WO2021233590A1 - Method for operating a stratified storage tank and stratified storage tank - Google Patents

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WO2021233590A1
WO2021233590A1 PCT/EP2021/057189 EP2021057189W WO2021233590A1 WO 2021233590 A1 WO2021233590 A1 WO 2021233590A1 EP 2021057189 W EP2021057189 W EP 2021057189W WO 2021233590 A1 WO2021233590 A1 WO 2021233590A1
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operating state
storage tank
stratified storage
stratified
control unit
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PCT/EP2021/057189
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Vladimir Danov
Sebastian Schreck
Jochen SCHÄFER
Sebastian THIEM
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F28D20/0039—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material with stratification of the heat storage material
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    • F24D11/001—Central heating systems using heat accumulated in storage masses district heating system
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a stratified memory according to the preamble of patent claim 1 and a stratified memory according to the preamble of patent claim 15.
  • So-called local electricity markets are known from the prior art, which enable a local exchange of locally generated and locally consumed energy.
  • the local exchange of heat can in principle take place by means of a local heat market.
  • heat cannot be transferred over long distances without major losses and its transfer to the heat consumer requires considerably more time.
  • heating networks typically have a heat store at important nodes. The heat accumulators can store heat from the heating network and release it back into it, so that the heat accumulators thus serve as buffer storage.
  • Stratified storage tanks can be used for buffer storage.
  • Stratified storage tanks typically have a pressurized water tank filled with water that sensibly stores the heat by means of the water.
  • Layered memories have a temperature stratification, that is, a sequence of temperature layers. Due to their temperature stratification, stratified storage tanks are loaded in such a way that they are preserved or stable. In other words, stratified storage tanks are loaded with a specified capacity. or discharged so that the temperature stratification is not adversely affected. Too fast and / or too powerful loading or unloading would destroy the temperature stratification and thus lead to significant losses. For this reason, known stratified storage tanks can only be loaded or unloaded with a limited power. This is particularly problematic with regard to local heat markets.
  • the present invention is based on the object of enabling an improved use of stratified storage tanks with regard to local heat markets.
  • the method according to the invention for operating a stratified memory with several temperature layers by means of a control unit the stratified memory being operable by the control unit according to a first and second operating state, and within the first operating state loading or unloading of the stratified memory by a thermally coupled with the stratified memory
  • the heating network is carried out in such a way that its temperature layers are essentially stable, is characterized in that if the heating network is covered or insufficiently covered, the control unit drives the stratified storage tank in accordance with the second operating state, with the loading or unloading of the stratified storage tank being carried out within the second operating state Mixing of the temperature layers takes place.
  • the control unit is designed to control the stratified memory.
  • the control unit specifies in particular the operating state (mode of operation) according to which the shift Memory is operated.
  • the concept of controlling includes regulating.
  • Operating the stratified storage facility includes loading and / or unloading the stratified storage facility with heat or thermal energy.
  • the stratified storage tank is operated when it is at least partially loaded and / or at least partially discharged. Complete loading or unloading is not required.
  • heating should also encompass thermal energy, so that no distinction is made between these in the present case or they are interchangeable.
  • the heating network is referred to as a thermal network.
  • the stratified storage tank has a temperature stratification with several temperature layers. Typically, the temperature layers follow one another, so that the temperature of the temperature layers increases from bottom to top within the layer memory.
  • the stratified storage tank comprises a heat storage material, in particular a heat storage fluid, typically water, for storing heat.
  • a heat storage fluid typically water
  • the heat storage fluid is typically arranged within a pressure vessel.
  • the stratified storage tank is thermally coupled to a heating network, for example by means of one or more heat exchangers.
  • the heat exchanger can be arranged outside (first type) and, on the other hand, inside the stratified storage tank (second type). If the heat exchanger is arranged outside of the stratified storage tank or outside of the pressure vessel, the loading or unloading power can basically be adjusted by changing the pumping power of a pump that ensures heat transfer and storage at the heat exchanger. the. If the heat exchanger is arranged within the stratified storage tank or the associated pressure vessel, the heat transferring area within the stratified storage tank is typically decisive.
  • the present invention is suitable and intended for both types.
  • the stratified memory can be operated in two ways, which correspond to the first and second operating states.
  • the stratified storage tank In the first operating state, the stratified storage tank is operated in such a way that its temperature stratification and thus the temperature strata remain essentially stable. Essentially stable here means that the stratified storage tank is loaded or unloaded in such a way that mixing of the temperature strata is avoided as far as technically and / or physically possible.
  • the first operating state is designed in such a way that the loading or unloading of the stratified storage facility takes place taking into account the temperature strata.
  • the temperature stratification and its maintenance are decisive.
  • the first operating state can thus be viewed as normal operation of the stratified storage tank. Normal operation is fundamentally desirable, as this enables the stratified storage tank to be operated as efficiently as possible in terms of energy. Mixing the temperature layers would generally lead to losses.
  • the stratified storage tank is operated according to the invention in such a way that its temperature stratification or its temperature strata are not retained.
  • the second operating state is thus characterized in that the stratified storage tank is loaded or unloaded regardless of its temperature stratification.
  • the only decisive factor here is therefore only heat to be added quickly and for a short time store or provide.
  • the present invention thus enables rapid or short-term loading or unloading of the stratified storage tank by means of the second operating state.
  • the control unit switches the stratified storage tank from the first operational state to the second operational state if there is an undercover or overburden within the heating network.
  • Overlapping is present, for example, when more heat is generated or provided or is to be generated than is or is to be consumed. There is a shortfall, for example, if less heat is generated or provided or is to be provided than is or should be consumed. A current status of the heating network and / or an operating schedule of the heating network can therefore be decisive for the overburden or shortfall.
  • the heating network can thus be relieved in the short term with regard to its overburden or undercover.
  • the heating network is stabilized and existing storage capacities can be used more effectively.
  • a local heating market which includes the heating network
  • greater flexibility can be provided in the short term with regard to the exchange of heat.
  • higher statistical fluctuations in terms of heat demand are to be expected.
  • P2H combined heat and power
  • the generation of renewable heat for example by a combined heat and power (P2H) system with a photovoltaic system
  • P2H combined heat and power
  • a photovoltaic system breaks down or does not occur as predicted.
  • short-term storage or provision of heat is therefore advantageous, which the present invention enables.
  • the heating network advantageously does not have to be designed for the expected peak load.
  • the stratified memory according to the invention comprises a control unit and is characterized in that the control unit is designed to control the stratified memory according to a method according to the present invention and / or one of its refinements.
  • the stratified storage tank is loaded in the second operating state with an increased loading capacity compared to the first operating state or discharged with an increased discharge capacity compared to the first operating state.
  • the second operating state therefore does not correspond to normal operation of the stratified storage tank, but rather a type of emergency operation if compensation for excess and / or insufficient coverage within the heating network is required.
  • the stratified storage tank is operated according to the first operating state with a loading capacity or unloading capacity within a standard range for the stratified storage tank.
  • the second operating state forms a type of emergency operation of the stratified storage tank.
  • a loss through mixing of the temperature layers is accepted so that the heating network is stabilized again as quickly as possible in the event of an overlay or undercover.
  • the stratified storage tank is operated in accordance with the second operating state, regardless of its temperature stratification.
  • the loading capacity or unloading capacity is set within the second operating state as a function of the coverage or under coverage of the heating network.
  • the loading capacity is increased by connecting further pipelines, which are provided for loading the stratified storage tank, or the discharge capacity is increased by connecting further pipelines, which are provided for discharging the stratified storage tank.
  • the loading capacity and / or the unloading capacity can be increased in various ways, the respective configuration being dependent on the type of storage tank in layers.
  • additional or further pipelines that are not used in the first operating state are switched on so that heat can be stored or provided in a shorter time. It is particularly preferred here if the number of pipelines connected is set as a function of the overlap or shortfall.
  • the loading capacity or the unloading capacity is matched to the overburden or shortfall.
  • a pump output of a pump which is provided for loading or unloading the stratified storage tank within the first operating state, is increased within the second operating state compared to the first operating state.
  • the pump output is set as a function of the overlap or shortfall.
  • the pump output is thus advantageously adapted to the coverage or insufficient coverage of the heating network, that is to say to the status of the heating network.
  • the stratified storage tank has a circulation unit, the circulation unit being operated within the second operating state.
  • the circulation unit which can be controlled by the control unit, preferably comprises a stirrer for mixing the temperature layers.
  • the stirrer is in this case within the layers memory, that is arranged within the associated pressure vessel. This mixes the temperature layers, so that although losses occur, heat can be stored or made available for a short time.
  • the circulation unit is preferably controlled by the control unit as a function of the coverage or insufficient coverage of the heating network.
  • the circulation unit is switched on (second operating state) or off (first operating state) and / or its operation is changed depending on the overlap or the underlap, for example by adjusting the rotational speed of the stirrer and / or a blade position of the stirrer.
  • previously heated storage fluid is preferably introduced directly into the stratified storage tank.
  • the stratified storage tank can advantageously react more quickly to an overburden or undercover within the heating network.
  • the control unit operates the stratified storage system in accordance with the second operating state when the control unit receives a data signal from a lo cal energy market platform of the heating network that indicates an excess or insufficient coverage of the heating network.
  • the heating network and the stratified storage tank are part of a local heating market that is established by means of a local energy market platform.
  • the local energy market platform brings local heat offers in terms of heat consumption and heat supply, in particular heat generation, in line with each other as closely as possible.
  • the local energy market platform transmits a corresponding data signal to the control unit of the stratified memory, whereupon the stratified memory changes from the first operating state to the second operating state.
  • the stratified storage tank is controlled in line with market requirements.
  • control unit transmits a first storage capacity of the stratified storage tank for the first operating state and a second storage capacity for the second operating state to the local energy market platform of the heating network.
  • the storage capacity of the stratified storage facility is symbolically divided into a normal capacity (first storage capacity) and an emergency capacity (second storage capacity).
  • the operator of the stratified storage facility can thus advantageously transmit two offers to the local energy market platform, for example for normal, energetically efficient heat storage without significant mixing of the temperature strata and short-term heat storage in which the stratified storage facility is loaded more quickly and thus a mixing of the temperature strata he follows.
  • the second storage capacity thus typically has a higher price than the first storage capacity.
  • the second storage capacity the local energy market platform only takes it into account or uses it as optimally as possible if there is or will be an over-coverage or under-coverage of the heating network, for example in the case of day-ahead trading.
  • the operator of the stratified storage tank can determine the value of the stored energy and which losses would cause the temperature stratification to be destroyed. Based on this, the operator can offer the provision of storage capacity at a specific point in time or transmit it to the local energy market platform.
  • the present invention is therefore particularly advantageous in connection with a local energy market, in particular a local heating market.
  • the control unit and the local energy market platform can correspondingly communicate with one another or exchange and / or process data / data signals.
  • the single figure shows schematically a stratified storage tank according to an embodiment of the present invention, which is coupled to a heat network of a local heat market.
  • the figure shows a stratified memory 4 according to an embodiment of the present invention.
  • the stratified storage tank 4 comprises a control unit 41 and is thermally coupled to a heat network 2 for exchanging heat by means of a heat exchanger 24.
  • the stratified storage tank 4 can store heat from the heating network 2.
  • the stratified storage tank 4 is integrated into a local heat market or energy market.
  • the local heat market is technically formed by the local energy market platform 6.
  • the stratified storage tank 4 is integrated into the local heat market in the present case by the control unit 4, which can exchange data with the local energy market platform 6 via the data connection 101. In particular, this takes place via the Internet and / or cloud-based.
  • the control unit 4 is designed to control the operation of the layer memory 4, wherein the layer memory 4 can be operated according to a first and second operating state.
  • the stratified storage tank 4 has at least two different operating modes. According to which of the operating modes the stratified memory 4 is operated is determined or established by the control unit 41.
  • the control unit 41 can thus switch at least the stratified memory 4 between the operating modes or switch from one operating mode to the other operating mode.
  • the first operating mode or the first Breastzu was the stratified storage tank 4 is seen for normal operation.
  • the stratified storage tank 4 is loaded or unloaded in such a way that its temperature stratification remains stable.
  • the stratified storage tank 4 is loaded or unloaded, taking into account its temperature stratification.
  • the second operating mode or the second Radiozu status of the stratified storage tank 4 is provided for an emergency operation, so to speak.
  • the stratified storage tank 4 is loaded or unloaded regardless of its temperature stratification. In other words, mixing of the temperature layers is accepted or forced be loaded or unloaded faster. Such a case is required, for example, when the heating network 2 is covered or insufficiently covered.
  • the over-coverage or under-cover can occur spontaneously and / or result from the operational planning by the local energy market platform 6.
  • the control unit 41 can receive a corresponding signal from the local energy market platform 6, which signals an over-coverage and / or under-coverage. As a result, the control unit 41 can, if necessary, change the stratified memory 4 from the first operating state to the second operating state.
  • the mixing of the temperature layers within the second operating state is specifically enforced by means of a circulation unit 42, in particular a stirrer within the layer storage unit 4.
  • a circulation unit 42 in particular a stirrer within the layer storage unit 4.
  • the circulation unit 42 is switched on by the control unit 41 and the temperature layers are thus mixed or mixed.
  • the stratified storage tank 4 can be charged more quickly if there is an overlap within the heating network 2 and can be discharged more quickly if there is an insufficient coverage within the heating network.
  • the output of the circulation unit 4 can be adapted to the extent of the overlap and / or undercover.

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Abstract

The invention relates to a method for operating a stratified storage tank (4) comprising multiple temperature layers by means of a control unit (41), wherein the stratified storage tank (4) can be operated by the control unit (41) according to a first and second operating state, and within the first operating state, a charging or discharging of the stratified storage tank (4) takes place via a heat network (2) thermally coupled to the stratified storage tank (4), in such a way that its temperature layers are substantially stable. The method is characterised in that, with an oversupply or under supply of the heat network (2), the control unit (41) operates the stratified storage tank (4) according to the second operating state, wherein the charging or discharging of the stratified storage tank (4) takes place by mixing the temperature layers in the second operating state. The invention also relates to a stratified storage tank (4).

Description

Beschreibung description
Verfahren zum Betrieb eines Schichtenspeichers sowie Schich tenspeicher Process for the operation of a stratified storage tank as well as stratified storage tank
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Schichtenspeichers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie einen Schichtenspeicher gemäß dem Oberbegriff des Pa tentanspruches 15. The invention relates to a method for operating a stratified memory according to the preamble of patent claim 1 and a stratified memory according to the preamble of patent claim 15.
Aus dem Stand der Technik sind sogenannte lokale Strommärkte bekannt, die einen lokalen Austausch von lokal gewonnener und lokal verbrauchter Energie ermöglichen. So-called local electricity markets are known from the prior art, which enable a local exchange of locally generated and locally consumed energy.
Ein solcher lokaler Energiemarkt beziehungsweise Strommarkt ist aus dem Dokument EP 3518369 Al bekannt. Such a local energy market or electricity market is known from document EP 3518369 A1.
Wie der genannte lokale Austausch von Strom kann grundsätz lich der lokale Austausch von Wärme mittels eines lokalen Wärmemarktes erfolgen. Allerdings ergeben sich für einen lo kalen Wärmemarkt weitere technische Schwierigkeiten. So ist Wärme nicht ohne größerer Verluste über längere Strecken übertragbar und ihre Übertragung zum Wärmeverbraucher benö tigt wesentlich mehr Zeit. Dies führt dazu, dass Wärmenetze typischerweise an wichtigen Knoten einen Wärmespeicher auf weisen. Die Wärmespeicher können Wärme aus dem Wärmenetz speichern und wieder an dieses abgeben, sodass die Wärmespei cher somit als Pufferspeicher dienen. Like the aforementioned local exchange of electricity, the local exchange of heat can in principle take place by means of a local heat market. However, there are further technical difficulties for a local heating market. For example, heat cannot be transferred over long distances without major losses and its transfer to the heat consumer requires considerably more time. As a result, heating networks typically have a heat store at important nodes. The heat accumulators can store heat from the heating network and release it back into it, so that the heat accumulators thus serve as buffer storage.
Zur Pufferspeicherung können Schichtenspeicher verwendet wer den. Schichtenspeicher weisen typischerweise einen mit Wasser befüllten Druckwasserbehälter auf, der die Wärme sensibel mittels des Wassers speichert. Hierbei weisen Schichtenspei cher eine Temperaturschichtung auf, das heißt eine Abfolge von Temperaturschichten. Schichtenspeicher werden aufgrund ihrer Temperaturschichtung derart beladen, dass diese erhal ten beziehungsweise stabil bleibt. Mit anderen Worten werden Schichtenspeicher mit einer festgelegten Leistung beladen be- ziehungsweise entladen, damit die Temperaturschichtung nicht negativ beeinflusst werden. Ein zu schnelles und/oder ein zu leistungsstarkes Beladen oder Entladen würde die Temperatur schichtung zerstören und somit zu deutlichen Verlusten füh ren. Aus diesem Grund können bekannte Schichtenspeicher le diglich mit einer beschränkten Leistung beladen beziehungs weise entladen werden. Besonders im Hinblick auf lokale Wär memärkte ist dies problematisch. Stratified storage tanks can be used for buffer storage. Stratified storage tanks typically have a pressurized water tank filled with water that sensibly stores the heat by means of the water. Layered memories have a temperature stratification, that is, a sequence of temperature layers. Due to their temperature stratification, stratified storage tanks are loaded in such a way that they are preserved or stable. In other words, stratified storage tanks are loaded with a specified capacity. or discharged so that the temperature stratification is not adversely affected. Too fast and / or too powerful loading or unloading would destroy the temperature stratification and thus lead to significant losses. For this reason, known stratified storage tanks can only be loaded or unloaded with a limited power. This is particularly problematic with regard to local heat markets.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine im Hinblick auf lokale Wärmemärkte verbesserte Verwendung von Schichtenspeichern zu ermöglichen. The present invention is based on the object of enabling an improved use of stratified storage tanks with regard to local heat markets.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie durch einen Schichten speicher mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 15 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteil hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ange geben. The object is achieved by a method with the features of independent claim 1 and by a layer memory with the features of independent claim 15. In the dependent claims, advantageous configurations and developments of the invention are given.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Schichten speichers mit mehreren Temperaturschichten mittels einer Steuereinheit, wobei der Schichtenspeicher durch die Steuer einheit gemäß einem ersten und zweiten Betriebszustand be treibbar ist, und innerhalb des ersten Betriebszustandes ein Beladen oder Entladen des Schichtenspeichers durch ein mit dem Schichtenspeicher thermisch gekoppeltes Wärmenetz derart erfolgt, dass seine Temperaturschichten im Wesentlichen stabil sind, ist gekennzeichnet dadurch, dass bei einer Über deckung oder Unterdeckung des Wärmenetzes die Steuereinheit den Schichtenspeicher gemäß dem zweiten Betriebszustand be treibt, wobei innerhalb des zweiten Betriebszustandes das Be laden beziehungsweise Entladen des Schichtenspeichers unter einer Vermischung der Temperaturschichten erfolgt. The method according to the invention for operating a stratified memory with several temperature layers by means of a control unit, the stratified memory being operable by the control unit according to a first and second operating state, and within the first operating state loading or unloading of the stratified memory by a thermally coupled with the stratified memory The heating network is carried out in such a way that its temperature layers are essentially stable, is characterized in that if the heating network is covered or insufficiently covered, the control unit drives the stratified storage tank in accordance with the second operating state, with the loading or unloading of the stratified storage tank being carried out within the second operating state Mixing of the temperature layers takes place.
Die Steuereinheit ist zum Steuern des Schichtenspeichers aus gebildet. Hierbei legt die Steuereinheit insbesondere fest, gemäß welchem Betriebszustand (Betriebsart) der Schichten- Speicher betrieben wird. Vorliegend umfasst der Begriff des Steuerns ein Regeln. The control unit is designed to control the stratified memory. Here, the control unit specifies in particular the operating state (mode of operation) according to which the shift Memory is operated. In the present case, the concept of controlling includes regulating.
Ein Betrieb des Schichtenspeichers umfasst ein Beladen und/oder Entladen des Schichtenspeichers mit Wärme bezie hungsweise thermischer Energie. Mit anderen Worten wird der Schichtenspeicher betrieben, wenn er wenigstens teilweise Be laden und/oder wenigstens teilweise Entladen wird. Ein voll ständiges Beladen oder Entladen ist nicht erforderlich. Operating the stratified storage facility includes loading and / or unloading the stratified storage facility with heat or thermal energy. In other words, the stratified storage tank is operated when it is at least partially loaded and / or at least partially discharged. Complete loading or unloading is not required.
Weiterhin soll durch den Begriff der Wärme ebenfalls thermi sche Energie umfasst sein, sodass vorliegend nicht zwischen diesen unterschieden wird beziehungsweise diese austauschbar sind. Beispielsweise wird das Wärmenetz als thermisches Netz bezeichnet. Furthermore, the term “heat” should also encompass thermal energy, so that no distinction is made between these in the present case or they are interchangeable. For example, the heating network is referred to as a thermal network.
Der Schichtenspeicher weist eine Temperaturschichtung mit mehreren Temperaturschichten auf. Typischerweise folgen die Temperaturschichten aufeinander, sodass die Temperatur der Temperaturschichten von unten nach oben innerhalb des Schich tenspeicher zunimmt. The stratified storage tank has a temperature stratification with several temperature layers. Typically, the temperature layers follow one another, so that the temperature of the temperature layers increases from bottom to top within the layer memory.
Der Schichtenspeicher umfasst zur Speicherung von Wärme ein Wärmespeichermaterial, insbesondere ein Wärmespeicherfluid, typischerweise Wasser. Das Wärmespeicherfluid ist typischer weise innerhalb eines Druckbehälters angeordnet. The stratified storage tank comprises a heat storage material, in particular a heat storage fluid, typically water, for storing heat. The heat storage fluid is typically arranged within a pressure vessel.
Der Schichtenspeicher ist mit einem Wärmenetz thermisch ge koppelt, beispielsweise mittels eines oder mehreren Wärme übertragern. Hierbei werden zwei Arten an Schichtenspeichern unterschieden. Zum einen kann der Wärmeübertrager außerhalb (erste Art) und zum anderen innerhalb des Schichtenspeichers (zweite Art) angeordnet sein. Ist der Wärmeübertrager außer halb des Schichtenspeicher beziehungsweise außerhalb des Druckbehälters angeordnet, so kann die Beladeleistung oder Entladeleistung grundsätzlich durch eine Veränderung einer Pumpleistung einer Pumpe, die die Wärmeübertragung und Wärme speicherung am Wärmeübertrager sicherstellt, eingestellt wer- den. Ist der Wärmeübertrager innerhalb des Schichtenspeichers beziehungsweise des zugehörigen Druckbehälters angeordnet, so ist typischerweise die wärmeübertragende Fläche innerhalb des Schichtenspeichers maßgeblich. Die vorliegende Erfindung ist für beide Arten geeignet und vorgesehen. The stratified storage tank is thermally coupled to a heating network, for example by means of one or more heat exchangers. A distinction is made between two types of stratified storage tanks. On the one hand, the heat exchanger can be arranged outside (first type) and, on the other hand, inside the stratified storage tank (second type). If the heat exchanger is arranged outside of the stratified storage tank or outside of the pressure vessel, the loading or unloading power can basically be adjusted by changing the pumping power of a pump that ensures heat transfer and storage at the heat exchanger. the. If the heat exchanger is arranged within the stratified storage tank or the associated pressure vessel, the heat transferring area within the stratified storage tank is typically decisive. The present invention is suitable and intended for both types.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Schichtenspeicher nach zwei Arten betrieben werden, die dem ersten und zweiten Betriebszustand entsprechen. According to the present invention, the stratified memory can be operated in two ways, which correspond to the first and second operating states.
Im ersten Betriebszustand wird der Schichtenspeicher derart betrieben, dass seine Temperaturschichtung und somit die Tem peraturschichten im Wesentlichen stabil bleiben. Im Wesentli chen stabil bedeutet hierbei, dass das Beladen oder Entladen des Schichtenspeichers derart erfolgt, dass ein Vermischen der Temperaturschichten soweit technisch und/oder physika lisch möglich vermieden wird. Mit anderen Worten ist der ers te Betriebszustand derart ausgelegt, dass das Beladen oder Entladen des Schichtenspeichers unter Berücksichtigung der Temperaturschichten erfolgt. Im ersten Betriebszustand ist somit die Temperaturschichtung und ihr Erhalt maßgeblich. Der erste Betriebszustand kann somit als Normalbetrieb des Schichtenspeichers angesehen werden. Ein Normalbetrieb ist grundsätzlich wünschenswert, da dadurch der Betrieb des Schichtenspeichers energetisch möglichst effizient ist. Ein Vermischen der Temperaturschichten würde grundsätzlich zu Verlusten führen. In the first operating state, the stratified storage tank is operated in such a way that its temperature stratification and thus the temperature strata remain essentially stable. Essentially stable here means that the stratified storage tank is loaded or unloaded in such a way that mixing of the temperature strata is avoided as far as technically and / or physically possible. In other words, the first operating state is designed in such a way that the loading or unloading of the stratified storage facility takes place taking into account the temperature strata. In the first operating state, the temperature stratification and its maintenance are decisive. The first operating state can thus be viewed as normal operation of the stratified storage tank. Normal operation is fundamentally desirable, as this enables the stratified storage tank to be operated as efficiently as possible in terms of energy. Mixing the temperature layers would generally lead to losses.
Im zweiten Betriebszustand wird der Schichtenspeicher erfin dungsgemäß derart betrieben, dass seine Temperaturschichtung beziehungsweise seine Temperaturschichten nicht erhalten bleiben. Mit anderen Worten erfolgt im zweiten Betriebszu stand ein wenigstens teilweises, insbesondere erzwungenes o- der induziertes, Vermischen der Temperaturschichten. Der zweite Betriebszustand ist somit dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtenspeicher ohne Rücksicht auf seine Temperatur schichtung beladen beziehungsweise entladen wird. Maßgeblich ist hierbei somit lediglich Wärme schnell und kurzfristig zu speichern beziehungsweise bereitzustellen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit ein schnelles beziehungsweise kurzfristiges Beladen oder Entladen des Schichtenspeichers mittels des zweiten Betriebszustandes. Hierbei schaltet die Steuereinheit den Schichtenspeicher vom ersten Betriebszu stand in den zweiten Betriebszustand um, wenn eine Unterde ckung oder Überdeckung innerhalb des Wärmenetzes vorliegt. Eine Überdeckung liegt beispielsweise vor, wenn mehr Wärme erzeugt oder bereitgestellt wird oder werden soll, als ver braucht wird beziehungsweise verbraucht werden soll. Eine Un terdeckung liegt beispielsweise vor, wenn weniger Wärme er zeugt oder bereitgestellt wird oder werden soll, als ver braucht wird beziehungsweise verbraucht werden soll. Für die Überdeckung oder Unterdeckung kann somit ein aktueller Zu stand des Wärmenetzes und/oder ein Betriebsfahrplan des Wär menetzes maßgeblich sein. In the second operating state, the stratified storage tank is operated according to the invention in such a way that its temperature stratification or its temperature strata are not retained. In other words, in the second operating state, there is an at least partial, in particular forced or induced, mixing of the temperature layers. The second operating state is thus characterized in that the stratified storage tank is loaded or unloaded regardless of its temperature stratification. The only decisive factor here is therefore only heat to be added quickly and for a short time store or provide. The present invention thus enables rapid or short-term loading or unloading of the stratified storage tank by means of the second operating state. Here, the control unit switches the stratified storage tank from the first operational state to the second operational state if there is an undercover or overburden within the heating network. Overlapping is present, for example, when more heat is generated or provided or is to be generated than is or is to be consumed. There is a shortfall, for example, if less heat is generated or provided or is to be provided than is or should be consumed. A current status of the heating network and / or an operating schedule of the heating network can therefore be decisive for the overburden or shortfall.
Durch die vorliegende Erfindung kann das Wärmenetz somit kurzfristig im Hinblick auf seine Überdeckung oder Unterde ckung entlastet werden. Dadurch wird das Wärmenetz stabili siert und es können bereits vorhandene Speicherkapazitäten verbessert genutzt werden. Weiterhin ist dadurch die Verwen dung von bezüglich ihrer Speicherkapazität kleineren Schich tenspeichern möglich. With the present invention, the heating network can thus be relieved in the short term with regard to its overburden or undercover. As a result, the heating network is stabilized and existing storage capacities can be used more effectively. Furthermore, it is possible to use layered storage units that are smaller in terms of their storage capacity.
Im Hinblick auf einen lokalen Wärmemarkt, welcher das Wärme netz umfasst, kann bezüglich des Austausches von Wärme kurz fristig eine höhere Flexibilität bereitgestellt werden. Ins besondere in lokalen Wärmemärkten beziehungsweise zugehörigen Wärmenetzen ist mit höheren statistischen Schwankungen bezüg lich des Wärmebedarfs zu rechnen. So kann es Vorkommen, dass eine erneuerbare Wärmeerzeugung, beispielsweise durch eine mit einer Photovoltaikanlage gekoppelten Kraftwärmeanlage (P2H-Anlage), wegbricht oder nicht wie vorhergesagt eintritt. In solchen Szenarien ist somit eine kurzfristige Speicherung oder Bereitstellung von Wärme vorteilhaft, die die vorliegen de Erfindung ermöglicht. Es müssen somit weniger oder keine Reserven, für welche die zu erwartende Spitzenlasten maßgeb- lieh sind, zentral durch den Wärmemarkt oder das Wärmenetz vorgehalten werden. Dadurch muss das Wärmenetz vorteilhafter weise nicht an der zu erwartenden Spitzenlast ausgelegt wer den. With regard to a local heating market, which includes the heating network, greater flexibility can be provided in the short term with regard to the exchange of heat. In particular in local heating markets or associated heating networks, higher statistical fluctuations in terms of heat demand are to be expected. It can happen that the generation of renewable heat, for example by a combined heat and power (P2H) system with a photovoltaic system, breaks down or does not occur as predicted. In such scenarios, short-term storage or provision of heat is therefore advantageous, which the present invention enables. There must therefore be fewer or no reserves for which the expected peak loads are decisive. are borrowed, are held centrally by the heating market or the heating network. As a result, the heating network advantageously does not have to be designed for the expected peak load.
Der erfindungsgemäße Schichtenspeicher umfasst eine Steuer einheit und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerein heit dazu ausgebildet ist, den Schichtenspeicher nach einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung und/oder einer ih rer Ausgestaltungen zu steuern. The stratified memory according to the invention comprises a control unit and is characterized in that the control unit is designed to control the stratified memory according to a method according to the present invention and / or one of its refinements.
Es ergeben sich zum erfindungsgemäßen Verfahren gleichartige und/oder gleichwertige Vorteile und/oder Ausgestaltungen. Similar and / or equivalent advantages and / or configurations result for the method according to the invention.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Schichtenspeicher im zweiten Betriebszustand mit einer gegenüber dem ersten Betriebszustand erhöhten Beladeleistung beladen oder einer gegenüber dem ersten Betriebszustand er höhten Entladeleistung entladen. According to an advantageous embodiment of the invention, the stratified storage tank is loaded in the second operating state with an increased loading capacity compared to the first operating state or discharged with an increased discharge capacity compared to the first operating state.
Durch die erhöhte Beladeleistung oder Entladeleistung kann eine bestimmte Wärmemenge innerhalb eines kürzeren Zeitberei ches gespeichert oder bereitgestellt werden. Dadurch kann vorteilhafterweise auf kurzfristige Schwankungen innerhalb des Wärmenetzes, das heißt auf kurzfristige Überdeckungen und/oder Unterdeckungen, reagiert werden, sodass diese ausge glichen werden können. Der zweite Betriebszustand entspricht somit nicht dem Normalbetrieb des Schichtenspeichers, sondern einer Art Notbetrieb, falls ein Ausgleich von Überdeckungen und/oder Unterdeckungen innerhalb des Wärmenetzes erforder lich ist. Due to the increased loading or unloading capacity, a certain amount of heat can be stored or made available within a shorter period of time. As a result, it is advantageously possible to react to short-term fluctuations within the heating network, that is to say to short-term over-coverage and / or under-cover, so that these can be compensated for. The second operating state therefore does not correspond to normal operation of the stratified storage tank, but rather a type of emergency operation if compensation for excess and / or insufficient coverage within the heating network is required.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Schichtenspeicher gemäß dem ersten Betriebszustand mit einer Beladeleistung oder Entladeleistung innerhalb eines Normbe reiches für den Schichtenspeicher betrieben. Mit anderen Worten bildet der zweite Betriebszustand eine Art Notbetrieb des Schichtenspeichers aus. Innerhalb des zweiten Betriebszustandes wird ein Verlust über eine Vermischung der Tempertaturschichten hingenommen, damit das Wärmenetz mög lichst schnell bei einer Überdeckung oder Unterdeckung wieder stabilisiert wird. Mit anderen Worten erfolgt der Betrieb des Schichtenspeichers gemäß des zweiten Betriebszustandes ohne Rücksicht auf seine Temperaturschichtung. In an advantageous development of the invention, the stratified storage tank is operated according to the first operating state with a loading capacity or unloading capacity within a standard range for the stratified storage tank. In other words, the second operating state forms a type of emergency operation of the stratified storage tank. Within the second operating state, a loss through mixing of the temperature layers is accepted so that the heating network is stabilized again as quickly as possible in the event of an overlay or undercover. In other words, the stratified storage tank is operated in accordance with the second operating state, regardless of its temperature stratification.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Beladeleistung oder Entladeleistung innerhalb des zweiten Betriebszustandes in Abhängigkeit der Überdeckung oder Unter deckung des Wärmenetzes eingestellt. According to an advantageous embodiment of the invention, the loading capacity or unloading capacity is set within the second operating state as a function of the coverage or under coverage of the heating network.
Dadurch erfolgt vorteilhafterweise ein auf die Überdeckung oder Unterdeckung abgestimmter Betrieb des Schichtenspei chers. Es wird somit nur so viel Durchmischung zugelassen (über die Leistung gesteuert), wie tatsächlich zum Ausgleich erforderlich ist. Dadurch wird vorteilhafterweise der zweite Betriebszustand in seiner energetischen Effizienz verbessert. This advantageously results in an operation of the stratified storage tank that is matched to the coverage or shortfall. This means that only as much mixing is allowed (controlled by the power) as is actually required to compensate. This advantageously improves the energy efficiency of the second operating state.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Beladeleistung durch ein Zuschalten von weiteren Rohrleitun gen, die zum Beladen des Schichtenspeichers vorgesehen sind, erhöht, oder die Entladeleistung durch ein Zuschalten von weiteren Rohrleitungen, die zum Entladen des Schichtenspei chers vorgesehen sind, erhöht. In an advantageous development of the invention, the loading capacity is increased by connecting further pipelines, which are provided for loading the stratified storage tank, or the discharge capacity is increased by connecting further pipelines, which are provided for discharging the stratified storage tank.
Grundsätzlich kann die Beladeleistung und/oder die Entladel eistung auf verschiedene Arten erhöht werden, wobei die je weilige Ausgestaltung von der Art des Schichtenspeichers ab- hängen kann. Insbesondere werden zusätzliche oder weitere Rohrleitungen, die im ersten Betriebszustand nicht verwendet werden, zugeschaltet, sodass Wärme in kürzerer Zeit gespei chert oder bereitgestellt werden kann. Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn die Anzahl der zuge schalteten Rohrleitungen in Abhängigkeit der Überdeckung oder Unterdeckung eingestellt wird. In principle, the loading capacity and / or the unloading capacity can be increased in various ways, the respective configuration being dependent on the type of storage tank in layers. In particular, additional or further pipelines that are not used in the first operating state are switched on so that heat can be stored or provided in a shorter time. It is particularly preferred here if the number of pipelines connected is set as a function of the overlap or shortfall.
Dadurch wird die Beladeleistung oder Entladeleistung auf die Überdeckung beziehungsweise Unterdeckung abgestimmt. As a result, the loading capacity or the unloading capacity is matched to the overburden or shortfall.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin dung wird eine Pumpleistung einer Pumpe, die zum Beladen oder Entladen des Schichtenspeichers innerhalb des ersten Be triebszustandes vorgesehen ist, innerhalb des zweiten Be triebszustandes gegenüber dem ersten Betriebszustand erhöht. According to a further advantageous embodiment of the inven tion, a pump output of a pump, which is provided for loading or unloading the stratified storage tank within the first operating state, is increased within the second operating state compared to the first operating state.
Dadurch erhöht sich vorteilhafterweise der Durchfluss in den zugehörigen Rohrleitungen, sodass die Beladeleistung oder Entladeleistung erhöht wird. Es wird somit mehr Wärme in der selben Zeit speicherbar oder bereitstellbar. This advantageously increases the flow in the associated pipelines, so that the loading or unloading capacity is increased. This means that more heat can be stored or made available in the same time.
Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn die Pumpleistung in Abhängigkeit der Überdeckung oder Unterdeckung eingestellt wird. It is particularly preferred here if the pump output is set as a function of the overlap or shortfall.
Somit wird die Pumpleistung vorteilhafterweise an die Überde ckung oder Unterdeckung des Wärmenetzes, das heißt an den Zu stand des Wärmenetzes, angepasst. The pump output is thus advantageously adapted to the coverage or insufficient coverage of the heating network, that is to say to the status of the heating network.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Schichtenspeicher eine Umwälzeinheit auf, wobei die Umwälz einheit innerhalb des zweiten Betriebszustandes betrieben wird. In an advantageous development of the invention, the stratified storage tank has a circulation unit, the circulation unit being operated within the second operating state.
Mit anderen Worten erfolgt ein aktives beziehungsweise er zwungenes Vermischen der Temperaturschichten. Dadurch wird vorteilhafterweise eine noch kurzfristigere Reaktion auf eine Überdeckung oder Unterdeckung des Wärmenetzes ermöglicht. Ein weiterer Vorteil ist, dass bereits bestehende Schichtenspei cher durch eine solche Umwälzeinheit erweitert werden können, ohne ihre Zuleitungen und/oder Ableitungen zu verändern, ins- besondere zu erweitern. Dadurch können vorteilhafterweise be reits bestehende Schichtenspeicher erfindungsgemäß erweitert werden. In other words, there is an active or forced mixing of the temperature layers. This advantageously enables an even more short-term reaction to an over-coverage or under-coverage of the heating network. Another advantage is that already existing stratified storage tanks can be expanded by such a circulation unit without changing their supply lines and / or discharge lines, in particular special to expand. As a result, stratified storage systems that already exist can advantageously be expanded according to the invention.
Bevorzugt umfasst die Umwälzeinheit, die durch die Steuerein heit steuerbar ist, einen Rührer zur Vermischung der Tempera turschichten. Der Rührer ist hierbei innerhalb des Schichten speichers, das heißt innerhalb des zugehörigen Druckbehälters angeordnet. Dieser vermischt die Temperaturschichten, sodass zwar Verluste auftreten, aber kurzfristig Wärme gespeichert oder bereitgestellt werden kann. The circulation unit, which can be controlled by the control unit, preferably comprises a stirrer for mixing the temperature layers. The stirrer is in this case within the layers memory, that is arranged within the associated pressure vessel. This mixes the temperature layers, so that although losses occur, heat can be stored or made available for a short time.
Hierbei wird die Umwälzeinheit bevorzugt durch die Steuerein heit in Abhängigkeit der Überdeckung oder Unterdeckung des Wärmenetzes gesteuert. In this case, the circulation unit is preferably controlled by the control unit as a function of the coverage or insufficient coverage of the heating network.
Beispielsweise wird die Umwälzeinheit angeschaltet (zweiter Betriebszustand) oder ausgeschaltet (erster Betriebszustand) und/oder in ihrem Betrieb in Abhängigkeit der Überdeckung o- der Unterdeckung verändert, beispielsweise durch eine Anpas sung der Rotationsgeschwindigkeit des Rührers und/oder einer Blattstellung des Rührers. For example, the circulation unit is switched on (second operating state) or off (first operating state) and / or its operation is changed depending on the overlap or the underlap, for example by adjusting the rotational speed of the stirrer and / or a blade position of the stirrer.
Alternativ oder ergänzend wird bevorzugt in Abhängigkeit der Überdeckung oder Unterdeckung des Wärmenetzes vorab erwärmtes Speichertluid in den Schichtenspeicher direkt eingeleitet. Alternatively or in addition, depending on the coverage or insufficient coverage of the heating network, previously heated storage fluid is preferably introduced directly into the stratified storage tank.
Dadurch kann der Schichtenspeicher vorteilhafterweise schnel ler auf eine Überdeckung oder Unterdeckung innerhalb des Wär menetzes reagieren. As a result, the stratified storage tank can advantageously react more quickly to an overburden or undercover within the heating network.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung betreibt die Steuereinheit den Schichtenspeicher gemäß dem zweiten Betriebszustand, wenn die Steuereinheit von einer lo kalen Energiemarktplattform des Wärmenetzes ein Datensignal empfängt, das eine Überdeckung oder Unterdeckung des Wärme netzes kennzeichnet. Mit andere Worten ist das Wärmenetz und der Schichtenspeicher Bestandteil eines lokalen Wärmemarktes, der mittels einer lo kalen Energiemarktplattform ausgebildet wird. Hierbei bringt die lokale Energiemarktplattform lokale Wärmeangebote bezüg lich Wärmeverbrauch und Wärmebereitstellung, insbesondere Wärmeerzeugung, bestmöglich in Übereinstimmung. Sollte sich hieraus oder im anschließenden Betrieb eine Überdeckung oder Unterdeckung ergeben, die die lokale Energiemarktplattform erfasst, so übermittelt diese ein entsprechendes Datensignal an die Steuereinheit des Schichtenspeichers, woraufhin der Schichtenspeicher vom ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand wechselt. Mit anderen Worten erfolgt eine an den Marktbedarf angepasste Steuerung des Schichtenspeichers. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the control unit operates the stratified storage system in accordance with the second operating state when the control unit receives a data signal from a lo cal energy market platform of the heating network that indicates an excess or insufficient coverage of the heating network. In other words, the heating network and the stratified storage tank are part of a local heating market that is established by means of a local energy market platform. Here, the local energy market platform brings local heat offers in terms of heat consumption and heat supply, in particular heat generation, in line with each other as closely as possible. Should this, or in the subsequent operation, result in an excess or shortfall that the local energy market platform records, it transmits a corresponding data signal to the control unit of the stratified memory, whereupon the stratified memory changes from the first operating state to the second operating state. In other words, the stratified storage tank is controlled in line with market requirements.
Hierbei ist es bevorzugt, wenn die Steuereinheit eine erste Speicherkapazität des Schichtenspeichers für den ersten Be triebszustand und eine zweite Speicherkapazität für den zwei ten Betriebszustand an die lokale Energiemarktplattform des Wärmenetzes übermittelt. It is preferred here if the control unit transmits a first storage capacity of the stratified storage tank for the first operating state and a second storage capacity for the second operating state to the local energy market platform of the heating network.
Das ist deshalb bevorzugt, da durch die Vermischung der Tem peraturschichten Verluste eintreten, die der Betreiber des Schichtenspeichers sonst zu tragen hätte. Vorliegend wird die Speicherkapazität des Schichtenspeichers sinnbildlich in eine Normalkapazität (erste Speicherkapazität) und eine Notkapazi tät (zweite Speicherkapazität) eingeteilt. Der Betreiber des Schichtenspeicher kann dadurch vorteilhafterweise zwei Ange bote an die lokale Energiemarktplattform übermitteln, bei spielsweise für eine normale energetisch effiziente Wärme speicherung ohne ein wesentliches Vermischen der Temperatur schichten und eine kurzfristige Wärmespeicherung, bei welcher der Schichtenspeicher schneller beladen wird und dadurch ein Vermischen der Temperaturschichten erfolgt. Das Vermischen der Temperaturschichten führt jedoch zu energetischen Verlus ten, die der Betreiber des Schichtenspeichers mittels des zweiten Angebotes gelten machen kann. Die zweite Speicherka pazität weist somit typischerweise einen höheren Preis als die erste Speicherkapazität auf. Die zweite Speicherkapazität wird jedoch durch die lokale Energiemarktplattform nur dann berücksichtigt beziehungsweise möglichst optimal verwendet, wenn eine Überdeckung oder Unterdeckung des Wärmenetzes vor liegt beziehungsweise vorliegen wird, beispielsweise bei ei nem Day-Ahead-Handel. This is preferred because the mixing of the temperature layers results in losses that the operator of the stratified storage tank would otherwise have to bear. In the present case, the storage capacity of the stratified storage facility is symbolically divided into a normal capacity (first storage capacity) and an emergency capacity (second storage capacity). The operator of the stratified storage facility can thus advantageously transmit two offers to the local energy market platform, for example for normal, energetically efficient heat storage without significant mixing of the temperature strata and short-term heat storage in which the stratified storage facility is loaded more quickly and thus a mixing of the temperature strata he follows. However, the mixing of the temperature layers leads to energetic losses, which the operator of the layered storage system can apply using the second offer. The second storage capacity thus typically has a higher price than the first storage capacity. The second storage capacity However, the local energy market platform only takes it into account or uses it as optimally as possible if there is or will be an over-coverage or under-coverage of the heating network, for example in the case of day-ahead trading.
Mit anderen Worten kann der Betreiber des Schichtenspeichers ermitteln, welchen Wert die gespeicherte Energie hat und wel che Einbußen eine Zerstörung der Temperaturschichtung verur sachen würde. Basierend darauf kann der Betreiber das Bereit stellen einer Speicherkapazität zu einem bestimmten Zeitpunkt anbieten beziehungsweise an die lokale Energiemarktplattform übermitteln . In other words, the operator of the stratified storage tank can determine the value of the stored energy and which losses would cause the temperature stratification to be destroyed. Based on this, the operator can offer the provision of storage capacity at a specific point in time or transmit it to the local energy market platform.
Die vorliegende Erfindung ist somit besonders in Verbindung mit einem lokalen Energiemarkt, insbesondere einem lokalen Wärmemarkt, von Vorteil. Hierzu können die Steuereinheit und die lokale Energiemarktplattform entsprechend miteinander kommunizieren beziehungsweise Daten/Datensignale austauschen und/oder bearbeiten. The present invention is therefore particularly advantageous in connection with a local energy market, in particular a local heating market. For this purpose, the control unit and the local energy market platform can correspondingly communicate with one another or exchange and / or process data / data signals.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er geben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbei spielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt die einzige Figur schematisiert einen Schichtenspeicher gemäß einer Aus gestaltung der vorliegenden Erfindung, der mit einem Wärme netz eines lokalen Wärmemarktes gekoppelt ist. Further advantages, features and details of the invention, he will play from the Ausführungsbei described below and based on the drawing. The single figure shows schematically a stratified storage tank according to an embodiment of the present invention, which is coupled to a heat network of a local heat market.
Gleichartige, gleichwertige oder gleichwirkende Elemente kön nen in der Figur mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Identical, equivalent or equivalent elements can be provided with the same reference symbols in the figure.
Die Figur zeigt einen Schichtenspeicher 4 gemäß einer Ausge staltung der vorliegenden Erfindung. The figure shows a stratified memory 4 according to an embodiment of the present invention.
Der Schichtenspeicher 4 umfasst eine Steuereinheit 41 und ist mittels eines Wärmetauschers 24 mit einem Wärmenetz 2 zum Austausch von Wärme thermisch gekoppelt. Mit anderen Worten kann der Schichtenspeicher 4 Wärme aus dem Wärmenetz 2 spei- ehern und/oder in das Wärmenetz 2 einspeisen, das heißt be- reitstellen . The stratified storage tank 4 comprises a control unit 41 and is thermally coupled to a heat network 2 for exchanging heat by means of a heat exchanger 24. In other words, the stratified storage tank 4 can store heat from the heating network 2. iron and / or feed into the heating network 2, that is, make available.
Der Schichtenspeicher 4 ist in einen lokalen Wärmemarkt be ziehungsweise Energiemarkt eingebunden. Der lokale Wärmemarkt wird technisch durch die lokale Energiemarktplattform 6 aus gebildet. Die Einbindung des Schichtenspeichers 4 in den lo kalen Wärmemarkt erfolgt vorliegend durch die Steuereinheit 4, die Daten mit der lokalen Energiemarktplattform 6 über die Datenverbindung 101 austauschen kann. Insbesondere erfolgt dies über das Internet und/oder cloudbasiert. The stratified storage tank 4 is integrated into a local heat market or energy market. The local heat market is technically formed by the local energy market platform 6. The stratified storage tank 4 is integrated into the local heat market in the present case by the control unit 4, which can exchange data with the local energy market platform 6 via the data connection 101. In particular, this takes place via the Internet and / or cloud-based.
Die Steuereinheit 4 ist zum Steuern des Betriebes des Schich tenspeichers 4 ausgebildet, wobei der Schichtenspeicher 4 ge mäß einem ersten und zweiten Betriebszustand betrieben werden kann. Mit anderen Worten weist der Schichtenspeicher 4 we nigstens zwei verschiedene Betriebsarten auf. Gemäß welcher der Betriebsarten der Schichtenspeicher 4 betrieben wird, wird durch die Steuereinheit 41 bestimmt oder festgelegt. Die Steuereinheit 41 kann somit wenigstens den Schichtenspeicher 4 zwischen den Betriebsarten umschalten beziehungsweise von der einen Betriebsart in die weitere Betriebsart wechseln. The control unit 4 is designed to control the operation of the layer memory 4, wherein the layer memory 4 can be operated according to a first and second operating state. In other words, the stratified storage tank 4 has at least two different operating modes. According to which of the operating modes the stratified memory 4 is operated is determined or established by the control unit 41. The control unit 41 can thus switch at least the stratified memory 4 between the operating modes or switch from one operating mode to the other operating mode.
Die erste Betriebsart beziehungsweise der erste Betriebszu stand des Schichtenspeichers 4 ist für den Normalbetrieb vor gesehen. Hierbei wird der Schichtenspeicher 4 derart Beladen oder Entladen, dass seine Temperaturschichtung stabil bleibt. Mit anderen Worten wird der Schichtenspeicher 4 unter Rück sichtnahme auf seine Temperaturschichtung beladen beziehungs weise entladen. The first operating mode or the first Betriebszu was the stratified storage tank 4 is seen for normal operation. Here, the stratified storage tank 4 is loaded or unloaded in such a way that its temperature stratification remains stable. In other words, the stratified storage tank 4 is loaded or unloaded, taking into account its temperature stratification.
Die zweite Betriebsart beziehungsweise der zweite Betriebszu stand des Schichtenspeichers 4 ist sozusagen für einen Notbe trieb vorgesehen. Hierbei wird der Schichtenspeicher 4 ohne Rücksichtnahme auf seine Temperaturschichtung beladen bezie hungsweise entladen. Mit anderen Worten wird eine Vermischung der Temperaturschichten hingenommen beziehungsweise erzwun gen. Dadurch kann der Schichtenspeicher 4 im Bedarfsfall schneller beladen oder entladen werden. Ein solcher Bedarfs fall liegt beispielsweise bei einer Überdeckung oder Unterde ckung des Wärmenetzes 2 vor. Die Überdeckung oder Unterde ckung kann spontan auftreten und/oder sich bei der Betriebs planung durch die lokale Energiemarktplattform 6 ergeben. Die Steuereinheit 41 kann von der lokalen Energiemarktplattform 6 ein entsprechendes Signal erhalten, das eine Überdeckung und/oder Unterdeckung kennzeichnet. Dadurch kann die Steuer einheit 41 im Bedarfsfall den Schichtenspeicher 4 vom ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand wechseln. The second operating mode or the second Betriebszu status of the stratified storage tank 4 is provided for an emergency operation, so to speak. Here, the stratified storage tank 4 is loaded or unloaded regardless of its temperature stratification. In other words, mixing of the temperature layers is accepted or forced be loaded or unloaded faster. Such a case is required, for example, when the heating network 2 is covered or insufficiently covered. The over-coverage or under-cover can occur spontaneously and / or result from the operational planning by the local energy market platform 6. The control unit 41 can receive a corresponding signal from the local energy market platform 6, which signals an over-coverage and / or under-coverage. As a result, the control unit 41 can, if necessary, change the stratified memory 4 from the first operating state to the second operating state.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Vermischen der Temperaturschichten innerhalb des zweiten Betriebszustandes mittels einer Umwälzeinheit 42, insbesondere einem Rührer in nerhalb des Schichtenspeichers 4, gezielt erzwungen. Mit an deren Worten wird im Bedarfsfall die Umwälzeinheit 42 durch die Steuereinheit 41 eingeschaltet und somit die Temperatur schichten vermischt beziehungsweise durchmischt. Dadurch kann der Schichtenspeicher 4 bei einer Überdeckung innerhalb des Wärmenetzes 2 schneller beladen und bei einer Unterdeckung innerhalb des Wärmenetzes schneller entladen werden. Die Leistung der Umwälzeinheit 4 kann an das Maß der Überdeckung und/oder Unterdeckung angepasst werden. In the present exemplary embodiment, the mixing of the temperature layers within the second operating state is specifically enforced by means of a circulation unit 42, in particular a stirrer within the layer storage unit 4. In other words, if necessary, the circulation unit 42 is switched on by the control unit 41 and the temperature layers are thus mixed or mixed. As a result, the stratified storage tank 4 can be charged more quickly if there is an overlap within the heating network 2 and can be discharged more quickly if there is an insufficient coverage within the heating network. The output of the circulation unit 4 can be adapted to the extent of the overlap and / or undercover.
Durch das Vermischen der Temperaturschichten treten zwar er höhte Verluste auf, aber es kann im Bedarfsfall eine schnel lere Beladung oder Entladung des Schichtenspeichers 4 ermög licht werden. Somit wird ein synergetischer Kompromiss zwi schen den Verlusten und einer schnellen Reaktion des Schich tenspeichers 4, welche insbesondere im Hinblick auf erneuer bare Energiequellen bedeutsam ist, bereitgestellt. Due to the mixing of the temperature layers, he increased losses, but if necessary a faster loading or unloading of the stratified memory 4 can be made possible. Thus, a synergetic compromise is provided between the losses and a rapid reaction of the layer storage device 4, which is particularly important with regard to renewable energy sources.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausfüh rungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele ein geschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hie raus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Bezugszeichenliste Although the invention has been illustrated and described in more detail by the preferred exemplary embodiments, the invention is not restricted by the disclosed examples or other variations can be derived from them by the person skilled in the art without departing from the scope of protection of the invention. List of reference symbols
2 Wärmenetz 2 heating network
4 Schichtenspeicher 6 lokale Energiemarktplattform4 storage layers 6 local energy market platform
24 Wärmetauscher 24 heat exchangers
41 Steuereinheit 41 control unit
42 Umwälzeinheit 101 Datenverbindung 42 circulation unit 101 data connection

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zum Betrieb eines Schichtenspeichers (4) mit mehreren Temperaturschichten mittels einer Steuereinheit (41), wobei der Schichtenspeicher (4) durch die Steuereinheit (41) gemäß einem ersten und zweiten Betriebszustand betreib bar ist, und innerhalb des ersten Betriebszustandes ein Bela den oder Entladen des Schichtenspeichers (4) durch ein mit dem Schichtenspeicher (4) thermisch gekoppeltes Wärmenetz (2) derart erfolgt, dass seine Temperaturschichten im Wesentli chen stabil sind, gekennzeichnet dadurch, dass bei einer Überdeckung oder Unterdeckung des Wärmenetzes (2) die Steuer einheit (41) den Schichtenspeicher (4) gemäß dem zweiten Be triebszustand betreibt, wobei innerhalb des zweiten Betriebs zustandes das Beladen beziehungsweise Entladen des Schichten speichers (4) unter einer Vermischung der Temperaturschichten erfolgt. 1. A method for operating a stratified storage tank (4) with several temperature layers by means of a control unit (41), the stratified storage tank (4) being operable by the control unit (41) according to a first and second operating state, and loading within the first operating state or the stratified storage tank (4) is discharged through a heating network (2) thermally coupled to the stratified storage tank (4) in such a way that its temperature layers are essentially stable, characterized in that the control unit if the heating network (2) is covered or insufficiently covered (41) operates the stratified storage tank (4) according to the second operating state, with the loading and unloading of the stratified storage tank (4) taking place within the second operating state while the temperature layers are mixed.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Schichtenspeicher (4) im zweiten Betriebszustand mit ei ner gegenüber dem ersten Betriebszustand erhöhten Beladeleis tung beladen oder einer gegenüber dem ersten Betriebszustand erhöhten Entladeleistung entladen wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the stratified storage (4) is loaded in the second operating state with an increased loading capacity compared to the first operating state or discharged with an increased discharge capacity compared to the first operating state.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass der Schichtenspeicher (4) gemäß dem ersten Betriebszu stand mit einer Beladeleistung oder Entladeleistung innerhalb eines Normbereiches für den Schichtenspeicher (4) betrieben wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the stratified storage (4) according to the first Betriebszu was operated with a loading or unloading power within a standard range for the stratified storage (4).
4. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, dass die Beladeleistung oder Entladeleistung innerhalb des zweiten Betriebszustandes in Abhängigkeit der Überdeckung o- der Unterdeckung des Wärmenetzes (2) eingestellt wird. 4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the loading power or unloading power is set within the second operating state as a function of the overlap or the undercover of the heating network (2).
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeich net dadurch, dass die Beladeleistung durch ein Zuschalten von weiteren Rohrleitungen, die zum Beladen des Schichtenspei- chers (4) vorgesehen sind, erhöht wird, oder die Entladeleis tung durch ein Zuschalten von weiteren Rohrleitungen, die zum Entladen des Schichtenspeichers (4) vorgesehen sind, erhöht wird. 5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the loading capacity by connecting further pipelines that are used for loading the layer storage chers (4) are provided, or the Entladeleis device is increased by connecting additional pipelines, which are provided for discharging the stratified storage tank (4).
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, dass die Anzahl der zugeschalteten Rohrleitungen in Abhängigkeit der Überdeckung oder Unterdeckung eingestellt wird. 6. The method according to claim 5, characterized in that the number of connected pipelines is set as a function of the overlap or shortfall.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ge kennzeichnet dadurch, dass eine Pumpleistung einer Pumpe, die zum Beladen oder Entladen des Schichtenspeichers (4) inner halb des ersten Betriebszustandes vorgesehen ist, innerhalb des zweiten Betriebszustandes gegenüber dem ersten Betriebs zustand erhöht wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a pump output of a pump, which is provided for loading or unloading the stratified storage tank (4) within the first operating state, is increased within the second operating state compared to the first operating state.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, dass die Pumpleistung in Abhängigkeit der Überdeckung oder Unter deckung eingestellt wird. 8. The method according to claim 7, characterized in that the pump power is set as a function of the overlap or under-coverage.
9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ge kennzeichnet dadurch, dass der Schichtenspeicher (4) eine Um wälzeinheit (42) aufweist, wobei die Umwälzeinheit (42) in nerhalb des zweiten Betriebszustandes betrieben wird. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the stratified storage tank (4) has a circulation unit (42), wherein the circulation unit (42) is operated within the second operating state.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, gekennzeichnet dadurch, dass als Umwälzeinheit (42) ein Rührer innerhalb des Schichten speichers verwendet wird. 10. The method according to claim 9, characterized in that a stirrer is used within the layer memory as a circulation unit (42).
11. Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet dadurch, dass die Umwälzeinheit (42) durch die Steuereinheit (41) in Abhängigkeit der Überdeckung oder Unterdeckung des Wärmenetzes (2) gesteuert wird. 11. The method according to claim 9 or 10, characterized in that the circulation unit (42) is controlled by the control unit (41) as a function of the coverage or insufficient coverage of the heating network (2).
12. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ge kennzeichnet dadurch, dass in Abhängigkeit der Überdeckung oder Unterdeckung des Wärmenetzes (2) vorab erwärmtes Spei- cherfluid in den Schichtenspeicher (4) direkt eingeleitet wird. 12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that depending on the coverage or insufficient coverage of the heating network (2) previously heated storage cherfluid is introduced directly into the stratified storage tank (4).
13. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ge- kennzeichnet dadurch, dass die Steuereinheit (41) den Schich tenspeicher (4) gemäß dem zweiten Betriebszustand betreibt, wenn die Steuereinheit von einer lokalen Energiemarktplatt form (6) des Wärmenetzes (2) ein Datensignal empfängt, das eine Überdeckung oder Unterdeckung des Wärmenetzes (2) kenn- zeichnet. 13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the control unit (41) operates the layer memory (4) according to the second operating state when the control unit receives a data signal from a local energy market platform (6) of the heating network (2) receives, which indicates an excess or insufficient coverage of the heating network (2).
14. Verfahren gemäß Anspruch 13, gekennzeichnet dadurch, dass die Steuereinheit (41) eine erste Speicherkapazität des Schichtenspeichers (4) für den ersten Betriebszustand und ei- ne zweite Speicherkapazität für den zweiten Betriebszustand an die lokale Energiemarktplattform (6) des Wärmenetzes (2) übermittelt. 14. The method according to claim 13, characterized in that the control unit (41) a first storage capacity of the stratified storage (4) for the first operating state and a second storage capacity for the second operating state to the local energy market platform (6) of the heating network (2) transmitted.
15. Schichtenspeicher (4) mit einer Steuereinheit (41), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (41) dazu aus gebildet ist, den Schichtenspeicher (4) nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zu steuern. 15. Layer memory (4) with a control unit (41), characterized in that the control unit (41) is formed to control the layer memory (4) according to a method according to one of the preceding claims.
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