DE102022132021B4

DE102022132021B4 - System and method for energy conversion and energy storage

Info

Publication number: DE102022132021B4
Application number: DE102022132021.9A
Authority: DE
Inventors: Johannes Hartz; Gerhard Schlegl
Original assignee: MAN Energy Solutions SE
Current assignee: Everllence SE
Priority date: 2022-12-02
Filing date: 2022-12-02
Publication date: 2024-10-10
Anticipated expiration: 2042-12-03
Also published as: DE102022132021A1

Abstract

System (10) zur Energiewandlung und Energiespeicherung,mit zu einem Organic-Rankine-Cycle-Kreislauf (11) verschalteten Baugruppen, nämlich zumindest mit einem Vorwärmer (12) zur Vorwärmung eines Kältemittels, mit einem Verdampfer (13) zur Verdampfung des vorgewärmten Kältemittels, mit einem Expander (14) zur Entspannung des verdampften Kältemittels unter Antreiben eines Generators (15) zur Erzeugung elektrischer Energie, mit einem Kondensator (16) zur Abkühlung und Kondensation des entspannten Kältemittels, und mit einer Pumpe (17) zur Förderung des Kältemittels vom Kondensator (16) in Richtung auf den Vorwärmer (12),mit mindestens einem als Wasserspeicher (19) ausgebildeten thermischen Energiespeicher,wobei der mindestens eine Wasserspeicher (19) ausgebildet ist, um erhitztes Wasser zumindest dem Vorwärmer (12) des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs (11) bereitzustellen,wobei der mindestens eine Wasserspeicher (19) und der Verdampfer (13) des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs (11) ausgebildet sind, um erhitztes Wasser von einem Kraftwerk (22) zu empfangen,dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wasserspeicher (19) ferner ausgebildet ist, um erhitztes Wasser einem Wärmenetz (25) bereitzustellen und um vom Wärmenetz (25) abgekühltes Wasser zu empfangen.System (10) for energy conversion and energy storage, with assemblies connected to an organic Rankine cycle circuit (11), namely at least with a preheater (12) for preheating a coolant, with an evaporator (13) for evaporating the preheated coolant, with an expander (14) for expanding the evaporated coolant while driving a generator (15) for generating electrical energy, with a condenser (16) for cooling and condensing the expanded coolant, and with a pump (17) for conveying the coolant from the condenser (16) in the direction of the preheater (12), with at least one thermal energy store designed as a water store (19), wherein the at least one water store (19) is designed to provide heated water at least to the preheater (12) of the organic Rankine cycle circuit (11), wherein the at least one water store (19) and the evaporator (13) of the Organic Rankine Cycle circuit (11) are designed to receive heated water from a power plant (22), characterized in that the at least one water reservoir (19) is further designed to provide heated water to a heating network (25) and to receive cooled water from the heating network (25).

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Energiewandlung und Energiespeicherung.The invention relates to a system for energy conversion and energy storage.

Durch eine zunehmende Energieverknappung und zunehmend steigende Energiekosten steigt der Bedarf an effizienten Energie-Speicherlösungen, die es erlauben, Energie im Megawatt-Maßstab zu speichern und flexibel zumindest als elektrische Energie zu nutzen. Bislang bekannte Systeme zur Energiewandlung und Energiespeicherung erlauben dies nur in eingeschränktem Umfang. Es besteht daher Bedarf an einem System und einem Verfahren zur Energiewandlung und Energiespeicherung, welche im Megawatt-Maßstab genutzt werden können, und die es ermöglichen, die gespeicherte Energie flexibel zumindest als elektrische Energie zu nutzen.Due to increasing energy shortages and rising energy costs, there is a growing need for efficient energy storage solutions that allow energy to be stored on a megawatt scale and used flexibly, at least as electrical energy. Previously known systems for energy conversion and energy storage only allow this to a limited extent. There is therefore a need for a system and a method for energy conversion and energy storage that can be used on a megawatt scale and that allow the stored energy to be used flexibly, at least as electrical energy.

Die Dokumente des Stands der Technik CN 2 17 440 118 U , US 2015 / 0 300 326 A1 und CN 2 14 998 050 U beschreiben Systeme zur Energiewandlung und Energiespeicherung.The state of the art documents CN 2 17 440 118 U , US 2015 / 0 300 326 A1 and CN 2 14 998 050 U describe systems for energy conversion and energy storage.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein entsprechendes System zur Energiewandlung und Energiespeicherung sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Systems bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein System nach Anspruch 1 gelöst.The object of the invention is to provide a corresponding system for energy conversion and energy storage as well as a method for operating such a system. This object is achieved by a system according to claim 1.

Das erfindungsgemäße System weist zu einem Organic-Rankine-Cycle-Kreislauf verschaltete erste Baugruppen auf, nämlich zumindest einen Vorwärmer zur Vorwärmung eines ersten Kältemittels, einen Verdampfer zur Verdampfung des vorgewärmten ersten Kältemittels, einen Expander zur Entspannung des dampfförmigen ersten Kältemittels unter Antreiben eines Generators zur Erzeugung elektrischer Energie, einen Kondensator zur Abkühlung und Kondensation des entspannten ersten Kältemittels, und eine Pumpe zur Förderung des ersten Kältemittels vom Kondensator in Richtung auf den Vorwärmer.The system according to the invention has first assemblies connected to form an organic Rankine cycle, namely at least one preheater for preheating a first refrigerant, an evaporator for evaporating the preheated first refrigerant, an expander for expanding the vaporous first refrigerant while driving a generator for generating electrical energy, a condenser for cooling and condensing the expanded first refrigerant, and a pump for conveying the first refrigerant from the condenser in the direction of the preheater.

Das erfindungsgemäße System weist ferner mindestens einen als Wasserspeicher ausgebildeten thermischen Energiespeicher auf, wobei der mindestens eine Wasserspeicher ausgebildet ist, um erhitztes Wasser zumindest dem Vorwärmer des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs bereitzustellen, und wobei der mindestens eine Wasserspeicher und der Verdampfer des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs ausgebildet sind, um erhitztes Wasser von einem Kraftwerk zu empfangen.The system according to the invention further comprises at least one thermal energy storage device designed as a water storage device, wherein the at least one water storage device is designed to provide heated water at least to the preheater of the organic Rankine cycle circuit, and wherein the at least one water storage device and the evaporator of the organic Rankine cycle circuit are designed to receive heated water from a power plant.

Bei dem erfindungsgemäßen System ist ein Organic-Rankine-Cycle-Kreislauf mit mindestens einem Wasserspeicher und einem Kraftwerk gekoppelt.In the system according to the invention, an Organic Rankine Cycle circuit is coupled with at least one water reservoir and a power plant.

Über den Organic-Rankine-Cycle-Kreislauf kann thermische Energie in elektrische Energie gewandelt werden, wobei hierzu thermische Energie des Kraftwerks sowie im Wasserspeicher gespeicherte thermische Energie des im Wasserspeicher gespeicherten Wassers genutzt wird. Es ist möglich, Energie im Megawatt-Maßstab effizient zu speichern und diese gespeicherte Energie flexibel als elektrische Energie zu nutzen.Thermal energy can be converted into electrical energy using the Organic Rankine Cycle, using thermal energy from the power plant and thermal energy from the water stored in the water reservoir. It is possible to efficiently store energy on a megawatt scale and use this stored energy flexibly as electrical energy.

Die im Wasserspeicher gespeicherte thermische Energie kann optional auch thermischen Verbrauchern bereitgestellt werden. Dann ist es möglich, die gespeicherte Energie als thermische Energie und/oder als elektrische Energie zu nutzen.The thermal energy stored in the water tank can optionally also be made available to thermal consumers. It is then possible to use the stored energy as thermal energy and/or as electrical energy.

Vorzugsweise ist der mindestens eine Wasserspeicher ferner ausgebildet, um abgekühltes Wasser dem Kraftwerk bereitzustellen, vorzugsweise ferner, um vom Kraftwerk bereitgestelltes erhitztes Wasser, welches über den Verdampfer des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs geführt wird, zu empfangen. Diese Verschaltung des Wasserspeichers mit dem Organic-Rankine-Cycle-Kreislauf und dem Kraftwerk ist für eine effizienten Energiespeicherung besonders bevorzugt.Preferably, the at least one water reservoir is further designed to provide cooled water to the power plant, preferably further designed to receive heated water provided by the power plant, which is passed through the evaporator of the organic Rankine cycle circuit. This connection of the water reservoir to the organic Rankine cycle circuit and the power plant is particularly preferred for efficient energy storage.

Gemäß der Erfindung ist der mindestens eine Wasserspeicher ferner ausgebildet, um erhitztes Wasser einem Wärmenetz bereitzustellen und um vom Wärmenetz abgekühltes Wasser zu empfangen. Über die Ankopplung des Wasserspeichers an ein Wärmenetz, wie ein Fern-Wärmenetz oder Nah-Wärmenetz oder Industrie-Wärmenetz, kann die im Wasserspeicher gespeicherte thermische Energie flexibel thermischen Verbrauchern eines Wärmenetzes bereitgestellt werden.According to the invention, the at least one water reservoir is further designed to provide heated water to a heating network and to receive water cooled by the heating network. By coupling the water reservoir to a heating network, such as a district heating network or local heating network or industrial heating network, the thermal energy stored in the water reservoir can be flexibly provided to thermal consumers of a heating network.

Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße System ferner zu einem Wärmepumpen-Kreislauf verschaltete zweite Baugruppen auf, nämlich zumindest einen Verdampfer zur Verdampfung eines zweiten Kältemittels, einen unter Nutzung elektrischer Energie antreibbaren Verdichter zur Verdichtung des verdampften zweiten Kältemittels, einen Wärmetauscher zur Auskopplung thermischer Energie aus dem verdampften und verdichteten zweiten Kältemittel und zur Einspeicherung derselben in Wasser, welches in dem mindestens einen als Wasserspeicher ausgebildeten, thermischen Energiespeicher speicherbar ist, und ein Entspannungsorgan zur Entspannung des zweiten Kältemittels. Nach dieser Weiterbildung der Erfindung umfasst das System zusätzlich den Wärmepumpen-Kreislauf. Über den Wärmepumpen-Kreislauf ist es möglich, elektrische Energie in thermische Energie zu wandeln und die hierbei erzeugte thermische Energie im Wasser für den Wasserspeicher zu speichern. Hiermit kann die Flexibilität bei der Speicherung und Nutzung von Energie weiter gesteigert werden.Preferably, the system according to the invention further comprises second assemblies connected to form a heat pump circuit, namely at least one evaporator for evaporating a second coolant, a compressor that can be driven using electrical energy to compress the evaporated second coolant, a heat exchanger for extracting thermal energy from the evaporated and compressed second coolant and storing it in water, which can be stored in the at least one thermal energy store designed as a water store, and an expansion device for expanding the second coolant. According to this development of the invention, the system additionally comprises the heat pump circuit. The heat pump circuit makes it possible to convert electrical energy into thermal energy and to store the thermal energy generated in the process in the water for the water store. This can further increase the flexibility in the storage and use of energy.

Vorzugsweise sind die zweiten Baugruppen des Wärmepumpen-Kreislaufs und die ersten Baugruppen des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs in ein Gesamtsystem integriert, derart, dass die beide Kreisläufe dasselbe Kältemittel nutzen, jedoch zeitlich nur getrennt, nämlich wechselweise, betreibbar sind. Eine derartige Ausführung des Wärmepumpen-Kreislaufs und des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs ist aus Bauraumgründen und Kostengründen besonders bevorzugt.Preferably, the second components of the heat pump circuit and the first components of the organic Rankine cycle circuit are integrated into an overall system in such a way that the two circuits use the same coolant, but can only be operated separately, namely alternately. Such an embodiment of the heat pump circuit and the organic Rankine cycle circuit is particularly preferred for reasons of installation space and cost.

Erfindungsgemäße Verfahren sind in Anspruch 11, 13 und 14 definiert.Methods according to the invention are defined in claims 11, 13 and 14.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

1: ein Blockschaltbild eines ersten erfindungsgemäßen Systems zur Energiewandlung und Energiespeicherung,
2 ein Blockschaltbild eines zweiten erfindungsgemäßen Systems zur Energiewandlung und Energiespeicherung.
3 ein Blockschaltbild eines dritten erfindungsgemäßen Systems zur Energiewandlung und Energiespeicherung.

Preferred developments of the invention emerge from the subclaims and the following description. Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing, without being limited thereto. In the drawing:

1 : a block diagram of a first system according to the invention for energy conversion and energy storage,
2 a block diagram of a second system according to the invention for energy conversion and energy storage.
3 a block diagram of a third system according to the invention for energy conversion and energy storage.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems 10 zur Energiewandlung und Energiespeicherung. 1 shows a first embodiment of a system 10 according to the invention for energy conversion and energy storage.

Das erfindungsgemäße System 10 verfügt über zu einem Organic-Rankine-Cycle-Kreislauf 11 verschaltete erste Baugruppen, wobei es über den Organic-Rankine-Cycle-Kreislauf 11 möglich ist, thermische Energie in elektrische Energie zu wandeln.The system 10 according to the invention has first components connected to an organic Rankine cycle circuit 11, wherein it is possible to convert thermal energy into electrical energy via the organic Rankine cycle circuit 11.

Der Organic-Rankine-Cycle-Kreislauf 11 des erfindungsgemäßen Systems 10 verfügt über einen Vorwärmer 12 zur Vorwärmung eines ersten Kältemittels, nämlich des Kältemittels des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs 11, sowie über einen in Strömungsrichtung des ersten Kältemittels gesehen stromabwärts des Vorwärmers 12 angeordneten Verdampfer 13 zur Verdampfung des vorgewärmten ersten Kältemittels. Sowohl im Bereich des Vorwärmers 12 als auch im Bereich des Verdampfers 13 wird in das Kältemittel des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs 11 thermische Energie eingetragen, wobei dieses Kältemittel im Bereich des Verdampfers 13 verdampft.The organic Rankine cycle circuit 11 of the system 10 according to the invention has a preheater 12 for preheating a first refrigerant, namely the refrigerant of the organic Rankine cycle circuit 11, and an evaporator 13 arranged downstream of the preheater 12 in the flow direction of the first refrigerant for evaporating the preheated first refrigerant. Thermal energy is introduced into the refrigerant of the organic Rankine cycle circuit 11 both in the area of the preheater 12 and in the area of the evaporator 13, with this refrigerant evaporating in the area of the evaporator 13.

Das im Bereich des Verdampfers 13 verdampfte Kältemittel wird stromabwärts des Verdampfers über einen Expander 14 des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs 11 geführt, um bei der Entspannung des Kältemittels elektrische Energie zu gewinnen. Hierbei ist der Expander 14 mit einem Generator 15 oder einer generatorisch betriebenen elektrischen Maschine gekoppelt, der oder die vom Expander 14 aus angetrieben wird und hierbei elektrische Energie erzeugt.The refrigerant evaporated in the area of the evaporator 13 is led downstream of the evaporator via an expander 14 of the organic Rankine cycle circuit 11 in order to generate electrical energy when the refrigerant expands. The expander 14 is coupled to a generator 15 or a generator-operated electrical machine, which is driven by the expander 14 and thereby generates electrical energy.

Das im Bereich des Expanders 14 entspannte Kältemittel des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs 11 strömt über einen Kondensator 16, wobei im Bereich des Kondensators 16 das Kältemittel des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs 11 abgekühlt wird und kondensiert. Hierbei wird Restwärme des Kältemittels abgegeben, zum Beispiel in die Umgebung.The coolant of the organic Rankine cycle circuit 11, which is expanded in the area of the expander 14, flows through a condenser 16, whereby the coolant of the organic Rankine cycle circuit 11 is cooled and condensed in the area of the condenser 16. In this process, residual heat of the coolant is released, for example into the environment.

Das im Bereich des Kondensators 16 abgekühlte und kondensierte Kältemittel des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs 11 kann von einer Pumpe 17 wieder in Richtung auf den Vorwärmer 12 gefördert werden. Die für den Antrieb der Pumpe 17 benötigte, elektrische Energie kann vom Generator 15 oder der generatorisch betriebenen elektrischen Maschine bereitgestellt werden. Die Pumpe 17 treibt den Organic-Rankine-Cycle-Kreislauf 11 an und pumpt das flüssige Kältemittel desselben vom Kondensationsdruck auf Hochdruck in Richtung auf den Vorwärmer 12 und den Verdampfer 13. Die Pumpe 17 kann mechanisch oder elektrisch mit dem Expander 14 gekoppelt sein.The cooled and condensed refrigerant of the organic Rankine cycle circuit 11 in the area of the condenser 16 can be pumped back towards the preheater 12 by a pump 17. The electrical energy required to drive the pump 17 can be provided by the generator 15 or the generator-operated electrical machine. The pump 17 drives the organic Rankine cycle circuit 11 and pumps the liquid refrigerant from the condensation pressure to high pressure in the direction of the preheater 12 and the evaporator 13. The pump 17 can be mechanically or electrically coupled to the expander 14.

In 1 verfügt der Organic-Rankine-Cycle-Kreislauf 11 als optionale Baugruppe über einen weiteren Wärmetauscher 18. Über den weiteren Wärmetauscher 18 wird das Kältemittel des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs 11 einerseits zwischen dem Expander 14 und dem Kondensator 16 und andererseits zwischen der Pumpe 17 und dem Vorwärmer 12 geführt. Dieser weitere Wärmetauscher 18 arbeitet als Rekuperator, welcher Restwärme des im Expander 14 entspannten Kältemittels stromabwärts des Expanders 14 aufnimmt und stromaufwärts des Vorwärmers 12 in das Kältemittel einkoppelt.In 1 The organic Rankine cycle circuit 11 has an additional heat exchanger 18 as an optional component. The refrigerant of the organic Rankine cycle circuit 11 is guided via the additional heat exchanger 18 between the expander 14 and the condenser 16 on the one hand and between the pump 17 and the preheater 12 on the other hand. This additional heat exchanger 18 works as a recuperator, which absorbs residual heat from the refrigerant expanded in the expander 14 downstream of the expander 14 and couples it into the refrigerant upstream of the preheater 12.

Das System 10 zur Energiewandlung und Energiespeicherung verfügt weiterhin über einen als Wasserspeicher 19 ausgebildeten thermischen Energiespeicher. Der Wasserspeicher 19 ist ausgebildet, um erhitztes Wasser ausgehend vom Wasserspeicher 19 dem Vorwärmer 12 des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs 11 bereitzustellen. Dies erfolgt über eine in 1 gezeigte Pumpe 20, welche erhitztes Wasser ausgehend von dem Warmwasserspeicher 19 in Richtung auf den Vorwärmer 12 des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs 11 fördern kann, und zwar abhängig von der Schaltstellung eines Ventils 21, welches in eine sich vom Wasserspeicher 19 in Richtung auf den Vorwärmer 12 erstreckende Wasserleitung für erhitztes Wasser integriert ist.The system 10 for energy conversion and energy storage also has a thermal energy storage device designed as a water storage device 19. The water storage device 19 is designed to provide heated water from the water storage device 19 to the preheater 12 of the Organic Rankine Cycle circuit 11. This is done via a 1 shown pump 20, which can pump heated water from the hot water tank 19 towards the preheater 12 of the Organic Rankine Cycle circuit 11, depending on the switching position of a valve 21 which is integrated into a water line for heated water extending from the water tank 19 towards the preheater 12.

Der Wasserspeicher 19 ist ferner eingerichtet, um erhitztes Wasser von einem Kraftwerk 22 zu empfangen. Ferner ist der Verdampfer 13 des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs 11 ausgebildet, um das erhitzte Wasser vom Kraftwerk 22 zu empfangen. Die Verteilung des im Kraftwerk 22 erhitzten und vom Kraftwerk 22 bereitgestellten Wassers in Richtung auf den Verdampfer 13 des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs 11 und den Wasserspeicher 19 kann mithilfe eines Ventils 23 eingestellt werden. Dieses Ventil 23 ist in Wasserleitungen für erhitztes Wasser integriert, die sich zwischen dem Kraftwerk 22 und dem Wasserspeicher 19 sowie dem Verdampfer 13 des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs 11 erstrecken.The water reservoir 19 is further configured to receive heated water from a power plant 22. Furthermore, the evaporator 13 of the organic Rankine cycle circuit 11 is configured to receive the heated water from the power plant 22. The distribution of the water heated in the power plant 22 and provided by the power plant 22 towards the evaporator 13 of the organic Rankine cycle circuit 11 and the water reservoir 19 can be adjusted using a valve 23. This valve 23 is integrated into water pipes for heated water that extend between the power plant 22 and the water reservoir 19 and the evaporator 13 of the organic Rankine cycle circuit 11.

Der Wasserspeicher 19 ist ferner ausgebildet, um abgekühltes Wasser dem Kraftwerk 22 bereitzustellen. Dies erfolgt über eine Pumpe 24, die in eine sich vom Wasserspeicher 19 in Richtung auf das Kraftwerk 22 erstreckende Wasserleitung für abgekühltes Wasser integriert ist. Das dem Kraftwerk 22 bereitgestellte, abgekühlte Wasser wird im Bereich des Kraftwerks 22 erhitzt und als erhitztes Wasser abhängig von der Schaltstellung des Ventils 23 in Richtung auf den Verdampfer 13 des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs 11 und/oder in Richtung auf den Wasserspeicher 19 gefördert.The water reservoir 19 is further designed to provide cooled water to the power plant 22. This is done via a pump 24, which is integrated into a water line for cooled water extending from the water reservoir 19 in the direction of the power plant 22. The cooled water provided to the power plant 22 is heated in the area of the power plant 22 and, depending on the switching position of the valve 23, is conveyed as heated water in the direction of the evaporator 13 of the organic Rankine cycle circuit 11 and/or in the direction of the water reservoir 19.

Erhitztes Wasser, welches ausgehend vom Kraftwerk 22 unmittelbar in Richtung auf den Verdampfer 13 geführt wird und im Bereich des Verdampfers 13 des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs 11 der Verdampfung des Kältemittels desselben dient, kann ausgehend vom Verdampfer 13 in Richtung auf den Wasserspeicher 19 geführt werden. Der Wasserspeicher 19 ist demnach ausgebildet, um vom Kraftwerk 22 bereitgestelltes erhitztes Wasser, welches über den Verdampfer 13 des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs geführt wird, zu empfangen.Heated water, which is led from the power plant 22 directly towards the evaporator 13 and serves to evaporate the coolant in the area of the evaporator 13 of the organic Rankine cycle circuit 11, can be led from the evaporator 13 towards the water reservoir 19. The water reservoir 19 is therefore designed to receive heated water provided by the power plant 22, which is led via the evaporator 13 of the organic Rankine cycle circuit.

In 1 ist vorgesehen, dass der Wasserspeicher 19 weiterhin mit einem Wärmenetz 25 gekoppelt ist. Bei dem Wärmenetz 25 kann es sich um ein Fern-Wärmenetz oder Nah-Wärmenetz oder Industrie-Wärmenetz handeln, welches thermische Verbraucher umfasst.In 1 it is provided that the water storage tank 19 is further coupled to a heating network 25. The heating network 25 can be a district heating network or a local heating network or an industrial heating network, which includes thermal consumers.

Der Wasserspeicher 19 ist dann ferner ausgebildet, um erhitztes Wasser dem Wärmenetz 25 bereitzustellen, ferner um von dem Wärmenetz 25 abgekühltes Wasser zu empfangen.The water reservoir 19 is then further configured to provide heated water to the heating network 25 and to receive cooled water from the heating network 25.

Sowohl für das erhitzte Wasser, welches insbesondere vom Kraftwerk 22 in Richtung auf den Wasserspeicher 19 geführt wird, als auch für das abgekühlte Wasser, welches insbesondere vom Wärmenetz 25 in Richtung auf den Wasserspeicher 19 geführt wird, sind Bypassleitungen 26, 27 mit entsprechenden Ventilen 28, 29 vorhanden. Abhängig von der Schaltstellung des Ventils 28 kann demnach erhitztes Wasser am Wasserspeicher 19 vorbei direkt in Richtung auf das Wärmenetz 25 oder auch in Richtung auf den Vorwärmer 12 des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs 11 geführt werden. Abhängig von der Schaltstellung des Ventils 29 kann abgekühltes Wasser am Wasserspeicher 19 vorbei über den Bypass 27 dem Kraftwerk 22 zugeführt werden.Bypass lines 26, 27 with corresponding valves 28, 29 are provided both for the heated water, which is led in particular from the power plant 22 towards the water reservoir 19, and for the cooled water, which is led in particular from the heating network 25 towards the water reservoir 19. Depending on the switching position of the valve 28, heated water can thus be led past the water reservoir 19 directly towards the heating network 25 or also towards the preheater 12 of the organic Rankine cycle circuit 11. Depending on the switching position of the valve 29, cooled water can be fed past the water reservoir 19 to the power plant 22 via the bypass 27.

Beim Kraftwerk 22 handelt es sich vorzugsweise um ein thermisches Kraftwerk oder auch um ein Motorenkraftwerk. 1 zeigt exemplarisch mehrere Wärmetauscher 30a, 30b, 30c und 30d des Kraftwerks 22, die der schrittweisen Erhitzung des Wassers im Bereich des Kraftwerks 22 dienen.Power plant 22 is preferably a thermal power plant or an engine power plant. 1 shows, by way of example, several heat exchangers 30a, 30b, 30c and 30d of the power plant 22, which serve to gradually heat the water in the area of the power plant 22.

Im Bereich des Wärmetauschers 30a erfolgt eine erste Erwärmung des Wassers auf ein relativ niedriges Temperaturniveau, zum Beispiel unter Nutzung der Abwärme, die bei einem Motorenkraftwerk in einem Schmierölkühler anfällt. In einem nachgeschalteten Wärmetauscher 30b kann die Erhitzung des Wassers auf ein nächsthöheres Temperaturniveau erfolgen, und zwar unter Nutzung der thermischen Energie, die in einem Ladeluftkühler anfällt. In einem Wärmetauscher 30c kann eine weitere Temperaturerhöhung erfolgen, und zwar unter Nutzung thermischer Energie, die in einem Zylinderkopf von Brennkraftmaschinen eines Motorenkraftwerks anfällt. Letztlich kann im Wärmetauscher 30d das Wasser noch stärker erhitzt werden, und zwar unter Nutzung thermischer Energie, die im Abgas der Brennkraftmaschine enthalten ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die Wärmetauscher 30a bis 30d rein exemplarischer Natur sind.In the area of the heat exchanger 30a, the water is first heated to a relatively low temperature level, for example using the waste heat that is generated in a lubricating oil cooler in an engine power plant. In a downstream heat exchanger 30b, the water can be heated to the next higher temperature level, using the thermal energy that is generated in a charge air cooler. In a heat exchanger 30c, a further temperature increase can take place, using thermal energy that is generated in a cylinder head of internal combustion engines in an engine power plant. Finally, the water can be heated even more in the heat exchanger 30d, using thermal energy that is contained in the exhaust gas of the internal combustion engine. It should be noted that the heat exchangers 30a to 30d are purely exemplary in nature.

1 zeigt weiterhin einen Kühler 31 des Kraftwerks 22, über welchen nicht nutzbare thermische Energie des Kraftwerks 22, zum Beispiel an die Umgebung abgeführt werden kann. 1 further shows a cooler 31 of the power plant 22, via which unusable thermal energy of the power plant 22 can be dissipated, for example, to the environment.

Der Wasserspeicher 19 dient als Bindeglied zwischen dem Kraftwerk 22, dem Organic-Rankine-Cycle-Kreislauf 11 und dem optionalen Wärmenetz 25.The water storage tank 19 serves as a link between the power plant 22, the Organic Rankine Cycle circuit 11 and the optional heating network 25.

Der Wasserspeicher 19 kann über Stunden und Tage thermische Energie effizient speichern. Der Wasserspeicher 19 kann als atmosphärischer Wasserspeicher oder auch als Druckwasserspeicher in Form eines Schichtenspeichers ausgeführt sein. Es können ein oder mehrere Wasserspeicher 19 vorhanden sein.The water reservoir 19 can efficiently store thermal energy for hours and days. The water reservoir 19 can be designed as an atmospheric water reservoir or as a pressurized water reservoir in the form of a stratified storage tank. There can be one or more water reservoirs 19.

Der Organic-Rankine-Cycle-Kreislauf 11 dient der Wandlung thermischer Energie in elektrische Energie. Er verfügt über den Verdampfer 13 und den Vorwärmer 12. Über den Vorwärmer 12 kann thermische Energie des Wassers des Wasserspeichers 19 und über den Verdampfer 13 thermische Energie des im Kraftwerk 22 erhitzten Wassers genutzt werden. Dem Vorwärmer 12 kann auch Wasser ausgehend vom Wärmenetz 25 zugeführt werden. Im Vorwärmer 12 erfolgt noch keine Verdampfung des Kältemittels, dies erfolgt erst im Bereich des Verdampfers 13.The Organic Rankine Cycle circuit 11 is used to convert thermal energy into electrical energy. It has the evaporator 13 and the preheater 12. Thermal energy from the water in the water tank 19 can be converted via the preheater 12 and thermal energy from the water in the water tank 19 can be converted via the evaporator 13. The chemical energy of the water heated in the power plant 22 can be used. Water can also be supplied to the preheater 12 from the heating network 25. In the preheater 12, the coolant does not evaporate; this only takes place in the area of the evaporator 13.

In 1 wird das System 10 vorzugsweise so betrieben, dass ein Wasser-Volumenstrom durch das Kraftwerk 22 und den Verdampfer 13 des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs 11 größer ist als ein Wasser-Volumenstrom durch den Vorwärmer 12 des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs 11. Hierdurch verbleibt ein Teil der thermischen Energie im Wasserspeicher 19, um dieselbe insbesondere dem Wärmenetz 25 bereitzustellen.In 1 the system 10 is preferably operated such that a water volume flow through the power plant 22 and the evaporator 13 of the organic Rankine cycle circuit 11 is greater than a water volume flow through the preheater 12 of the organic Rankine cycle circuit 11. As a result, part of the thermal energy remains in the water storage tank 19 in order to make it available in particular to the heating network 25.

In 1 ist der Kondensator 16 des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs 11 mit dem Kühler 31 des Kraftwerks 22 gekoppelt. Hierdurch ist es möglich, den Kühler 31 des Kraftwerks 22 für die Kühlung des Kältemittels des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs 11 im Bereich des Kondensators 16 zu nutzen.In 1 the condenser 16 of the organic Rankine cycle circuit 11 is coupled to the cooler 31 of the power plant 22. This makes it possible to use the cooler 31 of the power plant 22 for cooling the coolant of the organic Rankine cycle circuit 11 in the area of the condenser 16.

2 zeigt eine Weiterbildung des Systems 10 der 2, wobei sich das System 10 der 2 vom System 10 der 1 dadurch unterscheidet, dass das System 10 zusätzlich zu einem Wärmepumpen-Kreislauf 32 verschaltete Baugruppen aufweist, die zusammen mit den zum Organic-Rankine-Cycle-Kreislauf 11 verschalteten Baugruppen in ein Gesamtsystem integriert sind. Dabei nutzen dann Wärmepumpen-Kreislauf 32 und Organic-Rankine-Cycle-Kreislauf 11 dasselbe Kältemittel. Die Kreisläufe 11, 32 können jedoch nur zeitlich getrennt, also wechselweise, betrieben werden, wobei sich beim Wechsel zwischen dem Wärmepumpen-Kreislauf-Betrieb und dem Organic-Rankine-Cycle-Kreislauf-Betrieb die Strömungsrichtung des Kältemittels ändert. 2 shows a further development of the system 10 of the 2 , whereby the system 10 of the 2 from System 10 of 1 differs in that the system 10 has, in addition to a heat pump circuit 32, interconnected components which are integrated into an overall system together with the components interconnected to form the Organic Rankine Cycle circuit 11. The heat pump circuit 32 and the Organic Rankine Cycle circuit 11 then use the same coolant. However, the circuits 11, 32 can only be operated separately in time, i.e. alternately, whereby the flow direction of the coolant changes when switching between the heat pump circuit operation and the Organic Rankine Cycle circuit operation.

Als Baugruppen des Wärmepumpen-Kreislaufs 32 zeigt 2 einen Verdampfer 33, der als Wärmetauscher ausgebildet ist und beim Organic-Rankine-Cycle-Kreislauf 11 als Kondensator 16 dient. Im Verdampfer 33 wird im Wärmepumpen-Kreislauf 11 das Kältemittel unter Nutzung einer Wärmequelle verdampft und in Richtung auf einen Verdichter 34 des Wärmepumpen-Kreislaufs 32 geführt, welcher das im Bereich des Verdampfers 33 verdampfte Kältemittel des Wärmepumpen-Kreislaufs 32 verdichtet. Der Verdichter 34 wird von einem Motor 41 angetrieben. Der Motor 41 für den Wärmepumpen-Kreislauf 32 kann von der elektrischen Maschine bereitgestellt werden, die im Organic-Rankine-Cycle-Kreislauf 11 als Generator 15 betrieben wird.The components of the heat pump circuit 32 are 2 an evaporator 33, which is designed as a heat exchanger and serves as a condenser 16 in the organic Rankine cycle circuit 11. In the evaporator 33, the coolant in the heat pump circuit 11 is evaporated using a heat source and guided towards a compressor 34 of the heat pump circuit 32, which compresses the coolant of the heat pump circuit 32 evaporated in the area of the evaporator 33. The compressor 34 is driven by a motor 41. The motor 41 for the heat pump circuit 32 can be provided by the electric machine, which is operated as a generator 15 in the organic Rankine cycle circuit 11.

Im Bereich von Wärmetauschern 35, 36 des Wärmepumpen-Kreislaufs 32 kann aus dem verdampften und verdichteten Kältemittel Wärme ausgekoppelt werden, und zwar in das Wasser, welches anschließend dem Wasserspeicher 19 zugeführt wird. Die Wärmetauscher 35 und 36 des Wärmepumpen-Kreislaufs 32 dienen im Organic-Rankine-Cycle-Kreislauf 11 als Verdampfer 13 und Vorwärmer 12.In the area of heat exchangers 35, 36 of the heat pump circuit 32, heat can be extracted from the evaporated and compressed coolant into the water, which is then fed to the water storage tank 19. The heat exchangers 35 and 36 of the heat pump circuit 32 serve as evaporators 13 and preheaters 12 in the organic Rankine cycle circuit 11.

Stromabwärts der Wärmetauscher 35, 36 des Wärmepumpen-Kreislaufs 32 wird das Kältemittel im Wärmepumpen-Kreislauf 32 über ein Entspannungsorgan 37 geführt, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel von einem Expander bereitgestellt ist. Hierbei kann dann elektrische Energie gewonnen werden. Ausgehend vom Expander 37 strömt das Kältemittel des Wärmepumpen-Kreislaufs 11 wiederum in Richtung auf den Verdampfer 33.Downstream of the heat exchangers 35, 36 of the heat pump circuit 32, the coolant in the heat pump circuit 32 is guided through an expansion element 37, which in the embodiment shown is provided by an expander. Electrical energy can then be generated here. Starting from the expander 37, the coolant of the heat pump circuit 11 flows in the direction of the evaporator 33.

Beim Betriebswechsel zwischen dem Wärmepumpen-Kreislauf 32 und dem Organic-Rankine-Cycle-Kreislauf 11 erfolgt eine Umkehr der Strömungsrichtung des Kältemittels. Für den Wärmepumpen-Kreislauf 32 werden der Expander 14 und die Pumpe 17 nicht benötigt. Vielmehr werden im Wärmepumpen-Kreislauf 32 der Verdichter 34 und der Expander 37 durchströmt. Im Organic-Rankine-Cycle-Kreislauf 11 werden hingegen der Verdichter 34 und der Expander 37 nicht durchströmt, sondern vielmehr der Expander 14 und die Pumpe 17.When switching between the heat pump circuit 32 and the organic Rankine cycle circuit 11, the flow direction of the coolant is reversed. The expander 14 and the pump 17 are not required for the heat pump circuit 32. Instead, the flow in the heat pump circuit 32 passes through the compressor 34 and the expander 37. In the organic Rankine cycle circuit 11, however, the flow does not pass through the compressor 34 and the expander 37, but rather through the expander 14 and the pump 17.

In 2 sind die Strömungsmaschinen 14, 17, 34 und 37 exemplarisch auf einer Welle gezeichnet. Es ist jede Form einer mechanischen und elektrischen Zusammenlegung oder Einzelausführung der Strömungsmaschinen möglich.In 2 The turbomachines 14, 17, 34 and 37 are shown as examples on one shaft. Any form of mechanical and electrical combination or individual design of the turbomachines is possible.

Im Wärmepumpen-Kreislauf 32 dienen der Vorwärmer 12 und der Verdampfer 13 des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs 11 als Wärmeübertrager 35, 36. Diese Wärmetauscher 35, 36 sind im Wärmepumpen-Kreislauf 32 in Reihe durchströmt. Hierzu dient ein Ventil 38, welches im Wärmepumpen-Kreislauf 32 auf der Wasserseite die Wärmetauscher 35, 36 in Reihe schaltet und welches im Organic-Rankine-Cycle-Kreislauf 11 Vorwärmer 12 und Verdampfer 13 voneinander trennt.In the heat pump circuit 32, the preheater 12 and the evaporator 13 of the organic Rankine cycle circuit 11 serve as heat exchangers 35, 36. These heat exchangers 35, 36 are flowed through in series in the heat pump circuit 32. A valve 38 is used for this purpose, which connects the heat exchangers 35, 36 in series on the water side in the heat pump circuit 32 and which separates the preheater 12 and evaporator 13 from one another in the organic Rankine cycle circuit 11.

Im Wärmepumpen-Kreislauf 32 kann den Wärmetauschern 35, 36 Wasser, auf welches die im Wärmepumpen-Kreislauf 32 Wärme zu übertragen ist, mithilfe einer Pumpe 39 ausgehend vom Wasserspeicher 19 bereitgestellt werden. Die im Wärmepumpen-Kreislauf 32 erzeugte thermische Energie kann entweder in den Wasserspeicher 19 eingespeichert werden oder auch direkt dem Wärmenetz 25 bereitgestellt werden.In the heat pump circuit 32, water, to which the heat is to be transferred in the heat pump circuit 32, can be provided to the heat exchangers 35, 36 using a pump 39 from the water storage tank 19. The thermal energy generated in the heat pump circuit 32 can either be stored in the water storage tank 19 or provided directly to the heating network 25.

Zum Verdampfer 33 des Wärmepumpen-Kreislaufs 32 kann ein weiterer Verdampfer 40 parallelgeschaltet sein, um zum Beispiel Wärme einer weiteren Wärmequelle zu nutzen. Ferner kann für den Wärmepumpen-Kreislauf 32 Wärme des Kraftwerks 22 als Wärmequelle genutzt werden. Hierbei kann es sich um Umgebungswärme handeln, die über den Kühler 31 des Kraftwerks zur Verdampfung des Kältemittels dient.A further evaporator 40 can be connected in parallel to the evaporator 33 of the heat pump circuit 32, for example to use heat from another heat source. Furthermore, The heat pump circuit 32 can use heat from the power plant 22 as a heat source. This can be ambient heat, which is used to evaporate the coolant via the cooler 31 of the power plant.

3 zeigt eine Abwandlung des Systems 10 der 2, wobei bei dem System der 3 die Baugruppen des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs 11 und die Baugruppen des Wärmepumpen-Kreislaufs 32 wieder in ein Gesamtsystem integriert sind, sodass wiederum beide Kreisläufe dasselbe Kältemittel nutzen und nur zeitlich getrennt voneinander, und damit wechselweise, betreibbar sind. 3 shows a modification of the system 10 of 2 , whereby the system of 3 the components of the Organic Rankine Cycle circuit 11 and the components of the heat pump circuit 32 are again integrated into an overall system, so that both circuits use the same refrigerant and can only be operated separately from one another and thus alternately.

In 3 ist jedoch im Unterschied zur 2 vorgesehen, dass der Verdichter 34 des Wärmepumpen-Kreislaufs 32 und der Expander 14 des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs 11 von einer gemeinsamen Baugruppe ausgebildet sind, insbesondere von einem Hubkolben-Verdichter-Expander. Ferner ist in 3 vorgesehen, dass der Expander 37 des Wärmepumpen-Kreislaufs 32 und die Pumpe 17 des Organic-Rankine-Cycle-Kreislaufs 11 von einer gemeinsamen Baugruppe ausgebildet sind, insbesondere von einer Pump-Turbine, wie sie aus Pumpspeicherkraftwerken grundsätzlich bekannt ist.In 3 However, in contrast to 2 It is provided that the compressor 34 of the heat pump circuit 32 and the expander 14 of the Organic Rankine Cycle circuit 11 are formed by a common assembly, in particular by a reciprocating piston compressor expander. Furthermore, in 3 It is provided that the expander 37 of the heat pump circuit 32 and the pump 17 of the Organic Rankine Cycle circuit 11 are formed by a common assembly, in particular by a pump turbine, as is basically known from pumped storage power plants.

Im Wärmepumpen-Kreislauf 32 dient der zusätzliche Wärmetauscher 18 dazu, Restwärme nach der Wärmeauskopplung im Bereich des Wärmetauschers 36 auf das Kältemittel stromaufwärts des Verdichters 34 zu übertragen. Hierdurch kann ein Verdichteraustritt 34 eine höhere Temperatur erreicht bzw. eine nasse Verdichtung vermieden werden.In the heat pump circuit 32, the additional heat exchanger 18 serves to transfer residual heat after the heat extraction in the area of the heat exchanger 36 to the refrigerant upstream of the compressor 34. As a result, a compressor outlet 34 can reach a higher temperature or wet compression can be avoided.

Das erfindungsgemäße System 10 kann dazu genutzt werden, um thermische Energie im Wasserspeicher 19 einzuspeichern, diese im Wasserspeicher 19 gespeicherte thermische Energie sowie thermische Energie des Kraftwerks 22 dem Organic-Rankine-Cycle-Kreislauf 11 zur elektrischen Verstromung bereitzustellen, sowie das Wärmenetz 25 mit thermischer Energie zu versorgen. Weiterhin ist in 2 und 3 möglich, über den Wärmepumpen-Kreislauf 32 elektrische Energie in thermische Energie zu wandeln, um dieselbe im Wasserspeicher 19 einzuspeichern und/oder direkt dem Wärmenetz 25 bereitzustellen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt demnach ein Speichern von thermischer Energie des Kraftwerks 22 in mindestens einem als Wasserspeicher 19 ausgebildeten thermischen Energiespeicher. Thermische Energie kann in elektrische Energie über den Organic-Rankine-Cycle-Kreislauf 11 gewandelt werden. Dem Vorwärmer 12 wird dabei thermische Energie aus dem Wasserspeicher 19 und/oder aus dem Wärmenetz 25 bereitgestellt, dem Verdampfer 13 desselben wird thermische Energie unmittelbar vom Kraftwerk 22 bereitgestellt. Sind zusätzlich die Baugruppen des Wärmepumpen-Kreislaufs 32 vorhanden, so kann zusätzlich ein Wandeln von elektrischer Energie in thermische Energie erfolgen.The system 10 according to the invention can be used to store thermal energy in the water reservoir 19, to provide this thermal energy stored in the water reservoir 19 as well as thermal energy of the power plant 22 to the Organic Rankine Cycle circuit 11 for electrical power generation, and to supply the heat network 25 with thermal energy. Furthermore, in 2 and 3 It is possible to convert electrical energy into thermal energy via the heat pump circuit 32 in order to store it in the water reservoir 19 and/or to provide it directly to the heating network 25. In the method according to the invention, thermal energy from the power plant 22 is stored in at least one thermal energy storage device designed as a water reservoir 19. Thermal energy can be converted into electrical energy via the organic Rankine cycle circuit 11. The preheater 12 is provided with thermal energy from the water reservoir 19 and/or from the heating network 25, and the evaporator 13 of the same is provided with thermal energy directly from the power plant 22. If the components of the heat pump circuit 32 are also present, electrical energy can also be converted into thermal energy.

Das erfindungsgemäße System 10 kann in einem wärmegeführten Betrieb als auch in einem stromgeführten Betrieb betrieben werden. Im wärmegeführten Betrieb wird in erster Linie thermische Energie des Kraftwerks im Wasserspeicher 19 gespeichert und/oder direkt dem Wärmenetz 25 bereitgestellt. Ist ein Wärmepumpen-Kreislauf 32 vorhanden, so wird im wärmegeführten Betrieb ferner elektrische Energie in thermische Energie gewandelt. Im stromgeführten Betrieb des Systems 10 wird in erster Linie elektrische Energie erzeugt, und zwar dadurch, dass thermische Energie in elektrische Energie über den Organic-Rankine-Cycle-Kreislauf 11 gewandelt wird. Diese thermische Energie wird ausgehend vom Kraftwerk 22, ausgehend vom Wasserspeicher 19 und ggf. ausgehend vom Wärmenetz 25 bereitgestellt.The system 10 according to the invention can be operated in a heat-controlled operation as well as in an electricity-controlled operation. In heat-controlled operation, primarily thermal energy from the power plant is stored in the water reservoir 19 and/or provided directly to the heating network 25. If a heat pump circuit 32 is present, electrical energy is also converted into thermal energy in heat-controlled operation. In electricity-controlled operation of the system 10, primarily electrical energy is generated, namely by converting thermal energy into electrical energy via the organic Rankine cycle circuit 11. This thermal energy is provided from the power plant 22, from the water reservoir 19 and, if applicable, from the heating network 25.

Die Erfindung erlaubt eine hocheffiziente Energiespeicherung und Energiewandlung sowie flexible Nutzung der gespeicherten Energie als thermische Energie und/oder elektrische Energie im Megawatt-Maßstab.The invention allows highly efficient energy storage and energy conversion as well as flexible use of the stored energy as thermal energy and/or electrical energy on a megawatt scale.

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

1010: Systemsystem
1111: Organic-Rankine-Cycle-KreislaufOrganic Rankine Cycle
1212: Vorwärmerpreheater
1313: Verdampfervaporizer
1414: Expanderexpander
1515: elektrische Maschineelectric machine
1616: Wärmetauscherheat exchanger
1717: Entspannungsorganrelaxation organ
1818: Wärmetauscherheat exchanger
1919: Wasserspeicherwater reservoir
2020: Pumpepump
2121: Ventilvalve
2222: Kraftwerkpower plant
2323: Ventilvalve
2424: Pumpepump
2525: Wärmenetzheating network
2626: Bypassbypass
2727: Bypassbypass
2828: Ventilvalve
2929: Ventilvalve
30a30a: Wärmetauscherheat exchanger
30b30b: Wärmetauscherheat exchanger
30c30c: Wärmetauscherheat exchanger
30d30 days: Wärmetauscherheat exchanger
3131: Kühlercooler
3232: Wärmepumpen-Kreislaufheat pump circuit
3333: Verdampfervaporizer
3434: Verdichtercompressor
3535: Wärmetauscherheat exchanger
3636: Wärmetauscherheat exchanger
3737: Expanderexpander
3838: Ventilvalve
3939: Pumpepump
4040: Wärmetauscherheat exchanger
4141: MotorMotor

Claims

System (10) for energy conversion and energy storage, with assemblies connected to an organic Rankine cycle circuit (11), namely at least with a preheater (12) for preheating a coolant, with an evaporator (13) for evaporating the preheated coolant, with an expander (14) for expanding the evaporated coolant while driving a generator (15) for generating electrical energy, with a condenser (16) for cooling and condensing the expanded coolant, and with a pump (17) for conveying the coolant from the condenser (16) in the direction of the preheater (12), with at least one thermal energy store designed as a water store (19), wherein the at least one water store (19) is designed to provide heated water at least to the preheater (12) of the organic Rankine cycle circuit (11), wherein the at least one water store (19) and the evaporator (13) of the Organic Rankine Cycle circuit (11) are designed to receive heated water from a power plant (22), characterized in that the at least one water reservoir (19) is further designed to provide heated water to a heating network (25) and to receive water cooled from the heating network (25).

System (10) according to claim 1 , characterized in that the at least one water reservoir (19) is further designed to provide cooled water to the power plant (22).

System (10) according to claim 1 or 2 , characterized in that the at least one water reservoir (19) is further designed to receive heated water provided by the power plant (22), which is passed through the evaporator (13) of the Organic Rankine Cycle circuit (11).

System (10) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the condenser (16) of the organic Rankine cycle circuit (11) can be coupled to a cooler (31) of the power plant (22) in order to cool the coolant of the organic Rankine cycle circuit (11).

System (10) according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the power plant is a thermal power plant or an engine power plant.

System (10) according to claim 1 , characterized in that the heating network (25) is a district or local or industrial heating network.

System (10) according to one of the Claims 1 until 6 , characterized by assemblies connected to form a heat pump circuit (32), namely at least with an evaporator (33) for evaporating a second coolant, with a compressor (34) which can be driven using electrical energy for compressing the evaporated second coolant, with a heat exchanger (35, 36) for extracting thermal energy from the second evaporated and compressed coolant and for storing it in water which can be stored in the at least one water reservoir (19), and with an expansion element (37) for expanding the second coolant.

System (10) according to claim 7 , characterized in that the second components of the heat pump circuit (32) and the first components of the Organic Rankine Cycle circuit (11) are integrated into an overall system in such a way that the two circuits use the same coolant, but can only be operated separately in time, namely alternately.

System (10) according to claim 7 or 8 , characterized in that the evaporator (33) of the heat pump circuit (32) can be coupled to a cooler (31) of the power plant (22).

Method for operating a system (10) for energy conversion and energy storage according to one of the Claims 1 until 9 , comprising the following steps: storing thermal energy of the power plant (22) in at least one water reservoir (19) formed thermal energy storage, converting thermal energy into electrical energy via the components of the Organic Rankine Cycle circuit (11), wherein the preheater (12) of the Organic Rankine Cycle circuit (11) is supplied with heated water from the at least one water storage tank (19), and wherein the evaporator (13) of the Organic Rankine Cycle circuit (11) is supplied with heated water from the power plant (22).

procedure according to claim 10 for operating a system (10) for energy conversion and energy storage according to one of the Claims 7 until 9 , characterized by converting electrical energy into thermal energy via the components of the heat pump circuit (32), wherein water heated in the heat pump circuit (32) is fed to the at least one water reservoir (19) for storing thermal energy.

procedure according to claim 11 for operating a system (10) for energy conversion and energy storage according to one of the Claims 1 until 9 , characterized in that in a heat-controlled operation of the system (10), thermal energy of the power plant (22) and thermal energy generated in the heat pump circuit (32) is stored in the at least one water reservoir (19) and preferably made available to the heating network (25).

procedure according to claim 10 , 11 or 12 for operating a system (10) for energy conversion and energy storage according to one of the Claims 1 until 9 , characterized in that in a current-controlled operation of the system (10), thermal energy is converted into electrical energy via the components of the Organic Rankine Cycle circuit (11).