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Patent Searching and Data


Title:
METHOD AND INSTALLATION FOR STORING AND RECOVERING ENERGY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/154862
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for storing and recovering energy, according to which a condensed air product (LAIR) is formed in an energy storage period, and in an energy recovery period, a pressure flow is formed and is expanded to produce energy using at least part of the condensed air product (LAIR) without a supply of heat from an external heat source. The method comprises inter alia, for the formation of the condensed air product (LAIR): the compression of air (AIR) in an air conditioning unit (10), at least by means of an adiabatically operated compressor device (12); the formation of a first and a second sub-flow downstream of the adiabatically driven compressor device (12), said flows being formed from the air (AIR) that has been compressed in said device and the guiding of the first and second sub-flows in parallel through a first thermal store (131) and through a second thermal store (132), in which stores heat produced during the compression of the air (AIR) is at least partially stored. For the formation of the pressure flow, a vaporized product (HPAIR) is produced inter alia from at least one part of the condensed air product (LAIR). During the energy-producing expansion process, the pressure flow is guided through a first expansion device (61) and a second expansion device (62) and is thus expanded in each device. Heat stored in the first heat store device (131) is transferred to the pressure flow upstream of the first expansion device (61) and heat stored in the second heat store device (132) is transferred to the pressure flow upstream of the second expansion device (62). The invention also relates to an installation (100).

Inventors:
ALEKSEEV ALEXANDER (DE)
Application Number:
PCT/EP2015/000716
Publication Date:
October 15, 2015
Filing Date:
April 02, 2015
Export Citation:
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Assignee:
LINDE AG (DE)
International Classes:
F01K3/12; F01K13/00; F17C7/02; F25J1/00
Foreign References:
GB2494400A2013-03-13
US20110132032A12011-06-09
US20090293503A12009-12-03
US20120151961A12012-06-21
EP2634383A12013-09-04
Other References:
See also references of EP 3129609A1
Attorney, Agent or Firm:
IMHOF, Dietmar (DE)
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Claims:
Patentansprüche

Verfahren zum Speichern und Rückgewinnen von Energie, bei dem in einem Energiespeicherzeitraum ein Luftverflüssigungsprodukt (LAIR) gebildet und in einem Energierückgewinnungszeitraum unter Verwendung zumindest eines Teils des Luftverflüssigungsprodukts (LAIR) ohne Wärmezufuhr aus einer externen Wärmequelle ein Druckstrom gebildet und arbeitsleistend entspannt wird, wobei das Verfahren umfasst, zur Bildung des Luftverflüssigungsprodukts (LAIR)

- Luft (AIR) in einer Luftkonditioniereinheit (10) zumindest mittels einer adiabat betriebenen Verdichtereinrichtung (12) zu verdichten und mittels wenigstens einer adsorptiven Reinigungseinrichtung (15) auf einem überatmosphärischen Druckniveau adsorptiv zu reinigen, in der Luftkonditioniereinheit (10) stromab der adiabat betriebenen

Verdichtereinrichtung (12) aus der in dieser verdichteten Luft (AIR) einen ersten und einen zweiten Teilstrom zu bilden und den ersten und den zweiten Teilstrom parallel durch eine erste Wärmespeichereinrichtung (131) und eine zweite Wärmespeichereinrichtung (132) zu führen,

- bei der Verdichtung der Luft (AIR) erzeugte Wärme zumindest zum Teil in der ersten Wärmespeichereinrichtung (131) und der zweiten

Wärmespeichereinrichtung (132) zu speichern,

- die verdichtete und adsorptiv gereinigte Luft (HPAIR) ausgehend von einem Temperaturniveau in einem Bereich von 0 bis 50 °C zu einem ersten Anteil in einer Festbettkältespeichereinheit (20) und zu einem zweiten Anteil in einer Gegenstromwärmetauscheinheit (30) auf einem Verflüssigungsdruckniveau in einem Bereich von 40 bis 100 bara zu verflüssigen, und

- die verflüssigte Luft (HPLAIR) anschließend in wenigstens einer

Kältegewinnungseinheit (40) zu entspannen, und zur Bildung des Druckstroms aus zumindest einem Teil des Verflüssigungsprodukts (LAIR) bei einem Entflüssigungsdruckniveau, das um nicht mehr als 5 bar von dem

Verflüssigungsdruckniveau abweicht, in der Festbettkältespeichereinheit (20) ein Entflüssigungsprodukt (HPAIR) zu erzeugen, sowie

- den Druckstrom bei der arbeitsleistenden Entspannung durch eine erste

Entspannungseinrichtung (61) und eine zweite Entspannungseinrichtung (62) zu führen und den Druckstrom dabei jeweils zu entspannen, und

- stromauf der ersten Entspannungseinrichtung (61) in der ersten

Wärmespeichereinrichtung (131) gespeicherte Wärme auf den Druckstrom zu übertragen und stromauf der zweiten Entspannungseinrichtung (62) in der zweiten Wärmespeichereinrichtung (132) gespeicherte Wärme auf den Druckstrom zu übertragen.

Verfahren nach Anspruch 1 , das umfasst, in zumindest einer der

Wärmespeichereinrichtungen (131 , 132) ein Festbett- (1 ) und/oder

Flüssigwärmespeichermedium zu verwenden.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das umfasst, in zumindest einer der

Wärmespeichereinrichtungen (131 , 132) ein Wärmespeicherfluid zwischen wenigstens zwei Speichertanks (72, 74) zu transferieren und die Wärme in wenigstens einem Wärmetauscher (71) von dem oder auf das wenigstens eine Wärmespeicherfluid zu übertragen.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das umfasst, in zumindest einer der Wärmespeichereinrichtungen (131 , 132) ein Wärmespeichermedium auf ein Temperaturniveau von 50 bis 400 °C zu erwärmen.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem als die erste Entspannungseinrichtung (61) und als die zweite Entspannungseinrichtung (62) jeweils eine Generatorturbine verwendet wird. 6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das umfasst, der wenigstens einen adsorptiven Reinigungseinrichtung (15) ein Regeneriergas zuzuführen, das aus einem Teil der zuvor in der Luftkonditioniereinheit (10) verdichteten und adsorptiv gereinigten Luft (HPAIR) gebildet wird. 7. Verfahren nach Anspruch 6, das umfasst, das Regeneriergas während des

Energiespeicherzeitraums aus zumindest einem Teil eines bei der Entspannung der verflüssigten Luft (HPLAIR) gebildeten Verdampfungsprodukts zu bilden.

8. Verfahren nach Anspruch 6, das umfasst, das Regeneriergas während des

Energierückgewinnungszeitraums aus zumindest einem Teil des

Entflüssigungsprodukts (HPAIR) zu bilden.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das umfasst, ein bei der Entspannung der verflüssigten Luft (HPLAIR) gebildetes Verdampfungsprodukt durch die Gegenstromwärmetauscheinheit (30) zu führen.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das umfasst, wenigstens einen Kälteträger durch die Gegenstromwärmetauscheinheit (30) zu führen, der mittels eines externen Kältekreislaufs bereitgestellt und/oder durch Entspannen aus einem Teil der zuvor in der Luftkonditioniereinheit (10) verdichteten und adsorptiv gereinigten Luft (AIR) gebildet wird.

1 1. Anlage (100), die zum Speichern und Rückgewinnen von Energie durch Bilden eines Luftverflüssigungsprodukts (LAIR) in einem Energiespeicherzeitraum und durch Erzeugen und arbeitsleistendes Entspannen eines unter Verwendung zumindest eines Teils des Luftverflüssigungsprodukts (LAIR) gebildeten

Druckstroms ohne Wärmezufuhr aus einer externen Wärmequelle in einem Energierückgewinnungszeitraum eingerichtet ist, wobei die Anlage (100) Mittel aufweist, die dazu eingerichtet sind zur Bildung des Luftverflüssigungsprodukts (LAIR)

- Luft (AIR) in einer Luftkonditioniereinheit (10) zumindest mittels einer adiabat betriebenen Verdichtereinrichtung (12) zu verdichten und mittels wenigstens einer adsorptiven Reinigungseinrichtung (15) auf einem überatmosphärischen Druckniveau adsorptiv zu reinigen,

- in der Luftkonditioniereinheit (10) stromab der adiabat betriebenen

Verdichtereinrichtung (12) aus der in dieser verdichteten Luft (AIR) einen ersten und einen zweiten Teilstrom zu bilden und den ersten und den zweiten Teilstrom parallel durch eine erste Wärmespeichereinrichtung (131) und eine zweite Wärmespeichereinrichtung (132) zu führen,

- bei der Verdichtung der Luft (AIR) erzeugte Wärme zumindest zum Teil in der ersten Wärmespeichereinrichtung (131 ) und der zweiten

Wärmespeichereinrichtung (132) zu speichern,

- die verdichtete und adsorptiv gereinigte Luft (HPAIR) ausgehend von einem Temperaturniveau in einem Bereich von 0 bis 50 °C zu einem ersten Anteil in einer Festbettkältespeichereinheit (20) und zu einem zweiten Anteil in einer Gegenstromwärmetauscheinheit (30) auf einem Verflüssigungsdruckniveau in einem Bereich von 40 bis 100 bara zu verflüssigen, und

- die verflüssigte Luft (HPLAIR) anschließend in wenigstens einer

Kältegewinnungseinheit (40) zu entspannen, und zur Bildung des Druckstroms

- aus zumindest einem Teil des Verflüssigungsprodukts (LAIR) bei einem

Entflüssigungsdruckniveau, das um nicht mehr als 5 bar von dem

Verflüssigungsdruckniveau abweicht, in der Festbettkältespeichereinheit (20) ein Entflüssigungsprodukt (HPAIR) zu erzeugen, sowie - den Druckstrom bei der arbeitsleistenden Entspannung durch eine erste Entspannungseinrichtung (61) und eine zweite Entspannungseinrichtung (62) zu führen und den Druckstrom dabei jeweils zu entspannen, und

- stromauf der ersten Entspannungseinrichtung (61) in der ersten

Wärmespeichereinrichtung (131) gespeicherte Wärme auf den Druckstrom zu übertragen und stromauf der zweiten Entspannungseinrichtung (62) in der zweiten Wärmespeichereinrichtung (132) gespeicherte Wärme auf den Druckstrom zu übertragen.

12. Anlage (100) nach Anspruch 11 , die Mittel aufweist, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 eingerichtet sind.

Description:
Beschreibung

Verfahren und Anlage zum Speichern und Rückgewinnen von Energie

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum Speichern und Rückgewinnen von Energie, insbesondere elektrischer Energie, gemäß den

Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche.

Stand der Technik

Beispielsweise aus der DE 31 39 567 A1 und der EP 1 989 400 A1 ist bekannt, Flüssigluft oder Flüssigstickstoff, also tiefkalte Luftverflüssigungsprodukte, zur

Netzregelung und zur Bereitstellung von Regelleistung in Stromnetzen zu verwenden.

Zu Billigstromzeiten oder Stromüberschusszeiten wird dabei Luft in einer

Luftzerlegungsanlage mit einem integrierten Verflüssiger oder in einer dezidierten Verflüssigungsanlage, allgemein auch als Luftbehandlungseinheit bezeichnet, insgesamt oder teilweise zu einem derartigen Luftverflüssigungsprodukt verflüssigt. Das Luftverflüssigungsprodukt wird in einem Tanksystem mit Tieftemperaturtanks gespeichert. Dieser Betriebsmodus erfolgt in einem Zeitraum, der hier als

Energiespeicherzeitraum bezeichnet wird.

Zu Spitzenlastzeiten wird das Luftverflüssigungsprodukt aus dem Tanksystem entnommen, mittels einer Pumpe druckerhöht und bis auf etwa Umgebungstemperatur oder höher angewärmt und damit in einen gasförmigen oder überkritischen Zustand überführt. Ein hierdurch erhaltener Druckstrom wird in einer Energiegewinnungseinheit in einer Entspannungsturbine oder mehreren Entspannungsturbinen mit

Zwischenerwärmung bis auf Umgebungsdruck entspannt. Die dabei freiwerdende mechanische Leistung wird in einem oder mehreren Generatoren der

Energiegewinnungseinheit in elektrische Energie umgewandelt und in ein elektrisches Netz eingespeist. Dieser Betriebsmodus erfolgt in einem Zeitraum, der hier als

Energierückgewinnungszeitraum bezeichnet wird.

Die beim Überführen des Luftverflüssigungsprodukts in den gasförmigen oder überkritischen Zustand während des Energierückgewinnungszeitraums freiwerdende Kälte kann gespeichert und während des Energiespeicherzeitraums zur Bereitstellung von Kälte zur Gewinnung des Luftverflüssigungsprodukts eingesetzt werden.

Es sind auch Druckluftspeicherkraftwerke bekannt, in denen die Luft jedoch nicht verflüssigt, sondern in einem Verdichter verdichtet und in einer unterirdischen Kaverne gespeichert wird. In Zeiten hoher Stromnachfrage wird die Druckluft aus der Kaverne in die Brennkammer einer Gasturbine geleitet. Gleichzeitig wird der Gasturbine über eine Gasleitung Brennstoff, beispielsweise Erdgas, zugeführt und in der durch die Druckluft gebildeten Atmosphäre verbrannt. Das gebildete Abgas wird in der Gasturbine entspannt, wodurch Energie erzeugt wird.

Die vorliegende Erfindung ist von Verfahren und Vorrichtungen zu unterscheiden, bei denen ein sauerstoffreiches Fluid zur Unterstützung von Oxidationsreaktionen in eine Gasturbine eingeleitet wird. Entsprechende Verfahren und Vorrichtungen arbeiten grundsätzlich mit Luftverflüssigungsprodukten, welche (deutlich) mehr als 40

Molprozent Sauerstoff enthalten.

Die Wirtschaftlichkeit entsprechender Verfahren und Vorrichtungen wird stark vom Gesamtwirkungsgrad beeinflusst. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, entsprechende Verfahren und Vorrichtungen in dieser Hinsicht zu verbessern.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung schlägt vor diesem Hintergrund ein Verfahren und eine Anlage zum Speichern und Rückgewinnen von Energie, insbesondere elektrischer Energie, mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche vor.

Bevorzugte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen

Patentansprüche und der nachfolgenden Beschreibung. Vor der Erläuterung der im Rahmen der vorliegenden Erfindung erzielbaren Vorteile werden deren technische Grundlagen und einige in dieser Anmeldung verwendete Begriffe näher erläutert.

Unter einer "Energiegewinnungseinheit" wird hier eine Anlage oder ein Anlagenteil verstanden, die bzw. der zur Erzeugung von elektrischer Energie eingerichtet ist. Eine Energiegewinnungseinheit umfasst dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung zumindest zwei Entspannungsturbinen, die vorteilhafterweise mit zumindest einem elektrischen Generator gekoppelt sind. Eine mit zumindest einem elektrischen

Generator gekoppelte Entspannungsmaschine wird auch als "Generatorturbine" bezeichnet. Die bei der Entspannung eines Fluids in einer Entspannungsturbine bzw. Generatorturbine frei werdende mechanische Leistung kann in der

Energiegewinnungseinheit in elektrische Energie umgesetzt werden.

Eine "Entspannungsturbine", die über eine gemeinsame Welle mit weiteren

Entspannungsturbinen oder Energiewandlern wie Ölbremsen, Generatoren oder Verdichterstufen gekoppelt sein kann, ist zur Entspannung eines überkritischen, gasförmigen oder zumindest teilweise flüssigen Stroms eingerichtet. Insbesondere können Entspannungsturbinen zum Einsatz in der vorliegenden Erfindung als

Turboexpander ausgebildet sein. Sind eine oder mehrere als Turboexpander ausgebildete Entspannungsturbinen nur mit einer oder mehreren Verdichterstufen, beispielsweise in Form von Radialverdichterstufen, gekoppelt und ggf. mechanisch gebremst, werden diese jedoch ohne extern, beispielsweise mittels eines

Elektromotors, zugeführte Energie betrieben, wird hierfür allgemein auch der Begriff "Boosterturbine" verwendet. Eine derartige Boosterturbine verdichtet dabei zumindest einen Strom durch die Entspannung zumindest eines anderen Stroms, jedoch ohne extern, beispielsweise mittels eines Elektromotors, zugeführte Energie.

Unter einer "Gasturbineneinheit" wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung eine Anordnung aus wenigstens einer Brennkammer und wenigstens einer dieser nachgeschalteten Entspannungsturbine (der Gasturbine im engeren Sinn) verstanden. In letzterer werden heiße Gase aus der Brennkammer arbeitsleistend entspannt. Eine Gasturbineneinheit weist ferner wenigstens eine von der Entspannungsturbine über eine gemeinsame Welle angetriebene Verdichterstufe, typischerweise wenigstens eine Axialverdichterstufe, auf. Ein Teil der in der Entspannungsturbine erzeugten mechanischen Energie wird üblicherweise zum Antrieb der wenigstens einen

Verdichterstufe eingesetzt. Ein weiterer Teil wird regelmäßig zur Erzeugung

elektrischer Energie in einem Generator umgesetzt. Bei der Entspannungsturbine der Gasturbine handelt es sich damit um eine Generatorturbine im oben erläuterten Sinn. Als Abwandlung einer Gasturbineneinheit weist eine "Verbrennungsturbineneinheit" lediglich die erwähnte Brennkammer und eine nachgeschaltete Entspannungsturbine auf. Ein Verdichter ist üblicherweise nicht vorgesehen. Eine "Heißgasturbineneinheit" weist im Gegensatz zu einer Gasturbineneinheit statt einer Brennkammer einen Erhitzer auf. Eine Heißgasturbineneinheit kann einstufig mit einem Erhitzer und einer Entspannungsturbine ausgebildet sein. Alternativ können auch mehrere

Entspannungsturbinen, vorzugsweise mit Zwischenerhitzung, vorgesehen sein. In jedem Fall kann insbesondere stromab der "letzten" Entspannungsturbine ein weiterer Erhitzer vorgesehen sein. Auch die Heißgasturbine ist vorzugsweise mit einem oder mehreren Generatoren zur Erzeugung von elektrischer Energie gekoppelt.

Da im Rahmen der vorliegenden Erfindung bei der Bildung eines Druckstroms in einem Energierückgewinnungszeitraum keine aus externen Quellen stammende Wärme verwendet wird, kommen hier keine Gas- oder Verbrennungsturbineneinheiten zum Einsatz sondern allenfalls Heißgasturbineneinheiten, die über geeignete

Wärmespeicher beheizt werden.

Unter einer "Verdichtereinrichtung" wird hier eine Vorrichtung verstanden, die zum Verdichten wenigstens eines gasförmigen Stroms von wenigstens einem

Eingangsdruck, bei dem dieser der Verdichtereinrichtung zugeführt wird, auf wenigstens einen Enddruck, bei dem dieser der Verdichtereinrichtung entnommen wird, eingerichtet ist. Die Verdichtereinrichtung bildet dabei eine bauliche Einheit, die jedoch mehrere einzelne "Verdichter" oder "Verdichterstufen" in Form bekannter Kolben-, Schrauben- und/oder Schaufelrad- bzw. Turbinenanordnungen (also Radial- oder Axialverdichterstufen) aufweisen kann. Insbesondere werden diese

Verdichterstufen mittels eines gemeinsamen Antriebs, beispielsweise über eine gemeinsame Welle bzw. einen gemeinsamen Elektromotor, angetrieben. Mehrere Verdichter, z.B. Verdichter in einer erfindungsgemäß eingesetzten

Luftkonditionierungseinheit, können zusammen eine oder mehrere

Verdichtereinrichtungen bilden.

Eine "Luftkonditionierungseinheit" umfasst im hier verwendeten Sprachgebrauch zumindest eine adiabat betriebene Verdichtereinrichtung und zumindest eine adsorptive Luftreinigungseinrichtung. Adsorptive Luftreinigungseinrichtungen sind auf dem Gebiet der Luftzerlegung allgemein bekannt. In adsorptiven Luftreinigungseinrichtungen werden ein oder mehrere Luftströme durch einen oder mehrere Adsorberbehälter geführt, die mit einem geeigneten Adsorptionsmaterial, beispielsweise Molekularsieb, befüllt sind. Die vorliegende Erfindung umfasst zumindest die Verflüssigung von Luft zu einem Luftverflüssigungsprodukt. Die hierzu verwendeten Vorrichtungen können dabei auch unter dem Begriff "Luftbehandlungseinheit" zusammengefasst werden. Hierunter wird im Sprachgebrauch der vorliegenden Anmeldung eine Anlage verstanden, die zur Gewinnung wenigstens eines Luftverflüssigungsprodukts aus Luft eingerichtet ist. Ausreichend für eine Luftbehandlungseinheit zum Einsatz in der vorliegenden

Erfindung ist es, dass durch diese ein entsprechendes tiefkaltes

Luftverflüssigungsprodukt erhalten werden kann, das als Speicherflüssigkeit verwendbar und in ein Tanksystem überführbar ist. Eine "Luftzerlegungsanlage" wird mit atmosphärischer Luft beschickt und weist ein Destillationssäulensystem zur Zerlegung der atmosphärischen Luft in ihre physikalischen Komponenten auf, insbesondere in Stickstoff und Sauerstoff. Hierzu wird die Luft zunächst in die Nähe ihres Taupunkts abgekühlt und dann in das Destillationssäulensystem eingeleitet. Im Gegensatz hierzu umfasst eine "Luftverflüssigungsanlage" kein

Destillationssäulensystem. Im Übrigen entspricht ihr Aufbau dem einer

Luftzerlegungsanlage mit der Abgabe eines Luftverflüssigungsprodukts.

Selbstverständlich kann auch in einer Luftzerlegungsanlage Flüssigluft als

Nebenprodukt erzeugt werden.

Ein "Luftverflüssigungsprodukt" ist jedes Produkt, das zumindest durch Verdichten, Abkühlen und anschließendes Entspannen von Luft in Form einer tiefkalten Flüssigkeit hergestellt werden kann. Insbesondere kann es sich bei einem

Luftverflüssigungsprodukt um Flüssigluft, flüssigen Sauerstoff, flüssigen Stickstoff und/oder ein flüssiges Edelgas wie flüssiges Argon handeln. Die Begriffe "flüssiger Sauerstoff' bzw. "flüssiger Stickstoff' bezeichnen dabei jeweils auch eine tiefkalte Flüssigkeit, die Sauerstoff bzw. Stickstoff in einer Menge aufweist, die oberhalb derer atmosphärischer Luft liegt. Es muss sich dabei also nicht notwendigerweise um reine Flüssigkeiten mit hohen Gehalten von Sauerstoff bzw. Stickstoff handeln. Unter flüssigem Stickstoff wird also sowohl reiner oder im Wesentlichen reiner Stickstoff verstanden, als auch ein Gemisch aus verflüssigten Luftgasen, dessen Stickstoffgehalt höher als derjenige der atmosphärischen Luft ist. Beispielsweise weist dieses einen Stickstoffgehalt von mindestens 90, vorzugsweise mindestens 99 Molprozent auf.

Ist hier von einem "Entflüssigungsprodukt" die Rede, sei darunter ein durch Überführen einer Flüssigkeit in gasförmigen oder überkritischen Zustand gebildetes Fluid verstanden. Wird eine Flüssigkeit bei überkritischem Druck "verdampft", geht sie nicht in die Gasphase sondern in den überkritischen Zustand über, wobei kein

Phasenübergang im eigentlichen Sinn erfolgt. Dies wird auch als "Pseudoverdampfen" bezeichnet. Bei unterkritischem Druck erfolgt ein Phasenübergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand, also ein herkömmliches "Verdampfen". Eine Entflüssigung umfasst damit im Rahmen der vorliegenden Anmeldung sowohl eine Verdampfung als auch eine Pseudoverdampfung. Nach einer Verflüssigung, sei es aus dem gasförmigen oder überkritischen Zustand, liegt immer eine Flüssigkeit vor. Beide Fälle sind daher von dem Begriff "Verflüssigung" umfasst.

Unter einer "tiefkalten" Flüssigkeit, bzw. einem entsprechenden Fluid,

Luftverflüssigungsprodukt, Strom usw. wird ein flüssiges Medium verstanden, dessen Siedepunkt deutlich unterhalb der jeweiligen Umgebungstemperatur liegt und beispielsweise 200 K oder weniger, insbesondere 220 K oder weniger, beträgt.

Beispiele sind flüssige Luft, flüssiger Sauerstoff, flüssiger Stickstoff usw.

Unter einer "Festbettkältespeichereinheit" wird im Rahmen dieser Anmeldung eine Vorrichtung verstanden, die ein festes, zur Kältespeicherung geeignetes Material enthält und Fluidführungsmittel durch dieses Material aufweist. Bekannte

Festbettkältespeichereinheiten, die in herkömmlichen Luftzerlegungsanlagen auch als Regeneratoren bezeichnet werden und dort auch zur Abtrennung unerwünschter Komponenten wie Wasser und/oder Kohlendioxid verwendet werden, umfassen beispielsweise mit Kanälen durchzogene Betonblöcke (bei Luftzerlegungsanlagen ungewöhnlich), (Stein-)Schüttungen und/oder geriffelte Aluminiumbleche und werden von den jeweils abzukühlenden bzw. zu erwärmenden Strömen in einander

entgegengesetzter Richtung und nacheinander durchströmt. Im Rahmen dieser Anmeldung wird der Begriff "Kältespeicher" bzw. "(Festbett-)Kältespeichereinheit" in Abgrenzung zu "Wärmespeicher" bzw. "Wärmespeichereinheit" verwendet, um den Unterschied in der Betriebstemperatur auszudrücken. Die Festbettkältespeichereinheit wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung zur Verflüssigung verdichteter und adsorptiv gereinigter Luft zu einem Luftverflüssigungsprodukt und zu dessen

Entflüssigung eingesetzt, wird also zumindest in einem Bereich bei tiefkalten

Temperaturen betrieben. Im Gegensatz dazu werden die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzten Wärmespeichereinrichtungen immer bei deutlich höheren Temperaturen betrieben und dienen zum Speichern bei der adiabaten Verdichtung der Luft erzeugter (Verdichtungs-)Wärme.

Eine Kälte- bzw. Wärmespeichereinheit umfasst einen oder mehrere Kälte- bzw.

Wärmespeicher mit entsprechenden Kälte- bzw. Wärmespeichermedien. Die in einem oder mehreren Kälte- bzw. Wärmespeichern verwendbaren Kälte- bzw.

Wärmespeichermedien richten sich nach der Konfiguration des Verfahrens.

Wärmespeicher und (Festbett-)kältespeicher sind umfangreich in der einschlägigen Fachliteratur beschrieben (siehe beispielsweise i. Dinger und M.A. Rosen, "Thermal Energy Storage - Systems and Applications", Chichester, John Wiley & Sons 2002). Als Speichermedien eignen sich beispielsweise Gestein, Beton, Ziegel, künstlich hergestellte Keramiken oder Gusseisen. Für niedrigere Speichertemperaturen eignen sich ferner Erde, Kies, Sand oder Schotter. Weitere Speichermedien wie Thermalöle oder Salzschmelzen sind beispielsweise aus dem Gebiet der Solartechnik bekannt. In entsprechenden Kältespeichern kann es sich als besonders vorteilhaft erweisen, das Speichermedium in einem Isolierbehälter bereitzustellen, was eine verlustfreie oder nahezu verlustfreie Wärme- bzw. Kältespeicherung ermöglicht.

Eine "Gegenstromwärmetauscheinheit" ist unter Verwendung eines oder mehrerer Gegenstromwärmetauscher, beispielsweise eines oder mehrerer

Plattenwärmetauscher, ausgebildet. Im Gegensatz zu einer

Festbettkältespeichereinheit erfolgt die Abkühlung in einer

Gegenstromwärmetauscheinheit nicht durch Abgabe an bzw. Aufnahme von Wärme aus einem Festbett, sondern indirekt an einen bzw. aus einem im Gegenstrom geführten Wärme- bzw. Kälteträger. Als Wärmetauscher in einer

Gegenstromwärmetauscheinheit zum Einsatz in der vorliegenden Erfindung eignen sich sämtliche bekannten Wärmetauscher, beispielsweise Plattenwärmetauscher, Rohrbündelwärmetauscher und dergleichen. Eine Gegenstromwärmetauscheinheit dient zur indirekten Übertragung von Wärme zwischen zumindest zwei im Gegenstrom zueinander geführten Strömen, beispielsweise einem warmen Druckluftstrom und einem oder mehreren kalten Strömen oder einem tiefkalten Luftverflüssigungsprodukt und einem oder mehreren warmen Strömen. Eine Gegenstromwärmetauscheinheit kann aus einem einzelnen oder mehreren parallel und/oder seriell verbundenen Wärmetauscherabschnitten gebildet sein, z.B. aus einem oder mehreren

Plattenwärmetauscherblöcken. Ist hier nachfolgend von einem "Wärmetauscher" die Rede, kann hierunter ein Gegenstromwärmetauscher oder ein anderer Wärmetauscher verstanden werden.

Auch eine im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzte Wärmespeichereinheit kann einen Gegenstromwärmetauscher umfassen, der beispielsweise mit einem geeigneten Wärmespeicherfluid wie dem erwähnten Thermalöl im Gegenstrom zu einem zu erwärmenden bzw. abzukühlenden Strom durchströmt wird. Das

Wärmespeicherfluid, das hier das Wärmespeichermedium bildet, kann beispielsweise in einer Doppel- oder Mehrfachtankanordnung bereitgestellt werden, wie auch unten noch näher erläutert.

Unter einem "Erhitzer" wird im Rahmen dieser Anmeldung ein System zum indirekten Wärmetausch zwischen einem Heizfluid und einem zu erhitzenden gasförmigen Fluid verstanden. Mittels eines derartigen Erhitzers kann Restwärme, Abwärme,

Prozesswärme, Solarwärme etc. auf das zu erhitzende gasförmige Fluid übertragen und zur Energieerzeugung in einer Heißgasturbine genutzt werden.

Verfahren und Vorrichtungen zur Tieftemperaturzerlegung von Luft und die dort und auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbaren Verfahren und

Vorrichtungen sind auch beispielsweise in Häring, H.-W. (Hrsg.), "Industrial Gases Processing", Weinheim, Wiley-VCH 2008 (insbesondere Kapitel 2.2.5, "Cryogenic Rectification") und Kerry, F. G., "Industrial Gas Handbook - Gas Separation and Purification", Boca Raton, CRC Press 2006 (insbesondere Kapitel 3, "Air Separation Technology") beschrieben.

Die vorliegende Anmeldung verwendet zur Charakterisierung von Drücken und

Temperaturen die Begriffe "Druckniveau" und "Temperaturniveau", wodurch zum Ausdruck gebracht werden soll, dass Drücke und Temperaturen in einer

entsprechenden Anlage nicht in Form exakter Druck- bzw. Temperaturwerte verwendet werden müssen, um das erfinderische Konzept zu verwirklichen. Jedoch bewegen sich derartige Drücke und Temperaturen typischerweise in bestimmten Bereichen, die beispielsweise ± 1 %, 5%, 10%, 20% oder sogar 50% um einen Mittelwert liegen.

Entsprechende Druckniveaus und Temperaturniveaus können dabei in disjunkten Bereichen liegen oder in Bereichen, die einander überlappen. Insbesondere schließen beispielsweise Druckniveaus unvermeidliche Druckverluste oder zu erwartende

Druckverluste, beispielsweise aufgrund von Abkühlungseffekten oder

Leitungsverlusten, ein. Entsprechendes gilt für Temperaturniveaus. Bei den hier in bara angegebenen Druckniveaus handelt es sich um Absolutdrücke in bar. Vorteile der Erfindung

Die Erfindung schlägt ein Verfahren zum Speichern und Rückgewinnen von Energie vor, bei dem in einem Energiespeicherzeitraum ein Luftverflüssigungsprodukt gebildet und in einem Energierückgewinnungszeitraum unter Verwendung zumindest eines Teils des Luftverflüssigungsprodukts ohne Wärmezufuhr aus einer externen

Wärmequelle ein Druckstrom gebildet und arbeitsleistend entspannt wird.

Erfindungsgemäß wird also zum Bilden des Druckstroms keine zusätzliche Wärme in das Verfahren bzw. eine entsprechende Anlage eingebracht, es erfolgt also

beispielsweise keine elektrische Erhitzung oder Befeuerung. Die Beheizung wird ausschließlich unter Verwendung in dem Verfahren selbst gebildeter Wärme

durchgeführt, wie unten ausführlich erläutert.

Wie bereits erwähnt, wird im Rahmen dieser Anmeldung unter einem

Luftverflüssigungsprodukt ein beliebiges, durch Verdichten und kryogenes Abkühlen von Luft herstellbares Produkt in flüssigem Zustand verstanden. Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend insbesondere unter Bezugnahme auf Flüssigluft als

Luftverflüssigungsprodukt beschrieben, sie eignet sich jedoch auch für andere

Luftverflüssigungsprodukte, insbesondere sauerstoffhaltige Luftverflüssigungsprodukte. Im Gegensatz zu den eingangs erwähnten Verfahren und Vorrichtungen, bei denen ein sauerstoffreiches Fluid zur Unterstützung von Oxidationsreaktionen in eine Gasturbine eingeleitet wird, wird vorliegend jedoch vorteilhafterweise ein sauerstoffhaltiges

Luftverflüssigungsprodukt mit (deutlich) unter 40, 35 oder 30 Molprozent Sauerstoff verwendet, beispielsweise mit dem Sauerstoffgehalt natürlicher Luft. Eine destillative Trennung eines Luftverflüssigungsprodukts ist damit nicht erforderlich. Die Begriffe "Energiespeicherzeitraum" und "Energierückgewinnungszeitraum" wurden bereits eingangs erwähnt. Hierunter werden insbesondere Zeiträume verstanden, die einander nicht überlappen. Dies bedeutet, dass die nachfolgend für den

Energiespeicherzeitraum beschriebenen Maßnahmen typischerweise nicht während des Energierückgewinnungszeitraums durchgeführt werden und umgekehrt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, beispielsweise in einem weiteren Zeitraum zumindest einen Teil der für den Energiespeicherzeitraum beschriebenen Maßnahmen zeitgleich mit den für den Energierückgewinnungszeitraum beschriebenen Maßnahmen durchzuführen, beispielsweise um eine größere Kontinuität im Betrieb einer

entsprechenden Anlage sicherzustellen. Beispielsweise kann auch in einem

Energiespeicherzeitraum einer Energiegewinnungseinheit ein Druckstrom zugeführt und in dieser arbeitsleistend entspannt werden, beispielsweise um die hier

verwendeten Entspannungseinrichtungen ohne Stillstand betreiben zu können. Der Energiespeicherzeitraum und der Energierückgewinnungszeitraum entsprechen jeweils einem Betriebs- bzw. Verfahrensmodus einer entsprechenden Anlage bzw. eines entsprechenden Verfahrens.

Die vorliegende Erfindung umfasst, zur Bildung des Luftverflüssigungsprodukts Luft in einer Luftkonditioniereinheit zumindest mittels einer adiabat betriebenen

Verdichtereinrichtung zu verdichten und mittels wenigstens einer adsorptiven

Reinigungseinrichtung auf einem überatmosphärischen Druckniveau adsorptiv zu reinigen. Details zur adiabaten Verdichtung werden unten erläutert. Insbesondere kann durch die adiabate Verdichtung Wärme zur Beheizung des Druckstroms in dem

Energierückgewinnungszeitraum bereitgestellt werden.

Wie ebenfalls unten im Detail erläutert, werden in der Luftkonditioniereinheit stromab der adiabat betriebenen Verdichtereinrichtung aus der in dieser verdichteten Luft ein erster und ein zweiter Teilstrom gebildet. Die Teilströme werden parallel durch eine erste Wärmespeichereinrichtung und eine zweite Wärmespeichereinrichtung geführt. Auf diese Weise wird bei der Verdichtung der Luft erzeugte Wärme zumindest zum Teil in der ersten Wärmespeichereinrichtung und der zweiten Wärmespeichereinrichtung gespeichert und steht für die nachfolgende Erwärmung zur Verfügung. Die verdichtete und adsorptiv gereinigte Luft wird stromab der Luftkonditioniereinheit und ggf. nach einer weiteren (beispielsweise isothermen) Verdichtung in dieser, ausgehend von einem Temperaturniveau in einem Bereich von 0 bis 50 °C zu einem ersten Anteil in einer Festbettkältespeichereinheit und zu einem zweiten Anteil in einer Gegenstromwärmetauscheinheit auf einem Verflüssigungsdruckniveau in einem Bereich von 40 bis 100 bara verflüssigt. Die verflüssigte Luft wird anschließend in wenigstens einer Kältegewinnungseinheit entspannt.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird zur Bildung des Druckstroms aus zumindest einem Teil des Verflüssigungsprodukts bei einem

Entflüssigungsdruckniveau, das um nicht mehr als 5 bar von dem

Verflüssigungsdruckniveau abweicht, in der Festbettkältespeichereinheit ein

Entflüssigungsprodukt erzeugt. Das Entflüssigungsprodukt kann direkt oder nach weiteren druck- und/oder temperaturbeeinflussenden Maßnahmen als der Druckstrom verwendet werden. Das Entflüssigungsprodukt kann zur Bildung des Druckstroms auch beispielsweise in zwei oder mehrere Ströme aufgeteilt werden, von denen einer als Druckstrom verwendet wird und/oder das Entflüssigungsprodukt kann hierzu mit einem oder mehreren weiteren Strömen vereinigt werden. Ferner ist vorgesehen, den Druckstrom bei der arbeitsleistenden Entspannung durch eine erste Entspannungseinrichtung und eine zweite Entspannungseinrichtung zu führen und den Druckstrom dabei jeweils zu entspannen, und stromauf der ersten Entspannungseinrichtung in der ersten Wärmespeichereinrichtung gespeicherte Wärme auf den Druckstrom zu übertragen und stromauf der zweiten

Entspannungseinrichtung in der zweiten Wärmespeichereinrichtung gespeicherte Wärme auf den Druckstrom zu übertragen.

Neben der explizit erwähnten ersten und zweiten Entspannungseinrichtung können dabei auch weitere Entspannungseinrichtungen vorgesehen sein, die Entspannung kann also zumindest zweistufig, jedoch auch beispielsweise drei- und mehrstufig erfolgen. Besondere Vorteile ergeben sich jedoch, wenn nur genau zwei

Entspannungseinrichtungen zur arbeitsleistenden Entspannung des Druckstroms und nur genau zwei Verdichtereinrichtungen in der Luftkonditioniereinrichtung verwendet werden. Hierdurch lässt sich eine entsprechende Anlage deutlich einfacher und kostengünstiger realisieren als bei der technisch ebenfalls möglichen Verwendung von drei oder mehr Entspannungseinrichtungen zur arbeitsleistenden Entspannung des Druckstroms und drei oder mehr Verdichtereinrichtungen in der

Luftkonditioniereinrichtung. Die zwei- oder mehrstufige Entspannung des Druckstroms in dem

Energierückgewinnungszeitraum ist vorteilhaft, weil der zu entspannende Druckstrom sich auf einem hohen Druckniveau von typischerweise mehr als 40 bara und insbesondere in überkritischem Zustand befindet. Es wäre daher technisch sehr aufwendig, die Entspannung von diesem hohen Druckniveau bis auf etwa

Umgebungsdruck in einer einzigen Maschine zu realisieren. Zudem kühlt sich der Druckstrom während der Entspannung proportional zu dem bei der Entspannung erzielten Druckunterschied ab. Negative Temperaturen am Austritt aus der oder den jeweils verwendeten Entspannungseinrichtungen sollen jedoch vermieden werden. Dieses Problem kann erfindungsgemäß durch eine Erwärmung stromauf der jeweiligen Entspannungseinrichtungen gelöst werden.

In der erfindungsgemäß eingesetzten Luftkonditioniereinheit werden typischerweise zwei oder mehr Verdichtereinrichtungen verwendet. Grundsätzlich wäre es dabei von Vorteil, nacheinander zwei adiabat betriebene Verdichtereinrichtungen, also

Verdichtereinrichtungen, bei denen die verdichtete Luft eine deutlich höhere

Temperatur aufweist als die zu verdichtende Luft, einzusetzen. Die jeweils erzeugte Wärmemenge könnte dann jeweils in einer Wärmespeichereinrichtung gespeichert und stromauf der ersten Entspannungseinrichtung einerseits und stromauf der zweiten Entspannungseinrichtung andererseits auf den Druckstrom übertragen werden.

Diese Erzeugung "zweier Wärmemengen" stößt jedoch auf technische

Schwierigkeiten, weil adiabat betreibbare Verdichtereinrichtungen typischerweise nicht für das in der erfindungsgemäß eingesetzten Luftkonditioniereinheit insgesamt zu erzeugende Druckniveau sondern nur zur Erzeugung von Druckniveaus von weniger als 20 bara, ausgehend von Atmosphärendruck, verfügbar sind. Hierbei handelt es sich typischerweise um Komponenten, wie sie auch in Verdichtungsstufen von Gasturbinen eingesetzt werden. Für höhere Druckniveaus, beispielsweise zur Verdichtung von 10 bis 20 bara auf 40 bis 60 bara, sind keine adiabat betreibbaren Verdichter verfügbar. Verdichter für entsprechend hohe Drücke sind für einen (quasi-)isothermen Betrieb eingerichtet, so dass sich hier keine ausreichende Wärmemenge gewinnen lässt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst daher; in der Luftkonditioniereinheit stromab einer adiabat betriebenen Verdichtereinrichtung aus der in dieser Verdichtereinrichtung verdichteten Luft einen ersten Teilstrom und einen zweiten Teilstrom zu bilden und den ersten und den zweiten Teilstrom parallel durch die erste Wärmespeichereinrichtung und die zweite Wärmespeichereinrichtung zu führen. Das "parallele" Führen der Teilströme muss dabei nicht zwangsläufig eine Aufteilung der verdichteten Luft in Teilströme mit gleichem Volumenstrom umfassen. Es ist vielmehr auch möglich, die Luft "asymmetrisch" aufzuteilen, beispielsweise um in einer der

Wärmespeichereinrichtungen eine größere Wärmemenge zu speichern und zur

Erwärmung des Druckstroms bereitzustellen. Die Aufteilung kann auch auf Grundlage einer geeigneten Regelung, beispielsweise auf Grundlage einer in den jeweiligen Wärmespeichereinrichtungen bereits gespeicherten Wärmemenge erfolgen. In jedem Fall werden durch die Verwendung der ersten und der zweiten

Wärmespeichereinrichtung zwei separate Wärmequellen geschaffen, die zur

Erwärmung des Druckstroms in dem Energierückgewinnungszeitraum stromauf der zwei Entspannungseinrichtungen zur Verfügung stehen.

Neben der Aufteilung der verdichteten Luft und dem parallelen Führen durch die Wärmespeichereinrichtungen ist es grundsätzlich auch möglich, in einem ersten Teilzeitraum des Energiespeicherzeitraums Wärme in der ersten

Wärmespeichereinrichtung und in einem zweiten Teilzeitraum Wärme in der zweiten Wärmespeichereinrichtung zu speichern. Bei der angesprochenen adiabat betriebenen Verdichtereinrichtung handelt es sich dabei vorteilhafterweise um eine von zumindest zwei Verdichtereinrichtungen in der Luftkonditioniereinheit, die auf einem entsprechend niedrigen Druckniveau von beispielsweise 20 bara oder weniger betrieben wird bzw. die Luft von

Atmosphärendruck auf ein entsprechend niedriges Druckniveau verdichtet.

Beispielsweise handelt es sich bei dieser Verdichtereinrichtung um die erste in einer Reihe seriell angeordneter Verdichtereinrichtungen.

Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist damit auch die Verwendung einer adiabat betriebenen, "wärmeleistenden" Verdichtereinrichtung. Eine oder mehrere weitere Verdichtereinrichtungen, insbesondere Verdichtereinrichtungen für höhere Druckniveaus, können hingegen isotherm betrieben werden. Insgesamt kann damit durch die vorliegende Erfindung die Anzahl von Hardwarekomponenten reduziert werden, was zu geringerem Kosten- und Wartungsaufwand sowie einem einfacheren Betrieb der Gesamtanlage führt.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist, wie erwähnt, vorgesehen, den

Festbettkältespeicher in dem Energiespeichermodus und dem

Energierückgewinnungsmodus auf gleichen oder ähnlichen Druckniveaus (dem

Verflüssigungsdruckniveau und dem Entflüssigungsdruckniveau) in Bereich von 40 bis 100 bara zu betreiben. Hierdurch werden Druckschwankungen innerhalb des

Festbettspeichers vermieden und dessen mechanische Stabilität erhöht, bzw.

Anforderungen an dessen mechanische Festigkeit wesentlich reduziert. Dabei wird zur Bildung des Luftverflüssigungsprodukts die Luft in der zumindest einen

Luftkonditionierungseinheit auf ein entsprechendes Druckniveau verdichtet, das bei unter- oder überkritischem Druck liegen kann. In der Festbettkältespeichereinheit und der Gegenstromwärmetauscheinheit kann damit ein entsprechender

Hochdruckluftstrom aus dem überkritischen Zustand (ohne klassischen

Phasenübergang) oder dem unterkritischen Zustand in den flüssigen Zustand überführt werden. Beide Übergänge werden hier unter dem Begriff "Verflüssigen"

zusammengefasst. Entsprechendes gilt auch zur bereits erläuterten Bildung des Entflüssigungsprodukts durch "Entflüssigen".

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist, wie erwähnt, ferner vorgesehen, den ersten Anteil und den zweiten Anteil der verdichteten und adsorptiv gereinigten Luft der Festbettkältespeichereinheit und der Gegenstromwärmetauschereinheit auf einem Temperaturniveau von 0 bis 50 °C zuzuführen. Die Einspeisung erfolgt damit vorteilhafterweise bei Umgebungstemperatur, was einen besonders vorteilhaften Betrieb der Festbettkältespeichereinheit ermöglicht. Dies kann insbesondere dadurch ermöglicht werden, dass in der

Luftkonditionierungseinheit stromab der adiabat betriebenen Verdichtereinrichtung eine weitere, isotherm betriebene Verdichtereinrichtung eingesetzt wird. Eine isotherm betriebene Verdichtereinrichtung, die eine oder mehrere Verdichterstufen bzw.

Verdichter im oben erläuterten Sinne aufweisen kann, zeichnet sich dadurch aus, dass ein dieser zugeführter und ein dieser entnommener, verdichteter Strom im Wesentlichen ein gleiches Temperaturniveau aufweisen, im Gegensatz zu adiabat betriebenen Verdichtern, bei denen das Verdichtungsprodukt eine deutlich höhere Temperatur als der in die Verdichtereinrichtung eingespeiste Strom aufweist. Eine isotherm betriebene Verdichtereinrichtung weist beispielsweise Zwischen- und

Nachkühler auf.

Weil im Rahmen der vorliegenden Erfindung die in dem Energiespeicherzeitraum in der Festbettkältespeichereinheit und der Gegenstromwärmetauscheinheit verflüssigte Luft in einer Kältegewinnungseinheit entspannt wird, wird die Bereitstellung zusätzlicher Kälte ermöglicht, die beispielsweise Kälteverluste in einer entsprechenden Anlage, beispielsweise in einem Speichertank zur Aufnahme des Luftverflüssigungsprodukts, ausgleicht. Ein bei der Entspannung gebildetes Verdampfungsprodukt kann zudem als Regeneriergas genutzt werden, wie unten erläutert. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher vorteilhafterweise neben der wenigstens einen erwähnten, adiabat betriebenen Verdichtereinrichtung auch wenigstens eine isotherm betriebene Verdichtereinrichtung in der

Luftkonditionierungseinheit verwendet. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ferner, wie ebenfalls erwähnt, eine Luftkonditionierungseinheit mit wenigstens einer auf einem überatmosphärischen Druckniveau betriebenen adsorptiven Reinigungseinrichtung verwendet. Die im

Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendete Luftkonditionierungseinheit verdichtet, wie erwähnt, die zugeführte Luft über mehrere Druckstufen. Die adsorptive

Reinigungseinrichtung kann auf jeder dieser Druckstufen eingesetzt bzw. bereitgestellt werden. Beispielsweise kann eine Reinigungseinrichtung auf einem Enddruckniveau, das durch die Luftkonditionierungseinheit bereitgestellt wird, besonders klein bauend ausgeführt werden, weil aufgrund der Verdichtung geringe Luftmassen gereinigt werden müssen. Eine adsorptive Reinigungseinrichtung kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung einen oder mehrere adsorptive Reinigungsbehälter umfassen, wie im Rahmen der Figurenbeschreibung näher erläutert.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in zumindest einer der Wärmespeichereinrichtungen ein Festbett- und/oder ein Flüssigwärmespeichermedium verwendet. Hierbei verwendbare Wärmespeichermedien wurden bereits zuvor erläutert. Die Verwendung eines

Festbettwärmespeichermediums hat den Vorteil einer besonders einfachen und kostengünstigen Realisierung; ggf. besitzen jedoch Flüssigwärmespeichermedien eine bessere Wärmekapazität. Die Erfindung kann auch eine Kombination eines Festbett- und eines Flüssigwärmespeichermediums in einer oder beiden der

Wärmespeichereinrichtungen umfassen. Beispielsweise kann, wenn ein

entsprechender Luftstrom, wie oben erläutert, "asymmetrisch" zwischen den

Wärmespeichereinrichtungen aufgeteilt wird, in einer der Wärmespeichereinrichtungen ein Festbett- und in der anderen ein Flüssigwärmespeichermedium eingesetzt werden. Beliebige Kombinationen sind möglich.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in zumindest einer der Wärmespeichereinrichtungen ein Wärmespeicherfluid zwischen wenigstens zwei Speichertanks transferiert und die Wärme in wenigstens einem Gegenstromwärmetauscher von dem oder auf das wenigstens eine

Wärmespeicherfluid übertragen werden. Auf diese Weise kann die verfügbare Wärme nicht nur auf ein statisch bereitstehendes Wärmespeichermedium übertragen werden, dessen Aufnahmekapazität naturgemäß begrenzt ist, sondern auf eine größere Menge eines entsprechenden Wärmemediums. Die Aufnahmekapazität für die bereitstehende Wärme kann damit deutlich erhöht werden.

Wie bereits erwähnt, werden die Wärmespeichereinrichtungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung bei deutlich höheren Temperaturen betrieben als die

Festbettkältespeichereinrichtung. Insbesondere wird dabei das jeweilige

Wärmespeichermedium in zumindest einer der Wärmespeichereinrichtungen während des Energiespeicherzeitraums auf ein Temperaturniveau von 50 bis 400 °C erwärmt.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorteilhafterweise als die erste

Entspannungseinrichtung und als die zweite Entspannungseinrichtung jeweils eine Generatorturbine verwendet. Unter einer Generatorturbine wird hier, wie erwähnt, jede mit einem Generator gekoppelte Entspannungsmaschine verstanden. Die Verwendung einer Generatorturbine erlaubt eine flexible Rückgewinnung von Energie in Form von elektrischem Strom. Grundsätzlich kann die Erfindung zur Rückgewinnung der Energie jedoch auch die Verwendung anderer Maßnahmen umfassen, beispielsweise den Betrieb eines mittels einer Entspannungsmaschine bzw. einer hiermit verbundenen Pumpe befüllten hydraulischen Speichers.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch umfassen, den Fluidstrom vor dem arbeitsleistenden Entspannen in der ersten und der zweiten Entspannungseinrichtung zumindest ein (weiteres) mal zu erwärmen, zu entspannen und/oder zu verdichten. Beispielsweise kann zumindest ein Teil des Entflüssigungsprodukts auch zunächst durch einen Wärmetauscher geführt und bereits hierin erwärmt werden. Vorteilhafterweise wird der wenigstens einen adsorptiven Reinigungseinrichtung in einer Regenerationsphase ein Regeneriergas zugeführt, das aus einem Teil der zuvor in der Luftkonditionierungseinheit verdichteten und adsorptiv gereinigten Luft gebildet wird. Ein entsprechendes Regeneriergas wird vorteilhafterweise vor seiner

Verwendung erwärmt, wie auch nachfolgend noch erläutert. Eine Regenerationsphase einer adsorptiven Reinigungseinrichtung kann, wenn nur ein Reinigungsbehälter vorhanden ist, dann durchgeführt werden, wenn keine Reinigungsleistung durch die Reinigungseinrichtung erbracht werden muss, beispielsweise in einem

Energierückgewinnungszeitraum. Sind mehrere im Wechsel betreibbare

Reinigungsbehälter vorhanden, können diese unabhängig von dem jeweils

vorliegenden Zeitraum regeneriert werden.

Das Regeneriergas kann entweder während des Energiespeicherzeitraums aus zumindest einem Teil eines bei der Entspannung der verflüssigten Luft gebildeten Verdampfungsprodukts oder während des Energierückgewinnungszeitraums aus zumindest einem Teil des Entflüssigungsprodukts gebildet werden.

Vorteilhafterweise wird ein bei der Entspannung der verflüssigten Luft gebildetes Verdampfungsprodukt durch die Gegenstromwärmetauscheinheit geführt und dabei erwärmt. Das Verdampfungsprodukt dient dabei zur Kühlung des durch die

Gegenstromwärmetauscheinheit geführten zweiten Anteils der in der

Luftkonditionierungseinheit verdichteten und adsorptiv gereinigten Luft. Entsprechende Kälte kann damit vorteilhafterweise genutzt werden.

Vorteilhafterweise wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wenigstens ein Kälteträger durch die Gegenstromwärmetauscheinheit geführt, der mittels eines externen Kältekreislaufs bereitgestellt und/oder durch Entspannen aus einem Teil der zuvor in der Luftkonditionierungseinheit verdichteten und adsorptiv gereinigten Luft gebildet wird. In letzterem Fall kann beispielsweise mittels der

Luftkonditionierungseinheit eine größere Luftmenge verdichtet und adsorptiv gereinigt werden, als sie zur Bildung des Luftverflüssigungsprodukts und dessen Speicherung benötigt wird. Die entsprechende "überschüssige" Luft kann gegebenenfalls in der Gegenstromwärmetauscheinheit auf eine Zwischentemperatur abgekühlt und anschließend kälteleistend entspannt und vom kalten Ende zum warmen Ende durch die Gegenstromwärmetauscheinheit geführt werden. Auf diese Weise kann der erforderliche Kältebedarf ohne zusätzliche Einrichtungen gedeckt werden. Die Verwendung eines externen Kältekreislaufs ermöglicht hingegen eine völlig unabhängige Bereitstellung von Kälte.

Eine Anlage, die zum Speichern und Rückgewinnen von Energie durch Bilden eines Luftverflüssigungsprodukts in einem Energiespeicherzeitraum und Erzeugen und arbeitsleistendes Entspannen eines unter Verwendung zumindest eines Teils des Luftverflüssigungsprodukts ohne Wärmezufuhr aus einer externen Wärmequelle gebildeten Druckstroms in einem Energierückgewinnungszeitraum eingerichtet ist, ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Die Anlage weist Mittel auf, die dazu eingerichtet sind, zur Bildung des

Luftverflüssigungsprodukts Luft in einer Luftkonditioniereinheit zumindest mittels einer adiabat betriebenen Verdichtereinrichtung zu verdichten und mittels wenigstens einer adsorptiven Reinigungseinrichtung auf einem überatmosphärischen Druckniveau adsorptiv zu reinigen, in der Luftkonditioniereinheit stromab der adiabat betriebenen Verdichtereinrichtung aus der in dieser verdichteten Luft einen ersten und einen zweiten Teilstrom zu bilden und den ersten und den zweiten Teilstrom parallel durch eine erste Wärmespeichereinrichtung und eine zweite Wärmespeichereinrichtung zu führen, bei der Verdichtung der Luft erzeugte Wärme zumindest zum Teil in der ersten Wärmespeichereinrichtung und der zweiten Wärmespeichereinrichtung zu speichern, die verdichtete und adsorptiv gereinigte Luft ausgehend von einem Temperaturniveau in einem Bereich von 0 bis 50 °C zu einem ersten Anteil in einer

Festbettkältespeichereinheit und zu einem zweiten Anteil in einer

Gegenstromwärmetauscheinheit auf einem Verflüssigungsdruckniveau in einem Bereich von 40 bis 100 bara zu verflüssigen, und die verflüssigte Luft anschließend in wenigstens einer Kältegewinnungseinheit zu entspannen.

Die Mittel sind ferner dafür eingerichtet, zur Bildung des Druckstroms aus zumindest einem Teil des Verflüssigungsprodukts bei einem Entflüssigungsdruckniveau, das um nicht mehr als 5 bar von dem Verflüssigungsdruckniveau abweicht, in der

Festbettkältespeichereinheit ein Entflüssigungsprodukt zu erzeugen, sowie den Druckstrom bei der arbeitsleistenden Entspannung durch eine erste

Entspannungseinrichtung und eine zweite Entspannungseinrichtung zu führen und den Druckstrom dabei jeweils zu entspannen, und stromauf der ersten

Entspannungseinrichtung in der ersten Wärmespeichereinrichtung gespeicherte Wärme auf den Druckstrom zu übertragen und stromauf der zweiten

Entspannungseinrichtung in der zweiten Wärmespeichereinrichtung gespeicherte Wärme auf den Druckstrom zu übertragen.

Eine derartige Anlage weist vorteilhafterweise sämtliche Mittel auf, die sie zur

Durchführung des zuvor ausführlich erläuterten Verfahrens befähigen. Eine derartige Anlage profitiert daher von den Vorteilen eines entsprechenden Verfahrens, auf die daher ausdrücklich verwiesen wird.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, welche bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figuren 1A und 1 B zeigen eine Anlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einem Energiespeicherzeitraum und einem Energierückgewinnungszeitraum.

Figur 2 zeigt eine Anlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in dem

Energiespeicherzeitraum.

Figuren 3A und 3B zeigen eine Anlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in dem Energiespeicherzeitraum und dem Energierückgewinnungszeitraum. Figur 4 zeigt eine Wärmespeichereinrichtung für eine Anlage gemäß einer

Ausführungsform der Erfindung.

Figur 5 zeigt eine Wärmespeichereinrichtung für eine Anlage gemäß einer

Ausführungsform der Erfindung.

Figuren 6A und 6B zeigen eine Wärmespeichereinrichtung für eine Anlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in dem Energiespeicherzeitraum und dem Energierückgewinnungszeitraum.

Figuren 7A und 7B zeigen Kühleinrichtungen für Luftkonditionierungseinheiten gemäß Ausführungsformen der Erfindung.

Figur 8 zeigt eine Luftreinigungseinrichtung für eine Luftkonditionierungseinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Figur 9 zeigt eine Verdichtereinrichtung mit einer Regeneriergasvorheizeinrichtung für eine Luftkonditionierungseinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Figuren 10A und 10B zeigen eine Luftreinigungseinrichtung in dem

Energiespeicherzeitraum und dem Energierückgewinnungszeitraum für eine

Luftkonditionierungseinheit gemäß spezifischer Ausführungsformen der Erfindung.

Figuren 11A bis 11 C zeigen Anlagen gemäß Ausführungsformen der Erfindung und veranschaulichen Details einer zugehörigen Gegenstromwärmetauscheinheit .

Ausführungsformen der Erfindung

In den Figuren sind einander grundsätzlich entsprechende Elemente, Apparate, Vorrichtungen und Fluidströme mit identischen Bezugszeichen veranschaulicht und werden der Übersichtlichkeit halber nicht in sämtlichen Fällen erneut erläutert.

In den Figuren ist eine Vielzahl von Ventilen dargestellt, die teilweise durchlässig und teilweise sperrend geschaltet sind. Sperrend geschaltete Ventile sind in den Figuren durchkreuzt dargestellt. Durch sperrend geschaltete Ventile unterbrochene Fluidströme und entsprechend deaktivierte Einrichtungen sind überwiegend gestrichelt

veranschaulicht. Gasförmige bzw. in überkritischem Zustand vorliegende Ströme sind mit weißen (nicht ausgefüllten) Pfeildreiecken, flüssige Ströme mit schwarzen

(ausgefüllten) Pfeildreiecken veranschaulicht.

In den Figuren 1A und 1 B ist eine Anlage gemäß einer besonders bevorzugten

Ausführungsform der Erfindung in einem Energiespeicherzeitraum (Figur 1A) und einem Energierückgewinnungszeitraum (Figur 1 B) dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet.

Die Anlage 100 umfasst als zentrale Komponenten eine Luftkonditionierungseinheit 10, eine Festbettkältespeichereinheit 20, eine Gegenstromwärmetauscheinheit 30, eine Kältegewinnungseinheit 40, eine Flüssigspeichereinheit 50 und eine

Energiegewinnungseinheit 60.

Hier und im Folgenden können einige oder alle der gezeigten Komponenten in beliebiger Anzahl vorhanden sein und beispielsweise parallel mit entsprechenden Teilströmen beschickt werden. In dem in Figur 1A veranschaulichten Energiespeicherzeitraum wird der Anlage 100 ein Luftstrom a (AIR, Einsatzluft) zugeführt und in der Luftkonditionierungseinheit 10 verdichtet und aufgereinigt. Ein entsprechend verdichteter und aufgereinigter, insbesondere von Wasser und Kohlendioxid befreiter, Strom b liegt auf einem

Druckniveau von beispielsweise 40 bis 100 bara vor und wird nachfolgend auch als Hochdruckluftstrom b bezeichnet.

Der Strom a wird dabei in der Luftkonditionierungseinheit 10 über ein Filter 11 mittels einer Verdichtereinrichtung 12, beispielsweise mittels eines mehrstufigen, adiabat betriebenen Axialverdichters, angesaugt und verdichtet. Die verdichtete Luft wird stromab der Verdichtereinrichtung 12 im dargestellten Beispiel in zwei Teilströme aufgeteilt, von denen jeder einer Wärmespeichereinrichtung 131 , 132 einer

Wärmespeichereinheit 13 zugeführt wird. Die mehrfach beschriebenen

Wärmespeichereinrichtungen 131 , 132 können beispielsweise unter Verwendung eines Festbett- und/oder eines Flüssigwärmespeichermediums betrieben werden, wie auch beispielsweise in den nachfolgenden Figuren 4, 5, 6A und 6B veranschaulicht. In der Wärmespeichereinheit 13 bzw. deren Wärmespeichereinrichtungen 131 , 132 kann die in der Verdichtereinrichtung 12 erzeugte Verdichtungswärme bzw. Verdichterabwärme zumindest zum Teil gespeichert werden. Stromab der Wärmespeichereinheit 3 wird der verdichtete und durch die

Wärmespeichereinheit 13 geführte Strom a einer Kühleinrichtung 14 und anschließend einer Luftreinigungseinrichtung 15 zugeführt. Beispiele für entsprechende

Kühleinrichtungen 14 und Luftreinigungseinrichtungen 15 sind unter anderem in den nachfolgenden Figuren 7A, 7B und 8 näher veranschaulicht. Zum Betrieb bzw. der Regeneration der Luftreinigungseinrichtung 15 kann dieser ein unten erläuterter Regeneriergasstrom k zugeführt und aus dieser ein Strom I ausgeführt werden.

Stromab der Luftreinigungseinrichtung 15 wird ein Teilstrom der Luft des Stroms a als Strom j entnommen, der auf einem (Zwischen-)Druckniveau von beispielsweise 5 bis 20 bara vorliegt. Dieser Strom j wird nachfolgend auch als Mitteldruckluftstrom

(MPAIR) bezeichnet. Nicht als Mitteldruckluftstrom j ausgeführte Luft des Stroms a wird in einer weiteren Verdichtereinrichtung 16, beispielsweise einer isotherm betriebenen Verdichtereinrichtung 16, weiter verdichtet. Auch die Verdichtereinrichtung 16 kann als mehrstufiger Axialverdichter ausgebildet sein. Stromab der Verdichtereinrichtung 16 kann eine Nachkühleinrichtung 17 angeordnet sein. In der Verdichtereinrichtung 16 verdichtete und in der Nachkühleinrichtung 17 abgekühlte Luft wird als der erwähnte Hochdruckluftstrom b bereitgestellt.

Wie bereits erwähnt, werden der Hochdruckluftstrom b und der Mitteldruckluftstrom j durch die Luftkonditionierungseinheit 10 typischerweise nur in dem

Energiespeicherzeitraum bereitgestellt. In diesem Energiespeicherzeitraum ist die Energiegewinnungseinheit 60 typischerweise nicht in Betrieb. Umgekehrt ist in dem Energierückgewinnungszeitraum typischerweise nur die Energiegewinnungseinheit 60, nicht hingegen die Luftkonditionierungseinheit 10 in Betrieb.

Der Hochdruckluftstrom b wird in dem in Figur 1A veranschaulichten

Energiespeicherzeitraum der Anlage 100 in einen ersten Teilstrom c und einen zweiten Teilstrom d aufgeteilt. Es versteht sich, dass in entsprechenden Anlagen auch die Aufteilung eines entsprechenden Hochdruckluftstroms b in mehr als zwei Teilströme vorgesehen sein kann. Die Luft der Teilströme c und d (HPAIR) wird der Festbettkältespeichereinheit 20 einerseits und der Gegenstromwärmetauscheinheit 30 andererseits auf dem bereits erwähnten Druckniveau des Hochdruckluftstroms b zugeführt und jeweils in der Festbettkältespeichereinheit 20 bzw. der Gegenstromwärmetauscheinheit 30 verflüssigt. Die Luft der entsprechend verflüssigten Ströme e und f (HPLAIR) wird zu einem Sammelstrom g vereinigt. Das Druckniveau der Ströme e, f und g entspricht im Wesentlichen, d.h. bis auf Leitungs- und Abkühlungsverluste, dem Druckniveau des Hochdruckluftstroms b.

Die verflüssigte Luft des Stroms g, also ein Luftverflüssigungsprodukt, wird in der Kältegewinnungseinheit 40, die beispielsweise eine Generatorturbine 41 umfassen kann, entspannt. Die entspannte Luft kann beispielsweise in einen Abscheiderbehälter 42 überführt werden, in dessen unterem Teil sich eine Flüssigphase abscheidet und in dessen oberem Teil eine Gasphase vorliegt.

Die Flüssigphase aus dem Abscheiderbehälter 42 kann als Strom h (LAIR) abgezogen und in die Flüssigspeichereinheit 50, die beispielsweise einen oder mehrere isolierte Speichertanks umfassen kann, überführt werden. Das Druckniveau des Stroms h liegt beispielsweise bei 1 bis 16 bara. Die aus dem oberen Teil des Abscheiderbehälters 42 als Strom i abgezogene Gasphase (Flash) kann im Gegenstrom zu dem Strom f durch die Gegenstromwärmetauscheinheit 30 geführt und anschließend in Form des bereits angesprochenen Stroms k (LPAIR, reggas) in der Luftkonditionierungseinheit 10 als Regeneriergas genutzt werden. Das Druckniveau des Stroms k liegt beispielsweise bei Atmosphärendruck bis ca. 2 bara. Stromab liegt ein entsprechender Strom I

typischerweise bei Atmosphärendruck (amb) vor und kann beispielsweise in die Umgebung abgegeben werden.

Während des in der Figur 1A veranschaulichten Energiespeicherzeitraums wird die in der Festbettkältespeichereinheit 20 gespeicherte Kälte zur Verflüssigung der Luft des Teilstroms c verwendet. Zusätzlich ist die Gegenstromwärmetauscheinheit 30 bereitgestellt, in der zusätzliche Luft, nämlich Luft des Teilstroms d, im Gegenstrom zu beispielsweise einem kalten Strom i, der aus entspannter und dabei verdampfter Luft des Stroms g gewonnen werden kann, verflüssigt werden kann. Die Verwendung der Gegenstromwärmetauscheinheit 30 ermöglicht einen flexibleren Betrieb der Anlage 100 als dies bei Verwendung nur der Festbettkältespeichereinheit 20 der Fall wäre. Durch die Gegenstromwärmetauscheinheit 30 wird ferner der bereits erwähnte

Mitteldruckluftstrom j (MPAIR) bereitgestellt. In dem in Figur 1 B veranschaulichten Energierückgewinnungszeitraum wird der Flüssigspeichereinheit 50 zuvor in dem Energiespeicherzeitraum gespeicherte, verflüssigte Luft (LAIR), also das Luftverflüssigungsprodukt, entnommen und mittels einer Pumpe 51 druckerhöht. Ein auf diese Weise gewonnener Strom m (HPLAIR) wird durch die Festbettkältespeichereinheit 20 geführt und dabei verdampft oder vom flüssigen in den überkritischen Zustand überführt ("entflüssigt"). Es wird also ein

Entflüssigungsprodukt gebildet, aus dem, wie hier dargestellt vollständig, oder auch nur teilweise, ein Fluidstrom gebildet wird. Der Strom m liegt dabei auf einem

vergleichbaren Druckniveau vor wie der bereits zuvor erläuterte Hochdruckluftstrom b. Auch bei dem durch die Verdampfung oder die Überführung von dem flüssigen in den überkritischen Zustand in der Festbettkältespeichereinheit 20 erhaltenen Druckstrom n handelt es sich damit um einen Hochdruckluftstrom.

Der Druckstrom n wird in dem in Figur 1 B veranschaulichten

Energierückgewinnungszeitraum in der Energiegewinnungseinheit 60 zunächst mittels in der ersten Wärmespeichereinrichtung 131 der Wärmespeichereinheit 13 in dem Energiespeicherzeitraum (vgl. Figur 1A) gespeicherter Wärme erwärmt und

anschließend in einer ersten Entspannungseinrichtung 61 , die hier als

Generatorturbine ausgebildet ist, entspannt. Anschließend wird der Druckstrom n in der Energiegewinnungseinheit 60 mittels in der zweiten Wärmespeichereinrichtung 132 der Wärmespeichereinheit 13 in dem Energiespeicherzeitraum (vgl. Figur 1A)

gespeicherter Wärme erwärmt und anschließend in einer zweiten

Entspannungseinrichtung 62, die hier ebenfalls als Generatorturbine ausgebildet ist, weiter entspannt. Ein entsprechend entspannter Strom o liegt beispielsweise bei Atmosphärendruck (amb) vor und kann in die Umgebung abgegeben werden.

In der in den Figuren 1A und 1 B gezeigten Anlage 100 sind die Kühleinrichtung 14 und die Luftreinigungseinrichtung 15 stromauf der Verdichtereinrichtung 16 bzw. stromab der Wärmespeichereinrichtung 13 angeordnet. Es ist jedoch ebenso möglich, die Kühleinrichtung 14 und die Luftreinigungseinrichtung 15 stromab der

Verdichtereinrichtung 16 und der Nachkühleinrichtung 17 anzuordnen, wie dies in Figur 2 gezeigt ist. Figur 2 veranschaulicht eine entsprechende Anlage in dem Energiespeicherzeitraum, die jedoch nicht gesondert bezeichnet ist. Die

Kühleinrichtung 14 und die Luftreinigungseinrichtung 15 sind hier also in einer Region höheren Drucks bereitgestellt und können damit kleiner ausgeführt werden. In der in Figur 2 gezeigten Anlage wird ferner kein Mitteldruckluftstrom j gebildet.

In den in den Figuren 1A, 1 B und 2 gezeigten Anlagen wird ein Regeneriergasstrom k in dem Energiespeicherzeitraum bereitgestellt, in dem die Luftreinigungseinrichtung 15 gleichzeitig eine Reinigungsleistung erbringen muss. Daher müssen in entsprechenden Anlagen die Luftreinigungseinrichtungen 15 zwangsläufig mit im Wechselbetrieb betreibbaren Adsorberbehältern ausgebildet werden, wie auch in der Figur 8 veranschaulicht. Eine Bereitstellung eines Regeneriergasstroms k während des Energierückgewinnungszeitraums, in dem die Luftreinigungseinrichtung 15 ohnehin nicht benötigt wird, ermöglicht es hingegen, nur einen Adsorberbehälter zu verwenden (vgl. Figuren 10A und 10B) und eine entsprechende Anlage damit einfacher und kostengünstiger auszubilden und zu betreiben.

Wie sich aus der Zusammenschau der Figuren 3A und 3B ergibt, kann in einer entsprechenden Anlage der Regeneriergasstrom k daher auch in dem

Energierückgewinnungszeitraum (Figur 3B) gebildet werden. Er wird hierzu

vorzugsweise als Hochdruckstrom k bereitgestellt, indem er von dem Hochdruckstrom n abgezweigt wird. Der Regeneriergasstrom k kann nach seiner Verwendung in der Luftreinigungseinrichtung 15 als Strom I wieder mit dem Hochdruckluftstrom n vereinigt werden. In dem Strom I stromab der Luftreinigungseinrichtung 15 enthaltene

Komponenten wie Wasser und Kohlendioxid erweisen sich aufgrund der in der Energiegewinnungseinheit 60 vorliegenden Temperaturen in der Regel als

unproblematisch. Die in den Figuren 3A und 3B veranschaulichte Variante hat den Vorteil, dass weniger verdichtete Luft verloren geht. In Figur 4 ist eine Wärmespeichereinrichtung für eine Anlage gemäß einer

Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Wie in den bisherigen Figuren ist die Wärmespeichereinrichtung hier mit 131 bzw. 132 bezeichnet. Die in der Figur 4 gezeigte Wärmespeichereinrichtung 131 , 132 ist als Festbettwärmespeichereinrichtung 131 , 132 ausgebildet und weist ein Wärmespeichermedium in Form eines Festbetts 1 auf. Das Festbett 1 ist in einem Druckbehälter 2 mit Einlass- und Auslassstutzen 3 angeordnet und kann auf diese Weise von mittels der Verdichtereinrichtung 12 verdichteter Luft durchströmt werden. Der Druckbehälter 2 ist von einer thermischen Isolierschicht 4 umgeben. Auch in Figur 5 ist eine Wärmespeichereinrichtung für eine Anlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht und insgesamt mit 131 bzw. 132 bezeichnet. Ein Festbettwärmespeichermedium kann hier in einem nur schematisch veranschaulichten Behälter 5 angeordnet sein, der von einem Wärmeüberträgerfiuid 6, das mittels einer Pumpe 7 gefördert werden kann, durchströmt wird. Die

Wärmeübertragung von der mittels der Verdichtereinrichtung 12 verdichteten Luft des Stroms a auf das Wärmüberträgerfluid 6 kann mittels eines geeigneten

Wärmetauschers 8 erfolgen.

Im Gegensatz zu der in Figur 4 gezeigten Wärmespeichereinrichtung 131 , 132 umfasst die in der Figur 5 gezeigte Wärmespeichereinrichtung 131 , 132 also eine indirekte Wärmeübertragung auf das (nicht gezeigte) Wärmespeichermedium.

In den Figuren 6a und 6b ist eine Wärmespeichereinrichtung 131 , 132, die als

Flüssigwärmespeichereinrichtung ausgebildet ist, in einem Energiespeicherzeitraum (Figur 6A) und einem Energierückgewinnungszeitraum (Figur 6B) dargestellt.

In dem in Figur 6A veranschaulichten Energiespeicherzeitraum wird der mehrfach erläuterte Strom a (nach einer ersten Verdichtung in der Verdichtereinrichtung 12) dabei durch einen Wärmetauscher 71 im Gegenstrom zu einem kalten

Wärmespeicherfluid aus einem Speichertank 72 geführt. Das Wärmespeicherfluid aus dem Speichertank 72 wird dabei mittels einer Pumpe 73 durch den Wärmetauscher 71 gefördert und, entsprechend erwärmt, in einem weiteren Speichertank 74 überführt.

In dem in Figur 6B veranschaulichten Energierückgewinnungszeitraum wird hingegen ein zu erwärmender Strom, hier der Hochdruckluftstrom n, in Gegenrichtung zu dem Strom a durch den Wärmetauscher 71 geführt und mittels eines nun ebenfalls in Gegenrichtung geförderten, warmen Wärmespeichermediums erwärmt.

In Figur 7A ist eine Kühleinrichtung 14 für den Einsatz in einer

Luftkonditionierungseinheit 10, wie sie beispielsweise in den zuvor gezeigten Figuren 1A, 1 B, 2, 3A und 3B veranschaulicht ist, im Detail dargestellt. Die Kühleinrichtung 14 kann mit einem stromab der Wärmespeichereinheit 13 (vgl. Figuren 1A, 1 B und 2) bzw. stromab der Nachkühleinrichtung 17 (vgl. Figuren 3A und 3B) angeordnet sein. Ein entsprechender Strom, hier mit r bezeichnet, wird in einen unteren Bereich eines Direktkontaktkühlers 141 eingespeist. Der Strom r entspricht dem zuvor in der

Verdichtereinrichtung 12 verdichteten und der Wärmespeichereinheit 13 abgekühlten Strom a. In einem oberen Bereich des Direktkontaktkühlers 141 wird ein Wasserstrom (H20), der mittels einer Pumpe 142 durch eine (optionale) Kühleinrichtung 143 geführt wird, eingebracht. Wasser kann aus einem unteren Bereich des Direktkontaktkühlers 141 abgezogen werden. Vom Kopf des Direktkontaktkühlers 141 wird ein entsprechend gekühlter Strom s abgezogen, der anschließend in eine Luftreinigungseinrichtung 15 (vgl. Figuren 1A, 1 B, 2, 3A und 3B) überführt werden kann.

Abweichend ist gemäß der in Figur 7B veranschaulichten Variante der Kühleinrichtung 14 kein Direktkontaktkühler 141 sondern ein Wärmetauscher 144 vorgesehen. Auch dieser Wärmetauscher 144 kann mit einem Wasserstrom, der mittels einer Pumpe 142 durch eine (optionale) Kühleinrichtung 143 geführt wird, betrieben werden.

In Figur 8 ist eine Luftreinigungseinrichtung 15, die sich insbesondere zum Einsatz in einer Luftkonditionierungseinheit 10, wie sie in den Figuren 1A, 1 B und 2 gezeigt ist, eignet, im Detail veranschaulicht. Ein dort beispielsweise aus einer Kühleinrichtung 14 stammender, gekühlter Strom s kann hierbei im Wechselbetrieb durch zwei

Adsorberbehälter 151 , die beispielsweise Molekularsieb aufweisen, geführt werden. Der Strom s entspricht dabei dem wie zuvor erläutert behandelten Strom a. In den Adsorberbehältern 151 werden insbesondere Wasser und Kohlendioxid aus dem

Strom s entfernt. Ein entsprechender erhaltener Strom t, der beispielsweise im Fall der in der Figur 2 veranschaulichten Ausführungsformen dem Strom b entsprechen kann, wird der jeweils stromab hiervon angeordneten Einrichtung, beispielsweise der nächsten Verdichtereinrichtung (vgl. Figuren 1A und 1 B) bzw. der

Festbettkältespeichereinheit 20 oder der Gegenstromwärmetauscheinheit 30 (vgl. Figur 3) zugeführt.

Der jeweils nicht zur Aufreinigung des Stroms s verwendete Adsorberbehälter 151 kann mittels des bereits erläuterten Regeneriergasstroms k regeneriert werden. Der Regeneriergasstrom k kann dabei zunächst einer optionalen Regeneriergasvorheizeinnchtung 152 zugeführt werden, die in einem Beispiel in der nachfolgenden Figur 9 veranschaulicht ist. In einer nachgeschalteten

Regeneriergasheizeinrichtung 153, die beispielsweise elektrisch und/oder mit

Heißdampf betrieben werden kann, wird der Regeneriergasstrom k weiter erwärmt und durch den jeweils zu regenerierenden Adsorberbehälter 151 geführt. Stromab des zu regenerierenden Adsorberbehälters 151 liegt ein entsprechender Strom I vor. Gleiches gilt, wenn zu dem dargestellten Zeitpunkt kein Regeneriergas benötigt wird, weil in diesem Fall ein entsprechender Strom I direkt aus der Luftreinigungseinrichtung 5 ausgeführt wird (siehe Strom I im oberen Teil der Figur 8).

In Figur 9 ist insbesondere der Betrieb einer Regeneriergasvorheizeinnchtung 152 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Die

Regeneriergasvorheizeinnchtung 152 kann beispielsweise eine Nachkühleinrichtung 17 ersetzen oder ergänzen und damit stromab einer Luftverdichtereinrichtung 16 angeordnet sein. Ein aufgrund einer entsprechenden Verdichtung angewärmter

Luftstrom kann durch einen Wärmetauscher 152a der Regeneriergasvorheizeinnchtung 152 oder an dieser vorbei geleitet werden und dabei Wärme auf einen

Regeneriergasstrom k übertragen. In den Figuren 10A und 10B sind Luftreinigungseinrichtungen 15 gezeigt, die sich insbesondere für die in den Figuren 3A und 3B veranschaulichten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bzw. die in diesen gezeigten Luftkonditioniereinrichtungen eignen. In den Figuren 10A und 10B sind der Energiespeicherzeitraum (Figur 10A) und der Energierückgewinnungszeitraum (Figur 10B) veranschaulicht, wobei in dem Energiespeicherzeitraum eine Aufreinigung eines entsprechenden Stroms s erfolgt. Weil in dem Energierückgewinnungszeitraum einer entsprechenden Anlage 100 keine Luft in Form des Stroms a zugeführt wird und damit die Luftkonditioniereinrichtung 10 nicht in Betrieb ist, steht ein entsprechender Adsorberbehälter 151 in derartigen Zeiten (Figur 10B) zur Regenerierung zur Verfügung. Die in den Figuren 10A und 10B veranschaulichte Ausführungsform hat daher den besonderen Vorteil, dass nur ein entsprechender Adsorberbehälter 151 vorgesehen sein muss und nicht zwei, die gemäß Figur 8 im Wechselbetrieb gefahren werden.

Auch hier kann ein Regeneriergasstrom k in einer optionalen

Regeneriergasvorheizeinnchtung (nicht gezeigt), vorgeheizt und in einer Regeneriergasheizeinrichtung 153 erhitzt werden. Die Regeneriergasheizeinrichtung 153 kann insbesondere auch mittels in der Wärmespeichereinheit 13 gespeicherter Wärme betrieben werden (nicht gezeigt). In dem in der Figur 10B veranschaulichten Energierückgewinnungszeitraum wird damit entsprechend erwärmtes Regeneriergas durch den Adsorberbehälter 151 geführt, in dem Energiespeicherzeitraum (Figur 10A) steht dieser Regeneriergasbehälter 151 zur Aufreinigung des Stroms s zur Verfügung. Die Figuren 1 1A bis 1 1 C veranschaulichen Anlagen gemäß bevorzugter

Ausführungsformen der Erfindung jeweils in dem Energiespeicherzeitraum. Die Anlagen entsprechen dabei bezüglich der Festbettkältespeichereinheit 20, der

Kältegewinnungseinheit 40, der Flüssigspeichereinheit 50 und der

Energiegewinnungseinheit 60 im Wesentlichen den zuvor erläuterten

Ausführungsformen, unterscheiden sich jedoch insbesondere hinsichtlich der

Gegenstromwärmetauscheinheit 30, die daher im Folgenden erläutert wird.

Gemäß der in Figur 1 1 A veranschaulichten Ausführungsform kann die

Gegenstromwärmetauscheinheit 30 beispielsweise mittels eines Stroms u betrieben werden, der vom kalten Ende zum warmen Ende durch einen oder mehrere

Wärmetauscher 31 der Gegenstromwärmetauscheinheit 30 geführt wird.

Zur Bereitstellung des Stroms u kann beispielsweise ein separater

Verflüssigungsprozess 32 implementiert sein, der mittels eigener, d.h. zusätzlich zur Luftkonditionierungseinheit 10 bereitgestellter, Verdichter betrieben wird.

In der in Figur 1 1 B gezeigten Ausführungsform, die im Wesentlichen der in den Figuren 1A und 1 B gezeigten Ausführungsform entspricht, kann hingegen der

Gegenstromwärmetauscheinheit 10 ein Mitteldruckluftstrom j zugeführt und am warmen Ende in den Wärmetauscher 31 eingespeist werden. Der Strom j kann dem Wärmetauscher 31 bei einer Zwischentemperatur entnommen und in einer

Generatorturbine 33 entspannt werden. Ein weiterer Teilstrom des

Hochdruckluftstroms b bzw. seines Teilstroms d kann ebenfalls bei einer

Zwischentemperatur dem Wärmetauscher 131 entnommen und in einer weiteren Generatorturbine 34 entspannt werden. Die genannten Ströme können vereinigt und gemeinsam durch die Generatorturbine 33 geführt werden. Durch die Entspannung freiwerdende Kälte wird zur Verflüssigung des Stroms c (siehe Figuren 1A und TB) genutzt, indem entsprechende Ströme dem Wärmetauscher 31 zusammen mit dem bereits erläuterten Strom i kaltseitig zugeführt werden.

In einer in Figur 1 1 C gezeigten Variante wird der Strom i dem Wärmetauscher 31 der Gegenstromwärmetauscheinheit 30 kaltseitig zugeführt, bei einer Zwischentemperatur entnommen, mit dem Mitteldruckluftstrom j, der ebenfalls bis zu einer

Zwischentemperatur durch den Wärmetauscher 31 geführt wurde, vereinigt, und anschließend in der Generatorturbine 33 entspannt. Zuvor kann entsprechende Luft mit einem Teilstrom des Stroms c vereinigt werden, wie bereits in Figur 1 1 B dargestellt.

Die in den Figuren 11 B und 1 1 C veranschaulichten Ausführungsformen eignen sich insbesondere für die Verwendung von auf unterschiedlichen Druckniveaus

vorliegenden Strömen i.