RS64456B1

RS64456B1 - Uređaj i metod za skladištenje energije

Info

Publication number: RS64456B1
Application number: RS20230557A
Authority: RS
Inventors: Sasha Savic; Vladimir Vassiliev; Dylan Cuskelly; Sergey Pancheshnyi; Erich Herold Kisi
Original assignee: E2S Power AG
Priority date: 2019-06-17
Filing date: 2020-03-23
Publication date: 2023-09-29
Also published as: US11920484B2; IL288539A; IL288539B1; PL3983743T3; EP3983743B1; US20220307386A1; EP3983743A1; WO2020254001A1; IL288539B2

Description

OBLAST TEHNIKE

[0001] Ovaj pronalazak se bavi uređajem za skladištenje energije za skladištenje toplotne energije. Ovaj pronalazak se bavi i metodom za skladištenje energije korišćenjem ovog uređaja.

PRETHODNO STANJE TEHNIKE

[0002] Za proizvodnju električne energije, sve više se koriste obnovljivi izvori energije, kao što su energija vetra i Sunca. Sa obnovljivim izvorima energije je često povezana tema kontinuirane dostupnosti proizvedene električne energije. Na primer, vetar je trenutne prirode i ne duva konstantno 24 sata, 7 dana u nedelji. Solarna energija je dostupna tokom dnevne svetlosti i visoko je zavisna od vremenskih uslova, pogotovo od oblačnosti. Stoga, da bi se obnovljivi izvori energije učinili atraktivnijim i da bi se povećala dostupnost električne energije proizvedene iz ovih izvora, energija mora biti uskladištena. Danas su dostupne različite tehnologije skladištenja energije, uključujući baterije, sisteme pumpnog skladištenja, sisteme skladištenja kompresovanim vazduhom i različite verzije sistema za skladištenje energije korišćenjem toplote, bilo na visokim ili niskim temperaturama. Putem ovih tehnologija skladištenja energije, energija se čuva u obliku, na primer, toplotne energije, vazduha pod pritiskom ili hemijske energije u vremenskim intervalima kada postoji višak energije iz obnovljivog izvora, i kasnije se pretvara u električnu energiju i koristi u vremenskim intervalima visoke potrebe i/ili niskog dostupa energije iz obnovljivih izvora.

[0003] Glavni izazov današnjih sistema za skladištenje energije je njihova efikasnost i relativno niska gustina uskladištene energije (uskladištena energija po jedinici površine ili zapremine).

[0004] Sistemi u kojima se skladišti energija bazirani na komprimovanom vazduhu su na primer predstavljeni u WO 2004/072452 A1, DE 10 2011 112 280 A1, US 2012/0085087 A1, DE 4410 440 A1, WO 2016/176174 A1 i CN 103353060 A.

[0005] U još neobjavljenoj PCT-prijavi broj PCT/EP2018/052377 istog podnosioca, predlaže se uređaj za skladištenje energije u kome se toplotni skladišni elementi izrađeni od čvrstog materijala raspoređuju unutar posude sa gasom. Toplotni skladišni elementi mogu biti zagrevani putem električnog grejnog uređaja. Na taj način, uređaj omogućava zajedničko skladištenje i toplotne energije i komprimovanog gasa. Skladišteni komprimovani gas je već zagrejan i, kao rezultat, može se direktno koristiti za pokretanje, na primer, gasne turbine.

[0006] U vezi sa primenama u velikim razmerama, poznati su sistemi skladištenja energije sa toplom soli, koji se zasnivaju na zagrevanju tečne soli. U tim sistemima, so se zagreva u vremenskim intervalima kada postoji visoka raspoloživost energije i koristi se u vremenima kada je potrebna energija, da bi se stvorila zagrejana para za pokretanje parne turbine.

[0007] Većina trenutno dostupnih sistema za skladištenje energije za proizvodnju pare imaju zajednički nedostatak, a to je da se koristi neki medijum za punjenje toplotnog skladišta i/ili za ekstrakciju toplote za proizvodnju pare. Taj medijum (na primer, vazduh, topla so, itd.) se zagreva nezavisnim izvorom energije, a toplota nakupljena u skladištu se koristi za generisanje pare putem procesa prenosa toplote. Ovi indirektni procesi prenosa energije od uređaja za skladištenje do pare stvaraju dodatne parazitske energetske gubitke i značajno smanjuju efikasnost sistema. Osim toga, dodatna oprema potrebna za cirkulisanje ovog medijuma čini sistem komplikovanijim i manje otpornim.

[0008] Nedavno su predloženi uređaji za skladištenje energije koji koriste čvrste materijale za skladištenje eneregije u obliku kamenja ili betona, da bi uskladištena toplotna energija mogla biti korišćena u vremenskim intervalima visoke potrebe za generisanjem pare za grejanje ili za pokretanje parne elektrane, da bi se uskladištena toplotna energija vratila u električnu energiju.

[0009] U nekoliko prijava, čvrsti materijali kao što je grafit (WO 2005/088218 A1; US 4,136,276 A), metali (gvožđe - EP 1666 828 A2, čelik - WO 91/14906 A1) ili MGA (WO 2014/063191 A1) su predloženi za materijale za skladištenje. U nekoliko prijava, sugerisano je da se čvrsti materijali za skladitenje energije zagrevaju korišćenjem električnih otpornih grejača (WO 2005/088218 A1, WO 91/14906 A1 i WO 2012/038620 A1) ili indukcijom (US 4,136,276 A).

[0010] Za proizvodnju pare na bazi uskladištene toplotne energije, u WO 2005/088218 A1 je predloženo da se uvedu cevi, da bi se voda vodila kroz materijal za skladištenje energije. U uređaju, kao što je objavljeno u EP 1666 828 A2, vod je postavljen unutar metalnog materijala za skladištenje energije. U WO 91/14906 A1, odvojeni blokovi sa pločastim preprekama su korišćeni. Poteškoća sa cevima je termalni kontaktni otpor između cevi i materijala za skladištenje energije, koji mogu zahtevati pregrevanje materijala, da bi se postigle neophodne temperature pare. Dodavanje vode u materijal za skladištenje energije je moguće samo u metalnim materijalima za skladištenje, koji imaju umereni toplotni kapacitet. Blokovi sa pločastim preprekama utiču da ukupna veličina sistema bude jako velika, da bi se postigla željena količina pare sa odgovarajućim parametrima.

[0011] Kontrola parametara pare je poseban izazov, koji se spominje samo u nekim publikacijama, kao na primer u WO 2005/088218 A1. Uobičajeno predložena rešenja zahtevaju često vrlo skupu opremu, kao tople ventile, odnosno ventile koji regulišu protok tople pare. WO 95/25416 opisuje karakteristike iz uvodnog dela zahteva 1.

IZLAGANJE SUŠTINE PRONALASKA

[0012] Cilj ovog pronalaska je da predstavi uređaj za skladištenje energije, koji može biti efikasno napunjen i ispražnjen. Nadalje, uređaj za skladištenje energije treba biti lak za korišćenje sa postojećim elektranama, posebno sa gasnim i/ili termoelektranama.

[0013] Ovaj cilj je postignut uz pomoć uređaja za skladištenje energije, kao po patentnom zahtevu 1. Metod za skladištenje energije uz pomoć ovakvog uređaja je pomenut u patentnom zahtevu 12. Dalje izvedbe uređaja i metoda su prikazane u zavisnim patentnim zahtevima.

[0014] U daljem tekstu, uređaj za skladištenje energije prema zahtevu 1 će biti nazivan uređajem za skladištenje energije u skladu sa pronalazačkim konceptom i uređaj za skladištenje energije, kako je dalje opisano u nastavku se naziva uređaj za skladištenje energije prema daljem predstavljenom konceptu.

[0015] Prema pronalazačkom konceptu, uređaj za skladištenje energije sadrži najmanje jednu jedinicu za skladištenje energije, posebno sa jedinicom za skladištenje energije, koja sadrži

termoakumulacioni element od čvrstog materijala, za skladištenje toplotne energije;

električni uređaj za grejanje za zagrevanje termoakumulacionog elementa pomoću električne energije; i

električnu izolaciju u vidu gasne izolacije, kako bi se električni uređaj za grejanje električno izolovao od elementa za skladištenje toplote.

[0016] U slučaju uređaja za skladištenje energije prema ovom pronalazačkom konceptu, električni uređaj za grejanje poželjno sadrži otpornički grejač koji je postavljen blizu ili pored elementa za skladištenje toplote. Time se, u ovom slučaju, termoakumulacioni element indirektno zagreva od strane električnog uređaja za grejanje, što znači da se toplota prenosi toplotnim provođenjem i/ili zračenjem od električnog uređaja za grejanje do elementa za skladištenje toplote. Otpornički grejač je poželjno napravljen od metalnog materijala, ali može biti napravljen i od organskog materijala. Električna izolacija služi za električno odvajanje električnog grejnog uređaja od termoakumulacionog elementa, odnosno za sprečavanje kratkih spojeva u elementu za skladištenje toplote, posebno ako element za skladištenje toplote ima određenu električnu provodljivost.

[0017] Posebno je upotreba termoakumulacionog elementa koji je napravljen od materijala sa određenom električnom provodljivošću poželjna u pogledu uređaja za skladištenje energije prema ovom inventivnom konceptu. Poželjno, element za skladištenje toplote ima električnu otpornost manju od 10<-4>Ωm. Element za skladištenje toplote može na primer biti napravljen od a metala, kao što je gvožđe, ili može sadržati grafit.

[0018] Zbog električne provodljivosti elementa za skladištenje toplote neophodna je električna izolacija. Električna izolacija ne samo da treba da štiti element za skladištenje toplote od kratkih spojeva, već u isto vreme i treba da ima dobru toplotnu provodljivost koja osigurava efikasnost punjenja. Ovi kontradiktorni i stoga izazovni zahtevi mogu se ispuniti izvođenjem električne izolacije u vidu gasne izolacije. Poželjni gasovi su vazduh, azot, argon i ugljen-dioksid.

[0019] Električni uređaj za grejanje poželjno sadrži otpornički grejač u obliku, na primer, otporne trake, odnosno električni otpornički element koji ima ravnu konfiguraciju. Da bi se prostorno prilagodio prenos toplote elementu za skladištenje toplote tokom procesa punjenja, otporna traka može imati različitu površinu poprečnog preseka i/ili promenljivu pokrivenost površine duž površine elementa za skladištenje toplote. Alternativno ili kao dodatak, površina poprečnog preseka i/ili pokrivenost površine takođe može da varira duž uzdužnog pravca otporne trake. Izvedba otporne trake sa različitom površinom poprečnog preseka i/ili promenljivom pokrivenošću površine je posebno pogodna, ako termoakumulacioni element obično pokazuje određeno temperaturno raslojavanje uzrokovano procesom pražnjenja.

[0020] U određenim izvedbama, takođe je moguće da električni uređaj za grejanje sadrži otporni štap ili cev, koji se ubacuje u rupu predviđenu u elementu za skladištenje toplote. U prostoru koji okružuje šipku ili cev, rupa je u ovom slučaju poželjno ispunjena izolacionim gasom. Rupa je poželjno prolazna, ali može biti i slepa rupa.

[0021] Prema dalje objavljenom konceptu, uređaj za skladištenje energije ima najmanje jednu jedinicu za skladištenje energije, posebno sa jedinicom za skladištenje energije, koja sadrži termoakumulacioni element od čvrstog materijala, za skladištenje toplotne energije; i električni grejni uređaj za zagrevanje termoakumulacionog elementa pomoću električne energije.

[0022] Električni uređaj za grejanje je prilagođen da zagreva element za skladištenje toplote putem generisanja struje unutar čvrstog materijala elementa za skladištenje toplote.

[0023] Zagrevanje elementa za skladištenje toplote pomoću struje koja se stvara unutar čvrstog materijala elementa za skladištenje toplote omogućava veoma direktan i, stoga, posebno efikasan proces punjenja uređaja za skladištenje energije. To znači da toplotnu energiju direktno generiše sam termoakumulacioni element, odnosno pretvaranjem električne struje u toplotnu energiju usled otpora ili induktivnog zagrevanja čvrstog materijala. Dakle, termalni skladišni element ima određenu električnu provodljivost za ovu svrhu. Kao posledica toga, nema prenosa toplotne energije sa mogućim povezanim gubicima od grejnog elementa do elementa za skladištenje toplote. Nema medijuma koji je potreban za zagrevanje termoakumulacionog elementa pomoću električnog uređaja za grejanje. Štaviše, nije potrebna izolacija između električnog uređaja za grejanje i elementa za skladištenje toplote, kao kod uređaja za skladištenje energije kod kojih se termoakumulacioni element zagreva indirektnim električnim otporničkim zagrevanjem sa odvođenjem toplote.

[0024] Zagrevanje elementa za skladištenje toplote pomoću električne struje koja se generiše direktno u čvrstom materijalu je posebno pogodno za elemente za skladištenje toplote koji imaju poželjnu električnu otpornost od najmanje 10<-4>Ωm i ne više od 1 S2m. U ovom slučaju, čvrsti materijal elementa za skladištenje toplote je električno provodljiv, ali ima dovoljan otpor da se direktno zagreva korišćenjem jednosmernog ili naizmeničnog napona. Materijali sa poželjnim naznačenim električnim otpornostima su retki u prirodi.

[0025] Za generisanje struje unutar čvrstog materijala elementa za skladištenje toplote, uređaj za električno grejanje može, u poželjnoj izvedbi, da sadrži kontaktne elektrode koje su pričvršćene na element za skladištenje toplote. Električni uređaj za grejanje u ovom slučaju je prilagođen da primeni razliku napona između najmanje dve kontaktne elektrode, kako bi se stvorila električna struja kroz čvrsti materijal termoakumulacionog elementa iz najmanje jedne kontaktne elektrode na najmanje drugu kontaktnu elektrodu. Sa takvom izvedbom, može se postići vrlo direktno i, samim tim, efikasno zagrevanje elementa za skladištenje toplote. Kontaktne elektrode su poželjno pričvršćene direktno na čvrsti materijal elementa za skladištenje toplote. Imajući električni uređaj za grejanje sa kontaktnim elektrodama koje su direktno pričvršćene na element za skladištenje toplote, takođe je moguće primeniti jednosmernu ili naizmeničnu struju za proces punjenja. Tada, nije potreban konvertor frekvencije. Štaviše, u poređenju sa upotrebom indukcionog namotaja, nema uređaja za hlađenje, koji je inače potreban za hlađenje induktora, što takođe uzrokuje toplotne gubitke.

[0026] U drugoj mogućoj izvedbi, uređaj za električno grejanje sadrži indukcioni kalem za indukciju struje unutar termoakumulacionog elementa. Indukcioni kalem služi da indukuje struju unutar čvrstog materijala termoakumulacionog elementa pomoću elektromagnetne indukcije. Upotreba indukcionog namotaja koji obično sadrži nekoliko namotaja, ne samo da omogućuje direktnu proizvodnju struje unutar čvrstog materijala elementa za skladištenje toplote, već takođe i omogućuje jednostavnu proizvodnju uređaja za skladištenje energije u mnogim izvedbama. Tako,

induktivno zagrevanje poboljšava efikasnost punjenja, jer je to brz i direktan proces.

[0027] Može se dodati kanal koji prolazi kroz element za skladištenje toplote i prilagođen je da sprovodi tečnost, posebno vodu i/ili paru, preko uređaja za skladištenje energije, u cilju prenosa toplotne energije iz elementa za skladištenje toplote ka tečnosti. Kanal se takođe može nazvati i cev. Materijal od kog je napravljen kanal je poželjno električno uzemljen.

[0028] Uređaj za skladištenje energije prema pronalazačkom konceptu je nezavistan i predstavlja samostalan razvoj u pogledu uređaja za skladištenje energije prema dalje objavljenom konceptu kao što je gore navedeno. U većini primena, poželjno je koristiti ili uređaj za skladištenje energije u skladu sa dalje objavljenim konceptom ili uređaj za skladištenje energije prema pronalazačkom konceptu. Međutim, za određene primene je takođe zamislivo da se kombinuju ova dva uređaja za skladištenje energije npr. obezbeđivanje jednog uređaja za skladištenje energije koji ima najmanje jednu jedinicu za skladištenje energije, kao što je naznačeno u vezi sa dalje objavljenim pronalazačkim konceptom, tj. generiše se struja direktno u čvrstom materijalu elementa za skladištenje toplote i koji ima najmanje jednu jedinicu za skladištenje energije, kao što je naznačeno u pogledu pronalazačkog koncepta, tj. u kome je obezbeđena električna gasna izolacija za električnu izolaciju električnog uređaja za grejanje od termoakumulacionog elementa.

[0029] Nezavisno od toga da li je projektovan prema dalje objavljenom ili pronalazačkom konceptu, uređaj za skladištenje energije poželjno sadrži interfejs jedinicu za povezivanje električnog uređaja za grejanje najmanje jedne od jedinica za skladištenje energije korišćenjem električnog napajanja. Interfejs jedinica poželjno sadrži uređaj za hlađenje.

[0030] Ideja da se obezbedi jedinica interfejsa sa uređajem za hlađenje je generalno nezavisna od dizajna uređaja za skladištenje energije, pod uslovom da ima najmanje jednu jedinicu za skladištenje sa termoakumulacionim elementom od čvrstog materijala, za skladištenje toplotne energije i električni grejni uređaj za zagrevanje termoakumulacionog elementa pomoću električne energije. Dok se ideja o interfejsnoj jedinici sa rashladnim uređajem poželjno primenjuje u kombinaciji sa uređajem za skladištenje energije projektovanim u skladu sa dalje objavljenim ili pronalazačkim konceptom, takođe je moguće primeniti ovu ideju u kombinaciji sa uređajem za skladištenje energije koji nije projektovan prema daljem objavljenom ili pronalazačkom konceptu. Dakle, ideja o interfejsnoj jedinici sa rashladnim uređajem predstavlja samostalan razvoj u odnosu na uređaje za skladištenje energije u skladu sa dalje otkrivenim i pronalazačkim konceptima kao što je gore navedeno.

[0031] Električni uređaj za grejanje može da sadrži indukcioni kalem za indukovanje struje direktno u čvrstom materijalu termoakumulacionog elementa ili u drugom elementu raspoređenom u blizini ili pored termoakumulacionog elementa. Alternativno ili dodatno, električni uređaj za grejanje može da sadrži otpornički grejač postavljen u blizini ili pored elementa za skladištenje toplote, kako bi se toplotna energija prenela na element za skladištenje toplote ili preko toplotne provodljivosti i/ili zračenja.

[0032] Nezavisno od njegovog dizajna, barem deo električnog uređaja za grejanje je obično postavljen u neposrednoj blizini elementa za skladištenje toplote i, kao rezultat, može postati vruć tokom i/ili nakon procesa punjenja. Poželjno, odgovarajući deo je čak postavljen unutar toplotne izolacije koja okružuje element za skladištenje toplote. Delove električnog napajanja izvan toplotne izolacije, međutim, treba zaštititi od pregrevanja. Ovo može biti postignuto obezbeđivanjem gore spomenute interfejs jedinice sa rashladnim uređajem. Rashladni uređaj služi za hlađenje npr. veze između električnog uređaja za grejanje i električnog napajanja unutar jedinice interfejsa, tako da se toplota ne prenosi sa elementa za skladištenje toplote i/ili električnog uređaja za grejanje na električno napajanje, tj. da napajanje električnom energijom ne bude pregrejano. Uređaj za hlađenje posebno može biti u obliku duvaljke.

[0033] Da bi se toplotni gubici držali na minimumu, interfejs jedinica je poželjno prilagođena da mehanički, odnosno fizički, isključi električni uređaj za grejanje iz električne mreže. Mehaničkim isključivanjem električnog grejnog uređaja iz električne mreže, toplotna energija se više ne može preneti sa elementa za skladištenje toplote i/ili električnog uređaja za grejanje na električno napajanje. Pored toga, hlađenje više nije potrebno, ako se električni uređaj za grejanje mehanički isključuje iz električne mreže. Prema tome, jedinica interfejsa je poželjno prilagođena da automatski isključi električni uređaj za grejanje iz električne mreže, poželjnije da automatski isključi električni uređaj za grejanje iz električne mreže, čim se proces punjenja završi. Povoljno je da je jedinica interfejsa takođe prilagođena da zaustavi rad uređaja za hlađenje, ako je električni uređaj za grejanje isključen iz električne mreže. Da bi se smanjili toplotni gubici procesom hlađenja, jedinica interfejsa poželjno sadrži i kućište ili kutiju u kojoj se električni uređaj za grejanje može povezati na električno napajanje. Štaviše, jedinica interfejsa, poželjno, ne samo da je prilagođena da isključi, posebno da automatski isključi, električni uređaj za grejanje iz električne mreže, već i da ponovo poveže, posebno automatski ponovo poveže, električni uređaj za grejanje sa električnim napajanjem. U isključenom stanju, odgovarajući priključni elementi električnog grejnog uređaja i električnog snabdevanja su poželjno raspoređeni udaljeno jedan od drugog.

[0034] Uređaj za skladištenje energije, nezavisno od toga da li je projektovan u skladu sa dalje objavljenim ili pronalazačkim konceptom, poželjno takođe sadrži kanal koji je prilagođen da vodi fluid kroz uređaj za skladištenje energije, kako bi prenosio toplotnu energiju od elementa za skladištenje toplote do fluida. Poželjno je da se kanal proteže duž ili kroz element za skladištenje toplote. Tečnost posebno može biti voda i/ili para. Poželjno, fluid je voda, koja se pretvara u paru, posebno pregrejanu paru, prenosom toplotne energije. U nastavku se prenos toplotne energije sa elementa za skladištenje toplote na fluid naziva procesom pražnjenja.

[0035] Kanal se ovde smatra bočno zatvorenim ili otvorenim kanalom za vođenje tečnosti. Kanal obično ima ulaz i izlaz koji su raspoređeni na odgovarajućim krajevima kanala. Ako je kanal bočno zatvoren, ulaz i izlaz su jedini pristup kanalu. Dakle, kanal je po obodu okružen graničnim materijalom i može formirati npr. kružni presek. U određenim izvedbama, kanal, koji se takođe može nazvati cevovodom, može biti formiran, tj. ograničen, materijalom elementa za skladištenje toplote. Alternativno, kanal takođe može biti obezbeđen u bloku za proizvodnju pare i biti ograničen materijalom bloka za proizvodnju pare. Takođe je moguće da je obezbeđena cev ili cev koja ograničava kanal. Čak i ako nije poželjna u svim izvedbama, generalno je moguće da se cev proteže kroz element za skladištenje toplote ili blok za stvaranje pare.

[0036] Slično kao i proces punjenja, pražnjenje uređaja za skladištenje energije može se izvesti na posebno efikasan način: Tečnost koja se koristi za npr. pogon turbine može se voditi direktno kroz kanal ili cev, kako bi se zagrejao. Pomoću turbine,

1

uskladištena toplotna energija se može, na primer, pretvoriti u mehanički rad i nazad u električnu energiju. U ovom procesu, poželjno je da se ne koristi nikakav posredni medijum za prenos toplotne energije sa elementa za skladištenje toplote na medijum koji pokreće turbinu. Medijum koji pokreće turbinu je poželjno fluid koji se vodi kroz kanal uređaja za skladištenje energije.

[0037] Dalja prednost uređaja za skladištenje energije prema dalje objavljenim i pronalazačkim konceptima je upotreba čvrstog materijala za skladištenje toplotne energije. Čvrsti materijali obično omogućavaju skladištenje velikih količina toplotne energije u relativno malom prostoru. Dakle, upotreba čvrstog materijala za skladištenje toplotne energije omogućava da uređaj za skladištenje energije bude dizajniran na posebno kompaktan način.

[0038] Element za skladištenje toplote je element koji je posebno dizajniran za skladištenje toplotne energije. Dakle, skladištenje toplotne energije je obično glavna i po mogućnosti jedina namena elementa za skladištenje toplote.

[0039] Ako se kanal proteže kroz element za skladištenje toplote, poželjno je da je potpuno okružen čvrstim materijalom od jednog ili više elemenata za skladištenje toplote (npr. ako je prisutno više jedinica za skladištenje energije) duž većeg dela njegovog celog uzdužnog produžetka. Kanal je u potpunosti okružen duž poželjno najmanje 60%, poželjnije najmanje 80% svoje longitudinalne dužine čvrstim materijalom jednog ili više elemenata za skladištenje toplote.

[0040] Tečnost je poželjno voda i/ili para. Upotreba vode i/ili pare kao tečnosti je posebno bezbedna i omogućava direktan pogon parne turbine. U posebno poželjnom izvođenju, fluid koji ulazi u uređaj za skladištenje energije, a posebno u najmanje jednu jedinicu za skladištenje energije, je voda u svojoj tečnoj fazi, a fluid koji izlazi iz uređaja za skladištenje energije, a posebno najmanje jedna jedinica za skladištenje energije je voda u gasovitoj fazi, odnosno para. Prema tome, uređaj za skladištenje energije, a posebno najmanje jedna jedinica za skladištenje energije, poželjno je prilagođena za ključanje vode i još poželjnije za ključanje vode i dalje zagrevanje dobijene pare. Drugim rečima, fluid u obliku tečne vode poželjno ulazi u uređaj za skladištenje energije, a posebno u najmanje jednu jedinicu za skladištenje energije i fluid u obliku pregrejane pare poželjno napušta uređaj za skladištenje energije, a posebno najmanje jednu jedinicu za skladištenje energije. Ovakva izvedba uređaja za skladištenje energije je posebno pogodna u kombinaciji sa parnom turbinom za pretvaranje uskladištene toplotne energije u mehaničku energiju, koja se dalje može pretvoriti u električnu energiju.

[0041] Naročito u uređaju za skladištenje energije prema dalje objavljenom konceptu, čvrsti materijal elementa za skladištenje toplote je poželjno materijal sa ne samo dobrim kapacitetom skladištenja toplote, već i sa određenom električnom provodljivošću, kako bi se omogućilo zagrevanje pomoću električne struje unutar materijala.

[0042] Uređaj za skladištenje energije prema oba koncepta može da sadrži samo jednu jedinicu za skladištenje energije. Međutim, poželjna je izvedba u kojoj uređaj za skladištenje energije sadrži više jedinica za skladištenje energije. Posebno poželjna je izvedba sa više jedinica za skladištenje energije tako da je uređaj za skladištenje energije skalabilan prema potrebama korisnika, primenom odgovarajućeg broja jedinica za skladištenje energije. U izvedbi sa više jedinica za skladištenje energije, element za skladištenje toplote svake jedinice za skladištenje energije poželjno sadrži najmanje jednu ravnu površinu, tako da su elementi za skladištenje toplote različitih jedinica za skladištenje energije prilagođeni da se naslanjaju jedan na drugi sa svojim odgovarajućim ravnim površinama. Element za skladištenje toplote posebno može biti kubnog oblika, posebno oblika ploče. Prislanjanje većeg broja elemenata za skladištenje toplote ne mora nužno biti direktno, ali može biti i indirektno, npr. sa električnim grejnim elementom i/ili blokom za proizvodnju pare postavljenim između. Da bi bio prilagodjen rasporedu između ravnih površina najmanje dva susedna elementa za skladištenje toplote, električni uređaj za grejanje i/ili blok za proizvodnju pare imaju ukupno ravnu konfiguraciju. Na ovaj način se može postići modularna i lako skalabilna konfiguracija uređaja za skladištenje energije.

[0043] U drugoj, takođe poželjnoj izvedbi, svaka od jedne ili više jedinica za skladištenje energije može biti cevastog oblika, sa centralnom cevi koja formira kanal i sa elementom za skladištenje toplote koji koncentrično okružuje cev. Sa takvim dizajnom, najmanje jedna jedinica za skladištenje energije može se lako proizvesti i u mnogim slučajevima može biti uređena na licu mesta na način koji štedi prostor.

[0044] U posebno poželjnoj izvedbi, svaki od elemenata za skladištenje toplote ima ukupno kubasti oblik i svaki električni uređaj za grejanje ima ukupno ravnu konfiguraciju. U ovoj izvedbi, dodatno su obezbeđeni blokovi za generisanje pare od kojih svaki ima ukupno kubastu konfiguraciju i sadrži kanal za vođenje fluida. Električni uređaji za grejanje ovakve izvedbe su prilagođeni da budu raspoređeni između elemenata za skladištenje toplote, a blokovi za generisanje pare su prilagođeni da budu raspoređeni između elemenata za skladištenje toplote, tako da uređaj za skladištenje energije može biti modularno projektovan sa proizvoljnim brojem termoakumulacionih elemenata, električnih uređaja za grejanje i blokova za proizvodnju pare. Zbog modularnosti ovog dizajna, uređaj za skladištenje energije, koji može biti projektovan prema dalje objavljenom ili pronalazačkom konceptu, može se lako prilagoditi sadašnjim potrebama, posebno u pogledu kapaciteta skladištenja toplote.

[0045] Ako je kanal napravljen od električno provodljivog materijala, kao što je metal, i prolazi kroz element za skladištenje toplote dizajniran u skladu sa dalje objavljenim konceptom, uređaj za skladištenje energije poželjno dodatno sadrži električnu izolaciju, kako bi se kanal električno izolovao od termoakumulacionog elementa. Pošto se za pravljenje kanala poželjno koristi metal, da bi se postigla visoka toplotna provodljivost, materijal koji formira kanal obično ima električnu provodljivost koja je mnogo veća od provodljivosti materijala za skladištenje toplote. Obezbeđivanjem električne izolacije oko kanala može se izbeći pojava električne bajpas struje kroz materijal koji formira kanal tokom zagrevanja elementa za skladištenje toplote. Materijal električne izolacije mora imati visoku električnu otpornost, odnosno bar veću od otpornosti čvrstog materijala elementa za skladištenje toplote. Dodatno, električna izolacija treba da ima dobru toplotnu provodljivost, kako bi se omogućio efikasan prenos toplotne energije sa elementa za skladištenje toplote na fluid u kanalu. Električna izolacija je poželjno u obliku tankog sloja koji u potpunosti okružuje kanal unutar elementa za skladištenje toplote.

[0046] U poželjnim izvedbama, bez obzira da li su dizajnirane prema dalje objavljenom ili prema pronalazačkom konceptu, kanal je raspoređen u blok za proizvodnju pare koji je prilagođen da bude raspoređen direktno pored elementa za skladištenje toplote i poželjno ima ukupni kubastu, posebno pločastu konfiguraciju.

[0047] U drugim, takođe poželjnim izvedbama, kanal može da prolazi kroz element za skladištenje toplote. Kanal se može posebno proširiti kroz element za skladištenje toplote, tako da distribucija temperature ostaje suštinski homogena unutar celog

1

termoakumulacionog elementa tokom prenosa toplotne energije od termoakumulacionog elementa do fluida. Ovo se može postići, na primer, ako je najmanje jedna jedinica za skladištenje energije višeprolazna jedinica za skladištenje energije. Jedinica za skladištenje energije sa više prolaza je jedinica za skladištenje energije u kojoj se kanal ne proteže pravolinijski kroz element za skladištenje toplote, već umesto toga sadrži najmanje jedan zavoj, meandar, krivinu itd. tako da je bar jedan deo čvrstog materijala u stanju da prenosi toplotnu energiju na najmanje dva različita susedna dela kanala tokom procesa pražnjenja. Jedinica za skladištenje energije sa više prolaza ima prednost u tome što raspodela temperature unutar elementa za skladištenje toplote ostaje homogenija tokom procesa pražnjenja. A homogenija raspodela temperature znači manje toplotnih naprezanja i, kao rezultat, produžen životni vek elementa za skladištenje toplote. U jedinici za skladištenje energije sa više prolaza, kanal poželjno ima oblik dvo- ili trodimenzionalnog, jednostrukog ili višestrukog meandra, spirale ili puža.

[0048] Kanal takođe može da prolazi kroz element za skladištenje toplote, da se temperaturno raslojavanje između ulaza i izlaza kanala razvija tokom prenosa toplotne energije sa elementa za skladištenje toplote na fluid. Temperaturno raslojavanje je poželjno takvo da temperatura elementa za skladištenje toplote kontinuirano raste u pravcu od ulaza do izlaza kanala. Takvo temperaturno raslojavanje se može postići na primer, ako je najmanje jedna jedinica za skladištenje energije jedinica za skladištenje energije sa jednim prolazom. Jedinica za skladištenje energije sa jednim prolazom je jedinica za skladištenje energije u kojoj se kanal proteže u suštini u jednoj pravoj liniji kroz element za skladištenje toplote, tako da svaki deo čvrstog materijala može da prenese toplotnu energiju samo na jedan susedni deo kanala tokom procesa pražnjenja. Kao rezultat toga, raspodela temperature unutar čvrstog materijala elementa za skladištenje toplote tokom procesa pražnjenja nije homogena. U regionu izlaza iz kanala, termoakumulacioni element obično ima višu temperaturu nego u regionu ulaza u kanal, odnosno postoji izražen temperaturni gradijent unutar elementa za skladištenje toplote. Svaka jedinica za skladištenje energije sa temperaturnim raslojavanjem, uključujući jedinicu za skladištenje energije sa jednim prolazom, posebno je pogodna za kontrolu temperature fluida na izlazu iz kanala.

[0049] Uređaj za skladištenje energije može da sadrži jedinicu za skladištenje energije, posebno jedinicu za skladištenje energije sa raslojenom raspodelom temperature, kao što je npr. jedinica za skladištenje energije sa jednim prolazom, koja je raspoređena u seriji sa i nizvodno u procesu od najmanje jedne dalje jedinice za skladištenje energije. Najmanje jedna dodatna jedinica za skladištenje energije može biti jedinica za skladištenje energije sa homogenom ili raslojenom raspodelom temperature, kao što je npr. jedinica za skladištenje energije sa jednim ili više prolaza. Poželjno je da se najmanje dve jedinice za skladištenje energije koje su raspoređene u nizu zagrevaju na različite temperature. Raspored jedinica za skladištenje energije u seriji i nizvodno u procesu od sledeće jedinice za skladištenje energije je posebno povoljan, kako bi se kontrolisala temperatura fluida tokom procesa pražnjenja.

[0050] Alternativno ili kao dodatak, jedinica za skladištenje energije, posebno jedinica za skladištenje energije sa homogenom distribucijom temperature, kao što je npr. višeprolazna jedinica za skladištenje energije, može biti raspoređena paralelno sa najmanje još jednom jedinicom za skladištenje energije. Najmanje jedna dodatna jedinica za skladištenje energije može ponovo biti jedinica za skladištenje energije sa homogenom ili raslojenom distribucijom temperature, kao što je npr. jedinica za skladištenje energije sa jednim ili više prolaza. Poželjno je da se najmanje dve jedinice za skladištenje energije koje su raspoređene paralelno zagrevaju na različite temperature. Paralelni aranžman jedinice za skladištenje energije omogućava regulaciju tokova fluida kroz jedinice za skladištenje energije, npr. pomoću pumpi i/ili ventila, kako bi se dobila željena temperatura fluida nakon mešanja dve struje fluida.

[0051] Rasporedi jedinica za skladištenje energije u seriji i paralelno, kao što je gore opisano, naravno mogu da se proizvoljno kombinuju jedan sa drugim, kako bi se postigla posebno dobro podesiva, precizna i/ili stabilna kontrola temperature fluida tokom procesa pražnjenja. Temperature elemenata za skladištenje toplote koji su raspoređeni u seriji ili paralelno, poželjno se razlikuju za najmanje 50 °C, a još poželjnije za najmanje 100 °C.

[0052] Uređaj za skladištenje energije prema bilo kom od ova dva koncepta poželjno dodatno sadrži i turbinu za pretvaranje, pomoću zagrejanog fluida, toplotne energije uskladištene u elementu za skladištenje toplote u električnu energiju. Turbina je poželjno parna turbina, ali može biti i npr. gasna turbina. U slučaju parne turbine, tečnost je poželjno voda. U slučaju gasne turbine, tečnost je poželjno vazduh.

1

[0053] Pronalazak je takođe usmeren na metodu za skladištenje energije pomoću uređaja za skladištenje energije prema pronalazačkom konceptu, kao što je gore opisano, sa najmanje jednom jedinicom za skladištenje energije, koja sadrži element za skladištenje toplote napravljen od čvrstog materijala, sa kanalom koji je prilagođen da vodi fluid kroz uređaj za skladištenje energije, kako bi preneo toplotnu energiju od elementa za skladištenje toplote do fluida, sa električnim uređajem za grejanje za zagrevanje elementa za skladištenje toplote pomoću električne energije, i sa električnom izolacijom u obliku gasa, kako bi se električni uređaj za grejanje električno izolovao od termoakumulacionog elementa. Postupak obuhvata korake zagrevanja elementa za skladištenje toplote, npr. pomoću otporničkog grejača ili pomoću generisanja električne struje unutar čvrstog materijala elementa za skladištenje toplote, koristeći električni uređaj za grejanje; i vođenje fluida, posebno vode i/ili pare, kroz kanal, koji posebno može biti deo bloka za generisanje pare, u cilju prenosa toplotne energije od elementa za skladištenje toplote do fluida, odnosno zagrevanja fluida.

[0054] Kanal, koji se može nazvati i cev, posebno se može prostirati duž ili kroz element za skladištenje toplotne energije.

[0055] Zagrejani fluid se može koristiti da pogoni turbinu, posebno parnu turbinu.

[0056] Pre zagrevanja termoakumulacionog elementa, od prednosti je da se kanal pročišćava gasom, posebno vazduhom. Pročišćavanje kanala pomoću gasa omogućava uklanjanje mogućih ostataka tečnosti ili drugih supstanci iz kanala. Prisustvo tečnosti i/ili drugih supstanci unutar kanala tokom zagrevanja elementa za skladištenje toplote je obično nepoželjno, jer ove supstance mogu nekontrolisano ispariti tokom procesa punjenja i čak oštetiti kanal. Pregrevanje kanala usled nehomogene distribucije temperature može se sprečiti pomoću opisanog procesa pročišćavanja. Pročišćavanje se poželjno izvodi pomoću vazduha male brzine.

[0057] U poželjnoj izvedbi, najmanje dve jedinice za skladištenje energije su raspoređene paralelno jedna prema drugoj i zagrevaju se na različite temperature pomoću odgovarajućih električnih uređaja za grejanje, pri čemu se fluid vodi u najmanje dva toka fluida kroz odgovarajuće kanale, i pri čemu su najmanje dva toka fluida regulisana na takav način da se, nakon mešanja dve struje fluida jedne sa drugom, postigne unapred određeni ciljni pritisak, maseni protok i/ili temperatura

1

fluida koji se po mogućstvu nalazi između temperatura najmanje dve jedinice za skladištenje energije. Dva paralelna toka fluida kroz jedinice za skladištenje energije koje imaju elemente za skladištenje toplote na različitim temperaturama omogućavaju posebno dobro podesivu, preciznu i/ili stabilnu kontrolu temperature fluida tokom procesa pražnjenja. Kontrolu masenog protoka i pritiska poželjno je obezbediti sa jednom ili više pumpi i/ili jednim ili više ventila postavljenih na hladnom kraju sistema, tj. uzvodno u procesu od jedinica za skladištenje energije i posebno od elemenata za skladištenje toplote. Sistem poželjno ne uključuje pumpe i/ili ventile na toplom kraju.

[0058] U daljoj poželjnoj izvedbi, najmanje dve jedinice za skladištenje energije su raspoređene u seriji, pri čemu je druga jedinica za skladištenje energije raspoređena nizvodno u procesu od prve jedinice za skladištenje energije, pri čemu se prva jedinica za skladištenje energije zagreva na različitu temperaturu od druge jedinice za skladištenje energije. pomoću odgovarajućeg električnog uređaja za grejanje, i pri čemu temperatura druge jedinice za skladištenje energije odgovara unapred određenoj ciljnoj temperaturi fluida. Prema tome, unapred određena ciljana temperatura je obično temperatura fluida, kada on izlazi iz poslednje jedinice za skladištenje energije od najmanje dve jedinice za skladištenje energije koje su raspoređene u nizu. Poželjno, unapred određena ciljna temperatura je temperatura fluida pri izlasku iz uređaja za skladištenje energije, a posebno je poželjno temperatura fluida kada ulazi u turbinu. Kontrolu masenog protoka i pritiska poželjno je obezbediti sa jednom ili više pumpi i/ili jednim ili više ventila postavljenih na hladnom kraju sistema, tj. uzvodno u procesu od jedinica za skladištenje energije i posebno od elemenata za skladištenje toplote. Sistem ne uključuje pumpe i/ili ventile na toplom kraju.

KRATAK OPIS SLIKA NACRTA

[0059] Poželjne izvedbe pronalaska su opisane prema referencama u nacrtima, koji služe samo u cilju ilustracije, i nemaju ograničavajuće efekte na pronalazak. Na slikama je prikazano:

Slika 1 šematski prikaz (višeprolazna) jedinice za skladištenje energije prema izvedbi, sa električnim uređajem za grejanje koji ima kontaktne elektrode;

1

Slika 2 šematski prikaz (višeprolazna) jedinice za skladištenje energije uređaja za skladištenje energije prema drugoj izvedbi, sa uređajem za električno grejanje koji ima indukcioni navoj;

Slika 3a šematski prikaz (jednoprolazna) jedinice za skladištenje energije prema daljoj izvedbi, sa električnom izolacijom između kanala i elementa za skladištenje toplote;

Slika 3b poprečni presek duž ravni III-III jedinice za skladištenje energije sa slike 3a;

Slika 4 šematski prikaz (jednoprolazna) jedinice za skladištenje energije uređaja za sklkadištenje energije sa slike 2 i pumpe za vodu za pumpanje vode kroz uređaj za skladištenje energije;

Slika 5 šematski prikaz uređaja za skladištenje energije prema daljoj izvedbi, koji sadrži tri jednoprolazne jedinice sa skladištenje energije postavljene u serijskoj konfiguraciji;

Slika 6 šematski prikaz uređaja za skladištenje energije prema daljoj izvedbi, koji sadrži višeprolaznu jedinicu za skladištenje energije, pumpu za vodu i parnu turbinu;

Slika 7 grafik koji ilustruje varijaciju temperature skladišta duž glavnog pravca prostiranja toplote i vremenski, u slučaju elementa za skladištenje toplote sa temperaturnim raslojavanjem;

Slika 8 perspektivni pogled na (višeprolaznu) jedinicu za skladištenje energije uređaja za skladištenje energije, sa pravim kanalima koji prolaze kroz element za skladištenje toplotne energije;

Slika 9 perspektivni pogled na (višeprolaznu) jedinicu za skladištenje energije uređaja za skladištenje energije sa pravim kanalima, gde kanali prolaze kroz element za skladištenje toplotne energije, gde su kanali povezani veznim elementima i čine dva kanala u obliku serpentina;

Slika 10 grafik ilustruje varijaciju temperature skladištenja duž osnovne ose prostiranja toplote elementa za skladištenje energije i tokom vremena, u slučaju elementa za skladištenje toplotne energije sa homogenom temperaturnom raspodelom;

Slika 11 šematski prikaz uređaja za skladištenje energije po još jednoj izvedbi, koji sadrži jedno- i višeprolaznu jedinicu za skladištenje energije postavljene u serijskoj konfiguraciji;

1

Slika 12 šematski prikaz uređaja za skladištenje energije prema još jednoj izvedbi, koja sadrži dve višeprolazne jedinice za skladištenje energije postavljene u paralelnoj konfiguraciji;

Slika 13 šematski prikaz uređaja za skladištenje energije po još jednoj izvedbi, koji sadrži jednoprolaznu i višeprolaznu jedinicu za skladištenje energije postavljene u paralelnoj konfiguraciji;

Slika 14 šematski prikaz jedinice za skladištenje energije po još jednoj pronalazačkoj izvedbi, koja sadrži gasnu izolaciju između uređaja za električno grejanje i elementa za skladištenje toplote;

Slika 15 šematski prikaz jedinice za skladištenje energije po još jednoj izvedbi, sa uređajem za električno grejanje postavljenim između dva elementa za skladištenje toplote;

Slika 16 šematski prikaz jedinice za skladištenje energije po još jednoj pronalazačkoj izvedbi, sa uređajem za električno grejanje postavljenim između dve grupe elemenata za skladištenje toplote;

Slika 17 šematski perspektivni prikaz varijante uređaja za električno grejanje za pronalazački uređaj za skladištenje energije;

Slika 18 šematski perspektivni prikaz još jedne varijante uređaja za električno grejanje za pronalazački uređaj za skladištenje energije;

Slika 19 šematski perspektivni prikaz jedinice za skladištenje energije prema još jednoj pronalazačkoj izvedbi, sa više cilindričnih otporničkih grejača postavljenih između više cilindričnih elemenata za skladištenje toplotne energije;

Slika 20a šematski prikaz poprečnog preseka, sa interfejs jedinicom za povezivanje i radzvajanje uređaja za električno grejanje sa strujom iz mreže;

Slika 20b uređaj za skladištenje energije sa slike 20a, u razdvojenom stanju interfejs jedinice;

Slika 21 šematski perspektivni prikaz dva kubasta elementa za skladištenje toplote i pločastog bloka za proizvodnju pare postavljenih jedan na drugi;

Slika 22 šematski perspektivni prikaz više heksagonalnih elemenata za skladištenje toplote i pločastih blokova za proizvodnju pare prislonjenih jedan na drugi;

1

Slika 23 šematski perspektivni prikaz tri elementa za skladištenje toplote, gde svaki sadrži poprečni presek u obliku cirkularnog sektora, i pločaste blokove za proizvodnju pare naslonjene jedan na drugi;

Slika 24 šematski perspektivni prikaz više kubastih elemenata za skladištenje energije i više pločastih blokova za proizvodnju pare postavljenih jedni na druge;

Slika 25 šematski perspektivni prikaz više kubastih elemenata za skladištenje toplote i više pločastih blokova za proizvodnju pare, u drugačijoj konfiguraciji u odnosu na sliku 24;

Slika 26 šematski perspektivni prikaz blokova za proizvodnju pare pronalazačkog uređaja za skladištenje energije, sa kanalima u obliku serpentina;

Slika 27 šematski perspektivni prikaz blokova za proizvodnju pare pronalazačkog uređaja za skladištenje energije, sa više pravih kanala unutar bloka;

Slika 28 šematski perspektivni prikaz bloka za proizvodnju pare pronalazačkog uređaja za skladištenje energije, sa više pravih kanala unutar bloka povezanih crevima van bloka da bi se oformio kanal u obliku serpentine;

Slika 29 šematski perspektivni prikaz bloka za skladištenje toplotne energije sa integrisanim kanalom u obliku serpentine;

Slika 30 šematski perspektivni prikaz bloka za skladištenje toplotne energije sa integrisanim pravim kanalima;

Slika 31 šematski perspektivni prikaz bloka za skladištenje toplotne energije sa integrisanim pravim kanalima spolja povezanih crevima koji oformljuju kanal u obliku serpentine;

Slika 32 šematski perspektivni prikaz pronalazačkog uređaja za skladištenje energije koji je modularne konfiguracije sa više elemenata za skladištenje energije, uređaja za električno grejanje i blokova za proizvodnju pare poređanih u grupi; i

Slika 33 šematski perspektivni prikaz pronalazačkog uređaja za skladištenje energije modularne konfiguracije slične onoj na slici 32, ali sa drugačijom konfiguracijom i povećanim kapacitetom za skladištenje toplotne energije.

2

DETALJAN OPIS POGODNIH IZVEDBI PRONALASKA

[0060] U daljem tekstu, pojedinosti koje imaju isti ili sličan dizajn su numerisane istim brojem.

[0061] Prva izvedba uređaja za skladištenje energije u skladu sa dalje objavljenim konceptom je prikazana na slici 1. Uređaj za skladištenje energije sadrži jedinicu za skladištenje energije, koja ovde ima oblik višeprolazne jedinice za skladištenje energije 1. Višeprolazna jedinica 1 za skladištenje energije se sastoji od elementa 3 za skladištenje toplote (termoakumulacionog elementa), kanala 41 koji se takođe može nazvati i cevi, električnog uređaja 5 za grejanje, toplotne izolacije 6 i kućišta 2.

[0062] Termoakumulacioni element 3 je napravljen od čvrstog materijala, odnosno materijala koji je uvek u čvrstom stanju i tokom procesa punjenja i pražnjenja. Poželjno je da termoakumulacioni element ima električnu otpornost od najmanje 10<-4>Ωm i ne više od 1 S2m.

[0063] Kanal 41 ima ulaz za uvođenje tečnosti u obliku tečne vode W i ima izlaz, kroz koji zagrejana voda izlazi iz višeprolazne jedinice 1 za skladištenje energije u obliku pare S, posebno pregrejane pare S.

[0064] Toplotna izolacija 6 je postavljena direktno i poželjno na celoj spoljnoj površini termoakumulacionog elementa 3, kako bi se sprečilo rasipanje uskladištene toplotne energije ka spolja. Kućište 2 služi za prijem i držanje termoakumulacionog elementa 3 i toplotne izolacije 6.

[0065] Električni uređaj 5 za grejanje sadrži dve kontaktne elektrode 51 koje su pričvršćene direktno na čvrsti materijal termoakumulacionog elementa 3. Kontaktne elektrode 51 su pričvršćene za dve površine termoakumulacionog elementa 3 koje su postavljene na suprotnim stranama termoakumulacionog elementa 3. Električni uređaj 5 za grejanje je priključen na napajanje električnom energijom 9 (izvor struje G), koji može biti na primer solarni ili vetroenergetski sistem i/ili javno napajanje električnom energijom. Tokom vremena visokog napajanja, električni uređaj 5 za grejanje zagreva termoakumulacioni element 3 primenom razlike napona na kontaktnim elektrodama 51, što dovodi do stvaranja struje unutar čvrstog materijala termoakumulacionog elementa 3. Struja zauzvrat dovodi do otporničkog zagrevanja termoakumulacionog elementa 3. Dakle, električna energija iz izvora 9 električne energije se prenosi na veoma direktan i, samim tim, efikasan način u toplotnu energiju uskladištenu u termoakumulacionom elementu 3.

[0066] U alternativnoj izvedbi, uređaj 5 za električno grejanje može sadržati i vezu između kanala 41 (videti isprekidanu liniju na slici 1), da bi se električno uzemio kanal 41.

[0067] Tokom vremena velike potrebe za energijom, toplotna energija uskladištena u termoakumulacionom elementu 3 može se preneti nazad u električnu energiju i/ili mehaničku energiju. U tu svrhu se tečna voda W uvodi npr. pumpom preko ulaza u kanal 41 i vodi se kroz kanal 41, a samim tim i termoakumulacioni element 3 do izlaza kanala 41. Na svom putu kroz kanal 41, toplotna energija se prenosi sa termoakumulacionog elementa 3 u vodu koja se kao rezultat zagreva i isparava u paru S. Para S se dalje zagreva, odnosno pregreva, na svom putu ka izlazu iz kanala 41.

[0068] Turbina, posebno parna turbina 14 (videti sliku 6), može biti povezana na izlaz kanala 41. Pregrejana para S pogoni turbinu 14, da bi se toplotna energija prebacila nazad u električnu energiju i/ili u mehaničku energiju. Parna turbina 14 može imati nekoliko sekcija niskog i visokog pritiska i/ili sadržati nekoliko turbina niskog i visokog pritiska, kao što je dobro poznato stručnjaku. U parnoj turbini 14, para S se hladi. Dodatno može biti prisutan i toplotni ekspanzioni ventil, kako bi se već ohlađena para S vratila u tečnu fazu. Tečna voda W se zatim može ponovo uvesti u kanal 41. Prema tome, uređaj za skladištenje energije poželjno sadrži zatvoreni krug za cirkulaciju vode tokom procesa pražnjenja. U drugim alternativnim izvedbama, može se obezbediti otvoreni krug.

[0069] Druga izvedba uređaja za skladištenje energije u skladu sa dalje otkrivenim konceptom, kao što je prikazano na slici 2, razlikuje se od onog sa slike 1 po dizajnu uređaja 5 za električno grejanje. Umesto stvaranja struje unutar termoakumulacionog elementa 3 pomoću para kontaktnih elektroda, ovde se koristi indukcioni kalem 52 da indukuje električnu struju unutar čvrstog materijala termoakumulacionog elementa 3. Indukcioni kalem 52 sadrži više namotaja koji su poželjno namotani oko termoakumulacionog elementa 3, kako bi se električna struja indukovala što je moguće homogenije unutar termoakumulacionog elementa 3. Indukcioni kalem 52 takođe okružuje kanal 41.

[0070] Višeprolazna jedinica 1 za skladištenje energije, kao što je prikazano na slici 2, prikazana je u stanju pre procesa punjenja, tj. u nezagrejanom stanju. Da bi se postiglo što homogenije zagrevanje termoakumulacionog elementa 3, kanal 41 se pročišćava vazduhom A male brzine. Pri tome se eventualni ostatak vode i/ili ostaci drugih neželjenih materija uklanjaju iz kanala 41 i, kao rezultat, više ne mogu izazvati nekontrolisano isparavanje i povezanu pojavu pregrejanih vrućih tačaka tokom procesa punjenja.

[0071] Slike 3a i 3b prikazuju posebno poželjnu varijantu uređaja za skladištenje energije u skladu sa dalje otkrivenim konceptom, u kojem se koristi jedinica 1 za skladištenje energije sa jednim prolazom koja je cevastog oblika. Pokazalo se da je proizvodnja jednoprolaznih jedinica 2 za skladištenje energije cevastog oblika posebno laka, a samim tim i troškovno štedljiva. Štaviše, jedinice 2 za skladištenje energije sa jednim prolazom takvog oblika mogu se rasporediti na način koji štedi prostor u mnogim situacijama. Izvedba kao što je prikazano na slikama 3a i 3b takođe se može primeniti u odnosu na uređaj za skladištenje energije u skladu sa konceptom pronalaska.

[0072] Kao što se može videti na slici 3a, kanal 41 se proteže duž suštinski prave linije kroz termoakumulacioni element 3. Ili drugim rečima, kanal 41 se proteže centralno i paralelno sa uzdužnom srednjom osom elementa za skladištenje toplote kroz ovaj drugi. Kao posledica toga, raspodela temperature unutar termoakumulacionog elementa 3 tokom procesa pražnjenja postaje nehomogena, odnosno postoji značajan gradijent temperature, odnosno temperaturno raslojavanje, u termoakumulacionom elementu 3 od ulaza do izlaza kanala 41. Takva nehomogena distribucija temperature (ili temperaturno raslojavanje) može biti korisna, da bi se održala konstantna temperatura pare S na izlazu iz kanala 41.

[0073] Uređaj za skladištenje energije kao što je prikazano na slikama 3a i 3b takođe sadrži električnu izolaciju 7 za električnu izolaciju kanala 41, koji je poželjno metalni kanal, tj. kanal formiran od metalnog materijala, u svim izvedbama, od termoakumulacionog elementa 3. Električna izolacija 7 služi da spreči obilaznu struju unutar kanala 41 tokom procesa punjenja. Električna izolacija 7 je poželjno izvedena od tankog sloja električni izolacionog, ali toplotno provodljivog materijala. Mogući primeri za materijal električne izolacije 7 su nitridi poput AIN i SiN i karbidi poput SiC.

2

[0074] U izvedbi prikazanoj na slici 4, uređaj za skldištenje energije dodatno sadrži i pumpu 10 za uvođenje vode u i kroz kanal 41.

[0075] Slika 5 prikazuje izvedbu uređaja za skladištenje energije u skladu sa dalje objavljenim ili sa pronalazačkim konceptom, u kome su tri jedinice 2 za skladištenje energije sa jednim prolazom raspoređene u seriju. Prednost uređaja za skladištenje energije sa slike 5 je slična onoj sa slike 3a i 3b, dakle gradijent raspodele temperature od ulaza do izlaza za kontrolu izlazne temperature pare S. U izvedbi sa slike 5, toplotni naponi su smanjeni zbog razdvajanja na tri jedinice 2 za skladištenje energije sa jednim prolazom. Uređaj sa slike 5 takođe omogućava zagrevanje termoakumulacionih elemenata 3 različitih jednoprolaznih jedinica 2 za skladištenje energije na različite temperature tokom procesa punjenja.

[0076] Slika 6 prikazuje izvedbu sa jednom višeprolaznom jedinicom 1 za skladištenje energije. Voda W se pomoću pumpe 10 sprovodi u otvorenom ili zatvorenom kolu kroz višeprolaznu jedinicu 1 za skladištenje energije prema parnoj turbini 14, da bi pogonila parnu turbinu..

[0077] Nezavisno od tipa jedinice za skldištenje energije, dva koncepta pražnjenja mogu biti izvedena:

• Pražnjenje toplotnog skladišta uz temperaturnom raslojavanje

• Pražnjenje toplotnog skladišta uz homogenu distribuciju temperature.

[0078] Prvi koncept je ilustrovan na slikama 4 do 6. Na slici 4, prikazan je posebno jednostavan sistem sa termoakumulacionim elementom 3 i jednim ravnim kanalom 41 koji se proteže kroz termoakumulacioni element 3. Raspodela temperature duž glavnog pravca širenja toplote PD ovog termoakumulacionog elementa 3 prikazana je za različita vremena tokom procesa pražnjenja na slici 7. Na početku pražnjenja (t0), temperatura je konstantna duž termoakumulacionog elementa 3, i tokom pražnjenja temperatura termoakumulacionog materijala u blizini ulaza u kanal 41 postaje značajno manja od temperature termoakumulacionog materijala u blizini izlaza, odnosno dolazi do temperaturnog raslojavanja unutar elementa duž glavnog pravca PD. Temperaturni profil (prosečna temperatura u delovima normalnim na smer strujanja) ima oblik talasa koji se prostire duž pravca strujanja. Kao što se može primetiti na slici 7, temperatura na izlazu iz kanala 41 ostaje konstantna svo vreme od t0do t3, što znači da para S napušta termoakumulacioni element 3 na konstantnoj temperaturi sve vreme od t0do t3.

[0079] Isti efekat, ilustrovan na slici 7, može biti primećen u svakom od termoakumulacionih elemenata 3 prikazanih na slici 5 (poželjno sa različitim amplitudama), kao i duž glavnog pravca PD (koji je ovde orijentisan upravno na pravac protoka) višeprolazne jedinice 1 za skladištenje energije prikazane na slici 6.

[0080] Da bi se dobila homogena distribucija temperature, sistem može imati više ravnih kanala koji se protežu paralelno, ali sa suprotnim smerovima protoka, tj. sa naizmeničnim ulazima i izlazima, kao što je na primer ilustrovano na slici 8. U izvedbi sa slike 8, jedan kubasti termoakumulacioni element 3 ima nekoliko ravnih kanala 41, ali smer strujanja suprotan za svaki susedni kanal 41. Kao rezultat, temperatura toplotnog skladišta će se menjati tokom vremena kao što je prikazano na slici 10, tj. biće u suštini homogena za ceo termoakumulacioni element 3 i sve vreme t0do t3.

[0081] Ako za isti termoakumulacioni element 3 kao što je prikazano na slici 8 treba obezbediti smanjen broj ulaza i izlaza, mogu se predvideti zakrivljeni priključni elementi 42, kako bi se povezali susedni ulazi i izlazi termoakumulacionog elementa 3, kao što je prikazano na varijanti sa slike 9. U ovom slučaju su obezbeđena dva kanala 41 oblika serpentina, od kojih svaki ima ulaz i izlaz. Ponovo, homogena temperatura elementa za skladištenje toplote 3 može se postići naizmeničnim smerom protoka u susednim delovima kanala 41.

[0082] Stoga, pražnjenje sa temperaturnim raslojavanjem može imati posebnu prednost za kontrolu parametara pare. Pražnjenje sa homogenom distribucijom temperature može imati posebnu prednost zbog niskih temperaturnih gradijenata unutar termoakumulacionog elementa 3. Međutim, naročito od prednosti je kombinacija većeg broja takvih termoakumulacionih elemenata 3, koji mogu biti različitih ili istih tipova, kao što je objašnjeno u nastavku sa pozivanjem na reference na slikama 11 do 13. Uređaji za skladištenje energije kao što je prikazano na slikama 11 do 13 mogu biti u skladu sa bilo kojim od dalje objavljenih ili pronalazačkih koncepata ili čak predstavljati njihovu kombinaciju.

[0083] Uređaji za skladištenje energije kao što je prikazano na slikama 11 do 13 u svakom slučaju sadrže prvu jedinicu 1 za skladištenje energije koja je raspoređena u

2

serijskoj (slika 11) ili paralelnoj konfiguraciji (slike 12 i 13) sa/na drugu jedinicu 1 za skladištenje energije. U svakoj od slika 11 do 13, prva jedinica 1 za skladištenje energije je jedinica 1 za skladištenje energije sa homogenom distribucijom temperature tokom procesa pražnjenja. Na slikama 11 i 13, druga jedinica 1 za skladištenje energije je jedinica za skladištenje energije 1 sa temperaturnim raslojavanjem između ulaza i izlaza tokom procesa pražnjenja. Na slici 12, druga jedinica 1 za skladištenje energije je takođe jedinica 1 za skladištenje energije sa homogenom distribucijom temperature tokom procesa pražnjenja. U ovim primerima izvedbi na slikama 11 do 13, jedinice 1 za skladištenje energije sa homogenom raspodelom temperature su u svakom slučaju realizovane primerom višeprolazne jedinice 1 za skladištenje energije, a jedinice 1 za skladištenje energije sa temperaturnim raslojavanjem su u svakom slučaju realizovane primerom jedinice 1 za skladištenje energije sa jednim prolazom. U nastavku i u odnosu na slike 11 do 13, opis je usmeren na jedinice 1 za skladištenje energije sa jednim prolazom i više prolaza, ali to treba tako razumeti, da su ove izvedbe samo primeri i da se svaka jedinica za skladištenje energije sa jednim prolazom 1 generalno može zameniti bilo kojom drugom jedinicom 1 za skladištenje energije sa temperaturnim raslojavanjem i da bi svaka jedinica 1 za skladištenje energije sa više prolaza generalno mogla biti zamenjena bilo kojom drugom jedinicom 1 za skladištenje energije sa homogenom raspodelom temperature.

[0084] Jedinica 1 za skladištenje energije sa jednim prolazom je postavljena nizvodno u procesu od jedinice 1 za skladištenje energije sa više prolaza. Ova izvedba kombinuje gore razmotrene prednosti homogene raspodele temperature, tj. ovde višeprolazne jedinice 1 za skladištenje energije i temperaturnog raslojavanja, tj. ovde jednoprolazne jedinice 1 za skladištenje energije. Termoakumulacioni elementi 3 višeprolazne jedinice 1 za skladištenje energije i jedinice 1 za skladištenje energije sa jednim prolazom poželjno se zagrevaju na različite temperature tokom procesa punjenja. Temperatura višeprolazne jedinice 1 za skladištenje energije je poželjno viša od temperature jedinice 1 za skladištenje energije sa jednim prolazom.

[0085] Na primer, višeprolazna jedinica 1 za skladištenje energije, prikazana na slici 11, može se napuniti do maksimalne moguće temperature odgovarajućeg čvrstog materijala njenog termoakumulacionog elementa 3. Višeprolazna jedinica 1 za skladištenje energije se tada koristi kao predgrejač i isparivač a tokom određenog

2

vremena i kao pregrejač. Jednoprolahzna jedinica 1 za skladištenje energije može se napuniti do temperature koja je jednaka potrebnoj temperaturi pare S. Jednoprolazna jedinica 1 za skladištenje energije tada ima funkciju pregrejača. U početnoj fazi procesa pražnjenja, jedinica 1 za skladištenje energije sa više prolaza je potpuno napunjena i izlazna temperatura pare na izlazu višeprolazne jedinice 1 za skladištenje energije 1 može premašiti potrebnu temperaturu pare S. U ovoj situaciji, ova pregrejana para će dodatno napuniti jednoprolaznu jedinicu 1 za skladištenje energije i ostaviti je na potrebnoj temperaturi. Čim temperatura na izlazu višeprolazne jedinice 1 za skladištenje energije padne ispod potrebne temperature za paru S, jednoprolazna jedinica 1 za skladištenje energije počinje da radi kao pregrejač i održava potrebnu temperaturu pare.

[0086] Različiti termoakumulacioni elementi 3 mogu biti napravljeni od različitih materijala da bi se optimizovali ukupni troškovi uređaja za skladištenje energije. U svakom slučaju, izlazni element na najnižoj temperaturi može npr. biti napravljen od jeftinijeg materijala od elemenata postavljenih uzvodno u procesu. Takođe je moguće npr. rasporediti više od dva elementa (N elemenata) napravljenih od različitih materijala i zagrejanih na različite temperature u lanac. Osnovna prednost ove metode skladištenja u odnosu na druge metode je u tome što je temperatura izlazne pare S samokontrolisana, odnosno nisu potrebni aktivni kontrolni elementi.

[0087] Pumpa 10 koja održava neophodni protok i pritisak, je postavljena na hladnoj strani sistema. Nema potrebe za toplim ventilima ili pumpama ili nekom drugom skupom opremom na toplom kraju sistema.

[0088] Slika 12 prikazuje još jednu pronalazačku i poželjnu izvedbu u kojoj su dve višeprolazne jedinice 1 za skladištenje energije raspoređene paralelno. Termoakumulacioni elementi 3 dve višeprolazne jedinice 1 za skladištenje energije se zagrevaju na različite temperature tokom procesa punjenja. Tokom procesa pražnjenja, voda W se vodi u dva odvojena toka kroz višeprolazne jedinice 1 za skladištenje energije i pretvara se u paru S. Dve struje pare S se zatim objedinjuju i mešaju u kolektoru 11 pare. Svaka od struja se transportuje pumpom 10 postavljenom uzvodno u procesu, odnosno na hladnoj strani, od odgovarajuće jedinice 1 za skladištenje energije sa više prolaza. Rezultujuća izlazna temperatura mešane pare S na izlazu parnog kolektora 11 može se regulisati odgovarajućom kontrolom pumpe 10. Na ovaj način, izlazna temperatura mešane pare S može se lako podesiti na temperaturu

2

između temperatura dve višeprolazne jedinice 1 za skladištenje energije. Postavljanjem pumpi 10 uzvodno u procesu u odnosu na termoakumulacioni element 3, odnosno na hladnoj strani sistema sniženi su tehnički zahtevi za pumpe 10. Umesto dve pumpe, naravno bilo bi moguće koristiti i npr. jednu pumpu 10 i dva ventila 12 i 13, kao što je prikazano na primeru slike 13.

[0089] Na primer, prva višeprolazna jedinica 1 za skladištenje energije, kao što je prikazano na slici 12, može se napuniti do maksimalne moguće temperature odgovarajućeg čvrstog materijala njenog termoakumulacionog elementa 3. Drugi višeprolazni element 1 za skladištenje energije može se napuniti do temperature ispod temperature prve višeprolazne jedinice 1 za skladištenje energije. Tokovi vode W se dele između dve višeprolazne jedinice 1 za skladištenje energije na način da dobijena mešavina pare na izlazu parnog kolektora 11 ima potreban maseni protok i potrebnu temperaturu.

[0090] Izvedbe sa slika 11 i 12 mogu naravno biti kombinovane jedna sa drugom, da bi se postigla istovremena konstantna i dobro podesiva izlazna temperatura pare S, pre uvođenja pare S u na primer parnu turbinu.

[0091] U izvedbi sa slike 13, višeprolazna jedinica 1 za skladištenje energije je postavljena paralelno sa jednoprolaznom jedinicom 1 za skladištenje energije. Opet, dve jedinice 1 za skladištenje energije se poželjno zagrevaju na različite temperature tokom procesa zagrevanja. Prednost višeprolazne jedinice 1 za skladištenje energije je kombinacija visokog toplotnog kapaciteta sa produženim životnim vekom zbog homogene raspodele temperature i manjeg toplotnog naprezanja tokom procesa pražnjenja. Prednost jednoprolazne jedinice 1 za skladištenje energije je njena temperaturna stabilnost. Podešavanjem masenog protoka vodenih tokova W kroz dve jedinice 1 za skladištenje energije, što se ovde vrši pomoću ventila 12 i 13 koji su takođe postavljeni uzvodno u procesu od jedinica 1 za skladištenje energije, odnosno na hladnoj strani sistema, temperatura pare S na izlazu parnog kolektora 11 se može podešavati i kontrolisati. Dakle, visok kapacitet skladištenja toplote je kombinovan sa posebno dobro podesivom i kontrolisanom izlaznom temperaturom pare S. Jedna pumpa 10 se koristi u ovom izvođenju za transport obe struje vode. Umesto jedne pumpe i dva ventila, naravno bilo bi moguće koristiti i npr. dve pumpe 10, kao što je prikazano na primeru na slici 12.

2

[0092] Izvedba uređaja za skladištenje energije u skladu sa konceptom pronalaska je prikazana na slici 14. Uređaj za skladištenje energije sadrži termoakumulacioni element 3 koji ima kubasti oblik sa centralnim otvorom koji se pruža duž prave linije na uzdužnoj središnjoj osi kroz ceo termoakumulacioni element 3. Unutar prolaznog otvora je postavljen otpornički grejač 53 električnog grejnog uređaja 5. Da bi se sprečili mogući kratki spojevi unutar čvrstog materijala termoakumulacionog elementa 3, postavljena je električna izolacija 8 u oblik gasne izolacije koja okružuje otpornički grejač 53 celom njegovom dužinom. Materijal elementa za skladištenje toplote 3 ima poželjnu električnu otpornost manju od 10<-4>Ωm. Da bi se otpornički grejač 53 držao u centru unutar otvora termoakumulacionog elementa 3, obezbeđeni su odstojnici 81 napravljeni od dielektričnog materijala.

[0093] Dakle, u izvedbi sa slike 14, prostor između otpornog grejača 53 i materijala termoakumulacionog elementa 3 je ispunjen električnom izolacijom 8, koja se može ostvariti neprovodnim gasom (vazduh, azot , argon, ili CO2itd.). Električna struja (naizmenična ili jednosmerna) zagreva otpornički grejač 53 i zračenjem se toplota prenosi na unutrašnju površinu termoakumulacionog elementa 3, a zatim provođenjem toplote do unutrašnjosti čvrstog materijala termomakumulacionog elementa 3. U ovoj izvedbi, otpornički grejač 53 ima kružni poprečni presek.

[0094] Slika 15 prikazuje izvedbu u kojoj otpornički grejač 53 ima pravougaoni poprečni presek i nalazi se između dva kubasta termoakumulaciona elementa 3. Otpornički grejač 53 može biti napravljen kao pruge u obliku meandra kao što je prikazano na slici 15. U drugim izvedbama, otpornički grejač 53 takođe može biti napravljen od cilindričnih elemenata kao što su cevi ili od elemenata bilo kog drugog oblika.

[0095] Drugi raspored sa otporničkim grejačem 53 između poslaganih kubastih termoakumulacionih elemenata 3 je prikazan na slici 16. Zbog svojih ravnih površina, termoakumulacioni elementi 3 mogu biti raspoređeni na takav način da se direktno naslanjaju jedan na drugi i prenos toplote sa otporničkog grejača 53 na termoakumulacione elemente 3 je onda optimalan. U svim rasporedima, otpornički grejač 53 može da bude podržan dielektričnim odstojnicima, kao što su odstojnici 81 prikazani na slici 14.

2

[0096] U određenim izvedbama, otpornički grejač 53 može biti napravljen od otporničke trake sa promenljivom površinom poprečnog preseka i/ili promenljivom pokrivenošću površine duž njenog uzdužnog pravca, kao što je prikazano na slikama 17 i 18. U izvedbi sa slike 17 , površina poprečnog preseka otporničkog grejača 53 se povećava s leva na desno, što pri upotrebi dovodi do stvaranja više toplote na levoj nego na desnoj strani. Slično tome, pokrivenost površine otporničkog grejača 53 prikazanog na slici 18 opada sa leva na desno, što u upotrebi takođe dovodi do stvaranja manje toplote prema desnoj strani slike. Izvedbe otporničkih grejača 53 kao što je prikazano na slikama 17 i 18 su posebno povoljne, npr. u kombinaciji sa termoakumulacionim elementima 3 koji pokazuju temperaturno raslojavanje tokom procesa pražnjenja kao što je prikazano na slici 7. Ova varijacija temperature se može izjednačiti tokom procesa punjenja pomoću otporničkog grejača 53, kao po jednoj od izvedbi kao što je prikazano na slike 17 i 18.

[0097] Slika 19 prikazuje izvedbu u kojoj je obezbeđeno više cilindričnih termoakumulacionih elemenata 3. Između termoakumulacionih elemenata 3, cilindrični otpornički grejači 53 su raspoređeni i električno izolovani u odnosu na termoakumulacione elemente pomoću okolnih električnih gasnih izolacija 8. Otpornički grejači 53 su poželjno povezani paralelno sa dovodom električne energije 9.

[0098] Izvedba uređaja za skladištenje energije u skladu sa konceptom pronalaska, tj. sa električnom gasnom izolacijom 8 između otporničkih grejača 53 i termoakumulacionih elemenata 3, prikazana je na slikama 20a i 20b. Naravno, uređaj za skladištenje energije kao što je prikazano na slikama 20a i 20b može alternativno ili dodatno takođe biti projektovan u skladu sa dalje objavljenim konceptom.

[0099] Termoakumulacioni elementi 3 i otpornički grejači 53 uređaja za skladištenje energije sa slika 20a i 20b smešteni su unutar toplotne izolacije 6. Električna energija se snabdeva i distribuira do većeg broja otporničkih grejača 53 pomoću električne energetske magistrala 17 koja je takođe postavljena unutar toplotne izolacije 6. Prema tome, električni grejni uređaj 5, a posebno magistrala električne energije 17 unutar toplotne izolacije 6 takođe se zagrevaju tokom procesa punjenja i, shodno tome, treba da budu napravljeni od termički otpornog materijala. Izvan toplotne izolacije 6, (hladna) dovodna linija 19 povezuje sabirnicu električne energije 17 sa standardnom električnom opremom, kao što je sabirnica, transformator i/ili javna mreža. Ova standardna električna oprema je obično napravljena od materijala sa niskim toplotnim otporom (npr. bakar) i treba da bude zaštićena od toplotnog zagrevanja.

[0100] Da bi se sprečilo zagrevanje dovodnog voda 19 za hladnoću, obezbeđena je interfejs jedinica 20 sa ventilatorom 22. Duvaljka 22 služi za hlađenje veze između sabirnice 17 struje i dovodnog voda 19 vazduhom ili drugim rashladnim sredstvom. Da bi se toplotni gubici sveli na minimum, veza između sabirnice 17 struje i dovoda 19 je poželjno postavljena u rashladnu kutiju 21. Rashladna kutija 21 je postavljena izvan toplotne izolacije 6 i pričvršćena je za kućište 2.

[0101] Prema tome, tokom procesa punjenja, veza između sabirnice 17 struje visoke temperature i dovoda 19 niske temperature se prinudno hladi pomoću ventilatora 22. Sve dok je proces punjenja relativno brz, ukupni toplotni gubici su mali. Čim se proces punjenja završi i snabdevanje električnom energijom više nije potrebno, dovodni vod 19 se može fizički isključiti sa sabirnice 17 struje, tako da se nikakva toplotna provodljivost od sabirnice 17 struje do dovodne linije 19 ne može pojaviti. Kao posledica toga, ventilator 22 se može isključiti u isto vreme. Za fizičko isključenje napojnog voda 19 sa sabirnice 17 struje, jedinica interfejsa 20 je prilagođena da razdvoji odgovarajuće spojne elemente napojnog voda 19 i sabirnice 17 struje na takav način da su, u odvojenom stanju, spojni elementi raspoređeni udaljeno jedan od drugog, kao što je prikazano na slici 20b. Dakle, fizičkim, odnosno mehaničkim, isključivanjem sabirnice 17 za električnu energiju, a time i električnog uređaja 5 za grejanje od napajanja 19, toplotni gubici se mogu svesti na minimum. Nakon završetka procesa punjenja, odnosno tokom vremena skladištenja i tokom procesa pražnjenja, prirodnom konvekcijom se sprečava pregrevanje rashladne kutije 21. Kao zaštitna mera, ventilator 22 se može privremeno uključiti, ako temperatura unutar rashladne kutije 21 poraste iznad određenog nivoa. Interfejs jedinica 20 je poželjno prilagođena da automatski isključuje sabirnicu 17 struje sa dovoda 19.

[0102] Slika 21 prikazuje izvedbu u skladu sa dalje objavljenim ili pronalazačkim konceptom u kome termoakumulacioni elementi 3 imaju kubasti oblik. Više kanala 41 je raspoređeno unutar bloka 4 za proizvodnju pare koji ima kubastu, pogotovo pločastu konfiguraciju. Kanali 41 se protežu u pravoj liniji paralelno kroz blok 4 za proizvodnju pare. Blok 4 za proizvodnju pare je uklješten između dva termoakumulaciona elementa 2. Zbog ravnih i spoljnih površina iste veličine termoakumulacionih elemenata 2 i bloka 4 za proizvodnju pare, optimalan prenos

1

toplotne energije od termoakumulacionih elemenata 3 do bloka 4 za proizvodnju pare se postiže tokom procesa pražnjenja. Postavljanjem više termoakumulacionih elemenata 3 i blokova 4 za proizvodnju pare 4 na vrhu gornjeg termoakumulacionog elementa 3, uređaj za skladištenje energije može se lako skalirati, kako bi se povećao njegov toplotni kapacitet. Ceo blok termoakumulacionih elemenata 3 i blok/blokovi za proizvodnju pare 4 drži se zajedno pomoću gravitacionih sila.

[0103] Još jedna laka skalabilna izvedba uređaja za skladištenje energije je prikazana na slici 22, gde elementi za skladištenje toplote 3 imaju heksagonalni oblik sa šest bočnih površina u svakom pojedinačnom slučaju. Blok za stvaranje pare 4 je postavljen između svakog para susednih bočnih površina.

[0104] Uređaj za skladištenje energije, kao što je prikazano na slici 23 sadrži tri termoakumulaciona elementa 3. Poprečni presek ovih termoakumulacionih elemenata 3 je u svakom slučaju u obliku kružnog sektora. Tri elementa su raspoređena tako da formiraju krug, pri čemu je blok za stvaranje pare 4 raspoređen između svakog para radijalnih površina.

[0105] Poželjne izvedbe uređaja za skladištenje energije su prikazane na slikama 24 i 25, gde je više kubastih termoakumulacionih elemenata 3 naslagano jedan na drugi, sa blokovima 4 za proizvodnju pare, koji su raspoređeni između termoakumulacionih elemenata 3. Blokovi 4 za proizvodnju pare mogu se postaviti duž horizontalnih (slika 24) ili vertikalnih (slika 25) površina termoakumulacionih elemenata 3. Raspored kanala 41 u odvojenim blokovima 4 za proizvodnju pare dovodi do lakše konstrukcije i poboljšane raspodele toplotnih naprezanja.

[0106] Slike 26 do 28 prikazuju moguće poželjne dizajne blokova 4 za proizvodnju pare za upotrebu u nekoj od izvedbi prikazanoj na slikama 21 do 25.

[0107] Blok 4 za proizvodnju pare, kao što je prikazan na slici 26 sadrži i kanal 41 u obliku jedne serpentine koji pokriva celokupni pločasti blok 4 za proizvodnju pare.

[0108] U bloku 4 za proizvodnju pare sa slike 27, više pravih kanala 41 se prostire paralelno kroz blok 4 za proizvodnju pare. Konstrukcija bloka 4 za proizvodnju pare na slici 27 je pogotovo laka.

[0109] Sledeća varijanta bloka 4 za proizvodnju pare koji ima ravne paralelne kanale 41 i samim tim laku konstrukciju je prikazana na slici 28. Da bi ipak kanal bio oblika

2

serpentine sa jednim ulazom i jednim izlazom, otvori kanala 41 su povezani. pomoću spojnih elemenata 42 u vidu zakrivljenih cevi.

[0110] Slike 29 do 31 prikazuju različite izvedbe termoakumulacionih elemenata 3 sa integrisanim kanalom 41 za vođenje fluida, kako bi se toplotna energija prenela na fluid tokom procesa pražnjenja.

[0111] U varijanti sa slike 29, termoakumulacioni element 3 sadrži unutrašnji kanal 41 u obliku serpentina. Termoakumulacioni element 3 ima jedan ulaz i jedan izlaz. Da bi se pojednostavila konstrukcija termoakumulacionog elementa 3 sa slike 29, da bi se omogućio pristup unutrašnjosti kanala 41 npr. u svrhu čišćenja i/ili da bi se smanjila toplotna naprezanja, termoakumulacioni element 3 se može podeliti na dva dela duž isprekidane linije kao što je prikazano na slici 29. U ovom slučaju, kanal 41 bi bio formiran žlebom na površini koja se oslanja na jednog ili oba dela termoakumulacionog elementa 3. Odgovarajuće razdvajanje na dva dela sa kanalima u vidu žlebova može se predvideti i u izvedbama na slikama 30 i 31.

[0112] U termoakumulacionom elementu 3 na slikama 30 i 31, dva kanala 41 se protežu duž pravih linija i paralelno kroz odgovarajući element u svakom slučaju. Na slici 31 kanal oblika se postiže spajanjem dva otvora pomoću spojnog elementa 42.

[0113] Na slikama 32 i 33, prikazane su dve posebno poželjne izvedbe uređaja za skladištenje energije u skladu sa konceptom pronalaska. U obe izvedbe, obezbeđeno je mnoštvo kubastih termoakumulacionih elemenata 3 koji su naslagani jedan na drugi. Blokovi 4 za proizvodnju pare sa kanalima 41 za ispuštanje toplotne energije pomoću fluida postavljeni su vertikalno (slika 32) ili horizontalno (slika 33) između termoakumulacionih elemenata 3. Pločasti blokovi 4 za proizvodnju pare su projektovani u skladu sa izvedbom prikazanoj na slici 28, odnosno sa ravnim paralelnim kanalima 41 koji su međusobno povezani pomoću spojnih elemenata 42. Za dovod fluida, npr. vode W, do blokova 4 za proizvodnju pare predviđena je zajednička dovodna cev 15, a za sakupljanje zagrejanog fluida, npr. pregrejane pare S, iz blokova 4 za proizvodnju pare, obezbeđena je zajednička sabirna cev 16. Blokovi 4 za proizvodnju pare povezani su paralelno sa dovodnom cevi 15 i sabirnom cevi 16.

[0114] Između svakog para naslaganih termoakumulacionih elemenata 3, postavljen je otpornički grejač 53 zajedničkog električnog uređaja 5 za grejanje. Više otporničkih grejača 53 je raspoređeno paralelno i pruža se duž vertikalnih ravni. U svakom slučaju, otpornički grejač 53 je u obliku trake koja je u obliku meandra sa ravnim površinama i okružen je električnom izolacijom 8 u obliku gasne izolacije. Za snabdevanje električnom energijom otporničkih grejača 53, predviđena je prva sabirnica 17 struje i druga sabirnica 18 struje. Otpornički grejači 53 su povezani paralelno sa prvom i drugom sabirnicom 17, 18 struje.

[0115] Prednosti izvedbi sa slika 32 i 33 su pogotovo laka skalabilnost i konstrukcija uređaja za skladištenje energije. Konstrukcija je modularna, tako da se uređaj za skladištenje energije može prilagoditi bilo kom potrebnom kapacitetu skladištenja koristeći istu vrstu elemenata.

[0116] Pronalazak naravno nije ograničen na prethodne predstavljene izvedbe i moguće je mnoštvo modifikacija. Na primer, moguće je proizvoljno kombinovati izvedbe sa slika 1 do 33. Lako su zamislive proizvoljne izvedbe koje kombinuju dalje objavljeni i pronalazački koncept. Mogući uređaj za skladištenje energije može da sadrži jednu ili više višeprolaznih jedinica za skladištenje energije i/ili jednu ili više jednoprolaznih jedinica za skladištenje energije raspoređenih u seriji i/ili paralelno. Termoakumulacioni elementi 3 različitih jedinica za skladištenje energije takođe mogu biti napravljeni od različitih čvrstih materijala i/ili različitih oblika. Moguće je više daljih modifikacija.

ZNAČENJE BROJEVA I SIMBOLA

1 Jedinica za skladištenje energije 2 Kućište

3 Termoakumulacioni element 4 Blok za proizvodnju pare

5 Električni uređaj za grejanje 6 Toplotna izolacija

7 Električna izolacija W Water

8 Električna izolacija S Para

81 Odstojnik A Vazduh

9 Izvor električne energije PD Glavni pravac širenja toplote 10 Pravac pumpe 11 Kolektor pare

12 Ventil 13 Ventil

14 Parna turbina 15 Dovodna cev

16 Kolektorska cev 41 Kanal

42 Vezni element 17 Sabirnica električne energije

4

Sabirnica električne energije 19 Hladna linija za snadbevanje električnom energijom Interfejs jedinica 21 Kutija za hlađenje Duvaljka 51 Kontaktna elektroda Indukcioni navoj 53 Otpornički grejač

Claims

PATENTNI ZAHTEVI

1. Uređaj za skladištenje energije sa barem jednom jedinicom (1) za skladištenje energije koja se sastoji od termoakumulacionog elementa (3) napravljenog od čvrstog materijala, za skladištenje toplotne energije; električnog uređaja (5) za grejanje za zagrevanje termoakumulacionog elementa (3) korišćenjem električne energije; i električne izolacije (8), koja izoluje električni uređaj (5) za grejanje od termoakumulacionog elementa (3), naznačen time, da je električna izolacija (8) izvedena kao gasna izolacija.

2. Uređaj za skladištenje energije po patentnom zahtevu 1, gde električni uređaj (5) za grejanje sadrži otpornu traku sa promenljivom površinom poprečnog preseka i/ili promenljivom pokrivenošću površine duž površine termoakumulacionog elementa (3), ili gde električni uređaj (5) za grejanje sadrži otporničku šipku ili cev (53) koja je umetnuta u otvor predviđen u termoakumulacionom elementu (3).

3. Uređaj za skladištenje energije po jednom od prethodnih patentnih zahteva, gde uređaj za skladištenje energije sadrži više jedinica (1) za skladištenje energije, i gde termoakumulacioni element (3) svake jedinice (1) za skladištenje energije sadrži barem jednu ravnu površinu, tako da su termoakumulacioni elementi (3) podešeni da naležu jedan na drugi sa svojim ravnim površinama.

4. Uređaj za skladištenje energije prema patentnom zahtevu 3, gde svaki od termoakumulacionih elemenata (3) ima ukupno kubasti oblik, posebno pločasti oblik, i/ili gde električni uređaj (5) za grejanje ima ukupno ravnu konfiguraciju, kako bi se postavio između ravnih površina najmanje dva susedna termoakumulaciona elementa (3).

5. Uređaj za skladištenje energije prema jednom od prethodnih patentnih zahteva, gde uređaj za skladištenje energije sadrži interfejs jedinicu (20) za povezivanje električnog uređaja (5) za grejanje najmanje jedne od jedinica (1) za skladištenje energije na električno napajanje (19), i gde interfejs jedinica (20) sadrži uređaj (22) za hlađenje i poželjno je prilagođena da mehanički isključi električni uređaj (5) za grejanje od električnog napajanja (19).

6. Uređaj za skladištenje energije po jednom od prethodnih patentnih zahteva, gde čvrsti materijal termoakumulacionog elementa (3) oformljuje fazni sistem koji je unutar opsega mešanih faza i koji je pogotovo izveden od legure koja je unutar opsega mešanih faza.

7. Uređaj za skladištenje energije prema jednom od prethodnih patentnih zahteva, gde najmanje jedna jedinica (1) za skladištenje energije sadrži kanal (41) koji je prilagođen da vodi fluid (W, S) kroz uređaj za skladištenje energije, u cilju prenosa toplotne energije od termoakumulacionog elementa (3) do fluida (W, S), i koji se poželjno proteže duž ili kroz termoakumulacioni element (3).

8. Uređaj za skladištenje energije prema patentnom zahtevu 7, gde je kanal (41) raspoređen u blok (4) za stvaranje pare koji je prilagođen da bude postavljen direktno pored termoakumulacionog elementa (3) i poželjno ima ukupno kubastu, a posebno pločastu konfiguraciju.

9. Uređaj za skladištenje energije prema patentnim zahtevima 7 ili 8, gde se kanal (41) proteže tako kroz termoakumulacioni element (3), da raspodela temperature ostaje u suštini homogena unutar celog termoakumulacionog elementa (3) tokom prenosa toplotne energije od termoakumulacionog elementa (3) do fluida (W, S).

10. Uređaj za skladištenje energije prema patentnim zahtevima 7 ili 8, gde se kanal (41) proteže kroz termoakumulacioni element (3), tako da nastaje temperaturno raslojavanje između ulaza i izlaza kanala (41) tokom prenosa toplotne energije sa termoakumulacionog elementa (3) na fluid (W, S).

11. Uređaj za skladištenje energije prema jednom od prethodnih patentnih zahteva, gde svaki od termoakumulacionih elemenata (3) ima ukupno kubasti oblik i svaki električni uređaj (5) za grejanje ima ukupno ravnu konfiguraciju, gde postoje blokovi (4) za proizvodnju pare, gde svaki blok (4) za proizvodnju pare ima ukupno kubastu konfiguraciju i sadrži kanal (41) za vođenje fluida (W, S), i gde su električni uređaji (5) za grejanje prilagođeni tako da budu raspoređeni između termoakumulacionih elemenata (3) i gde blokovi (4) za stvaranje pare prilagođeni da budu raspoređeni između termoakumulacionih elemenata (3), tako da uređaj za skladištenje energije može biti modularno projektovan sa proizvoljnim brojem termoakumulacionih elemenata (3), električnih uređaja (5) za grejanje i blokova (4) za proizvodnju pare.

12. Metod za skladištenje energije pomoću uređaja za skladištenje energije prema jednom od prethodnih patentnih zahteva, sa najmanje jednom jedinicom (1) za skladištenje energije koja sadrži termoakumulacioni element (3) napravljen od čvrstog materijala, kanal (41) koji je prilagođen da vodi fluid (W, S) kroz uređaj za skladištenje energije, u cilju prenošenja toplotne energije sa termoakumulacionog elementa do fluida (W, S), električni uređaj (5) za grejanje za zagrevanje termoakumulacionog elementa (3) pomoću električne energije i električnom izolacijom (8) u vidu gasne izolacije, kako bi se električni uređaj za grejanje (5) električno izolovao od termoakumulacionog elementa (3), gde metod obuhvata korake - zagrevanja termoakumulacionog elementa (3) pomoću električnog uređaja (5) za grejanje; i - vođenje fluida (W, S) kroz kanal (41), radi prenosa toplotne energije od termoakumulacionog elementa (3) do fluida (W, S), pri čemu je zagrejani fluid (W, S) poželjno koristiti za pogon parne turbine.

13. Metod kao u patentnom zahtevu 12, gde je kanal (41) pročišćen korišćenjem gasa, posebno korišćenjem vazduha (A), gde je termoakumulacioni element (3) zagrejan.

14. Metod prema jednom od patentnih zahteva 12 ili 13, gde su najmanje dve jedinice (1) za skladištenje energije raspoređene paralelno jedna drugoj i zagrevaju se na različite temperature pomoću odgovarajućih električnih uređaja (5) za grejanje, gde se fluid (W, S) vodi u najmanje dva toka fluida kroz odgovarajuće kanale (41), i gde se najmanje dva toka fluida regulišu, poželjno pomoću jednog ili više kontrolnih uređaja postavljenih uzvodno u procesu od jedinica (1) za skladištenje energije, na takav način da se, nakon mešanja dve struje fluida jednog sa drugim, postigne unapred određeni ciljni pritisak, maseni protok i/ili temperatura fluida (W, S).

15. Metod prema jednom od patentnih zahteva 12 ili 13, gde su najmanje dve jedinice (1) za skladištenje energije raspoređene u seriji, pri čemu je druga jedinica za skladištenje energije postavljena nizvodno u procesu od prve jedinice za skladištenje energije, gde je prva jedinica za skladištenje energije zagrejana na temperaturu različitu od druge jedinice za skladištenje energije pomoću odgovarajućeg električnog uređaja (5) za grejanje, i pri čemu temperatura druge jedinice za skladištenje energije odgovara unapred određenoj ciljnoj temperaturi fluida (W, S).