DE102024200585A1 - Storage system with multiple circulation - Google Patents
Storage system with multiple circulationInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Speicheranlage zum Speichern thermischer Energie mit einem Ladekreislauf, welcher in unmittelbarer oder mittelbarer Abfolge einen Verdampfer und einen Verdichter und einen mit einem Wärmespeicher gekoppelten Lade-Wärmetauscher und eine Drossel umfasst. Zur Effizienzsteigerung ist zunächst vorgesehen, dass die Verdichtung und Wärmeübertragung mehrstufig erfolgt. D.h. es ist mehrfach eine Anordnung aus Verdichter und Lade-Wärmetauscher mit nachfolgendem Leitungsabschnitt vorhanden. Erfindungsgemäß wird der Ladekreislauf zur weiteren Effizienzsteigerung in mehreren Stufen mit einer Verbindung zwischen einem jeweiligen Separator und dem zugehörigen Leitungsabschnitt versehen, wobei der Separator zwischen einer Drossel der nachfolgenden Stufe und einer zur Stufe zugehörigen Drossel angeordnet ist. The invention relates to a storage system for storing thermal energy with a charging circuit which comprises, in direct or indirect sequence, an evaporator and a compressor and a charging heat exchanger coupled to a heat accumulator and a throttle. To increase efficiency, it is initially provided that the compression and heat transfer take place in several stages. This means that there is a multiple arrangement of compressor and charging heat exchanger with a downstream line section. According to the invention, to further increase efficiency, the charging circuit is provided in several stages with a connection between a respective separator and the associated line section, wherein the separator is arranged between a throttle of the downstream stage and a throttle associated with the stage.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL FIELD
Die Erfindung betrifft eine Speicheranlage zur Speicherung thermischer Energie, wobei über einen Ladekreislauf Wärmeenergie in einem Wärmespeicher gespeichert wird. Eine hohe Effizienz wird durch eine mehrfache Zirkulation erzielt.The invention relates to a storage system for storing thermal energy, wherein thermal energy is stored in a heat storage unit via a charging circuit. High efficiency is achieved through multiple circulation.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Insbesondere wenn regenerativ gewonnene Energie zur Verfügung steht, steht Energie in Zeiträumen zur Verfügung, ohne dass dem ein Bedarf gegenübersteht. Demgegenüber sind Zeiträume zu überbrücken, in denen eine gegenüber dem Bedarf unzureichende Bereitstellung regenerativ gewonnener Energie erfolgt. Zum Ausgleich der Gewinnung von Energie und des Bedarfs an Energie werden verschiedenartige Speichertechnologien eingesetzt.Especially when renewable energy is available, energy is available during periods when there is no demand for it. In contrast, periods in which the supply of renewable energy is insufficient to meet demand must be bridged. Various storage technologies are used to balance energy generation and demand.
Eine bekannte Möglichkeit ist die Speicherung überschüssiger Wärme und überschüssigen Stroms in Form von Wärmeenergie in Wärmespeichern. Diese Wärmeenergie kann in einem zeitlich versetzten Zeitraum wieder zurückgewonnen werden.One well-known option is to store excess heat and electricity as thermal energy in heat storage systems. This thermal energy can then be recovered at a later time.
In einer bekannten Ausführung wird ein Ladekreislauf mit einem Verdampfer, einem Verdichter, dem Wärmespeicher und einer Drossel gebildet. Dabei wird vorteilhaft dem Verdampfer Abwärme aus anderen Prozessen oder regenerativ gewonnene Energie zugeführt. Der Verdichter wird gleichfalls vorteilhaft unter Verwendung regenerativ gewonnener Energie angetrieben.In one known design, a charging circuit is formed with an evaporator, a compressor, the heat accumulator, and a throttle. In this case, waste heat from other processes or energy generated from renewable sources is advantageously fed to the evaporator. The compressor is also advantageously driven using energy generated from renewable sources.
Wird zu einem anderen Zeitraum zusätzliche Energie benötigt, so kann die Energie aus dem Wärmespeicher zurückgewonnen werden, indem mit dessen Hilfe Wasser verdampft und überhitzt wird, so dass der Dampf in einer Dampfturbine beispielsweise zum Antreiben eines Generators verwendet werden kann.If additional energy is required at a different time, the energy can be recovered from the heat storage by using it to evaporate and superheat water so that the steam can be used in a steam turbine, for example to drive a generator.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Optimierung der Speicherung und Rückgewinnung der Energie.The object of the present invention is to optimize the storage and recovery of energy.
Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved by an embodiment of the invention according to the teaching of claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the subclaims.
Verwendet wird zunächst eine Speicheranlage zum Speichern thermischer Energie mit einem Ladekreislauf, welcher in unmittelbarer oder mittelbarer Abfolge einen Verdampfer und einen Verdichter und einen mit einem Wärmespeicher gekoppelten Lade-Wärmetauscher und eine Drossel umfasst.First, a storage system is used to store thermal energy with a charging circuit, which comprises, in direct or indirect sequence, an evaporator and a compressor and a charging heat exchanger coupled to a heat storage unit and a throttle.
Zur Effizienzsteigerung ist zunächst vorgesehen, dass die Verdichtung und Wärmeübertragung mehrstufig erfolgt. D.h. es ist mehrfach eine Anordnung aus Verdichter und Lade-Wärmetauscher mit nachfolgendem Leitungsabschnitt vorhanden.To increase efficiency, compression and heat transfer are initially planned to occur in multiple stages. This means that there will be multiple arrangements of compressors and charge heat exchangers with subsequent pipe sections.
Erfindungsgemäß wird der Ladekreislauf zur weiteren Effizienzsteigerung in mehreren Stufen mit einer Verbindung zwischen einem jeweiligen Separator und dem zugehörigen Leitungsabschnitt versehen, wobei der Separator zwischen einer Drossel der nachfolgenden Stufe und einer zur Stufe zugehörigen Drossel angeordnet ist.According to the invention, in order to further increase efficiency, the charging circuit is provided in several stages with a connection between a respective separator and the associated line section, wherein the separator is arranged between a throttle of the subsequent stage and a throttle associated with the stage.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION
Eine gattungsgemäße Speicheranlage dient zum Speichern thermischer Energie. Diese umfasst hierbei einen mehrstufigen Ladekreislauf und vorteilhaft einen mehrstufigen Entladekreislauf.A storage system of this type is used to store thermal energy. It comprises a multi-stage charging circuit and, advantageously, a multi-stage discharging circuit.
Der Ladekreislauf umfasst dabei in unmittelbarer oder mittelbarer Abfolge einen Verdampfer, Verdichter, Lade-Wärmetauscher und Drossel. Der Lade-Wärmetauscher ist hierbei mit einem Wärmespeicher zur Speicherung von Wärmeenergie gekoppelt.The charging circuit comprises, in direct or indirect sequence, an evaporator, compressor, charging heat exchanger, and throttle. The charging heat exchanger is coupled to a heat accumulator for storing thermal energy.
Zur Effizienzsteigerung ist zunächst vorgesehen, dass die Verdichtung und Wärmeübertragung mehrstufig erfolgt. Daher folgen nach dem Verdampfer ein erster Verdichter und ein erster Lade-Wärmetauscher und ein erster Leitungsabschnitt, ein zweiter Verdichter und ein zweiter Lade-Wärmetauscher und ein zweiter Leitungsabschnitt, ein letzter Verdichter und ein letzter Lade-Wärmetauscher. Im Anschluss an den letzten Lade-Wärmetauscher schließt sich unmittelbarer oder mittelbarer Abfolge die letzte Drossel an.To increase efficiency, compression and heat transfer are initially planned to occur in multiple stages. Therefore, the evaporator is followed by a first compressor and a first charge heat exchanger and a first line section, a second compressor and a second charge heat exchanger and a second line section, and a final compressor and a final charge heat exchanger. The final charge heat exchanger is directly or indirectly connected to the final throttle.
Dabei sind alle Lade-Wärmetauscher unmittelbar oder mittelbar mit dem Wärmespeicher gekoppelt, so dass eine Wärmeübertragung aus dem aufgeheizten Dampf in das Speichermedium erfolgen kann.All charging heat exchangers are directly or indirectly coupled to the heat storage tank so that heat can be transferred from the heated steam into the storage medium.
Erfindungsgemäß wird der Ladekreislauf zur weiteren Effizienzsteigerung in unmittelbarer oder mittelbarer Abfolge zwischen der letzten Drossel und dem Verdampfer ein zweiter Separator und eine zweite Drossel und ein erster Separator und eine erste Drossel ergänzt. Dabei ist vorgesehen, dass der erste Separator mit dem ersten Leitungsabschnitt und der zweite Separator mit dem zweiten Leitungsabschnitt verbunden sind.According to the invention, to further increase efficiency, the charging circuit is supplemented by a second separator and a second throttle, and a first separator and a first throttle, in direct or indirect sequence between the last throttle and the evaporator. It is provided that the first separator is connected to the first line section, and the second separator is connected to the second line section.
Der Ladekreislauf wird im Ladezustand der Speicheranlage betrieben. Dabei wird zunächst Wasser im Verdampfer verdampft und der Dampf nachfolgend vom ersten Verdichter verdichtet. Die im Dampf enthaltene Wärmeenergie wird anteilig über den ersten Lade-Wärmetauscher in den Wärmespeicher übertragen. Nun wird Dampf vom ersten Separator kommend beigemischt.The charging circuit operates in the charging state of the storage system. Water is first evaporated in the evaporator, and the steam is then compressed by the first compressor. The thermal energy contained in the steam is transferred proportionally to the heat storage system via the first charging heat exchanger. Steam from the first separator is then added.
In einer nachfolgenden Stufe wiederholt sich der Vorgang, bei dem der Dampf vom zweiten Verdichter verdichtet und die im Dampf enthaltene Wärmeenergie anteilig über den zweiten Lade-Wärmetauscher in den Wärmespeicher (02) übertragen wird. Wiederum wird Dampf vom zweiten Separator kommend beigemischt.In a subsequent stage, the process is repeated, with the steam being compressed by the second compressor and the thermal energy contained in the steam being transferred proportionally via the second charging heat exchanger to the heat storage tank (02). Steam from the second separator is again added.
In der letzten Stufe wird nochmals der Dampf vom letzten Verdichter verdichtet und die im Dampf enthaltene Wärmeenergie anteilig über den letzten Lade-Wärmetauscher in den Wärmespeicher übertragen. Der abgekühlte Dampf wird vom letzten Lade-Wärmetauscher kommend durch die letzte Drossel geführt.In the final stage, the steam from the last compressor is compressed again, and the thermal energy contained in the steam is transferred proportionally to the heat storage tank via the last charging heat exchanger. The cooled steam from the last charging heat exchanger is passed through the last throttle.
Zur besseren Ausnutzung der noch im Dampf enthaltenen Wärme wird Dampf vom zweiten Separator anteilig abgetrennt, welcher zum zweiten Leitungsabschnitt geleitet wird. Das verbleibende Wasser und gegebenenfalls ein nicht abgetrennter Teil des Dampfes werden durch die zweite Drossel geführt.To better utilize the remaining heat contained in the steam, a portion of the steam is separated by the second separator and directed to the second line section. The remaining water and, if applicable, any remaining steam are directed through the second throttle.
Der Vorgang wiederholt sich in der nächsten Stufe, wobei im ersten Separator nochmals Dampf anteilig abgetrennt wird, welcher analog zum ersten Leitungsabschnitt geleitet wird. Abschließend wird der nicht abgetrennte Teil durch die erste Drossel geführt.The process is repeated in the next stage, with steam being separated again in the first separator, which is then routed in the same way as the first section of the line. Finally, the remaining portion is passed through the first throttle.
Durch die mehrstufige Wärmeübertragung und durch die mehrstufige Rückführung von anteiligem Dampf kann die im Kreislauf vorhandene Wärmeenergie optimal zur Wärmeübertragung in den Wärmespeicher genutzt werden. Somit wird eine besonders hohe Effizienz erreicht.Through multi-stage heat transfer and the multi-stage return of a portion of the steam, the thermal energy present in the circuit can be optimally utilized for heat transfer to the heat storage system. This achieves particularly high efficiency.
Hierbei kann der Wirkungsgrad hinsichtlich der speicherbaren Wärmeenergie weiter gesteigert werden, wenn die Ausführung um eine oder mehrere weitere Stufen ergänzt wird. Zu berücksichtigen ist dabei der erhöhte Installationsaufwand.The efficiency of storable thermal energy can be further increased by adding one or more additional stages. The increased installation effort must be taken into account.
Zumindest ist es insofern vorteilhaft, wenn der Ladekreislauf in unmittelbarer oder mittelbarer Abfolge zwischen dem zweiten Leitungsabschnitt und dem letzten Verdichter weiterhin um einen dritten Verdichter und einen dritten Lade-Wärmetauscher und einen dritten Leitungsabschnitt ergänzt wird. Naheliegend ist auch der dritte Lade-Wärmetauscher mit dem Wärmespeicher zu koppeln.At least in this respect, it is advantageous if the charging circuit is further supplemented by a third compressor, a third charging heat exchanger, and a third line section, either directly or indirectly, between the second line section and the last compressor. It would also be obvious to couple the third charging heat exchanger to the heat storage unit.
Sofern eine dritte Stufe vorhanden ist, ist es nahliegend auch vorteilhaft, im Ladekreislauf weiterhin in unmittelbarer oder mittelbarer Abfolge zwischen der letzten Drossel und dem zweiten Separator einen dritten Separator und eine dritte Drossel anzuordnen, wobei der dritte Separator mit dem dritten Leitungsabschnitt verbunden ist.If a third stage is present, it is obviously also advantageous to arrange a third separator and a third throttle in the charging circuit in direct or indirect sequence between the last throttle and the second separator, the third separator being connected to the third line section.
Um eine höhere Flexibilität in der Verfahrensführung zu ermöglichen, und insbesondere beim Anfahren des Ladekreislaufes unterschiedliche Drücke und Temperaturen besser berücksichtigen zu können, ist es vorteilhaft, wenn eine Verbindung vom zweiten Separator zum ersten Leitungsabschnitt vorhanden ist.In order to enable greater flexibility in the process control and, in particular, to be able to better take into account different pressures and temperatures when starting up the charging circuit, it is advantageous if there is a connection from the second separator to the first line section.
Diesbezüglich ist es unerheblich, ob die Verbindungen unmittelbar vom zweiten Separator getrennt zum ersten Leitungsabschnitt und zum zweiten Leitungsabschnitt verlaufen oder ob zunächst ein gemeinsamer über einen Abzweig aufgeteilt wird in eine Zuführung in den ersten Leitungsabschnitt und den zweiten Leitungsabschnitt. Ebenso ist es unerheblich, ob die Verbindung vom ersten Separator und vom zweiten Separator getrennt an den ersten Leitungsabschnitt angeschlossen sind oder die Verbindungen vom ersten Separator und vom zweiten Separator zusammengeführt und dann gemeinsam an den ersten Leitungsabschnitt angeschlossen werden.In this regard, it is irrelevant whether the connections run directly from the second separator to the first line section and the second line section, or whether a common line is first divided via a branch into a feeder to the first line section and the second line section. It is also irrelevant whether the connection from the first separator and the second separator are connected separately to the first line section, or whether the connections from the first separator and the second separator are combined and then connected together to the first line section.
Sofern ein dritter Separator vorhanden ist, so gilt zuvor beschriebenes gleichfalls für eine vorteilhafte Verbindung vom dritten Separator zum zweiten Leitungsabschnitt.If a third separator is present, the above description also applies to an advantageous connection from the third separator to the second line section.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der jeweilige Separator dazu ausgebildet ist, den Dampf anteilig abzutrennen, so dass im abgetrennten Teil ausschließlich Dampf abgeführt wird. Weiterhin bewirkt der Separator bevorzugt die Trennung dahingehend, dass im nicht abgetrennten Teil ausschließlich Wasser verbleibt.It is particularly advantageous if the respective separator is designed to separate the steam partially, so that only steam is discharged in the separated portion. Furthermore, the separator preferably effects the separation in such a way that only water remains in the non-separated portion.
Besonders bevorzugt sind in den Verbindungen von den jeweiligen Separatoren zu den entsprechenden Leitungsabschnitten Ventile zur Steuerung angeordnet.Particularly preferably, control valves are arranged in the connections from the respective separators to the corresponding line sections.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Speicheranlage um einen mehrstufigen Entladekreislauf erweitert wird.It is particularly advantageous if the storage system is expanded to include a multi-stage discharge circuit.
Der Entladekreislauf umfasst dabei in unmittelbarer oder mittelbarer Abfolge eine Pumpe, einen Entlade-Wärmetauscher, eine Dampfturbine und einen Kondensator. Der Entlade-Wärmetauscher ist hierbei mit dem Wärmespeicher zur Rückgewinnung von Wärmeenergie gekoppelt.The discharge circuit comprises, in direct or indirect sequence, a pump, a discharge heat exchanger, a steam turbine, and a condenser. The discharge heat exchanger is coupled with the heat storage to recover heat energy.
Zur Effizienzsteigerung ist zunächst vorgesehen, dass die Wärmeübertragung und Entspannung mehrstufig erfolgt. Daher folgt mittelbar der Pumpe ein letzter Entlade-Wärmetauscher und eine letzte Dampfturbine und ein zweiter Verbindungsabschnitt und ein zweiter Entlade-Wärmetauscher und eine zweite Dampfturbine und ein erster Verbindungsabschnitt und ein erster Entlade-Wärmetauscher und eine erste Dampfturbine. Im Anschluss an die erste Dampfturbine schließt sich unmittelbarer oder mittelbarer der Kondensator an.To increase efficiency, heat transfer and expansion are initially planned to occur in multiple stages. Therefore, the pump is indirectly followed by a final discharge heat exchanger, a final steam turbine, a second connecting section, a second discharge heat exchanger, a second steam turbine, a first connecting section, a first discharge heat exchanger, and a first steam turbine. The condenser is directly or indirectly connected to the first steam turbine.
Dabei sind alle Entlade-Wärmetauscher unmittelbar oder mittelbar mit dem Wärmespeicher gekoppelt, so dass eine Wärmeübertragung aus dem aufgeheizten Wärmespeicher auf den Dampf erfolgen kann.All discharge heat exchangers are directly or indirectly coupled to the heat storage tank so that heat can be transferred from the heated heat storage tank to the steam.
Besonders bevorzugt wird im Entladekreislauf zur weiteren Effizienzsteigerung im ersten Verbindungsabschnitt ein erster Abtrenner und im zweiten Verbindungsabschnitt ein zweiter Abtrenner eingefügt. Weiterhin wird in unmittelbarer oder mittelbarer Abfolge zwischen der Pumpe und dem letzten Entlade-Wärmetauscher ein erster Vorlauf-Wärmetauscher und ein zweiter Vorlauf-Wärmetauscher eingesetzt.To further increase efficiency, it is particularly preferred to insert a first separator in the first connecting section and a second separator in the second connecting section in the discharge circuit. Furthermore, a first flow heat exchanger and a second flow heat exchanger are installed in direct or indirect sequence between the pump and the last discharge heat exchanger.
Hierbei ist vorgesehen, dass der erste Abtrenner mit dem ersten Vorlauf-Wärmetauscher und der zweite Abtrenner mit dem zweiten Vorlauf-Wärmetauscher verbunden werden. Im jeweiligen Abtrenner wird der Volumenstroms kommend von der Dampfturbine aufgeteilt, wobei ein Anteil zum zugehörigen Vorlauf-Wärmetauscher und der andere Anteil zum nachfolgenden Entlade-Wärmetauscher geführt wird.The first separator is connected to the first flow heat exchanger, and the second separator is connected to the second flow heat exchanger. In each separator, the volume flow coming from the steam turbine is divided, with one portion being directed to the corresponding flow heat exchanger and the other portion to the downstream discharge heat exchanger.
Der Entladekreislauf wird im Entladezustand der Speicheranlage betrieben. Dabei wird zunächst Wasser von der Pumpe zum ersten Vorlauf-Wärmetauscher gefördert, dieser wird unter Verwendung von Wärmeenergie aus dem Dampf kommend vom ersten Abtrenner aufgeheizt. Dieses wiederholt sich im zweiten Vorlauf-Wärmetauscher. Hierbei erfolgt eine Aufheizung und/oder Verdampfung des Wassers.The discharge circuit operates when the storage system is in the discharge state. Water is first pumped from the pump to the first flow heat exchanger, which is heated using thermal energy from the steam coming from the first separator. This process is repeated in the second flow heat exchanger. This process heats and/or evaporates the water.
Im Anschluss an die Vorlauf-Wärmetauscher wird das Wasser-DampfGemisch im letzten Entlade-Wärmetauscher verdampft (sofern nicht bereits durch die Vorlaufwärmetauscher vollständig verdampft) und aufgeheizt, indem Wärmeenergie aus dem Wärmespeicher übertragen wird. Der aufgeheizte Dampf treibt im Folgenden die letzte Dampfturbine an.Following the flow heat exchangers, the water-steam mixture is evaporated in the final discharge heat exchanger (if not already completely evaporated by the flow heat exchangers) and heated by transferring thermal energy from the heat storage tank. The heated steam then drives the final steam turbine.
Zur Erhöhung des Wirkungsgrades befindet sich im unmittelbar oder mittelbar folgenden zweiten Verbindungsabschnitt der zweite Abtrenner, mittels dem eine Aufteilung des Volumenstroms erfolgt. Dabei wird ein Anteil abgetrennt und zum zweiten Vorlauf-Wärmetauscher geführt.To increase efficiency, the second separator is located in the directly or indirectly following second connecting section, which divides the volume flow. A portion is separated and directed to the second flow heat exchanger.
Der nicht abgetrennte Anteil wird zum zweiten Entlade-Wärmetauscher geführt und dort erneut mit Hilfe der Wärme aus dem Wärmespeicher aufgeheizt. Der aufgeheizte Dampf treibt im Folgenden die zweite Dampfturbine an.The unseparated portion is fed to the second discharge heat exchanger, where it is reheated using heat from the heat storage tank. The heated steam then drives the second steam turbine.
In der nächsten Stufe wiederholt sich der Vorgang. Zunächst erfolgt im ersten Abtrenner eine Aufteilung des Volumenstroms mit einer Abführung eines Teils zum ersten Vorlauf-Wärmetauscher und der Weiterleitung des anderen Teils zum ersten Entlade-Wärmetauscher. Dort wird der Dampf erneut aufgeheizt, so dass die erste Dampfturbine betrieben werden kann.The process is repeated in the next stage. First, the volume flow is divided in the first separator, with one portion being discharged to the first supply heat exchanger and the other portion being forwarded to the first discharge heat exchanger. There, the steam is reheated so that the first steam turbine can be operated.
Abschließend erfolgt eine Rückkühlung im Kondensator, bevor das Wasser von der Pumpe wieder in den Entladekreislauf gefördert wird.Finally, the water is cooled down in the condenser before the pump pumps it back into the discharge circuit.
Durch die mehrstufige Wärmeübertragung und durch die mehrstufige Umsetzung der Wärmeenergie in Rotationsenergie durch die Dampfturbinen kann die im Wärmespeicher gespeicherte Wärmeenergie optimal genutzt werden. Somit wird eine besonders hohe Effizienz erreicht.Through multi-stage heat transfer and the multi-stage conversion of thermal energy into rotational energy by the steam turbines, the thermal energy stored in the heat storage system can be optimally utilized. This achieves particularly high efficiency.
Hierbei kann der Wirkungsgrad hinsichtlich der umsetzbaren Wärmeenergie weiter gesteigert werden, wenn die Ausführung um eine oder mehrere weitere Stufen ergänzt wird. Zu berücksichtigen ist dabei der erhöhte Installationsaufwand.The efficiency in terms of usable heat energy can be further increased by adding one or more additional stages. The increased installation effort must be taken into account.
Zumindest ist es insofern vorteilhaft, wenn der Entladekreislauf in unmittelbarer oder mittelbarer Abfolge zwischen der letzten Dampfturbine und dem zweiten Verbindungsabschnitt ein dritter Verbindungsabschnitt und ein dritter Entlade-Wärmetauscher und eine dritte Dampfturbine umfasst. Dabei ist analog der dritte Entlade-Wärmetauscher mit dem Wärmespeicher zu koppeln.At least in this respect, it is advantageous if the discharge circuit comprises, in direct or indirect succession between the last steam turbine and the second connecting section, a third connecting section, a third discharge heat exchanger, and a third steam turbine. Analogously, the third discharge heat exchanger is to be coupled to the heat storage unit.
Sofern eine dritte Stufe vorhanden ist, ist es nahliegend auch vorteilhaft, im Ladekreislauf weiterhin einen dritten Abtrenner im dritten Verbindungsabschnitt und einen dritten Vorlauf-Wärmetauscher nachfolgend dem zweiten Vorlauf-Wärmetauscher anzuordnen, wobei der dritte Abtrenner analog mit dem dritten Vorlauf-Wärmetauscher verbunden ist.If a third stage is present, it is obviously also advantageous to arrange a third separator in the third connecting section and a third flow heat exchanger downstream of the second flow heat exchanger in the charging circuit, wherein the third separator is connected analogously to the third flow heat exchanger.
Grundsätzlich ist es gleichfalls möglich, den Ladekreislauf und/oder den Entladekreislauf mit einem anderen Medium als Wasser/Dampf zu betreiben. Beispielsweise kann - wenngleich mit höherem Aufwand - eine höhere Effizienz mit CO2 als Medium erreicht werden.In principle, it is also possible to operate the charging circuit and/or the discharging circuit with a medium other than water/steam. For example, although with a higher Effort - higher efficiency can be achieved using CO2 as a medium.
Auch andere Medien, welche insbesondere einen Phasenwechsel zwischen gasförmig und flüssig im technisch sinnvollen Bereich aufweisen sind, verwendbar. Entsprechend gilt ausdrücklich die Verwendung alternativer Medien anstellen von Wasser/Dampf im Ladekreislauf und/oder im Entladekreislauf als von der Erfindung umfasst.Other media, particularly those exhibiting a phase change between gaseous and liquid within a technically feasible range, can also be used. Accordingly, the use of alternative media instead of water/steam in the charging circuit and/or the discharging circuit is expressly considered to be encompassed by the invention.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
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1 skizziert schematisch eine beispielhafte Speichervorrichtung mit Ladekreislauf.1 schematically outlines an exemplary storage device with charging circuit. -
2 skizziert schematisch eine beispielhafte Speichervorrichtung mit Entladekreislauf.2 schematically outlines an exemplary storage device with discharge circuit.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
In der
Der Ladekreislauf 11 umfasst einen ersten Verdichter 13.1 mittels dem der Dampf im Ladekreislauf 11 verdichtet und somit erhitzt wird.The charging circuit 11 comprises a first compressor 13.1 by means of which the steam in the charging circuit 11 is compressed and thus heated.
An den ersten Verdichter 13.1 schließt sich ein erster Wärmetauscher 12.1 an, welcher 12.1 mit dem Wärmespeicher 02 gekoppelt ist. Diesbezüglich ist es zunächst unerheblich, ob sich der erste Wärmetauscher 12.1 unmittelbar an oder im Wärmespeicher 02 befindet. Ebenso kann dieser getrennt angeordnet und beispielsweise ein Durchfluss eines Speichermediums aus dem Wärmespeicher 02 durch den ersten Wärmetauscher 12.1 zurück in den Wärmespeicher 02 vorgesehen sein.The first compressor 13.1 is followed by a first heat exchanger 12.1, which is coupled to the heat storage unit 02. In this regard, it is initially irrelevant whether the first heat exchanger 12.1 is located directly adjacent to or within the heat storage unit 02. It can also be arranged separately, and, for example, a flow of a storage medium from the heat storage unit 02 through the first heat exchanger 12.1 back into the heat storage unit 02 can be provided.
Im Betrieb des Ladekreislaufes 11 erfolgt eine Abgabe von Wärmeenergie über den ersten Wärmetauscher 12.1 zur Aufheizung des Wärmespeichers 02.During operation of the charging circuit 11, heat energy is released via the first heat exchanger 12.1 to heat the heat storage tank 02.
Der erste Wärmetauscher 12.1 ist über einen ersten Verbindungsabschnitt mit einem zweiten Verdichter 13.2 verbunden, an dem sich ein zweiter Wärmetauscher 12.2 anschließt. Hier gilt gleiches wie beim ersten Verdichter 13.1 und dem ersten Wärmetauscher 12.1.The first heat exchanger 12.1 is connected via a first connecting section to a second compressor 13.2, which is followed by a second heat exchanger 12.2. The same applies here as for the first compressor 13.1 and the first heat exchanger 12.1.
Weiterhin ist in diesem Ausführungsbeispiel ein dritter Verdichter 13.3 und ein dritter Wärmetauscher 12.3 im Anschluss an den zweiten Verbindungsabschnitt 16.2 skizziert.Furthermore, in this embodiment, a third compressor 13.3 and a third heat exchanger 12.3 are sketched following the second connecting section 16.2.
Dem dritten Verbindungsabschnitt folgt in diesem Ausführungsbeispiel ein letzter Verdichter 13.n und ein letzter Wärmetauscher 12.n, welcher 12.n gleichfalls Wärmeenergie zum Wärmespeicher 02 überträgt.In this embodiment, the third connecting section is followed by a final compressor 13.n and a final heat exchanger 12.n, which 12.n also transfers heat energy to the heat storage unit 02.
Nachfolgend im Ladekreislauf 11 weist die Ausführung eine letzte Drossel 15.n und einen Verdampfer 14 auf. In vorteilhafter Weise wird dem Verdampfer 14 regenerative Wärmeenergie zugeführt.Subsequently, in the charging circuit 11, the design has a final throttle 15.n and an evaporator 14. Advantageously, regenerative heat energy is supplied to the evaporator 14.
Zur Steigerung der Effizienz werden weitere Verbindungen eingesetzt. Hierzu befinden sich zwischen der letzten Drossel 15.n und dem Verdampfer 14 weiterhin ein dritter Separator 17.3, eine dritte Drossel 15.3, ein zweiter Separator 17.2, eine zweite Drossel 15.2 und ein erster Separator 17.1 sowie eine erste Drossel 15.1.To increase efficiency, additional connections are used. Between the last throttle 15.n and the evaporator 14, there are a third separator 17.3, a third throttle 15.3, a second separator 17.2, a second throttle 15.2, a first separator 17.1, and a first throttle 15.1.
In den jeweiligen Separatoren 17.1, 17.2 und 17.3 wird jeweils zumindest anteilig Dampf aus dem Volumenstrom abgetrennt. Bevorzugt erfolgt eine Trennung in Dampf, welcher abgeführt wird, und Wasser, welches weitergeleitet wird.In the respective separators 17.1, 17.2, and 17.3, at least a portion of steam is separated from the volume flow. Preferably, the steam is separated, which is discharged, and water, which is passed on.
Dazu ist jeder Separator 17.1, 17.2, 17.3 und 17.4 mit einem zugehörigen Verbindungsabschnitt 16.1, 16.2, und 16.3 verbunden.For this purpose, each separator 17.1, 17.2, 17.3 and 17.4 is connected to an associated connecting section 16.1, 16.2 and 16.3.
In der
Der Entladekreislauf 21 umfasst eine Pumpe 25, mittels dem Wasser zu einem ersten Vorlauf-Wärmetauscher 28.1 und einem zweiten Vorlauf-Wärmetauscher 28.2 und einem dritten Vorlauf-Wärmetauscher 28.3 gefördert wird. Nachfolgend durchströmt das Wasser den letzten Entlade-Wärmetauscher 22.n, in dem das Wasser vollständig verdampft und erhitzt wird.The discharge circuit 21 comprises a pump 25, by means of which water is pumped to a first flow heat exchanger 28.1, a second flow heat exchanger 28.2, and a third flow heat exchanger 28.3. The water then flows through the final discharge heat exchanger 22.n, where the water is completely evaporated and heated.
Der erhitzte Dampf wird durch eine letzte Dampfturbine 23.n geleitet, um nachfolgend durch einen dritten Verbindungsabschnitt 26.3 zu einem dritten Entlade-Wärmetauscher 22.3 geleitet zu werden. Dabei befindet sich im dritten Verbindungsabschnitt 26.3 ein dritter Abtrenner 27.3, welcher 27.3 einen Teil des Massenstroms abtrennt. Der abgetrennte Teil wird zum dritten Vorlauf-Wärmetauscher 28.3 geleitet.The heated steam is passed through a final steam turbine 23.n, then through a third connecting section 26.3 to a third discharge heat exchanger 22.3. A third separator 27.3 is located in the third connecting section 26.3, which separates a portion of the mass flow. The separated portion is passed to the third feed heat exchanger 28.3.
Der Vorgang wiederholt sich mit dem dritten Entlade-Wärmetauscher 22.3 und der nachfolgenden dritten Dampfturbine 23.3. Im sich anschließenden zweiten Verbindungsabschnitt 26.2 befindet sich ein zweiter Abtrenner 27.2, welcher 27.2 gleichfalls einen Teil des Massenstroms abtrennen und zum zweiten Vorlauf-Wärmetauscher 28.2 führen kann.The process is repeated with the third discharge heat exchanger 22.3 and the subsequent third steam turbine 23.3. In the subsequent second connecting section 26.2, there is a second separator 27.2, which can also separate a portion of the mass flow and lead it to the second flow heat exchanger 28.2.
Im Anschluss folgt der zweite Entlade-Wärmetauscher 22.2 und die zweite Dampfturbine 23.2 sowie der erste Verbindungsabschnitt 26.1 mit dem ersten Abtrenner 27.1.This is followed by the second discharge heat exchanger 22.2 and the second steam turbine 23.2 as well as the first connecting section 26.1 with the first separator 27.1.
Nach dem ersten Entlade-Wärmetauscher 22.1 und der ersten Dampfturbine 23.1 schließt sich der Kreis und führt zurück über einen Kondensator 24 zur Pumpe 25.After the first discharge heat exchanger 22.1 and the first steam turbine 23.1, the circuit closes and leads back via a condenser 24 to the pump 25.
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