stored in the liquid storage 9 ("energy storage process”) or liquid air from the liquid storage 9 stored out (“energy storage operation”) is.
  • energy storage process energy storage process
  • energy storage operation liquid air from the liquid storage 9 stored out

Abstract

The invention relates to a heat exchanger (14) for use in a heating part (6) of a liquid-air energy storage power plant based on an adiabatic liquid-air storage (A-LAES). The heating part (6) has an air compression unit (27) which comprises at least one compressor (7, 7a, 7b) and operates during an energy storage process, an air expanding unit (28) which comprises at least one expansion machine (13, 13a, 3b) and operates during an energy discharge process, and a heat storage unit (30) which provides a mass flow of a heat transfer medium (31). The aim of the invention is to allow a structurally less complicated design and a simplified operation of the heating part of a liquid-air energy storage power plant based on an adiabatic liquid-air storage (A-LAES). This is achieved in that the heat exchanger (14) has a thermal energy transmission capacity which is sufficient for providing both the cooling capacity required for cooling or intercooling an air mass flow of compressed air produced in the air compression unit (27) comprising the at least one compressor (7, 7a, 7b) during an energy storage process of the liquid-air energy storage power plant by transferring heat to a mass flow of incoming heat transfer medium (31) as well as the heating capacity required for heating an air mass flow of evaporated air flowing into the air expansion unit (28) comprising the at least one expansion machine (13, 13a, 13b) during an energy discharge process of the liquid-air energy storage power plant by transferring heat from a mass flow of incoming heat transfer medium (31).

Description

Wärmeübertrager zur Verwendung in einem Warmteil eines Flüssigluftenergiespeicherkraftwerks, Warmteil und Verfahren zum Betrieb eines solchen Wärmeübertragers in einem solchen Warmteil  Heat exchanger for use in a hot part of a liquid-air energy storage power plant, hot part and method for operating such a heat exchanger in such a hot part
Die Erfindung richtet sich auf einen Wärmeübertrager zur Verwendung in einem Warmteil eines auf einer adiabatischen Flüssigluftspeicherung basierenden Flüssigluftenergiespeicherkraftwerks, wobei der Warmteil eine mindestens einen Verdichter umfassende, während eines Energieeinspeicherungsvorgangs betriebene Luftkompressionseinheit und eine mindestens eine Expansionsmaschine umfassende, während eines Energieausspeicherungsvorgangs betriebeneThe invention is directed to a heat exchanger for use in a hot section of an adiabatic liquid storage based liquid air energy storage power plant, the hot section comprising an air compression unit comprising at least one compressor operated during an energy storage operation and at least one expansion engine operating during an energy dump operation
Luftentspannungseinheit sowie eine einen Massenstrom an Wärmeträgermedium bereitstellende Wärmespeichereinheit aufweist. Air Entspannungsseinheit and a mass flow of heat transfer medium providing heat storage unit has.
Weiterhin richtet sich die Erfindung auf einen Warmteil eines auf einer adiabaten Flüssigluftspeicherung (A-LAES) basierenden Flüssigluftenergiespeicherkraftwerks, der eine Luftkompressionseinheit mit Zwischenkühlung, die mindestens einen zugeführte Luft komprimierenden Verdichter aufweist, der mit einem in Luftströmungsrichtung stromabwärts angeordneten Wärmeübertrager, vorzugsweise einem Wärmeübertrager der vorbezeichneten Art, in luftführender Leitungsverbindung steht, und der eine Luftentspannungseinheit, die mindestens eine aus einem Flüssigluftspeicher nach Verdampfung zugeführte Luft entspannende Expansionsmaschine aufweist, die mit einem in Luftströmungsrichtung stromaufwärts angeordneten Wärmeübertrager, vorzugsweise einem Wärmeübertrager der vorbezeichneten Art, in luftführender Leitungsverbindung steht, wobei die Luftkompressionseinheit und die Luftentspannungseinheit mit dem Flüssigluftspeicher in luftführender Leitungsverbindung stehen und der Wärmeübertrager mit einer mindestens einen Wärmespeicher umfassenden Wärmespeichereinheit in ein Wärmeträgermedium führender Leitungsverbindung steht. Further, the invention is directed to a hot section of an adiabatic liquid air storage (A-LAES) based liquid air energy storage power plant having an air compression unit with intermediate cooling having at least one supplied compressed air compressor having a downstream in the air flow direction heat exchanger, preferably a heat exchanger of the aforementioned Art, is in air-conducting line connection, and the one Luftentspannungseinheit having at least one of a liquid air storage after evaporation supplied air relaxing expansion machine, which is in an air flow direction upstream heat exchanger, preferably a heat exchanger of the type described, in air-conducting line connection, wherein the air compression unit and the Luftentspannungseinheit with the liquid air reservoir are in air-conducting line connection and the heat bert Interrogator is in a heat transfer medium leading line connection with a at least one heat storage extensive heat storage unit.
Ferner richtet sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Wärmeübertragers in einem solchen Warmteil. Eine Methode zur Speicherung von Überschuss-Strom ist die sogenannte„Liquid Air Energy Storage" (LAES)-Technologie. Dabei wird Luft, insbesondere Umgebungsluft komprimiert und dann so weit abgekühlt, bis die zunächst gasförmige Luft sich verflüssigt, also in den flüssigen Aggregatzustand übergeht. Anschließend wird die verflüssigte Luft in speziellen, sogenannten Kryobehältern, gespeichert. Nimmt die Last im Stromnetz zu, so kann die so gespeicherte Luft bei Lastspitzen mit einer Pumpe auf ein höheres Druckniveau gebracht und dann verdampft werden. Die unter Druck stehende gasförmige Luft wird dabei aufgeheizt und treibt hocheffiziente Turbomaschinen oder Expansionsmaschinen zur Stromerzeugung an. LAES lässt sich als Speichertechnologie im Bereich bis zu mehreren Gigawattstunden nutzen. Das Verfahren ähnelt der Druckluftspeicherung in Salzkavernen, ist aber von den geologischen Bedingungen unabhängig und daher überall einsetzbar. Weiterhin ist der Zeitaufwand für Planung, Bau und Genehmigungsverfahren solcher Anlagen deutlich reduziert. Außerdem ist mit relativ kurzen Bau- und Vorlaufzeiten zu rechnen, was die Möglichkeit einer schnellen Umsetzung eröffnet. Zudem sind die notwendigen Komponenten gut entwickelte Einheitsprozesse, die in der Prozess- und Kraftwerksindustrie seit Jahrhunderten eingesetzt werden. Um diese an ein LAES- System anzupassen, sind lediglich geringe Änderungen notwendig. Bei der Integration in einen bereits bestehenden Kraftwerks- und Industriestandort wäre die erforderliche Netz- und Gasinfrastruktur bereits verfügbar. Furthermore, the invention is directed to a method for operating such a heat exchanger in such a hot part. One method of storing surplus electricity is the so-called "Liquid Air Energy Storage" (LAES) technology, in which air, in particular ambient air, is compressed and then cooled until the initially gaseous air liquefies, ie changes into the liquid state of aggregation Then the liquefied air is stored in special cryobanks, and if the load in the power grid increases, the air stored at peak loads can be pumped to a higher pressure level and then vaporized to produce pressurized gaseous air LAES can be used as a storage technology in the range up to several gigawatt hours.The procedure resembles the storage of compressed air in salt caverns, but is independent of the geological conditions and therefore everywhere applicable.Furthermore, the time required for Pla tion, construction and approval procedures of such facilities are significantly reduced. In addition, relatively short construction and lead times are to be expected, which opens up the possibility of rapid implementation. In addition, the necessary components are well-developed unit processes that have been used in the process and power industry for centuries. To adapt them to a LAES system, only minor changes are necessary. When integrated into an existing power plant and industrial site, the required grid and gas infrastructure would already be available.
Prozesstechnisch bestehen solche Anlagen im Wesentlichen aus drei Einheiten: einem Tieftemperaturteil mit Luftverflüssiger, einem Flüssigverdampfer und einer Kryopumpe, einem Speichersystem umfassend einen Flüssigluftspeicher, einen Kältespeicher und optional einem Wärmespeicher und eine Warmteil, eine sogenannte „Power-Island", welches einen (Abhitze)Lufterwärmer und Expansionsmaschinen zur Stromproduktion aus komprimierter Luft umfasst. In terms of process technology, such systems consist essentially of three units: a low-temperature part with air liquefier, a liquid evaporator and a cryopump, a storage system comprising a liquid-air storage, a cold storage and optionally a heat storage and a hot part, a so-called "power island", which has a (waste heat) Air heaters and expansion machines for power production from compressed air includes.
Bei der hier betrachteten Variante der Flüssigluftspeicherung (LAES) handelt es sich um eine sogenannte adiabate Flüssigluftspeicherung (A-LAES). Diese umfasst adiabate Zustandsänderungen, also thermodynamische Vorgänge, bei denen ein System von einem Zustand in einen anderen Zustand überführt wird, ohne dass Wärme über die Systemgrenzen hinaus mit der Umgebung des Systems ausgetauscht wird. D.h. die bei dem Einspeicherprozess anfallende Kompressionsabwärme wird in einem Wärmespeicher gespeichert und beim Ausspeicherprozess wieder zur Erwärmung der hochgespannten Druckluft (nach Verdampfer) verwendet, welche im Anschluss für den Betrieb der Expansionsmaschinen zur Strom Produktion verwendet wird. The variant of liquid air storage (LAES) considered here is what is known as adiabatic liquid air storage (A-LAES). This includes adiabatic state changes, ie thermodynamic processes in which a system is transferred from one state to another state without heat being exchanged beyond the system boundaries with the environment of the system. In other words, the heat of compression accumulating during the injection process becomes stored in a heat storage and used in the Ausspeicherprozess again for heating the high-tension compressed air (after evaporator), which is then used for the operation of the expansion machines for electricity production.
Wie vorstehend beschrieben wird bei dem A-LAES Prozess die Luftkompressionsabwärme bei der EinspeicherphaseAs described above, in the A-LAES process, the air-compression waste heat is at the injection phase
(„Energieeinspeicherungsvorgang") in einem Wärmespeicher gespeichert. Die Luftkompression erfolgt dabei in mehreren Stufen. Zwischen den verschiedenen Kompressionsstufen wird die Luft auf den jeweiligen Druckniveaus zur Erwärmung des Wärmespeichers zwischengekühlt. Dazu zirkuliert in einem Zwischenkreislauf zwischen dem Wärmespeicher und dem Wärmeübertrager ein Wärmeträgermedium, wie beispielsweise Luft, Wasser oder Thermoöl. Hierzu wird üblicherweise das Wärmeträgermedium mittels eines ersten Wärmeübertragers zwischengekühlt. The air compression takes place in several stages: Between the different compression stages, the air is cooled down to the respective pressure level for heating the heat accumulator by circulating a heat transfer medium in an intermediate circuit between the heat accumulator and the heat exchanger For example, air, water or thermo-oil For this purpose, usually the heat transfer medium is cooled by means of a first heat exchanger.
Während der Ausspeicherphase („Energieausspeicherungsvorgang") wird nach der Verdampfung kalte gasförmige Druckluft mit der während Einspeicherphase gespeicherten Wärme in einem zweiten Wärmeübertrager erwärmt. Die Expansion erfolgt dabei, wie die Kompression in mehreren Stufen. Zwischen den verschiedenen Expansionsstufen wird die Druckluft auf den jeweiligen Druckniveaus unter Nutzung der Wärme aus dem Wärmespeicher erwärmt. Die Wärme wird wie bei der Einspeicherphase mit einem Wärmeträgermedium in einem Zwischenkreislauf vom Wärmespeicher zur Druckluft übertragen. During the ejection phase ("energy dump process"), after the evaporation, cold gaseous compressed air is warmed by the heat stored during the injection phase in a second heat exchanger, expanding in the same way as the compression in several stages and at different pressure levels between the different expansion stages The heat is transferred from the heat accumulator to the compressed air as in the injection phase with a heat transfer medium in an intermediate circuit.
Eine Vorrichtung zum Speichern und Rückgewinnen von Energie mittels eines A-LAES Prozesses ist aus der DE 10 2014 105 237 B3 bekannt. A device for storing and recovering energy by means of an A-LAES process is known from DE 10 2014 105 237 B3.
Hierbei hat es sich als nachteilhaft erwiesen, dass bei der bekannten Ein- und Ausspeicherung der Luft sowohl für die Wärmeeinspeicherung ein erster Wärmeübertrager als auch für die Ausspeicherung der Luft ein zweiter Wärmeübertrager notwendig ist. It has proven to be disadvantageous that in the known injection and withdrawal of air, both for the heat storage, a first heat exchanger and for the removal of air, a second heat exchanger is necessary.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die eine konstruktiv weniger aufwendige Ausgestaltung und einen vereinfachten Betrieb des Warmteils eines auf einer adiabatischen Flüssigluftspeicherung (A-LAES) basierenden Flüssigluftenergiespeicherkraftwerks ermöglicht. The invention is therefore an object of the invention to provide a solution that has a structurally less expensive design and a simplified operation of the Hot part of a adiabatic liquid air storage (A-LAES) based liquid-air energy storage power plant allows.
Bei einem Wärmeübertrager der eingangs näher bezeichneten Art, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Wärmeübertrager eine Wärmeenergieübertragungskapazität aufweist, die ausreicht, sowohl die während eines Energieeinspeicherungsvorgangs des Flüssigluftenergiespeicherkraftwerks zur Kühlung oder Zwischenkühlung eines in der den mindestens einen Verdichter umfassenden Luftkompressionseinheit entstehenden Luftmassenstroms an verdichteter Luft benötigte Kühlkapazität durch Wärmeübertragung an einen Massenstrom an zufließendem Wärmeträgermedium bereitzustellen als auch die während eines Energieausspeicherungsvorgangs desIn a heat exchanger of the type described in more detail, this object is achieved in that the heat exchanger has a heat energy transfer capacity that is sufficient both during an energy storage operation of the liquid air energy storage power plant for cooling or intermediate cooling in the at least one compressor comprising air compression unit resulting air mass flow to compacted To provide air cooling capacity required by heat transfer to a mass flow of inflowing heat transfer medium as well as during an energy storage operation of the
Flüssigluftenergiespeicherkraftwerks zur Erwärmung eines der die mindestens eine Expansionsmaschine umfassenden Luftexpansionseinheit zuströmenden Luftmassenstroms an verdampfter Luft benötigte Wärmekapazität durch Wärmeübertragung aus einem Massenstrom zufließenden Wärmeträgermediums bereitzustellen. Liquid air energy storage power plant for heating one of the at least one expansion machine comprising air expansion unit incoming air mass flow of evaporated air required heat capacity to provide by heat transfer from a mass flow of heat transfer medium.
Bei einem Warmteil der eingangs näher bezeichneten Art, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der sowohl von der Luftkompressionseinheit als auch von der Luftentspannungseinheit beaufschlagte Wärmeübertrager eine Wärmeenergieübertragungskapazität aufweist, die ausreicht, dass sowohl die während eines Energieeinspeicherungsvorgangs bei der Luftkompression in dem mindestens einen Verdichter entstehende und aus einem dem Wärmeübertrager zuströmenden Luftmassenstrom an verdichteter Luft auszukoppelnde Wärmeenergie in dem Wärmeübertrager aus dem vom Verdichter durch die luftführende Leitung zuströmenden Luftmassenstrom verdichteter Luft auskoppelbar und in einen dem Wärmeübertrager durch die das Wärmeträgermedium führende Leitungsverbindung zuströmenden Massenstrom an Wärmeträgermedium einkoppelbar ist als auch die während eines Energieausspeicherungsvorgangs zur Erwärmung eines der mindestens einen Expansionsmaschine zuströmenden Luftmassenstroms an verdampfter Luft benötigte und in einen dem Wärmeübertrager durch die luftführende Leitung zuströmenden Luftmassenstrom verdampfter Luft einzukoppelnde Wärmeenergie in dem Wärmeübertrager aus einem dem Wärmeübertrager durch die das Wärmeträgermediunn führende Leitungsverbindung zuströmenden Massenstrom an Wärmeträgermedium auskoppelbar und in den der mindestens einen Expansionsmaschine zuströmenden Luftmassenstrom verdampfter Luft einkoppelbar ist. In a hot part of the type described in more detail, this object is achieved in that the acted upon by both the air compression unit and the Luftentspannungseinheit heat exchanger has a heat energy transfer capacity sufficient that both during a Energieeinspeicherungsvorgangs in the air compression in the at least one compressor resulting and from a heat exchanger inflowing air mass flow of compressed air auskoppelnde heat energy in the heat exchanger from the air flowing from the compressor through the air ducting air mass flow compressed air decoupled and in a heat exchanger through the heat transfer medium leading line connection incoming mass flow of heat transfer medium can be coupled as well as during an energy recovery operation for heating an air mass stream flowing to the at least one expansion engine oms required for evaporated air and in a heat exchanger to the air flowing through the line leading air mass flow of evaporated air to be coupled heat energy in the heat exchanger from a heat exchanger through the the Wärmeträgermediunn leading line connection incoming mass flow to the heat transfer medium can be decoupled and in the at least one expansion machine incoming air mass flow of evaporated air can be coupled.
Bei einem Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in dem Wärmeübertrager sowohl die während eines Energieeinspeicherungsvorgangs bei der Luftkompression in dem mindestens einen Verdichter entstehende Wärmeenergie aus einem Luftmassenstrom verdichteter Luft ausgekoppelt und in einen zuströmenden Massenstrom an Wärmeträgermedium eingekoppelt wird als auch die während eines Energieausspeisungsvorgangs zur Erwärmung eines der mindestens einen Expansionsmaschine zuströmenden Luftmassenstroms verdampfter Luft benötigte Wärmeenergie in dem Wärmeübertrager aus einem zuströmenden Massenstrom an Wärmeträgermedium ausgekoppelt und in einen zuströmenden Luftmassenstrom verdampfter Luft eingekoppelt wird. In a method of the type described in more detail, this object is achieved in that coupled in the heat exchanger both during a Energieeinspeicherungsvorgangs in the air compression in the at least one compressor resulting heat energy from an air mass flow of compressed air and coupled into an inflowing mass flow of heat transfer medium as well as the heat energy required for heating an air mass flow of evaporated air flowing in during an energy feed-off process in the heat exchanger is decoupled from an inflowing mass flow of heat transfer medium and coupled into an inflowing air mass flow of evaporated air.
Mit Hilfe der vorgeschlagenen Lösung wird es möglich, den Warmteil eines auf einer adiabatischen Flüssigluftspeicherung basierendenWith the aid of the proposed solution it becomes possible to use the hot part of an adiabatic liquid-air storage system
Flüssigluftenergiespeicherkraftwerks mit deutlich weniger Wärmeübertragern als nach dem bisherigen Stand der Technik auszubilden. Liquid air energy storage power plant with significantly fewer heat exchangers than form the prior art.
Hierdurch können die Investitionskosten einer A-LAES Anlage deutlich gesenkt werden. Die verringerten Investitionskosten tragen dabei in einem hohen Maße zu einer Kommerzialisierung der LAES Technologie bei. As a result, the investment costs of an A-LAES system can be significantly reduced. The reduced investment costs make a significant contribution to the commercialization of LAES technology.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche. Advantageous embodiments and modifications of the invention are the subject of the dependent subclaims.
In vorteilhafter Weiterbildung zeichnet sich der erfindungsgemäße Wärmeübertrager dadurch aus, dass er eine erste, den Wärmeübertrager von einem ersten Leitungsanschluss zu einem zweiten Leitungsanschluss durchziehende fluiddurchströmbare Wärmeenergieübertragungsfläche und eine zweite, den Wärmeübertrager von einem dritten Leitungsanschluss zu einem vierten Leitungsanschluss durchziehende fluiddurchströmbare Wärmeenergieübertragungsfläche aufweist. In an advantageous embodiment of the heat exchanger according to the invention is characterized in that it comprises a first, the heat exchanger from a first conduit connection to a second conduit connection passing fluiddurchströmbare heat energy transfer surface and a second, the heat exchanger from a third conduit connection to a fourth Conduit has a passing fluid-flowable heat energy transfer surface.
In Ausgestaltung des Wärmeübertragers ist es zudem zweckmäßig, wenn er eine den Wärmeübertrager von einem fünften Leitungsanschluss zu einem sechsten Leitungsanschluss durchziehende fluiddurchströmbareIn an embodiment of the heat exchanger, it is also expedient if it passes through the heat exchanger from a fifth line connection to a sixth line connection fluid-throughflow
Zusatzwärmeenergieübertragungsfläche aufweist, was die Erfindung weiterhin vorsieht. Additional heat energy transfer surface, which the invention further provides.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Warmteils besteht darin, dass die Wärmeenergieübertragungskapazität des Wärmeübertragers ausreicht, dass in dem Wärmeübertrager sowohl die während des Energieeinspeicherungsvorgangs bei der Luftverdichtung mit Zwischenkühlung aus dem Luftmassenstrom verdichteter Luft in der Luftkompressionseinheit insgesamt abzuleitende Wärmeenergie auskoppelbar und in den Massenstrom an Wärmeträgermedium einkoppelbar ist als auch die während des Energieausspeicherungsvorgangs für den zur Erwärmung des der Luftentspannungseinheit zuströmenden Luftmassenstroms verdampfter Luft in der Luftentspannungseinheit insgesamt benötigte Wärmeenergie aus dem Massenstrom an Wärmeträgermedium auskoppelbar und in den zuströmenden Luftmassenstrom verdampfter Luft einkoppelbar ist. An advantageous development of the hot part according to the invention is that the thermal energy transfer capacity of the heat exchanger is sufficient that in the heat exchanger both the compressed during the Energieeinspeicherungsvorgangs in the air compression with intermediate cooling of the air mass flow compressed air in the air compression unit auskoppelbar and can be coupled into the mass flow of heat transfer medium as well as the total during the Energieausspeicherungsvorgangs for the air to the Luftentungsseinheit inflowing air mass flow evaporated air in the Luftentspannungseinheit total required heat energy from the mass flow of heat transfer medium auskoppelbar and in the inflowing air mass flow of evaporated air can be coupled.
In vorteilhafter Weiterbildung sieht die Erfindung weiterhin vor, dass die Luftkompressionseinheit mit Zwischenkühlung mindestens eine Verdichterstufe, die mehrere Verdichter umfasst, und die Luftentspannungseinheit mindestens eine Expansionsstufe, die mehrere Expansionsmaschinen umfasst, aufweist, wobei der gemeinsame Wärmeübertrager über die fluidführende Leitung an jeweils eine Verdichterstufe und eine Expansionsstufe angeschlossen ist, wobei mittels des Wärmeübertragers sowohl die bei der Luftverdichtung mit Zwischenkühlung in der jeweiligen Verdichterstufe insgesamt abzuleitende Wärmeenergie aus dem Luftmassenstrom verdichteter Luft auskoppelbar und in den Massenstrom an Wärmeträgermedium einkoppelbar ist als auch die für die zur Erwärmung des der jeweiligen Luftentspannungseinheit zuströmenden Luftmassenstroms insgesamt benötigte Wärmeenergie aus dem Massenstrom an Wärmeträgermedium auskoppelbar und in den Luftmassenstrom verdampfter Luft einkoppelbar ist. Weiterhin besteht eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Warmteils darin, dass genau ein Wärmeübertrager über die fluidleitende Leitungsverbindung an die Luftkompressionseinheit mit Zwischenkühlung und die Luftentspannungseinheit angeschlossen ist, mittels welchem sowohl die bei der Luftverdichtung mit Zwischenkühlung in der Luftkompressionseinheit und/oder die in dem mindestens einen Verdichter und/oder die in der oder den jeweiligen Verdichterstufe(n) entstehende und insgesamt abzuleitende Wärmeenergie aus dem Luftmassenstrom verdichteter Luft auskoppelbar und in den Massenstrom an Wärmeträgermedium einkoppelbar ist als auch die für die zur Erwärmung des der Luftentspannungseinheit und/oder der mindestens einen Expansionsmaschine und/oder der oder den jeweiligen Expansionsstufen zuströmenden Luftmassenstroms an verdampfter Luft insgesamt benötigte Wärmeenergie aus dem Wärmeträgermedium auskoppelbar und in den Luftmassenstrom verdampfter Luft einkoppelbar ist. In an advantageous embodiment, the invention further provides that the air compression unit with intermediate cooling at least one compressor stage comprising a plurality of compressors, and the Luftentspannungseinheit at least one expansion stage comprising a plurality of expansion machines, wherein the common heat exchanger via the fluid-carrying line to a respective compressor stage and an expansion stage is connected, by means of the heat exchanger both the total thermal energy to be dissipated in the air compression with intermediate cooling in the respective compressor stage from the air mass flow of compressed air and coupled into the mass flow of heat transfer medium as well as for the incoming air to the respective Luftentspannungseinheit air mass flow total required heat energy from the mass flow of heat transfer medium can be coupled out and in the air mass flow of evaporated air can be coupled. Furthermore, an advantageous development of the hot part according to the invention is that exactly one heat exchanger via the fluid-conducting line connection to the air compression unit with intermediate cooling and the Luftentspannungseinheit is connected, by means of which both the air compression with intermediate cooling in the air compression unit and / or in the at least one compressor and / or in the one or more compressor stage (s) resulting and total heat energy to be dissipated from the air mass flow of compressed air coupled out and coupled into the mass flow of heat transfer medium as well as for the heating of the air expansion unit and / or the at least one expansion machine and / or the air mass flow of vaporized air flowing in or out of the respective expansion stages can be decoupled from the heat transfer medium and can be coupled into the air mass flow of vaporized air ar is.
In Ausgestaltung des Warmteils ist es weiterhin zweckmäßig, dass der Wärmeübertrager bezogen auf die jeweilige Luftdurchflussrichtung der Luftkompressionseinheit und/oder jeder Verdichterstufe und/oder jedem Verdichter nachgeschaltet und der Luftentspannungseinheit und/oder jeder Expansionsstufe und/oder jeder Expansionsmaschine vorgeschaltet ist. In an embodiment of the hot part, it is also expedient that the heat exchanger downstream of the respective air flow direction of the air compression unit and / or each compressor stage and / or each compressor and the Luftentspannungseinheit and / or each expansion stage and / or each expansion machine is connected upstream.
Weiterhin besteht eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Warmteils darin, dass der Wärmeübertrager derart in luftführender Leitungsverbindung mit der Luftkompressionseinheit und der Luftentspannungseinheit steht, dass die Luftströmungsrichtung des ihn durchströmenden Luftmassenstroms während des Energieeinspeicherungsvorgangs entgegengesetzt zu der des Energieausspeicherungsvorgangs ist. Furthermore, an advantageous development of the hot part according to the invention is that the heat exchanger is in air-conducting line connection with the air compression unit and the Luftentspannungseinheit that the air flow direction of the air mass flow flowing through it during the Energieeinspeicherungsvorgangs is opposite to that of the Energieeaeausspeicherungsvorgangs.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Warmteils sieht die Erfindung weiterhin vor, dass der Wärmeübertrager eine erste Wärmeenergieübertragungsfläche und eine zweite Wärmeenergieübertragungsfläche aufweist, die über die luftführende Leitungsverbindung jeweils mit der Luftkompressionseinheit, insbesondere einem ersten Verdichter und einem zweiten Verdichter, und der Luftexpansionseinheit, insbesondere einer ersten Expansionsmaschine und einer zweiten Expansionsmaschine, in Reihe geschaltet sind. In a further development of the hot part according to the invention, the invention further provides that the heat exchanger has a first heat energy transmission surface and a second heat energy transmission surface, via the air-conducting line connection in each case with the air compression unit, in particular a first compressor and a second compressor, and the air expansion unit, in particular a first expansion machine and a second expansion machine, are connected in series.
Weiterhin besteht eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Warmteils darin, dass der Wärmeübertrager eine über die bei einem Energieeinspeicherungsvorgang oder einem Energieausspeicherungsvorgang benötigte Wärmeenergieübertragungskapazität hinausgehende zusätzliche Wärmeenergieübertragungskapazität in Form einerAn advantageous further development of the hot part according to the invention is that the heat exchanger has an additional heat energy transfer capacity in the form of a heat energy transfer capacity exceeding the thermal energy transfer capacity required for an energy storage operation or an energy recovery storage operation
Zusatzwärmeenergieübertragungsfläche bereitstellt. Additional heat energy transfer surface provides.
In Weiterbildung sieht die Erfindung weiterhin vor, dass die Zusatzwärmeenergieübertagungsfläche mittels einer Adsorber-Regenerationsleitung in luftleitender Leitungsverbindung mit einem Adsorber steht. In a further development, the invention further provides that the additional heat energy transfer surface is in air-conducting line connection with an adsorber by means of an adsorber regeneration line.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich in Weiterbildung dadurch aus, dass in dem Wärmeübertrager sowohl die während des Energieeinspeicherungsvorgangs bei der Luftverdichtung mit Zwischenkühlung aus dem Luftmassenstrom verdichteter Luft in der Luftkompressionseinheit insgesamt abzuleitende Wärmeenergie ausgekoppelt und in den Massenstrom an Wärmeträgermedium eingekoppelt wird als auch die während des Energieausspeicherungsvorgangs für den zur Erwärmung des der Luftentspannungseinheit zuströmenden Luftmassenstroms verdampfter Luft in der Luftentspannungseinheit insgesamt benötigte Wärmeenergie aus dem Massenstrom an Wärmeträgermedium ausgekoppelt und in den zuströmenden Luftmassenstrom verdampfter Luft eingekoppelt wird. The method according to the invention is characterized in that in the heat exchanger both the compressed during the Energieeinspeicherungsvorgangs in the air compression with intermediate cooling of the air mass flow compressed air in the air compression unit total heat energy dissipated and coupled into the mass flow of heat transfer medium as well as during the Energieeaeausspeicherungsvorgangs for the total amount of heat energy required in the air expansion unit for heating the air mass flow flowing to the air expansion unit, is decoupled from the mass flow to the heat transfer medium and injected into the inflowing air mass flow of vaporized air.
Weiterhin sieht die Erfindung in Ausgestaltung des Verfahrens in vorteilhafter Weise vor, dass die Luftkompressionseinheit mit Zwischenkühlung mindestens eine Verdichterstufe, die mehrere Verdichter umfasst, und die Luftentspannungseinheit mindestens eine Expansionsstufe, die mehrere Expansionsmaschinen umfasst, aufweist, wobei der gemeinsamer Wärmeübertrager an eine, vorzugsweise alle, Verdichterstufe(n) und eine, vorzugsweise alle, Expansionsstufe(n) angeschlossen ist und mittels des gemeinsamen Wärmeübertragers sowohl die bei der Luftverdichtung mit Zwischenkühlung in der jeweiligen oder allen Verdichterstufe(n) insgesamt abzuleitende Wärmeenergie aus dem Luftmassenstrom verdichteter Luft ausgekoppelt und in den Massenstrom an Wärmeträgermediunn eingekoppelt wird als auch die für die zur Erwärmung des der jeweiligen oder allen Expansionsstufe(n) zuströmenden Luftmassenstroms verdampfter Luft insgesamt benötigte Wärmeenergie aus dem Massenstrom an Wärmeträgermedium ausgekoppelt und in den Luftmassenstrom verdampfter Luft eingekoppelt wird. Furthermore, the invention provides in an embodiment of the method in an advantageous manner that the air compression unit with intermediate cooling at least one compressor stage comprising a plurality of compressors, and the Luftentspannungseinheit at least one expansion stage comprising a plurality of expansion machines, wherein the common heat exchanger to one, preferably all , Compressor (s) and one, preferably all, expansion stage (s) is connected and by means of the common heat exchanger both in the air compression with intermediate cooling in the respective or all compressor stage (s) total derived thermal energy from the air mass flow of compressed air decoupled and coupled into the mass flow of Wärmeträgermediunn is coupled as well as for the heating of the respective or all expansion stage (n) incoming air mass flow of evaporated air total required heat energy from the mass flow of heat transfer medium and coupled into the air mass flow of evaporated air.
In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens sieht die Erfindung ferner vor, dass mittels des genau einen, an die Luftkompressionseinheit mit Zwischenkühlung und die Luftentspannungseinheit angeschlossenen Wärmeübertragers sowohl die bei der Luftverdichtung mit Zwischenkühlung in dem mindestens einen Verdichter und/oder in der oder den jeweiligen Verdichterstufe(n) entstehende und insgesamt abzuleitende Wärmeenergie aus dem Luftmassenstrom verdichteter Luft ausgekoppelt und in den Massenstrom an Wärmeträgermedium eingekoppelt wird als auch die für die zur Erwärmung des der mindestens einen Expansionsmaschine und/oder der oder den jeweiligen Expansionsstufen zuströmenden Luftmassenstroms insgesamt benötigte Wärmeenergie aus dem Wärmeträgermedium ausgekoppelt und in den Luftmassenstrom verdampfter Luft eingekoppelt wird. In an advantageous embodiment of the method, the invention further provides that by means of exactly one, to the air compression unit with intermediate cooling and the Luftentspannungseinheit connected heat exchanger both in the air compression with intermediate cooling in the at least one compressor and / or in the respective compressor stage (n ) and total dissipated heat energy from the air mass flow of compressed air is coupled and coupled into the mass flow of heat transfer medium as well as for the heating of the at least one expansion machine and / or the respective expansion stages incoming air mass flow total required heat energy coupled out of the heat transfer medium and evaporated air is injected into the air mass flow.
Von Vorteil kann es auch sein, wenn der Wärmeübertrager derart in luftführender Leitungsverbindung mit der Luftkompressionseinheit und der Luftentspannungseinheit steht, dass er während des Energieeinspeicherungsvorgangs entgegengesetzt zur Strömungsrichtung während des Energieausspeicherungsvorgangs von einem Luftmassenstrom durchströmt wird, was die Erfindung weiterhin vorsieht. It can also be advantageous if the heat exchanger is in air-conducting line connection with the air compression unit and the air expansion unit in such a way that it flows through an air mass flow during the energy storage operation opposite to the flow direction during the energy storage operation, which the invention further provides.
Schließlich zeichnet sich die Erfindung in Ausgestaltung des Verfahrens dadurch aus, dass der Wärmeübertrager eine über die bei einem Energieeinspeicherungsvorgang oder einem Energieausspeicherungsvorgang benötigteFinally, in an embodiment of the method, the invention is characterized in that the heat exchanger requires an over the energy in an energy storage process or energy storage operation
Wärmeenergieübertragungskapazität hinausgehende zusätzlicheHeat energy transfer capacity beyond additional
Wärmeenergieübertragungskapazität in Form einerHeat energy transfer capacity in the form of a
Zusatzwärmeenergieübertragungsfläche bereitstellt, die über eine Adsorber- Regenerationsleitung in luftleitender Leitungsverbindung mit einem Adsorber steht und mittels welcher während des Energieausspeicherungsvorgangs im Wärmeübertrager aus dem zuströmenden Massenstrom an Wärmeträgermedium Wärmeenergie ausgekoppelt und in einen dem Absorber über die Adsorber-Regenerationsleitung zuströmenden Luftmassenstrom verdampfter Luft eingekoppelt wird. Provides additional heat energy transfer surface, which is in an air-conducting line connection with an adsorber via an adsorber regeneration line and by means of which during the energy storage operation in the heat exchanger from the inflowing mass flow of heat transfer medium heat energy decoupled and in a the absorber via the adsorber regeneration line incoming air mass flow evaporated air is coupled.
Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt in The invention is explained in more detail below by way of example with reference to a drawing. This shows in
Fig. 1 in schematischer Prinzipdarstellung den Aufbau eines auf einem A-LAES Fig. 1 in a schematic schematic representation of the structure of a on an A-LAES
Prozess basierenden Flüssigluftenergiespeicherkraftwerks, Fig. 2 in schematischer Darstellung den Warmteil eines  2 is a schematic representation of the hot part of a
Flüssigluftenergiespeicherkraftwerks nach Fig.1 ,  Liquid-air energy storage power plant according to Figure 1,
Fig. 3 in schematischer Darstellung den Warmteil nach Fig. 2 des Fig. 3 in a schematic representation of the hot part of Fig. 2 of the
Flüssigluftenergiespeicherkraftwerks nach Fig.1 während eines Liquid-air energy storage power plant according to Figure 1 during a
Energieeinspeicherungsvorgangs, Energieeinspeicherungsvorgangs,
Fig. 4 in schematischer Darstellung den in Fig. 2 und 3 dargestellten Fig. 4 in a schematic representation of that shown in FIGS. 2 and 3
Wärmeübertrager während eines Energieeinspeicherungsvorgangs, Fig. 5 in schematischer Darstellung eine Draufsicht des in Fig. 4 dargestellten  Heat exchanger during a Energieeinspeicherungsvorgangs, Fig. 5 is a schematic representation of a plan view of the shown in Fig. 4
Wärmeübertragers,  heat exchanger,
Fig. 6 in schematischer Darstellung den Warmteil nach Fig. 2 des  Fig. 6 in a schematic representation of the hot part of Fig. 2 of the
Flüssigluftenergiespeicherkraftwerks nach Fig.1 während eines Liquid-air energy storage power plant according to Figure 1 during a
Energieausspeicherungsvorgangs, Energieausspeicherungsvorgangs,
Fig. 7 in schematischer Darstellung den in Fig. 2 und 6 dargestellten Fig. 7 in a schematic representation of that shown in FIGS. 2 and 6
Wärmeübertrager während eines Energieausspeicherungsvorgangs und in  Heat exchanger during an energy storage operation and in
Fig. 8 in schematischer Darstellung eine Draufsicht des in Fig. 7 dargestellten  Fig. 8 is a schematic representation of a plan view of the illustrated in Fig. 7
Wärmeübertragers.  Heat exchanger.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung den Aufbau einer Vorrichtung zum Speichern und Rückgewinnen von Energie in Form eines insgesamt mit 1 bezeichneten und auf einem A-LAES Prozess, d.h. einer adiabatischen Flüssigluftspeicherung, basierenden Flüssigluftenergiespeicherkraftwerks. Dieses umfasst eine Beladung 2, einen Speicherteil 3, eine Entladung 4 und einen Wärmeübertrager 14. Kern des Flüssigluftenergiespeicherkraftwerk 1 sind ein Tieftemperaturteil, der einen Luftverflüssiger 8, einen Flüssigluftverdampfer 12 und einen Kältespeicher 10 aufweist, der Speicherteil 3, der einen Flüssigluftspeicher 9, den Kältespeicher 10 und eine Wärmespeichereinheit 30 aufweist, und ein auch als Power-Island bezeichneter Warmteil 6, der eine mindestens einen mit Strom 5 angetriebenen Verdichter 7, 7a, 7b umfassende Luftkompressionseinheit 27, eine mindestens eine Expansionsmaschine 13, 13a, 13b zur Erzeugung von elektrischem Strom 5 mittels eines angeschlossenen Generators G umfassende Luftentspannungseinheit 28 sowie die Wärmespeichereinheit 30 aufweist. In dem Speicherteil 3 werden während eines Energieeinspeicherungsvorgangs oder während einer Einspeicherphase flüssige Luft in dem Flüssigluftspeicher 9 und Wärme in der Wärmespeichereinheit 30 und während eines Ausspeicherungsvorgangs oder einer Ausspeicherphase Kälte in dem Kältespeicher 10 gespeichert sowie Wärme aus der Wärmespeichereinheit 30 entnommen. Hierbei wird während des Energieeinspeicherungsvorgangs ein dem Warmteil 6 zufließender Luftmassenstrom L zunächst in der mindestens einen Verdichter 7, 7a, 7b aufweisenden Luftkompressionseinheit 27 zu einem Luftmassenstrom verdichteter Luft komprimiert, der dann in dem Wärmeübertrager 14 mittels eines zuströmenden und in die Wärmespeichereinheit 30 abfließenden Massenstroms an Wärmeträgermedium 31 gekühlt, anschließend im Luftverflüssiger 8 mittels eines aus dem Kältespeicher 10 zufließenden Massenstroms an Kältemittel 38 verflüssigt und danach im Flüssigluftspeicher 9 gespeichert wird. Während des Energieausspeicherungsvorgangs wird im Flüssigluftspeicher 9 gespeicherte Flüssigluft als Luftmassenstrom zunächst einem Flüssigluftverdampfer 12 zugeführt, wo der Luftmassenstrom verdampft und die dabei entstehende Kälte in einen dem Kältespeicher 10 zufließende Massenstrom an Kältemittel 38 ausgekoppelt wird. Der Luftmassenstrom an verdampfter Luft wird danach dem Wärmeübertrager 14 zugeführt, wo der Luftmassenstrom an verdampfter Luft mittels eines aus der Wärmespeichereinheit 30 zuströmenden und in diese wieder abfließenden Massenstroms an Wärmeträgermedium 31 erwärmt wird. Der erwärmte Luftmassenstrom verdampfter Luft wird dann der Luftexpansionseinheit 28 zugeführt, wo der Luftmassenstrom mindestens eine mit dem Generator G zur Stromerzeugung verbundene Expansionsmaschine 13, 13a, 13b antreibt und dann als Luftmassenstrom L den Warmteil 6 verlässt. Fig. 1 shows a schematic representation of the structure of a device for storing and recovering energy in the form of a total of 1 designated and on an A-LAES process, ie, an adiabatic liquid air storage based liquid air energy storage power plant. This comprises a load 2, a storage part 3, a discharge 4 and a heat exchanger 14. The core of the liquid-air energy storage power plant 1 is a low-temperature part comprising an air liquefier 8, a liquid-air evaporator 12 and a cold storage 10, the storage part 3 containing a liquid-air storage 9 Cold storage 10 and a heat storage unit 30, and also referred to as a power island hot section 6, the at least one driven by power 5 compressors 7, 7a, 7b comprehensive air compression unit 27, at least one expansion machine 13, 13a, 13b for generating electric power 5 means a connected generator G comprehensive Luftentspannungseinheit 28 and the heat storage unit 30 has. In the storage part 3, during a power-storing operation or during a storage phase, liquid air in the liquid-air storage 9 and heat in the heat storage unit 30 and during a draining operation or draining-off period are stored in the cold storage 10 and heat is taken out of the heat storage unit 30. Here, during the energy storage operation, a hot air flow 6 incoming air mass flow L is first compressed in the at least one compressor 7, 7a, 7b having air compression unit 27 compressed air to a mass air flow then in the heat exchanger 14 by means of an incoming and flowing into the heat storage unit 30 mass flow Heat transfer medium 31 is cooled, then liquefied in the air liquefier 8 by means of a flowing from the cold storage 10 mass flow of refrigerant 38 and then stored in the liquid air reservoir 9. During the energy storage operation, liquid air stored in the liquid-air accumulator 9 is first supplied as air mass flow to a liquid-air evaporator 12 where the air mass flow evaporates and the resulting cold is decoupled into a mass flow of refrigerant 38 flowing to the cold accumulator 10. The air mass flow of vaporized air is then supplied to the heat exchanger 14, where the air mass flow of vaporized air is heated by means of a flowing from the heat storage unit 30 and in this again outflowing mass flow of heat transfer medium 31. The heated air mass flow of evaporated air is then supplied to the air expansion unit 28, where the air mass flow drives at least one expansion machine 13, 13a, 13b connected to the generator G for power generation and then leaves the hot part 6 as air mass flow L.
Der Wärmeübertrager 14 weist eine Wärmeenergieübertragungskapazität auf, die ausreicht, sowohl die während des Energieeinspeicherungsvorgangs zur Kühlung oder Zwischenkühlung des in der den mindestens einen Verdichter 7, 7a, 7b umfassenden Luftkompressionseinheit 27 entstehenden Luftmassenstroms an verdichteter Luft benötigte Kühlkapazität durch Wärmeübertragung an den Massenstrom an zufließendem Wärmeträgermedium 31 bereitzustellen als auch die während des Energieausspeicherungsvorgangs zur Erwärmung des der die mindestens eine Expansionsmaschine 13, 13a, 13b umfassenden Luftexpansionseinheit 28 aus dem Wärmeübertrager 14 zuströmenden Luftmassenstroms an verdampfter Luft benötigte Wärmekapazität durch Wärmeübertragung aus einem Massenstrom zufließenden Wärmeträgermediums 31 bereitzustellen. The heat exchanger 14 has a heat energy transfer capacity that is sufficient, both during the energy storage operation for cooling or intercooling of the in the at least one compressor 7, 7a, 7b comprehensive air compression unit 27 resulting air mass flow of compressed air required cooling capacity by heat transfer to the mass flow of inflowing heat transfer medium 31 as well as during the Energieeeausspeicherungsvorgangs to heat the at least one expansion machine 13, 13a, 13b comprehensive air expansion unit 28 from the heat exchanger 14 incoming air mass flow to evaporate To provide air required heat capacity by heat transfer from a mass flow flowing heat transfer medium 31.
Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung den Warmteil 6 (Power-Island) des auf einer adiabatischen Flüssigluftspeicherung (A-LAES) basierendenFIG. 2 shows a schematic representation of the hot part 6 (power island) of the adiabatic liquid-air storage system (A-LAES)
Flüssigluftenergiespeicherkraftwerks 1 . Der Warmteil 6 umfasst den Wärmeübertrager 14, die Luftentspannungseinheit 28, die die mindestens eine den aus dem Flüssigluftspeicher 9 nach seiner Verdampfung im Flüssigverdampfer 12 zugeführten Luftmassenstrom entspannende Expansionsmaschine 13 zur Stromproduktion aufweist, die Luftkompressionseinheit 27 mit Zwischenkühlung, die den mindestens einen zugeführte Luft zu einem Luftmassenstrom an verdichteter Luft komprimierenden Verdichter 7 aufweist, und die mindestens einen Wärmespeicher 1 1 aufweisende Wärmespeichereinheit 30, wobei dem Warmteil 6 der Flüssigluftspeicher 9 mit seinen beim Energieeinspeicherungsvorgang den Luftmassenstrom an verflüssigter Luft vom Warmteil 6 aufnehmenden Leitungsverbindungen und mit seinen beim Energieausspeicherungsvorgang den Luftmassenstrom an verflüssigter Luft an den Warmteil abgebenden Leitungsverbindung zugeordnet ist. Die Luftkompressionseinheit 27 und die Luftentspannungseinheit 28 stehen mit dem Flüssigluftspeicher 9 insofern in luftführender Leitungsverbindung. Die mindestens eine Expansionsmaschine 13 umfasst eine Hochdruckexpansionsmaschine 13a und eine Niederdruckexpansionsmaschine 13b, welche mit dem Generator G zur Stromproduktion verbunden sind. Der mindestens eine Verdichter 7 umfasst einen Niederdruckverdichter 7a und einen Hochdruckverdichter 7b, welche durch einen Motor angetrieben werden, der mit elektrischem Strom aus dem Stromnetz oder einer anderen Quelle betreibbar ist. Die Hochdruckexpansionsmaschine 13a und die Niederdruckexpansionsmaschine 13b bilden jeweils eine Expansionsstufe aus und der Niederdruckverdichter 7a und der Hochdruckverdichter 7b bilden jeweils eine Verdichterstufe aus. Die Wärmespeicher 1 1 der Wärmespeichereinheit 30 sind über eine das Wärmeträgermediunn 31 führende Leitungsverbindung 15, insbesondere in Form eines Zwischenkreislaufs, mit dem Wärmeübertrager 14 verbunden, sodass während eines Energieeinspeicherungsvorgangs über die Leitungsverbindung 15 mittels des Wärmeträgermediums 31 Wärme aus dem Wärmeübertrager 14 auskoppelbar und in die Wärmespeicher 1 1 der Wärmespeichereinheit 30 einspeicherbar ist und während eines vom Energieeinspeicherungsvorgang zeitlich getrennten Energieausspeicherungsvorgangs mittels des Wärmeträgermediums 31 Wärme aus den Wärmespeichern 1 1 der Wärmespeichereinheit 30 ausspeicherbar und in den Wärmeübertrager 14 auskoppelbar ist. In der Leitungsverbindung 15 ist ein Gebläse 25 angeordnet. Als Wärmeträgermedium 31 wird vorzugsweise Luft verwendet, welche mittels des Gebläses 25 während des Energieeinspeicherungsvorgangs über die Leitungsverbindung 15 den Wärmespeichern 1 1 der Wärmespeichereinheit 30 zugeführt wird und während des Energieausspeicherungsvorgangs aus den Wärmespeichern 1 1 abgeführt wird. Es können aber auch andere Wärmeträgermedien 31 , wie beispielsweise Wasser oder Thermoöl verwendet werden. Die Wärmespeicher 1 1 der Wärmespeichereinheit 30 sind als ein Feststoffspeicher (Solid Bed Heat Storage SBHS) ausgebildet. Liquid-air energy storage power plant 1. The hot part 6 comprises the heat exchanger 14, the Luftentspannungseinheit 28, the at least one of the liquid air storage 9 after its evaporation in the liquid evaporator 12 supplied air mass flow relaxing expander 13 for power production, the air compression unit 27 with intermediate cooling, the at least one air supplied to a Air mass flow to compressed air compressing compressor 7, and the at least one heat storage 1 1 having heat storage unit 30, wherein the hot part 6 of the liquid air reservoir 9 with its in the energy storage process, the air mass flow of liquefied air from the hot section 6 receiving line connections and with its energy storage process the air mass flow to liquefied Air is assigned to the hot part donating line connection. The air compression unit 27 and the Luftentspannungseinheit 28 are so far with the liquid air reservoir 9 in air-conducting line connection. The at least one expansion engine 13 includes a high-pressure expansion engine 13a and a low-pressure expansion engine 13b, which are connected to the generator G for power generation. The at least one compressor 7 comprises a low-pressure compressor 7a and a high-pressure compressor 7b, which are driven by a motor which is operable with electric power from the power grid or other source. The high-pressure expansion engine 13a and the low-pressure expansion engine 13b each form an expansion stage, and the low-pressure compressor 7a and the high-pressure compressor 7b each form one Compressor stage off. The heat storage 1 1 of the heat storage unit 30 are connected via a Wärmeträgermediunn 31 leading line connection 15, in particular in the form of an intermediate circuit with the heat exchanger 14, so during a Energieeinspeicherungsvorgangs via the line connection 15 by means of the heat transfer medium 31 heat from the heat exchanger 14 can be coupled out and in the Heat storage 1 1 of the heat storage unit 30 can be stored einspeicherbar and during a separate from Energieeinspeicherungsvorgang energy storage operation by means of the heat transfer medium 31 heat from the heat storage 1 1 of the heat storage unit 30 and auskoppelbar in the heat exchanger 14. In the line connection 15, a fan 25 is arranged. Air is preferably used as the heat transfer medium 31, which is supplied to the heat accumulators 1 1 of the heat storage unit 30 by the blower 25 during the Energieeinspeicherungsvorgangs via the line connection 15 and is discharged during the energy storage operation from the heat storage 1 1. But it can also be used other heat transfer media 31, such as water or thermal oil. The heat storage 1 1 of the heat storage unit 30 are formed as a solid storage (Solid Bed Heat Storage SBHS).
Der Wärmeübertrager 14 wird aufgrund seiner Wärmeenergieübertragungskapazität thermodynamisch sowohl für die Wärmeeinspeicherung in den Wärmespeicher 30, also für die Luftkühlung des während des Energieeinspeicherungsvorgangs in der Luftkompressionseinheit 27 komprimierten und danach durch den Wärmeübertrager 14 geleiteten Luftmassenstroms, als auch für die Wärmeausspeicherung aus dem Wärmespeicher 30, also für die Lufterwärmung des während des Energieausspeicherungsvorgangs vor Erreichen der Luftexpansionseinheit 28 durch den Wärmeträger 14 geleiteten Luftmassenstrom an verdampfter Luft, eingesetzt. The heat exchanger 14 is due to its heat energy transfer capacity thermodynamically both for the heat storage in the heat storage 30, ie for the air cooling of the energy storage process in the air compression unit 27 compressed and then passed through the heat exchanger 14 air mass flow, as well as for heat storage from the heat storage 30, ie for the air heating of the air mass flow of vaporized air conducted during the energy reuse storage operation before reaching the air expansion unit 28 through the heat transfer medium 14.
In dem Wärmeübertrager 14 wird demnach sowohl die während eines Energieeinspeicherungsvorgangs bei der Luftkompression in dem mindestens einen Verdichter 7, 7a, 7b entstehende Wärmeenergie aus einem Luftmassenstrom verdichteter Luft ausgekoppelt und in einen zuströmenden Massenstrom an Wärmeträgermedium 31 eingekoppelt als auch die während eines Energieausspeisungsvorgangs zur Erwärmung eines der mindestens einen Expansionsmaschine 13, 13a, 13b zuströmenden Luftmassenstroms verdampfter Luft benötigte Wärmeenergie in dem Wärmeübertrager 14 aus einem zuströmenden Massenstrom an Wärmeträgermedium 31 ausgekoppelt und in einen zuströmenden Luftmassenstrom verdampfter Luft eingekoppelt. In the heat exchanger 14, therefore, both the resulting during a Energieeinspeicherungsvorgangs in the air compression in the at least one compressor 7, 7a, 7b heat energy from an air mass flow of compressed air and coupled into an inflowing mass flow of heat transfer medium 31 as well as during a Energieausspeisungsvorgangs for heating a the at least one Expansionsmaschine 13, 13a, 13b incoming air mass flow of evaporated air required heat energy in the heat exchanger 14 from an incoming mass flow of heat transfer medium 31 coupled and coupled into an incoming air mass flow evaporated air.
Somit ist dem mindestens einen Verdichter 7, 7a, 7b und der mindestens einen Expansionsmaschine 13, 13a, 13b genau ein Wärmeübertrager 14 zugeordnet, dessen Wärmeübertragungskapazität derart ausgelegt ist, dass diese ausreicht, sowohl die bei der Luftkompression in dem mindestens einen Verdichter 7 entstehende Wärmeenergie aus ihm von dort zuströmende Luft auszukoppeln und abzuführen, als auch die bei der Luftexpansion für die Erwärmung der verdampften Luft benötigte Wärmeenergie zuzuführen und in die ihm und danach der mindestens einen Expansionsmaschine 13, 13a, 13b zuzuführende verdampfte Luft einzukoppeln. Thus, the at least one compressor 7, 7a, 7b and the at least one expansion machine 13, 13a, 13b exactly associated with a heat exchanger 14, the heat transfer capacity is designed such that this sufficient, both in the air compression in the at least one compressor 7 resulting heat energy to decouple and remove air flowing in from there, and to supply the heat energy required for the heating of the vaporized air in the air expansion and to couple it into the vaporized air supplied to it and then to the at least one expansion machine 13, 13a, 13b.
Der Wärmeübertrager 14 ist dabei leitungstechnisch über die wärmeträgermediumführende Leitungsverbindung 15 sowie luftführende Leitungsverbindungen 21 , 22 derart mit der Wärmespeichereinheit 31 , der Luftkompressionseinheit 27 und der Luftentspannungseinheit 28 verschaltet, dass er sowohl von dem Wärmeträgermedium 31 als auch von dem jeweiligen Luftmassenstrom während eines jeweiligen Energieeinspeicherungsvorgangs und eines jeweiligen Energieausspeicherungsvorgangs in entgegengesetzter Richtung durchströmt wird, wobei der Wärmeübertrager 14 bezüglich des jeweiligen Luftmassenstroms und des Massenstroms an Wärmeträgermedium 31 als Gegenstromwärmetauscher ausgebildet ist. Dies ist verfahrenstechnisch möglich, da ein Energieeinspeicherungsvorgang und ein Energieausspeicherungsvorgang nicht gleichzeitig, sondern zeitlich voneinander getrennt durchgeführt werden. Der Wärmeübertrager 14 ist dabei bezogen auf die jeweilige Luftdurchflussrichtung beim Energieeinspeicherungsvorgang und beim Energieausspeicherungsvorgang der Luftkompressionseinheit 27 und/oder jeder der Verdichterstufen und/oder jedem der Verdichter 7, 7a, 7b nachgeschaltet und der Luftentspannungseinheit 28 und/oder jeder Expansionsstufe und/oder jeder der Expansionsmaschinen 13, 13a, 13b vorschaltet. Der Wärmeübertrager 14 weist eine erste fluiddurchstrombare Wärmeenergieübertragungsfläche 16, die den Wärmeübertrager 14 von einem ersten Leitungsanschluss 32 bis zu einem zweiten Leitungsanschluss 33 durchzieht, eine zweite fluiddurchstrombare Wärmeenergieübertragungsfläche 17, die den Wärmeübertrager 14 von einem dritten Leitungsanschluss 34 bis zu einem vierten Leitungsanschluss 35 durchzieht, und eine fluiddurchstrombare Zusatzwärmeenergieübertragungsfläche 26 auf, die den Wärmeübertrager 14 von einem fünften Leitungsanschluss 36 bis zu einem sechsten Leitungsanschluss 37 durchzieht, auf. Da beim Energieeinspeicherungsvorgang und beim Energieausspeicherungsvorgang insgesamt, aber auch in jeweils einzelnen Stufen der Luftkompressionseinheit 27 und der Luftexpansionseinheit 28, unterschiedliche Prozessparameter, wie z.B. Druck und/oder Temperatur, vorliegen, wird bei der Durchführung der beiden Vorgänge jeweils eine unterschiedliche Wärmeenergieübertragungskapazität benötigt. Die Dimensionierung der ersten Wärmeenergieübertragungsfläche 16 und der zweitenIn this case, the heat exchanger 14 is line-connected via the heat carrier medium-carrying line connection 15 and air-conducting line connections 21, 22 to the heat storage unit 31, the air compression unit 27 and the air release unit 28, that it is heated both by the heat transfer medium 31 and the respective air mass flow during a respective Energieeinspeicherungsvorgangs and a respective energy storage operation is flowed through in the opposite direction, wherein the heat exchanger 14 is formed with respect to the respective air mass flow and the mass flow of heat transfer medium 31 as a countercurrent heat exchanger. This is procedurally possible because an energy storage process and an energy storage operation are not performed simultaneously, but temporally separated from each other. The heat exchanger 14 is connected downstream of the respective air flow direction in the energy storage process and the energy storage operation of the air compression unit 27 and / or each of the compressor stages and / or each of the compressors 7, 7a, 7b and the Luftentspannungsseinheit 28 and / or each expansion stage and / or each of the Expansion machines 13, 13a, 13b upstream. The heat exchanger 14 has a first fluid-throughflow heat energy transfer surface 16, which traverses the heat exchanger 14 from a first line connection 32 to a second line connection 33, a second fluid-flow heat transfer surface 17, which traverses the heat exchanger 14 from a third line connection 34 to a fourth line connection 35, and a fluid flow through additional heat energy transfer surface 26, which traverses the heat exchanger 14 from a fifth line connection 36 to a sixth line connection 37, on. Since there are different process parameters, such as pressure and / or temperature, in the energy storage process and in the energy storage process as a whole, but also in individual stages of the air compression unit 27 and the air expansion unit 28, respectively, a different thermal energy transmission capacity is required in the implementation of the two processes. The dimensioning of the first heat energy transfer surface 16 and the second
Wärmeenergieübertragungsfläche 17 erfolgt daher derart, dass die dadurch insgesamt zur Verfügung gestellte Wärmeenergieübertragungskapazität ausreicht, die bei einem vorgesehenen Energieeinspeicherungsvorgang und einem vorgesehenen Energieausspeicherungsvorgang maximal benötigteHeat energy transfer surface 17 therefore takes place such that the heat energy transfer capacity thus made available in total is sufficient, which is the maximum required for a planned energy storage operation and a planned energy storage operation
Wärmeenergieübertragungskapazität bereitzustellen. Hierbei sind die erste Wärmeenergieübertragungsfläche 16 und die zweiteTo provide heat energy transfer capacity. Here, the first heat energy transfer surface 16 and the second
Wärmeenergieübertragungsfläche 17 vorzugsweise gleich groß dimensioniert, können aber auch unterschiedlich groß dimensioniert sein. Bei einer mehrstufig ausgebildeten Luftkompressionseinheit 27 und einer mehrstufig ausgebildeten Luftentspannungseinheit 28 sind im Ausführungsbeispiel der Erfindung die erste von einem Luftmassenstrom fluiddurchstrombare Wärmeenergieübertragungsfläche 16 und die zweite von einem Luftmassenstrom fluiddurchstrombare Wärmeenergieübertragungsfläche 17 bezüglich ihrer jeweiligen Wärmeenergieübertragungskapazität unterschiedlich groß dimensioniert, sodass parallel zu der im Ausführungsbeispiel kleiner dimensionierten Wärmeenergieübertragungsfläche, im Ausführungseispiel die erste Wärmeenergieübertragungsfläche 16, die ebenfalls von einem Luftmassenstrom fluiddurchstrombare Zusatzwärmeenergieübertragungsfläche 26 im Wärmeübertrager 14 ausgebildet werden kann. Damit ist dann die Gesamtwärmeenergieübertagungskapazität von erster fluiddurchströmbarer Wärmeenergieübertragungsfläche 16 und fluiddurchströmbarerHeat energy transfer surface 17 preferably sized the same size, but can also be sized differently. In a multi-stage air compression unit 27 and a multi-stage Luftentspannungseinheit 28 in the embodiment of the invention, the first of a mass flow of air fluid durchstrombare heat energy transfer surface 16 and the second of an air mass flow fluid durchstrombare heat energy transfer surface 17 with respect to their respective heat energy transfer capacity of different sizes, so parallel to the smaller dimensioned in the embodiment Heat energy transfer surface, in the execution example, the first heat energy transfer surface 16, which can also be formed by an air mass flow fluid durchstrombare additional heat energy transfer surface 26 in the heat exchanger 14. This is then the Total heat energy transfer capacity of the first fluid-flowable heat energy transfer surface 16 and fluid-flowable
Zusatzwärmeenergieübertragungsfläche 26 gleich groß der von der zweiten fluiddurchströmbaren Wärmeenergieübertragungsfläche 17 bereitgestellten Wärmeenergieübertragungskapazität, welche ihrerseits im Ausführungsbeispiel entsprechend der größten vom Wärmeübertrager 14 in einer der Stufen des mehrere Verdichterstufen 7a, 7a und mehrere Expansionsstufen 13a, 13b umfassenden Warmteils 6 während eines Energieeinspeicherungs- und eines Energieausspeicherungsvorgang bereitzustellenden Wärmeenergieübertragungskapazität dimensioniert ist. Die zusätzliche, durch die Zusatzwärmeenergieübertragungsfläche 26 bereitgestellteAdditional heat energy transfer surface 26 equal to the heat energy transfer capacity provided by the second fluid heat transfer surface 17, which in turn corresponding to the largest of the heat exchanger 14 in one of the stages of the plurality of compressor stages 7a, 7a and a plurality of expansion stages 13a, 13b comprising hot section 6 during a Energieeinspeicherungs- and a Energieeaeausspeicherungsvorgang is to be provided heat energy transfer capacity dimensioned. The additional, provided by the additional heat energy transfer surface 26
Wärmeübertragungskapazität ermöglicht es, einen während des Energieausspeicherungsvorgangs nach der Durchströmung der zweiten Wärmeenergieübertragungsfläche 17 abgezweigten erwärmten Luftteilmassenstrom verdampfter Luft als Regenerierluft einem Adsorber 19 zuzuführen, dort mittels des erwärmten Luftteilmassenstroms eine Austreibung von CO2 und Wasser zu bewirken und diesen Luftteilmassenstrom dann parallel zur zweiten Wärmeenergieübertragungsfläche 17 durch die fluiddurchströmbare Zusatzwärmeenergieübertragungsfläche 26 zu führen und vor Einleitung in eine Expansionsstufe 13a der Luftentspannungseinheit 28 wieder mit dem Rest des die zweite Wärmeenergieübertragungsfläche 17 durchströmt habenden Luftmassenstroms verdampfter Luft zu vereinigen. Der Luftteilmassenstrom verdampfter Luft und die Wärmeenergieübertragungskapazität der Zusatzwärmeenergieübertragungsfläche 26 sind dabei derart aufeinander abgestimmt, dass im Wärmeübertrager 14 während eines Energieausspeicherungsvorgangs der Luftteilmassenstrom verdampfter Luft durch Wärmeenergieübertragung von dem Wärmeübertrager 14 durch die wärmeträgermediumführende Leitungsverbindung 15 zufließendem Wärmeträgermedium 31 auf die gleiche Temperatur gebracht wird bzw. gebracht werden kann wie der die zweite Wärmeenergieübertragungsfläche 17 durchströmende Luftmassenstrom verdampfter Luft. Heat transfer capacity makes it possible to supply a heated air partial mass flow of vaporized air branched off during the energy transfer storage operation after the flow through the second heat energy transfer surface 17 to an adsorber 19 as regeneration air, to effect expulsion of CO 2 and water there by means of the heated air mass mass flow and then to pass this partial air mass flow parallel to the second heat energy transfer surface 17 the fluid durchströmbare additional heat energy transfer surface 26 to lead and prior to introduction into an expansion stage 13a of the Luftentspannungseinheit 28 again with the rest of the second heat energy transfer surface 17 having flowed mass air flow vaporized air to unite. The Luftteilmassenstrom evaporated air and the heat energy transfer capacity of additional heat energy transfer surface 26 are coordinated so that is brought to heat transfer in the heat exchanger 14 during a Energieeaeausspeicherungsvorgangs the Luftteilmassenstrom vaporized air by heat energy transfer from the heat exchanger 14 through the heat carrier medium line connection 15 zufließendem heat transfer medium 31 to the same temperature can be as the second heat energy transfer surface 17 by flowing air mass flow of evaporated air.
Der Wärmeübertrager 14 steht mit seiner ersten fluiddurchströmbaren Wärmeenergieübertragungsfläche 16 am ersten Leitungsanschluss 32 über die erste luftführende Leitungsverbindung 21 in einen Luftmassenstrom führender Leitungsverbindung mit dem Niederdruckverdichter 7a der Luftkompressionseinheit 27 und der Niederdruckexpansionsmaschine 13b der Luftexpansionseinheit 28. Weiterhin steht der Wärmeübertrager 14 mit seiner ersten Wärmeenergieübertragungsfläche 16 am zweiten Leitungsanschluss 33 über die zweite luftführende Leitungsverbindung 22 in einen Luftmassenstrom führender Leitungsbindung mit dem Hochdruckverdichter 7b der Luftkompressionseinheit 27 und der Hochdruckkompressionsmaschine 13a der Luftexpansionseinheit 28. Über eine dritte luftführende Leitungsverbindung 23 steht der Wärmeübertrager 14 zudem mit seiner zweiten fluiddurchströmbaren Wärmeenergieübertragungsfläche 17 am dritten Leitungsanschluss 34 in einen Luftmassenstrom führender Leitungsverbindung mit derThe heat exchanger 14 is with its first fluid-throughflowable heat energy transfer surface 16 at the first line connection 32 via the first air-carrying line connection 21 in a mass air flow leading line connection with the low-pressure compressor 7a of the air compression unit 27 and the low-pressure expansion engine 13b of the air expansion unit 28. Furthermore, the heat exchanger 14 is with its first heat energy transfer surface 16 at the second line connection 33 via the second air-conducting line connection 22 in a mass air flow leading cable link with the High-pressure compressor 7b of the air compression unit 27 and the high-pressure compression machine 13a of the air expansion unit 28 via a third air-conducting line connection 23 with its second fluid-through heat transfer surface 17 at the third line connection 34 in a mass air flow leading line connection with the
Hochdruckexpansionsmaschine 13a der Luftentspannungseinheit 28 sowie dem Hochdruckverdichter 7b der Luftkompressionseinheit 27. Ferner steht der Wärmeübertrager 14 mit seiner zweiten Wärmeenergieübertragungsfläche 17 am vierten Leitungsanschluss 35 über eine luftführenden Lufthauptleitung 24 und via Luftverflüssiger 8 oder Flüssigluftverdampfer 12 in einen Luftmassenstrom führender Leitungsverbindung mit dem Flüssigluftspeicher 9. Über diese Leitungsverbindung wird dem Flüssigluftspeicher 9 während eines Energieeinspeicherungsvorgangs ein Luftmassenstrom an verdichteter und verflüssigter Luft zugeführt und wird während eines Energieausspeicherungsvorgangs aus dem Flüssigluftspeicher 9 dem Wärmeübertrager 14 ein Luftmassenstrom verdampfter Luft zugeführt. Further, the heat exchanger 14 is with its second heat energy transfer surface 17 at the fourth line connection 35 via an air-conducting air main line 24 and via air liquefier 8 or liquid air evaporator 12 in a mass air flow leading line connection with the liquid air reservoir 9. About This line connection is supplied to the liquid air reservoir 9 during an energy storage operation, an air mass flow of compressed and liquefied air and is supplied to the heat exchanger 14, an air mass flow of evaporated air during an energy storage operation from the liquid air reservoir 9.
Der Wärmeübertrager 14 ist derart ausgebildet, dass er sowohl dem bei der Einspeicherung von Flüssigluft in den Flüssigluftspeicher 9 während des Energieeinspeicherungsvorgangs im Wärmeübertrager 14 herrschenden relativ geringen Druck, welcher beispielsweise zwischen 10 und 90 bar, insbesondere 26,5 bar, beträgt, als auch dem während eines Energieausspeicherungsvorgangs bei der Ausspeicherung von Flüssigluft aus dem Flüssigluftspeicher 9 in dem Wärmeübertrager 14 herrschenden höheren Druck, welcher beispielsweise zwischen 60 und 1 10 bar, insbesondere 89,5 bar, beträgt, standhält, sodass er für einen diese Drücke aufweisenden Luftmassenstrom durchströmbar ist. Der Wärmeträger 14 ist weiterhin derart ausgelegt, dass seine Wärmeenergieübertragungsfläche auf diejenige Phase der beiden Phasen oder Zyklen von Energieeinspeicherungsvorgang und Energieausspeicherungsvorgang abgestimmt ist, bei welcher die größere Heiz- oder Kühlfläche benötigt wird. Die Wärmeübertragungskapazität des Wärmeübertragers 14 ist dabei weiterhin derart ausgelegt, dass sowohl die während eines Energieeinspeicherungsvorgangs bei der Luftverdichtung mit Zwischenkühlung insgesamt abzuleitende Wärmeenergie auskoppelbar und in dem Massenstrom des dem Wärmeübertrager 14 zuströmenden und diesen durchströmenden Wärmeträgermediums 31 einkoppelbar ist als auch die während eines Energieausspeicherungsvorgangs für die zur Erwärmung des der Luftentspannungseinheit 28 zuzuführenden Luftmassenstroms insgesamt benötigte Wärmeenergie aus dem dem Wärmeübertrager 14 zuströmenden und diesen durchströmenden Wärmeträgermedium 31 auskoppelbar und in diesen Luftmassenstrom einkoppelbar ist. The heat exchanger 14 is designed such that it is both the prevailing during the storage of liquid air in the liquid storage tank 9 during the Energieeinspeicherungsvorgangs in the heat exchanger 14 relatively low pressure, which for example between 10 and 90 bar, in particular 26.5 bar, and the during an energy storage operation in the discharge of liquid air from the liquid air reservoir 9 in the heat exchanger 14 prevailing higher pressure, which, for example, between 60 and 1 10 bar, in particular 89.5 bar, withstands, so that it can be flowed through for these pressures having mass air flow. The heat transfer medium 14 is further designed such that its heat energy transfer surface is tuned to that phase of the two phases or cycles of energy storage operation and energy storage operation, in which the larger heating or Cooling surface is needed. The heat transfer capacity of the heat exchanger 14 is further designed such that both during a Energieeinspeicherungsvorgangs in the air compression with intermediate cooling total heat energy auskoppelbar and in the mass flow of the heat exchanger 14 incoming and flowing through the heat transfer medium 31 can be coupled as well as the energy during an energy storage operation for the for heating the total air mass flow to be supplied to the air expansion unit 28 required heat energy from the heat transfer medium 14 incoming and flowing through these heat transfer medium 31 can be coupled and coupled into this air mass flow.
Der Warmteil 6 weist eine Adsorber-Regenerationsleitung 20 auf, welche den Adsorber 19 einerseits im Regenerationsfall ausgangsseitig mit einer Bypassleitung 18 verbindet, die zwischen dem sechsten Leitungsanschluss 37 und dem fünften Leitungsanschluss 36 als die den Wärmeübertrager 14 durchziehende fluiddurchströmbare Zusatzwärmeenergieübertragungsfläche 26 ausgebildet ist, und welche den Adsorber 19 andererseits im Regenerationsfall eingangsseitig mit der zweiten luftführenden Leitungsverbindung 23 verbindet. Die Bypassleitung 18 führt den abgezweigten Luftteilmassenstrom parallel zu dem die zweite Wärmeenergieübertragungsfläche 17 durchströmenden Luftmassenstrom durch den Wärmeübertrager 14. The hot part 6 has an adsorber regeneration line 20 which connects the adsorber 19 on the output side in the regeneration case with a bypass line 18, which is formed between the sixth line connection 37 and the fifth line connection 36 as the heat transfer medium 14 passing through fluid heatable additional heat transfer area 26, and which the adsorber 19 on the other hand in the regeneration case on the input side connects to the second air-conducting line connection 23. The bypass line 18 leads the diverted partial air mass flow parallel to the air mass flow flowing through the second heat energy transfer surface 17 through the heat exchanger 14.
Die Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung den Warmteil 6 des Flüssigluftenergiespeicherkraftwerks 1 während einesFig. 3 shows a schematic representation of the hot part 6 of the liquid-air energy storage power plant 1 during a
Energieeinspeicherungsvorgangs, bei welchem ein verdichteter und verflüssigter Luftmassenstrom in dem Flüssigluftspeicher 9 (ein)gespeichert wird und die aus dem Luftmassenstrom verdichteter Luft in einen Massenstrom des Wärmeträgermediums 31 eingekoppelte Wärmeenergie in einem Wärmespeicher 1 1 der Wärmespeichereinheit 30 (ein)gespeichert wird. Hierbei veranschaulichen die Pfeile an den Leitungen die Fließrichtung des jeweiligen Mediums in der jeweiligen Leitung und sind die jeweils nicht durchströmten oder beaufschlagten Leitungen oder Leitungsabschnitte gestrichelt dargestellt. Während eines Energieeinspeicherungsvorgangs wird der Wärmeübertrager 14 in einer jeweils ersten Richtung in den fluiddurchströmbaren ersten und zweiten Wärmeenergieübertragungsflächen 16, 17 sowie derEnergy storage operation, in which a compressed and liquefied air mass flow in the liquid air reservoir 9 (on) is stored and the compressed from the air mass flow of compressed air in a mass flow of the heat transfer medium 31 coupled heat energy in a heat storage 1 1 of the heat storage unit 30 (on). In this case, the arrows on the lines illustrate the direction of flow of the respective medium in the respective line, and the lines or line sections which are not flowed through or act upon are shown in dashed lines. During a Energieeinspeicherungsvorgangs the heat exchanger 14 in a respective first direction in the fluid-throughflowable first and second heat energy transfer surfaces 16, 17 and the
Zusatzwärmeenergieübertragungsfläche 26 von einem Luftmassenstrom an verdichteter Luft, in der Darstellung nach Fig. 3 von unten nach oben, und außerhalb der fluiddurchströmbaren ersten und zweiten Wärmeenergieübertragungsflächen 16, 17 sowie der Zusatzwärmeenergieübertragungsfläche 26 von einem Massenstrom an Wärmeträgermedium 31 , in der Darstellung nach Fig. 3 von oben nach unten, durchströmt. Dabei wird Umgebungsluft dem mindestens einen Verdichter 7, im Ausführungsbeispiel zunächst dem Niederdruckverdichter 7a, zugeführt. Dieser wird über einen Elektromotor 29 angetrieben, welcher elektrischen Strom 5 aus dem Stromnetz entnimmt. Dies geschieht vorzugsweise zur Schwachlastzeiten oder zu Zeiten niedriger oder negativer Strompreise. Die dem Niederdruckverdichter 7a zugeführte Umgebungsluft wird dort zu einem Luftmassenstrom verdichteter Luft komprimiert und als Luftmassenstrom an verdichteter Luft durch die erste luftführende Leitungsverbindung 21 der ersten fluiddurchströmbarenAdditional heat energy transfer surface 26 from an air mass flow of compressed air, in the illustration of FIG. 3 from bottom to top, and outside the fluid-flowable first and second heat energy transfer surfaces 16, 17 and the additional heat energy transfer surface 26 of a mass flow of heat transfer medium 31, in the illustration of FIG from top to bottom, flows through. In this case, ambient air is the at least one compressor 7, in the embodiment initially the low-pressure compressor 7 a, respectively. This is driven by an electric motor 29, which removes electrical power 5 from the mains. This is preferably done during off-peak hours or at times of low or negative electricity prices. The ambient air fed to the low-pressure compressor 7a is compressed there to form an air mass flow of compressed air and compressed as air mass flow of compressed air through the first air-conducting line connection 21 of the first fluid throughflow
Wärmeenergieübertragungsfläche 16 des Wärmeübertragers 14 am ersten Leitungsanschluss 32 zugeführt. Beim Durchströmen der ersten Wärmeenergieübertragungsfläche 16 wird aus dem Luftmassenstrom verdichteter Luft Wärmeenergie an den dem Wärmeübertrager 14 von einem siebten Leitungsanschluss 39 mit der wärmeträgermediumführende Leitungsverbindung 15 zufließenden Massenstrom an kühlem Wärmeträgermedium 31 ausgekoppelt. Diese ausgekoppelte Wärmeenergie wird mit dem Massenstrom an dann warmem Wärmeträgermedium 31 an einem achten Leitungsanschluss 40 mit der wärmeträgermediumführende Leitungsverbindung 15 aus dem Wärmeübertrager 14 abgeführt und einem Wärmespeicher 1 1 der Wärmespeichereinheit 30 zugeführt, wo die Wärmeenergie in den Wärmespeicher 1 1 ausgekoppelt wird. Das danach wieder kühle Wärmeträgermedium 31 wird dann durch die wärmeträgermediumführende Leitungsverbindung 15 wiederum dem siebten Leitungsanschluss 39 zugeführt, wobei eine Pumpe oder ein Gebläse 25 für den Umlauf des Massenstroms an Wärmeträgermedium 31 sorgt. Heat energy transfer surface 16 of the heat exchanger 14 is supplied to the first line connection 32. When flowing through the first heat energy transfer surface 16, heat energy is coupled out of the air mass flow of compressed air to the heat transfer medium 14 flowing from a seventh conduction connection 39 to the heat transfer medium leading conduction connection 15 to the cool heat transfer medium 31. This decoupled heat energy is dissipated with the mass flow of then warm heat transfer medium 31 at an eighth line connection 40 with the heat transfer medium leading line connection 15 from the heat exchanger 14 and a heat storage 1 1 of the heat storage unit 30, where the heat energy is decoupled into the heat storage 1 1. The then again cool heat transfer medium 31 is then fed through the heat carrier medium leading line connection 15 in turn the seventh line connection 39, wherein a pump or a fan 25 for the circulation of the mass flow of heat transfer medium 31 provides.
Der Luftmassenstrom an verdichteter Luft tritt nach Durchströmen der ersten Wärmeenergieübertragungsfläche 16 am zweiten Leitungsanschluss 33 in die daran angeschlossene zweite luftführende Leitungsverbindung 22 aus und wird diese durchströmend dem Hochdruckverdichter 7b zugeführt. Der ebenfalls strombetriebene Hochdruckverdichter 7b verdichtet den zugeführten Luftmassestrom zu einem Luftmassenstrom an weiter verdichteter Luft und führt diesen durch die dritte luftführende Leitungsverbindung 23 am dritten Leitungsanschluss 34 der fluiddurchströmbaren zweiten Wärmeenergieübertragungsfläche 17 des Wärmeübertragers 14 zu. In Luftströmungsrichtung vor dem dritten Leitungsanschluss 34 zweigt von der dritten luftführenden Leitungsverbindung 23 an einer Abzweigung 41 ein Luftteilmassenstrom in die Bypassleitung 18 ab und durchströmt die Zusatzwärmeenergieübertragungsfläche 26 bevor er an einer Einmündung 42 in die Hauptleitung 24 dem Luftmassenstrom an verdichteter Luft gekühlt wieder zugeführt wird. The air mass flow of compressed air occurs after flowing through the first heat energy transfer surface 16 at the second line connection 33 in the thereto connected second air-conducting line connection 22 and this is fed through the high-pressure compressor 7b. The likewise current-driven high-pressure compressor 7b compresses the supplied air mass flow to an air mass flow of further compressed air and leads it through the third air-conducting line connection 23 to the third line connection 34 of the second heat energy transfer surface 17 of the heat transfer device 14 through which fluid can flow. In the direction of air flow in front of the third conduit connection 34, an air mass mass flow branches off from the third air-conducting conduit connection 23 at a branch 41 into the bypass conduit 18 and flows through the additional heat energy transfer surface 26 before being cooled again at an opening 42 in the main conduit 24 to the air mass flow of compressed air.
Beim Durchströmen der zweiten Wärmeenergieübertragungsfläche 17 wird aus dem Luftmassenstrom verdichteter Luft wiederum Wärmeenergie an den dem Wärmeübertrager 14 von dem siebten Leitungsanschluss 39 mit der wärmeträgermediumführende Leitungsverbindung 15 zufließenden Massenstrom an kühlem Wärmeträgermedium 31 ausgekoppelt. Diese ausgekoppelte Wärmeenergie wird mit dem Massenstrom aus dann warmem Wärmeträgermedium 31 wiederum am achten Leitungsanschluss 40 mit der wärmeträgermediumführende Leitungsverbindung 15 aus dem Wärmeübertrager 14 abgeführt und einem Wärmespeicher 1 1 der Wärmespeichereinheit 30 zugeführt, wo die Wärmeenergie in den Wärmespeicher 1 1 ausgekoppelt wird. Das danach wieder kühle Wärmeträgermedium 31 wird dann durch die wärmeträgermediumführende Leitungsverbindung 15 wiederum dem siebten Leitungsanschluss 39 zugeführt, wobei die Pumpe oder das Gebläse 25 weiterhin für den Umlauf des Massenstroms an Wärmeträgermedium 31 sorgt. When flowing through the second heat energy transfer surface 17, heat energy is in turn coupled out of the air mass flow of compressed air to the heat transfer medium 31 flowing to the heat exchanger 14 from the seventh conduit connection 39 with the heat carrier medium-carrying line connection 15. This decoupled heat energy is dissipated with the mass flow from then warm heat transfer medium 31 again at the eighth line connection 40 with the heat carrier medium leading line connection 15 from the heat exchanger 14 and a heat storage 1 1 of the heat storage unit 30, where the heat energy is decoupled into the heat storage 1 1. The then again cool heat transfer medium 31 is then fed through the heat carrier medium-carrying line connection 15 again the seventh line connection 39, wherein the pump or the fan 25 continues to provide for the circulation of the mass flow of heat transfer medium 31.
Die Bypassleitung 18 führt den abgezweigten Luftteilmassenstrom parallel zu dem die zweite Wärmeenergieübertragungsfläche 17 durchströmenden Luftmassenstrom durch den Wärmeübertrager 14, wobei längs der - wie aus Fig. 5 ersichtlich ist - der ersten Wärmeenergieübertragungsfläche 16 zugeordnetenThe bypass line 18 leads the branched air mass flow parallel to the second heat energy transfer surface 17 by flowing air mass flow through the heat exchanger 14, along the - as shown in FIG. 5 can be seen - the first heat energy transfer surface 16 assigned
Zusatzwärmeenergieübertragungsfläche 26 der Luftteilmassenstrom an weiter verdichteter Luft durch Auskopplung von Wärmeenergie an das den Wärmeübertrager 14 durchströmende Wärmeträgermedium 31 auf die gleiche Temperatur wie der die zweite Wärmeenergieübertragungsfläche 17 durchströmende Luftmassenstrom an weiter verdichteter Luft gekühlt wird. Additional heat energy transfer surface 26 of the air mass fraction of further compressed air by coupling heat energy to the heat exchanger 14 flowing through the heat transfer medium 31 is cooled to the same temperature as the second heat energy transfer surface 17 by flowing air mass flow to further compressed air.
Der nach Durchströmen der zweiten Wärmeenergieübertragungsfläche 17 gekühlte Luftmassenstrom an weiter verdichteter Luft tritt nach Durchströmen der zweiten Wärmeenergieübertragungsfläche 17 am vierten Leitungsanschluss 35 in die daran angeschlossene Hauptleitung 24 aus und wird mittels dieser, nachdem an der Einmündung 42 der Bypassleitung 18 der die Zusatzwärmeenergieübertragungsfläche 26 durchflössen habenden Luftteilmassenstrom zugeflossen ist, dem Luftverflüssiger 8 und danach dem Flüssigluftspeicher 9 zugeführt. The cooled after flowing through the second heat energy transfer surface 17 air mass flow of further compressed air occurs after flowing through the second heat energy transfer surface 17 at the fourth line connection 35 in the main line connected thereto 24 and by means of this, after having flowed through the additional heat energy transfer surface 26 at the junction 42 of the bypass line 18 Part of the air flow is supplied to the air liquefier 8 and then the liquid air reservoir 9.
Im Ausführungsbeispiel weist die Luftkompressionseinheit 27 mit Zwischenkühlung mehrere Verdichterstufen, nämlich zwei, und weist die Luftentspannungseinheit 28 mehrere Expansionsstufen, nämlich zwei, auf, wobei sowohl der Luftkompressionseinheit 27 und der Luftentspannungseinheit 28 jeweils genau der eine Wärmeübertrager 14 und jeder Verdichterstufe - und damit jedem der beiden Verdichter 7a, 7b - und jeder Expansionsstufe - und damit jeder der beiden Expansionsmaschinen 13a, 13b - jeweils eine der beiden Wärmeenergieübertragungsflächen 16, 17 des gemeinsamen Wärmeübertragers 14 durch Ausbildung einer luftführende Leitungsverbindung mittels der ersten bis dritten luftführenden Leitungsverbindungen 21 , 22, 23 zugeordnet ist. Mit dem Wärmeübertrager 14 ist damit sowohl die im Warmteil 6 bei der Luftverdichtung mit Zwischenkühlung in der jeweiligen Verdichterstufe insgesamt aus einem jeweiligen Luftmassenstrom an verdichteter Luft abzuleitende Wärmeenergie aus dem Luftmassenstrom oder den Luftmassenströmen verdichteter Luft auskoppelbar und in das Wärmeträgermedium 31 einkoppelbar als auch die im Warmteil 6 für die zur Erwärmung des oder der der jeweiligen Luftentspannungseinheit 28 zuzuführenden Luftmassenstrom oder Luftmassenströme verdampfter Luft insgesamt benötigte Wärmeenergie aus dem dem Wärmeübertrager zufließenden Massenstrom an Wärmeträgermedium 31 auskoppelbar und in den jeweiligen Luftmassenstrom an verdampfter Luft einkoppelbar. Die Fig. 4 und 5 zeigen den Zustand des in Fig. 2 und 3 dargestellten Wärmeübertragers 14 schematisch während eines Energieeinspeicherungsvorgangs. Fig. 5 zeigt eine Draufsicht des in Fig. 4 dargestellten Wärmeübertragers 14. Hieraus ist der Aufbau des Wärmeübertragers 14 aus den ineinander verwundenen Leitungsverläufen von erster und zweiter Wärmeenergieübertragungsfläche 16, 17 sowie der Zusatzwärmeübertragungsfläche 26 zu erkennen. Auf der linken Seite der Fig. 5 ist der Anschluss der zweiten Wärmeenergieübertragungsfläche 17 an die Hauptleitung 24 erkennbar und auf der gegenüberliegenden rechten Seite sind der Anschluss der ersten Wärmeenergieübertragungsflächen 16 an die zweite luftführende Leitungsverbindung 22 und der Übergang der Bypassleitung 18 in die Zusatzwärmeenergieübertragungsfläche 26 erkennbar. Hieraus ist ersichtlich, dass die erste Wärmeenergieübertragungsfläche 16 kleiner dimensioniert ist als die zweite Wärmeenergieübertragungsflächen 17, wobei in dem Raum, welcher aufgrund der kleineren Dimensionierung der ersten Wärmeenergieübertragungsfläche 16 verbleibt (oben in Fig. 5), die Zusatzwärmeenergieübertragungskapazität 26 ausgebildet ist. In the exemplary embodiment, the air compression unit 27 with intermediate cooling several compressor stages, namely two, and the Luftentspannungseinheit 28 a plurality of expansion stages, namely two, wherein both the air compression unit 27 and the Luftentspannungseinheit 28 each exactly a heat exchanger 14 and each compressor stage - and thus each of the two compressors 7a, 7b - and each expansion stage - and thus each of the two expansion engines 13a, 13b - each one of the two heat energy transmission surfaces 16, 17 of the common heat exchanger 14 by forming an air-conducting line connection by means of the first to third air-conducting line connections 21, 22, 23 assigned is. With the heat exchanger 14 so that both in the hot section 6 in the air compression with intermediate cooling in the respective compressor stage total derived from a respective air mass flow of compressed air heat energy from the air mass flow or the air mass flow compressed air can be coupled and coupled into the heat transfer medium 31 as well as in the hot part 6 for the air mass flow or air mass flow of evaporated air to be supplied to the respective Luftentspannungseinheit 28 total heat energy required from the heat exchanger flowing mass flow of heat transfer medium 31 auskoppelbar and in the respective air mass flow of vaporized air einkoppelbar. FIGS. 4 and 5 schematically illustrate the state of the heat exchanger 14 shown in FIGS. 2 and 3 during a power-up operation. FIG. 5 shows a plan view of the heat exchanger 14 shown in FIG. 4. This shows the structure of the heat exchanger 14 from the intertwined line curves of the first and second heat energy transmission surfaces 16, 17 and the additional heat transfer surface 26. On the left side of Fig. 5, the connection of the second heat energy transfer surface 17 to the main line 24 can be seen and on the opposite right side of the connection of the first heat energy transfer surfaces 16 to the second air-conducting line connection 22 and the transition of the bypass line 18 in the additional heat energy transfer surface 26 can be seen , It can be seen that the first heat energy transfer surface 16 is dimensioned smaller than the second heat energy transfer surfaces 17, wherein the additional heat energy transfer capacity 26 is formed in the space remaining due to the smaller dimensioning of the first heat energy transfer surface 16 (top in Fig. 5).
Die Fig. 6 zeigt in schematischer Darstellung den Warmteil 6 (Power-Island) während eines Energieausspeicherungsvorgangs oder -zyklus oder eine Ausspeicherphase, bei welchem/welcher ein Luftmassenstrom von in dem Flüssigluftspeicher 9 (ein)gespeicherter Luft ausgespeichert und nach Durchströmen des Flüssigluftverdampfers 12 als Luftmassenstrom verdampfter Luft dem Wärmeübertrager 14 zugeführt und dort durch Einkoppelung von aus einem den Wärmeübertrager 14 durchströmenden Massenstrom des Wärmeträgermediums 31 ausgekoppelter Wärmeenergie erwärmt wird. Hierbei veranschaulichen die Pfeile an den Leitungen wiederum die Fließrichtung des jeweiligen Mediums in der jeweiligen Leitung und sind die jeweils nicht durchströmten oder beaufschlagten Leitungen oder Leitungsabschnitte gestrichelt dargestellt. FIG. 6 shows a schematic representation of the hot part 6 (power island) during an energy transfer operation or cycle or a withdrawal phase in which an air mass flow is stored out of air stored in the liquid air reservoir 9 and after flowing through the liquid air evaporator 12 Air mass flow evaporated air is supplied to the heat exchanger 14 and there is heated by coupling of a heat exchanger 14 flowing through the mass flow of the heat transfer medium 31 heat energy coupled out. In this case, the arrows on the lines in turn illustrate the direction of flow of the respective medium in the respective line, and the lines or line sections which are not flowed through or act upon are shown in dashed lines.
Während eines Energieausspeicherungsvorgangs wird der Wärmeübertrager 14 von den Medien Luft und Wärmeträgermedium 31 entgegensetzt zur ersten Richtung der Durchströmung während des Energieeinspeicherungsvorgangs in einer zweiten Richtung durchströmt. Dabei wird aus dem Flüssigluftspeicher 9 entnommene kalte verdampfte Luft mittels während des Einspeicherungsvorgangs in der Wärmespeichereinheit 30 gespeicherter Wärmeenergie in dem Wärmeübertrager 14 erwärmt. Hierbei wird der Wärmeübertrager 14 in einer jeweils ersten Richtung, in der Darstellung nach Fig. 6 von oben nach unten, in den fluiddurchströmbaren ersten und zweiten Wärmeenergieübertragungsflächen 16, 17 sowie die Zusatzwärmeenergieübertragungsfläche 26 von einem Luftmassenstrom an verdampfter Luft und außerhalb der fluiddurchströmbaren ersten und zweiten Wärmeenergieübertragungsflächen 16, 17 sowie derDuring an energy storage operation, the heat exchanger 14 is flowed through by the media air and heat transfer medium 31 opposite to the first direction of the flow during the energy storage operation in a second direction. In this case, cold vaporized air taken from the liquid-air reservoir 9 is stored in the heat exchanger 14 by thermal energy stored in the heat-storage unit 30 during the injection process heated. Here, the heat exchanger 14 in a respective first direction, in the representation of FIG. 6 from top to bottom, in the fluid-throughflow first and second heat energy transfer surfaces 16, 17 and the additional heat energy transfer surface 26 of an air mass flow of vaporized air and outside the first and second fluid-throughflow Heat energy transfer surfaces 16, 17 and the
Zusatzwärmeenergieübertragungsfläche 26 von einem Massenstrom an Wärmeträgermedium 31 , der in der Darstellung nach Fig. 6 von unten nach oben durch den Wärmeübertrager14 strömt, durchströmt. Ein durch die Hauptleitung 24 zuströmender Luftmassenstrom an verdampfter Luft wird am vierten Leitungsanschluss 35 in die zweite Wärmeenergieübertragungsfläche 17 eingeleitet. Beim Durchströmen der zweiten Wärmeenergieübertragungsfläche 17 wird in den Luftmassenstrom verdampfter Luft Wärmeenergie aus dem dem Wärmeübertrager 14 von dem achten Leitungsanschluss 40 mit der wärmeträgermediumführende Leitungsverbindung 15 zufließenden Massenstrom an warmem Wärmeträgermedium 31 eingekoppelt. Der Massenstrom aus dann gekühltem Wärmeträgermedium 31 wird am siebten Leitungsanschluss 39 mit der wärmeträgermediumführende Leitungsverbindung 15 aus dem Wärmeübertrager 14 abgeführt und einem Wärmespeicher 1 1 der Wärmespeichereinheit 30 zugeführt, wo das Wärmeträgermedium mit aus dem Wärmespeicher ausgekoppelter Wärmeenergie erwärmt wird. Das danach wieder warme Wärmeträgermedium 31 wird dann durch die wärmeträgermediumführende Leitungsverbindung 15 wiederum dem achten Leitungsanschluss 40 zugeführt, wobei die Pumpe oder das Gebläse 25 für den Umlauf des Massenstroms an Wärmeträgermedium 31 sorgt. Additional heat energy transfer surface 26 of a mass flow of heat transfer medium 31, which flows in the illustration of FIG. 6 from bottom to top through the heat exchanger 14, flows through. An air mass flow of evaporated air flowing in through the main line 24 is introduced into the second heat energy transfer surface 17 at the fourth line connection 35. As it flows through the second heat energy transfer surface 17 heat energy is injected from the heat exchanger 14 of the eighth line connection 40 with the heat carrier medium-carrying line connection 15 flowing mass flow of warm heat transfer medium 31 in the air mass flow. The mass flow from then cooled heat transfer medium 31 is discharged at the seventh line connection 39 with the heat carrier medium-carrying line connection 15 from the heat exchanger 14 and a heat storage 1 1 of the heat storage unit 30, where the heat transfer medium is heated with decoupled from the heat storage heat energy. The then again warm heat transfer medium 31 is then fed through the heat carrier medium leading line connection 15 in turn the eighth line connection 40, the pump or fan 25 provides for the circulation of the mass flow of heat transfer medium 31.
Der Luftmassenstrom an verdampfter und nunmehr erwärmter Luft tritt nach Durchströmen der zweiten Wärmeenergieübertragungsfläche 17 am dritten Leitungsanschluss 34 in die daran angeschlossene dritte luftführende Leitungsverbindung 23 aus und wird diese durchströmend der Hochdruckexpansionsmaschine 13a zugeführt. Die mit dem Generator G ausgestattete Hochdruckexpansionsmaschine 13a entspannt den zugeführten Luftmassestrom an verdampfter und erwärmter Luft unter Stromerzeugung mittels des Generators G und führt diesen durch die zweite luftführende Leitungsverbindung 22 am zweiten Leitungsanschluss 33 der fluiddurchströmbaren ersten Wärmeenergieübertragungsfläche 16 des Wärmeübertragers 14 zu. The air mass flow of evaporated and now heated air exits after passing through the second heat energy transfer surface 17 at the third line connection 34 in the third air-conducting line connection 23 connected thereto and is supplied through the high-pressure expansion machine 13a. The high-pressure expansion machine 13a equipped with the generator G relaxes the supplied air mass flow of evaporated and heated air while generating power by means of the generator G and guides it through the second air-conducting line connection 22 at the second line connection 33 of the fluid-throughflowable first heat energy transfer surface 16 of the heat exchanger 14 to.
In Luftströmungsrichtung vor der Hochdruckexpansionsmaschine 13a und der Abzweigung 41 zweigt von der dritten luftführenden Leitungsverbindung 23 an einer zweiten Abzweigung 43 die Adsorber-Regenerationsleitung 20 ab, in welche ein Luftteilmassenstrom an verdampfter und nach Durchströmen der zweiten Wärmenergieübertragungsfläche 17 abgezweigt und dem Adsorber 19 zugeführt wird. Während eines jeweiligen Energieausspeicherungsvorgangs durchströmt dieser Luftteilmassenstrom erwärmter verdampfter Luft den Adsorber 19 zu dessen Regeneration. Ausgangsseitig des Adsorbers 19 verbindet die Adsorber- Regenerationsleitung 20 den Adsorber 19 an einer zweiten Einmündung 44 mit der Bypassleitung 18, die zwischen dem sechsten Leitungsanschluss 37 und dem fünften Leitungsanschluss 36 als die den Wärmeübertrager 14 durchziehende fluiddurchströmbare Zusatzwärmeenergieübertragungsfläche 26 ausgebildet ist. Die Bypassleitung 18 führt den abgezweigten Luftteilmassenstrom verdampfter Luft parallel zu dem die zweite Wärmeenergieübertragungsfläche 17 durchströmenden Luftmassenstrom durch den Wärmeübertrager 14 und führt ihn an der Abzweigung 41 wieder dem in der dritten luftführenden Leitungsverbindung 23 strömenden, nach der zweiten Abzweigung 43 in der dritten luftführenden Leitung 23 verbliebenen Luftteilmassenstrom zu, sodass der Gesamt-Luftmassenstrom dann durch die dritte luftführende Leitungsverbindung 23 der Hochdruckexpansionsmaschine 13a zuströmt. In the direction of air flow in front of the high-pressure expansion engine 13a and the branch 41, the adsorber regeneration line 20 branches off from the third air-conducting line connection 23 at a second branch 43 into which an air mass mass flow is vaporized and branched off after flowing through the second heat energy transfer surface 17 and fed to the adsorber 19. During a respective energy storage operation, this air partial mass flow of heated vaporized air flows through the adsorber 19 for regeneration thereof. On the output side of the adsorber 19, the adsorber regeneration line 20 connects the adsorber 19 at a second junction 44 to the bypass line 18, which is formed between the sixth line connection 37 and the fifth line connection 36 as the additional fluid heat transfer surface 26 passing through the heat exchanger 14. The bypass line 18 leads the branched air mass flow of evaporated air parallel to the second heat energy transfer surface 17 by flowing air mass flow through the heat exchanger 14 and takes him at the junction 41 again in the third air-conducting line connection 23, after the second branch 43 in the third air-carrying line 23rd remaining air partial mass flow, so that the total air mass flow then flows through the third air-conducting line connection 23 of the high-pressure expansion engine 13a.
Nach Durchströmen der Hochdruckexpansionsmaschine 13a durchströmt der durch die zweite luftführende Leitung 22 der ersten fluiddurchströmbaren Wärmeenergieübertragungsfläche 16 zugeführte Luftmassenstrom verdampfter Luft die erste fluiddurchströmbare Wärmeenergieübertragungsfläche 16 des Wärmeübertragers 14. Beim Durchströmen der ersten Wärmeenergieübertragungsfläche 16 wird in den Luftmassenstrom verdampfter Luft wiederum Wärmeenergie aus dem dem Wärmeübertrager 14 von dem achten Leitungsanschluss 40 mit der wärmeträgermediumführende Leitungsverbindung 15 zufließenden Massenstrom an warmem Wärmeträgermedium 31 eingekoppelt, wobei der Massenstrom an kühlem Wärmeträgermedium 31 weiterhin an dem siebten Leitungsanschluss 40 mit der wärmeträgermediumführende Leitungsverbindung 15 aus dem Wärmeübertrager 14 abgeführt und einem Wärmespeicher 1 1 der Wärmespeichereinheit 30 zugeführt wird wobei eine Pumpe oder ein Gebläse 25 für den Umlauf des Massenstroms an Wärmeträgermedium 31 sorgt. Das danach wieder warme Wärmeträgermedium 31 wird weiterhin durch die wärmeträgermediumführende Leitungsverbindung 15 wiederum dem achten Leitungsanschluss 40 zugeführt. After flowing through the high-pressure expansion machine 13a, the air mass flow of vaporized air supplied through the second air-carrying line 22 to the first fluid-throughflowable heat energy transfer surface 16 flows through the first fluid-through heat transfer surface 16 of the heat exchanger 14. As the first heat energy transfer surface 16 flows through, air evaporated in the air mass flow again receives heat energy from the heat exchanger 14 coupled mass flow of warm heat transfer medium 31 from the eighth line connection 40 with the heat carrier medium-carrying line connection 15, wherein the mass flow of cool heat transfer medium 31 continues at the seventh line connection 40 with the heat transfer medium leading line connection 15th discharged from the heat exchanger 14 and a heat storage 1 1 of the heat storage unit 30 is supplied with a pump or a fan 25 for the circulation of the mass flow of heat transfer medium 31 provides. The then again warm heat transfer medium 31 is further supplied to the eighth line connection 40 by the heat carrier medium-carrying line connection 15.
Der Luftmassenstrom an verdampfter erwärmter Luft tritt nach Durchströmen der ersten Wärmeenergieübertragungsfläche 16 am ersten Leitungsanschluss 32 in die daran angeschlossene erste luftführende Leitungsverbindung 21 aus und wird diese durchströmend der Niederdruckexpansionsmaschine 13b zugeführt. Die ebenfalls mittels des angeschlossenen Generators G Strom 5 erzeugende Niederdruckexpansionsmaschine 13b entspannt den zugeführten Luftmassestrom erwärmter verdampfter Luft und führt diesen anschließend in die Umgebung ab. Dies - also der Energieausspeicherungsvorgang - wird vorzugsweise zu Starklastzeiten, also zu Zeiten in denen der Strompreis besonders hoch ist und/oder zusätzlicher Strom in das Netz eingespeist werden muss. After passing through the first heat energy transfer surface 16, the air mass flow of vaporized heated air exits at the first line connection 32 into the first air-conducting line connection 21 connected thereto and is supplied through the low-pressure expansion machine 13b. The low-pressure expansion engine 13b, which likewise generates electricity by means of the connected generator G 5, relaxes the supplied air mass flow of heated evaporated air and subsequently discharges it into the environment. This - ie the energy drainage process - is preferably at peak load times, ie at times when the electricity price is particularly high and / or additional power must be fed into the grid.
Während eines Energieausspeicherungsvorgangs wird in den ersten und zweiten Wärmeenergieübertragungsflächen 16, 17 die kalte, aus dem Flüssigluftspeicher 9 entnommene und im Flüssigluftverdampfer verdampfte Luft beim Durchströmen des Wärmeübertragers 14 erwärmt, bevor diese den Expansionsmaschinen 13, 13a, 13b zugeführt wird. Hierzu wird die in der Wärmespeichereinheit 30 gespeicherte Wärme über das in der Leitungsverbindung 15 befindliche Wärmeträgermedium 31 dem Wärmeübertrager 14 zugeführt. During an energy storage operation, in the first and second heat energy transfer surfaces 16, 17, the cold air taken out of the liquid air reservoir 9 and vaporized in the liquid air evaporator is heated as it flows through the heat exchanger 14 before being supplied to the expansion machines 13, 13a, 13b. For this purpose, the heat stored in the heat storage unit 30 is supplied to the heat exchanger 14 via the heat transfer medium 31 located in the line connection 15.
Ferner werden während der Ausspeicherphase für die Regeneration des Adsorbers 19 Wärme und möglichst unbeladene Tragluft (= ausgespeicherte Luft) benötigt. Der Adsorber 19, welcher ein Molsieb ist, entfernt in in den Figuren nicht näher dargestellter Weise aus dem Luftmassenstrom verdichteter Luft Substanzen, welche ausfrieren können - im vorliegenden Fall im Wesentlichen CO2 und Wasser- während des Energieeinspeicherungsvorgangs in Luftströmungsrichtung vor dem Wärmeübertrager 14 und vor dem Luftverflüssiger 8, um zu vermeiden, dass diese als Bestandteile des Luftmassenstroms verdichteter Luft in dem Wärmeübertrager 14 oder dem Luftverflüssiger 8 ausfrieren und damit den Betrieb dieser Komponenten unmöglich machen. Zweckmäßigerweise ist die Regeneration des Adsorbers 19 in der vorstehend beschriebenen Weise in den Energieausspeicherungsvorgang integriert. Hierzu werden die benötigte Wärme aus der Wärmespeichereinheit 30 und unbeladene Tragluft als Luftteilmassenstrom aus dem verdampften ausgespeicherten Luftmassenstrom bereitgestellt. Die zweite, durch die zweite Wärmeenergieübertragungsfläche 17 gebildete Wärmeübertragungsstufe des Wärmeübertragers 14 mit der größeren Wärmeübertragungsfläche ausgebildet. Während des Ausspeichervorgangs wird nach Durchlaufen der zweiten Wärmeenergieübertragungsfläche 17 und der Erwärmung der Luft im Wärmeübertrager 14 ein Teilstrom des Luftmassenstroms unmittelbar hinter dem Wärmeübertrager 14 von der dritten luftführenden Leitungsverbindung in die Adsorber- Regenerationsleitung 20 abgezweigt. Die Adsorber-Regenerationsleitung 20 führt dem Adsorber 19 diesen Luftteilmassenstrom als Regenerierluft zu. Diese Regenerierluft wird nach dem Durchströmen des Adsorbers 19 dem Wärmeübertrager 14 im kalten aber druckaufgeladenen Zustand wieder zugeführt und in der Zusatzwärmeenergieübertragungsfläche 26 wieder erwärmt. Nach dem Durchströmen des Wärmeübertragers 14 und stromabwärts des Abzweigs 43 der Adsorber- Regenerationsleitung 20 wird dieser Luftteilmassenstrom wieder der dritten luftführenden Leitungsverbindung 23 zugeführt. Dazu wird der Haupt- Luftmassenstrom in der dritten luftführenden Leitungsverbindung 23 leicht gedrosselt, da der Luftteilmassenstrom an Regenerierluft gegenüber dem Haupt-Luftmassenstrom einen geringfügig niedrigeren Druck aufgrund des sich bei der Durchströmung des Adsorbers 19 einstellenden zusätzlichen Druckverlustes aufweist. Hierzu ist in der dritten luftführenden Leitungsverbindung 23 eine Drosselvorrichtung 45 ausgebildet. Alternativ zur Drosselung der Luft ist es möglich, den Druckverlust des Regenerierluftstroms durch eine Strahlpumpe, die im Lufthauptstrom angeordnet ist, zu überwinden. Da der Adsorber 19 gegen Ende des Energieausspeicherungsvorgangs zur Durchführung des Luftreinigungsprozesses während des Energieeinspeicherungsvorgangs wieder kalt sein muss, wird der Adsorber 19 nach seiner Regeneration anstelle von erwärmter Luft aus dem Wärmeübertrager 14 mit kalter, druckaufgeladener und unbeladener Luft aus der Flüssigluftverdampfung 12 durchströmt. Zur ausreichenden Regenerierung des Adsorbers 19 strömt über einen gewissen Zeitraum ein bestimmter im Wärmeübertrager 14 aufgeheizter Luftstrom durch den Adsorber 19. Dabei kann allerdings die Regenerationszeit variiert werden, wenn gleichzeitig der Luftstrom entsprechend geändert wird. Die Regenerationszeit kann folglich länger als die Abkühlzeit gewählt werden. Der Luftstrom, der im Wärmeübertrager 14 aufgeheizt werden muss, wird dadurch entsprechend verringert, was einen positiven Einfluss auf die Größe der zusätzlich benötigten Heizfläche 26 hat, sodass diese kleiner dimensioniert werden kann. Damit wird auch die für die Regeneration benötigte Wärme dem Energiespeicherprozess wieder zugeführt, wodurch ein nennenswerter Wirkungsgradverlust durch die Regeneration vermieden wird. Furthermore, during the Ausspeicherphase for the regeneration of the adsorber 19 heat and unloaded as possible carrying air (= stale air) needed. The adsorber 19, which is a molecular sieve, removes in the manner not shown in the figures from the air mass flow of compressed air substances which can freeze - in the present case substantially CO2 and water - during the energy storage operation in the air flow direction in front of the heat exchanger 14 and before Air liquefier 8, in order to avoid that they freeze as components of the air mass flow of compressed air in the heat exchanger 14 or the air liquefier 8 and thus the operation of these components to make impossible. Conveniently, the regeneration of the adsorber 19 is integrated into the energy dumping process in the manner described above. For this purpose, the heat required from the heat storage unit 30 and unloaded carrying air are provided as part of the air mass flow from the vaporized stored air mass flow. The second heat transfer stage formed by the second heat energy transfer surface 17 of the heat exchanger 14 is formed with the larger heat transfer surface. During the Ausspeichervorgangs a partial stream of the air mass flow is diverted immediately after the heat exchanger 14 from the third air-conducting line connection in the adsorber regeneration line 20 after passing through the second heat transfer surface 17 and the heating of the air in the heat exchanger. The adsorber regeneration line 20 leads the adsorber 19 to this partial air flow as regeneration air. This regeneration air is supplied to the heat exchanger 14 in the cold but pressure-charged state after flowing through the adsorber 19 and reheated in the additional heat energy transfer surface 26. After flowing through the heat exchanger 14 and downstream of the branch 43 of the adsorber regeneration line 20, this partial air mass flow is again supplied to the third air-conducting line connection 23. For this purpose, the main air mass flow in the third air-conducting line connection 23 is slightly throttled, since the air mass fraction of Regenerierluft compared to the main air mass flow has a slightly lower pressure due to the adjusting itself in the flow through the adsorber 19 additional pressure loss. For this purpose, a throttle device 45 is formed in the third air-conducting line connection 23. As an alternative to throttling the air, it is possible to overcome the pressure loss of the Regenerierluftstroms by a jet pump, which is arranged in the main air flow. Since the adsorber 19 must be cold again towards the end of the energy storage operation to perform the air purification process during the energy storage process, the adsorber 19 is flowed out of the liquid air evaporation 12 after regeneration instead of heated air from the heat exchanger 14 with cold, pressurized and unloaded air. For sufficient regeneration of the adsorber 19 flows over a certain period of time, a certain heated in the heat exchanger 14 air flow through the adsorber 19. It can However, the regeneration time can be varied if the air flow is changed at the same time. The regeneration time can thus be selected longer than the cooling time. The air flow, which must be heated in the heat exchanger 14 is thereby reduced accordingly, which has a positive influence on the size of the additionally required heating surface 26, so that it can be made smaller. Thus, the heat required for the regeneration is fed back to the energy storage process, whereby a significant loss of efficiency is avoided by the regeneration.
Die Zusatzwärmeenergieübertragungsfläche 26 findet ferner bei der Abkühlungsphase des Adsorbers 19 während des Ausspeicherprozesses über die Bypass-schaltung 18 für die Erwärmung des der mindestens einen Expansionsmaschine 13 zugeführten Luftmassenstroms Verwendung. Ein weiterer Vorteil der Zusatzwärmeenergieübertragungsfläche 26 ist dabei der geringere Druckverlust. The additional heat energy transfer surface 26 is also used in the cooling phase of the adsorber 19 during the Ausspeicherprozesses via the bypass circuit 18 for the heating of the at least one expansion machine 13 supplied air mass flow use. Another advantage of the additional heat energy transfer surface 26 is the lower pressure loss.
Die Figuren 7 und 8 zeigen in zu den Darstellungen der Figuren 4 und 5 analoger schematischer Darstellung den Wärmeübertrager 14 während eines Energieausspeicherungsvorgangs. Fig. 8 zeigt eine Draufsicht des in Fig. 7 dargestellten Wärmeübertragers 14. FIGS. 7 and 8 show, in a schematic representation analogous to the illustrations of FIGS. 4 and 5, the heat exchanger 14 during an energy recovery process. FIG. 8 shows a plan view of the heat exchanger 14 shown in FIG. 7.
Unter den Begriffen „Energieeinspeicherungsvorgang" und „Energieausspeicherungsvorgang" werden insbesondere Zeiträume oder Zyklen oder Phasen verstanden, die einander nicht überlappen und während welcher entweder Energie in Form von Flüssigluft in dem Flüssigluftspeicher 9 (ein)gespeichert („Energieeinspeicherungsvorgang") oder Flüssigluft aus dem Flüssigluftspeicher 9 ausgespeichert („Energieausspeicherungsvorgang") wird. Dies bedeutet, dass die vorstehend beschriebenen, bei einem Energieausspeicherungsvorgang durchgeführten Verfahrens- und Prozessschritte typischerweise nicht während eines Energieeinspeicherungsvorgangs durchgeführt werden und umgekehrt. Ein Energieeinspeicherungsvorgang und ein Energieausspeicherungsvorgang entsprechen jeweils einem Betriebs- bzw. Verfahrensmodus des Wärmteils 6 eines Flüssigluftenergiespeicherkraftwerks 1 . The terms "energy storage process" and "energy storage process" are understood to mean, in particular, periods or cycles or phases that do not overlap and during which either energy in the form of liquid air is stored in the liquid storage 9 ("energy storage process") or liquid air from the liquid storage 9 stored out ("energy storage operation") is. This means that the above-described process and process steps performed in an energy-save process are typically not performed during a power-save operation, and vice versa. An energy storage operation and an energy storage operation respectively correspond to a mode of operation of the heating portion 6 of a liquid-air energy storage power plant 1.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Wärmeübertrager (14) zur Verwendung in einem Warmteil (6) eines auf einer adiabatischen Flüssigluftspeicherung (A-LAES) basierenden Flüssigluftenergiespeicherkraftwerks, wobei der Warmteil (6) eine mindestens einen Verdichter (7, 7a, 7b) umfassende, während eines Energieeinspeicherungsvorgangs betriebene Luftkompressionseinheit (27) und eine mindestens eine Expansionsmaschine (13, 13a, 13b) umfassende, während eines Energieausspeicherungsvorgangs betriebene Luftentspannungseinheit (28) sowie eine einen Massenstrom an Wärmeträgermedium (31 ) bereitstellende Wärmespeichereinheit (30) aufweist, dadurch gekennzeichnet, A heat exchanger (14) for use in a hot section (6) of an adiabatic liquid air storage (A-LAES) based liquid air energy storage power plant, said hot section (6) comprising an air compression unit comprising at least one compressor (7, 7a, 7b) during an energy storage operation ( 27) and an at least one expansion machine (13, 13a, 13b) comprehensive, operated during a Energieausspeicherungsvorgang Luftentspannungseinheit (28) and a mass flow of heat transfer medium (31) providing heat storage unit (30), characterized
dass der Wärmeübertrager (14) eine Wärmeenergieübertragungskapazität aufweist, die ausreicht, sowohl die während eines Energieeinspeicherungsvorgangs des Flüssigluftenergiespeicherkraftwerks zur Kühlung oder Zwischenkühlung eines in der den mindestens einen Verdichter (7, 7a, 7b) umfassenden Luftkompressionseinheit (27) entstehenden Luftmassenstroms an verdichteter Luft benötigte Kühlkapazität durch Wärmeübertragung an einen Massenstrom an zufließendem Wärmeträgermedium (31 ) bereitzustellen als auch die während eines Energieausspeicherungsvorgangs des Flüssigluftenergiespeicherkraftwerks zur Erwärmung eines der die mindestens eine Expansionsmaschine (13, 13a, 13b) umfassenden Luftexpansionseinheit (28) zuströmenden Luftmassenstroms an verdampfter Luft benötigte Wärmekapazität durch Wärmeübertragung aus einem Massenstrom zufließenden Wärmeträgermediums (31 ) bereitzustellen. in that the heat exchanger (14) has a thermal energy transfer capacity which is sufficient both the cooling capacity required during an energy storage operation of the liquid-air energy storage thermal power plant for cooling or intercooling an air mass flow of compressed air arising in the at least one compressor (7, 7a, 7b) by heat transfer to a mass flow of inflowing heat transfer medium (31) as well as the heat capacity transferred during an energy storage operation of the liquid air energy storage power plant for heating one of the at least one expansion machine (13, 13a, 13b) comprising air expansion unit (28) incoming air mass flow of evaporated air by heat transfer To provide a mass flow flowing heat transfer medium (31).
Wärmeübertrager (14) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass er eine erste, den Wärmeübertrager (14) von einem ersten Leitungsanschluss (32) zu einem zweiten Leitungsanschluss (33) durchziehende fluiddurchströmbare Wärmeenergieübertragungsfläche (16) und eine zweite, den Wärmeübertrager (14) von einem dritten Leitungsanschluss (34) zu einem vierten Leitungsanschluss (35) durchziehende fluiddurchströmbare Wärmeenergieübertragungsfläche (17) aufweist. Heat exchanger (14) according to claim 1, characterized in that it comprises a first, the heat exchanger (14) from a first line connection (32) to a second line connection (33) passing through fluid heat transferable heat transfer surface (16) and a second, the heat exchanger (14). from a third lead terminal (34) to a fourth lead terminal Line connection (35) passing through fluid-flowable heat energy transfer surface (17).
3. Wärmeübertrager (14) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er eine den Wärmeübertrager (14) von einem fünften Leitungsanschluss (36) zu einem sechsten Leitungsanschluss (37) durchziehende fluiddurchströmbare Zusatzwärmeenergieübertragungsfläche (26) aufweist. 3. Heat exchanger (14) according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises a heat exchanger (14) from a fifth line connection (36) to a sixth line connection (37) passing through the fluid durchströmbare additional heat energy transfer surface (26).
4. Warmteil (6) eines auf einer adiabaten Flüssigluftspeicherung (A-LAES) basierenden Flüssigluftenergiespeicherkraftwerks, der eine Luftkompressionseinheit (27) mit Zwischenkühlung, die mindestens einen zugeführte Luft komprimierenden Verdichter (7, 7a, 7b) aufweist, der mit einem in Luftströmungsrichtung stromabwärts angeordneten Wärmeübertrager (14), vorzugsweise einem Wärmeübertrager (14) nach einem der Ansprüche 1 - 3, in luftführender Leitungsverbindung (21 , 22) steht, und der eine Luftentspannungseinheit (28), die mindestens eine aus einem Flüssigluftspeicher (9) nach Verdampfung zugeführte Luft entspannende Expansionsmaschine (13, 13a, 13b) aufweist, die mit einem in Luftströmungsrichtung stromaufwärts angeordneten Wärmeübertrager (14), vorzugsweise einem Wärmeübertrager (14) nach einem der Ansprüche 1 - 3, in luftführender Leitungsverbindung (21 , 22) steht, wobei die Luftkompressionseinheit (27) und die Luftentspannungseinheit (28) mit dem Flüssigluftspeicher (9) in luftführender Leitungsverbindung stehen und der Wärmeübertrager (14) mit einer mindestens einen Wärmespeicher (1 1 ) umfassenden Wärmespeichereinheit (30) in ein Wärmeträgermedium (31 ) führender Leitungsverbindung (15) steht, A hot part (6) of an adiabatic liquid air storage (A-LAES) based liquid air energy storage power plant having an intermediate compression air compression unit (27) having at least one compressed air compressor (7, 7a, 7b) supplied downstream in an air flow direction arranged heat exchanger (14), preferably a heat exchanger (14) according to one of claims 1-3, in air-conducting line connection (21, 22), and the one Luftentspannungseinheit (28), the at least one of a liquid air reservoir (9) supplied after evaporation Air expansion expansion machine (13, 13a, 13b), which with a upstream in the air flow direction heat exchanger (14), preferably a heat exchanger (14) according to one of claims 1-3, in air-conducting line connection (21, 22), wherein the Air compression unit (27) and the Luftentspannungsseinheit (28) with the liquid air (9) are in air-conducting line connection and the heat exchanger (14) with a at least one heat storage (1 1) comprehensive heat storage unit (30) in a heat transfer medium (31) leading line connection (15)
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der sowohl von der Luftkompressionseinheit (27) als auch von der Luftentspannungseinheit (28) beaufschlagte Wärmeübertrager (14) eine Wärmeenergieübertragungskapazität aufweist, die ausreicht, dass sowohl die während eines Energieeinspeicherungsvorgangs bei der Luftkompression in dem mindestens einen Verdichter (7, 7a, 7b) entstehende und aus einem dem Wärmeübertrager (14) zuströmenden Luftmassenstrom an verdichteter Luft auszukoppelnde Wärmeenergie in dem Wärmeübertrager (14) aus dem vom Verdichter (7, 7a, 7b) durch die luftführende Leitung (21 , 22) zuströmenden Luftmassenstrom verdichteter Luft auskoppelbar und in einen dem Wärmeübertrager (14) durch die das Wärmeträgermedium (31 ) führende Leitungsverbindung (15) zuströmenden Massenstrom an Wärmeträgermedium (31 ) einkoppelbar ist als auch die während eines Energieausspeicherungsvorgangs zur Erwärmung eines der mindestens einen Expansionsmaschine (13, 13a, 13b) zuströmenden Luftmassenstroms an verdampfter Luft benötigte und in einen dem Wärmeübertrager (14) durch die luftführende Leitung (21 , 22) zuströmenden Luftmassenstrom verdampfter Luft einzukoppelnde Wärmeenergie in dem Wärmeübertrager (14) aus einem dem Wärmeübertrager (14) durch die das Wärmeträgermedium (31 ) führende Leitungsverbindung (15) zuströmenden Massenstrom an Wärmeträgermedium (31 ) auskoppelbar und in den der mindestens einen Expansionsmaschine (13, 13a, 13b) zuströmenden Luftmassenstrom verdampfter Luft einkoppelbar ist. in that the heat exchanger (14) acted upon by both the air compression unit (27) and the air expansion unit (28) has a heat energy transmission capacity that is sufficient both during an energy injection process in the air compression in the at least one compressor (7, 7a, 7b) resulting and from a heat exchanger (14) inflowing air mass flow of compressed air auskoppelnde heat energy in the heat exchanger (14) from the of Compressor (7, 7a, 7b) by the air-conducting line (21, 22) incoming air mass flow of compressed air decoupled and in a heat exchanger (14) by the heat transfer medium (31) leading line connection (15) inflowing mass flow of heat transfer medium (31) einkoppelbar is as well as the during a Energieeaeausspeicherungsvorgangs for heating one of the at least one expansion machine (13, 13a, 13b) incoming air mass flow of evaporated air and in a the heat exchanger (14) by the air-conducting line (21, 22) inflowing air mass flow of evaporated air to be coupled heat energy in the heat exchanger (14) from a heat exchanger (14) by the heat transfer medium (31) leading line connection (15) incoming mass flow of heat transfer medium (31) auskoppelbar and in the at least one expansion machine (13, 13a, 13b) inflowing air mass flow evaporated Air can be coupled r is.
Warmteil (6) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeenergieübertragungskapazität des Wärmeübertragers (14) ausreicht, dass in dem Wärmeübertrager (14) sowohl die während des Energieeinspeicherungsvorgangs bei der Luftverdichtung mit Zwischenkühlung aus dem Luftmassenstrom verdichteter Luft in der Luftkompressionseinheit (27) insgesamt abzuleitende Wärmeenergie auskoppelbar und in den Massenstrom an Wärmeträgermedium (31 ) einkoppelbar ist als auch die während des Energieausspeicherungsvorgangs für den zur Erwärmung des der Luftentspannungseinheit (28) zuströmenden Luftmassenstroms verdampfter Luft in der Luftentspannungseinheit (28) insgesamt benötigte Wärmeenergie aus dem Massenstrom an Wärmeträgermedium (31 ) auskoppelbar und in den zuströmenden Luftmassenstrom verdampfter Luft einkoppelbar ist. Hot part (6) according to claim 4, characterized in that the heat energy transfer capacity of the heat exchanger (14) is sufficient that in the heat exchanger (14) both during the energy storage operation in the air compression with intermediate cooling of the air mass flow compressed air in the air compression unit (27) in total The heat energy to be dissipated can be coupled out and coupled into the mass flow of heat transfer medium (31) as well as the air mass flow of evaporated air in the air expansion unit (28) during the energy drain storage operation for the air mass flow unit (28) inflowing total heat energy from the mass flow of heat transfer medium (31 ) and can be coupled into the inflowing air mass flow of evaporated air.
Warmteil (6) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftkompressionseinheit (27) mit Zwischenkühlung mindestens eine Verdichterstufe, die mehrere Verdichter (7a, 7b) umfasst, und die Luftentspannungseinheit (28) mindestens eine Expansionsstufe, die mehrere Expansionsmaschinen (13a, 13b) umfasst, aufweist, wobei der gemeinsame Wärmeübertrager (14) über die fluidführende Leitung (21 , 22) an jeweils eine Verdichterstufe und eine Expansionsstufe angeschlossen ist, wobei mittels des Wärmeübertragers (14) sowohl die bei der Luftverdichtung mit Zwischenkühlung in der jeweiligen Verdichterstufe insgesamt abzuleitende Wärmeenergie aus dem Luftmassenstrom verdichteter Luft auskoppelbar und in den Massenstrom an Wärmeträgermedium (31 ) einkoppelbar ist als auch die für die zur Erwärmung des der jeweiligen Luftentspannungseinheit (28) zuströmenden Luftmassenstroms insgesamt benötigte Wärmeenergie aus dem Massenstrom an Wärmeträgermedium (31 ) auskoppelbar und in den Luftmassenstrom verdampfter Luft einkoppelbar ist. Hot part (6) according to claim 4 or 5, characterized in that the air compression unit (27) with intermediate cooling at least one compressor stage comprising a plurality of compressors (7a, 7b), and the Luftentspannungseinheit (28) at least one expansion stage, the plurality of expansion machines (13a , 13b), wherein the common heat exchanger (14) via the fluid-carrying line (21, 22) to each one Compressor stage and an expansion stage is connected, by means of the heat exchanger (14) both in the air compression with intermediate cooling in the respective compressor stage total heat energy to be dissipated from the air mass flow of compressed air coupled out and coupled into the mass flow of heat transfer medium (31) as well as for the for the heating of the respective Luftentspannungseinheit (28) inflowing air mass flow total required heat energy from the mass flow of heat transfer medium (31) auskoppelbar and in the air mass flow of evaporated air can be coupled.
Warmteil (6) nach einem der Ansprüche 4 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass genau ein Wärmeübertrager (14) über die fluidleitende Leitungsverbindung (21 , 22) an die Luftkompressionseinheit (27) mit Zwischenkühlung und die Luftentspannungseinheit (28) angeschlossen ist, mittels welchem sowohl die bei der Luftverdichtung mit Zwischenkühlung in der Luftkompressionseinheit (27) und/oder die in dem mindestens einen Verdichter (7, 7a, 7b) und/oder die in der oder den jeweiligen Verdichterstufe(n) entstehende und insgesamt abzuleitende Wärmeenergie aus dem Luftmassenstrom verdichteter Luft auskoppelbar und in den Massenstrom an Wärmeträgermedium (31 ) einkoppelbar ist als auch die für die zur Erwärmung des der Luftentspannungseinheit (28) und/oder der mindestens einen Expansionsmaschine (13, 13a, 13b) und/oder der oder den jeweiligen Expansionsstufen zuströmenden Luftmassenstroms an verdampfter Luft insgesamt benötigte Wärmeenergie aus dem Wärmeträgermedium (31 ) auskoppelbar und in den Luftmassenstrom verdampfter Luft einkoppelbar ist. Hot part (6) according to any one of claims 4-6, characterized in that exactly one heat exchanger (14) via the fluid-conducting line connection (21, 22) to the air compression unit (27) with intermediate cooling and the Luftentspannungseinheit (28) is connected, by means of which both the thermal energy resulting from the air mass flow in the air compression with intermediate cooling in the air compression unit (27) and / or in the at least one compressor (7, 7a, 7b) and / or in the respective compressor stage (s) compressed air can be decoupled and in the mass flow of heat transfer medium (31) can be coupled as well as for the heating of the Luftentspannungseinheit (28) and / or the at least one expansion machine (13, 13a, 13b) and / or the respective expansion stages Air mass flow of evaporated air total heat energy required from the heat transfer medium (31) auskoppelbar u nd in the air mass flow of evaporated air can be coupled.
Warmteil (6) nach einem der Ansprüche 4 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (14) bezogen auf die jeweilige Luftdurchflussrichtung der Luftkompressionseinheit (27) und/oder jeder Verdichterstufe und/oder jedem Verdichter (7a, 7b) nachgeschaltet und der Luftentspannungseinheit (28) und/oder jeder Expansionsstufe und/oder jeder Expansionsmaschine (13a, 13b) vorgeschaltet ist. Hot part (6) according to any one of claims 4-7, characterized in that the heat exchanger (14) related to the respective air flow direction of the air compression unit (27) and / or each compressor stage and / or each compressor (7a, 7b) connected downstream and the Luftentspannungseinheit (28) and / or each expansion stage and / or each expansion machine (13a, 13b) is connected upstream.
9. Warmteil (6) nach einem der Ansprüche 4 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (14) derart in luftführender Leitungsverbindung (21 , 22) mit der Luftkompressionseinheit (27) und der Luftentspannungseinheit (28) steht, dass die Luftströmungsrichtung des ihn durchströmenden Luftmassenstroms während des Energieeinspeicherungsvorgangs entgegengesetzt zu der des Energieausspeicherungsvorgangs ist. 9. hot part (6) according to any one of claims 4-8, characterized in that the heat exchanger (14) in air-conducting line connection (21, 22) with the air compression unit (27) and the Luftentspannungseinheit (28) that the air flow direction of it is opposite to that of the energy dumping operation during the energy storage operation.
10. Warmteil (6) nach einem der Ansprüche 4 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (14) eine erste Wärmeenergieübertragungsfläche (17) und eine zweite Wärmeenergieübertragungsfläche (16) aufweist, die über die luftführende Leitungsverbindung (21 , 22) jeweils mit der Luftkompressionseinheit (27), insbesondere einem ersten Verdichter (7a) und einem zweiten Verdichter (7b), und der Luftexpansionseinheit (28), insbesondere einer ersten Expansionsmaschine (13a) und einer zweiten Expansionsmaschine (13b), in Reihe geschaltet sind. 10. hot part (6) according to any one of claims 4-9, characterized in that the heat exchanger (14) has a first heat energy transfer surface (17) and a second heat energy transfer surface (16) via the air-conducting line connection (21, 22) each with the air compression unit (27), in particular a first compressor (7a) and a second compressor (7b), and the air expansion unit (28), in particular a first expansion machine (13a) and a second expansion machine (13b) are connected in series.
1 1 . Warmteil (6) nach einem der Ansprüche 4 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (14) eine über die bei einem Energieeinspeicherungsvorgang oder einem Energieausspeicherungsvorgang benötigte Wärmeenergieübertragungskapazität hinausgehende zusätzliche Wärmeenergieübertragungskapazität in Form einer Zusatzwärmeenergieübertragungsfläche (26) bereitstellt. 1 1. Hot part (6) according to any one of claims 4 - 10, characterized in that the heat exchanger (14) provides an additional heat energy transfer capacity in the form of an additional heat energy transfer surface (26) beyond the heat energy transfer capacity required in an energy storage operation or energy recovery operation.
12. Warmteil (6) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzwärmeenergieübertagungsfläche (26) mittels einer Adsorber- Regenerationsleitung (20) in luftleitender Leitungsverbindung mit einem Adsorber (19) steht. 12. hot part (6) according to claim 1 1, characterized in that the Zusatzwärmeenergieübertagungsfläche (26) by means of an adsorber regeneration line (20) in air-conducting line connection with an adsorber (19).
13. Verfahren zum Betrieb eines Wärmeübertragers (14) nach einem der Ansprüche 1 - 3 in einem Warmteil (6) nach einem der Ansprüche 4 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Wärmeübertrager (14) sowohl die während eines Energieeinspeicherungsvorgangs bei der Luftkompression in dem mindestens einen Verdichter (7, 7a, 7b) entstehende Wärmeenergie aus einem Luftmassenstrom verdichteter Luft ausgekoppelt und in einen zuströmenden Massenstrom an Wärmeträgermedium (31 ) eingekoppelt wird als auch die während eines Energieausspeisungsvorgangs zur Erwärmung eines der mindestens einen Expansionsmaschine (13, 13a, 13b) zuströmenden Luftmassenstroms verdampfter Luft benötigte Wärmeenergie in dem Wärmeübertrager (14) aus einem zuströmenden Massenstrom an Wärmeträgermedium (31 ) ausgekoppelt und in einen zuströmenden Luftmassenstrom verdampfter Luft eingekoppelt wird. 13. A method for operating a heat exchanger (14) according to any one of claims 1-3 in a hot part (6) according to any one of claims 4-12, characterized in that in the heat exchanger (14) both during a Energieeinspeicherungsvorgangs in the air compression in the heat energy resulting from at least one compressor (7, 7a, 7b) is decoupled from an air mass flow of compressed air and introduced into a incoming mass flow to the heat transfer medium (31) is coupled in as well as the heat energy required during an energy feed operation for heating one of the at least one expansion engine (13, 13a, 13b) incoming air mass flow of evaporated air in the heat exchanger (14) from an inflowing mass flow of heat transfer medium (31) decoupled and coupled into an incoming air mass flow of evaporated air.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Wärmeübertrager (14) sowohl die während des Energieeinspeicherungsvorgangs bei der Luftverdichtung mit Zwischenkühlung aus dem Luftmassenstrom verdichteter Luft in der Luftkompressionseinheit (27) insgesamt abzuleitende Wärmeenergie ausgekoppelt und in den Massenstrom an Wärmeträgermedium (31 ) eingekoppelt wird als auch die während des Energieausspeicherungsvorgangs für den zur Erwärmung des der Luftentspannungseinheit (28) zuströmenden Luftmassenstroms verdampfter Luft in der Luftentspannungseinheit (28) insgesamt benötigte Wärmeenergie aus dem Massenstrom an Wärmeträgermedium (31 ) ausgekoppelt und in den zuströmenden Luftmassenstrom verdampfter Luft eingekoppelt wird. 14. The method according to claim 13, characterized in that in the heat exchanger (14) coupled both during the Energieeinspeicherungsvorgangs in the air compression with intermediate cooling of the air mass flow compressed air in the air compression unit (27) total heat energy dissipated and in the mass flow of heat transfer medium (31 ) is coupled in as well as during the Energieausspeicherungsvorgangs for the air to the Luftentspannungseinheit (28) inflowing air mass flow evaporated air in the Luftentspannungseinheit (28) total required heat energy from the mass flow of heat transfer medium (31) coupled and coupled into the incoming air mass flow evaporated air ,
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftkompressionseinheit (27) mit Zwischenkühlung mindestens eine Verdichterstufe, die mehrere Verdichter (7a, 7b) umfasst, und die Luftentspannungseinheit (28) mindestens eine Expansionsstufe, die mehrere Expansionsmaschinen (13a, 13b) umfasst, aufweist, wobei der gemeinsamer Wärmeübertrager (14) an eine, vorzugsweise alle, Verdichterstufe(n) und eine, vorzugsweise alle, Expansionsstufe(n) angeschlossen ist und mittels des gemeinsamen Wärmeübertragers (14) sowohl die bei der Luftverdichtung mit Zwischenkühlung in der jeweiligen oder allen Verdichterstufe(n) insgesamt abzuleitende Wärmeenergie aus dem Luftmassenstrom verdichteter Luft ausgekoppelt und in den Massenstrom an Wärmeträgermedium (31 ) eingekoppelt wird als auch die für die zur Erwärmung des der jeweiligen oder allen Expansionsstufe(n) zuströmenden Luftmassenstroms verdampfter Luft insgesamt benötigte Wärmeenergie aus dem Massenstrom an Wärmeträgermedium (31 ) ausgekoppelt und in den Luftmassenstrom verdampfter Luft eingekoppelt wird. 15. The method according to claim 13 or 14, characterized in that the air compression unit (27) with intermediate cooling at least one compressor stage comprising a plurality of compressors (7a, 7b), and the Luftentspannungseinheit (28) at least one expansion stage, the plurality of expansion machines (13a, 13b), wherein the common heat exchanger (14) to one, preferably all, compressor stage (s) and one, preferably all, expansion stage (s) is connected and by means of the common heat exchanger (14) both in the air compression with intermediate cooling in the respective or all compressor stage (s) total heat energy to be dissipated from the air mass flow of compressed air and coupled into the mass flow of heat transfer medium (31) is coupled as well as for the heating of the respective or all expansion stage (s) incoming air mass flow evaporated air as a whole required heat energy from the mass flow Heat transfer medium (31) is coupled out and coupled into the air mass flow of evaporated air.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 - 15, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des genau einen, an die Luftkompressionseinheit (27) mit Zwischenkühlung und die Luftentspannungseinheit (28) angeschlossenen Wärmeübertragers (14) sowohl die bei der Luftverdichtung mit Zwischenkühlung in dem mindestens einen Verdichter (7, 7a, 7b) und/oder in der oder den jeweiligen Verdichterstufe(n) entstehende und insgesamt abzuleitende Wärmeenergie aus dem Luftmassenstrom verdichteter Luft ausgekoppelt und in den Massenstrom an Wärmeträgermedium (31 ) eingekoppelt wird als auch die für die zur Erwärmung des der mindestens einen Expansionsmaschine (13, 13a, 13b) und/oder der oder den jeweiligen Expansionsstufen zuströmenden Luftmassenstroms insgesamt benötigte Wärmeenergie aus dem Wärmeträgermedium (31 ) ausgekoppelt und in den Luftmassenstrom verdampfter Luft eingekoppelt wird. 16. The method according to any one of claims 13-15, characterized in that by means of exactly one, to the air compression unit (27) with intermediate cooling and the Luftentspannungseinheit (28) connected to the heat exchanger (14) both in the air compression with intermediate cooling in the at least one Compressor (7, 7a, 7b) and / or in the respective compressor stage (s) resulting and total dissipated heat energy from the air mass flow compressed air coupled and coupled into the mass flow of heat transfer medium (31) as well as for the for heating the the at least one expansion machine (13, 13a, 13b) and / or the total mass flow of air flowing to the respective expansion stage is decoupled from the heat transfer medium (31) and injected into the air mass flow evaporated air.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 - 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (14) derart in luftführender Leitungsverbindung (21 , 22) mit der Luftkompressionseinheit (27) und der Luftentspannungseinheit (28) steht, dass er während des Energieeinspeicherungsvorgangs entgegengesetzt zur Strömungsrichtung während des Energieausspeicherungsvorgangs von einem Luftmassenstrom durchströmt wird. 17. The method according to any one of claims 13-16, characterized in that the heat exchanger (14) is in air-conducting line connection (21, 22) with the air compression unit (27) and the Luftentspannungseinheit (28) that he opposite during the energy storage operation Flow direction is flowed through during the Energieausspeicherungsvorgangs of an air mass flow.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 - 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (14) eine über die bei einem Energieeinspeicherungsvorgang oder einem Energieausspeicherungsvorgang benötigte Wärmeenergieübertragungskapazität hinausgehende zusätzliche Wärmeenergieübertragungskapazität in Form einer Zusatzwärmeenergieübertragungsfläche (26) bereitstellt, die über eine Adsorber-Regenerationsleitung (20) in luftleitender Leitungsverbindung mit einem Adsorber (19) steht und mittels welcher während des Energieausspeicherungsvorgangs im Wärmeübertrager (14) aus dem zuströmenden Massenstrom an Wärmeträgermedium (31 ) Wärmeenergie ausgekoppelt und in einen dem Absorber (19) über die Adsorber- Regenerationsleitung (20) zuströmenden Luftmassenstrom verdampfter Luft eingekoppelt wird. 18. The method according to any one of claims 13-17, characterized in that the heat exchanger (14) provides an additional heat energy transfer capacity in the form of an additional heat energy transfer surface (26) beyond the heat energy transfer capacity required in an energy storage operation or an energy recovery storage operation via an adsorber regeneration conduit (26). 20) in air-conducting line connection with an adsorber (19) and by means of which during the energy storage operation in the heat exchanger (14) from the inflowing mass flow of heat transfer medium (31) thermal energy decoupled and in a the absorber (19) via the adsorber regeneration line (20) inflowing air mass flow evaporated air is coupled.
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