Kraftwerksanordnung mit Hochtemperatur-Speichereinheit Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftwerksanordnung umfassend eine Energieerzeugungseinheit zur Erzeugung von nutzbarer thermischer Energie sowie eine mit Wärme zu versorgende Hochtemperatur-Speichereinheit, wie auch ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Kraftwerksanordnung.

Die in Verbindung mit einer Kraftwerksanordnung einsetzbaren Hochtemperatur-Speichereinheiten, zu denen insbesondere Metalloxid-Speichereinheiten (rechargeable metall oxide

battery, ROB) zu rechnen sind, darunter insbesondere Metall- oxid-Luft-Speichereinheiten (die Metall-Luft- Speichereinheiten entsprechen) , erfordern bei regelmäßigem Betrieb erhöhte Betriebstemperaturen und folglich eine wenigstens zeitweise Versorgung mit thermischer Energie. Vor allem bei Metalloxid-Luft-Speichereinheiten sind mitunter Be- triebstemperaturen von über 600°C erforderlich, um die erforderlichen Ionenflüsse in der Speichereinheit ausreichend ver ^¬ lustfrei gewährleisten zu können. Da der Aufladevorgang bei derartigen Speichereinheiten zudem endotherm verläuft, erfolgt eine Abkühlung während der Aufladung, die lediglich da- durch vermindert bzw. verhindert werden kann, dass der Spei ^¬ chereinheit ausreichend Wärme zugeführt wird. Ebenfalls wäh ^¬ rend eines Stillstandbetriebs erfolgt eine Auskühlung durch in erster Linie Wärmeerluste, die es auszugleichen gilt. Im Gegensatz hierzu geben Hochtemperatur-Speichereinheiten je- doch während des Entladevorgangs thermische Energie ab, die während exothermen Entladevorgängen erzeugt wird und folglich abgeführt werden muss.

Hier und im Folgenden soll sich die Erfindung auf Hochtempe- ratur-Speichereinheiten beziehen, welche zur Speicherung bzw. Abgabe von elektrischer Kraftwerksleistung ausgebildet sind. Insbesondere sind dies elektro-chemische Hochtemperatur- Speichereinheiten, wie etwa Metalloxid-Speichereinheiten. Weitere sehr bevorzugte Hochtemperatur-Speichereinheiten sind NaNiCl-Speichereinheiten bzw. NaS-Speichereinheiten, die bei Temperaturen von wenigstens 200 °C betrieben werden müssen. Metalloxid-Speichereinheiten, insbesondere Metalloxid-Luft- Speichereinheiten weisen typischerweise eine Betriebstempera ^¬ tur von bis zu 900°C und mehr auf, so dass vorliegend die Hochtemperatur-Speichereinheiten sich durch eine Betriebstemperatur von etwa wenigstens 200° bis etwa 900°C auszeichnen. Die erfindungsgemäßen Hochtemperatur-Speichereinheiten zeich- nen sich dadurch aus, dass sie dazu ausgebildet sind, elekt ^¬ rische Energie (elektrischen Strom) aufzunehmen und ihn etwa durch elektrochemische Reaktionen in ein geeignetes chemi ^¬ sches Speicherprodukt umzusetzen und zu speichern. Eine sol ^¬ che Speichereinheit ist bei Bedarf jedoch auch in der Lage, etwa durch eine elektrochemische Rückreaktion dieses Spei ^¬ cherprodukts erneut elektrische Energie (elektrischen Strom) zur Verfügung zu stellen.

Insbesondere die von der Anmelderin entwickelte Metalloxid- Luft-Speichereinheit, die etwa in der DE 10 2009 057 720 im Detail näher beschrieben wird, erfordert eine wenigstens zeitweise Versorgung mit thermischer Energie auf einem Tempe ^¬ raturniveau zwischen 500°C und 850°C. Gemäß dem intern be ^¬ kannten Stand der Technik kann diese Wärme über die der Speichereinheit zugeführte Luft als Prozessgas zur Verfügung ge ^¬ stellt werden. Die Luft wird hierbei mittels einer elektri ^¬ schen Heizvorrichtung thermisch konditioniert bevor sie der Speichereinheit zugeführt wird. Alternativ hierzu, bzw. zu ^¬ sätzlich, können auch Heizelemente innerhalb der Metalloxid- Luft-Speichereinheit vorgesehen sein, die bei Betrieb die Speichereinheit mit thermischer Energie versorgen.

Als weitere Alternative kann eine Hochtemperatur- Speichereinheit während des Ladevorganges auch bei erhöhter Ladespannung betrieben werden, wodurch die Ladestromdichte der Speichereinheit erhöht wird. Infolge der Erhöhung dieser Ladestromdichte steigt auch die ohmsche Verlustleistung wäh ^¬ rend des Aufladevorgangs , die der Speichereinheit wiederum teilweise als Abwärmeleistung zur Verfügung gestellt werden kann .

Nachteilig an den vorab beschriebenen Verfahren zur Wärmever- sorgung einer Hochtemperatur-Speichereinheit ist einerseits, dass die Bereitstellung der Wärmeleistung nur durch Aufwendung von zusätzlicher Energie und damit von zusätzlichen Kosten erreicht werden kann. Anderseits sind die Hochtemperatur- Speichereinheiten mitunter baulich auch so anzupassen, dass eine geeignete Wärmeversorgung überhaupt erst ermöglicht wer ^¬ den kann. Insbesondere eine Wärmeversorgung mittels geeigne ^¬ ter in die Speichereinheit integrierter Heizelemente erfor ^¬ dert einen hohen baulichen Aufwand. Bei Versorgung einer Hochtemperatur-Speichereinheit durch ei ^¬ ne erhöhte Abwärmeleistung bei gesteigerter Ladestromdichte sind jedoch mitunter eine chemische bzw. auch physikalische Degradation der Speichereinheit zu befürchten. Zudem ist während des Aufladevorgangs unter erhöhter Aufladeleistung die Ladestromdichte im Vergleich zu der Entladestromdichte typi ^¬ scherweise deutlich höher, was wiederum eine geeignete Anpas ^¬ sung und Dimensionierung der zugehörigen elektrischen Infrastruktur erfordert. Der vorliegenden Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, eine geeignete Hochtemperatur-Speichereinheit zur Verwen ^¬ dung in Verbindung mit einer Kraftwerksanlage vorzuschlagen, die bei Betrieb die oben erwähnten Nachteile vermeidet. Ins ^¬ besondere soll eine Kraftwerksanordnung mit einer Hochtempe- ratur-Speichereinheit vorgeschlagen werden, die einen energieeffizienten Betrieb ermöglicht. Die Hochtemperatur- Speichereinheit soll hierbei zur Speicherung bzw. Abgabe von elektrischer Kraftwerksleistung ausgebildet sein, die als Regelleistung bei Schwankungen des Stromangebots in den öffent- liehen Stromversorgungsnetzwerken eingesetzt werden kann.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch eine Kraftwerks ^¬ anordnung gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Be- trieb einer solchen Kraftwerksanordnung gemäß Anspruch 15 gelöst.

Insbesondere werden die der Erfindung zugrunde liegenden Auf ^¬ gaben durch eine Kraftwerksanordnung gelöst, umfassend eine Energieerzeugungseinheit zur Erzeugung von nutzbarer thermischer Energie auf der Grundlage von physikalischen und/oder chemischen Abläufen, eine für den regelmäßigen Betrieb wenigstens teilweise mit Wärme zu versorgende Hochtemperatur- Speichereinheit, insbesondere eine Metalloxid-Luft- Speichereinheit, sowie ein Leitungssystem zur thermischen Kopplung der Energieerzeugungseinheit mit der Hochtemperatur- Speichereinheit .

Weiter werden die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben durch ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanordnung gelöst, umfassend eine Energieerzeugungseinheit zur Erzeugung von nutzbarer thermischer Energie auf der Grundlage von physikalischen und/oder chemischen Abläufen, eine für den regelmäßigen Betrieb wenigstens teilweise mit Wärme zu versorgende Hochtemperatur-Speichereinheit, insbesondere eine Metalloxid- Luft-Speichereinheit sowie ein Leitungssystem zur thermischen Kopplung der Energieerzeugungseinheit mit der Hochtemperatur- Speichereinheit, umfassend folgende Schritte:

- Betreiben der Energieerzeugungseinheit zur Erzeugung von nutzbarer thermischer Energie;

- Übertragen wenigstens eines Teils dieser thermischen

Energie auf einen Luftstrom und/oder Wasserstrom

und/oder Wasserdampfström;

- Versorgung der Hochtemperatur-Speichereinheit mit dem Luftstrom und/oder Wasserstrom und/oder Wasserdampf- ström.

Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden folglich durch eine geeignete Kraftwerksanordnung gelöst, welche neben einer Energieerzeugungseinheit zur Erzeugung von nutzbarer thermischer Energie auch eine Hochtemperatur-Speichereinheit umfasst, die über ein Leitungssystem mit der Energieerzeu ^¬ gungseinheit in vorteilhafter Weise thermisch gekoppelt ist. Durch die thermische Kopplung kann der Energieerzeugungseinheit thermische Wärme entnommen werden, die der Hochtempera- tur-Speichereinheit ebenfalls als Wärme zur Verfügung ge ^¬ stellt werden kann.

Die erfindungsgemäße Energieerzeugungseinheit ist hierbei im Sinne eines Teils einer Kraftwerksanlage zu verstehen, wel- ches in erster Linie eine elektrische Stromerzeugung ermög ^¬ licht. Die von der Energieerzeugungseinheit bereit gestellte Energie ist in erster Linie elektrische Energie. Lediglich als Nebenprodukt fällt etwa auch nutzbare thermische Energie an, die der Hochtemperatur-Speichereinheit zur Verfügung ge- stellt werden kann. Typische Energieerzeugungseinheiten sind mit Generatoren ausgestattete Gasturbinenanlagen bzw. Dampfturbinenanlagen. Hierbei ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Energieerzeugungseinheit im physikalischen Sinne keine Energie aus dem Nichts erzeugt, sondern sie lediglich von ei- ner Form in eine andere Form umwandelt. Die Energieerzeugung soll sich somit auf eine Bereitstellung von elektrischer Energie beziehen, wobei als Nebenprodukt thermische Energie anfällt . Weiter sei angemerkt, dass die Energieerzeugungseinheit der Kraftwerksanordnung thermische Energie typischerweise auf Grundlage von Verbrennungsvorgängen bzw. exothermen chemischen Reaktionen zur Verfügung stellen kann. Andererseits sind jedoch auch rein physikalische Vorgänge, wie etwa nukle- are Spaltungsvorgänge, zur Bereitstellung von thermischer

Energie denkbar. Die Energieerzeugungseinheit kann folglich auch als nuklearer Reaktor ausgeführt sein.

Erfindungsgemäß ermöglicht also die Entnahme von Abwärme, al- so etwa nicht für einen Stromerzeugungsprozess genutzte ther ^¬ mische Energie der Energieerzeugungseinheit, die Hochtempera ^¬ tur-Speichereinheit über das Leitungssystem mit Wärme zu ver ^¬ sorgen. Eine Versorgung der Hochtemperatur-Speichereinheit etwa über elektrisch betriebene Heizelemente ist damit nicht mehr oder nicht mehr ausschließlich erforderlich, sondern die Wärmeversorgung kann durch eine direkte Entnahme von Wärmeenergie aus der Energieerzeugungseinheit erreicht werden. Durch die Entnahme der Abwärme der Energieerzeugungseinheit kann der Gesamtwirkungsgrad der Kraftwerksanordnung vorteilhaft verbessert werden.

Weiter sei darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Lei- tungssystem zur thermischen Kopplung typischerweise als

Fluidleitungssystem ausgebildet ist. Andere Arten eines Lei ^¬ tungssystems, die sich zur thermischen Kopplung, also zur thermischen Leitung auch eignen, sollen von der Erfindungsidee jedoch grundsätzlich auch mit umfasst sein. Das Lei- tungssystem soll also in einer allgemeinen Weise verstanden werden .

Erfindungsgemäß kann der Wärmebedarf der Hochtemperatur- Speichereinheit während des Aufladevorganges , aber auch wäh- rend eines Stillstandbetriebs durch thermische Energie der

Energieerzeugungseinheit gedeckt werden. Erfindungsgemäß kann der Wärmebedarf allgemein während eines regelmäßigen Betriebs gedeckt werden. Ein regelmäßiger Betrieb der Hochtemperatur- Speichereinheit umfasst hierbei alle Betriebsmodi, die für die Benutzung einer Hochtemperatur-Speichereinheit erforder ^¬ lich sein können. Darunter sind insbesondere zu rechnen: Anfahrbetrieb, Lastbetrieb während eines Aufladevorgangs oder eines Entladevorgangs, Teillastbetrieb während eines

Aufladevorgangs oder eines Entladevorgangs, Stillstandbe- trieb, Warmehaltebetrieb, usw. Neben der bereits erwähnten Effizienzverbesserung bei Betrieb der Kraftwerksanordnung können so gleichzeitig auch Selbstentladeverluste der Hoch ^¬ temperatur-Speichereinheit verringert werden, die aufgrund von Schwankungen der Betriebstemperatur die Folge wären. Zu- dem ist die Hochtemperatur-Speichereinheit durch die erfin ^¬ dungsgemäße Wärmeversorgung mitunter schneller einsatzbereit und erhöht damit die Flexibilität der Stromerzeugung der Kraftwerksanordnung . Für die Ausführung einer thermischen Kopplung von Hochtemperatur-Speichereinheit und Energieerzeugungseinheit können ferner bereits bestehende Kraftwerkskomponenten benutzt wer- den, die lediglich um die Hochtemperatur-Speichereinheit und das Leitungssystem ergänzt werden müssen. So können bspw. bereits bestehende Kraftwerksanlagen zur Stromerzeugung geeignet mit einer Hochtemperatur-Speichereinheit zusammen mit ei ^¬ nem Leitungssystem nachgerüstet werden, um diese hinsichtlich ihrer Lastflexibilität zu verbessern.

Gemäß einer ersten besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Leitungssystem wenigstens einen ersten Abschnitt aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, die Hochtemperatur-Speichereinheit mit thermisch kondi ^¬ tionierter Luft zu versorgen. Besonders geeignet ist diese Ausführungsform, bei Metalloxid-Luft-Speichereinheiten, die Luft als Prozessgas erfordern. So kann etwa während des Lade ^¬ vorganges Sauerstoff von einem Metalloxid unter Aufnahme von elektrischer Leistung abgegeben werden, welcher etwa der die Hochtemperatur-Speichereinheit mit thermischer Wärme versor ^¬ genden Luft zugemischt werden kann. Im Gegensatz dazu kann während eines Entladevorgangs Sauerstoff aus der die Hochtem ^¬ peratur-Speichereinheit mit thermischer Wärme versorgenden Luft entnommen werden, um unter Abgabe von elektrischer Leistung das als Speicherspezies vorliegende Metall zu oxidieren. Als Luft soll im Sinne der Erfindung ein Gemisch aus Stickstoff und Sauerstoff verstanden werden, welches noch weitere Gase in kleineren Anteilen enthalten kann. Der Stickstoffan- teil umfasst hierbei etwa 78Vol%, wobei der Sauerstoffanteil etwa 21Vol% umfasst. Abweichungen von diesen Anteilen um bis zu etwa 20% sollen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sein . Weist die der Hochtemperatur-Speichereinheit zugeführte Luft, insbesondere während des Aufladevorgangs ausreichend thermi ^¬ sche Energie auf, so kann diese durch unmittelbaren Wärmeaus ^¬ tausch an die Hochtemperatur-Speichereinheit wenigstens teil- weise übertragen werden. Da zudem Luft ein leicht zu handha ^¬ bendes und kostengünstiges Gasgemisch darstellt, ist ausfüh ^¬ rungsgemäß eine vorteilhafte Wärmeversorgung der Metall- Speichereinheit möglich.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Energieerzeugungseinheit als Gasturbine und/oder Feststoff-Verbrennungskammer und/oder als Flugstromvergaser und/oder als Wirbelschichtvergaser und/oder als nuklearer Hochtemperaturreaktor ausgeführt ist. Die Energieerzeugungseinheit basiert folglich auf konventioneller Kraft ^¬ werkstechnologie, bei welcher neben der für den Stromerzeu- gungsprozess genutzten Wärme auch Abwärme freigesetzt wird, die zur vorteilhaften Wärmeversorgung der Hochtemperatur- Speichereinheit dient.

Die thermische Energie kann für die Versorgung der Hochtempe ^¬ ratur-Speichereinheit direkt aus dem für die Stromerzeugung vorgesehenen Kern der Energieerzeugungseinheit, etwa der Brennkammer einer Gasturbine, entnommen werden, oder aber auch aus weiteren Vorrichtungen, die mit der Energieerzeugungseinheit zur Übertragung von thermischer Energie als Einheit zusammenwirken. So wird bspw. im Falle eines Flugstromvergasers die thermische Energie für die Versorgung der Hoch ^¬ temperatur-Speichereinheit nicht direkt aus dem Flugstromver ^¬ gaser selbst sondern aus einem damit in Wirkverbindung stehenden Abhitzedampferzeuger entnommen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Leitungssystem einen ersten Wärmetauscher um- fasst, welcher dazu ausgebildet ist, in der Energieerzeu ^¬ gungseinheit erzeugte Wärme auf einen Luftstrom zu übertra ^¬ gen, der der Hochtemperatur-Speichereinheit zugeführt wird. Die aus der Energieerzeugungseinheit entnommene Wärme kann an verschiedenen Stellen entnommen werden. Der erste Wärmetauscher erlaubt hierbei eine vorteilhafte Wärmekopplung zwi ^¬ schen der Energieerzeugungseinheit sowie dem die Hochtempera ^¬ tur-Speichereinheit versorgenden Luftstrom ohne die direkte Zufuhr von Prozessluft, die evtl. mit Verunreinigungen bela ^¬ den ist.

Sollte die auf den Luftstrom mittels des ersten Wärmetau ^¬ schers übertragene Wärmeleistung nicht ausreichend sein, kann auch vorgesehen sein, dass der erste Wärmetauscher noch eine elektrische Heizvorrichtung aufweist. Folglich kann bei Bedarf der Luftstrom noch mit zusätzlicher Wärme versorgt werden .

Gemäß einer Weiterbildung kann auch vorgesehen sein, dass der erste Wärmetauscher dazu ausgebildet ist, über das Leitungs ^¬ system mit einem Abgasstrom aus einer Expansionsstufe einer Gasturbine und/oder mit einem aus einer Brennkammer einer Gasturbine ausgekoppelten Abgasstrom und/oder mit einem aus einer Kompressionsstufe einer Gasturbine ausgekoppelten Luft ^¬ strom zur Wärmeübertragung versorgt zu werden. Ausführungsgemäß kann einer Gasturbine an unterschiedlichen Stellen thermisch konditioniertes Fluid entnommen werden, welches zur Übertragung von Wärme in dem ersten Wärmetauscher geeignet ist .

Gemäß einer alternativen Ausführungsform können die aus der Gasturbine abgeführten Wärmeströme auch der Hochtemperatur- Speichereinheit direkt, d.h. nicht mittelbar über den ersten Wärmetauscher zugeführt werden. Da jedoch vielfach mit einer direkten Einleitung dieser Fluidströme in die Hochtemperatur- Speichereinheit eine Verunreinigung einhergehen kann, kann eine Verschmutzung und damit langfristig auch eine Zerstörung der Hochtemperatur-Speichereinheit nicht ausgeschlossen wer ^¬ den .

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Leitungssystem einen zweiten Wärmetauscher umfasst, welcher dazu ausgebildet ist, einen aus der Hochtemperatur-Speichereinheit ausgetretenen Wärmestrom zur Wärmeübertragung auf einen Luftstrom nutzbar zu machen, welcher der Hochtemperatur-Speichereinheit zuge- führt wird. Der aus der Hochtemperatur-Speichereinheit aus ^¬ tretende Wärmestrom wird folglich in einer zyklischen Schaltung wieder zu einem Ort stromaufwärts in Bezug auf die Hoch ^¬ temperatur-Speichereinheit geleitet, um dort den der Hochtem ^¬ peratur-Speichereinheit zugeführten Luftstrom thermisch zu konditionieren . Vor allem während eines exothermen

Entladevorgangs der Hochtemperatur-Speichereinheit kann so ein Wärmeverlust aus der Hochtemperatur-Speichereinheit ver ^¬ mindert werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es auch denkbar, den aus der Hochtemperatur-Speichereinheit austretenden Wärme ^¬ strom einem Dampfprozess zur Verfügung zu stellen, welcher bspw. für die Rückverstromung von thermischer Energie vorgesehen ist. So kann bspw. der Wärmestrom auch einem

Abhitzedampferzeuger zugeführt werden, der von einer Dampfturbinenanlage umfasst ist. Ebenfalls kann der aus der Hoch ^¬ temperatur-Speichereinheit austretende Wärmestrom einem Wär ^¬ mespeicher zu einer zeitlich nachfolgenden Nutzung zugeführt werden. Aus einem solchen Speicher kann etwa während eines Ladevorgangs nachgefragte Wärmeenergie entnommen werden.

In einer vorteilhaften Weiterführung ist vorgesehen, dass der zweite Wärmetauscher zusätzlich noch mit dem ersten Wärmetauscher wärmetechnisch gekoppelt ist. Demgemäß erfolgt eine be ^¬ sonders effiziente Wärmenutzung.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Leitungssystem eine in Bezug auf die Hochtemperatur-Speichereinheit aufstromseitig angeordnete Einlei ^¬ tungsstelle umfasst, welche dazu ausgebildet ist, einen aus der Hochtemperatur-Speichereinheit ausgetretenen Luftstrom in das Leitungssystem zurückzuführen, um diesen mit dem Luftstrom zu mischen, welcher der Hochtemperatur-Speichereinheit zugeführt wird. Der aus der Hochtemperatur-Speichereinheit austretende und thermische Energie aufweisende Luftstrom wird folglich zu einer Einleitungsstelle des Leitungssystems zu ^¬ rückgeführt, welche aufstromseitig in Bezug auf die Hochtem- peratur-Speichereinheit angeordnet ist. Durch den Mischvor ^¬ gang zwischen neuer, d.h. der Hochtemperatur-Speichereinheit noch nicht zugeführter Luft und verbrauchter, d.h. bereits zugeführter Luft erfolgt eine besonders effiziente Wärmeüber ^¬ tragung. Diese vermindert die thermische Verlustleistung der Hochtemperatur-Speichereinheit signifikant .

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Leitungssystem einen dritten Wärmetauscher umfasst, welcher dazu ausgebildet ist, einen von der Energie ^¬ erzeugungseinheit versorgten und aus einer Dampfleitung abge ^¬ zweigten Dampfstrom zur Wärmeübertragung auf einem Luftstrom nutzbar zu machen, welcher Luftstrom über das Leitungssystem der Hochtemperatur-Speichereinheit zugeführt wird. Der aus ^¬ führungsgemäße Dampfstrom dient hierbei insbesondere der Energieerzeugung in einem Dampfprozess .

Gemäß einer weiterführenden Ausführungsform kann die Dampfleitung eine Hochdruckdampfleitung sein, in welcher bei regelmäßigem Betrieb ein Druck von bis zu 300 bar vorherrscht. Derartige Hochdruckdampfleitungen sind etwa in einer gekoppelten Gas- und Dampfkraftwerksanlage vorgesehen, in welcher sie zur dampfseifigen Stromerzeugung eine Hochdruck- Dampfturbine mit Wärme versorgen. Das Temperaturniveau des in der Dampfleitung vorherrschenden Dampfes erreicht bis zu 600 °C und ist damit besonders geeignet, eine Hochtemperatur- Speichereinheit, vor allem eine Metalloxid-Luft- Speichereinheit zu versorgen, deren Betriebstemperaturen bei ähnlichen Temperaturniveaus liegen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass die Dampfleitung mit einem Abhitzedampferzeuger einer Dampfturbinenanlage wärmetechnisch und/oder fluidtech- nisch gekoppelt ist. Die Dampfleitung ist von einer Dampfturbinenanlage zur elektrischen Stromerzeugung umfasst. Alternativ kann die der Hochtemperatur-Speichereinheit zugeführte Wärme auch unmittelbar aus dem Abhitzerdampferzeuger bzw. aus von diesem umfassten Behältnissen entnommen werden. Eine sol- che Dampfturbinenanlage ist insbesondere von einem kombinier ^¬ ten Gas- und Dampfkraftwerk umfasst.

Entsprechend einem weiteren, sehr bevorzugten Aspekt kann ausführungsgemäß das Leitungssystem der Kraftwerksanordnung wenigstens einen zweiten Abschnitt aufweisen, welcher dazu ausgebildet ist, die Hochtemperatur-Speichereinheit mit ther ^¬ misch konditioniertem Wasser und/oder Wasserdampf zu versorgen. Insbesondere die von der Anmelderin entwickelte Metall- oxid-Luft-Speichereinheit, die auch in der DE 10 2009 057 720 beschrieben wird, erfordert eine Versorgung mit Wasserdampf. Der Wasserdampf dient hierbei vor allem als chemische Trans ^¬ portspezies, die Sauerstoff zwischen einer Speicherspezies (Metall und Metalloxid) sowie einer Elektrodenoberfläche transportiert. So transportiert während des Entladevorgangs bspw. das Wasser in gasförmiger Phase Sauerstoffatome von der Anodenberfläche zu der Speicherspezies Metall und oxidiert diese. Während des Ladevorgangs hingegen transportiert das gasförmige Wasser Sauerstoff von dem oxidierten Metall wieder zurück an die Elektrode. Während eines regelmäßigen Betriebs erfordert eine solche Metalloxid—Luft-Speichereinheit typi ^¬ scherweise eine kontinuierliche Versorgung mit Wasserdampf bzw. mit Wasserstoff, auch um Leckageverluste auszugleichen. Dieser Bedarf kann gleichzeitig mit der Bereitstellung von thermischer Energie durch das Wasser bzw. den Wasserdampf gedeckt werden.

Entsprechend einer Weiterführung dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass der zweite Abschnitt des Leitungssystems ei- ne Niederdruckdampfleitung ist, in welcher bei regelmäßigem Betrieb höchstens ein Druck von 10 bar vorherrscht. Gleich ^¬ zeitig weisen derartige Niederdruck-Dampfleitungen Dampf einer Temperatur von nicht mehr als 170 °C auf. Folglich eignet sich eine Versorgung der Hochtemperatur-Speichereinheit durch Wasser und oder Wasserdampf aus dieser Niederdruck- Dampfleitung in erster Linie während des Anfahrtsbetriebes der Hochtemperatur-Speichereinheit wenn die Betriebstempera ^¬ tur der Hochtemperatur-Speichereinheit noch verhältnismäßig gering ist. Werden höhere Dampftemperaturen benötigt, kann eine thermische Konditionierung (elektrische Beheizung, Wärmetausch mit heißem Fluid, etc.) des Dampfes vor Eintritt in die Speichereinheit vorgesehen sein.

Gemäß einer weiterhin geeigneten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der zweite Abschnitt mit einem Abhitzedampferzeuger einer Dampfturbinenanlage wärmetechnisch und fluidtechnisch gekoppelt ist. Die Entnahme von Wärme bzw. Fluid kann folg ^¬ lich einem Abhitzedampferzeuger entnommen werden, der bevorzugt in Verbindung mit einer Dampfturbinenanlage zur Stromerzeugung eingesetzt wird.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand einzelner Figuren im Detail erläutert werden. Hierbei ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren als schematische Schaltansichten zu verstehen sind, die keine Einschränkung hinsichtlich einer konkreten Ausführbarkeit erlauben. Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass die von den in den Figuren gezeigten Ausführungsformen umfassten Merkmale für sich alleine jedoch auch in Gesamtheit mit anderen Merkmalen beansprucht werden.

Hierbei zeigen:

Figur 1 eine schematische Schaltansicht einer ersten Aus ^¬ führungsform der Erfindung;

Figur 2 eine weitere Ausführungsform der Erfindung in sche- matischer Schaltansicht;

Figur 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung in sche- matischer Schaltansicht;

Figur 4 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftwerksanordnung; Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftwerksanordnung 1. Hierbei wird als Energieerzeugungseinheit 10 eine Gasturbine 50 umfasst, die eine Expansionsstufe 51, eine damit verbunde ^¬ ne Brennkammer 52 sowie eine damit verbundene Kompressions ^¬ stufe 53 aufweist. Sowohl aus der Expansionsstufe 51, als auch aus der Brennkammer 52, als auch aus der Kompressionsstufe 53 können jeweils thermisch konditionierte Fluidströme entnommen werden, die einem ersten Wärmetauscher 40 zugeführt werden. Die Zusammensetzung der jeweils entnommenen Fluidströme kann variieren. So ist bspw. der aus der Kompressions ^¬ stufe 53 entnommene Fluidstrom ein thermisch konditionierter Luftstrom. Der aus der Brennkammer 52 entnommene Fluidstrom kann wie der aus der Expansionsstufe 51 entnommene Fluidstrom als Abgasstrom auch Verbrennungsprodukte aufweisen. Die Gas ^¬ turbine 50 ist mit einem Generator (gekennzeichnet durch den Buchstaben G) zur Momentübertragung gekoppelt und erlaubt bei Betrieb die Stromerzeugung mittels des Generators G.

Der erste Wärmetauscher 40 weist eine elektrische Heizvor ^¬ richtung 41 auf, die neben der Wärmeübertragung mittels der aus der Gasturbine 50 abgeleiteten Ströme eine zusätzliche Wärmequelle bereitstellt. Der erste Wärmetauscher 40 erlaubt die thermische Konditionierung eines von dem Leitungssystem 30 umfassten Luftstroms, welcher der Hochtemperatur- Speichereinheit 20 zugeführt wird. Die Hochtemperatur- Speichereinheit 20 ist bevorzugt als Metalloxid- Speichereinheit bzw. als Metalloxid-Luft-Speichereinheit aus ^¬ gebildet. Vorliegend wird der Luftstrom der Kompressionsstufe 53 entnommen, kann jedoch auch aus der freien Umgebung bzw. anderen Luftquellen entnommen werden. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann auch auf eine thermische Konditio ^¬ nierung des Luftstromes mittels des ersten Wärmetauschers 40 verzichtet werden.

Der erste Wärmetauscher 40 wird von dem Leitungssystem 30 umfasst, welches zudem noch einen weiteren zweiten Wärmetauscher 45 aufweist. Der zweite Wärmetauscher 45 erlaubt wiede- rum die thermische Konditionierung des der Hochtemperatur- Speichereinheit 20 zugeführten Luftstroms, wobei ein Wärme ^¬ übertrag erfolgt zwischen einem aus der Hochtemperatur- Speichereinheit 20 ausgetretenen Wärmestrom, welcher in das Leitungssystem 30 zurückgeführt wird. Der Wärmeübertrag mit ^¬ tels des zweiten Wärmetauschers 45 erfolgt aufstromseitig in Bezug auf die Anordnung der Hochtemperatur-Speichereinheit 20 in dem Leitungssystem 30. Insbesondere bei Betrieb der Hochtemperatur-Speichereinheit 20 während eines Entladevorgangs kann aufgrund der in der Hochtemperatur-Speichereinheit 20 stattfindenden exothermen Reaktionen Wärme abgeführt werden, die erneut auf den der Hochtemperatur-Speichereinheit 20 zu ^¬ geführten Luftstrom übertragen wird. Ebenfalls ist es ausführungsgemäß denkbar, diesen aus der Hochtemperatur- Speichereinheit 20 abgeführten Wärmestrom einem

Abhitzedampferzeuger 70 einer Dampfturbinenanlage 80 zur Verfügung zu stellen. Alternativ oder ergänzend kann der aus der Hochtemperatur-Speichereinheit 20 abgeführte Wärmestrom in Form eines Fluidstroms an einer Einleitungsstelle 46 strom ^¬ aufwärts in Bezug auf die Hochtemperatur-Speichereinheit 20 dem Leitungssystem 30 zugeleitet und mit dem darin befindli ^¬ chen Luftstrom vermischt werden. Dies erlaubt einerseits eine Rückführung von Wärme, andererseits auch eine Einstellung der Zusammensetzung des in dem Leitungssystem 30 geleiteten Gasgemisches. Eine solche Mischung ist insofern sinnvoll, als dass der aus der Hochtemperatur-Speichereinheit 20 abgeleite ^¬ te Luftstrom im Vergleich zu dem dieser Speichereinheit 20 zugeführten Luftstrom eine andere chemische Zusammensetzung aufweisen kann.

Zusätzlich ist es ausführungsgemäß vorgesehen, den in dem Leitungssystem 30 geführten Luftstrom durch einen dritten Wärmetauscher 60 thermisch zu konditionieren, welcher mit einer Dampfleitung 65 einer Hochdruckschiene 66 einer Dampfturbinenanlage 80 thermisch gekoppelt ist. Zudem weist der drit ^¬ te Wärmetauscher 60 eine Heizvorrichtung als externe Wärmequelle auf. Der von dem Leitungssystem 30 zur Hochtemperatur- Speichereinheit 20 geführte Luftstrom wird durch einen ersten Abschnitt 31 des Leitungssystems 30 geführt, der dazu ausge ^¬ bildet ist, die Hochtemperatur-Speichereinheit 20 mit ther- misch konditionierter Luft zu versorgen. Zusätzlich weist das Leitungssystem 30 einen zweiten Abschnitt 32 auf, welcher dazu ausgebildet ist, die Hochtemperatur-Speichereinheit 20 mit thermisch konditioniertem Wasser und/oder Wasserdampf (nachfolgend unter dem Begriff Wasser zusammen gefasst) zu versor- gen. Das Wasser wird hierbei von geeigneten Dampfleitungen 65 geführt, die eine gezielte Versorgung einzelner Dampfturbinen (HP, IP, LP) zur Stromerzeugung mittels eines Dampfprozesses ermöglichen. Zur Dampfbereitung steht ein

Abhitzedampferzeuger 70 zur Verfügung, welcher ausführungsge- maß durch Abgas der Expansionsstufe 51 der Gasturbine 50 mit Wärme versorgt wird.

Wie oben ausgeführt, kann dem Abhitzedampferzeuger 70 Wärme zur Konditionierung des der Hochtemperatur-Speichereinheit 20 zugeführten Luftstroms mittels des dritten Wärmetauschers 60 entnommen werden. Zusätzlich ist jedoch auch eine direkte Versorgung der Hochtemperatur-Speichereinheit 20 mit Wasser denkbar, die vorliegend über den zweiten Abschnitt des Lei ^¬ tungssystems 30 erfolgt. Hierzu ist der zweite Abschnitt 32 mit der Niederdruckschiene 67 der Dampfleitungen 65 der Turbinenanlage 80 fluidtechnisch gekoppelt. Je nach Bedarf kann aus dieser Niederdruckschiene 67 thermisch konditioniertes Wasser zur Versorgung der Hochtemperatur-Speichereinheit 20 entnommen werden.

Figur 2 zeigt eine schematische Schaltansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftwerksanordnung 1. Hierbei unterscheidet sich die Kraftwerksanordnung 1 von der in Figur 1 gezeigten Kraftwerksanordnung 1 im Wesentlichen dadurch, dass die Gasturbine 50 als Energieerzeugungseinheit 10 durch eine weitere Energieerzeugungseinheit 10 ersetzt ist. Insbesondere kann diese Energieerzeugungseinheit 10 als FeststoffVerbrennungskammer, als Wirbelschichtvergaser oder als nuklearer Hochtemperaturreaktor ausgeführt sein. Da die Wärmeübertragungsprinzipien in allen Ausführungsformen im We sentlichen vergleichbar sind, wurden keine zeichnerischen Un terscheidungen getroffen. Vielmehr ist es entscheidend, dass eine Wärmeübertragung über den ersten Wärmetauscher 40, der mit der Energieerzeugungseinheit 10 in thermischer Wirkver ^¬ bindung steht, erreicht wird.

Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass die von Figur 2 um- fassten Ausführungsformen auch Dampfleitungen 65 umfassen können, die eine geeignete Wärmeversorgung bzw. Wasserversor gung der Hochtemperatur-Speichereinheit 20 erlauben. Vorlie ^¬ gend wurde eine Hochdruckschiene 66 sowie eine Niederdruck ^¬ schiene 67 dargestellt, jedoch sind weitere Dampfleitungen 6 auf anderen Druckniveaus auch denkbar. Eine Wärmeversorgung wie auch eine Wasserversorgung der Hochtemperatur- Speichereinheit 20 kann über das Wasser aus diesen Dampflei ^¬ tungen 65 erfolgen.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsge ^¬ mäßen Kraftwerksanordnung 1, welche sich von den in Figur 2 dargestellten Ausführungsformen lediglich dahingehend unterscheidet, dass die Energieerzeugungseinheit 10 als Flugstrom vergaser ausgebildet ist. Da eine Integration des ersten Wär metauschers 40 in den Flugstromvergaser selbst technisch nicht sinnvoll ist, erfordert der Wärmeübertrag zwischen der Energieerzeugungseinheit 10 und dem ersten Wärmetauscher 40 zunächst einen Wärmeübertrag aus dem Flugstromvergaser an ei nen Abhitzedampferzeuger 70. In diesem Abhitzedampferzeuger 70 befindet sich der erste Wärmetauscher 40 angeordnet bzw. steht mit diesem in thermischer Wirkverbindung.

Figur 4 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver fahrens anhand eines Flussdiagramms. Ausführungsgemäß wird hierbei in einem ersten Schritt die Energieerzeugungseinheit 10 zur Erzeugung von nutzbarer thermischer Energie betrieben Nachfolgend wird in einem weiteren Schritt wenigstens ein Teil dieser thermischen Energie auf einen Luftstrom und/oder Wasserstrom und/oder Wasserdampfström übertragen. In einem dritten nachfolgenden Schritt kann nun die Hochtemperatur- Speichereinheit 20 mit dem thermisch konditionierten Luftstrom und/oder Wasserstrom und/oder Wasserdampfström versor werden, so dass ein Wärme- und/oder Wasserübertrag erfolgt.

Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen .