(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギーの発生中における負荷ピークを補償する方法であって、
‐少なくとも１つのガスヒータ（４ａ〜４ｄ）内でキャリヤガス（２）を加熱するステップを含み、指定された標的熱投入温度を有する高温キャリヤガス（２）は、ガスヒータ（４ａ〜４ｄ）から流出し、
‐前記ガスヒータ（４ａ〜４ｄ）からの前記高温キャリヤガス（２）からの熱を少なくとも１つの熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）の蓄熱材料に放出することによって、貯蔵型発電所（１）の複数の熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）のうちの少なくとも１つの熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）を加熱するステップを含み、
‐時間を遅延させて少なくとも１つの熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）から熱を放出するステップを含み、低温キャリヤガス（２）が少なくとも１つの熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）を通って流れて前記蓄熱材料からの熱が前記キャリヤガス（２）の加熱のために前記低温キャリヤガス（２）に伝達され、指定された熱放出温度を有する加熱状態のキャリヤガス（２）が前記熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）から流出し、
‐前記キャリヤガス（２）に伝達された前記熱を発電および／または水素発生のためのプロセスで利用するステップを含み、
‐前記時間を遅延させて少なくとも１つの熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）から熱を放出するステップにおいて、低い熱貯蔵温度および／または低い有効熱含量を有する少なくとも１つの熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）から完全に熱を放出し、高い貯蔵熱温度および／または高い有効熱含量を有する少なくとも１つの熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）から部分的にしか熱を放出しない、方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）内で加熱された前記キャリヤガス（２）からの、発電所プロセスの作業流体（７）への熱伝達が行われる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つのガスヒータ（４ａ〜４ｄ）内でキャリヤガス（２）を加熱するステップにおいて、少なくとも１つの電気空気ヒータ（９）内での前記キャリヤガス（２）の純粋に電気的な加熱が電気エネルギーを熱エネルギーに変換することによって行われる、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）を加熱するステップにおいて、複数の熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）が直列に連結され、加熱状態のキャリヤガス（２）が前記複数の熱貯蔵モジュールを連続して通って流れる、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項５】
電気エネルギーの発生中における負荷ピークを補償する方法であって、
‐少なくとも１つのガスヒータ（４ａ〜４ｄ）内でキャリヤガス（２）を加熱するステップを含み、指定された標的熱投入温度を有する高温キャリヤガス（２）は、ガスヒータ（４ａ〜４ｄ）から流出し、
‐前記ガスヒータ（４ａ〜４ｄ）からの前記高温キャリヤガス（２）からの熱を少なくとも１つの熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）の蓄熱材料に放出することによって、貯蔵型発電所（１）の複数の熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）のうちの少なくとも１つの熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）を加熱するステップを含み、
‐時間を遅延させて少なくとも１つの熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）から熱を放出するステップを含み、低温キャリヤガス（２）が少なくとも１つの熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）を通って流れて前記蓄熱材料からの熱が前記キャリヤガス（２）の加熱のために前記低温キャリヤガス（２）に伝達され、指定された熱放出温度を有する加熱状態のキャリヤガス（２）が前記熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）から流出し、
‐前記キャリヤガス（２）に伝達された前記熱を発電および／または水素発生のためのプロセスで利用するステップを含み、
直列に連結された複数の熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）が熱貯蔵シリーズを形成し、加熱状態のキャリヤガス（２）が、前記少なくとも１つの熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）を加熱するステップにおいて、前記複数の熱貯蔵モジュールを連続して通って流れ、前記シリーズの後続の熱貯蔵モジュール（５ｂ〜５ｄ）の加熱は、前記熱貯蔵シリーズの先行する熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｃ）からの前記キャリヤガス（２）の出口温度が前記後続の熱貯蔵モジュール（５ｂ〜５ｄ）の前記加熱のために指定された最低温度を下回った場合、ガスヒータ（４ａ〜４ｄ）からの高温キャリヤガス（２）の直接的な供給によって少なくとも部分的に行われる、方法。
【請求項６】
数個の熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）が並行して加熱され、各熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）には別個の高温キャリヤガス流が供給される、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項７】
数個の熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）が並行して加熱され、各熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）には別個の低温キャリヤガス流が供給される、請求項１、２、３、６のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項８】
前記時間を遅延させて少なくとも１つの熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）から熱を放出するステップにおいて、前記少なくとも１つの熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）内で加熱されたキャリヤガス（２）を低温キャリヤガス（２）と混合するとともに／あるいは低温空気と混合し、それにより電気の発生および／または水素の発生のためのプロセスにおいて前記熱伝達のためのある特定の標的温度を調節する、請求項１〜７のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項９】
電気エネルギーの発生中における負荷ピークを補償する方法であって、
‐少なくとも１つのガスヒータ（４ａ〜４ｄ）内でキャリヤガス（２）を加熱するステップを含み、指定された標的熱投入温度を有する高温キャリヤガス（２）は、ガスヒータ（４ａ〜４ｄ）から流出し、
‐前記ガスヒータ（４ａ〜４ｄ）からの前記高温キャリヤガス（２）からの熱を少なくとも１つの熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）の蓄熱材料に放出することによって、貯蔵型発電所（１）の複数の熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）のうちの少なくとも１つの熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）を加熱するステップを含み、
‐時間を遅延させて少なくとも１つの熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）から熱を放出するステップを含み、低温キャリヤガス（２）が少なくとも１つの熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）を通って流れて前記蓄熱材料からの熱が前記キャリヤガス（２）の加熱のために前記低温キャリヤガス（２）に伝達され、指定された熱放出温度を有する加熱状態のキャリヤガス（２）が前記熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）から流出し、
‐前記キャリヤガス（２）に伝達された前記熱を発電および／または水素発生のためのプロセスで利用するステップを含み、
前記時間を遅延させて少なくとも１つの熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）から熱を放出するステップにおいて、前記少なくとも１つの熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）内で加熱されたキャリヤガス（２）を前記ガスヒータ（４ａ〜４ｄ）からの高温キャリヤガス（２）と直接混合し、それにより電気の発生および／または水素の発生のためのプロセスにおいて前記熱伝達のためのある特定の標的温度を調節する、方法。
【請求項１０】
前記キャリヤガス（２）の流れを変えて前記複数の熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）をバイパスするステップをさらに含み、ガスヒータ（４ａ〜４ｄ）内の前記キャリヤガス（２）に伝達される熱を、熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）内の前記熱の中間貯蔵なしで、電気の発生および／または水素の発生のためのプロセスで直接利用する、請求項１〜９のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項１１】
前記キャリヤガス（２）は、回路内で運ばれる、請求項１〜１０のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項１２】
電気の発生のために加熱状態のキャリヤガス（２）の熱を利用する熱電式貯蔵型発電所（１）であって、前記キャリヤガス（２）の圧縮のための少なくとも１つの圧縮機（３）と、前記キャリヤガス（２）の加熱のための少なくとも１つのガスヒータ（４ａ〜４ｄ）と、加熱状態のキャリヤガス（２）の熱の貯蔵のための複数の熱貯蔵モジュール（５ａ〜５ｄ）と、汽力発電プロセスの作動流体（７）への前記加熱状態のキャリヤガス（２）の熱の伝達のための少なくとも１つの熱交換器（６）とを含み、請求項１〜１１のうちいずれか一に記載の方法を実施するよう設計された熱電式貯蔵型発電所（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気エネルギーの発生中における負荷ピークを補償するとともに／あるいは更に、特に熱電式貯蔵型発電所において発電のために加熱状態のキャリヤガスの熱を利用することによって特に再生エネルギー源、例えばバイオマス発酵から得られるバイオマスガスもしくは化石燃料、例えば天然ガスから得られる合成ガスから電気エネルギーを特に非集中（分散）方式で発生させるとともに／あるいは特にガス化プロセスにおいて水素発生のために加熱状態のキャリヤガスの熱を利用する方法に関する。さらに、本発明は、熱電式貯蔵型発電所に関する。
【背景技術】
【０００２】
再生可能なエネルギーの開発は、電気の市場における発電構造の変化を招いている。再生可能なエネルギー源、例えば風力、バイオマスおよび光起電力からの供給に依存する電気エネルギーは、将来における電気供給の過半数を占めることになる。しかしながら、再生エネルギー源に基づく発電のための利用可能な技術は、発電されるべき電気の量の予測において制限された程度の精度の実現を可能にするに過ぎず、したがって、変動が種々の時間スケールで、すなわち、日中の季節的変動から短期間変動までの範囲にわたって生じるようになる。これら変動は、電気需要で生じる変動を増幅させ、しかも負荷ピークを補償するやり方の必要性を増大させる。現時点において負荷ピークの補償は、一般に、互いに異なる発電および貯熱技術のオペレータが参与する種々の市場構造によって行われる。さらに、エネルギーシステムは、化石および再生的に作られるエネルギー源からの電気エネルギーの集中型発生方式から非集中型発生方式への変換に直面している。これは、ネットワークインフラストラクチャに対する新たな要件を生み出しており、その理由は、ネットワーク安定化の問題が送電ネットワーク層から配電ネットワークにますますシフトした状態になっている。しかしながら、今までのところ、これらは、ネットワークのアクティブな制御のためのインフラストラクチャをほとんど備えていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明が解決しようとする課題は、上述した形式の方法および貯蔵型発電所であって、良好な経済性および高い効率をもって、電気エネルギーを発生させる際における発電の山と谷（高低）を補償し、それにより電気ネットワークにおける負荷管理への貢献をなすことができる方法および貯蔵型発電所を提供することにあり、エネルギーが高電力発生および僅かな電気需要の時期の間に貯蔵され、次に、負荷ピークの際に熱放出される。特に、電気ネットワークにおける過剰の容量を減少させるとともに短い高消費量ピーク中に電力を最短時間で提供することが可能であるべきである。さらに、この方法および貯蔵型発電所は、特に、良好な経済性および高い効率をもって非集中型発電および／または水素発生を可能にすべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述の課題は、請求項１の特徴を備えた方法によっておよび請求項１３の特徴を備えた貯蔵型発電所によって解決される。有利な実施形態は、従属形式の請求項に記載されている。
【０００５】
本発明の方法は、発電所プロセスにおける発電のためまたは特にガス化プロセスにおける水素発生のために非常に加熱状態にあるキャリヤガス、特に高温空気の熱の利用を可能にし、この場合、先ず最初に、キャリヤガス、例えば空気が貯蔵型発電所の少なくとも１つのガスヒータ内で指定された標的熱投入温度に加熱される。高温キャリヤガスは、貯蔵型発電所の複数の熱貯蔵モジュールのうちの少なくとも１つの貯蔵モジュールの熱投入に役立ち、その結果、ガスヒータから生じる高温キャリヤガスからの熱が熱貯蔵モジュールの蓄熱材料に放出される（熱投入サイクル）。高温ガスを十分な量でかつ／あるいは熱貯蔵モジュールの熱投入のための十分に高い標的熱投入温度で発生させるために複数のガスヒータを用いるのが良い。ガスヒータ内におけるキャリヤガスの加熱のための最大標的熱投入温度は、１０００℃〜１３００℃、好ましくは１１００℃〜１２００℃に達する場合がある。各熱貯蔵モジュールを別個のガスヒータに組み合わせることができる。
【０００６】
少なくとも１つの熱貯蔵モジュール、好ましくは複数の熱貯蔵モジュールの時間遅延型熱放出中、熱貯蔵モジュールの有効貯蔵熱または有効カロリー含量は、低温キャリヤガス、特に低温空気の加熱に利用され、この場合、低温キャリヤガスは、少なくとも１つの熱貯蔵モジュールを通って流れ、熱が蓄熱材料からキャリヤガスに伝達される（熱放出サイクル）。キャリヤガスは、熱貯蔵モジュールを通って流れると、指定された熱放出温度まで加熱され、そしてこの温度レベルで熱貯蔵モジュールから出る。熱の利用に必要な指定された熱放出温度は、少なくとも５００℃、好ましくは少なくとも６００℃、最大９００℃、より好ましくは最大８００℃に達する場合がある。熱放出サイクル中に生じた高温キャリヤガスの熱を次に発電所またはガス化プロセスで利用する。熱投入サイクルと熱放出サイクルの両方を貯蔵モジュールの部分的または完全な熱投入と熱放出に関連付けることができる。熱貯蔵モジュールの有効カロリー含量は、蓄熱材料の比熱、蓄熱材料の質量または熱貯蔵モジュールのサイズおよび熱投入または熱放出サイクルまたはプロセス中に達成される熱貯蔵温度（平均熱貯蔵温度）の結果として生じる。
【０００７】
発電所プロセスにおいて電気を発生させるためにキャリヤガスの熱を利用するため、少なくとも１つの熱貯蔵モジュール内で加熱されたキャリヤガスからの熱を発電所プロセスの作動流体、特に汽力発電プロセスの作動流体に伝達するのが良い。好ましくは、作動流体は、水であろう。特に、従来型汽力発電所内でのキャリヤガスに伝達される熱の利用を行うのが良く、この場合、動力プラントの電力定格は、５ＭＷを超え、好ましくは１０ＭＷを超え、より好ましくは５０ＭＷを超え、特に好ましくは１００ＭＷを超える。しかしながら、電力定格はまた、数百ＭＷに達する場合がある。汽力発電プロセスでは、キャリヤガスの熱を蒸気発生のため、給水の予熱のためおよび／または蒸気の過熱のために利用することができる。しかしながら、基本的には、燃料、例えば石炭またはガスを燃やすため、高温空気の形態でキャリヤガスに伝達された熱を石炭だきの火力発電所（従来の石炭だき火力発電所）および／または複合サイクル発電プラントの燃焼チャンバに供給することも可能である。この場合、石炭だき火力発電所および／または複合サイクル発電プラントの電力定格は、好ましくは、汽力発電所の上述の電力定格に一致するのが良い。変形例として、本発明はまた、水素を発生させるためにガス化プロセスにおけるキャリヤガスに伝達される熱の利用を可能にする。例えば、蒸気を熱で発生させることができ、次にこの蒸気をアロサーマル（allothermal ）石炭ガス化プロセスで利用することができる。本発明の熱電式貯蔵型発電所は、キャリヤガスを圧縮する少なくとも１つの圧縮機、キャリヤガスを加熱する少なくとも１つのガスヒータ、加熱状態のキャリヤガスの熱を貯蔵する複数の熱貯蔵モジュール、および加熱状態のキャリヤガスからの熱を汽力発電プロセスの作動流体に伝達する少なくとも１つの熱交換器、例えば蒸気発生器を含むのが良い。当然のことながら、本発明の貯蔵型発電所は、先行技術から知られている汽力発電所の追加のコンポーネント、例えば給水ポンプ、復水器および蒸気タービンを更に含むのが良い。
【０００８】
キャリヤガスの加熱が熱エネルギーへの電気エネルギーの変換によってガスヒータ内で行われ、その目的のため、ガスヒータが少なくとも１つの電気抵抗発熱体を有するのが良い場合、本発明の方法および本発明の貯蔵型発電所は、送電系統における負荷管理、高電気生産および低電気需要の時点での熱投入サイクル中における熱の形態の電気エネルギーの貯蔵に寄与する。次に、負荷ピーク中、少なくとも１つの熱貯蔵モジュールを熱放出サイクルで熱放出し、このようにして作られた高温キャリヤガスを発電のために用いて例えば水を汽力発電プロセスのための水蒸気に変える。この場合もまた、生じた電気エネルギーを送電系統に放出することができる。本発明の貯蔵型発電所のオペレータは、システムサービスを提供し、そして規制されたエネルギー市場に参加することができる。用いられる熱貯蔵モジュールにより、熱の形態での電気エネルギーの簡単かつ経済的な貯蔵が可能であり、この場合、電力は、過渡的な高消費量ピーク中に融通性がありしかも極めて短時間でありならびに経済的な仕方で利用できる。
【０００９】
特に、好ましくは、少なくとも１つの電気空気ヒータ内でのキャリヤガスの純粋に電気的な加熱は、電気エネルギーを熱エネルギーに変換することによって行われる。この場合、高温キャリヤガスを生じさせるために燃料を燃やす必要はなく、したがって、二酸化炭素のそれ以上の放出が回避される。
【００１０】
高温キャリヤガスの生成はまた、代替的にまたは追加的に、ガスヒータの少なくとも１つの燃焼チャンバ内における少なくとも１種類の燃料の燃焼によって、例えば、バイオマス発酵からのバイオガスおよび／またはバイオマスガス化からの合成ガスの燃焼によって行われるのが良い。天然ガスの使用もまた、可能でありかつ有利である。当然のことながら、他の化石燃料、例えば石炭ガス化からの合成ガスの使用によるエネルギー生成もまた可能である。固形燃料もまた使用できる。かくして、本発明の発電所は、例えばバイオマスプラントの付近のベース負荷をカバーするのを助けることができ、それにより経済的な発電が可能である。特に、本発明の発電所は、電気が好ましくは再生的に作られる燃料から非集中方式で作られるときに隔離状態での稼働が可能であるという特徴を持つものとして識別される。
【００１１】
空気ヒータ内での高温ガスの生成は、電気エネルギーを熱エネルギーに変換することによってしかも少なくとも１種類の燃料を燃やすことによって同じように可能であるということが好都合であると言える。このように、送電系統インフラストラクチャの要求に基づいた支援は、負荷ピークを補償するとともにベース負荷をカバーするよう発電を行うことによって可能である。
【００１２】
二次的プロセスからの廃熱またはプロセス熱もまた、高温ガスの生成のためのガスヒータ内で利用できることが除外されることはない。
【００１３】
本発明の方法の都合の良い一実施形態では、直列に連結された複数の熱貯蔵モジュールは、熱貯蔵シリーズを形成することができ、この場合、キャリヤガスが少なくとも１つのガスヒータ内で指定された標的熱投入温度まで加熱され、次に、熱貯蔵シリーズの数個の熱貯蔵モジュール、特に全ての熱貯蔵モジュールを通って連続的に流れる。このようにして、熱貯蔵モジュールを高温ガス体積流量のサイズ、ガスヒータからの出口のところでの高温キャリヤガスの標的熱投入温度のレベル、特定の熱貯蔵モジュールのサイズおよび／または用いられる蓄熱材料の熱容量に基づいて同じまたは異なる熱貯蔵温度まで加熱しまたは「熱投入する（charged ）」。（なお、本明細書において、「〜を熱投入する」とは、「〜に熱を投入する」または「〜を熱投入操作する」の意であり、「〜を熱放出する」とは、「〜から熱を放出する」または「〜を熱放出操作する」の意である。）好ましくは、全ての熱貯蔵モジュールが同じように装備され、これら熱貯蔵モジュールは、完全熱投入状態において大きさの等しい有効カロリー含量を有する。
【００１４】
好ましい実施形態では、数個の熱貯蔵モジュールの少なくともペアの状態における作動が行われる。熱貯蔵モジュールの少なくともペアの状態における作動は、必要なパイプライン長さおよびこれらの相互連結部の面において熱貯蔵モジュールの設計を単純化し、かくしてモジュールの経済的な製作を可能にする。本発明との関連における「ペアの状態における作動」という用語は、少なくとも２つの熱貯蔵モジュール、好ましくは正確に言って２つの熱貯蔵モジュールを通る高温キャリヤガスの流れを許容するよう熱投入のため、すなわち直列連結部における共同熱投入のための少なくとも２つの熱貯蔵モジュール、好ましくは正確に言って２つの熱貯蔵モジュールの共同作動を意味している。少なくとも２つの熱貯蔵モジュールで１つの熱貯蔵ペアを形成することができる。熱貯蔵システムの数個の熱貯蔵ペアを互いに別個独立にまたは別々に作動させることができる。これは、熱貯蔵システム内における適当なパイプラインレイアウトおよび弁制御によって達成できる。熱貯蔵ペアの熱投入中、次に、特定の熱貯蔵ペアの熱貯蔵モジュールを直列に配置するのが良く、キャリヤガスは、これらを連続して通って流れることができる。したがって、ペアの状態における作動を熱貯蔵モジュールの熱放出のために行うことができる。
【００１５】
基本的には、熱投入および／または熱放出中における熱貯蔵モジュールの別個の作動もまた可能であり、この場合、個々の熱貯蔵モジュールの各々は、必要に応じて作動され、すなわち、この熱貯蔵モジュールをこれを通るキャリヤガスの流れを可能にするよう開くことができる。
【００１６】
高い標的熱投入温度、好ましくは最大標的熱投入温度を有するガスヒータからの高温キャリヤガスは、熱貯蔵シリーズの少なくとも最初の熱貯蔵モジュールに入ることができ、この場合、高温キャリヤガスは、最初の熱貯蔵モジュールの熱投入中に冷え、そして低い出口温度で熱貯蔵モジュールから出る。次に、キャリヤガスは、熱投入のために熱貯蔵シリーズの次の熱貯蔵モジュールに送られる。熱貯蔵モジュールの熱投入度の増大によりまたは熱蓄熱材料の熱吸収量の増大により、特定の熱貯蔵モジュールから流れ出るキャリヤガスの出口温度もまた、熱投入サイクル中に高くなる。先行する熱貯蔵モジュールから出た際のキャリヤガスの出口温度は、好ましくは、次の熱貯蔵モジュールに入ったときのキャリヤガスの入口温度に実質的に一致する。好ましくは、熱貯蔵シリーズの熱貯蔵モジュールは、熱投入サイクル中、異なる程度に加熱され、この場合、熱投入サイクル中に達成されて熱放出中、好ましくは熱放出中に使用できる熱貯蔵モジュールの熱含量および好ましくは熱貯蔵温度は、１つの熱貯蔵モジュールから別の貯蔵モジュールへのキャリヤガスの流れ方向において段階的に減少する。したがって、キャリヤガスの出口温度は、１つの熱貯蔵モジュールから別の熱貯蔵モジュールまで減少する。
【００１７】
再び好ましくは、各熱投入サイクル中、熱貯蔵シリーズの少なくとも最後の熱貯蔵モジュールは、完全には熱投入されていない。次に、キャリヤガスは、この熱貯蔵モジュールから熱投入サイクルの終わりに低温で、すなわち、例えば１００℃未満、好ましくは５０℃未満、特に３０℃未満の出口温度で出ることができる。上述の手順により、熱投入中、電気エネルギーの簡単かつ経済的な貯蔵が可能であり、この場合、キャリヤガス中に含まれている熱を熱貯蔵モジュール内にほぼ完全に蓄えることができ、そして再び近い将来に利用できる。
【００１８】
熱貯蔵モジュールからその熱投入中に出ているキャリヤガスを熱貯蔵シリーズの後続の熱貯蔵モジュールの熱投入のために利用でき、ついには、先行する熱貯蔵モジュールからのキャリヤガスの出口温度は、指定された最低出口温度を下回るようになる。最低出口温度は、２００℃未満、好ましくは１００℃未満、より好ましくは５０℃未満、特に好ましくは３０℃未満であるのが良い。最低出口温度が依然として十分に高い場合、熱貯蔵モジュールから出ているキャリヤガスを例えば汽力発電プロセスにおいて温かさを維持する目的に利用できる。
【００１９】
直列に連結された幾つかの熱貯蔵モジュールの熱投入中、このシリーズの後続の熱貯蔵モジュールの熱投入はまた、特にこのシリーズの先行する熱貯蔵モジュールからのキャリヤガスの出口温度が指定された最低出口温度を下回る場合、ガスヒータからの高温キャリヤガスの直接的な供給によって少なくとも部分的に実施されるのが良い。この場合、ガスヒータからの直接的に供給される高温キャリヤガスは、ガスヒータ内で達成される標的熱投入温度を有することができ、その結果、後続の熱貯蔵モジュールの好ましくは完全な熱投入が可能である。先行する熱貯蔵モジュールからのキャリヤガスの出口温度が指定された最低温度を下回らず、後続の熱貯蔵モジュールの完全な熱投入を可能にするのに十分高くはない場合、後続の熱貯蔵モジュールの熱投入は、熱貯蔵シリーズの先行する熱貯蔵モジュールからのキャリヤガスによってかつガスヒータからの高温キャリヤガスを供給することによって実施されるのが良い。かくして、高温キャリヤガスの直接的供給により、後続の熱貯蔵モジュールの明確な高い熱投入状態を簡単な仕方で達成することができる。
【００２０】
基本的には、数個の熱貯蔵モジュールを並行して熱投入することもまた可能であり、各熱貯蔵モジュールには別個の高温キャリヤガス流が供給される。好ましくは、この場合もまた、数個の熱貯蔵モジュールの少なくともペアにした状態での作動を行うことができる。例えば、少なくとも２つ目ごとの熱貯蔵モジュールは、熱貯蔵ユニットまたは熱貯蔵ペアを形成することができる。数個の熱貯蔵ユニットを並行して熱投入することができるが、熱貯蔵ユニットの個々の熱貯蔵モジュールは、直列に接続され、キャリヤガスは、これら熱貯蔵モジュールを連続して通って流れる。熱貯蔵ユニットを好ましくは互いに別個独立に作動されることができる。対応の制御システムが熱放出のために設けられるのが良い。
【００２１】
別々のキャリヤガス流を発生させるために数個のガスヒータを設けるのが良く、各熱貯蔵モジュールは、少なくとも１つのガスヒータに割り当てられる。各ガスヒータから、キャリヤガス流は、関連の熱貯蔵モジュールの熱投入のための指定された標的熱投入温度で出る。キャリヤガス流の標的熱投入温度は、同一であっても良く異なっていても良い。好ましくは、最大標的熱投入温度は、全てのガスヒータ内において１０００℃〜１３００℃の状態で達成される。数個の熱貯蔵モジュールの並行熱投入により、熱貯蔵モジュールの特に同時の高い、好ましくは完全な、熱投入が極めて短時間で可能になる。
【００２２】
発電所および／またはガス化プロセスに熱を提供するための加熱状態のキャリヤガス流を生じさせるため、数個の熱貯蔵モジュールから並行して熱放出するのが良く、各熱貯蔵モジュールは、別個の低温キャリヤガス流に割り当てられる。発電所および／またはガス化プロセスにおける熱の利用のための指定された標的熱放出温度の高温ガスを提供するため、低い熱貯蔵温度を有する少なくとも１つの熱貯蔵モジュールおよび高い熱貯蔵温度を有する少なくとも１つの熱貯蔵モジュールを並行して熱放出するとともに両方の熱貯蔵モジュールからこのようにして作られた加熱状態のキャリヤガスを合流させて指定された標的熱放出温度を調節することが望ましい。好ましくは、比較的最も低い熱貯蔵温度を有する熱貯蔵モジュールおよび複数の熱貯蔵モジュールからの比較的次に高い熱貯蔵温度を有する少なくとも１つの熱貯蔵モジュールを並行して熱放出して所望の標的熱放出温度を有するキャリヤガス流を提供する。熱貯蔵モジュールの熱放出は、好ましくは、同時に行われる。その結果、少なくとも２つの互いに異なる高温キャリヤガス流は、発電所および／またはガス化プロセスへの次の熱伝達のために必要なキャリヤガスの指定された標的熱放出温度を調節しまたは調整するために混ぜ合わされる。この標的熱放出温度を熱貯蔵モジュールの熱放出サイクル全体にわたる合流状態のキャリヤガス流の適当な体積調整によって一定に保つことができる。互いに異なる温かいキャリヤガス流の混合は、標的熱放出温度の簡単な調整および熱貯蔵モジュールの完全な熱放出を可能にし、これら熱貯蔵モジュールの熱含量は、あまりに低すぎるので、特定のキャリヤガス流を標的熱放出温度まで加熱することができない。低い熱含量および／または低い熱貯蔵温度を有する熱投入熱貯蔵モジュールは、かくして、熱放出サイクル中、高い熱含量および／または高い熱貯蔵温度を有する熱投入熱貯蔵モジュールのためのバイパスとして使用できる。
【００２３】
代替的にかつ／あるいは追加的に、低温キャリヤガス、特に低温空気を有する少なくとも１つの熱貯蔵モジュールからの熱放出中における加熱状態のキャリヤガスの合流は、加熱状態のキャリヤガスをキャリヤガスの指定された標的熱放出温度の冷却を達成するために行われるのが良い。これにより、キャリヤガスの標的熱放出温度の簡単かつ正確な調整が可能である。
【００２４】
電気および／または水素の発生のためのプロセスにおいて熱を利用するためにある特定の（高い）標的熱放出温度を保証するため、少なくとも１つの熱貯蔵モジュール内で加熱されたキャリヤガスをガスヒータからの高温キャリヤガスと直接混ぜ合わせるのが良い。ガスヒータからのキャリヤガスは、好ましくは、最高標的熱投入の温度の状態にある。
【００２５】
さらに、ガスヒータ内でキャリヤガスに伝達された熱もまた、熱貯蔵モジュール内への熱の中間貯蔵なしに、電気および／または水素の発生のためのプロセスで直接利用することも可能である。例えば、ガス加熱ヒータ内で加熱された高温キャリヤガスの一部分が熱貯蔵モジュールをバイパスし、そしてこれを汽力発電プロセスの少なくとも１つの蒸気発生器に供給して熱貯蔵モジュールの熱放出サイクル中に蒸気発生器を温かい状態に保つことが可能である。
【００２６】
本発明の方法の好ましい一実施形態では、熱放出サイクル中、少なくとも１つの熱貯蔵モジュールを完全に熱放出し、少なくとも１つの熱貯蔵モジュールを部分的にしか熱放出しない。熱放出全体の間、熱放出サイクルの終わりでの熱貯蔵モジュールからのキャリヤガスの出口温度は、好ましくは、２００℃未満、好ましくは１００℃未満、より好ましくは５０℃未満、特に好ましくは３０℃未満である。特に、この関係で、有効熱含量および／または熱貯蔵温度があまりに低すぎるのでキャリヤガスを単独で、当然のことながらキャリヤガス体積流量の大きさで決まる標的熱放出温度まで加熱することができないような少なくとも１つの熱貯蔵温モジュールを完全に熱放出する。他方、高い熱含量、特に高い熱貯蔵温度を有する熱貯蔵モジュールを熱放出サイクル中、完全には熱放出しない。これは、特に、高温キャリヤガスを熱放出サイクル中に最初に流通させるとともに標的熱投入温度を超える貯蔵温度まで加熱される熱貯蔵シリーズの第１の熱貯蔵モジュールまたは数個の熱貯蔵モジュールに当てはまる。熟慮した上で言えば、熱放出サイクル中、最初に、最も低い熱含量、特に最も低い熱貯蔵温度を有する熱貯蔵モジュールを熱放出し、次に各々が漸増中の有効熱含量を有するとともに／あるいは各々が上昇中の熱貯蔵温度を有する熱貯蔵モジュールを熱放出する。
【００２７】
電気エネルギーについて非常に高い需要がある間、当然のことながら、全ての熱貯蔵モジュールを完全に熱放出することもまた可能である。熱貯蔵モジュールの熱含量および／または熱貯蔵温度に応じて、指定された標的熱放出温度を維持するために低温キャリヤガスを供給することにより温度調整もまた必要とするのが良い。このように、所要の標的熱放出温度を高信頼度で維持することができる。
【００２８】
熱放出サイクル中に生じる高温キャリヤガスはまた、本発明によれば、汽力発電プロセスにおける蒸気発生のために使用でき、この場合、加熱状態のキャリヤガスが先ず最初に貯蔵型発電所の膨張機またはガス膨張タービン内で膨張し、次に蒸気発生器に供給されるので、貯蔵型発電所の電気効率を高めることができる。ガス膨張タービンに入る前のキャリヤガスの絶対圧力は、最高２０バールまでであるのが良い。この目的のため、低温キャリヤガスの対応の圧縮が行われる。電気発電が汽力発電プロセスにおいてのみ行われる場合、２〜５バール、好ましくは３〜４バールのキャリヤガスの絶対圧力が加熱状態のキャリヤガスを蒸気発生器に供給するのに十分である。この場合もまた、貯蔵型発電所の電気効率を高めるために上流側の膨張機またはガス膨張タービンを設けるのが良い。膨張機をキャリヤガスの流れ方向において熱貯蔵モジュールから見て下流側にかつ蒸気発生器から見て上流側に設けるのが良い。
【００２９】
ベース負荷をカバーするための熱貯蔵型発電所の利用の際、キャリヤガスを少なくとも１つのガスヒータ内で加熱し、次に蒸気の発生のために、すなわち、熱貯蔵モジュールの熱投入および熱放出を行わないで、汽力発電プロセスにおいて直接使用するのが良い。具体的に説明すると、この場合、化石燃料、例えば天然ガスを燃やすことによってキャリヤガスをガスヒータ内で加熱するのが良い。変形例として、当然のことながら、非化石燃料、例えばバイオガスを用いることもまた可能である。さらに、具体的に言えば、キャリヤガスの間接的な加熱を行ってキャリヤガスを燃焼ガスで汚染することがないようにするのが良い。
【００３０】
環境的に有害なエミッションを減少させるため、キャリヤガスの循環を行うのが良い。この場合、キャリヤガスを作動流体への熱伝達後に周囲環境に逃がさず、そうではなくて、熱貯蔵モジュールの別の熱放出のために利用する。実質的に閉鎖されたキャリヤガス系が存在するのが良い。他方、キャリヤガスを作動流体への熱伝達後に周囲環境に逃がす場合、開放キャリヤガス系が設けられ、これは、次の熱放出のサイクルのための新鮮なキャリヤガスの供給を必要とする。
【００３１】
本発明の別の特徴、別の利点および別の利用可能性は、図面の助けによるしかも図面それ自体からの例示の実施形態についての以下の説明から明らかになろう。単独かまたは任意所与の組み合わせかのいずれかで説明するとともに／あるいは図形的に示された全ての特徴は、これらが特許請求の範囲に記載されているにもかかわらずまたは特許請求の範囲の記載を参照して戻ることにより、本発明の要旨をなす。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の貯蔵型発電所内での電気エネルギーの発生における負荷ピークを補償するとともに／あるいは特に電気エネルギーを非集中方式で発生させる方法の概略プロセス流れ図であり、熱貯蔵モジュールの熱投入中において複数の熱貯蔵モジュールを利用し、開放キャリヤガス系が提供されている状態を示す図である。
【図２】熱貯蔵モジュールの熱投入中における図１に示された本発明の方法の概略プロセス流れ図である。
【図３】熱貯蔵モジュールの熱投入中における本発明の方法の変形実施形態の概略プロセス流れ図であり、閉鎖キャリヤガス系が提供されている状態を示す図である。
【図４】熱貯蔵モジュールの熱放出中の図３に示された本発明の方法の概略プロセス流れ図である。
【図５】熱投入および熱放出中における４つの熱貯蔵モジュールの考えられる相互結合状態の略図である。
【図６】熱投入および熱放出中における４つの熱貯蔵モジュールの考えられる相互結合状態の略図である。
【図７】熱投入および熱放出中における４つの熱貯蔵モジュールの考えられる相互結合状態の略図である。
【図８】熱投入および熱放出中における４つの熱貯蔵モジュールの考えられる相互結合状態の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１〜図４は、発電のために加熱状態のキャリヤガス２の熱を使用する熱電式貯蔵型発電所１を示しており、この熱電式貯蔵型発電所は、キャリヤガス２を圧縮する少なくとも１つの圧縮機３と、キャリヤガス２を加熱する少なくとも１つのガスヒータ４ａ〜４ｄと、加熱状態のキャリヤガス２の熱を貯蔵する複数の熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄと、汽力発電プロセスの作動流体７への加熱状態のキャリヤガス２の熱の伝達のための少なくとも１つの熱交換器６とを含む。キャリヤガス２は、好ましくは、空気または他の何らかの適当な気体である。作動流体７は、好ましくは水である。
【００３４】
各ガスヒータ４ａ〜４ｄは、この場合、気体燃料８ａ、特に例えばバイオガスまたは天然ガスのガスを使用する燃焼チャンバ８および発熱体、例えば炭化珪素または他の適当な金属で作られた発熱体を有していて電源に接続可能な電気ヒータ９を有する。電源をオンに切り換えると、発熱体は、熱くなり、そしてこれら発熱体の熱をキャリヤガス２に捨てる（放熱する）。キャリヤガス２は、適当な設計のガスヒータ４ａ〜４ｄにより、例えば最高で１２００℃までの標的熱投入温度に加熱されるのが良い。標的熱投入温度は、図示していない制御および／または調整機構体によって定められる。
【００３５】
電気エネルギーの発生における負荷ピークを補償するため、キャリヤガス２は、先ず最初に、少なくとも１つのガスヒータ４内で標的熱投入温度に加熱される。システムの体積調整は、電気エネルギーの供給に応じて、キャリヤガス２のための指定された標的熱投入温度がガスヒータ４ａ〜４ｄからの出口のところで維持されるよう設計されている。また、ガスライン１０ａ〜１０ｄによってキャリヤガス２の部分流をガスヒータ４ａ〜４ｄに供給してここでこの部分流を加熱するたびに、数個のガスヒータ４ａ〜４ｄをキャリヤガス２の加熱のために同時に作動させることが可能である。加熱後の部分流を収集ライン１１によって互いに合流させることができ、そしてかかる部分流を第１のまたは最初の熱貯蔵モジュール５ａに供給して加熱状態のキャリヤガス２からの熱を熱貯蔵モジュール５ａの蓄熱材料に放出することによって熱貯蔵モジュール５ａを熱投入操作することができる。第１の熱貯蔵モジュール５ａの熱投入操作のため、供給弁１２ａを開き、他方、他の熱貯蔵モジュール５ｂ〜５ｄを関連のガスヒータ４ｂ〜４ｄに連結している他の供給弁１２ｂ〜１２ｄを閉じる。
【００３６】
図示の実施形態では、熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄが直列に連結され、これら熱貯蔵モジュールは、熱貯蔵シリーズを形成し、熱投入サイクル中にガスヒータ４ａ内で標的熱投入温度まで加熱されたキャリヤガス２が熱貯蔵シリーズの複数の熱貯蔵モジュール５ｂ〜５ｄを通って流れて熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄが加熱される。キャリヤガス２は、熱投入サイクルの初めでは、当初の低温の状態で三方弁１３ａを横切って熱貯蔵モジュール５ａを出る。蓄熱材料からの熱吸収量の増大につれて、熱貯蔵モジュール５ａから流出しているキャリヤガス２の温度が増大する。
【００３７】
三方弁１３ａは、２つの切り換え機能を有する。キャリヤガス２は、収集ライン１４、出口弁１５および熱交換器１６を経て逃がし空気として煙突１７に運ばれるのが良い。しかしながら、後続の熱貯蔵モジュール５ｂ〜５ｄの熱投入に関し、キャリヤガス２は、その熱含量または熱貯蔵温度が十分である場合、三方弁１３ａ〜１３ｃを横切って後続の熱貯蔵モジュール５ｂ〜５ｄに運ばれる。これは、供給ライン１８ａ〜１８ｃを経て起こる。このように、キャリヤガス２に含まれている熱エネルギーを熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄ内にほぼ完全に貯蔵することができる。
【００３８】
熱貯蔵モジュール５ｂは、好ましくは、熱貯蔵モジュール５ａを完全に熱投入した場合でも低温キャリヤガス２が依然として熱貯蔵モジュール５ｂから出るように設計されている。完全熱投入は、熱貯蔵モジュール５ａからのキャリヤガス２の出口温度が例えば１２００℃の入口または標的投入温度に一致したときに生じる。熱貯蔵モジュール５ａを出たキャリヤガス２は、三方弁１３ｂおよび供給ライン１８ｂを横切って第３の熱貯蔵モジュール５ｃに運ばれる。変形例として、キャリヤガス２を収集ライン１４により周囲環境に逃がしても良い。同様な熱貯蔵モジュール５ｄの熱投入または図示していない他の熱貯蔵モジュール内での切り換えの可能性が存在する。
【００３９】
ガスヒータ４ａ〜４ｄは、個々の熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄに加熱状態のキャリヤガス２を供給することができ、これは、熱投入ライン１９ａ〜１９ｄおよび場合によっては図示していない他の弁を介して可能である。このように、先行する熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｃから来たキャリヤガス２の熱含量が後続の熱貯蔵モジュール５ｂ〜５ｄの十分な熱投入に足る程のものではない場合であっても、熱貯蔵モジュール５ｂ〜５ｄを十分に熱投入することができる。
【００４０】
しかしながら、好ましくは、ガスヒータ４ａ〜４ｄ内で生じた高温キャリヤガス流を収集ライン１１によって合流させ、かかる高温キャリヤガス流は、高温ガスの投入のために第１の熱貯蔵モジュール５ａから始まって熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄを連続して通って流れる。
【００４１】
図示しないが、熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄの熱投入サイクル中、収集ライン１１からの高温キャリヤガス２の部分流を低温キャリヤガス２の部分流と混ぜ合わせ、圧縮機３を経て供給し、そして蒸気発生器６に供給してかかる部分流を温かい状態に保つのが良い。温度調整は、体積流量の大きさの観点から行われるのが良い。
【００４２】
熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄは蓄熱材料、例えばセラミックビーズ充填材が収納された断熱容器であるのが良い。適当な蓄熱材料が当業者には知られている。蓄熱材料は、この高温キャリヤガス２によって加熱され、キャリヤガス２が冷える。熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄの適当な設計により、電力の熱への変換効率および蓄熱材料への熱の伝達効率は、９０％を超え、好ましくは９５％を超えるのが良い。
【００４３】
熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄの熱投入中、開かれた供給弁２０を介する圧縮機３へのキャリヤガス２の供給が行われ、キャリヤガス２を予熱器２１および収集ライン２２ならびにガスヒータ４ａ〜４ｄに通じる他の供給弁２３ａ〜２３ｄを横切って圧縮機３に供給することができる。図１の記載によれば、キャリヤガス２全体は、供給弁２３ａが開かれているときに第１のガスヒータ４ａにのみ送られる。供給弁２３ｂ〜２３ｄは、閉じられている。しかしながら、基本的には、上述したように、キャリヤガス２の加熱もまた、数個のまたは全てのガスヒータ４ａ〜４ｄ内で行われるのが良い。
【００４４】
図２は、図１に示されている貯蔵型発電所１の熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄの熱放出操作を概略的に示している。熱放出モードのため、供給弁２３ａ〜２３ｄが閉じられている。これとは異なり、他の供給弁２４ａ〜２４ｄが開かれており、その結果、熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄのからの並行熱放出のための低温キャリヤガス２が圧縮機３および収集ライン２２を横切って熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄ中に押し込まれる。このプロセスでは、キャリヤガス２は、熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄ内で加熱される。オプションとして、キャリヤガス２を全ての熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄを横切って並行に送ることができまたは１つまたは２つ以上の熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄだけから熱放出することが可能である。熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄから出た後のキャリヤガス２を別の収集ライン２５内で合流させることができる。このため、収集ライン２５は、出口ライン２６ａ〜２６ｄによって熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄに連結されている。キャリヤガス２は、高くても１２００℃の標的投入温度の状態で熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄから出る。
【００４５】
さらに、予熱状態のキャリヤガス２は、バイパスライン２７ａ〜２７ｄによって熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄを少なくとも部分的に越えて出て行くことができ、そしてかかる予熱状態のキャリヤガス２を収集ライン２５に供給することができる。このように、熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄからの高温キャリヤガスと低温キャリヤガス２を適当な体積調整システムによって混合することができ、その結果、高温キャリヤガス２の所望の標的熱放出温度が調整されるようになる。この標的熱放出温度は、例えば、６００℃〜８００℃であるのが良い。この温度は、好ましくは、熱放出作業全体にわたって一定に保たれる。熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄから来たキャリヤガス２の出口温度が所望の標的熱放出温度よりも高い場合、温度調整をそれぞれのバイパスライン２７ａ〜２７ｄにより行うのが良い。
【００４６】
熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄが熱貯蔵シリーズの状態に位置されると、特定の熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄの有効熱含量および／または有効熱貯蔵温度に応じて熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄを空にするのが良く、この場合、最も低い熱含量および／または最も低い熱貯蔵温度を有する場合のある熱貯蔵モジュール５ｄで始まって、熱貯蔵モジュール５ｃ，５ｂ，５ａから連続的に、すなわち、熱投入方向の逆の方向に熱放出する。かくして、熱放出は、好ましくは、最も低い有効熱含量および／または最も低い熱貯蔵温度を有する熱貯蔵モジュールで始まる。この後、残りの熱貯蔵モジュールと比較して最も低い有効熱含量または最も低い熱貯蔵温度を有するそれぞれの熱貯蔵モジュールから熱放出する。しかしながら、全ての熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄから完全に熱放出する必要があるわけではない。上述の方法により、高いシステム効率を達成することができ、発生させた電力を実際の要望に応じて適合させることができる。
【００４７】
例えば、熱貯蔵シリーズの最後の熱貯蔵モジュール５ｄからのキャリヤガス２の出口温度が指定された標的熱放出温度を下回っている場合、キャリヤガス２の部分流を高い熱含量および／または高い熱貯蔵温度を有する熱貯蔵シリーズ中の先行する熱貯蔵モジュール５ｃを横切って移送する。キャリヤガス流を互いに合流させ、その結果、標的熱放出温度が達成されるようにする。この場合、熱貯蔵モジュール５ｄは、熱貯蔵モジュール５ｄを完全に空にするのに必要な間作動されるバイパスとしての役目を果たす。キャリヤガス２の所望の標的熱放出温度は、この場合、熱貯蔵シリーズの少なくとも１つの上流側の熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｃから熱放出し、場合によっては低温キャリヤガス２を少なくとも１本のバイパスライン２７ａ〜２７ｄを横切って供給することによって調整される温度をもう一度有することによって達成される。
【００４８】
圧縮機３は、キャリヤガス２を好ましくは最高２０バールまでの系統圧力まで圧縮する。熱放出サイクル中に生じた高温キャリヤガス２は、収集ライン２５により膨張機２８に送られ、そしてこの膨張機２８内で膨張する。このプロセスの際、キャリヤガス２は、その圧力レベルに応じて冷える。膨張機の使用が可能ではない場合、系統圧力は、著しく低い場合があり、例えば、３〜４バール（絶対圧力）に過ぎない場合がある。膨張機２８から出たキャリヤガス２は、蒸気発生器６内における高圧蒸気の発生および過熱に役立つ。蒸気発生器６は、予熱器２９、蒸気ドラム３０および過熱器３１を有するのが良い。その他の点に関しては、蒸気発生器６は、典型的な設計に一致している。発生した蒸気は、蒸気タービン３２に送られる。膨張器２８および蒸気タービン３２は、図示していない発電機に連結されている。さらに、脱気器３３および復水器３４が設けられるのが良い。
【００４９】
貯蔵型発電所１の電気効率は、６０％に達する場合がある。さらに、地域暖房のために熱を転用することが可能である。遠隔熱利用の熱効率は、９８％に達する場合がある。さらに、プロセス蒸気を貯蔵型発電所１から転用するのが良い。
【００５０】
図１および図２は、キャリヤガス２が煙突１７を通って周囲環境中に廃空気として逃がされている開放キャリヤガス系を備えた貯蔵型発電所１の作動を示しているが、キャリヤガス２を回路内で運ぶ可能性が存在する。これは、図３および図４に概略的に示されており、図３は、熱投入サイクル中における状態を示し、図４は、熱放出サイクル中における状態を示している。
【００５１】
閉鎖キャリヤガス系では、好ましくは燃料ガスの供給やガスヒータ４ａ〜４ｄの燃焼チャンバ８内における燃料ガスの燃焼が行われず、これは、間接熱伝達の場合に可能である。これとは異なり、キャリヤガス２の加熱は、好ましくは、しかももっぱら、電気エネルギーを熱エネルギーに変換することによる熱導体によって行われる。キャリヤガス２が回路内で運ばれる場合、出口弁１５は、熱交換モジュール５ａ〜５ｄの熱投入の間閉じられる。これとは異なり、循環弁３５，３６が開かれ、その結果、熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄから出たキャリヤガスは、収集ライン１４および循環ライン３７を経て圧縮機３に運ばれる。供給弁２０が閉じられ、その結果、キャリヤガス系への新鮮なキャリヤガス２の供給が生じないようになる。熱放出サイクルの際、キャリヤガス２は、予熱器２１を通過した後、戻しライン３８、開き状態の戻し弁３９および循環ライン３７を経て圧縮機に送られ、すると、熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄの別途熱投入のために利用できる。循環弁３５，３６、およびキャリヤガス２を熱放出中に出口ライン４１および煙突１７（図２）を経て開放状態のキャリヤガス系中に放出することができるようにする別の出口弁４０が閉じられる。
【００５２】
さらに、図１および図２から理解されるように、別のガスヒータの一部として別の燃焼チャンバ４２を設けることができ、この燃焼チャンバ４２により、キャリヤガス２を膨張機２８に入る前に燃料ガス８ａの燃焼によって例えば６００℃〜８００℃のある特定の標的温度に加熱することが可能である。ガスヒータは、直接または間接熱伝達が可能であるように設計されているのが良い。これは、ベース負荷をカバーする貯蔵型発電所１の利用を許容し、ベース負荷のための熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄの熱投入および熱放出は不要である。さらに、燃焼チャンバ４２は、機械を温かい状態に保つために熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄの熱投入中に高温ガスを提供するのに役立ち得る。燃焼チャンバ４２内におけるキャリヤガスの加熱は、さらに、発電コストを下げるのを助けることができる。
【００５３】
図５〜図８は、４つの熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄの熱投入および熱放出のための連結例を概略的に示している。図５および図６は、熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄの熱投入中における連結状態を示し、図７および図８は、熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄの熱放出中における熱連結状態を示している。
【００５４】
熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄの熱投入に関し、キャリヤガス２は、空気加熱器として設計されているガスヒータ４ａ内で加熱され、次に、図５に示されているように、熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄに運ばれる。キャリヤガス２は、空気であるのが良い。ガスヒータ４ａからの高温キャリヤガス２は、直列連結されている熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄを通って連続的に流れる。熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄをキャリヤガス２がこれらを通って流れることができるようペアをなして（一対ずつ）作動させるのが良い。これは、熱投入および熱放出に同様に当てはまる。図示の実施形態では、図５〜図８の左側に示されている最初の２つの熱貯蔵モジュール５ａ，５ｂおよび右側に示されている他の熱貯蔵モジュール５ｃ，５ｄは、各々、１つの熱貯蔵ペアまたは１つの熱貯蔵ユニットに組み合わせられ、熱貯蔵ペアは、配管に起因して別々にかつ互いに別個独立に作動されてキャリヤガス２の流れを受け取る。また、当然のことながら、貯蔵レイアウトが５つ以上の貯蔵モジュール５ａ〜５ｄを有する場合、３つ以上の熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄを別個に作動される熱貯蔵ペアに組み合わせることが可能である。
【００５５】
図５および図６によれば、２つの熱貯蔵ペアは、各々、２つの熱貯蔵モジュール５ａ，５ｂおよび２つの熱貯蔵モジュール５ｃ、５ｄと直列に連結され、これら熱貯蔵ペアは、ガスヒータ４ａからの高温キャリヤガス２の流れを連続的に受け取る。この場合、キャリヤガス２は、図５に示されている回路内で循環ライン５０を通って運ばれ、そして図５の右側に示されている第４の熱交換モジュール５ｄから出た後、このキャリヤガスは、圧縮機３を経てガスヒータ４ａに戻る。ガス制御は、複数の弁にとって適当な制御システムによって達成される。
【００５６】
図６によれば、４つの熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄの熱投入はまた、ガスヒータ４ａからの高温キャリヤガス２が一方において並列の熱貯蔵モジュール５ａ，５ｂおよび他方において並列の熱貯蔵モジュール５ｃ，５ｄを有する２つの熱貯蔵ペアを通って流れるよう起こるのが良い。キャリヤガス２は、ガスヒータ４ａから指定された標的投入温度を有する状態で出てこの温度の状態でそれぞれの熱貯蔵ペアのそれぞれの第１の熱貯蔵モジュール５ａまたは５ｃに供給される。このように、完全な熱投入が可能である。
【００５７】
図６によれば、ガスヒータ４ａからの高温キャリヤガス２は、バイパスライン４３によって第１の熱貯蔵ペアの２つの熱貯蔵モジュール５ａ，５ｂの先へ運ばれ、それにより、図６の右側に示されている熱貯蔵ペアの熱貯蔵モジュール５ｃに達する。さらに、ガスヒータ４ａからの高温キャリヤガス２を直接、需要者ライン４４を経て需要者４５に供給することが可能である。本発明と関連して用いられている「需要者」という用語は、発電所のプロセスおよび／またはガス化プロセスにおけるキャリヤガス２の熱の考えられるどのような使用法をも含む。
【００５８】
さらに、図６の連結状態により、新鮮な空気または外気４６を別の圧縮機４７および調整ライン５２経由で混合チャンバ４８に供給することができ、それにより高温キャリヤガス２の温度を適切に調整し、その後需要者４５に送る。新鮮空気４６は、この場合、ガスヒータ４ａから出た高温キャリヤガス２よりも著しく低い温度状態にある。
【００５９】
熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄからの熱放出中、図７に記載されているように、キャリヤガス２を形成する新鮮空気４６を圧縮機３，４７および別のバイパスライン４９経由で図７に示されている右側の熱貯蔵ペアの２つの熱貯蔵モジュール５ｃ，５ｄの先へ供給するとともに図７の右側に示されている左側の熱貯蔵ペアの右側の熱貯蔵モジュール５ｂに供給するのが良い。新鮮空気４６およびキャリヤガス２は、次に、図７の左側に示されている熱貯蔵ペアの２つの熱貯蔵モジュール５ａ，５ｂを通って流れ、そしてバイパスライン４３および需要者ライン４４経由で需要者４５に達する。この場合もまた、必要な場合には、キャリヤガス２への新鮮空気４６の供給が調整ライン５２および混合チャンバ４８経由で行われるのが良く、その目的は、キャリヤガス２の特定の利用温度を発電所プロセスおよび／またはガス化プロセス向きに調節しまたは調整することにある。
【００６０】
さらに、図７に示されているように、キャリヤガス２の標的熱放出温度が図７の更に左側に示されている熱貯蔵モジュール５ａから出た際に低すぎる場合、ガスヒータ４ａからの高温キャリヤガス２を熱貯蔵モジュール５ａからの加熱状態のキャリヤガス２と混合することが可能であり、その目的は、キャリヤガス２の利用温度を需要者４５によって必要とされるように達成することにある。
【００６１】
図８によれば、新鮮空気４６は、圧縮機４７，３および熱放出ライン５１を経て図８の右側に示されている熱貯蔵ペアの最後の熱貯蔵モジュール５ｄに供給されるのが良い。熱貯蔵モジュール５ｃ，５ｄ内で加熱されたキャリヤガス２は、バイパスライン４３によって混合チャンバ４８に達する。さらに、新鮮空気４６は、バイパスライン４９経由で他方の熱貯蔵ペアの熱貯蔵モジュール５ａ，５ｂに供給され、ここで加熱される。熱貯蔵モジュール５ａ，５ｂ内で加熱されたキャリヤガス２は、同様に、バイパスライン４３を通って混合チャンバ４８に達する。かくして、２つの熱貯蔵ペアは、並行して熱放出され、シリーズ中の各熱貯蔵ペアの熱貯蔵モジュール５ａ，５ｂおよび熱貯蔵モジュール５ｃ，５ｄから熱放出される。この場合もまた、必要ならば、加熱状態のキャリヤガス２の温度は、新鮮空気４６を調整ライン５２経由で混合チャンバ４８に供給することによって調整されるのが良い。次に、キャリヤガス２は、需要者４５に行く。基本的には、ガスヒータ４ａから混合チャンバ４８への高温キャリヤガス２の直接的な供給もまた必要に応じて可能であり、その目的は、熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄ内で加熱されたキャリヤガス２の温度を増大させることにある。
【００６２】
また、熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄの熱放出中、熱貯蔵モジュール５ａ〜５ｄを通る流れが図８の更に右側に示されている最後の熱貯蔵モジュール５ｄで始まり、かくして、シリーズ連結部中で熱貯蔵ペアを連続的に通過することが可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１  貯蔵型発電所
２  キャリヤガス
３  圧縮機
４ａ〜４ｄ  ガスヒータ
５ａ〜５ｄ  熱貯蔵モジュール
６  蒸気発生器
７  作動流体
８  燃焼チャンバ
８ａ  燃料ガス
９  電気ヒータ
１０ａ〜１０ｄ  部分流
１１  収集ライン
１２ａ〜１２ｄ  供給弁
１３ａ〜１３ｄ  三方弁
１４  収集ライン
１５  出口弁
１６  熱交換器
１７  煙突
１８ａ〜１８ｃ  供給ライン
１９ａ〜１９ｄ  熱投入ライン
２０  供給弁
２１  予熱器
２２  収集ライン
２３ａ〜２３ｄ  供給弁
２４ａ〜２４ｄ  供給弁
２５  収集ライン
２６ａ〜２６ｄ  流出ライン
２７ａ〜２７ｄ  バイパスライン
２８  膨張機
２９  予熱器
３０  蒸気ドラム
３１  過熱器
３２  蒸気タービン
３３  脱気器
３４  復水器
３５  循環弁
３６  循環弁
３７  循環ライン
３８  戻しライン
３９  戻し弁
４０  出口弁
４１  出口ライン
４２  燃焼チャンバ
４３  バイパスライン
４４  需要者ライン
４５  需要者
４６  新鮮空気
４７  圧縮機
４８  混合チャンバ
４９  バイパスライン
５０  循環ライン
５１  熱放出ライン
５２  調整ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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