WO2024099683A1 - Kombianlage und verfahren zum betreiben einer kombianlage - Google Patents

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WO2024099683A1
WO2024099683A1 PCT/EP2023/078471 EP2023078471W WO2024099683A1 WO 2024099683 A1 WO2024099683 A1 WO 2024099683A1 EP 2023078471 W EP2023078471 W EP 2023078471W WO 2024099683 A1 WO2024099683 A1 WO 2024099683A1
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medium
thermal energy
heat exchanger
heat
designed
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PCT/EP2023/078471
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French (fr)
Inventor
Niclas Edward William Adelt
Kai BORGMANN
Christian Fischer
Dominic Schlehuber
Sebastian Voss
Michael Wechsung
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH & Co. KG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/12—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having two or more accumulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/18—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters

Definitions

  • the invention relates to a combination plant and a method for operating a combination plant, wherein thermal energy is stored in a first operating mode and thermal energy is converted into rotational energy in a second operating mode.
  • Another aspect of sustainable action in relation to electrical energy generation is the storage of energy.
  • greater efforts are being made to decouple the generation and demand of electrical energy. If the current supply of electrical energy generation exceeds demand, it makes sense to store the excess capacity. If demand is not met at a later date, the energy can be taken from the storage facility again.
  • thermodynamic cycle There are very different technologies for storing electrical energy according to demand. These can be, for example, pumped storage power plants or chemical batteries. Another way of storing energy would be through thermal energy storage. These differ in the choice of working medium and the design of the thermodynamic cycle.
  • thermodynamic cycles working media such as air, argon or carbon dioxide (CO2) are used.
  • the so-called Brayton cycle is used, in which the working medium remains in the gas phase.
  • a Clausius-Rankine cycle a phase transition between gaseous and liquid takes place and is also used in many cases.
  • the invention has set itself the task of providing an improved combination system and an improved method with which energy can be temporarily stored.
  • An essential feature of the invention is that the combination system is characterized by two operating states. In a first operating state, thermal energy is stored and in a second operating state, rotational energy is generated using the thermal energy.
  • the present invention proposes a thermal energy storage device. Electrical energy is converted into heat and transferred to the thermal energy storage device. If required, the heat is transferred to the thermal Energy storage is then extracted again and converted into electrical energy.
  • a thermal energy storage device is called a "Carnot battery”.
  • water is used as the working medium for storing and extracting heat in a Clausius-Rankine cycle.
  • the charging cycle which can also be referred to as the first operating mode, is comparable to a heat pump process
  • the discharging cycle which can also be referred to as the second operating mode, is comparable to a heat engine process.
  • compressors In the first operating mode (charging circuit), compressors, evaporators, heat pumps, throttles, heat exchangers and heat storage units are used.
  • turbines In the second operating mode (discharge circuit), turbines, condensers, pumps, heat exchangers and heat storage systems are used.
  • the working medium In the charging cycle (first operating mode), the working medium is first evaporated by means of heat provision by a heat pump or heat extraction from a storage tank. The working medium is then compressed once or several times.
  • the heat generated is transferred to a high-temperature storage facility as sensible heat.
  • the working medium after the last compressor is preferably, but not necessarily, in the supercritical range, which enables the storage of sensible heat after the compressor stages.
  • the heat extracted from the working medium during a possible but preferred cooling is also transferred to a heat storage unit before the working medium is throttled or expanded. The throttling or expansion closes the charging circuit.
  • the medium In the discharge circuit (second operating mode), the medium is ideally brought to a higher pressure level in the liquid state by means of a pump and preheated by the heat released during possible cooling in the charging circuit.
  • the working medium is superheated, depending on the compressor stages in the charging circuit, but not necessarily, alternately with the heat from the high-temperature storage and expanded in one or more turbines.
  • the working medium is deheated if necessary after the last relaxation and is completely condensed by heat release, possibly into a storage tank.
  • the invention achieves the advantage that a Clausius-Rankine cycle is used for charging and discharging a Carnot battery and the charging and discharging of heat storage units is carried out with heat exchangers.
  • the heat is generated in one or more compression steps and is fed into the circuit during discharge via one or more superheating steps.
  • a further advantage of the invention is that the heat to be dissipated during intermediate cooling is not sprayed away, but is stored with the help of sensitive storage media.
  • a further advantage of the invention is that the process is designed in such a way ( in the so - called supercritical operation ) that all thermal energies can be stored sensitively.
  • a further advantage of the invention is the very high overall efficiency that can be achieved. This is because when using the Clausius-Rankine cycle, heat can be converted into mechanical energy very efficiently.
  • the high efficiency means that with the arrangement according to the invention, only small specific amounts of heat energy are used and stored.
  • the high heat capacity of water and the partially liquid state mean that the piping, heat exchangers and rotating machines can be designed more compactly than in circuits of comparable output based on a Brayton cycle.
  • the solution according to the invention is suitable for supplementing or converting existing fossil power plants with steam turbines, since the existing infrastructure for operation with steam is already in place.
  • Figure 1 is a schematic representation of the combined system in a first operating mode (charging mode)
  • FIG. 2 is a schematic representation of the combined system in a second operating mode (discharge mode)
  • Figures 1 and 2 show a combination system 1 in two different operating modes, with Figure 1 showing a charging mode and Figure 2 showing a discharging mode.
  • the combination system 1 is designed to store thermal energy in a first operating mode.
  • the combination system 1 comprises a thermodynamic cycle running anti-clockwise, which is symbolized by the arrows in Figure 1.
  • a first thermal storage device 2 can be filled with a storage medium.
  • the storage medium can be a salt or a similar medium.
  • a heat source 3 is fluidically connected on the input side 4 to a throttle 5 and on the output side 6 to a compressor 7.
  • the heat source 3 is designed to evaporate the medium, whereby the heat source 3 acts as Heat pump or can be designed as a heat storage unit.
  • the working medium, here water, is first evaporated by means of heat provision by the heat source 3 (a heat pump or heat extraction from a storage unit) (step 1-c 2a-c ) .
  • Step 2-c 3-c The medium is then compacted once or several times (step 2-c 3-c ). After each compression process, the heat generated is released into a high-temperature storage unit 2 as sensible heat. (Step 3-c 2-c or
  • the compressor 7 is coupled to a first heat exchanger 8, wherein the compressor 7 is designed such that the pressure and the temperature of the medium are increased, wherein the first heat exchanger 8 is designed such that the thermal energy of the medium can be transferred to the first storage medium 2.
  • the medium after the last compressor 9 is preferably, but not necessarily, in the supercritical range, which enables the storage of sensible heat after the compressor stages.
  • the heat extracted from the medium is transferred to a second thermal storage unit 10 during a possible but preferred cooling (step 4-c 5-c ) .
  • the second storage medium can be an oil, a salt or a similar medium.
  • the combination system 1 has at least one further compressor 14 which is fluidically connected on the inlet side to the first heat exchanger 8 and on the outlet side to a further heat exchanger 15.
  • the further compressor 15 is designed such that the pressure and the temperature of the medium are increased, wherein the further heat exchanger 15 is designed such that the thermal energy of the medium can be transferred to the first storage medium 2.
  • the second heat exchanger 11 is fluidically connected on the inlet side 12 to the first heat exchanger 8 and on the outlet side 13 to the throttle 5.
  • the throttle 5 is designed to liquefy the medium.
  • step 5-c 1-c the medium is throttled or expanded.
  • the throttling or expansion closes the charging circuit.
  • FIG. 2 shows the second operating mode, which can also be referred to as the discharge cycle.
  • the discharge cycle runs clockwise and is symbolized by the arrows.
  • the medium is ideally brought to a higher pressure level in the liquid state by means of a feed water pump 16 (step 1-g 2-g) and by the
  • Heat that was given off during possible cooling in the charging circuit is preheated (step 2-g 3-g) .
  • the combination system in the discharge circuit is designed to generate energy.
  • the feed water pump 16 is designed to pump the medium to the second heat exchanger 11 , wherein the second heat exchanger 11 is designed in the second operating mode to transfer the thermal energy of the second storage medium to the medium .
  • the medium is then superheated according to the compressor stages in the charging circuit, but not necessarily, alternately with the heat from the first thermal storage tank
  • the first partial turbine 19 is fluidically connected on the inlet side 17 to the heat exchanger 18, wherein the first partial turbine 19 is designed such that the thermal energy of the medium is converted into rotational energy.
  • the first partial turbine 19 is fluidically connected on the output side to the first heat exchanger 8, wherein the first heat exchanger 8 is designed to transfer the thermal energy of the first storage medium 2 to the medium in the second operating mode.
  • the combined system further comprises a condenser 22 which is fluidically coupled to the turbine section 21, the condenser 22 being designed to condense the medium.
  • the condenser 22 On the output side, the condenser 22 is fluidically connected to the feed water pump 16.
  • the medium is deheated after the last relaxation if necessary and completely condensed by heat release, possibly into a storage tank (step 5-g). 1-g) .

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kombianlage und ein Verfahren zum Speichern und Entladen thermischer Energie, wobei in einem ersten Betriebsmodus thermische Energie gespeichert wird und in einem zweiten Betriebsmodus thermische Energie in Rotationsenergie umgewandelt wird, wobei im ersten Betriebsmodus die thermische Energie eines Mediums in einem Verdichter (7, 9, 14) erhöht wird und mit der erhöhten thermischen Energie über einen ersten Wärmetauscher (8) ein erstes Speichermedium erwärmt wird, das in einen ersten Thermospeicher (2) geführt wird, wobei im zweiten Betriebsmodus die thermische Energie des ersten Speichermediums in dem ersten Wärmetauscher (8) zu einer Erhöhung der thermischen Energie des Mediums führt, wobei die erhöhte thermische Energie des Mediums in einer ersten Teilturbine (19) in Rotationsenergie umgewandelt wird.

Description

Beschreibung
Kombianlage und Verfahren zum Betreiben einer Kombianlage
Die Erfindung betri f ft eine Kombianlage und ein Verfahren zum Betreiben einer Kombianlage , wobei in einem ersten Betriebsmodus thermische Energie gespeichert und in einem zweiten Betriebsmodus thermische Energie in Rotationsenergie umgewandelt wird .
Die elektrische Energieerzeugung ist komplex und erfordert ein nachhaltiges Handeln, um den Einsatz begrenzter Energieträger zu optimieren . Es werden viele Anstrengungen unternommen, um den Einsatz fossiler Energieträger zu minimieren und den Einsatz erneuerbarer Energien zu vergrößern . Viele Nationen haben es sich als Ziel gesetzt , den Anteil von erneuerbaren Energien im Strom- und Wärmenetz zu erhöhen, um die Treibhausgas-Emissionen zu reduzieren . Jedoch kann der Anteil der gesicherten Leistung nur teilweise durch eine höhere installierte Leistung von erneuerbaren Energieerzeugern angehoben werden . Der Grund dafür ist die nicht verlässliche Planbarkeit der erneuerbaren Energie , wann sie bereitsteht und wie viel Energie sie liefert . Daher ist es notwendig eine zeitliche Entkopplung von Energieangebot und Energiebedarf gewährleisten zu können .
Ein weiterer Aspekt eines nachhaltigen Handelns in Bezug auf die elektrische Energieerzeugung ist das Speichern von Energie . Hier werden ebenfalls größere Anstrengungen unternommen, um die Erzeugung und den Bedarf elektrischer Energie zu entkoppeln . Übersteigt das aktuelle Angebot der elektrischen Energieerzeugung den Bedarf , ist es sinnvoll die Überkapazität zu speichern . Kommt es zu einem späteren Zeitpunkt zu einer Unterdeckung des Bedarfs , kann die Energie dem Speicher wieder entnommen werden .
Durch das zeitliche Ungleichgewicht an Angebot und Bedarf kommt es außerdem zu Schwankungen zwischen hohen und niedri- gen Strompreisen . Somit ist es auch aus wirtschaftlicher Sicht sinnvoll , in Phasen niedriger Strompreise Energie zu speichern und in Phasen hoher Strompreise Energie dem Speicher zu entnehmen .
Es gibt sehr unterschiedliche Technologien, um elektrische Energie bedarfsorientiert zu speichern . Dies können zum Beispiel Pumpspeicherkraftwerke oder chemische Batterien sein . Eine weitere Möglichkeit Energie zu speichern, wäre durch thermische Energiespeicher gegeben . Diese unterscheiden sich in der Wahl des Arbeitsmediums und der Gestaltung des thermodynamischen Kreislaufs .
Bei thermodynamischen Kreisläufen werden Arbeitsmedien eingesetzt wie zum Beispiel Luft , Argon oder Kohlenstof fdioxid (CO2 ) • Bei diesen Kreisläufen findet der so genannte Brayton- Kreisprozess Anwendung, bei dem das Arbeitsmedium in der Gas- Phase verbleibt . Bei einem Clausius-Rankine-Kreisprozess findet ein Phasenübergang zwischen gas förmig und flüssig statt und wird ebenfalls viel fach eingesetzt .
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht , eine verbesserte Kombianlage und ein verbessertes Verfahren anzugeben, mit dem Energie zwischengespeichert werden kann .
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Anlage gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 11 .
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist , dass die Kombianlage durch zwei Betriebs zustände charakterisiert ist . In einem ersten Betriebs zustand wird thermische Energie gespeichert und in einem zweiten Betriebs zustand wird mit der thermischen Energie Rotationsenergie erzeugt .
Mit der vorliegenden Erfindung wird ein thermischer Energiespeicher vorgeschlagen . Dabei wird elektrische Energie in Wärme umgewandelt und in den thermischen Energiespeicher übertragen . Im Bedarfs fall wird die Wärme dem thermischen Energiespeicher wieder entnommen und in elektrische Energie umgewandelt . Ein solcher Energiespeicher wird „Carnot Batterie" genannt .
Vorteilhafte Weiterbildungen werden in den Unteransprüchen angegeben .
So wird in einer vorteilhaften Weiterbildung Wasser als Arbeitsmedium für das Einspeichern und Entnehmen von Wärme in einem Clausius-Rankine-Kreisprozess verwendet . Der Ladekreislauf , der auch als erster Betriebsmodus bezeichnet werden kann, ist vergleichbar mit einem Wärmepumpenprozess , der Entladekreislauf , der auch als zweiter Betriebsmodus bezeichnet werden kann, ist vergleichbar mit einem Wärmekraftmaschinenprozess .
Im ersten Betriebsmodus ( Ladekreislauf ) werden Verdichter, Verdampfer, Wärmepumpen, Drosseln, Wärmeübertrager sowie Wärmespeicher eingesetzt .
Im zweiten Betriebsmodus (Entladekreislauf ) werden Turbinen, Kondensatoren, Pumpen, Wärmeübertrager sowie Wärmespeicher eingesetzt .
Beim Ladekreislauf ( erster Betriebsmodus ) wird das Arbeitsmedium zunächst mittels Wärmebereitstellung durch eine Wärmepumpe oder der Wärmeentnahme aus einem Speicher verdampft . Danach wird das Arbeitsmedium einfach oder mehrfach verdichtet .
Nach j edem Verdichtungsvorgang wird die entstandene Wärme in einen Hochtemperaturspeicher als sensible Wärme abgegeben .
Dabei befindet sich das Arbeitsmedium nach dem letzten Verdichter vorzugsweise , aber nicht unbedingt , im überkritischen Bereich, wodurch die Speicherung von sensibler Wärme nach den Verdichterstufen möglich ist . Die dem Arbeitsmedium entzogene Wärme bei einer möglichen, aber bevorzugten Abkühlung wird auch in einen Wärmespeicher trans feriert , bevor das Arbeitsmedium gedrosselt oder expandiert wird . Die Drosselung beziehungsweise die Expansion schließt den Ladekreislauf .
Beim Entladekreislauf ( zweiter Betriebsmodus ) wird das Medium idealerweise im flüssigen Zustand mittels einer Pumpe auf ein höheres Druckniveau gebracht und durch die Wärme , die bei der möglichen Abkühlung im Ladekreislauf abgegeben wurde , vorgewärmt .
Anschließend wird das Arbeitsmedium entsprechend der Verdichterstufen im Ladekreislauf , aber nicht zwangsläufig, abwechselnd mit der Wärme aus dem Hochtemperaturspeicher überhitzt und in einer oder mehreren Turbinen entspannt .
Um den Entladekreislauf zu schließen, wird das Arbeitsmedium nach der letzten Entspannung gegebenenfalls enthitzt und durch Wärmeabgabe , eventuell in einen Speicher, komplett kondensiert .
Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt , dass ein Clausi- us-Rankine Kreisprozess zum Laden und Entladen einer Carnot- Batterie verwendet wird und das Beladen und Entladen von Wärmespeichern mit Wärmetauschern erfolgt .
Die Wärme wird in ein- oder mehrmaligen Verdichtungsschritten erzeugt und beim Entladen über ein- oder mehrmalige Überhitzungsschritte dem Kreislauf zugeführt .
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist , dass die bei der Zwischenkühlung abzuführende Wärme nicht abgespritzt wird, sondern mit Hil fe von sensiblen Speichermedien eingespeichert wird .
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist , dass der Prozess so gestaltet wird ( im so genannten überkritischen Betrieb ) , dass alle thermischen Energien sensibel eingespeichert werden können .
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in dem sehr hohen Gesamtwirkungsgrad, der erzielt werden kann . Dies liegt daran, dass bei Nutzung des Clausius-Rankine-Kreisprozesses Wärme sehr ef fi zient in mechanische Energie umgesetzt werden kann . Der hohe Wirkungsgrad führt mit der erfindungsgemäßen Anordnung zum Einsatz nur kleiner spezi fischer Wärmeenergiemengen, die eingespeichert werden .
Die Nutzung des Clausius-Rankine-Kreisprozesses hat erheblichen Einfluss auf die Volumetrik der Kreislauf komponenten .
Die hohe Wärmekapazität von Wasser und der teilweise flüssige Aggregat zustand bewirken, dass die Rohrleitungen, die Wärmeübertrager und die rotierenden Maschinen kompakter ausgeführt werden können als bei Kreisläufen vergleichbarer Leistungen, die auf einem Brayton-Kreisprozess basieren .
Durch die mögliche überkritische Wärmeabgabe nach dem letzten Verdichter erreicht man eine ef fektivere Wärmeübertragung . Dies hat zur Folge , dass die notwendigen, treibenden Temperaturdi f ferenzen und damit die Grädigkeiten bei der Wärmeübertragung kleiner aus fallen .
Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich für die Ergänzung oder den Umbau existierender fossiler Kraftwerke mit Dampfturbinen, da die vorliegende Infrastruktur für den Betrieb mit Wasserdampf bereits vorhanden ist .
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise , wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Aus führungsbeispiele , die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden . Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit gleichen Bezugs zeichen gekennzeichnet .
Aus führungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben . Diese sollen die Aus führungsbeispiele nicht maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt . Im Hinblick auf Ergänzungen der in den Zeichnungen unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen .
Es zeigen :
Figur 1 eine schematische Darstellung der Kombianlage in einem ersten Betriebsmodus ( Ladebetrieb )
Figur 2 eine schematische Darstellung der Kombianlage in einem zweiten Betriebsmodus (Entladebetrieb )
Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Kombianlage 1 in zwei verschieden Betriebsmodi , wobei die Figur 1 einen Lademodus und die Figur 2 einen Entlademodus zeigt .
Die Kombianlage 1 ist zum Speichern thermischer Energie in einem ersten Betriebsmodus ausgebildet . Die Kombianlage 1 umfasst einen gegen den Uhrzeigersinn laufenden thermodynamischen Kreislauf , das in der Figur 1 durch die Pfeile symbolisiert wird .
Ein erster Thermospeicher 2 ist mit einem Speichermedium be- füllbar . Das Speichermedium kann ein Sal z oder ein ähnliches Medium sein . Eine Wärmequelle 3 ist eingangsseitig 4 mit einer Drossel 5 und ausgangsseitig 6 mit einem Verdichter 7 strömungstechnisch verbunden . Die Wärmequelle 3 ist zum Verdampfen des Mediums ausgebildet , wobei die Wärmequelle 3 als Wärmepumpe oder als Wärmespeicher ausgebildet sein kann . Das Arbeitsmedium, hier Wasser wird zunächst mittels Wärmebereitstellung durch die Wärmequelle 3 ( eine Wärmepumpe oder Wärmeentnahme aus einem Speicher ) verdampft ( Schritt 1-c
Figure imgf000009_0001
2a-c ) .
Anschließend wird das Medium einfach oder mehrfach verdichtet ( Schritt 2-c
Figure imgf000009_0002
3-c ) . Nach j edem Verdichtungsvorgang wird die entstandene Wärme in einen Hochtemperaturspeicher 2 als sensible Wärme abgegeben . ( Schritt 3-c
Figure imgf000009_0003
2-c beziehungsweise
Schritt 3-c
Figure imgf000009_0004
4-c ) .
Dazu ist der Verdichter 7 mit einem ersten Wärmetauscher 8 gekoppelt , wobei der Verdichter 7 derart ausgebildet ist , dass der Druck und die Temperatur des Mediums erhöht wird, wobei der erste Wärmetauscher 8 derart ausgebildet ist , dass die thermische Energie des Mediums auf das erste Speichermedium 2 übertragbar ist .
Dabei befindet sich das Medium nach dem letzten Verdichter 9 vorzugsweise , aber nicht unbedingt , im überkritischen Bereich, wodurch die Speicherung von sensibler Wärme nach den Verdichterstufen möglich ist .
Die dem Medium entzogene Wärme wird bei einer möglichen, aber bevorzugten Abkühlung in einen zweiten Thermospeicher 10 trans feriert ( Schritt 4-c
Figure imgf000009_0005
5-c ) . Der zweite Thermospeicher
10 ist mit einem zweiten Speichermedium gefüllt , wobei die Übertragung der thermischen Energie über einen zweiten Wärmetauscher 11 erfolgt .
Das zweite Speichermedium kann ein Öl , ein Sal z oder ein ähnliches Medium sein .
Die Kombianlage 1 weist zumindest einen weiteren Verdichter 14 auf , der eingangsseitig mit dem ersten Wärmetauscher 8 und ausgangsseitig mit einem weiteren Wärmetauscher 15 strömungstechnisch verbunden ist . Der weitere Verdichter 15 ist derart ausgebildet , dass der Druck und die Temperatur des Mediums erhöht wird, wobei der weitere Wärmetauscher 15 derart ausgebildet ist , dass die thermische Energie des Mediums auf das erste Speichermedium 2 übertragbar ist .
Der zweite Wärmetauscher 11 ist eingangsseitig 12 mit dem ersten Wärmetauscher 8 und ausgangsseitig 13 mit der Drossel 5 strömungstechnisch verbunden .
Die Drossel 5 ist zum Verflüssigen des Mediums ausgebildet .
Im Schritt 5-c
Figure imgf000010_0001
1-c wird das Medium gedrosselt oder expandiert . Die Drosselung beziehungsweise die Expansion schließt den Ladekreislauf .
Die Figur 2 zeigt den zweiten Betriebsmodus , der auch als Entladekreislauf bezeichnet werden kann . Der Entladekreislauf läuft im Uhrzeigersinn und wird durch die Pfeile symbolisiert .
Beim Entladekreislauf wird das Medium idealerweise im flüssigen Zustand mittels einer Speisewasserpumpe 16 auf ein höheres Druckniveau gebracht ( Schritt 1-g
Figure imgf000010_0002
2-g) und durch die
Wärme , die bei der möglichen Abkühlung im Ladekreislauf abgegeben wurde , vorgewärmt ( Schritt 2-g
Figure imgf000010_0003
3-g) .
Die Kombianlage im Entladekreislauf ist zum Erzeugen von Energie ausgebildet .
Die Speisewasserpumpe 16 ist zum Pumpen des Mediums zu dem zweiten Wärmetauscher 11 ausgebildet ist , wobei der zweite Wärmetauscher 11 im zweiten Betriebsmodus dazu ausgebildet ist , die thermische Energie des zweiten Speichermediums auf das Medium zu übertragen . Anschließend wird das Medium entsprechend der Verdichterstufen im Ladekreislauf , aber nicht zwangsläufig, abwechselnd mit der Wärme aus dem ersten Thermospeicher überhitzt
( Schritt 3-g
Figure imgf000011_0001
4-g beziehungsweise Schritt 5-g
Figure imgf000011_0002
4-g) und in einer oder mehreren Teilturbinen entspannt ( Schritt 4-g
Figure imgf000011_0003
5-g) .
Die erste Teilturbine 19 ist eingangsseitig 17 mit dem Wärmetauscher 18 strömungstechnisch verbunden, wobei die erste Teilturbine 19 derart ausgebildet ist , dass die thermische Energie des Mediums in Rotationsenergie umgewandelt wird .
Die erste Teilturbine 19 ist hierzu ausgangsseitig mit dem ersten Wärmetauscher 8 strömungstechnisch verbunden ist , wobei der erste Wärmetauscher 8 zum Übertragen der thermischen Energie des ersten Speichermediums 2 auf das Medium im zweiten Betriebsmodus ausgebildet ist .
In Strömungsrichtung des Mediums sind weitere Teilturbine 20 , 21 angeordnet .
Die Kombianlage umfasst ferner einen Kondensator 22 der strömungstechnisch mit der Teilturbine 21 gekoppelt ist , wobei der Kondensator 22 zum Kondensieren des Mediums ausgebildet ist . Ausgangsseitig ist der Kondensator 22 mit der Speisewasserpumpe 16 strömungstechnisch verbunden .
Um den Entladekreislauf zu schließen, wird das Medium nach der letzten Entspannung gegebenenfalls enthitzt und durch Wärmeabgabe , eventuell in einen Speicher, komplett kondensiert ( Schritt 5-g
Figure imgf000011_0004
1-g) .

Claims

Patentansprüche
1. Kombianlage (1) zum Speichern thermischer Energie in einem ersten Betriebsmodus, umfassend einen mit einem ersten Speichermedium gefüllten ersten Thermospeicher (2) , ferner umfassend eine Wärmequelle (3) , die eingangsseitig (4) mit einer Drossel (5) und ausgangsseitig (6) mit einem Verdichter (7) strömungstechnisch verbunden ist, wobei die Wärmequelle (3) zum Verdampfen eines Mediums ausgebildet ist, wobei der Verdichter (7) mit einem ersten Wärmetauscher
(8) gekoppelt ist, wobei der Verdichter (7) derart ausgebildet ist, dass der Druck und die Temperatur des Mediums erhöht wird, wobei der erste Wärmetauscher (8) derart ausgebildet ist, dass die thermische Energie des Mediums auf das erste Speichermedium übertragbar ist, wobei die Drossel (5) eingangsseitig mit dem ersten Wärmetauscher (8) und ausgangsseitig mit der Wärmequelle (3) strömungstechnisch verbunden ist, wobei die Drossel (5) zum Verflüssigen des Mediums ausgebildet ist.
2. Kombianlage (1) nach Anspruch 1, wobei das Medium Wasser ist.
3. Kombianlage (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wärmequelle (3) als Wärmepumpe ausgebildet ist.
4. Kombianlage (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wärmequelle (3) als Wärmespeicher ausgebildet ist .
5. Kombianlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Speichermedium ein Salz ist.
6. Kombianlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend einen mit einem zweiten Speichermedium gefüllten zweiten Thermospeicher (10) , ferner umfassend einen zweiten Wärmetauscher (11) , wobei der zweite Wärmetauscher (11) derart ausgebildet ist, dass die thermische Energie des Mediums auf das zweite Speichermedium übertragbar ist, wobei der zweite Wärmetauscher (11) eingangsseitig mit dem ersten Wärmetauscher (8) und ausgangsseitig mit der Drossel (5) strömungstechnisch verbunden ist. Kombianlage (1) nach Anspruch 6, wobei das zweite Speichermedium Öl ist. Kombianlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zumindest einem weiteren Verdichter (14, 9) der eingangsseitig mit dem ersten Wärmetauscher (8) und ausgangsseitig mit einem weiteren Wärmetauscher (15) strömungstechnisch verbunden ist, wobei der weitere Verdichter (14, 9) derart ausgebildet ist, dass der Druck und die Temperatur des Mediums erhöht wird, wobei der weitere Wärmetauscher (15) derart ausgebildet ist, dass die thermische Energie des Mediums auf das erste Speichermedium übertragbar ist. Kombianlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anlage zum Erzeugen von Energie in einem zweiten Betriebsmodus ausgebildet ist, umfassend eine Speisewasserpumpe (16) , die zum Pumpen des Mediums zu dem zweiten Wärmetauscher (11) ausgebildet ist, wobei der zweite Wärmetauscher (11) im zweiten Betriebsmodus dazu ausgebildet ist, die thermische Energie des zweiten Speichermediums auf das Medium zu übertragen, wobei das Medium über eine Leitung mit dem weiteren Wärmetauscher (18) strömungstechnisch gekoppelt ist, wobei der weitere Wärmetauscher (18) zum Übertragen der thermischen Energie des ersten Speichermediums auf das Medium ausgebildet ist, ferner umfassend eine erste Teilturbine (19) , die eingangsseitig mit dem weiteren Wärmetauscher (18) strömungstechnisch verbunden ist, wobei die erste Teilturbine (19) derart ausgebildet ist, dass die thermische Energie des Mediums in Rotationsenergie umgewandelt wird, wobei die erste Teilturbine (19) ausgangsseitig mit dem ersten Wärmetauscher (8) strömungstechnisch verbunden ist, wobei der erste Wärmetauscher (8) zum Übertragen der thermischen Energie des ersten Speichermediums auf das Medium im zweiten Betriebsmodus ausgebildet ist, wobei die zweite Teilturbine (21) derart ausgebildet ist, dass die thermische Energie des Mediums in Rotationsenergie umgewandelt wird, ferner umfassend einen Kondensator (22) der strömungstechnisch mit der zweiten Teilturbine (21) gekoppelt ist, wobei der Kondensator (22) zum Kondensieren des Mediums ausgebildet ist, wobei der Kondensator (22) ausgangsseitig mit der Speisewasserpumpe (16) strömungstechnisch gekoppelt ist. Kombianlage (1) nach Anspruch 9, wobei zwischen der ersten Teilturbine (19) und der zweiten Teilturbine (21) eine weitere Teilturbine (20) angeordnet ist. Verfahren zum Betreiben einer Kombianlage, wobei in einem ersten Betriebsmodus thermische Energie gespeichert wird und in einem zweiten Betriebsmodus thermische Energie in Rotationsenergie umgewandelt wird, wobei im ersten Betriebsmodus die thermische Energie eines Mediums in einem Verdichter (8, 15) erhöht wird und mit der erhöhten thermischen Energie über einen ersten Wärmetauscher (8) ein erstes Speichermedium erwärmt wird, das in einen ersten Thermospeicher (2) geführt wird, wobei im zweiten Betriebsmodus die thermische Energie des ersten Speichermediums in dem ersten Wärmetauscher (8) zu einer Erhöhung der thermischen Energie des Mediums führt, wobei die erhöhte thermische Energie des Mediums in einer ersten Teilturbine (19) in Rotationsenergie umgewandelt wird . 12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei im ersten Betriebsmodus ein zweiter Wärmetauscher (11) eingesetzt wird, mit dem die thermische Energie des Mediums nach dem ersten Wärmetauscher (8) auf ein zweites Speichermedium übertragen wird, das in einen zweiten Thermospeicher (10) geführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei im ersten Betriebsmodus weitere Verdichter (14, 9) und weitere Wärmetauscher (15) angeordnet werden, um die thermische Energie des Mediums auf das erste Wärmemedium zu übertragen.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei im ersten Betriebsmodus eine Drossel (5) verwendet wird, um das als Dampf vorliegende Medium in flüssig umzuwandeln .
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei im ersten Betriebsmodus eine Wärmequelle (3) verwendet wird, um das Medium von flüssig in Dampf umzuwandeln .
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei im zweiten Betriebsmodus der zweite Thermospeicher (10) mit dem zweiten Speichermedium dazu verwendet wird, die thermische Energie des Mediums zu erhöhen.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei im zweiten Betriebsmodus weitere Teilturbinen (20, 21) und weitere Wärmetauscher (15, 8) verwendet werden, um die thermische Energie des Mediums in Rotationsenergie umzuwandeln .
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei als Medium Wasser verwendet wird. 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei die Wärmequelle (3) als Wärmepumpe oder als Wärmespeicher ausgebildet wird. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, wobei als erstes Wärmemedium ein Salz verwendet wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 20, als zweites Wärmemedium ein Öl verwendet wird.
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