Dampfkraftwerk

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Speicherung von

Wärmeenergie mit den Schritten:

- Anordnen einer Schüttung in einem ersten Speicherbehälter;

- Transportieren der Schüttung von dem ersten Speicherbehälter in ein Wirbelschichtmodul;

- Fluidisieren der Schüttung in dem Wirbelschichtmodul;

- Wärmeaustausch zwischen der Schüttung im fluidisierten

Zustand und einer ersten Fluidströmung innerhalb eines ersten Wärmetauscherelementes ;

- Transportieren der Schüttung von dem Wirbelschichtmodul in den zweiten Speicherbehälter.

Weiters betrifft die Erfindung einen Wärmespeicher aufweisend

- eine Schüttung;

- ein Wirbelschichtmodul;

- eine Einrichtung zum Einleiten eines Fluidisierungsgases in das Wirbelschichtmodul, um die Schüttung in einen

fluidisierten Zustand zu versetzen;

- einen ersten Speicherbehälter für die Schüttung;

- einen zweiten Speicherbehälter für die Schüttung, wobei der zweite Speicherbehälter über das Wirbelschichtmodul mit dem ersten Speicherbehälter verbunden ist;

- ein erstes Wärmetauscherelement, welches in das

Wirbelschichtmodul geführt ist.

Schließlich betrifft die Erfindung ein Dampfkraftwerk mit einem Dampferzeuger und mit einem Wärmespeicher.

Im Stand der Technik werden Wirbelschichten seit langem für die Behandlung und Handhabung von Feststoffschüttungen verwendet. Als Wirbelschicht wird eine Schüttung von Feststoffpartikeln

bezeichnet, welche durch eine aufwärtsgerichtete Strömung eines Fluidisierungsgases in einen fluidisierten Zustand versetzt wird. Bei solchen Wirbelschichtreaktoren ist ein Düsenboden vorgesehen, durch den das Fluidisierungsgas aus einer darunterliegenden

Windbox in den Reaktorraum eingeleitet wird, um dort durch

Aufwirbelung der Feststoffschüttung die Wirbelschicht zu erzeugen (vgl. die AT 515 810 AI) .

Mit dieser Technologie können Wirbelschichtwärmetauscher

realisiert werden, bei denen Wärmetauscherelemente in die

Wirbelschicht eingetaucht werden, um das fluidisierte

Wärmespeichermedium durch Wärmeaustausch mit dem Arbeitsmedium innerhalb der Wärmetauscherelemente aufzuheizen oder abzukühlen. Beim Stand der Technik werden als Wärmeträger- und

Wärmespeichermedium feine Feststoffpartikel verwendet. Besonders häufig wird Sand eingesetzt.

Die DE 10 2013 208 973 AI offenbart ein Latentwärmespeichersystem mit zwei Behältern, welche über eine Rohrleitung miteinander verbunden sind. Zwischen den Behältern wird über die Rohrleitung ein Phasenwechselmaterial gefördert (beispielsweise direkt mit einer Förderschnecke oder als Suspension in einem Transportfluid) , wobei über eine Wärmeübertragungsvorrichtung thermische Energie zwischen dem Phasenwechselmaterial und einem

Wärmetransportmaterial übertragen wird. Bei solchen formstabilen PCM erfolgt jedoch keine Verkapselung des Phasenwechselmaterials wie bei der gegenständlichen Erfindung. Zudem weisen solche

Polymere lediglich Schmelztemperaturen im Bereich bis zu ca. 150°C auf .

WO 2013/089678 AI zeigt eine andersartige Kühlvorrichtung für eine Wärme erzeugende Komponente eines Computers (beispielsweise ein Prozessor) .

Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren und einen Wärmespeicher der eingangs angeführten Art dahingehend zu verbessern, dass die Speicherung von Wärme mit höherer Effizienz bewerkstelligt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von

Anspruch 1, einen Wärmespeicher mit den Merkmalen von Anspruch 8 und ein Dampfkraftwerk mit den Merkmalen von Anspruch 15 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 7 bzw. 9 bis 14 angegeben.

Erfindungsgemäß weist die Schüttung Mikrokapseln mit einem

Phasenwechselmaterial auf.

Im Stand der Technik wurden bereits verschiedenste Ausführungen von Latentwärmespeichern vorgeschlagen, bei welchen die im

Vergleich zu sensiblen Wärmespeichermedien höhere

Wärmeaufnahmekapazität von Phasenwechselmaterialien (engl. „Phase Change Materials", kurz PCM) genutzt werden. Solche

Latentwärmespeicher nutzen die Enthalpieänderung des

Phasenwechselmaterials , welches beim Aufschmelzen hohe Mengen von Wärmeenergie aufnimmt, die beim Entladen des Latentwärmespeichers als Erstarrungswärme wieder abgegeben werden. Ein Beispiel für einen solchen Latentwärmespeicher ist in der DE 10 2010 060 717 gezeigt. Bei dieser Ausführung des Latentwärmespeichers wird ein Wärmeträgermedium durch ein Rohr zugeführt, welches innerhalb eines Wärmeverteilers in Form eines Strangpressprofils aufgenommen ist. Das Strangpressprofil weist einen Grundkörper auf, an welchem Rippen befestigt sind, die in Rippenäste und Rippenzweige

aufgespalten sind. Der Wärmeverteiler wird in einem Wärmespeicher angeordnet, in dessen Inneren ein Phasenwechselmaterial vorgesehen ist .

Weiters wurde von Amin et al . in „Effective thermal conductivity for melting in PCM encapsulated in a sphere", Applied Energy 122:280-287, June 2014, vorgeschlagen, kugelförmige Behälter mit Einschlüssen des Phasenwechselmaterials vorzusehen. Diese

kugelförmigen Behälter werden in einem Speicherbehälter angeordn in welchen ein Wärmeträgerfluid zum Umströmen der kugelförmigen Behälter eingeleitet wird.

Die vorstehend erläuterten Ausführungen des Latentwärmespeichers haben jedoch den Nachteil gemeinsam, dass die Wärmeleistung von der Speicherkapazität nicht getrennt werden kann.

Ein Ansatz für die Trennung der Wärmeleistung von der

Speicherkapazität wurde von Zipf et al . in „High temperature

latent heat storage with a screw heat exchanger: Design of

prototype", Applied energy 109 (2013) 462-469, verfolgt. Dabei wird das Phasenwechselmaterial mittels eines

Schneckenwärmetauschers transportiert. Diese Ausführung ist jedoch konstruktiv aufwendig und wenig effizient.

In der DE 3038723 wurde eine andersartige Wärmespeichermasse in Form einer Hohlkugel offenbart, bei welcher ein

Phasenwechselmaterial in Poren einer Außenhülle aus einem

Trägermaterial eingeschlossen ist. Die Hohlkugeln können in einem Wirbelschichtwärmetauscher verwendet werden. Mit den bekannten

Hohlkugeln kann jedoch das vorhandene Speichervolumen nur

ungenügend ausgenützt werden. Dies würde bei gleicher Leistung zu einer wesentlich größeren Bauweise der Speicherbehälter sowie des Wirbelschichtmoduls führen. Grundsätzlich müssen die Hohlkugeln wesentlich größer als die erfindungsgemäßen Mikropartikel

ausgeführt werden. Nachteilig ist zudem, dass wesentliche höhere Hilfsenergien für den Transport der Hohlkugeln notwendig wären.

Schließlich bewirken die Hohlkugeln aufgrund des größeren Volumens einen schlechteren Wärmeübergang.

Darüber hinaus sind mikroverkapselte Phasenwechselmaterialien (vgl. zum Beispiel DE 10 2006 055 707 AI) im Stand der Technik an sich bekannt. Solche Mikrokapseln sind jedoch bisher lediglich für abliegende Einsatzzwecke verwendet worden. Beispielsweise wurde eine sogenannte Slurry-Strömung (mit Phasenwechselmaterial in einer Flüssigkeit) zur Kühlung von Maschinenbauteilen genutzt (EP 2 949 422 AI) .

Erfindungsgemäß werden Mikrokapseln, also Partikel mit einem

Außendurchmesser im Mikrometer-Bereich, im fluidisierten Zustand, vorzugsweise im Wesentlichen in horizontaler Ebene, entlang des Wirbelschichtmoduls transportiert. Das Wirbelschichtmodul ist zwischen einem ersten Speicherbehälter und einem zweiten

Speicherbehälter angeordnet. Bei einem Transport der Mikrokapseln in die eine horizontale Richtung, vom ersten Speicherbehälter über das Wirbelschichtmodul in den zweiten Speicherbehälter, nehmen die Mikrokapseln Wärme von der ersten Fluidströmung des

Wärmeaustauschmediums auf, so dass die Mikrokapseln in einem

Zustand höherer Wärmeenergie in den zweiten Speicherbehälter gelangen, in welchem die Mikrokapseln im Zustand höherer

Wärmeenergie gesammelt werden können. Dieser Vorgang entspricht dem Einspeicherbetriebszustand. Umgekehrt können die Mikrokapseln bei einem Transport in die andere horizontale Richtung, von dem zweiten Speicherbehälter über das Wirbelschichtmodul in den ersten Speicherbehälter, Wärme an die erste Fluidströmung des

Wärmeaustauschmediums abgeben, so dass die Mikrokapseln in dem ersten Speicherbehälter in einem Zustand niedrigerer Wärmeenergie in den ersten Speicherbehälter gelangen. Je nach Ausführung kann ein einzelnes Wirbelschichtmodul für den Einspeicher- und den Ausspeichervorgang vorgesehen sein. Es können jedoch auch zwei Wärmeübertrager in Form von Wirbelschichtmodulen vorgesehen sein, so dass eine Richtungsumkehr der Strömung im jeweiligen

Wärmeübertrager nicht notwendig ist. Bei dieser Aus führungs form ist der eine Wärmeübertrager für das Einspeichern und der andere Wärmeübertrager für das Ausspeichern der Wärmenergie eingerichtet. Die Mikrokapseln enthalten ein Phasenwechselmaterial, welches beim Transport durch das Wirbelschichtmodul im Wärmeaustausch mit der ersten Fluidströmung des Wärmeaustauschmediums den

Aggregatszustand ändern kann, so dass Latentwärme in den

Mikrokapseln gespeichert wird bzw. Latentwärme von den

Mikrokapseln abgegeben wird. Vorzugsweise geht das

Phasenwechselmaterial der Mikrokapseln beim Transport vom ersten Speicherbehälter in den zweiten Speicherbehälter innerhalb des Wirbelschichtmoduls von der festen Phase in die flüssige Phase über, wodurch hohe Mengen an Schmelzenergie aufgenommen werden können. Entsprechend findet beim Transport der Mikrokapseln in die andere Richtung, vom zweiten Speicherbehälter über das

Wirbelschichtmodul in den ersten Speicherbehälter, ein Erstarren des Phasenwechselmaterials der Mikrokapseln statt, wodurch die zuvor gespeicherte Wärme in Form von Erstarrungswärme an die erste Fluidströmung des Wärmeaustauschmediums abgegeben wird. Diese Ausführung bringt wesentliche Vorteile mit sich. Zum einen ist der Wärmeübergang besonders effizient. Insbesondere erfolgt der

Phasenwechsel bei im Wesentlichen konstanter Temperatur der

Mikrokapseln. Weiters können besonders hohe Wärmemengen

gespeichert werden. Der Transport zwischen dem ersten und zweiten Speicherbehälter über die Wirbelschicht ist deshalb besonders vorteilhaft, weil eine Entkopplung von Wärmeleistung und

Speicherkapazität stattfinden kann. Die Wirbelschicht ermöglicht zudem einen sehr guten Wärmeübergang zwischen den Mikrokapseln und dem Wärmeaustauschmedium. Die Mikrokapseln können

vorteilhafterweise mit geringem Energieaufwand in den

fluidisierten Zustand gebracht werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Speicherung von Wärme werden bevorzugt die weiteren Schritte:

- Wärmeaustausch zwischen der Schüttung im fluidisierten

Zustand und einer zweiten Fluidströmung innerhalb eines zweiten Wärmetauscherelementes, vorzugsweise zudem - Wärmeaustausch zwischen der Schüttung im fluidisierten Zustand und einer dritten Fluidströmung innerhalb eines dritten Wärmetauscherelementes

durchgeführt .

Bei dieser Aus führungs form wird daher eine zweite Fluidströmung eines Wärmeaustauschmediums, insbesondere zudem eine dritte

Fluidströmung eines Wärmeaustauschmediums, in das

Wirbelschichtmodul geführt, um unabhängig voneinander jeweils einen Wärmeaustausch mit den fluidisierten Mikrokapseln zu ermöglichen. Vorteilhafterweise kann daher dieselbe Wirbelschicht aus Mikrokapseln dazu genutzt werden, im

Einspeicherbetriebszustand Wärme von der ersten und der zweiten Fluidströmung aufzunehmen und im Ausspeicherbetriebszustand die gespeicherte Wärme an die erste und die zweite Fluidströmung abzugeben .

Gemäß einer bevorzugten Aus führungs form wird in einem

Einspeicherbetriebszustand das Phasenwechselmaterial der

Mikrokapseln durch Wärmeaufnahme von der ersten Fluidströmung im festen Aggregatszustand erhitzt, wobei in dem

Einspeicherbetriebszustand das Phasenwechselmaterial der

Mikrokapseln durch Wärmeaufnahme von der zweiten Fluidströmung vom festen Aggregatszustand in den flüssigen Aggregatszustand

überführt wird.

Bei dieser Ausführungsvariante kann die Wärme der ersten

Fluidströmung dazu genutzt werden, die sensible Wärme, d.

mit einer Temperaturänderung einhergehender Wärme, des

Phasenwechselmaterials im festen Zustand zu erhöhen. Im

Ausspeicherbetriebszustand wird das Phasenwechselmaterial

festen Aggregatszustand unter Wärmeabgabe an die erste

Fluidströmung abgekühlt. Weiters kann die Wärme der zweiten Fluidströmung beim Aufladen des Wärmespeichers in Schmelzwärme des Phasenwechselmaterials der Mikrokapseln umgewandelt werden. Entsprechend kann der Übergang vom flüssigen in den festen Aggregatszustand des

Phasenwechselmaterials beim Entladen des Wärmespeichers dazu genutzt werden, die Wärme für den Verdampfer des Dampferzeugers bereitzustellen.

Das Material der Hülle der Mikrokapseln bleibt im festen

Aggregatszustand, wenn das Phasenwechselmaterial der Mikrokapseln durch Wärmeaufnahme von der zweiten Fluidströmung vom festen

Aggregatszustand in den flüssigen Aggregatszustand überführt wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Aus führungs form wird im

Einspeicherbetriebszustand das Phasenwechselmaterial der

Mikrokapseln durch Wärmeaufnahme von der dritten Fluidströmung im flüssigen Aggregatszustand erhitzt.

Bei dieser Ausführungsvariante kann die Wärme der dritten

Fluidströmung zur Erhöhung der sensiblen Wärme des

Phasenwechselmaterials im flüssigen Zustand herangezogen werden Entsprechend wird das Phasenwechselmaterial beim Entladen des Wärmespeichers im flüssigen Aggregatszustand unter Wärmeabgabe die dritte Fluidströmung abgekühlt.

Bevorzugt wird daher beim Aufladen des Energiespeichers sowohl der sensible Bereich des Phasenwechselmaterials der Mikrokapseln im festen Zustand, die Latentwärme des Phasenwechselmaterials beim Übergang vom festen Zustand in den flüssigen Zustand und die sensible Wärme des Phasenwechselmaterials im flüssigen Zustand genutzt .

Bei einer bevorzugten Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die erste Fluidströmung zwischen einem Dampferzeuger, insbesondere eines Dampfkraftwerkes, und dem ersten

Wärmetauscherelement gefördert. Bei dieser Aus führungs form kann die Wärme der ersten Fluidströmung des Dampferzeugers an die

Wirbelschicht aus Mikrokapseln abgegeben werden, welche in dem Wirbelschichtmodul zwischen dem ersten Speicherbehälter und dem zweiten Speicherbehälter ausgebildet wird.

Aufgrund des stetigen Ausbaus erneuerbarer Energien können im Zeitverlauf sowohl Überkapazitäten als auch Unterkapazitäten der elektrischen Leistung auftreten. Die Schwankungen werden mit Hilfe konventioneller Kraftwerke ausgeglichen. Hierfür werden vielfach fossilbefeuerte Kraftwerke, insbesondere Kohlekraftwerke, mit Dampferzeuger herangezogen, welche jedoch den Nachteil mit sich bringen, dass die an das Stromnetz abzugebende Leistung nicht in beliebigem Ausmaß und ausreichend schnell geändert werden kann.

Durch den Wärmeaustausch zwischen der ersten Fluidströmung des Dampferzeugers und den Mikrokapseln in dem Wirbelschichtmodul wird eine Zwischenspeicherung von Energie des Dampfkraftwerkes

ermöglicht, wenn der Bedarf an elektrischer Energie momentan geringer als die vom Dampfkraftwerk zur Verfügung gestellte

Energie ist. Steigt der Bedarf an elektrischer Energie, kann die in den Mikrokapseln gespeicherte Energie in den Wasser-Dampf- Kreislauf des Dampfkraftwerkes rückgeführt werden.

Besonders bevorzugt ist hierbei, wenn die erste Fluidströmung zwischen einem Vorwärmer des Dampferzeugers und dem ersten

Wärmetauscherelement gefördert wird, wobei in einem

Einspeicherbetriebszustand das Phasenwechselmaterial der

Mikrokapseln durch Wärmeaufnahme von der ersten Fluidströmung im festen Aggregatszustand erhitzt wird. Bei dieser

Ausführungsvariante kann die Wärme der ersten Fluidströmung aus dem Vorwärmer des Dampferzeugers dazu genutzt werden, die sensible Wärme, d.h. die mit einer Temperaturänderung einhergehender Wärme, des Phasenwechselmaterials im festen Zustand zu erhöhen. Im Ausspeicherbetriebszustand wird das Phasenwechselmaterial im festen Aggregatszustand unter Wärmeabgabe an die erste

Fluidströmung abgekühlt. Vorteilhafterweise ist der sensible Bereich des Phasenwechselmaterials im festen Aggregatszustand auf die Temperaturen des Wärmeaustauschmediums im Vorwärmer des

Dampferzeugers abgestimmt.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung wird die zweite Fluidströmung zwischen einem Verdampfer eines Dampferzeugers und dem zweiten Wärmetauscherelement gefördert, wobei in einem

Einspeicherbetriebszustand das Phasenwechselmaterial der

Mikrokapseln durch Wärmeaufnahme von der zweiten Fluidströmung vom festen Aggregatszustand in den flüssigen Aggregatszustand

überführt wird. Demnach kann die Wärme der zweiten Fluidströmung beim Aufladen des Wärmespeichers in Schmelzwärme des

Phasenwechselmaterials der Mikrokapseln umgewandelt werden.

Vorteilhafterweise ist der Phasenwechsel der Mikrokapseln

effizient auf die Eigenschaften der zweiten Fluidströmung

abgestimmt, welche von dem Verdampfer des Dampferzeugers

hergeleitet wird. Entsprechend kann der Übergang vom flüssigen in den festen Aggregatszustand des Phasenwechselmaterials beim

Entladen des Wärmespeichers dazu genutzt werden, die Wärme für den Verdampfer des Dampferzeugers bereitzustellen.

Schließlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die dritte

Fluidströmung zwischen einem Überhitzer eines Dampferzeugers und dem dritten Wärmetauscherelement gefördert wird, wobei im

Einspeicherbetriebszustand das Phasenwechselmaterial der

Mikrokapseln durch Wärmeaufnahme von der dritten Fluidströmung im flüssigen Aggregatszustand erhitzt wird. Bei dieser

Ausführungsvariante kann die Wärme der vom Überhitzer

hergeleiteten dritten Fluidströmung zur Erhöhung der sensiblen Wärme des Phasenwechselmaterials im flüssigen Zustand herangezogen werden. Entsprechend wird das Phasenwechselmaterial beim Entladen des Wärmespeichers im flüssigen Aggregatszustand unter Wärmeabgabe an die dritte Fluidströmung abgekühlt. Vorteilhafterweise ist der sensible Bereich des Phasenwechselmaterials im flüssigen

Aggregatszustand auf die Temperaturen des Wärmeaustauschmediums im Überhitzer des Dampferzeugers abgestimmt.

In einer besonders bevorzugten Aus führungs form wird beim Aufladen des Energiespeichers sowohl der sensible Bereich des

Phasenwechselmaterials der Mikrokapseln im festen Zustand, die

Latentwärme des Phasenwechselmaterials beim Übergang vom festen Zustand in den flüssigen Zustand und die sensible Wärme des

Phasenwechselmaterials im flüssigen Zustand genutzt. Hierfür sind das erste, zweite und dritte Wärmetauscherelement vorgesehen, welche mit dem Vorwärmer, Verdampfer bzw. Überhitzer des

Dampferzeugers verbunden sind. Vorteilhafterweise kann der

Wärmeaustausch zwischen den Mikrokapseln und der ersten, zweiten bzw. dritten Fluidströmung in einzelnen Längsabschnitten des

Wirbelschichtmoduls stattfinden, damit sich ein Temperaturprofil entlang der Wirbelschicht ausbildet.

In einer bevorzugten Ausführung weisen die Mikrokapseln jeweils einen Kern aus dem Phasenwechsel-Wärmespeichermaterial und eine den Kern allseitig umschließende Hülle auf. Die Hülle besteht aus einem anderen Material als das Phasenwechsel-Wärmespeichermaterial des Kerns.

Als Phasenwechselmaterial der Mikrokapseln kann beispielsweise ein Nitratsalz vorgesehen sein. Die Hülle besteht hingegen bevorzugt aus einem Kunststoff, beispielsweise Polyimid. Die Mikrokapseln haben den Vorteil, dass die benötigte Hilfsenergie für die

Wirbelschicht kleiner, der Wärmeübergangskoeffizient aber größer als bei den im Stand der Technik verwendeten Hohlkugeln ist, welche zudem, gleiches Gewicht und gleiches Material vorausgesetzt, ein größeres Volumen haben und deshalb größere Speicherbehälter erforderlich machen. Demnach ermöglichen die Mikrokapseln einen besonders wirtschaftlichen Betrieb des Wärmespeichers.

Um einerseits eine hohe Wärmeleistung zu ermöglichen und

andererseits die Fluidisierung der Mikrokapseln in der

Wirbelschicht zu erleichtern, ist es günstig, wenn die

Mikrokapseln jeweils einen Durchmesser von 50 bis 500 Mikrometer, insbesondere von 50 bis 100 Mikrometer, aufweisen. Bevorzugt sind gleichartige Mikrokapseln vorgesehen, welche jeweils im

Wesentlichen denselben Durchmesser aufweisen.

In einer bevorzugten Ausführung ist ein zweites

Wärmetauscherelement, vorzugsweise zudem ein drittes

Wärmetauscherelement, in das Wirbelschichtmodul geführt. Das zweite Wärmetauscherelement, gegebenenfalls auch das dritte

Wärmetauscherelement, führt ein Wärmeaustauschmedium zum

Wärmeaustausch mit den Mikrokapseln in dem Wirbelschichtmodul. Zu diesem Zweck sind das erste, zweite, gegebenenfalls auch das dritte, Wärmetauscherelement mit einer Wärmequelle bzw. Wärmesenke verbunden. Als erstes und/oder zweites und/oder drittes

Wärmetauscherelement ist jeweils bevorzugt ein Rohrbündel

vorgesehen .

In einer besonders bevorzugten Aus führungs form sind das erste Wärmetauscherelement und das zweite Wärmetauscherelement,

vorzugsweise zudem das dritte Wärmetauscherelement, in

Längsrichtung des Wirbelschichtmoduls gesehen voneinander

beabstandet sind. Bei dieser Ausführung sind das erste, zweite und gegebenenfalls das dritte Wärmetauscherelement, in

Strömungsrichtung der Mikropartikel (bezogen auf den

Einspeicherbetriebszustand) gesehen, in aufeinanderfolgenden

Längsabschnitten des Wirbelschichtmoduls angeordnet. Dadurch können an den einzelnen Längsabschnitten des Wirbelschichtmoduls unterschiedliche Wärmezustände der Mikrokapseln ausgebildet werden,

Bei einer bevorzugten Anwendung des Energiespeichers ist das erste Wärmetauscherelement mit einem Dampferzeuger verbunden. Der

Dampferzeuger ist insbesondere Bestandteil eines Dampfkraftwerkes. Bei dieser Ausführung kann die in einem Dampfkessel entstehende Wärme zumindest teilweise in den Wärmespeicher ausgespeichert werden, wenn der Bedarf an elektrischer Energie zum jeweiligen

Zeitpunkt geringer als die vom Dampfkessel zur Verfügung gestellte Wärme ist. Damit kann vorteilhafterweise ein Ausgleich von

Schwankungen im Strombedarf geschaffen werden, wodurch ein

besonders effizienter Betrieb des Dampfkraftwerkes ermöglicht wird.

Insbesondere ist es günstig, wenn das erste Wärmetauscherelement mit einem ersten Abnehmer, insbesondere einem Vorwärmer eines

Dampferzeugers, und/oder das zweite Wärmetauscherelement mit einem zweiten Abnehmer, insbesondere einem Verdampfer des Dampferzeugers, und/oder das dritte Wärmetauscherelement mit einem dritten

Abnehmer, insbesondere einem Überhitzer des Dampferzeugers,

verbunden ist bzw. sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten

Ausführungsbeispiels, auf das sie jedoch nicht beschränkt sein soll, weiter erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Wärmespeicher zur Verwendung in einem Dampfkraftwerk, wobei im dargestellten

Einspeicherbetriebszustand Mikrokapseln mit Phasenwechselmaterial- Kern im fluidisierten Zustand in horizontaler Richtung

transportiert werden, um die Wärme von Fluidströmungen aus einem Dampferzeuger aufzunehmen;

Fig. 2 den Wärmespeicher von Fig. 1 in einem

Ausspeicherbetriebszustand, wobei die Mikrokapseln der Wirbelschicht in entgegengesetzte Richtung transportiert werden, um die zuvor gespeicherte Wärme an die Fluidströmungen des

Dampferzeugers abzugeben; und

Fig. 3 schematisch eine Mikrokapsel mit einem Kern aus

Phasenwechselmaterial und einer Hülle.

Fig. 1, 2 zeigen einen Wärmespeicher 1, welcher in der gezeigten Aus führungs form Bestandteil eines Dampfkraftwerkes 2 ist. Das Dampfkraftwerk 2 kann einen herkömmlichen Aufbau aufweisen, wobei im Folgenden lediglich die für die Erfindung wesentlichen

Komponenten erläutert werden. In der gezeigten Ausführung ist der Wärmespeicher 1 mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf des

Dampfkraftwerkes 2 verbunden. Der Einfachheit halber ist lediglich ein Dampferzeuger 3 des Wasser-Dampf-Kreislaufes dargestellt. Der Dampferzeuger 3 weist einen Vorwärmer 4 zum Vorwärmen von

Speisewasser, einen Verdampfer 5 zur Erzeugung von Wasserdampf aus dem Speisewasser und einen Überhitzer 6 zur Erhitzung des

Wasserdampfes auf. Der Dampferzeuger 3 ist mit einer (nicht dargestellten) Dampfturbine verbunden, welche an einen Generator (nicht dargestellt) angeschlossen ist.

Wie aus Fig. 1, 2 ersichtlich, weist der Wärme- bzw.

Energiespeicher 1 ein Wirbelschichtwärmetauschermodul (nachstehend kurz: Wirbelschichtmodul) 7 zur Erzeugung einer Wirbelschicht aus einer Schüttung 8 auf, welche aus Wärmespeicherpartikeln besteht. Das Wirbelschichtmodul 7 ist am einen Endbereich mit einem ersten Speicherbehälter 9 für die Schüttung 8 und am anderen Endbereich mit einem zweiten Speicherbehälter 10 für die Schüttung 8

verbunden. In der gezeigten Ausführung ist eine erste

Absperrvorrichtung 11 zwischen dem ersten Speicherbehälter 9 und dem Wirbelschichtmodul 7 und eine zweite Absperrvorrichtung 12 zwischen dem zweiten Speicherbehälter 9 und dem Wirbelschichtmodul 7 vorgesehen. Die erste Absperrvorrichtung 11 und die zweite Absperrvorrichtung 12 sind jeweils zwischen einem geöffneten Zustand und einem geschlossenen Zustand überführbar. Im offenen Zustand der ersten 11 bzw. zweiten Absperrvorrichtung 12 kann die Schüttung von dem ersten 9 bzw. zweiten Speicherbehälter 10 unter der Wirkung der Schwerkraft in das Wirbelschichtmodul 7 strömen. Im geschlossenen Zustand der ersten 11 bzw. zweiten

Absperrvorrichtung 12 ist der Durchtritt von dem ersten 9 bzw.

zweiten Speicherbehälter 10 in das Wirbelschichtmodul 7 abgesperrt. In der Zeichnung sind die erste 11 und zweite Absperrvorrichtung 12 beispielhaft als Schieber veranschaulicht. Das

Wirbelschichtmodul 7 weist an der Unterseite (bezogen auf den dargestellten Betriebszustand) eine Einrichtung 13 zum Einleiten eines Fluidisierungsgases (vgl. Pfeile 14) in das

Wirbelschichtmodul 7 auf. Durch die aufwärtsgerichtete Strömung des Fluidisierungsgases wird eine Wirbelschicht mit den

Wärmespeicherpartikeln der Schüttung 8 erzeugt. Somit werden die Wärmespeicherpartikel der Schüttung 8 in dem Wirbelschichtmodul 7 in einen fluidisierten Zustand versetzt. Die Einrichtung 13 kann einen im Stand der Technik bekannten Düsenboden aufweisen. Das

Wirbelschichtmodul 7 weist an der Oberseite eine Decke 7a auf, in welcher zumindest eine Austrittsöffnung 15 für das

Fluidisierungsgas ausgebildet ist. Die Austrittsöffnung 15 kann mit einem Ventil, insbesondere einem Regelventil, zur Anpassung des austretenden Fluidisierungsgasstromes (vgl. Pfeil 16) versehen sein .

In der gezeigten Ausführung ist die Schüttung 8 aus Mikrokapseln 17 gebildet, welche jeweils aus einem Kern aus

Phasenwechselmaterial 18 und einer den Kern allseitig

umschließenden Hülle 19 bestehen. Somit sind die Mikrokapseln 17 im Wesentlichen frei von Hohlräumen. Die mikroverkapselten

Phasenmaterialien bzw. Mikrokapseln 17 weisen jeweils einen

Durchmesser von 50 bis 500 Mikrometer auf. Zum Einspeichern von Wärme in den Wärmespeicher 1 bzw. zum

Ausspeichern von Wärme aus dem Wärmespeicher 1 sind in der

gezeigten Ausführung ein erstes Wärmetauscherelement 20, ein

zweites Wärmetauscherelement 21 und ein drittes

Wärmetauscherelement 22 vorgesehen, welche jeweils abschnittsweise in das Wirbelschichtmodul 7 ragen. Das erste Wärmetauscherelement

20 führt eine erste Fluidströmung, das zweite Wärmetauscherelement

21 führt eine zweite Fluidströmung und das dritte

Wärmetauscherelement 22 führt eine dritte Fluidströmung eines

Wärmeaustauschmediums, hier Wasser-Dampf. Das erste

Wärmetauscherelement 20 ist mit dem Vorwärmer 4, das zweite

Wärmetauscherelement 21 ist mit dem Verdampfer 5 und das dritte Wärmetauscherelement 22 ist mit dem Überhitzer 6 des

Dampferzeugers 3 verbunden.

In Fig. 1 ist der Einspeicherbetriebszustand des Wärmespeichers 1 dargestellt, wobei die Mikrokapseln 17 der Wirbelschicht im

fluidisierten Zustand aufgrund des Höhenunterschiedes zwischen dem ersten Speicherbehälter 9 und dem Wirbelschichtmodul 7 in die eine horizontale Richtung 23 entlang des Wirbelschichtmoduls 7 strömen. Wie nachstehend noch im Detail erläutert wird, werden die

Mikrokapseln 17 durch den Kontakt mit dem ersten 20, zweiten 21 und dritten Wärmetauscherelement 22 in einen Zustand höherer

Wärmeenergie gebracht. In der gezeigten Ausführung werden die

Mikrokapseln 17 nach dem Passieren des Wirbelschichtmoduls 7 über eine verschließbare erste Austrittsöffnung 24a in einen ersten

Zwischenbunker 24b geführt. Danach werden die Mikrokapseln 17 mit Hilfe einer ersten Transportvorrichtung 25, welche in der

gezeigten Ausführung in Form eines Becherwerks vorliegt, in den zweiten Speicherbehälter 10 transportiert. Im

Einspeicherbetriebszustand, d.h. beim Beladen des Wärmespeichers 1, befindet sich die erste Absperrvorrichtung 11 im geöffneten

Zustand, wohingegen sich die zweite Absperrvorrichtung 12 im

geschlossenen Zustand befindet. Zur Ausbildung einzelner Wärmeaustauschzonen sind das erste Wärmetauscherelement 20, das zweite Wärmetauscherelement 21 und das dritte Wärmetauscherelement 22 in Transportrichtung 23 der Mikrokapseln 17 (bezogen auf den Einspeicherbetriebszustand) an aufeinanderfolgenden Längspositionen des Wirbelschichtmoduls 7 angeordnet .

Beim Beladen des Wärmespeichers 1 wird die erste Fluidströmung vom Vorwärmer 4 des Dampferzeugers 3 über das erste

Wärmetauscherelement 20 gefördert. Dabei wird das

Phasenwechselmaterial der Mikrokapseln 17 durch Wärmeaufnahme von der ersten Fluidströmung im festen Aggregatszustand erhitzt. Die erste Fluidströmung des Wärmeaustauschmediums in dem

Wärmetauscherelement 20 wird entsprechend abgekühlt. Die zweite Fluidströmung wird vom Verdampfer 5 über das zweite

Wärmetauscherelement 21 gefördert. Aufgrund des Wärmeaustauschs zwischen den Mikrokapseln 17 und der zweiten Fluidströmung wird das Phasenwechselmaterial der Mikrokapseln 17 vom festen

Aggregatszustand in den flüssigen Aggregatszustand überführt.

Schließlich wird die dritte Fluidströmung vom Überhitzer 6 über das dritte Wärmetauscherelement 22 gefördert, wobei im

Einspeicherbetriebszustand das Phasenwechselmaterial der

Mikrokapseln durch Wärmeaufnahme von der dritten Fluidströmung im flüssigen Aggregatszustand erhitzt wird.

Fig. 2 zeigt den Ausspeicherbetriebszustand des Wärmespeichers 1. Zum Entladen des Wärmespeichers 1 wird die zweite

Absperrvorrichtung 12 geöffnet, wohingegen die erste

Absperrvorrichtung 11 geschlossen wird. Dadurch können die

Mikrokapseln 17 mit der gespeicherten Wärme von dem zweiten

Speicherbehälter 10 in das Wirbelschichtmodul 7 gelangen. Dort strömen die Mikrokapseln 17 im fluidisierten Zustand in die andere horizontale Richtung 26 (entgegengesetzt der Richtung 23 im Einspeicherbetriebszustand) entlang des Wirbelschichtmoduls 7. Im Wärmeaustausch mit der ersten, zweiten und dritten Fluidströmung geben die Mikrokapseln 17 die zuvor gespeicherte Wärme ab.

Aufgrund des dritten Wärmetauscherelementes 22 erfolgt eine

Abkühlung des Phasenwechselmaterials im flüssigen Zustand. Das zweite Wärmetauscherelement 21 bewirkt einen Phasenübergang des Phasenwechselmaterials vom flüssigen in den festen Zustand. Durch den Kontakt mit dem ersten Wärmetauscherelement 20 wird das

Phasenwechselmaterial im festen Zustand abgekühlt. Die erste, zweite und dritte Fluidströmung nehmen die von den Mikrokapseln abgegebene Wärme auf. Schließlich gelangen die Mikrokapseln 17 über eine zweite Austrittsöffnung 27a des Wirbelschichtmoduls 7 in einen zweiten Zwischenbunker 27b, welcher über eine zweite

Transportvorrichtung 28, in der gezeigten Ausführung wiederum ein Becherwerk, mit dem ersten Speicherbehälter 9 verbunden ist. Je nach Ausführung kann auch dieselbe Transportvorrichtung für den Transport der Mikrokapseln 17 vom ersten Zwischenbunker 24b in den zweiten Speicherbehälter 19 und zum Transport der Mikrokapseln 17 vom zweiten Zwischenbunker 27b in den ersten Speicherbehälter 9 vorgesehen sein. Selbstverständlich ist es für die Erfindung nicht erforderlich, den horizontalen Transport der Mikrokapseln 17 durch eine erhöhte Anordnung des ersten 9 bzw. zweiten Speicherbehälters 10 gegenüber dem Wirbelschichtmodul 7 sicherzustellen. Es können auch andere Transportmittel für den horizontalen Transport der Mikrokapseln 17 entlang des Wirbelschichtmoduls 7 vorgesehen sein.

Fig. 3 zeigen die Mikrokapseln 17, welche in dem

Wirbelschichtmodul bzw. Wirbelschichtbehälter 7 in den

fluidisierten Zustand versetzt werden.

Zusammenfassend kann mit dem dargestellten Wärmespeicher 1 ein Verfahren zur Zwischenspeicherung von Wärme, insbesondere in einem Dampfkraftwerk 2, durchgeführt werden, welches zumindest die folgenden Schritte umfasst: - Vorsehen einer Schüttung 8 in einem ersten Speicherbehälter 9, wobei die Schüttung 8 Mikrokapseln 17 mit einem

Phasenwechselmaterial 18 aufweist;

- Transportieren der Schüttung von dem ersten Speicherbehälter 10 in ein Wirbelschichtmodul 7 ;

- Fluidisieren der Schüttung 8 in dem Wirbelschichtmodul 7 ;

- Transportieren der Schüttung 8 im fluidisierten Zustand in im Wesentlichen horizontaler Richtung entlang des

Wirbelschichtmoduls 7;

- Wärmeaustausch zwischen der Schüttung 8 im fluidisierten

Zustand und einer ersten Fluidströmung innerhalb eines ersten Wärmetauscherelementes 20, wobei die erste Fluidströmung bevorzugt zwischen dem Wärmetauscherelement 20 und einem

Dampferzeuger 3 gefördert wird;

- Transportieren der Schüttung 8 von dem Wirbelschichtmodul 7 in den zweiten Speicherbehälter 10.