CH705028B1 - Combined heat and power unit with combined heat storage. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung mit kombinierten Wärmespeichern. Erfindungsgemäss ist ein Wärmespeicher (2) für ein hohes und ein Wärmespeicher (3) für ein niedriges Temperaturniveau vorgesehen. Damit kann der Stromerzeuger (1, 15) der Kraft-Wärme-Kopplung Wärme auf verschiedenen Temperaturniveaus liefern.The invention relates to a plant for combined heat and power with combined heat accumulators. According to the invention, a heat store (2) is provided for a high and a heat store (3) for a low temperature level. Thus, the power generator (1, 15) of the combined heat and power supply heat at different temperature levels.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung mit kombinierten Wärmespeichern. The invention relates to a plant for combined heat and power with combined heat storage.

[0002] Eine Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung (KWK-Anlage) dient der Gewinnung elektrischer Energie und der Gewinnung von Nutzwärme. Sie wird vorzugsweise am Ort oder in der Nähe der Nutzwärmesenke betrieben. Als Antrieb für den Stromerzeuger können zum Beispiel Verbrennungsmotoren wie Diesel- oder Ottomotoren, Stirlingmotoren, Brennkraftturbinen, Dampfmaschinen oder Brennstoffzellen verwendet werden. A plant for combined heat and power (CHP plant) is used to generate electrical energy and the recovery of useful heat. It is preferably operated at the location or in the vicinity of the Nutzwärmesenke. As a drive for the power generator, for example, internal combustion engines such as diesel or gasoline engines, Stirling engines, combustion turbines, steam engines or fuel cells can be used.

[0003] Der höhere Gesamtnutzungsgrad gegenüber der herkömmlichen Kombination von lokaler Heizung und zentralem Kraftwerk resultiert daraus, dass die Abwärme der Stromerzeugung direkt am Ort der Entstehung genutzt wird. Der Wirkungsgrad der Stromerzeugung liegt dabei typischerweise, abhängig von der Anlagengrösse, Bauart und Betriebsart, zwischen 15% und 45%. Durch die ortsnahe Nutzung der Abwärme wird die eingesetzte Primärenergie aber zu 80% bis über 90% genutzt. Im Vergleich zu zentralen Grosskraftwerken zur Gewinnung elektrischer Energie ohne Wärmenutzung können dezentrale Blockheizkraftwerke Primärenergie einsparen. The higher overall efficiency compared to the conventional combination of local heating and central power plant results from the fact that the waste heat from electricity generation is used directly at the place of origin. The efficiency of electricity generation is typically between 15% and 45%, depending on the plant size, design and operating mode. By local use of waste heat, the primary energy used but used to 80% to over 90%. Decentralized combined heat and power plants can save primary energy compared to centralized large-scale power plants that generate electricity without using heat.

[0004] Anlagen zur Kraft-Wärme-Kopplung sind im Betrieb durch die technische Nutzbarkeit der jeweils über den Momentanbedarf hinaus erzeugten Wärme eingeschränkt. Deshalb besteht z.B. im Sommerbetrieb das Risiko, dass die gleichzeitig mit elektrischer Energie erzeugte Wärme als Abfallwärme ungenutzt rückgekühlt wird. Systems for cogeneration are limited in operation by the technical usability of each generated beyond the instantaneous demand heat. Therefore, there is e.g. In summer operation there is the risk that the heat generated at the same time as electrical energy will be recuperated unused as waste heat.

[0005] Es ist bekannt, mehr oder weniger grosse Warmwasserspeicher in das System zu integrieren, welche als Wärmepuffer variable Wärmelasten zugunsten eines optimalen Betriebs der Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung zu vergleichmässigen. Solche Wasserspeicher weisen jedoch häufig relativ grosse Verlustwärmeströme auf und eignen sich nur zum Speichern eines Wärmebedarfs für wenige Tage, sofern sie nicht ungewöhnlich gross ausgeführt werden. Der zur Verfügung stehende Einbauraum gestattet jedoch üblicherweise nicht den Aufbau sehr grosser Speicher. It is known to integrate more or less large hot water tank into the system, which as a heat buffer variable heat loads in favor of optimal operation of the plant for combined heat and power to equalize. However, such water reservoirs often have relatively large heat loss streams and are only suitable for storing a heat requirement for a few days, unless they are made unusually large. However, the available installation space usually does not allow the construction of very large memory.

[0006] Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung bereitzustellen, die auch in Betriebszeiten mit geringem Wärmebedarf zur Deckung des Bedarfs an elektrischer Energie genutzt werden kann und welche die vorgenannten Nachteile nicht aufweist. It is an object of the invention to provide a system for combined heat and power, which can be used even in operating hours with low heat demand to meet the demand for electrical energy and which does not have the aforementioned disadvantages.

[0007] Erfindungsgemäss wird die Aufgabe durch eine Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung gemäss den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu wird die Anlage durch Einbindung eines Latentwärmespeichers im Form eines Sorptionsspeichers und/oder Speichers mit Phasenwechselmaterial (PCM-Speicher) oder einer Kombination verschiedener Speicherbauarten angepasster Kapazität ergänzt. Ein Sorptionsspeicher gestattet die praktisch verlustlose Pufferung latent gespeicherter Wärme über lange Zeiträume, weil er auch bei vollständigem Verlust des sensiblen Wärmeinhalts die gespeicherte latente Wärme behält. Ein PCM-Speicher gestattet die Erhöhung der Speicherdichte und des Wärmekomforts durch Temperaturstabilisierung, weil er im Temperaturbereich des Phasenwechsels seines Speichermaterials eine grosse Erhöhung seiner spezifischen Wärmekapazität aufweist. Ergänzend können Vorrichtungen verwendet werden, welche eine Nutzung des sensiblen Wärmeinhalts des Sorptionsspeichers gestatten, z.B. zur Brauchwassererwärmung, Brauchwasservorwärmung oder Erwärmung bzw. Vorwärmung eines Niedertemperatur-Heizsystems wie z.B. Fussbodenheizung. Weiterhin können die Speicher mit elektrischen Heizungen ausgestattet werden, um bei Verfügbarkeit überschüssiger Elektroenergie die Speicher nachzuladen. According to the invention the object is achieved by a plant for combined heat and power according to the features of claim 1. For this purpose, the system is supplemented by incorporating a latent heat accumulator in the form of a sorption storage and / or storage with phase change material (PCM storage) or a combination of different storage capacities adapted capacity. Sorption storage allows virtually lossless buffering of latent stored heat over long periods of time because it retains stored latent heat even with total loss of sensible heat content. A PCM memory allows the increase of the storage density and thermal comfort by temperature stabilization because it has a large increase in its specific heat capacity in the temperature range of the phase change of its storage material. In addition, devices may be used which permit the use of the sensible heat content of the sorption reservoir, e.g. for domestic water heating, hot water preheating or heating or preheating of a low-temperature heating system such. Underfloor heating. Furthermore, the storage can be equipped with electric heaters to recharge the storage in excess of available electricity.

[0008] Die Abkühlung von Wärmeströmen mit hohem Temperaturniveau auf Wärmeströme mit niedrigem Temperaturniveau bewirkt eine Verminderung der Effizienz, weil ein erheblicher Teil der Exergie ungenutzt bleibt. Erfindungsgemäss ist ein Niedertemperatur-Wärmespeichersystem vorgesehen, das von Wärmeströmen aus Wärmequellen gespeist wird. Erfindungsgemäss ist ebenfalls ein Hochtemperatur-Wärmespeichersystem vorgesehen, das von einem Wärmestrom auf hohem Temperaturniveau von einer Wärmequelle gespeist wird, welche Wärme auf relativ hohem Temperaturniveau liefert. The cooling of heat streams with a high temperature level to heat streams with a low temperature level causes a reduction in efficiency, because a significant part of the exergy remains unused. According to the invention, a low-temperature heat storage system is provided, which is fed by heat flows from heat sources. According to the invention, there is also provided a high-temperature heat storage system which is fed by a heat flow at a high temperature level from a heat source which supplies heat at a relatively high temperature level.

[0009] Insgesamt lassen sich durch das System in Verbindung mit geeigneter Anlagenregelung Wirtschaftlichkeit und Komfort verbessern. Bei geeigneter Auslegung sind Systeme mit Saisonalspeichern herstellbar, welche einen optimierten Betrieb der Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung gestatten, ohne dass Zusatzaggregate wie Spitzenlastkessel erforderlich wären, und ohne dass besonderer Aufwand zur Ermöglichung von Leistungsmodulation des KWK-Systems erforderlich wäre. Gleichzeitig kann die Anlage auf diese Weise in minimaler Baugrösse und sehr kostengünstig konstruiert werden, weil sie ohne Erfordernis einer Leistungsmodulation für die durchschnittliche Last ausgelegt werden kann. Overall, can be improved by the system in conjunction with suitable system control economy and comfort. With a suitable design, systems can be produced with seasonal storage, which allow an optimized operation of the plant for combined heat and power without additional units such as peak load boiler would be required, and without any special effort to enable power modulation of the CHP system would be required. At the same time, the plant can be constructed in this way in a minimum size and at a very low cost because it can be designed without the need for a power modulation for the average load.

[0010] Die Erfindung wird anhand der Figuren detailliert erläutert. The invention will be explained in detail with reference to FIGS.

[0011] Es stellen dar: <tb>Fig. 1 :<SEP>ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemässen Anlage aus Wärmekraftmaschine in Kombination mit Wärmespeichersystemen <tb>Fig. 2 :<SEP>ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemässen Anlage aus Wärmekraftmaschine in Kombination mit Wärmespeichersystemen und einem zusätzlichen Brennwert-Wärmetauscher. <tb>Fig. 3 :<SEP>ein Energieflussdiagramm der erfindungsgemässen Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung beim Aufladen des Sorptionsspeichers, <tb>Fig. 4 :<SEP>ein Energieflussdiagramm der erfindungsgemässen Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung beim Entladen des Sorptionsspeichers, <tb>Fig. 5 :<SEP>ein Energieflussdiagramm der erfindungsgemässen Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung beim elektrischen Aufladen des Sorptionsspeichers, <tb>Fig. 6 :<SEP>ein Energieflussdiagramm der erfindungsgemässen Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung beim Entladen der Ladewärme des Sorptionsspeichers,[0011] FIG. <Tb> FIG. 1: <SEP> is a block diagram of an inventive system of heat engine in combination with heat storage systems <Tb> FIG. 2: <SEP> is a block diagram of a plant according to the invention from a heat engine in combination with heat storage systems and an additional condensing heat exchanger. <Tb> FIG. 3: <SEP> an energy flow diagram of the plant according to the invention for cogeneration during charging of the sorption storage, <Tb> FIG. 4: <SEP> an energy flow diagram of the inventive plant for combined heat and power during unloading of the sorption storage, <Tb> FIG. 5: <SEP> an energy flow diagram of the plant according to the invention for cogeneration during electric charging of the sorption storage, <Tb> FIG. 6: <SEP> an energy flow diagram of the plant according to the invention for cogeneration during discharge of the charging heat of the sorption storage,

[0012] Fig. 1 illustriert den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemässen Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung mit kombinierten Wärmespeichern. Eine Kraftmaschine 1 liefert mechanische Energie, die zum Antrieb eines Generators 15 verwendet wird, der Strom für den häuslichen Verbrauch oder zur Einspeisung ins Stromnetz liefert. Erfindungsgemäss kann anstelle der Kraftmaschine 1 und des Generators 15 auch eine Brennstoffzelle zum Einsatz kommen. Die dabei anfallende Wärme wird für Heizzwecke verwendet. Die gleichzeitige Nutzung von Kraft und Wärme wird als Kraft-Wärme-Kopplung bezeichnet. In Fig. 1 ist die Funktion der Kraftmaschine 1 ausschliesslich als Wärmequelle dargestellt. Für die Stromerzeugung wird auf den Stand der Technik verwiesen. Bei der Kraftmaschine kann es sich zum Beispiel um eine Kraftmaschine handeln, die auf dem Otto-, Diesel-, Dampf-, Stirling-, Ericsson- oder Joule-Verfahren basiert. Die Kraftmaschine 1 liefert Wärme auf mindestens zwei verschiedenen Temperaturniveaus, z.B. einen Kühlwasserstrom von 80 °C und einen Abgasstrom mit einer Temperatur im Bereich von 300 bis 600 °C. Die Wärmeströme werden mittels einer Leitung für Hochtemperatur-Wärmestrom 9, eines Hochtemperatur-Wärmetauschers 5 sowie daran anschliessend einer Leitung für kaltes Abgas 10 und einem Schornstein 11, sowie mittels einer Leitung für Niedertemperatur-Medienstrom 13 und eines Niedertemperatur-Wärmetauschers 6 unter Zuhilfenahme zirkulierender Wärmträgerkreise mit Pumpen 4 auf Speichermedien in dem Hochtemperatur-Wärmespeichersystem 2 und dem Niedertemperatur-Wärmespeichersystem 3 übertragen. Fig. 1 illustrates the basic structure of the inventive plant for combined heat and power with combined heat storage. An engine 1 provides mechanical energy used to drive a generator 15 that supplies power for domestic use or for powering the grid. According to the invention, instead of the engine 1 and the generator 15, a fuel cell may also be used. The resulting heat is used for heating purposes. The simultaneous use of power and heat is called combined heat and power. In Fig. 1, the function of the engine 1 is shown exclusively as a heat source. For power generation reference is made to the state of the art. The engine may, for example, be an engine based on the Otto, Diesel, Steam, Stirling, Ericsson or Joule process. The engine 1 supplies heat at at least two different temperature levels, e.g. a cooling water flow of 80 ° C and an exhaust gas stream with a temperature in the range of 300 to 600 ° C. The heat flows are by means of a line for high-temperature heat flow 9, a high-temperature heat exchanger 5 and then a line for cold exhaust gas 10 and a chimney 11, and by means of a line for low-temperature medium flow 13 and a low-temperature heat exchanger 6 with the aid of circulating Wärmträgerkreise with pumps 4 transferred to storage media in the high-temperature heat storage system 2 and the low-temperature heat storage system 3.

[0013] Das Hochtemperatur-Wärmespeichersystem 2 und das Niedertemperatur-Wärmespeichersystem 3 weisen jeweils Wärmetauscher 12 auf, mit denen die Wärme ausgekoppelt werden kann und mittels Anschlüssen 8 einem Wärmeträgerkreislauf zur Mitteltemperatur-Wärmesenke, beispielsweise einem Brauchwassererwärmungssystem, oder mittels Anschlüssen 7 einem Wärmeträgerkreislauf zur Niedertemperatur-Wärmesenke, beispielsweise einem Niedertemperatur-Heizungssystem, zugeführt wird. Darüber hinaus ist das Hochtemperatur-Wärmespeichersystem 2 durch eine elektrische Heizung 21 zusätzlich beheizbar, um beispielsweise in Zeiten mit geringen Strompreisen die preiswerte elektrische Energie zu nutzen. Erfindungsgemäss trifft dies alternativ oder zusätzlich auch auf das Niedertemperatur-Wärmespeichersystem 3 zu. The high-temperature heat storage system 2 and the low-temperature heat storage system 3 each have heat exchanger 12, with which the heat can be coupled and by means of connections 8 a heat transfer medium-temperature heat sink, for example, a service water heating system, or by means of connections 7 a heat transfer to the low temperature Heat sink, for example, a low-temperature heating system, is supplied. In addition, the high-temperature heat storage system 2 by an electric heater 21 is additionally heated to use, for example, in times of low electricity prices, the low-cost electrical energy. According to the invention, this applies alternatively or additionally also to the low-temperature heat storage system 3.

[0014] Erfindungsgemäss sind auch weitere Wärmespeichersysteme für zusätzliche Speicher-Temperaturstufen enthalten. Das Hochtemperatur-Wärmespeichersystem 2 ist zweckmässigerweise als Latentwärmespeicher ausgeführt, um eine hohe Speicherdichte bei beschränkter Maximaltemperatur zu erreichen. Dies kann ein Sorptionsspeicher sein, z.B. mit einem Zeolithen, der bei einer Temperatur von 150 bis 300 °C getrocknet wird. Weitere Wärmespeichermedien sind beispielsweise Salzschmelze oder Metallschmelze. Der Restwärmestrom, welcher mit dem Wärmeträger (Abgas) aus dem Hochtemperatur-Wärmespeichersystem fortgeführt wird, sollte zweckmässig durch einen hier nicht dargestellten Wärmetauscher auf ein Niedertemperatur-Nutzwärmesystem übertragen werden, um auch diesen Energieanteil zu nutzen. Weiterhin wird der Niedertemperatur-Wärmestrom, zum Beispiel der Kühlwasserstrom der Kraftmaschine zur Erwärmung eines Niedertemperatur-Wärmespeichersystems 3 genutzt. Das Wärmespeichersystem 3 ist z.B. mit Phasenwechselmaterial, insbesondere Paraffinschmelze oder Salzhydratschmelze ausgeführt, welches bei einer für die optimale Energieausnutzung in Verbindung mit den Temperaturniveaus der Wärmequelle, beispielsweise der Kühlwasserstrom, und der Wärmesenke, beispielsweise der Gebäudeheizung, Phasenwechseltemperatur betrieben wird. Diese Temperatur liegt z.B. bei ca. 25 °C für ein Niedertemperatur-Heizungssystem oder bei ca. 60 °C oder 80 °C für ein Brauchwassererwärmungssystem. Es ist ebenfalls erfindungsgemäss eingeschlossen, auch mehrere separate Hochtemperaturwärmespeicher 2 und/oder Niedertemperaturwärmespeicher 3 auf verschiedenen Temperaturniveaus zu betreiben, um eine dem Wärmebedarf auf den verschiedenen Nutz- und Speichertemperaturniveaus gemässe Aufteilung der Wärmemengen zu erzielen. Weiterhin ist es auch erfindungsgemäss eingeschlossen, z.B. durch geeignete bauliche Anordnung, beispielsweise nach dem Matrjoschka-Prinzip aufgebaute einander umfangende Speichersysteme oder durch Schichtenspeicher die sensiblen Verlustwärmeströme der jeweils wärmeren Speicher zur Erhaltung und Nachladung der bei jeweils niedrigerer Temperatur betriebenen Wärmespeicher zu verwenden. Die Dimensionierung der Speicherkapazitäten und Wärmetauscherflächen auf den technisch sinnvollen Temperaturniveaus kann zweckmässig auf Grundlagen einer Pinch-Analyse des Systems gekoppelter Wärmequellen und Wärmesenken erfolgen. According to the invention, other heat storage systems for additional storage temperature levels are included. The high-temperature heat storage system 2 is expediently designed as a latent heat storage in order to achieve a high storage density at a limited maximum temperature. This may be a sorption reservoir, e.g. with a zeolite, which is dried at a temperature of 150 to 300 ° C. Further heat storage media are, for example, molten salt or molten metal. The residual heat flow, which is continued with the heat transfer medium (exhaust gas) from the high-temperature heat storage system, should be conveniently transferred by a heat exchanger, not shown here to a low-temperature Nutzwärmesystem to use this energy share. Furthermore, the low-temperature heat flow, for example, the cooling water flow of the engine for heating a low-temperature heat storage system 3 is used. The heat storage system 3 is e.g. carried out with phase change material, in particular paraffin melt or salt hydrate melt, which is operated at a for optimal energy utilization in conjunction with the temperature levels of the heat source, such as the cooling water flow, and the heat sink, for example, the building heating, phase change temperature. This temperature is e.g. at about 25 ° C for a low temperature heating system or at about 60 ° C or 80 ° C for a domestic water heating system. It is also included according to the invention to operate a plurality of separate high-temperature heat storage 2 and / or low-temperature heat storage 3 at different temperature levels in order to achieve a heat distribution at the various utility and storage temperature levels according to distribution of heat quantities. Furthermore, it is also included according to the invention, e.g. by suitable structural arrangement, for example, built according to the matryoshka principle, each other comprehensive storage systems or by stratified storage to use the sensitive loss heat flows of each warmer memory for maintaining and recharging the operated at a lower temperature heat storage. The dimensioning of the storage capacities and heat exchanger surfaces to the technically meaningful temperature levels can be carried out expediently on the basis of a pinch analysis of the system coupled heat sources and heat sinks.

[0015] Fig. 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau aus Fig. 1 , ergänzt um einen mit der Leitung für kaltes Abgas 10 verbundenen Wärmetauscher 14 zur Restwärmenutzung aus dem Abgas des Hochtemperatur-Wärmetauschers 5. Die Verwendung der Restwärme aus dem Abgas dient hier der Vorwärmung des Rücklaufs von der Niedertemperatur-Wärmesenke zum Niedertemperatur-Wärmespeicher 3. Zu diesem Zweck wird der zusätzliche Wärmetauscher 14 in den Wärmeträgerkreislauf des Niedertemperatur-Wärmeverteilsystems 7 eingekoppelt, bevor das weitestmöglich abgekühlte Abgas in den Schornstein 11 entlassen wird. Alternativ kann die Abgaskühlung auch an einer anderen, möglichst kalten Nutzwärmesenke erfolgen. Dadurch wird eine Brennwertnutzung erreicht. Fig. 2 shows the basic structure of Fig. 1, supplemented by a connected to the line for cold exhaust gas 10 heat exchanger 14 for residual heat from the exhaust gas of the high-temperature heat exchanger 5. The use of residual heat from the exhaust gas is used here, the preheating the return from the low-temperature heat sink to the low-temperature heat storage 3. For this purpose, the additional heat exchanger 14 is coupled into the heat transfer circuit of the low-temperature heat distribution system 7, before the exhaust gas cooled as far as possible is discharged into the chimney 11. Alternatively, the exhaust gas cooling can also be done on another, as cold as possible Nutzwärmesenke. As a result, a calorific value utilization is achieved.

[0016] Fig. 3 stellt ein Energieflussdiagramm bzw. ein Leistungsflussdiagramm der erfindungsgemässen Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung aus Fig. 1 oder 2 beim Aufladen des Hochtemperatur-Wärmespeichersystems 2 und/oder des Niedertemperatur-Wärmespeichersystems 3 dar. Die Funktion der Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung wird zunächst anhand des Energieflusses beschrieben. Die Kraftmaschine 1 mit angekoppeltem Generator 15 oder eine Brennstoffzelle wandelt die im Brennstoff gespeicherte Energie 100 in elektrische Energie 103 und in Wärmeenergie 102 um. Die elektrische Energie 103 wird an ein hier nicht dargestelltes elektrisches Netz abgegeben. Durch Verlustwärme der Kraftmaschine 1 (heisses Abgas 9 in Fig. 1 , Wärme aus Rückkühlung eines Kühlwasserkreises 131 und des Ölkreislaufs 132, katalytische Nachverbrennung unverbrannten Brennstoffs, Abwärmeströme aus Wärmetauschern zur Auskopplung von Hochtemperatur-Wärme) und der Hilfsaggregate, wie beispielsweise einer Umwälzpumpe 4 fällt Wärme an, die nach dem Stand der Technik direkt für Heizzwecke genutzt werden soll. Die Abkühlung von Wärmeströmen mit hohem Temperaturniveau auf Wärmeströme mit niedrigem Temperaturniveau bewirkt jedoch eine Verminderung der Effizienz, weil ein erheblicher Teil der Energie ungenutzt bleibt. Erfindungsgemäss ist ein Niedertemperatur-Wärmespeichersystem 3 vorgesehen, das eine Vergleichmässigung der Temperaturniveaus im Bereich seiner auslegungsgemässen Betriebstemperatur bewirkt. Das Niedertemperatur-Wärmespeichersystem 3 wird von verschiedenen Wärmeströmen 112 aus verschiedenen Wärmequellen 15, 4, 13, 131, 132, 5 gespeist. Erfindungsgemäss ist ebenfalls ein Hochtemperatur-Wärmespeichersystem 2 vorgesehen, der von einem Wärmestrom 122 auf hohem Temperaturniveau von einer Wärmequelle 5 gespeist wird, welche Wärme auf relativ hohem Temperaturniveau liefert. So kann beispielsweise Abgaswärme über einen Abgaswärmetauscher 5 genutzt werden, um Energie im Hochtemperatur-Wärmespeichersystem 2 einzulagern. Abhängig vom verwendeten Material können dies zum Beispiel Temperaturen von 80 °C, 150 °C oder 300 °C sein. Beispielsweise wird bei einem Zeolith-Sorptionswärmespeicher das vom Zeolith gebundene Wasser in dieser Phase aus dem Zeolith ausgetrieben. Der Vorteil ist, dass nach dem Aufladen des Sorptionswärmespeichers die latent gespeicherte Wärme ohne Wärmeverluste beliebig lange gespeichert werden kann, sofern der erneute Zutritt von Feuchtigkeit durch geeignete Massnahmen verhindert wird. Fig. 3 shows an energy flow diagram and a power flow diagram of the inventive plant for combined heat and power of Fig. 1 or 2 during charging of the high-temperature heat storage system 2 and / or the low-temperature heat storage system 3. The function of the system for Cogeneration is first described in terms of energy flow. The engine 1 with a coupled generator 15 or a fuel cell converts the energy stored in the fuel 100 into electrical energy 103 and thermal energy 102. The electrical energy 103 is delivered to an electrical network, not shown here. By heat loss of the engine 1 (hot exhaust gas 9 in Fig. 1, heat from recooling of a cooling water circuit 131 and the oil circuit 132, catalytic afterburning unburned fuel, waste heat from heat exchangers for coupling high-temperature heat) and the auxiliary equipment, such as a circulating pump 4 falls Heat to be used in the prior art directly for heating purposes. However, the cooling of high temperature level heat streams to low temperature level heat streams causes a reduction in efficiency because a significant portion of the energy remains unused. According to the invention, a low-temperature heat storage system 3 is provided which effects a uniforming of the temperature levels in the region of its design operating temperature. The low-temperature heat storage system 3 is fed by different heat flows 112 from different heat sources 15, 4, 13, 131, 132, 5. According to the invention, a high-temperature heat storage system 2 is also provided, which is fed by a heat flow 122 at a high temperature level from a heat source 5 which supplies heat at a relatively high temperature level. For example, exhaust heat can be used via an exhaust gas heat exchanger 5 to store energy in the high-temperature heat storage system 2. Depending on the material used, these may be, for example, temperatures of 80 ° C, 150 ° C or 300 ° C. For example, in a zeolite sorption heat storage, the zeolite-bound water is expelled from the zeolite in this phase. The advantage is that after charging the sorption heat storage, the latent heat stored without heat loss can be stored as long as the re-entry of moisture is prevented by appropriate measures.

[0017] Fig. 4 stellt das in Fig. 3 dargestellte Energieflussdiagramm für den Betriebszustand dar, in dem das Hochtemperatur-Wärmespeichersystem 2 entladen wird. Beispielsweise beim Zeolith-Sorptionswärmespeicher erfolgt dies durch Zuführen von Wasser. Die während dem in Fig. 3 dargestellten Betriebszustand eingelagerte Energie wird nun wieder genutzt und beispielsweise einem Heizkreislauf zugeführt oder für Brauchwassererwärmung genutzt. FIG. 4 illustrates the power flow diagram for the operating condition illustrated in FIG. 3 in which the high temperature heat storage system 2 is being unloaded. For example, in the zeolite sorption heat storage, this is done by supplying water. The stored during the operating state shown in Fig. 3 energy is now used again and fed, for example, a heating circuit or used for domestic water heating.

[0018] Fig. 5 stellt eine Option des Hochtemperatur-Wärmespeichersystems 2 dar, das durch eine elektrische Heizung 12 beheizbar ist. Dies ist beispielsweise dann wirtschaftlich sinnvoll, wenn über eine Strombörse elektrische Energie vorübergehend sehr günstig zur Verfügung steht. Fig. 5 illustrates an option of the high-temperature heat storage system 2, which is heated by an electric heater 12. This is economically useful, for example, if electrical energy is temporarily available very cheaply via a power exchange.

[0019] In Fig. 6 wird zusätzlich der sensible Anteil der Ladewärme des als Sorptionswärmespeicher ausgeführten Hochtemperatur-Wärmespeichersystems 2 genutzt. So ist der Sorptionswärmespeicher beispielsweise beim Aufladen erhitzt. Die durch den Desorptionsvorgang latent eingelagerte Wärme bleibt auch beim Abkühlen des Speichers erhalten, während die sensible Wärme mehr oder weniger schnell abfliessen kann. Dieser Abfluss sensibler Wärme hängt z.B. von der Ausführung der Wärmedämmung des Speichers ab. Der nur kurz- bis mittelfristig verfügbare Anteil sensibler Wärme des mit Vorteil als Langzeitspeicher einsetzbaren Latentwärmespeichersystems wird hier ebenfalls genutzt. In Fig. 6, the sensitive portion of the charging heat of the running as a sorption heat accumulator high-temperature heat storage system 2 is additionally used. For example, the sorption heat accumulator is heated during charging. The latent stored by the desorption heat is retained even when cooling the memory, while the sensible heat can flow more or less quickly. This discharge of sensible heat depends e.g. from the execution of thermal insulation of the store. The only available in the short to medium term share of sensible heat of latent heat storage system which can be used advantageously as a long-term storage is also used here.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

[0020] <tb>1<SEP>Kraftmaschine <tb>2<SEP>Hochtemperatur-Wärmespeichersystem <tb>3<SEP>Niedertemperatur-Wärmespeichersystem <tb>4<SEP>Zirkulationspumpe <tb>5<SEP>Hochtemperatur-Wärmetauscher <tb>6<SEP>Niedertemperatur-Wärmetauscher <tb>7<SEP>Anschlüsse für Wärmeträgerkreislauf an Niedertemperatur-Wärmesenke <tb>8<SEP>Anschlüsse für Wärmeträgerkreislauf an Mitteltemperatur-Wärmesenke <tb>9<SEP>Leitung für Hochtemperatur-Wärmestrom <tb>10<SEP>Leitung für kaltes Abgas <tb>11<SEP>Schornstein <tb>12<SEP>Wärmetauscher <tb>13<SEP>Leitung für Niedertemperatur-Medienstrom <tb>14<SEP>Wärmetauscher <tb>15<SEP>Generator <tb>21<SEP>Elektrische Heizung <tb>100<SEP>Energie im Treibstoff <tb>101<SEP>Mechanische Energie <tb>102<SEP>Wärme <tb>103<SEP>Elektrische Energie <tb>104<SEP>Verlustenergie <tb>112<SEP>Wärme <tb>113<SEP>Elektrische Energie <tb>122<SEP>Wärme <tb>131<SEP>Motorkühlung <tb>132<SEP>Motorölkühler[0020] <Tb> 1 <September> combustion engine <Tb> 2 <September> high-temperature heat storage system <Tb> 3 <September> Low-temperature heat storage system <Tb> 4 <September> circulation pump <Tb> 5 <September> high temperature heat exchanger <Tb> 6 <September> low-temperature heat exchanger <tb> 7 <SEP> Connections for heat transfer circuit to low-temperature heat sink <tb> 8 <SEP> Heat transfer circuit connections to the medium temperature heat sink <tb> 9 <SEP> High-temperature heat flux line <tb> 10 <SEP> Cold exhaust pipe <Tb> 11 <September> chimney <Tb> 12 <September> Heat Exchanger <tb> 13 <SEP> Line for low temperature media flow <Tb> 14 <September> Heat Exchanger <Tb> 15 <September> Generator <tb> 21 <SEP> Electric heating <tb> 100 <SEP> Energy in the fuel <tb> 101 <SEP> Mechanical Energy <Tb> 102 <September> Heat <tb> 103 <SEP> Electrical energy <Tb> 104 <September> lost energy <Tb> 112 <September> Heat <tb> 113 <SEP> Electrical energy <Tb> 122 <September> Heat <Tb> 131 <September> engine cooling <Tb> 132 <September> engine oil cooler

Claims (9)

1. Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung, umfassend einen Stromerzeuger (1, 15) und zumindest zwei Wärmespeichersysteme (2, 3) zum Speichern und Bereitstellen von bei der Stromerzeugung anfallender Wärmeenergie, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung mittels einer Leitung für Hochtemperatur-Wärmestrom (9) mit einem Hochtemperatur-Wärmespeichersystem (2) sowie mittels einer Leitung für Niedertemperatur-Medienstrom (13) mit einem Niedertemperatur-Wärmespeichersystem (3) verbunden ist, so dass der Stromerzeuger (1, 15) Wärme auf verschiedenen Temperaturniveaus liefern kann.1. plant for combined heat and power, comprising a power generator (1, 15) and at least two heat storage systems (2, 3) for storing and providing energy generated in the generation of heat energy, characterized in that the plant for cogeneration is connected by means of a line for high-temperature heat flow (9) with a high-temperature heat storage system (2) and by means of a line for low-temperature medium flow (13) with a low-temperature heat storage system (3), so that the power generator (1, 15) heat at different temperature levels. 2. Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Wärmespeichersysteme (2, 3) einen Latentwärmespeicher beinhaltet.2. Plant for combined heat and power according to claim 1, characterized in that at least one of the heat storage systems (2, 3) includes a latent heat storage. 3. Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Latentwärmespeicher (2, 3) ein Sorptionsspeicher ist.3. Plant for cogeneration according to claim 2, characterized in that the latent heat storage (2, 3) is a Sorptionsspeicher. 4. Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, dass der Sorptionsspeicher Zeolith oder Salzhydrat enthält.4. Plant for combined heat and power according to claim 3, characterized in that the sorption storage contains zeolite or salt hydrate. 5. Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Latentwärmespeicher (2, 3) ein Phasenwechselspeicher ist.5. Plant for cogeneration according to claim 2, characterized in that the latent heat storage (2, 3) is a phase change memory. 6. Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenwechselspeicher auf der Basis von Paraffinschmelze, Salzschmelze, Salzhydratschmelze oder Metallschmelze ist.6. Plant for combined heat and power according to claim 5, characterized in that the phase change memory on the basis of paraffin melt, molten salt, salt hydrate melt or molten metal is. 7. Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Wärmespeichersysteme (2, 3) mit einer elektrischen Heizung (21) beheizbar ist.7. Plant for combined heat and power according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the heat storage systems (2, 3) with an electric heater (21) is heatable. 8. Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromerzeuger eine Kraftmaschine (1) und einen mechanisch mit der Kraftmaschine (1) gekoppelten Generator(15) umfasst.8. Plant for combined heat and power according to one of claims 1 to 7, characterized in that the power generator comprises an engine (1) and a mechanically coupled to the engine (1) generator (15). 9. Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromerzeuger eine Brennstoffzelle umfasst.9. Cogeneration plant according to one of claims 1 to 7, characterized in that the power generator comprises a fuel cell.