WO2014026863A2 - Method for charging and discharging a heat accumulator and system for storing and releasing thermal energy suitable for said method - Google Patents

Method for charging and discharging a heat accumulator and system for storing and releasing thermal energy suitable for said method Download PDF

Info

Publication number
WO2014026863A2
WO2014026863A2 PCT/EP2013/066273 EP2013066273W WO2014026863A2 WO 2014026863 A2 WO2014026863 A2 WO 2014026863A2 EP 2013066273 W EP2013066273 W EP 2013066273W WO 2014026863 A2 WO2014026863 A2 WO 2014026863A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat
working fluid
accumulator
heat accumulator
partial
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/066273
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
WO2014026863A3 (en
Inventor
Daniel Reznik
Henrik Stiesdal
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to JP2015526926A priority Critical patent/JP2015531844A/en
Priority to EP13747819.4A priority patent/EP2885512A2/en
Priority to US14/420,356 priority patent/US20150218969A1/en
Priority to CN201380042428.6A priority patent/CN104541027A/en
Publication of WO2014026863A2 publication Critical patent/WO2014026863A2/en
Publication of WO2014026863A3 publication Critical patent/WO2014026863A3/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/18—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters
    • 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
    • F01K1/00—Steam accumulators
    • F01K1/08—Charging or discharging of accumulators with steam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K15/00—Adaptations of plants for special use
    • 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
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B33/00—Steam-generation plants, e.g. comprising steam boilers of different types in mutual association
    • F22B33/18—Combinations of steam boilers with other apparatus
    • F22B33/185—Combinations of steam boilers with other apparatus in combination with a steam accumulator

Definitions

  • the invention relates to a method for loading and unloading a heat accumulator, in which the following steps are preferably carried out alternately.
  • the heat accumulator is warmed up by a working fluid, wherein a pressure increase in the working fluid is generated before passing through the heat accumulator by a first thermal fluid energy machine connected as a working machine and the working fluid is released after passing through the heat accumulator.
  • the heat storage is cooled by the same or another working fluid, wherein prior to passing through the heat accumulator an increase in pressure in the working fluid is generated and after passing through the heat accumulator, the working fluid via a switched as a motor second thermal fluid energy machine or as an engine switched first thermal
  • the invention relates to a system for storage and release of thermal energy with a heat storage, wherein the heat storage receive the stored heat from a charging circuit for a working fluid and to a
  • Discharge cycle for another or the same working fluid can deliver.
  • the following units are connected to one another in the stated sequence: A first thermal fluid energy machine connected as a working machine, the heat accumulator, a device for expanding the working fluid, in particular a third fluid energy machine, and a first heat exchanger, in particular a cold accumulator ,
  • the following units are interconnected by conduits in the order given: the heat accumulator, a second thermal fluid energy machine connected as an engine, or the as an engine switched first fluid energy machine, the first heat exchanger or a second heat exchanger and a pump.
  • the method specified at the outset or the system suitable for carrying out the method can be used, for example, to convert overcapacities from the electrical network into thermal energy by means of the charging cycle and to store them in the heat store. If necessary, this process is reversed, so that the heat storage in a
  • Unloading cycle is discharged and can be recovered by means of thermal energy stream and fed into the network.
  • thermal fluid energy machine used as a work machine is thus operated as a compressor or as a compressor.
  • an engine performs work, wherein a thermal fluid energy machine for performing the work converts the thermal energy available in the working gas.
  • the thermal fluid energy machine is thus operated as a motor.
  • thermal fluid energy machine is a generic term for machines that can extract thermal energy from or supply thermal energy to a working fluid Thermal energy is understood as meaning both thermal energy and refrigeration energy -
  • Machines referred to can be designed for example as piston engines. It is also possible to use hydrodynamic thermal fluid energy machines whose impellers permit a continuous flow of the working gas. Preferably, axially acting turbines or compressors are used. The principle given at the outset is described, for example, according to WO 2009/044139 A2. Here piston machines are used to carry out the method described above. According to US Pat. No. 5,436,508, it is also known that by means of the above-mentioned systems for storing thermal energy, it is also possible to temporarily store overcapacities in the use of wind energy for the production of electrical current, in order to retrieve it if necessary.
  • the object is to provide a method for charging and discharging a heat accumulator or a system for carrying out this method, with which or with which a storage and recovery of energy with relatively high efficiency can take place and thereby a comparatively low cost Components are created.
  • the discharge cycle are designed as a Rankine process, in which the following steps are performed.
  • the working fluid is first passed through a heat storage in the first power system, where it absorbs heat.
  • the working fluid via a high pressure part of the second thermal Fluidenergyma- machine (preferably a high-pressure turbine) is relaxed.
  • the working fluid is passed through a running in the heat storage second conduit system and receives heat again.
  • a reheating takes place.
  • the working fluid is depressurized via a low pressure part of the second thermal fluid energy machine (preferably a low pressure turbine).
  • the fluid energy machine thus consists of a high-pressure part and a low-pressure part. Both parts together are to be understood as a fluid energy machine.
  • the use of the Rankine process for discharging the heat accumulator has the advantage that it can be operated with a comparatively high degree of efficiency.
  • the heat yield of the heat accumulator can be advantageously increased, because this can be brought by the discharge via the second conduit system to a lower temperature level before it must be recharged.
  • the second thermal fluid energy machine supplies the energy, for example, to drive a generator for generating electrical energy.
  • the charging cycle is realized by a heat pump process.
  • a heat pump process also has the great advantage of being more than 100% efficient, improving the overall efficiency of the process, which is composed of both the charging and discharging cycles. This is because the heat pump process, when charging the heat accumulator, also deprives the environment of heat available during unloading.
  • nitrogen or dried air is used in the charging cycle.
  • the air must be dried because water contained in the air would otherwise condense or even freeze in the heat pump process after the air cools down and could damage the heat pump used.
  • the discharge cycle is operated with water vapor. Nitrogen, air and water vapor are working fluids that are completely neutral when they escape into the environment and thus cause no environmental damage. Therefore, a plant can be operated with these working fluids without environmental risks. This also affects their cost-effectiveness, since no increased safety standards have to be taken into account.
  • the abovementioned object is also achieved by the abovementioned system in that the second thermal fluid energy machine has a high-pressure part and a low-pressure part, and in the heat accumulator two fluidically independent piping systems, namely a first piping system and a second piping system are provided , wherein these units are connected in the order given by lines, namely the first line system, then the high-pressure part, then the second line system and then the low-pressure part.
  • the above-mentioned method can be performed, since such an interconnection of the units for this purpose creates the condition.
  • the first line system is accommodated in a first partial store and the second line system is housed in a second partial store that is structurally separate from the first.
  • a structural separation of the two partial memory causes that they are independent of each other.
  • structurally separate partial storage can also be easily supplied by two different line systems, as they can each have independent connections for the line system.
  • a special embodiment of the system with structurally separate partial storage is obtained when the first partial storage and the second part memory are arranged in parallel in the charging circuit. This means that both the first partial reservoir and the second partial reservoir are acted upon by the working fluid at the same temperature and thus the same temperature level is set in both partial reservoirs.
  • the second partial storage which supplies the heat for the low pressure part of the second thermal fluid energy machine with heat, is brought to a lower temperature level. This is the case when the first partial memory is arranged in the charging circuit before the second partial memory, so these are connected in series.
  • the parallel connection of the partial storage has the advantage that the existing material in the partial storage is used optimally in terms of its heat capacity. Moreover, in the case of the parallel connection of the partial memories, it is particularly easy to design them in such a way that both partial memories are simultaneously completely discharged during a discharge cycle and at the same time are completely charged during a charging cycle. However, should it not come to a complete charge or discharge, which is often wind dependent happen, for example, when using the system on a wind turbine, the process can be reversed as often without the charge ratio of the two partial storage is disturbed by this.
  • the first conduit system and the second conduit system extend in the heat accumulator, which is designed as a structural unit.
  • the heat storage provides only for the supply of the first line system as well as for the supply of the second line system only a heat supply, ie structurally represents a unit.
  • the piping systems must run independently of each other in this heat storage (for example run parallel). This has the advantage that building material can be saved in the construction of the heat accumulator. As a unit can the heat storage advantageously be made more compact, ie it also has fewer interfaces over which heat can be lost in the environment.
  • the heat accumulator forms a structural unit, then it is advantageous if the first duct system is accommodated in a first partial area and the second duct system is accommodated in a second partial area spatially separated from the first. Spatial separation in the sense of the invention means the greatest possible degree of thermal separation.
  • a thermal separation in a heat accumulator designed as a structural unit is present when the heat-affected zones in the area of the two piping systems are as independent as possible from each other.
  • the first conduit system in the front part of the heat accumulator and the second conduit system may be located in the rear part of the heat accumulator, thus the heat accumulator has spatially two subregions, which differ from the above-mentioned partial memories only in that they are not structurally are separated, but at an interface abut each other.
  • the connections for the charging circuit can then be attached to the heat accumulator in this design so that the first portion and the second portion are arranged in parallel in the charging circuit.
  • the second line system is accommodated in a partial region of the heat accumulator together with the first line system. This means that run in this area, the second conduit system and the first conduit system in the same heat-affected zone of the heat accumulator.
  • the ratio of the heat capacities of the first partial region to the second or to the second partial areas or the first partial memory is adapted to the second partial memory to the heat demand caused by the discharge process, such that both partial areas or partial storage are discharged in the same period of time.
  • This design of the partial storage or the partial areas is a prerequisite for the partial areas or partial storage units always being unloaded or charged at the same time.
  • this process can also be reversed if the plant is used, for example, in a wind power plant.
  • the system is advantageous then operable in as many operating conditions with the maximum possible efficiency.
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of an embodiment of the system according to the invention with state variables of the working fluids according to an embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 2 schematically shows a discharge process as an exemplary embodiment of the method according to the invention with reheating in the T-S diagram (that is to say temperature T as a function of enthalpy) and FIG
  • FIGs 3 to 6 different embodiments of a heat storage, as it can be used in a system according to Figure 1.
  • FIG. 1 the system according to the invention with a heat storage 11 and a cold storage 12 is shown.
  • a charging circuit 13 and a discharge circuit 14th realized, these circuits are connected to non-illustrated line systems in the heat storage 11 and cold storage 12 and therefore allow loading and unloading of heat or cold in the memory.
  • a heat exchanger circuit 15 there is a heat exchanger circuit 15.
  • the charging cycle for the heat storage 11 and the cold storage 12 will be described.
  • the charging of the heat accumulator 11 means a warming up of the same
  • the charging of the cold accumulator 12 means a cooling down of the same.
  • the reference for heating and cooling is the ambient temperature.
  • a wind turbine 16 produces overcapacities with which an electric motor M can be driven.
  • the motor M has a drive shaft 17 with which a first fluid energy machine 18 and a third fluid energy machine 19 are driven.
  • the first fluid energy machine is a hydrodynamic pump and the third fluid energy machine is a hydrodynamic turbine.
  • the first fluid energy machine 18 compresses the working fluid and passes it through the heat accumulator 11. This consists of a first part of memory 20 and a second part of memory 21, which are connected in series in the charging circuit 13. In the heat accumulator 11, the working medium releases the heat that has arisen due to the compaction.
  • the working medium is expanded via the third fluid energy machine 19, wherein it cools down strongly.
  • This cold can be delivered during the passage through the cold storage 12 to this.
  • the working fluid heats up by absorbing heat from the environment. Subsequently, this can be compressed again by the first fluid energy machine 18.
  • a power demand is to be generated via a generator G power.
  • To drive the generator G is the
  • Discharge circuit 14 set in motion.
  • the working fluid consists of water, which is compressed via a feed pump 22. Subsequently, it is passed through the first portion 20 of the heat accumulator 11 and absorbs its heat energy. The resulting water vapor is released via a high-pressure part HP of a second fluid energy machine 23 and then passed into the second part storage 21, where the water vapor absorbs heat again. This is sufficient to drive the low-pressure part LP of the second fluid energy machine 23.
  • the second fluid energy machine in turn drives the generator G already mentioned.
  • the working fluid After relaxation of the working fluid in the low-pressure part LP of the second fluid energy machine, the working fluid is cooled by a second heat exchanger 24 (condenser). Subsequently, the Entladeniklauf by the liquefied working fluid of the feed pump 22 is fed back.
  • FIG. 1 it is shown that the second heat exchanger is connected via the heat exchanger circuit 15 to the cold storage 12.
  • a compressor 25 is driven by a motor M2 and keeps the circuit going.
  • the working fluid is cooled in the heat exchanger circuit 15 and therefore absorbs the heat from the second heat exchanger 24, which provides the working fluid in the discharge circuit 14.
  • the heat exchanger 24 may interact with the environment (for example, with river water).
  • the cooling energy from the cold storage 12 can be used elsewhere, for. B. for air conditioning.
  • the working fluid is passed directly through the cold storage 12. This then acts as a heat exchanger, so that the working fluid can deliver the heat directly to the cold storage.
  • the states of the working fluid are shown in the charging circuit 13 and discharge circuit 14 each in circles, wherein these circles denote certain locations of the charge circuit 13 and discharge circuit 14, respectively.
  • the upper left shows the prevailing pressure in the working fluid in bar.
  • At the top right is the enthalpy in KJ / kg.
  • Bottom left is the mass flow in kg / s and bottom right the temperature in ° C.
  • An exception are the circles in the
  • FIG. 2 shows the known Rankine process in the TS diagram.
  • the reference symbols 1 to 8 refer to characteristic points of the Rankine process and are used in FIGS. 3 to 5 at the corresponding points of the line system where said states to rule. From 8 to 1, the compression is done by the feed pump
  • the working fluid passes through the first reservoir 20, the water vapor being overheated a first time. After passing through the high-pressure part HP, the point 5 is reached, wherein the passage through the second partial memory 21 results in a renewed overheating 6 of the working fluid. This is relaxed in the low pressure part LP, whereby the point 7 is reached.
  • the working fluid again reaches point 8.
  • the heat accumulator 11 is made as a structural unit.
  • a line system 26 of the charging circuit is indicated as a solid line.
  • the flow direction is indicated by an arrow.
  • the heat storage for example, has sand 27 as a storage medium.
  • the flow direction which is opposite to the flow direction of the conduit system 26, shown by an arrow.
  • the first line system runs in a first subregion 30 of the heat accumulator 11.
  • This line system feeds the high pressure part HP of the second fluid energy machine.
  • the working fluid is fed into the second conduit system 29, which is located in a second portion 31 of the heat accumulator 11.
  • the partial regions 30 and 31 adjoin one another at an interface 32, so that heat exchange between the first partial region and the second partial region can take place only in this region.
  • a first heat-affected zone 33 is formed in the region of the first line system 28 and a second heat-affected zone 34 in the second section 31, which, however, are separated from one another by the interface 32, whereby only a certain heat exchange can take place between the heat-affected zones via the interface.
  • the interface is indicated by dash-dotted lines, while the heat-affected zones are indicated by dashed lines.
  • the heat accumulator 11 according to FIG. 4 has a similar structure to that according to FIG. 3. However, instead of two subregions 30, 31 according to FIG. 3, the heat accumulator 11 consists of the first accumulator 20 and the second accumulator 21.
  • the embodiment according to FIG. 5 can be developed according to FIG.
  • the heat exchanger 11 according to FIG. 6 has a first partial area 30, a second partial area 31 and a third partial area 37.
  • the first conduit system passes through the heat accumulator 11 through all three subregions.
  • the second line system passes through the partial area 30 with a first line section 38, the second area 37 with a second line section 39 and the third section 37 with a third line section 40.
  • These line sections are interconnected in such a way that bypass lines 41 are present for each line section via valves 42, the line sections can each flow or be bypassed.
  • the heat accumulator can be individually brought to the temperature level in each of the sections 30, 31, 37, which is necessary for overheating of the working medium before the low-pressure section LP of the second thermal fluid energy machine.

Abstract

The invention relates to a method for charging and discharging a heat accumulator (11) in a charge cycle (13) and in a discharge cycle (14). According to the invention, the discharging takes place by means of a steam turbine (23) which has a high-pressure part (HP) and a low-pressure part (LP). In order to provide heat to both turbine parts, according to the invention the heat accumulator (11) is divided into a part-accumulator (20) for the high-pressure part (HP) and a part-accumulator (21) for the low-pressure part (LP) (this division need not be structural). Furthermore, the invention relates to a system in which the heat accumulator (11) is divided into two part-accumulators (20, 21). By operating a turbine with the high-pressure part (HP) and low-pressure part (LP), the advantageous result is achieved that the efficiency and yield of heat from the heat accumulator (11) can be advantageously increased. The system can, for example, be used to temporarily store surplus capacities of a wind plant (16).

Description

Beschreibung description
Verfahren zum Laden und Entladen eines Wärmespeichers und Anlage zur Speicherung und Abgabe von thermischer Energie, ge- eignet für dieses Verfahren Method for charging and discharging a heat accumulator and system for storing and emitting thermal energy, suitable for this method
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden und Entladen eines Wärmespeichers, bei dem folgende Schritte bevorzugt wechselseitig durchlaufen werden. Während eines Ladezyklus wird der Wärmespeicher durch ein Arbeitsfluid aufgewärmt, wobei vor dem Durchlaufen des Wärmespeichers durch eine als Arbeitsmaschine geschaltete erste thermische Fluidenergie- Maschine eine Druckerhöhung im Arbeitsfluid erzeugt wird und nach dem Durchlaufen des Wärmespeichers das Arbeitsfluid ent- spannt wird. Während eines Entladezyklus wird der Wärmespeicher durch dasselbe oder ein anderes Arbeitsfluid abgekühlt, wobei vor dem Durchlaufen des Wärmespeichers eine Druckerhöhung im Arbeitsfluid erzeugt wird und nach dem Durchlaufen des Wärmespeichers das Arbeitsfluid über eine als Kraftma- schine geschaltete zweite thermische Fluidenergie-Maschine oder die als Kraftmaschine geschaltete erste thermische The invention relates to a method for loading and unloading a heat accumulator, in which the following steps are preferably carried out alternately. During a charging cycle, the heat accumulator is warmed up by a working fluid, wherein a pressure increase in the working fluid is generated before passing through the heat accumulator by a first thermal fluid energy machine connected as a working machine and the working fluid is released after passing through the heat accumulator. During a discharge cycle, the heat storage is cooled by the same or another working fluid, wherein prior to passing through the heat accumulator an increase in pressure in the working fluid is generated and after passing through the heat accumulator, the working fluid via a switched as a motor second thermal fluid energy machine or as an engine switched first thermal
Fluidenergie-Maschine entspannt wird. Fluid energy machine is relaxed.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Anlage zur Speicherung und Abgabe von thermischer Energie mit einem Wärmespeicher, wobei der Wärmespeicher die gespeicherte Wärme von einem Ladekreislauf für ein Arbeitsfluid aufnehmen und an einen In addition, the invention relates to a system for storage and release of thermal energy with a heat storage, wherein the heat storage receive the stored heat from a charging circuit for a working fluid and to a
Entladekreislauf für ein anderes oder dasselbe Arbeitsfluid abgeben kann. In dem Ladekreislauf sind folgende Einheiten in der angegebenen Reihenfolge durch Leitungen miteinander verbunden: Eine als Arbeitsmaschine geschaltete erste thermische Fluidenergie-Maschine, der Wärmespeicher, eine Einrichtung zur Entspannung des Arbeitsfluides , insbesondere eine dritte Fluidenergiemaschine , und ein erster Wärmetauscher, insbeson- dere ein Kältespeicher. In dem Entladekreislauf sind folgende Einheiten in der angegebenen Reihenfolge durch Leitungen miteinander verbunden: Der Wärmespeicher, eine als Kraftmaschine geschaltete zweite thermische Fluidenergie-Maschine oder die als Kraftmaschine geschaltete erste Fluidenergie-Maschine, der erste Wärmetauscher oder ein zweiter Wärmetauscher und eine Pumpe. Das eingangs angegebene Verfahren bzw. die zur Durchführung des Verfahrens geeignete Anlage können beispielsweise verwendet werden, um Überkapazitäten aus dem elektrischen Netz mittels des Ladezyklus in thermische Energie zu wandeln und im Wärmespeicher abzuspeichern. Im Bedarfsfall wird dieser Pro- zess umgekehrt, so dass der Wärmespeicher in einem Discharge cycle for another or the same working fluid can deliver. In the charging cycle, the following units are connected to one another in the stated sequence: A first thermal fluid energy machine connected as a working machine, the heat accumulator, a device for expanding the working fluid, in particular a third fluid energy machine, and a first heat exchanger, in particular a cold accumulator , In the discharge cycle, the following units are interconnected by conduits in the order given: the heat accumulator, a second thermal fluid energy machine connected as an engine, or the as an engine switched first fluid energy machine, the first heat exchanger or a second heat exchanger and a pump. The method specified at the outset or the system suitable for carrying out the method can be used, for example, to convert overcapacities from the electrical network into thermal energy by means of the charging cycle and to store them in the heat store. If necessary, this process is reversed, so that the heat storage in a
Entladezyklus entladen wird und mittels der thermischen Energie Strom gewonnen und in das Netz eingespeist werden kann.  Unloading cycle is discharged and can be recovered by means of thermal energy stream and fed into the network.
Die Begriffe Kraftmaschine und Arbeitsmaschine werden im Rah- men dieser Anmeldung so verwendet, dass eine Arbeitsmaschine mechanische Arbeit aufnimmt, um ihren Zweck zu erfüllen. Eine thermische Fluidenergie-Maschine, die als Arbeitsmaschine verwendet wird, wird somit als Verdichter oder als Kompressor betrieben. Demgegenüber verrichtet eine Kraftmaschine Arbeit, wobei eine thermische Fluidenergie-Maschine zur Verrichtung der Arbeit die im Arbeitsgas zur Verfügung stehende thermische Energie umwandelt. In diesem Fall wird die thermische Fluidenergie-Maschine also als Motor betrieben. Der Begriff „thermische Fluidenergie-Maschine" bildet einen Oberbegriff für Maschinen, die einem Arbeitsfluid thermische Energie entziehen oder diesem thermische Energie zuführen können. Unter thermischer Energie ist sowohl Wärmeenergie als auch Kälteenergie zu verstehen. Thermische Fluidenergie- Maschinen (im Folgenden auch kürzer als Fluidernergie-The terms engine and work machine are used in the context of this application so that a work machine mechanical work to fulfill their purpose. A thermal fluid energy machine used as a work machine is thus operated as a compressor or as a compressor. In contrast, an engine performs work, wherein a thermal fluid energy machine for performing the work converts the thermal energy available in the working gas. In this case, the thermal fluid energy machine is thus operated as a motor. The term "thermal fluid energy machine" is a generic term for machines that can extract thermal energy from or supply thermal energy to a working fluid Thermal energy is understood as meaning both thermal energy and refrigeration energy -
Maschinen bezeichnet) können beispielsweise als Kolbenmaschinen ausgeführt sein. Bevorzugt können auch hydrodynamische thermische Fluidenergie-Maschinen verwendet werden, deren Laufräder einen kontinuierlichen Fluss des Arbeitsgases er- lauben. Vorzugsweise kommen axial wirkende Turbinen bzw. Verdichter zum Einsatz . Das eingangs angegebene Prinzip ist beispielsweise gemäß der WO 2009/044139 A2 beschrieben. Hier kommen Kolbenmaschinen zum Einsatz, um das oben beschriebene Verfahren durchzuführen. Gemäß der US 5,436,508 ist es überdies bekannt, dass mittels der eingangs angegebenen Anlagen zur Speicherung thermischer Energie auch Überkapazitäten bei der Nutzung von Windenergie zur Herstellung elektrischen Stroms zwischengespeichert werden können, um diese im Bedarfsfall wieder abzurufen . Machines referred to) can be designed for example as piston engines. It is also possible to use hydrodynamic thermal fluid energy machines whose impellers permit a continuous flow of the working gas. Preferably, axially acting turbines or compressors are used. The principle given at the outset is described, for example, according to WO 2009/044139 A2. Here piston machines are used to carry out the method described above. According to US Pat. No. 5,436,508, it is also known that by means of the above-mentioned systems for storing thermal energy, it is also possible to temporarily store overcapacities in the use of wind energy for the production of electrical current, in order to retrieve it if necessary.
Die Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Laden und Entladen eines Wärmespeichers bzw. eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, mit dem bzw. mit der eine Speicherung und Rückgewinnung von Energie mit vergleichsweise ho- hem Wirkungsgrad erfolgen kann und dabei ein vergleichsweise geringer Aufwand an Komponenten entsteht. The object is to provide a method for charging and discharging a heat accumulator or a system for carrying out this method, with which or with which a storage and recovery of energy with relatively high efficiency can take place and thereby a comparatively low cost Components are created.
Diese Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Entladezyklus als Rankine-Prozess ausgestaltet sind, bei dem folgende Schritte durchlaufen werden. Das Arbeitsfluid wird zunächst durch ein im Wärmespeicher verlaufendes erstes Leistungssystem geleitet, wo es Wärme aufnimmt. Danach wird das Arbeitsfluid über einen Hochdruckteil der zweiten thermischen Fluidenergiema- schine (vorzugsweise eine Hochdruckturbine) entspannt. Danach wird das Arbeitsfluid durch ein im Wärmespeicher verlaufendes zweites Leitungssystem geleitet und nimmt erneut Wärme auf. Vorzugsweise erfolgt eine Zwischenüberhitzung . Zuletzt wird das Arbeitsfluid über einen Niederdruckteil der zweiten ther- mischen Fluidenergiemaschine (vorzugsweise eine Niederdruckturbine) entspannt. Im Sinne der Erfindung besteht die Fluidenergiemaschine also aus einem Hochdruckteil und einem Niederdruckteil. Beide Teile zusammen sind als Fluidenergiemaschine aufzufassen. This object is achieved with the method described above according to the invention in that the discharge cycle are designed as a Rankine process, in which the following steps are performed. The working fluid is first passed through a heat storage in the first power system, where it absorbs heat. Thereafter, the working fluid via a high pressure part of the second thermal Fluidenergiema- machine (preferably a high-pressure turbine) is relaxed. Thereafter, the working fluid is passed through a running in the heat storage second conduit system and receives heat again. Preferably, a reheating takes place. Finally, the working fluid is depressurized via a low pressure part of the second thermal fluid energy machine (preferably a low pressure turbine). For the purposes of the invention, the fluid energy machine thus consists of a high-pressure part and a low-pressure part. Both parts together are to be understood as a fluid energy machine.
Die Verwendung des Rankine-Prozesses zum Entladen des Wärmespeichers hat den Vorteil, dass dieser mit einem vergleichsweise hohen Wirkungsgrad betrieben werden kann. Insbesondere durch eine zweistufige Entladung des Wärmespeichers, wie erfindungsgemäß vorgeschlagen, kann die Wärmeausbeute des Wärmespeichers vorteilhaft gesteigert werden, weil dieser sich durch die Entladung über das zweite Leitungssystem auf ein geringeres Temperaturniveau bringen lässt, bevor dieser wieder aufgeladen werden muss. Für den Fall, dass beispielsweise bei der Verwendung des Verfahrens zusammen mit einem Windkraftwerk oder einer anderen regenerativen Energiequelle zur Erzeugung von Elektrizität für längere Zeit keine Windenergie zur Verfügung steht, kann mit der in dem Wärmespeicher gespeicherten Wärme vorteilhaft der resultierende Stromausfall längere Zeit überbrückt werden. Die zweite thermische Fluid- energiemaschine liefert dabei die Energie, um beispielsweise einen Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie anzu- treiben. The use of the Rankine process for discharging the heat accumulator has the advantage that it can be operated with a comparatively high degree of efficiency. Especially by a two-stage discharge of the heat accumulator, as proposed by the invention, the heat yield of the heat accumulator can be advantageously increased, because this can be brought by the discharge via the second conduit system to a lower temperature level before it must be recharged. In the event that, for example, when using the method together with a wind power plant or other regenerative energy source for generating electricity for a long time, no wind energy is available, advantageously with the heat stored in the heat storage, the resulting power failure can be bridged for a long time. The second thermal fluid energy machine supplies the energy, for example, to drive a generator for generating electrical energy.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ladezyklus durch einen Wärmepumpen- Prozess realisiert ist. Ein solcher Prozess hat ebenfalls den großen Vorteil, dass er mit einem Wirkungsgrad von über 100 % den Gesamtwirkungsgrad des Verfahrens, der sich sowohl aus dem Lade- als auch aus dem Entladezyklus zusammensetzt, verbessert. Dies liegt daran, dass der Wärmepumpen-Prozess beim Laden des Wärmespeichers auch der Umgebung Wärme entzieht, die beim Entladen zur Verfügung steht. According to an advantageous embodiment of the invention it is provided that the charging cycle is realized by a heat pump process. Such a process also has the great advantage of being more than 100% efficient, improving the overall efficiency of the process, which is composed of both the charging and discharging cycles. This is because the heat pump process, when charging the heat accumulator, also deprives the environment of heat available during unloading.
Vorteilhaft ist es, wenn im Ladezyklus Stickstoff oder getrocknete Luft zum Einsatz kommt. Die Luft muss getrocknet werden, weil in der Luft enthaltenes Wasser ansonsten im Wär- mepumpen-Prozess nach Abkühlung der Luft kondensieren oder sogar gefrieren würde und die zur Verwendung kommende Wärmepumpe beschädigen könnte. Vorteilhaft ist es auch, wenn der Entladezyklus mit Wasserdampf betrieben wird. Bei Stickstoff, Luft und Wasserdampf handelt es sich um Arbeitsfluide, welche beim Entweichen in die Umwelt völlig neutral sind und somit keine Umweltschäden bewirken. Daher kann eine Anlage mit diesen Arbeitsfluiden ohne Umweltrisiken betrieben werden. Dies wirkt sich auch auf ihre Wirtschaftlichkeit aus, da keine erhöhten Sicherheitsstandards berücksichtigt werden müssen. It is advantageous if nitrogen or dried air is used in the charging cycle. The air must be dried because water contained in the air would otherwise condense or even freeze in the heat pump process after the air cools down and could damage the heat pump used. It is also advantageous if the discharge cycle is operated with water vapor. Nitrogen, air and water vapor are working fluids that are completely neutral when they escape into the environment and thus cause no environmental damage. Therefore, a plant can be operated with these working fluids without environmental risks. This also affects their cost-effectiveness, since no increased safety standards have to be taken into account.
Weiterhin wird die oben genannte Aufgabe auch durch die ein- gangs angegebene Anlage dadurch gelöst, dass die zweite thermische Fluidenergiemaschine einen Hochdruckteil und einen Niederdruckteil aufweist und in dem Wärmespeicher zwei fluidisch voneinander unabhängige Leitungssysteme, nämlich ein erstes Leitungssystem und ein zweites Leitungssystem vor- gesehen sind, wobei diese Einheiten in der angegebenen Reihenfolge durch Leitungen miteinander verbunden sind, und zwar das erste Leitungssystem, dann der Hochdruckteil, dann das zweite Leitungssystem und dann der Niederdruckteil. Mit dieser Anordnung kann das oben genannte Verfahren durchgeführt werden, da eine solche Verschaltung der Einheiten hierzu die Voraussetzung schafft. Damit werden auch die oben erläuterten Vorteile beim Betrieb der Anlage erreicht und werden an dieser Stelle nicht noch einmal näher erläutert. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Leitungssystem in einem ersten Teilspeicher und das zweite Leitungssystem in einem baulich vom ersten getrennten zweiten Teilspeicher untergebracht ist. Eine bauliche Trennung der beiden Teilspeicher bewirkt, dass diese unabhängig voneinander sind. Zum einen besteht eine zumindest weitgehende thermische Unabhängigkeit, da ein Wärmeübergang bei baulich getrennten Teilspeichern zwischen diesen nicht möglich ist. Außerdem können baulich getrennte Teilspeicher auch einfach durch zwei unterschiedliche Leitungssysteme versorgt werden, da diese jeweils unabhängige Anschlüsse für das Leitungssystem aufweisen können. Zuletzt ist es möglich, die Teilspeicher modular aufzubauen und auf diese Weise einen Baukasten anzubieten, der eine vergleichsweise einfache Anpassung an unterschiedliche erforderlichen Wärmekapazitäten der zum Einsatz kommenden Teilspeicher ermöglicht. Furthermore, the abovementioned object is also achieved by the abovementioned system in that the second thermal fluid energy machine has a high-pressure part and a low-pressure part, and in the heat accumulator two fluidically independent piping systems, namely a first piping system and a second piping system are provided , wherein these units are connected in the order given by lines, namely the first line system, then the high-pressure part, then the second line system and then the low-pressure part. With this arrangement, the above-mentioned method can be performed, since such an interconnection of the units for this purpose creates the condition. Thus, the above-mentioned advantages in the operation of the system are achieved and will not be explained again at this point. According to one embodiment of the invention, it is provided that the first line system is accommodated in a first partial store and the second line system is housed in a second partial store that is structurally separate from the first. A structural separation of the two partial memory causes that they are independent of each other. On the one hand there is at least extensive thermal independence, since a heat transfer in structurally separate partial storage between them is not possible. In addition, structurally separate partial storage can also be easily supplied by two different line systems, as they can each have independent connections for the line system. Finally, it is possible to construct the partial storage modular and in this way to offer a kit that allows a comparatively simple adaptation to different required heat capacities of the used partial storage.
Eine besondere Ausgestaltung der Anlage mit baulich getrennten Teilspeichern wird erhalten, wenn der erste Teilspeicher und der zweite Teilspeicher parallel im Ladekreislauf angeordnet sind. Dies bedeutet, dass sowohl der erste Teilspeicher wie auch der zweite Teilspeicher mit dem Arbeitsfluid gleicher Temperatur beaufschlagt werden und somit auch in beiden Teilspeichern dasselbe Temperaturniveau eingestellt wird. Alternativ ist es auch möglich, dass der zweite Teilspeicher, der die Wärme für den Niederdruckteil der zweiten thermischen Fluidenergiemaschine mit Wärme versorgt, auf ein geringeres Temperaturniveau gebracht wird. Dies ist der Fall, wenn der erste Teilspeicher im Ladekreislauf vor dem zweiten Teilspeicher angeordnet ist, diese also in Reihe geschaltet sind . A special embodiment of the system with structurally separate partial storage is obtained when the first partial storage and the second part memory are arranged in parallel in the charging circuit. This means that both the first partial reservoir and the second partial reservoir are acted upon by the working fluid at the same temperature and thus the same temperature level is set in both partial reservoirs. Alternatively, it is also possible that the second partial storage, which supplies the heat for the low pressure part of the second thermal fluid energy machine with heat, is brought to a lower temperature level. This is the case when the first partial memory is arranged in the charging circuit before the second partial memory, so these are connected in series.
Die Parallelschaltung der Teilspeicher hat den Vorteil, dass das in den Teilspeichern vorhandene Material hinsichtlich seiner Wärmekapazität optimal genutzt wird. Außerdem ist es bei der Parallelschaltung der Teilspeicher besonders einfach möglich, diese derart auszulegen, dass beide Teilspeicher bei einem Entladezyklus gleichzeitig vollständig entladen sind und bei einem Ladezyklus gleichzeitig vollständig geladen sind. Sollte es jedoch nicht zu einer vollständigen Ladung oder Entladung kommen, was beispielsweise bei der Verwendung der Anlage an einer Windkraftanlage windabhängig häufig passieren wird, lässt sich der Prozess beliebig oft umkehren, ohne dass das Ladungsverhältnis der beiden Teilspeicher hierdurch gestört wird. The parallel connection of the partial storage has the advantage that the existing material in the partial storage is used optimally in terms of its heat capacity. Moreover, in the case of the parallel connection of the partial memories, it is particularly easy to design them in such a way that both partial memories are simultaneously completely discharged during a discharge cycle and at the same time are completely charged during a charging cycle. However, should it not come to a complete charge or discharge, which is often wind dependent happen, for example, when using the system on a wind turbine, the process can be reversed as often without the charge ratio of the two partial storage is disturbed by this.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist es möglich, dass das erste Leitungssystem und das zweite Leitungssystem in dem Wärmespeicher verlaufen, der als Baueinheit ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass der Wärmespeicher sowohl für die Speisung des ersten Leitungssystems als auch für die Speisung des zweiten Leitungssystems nur einen Wärmevorrat zur Verfügung stellt, d. h. baulich eine Einheit darstellt. Die Leitungs- Systeme müssen in diesem Fall unabhängig voneinander in diesem Wärmespeicher verlaufen (beispielsweise parallel verlaufen) . Dies hat den Vorteil, dass bei dem Bau des Wärmespeichers Baumaterial eingespart werden kann. Als Baueinheit kann der Wärmespeicher vorteilhaft auch kompakter ausgeführt werden, d. h. er hat auch weniger Grenzflächen, über die Wärme in die Umgebung verloren gehen kann. Bildet der Wärmespeicher eine Baueinheit, so ist es vorteilhaft, wenn das erste Leitungssystem in einem ersten Teilbereich und das zweite Leitungssystem in einem räumlich vom ersten getrennten zweiten Teilbereich untergebracht ist. Mit einer räumlichen Trennung im Sinne der Erfindung ist eine möglichst weitgehende thermische Trennung gemeint. Eine thermische Trennung in einem als Baueinheit ausgebildeten Wärmespeicher liegt vor, wenn die Wärmeeinflusszonen im Bereich der beiden Leitungssysteme möglichst weitgehend voneinander unabhängig sind. Dies bedeutet, dass beispielsweise das erste Leitungssystem im vorderen Teil des Wärmespeichers und das zweite Leitungssystem im hinteren Teil des Wärmespeichers liegen kann, wobei somit der Wärmespeicher räumlich zwei Teilbereiche aufweist, die sich von den oben bereits erwähnten Teilspeichern lediglich dadurch unterscheiden, dass diese baulich nicht voneinander getrennt sind, sondern an einer Grenzfläche aneinander stoßen. Die Anschlüsse für den Ladekreislauf können bei dieser Bauform dann auch so am Wärmespeicher angebracht werden, dass der erste Teilbereich und der zweite Teilbereich parallel im Ladekreislauf angeordnet sind. Die damit verbundenen Vorteile sind oben bereits erläutert worden. According to another embodiment, it is possible that the first conduit system and the second conduit system extend in the heat accumulator, which is designed as a structural unit. This means that the heat storage provides only for the supply of the first line system as well as for the supply of the second line system only a heat supply, ie structurally represents a unit. In this case, the piping systems must run independently of each other in this heat storage (for example run parallel). This has the advantage that building material can be saved in the construction of the heat accumulator. As a unit can the heat storage advantageously be made more compact, ie it also has fewer interfaces over which heat can be lost in the environment. If the heat accumulator forms a structural unit, then it is advantageous if the first duct system is accommodated in a first partial area and the second duct system is accommodated in a second partial area spatially separated from the first. Spatial separation in the sense of the invention means the greatest possible degree of thermal separation. A thermal separation in a heat accumulator designed as a structural unit is present when the heat-affected zones in the area of the two piping systems are as independent as possible from each other. This means that, for example, the first conduit system in the front part of the heat accumulator and the second conduit system may be located in the rear part of the heat accumulator, thus the heat accumulator has spatially two subregions, which differ from the above-mentioned partial memories only in that they are not structurally are separated, but at an interface abut each other. The connections for the charging circuit can then be attached to the heat accumulator in this design so that the first portion and the second portion are arranged in parallel in the charging circuit. The associated advantages have already been explained above.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Leitungssystem in einem Teilbereich des Wärmespeichers gemeinsam mit dem ersten Leitungssystem untergebracht ist. Dies bedeutet, dass in diesem Bereich das zweite Leitungssystem und das erste Leitungssystem in der gleichen Wärmeeinflusszone des Wärmespeichers verlaufen. Dies hat den Vorteil, dass der Wärmespeicher zumindest in dem Teilbe- reich, in dem die Leitungssysteme gemeinsam untergebracht sind, auf ein Temperaturniveau abgekühlt werden kann, welches zur Versorgung des Niederdruckteils der Turbine noch ausreicht. Dieses Temperaturniveau liegt niedriger, so dass ein größerer Teil der in dem Wärmespeicher gespeicherten Wärme zur Energiegewinnung genutzt werden kann. Auf diese Weise wird es möglich, den Wärmespeicher länger zur Gewinnung von Energie zu nutzen. Dies ist insbesondere bei der Verwendung der Anlage bei regenerativen Energien von Vorteil, da Perioden, in denen die regenerativen Energien (beispielsweise Windenergie) nicht verfügbar ist, überbrückt werden kann. Hierbei kann im Notfall auch hingenommen werden, dass die Anlage ab dem Zeitpunkt, in dem der Hochdruckteil der zweiten thermischen Fluidenergiemaschine nicht mehr arbeitet, mit einem schlechteren Wirkungsgrad läuft. Dies ist im Vergleich dazu, dass es zu Energie-Engpässen kommen kann, in einem solchen Fall hinnehmbar. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das zweite Leitungssystem in mehreren Teilbereichen des Wärmespeichers gemeinsam mit dem ersten Leitungssystem untergebracht ist, wobei das zweite Leitungssystem in jedem dieser zweiten Teilbereiche über eine Bypassleitung kurzgeschlossen werden kann. Auf diese Weise ist es vorteilhaft möglich, in jedem dieser Teilbereiche das Wärmeniveau des Wärmespeichers auf das für den Betrieb des Niederdruckteils der Fluidenergiemaschine erforderliche Niveau zu bringen. Decken im günstigsten Fall die Teilbereiche den gesamten Wärmespeicher ab, kann damit der gesamte Wärme- Speicher auf das geringere Temperaturniveau entladen werden. Um jedoch am Anfang des Entladezyklusses , d. h. wenn der Wärmespeicher noch vollständig aufgeladen ist, ein Betrieb mit hohem Wirkungsgrad zu gewährleisten, wird in diesem Stadium nur das zweite Leitungssystem in einem Teilbereich ange- schlössen und die anderen Teilbereiche über die According to a further embodiment of the invention, it is provided that the second line system is accommodated in a partial region of the heat accumulator together with the first line system. This means that run in this area, the second conduit system and the first conduit system in the same heat-affected zone of the heat accumulator. This has the advantage that the heat accumulator can be cooled to a temperature level which is sufficient to supply the low-pressure part of the turbine, at least in the partial area in which the line systems are accommodated together. This temperature level is lower, so that a greater part of the heat stored in the heat storage can be used to generate energy. In this way it becomes possible to use the heat accumulator longer for the production of energy. This is particularly advantageous when using the plant in regenerative energies, since periods in which the regenerative energy (for example, wind energy) is not available, can be bridged. In this case, it can also be accepted in an emergency that the system runs with a poorer efficiency from the point in time when the high-pressure part of the second thermal fluid energy machine no longer works. This is acceptable in comparison to the fact that energy bottlenecks can occur. It is particularly advantageous if the second line system is accommodated in several subregions of the heat accumulator together with the first line system, wherein the second line system in each of these second subregions can be short-circuited via a bypass line. In this way, it is advantageously possible to bring the heat level of the heat accumulator to the level required for the operation of the low-pressure part of the fluid energy machine in each of these subregions. In the best case, cover the sections of the entire heat storage, so that the entire heat storage can be discharged to the lower temperature level. However, at the beginning of the discharge cycle, ie when the heat accumulator is still fully charged, to ensure operation with high efficiency, only the second piping system is connected in one section at this stage and the other sections via the
Bypassleitungen überbrückt, damit in den anderen Teilbereichen das hohe Energieniveau zur Entladung zwecks Antriebs des Hochdruckteils möglichst lange zur Verfügung steht. Hierdurch kann der hohe angestrebte Wirkungsgrad der Anlage möglichst lange erreicht werden.  Bridged bypass lines, so that the high energy level for discharging the purpose of driving the high-pressure part as long as possible is available in the other sections. As a result, the high desired efficiency of the system can be achieved as long as possible.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Verhältnis der Wärmekapazitäten des ersten Teilbereichs zu dem zweiten oder zu den zweiten Teilbereichen oder des ersten Teilspeichers zum zweiten Teilspeicher an den durch den Entladeprozess bedingten Wärmebedarf angepasst ist, derart, dass beide Teilbereiche oder Teilspeicher in der gleichen Zeitspanne entladen werden. Diese Auslegung der Teilspeicher oder der Teilbereiche ist Voraussetzung dafür, dass die Teilbereiche oder Teilspeicher immer zum selben Zeitpunkt entladen sind oder aufgeladen sind. Wie bereits erwähnt, kann dieser Prozess auch umgekehrt werden, wenn die Anlage beispielsweise bei einem Windkraftwerk zum Einsatz kommt. Die Anlage ist vorteilhaft dann in möglichst vielen Betriebszuständen mit dem maximal möglichen Wirkungsgrad betreibbar. It is particularly advantageous if the ratio of the heat capacities of the first partial region to the second or to the second partial areas or the first partial memory is adapted to the second partial memory to the heat demand caused by the discharge process, such that both partial areas or partial storage are discharged in the same period of time. This design of the partial storage or the partial areas is a prerequisite for the partial areas or partial storage units always being unloaded or charged at the same time. As already mentioned, this process can also be reversed if the plant is used, for example, in a wind power plant. The system is advantageous then operable in as many operating conditions with the maximum possible efficiency.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind in den einzelnen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen: Further details of the invention are described below with reference to the drawing. Identical or corresponding drawing elements are each provided with the same reference numerals in the individual figures and will only be explained several times as far as differences arise between the individual figures. Show it:
Figur 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anlage mit Zustandsgrößen der Arbeitsfluide gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, 1 shows a circuit diagram of an embodiment of the system according to the invention with state variables of the working fluids according to an embodiment of the method according to the invention,
Figur 2 schematisch einen Entladeprozess als Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Zwischenüberhitzung im T-S-Diagramm (d. h. Temperatur T in Abhängigkeit von der Enthalpie) und die 2 schematically shows a discharge process as an exemplary embodiment of the method according to the invention with reheating in the T-S diagram (that is to say temperature T as a function of enthalpy) and FIG
Figuren 3 bis 6 verschiedene Ausführungsbeispiele für einen Wärmespeicher, wie er in einer Anlage gemäß Figur 1 zum Einsatz kommen kann. Figures 3 to 6 different embodiments of a heat storage, as it can be used in a system according to Figure 1.
In Figur 1 ist die erfindungsgemäße Anlage mit einem Wärmespeicher 11 und einem Kältespeicher 12 dargestellt. In der Anlage ist ein Ladekreislauf 13 und ein Entladekreislauf 14 realisiert, wobei diese Kreisläufe an nicht näher dargestellte Leitungssysteme im Wärmespeicher 11 und Kältespeicher 12 angeschlossen sind und daher ein Laden und Entladen von Wärme bzw. Kälte in die Speicher ermöglichen. Außerdem gibt es ei- nen Wärmetauscherkreislauf 15. In Figure 1, the system according to the invention with a heat storage 11 and a cold storage 12 is shown. In the system is a charging circuit 13 and a discharge circuit 14th realized, these circuits are connected to non-illustrated line systems in the heat storage 11 and cold storage 12 and therefore allow loading and unloading of heat or cold in the memory. In addition, there is a heat exchanger circuit 15.
Zunächst wird der Ladezyklus für den Wärmespeicher 11 und den Kältespeicher 12 beschrieben. Das Laden des Wärmespeichers 11 bedeutet eine Aufwärmung desselben, das Laden des Kältespei - chers 12 bedeutet eine Abkühlung desselben. Als Referenz bezüglich der Erwärmung und der Abkühlung ist die Umgebungstemperatur zu verstehen. Während des Ladezyklus produziert eine Windkraftanlage 16 Überkapazitäten, mit denen ein elektrischer Motor M angetrieben werden kann. Der Motor M verfügt über eine Antriebswelle 17, mit der eine erste Fluidenergie- maschine 18 und eine dritte Fluidenergiemaschine 19 angetrieben wird. Bei der ersten Fluidenergiemaschine handelt es sich um eine hydrodynamische Pumpe und bei der dritten Fluidenergiemaschine um eine hydrodynamische Turbine. Die erste Fluid- energiemaschine 18 verdichtet das Arbeitsmedium und leitet dieses durch den Wärmespeicher 11. Dieser besteht aus einem ersten Teilspeicher 20 und einem zweiten Teilspeicher 21, die in dem Ladekreislauf 13 in Serie geschaltet sind. In dem Wärmespeicher 11 gibt das Arbeitsmedium die Wärme ab, die durch die Verdichtung entstanden ist. First, the charging cycle for the heat storage 11 and the cold storage 12 will be described. The charging of the heat accumulator 11 means a warming up of the same, the charging of the cold accumulator 12 means a cooling down of the same. The reference for heating and cooling is the ambient temperature. During the charging cycle, a wind turbine 16 produces overcapacities with which an electric motor M can be driven. The motor M has a drive shaft 17 with which a first fluid energy machine 18 and a third fluid energy machine 19 are driven. The first fluid energy machine is a hydrodynamic pump and the third fluid energy machine is a hydrodynamic turbine. The first fluid energy machine 18 compresses the working fluid and passes it through the heat accumulator 11. This consists of a first part of memory 20 and a second part of memory 21, which are connected in series in the charging circuit 13. In the heat accumulator 11, the working medium releases the heat that has arisen due to the compaction.
Anschließend wird das Arbeitsmedium über die dritte Fluidenergiemaschine 19 entspannt, wobei es sich stark abkühlt. Diese Kälte kann während der Durchleitung durch den Kälte- Speicher 12 an diesen abgegeben werden. Dabei erwärmt sich das Arbeitsmedium, indem es Wärme aus der Umgebung aufnimmt. Anschließend kann dieses durch die erste Fluidenergiemaschine 18 wieder verdichtet werden. Im Falle eines Strombedarfs soll über ein Generator G Strom erzeugt werden. Zum Antrieb des Generators G wird der Subsequently, the working medium is expanded via the third fluid energy machine 19, wherein it cools down strongly. This cold can be delivered during the passage through the cold storage 12 to this. The working fluid heats up by absorbing heat from the environment. Subsequently, this can be compressed again by the first fluid energy machine 18. In the case of a power demand is to be generated via a generator G power. To drive the generator G is the
Entladekreislauf 14 in Gang gesetzt. Das Arbeitsfluid besteht aus Wasser, welches über eine Speisepumpe 22 verdichtet wird. Anschließend wird es durch den ersten Teilbereich 20 des Wärmespeichers 11 geleitet und nimmt dessen Wärmeenergie auf. Der entstandene Wasserdampf wird über einen Hochdruckteil HP einer zweiten Fluidenergiemaschine 23 entspannt und anschlie- ßend in den zweiten Teilspeicher 21 geleitet, wo der Wasserdampf wieder Wärme aufnimmt. Dieser reicht aus, um den Niederdruckteil LP der zweiten Fluidenergiemaschine 23 anzutreiben. Die zweite Fluidenergiemaschine wiederum treibt den bereits erwähnten Generator G an. Discharge circuit 14 set in motion. The working fluid consists of water, which is compressed via a feed pump 22. Subsequently, it is passed through the first portion 20 of the heat accumulator 11 and absorbs its heat energy. The resulting water vapor is released via a high-pressure part HP of a second fluid energy machine 23 and then passed into the second part storage 21, where the water vapor absorbs heat again. This is sufficient to drive the low-pressure part LP of the second fluid energy machine 23. The second fluid energy machine in turn drives the generator G already mentioned.
Nach Entspannung des Arbeitsfluides im Niederdruckteil LP der zweiten Fluidenergiemaschine wird das Arbeitsfluid über einen zweiten Wärmetauscher 24 (Kondensator) abgekühlt. Anschließend schließt sich der Entladekreislauf, indem das verflüs- sigte Arbeitsfluid der Speisepumpe 22 wieder zugeführt wird. After relaxation of the working fluid in the low-pressure part LP of the second fluid energy machine, the working fluid is cooled by a second heat exchanger 24 (condenser). Subsequently, the Entladekreislauf by the liquefied working fluid of the feed pump 22 is fed back.
In Figur 1 ist dargestellt, dass der zweite Wärmetauscher über den Wärmetauscherkreislauf 15 mit dem Kältespeicher 12 verbunden ist. Ein Verdichter 25 wird mittels eines Motors M2 angetrieben und hält den Kreislauf in Gang. Im Kältespeicher 12 wird das Arbeitsfluid im Wärmetauscherkreislauf 15 abgekühlt und nimmt daher die Wärme aus dem zweiten Wärmetauscher 24 auf, die das Arbeitsfluid in dem Entladekreislauf 14 zur Verfügung stellt. In Figure 1 it is shown that the second heat exchanger is connected via the heat exchanger circuit 15 to the cold storage 12. A compressor 25 is driven by a motor M2 and keeps the circuit going. In the cold storage 12, the working fluid is cooled in the heat exchanger circuit 15 and therefore absorbs the heat from the second heat exchanger 24, which provides the working fluid in the discharge circuit 14.
Alternativ zu der dargestellten Kühlungsmöglichkeit über einen Wärmetauscherkreislauf 15 sind auch alternative Ausführungsformen denkbar. Beispielsweise kann der Wärmetauscher 24 mit der Umgebung wechselwirken (beispielsweise mit Flusswas- ser) . In diesem Fall kann die Kälteenergie aus dem Kältespeicher 12 anderweitig genutzt werden, z. B. für Klimaanlagen. Es ist auch denkbar, dass das Arbeitsfluid direkt durch den Kältespeicher 12 geleitet wird. Dieser fungiert dann als Wärmetauscher, so dass das Arbeitsfluid die Wärme direkt an den Kältespeicher abgeben kann. As an alternative to the illustrated cooling possibility via a heat exchanger circuit 15, alternative embodiments are also conceivable. For example, the heat exchanger 24 may interact with the environment (for example, with river water). In this case, the cooling energy from the cold storage 12 can be used elsewhere, for. B. for air conditioning. It is also conceivable that the working fluid is passed directly through the cold storage 12. This then acts as a heat exchanger, so that the working fluid can deliver the heat directly to the cold storage.
Die Zustände des Arbeitsfluides sind im Ladekreislauf 13 und Entladekreislauf 14 jeweils in Kreisen dargestellt, wobei diese Kreise bestimmte Stellen des Ladekreislaufs 13 bzw. Entladekreislaufs 14 bezeichnen. Links oben ist jeweils der herrschende Druck im Arbeitsfluid in bar angegeben. Oben rechts ist die in Enthalpie in KJ/kg angegeben. Unten links ist der Massenfluss in kg/s angegeben und unten rechts die Temperatur in °C. Eine Ausnahme bilden die Kreise im The states of the working fluid are shown in the charging circuit 13 and discharge circuit 14 each in circles, wherein these circles denote certain locations of the charge circuit 13 and discharge circuit 14, respectively. The upper left shows the prevailing pressure in the working fluid in bar. At the top right is the enthalpy in KJ / kg. Bottom left is the mass flow in kg / s and bottom right the temperature in ° C. An exception are the circles in the
Entladekreislauf 14 jeweils vor dem zweiten Wärmetauscher 24 und nach der Speisepumpe 22. Hier ist der Dampfgehalt des Arbeitsmediums angegeben, der vor der Abkühlung im Wärmetau- scher noch 94% beträgt und anschließend im zweiten Wärmetauscher kondensiert (dieser wird auch als Kondensator bezeichnet) . Daher ist der Dampfgehalt vor der Speisepumpe gleich 0. Der Dampfgehalt wird mit x angegeben. Figur 2 stellt den an sich bekannten Rankine-Prozess im T-S- Diagramm dar. Die Bezugszeichen 1 bis 8 verweisen dabei auf charakteristische Punkte des Rankine-Prozesses und werden in den Figuren 3 bis 5 an den entsprechenden Stellen des Leitungssystems verwendet, wo die besagten Zustände herrschen. Von 8 nach 1 erfolgt die Verdichtung durch die SpeisepumpeDischarge circuit 14 in each case before the second heat exchanger 24 and after the feed pump 22. Here, the vapor content of the working medium is given shear before cooling in the heat exchanger is still 94% and then condensed in the second heat exchanger (this is also referred to as a capacitor). Therefore, the steam content before the feed pump is 0. The steam content is indicated by x. FIG. 2 shows the known Rankine process in the TS diagram. The reference symbols 1 to 8 refer to characteristic points of the Rankine process and are used in FIGS. 3 to 5 at the corresponding points of the line system where said states to rule. From 8 to 1, the compression is done by the feed pump
22. Von 1 nach 4 durchläuft das Arbeitsfluid den ersten Teilspeicher 20, wobei der Wasserdampf ein erstes Mal überhitzt wird. Nach Durchlaufen des Hochdruckteils HP wird der Punkt 5 erreicht, wobei das Durchlaufen des zweiten Teilspeichers 21 zu einer nochmaligen Überhitzung 6 des Arbeitsfluides kommt. Dieses wird im Niederdruckteil LP entspannt, womit der Punkt 7 erreicht wird. Durch Abgabe von Wärme an den zweiten Wärmetauscher 24 erreicht das Arbeitsfluid wieder Punkt 8. In Figur 3 ist der Wärmespeicher 11 als bauliche Einheit hergestellt. Ein Leitungssystem 26 des Ladekreislaufes ist als durchgehende Linie angedeutet. Die Strömungsrichtung ist durch einen Pfeil angedeutet. Der Wärmespeicher besitzt beispielsweise Sand 27 als Speichermedium. Außerdem verläuft in dem Wärmespeicher 11 ein erstes Leitungssystem 28 und ein zweites Leitungssystem 29. Auch hier ist die Durchflussrichtung, die entgegen der Durchflussrichtung des Leitungssystems 26 liegt, durch einen Pfeil dargestellt. Gemäß Figur 3 wird deutlich, dass das erste Leitungssystem in einem ersten Teilbereich 30 des Wärmespeichers 11 verläuft. Dieses Leitungssystem speist den Hochdruckteil HP der zweiten Fluidenergiemaschine . Anschließend wird das Arbeitsfluid in das zweite Leitungssystem 29 eingespeist, das in einem zweiten Teilbereich 31 des Wärmespeichers 11 liegt. Die Teilbereiche 30 und 31 grenzen an einer Grenzfläche 32 aneinander, so dass nur in diesem Bereich ein Wärmeaustausch zwischen dem ersten Teilbereich und dem zweiten Teilbereich erfolgen kann. Hierdurch entstehen im Bereich des ersten Leitungssystems 28 eine erste Wärmeeinflusszone 33 und im zweiten Teilbereich 31 eine zweite Wärmeeinflusszone 34, die allerdings durch die Grenzfläche 32 voneinander getrennt sind, wobei nur über die Grenzfläche ein gewisser Wärmeaustausch zwischen den Wärmeeinflusszonen stattfinden kann. Die Grenzfläche ist strichpunktiert angedeutet, während die Wärmeeinflusszonen gestrichelt angedeutet sind. Der Wärmespeicher 11 gemäß Figur 4 ist ähnlich aufgebaut wie derjenige gemäß Figur 3. Allerdings ist anstelle zweier Teilbereiche 30, 31 gemäß Figur 3 vorgesehen, dass der Wärmespeicher 11 aus dem ersten Teilspeicher 20 und dem zweiten Teilspeicher 21 besteht. Dies bewirkt, dass es keine Grenzfläche 32, wie in Figur 3 gezeigt, zwischen den beiden Teilspeichern gibt, sondern dass diese baulich voneinander getrennt sind. Damit sind auch die Wärmeeinflusszonen 33, 34 völlig voneinander thermisch entkoppelt. Ein weiterer Unterschied liegt darin, dass die Teilspeicher 20, 21 in dem Ladekreislauf pa- rallel geschaltet sind. Daher bestehen in diesem Fall auch für das Laden ein erstes Leitungssystem 35 und ein zweites Leitungssystem 36 in dem ersten Teilspeicher 35 und zweiten Teilspeicher 36. Diese können damit gleichzeitig beim Laden auf dasselbe Temperaturniveau gebracht werden. 22. From 1 to 4, the working fluid passes through the first reservoir 20, the water vapor being overheated a first time. After passing through the high-pressure part HP, the point 5 is reached, wherein the passage through the second partial memory 21 results in a renewed overheating 6 of the working fluid. This is relaxed in the low pressure part LP, whereby the point 7 is reached. By delivering heat to the second heat exchanger 24, the working fluid again reaches point 8. In Figure 3, the heat accumulator 11 is made as a structural unit. A line system 26 of the charging circuit is indicated as a solid line. The flow direction is indicated by an arrow. The heat storage, for example, has sand 27 as a storage medium. In addition, runs in the heat accumulator 11, a first conduit system 28 and a second conduit system 29. Again, the flow direction, which is opposite to the flow direction of the conduit system 26, shown by an arrow. According to FIG. 3, it becomes clear that the first line system runs in a first subregion 30 of the heat accumulator 11. This line system feeds the high pressure part HP of the second fluid energy machine. Subsequently, the working fluid is fed into the second conduit system 29, which is located in a second portion 31 of the heat accumulator 11. The partial regions 30 and 31 adjoin one another at an interface 32, so that heat exchange between the first partial region and the second partial region can take place only in this region. As a result, a first heat-affected zone 33 is formed in the region of the first line system 28 and a second heat-affected zone 34 in the second section 31, which, however, are separated from one another by the interface 32, whereby only a certain heat exchange can take place between the heat-affected zones via the interface. The interface is indicated by dash-dotted lines, while the heat-affected zones are indicated by dashed lines. The heat accumulator 11 according to FIG. 4 has a similar structure to that according to FIG. 3. However, instead of two subregions 30, 31 according to FIG. 3, the heat accumulator 11 consists of the first accumulator 20 and the second accumulator 21. This causes there is no interface 32, as shown in Figure 3, between the two sub-memories, but that they are structurally separated. Thus, the heat-affected zones 33, 34 are completely thermally decoupled from each other. Another difference is that the sub-memories 20, 21 are connected in parallel in the charging circuit. Therefore, in this case also for charging, a first line system 35 and a second line system 36 in the first part memory 35 and second part memory 36. These can be brought simultaneously to the same temperature level when loading.
In Figur 5 ist wieder ein Wärmespeicher 11 dargestellt, der eine bauliche Einheit ergibt. Hier ist im ersten Teilbereich 30 nur das erste Leitungssystem 28 vorhanden ( selbstverständ- lieh neben dem Leitungssystem 26 für das Laden) . Im zweiten Teilbereich 31 des Wärmespeichers 11 verläuft zusätzlich zum ersten Leitungssystem 28 auch das zweite Leitungssystem 29, wodurch beide Leitungssysteme sich ein und dieselbe Wärmeein- flusszone 36 teilen. In Figure 5, a heat storage 11 is again shown, which results in a structural unit. Here, in the first subarea 30, only the first conduit system 28 is present (of course borrowed next to the conduit system 26 for loading). In the second subregion 31 of the heat accumulator 11, in addition to the first conduit system 28, the second conduit system 29 also extends, whereby the two conduit systems share one and the same heat input zone 36.
Die Ausführungsform gemäß Figur 5 kann gemäß Figur 6 weitergebildet werden. Der Wärmetauscher 11 gemäß Figur 6 weist einen ersten Teilbereich 30, einen zweiten Teilbereich 31 und einen dritten Teilbereich 37 auf. Das erste Leitungssystem durchläuft den Wärmespeicher 11 durch alle drei Teilbereiche hindurch. Das zweite Leitungssystem durchläuft mit einem ersten Leitungsabschnitt 38 den Teilbereich 30, mit einem zweiten Leitungsabschnitt 39 den Teilbereich 31 und mit einem dritten Leitungsabschnitt 40 den dritten Teilbereich 37. Diese Leitungsabschnitte sind derart miteinander verschaltet, dass es für jeden Leitungsabschnitt Bypassleitungen 41 gibt, so dass über Ventile 42 die Leitungsabschnitte jeweils durchflössen oder umgangen werden können. So kann durch ab- schnittsweises Schalten der Leitungsabschnitte der Wärmespeicher individuell in jedem der Teilbereiche 30, 31, 37 auf das Temperaturniveau gebracht werden, welches zur Überhitzung des Arbeitsmediums vor dem Niederdruckteil LP der zweiten thermischen Fluidenergiemaschine notwendig ist. The embodiment according to FIG. 5 can be developed according to FIG. The heat exchanger 11 according to FIG. 6 has a first partial area 30, a second partial area 31 and a third partial area 37. The first conduit system passes through the heat accumulator 11 through all three subregions. The second line system passes through the partial area 30 with a first line section 38, the second area 37 with a second line section 39 and the third section 37 with a third line section 40. These line sections are interconnected in such a way that bypass lines 41 are present for each line section via valves 42, the line sections can each flow or be bypassed. Thus, by section-wise switching of the line sections, the heat accumulator can be individually brought to the temperature level in each of the sections 30, 31, 37, which is necessary for overheating of the working medium before the low-pressure section LP of the second thermal fluid energy machine.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Laden und Entladen eines Wärmespeichers (11) bei dem 1. A method for loading and unloading a heat accumulator (11) in the
• während eines Ladezyklus der Wärmespeicher (11) durch ein Arbeitsfluid aufgewärmt wird, wobei vor dem Durchlaufen des Wärmespeichers (11) durch eine als Arbeitsmaschine geschaltete ersten thermischen Fluidenergie-Maschine (18) eine Druckerhöhung im Arbeitsfluid erzeugt wird und nach dem Durchlaufen des Wärmespeichers (11) das Arbeitsfluid den wesentlichen Teil seiner Entspannung erfährt und • during a charging cycle, the heat accumulator (11) is heated by a working fluid, wherein prior to passing through the heat accumulator (11) by a working machine connected as a first thermal fluid energy machine (18) an increase in pressure in the working fluid is generated and after passing through the heat storage ( 11) the working fluid undergoes the essential part of its relaxation and
• während eines Entladezyklus der Wärmespeicher (11) durch ein Arbeitsfluid abgekühlt wird, wobei vor dem Durchlaufen des Wärmespeichers (11) eine Druckerhöhung im Arbeitsfluid erzeugt wird und nach dem Durchlaufen des Wärmespeichers (11) das Arbeitsfluid über eine als Kraftmaschine gestaltete zweite thermische Fluidenergie-Maschine (23) entspannt wird, During a discharge cycle, the heat accumulator 11 is cooled by a working fluid, wherein prior to passing through the heat accumulator 11 an increase in pressure is produced in the working fluid and after passing through the heat accumulator 11, the working fluid is passed through a second thermal fluid energy designed as an engine. Machine (23) is relaxed,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
dass der Entladezyklus als Rankine-Prozess ausgestaltet ist, bei dem that the discharge cycle is designed as a Rankine process, in which
• das Arbeitsfluid zunächst durch ein im Wärmespeicher verlaufendes erstes Leitungssystem (28) geleitet wird, The working fluid is first passed through a first line system (28) running in the heat accumulator,
• danach das Arbeitsfluid über einen Hochdruckteil HP der zweiten thermischen Fluidenergie-Maschine (23) entspannt wird, After the working fluid is released via a high-pressure part HP of the second thermal fluid energy machine (23),
• danach das Arbeitsfluid durch ein im Wärmespeicher verlaufendes zweites Leitungssystem (29) geleitet wird und • Thereafter, the working fluid is passed through a running in the heat storage second conduit system (29) and
• danach das Arbeitsfluid über einen Niederdruckteil LP der zweiten thermischen Fluidenergie-Maschine (23) entspannt wird . • Thereafter, the working fluid via a low pressure part LP of the second thermal fluid energy machine (23) is relaxed.
2. Verfahren nach Anspruch 1, 2. The method according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
dass der Ladezyklus durch einen Wärmepumpen-Prozess realisiert ist. that the charging cycle is realized by a heat pump process.
3. Verfahren nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 3. The method according to claim 2, characterized ,
dass im Ladezyklus Stickstoff oder getrocknete Luft zum Einsatz kommt. Nitrogen or dried air is used during the charging cycle.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, 4. The method according to any one of the preceding claims,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
dass im Entladezyklus Wasserdampf zum Einsatz kommt. that water vapor is used in the discharge cycle.
5. Anlage zur Speicherung und Abgabe von thermischer Energie mit einem Wärmespeicher (11) , wobei der Wärmespeicher (11) die gespeicherte Wärme von einem Ladekreislauf (13) für ein Arbeitsfluid aufnehmen und an einen Entladekreislauf (14) für ein Arbeitsfluid abgeben kann, wobei in dem Ladekreislauf (13) folgende Einheiten in der angegebenen Reihenfolge durch Leitungen miteinander verbunden sind: 5. A thermal energy storage and discharge system comprising a heat accumulator (11), wherein the accumulator (11) is adapted to receive the stored heat from a working fluid charge circuit (13) and deliver it to a working fluid discharge circuit (14) in the charging circuit (13) the following units are connected to each other in the order indicated by lines:
• eine als Arbeitsmaschine geschaltete erste thermische Fluidenergie-Maschine (18) ,  A first thermal fluid energy machine (18) connected as a working machine,
• der Wärmespeicher (11) ,  The heat store (11),
• eine Einrichtung zur Entspannung des Arbeitsfluides , insbesondere eine dritte Fluidenergiemaschine (23) und A device for the expansion of the working fluid, in particular a third fluid energy machine (23) and
• ein erster Wärmetauscher, insbesondere ein Kältespeicher (12) , A first heat exchanger, in particular a cold storage (12),
und wobei in dem Entladekreislauf (14) folgende Einheiten in der angegebenen Reihenfolge durch Leitungen miteinander ver- bunden sind: and wherein in the discharge circuit (14) the following units are connected by lines in the order indicated:
• der Wärmespeicher (11) ,  The heat store (11),
• eine als Kraftmaschine geschaltete zweite thermische  • a second thermal engine connected as a prime mover
Fluidenergie-Maschine (23),  Fluid energy machine (23),
• der erste Wärmetauscher oder ein zweiter Wärmetauscher (24) und  • the first heat exchanger or a second heat exchanger (24) and
• eine Pumpe (22)  A pump (22)
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
dass die zweite thermische Fluidenergie-Maschine (23) einen Hochdruckteil (HP) und einer Niederdruckteil (LP) aufweist und in dem Wärmespeicher (11) zwei fluidisch voneinander unabhängige Leitungssysteme, nämlich ein erstes Leitungssystem (28) und ein zweites Leitungssystem (29) vorgesehnen sind, wobei diese Einheiten in der angegebenen Reihenfolge durch Leitungen miteinander verbunden sind: in that the second thermal fluid energy machine (23) has a high-pressure part (HP) and a low-pressure part (LP) and intends in the heat accumulator (11) two fluidically independent piping systems, namely a first piping system (28) and a second piping system (29) are, wherein these units are interconnected in the order given by conduits:
• das erste Leitungssystem (28) ,  The first conduit system (28),
• der Hochdruckteil (HP) ,  The high pressure part (HP),
· das zweite Leitungssystem (29) und · The second pipe system (29) and
• der Niederdruckteil (LP) .  • the low pressure part (LP).
6. Anlage nach Anspruch 5, 6. Plant according to claim 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
dass das erste Leitungssystem (28) in einem ersten Teilspeicher (20) und das zweite Leitungssystem (29) in einem baulich vom ersten getrennten zweiten Teilspeicher (21) untergebracht ist . in that the first line system (28) is accommodated in a first partial store (20) and the second line system (29) is accommodated in a second partial store (21) structurally separate from the first line store.
7. Anlage nach Anspruch 6, 7. Plant according to claim 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
dass der erste Teilspeicher (20) und der zweite Teilspeicher (21) parallel im Ladekreislauf (13) angeordnet sind. in that the first partial accumulator (20) and the second partial accumulator (21) are arranged in parallel in the charging circuit (13).
8. Anlage nach Anspruch 5, 8. Plant according to claim 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
dass das erste Leitungssystem (28) und das zweite Leitungssystem (29) in dem Wärmespeicher (11) verlaufen, der als Baueinheit ausgebildet ist. in that the first line system (28) and the second line system (29) run in the heat accumulator (11), which is designed as a structural unit.
9. Anlage nach Anspruch 8, 9. Plant according to claim 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
dass das erste Leitungssystem (28) in einem ersten Teilbereich (30) und das zweite Leitungssystem (29) in einem räum- lieh vom ersten getrennten zweiten Teilbereich (31) untergebracht ist. in that the first line system (28) is accommodated in a first subarea (30) and the second line system (29) is accommodated in a second subarea (31) which is spatially separated from the first line.
10. Anlage nach Anspruch 8, 10. Plant according to claim 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
dass das zweite Leitungssystem (29) in einem Teilbereich des Wärmespeichers (11) gemeinsam mit dem ersten Leitungssystem untergebracht ist. the second line system (29) is accommodated in a partial region of the heat accumulator (11) together with the first line system.
11. Anlage nach Anspruch 10, 11. Plant according to claim 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
dass das zweite Leitungssystem (29) in mehreren zweiten Teilbereichen (31) des Wärmespeichers (11) gemeinsam mit dem ers- ten Leitungssystem untergebracht ist, wobei das zweite Leitungssystem (29) in jedem dieser zweiten Teilbereiche (31) über eine Bypassleitung (41) kurzgeschlossen werden kann. in that the second line system (29) is accommodated in a plurality of second subregions (31) of the heat accumulator (11) together with the first line system, the second line system (29) being arranged in each of these second subregions (31) via a bypass line (41). can be shorted.
12. Anlage nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 9 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 12. Installation according to one of claims 6, 7 or 9 to 11, d a d u c h e c e n e c e n e,
dass das Verhältnis der Wärmekapazitäten des ersten Teilbereiches (30) zum zweiten oder zu den zweiten Teilbereichen (31) oder des ersten Teilspeichers (20) zum zweiten Teilspeicher (21) an den durch den Entladeprozess bedingten Wärmebe- darf angepasst ist, derart, dass beide Teilbereiche oder Teilspeicher in der gleichen Zeitspanne entladen werden. the ratio of the heat capacities of the first partial area (30) to the second or the second partial areas (31) or the first partial memory (20) to the second partial store (21) is adapted to the heat requirement resulting from the discharge process, such that both Divisions or partial storage are unloaded in the same period of time.
PCT/EP2013/066273 2012-08-14 2013-08-02 Method for charging and discharging a heat accumulator and system for storing and releasing thermal energy suitable for said method WO2014026863A2 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015526926A JP2015531844A (en) 2012-08-14 2013-08-02 A method for storing and releasing heat from a regenerator and a facility for storing and releasing thermal energy suitable for the method
EP13747819.4A EP2885512A2 (en) 2012-08-14 2013-08-02 Method for charging and discharging a heat accumulator and system for storing and releasing thermal energy suitable for said method
US14/420,356 US20150218969A1 (en) 2012-08-14 2013-08-02 Method for charging and discharging a heat accumulator and system for storing and releasing thermal energy suitable for said method
CN201380042428.6A CN104541027A (en) 2012-08-14 2013-08-02 Method for charging and discharging a heat accumulator and system for storing and releasing thermal energy suitable for said method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12180397.7A EP2698505A1 (en) 2012-08-14 2012-08-14 Method for loading and discharging a heat exchanger and assembly for storing and discharging thermal energy suitable for this method
EP12180397.7 2012-08-14

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2014026863A2 true WO2014026863A2 (en) 2014-02-20
WO2014026863A3 WO2014026863A3 (en) 2014-06-05

Family

ID=46967930

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/066273 WO2014026863A2 (en) 2012-08-14 2013-08-02 Method for charging and discharging a heat accumulator and system for storing and releasing thermal energy suitable for said method

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20150218969A1 (en)
EP (2) EP2698505A1 (en)
JP (1) JP2015531844A (en)
CN (1) CN104541027A (en)
WO (1) WO2014026863A2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021112050A1 (en) 2021-05-07 2022-11-10 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method of operating a memory system, memory system, control program and computer-readable medium

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2927435B1 (en) * 2014-04-01 2017-06-14 General Electric Technology GmbH A system for reversibly storing electrical energy as thermal energy
CN113983844A (en) 2014-09-30 2022-01-28 西门子歌美飒可再生能源公司 Charging system and method with high-temperature heat energy exchange system
WO2016050368A1 (en) * 2014-09-30 2016-04-07 Siemens Aktiengesellschaft Power plant with steam cycle and with a high temperature thermal energy exchange system and method for manufacturing the power plant
WO2016050367A1 (en) * 2014-09-30 2016-04-07 Siemens Aktiengesellschaft Discharging system with a high temperature thermal energy exchange system and method
WO2016050365A1 (en) * 2014-09-30 2016-04-07 Siemens Aktiengesellschaft High temperature thermal energy exchange system with horizontal heat exchange chamber and method for exchanging thermal energy
WO2016050366A1 (en) * 2014-09-30 2016-04-07 Siemens Aktiengesellschaft High temperature thermal energy exchange system and method for exchanging thermal energy by using the high temperature thermal energy exchange system
DE102014017346A1 (en) * 2014-10-17 2016-04-21 Carbon-Clean Technologies Gmbh Method and storage power plant to compensate for load peaks in energy production and / or for the generation of electrical energy
GB2535181A (en) * 2015-02-11 2016-08-17 Futurebay Ltd Apparatus and method for energy storage
EP3245466B1 (en) * 2015-03-20 2019-09-25 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Method for operating a thermal energy storage plant
US10260820B2 (en) * 2016-06-07 2019-04-16 Dresser-Rand Company Pumped heat energy storage system using a conveyable solid thermal storage media
GB2552963A (en) * 2016-08-15 2018-02-21 Futurebay Ltd Thermodynamic cycle apparatus and method
WO2018178154A1 (en) * 2017-03-28 2018-10-04 Hsl Energy Holding Aps Thermal energy storage plant
JP2019078185A (en) * 2017-10-20 2019-05-23 松尾 栄人 Thermal storage type solar thermal power generation system
JP7245131B2 (en) * 2019-07-16 2023-03-23 株式会社日本クライメイトシステムズ Vehicle heat storage system
CN113417710B (en) * 2021-06-02 2022-07-22 中国科学院理化技术研究所 Liquid air energy storage device based on compact cold box
JP2023146726A (en) * 2022-03-29 2023-10-12 東芝エネルギーシステムズ株式会社 Heat storage power generation system and heat storage device
DE202023000696U1 (en) 2023-03-29 2023-05-03 Thomas Seidenschnur Multi-module high-temperature heat storage tank with serial charging and discharging

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5436508A (en) 1991-02-12 1995-07-25 Anna-Margrethe Sorensen Wind-powered energy production and storing system
WO2009044139A2 (en) 2007-10-03 2009-04-09 Isentropic Limited Energy storage

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51151493A (en) * 1975-06-19 1976-12-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Nuclear power plant superheater s team temperature control system
US4164849A (en) * 1976-09-30 1979-08-21 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method and apparatus for thermal power generation
FR2373758A1 (en) * 1976-12-13 1978-07-07 Rigollot Georges Heat recovery from waste prods., esp. water at low temp. - using several stages of compression and heat exchange to treat water from oil refinery, cement works, nuclear reactor etc.
FR2401334A1 (en) * 1977-06-17 1979-03-23 Alsthom Atlantique Power generating system using solar energy - uses heated oil to store energy which is released in absence of sunshine
JPS5599555A (en) * 1979-01-25 1980-07-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Coldness storage type cooler
JPS63255502A (en) * 1987-04-10 1988-10-21 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Electric power plant
JPH01273804A (en) * 1988-04-26 1989-11-01 Toshiba Corp Two stage reheating steam turbine plant having turbine bypass device
DE4121460A1 (en) * 1991-06-28 1993-01-14 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt HEAT STORAGE SYSTEM WITH COMBINED HEAT STORAGE
US5384489A (en) * 1994-02-07 1995-01-24 Bellac; Alphonse H. Wind-powered electricity generating system including wind energy storage
JPH0814676A (en) * 1994-06-28 1996-01-19 Daikin Ind Ltd Air conditioner
JPH08285386A (en) * 1995-04-11 1996-11-01 Kubota Corp Heat pump type latent heat accumulation device
DE10260993A1 (en) * 2002-12-24 2004-07-08 Riedel, Erik, Dr.-Ing. Current generation involves operating power station with heat storage device(s) so process heat stored during low demand periods is sufficient to supply current required during high demand periods
EP1577548A1 (en) * 2004-03-16 2005-09-21 Abb Research Ltd. Apparatus and method for storing thermal energy and generating electricity
US8739512B2 (en) * 2007-06-06 2014-06-03 Areva Solar, Inc. Combined cycle power plant
EP2275649B1 (en) * 2009-06-18 2012-09-05 ABB Research Ltd. Thermoelectric energy storage system with an intermediate storage tank and method for storing thermoelectric energy
CN102985782B (en) * 2010-07-12 2015-02-25 西门子公司 Thermal energy storage and recovery with a heat exchanger arrangement having an extended thermal interaction region
US8991183B2 (en) * 2010-07-12 2015-03-31 Siemens Aktiengesellschaft Thermal energy storage and recovery device and system having a heat exchanger arrangement using a compressed gas
EP2561299B1 (en) * 2010-07-12 2017-05-31 Siemens Aktiengesellschaft Storage and recovery of thermal energy based on counter current principle of heat transfer medium transportation

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5436508A (en) 1991-02-12 1995-07-25 Anna-Margrethe Sorensen Wind-powered energy production and storing system
WO2009044139A2 (en) 2007-10-03 2009-04-09 Isentropic Limited Energy storage

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021112050A1 (en) 2021-05-07 2022-11-10 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method of operating a memory system, memory system, control program and computer-readable medium

Also Published As

Publication number Publication date
EP2885512A2 (en) 2015-06-24
JP2015531844A (en) 2015-11-05
WO2014026863A3 (en) 2014-06-05
US20150218969A1 (en) 2015-08-06
CN104541027A (en) 2015-04-22
EP2698505A1 (en) 2014-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014026863A2 (en) Method for charging and discharging a heat accumulator and system for storing and releasing thermal energy suitable for said method
EP2748434B1 (en) Assembly for storing thermal energy
EP2823156B1 (en) System for storing and outputting thermal energy
EP2574739A1 (en) Assembly for storing thermal energy and method for its operation
EP2808500A1 (en) Heat pump cycle with a first thermal fluid energy machine and a second thermal fluid energy machine
DE102007021063A1 (en) Hydraulic-pneumatic drive
WO2012040864A1 (en) Heat pump
WO2016131920A1 (en) Steam power plant and method for operating same
EP2825737A1 (en) System for storing and outputting thermal energy having a heat accumulator and a cold accumulator and method for the operation thereof
WO2005121551A1 (en) Heat engine
EP3230571A1 (en) Device and method for temporarily storing gas and heat
EP2574738A1 (en) Assembly for storing thermal energy
DE102004041108B3 (en) Organic Rankine Cycle performing device e.g. for transformation of energy, has compressor for condensator and internal heat-transfer agent for heat transfer between steam and condensation
WO2015086588A1 (en) Steam accumulator comprising a latent heat accumulator and a steam thermocompressor
DE102012110579B4 (en) Plant and process for generating process steam
DE102005049215A1 (en) Method and device for obtaining mechanical or electrical energy from heat
DE102012217142A1 (en) A method for loading and unloading a storage medium in a heat storage and installation for carrying out this method
EP3559564B1 (en) Method and apparatus for generating process cold and process steam
WO2018029371A1 (en) Heat exchanger for use in a heating part of a liquid-air energy storage power plant, heating part, and method for operating such a heat exchanger in such a heating part
DE102011052776A1 (en) Process for heating heat transfer media and supercritical heat pump
EP4251859A1 (en) System and method for storing and releasing electrical energy, the energy being stored as thermal energy
DE102017223705A1 (en) power plant
DE102019219066A1 (en) Cooling system
EP2808502A1 (en) Installation for the storage of energy in a liquefied process gas

Legal Events

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

Ref document number: 13747819

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2013747819

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14420356

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2015526926

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE