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WO2013045437A1 - Installation for storing electrical energy - Google Patents

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WO2013045437A1
WO2013045437A1 PCT/EP2012/068858 EP2012068858W WO2013045437A1 WO 2013045437 A1 WO2013045437 A1 WO 2013045437A1 EP 2012068858 W EP2012068858 W EP 2012068858W WO 2013045437 A1 WO2013045437 A1 WO 2013045437A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fluid energy
thermal fluid
energy machine
machine
working gas
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2012/068858
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Daniel Reznik
Henrik Stiesdal
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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 AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP12769071.7A priority Critical patent/EP2748435A1/en
Priority to US14/346,729 priority patent/US20140338329A1/en
Priority to CN201280048050.6A priority patent/CN103842623A/en
Publication of WO2013045437A1 publication Critical patent/WO2013045437A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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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
    • F01K3/12—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having two or more accumulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K21/00—Steam engine plants not otherwise provided for
    • F01K21/04—Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of steam and gas; Plants generating or heating steam by bringing water or steam into direct contact with hot gas

Definitions

  • the invention relates to a system for storing thermal energy, which has a circuit for a working gas on ⁇ .
  • This circuit can be designed to be open, so that it sucks air as working gas from the environment and blows them back into the environment; that is, the environment belongs to the cycle. It is also possible a closed ⁇ ner circuit in which any working gas (including air) can be used.
  • Einhei ⁇ th are connected together in the order indicated by a line for the working gas: a cold storage, a first thermal fluid energy machine, a heat accumulator and a second thermal fluid energy machine.
  • the first thermal fluid energy machine as a working machine and the second thermal Fluidenergy- machine is viewed in the flow direction of the working gas ⁇ from cold storage to the heat storage connected as a combustion engine.
  • thermal fluid energy machine used as a work machine is thus operated as a compressor or as a compressor.
  • a thermal fluid energy machine for performing work converts the space available in the working gas thermi ⁇ specific energy.
  • 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 impart thermal energy to a working fluid
  • a working gas Thermal energy means both thermal energy and refrigeration energy -Machinery (Also referred to below as fluid energy machines in the following) can be designed, for example, as reciprocating engines. Preference is also given hydrodynamic thermal flui ⁇ 'Energy machines can be used, the wheels allow a continuous flow of the working gas. Vorzugswei ⁇ se come axially acting turbines or compressors are used.
  • the object of the invention is to provide a system for storing thermal energy of the type specified (for example, conversion of mechanical energy into thermal energy with subsequent storage or conversion of the stored thermal energy into mechanical energy), with or with the high efficiency at the same time reasonable expenditure of Baueinhei ⁇ th used is possible.
  • the circuit of the system according to the invention for storing thermal energy is used with its humidification to as ⁇ to walk in the heat storage and cold storage energy stored on the second thermal fluid energy machine in me ⁇ chanical energy. This can be used, for example, for driving an electric generator.
  • the stored thermal energy is then used to provide in Zei ⁇ th high demand for electrical energy, this means the plant.
  • the system for storing thermal energy can be used to convert the electrical energy into mechanical energy, for example via an electric motor, and into thermal energy via the fluid energy machines.
  • the reversal of the process does not use the humidification tower. This must therefore be bypassed ⁇ example by suitable bypass lines.
  • Another possibility is to provide a separate circuit for the charging process of the cold accumulator and the heat accumulator in the system. This can also be equipped with additional fluid energy machines.
  • bypass lines they must be suitable for the first thermal fluid energy.
  • Another possibility is that the bypass passages in each case directly in front of or behind the heat storage or cold storage in the circuit, so that only within the thermal storage, the flow direction of the working gas is reversed.
  • the reversal of the flow direction in the thermal storage cold storage or heat storage
  • the cold-warm front is moved in the storage medium of the thermal storage during charging or discharging the thermal storage in each case in the opposite Rich ⁇ direction.
  • an additional circuit is used for charging the thermal storage, it also passes through the same heat storage and cold storage. Suitable valve mechanisms ensure that only the circuit for charging or the circuit for discharging is connected to the thermal storage. Another possibility is that in the thermal storage each two conduit systems are included for two circuits. In this case, a switchover is not required and, in principle, even a simultaneous charging and discharging of the thermal storage can take place.
  • the charging of the heat accumulator and the cold accumulator in the system but achieved in that the heat accumulator can be connected via a second line between a third thermal fluid energy machine and a fourth thermal fluid energy machine, wherein in through ⁇ flow direction of the working gas from the third thermal fluid energy machine to the fourth thermal fluid energy machine, the third thermal fluid energy machine is connected as a work machine and the fourth thermal fluid energy machine is connected as an engine.
  • This allows the charging of the heat storage in the manner already described. Chers, when the working gas flows through said second line in said flow direction.
  • behind the fourth thermal fluid energy machine of the cold storage can be provided in the second line, which is then fed by the emerging from the fourth fluid energy machine working gas and can store the energy stored in the working ⁇ cold ⁇ .
  • a water separator to be arranged in the line behind the second thermal fluid energy machine.
  • the water separator thus serves to increase the efficiency of the ver ⁇ verified by the inventive system ver ⁇ process.
  • the water separator is connected to the moistening unit via a feed line.
  • the leading away from the second fluid energy machine line leads through a first heat exchanger located in the evaporator.
  • the working gas which leads away from the second fluid energy machine, has temperatures of about 200 ° C.
  • This heat can be used to provide the humidification tower with thermal energy necessary for the evaporation of the water in the humidification tower.
  • This heat energy is the Process therefore advantageously provided again and thus does not escape into the environment unused. This advantageously further increases the efficiency of the verwirk ⁇ possible by the conditioning process.
  • a downstream water separator can operate more effectively, since the water can be more easily separated from the cooled working gas.
  • Yet another embodiment of the invention provides that an additional heat storage is provided in a branch line, wherein the leading away from the additional heat storage branch line leads through a second heat exchanger located in the evaporator.
  • the energy stored in the additional heat storage can thus additionally support the process of evaporation of water in the humidification unit.
  • the thermal energy input which takes place indirectly via the additional heat storage, so that advantageous results integrated in the Befeuchtungsein- to a white ⁇ direct increase in humidity. This leads to the already described increase of
  • the additional heat storage as well as the heat storage and the cold storage can be powered by external heat and cold sources.
  • the additional heat accumulator and the heat accumulator and the cold accumulator are charged by various heat pump processes.
  • the additional heat storage can advantageously be connected via an additional line between a fifth thermal fluid energy machine and a sixth thermal fluid energy machine, being seen in the flow ⁇ direction of the working gas from the fifth thermal fluid nergie machine to sixth thermal fluid energy machine the fifth thermal fluid energy machine is connected as Ar ⁇ driven machine, and the sixth thermal Fluidenergy- machine as a combustion engine.
  • auxiliary heat accumulator a separate heat pump cycle is available, said fifth and sixth fluid energy machine that can be optimized in the set to ⁇ heat storage to be generated temperatures.
  • the supplemental heat storage may also be charged by the first or by the third fluid energy machine, if an appropriate interconnection via lines or bypass lines is made possible. It is always necessary to weigh up the costs of components compared to increasing the efficiency for the individual processes. In this weighing economic considerations are in the foreground.
  • the working gas can be fed either in a closed or an open circuit.
  • An open circuit always uses the ambient air as working gas. This is sucked from the environment and released at the end of the process also in this, so that the environment closes the open circuit.
  • a closed circuit also allows the use of a different working gas than ambient air. This working gas is guided in the closed circuit. Since a relaxation in the environment with simultaneous adjustment of the ambient pressure and the ambient temperature is eliminated, the working gas in the case of a closed circuit must be passed through a heat exchanger, which allows a release of heat of the working gas to the environment.
  • the circuit for the storage of thermal energy in the cold storage and the heat storage is designed as an open circuit and there works as a motor engine thermal fluid energy machine is constructed of two stages, wherein between the steps a water separator for the working gas is provided. This takes into account the fact that humidity is contained in the ambient air. By a relaxation of the working gas in a single stage, it may happen that the humidity due to the strong cooling of the working gas to eg - 100 ° C freezes and thereby the thermal Fluidenergy- Machine damaged. In particular, turbine blades can be permanently damaged by icing.
  • a closed circuit is used and, as already described, a heat exchanger installed in the circuit, the use of a water separator and a two-stage fluid energy machine as an engine can be omitted.
  • the working gas also ent ⁇ moistened ambient air can be used in this case, for example, the humidification is excluded by the closed nature of the circuit. But other working gases can be used.
  • the additional heat storage is traversed by the working gas. That is, the working gas is fed by the additional heat storage warmed up in the first fluid energy machine. This allows the additional heat storage in addition to the heating of the humidifying another task ⁇ nen.
  • the use of the additional heat accumulator has the following advantages. If the system is to store the thermal
  • the additional heat storage before Pas ⁇ sieren of running in this case as a working machine (compressor) working first / third fluid energy machine.
  • the working gas is already warmed up over ambient temperature.
  • the Hämaschi ⁇ ne must absorb a lower power to reach the required temperature of the working gas.
  • the heat storage is to be heated to over 500 ° C, which is advantageous haft following the preheating of the working gas can also be done with commercially available thermodynamic compressors that allow a compression of the working gas to 15 bar.
  • Advantageously, therefore, can be used on components for the units of the system, which are available on the market without costly modifications.
  • the working gas in the additional heat storage to a temperature between 60 ° C and 100 ° C, particularly advantageously to a Tem ⁇ temperature of 80 ° C are heated.
  • heating of the working gas to about 190 ° C is particularly advantageous for the supply of heat in the humidification tower.
  • the working gas in the circuit of the heat storage and cold storage can be compressed to 15 bar, which can reach temperatures of the working degree of up to 550 ° C.
  • a heat exchanger in the line is pre ⁇ see, which is fed as a coolant with water for the moistening unit.
  • the heat energy flowing through the Lei ⁇ tion further heat energy can be withdrawn, with which the feed water is preheated for the moistening unit.
  • this energy is made available to the process again, whereby its efficiency advantageously further increases.
  • the humidification required ver ⁇ same as much feed water as the water after fürau- fen of the circuit at least partially back into the surrounding environment ⁇ is dispensed.
  • FIG 1 shows an embodiment of the invention
  • FIG. 2 and 3 another embodiment of the inventions ⁇ to the invention system with separate circuits for charging and discharging the thermal storage using other circuit diagrams.
  • a system for storing thermal energy has a line 11, with which several units are connected to one another in such a way that they can be flowed through by a working gas in an open circuit.
  • the working gas is drawn in through a valve A from the environment and flows through a first thermal fluid energy machine 13, which is designed as a hydrodynamic compressor.
  • Wei ⁇ terhin then performs the line through a valve B to a heat accumulator 14.
  • the first and second fluid energy machines 13 and 15 are mechanically coupled to each other via a shaft 21 and are driven by an electric motor M powered by a wind power plant 22 as long as the generated electrical energy in the power grid is not in demand.
  • Currency ⁇ rend this operating state are the heat storage 14 and the cold storage 16 charged, as will be explained in more detail later, and the system is through the conduit 11 by ⁇ flows, the units are flowed through in the above order.
  • the system supports power generation in a different operating state by using the
  • Heat storage 14 and the cold storage 16 are discharged and with the shaft 21 by the fluid power machines 18 and 19, a generator G is driven.
  • the valves A to D are closed and for this the valves E to H are opened.
  • portions of the conduit 11 are no longer flowed through, but instead open bypass lines 19, which change the flow of the working gas.
  • the working gas flows through the cold storage 16 and runs via a bypass line 19 via the valve E to the first fluid energy machine (compressor).
  • the working gas via a valve F by a Be ⁇ mochtungshow is passed 18, which is provided in a further bypass ⁇ line 19 and leads to the heat storage fourteenth Therefore, the heat accumulator 14 is already supplied with humidified air, which leaves the heat accumulator 14 via the bypass line 19 through a valve G and is supplied to the second fluid energy machine 15 (turbine).
  • the mechanical ⁇ specific energy is obtained for driving the first fluid energy machine 13 (compressor) and of the generator.
  • the working gas returns to the environment, previously the working gas is dehumidified via a water separator 17.
  • the separated, about 50 ° C warm water is supplied via a feed pump 23 a of the humidifying unit 18.
  • heat can be introduced into the humidification ⁇ processing unit, which is derived, for example, as a remote ⁇ heat from a power plant. This is indicated in FIG. 1 by a heat exchanger 33a.
  • the structure of the heat accumulator 14 and the cold accumulator 16 (and the additional heat accumulator according to Figure 3) in the system according to Figure 1 is the same and is explained in more detail by a Ausitessveriererung based on the cold accumulator 16.
  • a container whose wall 24 is provided with an insulating material 25 having large pores 26.
  • an insulating material 25 having large pores 26.
  • ⁇ hen which acts as a heat storage or cold storage.
  • domestic ner Halb of the concrete pipes 27 are running parallel ver 28 sets ⁇ through which flows the working gas and thereby gives off heat or absorbs heat (depending on the mode and type of memory).
  • FIGS. 2 and 3 Based on the system according to FIGS. 2 and 3, the thermal charging and discharging process will be explained in greater detail.
  • a two-stage charging process is initially Darge ⁇ provides that works on the principle of a heat pump.
  • An open circuit is shown in FIGS. 2 and 3, which however, as indicated by dash-dotted lines, could be closed by using an optionally provided heat exchanger 17a, 17b.
  • the conditions in the working gas, which in the embodiment of Figures 2 and 3 consists of air, are shown in each case on the lines 30, 31, 32 in circles. At the top left is the pressure in bar. Top right, the enthalpy is given in KJ / Kg. Bottom left is the temperature in ° C and bottom right is the mass flow in kg / s. The direction of flow of the gas is indicated by arrows in the relevant line.
  • the model calculation for the circulation of the second line In the model calculation for the circulation of the second line
  • the working gas reaches 1 bar and 20 ° C. into a (previously charged) additional heat storage 12 and leaves it at a temperature of 80 ° C.
  • Compression by means of the third fluid energy machine 34 operating as a compressor leads to an increase in pressure to 15 bar and, consequently, also to a temperature increase to 540 ° C.
  • T 1 is the temperature at the compressor inlet
  • K is the compressibility, which is 1.4 in air.
  • the isentropic efficiency n c can be assumed to be a compressor with 0.85.
  • the heated working gas now passes through the heat storage 14, where the majority of the available thermal energy is stored.
  • the storage of the working gas is cooled to 20 ° C, while the pressure (aside from strömungsbe ⁇ related pressure loss) with 15 bar is maintained.
  • the working gas is expanded in two series-connected stages 35a, 35b of a fourth fluid energy machine 35 so that it arrives at a pressure level of 1 bar.
  • the working gas cools to 5 ° C after the first stage and to -100 ° C after the second stage.
  • ⁇ voltage is also the above mentioned formula.
  • a water separator 29 is additionally provided in the part of the line 31, which connects the two stages of the fourth fluid energy machine 35a, 35b in the form of a high-pressure turbine and a low-pressure turbine. This allows for a first relaxation, a drying of the air, so that the humidity contained in this second stage 35b of the fourth fluid energy machine 35 does not lead to icing of the turbine blades.
  • the relaxed and therefore make ⁇ cooled working gas deprives the cold storage 16 heat and is thereby heated to 0 ° C.
  • cold energy is stored in the cold ⁇ memory 16, which can be used in a subsequent energy production.
  • the heat exchanger 17b must be provided.
  • the working gas can be reheated to an ambient temperature of 20 ° C, whereby the environment heat is removed, which is provided to the process.
  • such a measure can be omitted if the working gas is sucked directly from the environment, since this already has ambient ⁇ temperature.
  • the air After the air was brought from ambient pressure (1 bar) and ambient temperature (20 ° C) through the compressor to 4 bar and a temperature of 188 ° C, the air is cooled by the additional heat storage 12 back to 20 ° C. Subsequently, the air passes through the steps 37a, 37b of a sixth Fluidenergy- machine 37 which operates as a turbine, ent ⁇ clamped in two stages.
  • a water separator 29 is provided in the additional line 30 connecting the two stages 37 a, 37 b, which works in the same way as that in the second line 31. After relaxing the air via the sixth fluid energy machine 37, this has a temperature of -56 ° C at ambient pressure (1 bar).
  • the circuits of the second line 31 and the additional line 30 are set independently. Therefore, the third and fourth fluid energy machine via the shaft 21 with a motor Ml and the fifth and sixth Fluidenergy- machine via the other shaft 21 with a motor M2 mecha ⁇ nically coupled.
  • the electrical energy can first drive the motor M2 to charge the additional heat storage 12. Subsequently gron- nen 12 of the heat accumulator 14 to be charged and the Käl ⁇ te Grande 16 by operation of the motor Ml and simultaneous discharge of the auxiliary heat accumulator. Subsequently, by the operation of the motor M2 and the additional heat storage 12 can be recharged.
  • an additional heat accumulator 12 which can be supplied by separate line systems for the second line 31 and the additional line 30. This would create two independent circuits without valves I and K being used. In this way, the additional heat accumulator 12 could be simultaneously charged and discharged. It is therefore conceivable in this case, a simultaneous operation of the motors Ml, M2. This operating regime has two advantages. On the one hand, even larger overcapacities of the wind power plant 22 can be absorbed by simultaneous operation of the motors Ml, M2 at full load, resulting in greater flexibility of the system. In addition, could through simultaneous operation of both motors ensured ⁇ the that the three thermal memory 12, 14, 16 are always filled simultaneously and not one after the other. Thus, the charging process can be stopped at any time at full operability of the discharge when no Matterkapazitä ⁇ th in the electrical network are no longer available and instead creates a need for additional electrical energy.
  • the discharging of the heat accumulator 14 and the cold accumulator 16 can be tracked, wherein electrical energy is generated at the Ge ⁇ G erator.
  • the first fluid energy machine 13 and the two ⁇ te fluid energy machine 15 are available, which have been (see Figure 2) uses not overall in the vorste ⁇ starting charging described processes. This allows the optimization of the efficiency of the fluid energy machines, but also leads to higher investment costs for the purchase of the system. Therefore has to be weighed the high investment costs for use of too ⁇ sharmlichen fluid energy machine in relation to the gain in efficiency which is achieved by using four fluid energy machines, each can be optimized for the corresponding operating state.
  • the heat storage 14, the cold storage 16 and the additional heat storage 12 are the same as in Figure 2 and are flowed through only in the opposite direction.
  • diesel ⁇ be plant is shown, for the sake of clarity ⁇ only each of the system components and lines involved in the running process are shown.
  • dash-dotted is the alternative of a closed
  • the compressed working gas passes through the first loading ⁇ furchtungshow 18 and then the heat accumulator 14 and is thereby heated in the humidification unit to 145 ° C and in the heat ⁇ store 14 to 530 ° C. Subsequently, the Ar ⁇ isitsgas relaxed by the second fluid energy machine 15, which thus operates in this operating condition as a turbine. There is a relaxation to 1 bar, wherein at the output of the first fluid energy machine still a temperature of
  • the working gas can still be passed through a heat exchanger 33b in the evaporation unit to emit heat there for the evaporation of the water.
  • the water separator 17 it is possible to deposit at least part of the air humidity via the water separator 17.
  • the separated water still has a temperature of about 50 ° C and is pumped via a feed pump 23b back into the humidification ge ⁇ .
  • the dehumidified air leaves the circuit and is blown into the environment.
  • a heat exchanger 17 ensures that the working gas still has a temperature of 50 ° C, wel ⁇ ches, at ambient temperature (20 ° C) is cooled.
  • the heat exchanger can also be used to warm up fresh water, which can be pumped via a feed pump 23c into the humidification unit. In the humidification heat is required, which causes the Ver ⁇ vaporization of the feed water.
  • the heat exchanger 33a can be connected to an external heat source, as already indicated in FIG. This may, for example, be district heating. But it is also advantageous to use the charged additional heat storage 12.
  • a branch line 38 is provided, which branches off from the line 32 before the cold storage 16.
  • the branch line 38 opens behind the heat exchanger 33c in the line 32 behind the heat exchanger 33b.
  • the mass flow of working gas is thus split at the branch line 38, 8.3 Kg / s are passed through the branch line 38 and 4.8 Kg / s through the cold storage 16 humidifying unit 18 and the heat storage 14 are passed.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

The subject matter of the invention is an installation for storing thermal energy which can be obtained, for example, at times of overcapacities, from regenerative energy and then be stored. The energy stored in a heat accumulator (14), a cold accumulator (16) and in an additional heat accumulator (12) can be, when needed, reconverted into electrical energy by circuits (32, 38) via a generator (G) while using a compressor (13) and a turbine (15). According to the invention, the working gas is humidified by a humidification column (18), ideally until saturation, whereby, advantageously, a greater mass flow can be obtained at a lower volume flow. For this reason, more economical components can be used while simultaneously a high yield of the installation is achieved.

Description

Beschreibung description

Anlage zur Speicherung thermischer Energie Plant for storing thermal energy

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Speicherung thermischer Energie, die einen Kreislauf für ein Arbeitsgas auf¬ weist. Dieser Kreislauf kann offen ausgeführt sein, so dass er als Arbeitsgas Luft aus der Umgebung ansaugt und diese wieder in die Umgebung ausbläst; das heißt, dass die Umgebung mit zu dem Kreislauf gehört. Möglich ist auch ein geschlosse¬ ner Kreislauf, in dem ein beliebiges Arbeitsgas (auch Luft) verwendet werden kann. In dem Kreislauf sind folgende Einhei¬ ten in der angegebenen Reihenfolge durch eine Leitung für das Arbeitsgas miteinander verbunden: ein Kältespeicher, eine erste thermische Fluidenergie-Maschine, ein Wärmespeicher und eine zweite thermische Fluidenergie-Maschine. In Durchfluss¬ richtung des Arbeitsgases vom Kältespeicher zum Wärmespeicher gesehen ist dabei die erste thermische Fluidenergie-Maschine als Arbeitsmaschine und die zweite thermische Fluidenergie- Maschine als Kraftmaschine geschaltet. The invention relates to a system for storing thermal energy, which has a circuit for a working gas on ¬ . This circuit can be designed to be open, so that it sucks air as working gas from the environment and blows them back into the environment; that is, the environment belongs to the cycle. It is also possible a closed ¬ ner circuit in which any working gas (including air) can be used. In the cycle following Einhei ¬ th are connected together in the order indicated by a line for the working gas: a cold storage, a first thermal fluid energy machine, a heat accumulator and a second thermal fluid energy machine. The first thermal fluid energy machine as a working machine and the second thermal Fluidenergie- machine is viewed in the flow direction of the working gas ¬ from cold storage to the heat storage connected as a combustion engine.

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 thermi¬ sche Energie umwandelt. In diesem Fall wird die thermische Fluidenergie-Maschine also als Motor betrieben. The terms engine and work machine are used in the context of this application so that a work machine takes on mechanical work to fulfill its purpose. A thermal fluid energy machine used as a work machine is thus operated as a compressor or as a compressor. In contrast, carries out an engine operation, wherein a thermal fluid energy machine for performing work converts the space available in the working gas thermi ¬ specific energy. In this case, the thermal fluid energy machine is thus operated as a motor.

Der Begriff „thermische Fluidenergie-Maschine" bildet einen Oberbegriff für Maschinen, die einem Arbeitsfluid, im Zusammenhang mit dieser Anmeldung ein Arbeitsgas, 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 Fluidenergie-Maschinen bezeichnet) können beispielsweise als Kolbenmaschinen ausgeführt sein. Bevorzugt können auch hydrodynamische thermische Flui¬ denergie-Maschinen verwendet werden, deren Laufräder einen kontinuierlichen Fluss des Arbeitsgases erlauben. Vorzugswei¬ se kommen axial wirkende Turbinen bzw. Verdichter zum Einsatz . The term "thermal fluid energy machine" is a generic term for machines that can extract thermal energy from or impart thermal energy to a working fluid, in the context of this application, a working gas Thermal energy means both thermal energy and refrigeration energy -Machinery (Also referred to below as fluid energy machines in the following) can be designed, for example, as reciprocating engines. Preference is also given hydrodynamic thermal flui ¬ 'Energy machines can be used, the wheels allow a continuous flow of the working gas. Vorzugswei ¬ se come axially acting turbines or compressors are used.

Das eingangs angegebene Prinzip ist beispielsweise gemäß der US 2010/0257862 AI 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 zwischenge¬ speichert werden können, um diese im Bedarfsfall wieder abzu¬ rufen . The principle stated above is described for example according to US 2010/0257862 AI. Here piston machines are used to carry out the method described above. According to US 5,436,508 it is also known that excess capacity in the use of wind energy zwischenge ¬ can be stored by means of the initially mentioned systems for storing thermal energy for producing electric current to ERS ¬ call them again if necessary.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anlage zur Speicherung von thermischer Energie der eingangs angegebenen Art (beispielsweise Wandlung von mechanischer in thermischer Energie mit anschließender Speicherung oder Wandlung der gespeicherten thermischen Energie in mechanische Energie) anzugeben, mit der bzw. mit dem ein hoher Wirkungsgrad bei gleichzeitig vertretbaren Aufwand der verwendeten Baueinhei¬ ten möglich ist. The object of the invention is to provide a system for storing thermal energy of the type specified (for example, conversion of mechanical energy into thermal energy with subsequent storage or conversion of the stored thermal energy into mechanical energy), with or with the high efficiency at the same time reasonable expenditure of Baueinhei ¬ th used is possible.

Diese Aufgabe wird mit der eingangs angegebenen Anlage erfin¬ dungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen der ersten thermischen Fluidenergie-Maschine und dem Wärmespeicher eine Be¬ feuchtungseinheit für das Arbeitsgas in der Leitung vorgese¬ hen ist. Als Befeuchtungseinheit soll im Zusammenhang mit dieser Erfindung eine von dem Arbeitsgas durchströmbare Ein¬ richtung verstanden werden, in der dem Arbeitsgas Wasserdampf zugeführt wird. Hierbei soll die Luft bis höchstens zur Sät¬ tigungsgrenze an Wasserdampf befeuchtet werden. Die Anwendung einer Befeuchtung des Arbeitsgases (z. B. Luft) hat den Vorteil, dass die Leistungsabgabe an der als Kraftmaschine ar- beitenden Fluidenergie-Maschine bei gleicher Baugröße gestei¬ gert werden kann. Bei geforderter Leistungsabgabe können daher kleinere und damit kostengünstigere Komponenten für die Anlage verwendet werden. Außerdem ist es möglich, die heiße befeuchtete Luft, die aus der zweiten Fluidenergie-Maschine heraustritt, für eine Wärmezufuhr in das in der Befeuchtungs¬ einheit verwendete Wasser zu nutzen, so dass diese Energie dem Prozess als ganzem nicht verloren geht. Hierdurch kann der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Anlage vorteilhaft ge- steigert werden. This object is achieved with the initially mentioned plant OF INVENTION ¬ dung according to the fact that a loading ¬ feuchtungseinheit for the working gas in the conduit is vorgese ¬ hen between the first thermal fluid energy machine and the heat accumulator. As a humidification unit in the context of this invention, and through which the working gas ¬ A direction shall be understood in the working gas water vapor is supplied. Here, the air should be humidified to steam up to a maximum of Seeds ¬ actuating limit. The application of a humidification of the working gas (eg air) has the advantage that the power output at the engine, which is the engine beitenden fluid energy machine for the same size Gestei ¬ siege. If required power output therefore smaller and therefore less expensive components for the system can be used. In addition, it is possible to use the hot humidified air emerging from the second fluid energy machine for a heat input into the water used in the humidification ¬ unit, so that this energy is not lost to the process as a whole. As a result, the efficiency of the system according to the invention can be advantageously increased.

Der Kreislauf der erfindungsgemäßen Anlage zur Speicherung thermischer Energie dient mit seiner Befeuchtungseinheit da¬ zu, die im Wärmespeicher und Kältespeicher gespeicherte Ener- gie über die zweite thermische Fluidenergie-Maschine in me¬ chanische Energie zu wandeln. Diese kann beispielsweise zum Antreiben eines elektrischen Generators Verwendung finden. Die gespeicherte thermische Energie dient dann dazu, in Zei¬ ten großer Nachfrage an elektrischer Energie diese mittels der Anlage zur Verfügung zu stellen. The circuit of the system according to the invention for storing thermal energy is used with its humidification to as ¬ to walk in the heat storage and cold storage energy stored on the second thermal fluid energy machine in me ¬ chanical energy. This can be used, for example, for driving an electric generator. The stored thermal energy is then used to provide in Zei ¬ th high demand for electrical energy, this means the plant.

Durch vermehrten Einsatz regenerativer Energie kann es aber auch passieren, dass der insgesamt produzierte Strom im Au¬ genblick der Produktion nicht nachgefragt wird. In diesem Fall kann die Anlage zur Speicherung thermischer Energie dazu verwendet werden, die elektrische Energie beispielsweise über einen Elektromotor in mechanische und über die Fluidenergie- Maschinen in thermische Energie zu wandeln. Allerdings ist zu bemerken, dass bei der Umkehrung des Prozesses der Befeuch- tungsturm nicht zum Einsatz kommt. Dieser muss also bei¬ spielsweise durch geeignete Bypassleitungen umgangen werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, für den Aufladungsvor- gang des Kältespeichers und des Wärmespeichers in der Anlage einen gesonderten Kreislauf vorzusehen. Dieser kann auch mit zusätzlichen Fluidenergie-Maschinen ausgestattet sein. But by increasing the use of renewable energy, it can also happen that the current total produced in the production Au ¬ genblick is not in demand. In this case, the system for storing thermal energy can be used to convert the electrical energy into mechanical energy, for example via an electric motor, and into thermal energy via the fluid energy machines. However, it should be noted that the reversal of the process does not use the humidification tower. This must therefore be bypassed ¬ example by suitable bypass lines. Another possibility is to provide a separate circuit for the charging process of the cold accumulator and the heat accumulator in the system. This can also be equipped with additional fluid energy machines.

Wird die Anlage mit Bypassleitungen versehen, so müssen diese dazu geeignet sein, die erste thermische Fluidenergie- Maschine und die zweite thermische Fluidenergie-Maschine so zu schalten, dass der Wärmespeicher in Durchflussrichtung des Arbeitsgases vor dem Kältespeicher liegt. Dies kann durch eine Umkehr der Flussrichtung in dem Leitungssystem erreicht werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die By- passleitungen derart jeweils direkt vor bzw. hinter dem Wärmespeicher bzw. Kältespeicher in den Kreislauf münden, so dass nur innerhalb der thermischen Speicher die Flussrichtung des Arbeitsgases umgekehrt wird. Wichtig ist die Umkehr der Fließrichtung in den thermischen Speicher (Kältespeicher bzw. Wärmespeicher) , damit die Kalt-Warm-Front im Speichermedium des thermischen Speichers beim Aufladen bzw. Entladen des thermischen Speichers jeweils in die entgegengesetzte Rich¬ tung bewegt wird. If the system is provided with bypass lines, they must be suitable for the first thermal fluid energy. To switch the machine and the second thermal fluid energy machine so that the heat storage is in the flow direction of the working gas in front of the cold storage. This can be achieved by reversing the flow direction in the piping system. Another possibility is that the bypass passages in each case directly in front of or behind the heat storage or cold storage in the circuit, so that only within the thermal storage, the flow direction of the working gas is reversed. Important is the reversal of the flow direction in the thermal storage (cold storage or heat storage), so that the cold-warm front is moved in the storage medium of the thermal storage during charging or discharging the thermal storage in each case in the opposite Rich ¬ direction.

Wird für das Laden der thermischen Speicher ein zusätzlicher Kreislauf verwendet, so durchläuft dieser ebenfalls denselben Wärmespeicher und Kältespeicher. Durch geeignete Ventilmechanismen wird sichergestellt, dass jeweils nur der Kreislauf zum Laden oder der Kreislauf zum Entladen an den thermischen Speicher angeschlossen wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass in den thermischen Speichern je zwei Leitungssysteme für zwei Kreisläufe enthalten sind. In diesem Fall ist eine Umschaltung nicht erforderlich und es kann prinzipbe- dingt sogar ein gleichzeitiges Laden und Entladen der thermischen Speicher erfolgen. If an additional circuit is used for charging the thermal storage, it also passes through the same heat storage and cold storage. Suitable valve mechanisms ensure that only the circuit for charging or the circuit for discharging is connected to the thermal storage. Another possibility is that in the thermal storage each two conduit systems are included for two circuits. In this case, a switchover is not required and, in principle, even a simultaneous charging and discharging of the thermal storage can take place.

In einem Fall wird die Aufladung des Wärmespeichers und des Kältespeichers in der Anlage aber dadurch erzielt, dass der Wärmespeicher über eine zweite Leitung zwischen eine dritte thermische Fluidenergie-Maschine und eine vierte thermische Fluidenergie-Maschine geschaltet werden kann, wobei in Durch¬ flussrichtung des Arbeitsgases von der dritten thermischen Fluidenergie-Maschine zur vierten thermischen Fluidenergie- Maschine gesehen die dritte thermische Fluidenergie-Maschine als Arbeitsmaschine und die vierte thermische Fluidenergie- Maschine als Kraftmaschine geschaltet ist. Dies ermöglicht in der bereits beschriebenen Weise die Aufladung des Wärmespei- chers, wenn das Arbeitsgas in der besagten Durchflussrichtung die zweite Leitung durchströmt. Außerdem kann hinter der vierten thermischen Fluidenergie-Maschine der Kältespeicher in der zweiten Leitung vorgesehen werden, der dann durch das aus der vierten Fluidenergie-Maschine austretende Arbeitsgas gespeist wird und die in dem Arbeitsgas gespeicherte Kälte¬ energie aufnehmen kann. In one case, the charging of the heat accumulator and the cold accumulator in the system but achieved in that the heat accumulator can be connected via a second line between a third thermal fluid energy machine and a fourth thermal fluid energy machine, wherein in through ¬ flow direction of the working gas from the third thermal fluid energy machine to the fourth thermal fluid energy machine, the third thermal fluid energy machine is connected as a work machine and the fourth thermal fluid energy machine is connected as an engine. This allows the charging of the heat storage in the manner already described. Chers, when the working gas flows through said second line in said flow direction. In addition, behind the fourth thermal fluid energy machine of the cold storage can be provided in the second line, which is then fed by the emerging from the fourth fluid energy machine working gas and can store the energy stored in the working ¬ cold ¬ .

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass hinter der zweiten thermischen Fluidenergie- Maschine ein Wasserabscheider in der Leitung angeordnet ist. Durch Entspannung und Abkühlung des Arbeitsgases sinkt auch die Aufnahmekapazität desselben für Wasserdampf, so dass die¬ ser kondensiert. Dieser kann dann in dem besagten Wasserabscheider aufgefangen werden, wobei das abgeschiedene Wasser immer noch eine Temperatur von ca. 50 °C aufweist. Dieses Tem¬ peraturniveau liegt also immer noch über der Umgebungstempe¬ ratur, so dass die in dem aufgefangenen Wasser gespeicherte thermische Energie dem Prozess wieder zugeführt werden kann. Würde der Wasserdampf in die Umgebung ausgeblasen und stattdessen Speisewasser für den Befeuchtungsturm aus der Umgebung verwendet, würde diese thermische Energie dem Prozess verlo¬ ren gehen. Der Wasserabscheider dient damit einer Erhöhung des Wirkungsgrades des durch die erfindungsgemäße Anlage ver¬ wirklichten Prozesses. Um das Wasser aus dem Wasserabscheider dem Prozess wieder zur Verfügung zu stellen, ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Wasserabscheider über eine Speiseleitung mit der Befeuchtungseinheit verbunden ist. According to a further embodiment of the invention, provision is made for a water separator to be arranged in the line behind the second thermal fluid energy machine. By relaxation and cooling of the working gas and the absorption capacity of the same for water vapor decreases, so that condenses ¬ this . This can then be collected in said water, wherein the separated water still has a temperature of about 50 ° C. So this Tem ¬ peraturniveau is still above around Tempe ¬ temperature so that the information stored in the collected water thermal energy can be fed back into the process. If the water vapor is blown into the environment and instead uses feed water for the humidification of the area, this thermal energy would be the process verlo ¬ ren. The water separator thus serves to increase the efficiency of the ver ¬ verified by the inventive system ver ¬ process. In order to make the water from the water separator available to the process again, it is advantageously provided that the water separator is connected to the moistening unit via a feed line.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage kann vorgesehen werden, dass die von der zweiten Fluidenergie-Maschine wegführende Leitung durch einen im Verdampfer befindlichen ersten Wärmetauscher führt. Das Arbeitsgas, welches von der zweiten Fluidenergie-Maschine wegführt, weist Temperaturen von ungefähr 200 °C auf. Diese Wärme kann genutzt werden, um dem Befeuchtungsturm Wärmeenergie zur Verfügung zu stellen, die für die Verdampfung des im Befeuchtungsturm befindlichen Wassers notwendig ist. Diese Wärmeenergie wird dem Prozess daher vorteilhaft wieder zur Verfügung gestellt und entweicht damit nicht ungenutzt in die Umgebung. Dies erhöht vorteilhaft den Wirkungsgrad des durch die Anlage verwirk¬ lichten Prozesses weiter. Außerdem kann durch die erfolgte Abkühlung des Arbeitsgases im Befeuchtungsturm ein dahinter geschalteter Wasserabscheider effektiver arbeiten, da sich das Wasser aus dem abgekühlten Arbeitsgas einfacher abscheiden lässt. Wieder eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Zusatz-Wärmespeicher in einer Zweigleitung vorgesehen ist, wobei die von dem Zusatz-Wärmespeicher wegführende Zweigleitung durch einen im Verdampfer befindlichen zweiten Wärmetauscher führt. Die in dem Zusatz-Wärmespeicher gespei- cherte Energie kann damit den Prozess der Verdampfung von Wasser in der Befeuchtungseinheit zusätzlich unterstützen. Der thermische Energieeintrag, der indirekt über den Zusatz- Wärmespeicher erfolgt, führt damit vorteilhaft zu einer wei¬ teren Erhöhung der Luftfeuchtigkeit in der Befeuchtungsein- heit. Dies führt zu der bereits beschriebenen Erhöhung desAccording to another embodiment of the system according to the invention can be provided that the leading away from the second fluid energy machine line leads through a first heat exchanger located in the evaporator. The working gas, which leads away from the second fluid energy machine, has temperatures of about 200 ° C. This heat can be used to provide the humidification tower with thermal energy necessary for the evaporation of the water in the humidification tower. This heat energy is the Process therefore advantageously provided again and thus does not escape into the environment unused. This advantageously further increases the efficiency of the verwirk ¬ possible by the conditioning process. In addition, by the cooling of the working gas in the humidification tower, a downstream water separator can operate more effectively, since the water can be more easily separated from the cooled working gas. Yet another embodiment of the invention provides that an additional heat storage is provided in a branch line, wherein the leading away from the additional heat storage branch line leads through a second heat exchanger located in the evaporator. The energy stored in the additional heat storage can thus additionally support the process of evaporation of water in the humidification unit. The thermal energy input, which takes place indirectly via the additional heat storage, so that advantageous results integrated in the Befeuchtungsein- to a white ¬ direct increase in humidity. This leads to the already described increase of

Wirkungsgrades des durch die erfindungsgemäße Anlage verwirk¬ lichten Prozesses. Efficiency of the imple ¬ through the plant according to the invention ¬ lichten process.

Der Zusatz-Wärmespeicher wie auch der Wärmespeicher und der Kältespeicher können von externen Wärme- und Kältequellen gespeist werden. Hierbei bietet sich beispielsweise Fernwärme aus einem Kraftwerk an. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn der Zusatzwärmespeicher sowie der Wärmespeicher und der Kältespeicher durch verschiedene Wärmepumpen-Prozesse aufge- laden werden. Hierfür kann vorteilhaft der Zusatz- Wärmespeicher über eine Zusatzleitung zwischen eine fünfte thermische Fluidenergie-Maschine und eine sechste thermische Fluidenergie-Maschine geschaltet werden, wobei in Durchfluss¬ richtung des Arbeitsgases von der fünften thermischen Fluide- nergie-Maschine zu sechsten thermischen Fluidenergie-Maschine gesehen die fünfte thermische Fluidenergie-Maschine als Ar¬ beitsmaschine und die sechste thermische Fluidenergie- Maschine als Kraftmaschine geschaltet ist. Es steht somit vorteilhaft für die Aufladung des Zusatz-Wärmespeichers ein gesonderter Wärmepumpenkreislauf zur Verfügung, wobei die fünfte und sechste Fluidenergie-Maschine für die in dem Zu¬ satz-Wärmespeicher zu erzeugenden Temperaturen optimiert werden können. Natürlich kann der Zusatz-Wärmespeicher auch durch die erste oder durch die dritte Fluidenergie-Maschine aufgeladen werden, wenn eine geeignete Verschaltung über Leitungen bzw. Bypassleitungen ermöglicht wird. Abzuwägen ist hierbei immer der Aufwand an Komponenten gegenüber der Steigerung des Wirkungsgrades für die Einzelprozesse. Bei dieser Abwägung stehen wirtschaftliche Überlegungen im Vordergrund. The additional heat storage as well as the heat storage and the cold storage can be powered by external heat and cold sources. Here, for example, offers district heating from a power plant. However, it is particularly advantageous if the additional heat accumulator and the heat accumulator and the cold accumulator are charged by various heat pump processes. For this purpose, the additional heat storage can advantageously be connected via an additional line between a fifth thermal fluid energy machine and a sixth thermal fluid energy machine, being seen in the flow ¬ direction of the working gas from the fifth thermal fluid nergie machine to sixth thermal fluid energy machine the fifth thermal fluid energy machine is connected as Ar ¬ driven machine, and the sixth thermal Fluidenergie- machine as a combustion engine. It stands thus advantageous for charging of the auxiliary heat accumulator a separate heat pump cycle is available, said fifth and sixth fluid energy machine that can be optimized in the set to ¬ heat storage to be generated temperatures. Of course, the supplemental heat storage may also be charged by the first or by the third fluid energy machine, if an appropriate interconnection via lines or bypass lines is made possible. It is always necessary to weigh up the costs of components compared to increasing the efficiency for the individual processes. In this weighing economic considerations are in the foreground.

Das Arbeitsgas kann wahlweise in einem geschlossenen oder einem offenen Kreislauf geführt werden. Ein offener Kreislauf verwendet als Arbeitsgas immer die Umgebungsluft. Diese wird aus der Umgebung angesaugt und am Ende des Prozesses auch wieder in diese entlassen, so dass die Umgebung den offenen Kreislauf schließt. Ein geschlossener Kreislauf erlaubt auch die Verwendung eines anderen Arbeitsgases als Umgebungsluft. Dieses Arbeitsgas wird in dem geschlossenen Kreislauf ge¬ führt. Da eine Entspannung in die Umgebung bei gleichzeitiger Einstellung des Umgebungsdruckes und der Umgebungstemperatur entfällt, muss das Arbeitsgas im Falle eines geschlossenen Kreislaufes durch einen Wärmetauscher geführt werden, der eine Abgabe von Wärme des Arbeitsgases an die Umgebung erlaubt. The working gas can be fed either in a closed or an open circuit. An open circuit always uses the ambient air as working gas. This is sucked from the environment and released at the end of the process also in this, so that the environment closes the open circuit. A closed circuit also allows the use of a different working gas than ambient air. This working gas is guided in the closed circuit. Since a relaxation in the environment with simultaneous adjustment of the ambient pressure and the ambient temperature is eliminated, the working gas in the case of a closed circuit must be passed through a heat exchanger, which allows a release of heat of the working gas to the environment.

Es kann zum Beispiel vorgesehen werden, dass der Kreislauf für die Speicherung der thermischen Energie in dem Kältespeicher und dem Wärmespeicher als offener Kreislauf ausgebildet ist und die dort als Kraftmaschine arbeitenede thermische Fluidenergie-Maschine aus zwei Stufen aufgebaut ist, wobei zwischen den Stufen ein Wasserabscheider für das Arbeitsgas vorgesehen ist. Hierbei wird dem Umstand Rechnung getragen, dass in der Umgebungsluft Luftfeuchtigkeit enthalten ist. Durch eine Entspannung des Arbeitsgases in einer einzigen Stufe kann es dazu kommen, dass die Luftfeuchtigkeit aufgrund der starken Abkühlung des Arbeitsgases auf beispielsweise - 100°C gefriert und hierbei die thermische Fluidenergie- Maschine beschädigt. Insbesondere können Turbinenschaufeln durch Vereisung nachhaltig beschädigt werden. Eine Entspannung des Arbeitsgases in zwei Schritten ermöglicht es jedoch, kondensiertes Wasser in einem Wasserabscheider hinter der ersten Stufe beispielsweise bei 5°C abzuscheiden, so dass dieses bei einer weiteren Abkühlung des Arbeitsgases in der zweiten Turbinenstufe bereits entfeuchtet ist und eine Eis¬ bildung verhindert oder zumindest verringert werden kann. Vorteilhaft wird das Risiko einer Beschädigung der zweiten Fluidenergie-Maschine hiermit verringert. It can be provided, for example, that the circuit for the storage of thermal energy in the cold storage and the heat storage is designed as an open circuit and there works as a motor engine thermal fluid energy machine is constructed of two stages, wherein between the steps a water separator for the working gas is provided. This takes into account the fact that humidity is contained in the ambient air. By a relaxation of the working gas in a single stage, it may happen that the humidity due to the strong cooling of the working gas to eg - 100 ° C freezes and thereby the thermal Fluidenergie- Machine damaged. In particular, turbine blades can be permanently damaged by icing. An expansion of the working gas in two steps makes it possible, however, to deposit condensed water in a water separator downstream of the first stage, for example, at 5 ° C, so this is already dehumidified in a further cooling of the working gas in the second turbine stage and an ice ¬ formation prevents or at least can be reduced. Advantageously, the risk of damaging the second fluid energy machine is thereby reduced.

Wird ein geschlossener Kreislauf verwendet und, wie bereits beschrieben, ein Wärmetauscher in den Kreislauf eingebaut, kann die Verwendung eines Wasserabscheiders sowie einer zwei- stufigen Fluidenergie-Maschine als Kraftmaschine entfallen. Als Arbeitsgas kann in diesem Fall beispielsweise auch ent¬ feuchtete Umgebungsluft verwendet werden, deren Befeuchtung durch die Geschlossenheit des Kreislaufes ausgeschlossen ist. Aber auch andere Arbeitsgase können Verwendung finden. If a closed circuit is used and, as already described, a heat exchanger installed in the circuit, the use of a water separator and a two-stage fluid energy machine as an engine can be omitted. The working gas also ent ¬ moistened ambient air can be used in this case, for example, the humidification is excluded by the closed nature of the circuit. But other working gases can be used.

Vorteilhaft ist es bei der thermischen Aufladung des Wärme¬ speichers und des Kältespeichers, wenn vor der ersten oder dritten (je nach Konfiguration) Fluidenergie-Maschine der Zusatz-Wärmespeicher vom Arbeitsgas durchflössen wird. Das heißt, dass das Arbeitsgas durch den Zusatz-Wärmespeichers aufgewärmt in die erste Fluidenergie-Maschine eingespeist wird. Hierdurch kann der Zusatz-Wärmespeicher neben der Erwärmung der Befeuchtungseinheit einer weiteren Aufgabe die¬ nen. Die Verwendung des Zusatz-Wärmespeichers hat folgende Vorteile. Wird die Anlage zur Speicherung der thermischenIt is advantageous in the thermal charging of the heat ¬ memory and the cold storage, if before the first or third (depending on the configuration) fluid energy machine, the additional heat storage is traversed by the working gas. That is, the working gas is fed by the additional heat storage warmed up in the first fluid energy machine. This allows the additional heat storage in addition to the heating of the humidifying another task ¬ nen. The use of the additional heat accumulator has the following advantages. If the system is to store the thermal

Energie verwendet, so wird der Zusatz-Wärmespeicher vor Pas¬ sieren der in diesem Fall als Arbeitsmaschine (Verdichter) arbeitenden ersten/dritten Fluidenergie-Maschine durchlaufen. Hierdurch wird das Arbeitsgas bereits über Umgebungstempera- tur aufgewärmt. Dies hat den Vorteil, dass die Arbeitsmaschi¬ ne eine geringere Leistung aufnehmen muss, um die geforderte Temperatur des Arbeitsgases zu erreichen. Konkret soll der Wärmespeicher auf über 500 °C aufgewärmt werden, was vorteil- haft anschließend an das Vorwärmen des Arbeitsgases auch mit handelsüblichen thermodynamischen Verdichtern erfolgen kann, die eine Verdichtung des Arbeitsgases auf 15 bar erlauben. Vorteilhaft kann daher auf Komponenten für die Baueinheiten der Anlage zurückgegriffen werden, die am Markt ohne kostspielige Modifikationen erhältlich sind. Vorteilhaft kann das Arbeitsgas in dem Zusatz-Wärmespeicher auf eine Temperatur zwischen 60°C und 100°C, besonders vorteilhaft auf eine Tem¬ peratur von 80°C erwärmt werden. Im Unterschied hierzu ist für die Wärmezufuhr in den Befeuchtungsturm eine Erwärmung des Arbeitsgases auf ca. 190°C besonders vorteilhaft. Energy used, the additional heat storage before Pas ¬ sieren of running in this case as a working machine (compressor) working first / third fluid energy machine. As a result, the working gas is already warmed up over ambient temperature. This has the advantage that the Arbeitsmaschi ¬ ne must absorb a lower power to reach the required temperature of the working gas. Specifically, the heat storage is to be heated to over 500 ° C, which is advantageous haft following the preheating of the working gas can also be done with commercially available thermodynamic compressors that allow a compression of the working gas to 15 bar. Advantageously, therefore, can be used on components for the units of the system, which are available on the market without costly modifications. Advantageously, the working gas in the additional heat storage to a temperature between 60 ° C and 100 ° C, particularly advantageously to a Tem ¬ temperature of 80 ° C are heated. In contrast, heating of the working gas to about 190 ° C is particularly advantageous for the supply of heat in the humidification tower.

Wie bereits erwähnt, kann das Arbeitsgas im Kreislauf des Wärmespeichers und Kältespeichers auf 15 bar verdichtet wer- den, wodurch sich Temperaturen des Arbeitsgrades von bis zu 550°C erreichen lassen. As already mentioned, the working gas in the circuit of the heat storage and cold storage can be compressed to 15 bar, which can reach temperatures of the working degree of up to 550 ° C.

Zuletzt kann gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen werden, dass hinter der zweiten thermischen Fluidenergie-Maschine ein Wärmetauscher in der Leitung vorge¬ sehen ist, der als Kühlmittel mit Wasser für die Befeuchtungseinheit gespeist wird. Hierdurch kann dem durch die Lei¬ tung strömenden Arbeitsgas noch weitere Wärmeenergie entzogen werden, mit der das Speisewasser für die Befeuchtungseinheit vorgewärmt wird. Damit wird auch diese Energie dem Prozess wieder zur Verfügung gestellt, wodurch dessen Wirkungsgrad vorteilhaft weiter steigt. Insbesondere bei Vorsehen eines offenen Kreislaufes benötigt die Befeuchtungseinheit ver¬ gleichsweise viel Speisewasser, da das Wasser nach Durchlau- fen des Kreislaufes zumindest teilweise wieder in die Umge¬ bung abgegeben wird. Aber auch bei einem geschlossenen Kreislauf können Undichtigkeiten im Kreislauf bzw. die Trocknung der Kanäle in dem Wärmespeicher und dem Kältespeicher beim Umschalten von Entladebetrieb in den Ladebetrieb dazu führen, dass neues Speisewasser in die Befeuchtungseinheit eingetra¬ gen werden muss. Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind hierbei jeweils mit denselben Bezugs¬ zeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen: Finally, it can be provided according to a particular embodiment of the invention that behind the second thermal fluid energy machine, a heat exchanger in the line is pre ¬ see, which is fed as a coolant with water for the moistening unit. In this way, the heat energy flowing through the Lei ¬ tion further heat energy can be withdrawn, with which the feed water is preheated for the moistening unit. Thus, this energy is made available to the process again, whereby its efficiency advantageously further increases. In particular, in providing an open circuit the humidification required ver ¬ same as much feed water as the water after Durchlau- fen of the circuit at least partially back into the surrounding environment ¬ is dispensed. But even in a closed circuit leaks in the circulation or the drying of the channels in the heat storage and the cold storage when switching from unloading to charging mode can lead to new feed water must be eingetra ¬ gen in the humidification. Further details of the invention are described below with reference to the drawing. Identical or corresponding drawing elements are in this case provided with the same reference numerals and will only ¬ be explained more than once, such as differences between the individual figures arise. Show it:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Figure 1 shows an embodiment of the invention

Anlage mit Bypassleitungen als Schaltbild und  System with bypass lines as circuit diagram and

Figur 2 und 3 ein anderes Ausführungsbeispiel der erfin¬ dungsgemäßen Anlage mit getrennten Kreisläufen für das Laden und Entladen der thermischen Speicher anhand von weiteren Schaltbildern. Figure 2 and 3 another embodiment of the inventions ¬ to the invention system with separate circuits for charging and discharging the thermal storage using other circuit diagrams.

Eine Anlage zur Speicherung thermischer Energie gemäß Figur 1 weist eine Leitung 11 auf, mit der mehrere Einheiten derart miteinander verbunden sind, dass diese von einem Arbeitsgas in einem offenen Kreislauf durchflössen werden können. Das Arbeitsgas wird über ein Ventil A aus der Umgebung angesaugt und fließt durch eine erste thermische Fluidenergie-Maschine 13, die als hydrodynamischer Verdichter ausgebildet ist. Wei¬ terhin führt die Leitung dann über ein Ventil B zu einem Wärmespeicher 14. Dieser ist druch die Leitung 11 über ein Ven- til C mit einer zweiten thermischen Fluidenergie-Maschine 15 verbunden, welche als hydrodynamische Turbine ausgeführt ist. Von der Turbine führt die Leitung 11 über ein Ventil D zu ei¬ nem Kältespeicher 16. Vom Kältespeicher 16 öffnet sich die Leitung in die Umgebung. In dem beschriebenen Betriebszustand sind die Ventile A bis D also geöffnet. Ventile E bis H sind verschlossen (hierzu im folgenden mehr) A system for storing thermal energy according to FIG. 1 has a line 11, with which several units are connected to one another in such a way that they can be flowed through by a working gas in an open circuit. The working gas is drawn in through a valve A from the environment and flows through a first thermal fluid energy machine 13, which is designed as a hydrodynamic compressor. Wei ¬ terhin then performs the line through a valve B to a heat accumulator 14. This is druch line 11 connected through a valve C and a second thermal fluid energy machine 15, which is designed as a hydrodynamic turbine. From the turbine, the line 11 leads via a valve D to ei ¬ nem cold storage 16. From the cold storage 16, the line opens into the environment. In the described operating state, the valves A to D are thus opened. Valves E to H are closed (more on that below)

Die erste und zweite Fluidenergie-Maschine 13 und 15 sind über eine Welle 21 mechanisch miteinander gekoppelt und wer- den durch einen elektrischen Motor M angetrieben, der von einem Windkraftwerk 22 gespeist wird, solange die erzeugte elektrische Energie im Stromnetz nicht nachgefragt wird. Wäh¬ rend dieses Betriebszustandes werden der Wärmespeicher 14 und der Kältespeicher 16 aufgeladen, wie später noch genauer erläutert wird, und die Anlage wird durch die Leitung 11 durch¬ strömt, wobei die Einheiten in der oben genannten Reihenfolge durchströmt werden. The first and second fluid energy machines 13 and 15 are mechanically coupled to each other via a shaft 21 and are driven by an electric motor M powered by a wind power plant 22 as long as the generated electrical energy in the power grid is not in demand. Currency ¬ rend this operating state are the heat storage 14 and the cold storage 16 charged, as will be explained in more detail later, and the system is through the conduit 11 by ¬ flows, the units are flowed through in the above order.

Ist die Nachfrage an elektrischer Energie im Verhältnis zur aktuell erzeugten Menge an elektrischer Energie größer, so wird der durch das Windkraftwerk 22 erzeugte Strom direkt in das Netz eingespeist. Zusätzlich unterstützt die Anlage in einem anderen Betriebszustand die Stromerzeugung, indem derIf the demand for electrical energy in relation to the currently generated amount of electrical energy is greater, the power generated by the wind power plant 22 is fed directly into the grid. In addition, the system supports power generation in a different operating state by using the

Wärmespeicher 14 und der Kältespeicher 16 entladen werden und mit der Welle 21 durch die Fluidenergie-Maschinen 18 und 19 ein Generator G angetrieben wird. Zu diesem Zweck werden die Ventile A bis D geschlossen und dafür die Ventile E bis H ge- öffnet. Hierdurch werden Bereiche der Leitung 11 nicht mehr durchströmt, sondern anstelle dessen Bypassleitungen 19 geöffnet, die den Fluss des Arbeitsgases ändern. Heat storage 14 and the cold storage 16 are discharged and with the shaft 21 by the fluid power machines 18 and 19, a generator G is driven. For this purpose the valves A to D are closed and for this the valves E to H are opened. As a result, portions of the conduit 11 are no longer flowed through, but instead open bypass lines 19, which change the flow of the working gas.

Das Arbeitsgas durchströmt den Kältespeicher 16 und läuft über eine Bypassleitung 19 über das Ventil E zur ersten Flui- denergie-Maschine (Verdichter) . Nach Verlassen des Verdichters wird das Arbeitsgas über ein Ventil F durch eine Be¬ feuchtungseinheit 18 geleitet, die in einer weiteren Bypass¬ leitung 19 vorgesehen ist und zum Wärmespeicher 14 führt. Da- her wird der Wärmespeicher 14 bereits mit befeuchteter Luft gespeist, welche über die Bypassleitung 19 durch ein Ventil G den Wärmespeicher 14 verlässt und der zweiten Fluidenergie- Maschine 15 (Turbine) zugeführt wird. Hier wird die mechani¬ sche Energie zum Antrieb der ersten Fluidenergie-Maschine 13 (Verdichter) und des Generators gewonnen. Über die Bypasslei¬ tung 19 durch ein Ventil H gelangt das Arbeitsgas wieder in die Umgebung, wobei vorher das Arbeitsgas über einen Wasserabscheider 17 entfeuchtet wird. Das abgeschiedene, ca. 50°C warme Wasser wird über eine Speisepumpe 23a der Befeuchtungs- einheit 18 zugeführt. Zusätzlich kann Wärme in die Befeuch¬ tungseinheit eingebracht werden, die beispielsweise als Fern¬ wärme aus einem Kraftwerk abgeleitet wird. Dies ist in Figur 1 durch einen Wärmetauscher 33a angedeutet. Der Aufbau, des Wärmespeichers 14 und des Kältespeichers 16 (auch des Zusatz-Wärmespeichers gemäß Figur 3) bei der Anlage gemäß Figur 1 ist jeweils gleich und wird durch eine Aus- Schnittsvergrößerung anhand des Kältespeichers 16 näher erläutert. Vorgesehen ist ein Behälter, dessen Wand 24 mit einem Isolationsmaterial 25 versehen ist, welches große Poren 26 aufweist. Im Inneren des Behälters ist Beton 27 vorgese¬ hen, der als Wärmespeicher oder Kältespeicher fungiert. In- nerhalb des Betons 27 sind Rohre 28 parallel verlaufend ver¬ legt, durch die das Arbeitsgas strömt und dabei Wärme abgibt oder Wärme aufnimmt (je nach Betriebsart und Speicherart) . The working gas flows through the cold storage 16 and runs via a bypass line 19 via the valve E to the first fluid energy machine (compressor). After leaving the compressor, the working gas via a valve F by a Be ¬ feuchtungseinheit is passed 18, which is provided in a further bypass ¬ line 19 and leads to the heat storage fourteenth Therefore, the heat accumulator 14 is already supplied with humidified air, which leaves the heat accumulator 14 via the bypass line 19 through a valve G and is supplied to the second fluid energy machine 15 (turbine). Here, the mechanical ¬ specific energy is obtained for driving the first fluid energy machine 13 (compressor) and of the generator. Via the Bypasslei ¬ device 19 through a valve H, the working gas returns to the environment, previously the working gas is dehumidified via a water separator 17. The separated, about 50 ° C warm water is supplied via a feed pump 23 a of the humidifying unit 18. In addition, heat can be introduced into the humidification ¬ processing unit, which is derived, for example, as a remote ¬ heat from a power plant. This is indicated in FIG. 1 by a heat exchanger 33a. The structure of the heat accumulator 14 and the cold accumulator 16 (and the additional heat accumulator according to Figure 3) in the system according to Figure 1 is the same and is explained in more detail by a Ausschnittsvergrößerung based on the cold accumulator 16. Provided is a container whose wall 24 is provided with an insulating material 25 having large pores 26. Inside the container concrete 27 is vorgese ¬ hen, which acts as a heat storage or cold storage. Domestic nerhalb of the concrete pipes 27 are running parallel ver 28 sets ¬ through which flows the working gas and thereby gives off heat or absorbs heat (depending on the mode and type of memory).

Anhand der Anlage gemäß den Figuren 2 und 3 sollen der ther- mische Auflade- und Entladeprozess näher erläutert werden. In Figur 2 ist zunächst ein zweistufiger Ladeprozess darge¬ stellt, der nach dem Prinzip einer Wärmepumpe funktioniert. Dargestellt ist in den Figuren 2 und 3 ein offener Kreislauf, der jedoch, wie strichpunktiert angedeutet, unter Einsatz ei- nes optional vorgesehenen Wärmetauschers 17a, 17b geschlossen werden könnte. Die Zustände im Arbeitsgas, welche bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 2 und 3 aus Luft besteht, sind jeweils an den Leitungen 30, 31, 32 in Kreisen dargestellt. Links oben ist der Druck in bar angegeben. Rechts oben wird die Entalpie in KJ/Kg angegeben. Links unten steht die Temperatur in °C und rechts unten wird der Massefluss in Kg/s angegeben. Die Flussrichtung des Gases ist durch Pfeile in der betreffenden Leitung angedeutet. In der Modellrechnung für den Kreislauf der zweiten LeitungBased on the system according to FIGS. 2 and 3, the thermal charging and discharging process will be explained in greater detail. In Figure 2, a two-stage charging process is initially Darge ¬ provides that works on the principle of a heat pump. An open circuit is shown in FIGS. 2 and 3, which however, as indicated by dash-dotted lines, could be closed by using an optionally provided heat exchanger 17a, 17b. The conditions in the working gas, which in the embodiment of Figures 2 and 3 consists of air, are shown in each case on the lines 30, 31, 32 in circles. At the top left is the pressure in bar. Top right, the enthalpy is given in KJ / Kg. Bottom left is the temperature in ° C and bottom right is the mass flow in kg / s. The direction of flow of the gas is indicated by arrows in the relevant line. In the model calculation for the circulation of the second line

31 gemäß Figur 2 gelangt das Arbeitsgas mit 1 bar und 20 °C in einen (vorher aufgeladenen) Zusatz-Wärmespeicher 12 und ver- lässt diesen mit einer Temperatur von 80 °C. Durch Komprimierung mittels der als Verdichter arbeitenden dritten Fluide- nergie-Maschine 34 kommt es zu einer Druckerhöhung auf 15 bar und infolgedessen auch zu einer Temperaturerhöhung auf 540 °C. Dieser Berechnung liegt folgende Formel zugrunde T2= !+ (T2s-Ti) /nc; Τ23=ΤιΠ (κ~1 /κ, wobei According to FIG. 2, the working gas reaches 1 bar and 20 ° C. into a (previously charged) additional heat storage 12 and leaves it at a temperature of 80 ° C. Compression by means of the third fluid energy machine 34 operating as a compressor leads to an increase in pressure to 15 bar and, consequently, also to a temperature increase to 540 ° C. This calculation is based on the following formula T 2 = ! + (T 2s -Ti) / n c ; Τ 23 = Τ ιΠ (κ ~ 1 / κ , where

Τ2 die Temperatur am Verdichterausgang, Τ 2 the temperature at the compressor outlet,

T1 die Temperatur am Verdichtereingang, T 1 is the temperature at the compressor inlet,

nc der isentropische Wirkungsgrad des Kompressors, n c the isentropic efficiency of the compressor,

n das Druckverhältnis (hier 15:1) und n the pressure ratio (here 15: 1) and

K die Kompressibilität ist, die bei Luft 1,4 beträgt.  K is the compressibility, which is 1.4 in air.

Der isentropische Wirkungsgrad nc kann einem Kompressor mit 0,85 vorausgesetzt werden. The isentropic efficiency n c can be assumed to be a compressor with 0.85.

Das erhitzte Arbeitsgas durchläuft nun den Wärmespeicher 14, wo der Hauptteil der verfügbaren thermischen Energie gespeichert wird. Während der Speicherung kühlt sich das Arbeitsgas auf 20 °C ab, während der Druck (abgesehen von strömungsbe¬ dingten Druckverlusten) mit 15 bar erhalten bleibt. Anschließend wird das Arbeitsgas in zwei in Serie geschalteten Stufen 35a, 35b einer vierten Fluidenergie-Maschine 35 entspannt, so dass es auf einem Druckniveau von 1 bar anlangt. Dabei kühlt sich das Arbeitsgas nach der ersten Stufe auf 5°C und nach der zweiten Stufe auf -100°C ab. Grundlage für diese Berech¬ nung ist ebenfalls die oben angegebene Formel. The heated working gas now passes through the heat storage 14, where the majority of the available thermal energy is stored. During the storage of the working gas is cooled to 20 ° C, while the pressure (aside from strömungsbe ¬ related pressure loss) with 15 bar is maintained. Subsequently, the working gas is expanded in two series-connected stages 35a, 35b of a fourth fluid energy machine 35 so that it arrives at a pressure level of 1 bar. The working gas cools to 5 ° C after the first stage and to -100 ° C after the second stage. The basis for this calculation ¬ voltage is also the above mentioned formula.

In den Teil der Leitung 31, der die beiden Stufen der vierten Fluidenergie-Maschine 35a, 35b in Form einer Hochdruckturbine und einer Niederdruckturbine verbindet, ist zusätzlich ein Wasserabscheider 29 vorgesehen. Dieser ermöglicht nach einer ersten Entspannung eine Trocknung der Luft, so dass die in dieser enthaltene Luftfeuchtigkeit in der zweiten Stufe 35b der vierten Fluidenergie-Maschine 35 nicht zu einer Vereisung der Turbinenblätter führt. In the part of the line 31, which connects the two stages of the fourth fluid energy machine 35a, 35b in the form of a high-pressure turbine and a low-pressure turbine, a water separator 29 is additionally provided. This allows for a first relaxation, a drying of the air, so that the humidity contained in this second stage 35b of the fourth fluid energy machine 35 does not lead to icing of the turbine blades.

Im weiteren Verlauf entzieht das entspannte und daher abge¬ kühlte Arbeitsgas dem Kältespeicher 16 Wärme und wird dadurch auf 0°C erwärmt. Auf diesem Weg wird Kälteenergie im Kälte¬ speicher 16 gespeichert, die bei einer anschließenden Energiegewinnung genutzt werden kann. Vergleicht man die Tempera¬ tur des Arbeitsgases am Ausgang des Kältespeichers 16 und am Eingang des Zusatz-Wärmespeichers 12, so wird deutlich, warum für den Fall eines geschlossenen Kreislaufs der Wärmetauscher 17b zur Verfügung gestellt werden muss. Hier kann das Arbeitsgas wieder auf Umgebungstemperatur von 20 °C aufgewärmt werden, wodurch der Umgebung Wärme entzogen wird, die dem Prozess zur Verfügung gestellt wird. Eine solche Maßnahme kann selbstverständlich entfallen, wenn das Arbeitsgas direkt aus der Umgebung angesaugt wird, da dies bereits Umgebungs¬ temperatur aufweist. In the further course, the relaxed and therefore abge ¬ cooled working gas deprives the cold storage 16 heat and is thereby heated to 0 ° C. In this way, cold energy is stored in the cold ¬ memory 16, which can be used in a subsequent energy production. If one compares the tempera ¬ ture of the working gas at the outlet of the cold reservoir 16 and on Input of the additional heat storage 12, it is clear why in the case of a closed circuit, the heat exchanger 17b must be provided. Here, the working gas can be reheated to an ambient temperature of 20 ° C, whereby the environment heat is removed, which is provided to the process. Of course, such a measure can be omitted if the working gas is sucked directly from the environment, since this already has ambient ¬ temperature.

Damit bei dem Durchlaufen des Kreislaufes der zweiten Leitung 31 eine Vorerwärmung durch den Zusatz-Wärmespeicher 12 erfolgen kann, ist ein Zusatzkreislauf durch eine Zusatzleitung 30 verwirklicht, mit dem der Zusatz-Wärmespeicher 12 aufgeladen werden kann. Der Zusatz-Wärmespeicher 12 muss daher sowohl an den Kreislauf der zweiten Leitung 31 als auch an den Kreislauf der Zusatzleitung 30 angeschlossen werden können. Ein Anschluss an die zweite Leitung 31 erfolgt durch die Ventile I, während ein Anschluss an die Zusatzleitung 30 durch Öffnen der Ventile K gewährleistet wird. Beim Durchlaufen der Zu¬ satzleitung 30 wird die Luft zunächst durch eine fünfte Flui- denergie-Maschine 36 geleitet, die als Verdichter arbeitet. Die verdichtete Luft wird durch den Zusatz-Wärmespeicher 12 geleitet, wobei die Durchflussrichtung entsprechend der ange- deuteten Pfeile genau entgegengesetzt zum durch die zweite Leitung 31 gebildeten Kreislauf verläuft. Nachdem die Luft von Umgebungsdruck (1 bar) und Umgebungstemperatur (20°C) durch den Verdichter auf 4 bar und einer Temperatur von 188 °C gebracht wurde, wird die Luft durch den Zusatz-Wärmespeicher 12 wieder auf 20°C abgekühlt. Anschließend wird die Luft durch die Stufen 37a, 37b einer sechsten Fluidenergie- Maschine 37, die als Turbine arbeitet, in zwei Stufen ent¬ spannt. Auch hier ist in der die beiden Stufen 37a, 37b verbindenden Zusatzleitung 30 ein Wasserabscheider 29 vorgese- hen, der genauso funktioniert, wie der in der zweiten Leitung 31 befindliche. Nach Entspannen der Luft über die sechste Fluidenergie-Maschine 37 besitzt diese eine Temperatur von - 56°C bei Umgebungsdruck (1 bar) . Für den Fall, dass der Kreislauf der Zusatzleitung 30, wie strichpunktiert darge¬ stellt, geschlossen ausgeführt sein soll, muss daher ein Wärmetauscher 17c vorgesehen werden, damit die Luft von -56°C durch Wärmeabgabe an die Umgebung auf 20 °C aufgewärmt werden kann . Thus, when passing through the circuit of the second line 31, a preheating can be done by the additional heat storage 12, an additional circuit is realized by an additional line 30, with which the additional heat storage 12 can be charged. The additional heat storage 12 must therefore be connected to both the circuit of the second line 31 and to the circuit of the additional line 30. A connection to the second line 31 takes place through the valves I, while a connection to the additional line 30 is ensured by opening the valves K. When passing through the line 30 to set ¬ the air is first passed through a fifth fluidically 'Energy engine 36, which operates as a compressor. The compressed air is passed through the additional heat accumulator 12, the flow direction corresponding to the indicated arrows runs exactly opposite to the circuit formed by the second conduit 31. After the air was brought from ambient pressure (1 bar) and ambient temperature (20 ° C) through the compressor to 4 bar and a temperature of 188 ° C, the air is cooled by the additional heat storage 12 back to 20 ° C. Subsequently, the air passes through the steps 37a, 37b of a sixth Fluidenergie- machine 37 which operates as a turbine, ent ¬ clamped in two stages. Here, too, a water separator 29 is provided in the additional line 30 connecting the two stages 37 a, 37 b, which works in the same way as that in the second line 31. After relaxing the air via the sixth fluid energy machine 37, this has a temperature of -56 ° C at ambient pressure (1 bar). In the event that the Circuit of the additional line 30, as dash-dotted Darge ¬ presents, should be executed closed, therefore, a heat exchanger 17c must be provided so that the air from -56 ° C can be heated by heat to the environment to 20 ° C.

Die Kreisläufe der zweiten Leitung 31 und der Zusatzleitung 30 werden unabhängig voneinander in Gang gesetzt. Daher sind die dritte und vierte Fluidenergie-Maschine über die Welle 21 mit einem Motor Ml und die fünfte und sechste Fluidenergie- Maschine über die andere Welle 21 mit einem Motor M2 mecha¬ nisch gekoppelt. Bei Überkapazitäten der Windkraftanlage 22 kann die elektrische Energie zunächst den Motor M2 antreiben, um den Zusatz-Wärmespeicher 12 aufzuladen. Anschließend kön- nen durch Betrieb des Motors Ml und gleichzeitiger Entladung des Zusatzwärmespeichers 12 der Wärmespeicher 14 und der Käl¬ tespeicher 16 aufgeladen werden. Anschließend kann durch den Betrieb des Motors M2 auch der Zusatz-Wärmespeicher 12 wieder aufgeladen werden. Wenn alle Speicher voll aufgeladen sind, kann ein effektiver Entladezyklus zur Gewinnung elektrischer Energie eingeleitet werden (vgl. Figur 3) . Sollte die Überka¬ pazität des Windkraftwerks 22 jedoch enden, ohne dass der Zu¬ satz-Wärmespeicher 12 aufgeladen werden konnte, so kann die in diesem zur Verfügung gestellte Energie auch durch andere Wärmequellen ersetzt werden (vgl. Figur 3) . The circuits of the second line 31 and the additional line 30 are set independently. Therefore, the third and fourth fluid energy machine via the shaft 21 with a motor Ml and the fifth and sixth Fluidenergie- machine via the other shaft 21 with a motor M2 mecha ¬ nically coupled. With overcapacities of the wind turbine 22, the electrical energy can first drive the motor M2 to charge the additional heat storage 12. Subsequently kön- nen 12 of the heat accumulator 14 to be charged and the Käl ¬ tespeicher 16 by operation of the motor Ml and simultaneous discharge of the auxiliary heat accumulator. Subsequently, by the operation of the motor M2 and the additional heat storage 12 can be recharged. When all the reservoirs are fully charged, an effective discharge cycle can be initiated to generate electrical energy (see Figure 3). However, should send the Überka ¬ capacity of the wind power plant 22 without the to ¬ set-heat storage could be charged for 12, so the question posed in this available energy can be replaced by other sources of heat (see FIG. 3).

Vorstellbar ist auch ein Zusatz-Wärmespeicher 12, der durch getrennte Leitungssysteme für die zweite Leitung 31 und die Zusatzleitung 30 versorgt werden kann. Hierdurch entstünden zwei unabhängige Kreisläufe, ohne dass Ventile I und K zum Einsatz kommen. Auf diese Weise könnte der Zusatz- Wärmespeicher 12 gleichzeitig geladen und entladen werden. Vorstellbar ist daher in diesem Fall auch ein gleichzeitiger Betrieb der Motoren Ml, M2. Dieses Betriebsregime hat zwei Vorteile. Zum einen können auch größere Überkapazitäten des Windkraftwerks 22 durch gleichzeitigen Betrieb der Motoren Ml, M2 bei Volllast aufgefangen werden, wodurch eine größere Flexibilität des Systems entsteht. Außerdem könnten durch gleichzeitiges Betreiben beider Motoren sichergestellt wer¬ den, dass die drei thermischen Speicher 12, 14, 16 immer gleichzeitig und nicht nacheinander aufgefüllt werden. Damit kann der Ladevorgang jederzeit bei voller Betriebsfähigkeit des Entladevorgangs gestoppt werden, wenn keine Überkapazitä¬ ten im elektrischen Netz mehr vorhanden sind und stattdessen ein Bedarf an zusätzlicher elektrischer Energie entsteht. Also conceivable is an additional heat accumulator 12, which can be supplied by separate line systems for the second line 31 and the additional line 30. This would create two independent circuits without valves I and K being used. In this way, the additional heat accumulator 12 could be simultaneously charged and discharged. It is therefore conceivable in this case, a simultaneous operation of the motors Ml, M2. This operating regime has two advantages. On the one hand, even larger overcapacities of the wind power plant 22 can be absorbed by simultaneous operation of the motors Ml, M2 at full load, resulting in greater flexibility of the system. In addition, could through simultaneous operation of both motors ensured ¬ the that the three thermal memory 12, 14, 16 are always filled simultaneously and not one after the other. Thus, the charging process can be stopped at any time at full operability of the discharge when no Überkapazitä ¬ th in the electrical network are no longer available and instead creates a need for additional electrical energy.

Mittels Figur 3 kann der Entladezyklus des Wärmespeichers 14 und des Kältespeichers 16 nachvollzogen werden, wobei am Ge¬ nerator G elektrische Energie erzeugt wird. Für den Entlade¬ zyklus stehen die erste Fluidenergiemaschine 13 und die zwei¬ te Fluidenergiemaschine 15 zur Verfügung, die in dem vorste¬ hend beschriebenen Ladeprozessen (siehe Figur 2) nicht ge- nutzt wurden. Dies erlaubt die Optimierung des Wirkungsgrades der Fluidenergie-Maschinen, führt aber auch zu höheren Investitionskosten bei der Anschaffung der Anlage. Abzuwägen ist daher der höhere Investitionsaufwand bei Verwendung von zu¬ sätzlichen Fluidenergie-Maschinen gegenüber dem Gewinn an Wirkungsgrad, der dadurch erreicht wird, dass bei Verwendung von vier Fluidenergie-Maschinen jede auf den entsprechenden Betriebszustand optimiert werden kann. Der Wärmspeicher 14, der Kältespeicher 16 und die Zusatz-Wärmespeicher 12 sind dieselben wie in Figur 2 und werden nur in entgegengesetzter Richtung durchströmt. In den Figuren 2 und 3 ist also diesel¬ be Anlage dargestellt, wobei aus Gründen der Übersichtlich¬ keit jeweils nur die an dem ablaufenden Prozess beteiligten Systemkomponenten und Leitungen dargestellt sind. Weiterhin ist strichpunktiert die Alternative eines geschlossenen Means of Figure 3, the discharging of the heat accumulator 14 and the cold accumulator 16 can be tracked, wherein electrical energy is generated at the Ge ¬ G erator. For the unloading cycle ¬ the first fluid energy machine 13 and the two ¬ te fluid energy machine 15 are available, which have been (see Figure 2) uses not overall in the vorste ¬ starting charging described processes. This allows the optimization of the efficiency of the fluid energy machines, but also leads to higher investment costs for the purchase of the system. Therefore has to be weighed the high investment costs for use of too ¬ sätzlichen fluid energy machine in relation to the gain in efficiency which is achieved by using four fluid energy machines, each can be optimized for the corresponding operating state. The heat storage 14, the cold storage 16 and the additional heat storage 12 are the same as in Figure 2 and are flowed through only in the opposite direction. In the figures 2 and 3 so diesel ¬ be plant is shown, for the sake of clarity ¬ only each of the system components and lines involved in the running process are shown. Furthermore, dash-dotted is the alternative of a closed

Kreislaufes dargestellt. Circulation shown.

Das Arbeitsgas wird durch den Kältespeicher 16 geleitet. Da¬ bei wird es von 20°C auf -100°C abgekühlt. Diese Maßnahme dient zur Reduzierung der Leistungsaufnahme, um die als Kom- pressor arbeitende erste Fluidenergie-Maschine zu betreiben. Die Leistungsaufnahme wird um den Faktor entsprechend des Temperaturunterschiedes in Kelvin also 293K/173K = 1,69 redu¬ ziert. In dem Beispiel komprimiert der Kompressor das Ar- beitsgas auf 10 bar. Hierbei steigt die Temperatur auf 89°C. Technisch vertretbar wäre auch eine Kompression von bis zu 15 bar. Das komprimierte Arbeitsgas durchläuft zunächst die Be¬ feuchtungseinheit 18 und dann den Wärmespeicher 14 und wird dadurch in der Befeuchtungseinheit auf 145°C und im Wärme¬ speicher 14 auf 530°C aufgeheizt. Anschließend wird das Ar¬ beitsgas durch die zweite Fluidenergie-Maschine 15 entspannt, die somit in diesem Betriebszustand als Turbine arbeitet. Es erfolgt eine Entspannung auf 1 bar, wobei am Ausgang der ers- ten Fluidenergie-Maschine immer noch eine Temperatur vonThe working gas is passed through the cold storage 16. At ¬ it is cooled from 20 ° C to -100 ° C. This measure serves to reduce the power consumption in order to operate the first fluid energy machine operating as a compressor. Power consumption is = 1.69 redu ¬ ed by a factor according to the temperature difference in Kelvin ie 293K / 173K. In the example, the compressor compresses the working gas at 10 bar. The temperature rises to 89 ° C. Technically acceptable would be a compression of up to 15 bar. The compressed working gas passes through the first loading ¬ feuchtungseinheit 18 and then the heat accumulator 14 and is thereby heated in the humidification unit to 145 ° C and in the heat ¬ store 14 to 530 ° C. Subsequently, the Ar ¬ isitsgas relaxed by the second fluid energy machine 15, which thus operates in this operating condition as a turbine. There is a relaxation to 1 bar, wherein at the output of the first fluid energy machine still a temperature of

201°C im Arbeitsgas vorliegt. Daher kann das Arbeitsgas noch durch einen Wärmetauscher 33b in der Verdampfungseinheit geführt werden um dort Wärme für die Verdampfung des Wassers abzugeben. Durch die weitere Abkühlung des Arbeitsgases ist es möglich, zumindest einen Teil der Luftfeuchtigkeit über den Wasserabscheider 17 abzuscheiden. Das abgeschiedene Wasser weist noch eine Temperatur von ca. 50 °C auf und wird über eine Speisepumpe 23b wieder in die Befeuchtungseinheit ge¬ pumpt. Die entfeuchtete Luft verlässt den Kreislauf und wird in die Umgebung ausgeblasen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass, wie strichpunktiert angedeutet, ein geschlossener 201 ° C is present in the working gas. Therefore, the working gas can still be passed through a heat exchanger 33b in the evaporation unit to emit heat there for the evaporation of the water. As a result of the further cooling of the working gas, it is possible to deposit at least part of the air humidity via the water separator 17. The separated water still has a temperature of about 50 ° C and is pumped via a feed pump 23b back into the humidification ge ¬ . The dehumidified air leaves the circuit and is blown into the environment. Alternatively, it can be provided that, as indicated by dash-dotted lines, a closed

Kreislauf durch die Leitung 32 realisiert ist. In diesem Fall sorgt ein Wärmetauscher 17a dafür, dass das Arbeitsgas, wel¬ ches noch eine Temperatur von 50 °C aufweist, auf Umgebungs- temperatur (20 °C) abgekühlt wird. Der Wärmetauscher kann auch dazu verwendet werden, um Frischwasser aufzuwärmen, welches über eine Speisepumpe 23c in die Befeuchtungseinheit gepumpt werden kann. In der Befeuchtungseinheit wird Wärme benötigt, die die Ver¬ dampfung des Speisewassers bewirkt. Um hier eine zusätzliche Energiequelle zur Verfügung zu stellen, kann, wie bereits zu Figur 1 angegeben, der Wärmetauscher 33a an eine externe Wärmequelle angeschlossen werden. Hierbei kann es sich bei- spielsweise um Fernwärme handeln. Vorteilhaft ist es aber auch, den aufgeladenen Zusatz-Wärmespeicher 12 zu nutzen. Hierzu ist eine Zweigleitung 38 vorgesehen, die vor dem Kältespeicher 16 von der Leitung 32 abzweigt. Diese durchläuft den Zusatz-Wärmespeicher 12 und anschließend einen Wärmetauscher 33c in der Befeuchtungseinheit, so dass die im Zusatz- Wärmespeicher 12 gespeicherte Wärmeenergie ebenfalls der Be¬ feuchtungseinheit zugeführt werden kann. Die Zweigleitung 38 mündet hinter dem Wärmetauscher 33c in die Leitung 32 hinter dem Wärmetauscher 33b. Der Massefluss an Arbeitsgas wird also an der Zweigleitung 38 aufgespalten, wobei 8,3 Kg/s durch die Zweigleitung 38 geleitet werden und 4,8 Kg/s durch die den Kältespeicher 16 Befeuchtungseinheit 18 und den Wärmespeicher 14 geleitet werden. Circuit through the line 32 is realized. In this case, a heat exchanger 17 ensures that the working gas still has a temperature of 50 ° C, wel ¬ ches, at ambient temperature (20 ° C) is cooled. The heat exchanger can also be used to warm up fresh water, which can be pumped via a feed pump 23c into the humidification unit. In the humidification heat is required, which causes the Ver ¬ vaporization of the feed water. In order to provide an additional energy source here, the heat exchanger 33a can be connected to an external heat source, as already indicated in FIG. This may, for example, be district heating. But it is also advantageous to use the charged additional heat storage 12. For this purpose, a branch line 38 is provided, which branches off from the line 32 before the cold storage 16. This goes through the additional heat storage 12 and then a heat exchanger 33c in the humidification, so that the heat energy stored in the additional heat storage 12 can also be supplied to the humidification ¬ Be. The branch line 38 opens behind the heat exchanger 33c in the line 32 behind the heat exchanger 33b. The mass flow of working gas is thus split at the branch line 38, 8.3 Kg / s are passed through the branch line 38 and 4.8 Kg / s through the cold storage 16 humidifying unit 18 and the heat storage 14 are passed.

Claims

Patentansprüche claims 1. Anlage zur Speicherung thermischer Energie, die einen Kreislauf für ein Arbeitsgas aufweist, wobei in dem Kreislauf folgende Einheiten in der angegebenen Reihenfolge durch eine Leitung (11) für das Arbeitsgas miteinander verbunden sind:A thermal energy storage system comprising a working gas circuit, wherein in the circuit the following units are connected in the order indicated by a working gas line (11): • ein Kältespeicher (16), A cold storage (16), • eine erste thermische Fluidenergie-Maschine (13), A first thermal fluid energy machine (13), • ein Wärmespeicher (14) und • a heat storage (14) and · eine zweite thermische Fluidenergie-Maschine (15), wobei in Durchflussrichtung des Arbeitsgases vom Kältespei¬ cher (16) zum Wärmespeicher (14) gesehen die erste thermische Fluidenergie-Maschine (13) als Arbeitsmaschine und die zweite thermische Fluidenergie-Maschine (15) als Kraftmaschine ge- schaltet ist, · A second thermal fluid energy machine (15), seen in the flow direction of the working gas from the Kältespei ¬ cher (16) for heat storage (14), the first thermal fluid energy machine (13) as a working machine and the second thermal fluid energy machine (15) is switched as an engine, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized, dass zwischen der ersten thermischen Fluidenergie-Maschine (15) und dem Wärmespeicher (14) eine Befeuchtungseinheit (18) für das Arbeitsgas in der Leitung vorgesehen ist. in that a humidification unit (18) for the working gas in the line is provided between the first thermal fluid energy machine (15) and the heat accumulator (14). 2. Anlage nach Anspruch 1, 2. Plant 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 hinter der zweiten thermischen Fluidenergie-Maschine ein Wasserabscheider (17) in der Leitung (11) angeordnet ist. that behind the second thermal fluid energy machine, a water separator (17) in the conduit (11) is arranged. 3. Anlage nach Anspruch 2, 3. Plant according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized , dass der Wasserabscheider (17) über eine Speiseleitung mit der Befeuchtungseinheit (18) verbunden ist. the water separator (17) is connected to the humidification unit (18) via a feed line. 4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 4. Plant according to one of claims 1 to 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized , dass die von der zweiten thermischen Fluidenergie-Maschine wegführende Leitung (11) durch einen in der Befeuchtungsein- heit befindlichen Wärmetauscher (33b) führt. in that the conduit (11) leading away from the second thermal fluid energy machine passes through a heat exchanger (33b) located in the humidification unit. 5. Anlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, 5. Installation according to 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, dass ein Zusatz-Wärmespeicher (12) in einer Zweigleitung (38) vorgesehen ist, wobei die von dem Zusatz-Wärmespeicher (12) wegführende Zweigleitung (38) durch einen in der Befeuchtungseinheit (18) befindlichen Wärmetauscher (33c) führt. characterized, an additional heat store (12) is provided in a branch line (38), wherein the branch line (38) leading away from the additional heat store (12) passes through a heat exchanger (33c) located in the moistening unit (18). 6. Anlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, 6. Installation according to 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 hinter der zweiten thermischen Fluidenergie-Maschinethat behind the second thermal fluid energy machine (15) ein Wärmetauscher (17a) in der Leitung vorgesehen ist, der als Kühlmittel mit Wasser für die Befeuchtungseinheit(15) a heat exchanger (17a) is provided in the conduit serving as coolant with water for the moistening unit (16) gespeist wird. (16) is fed. 7. Anlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, 7. Installation according to 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 der Wärmespeicher (14) über eine zweite Leitung (31) zwischen eine dritte thermische Fluidenergie-Maschine (34) und eine vierte thermische Fluidenergie-Maschine (35) ge¬ schaltet werden kann, wobei in Durchflussrichtung des Arbeitsgases von der dritten thermischen Fluidenergie-Maschine (34) zur vierten thermischen Fluidenergie-Maschine (35) gese¬ hen die dritte thermische Fluidenergie-Maschine (34) als Ar¬ beitsmaschine und die vierte thermische Fluidenergie-Maschinethat the heat accumulator (14) via a second line (31) between a third thermal fluid energy machine (34) and a fourth thermal fluid energy machine (35) ge ¬ can be switched, wherein in the flow direction of the working gas heat from the third Fluidenergie- machine (34) to the fourth thermal fluid energy machine (35) sailed ¬ hen the third thermal fluid energy machine (34) as Ar ¬ driven machine, and the fourth thermal fluid energy machine (35) als Kraftmaschine geschaltet ist. (35) is connected as an engine. 8. Anlage nach Anspruch 7, 8. Plant according to claim 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized, dass in Durchflussrichtung gemäß Anspruch 7 gesehen hinter der vierten Fluidenergie-Maschine (35) der Kältespeicher (16) über die zweite Leitung (31) geschaltet werden kann. that in the flow direction according to claim 7 behind the fourth fluid energy machine (35) of the cold storage (16) via the second line (31) can be switched. 9. Anlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, 9. Installation according to 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 der Zusatz-Wärmespeicher (12) über eine Zusatzleitung (30) zwischen eine fünfte thermische Fluidenergie-Maschine (36) und eine sechste thermische Fluidenergie-Maschine (37) geschaltet werden kann, wobei in Durchflussrichtung des Arbeitsgases von der fünften thermischen Fluidenergie-Maschinein that the auxiliary heat accumulator (12) can be connected via a supplementary line (30) between a fifth thermal fluid energy machine (36) and a sixth thermal fluid energy machine (37), wherein in the direction of flow of the working gas from the fifth thermal fluid energy machine (36) zur sechsten thermischen Fluidenergie-Maschine (37) ge- sehen die fünfte thermische Fluidenergie-Maschine (36) als Arbeitsmaschine und die sechste thermische Fluidenergie- Maschine (37) als Kraftmaschine geschaltet ist. (36) to the sixth thermal fluid energy machine (37) see the fifth thermal fluid energy machine (36) as a working machine and the sixth thermal fluid energy machine (37) is connected as an engine. 10. Anlage nach eine der Ansprüche 1 bis 6, 10. Plant according to one of claims 1 to 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized, dass die erste thermische Fluidenergie-Maschine (13) und die zweite thermische Fluidenergie-Maschine (16) über Bypasslei- tungen (19) so geschaltet werden können, dass der Wärmespei- eher (14) in Durchflussrichtung des Arbeitsfluides vor dem Kältespeicher (16) liegt. the first thermal fluid energy machine (13) and the second thermal fluid energy machine (16) can be switched via bypass lines (19) such that the heat reservoir (14) in the flow direction of the working fluid upstream of the cold storage (16) lies.
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