KRAFTWERKSSYSTEM UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINES SOLCHEN KRAFTWERKSSYSTEMS

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftwerkssystems, umfassend eine elektrochemische Speichereinheit und eine Anlage zur regenerativen Erzeugung von elektrischer Energie, sowie ein solches Kraftwerkssystem.

Elektrochemische Speichereinheiten können in einem Ladezustand elektrische Ladung aufnehmen und diese in einer che ^¬ misch geeigneten Form Zwischenspeichern. Beim Laden bzw. beim Entladung der elektrochemischen Speichereinheit erfolgt eine Umsetzung einer chemischen Speicherspezies zur Speicherung bzw. zur Gewinnung von elektrischer Leistung. Derartige elektrochemische Speichereinheiten können je nach Ausgestal ^¬ tung dazu ausgebildet sein, größere oder kleinere Mengen an elektrischer Leistung aufzunehmen bzw. abzugeben.

Vor allem bei der Speicherung von elektrischen Kraftwerksleistungen, speziell zur Zwischenspeicherung von Überschussstrom einer Anlage zur regenerativen Erzeugung von elektrischer Energie, treten mitunter hohe Ladungsstromdichten auf, welche in elektrochemischen Speichereinheiten merkbare thermische Verluste erzeugen können. Die Verlustleistung kann, je nach Lade- bzw. Entladebetrieb mitunter 10% und mehr betragen und wird typischerweise als Abwärme frei. Abhängig von den erzielten Stromspeicherdichten während des Lade- bzw.

Entladezustands kann die Verlustleistung mitunter auch deutlich über 10% liegen.

Elektrochemische Speichereinheiten können vorteilhaft in Verbindung mit Anlagen zur regenerativen Erzeugung von elektrischer Energie eingesetzt werden, da solche Anlagen eine stark fluktuierende Energieerzeugung aufweisen. Die Fluktuation der Stromerzeugung hingegen macht es im Interesse eines wirt ^¬ schaftlichen Betriebs mitunter erforderlich, dass Überschussstrom zu Zeiten eines übergroßen Stromangebots in den Strom- versorgungsnetzwerken einer anderen Nutzung oder einer Speicherung zugeführt wird. Eine Speicherung kann hierbei mit Hilfe einer geeigneten elektrochemischen Speichereinheit erreicht werden.

Um die thermische Verlustleistung während des Lade- bzw.

Entladezustands bei einer elektrochemischen Speichereinheit möglichst gering zu halten, werden typischerweise die Lade ^¬ bzw. Entladestromdichten soweit gesenkt, dass hohe

Abwärmeverluste weitgehend vermieden werden können. Obwohl der elektrische Wirkungsgrad mittels solcher Vorkehrungen ge ^¬ steigert werden kann, werden gleichzeitig andere wesentliche physikalische Betriebsparameter nachteilig geändert. So wird etwa die erforderliche Zeit zur Aufladung bzw. Entladung ei- ner elektrochemischen Speichereinheit deutlich verlängert.

Dies wiederum kann Einfluss auf die speicherbare elektrische Leistung haben und damit auf die Wirtschaftlichkeit des Be ^¬ triebs . Weiterhin zeigt es sich, dass elektrochemische Speicherein ^¬ heiten zur Erreichung eines effizienten Betriebs ein vorbestimmtes Temperaturniveau erreichen müssen, damit die darin ablaufenden elektrochemischen Vorgänge mit ausreichender Geschwindigkeit erfolgen können. Wird die Betriebstemperatur über eine kritische Temperatur jedoch weiter hinaus erhöht, kann es zur Verminderung der Ladeeffizienz bzw.

Entladeeffizienz bzw. sogar zur Zerstörung der elektrochemischen Speichereinheit kommen. Folglich ist es erforderlich, bei Betrieb einer elektrochemischen Speichereinheit eines Kraftwerkssystems eine geeignete Betriebstemperatur einzustellen und aufrecht zu erhalten. Die Betriebstemperaturen während des Entlade- bzw. Ladezustands sind hierbei zudem soweit geeignet anzupassen, dass die elektrochemischen Vorgänge in der Speichereinheit ausreichend schnell ablaufen können, jedoch die thermischen Verlustleistungen möglichst gering ausfallen. Zudem soll der Ladezustand erlauben, dass die anfallende elektrische Überschussenergie der von dem Kraftwerkssystem umfassten Anlage zur regenerativen Erzeugung von elektrischer Energie ausreichend schnell aufgenommen werden kann, ohne dass hierbei unwirtschaftliche Verluste durch Verwerfen der erzeugten Energiemengen in Kauf genommen werden müssen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es folglich, ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftwerkssystems vorzuschlagen, welches neben einer elektrochemischen Speichereinheit eine Anlage zur regenerativen Erzeugung von elektrischer Energie aufweist, sowie ein solches Kraftwerkssystem, welche die Nachteile aus dem Stand der Technik in der Lage sind, zu ver ^¬ meiden. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen energieeffizienten Betrieb eines solchen Kraft- werkssystems zu gewährleisten.

Hierbei ist darauf hinzuweisen, dass die vorliegende Erfin ^¬ dung sich lediglich auf den Betrieb von kraftwerkstechnischen elektrochemischen Speichereinheiten beschränken soll. Solche elektrochemischen Speichereinheiten sind in der Lage, im Verbund bzw. in Kombination mit einer kraftwerkstechnischen Anlagen Kraftwerksleistungen zwischenzuspeichern, um diese zu einem späteren Zeitpunkt einem elektrischen Versorgungsnetzwerk zur Verfügung zu stellen. Insbesondere betrifft die vor- liegende Erfindung nicht Batterien, die zur Zwischenspeiche- rung von elektrischen Leistungen geeignet sind, wie sie etwa im häuslichen oder automotiven Anwendungsbereich nachgefragt sind . Weiter sollen die von dem Kraftwerkssystem umfassten Anlagen zur Erzeugung von elektrischer Energie eine regenerative Energieerzeugung ermöglichen. Solche regenerativen Energiequellen zeichnen sich unter anderem auch durch eine hohe zeitliche Variabilität der erzeugten elektrischen Strommengen aus. Die Zwischenspeicherung der variablen Energiemengen erfordert jedoch nicht nur eine geeignete Schaltungstechnik zur gemeinsamen Verwendung mit einer elektrochemischen Speichereinheit, sondern auch eine Speichertechnik, welche die zahl- reichen, mitunter zeitlich stark schwankenden Lade- und

Entladezyklen unterstützen kann. Gleichzeitig müssen auch die hohen Anforderungen an die Lade- und Entladestromdichten erfüllt werden können. Folglich hat eine gemeinsame Verwendung von elektrochemischen Speichereinheiten in Verbindung mit Anlagen zur regenerativen Energieerzeugung andere Anforderungen zu erfüllen, als etwa eine gemeinsame Verwendung einer elekt ^¬ rochemischen Speichereinheit mit einer konventionellen Kraftwerksanlage .

Erfindungsgemäß wird die der Erfindung zugrunde liegende Auf ^¬ gabe durch ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftwerkssystems gemäß Anspruch 1 sowie durch ein solches Kraftwerkssystem gemäß Anspruch 9 gelöst.

Insbesondere wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftwerkssystems ge ^¬ löst, welches eine elektrochemische Speichereinheit umfasst, die in einem Ladezustand zum Speichern von elektrischer Leistung einer Anlage zur regenerativen Erzeugung von elektrischer Energie und in einem Entladezustand zur Abgabe von elektrischer Leistung betrieben wird, und die über eine thermische Schnittstelle eines Wärmeleitungssystems mit Wärme ^¬ transfermedium in dem Wärmeleitungssystem in thermischer Wechselwirkung steht, und welche ferner mit einer Wärmepumpe gekoppelt ist, welches Verfahren folgende Schritte aufweist:

Laden oder Entladen der elektrochemischen Speichereinheit unter Erzeugung von Abwärme durch das Laden oder Entladen;

Übertragen wenigstens eines Teils dieser Abwärme auf Wärmetransfermedium in dem Wärmeleitungssystem;

Erhöhen des Temperaturniveaus von Wärmetransfermedium in dem Wärmeleitungssystem durch Betreiben der Wärmepumpe unter Nutzung der übertragenen Abwärme. Ferner wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch ein Kraftwerkssystem gelöst, umfassend eine elektrochemische Speichereinheit, welche dazu ausgebildet ist, in einem Lade ^¬ zustand elektrische Leistung einer Anlage zur regenerativen Erzeugung von elektrischer Energie zu speichern und in einem Entladezustand elektrische Leistung abzugeben, die über eine thermische Schnittstelle eines Wärmeleitungssystems mit Wär ^¬ metransfermedium in dem Wärmeleitungssystem in thermischer Wechselwirkung steht, und welche ferner mit einer Wärmepumpe gekoppelt ist, die unter Nutzung von auf das Wärmetransferme ^¬ dium übertragene Abwärme das Temperaturniveau von Wärmetrans ^¬ fermedium in dem Wärmeleitungssystem erhöhen kann.

Erfindungsgemäß ist die elektrochemische Speichereinheit mit der Wärmepumpe zur thermischen Konditionierung des Wärmetransfermediums gekoppelt.

Erfindungsgemäß wird die bei Laden bzw. Entladen der kraft ^¬ werkstechnischen, elektrochemischen Speichereinheit erzeugte Abwärme auf Wärmetransfermedium in einem Wärmeleitungssystem übertragen. Das Wärmetransfermedium wird infolge dieses Vorgangs thermisch konditioniert, wodurch sich ein vorbestimmtes Temperaturniveau einstellt. Um Wärmetransfermedium jedoch auch noch für weitere Anwendungen bei einem höheren Temperaturniveau nutzbar zu machen, wird dem Wärmetransfermedium weiter Wärmenergie mittels einer Wärmepumpe zugeführt. Durch diese zusätzliche thermische Konditionierung kann das Tempe ^¬ raturniveau insbesondere soweit angehoben werden, dass auch prozesstechnische Anwendungen etwa im Niederwärmebereich (ca. 65°C bis ca. 130°C) mit einer geeigneten Menge an thermischer Energie versorgt werden können.

Die Erhöhung des Temperaturniveaus von Wärmetransfermedium in dem Wärmeleitungssystem erfolgt durch Betreiben der Wärmepum- pe unter Nutzung der übertragenen Abwärme. Hierbei ist darauf hinzuweisen, dass das Wärmeleitungssystem all diejenigen Leitungsabschnitte umfasst, welche wärmetechnisch die elektro ^¬ chemische Speichereinheit mit der Wärmepumpe verbinden, sowie diejenigen, die mit der Wärmepumpe selbst wärmetechnisch gekoppelt sind. Hierbei müssen die einzelnen Teile des Wärme ^¬ leitungssystems also nicht unbedingt fluidtechnisch miteinan ^¬ der verbunden sein, sondern können auch Teile umfassen, die lediglich wärmetechnisch miteinander verbunden sind. Folglich ist es auch nicht erforderlich, dass das in dem Wärmelei ^¬ tungssystem befindliche Wärmetransfermedium einheitlich ist. Vielmehr können unterschiedliche Arten von Wärmetransfermedi ^¬ um in unterschiedlichen, fluidtechnisch miteinander nicht verbundenen Teilen des Wärmeleitungssystems vorgesehen sein.

Neben der Erhöhung des Temperaturniveaus von Wärmetransferme ^¬ dium ermöglicht die Wärmeabfuhr von der elektrochemischen Speichereinheit die Einstellung einer geeigneten

Betriebtemperatur, ohne jedoch die dabei auftretende Verlust ^¬ wärme verwerfen zu müssen. Vielmehr wird die dabei anfallende Wärme soweit über das Wärmetransfermedium nutzbar gemacht, dass mitunter auch zu einem späteren Zeitpunkt, Prozesse mit dieser Wärme versorgt werden können. Diese Kombination von nutzbar gemachter Abwärme, Einstellung einer geeigneten Betriebstemperatur und geeigneter Einstellung des Temperaturniveaus von Wärmetransfermedium für weitere mit Wärme versorgte Prozesse - vor allem im Niederwärmebereich - ermöglicht, die Gesamteffizienz des Betriebs des Kraftwerkssystems zu erhö ^¬ hen .

Durch die Nutzbarmachung der Abwärme der elektrochemischen Speichereinheit kann folglich der Gesamtwirkungsgrad eines Kraftwerkssystems bestehend aus einer kraftwerkstechnischen elektrochemischen Speichereinheit, der Anlage zur regenerati- ven Erzeugung von elektrischer Energie und einer Wärmepumpe zur vorteilhaften thermischen Konditionierung des von dem Wärmeleitungssystem umfassten Wärmetransfermediums signifikant erhöht werden.

Durch die Nutzbarmachung der Abwärme der elektrochemischen Speichereinheit soll auch gewährleistet werden, die elektro ^¬ chemische Speichereinheit auf einem Temperaturniveau zu be ^¬ treiben, welches lediglich soviel Abwärme auf das Wärmetrans fermedium zu übertragen erlaubt, dass dieses nicht auf ein Temperaturniveau erwärmt wird, das über einem Arbeitsbereich der Wärmepumpe liegt. Das Wärmetransfermedium soll also nach Wechselwirkung mit der elektrochemischen Speichereinheit ins besondere nicht über das Temperaturniveau gehoben werden, welches es etwa nach der zusätzlichen Wechselwirkung mit der Wärmepumpe aufweisen soll. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass herkömmliche, industriell eingesetzte Wärmepumpen typi ^¬ scherweise nur eine Erhöhung des Temperaturniveaus auf 65°C bis 130°C ermöglichen. Eine Erhöhung darüber hinaus ist mit entsprechenden Parallelschaltungen von mehreren Wärmepumpen bzw. mit mit einem speziell angepassten Wärmefluid arbeitenden Wärmepumpen jedoch durchaus möglich.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Wärmetrans ^¬ fermedium in einem thermischen Speicher gemäß einem weiteren Schritt gespeichert wird. Eine Speicherung ermöglicht die Nutzbarmachung des thermisch konditionierten Wärmetransferme diums zu einem späteren Zeitpunkt. Hierbei kann die in dem Wärmetransfermedium gespeicherte Wärme entweder dem Kraft- werksprozess , dem Speicherprozess , oder aber auch unabhängi ^¬ gen Prozessen zugeführt werden. Ebenso ist eine Rückverstro- mung zu einem späteren Zeitpunkt unter Verwendung der in dem Wärmetransfermedium gespeicherten Wärme denkbar. Eine Rück- führung in einen Kraftwerksprozess kann beispielsweise durch Vorwärmung von Brennstoff eines Gasturbinenprozesses oder von Ansaugluft eines Gasturbinenprozesses erfolgen. Weitere unab ^¬ hängige Prozesse können beispielsweise die Anwendung von Fernwärme betreffen.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass Wärme des Wärmetransfermediums auf ein Speichermedium in einem thermischen Speicher gemäß einem weiteren Schritt übertragen wird. Das Speichermedium ermöglicht etwa eine geeignete Anpassung an die zwischen zu speichernden Wärmemengen. Ebenso kann das Speichermedium so gewählt werden, dass es technisch für den Temperaturbereich geeignet ist, welchen das Speichermedium während des Betriebs durchlaufen soll.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform des erfindungsge ^¬ mäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Schritt des Über ^¬ tragens wenigstens eines Teils der Abwärme der elektrochemi ^¬ schen Speichereinheit auf Wärmetransfermedium in einem ersten Teil des Wärmeleitungssystems erfolgt, und der Schritt des Erhöhens des Temperaturniveaus von Wärmetransfermedium durch Betreiben der Wärmepumpe in einem zweiten Teil des Wärmelei ^¬ tungssystem erfolgt, welcher mit dem ersten Teil des Wärmeleitungssystems fluidtechnisch nicht verbunden ist. Folglich erfolgt zwischen den beiden Teilen des Wärmeleitungssystems nur ein Wärmeaustausch, jedoch kein Fluidaustausch . Der Wärmeaustausch kann wiederum durch weitere Wärmeprozesses der Wärmepumpe vermittelt werden.

Entsprechend einer Weiterführung dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Wärmetransfermedium in dem ersten Teil des Wärmeleitungssystems unterschiedlich ist zu dem Wär ^¬ metransfermedium in dem zweiten Teil des Wärmeleitungssys- tems . Durch eine geeignete Wahl von Wärmetransfermedium m den einzelnen Teilen des Wärmeleitungssystems kann somit den technischen Anforderungen geeignet angepasst werden. Vor allem erlaubt die Ausführungsform eine hinsichtlich der Wärmeleitung angepasste Übertragung von Wärme zwischen den Teilen innerhalb der Wärmepumpe.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist auch vorgesehen, dass das Wärmetransfermedium und/oder das Speichermedium in einem weiteren Schritt mit einem Wärmetauscher eines Wasser- Dampf-Kreislaufs thermisch wechselwirkt, um Wasser in dem Wasser-Dampf-Kreislauf thermisch zu konditionieren . Dieser Schritt der thermischen Konditionierung folgt insbesondere dem Schritt der thermischen Behandlung von Wärmetransfermedi um mittels der Wärmepumpe nach. Die Konditionierung kann auf unterschiedlichen Temperaturniveaus erfolgen. So ist es ei ^¬ nerseits möglich, Wasser in dem Wasser-Dampf-Kreislauf auf ein Temperaturniveau zu erwärmen, welches unterhalb der Pha ^¬ senübergangsgrenze liegt. Ebenso ist es auch möglich, mittel des Wärmetransfermediums so viel Wärme auf das Wasser in dem Wasser-Dampf-Kreislauf zu übertragen, dass ein Phasenübergan eintritt. Der Wasser-Dampf-Kreislauf wiederum ist bevorzugt geeignet, in einem Dampfprozess die thermische Energie in elektrische umzuwandeln. Dies geschieht bspw. mittels eines Dampfturbinenprozesses .

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Wärmetransfermedium und/oder das Speichermedium in einem weiteren Schritt mit ei ner Heizvorrichtung thermisch wechselwirkt, die zur Nutzung von Niedertemperaturwärme ausgebildet ist. Niedertemperatur ^¬ wärme soll hierbei Wärme auf einem Temperaturniveau von 65°C bis höchstens 130°C sein. Ausführungsgemäß kann die Heizvor ^¬ richtung etwa eine Heizung im häuslichen Bereich wie auch im industriellen Bereich sein. Alternativ zu dieser Ausführungsform ist es auch denkbar, dass die Wärme des thermisch kondi ^¬ tionierten Wärmetransfermediums und/oder des Speichermediums in dem thermischen Speicher mittels eines mit dem thermischen Speicher gekoppelten Wärmetauschers abgeführt wird. Folglich kann die in dem thermischen Speicher zwischengespeicherte Wärme sowohl durch einen Abfluss von Wärmetransfermedium und/oder von Speichermedium bzw. auch durch einen ausschließlichen Wärmeabfluss ohne Fluidabfluss verwirklicht sein.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die elektroche ^¬ mische Speichereinheit derart in dem Ladezustand oder

Entladezustand betrieben wird, dass ein elektrischer Wirkungsgrad von höchstens 90%, insbesondere von höchstens 70% erreicht wird, wobei die Verlustleistung mehrheitlich in Abwärme überführt wird. Der elektrische Wirkungsgrad ist hier ^¬ bei als elektrische Speichereffizienz, also als Verhältnis von beim vollständigen Entladen abgegebener Menge an elektrischer Leistung und der beim vollständigen Laden aufgenommenen Menge an elektrischer Leistung während eines Lade- und an ^¬ schließenden Entladezyklus der Speichereinheit zu verstehen. Aufgrund des Betriebs der elektrochemischen Speichereinheit bei einem geringeren elektrischen Wirkungsgrad werden höhere thermische Verluste in Form von Abwärme erzeugt. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen erlaubt mitunter hohe Stromspeicherdichten bzw. Entladedichten, die ein schnelleres Laden bzw. Entladen der elektrochemischen Speichereinheit ermöglichen. Die gleichzeitig damit einhergehenden thermischen Verluste werden hinsichtlich der Gesamteffizienz des Verfahrens ausführungsgemäß weniger bedeutend, da die entstehende Abwärme auf das Wärmetransfermedium in dem Wärmeleitungssystem geeignet übertragen werden kann. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die elektrochemische Speicher ^¬ einheit während des Ladezustands und/oder während des

Entladezustands bei einem Temperaturniveau von höchstens 55°C, insbesondere von höchstens 45°C betrieben wird. Dieses Temperaturniveau erlaubt insbesondere die Verwendung von mit der Kraftwerkstechnik kompatiblen Akkumulatoren als elektrochemische Speichereinheiten, wie etwa Li-Ionen-Akkumulatoren, welche gewöhnlich als Li-Ionen-Batterien bezeichnet werden, die bei Raumtemperatur betrieben werden können.

Ausführungsgemäß ist es auch vorgesehen, dass das erhöhte Temperaturniveau des Wärmetransfermediums nach Betreiben der Wärmepumpe wenigstens 75°C, insbesondere wenigstens 95°C be ^¬ trägt. Dies erlaubt die Versorgung von niedertemperaturigen Industrieprozessen wie auch die Versorgung von Heizvorrichtungen in einem häuslichen Umfeld. So ist bei einer Erwärmung von im Haushalt benutzten Brauchwasser eine Temperaturgrenze von 75°C wünschenswert, da bei diesem Temperaturniveau zahl ^¬ reiche Keime, wie etwa Legionellen, im Wasser leicht abgetö ^¬ tet werden können.

Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Kraftwerkssystems ist vorgesehen, dass ein thermischer Spei ^¬ cher umfasst ist, welcher mit dem Wärmeleitungssystem wärmetechnisch und/oder fluidtechnisch verbunden ist und zur Speicherung von Wärmetransfermedium und/oder zur Speicherung von Speichermedium ausgebildet ist. Die Speicherung von thermisch konditioniertem Wärmetransfermedium und/oder Speichermedium ermöglicht, wie oben schon ausgeführt, eine zeitlich nachge ^¬ lagerte Verwendung des Wärmetransfermediums und/oder des Speichermediums zur thermischen Nutzung. Um das Temperaturniveau des aus dem Speicher entnommenen War metransfermediums oder des Speichermediums geeignet an die nachfolgende Nutzung anzupassen, kann auch vorgesehen sein, dass der thermische Speicher mittels einer Heizeinrichtung beheizbar ist.

Ebenso ist es denkbar, dass der thermische Speicher über ei ^¬ nen Wärmetauscher mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf gekoppelt ist. Dadurch kann dem thermischen Speicher direkt thermische Energie für die Nutzung in einem Wasser-Dampf-Kreislauf ent ^¬ nommen werden, ohne dass ein Wärmeverlust aufgrund eines Transports des Wärmetransfermediums zu einem anderen Ort in Kauf genommen werden muss. Über den Wasser-Dampf-Kreislauf kann beispielsweise ein Dampfturbinenprozess zur Rückverstro mung versorgt werden.

Wie oben in Bezug auf das Verfahren bereits ausgeführt, kann auch bei einem Kraftwerkssystem vorgesehen sein, dass die elektrochemische Speichereinheit bei Betrieb einen elektri ^¬ schen Wirkungsgrad von höchstens 90%, insbesondere von höchs tens 70% aufweist, wobei die Verlustleistung mehrheitlich in Abwärme überführt wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Kraftwerkssystems ist das Wärmetransfermedium und/oder das Speichermedium Luft. Das ausführungsgemäße Wärmetransfermedium und/oder Speichermedium eignet sich beispielsweise besonders zum Betrieb wie auch zur Abführung von Wärme bei Metall-Luft Batterien, die über Luft als Prozessgas versorgt werden. Gleichzeitig ist Luft jedoch auch als kostengünstiges und un gefährliches Wärmetransfermedium bzw. Speichermedium geeignet . Alternativ hierzu kann das Wärmetransfermedium und/oder das Speichermedium auch Wasser sein. Wasser erlaubt ebenfalls eine ungefährliche und kostengünstige Bereitstellung eines Wär ^¬ metransfermediums bzw. eines Speichermediums.

Um im Vergleich zu den vorherigen Wärmetransfermedien bzw. Speichermedien größere Mengen an thermischer Wärme zu transportieren, kann Thermoöl geeignet sein. Folglich kann das Wärmetransfermedium bzw. das Speichermedium auch Thermoöl sein .

Ausführungsgemäß ist auch bevorzugt, dass die elektrochemi ^¬ sche Speichereinheit eine Lithium-Ionen-Batterie umfasst bzw. ist. Lithium-Ionen-Batterien weisen eine Betriebstemperatur von etwa 35°C bis 45°C auf und ermöglichen somit die thermi ^¬ sche Konditionierung des Wärmetransfermediums auf ein Tempe ^¬ raturniveau über dem Umgebungstemperaturniveau, jedoch noch deutlich unter dem Niedertemperaturbereich von etwa 65°C bis 130°C, auf welchen es erst eine thermische Wechselwirkung mit einer Wärmepumpe anzuheben vermag.

Um ein noch darüber liegendes Wärmeniveau zu erreichen, ist es auch denkbar, dass das Kraftwerkssystem weiterhin eine zweite Wärmepumpe aufweist, welche dazu ausgebildet ist, Wär ^¬ me von einem weiteren Wärmereservoir auf das Wärmetransfermedium in dem Wärmeleitungssystem zu übertragen. Ein solches Wärmereservoir kann bspw. durch das Grundwasser, den Fernwärmerücklauf, Kühlwasser, Abluft oder Abgase oder sonstige Wär ^¬ mequellen gegeben sein. Die zweite Wärmepumpe kann mit der erfindungsgemäßen Wärmepumpe zudem auch gemeinsam geregelt werden .

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand schemati- scher Figuren im Detail näher erläutert. Hierbei sollen die schematischen Darstellungen keine Einschränkung hinsichtlich einer konkreten Ausführung der Erfindung darstellen. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass alle in der nachfolgenden Figur dargestellten Bestandteile für sich alleine wie auch in Gesamtheit beansprucht werden sollen.

Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausfüh- rungsform eines erfindungsgemäßen Kraftwerkssystems ;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftwerkssys- tems .

Das in Figur 1 gezeigte Kraftwerkssystem 1 umfasst eine kraftwerkstechnische elektrochemische Speichereinheit 2, die über ein Wärmeleitungssystem 6 mit einem thermischen Speicher 20 fluidtechnisch verbunden ist. Zwischen elektrochemischer

Speichereinheit 2 und thermischem Speicher 20 ist eine Wärme ^¬ pumpe 15 geschaltet, die die Nutzung der aus der elektroche ^¬ mischen Speichereinheit 2 abgeführten Abwärme ermöglicht, um Wärmetransfermedium 10 in dem Wärmeleitungssystem 6 geeignet thermisch zu konditionieren . Hierbei weist das Wärmeleitungs ^¬ system 6 einen erste Teil 7 auf, welcher mit der elektroche ^¬ mischen Speichereinheit 2 sowie der Wärmepumpe 15 verbunden ist, sowie einen zweiten Teil 7, welcher mit der Wärmepumpe 15 sowie dem thermischen Speicher 20 verbunden ist.

Bei Betrieb der elektrochemischen Speichereinheit 2 in einem Ladezustand bzw. in einem Entladezustand wird thermische Ab ^¬ wärme erzeugt, welche über eine thermische Schnittstelle 5 des Wärmeleitungssystems 6 auf das in dem Wärmeleitungssystem 6 befindliche Wärmetransfermedium 10 übertragen wird. Hierbei wird das Temperaturniveau des Wärmetransfermediums 10 bspw. von etwa 15°C auf etwa 40°C angehoben. Nach erfolgter thermischer Wechselwirkung wird das Wärmetransfermedium 10 der Wärmepumpe 15 zugeführt, welche einen Teil der Abwärme aus dem Wärmetransfermedium 10 auf Wärmetransfermedium 10 in dem zweiten Teil 8 des Wärmeleitungssystems 6 überträgt. Hierbei sinkt die Temperatur des Wärmetransfermediums 10 nach Wech ^¬ selwirkung mit der Wärmepumpe wieder auf bspw. 25 °C ab. Anschließend wird Wärmetransfermedium 10 in dem zweiten Teil 8 des Wärmeleitungssystems 6 einem thermischen Speicher 20 zu ^¬ geführt, in welchem es zwischengespeichert werden kann. Durch den Betrieb der Wärmepumpe 15 wird das Wärmetransfermedium 10 in dem zweiten Teil 8 des Wärmeleitungssystems 6 auf bspw. 130 °C angehoben. Diese Temperatur liegt folglich auch in dem thermischen Speicher 20 vor.

Alternativ zu der beschriebenen Ausführungsform ist es auch möglich, dass der thermische Speicher 20 ein Speichermedium 11 bevorratet, auf welches die Wärme des Wärmetransfermediums 10 übertragen wird.

Aus dem thermischen Speicher 20 kann das Wärmetransfermedium 10 bzw. das Speichermedium 11 zur geeigneten Wärmenutzung zu einem späteren Zeitpunkt gemäß einer Ausführungsform abgeführt werden. So ist es bspw. möglich, das Wärmetransfermedi ^¬ um 10 bzw. das Speichermedium 11 einem nicht weiter gezeigten Wasser-Dampf-Kreislauf 40 bzw. einer Heizvorrichtung 50 zuzu ^¬ führen .

Die elektrochemische Speichereinheit 2 wird bei einem Ladezu ^¬ stand mit elektrischer Energie aus einer Anlage 100 zur rege ^¬ nerativen Erzeugung von elektrischer Energie versorgt. Diese Anlage ist bevorzugt eine Photovoltaik-Anlage, kann jedoch auch als Biogas-, Geothermie- oder Windkraft-Anlage ausgebil ^¬ det sein. Die Speicherung von elektrischer Energie während des Ladezustands ist symbolisch mit einem Pfeil 110 veran ^¬ schaulicht. Ebenso kann während eines Entladezustands die elektrochemische Speichereinheit 2 elektrische Energie bei Bedarf wieder abgeben. Dies ist beispielhaft durch den Pfeil mit dem Bezugszeichen 120 veranschaulicht.

Um das Temperaturniveau des Wärmetransfermediums 10 bzw. des Speichermediums 11 in dem thermischen Speicher 20 geeignet anzupassen, ist ausführungsgemäß fernerhin vorgesehen, dass eine Heizeinrichtung 35 eine weitere thermische Konditionie ^¬ rung des Wärmetransfermediums 10 ermöglicht. Die Heizeinrich ^¬ tung 35 kann als Widerstandsheizeinrichtung ausgebildet sein und erlaubt, die erzeugte Wärme direkt in den thermischen Speicher 20 abzugeben.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann auch die in dem thermischen Speicher 20 befindliche thermische Energie mit ^¬ tels eines Wärmetauschers 30 aus diesem entnommen werden. Die so entnommene Wärme kann dann bspw. einem nicht weiter ge ^¬ zeigten Nutzkreislauf, bspw. einem Wasser-Dampf-Kreislauf zu ^¬ geführt werden, der etwa mit einer nicht weiter gezeigten Dampfturbine zusammen wirkt, und die entnommene Wärme zur Rückverstromung einsetzt.

Die Wärmepumpe 15 ermöglicht vorliegend Wärme des Wärmetrans ^¬ fermediums 10 in dem ersten Teil 7 des Wärmeleitungssystems 6 auf das Wärmetransfermedium 10 in dem zweiten Teil 8 des Wärmeleitungssystems 6 zu übertragen. Hierzu kann die Wärmepumpe mitunter einen elektrisch betriebenen Kompressor aufweisen, welcher ein Kompressionsfluid verdichtet und damit gleichzei ^¬ tig auf ein höheres Temperaturniveau anhebt. Das Kompressi- onsfluid weist ausführungsgemäß auch Wärme auf, welche dem Wärmetransfermedium 10 in dem ersten Teil 7 des Wärmeleitungssystems 6 entnommen wurde. Das komprimierte Kompressi- onsfluid gibt seinerseits diese Wärme wieder an Wärmetrans ^¬ fermedium 10 in dem zweiten Teil 8 des Wärmeleitungssystems 6 ab, so dass das Temperaturniveau dieses Wärmetransfermediums 10 entsprechend erhöht werden kann. Anschließend wird das komprimierte Kompressionsfluid typischerweise wieder ent ^¬ spannt, wobei das Temperaturniveau des Kompressionsfluids wieder gesenkt wird.

Fig.2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 im Wesentlichen nur dahingehend unterscheidet, dass der thermische Speicher 20 lediglich einen Wärmetauscher 30 aufweist (gestrichelt gezeichnet) , der einen Wärmeaustausch, jedoch keinen Fluid- austausch mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf 40 ermöglicht. Der Wasser-Dampf-Kreislauf 40 ist ebenso mit dem thermischen Speicher 20 verschaltet. Der Wasser-Dampf-Kreislauf 40 kann auch durch einen Fernwärmeversorgungskreislauf ersetzt sein.

Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen .