SE419471B - Forfarande for lagring av energi och anleggning for genomforande av forfarandet - Google Patents

Description

isioiiafi -=”i* _2¿ går lämpligen genom en värmeväxlare, i vilken ammoniaken bringas att avge värme till luft för lokaluppvärmning eller dylikt. För uttag av energi öppnas en ventil i den andra ledningen, i vilken en turbin är inkopplad, samt ledes ammoniak från den andra kammaren genom turbinen till den nämnda ena kammaren, som nu genom ett värmeväxlingssystem hålles vid samma temperatur som den andra kammaren. I detta kända system uttages sålunda den i ett första ammoniat lagrade energin i form av mekanisk energi. Under laddningen lagras tillförd värmeenergi dels i ett andra ammoniat som kemisk energi, dels i ett stenmagasin som sensibel värmeenergi. _ I båda de ovan beskrivna systemen tages'energin, som lagras, från solen medelst solfångare och till dessa kopplade värmeväxlarslingor i ämnet i nämnda ena kammare; Föreliggande uppfinning baserar sig på insikten att det med hjälp av en energiomvandlare är möjligt att lagra mekanisk energi såsom kemisk energi i anläggningar av ifrågavarande slag; och ett väsentligt ändamål med uppfinningen är att möjliggöra lagring av mekanisk energi från t.ex. ett vindkraftverk. Detta ändamål uppnås genom att sättet och anläggningen i enlighet med uppfinningen utföras så som anges i den kännetecknande delen av patentkraven l resp. 7; e Ytterligare särdrag hos och fördelar med sättet och anläggningen framgå av följande detaljbeskrivning och bifogade ritningar, vilka schematiskt och såsom icke begränsande exempel åskådliggöra några föredragna utföringsformer av uppfinningen. _ Fig. l är en principbild av en anläggning enligt en första utförings- form av uppfinningen.

Fig. 2 är ett diagram över jämviktsângtrycket över vatten resp.

Na2S + 4,5 H20 som funktion av temperaturen.

Fig. 3 visar en modifikation av anläggningen enligt fig. l.

Fig. 4 är ett principschema för en anläggning enligt en andra utförings- form av uppfinningen. _ I det följande antages att nämnda ena ämne är Na2S . 4,5 H20, även om t.ex. andra hydrater och eventuellt också ammoniater med fördel kunna användas ävensom andra kemiska föreningar, som kunna avge eller upptaga gaser reversibelt. e I I fig. l betecknar l nämnda ena kammare, som innehåller ett salt Na2S . nH20 såsom nämnda ena ämne 2. 3 är systemets andra kammare, som innehåller vatten och befinner sig i temperaturjämvikt med kammaren l (och som alltså är termiskt förbunden med samt har ungefär-samma temperatur som denna). Kamrarna l och 3 stå i förbindelse med varandra genom en rörledning 4, som innehåller minst en ventil 5 och i vilken en energiomvandlare 6 är inkopplad. .; 3 ; __ *išl ófiišliêiifiwf i I substansen 2 finnes en eller flera gaskanaler ll för att underlätta gastransporten från och till substansen, ävensom ett system av metallflänsar l3 i termisk kontakt med väggen l2 för att underlätta värmeenergins fördel- ning mellan vägg och saltmassa. Även 1 kammaren 3 finnes ett flertal lämpligen vertikala och inbördes parallella metallflänsar eller dylikt 14 för att åstad- komma god termisk kontakt mellan väggen l2. vätskan 1 kammaren och impumpade, kondenserbara gaser. Nämnda flänsar äro lämpligen åtminstone delvis försedda I med vätskeuppsugande material, t.ex. tyg, för att underlätta vätskans för- delning över en större yta, när vätskan vid urladdning av systemet förgasas och värmeenergi härvid överföres från flänsarna till.den förgasande vätskan.

Om vi såsom exempel antar att temperaturen 1 de båda behâllarna l, 3 är + 85°C råder, såsom framgår av fig. 2, en tryckdifferens mellan vatten- och saltbehållarna 3 resp. l-på ca 400 mm Hg eller ca 0,5 atm. Tryckdifferensen kan utnyttjas för att driva energiomvandlaren 6, och mekaniskt arbete kan sålunda uttagas från systemet. I exemplet expanderar vattenångan från trycket 400 mm Hg till ca 35 mm Hg. Teoretiska beräkningar visar att för varje mol vattenånga, som överföres från vattenbehållaren 3 till saltbehâllaren l, - omvandlas cirka 10.000 Ns till mekanisk energi i energiomvandlaren 6. När vattenangan upptages av saltet 2 frigöres värmeenergi, såväl dehydrations- energi i saltet (ca l8.000 Hs/mol upptagen ånga) som kondensationsenergi från ångan. En del av denna totala värmeenergi överföres från saltbehâllaren l till ivattenbehållaren 3 genom termisk ledning, varvid energin användes för att för- ânga ytterligare vatten.

Från energiomvandlaren vid isoterm expansion uttagen mekanisk energi kan skrivas: N k = R.T. ln P2/P] Ns/mol ånga , ne där R = gaskonštanten Ä T = absoluta temperaturen .P2 = tryck i vattenbehållaren 3 P1 = tryck i saltbehållaren l Med för ändamålet ideala substanser omvandlas teoretiskt större delen av den kemiska energin (dehydrationsenergi 1 exemplet), d v s den fria energin. till mekanisk energi. Energiomvandlaren måste därvid arbeta med expansions- förhållandet P2/P1. Den höga omvandlingsgraden beror på att processen sker 'isotermt eller nära isotermt och förångningsenergin går runt i systemets vattenbehållare 3 + ledning 4 + energiomvandlare 6 + ledning 4 + saltbehållare l + vattenbehållare 3. ' För systemet Na¿S och H20 uppgår dehydrationsenergin till ca 18.000 Hs/mo upptagen ånga, och av denna frigjorda, kemiska energi omvandlas, såsom omnämnts ovan endast ca 10,000 Ns till rörelseenergi. Detta innebär att ungefär 56% av ...___- - 7910174-'7 .-4 _ den kemiskt upplagrade dehydrationsenergin är "fri energi". l kg torr Na2S har alltså en potentiellt upplagrad rörelse-energi på ca 0,15 kWh. Räknat på summan av Na2S och upptaget vatten är motsvarande siffra 0,08 kHh/kg (Na2S + vatten). Detta-kan jämföras med en blyackumulator, för vilken energi- tätheten i praktiken är ca 0,037 kWh/kg.

Den i ledningen 4 inkopplade energiomvandlaren 6, i vilken tryck- differensen mellan kamrarna 3 och l utnyttjas, kan t.ex. vara en kolvmaskin eller, såsom förutsättes i fig, l, en ångturbin, som drives av den strömmande ångan. Enligt fig. l är turbinen kopplad till en elektrisk generator 7, som matar en elledning 8.

Systemets omvandlingsgrad närmar sig den teoretiska om pumpen 6 står i termisk kontakt l0 med de båda kamrarna l och 3. ' I enlighetmeduppfinnihgen lagras energi i anläggningen genom att vattenånga suges ut ur ämnet 2 och via ledningen 4 pumpas in i kammaren 3, där enligt ovan trycket i detsom exempel valda fallet är cirka 400 mm högre än i kanmaren l och i vilken ångan kondenserar. Det ovan beskrivna förloppet vid urladdning sker alltså omvänt vid laddning. Pumpningen kan genomföras medelst energiomvandlaren 6, vilken nu drives såsom pump av generatorn 7, vilken under energilagringen går som motor. Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen tages energi för drivning av motorn 7 från ett icke visat vindkraftverk via en elledning 9. Enligt uppfinningen kan man sålunda lagra rörelseenergi från vidkraftverket i form av kemisk energi för senare uttagning av mekanisk- eller rörelseenergi utan att gå via värmeenergi.

Ett annat sätt är att omvandla vindkraftverkets avgivna mekaniska energi till kemisk energi genom att direkt mekaniskt ansluta kraftverket till energi- omvandlaren (pumpen), varvid energiackumulatorn integreras med vindkraftverket Det ligger givetvis inom ramen för uppfinningen att uppdela ledningen 4 i två grenledningar 4a och 4b med en energiomvandlare 6a resp. 6b i varje enligt fig. 3. Såsom framgår av denna utgöres energiomvandlaren 6a av en pump, medelst vilken vattenånga pumpas från det lägre trycket i kammaren l till det högre trycket i kammaren 3, medan energiomvandlaren Gb är en turbin, i vilken tryckfallet i ledningen 4b utnyttjas. I analogi med det ovanstående är pumpen 6a kopplad till motorn 7a, som via ledningen 22 är kopplad till vindkraftverket 9, under det att turbinen 6b driver generatorn 7b, vilken i sin tur matar el~_ ledningen 8. Ledningarna 4a och 4b äro försedda med åtminstone var sin ventil lla resp. llb.

Den ovan beskrivna principen att enligt uppfinningen ladda energi- ackumulatorn genom pumpning av ånga eller en annan i ämnet 2 ingående komponent g från ett lägre till ett högre tryck kan användas även i anläggningar, i vilka “den lagrade energin användes för uppvärmningsändamål. Ett exempel härpå ' 7910174-7 illustreras i fig. 4. Systemet kan i detta fall anses utgöra en kemisk värmepump.

I kamrarna l och 3 i fig. 4 behöver icke nödvändigtvis vare sig sanma tryck eller samma temperatur råda, vilket antydes genom att de visats vara belägna på ett visst avstånd från varandra. I själva verket förutsättes i-detta fall temperaturen i kammaren l vara väsentligt högre än i kammaren 3e 'Kamrarna l, 3 äro förbundna med varandra icke blott genom ledningen 4, i vilken ventilen 5 och den av motorn 7 drivna pumpen 6 äro inkopplade, utan även genom en ledning 13, i vilken lämpligen en ventil l4 är inkopplad.

I ämnet 2 är en värmeväxlingsslinga l5fl inlagd, vilken här övertager de i fig. l angivna flänsarnas l3 funktion och genom vilken ett lämpligt, företrä desvis vätskeformigt värmeöverföringsmedium cirkuleras medelst en pump 23a _ genom ledningar l9a, l9b, som innehålla en ventil 20 samt ytterligare, ej visade värmeväxlare, i vilka nediet avger värme till exempelvis luft för uppvärmningsändamal och/eller till tappvatten. Dehydrations- och kondenserings- energin för energiuttaget från substansen 2 åstadkommas genom tillförsel av vattenånga till kammaren l genom ledningen\l3 från kammaren 3. Förångnings- värmet till vattnet i kammaren 3 tages från en jordslinga 16, som kan vara förlagd på botten av en sjö eller på frostfritt djup i marken, där tempera- turen är cirka + 5°C året runt, och som medelst ledningar l8a, l8b, i vilken ' en pump 23b är inkopplad,är förbunden med i kammaren 3 anordnad värmeväxlare _l5b,4 som här övertager de i fig. l angivna flänsarnas l4 värmeöverförande funktion. När ackumulatorn laddas genom drift av pumpen 6,ges kamrarna l och Zungefär samma temperatur genom att värmeväxlarna l5a oth l5b äro förbundna ned varandra genom ledningar 2la, 2lb i ett kretslopp. i vilket pumpen 23a in- gär. ' ' De ovan beskrivna och på ritningarna visade utföringsformera äro givetvis att betrakta blott såsom icke begränsande exempel och kunna till sina detaljer modifieras på flera sätt inom ramen för följande patentkrav.

Speciellt kunna nya utföringsformer, som också omfattas av uppfinningen, skapas genom kombination av särdrag, som äro hämtade fran olika av de ovan beskrivna utföringsexemplen. I synnerhet kan anläggningen i enlighet med uppfinningen utföras för såväl lagring som uttag av både värme- och rörelse- energi, såväl samtidigt som alternerande. Därjämte kan energiomvandlaren vara en kolvmaskin i stället för en turbin.

Claims (9)

791017le-7 ' PATENTKRAV

1. ) Förfarande för lagring av energi i ett tvåkammarsystem, vars ena kammare (l) innehåller ett första ämne (2), som består av två komponenter,~av vilka den ena avdrives från respektive bringas att upptagas av den andra komponenten vid energitillförsel till respektive energiuttag från systemet, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att systemets båda kamrar (1, 2) hållas väsentligen i termisk jämvikt med varandra, under det att mekanisk energi lagras i systemet genom att nämnda ena komponent pumpas ut ur nämnda ena kammare (1).

2. ) Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att det första ämnets (2) avdrivbara komponent pumpas till systemets andra kammare (3).

3. ) Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att ämnet (2) i den ena kammaren är ett hydrat och att nämnda ena komponent är vattenånga.

4. ) Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att ämnet (2) i den ena kammaren är ett ammoniat och att nämnda ena komponent är ammoniak.

5. ) Förfarande enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att nämnda första ämne (2) är en kemisk substans och att nämnda ena komponent är en gaa, som kan avges eller upptagas reversibelt. 6) Anläggning för genomförande av förfarandet enligt patent- kravet l och innefattande ett tvåkammarsystem, vars ena kammare (1) innehåller ett första ämne (2), som består av två komponen- ter, av vilka den ena är avdrivbar från den andra komponenten, som å sin sida har förmåga att upptaga nämnda ena komponent, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att en energiomvandlare

6. (6), som är anordnad för bortsugning eller -pumpning av nämnda ena komponent, är inkopplad i en till nämnda ena kammare (l) ansluten ledning (4). _,_ vswflß-v

7. ) Anordning enligt patentkravet 6, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att energiomvandlaren (6) är en kolvmaskin.

8. ) Anordning enligtpatentkravet 6, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att energiomvandlaren (6) är en turbin eller en annan rotormaskin.

9. ) Anordning enligt patentkravet 6, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att ledningen (4), i vilken energiomvandlaren (6) är inkopplad, förbinder systemets båda kamrar med varandra.