WO2017084792A1 - Energy storage system - Google Patents

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WO2017084792A1 PCT/EP2016/072612 EP2016072612W WO2017084792A1 WO 2017084792 A1 WO2017084792 A1 WO 2017084792A1 EP 2016072612 W EP2016072612 W EP 2016072612W WO 2017084792 A1 WO2017084792 A1 WO 2017084792A1
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Dirk Vahle
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Robert Bosch Gmbh
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Abstract

The invention relates to an energy storage system (1) for temporarily storing electrical energy with an electric machine (4) which is drive-connected to a hydraulic machine (5), and with a pneumatic-hydraulic piston-cylinder arrangement (10) which is arranged by interposing valve devices between the hydraulic machine (5) and a gas storage unit (8). In order to optimize the storage of electrical energy with an electrical machine, the pneumatic-hydraulic piston-cylinder arrangement (10) comprises at least one gas piston pump (12), which has two pneumatic connectors (33, 34) and two hydraulic connectors (23, 24) which can be connected or are connected to the hydraulic machine (5) by interposing a hydraulic valve device (26).

Description

Beschreibung  description
Titel title
Energiespeichersystem Die Erfindung betrifft ein Energiespeichersystem zum Zwischenspeichern von elektrischer Energie mit einer elektrischen Maschine, die antriebsmäßig mit einer hydraulischen Maschine verbunden ist, und mit einer pneumatisch-hydraulischen Kolbenzylinderanordnung, die unter Zwischenschaltung von Ventileinrichtungen zwischen der hydraulischen Maschine und einer Gasspeichereinrichtung angeordnet ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Energiespeichersystems. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Anlage zum Zwischenspeichern von elektrischer Energie mit einem derartigen Energiespeichersystem. Stand der Technik  Energy Storage System The invention relates to an energy storage system for buffering electrical energy with an electric machine drivingly connected to a hydraulic machine, and to a pneumatic-hydraulic piston-cylinder assembly interposed between valve means between the hydraulic machine and a gas storage device. The invention further relates to a method for operating such an energy storage system. The invention also relates to a system for buffering electrical energy with such an energy storage system. State of the art
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2013 105 186 AI ist ein Druckluft- Energiespeichersystem mit einem Druckluftspeicher, einer Verdichteranordnung zum Zuführen von komprimierter Luft zum Druckluftspeicher, und mit einer pneumatisch-hydraulischen Vorrichtung mit zumindest einer pneumatischhydraulischen Kolbenzylinderanordnung zum Erzeugen eines hydraulischen Drucks bekannt, der einer hydraulischen Maschine zum Antrieb einer Last zuführbar ist, wobei die zumindest eine pneumatisch-hydraulische From the German patent application DE 10 2013 105 186 AI a compressed air energy storage system with a compressed air reservoir, a compressor arrangement for supplying compressed air to the compressed air reservoir, and with a pneumatic-hydraulic device with at least one pneumatic-hydraulic piston-cylinder arrangement for generating a hydraulic pressure is known hydraulic machine for driving a load can be supplied, wherein the at least one pneumatic-hydraulic
Kolbenzylinderanordnung zumindest zwei Zylinder mit jeweils einer Piston cylinder arrangement at least two cylinders, each with one
pneumatischen Kammer zum Entspannen von Druckluft aufweist, wobei die pneumatischen Kammern in Reihe mit einem Auslass des Druckluftspeichers verbunden sind. Aus dem US-Patent US 7,832,207 B2 sind ein Verfahren und ein System zum Speichern und Zurückgewinnen von Energie bekannt, wobei hydraulisch-pneumatische Akkumulatoren für offene Luft zusammen mit Pneumatic chamber for relaxing compressed air, wherein the pneumatic chambers are connected in series with an outlet of the compressed air reservoir. US Pat. No. 7,832,207 B2 discloses a method and a system for storing and recovering energy, wherein hydraulic-pneumatic accumulators for open air together with
Verstärkeranordnungen verwendet werden, in denen mindestens ein Akkumulator und mindestens ein Verstärker mit einem Hochdruck- Gasspeicherreservoir in Verbindung steht, wobei eine fluidische Maschine auf einer Fluidseite mit einer elektrischen Maschine gekoppelt ist. Offenbarung der Erfindung Amplifier arrangements are used, in which at least one Accumulator and at least one amplifier with a high-pressure gas storage reservoir is in communication, wherein a fluidic machine is coupled on a fluid side with an electric machine. Disclosure of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, das Speichern von elektrischer Energie mit einer elektrischen Maschine, die antriebsmäßig mit einer hydraulischen Maschine verbunden ist, und mit einer pneumatisch-hydraulischen The object of the invention is the storage of electrical energy with an electric machine, which is drivingly connected to a hydraulic machine, and with a pneumatic-hydraulic
Kolbenzylinderanordnung, die unter Zwischenschaltung von Ventileinrichtungen zwischen der hydraulischen Maschine und einer Gasspeichereinrichtung angeordnet ist, insbesondere im Hinblick auf den Platzbedarf, den Wirkungsgrad und/oder im Hinblick auf thermodynamische Verluste, zu optimieren. Die Aufgabe ist bei einem Energiespeichersystem zum Zwischenspeichern von elektrischer Energie mit einer elektrischen Maschine, die antriebsmäßig mit einer hydraulischen Maschine verbunden ist, und mit einer pneumatisch-hydraulischen Kolbenzylinderanordnung, die unter Zwischenschaltung von Ventileinrichtungen zwischen der hydraulischen Maschine und einer Gasspeichereinrichtung angeordnet ist, dadurch gelöst, dass die pneumatisch-hydraulische Piston cylinder arrangement, which is arranged with the interposition of valve means between the hydraulic machine and a gas storage device, in particular with regard to the space requirement, the efficiency and / or with regard to thermodynamic losses to optimize. The object is achieved in an energy storage system for temporarily storing electrical energy with an electric machine, which is drivingly connected to a hydraulic machine, and with a pneumatic-hydraulic piston-cylinder arrangement, which is arranged with the interposition of valve means between the hydraulic machine and a gas storage device, thereby achieved that the pneumatic-hydraulic
Kolbenzylinderanordnung mindestens eine Gaskolbenpumpe umfasst, die zwei Pneumatikanschlüsse und zwei Hydraulikanschlüsse aufweist, die unter  Piston cylinder assembly comprises at least one gas piston pump having two pneumatic connections and two hydraulic connections, the lower
Zwischenschaltung einer Hydraulikventileinrichtung mit der hydraulischen Maschine verbindbar beziehungsweise verbunden sind. Die elektrische Maschine kann als Elektromotor oder als Generator betrieben werden. Die hydraulischeIntermediate circuit of a hydraulic valve device with the hydraulic machine can be connected or connected. The electric machine can be operated as an electric motor or as a generator. The hydraulic
Maschine kann als Hydraulikpumpe oder als Hydraulikmotor betrieben werden. Mit Hilfe der mindestens einen Gaskolbenpumpe kann auf einfache Art und Weise eine sehr effiziente Druckluft-Speicheranlage für elektrische Energie bereitgestellt werden. Mit dem Energiespeichersystem kann durch Verdichtung von Gas, insbesondere von Umgebungsluft, pneumatische Energie in einerMachine can be operated as a hydraulic pump or as a hydraulic motor. With the help of the at least one gas piston pump can be provided in a simple manner, a very efficient compressed air storage system for electrical energy. With the energy storage system can by compressing gas, in particular ambient air, pneumatic energy in one
Größenordnung von hundert bis siebenhundert bar in der Magnitude of one hundred to seven hundred bar in the
Gasspeichereinrichtung gespeichert werden. Zur Energieerzeugung wird die gespeicherte pneumatische Energie, insbesondere die gespeicherte Luft beziehungsweise Druckluft, in die Umgebung entspannt und treibt die als Hydraulikmotor betriebene Hydraulikmaschine sowie die daran angeschlossene als Generator arbeitende elektrische Maschine an. Der Generator gibt die dabei erzeugte Elektroenergie an einen Verbraucher zurück. Die mindestens eine Gaskolbenpumpe stellt einen Luftverdichter dar, der durch hydraulischen Druck, insbesondere hydraulischen Öldruck, angetrieben wird, der wiederum von der als Hydraulikpumpe arbeitenden hydraulischen Maschine bereitgestellt wird. Gas storage device are stored. For energy generation, the stored pneumatic energy, in particular the stored air or compressed air, relaxed in the environment and drives the hydraulic machine operated as a hydraulic motor and the connected thereto acting as a generator electric machine. The generator returns the generated electrical energy to a consumer. The at least one gas piston pump is an air compressor, which is driven by hydraulic pressure, in particular hydraulic oil pressure, which in turn is provided by the working as a hydraulic pump hydraulic machine.
Während dabei auf einer Seite der Gaskolbenpumpe das Gas, insbesondere die Luft, verdichtet und in die Gasspeichereinrichtung gefördert wird, wird auf der anderen, insbesondere entgegengesetzten oder gegenüberliegenden, Seite der Gaskolbenpumpe Gas, insbesondere Luft, aus der Umgebung angesaugt. Durch eine geeignete Umsteuerung von Ventileinrichtungen, die den  While the gas, in particular the air, is compressed and conveyed into the gas storage device on one side of the gas piston pump, gas, in particular air, is drawn in from the environment on the other, in particular opposite or opposite, side of the gas piston pump. By a suitable reversal of valve devices that the
Pneumatikanschlüssen beziehungsweise den Hydraulikanschlüssen zugeordnet sind, können Förder- und Saugbereiche der Gaskolbenpumpe im Wechsel von einer zur anderen Seite der Gaskolbenpumpe betrieben werden. Zur  Pneumatic connections or the hydraulic connections are assigned, conveying and suction areas of the gas piston pump can be operated alternately from one to the other side of the gas piston pump. to
Rückgewinnung der gespeicherten pneumatischen Energie wird das unter Druck stehende Gas, insbesondere die unter Druck stehende Luft, aus der Recovery of the stored pneumatic energy is the pressurized gas, in particular the pressurized air, from the
Gasspeichereinrichtung über die Gaskolbenpumpe abgelassen. Bei einer Verdichtung des Hydraulikmediums, insbesondere einer Hydraulikflüssigkeit, in einem Doppelkolben der Gaskolbenpumpe kann dann auf einfache Art und Weise die als Hydraulikmotor arbeitende Hydraulikmaschine angetrieben werden. Durch die Kopplung mit der Elektromaschine kann die gespeicherte Gas storage device drained via the gas piston pump. In a compression of the hydraulic medium, in particular a hydraulic fluid in a double piston of the gas piston pump can then be driven in a simple manner operating as a hydraulic motor hydraulic machine. By coupling with the electric machine, the stored
Pneumatikenergie über die als Elektrogenerator arbeitende elektrische Maschine in Form von elektrischer Energie zurück an den Verbraucher gegeben werden. Das Steuern beziehungsweise Umsteuern erfolgt durch geeignete hydraulische und pneumatische Schaltventile. Pneumatic energy are given over the working as an electric generator electric machine in the form of electrical energy back to the consumer. The control or reversing takes place by means of suitable hydraulic and pneumatic switching valves.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Energiespeichersystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskolbenpumpe zwei durch ein Trennelement voneinander getrennte innere Hydraulikzylinderräume umfasst, die durch zwei Kolben von äußeren Pneumatikzylinderräumen getrennt sind, die unter A preferred embodiment of the energy storage system is characterized in that the gas piston pump comprises two separated by a separating element inner hydraulic cylinder chambers, which are separated by two pistons of outer pneumatic cylinder chambers, which
Zwischenschaltung von Pneumatikventileinrichtungen mit der Interposition of pneumatic valve devices with the
Gasspeichereinrichtung oder einer Umgebung verbindbar beziehungsweise verbunden sind. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine gekoppelte Zwangsrückstellung der Kolben der Gaskolbenpumpe ermöglicht. Das  Gas storage device or an environment connectable or connected. This allows a simple forced return of the piston of the gas piston pump in a simple manner. The
Energiespeichersystem mit der hydraulischen Maschine und der Energy storage system with the hydraulic machine and the
Gaskolbenpumpe ist hydraulisch in sich abgedichtet. Durch die Anordnung der Hydraulikzylinderräume und der Pneumatikzylinderräume in Kombination mit den beiden Kolben und dem Trennelement in der Gaskolbenpumpe wird ein einfacher Systemaufbau ermöglicht. Darüber hinaus wird eine besonders kompakte Bauweise mit relativ wenig Ansteuerventilen ermöglicht. Durch eine gezielte Ansteuerung der Steuerventile können unerwünschte Energieverluste im thermodynamischen Gasprozess gering gehalten werden. Gas piston pump is hydraulically sealed in itself. By the arrangement of Hydraulic cylinder chambers and the pneumatic cylinder chambers in combination with the two pistons and the separator in the gas piston pump allows a simple system design. In addition, a particularly compact design with relatively few control valves is possible. By targeted control of the control valves unwanted energy losses in the thermodynamic gas process can be kept low.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Energiespeichersystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kolben durch eine Kolbenstange, die sich durch das Trennelement hindurch erstreckt, so miteinander gekoppelt sind, dass sich im Betrieb der Gaskolbenpumpe eine Zwangsrückstellung der Kolben ergibt. Das Trennelement ist zum Beispiel als Trennwand in einem Zylinder ausgeführt, in welchem die durch die Kolbenstange miteinander gekoppelten Kolben hin und her bewegbar geführt sind. Die Kolben begrenzen mit einander zugewandten Kolbenflächen die Hydraulikzylinderräume, die durch das A further preferred exemplary embodiment of the energy storage system is characterized in that the two pistons are coupled to one another by a piston rod which extends through the separating element such that a forced return of the pistons results during operation of the gas piston pump. The separating element is designed, for example, as a partition in a cylinder in which the pistons coupled to one another by the piston rod are guided to and fro. The pistons limit with mutually facing piston surfaces, the hydraulic cylinder chambers through the
Trennelement voneinander getrennt sind. Mit ihren voneinander abgewandten Kolbenflächen begrenzen die Kolben die Pneumatikzylinderräume. Der Zylinder der Gaskolbenpumpe hat zum Beispiel im Wesentlichen die Gestalt eines geraden, geschlossenen Hohlzylinders. Separating element are separated. With their piston surfaces facing away from each other, the pistons limit the pneumatic cylinder chambers. The cylinder of the gas piston pump has, for example, substantially the shape of a straight, closed hollow cylinder.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Energiespeichersystems ist dadurch gekennzeichnet, dass Drosselrückschlagventile zwischen die A further preferred embodiment of the energy storage system is characterized in that throttle check valves between the
pneumatisch-hydraulische Kolbenzylinderanordnung und die der Umgebung zugeordneten Pneumatikventileinrichtungen geschaltet sind. Die pneumatic-hydraulic piston-cylinder arrangement and the environment associated pneumatic valve devices are connected. The
Drosselrückschlagventile dienen vorteilhaft dazu, die unerwünschten Throttling check valves are advantageous to the unwanted
Energieverluste im Speicherprozess weiter zu reduzieren. Die To further reduce energy losses in the storage process. The
Drosselrückschlagventile können geregelt oder ungeregelt ausgeführt sein. Throttle check valves can be regulated or unregulated.
Durch die Verwendung der Drosselrückschlagventile kann besonders vorteilhaft auf eine wechselseitige Ansteuerung der Pneumatikventileinrichtungen verzichtet werden. Die Drosselrückschlagventile liefern den Vorteil, dass die By using the throttle check valves can be particularly advantageous to dispense with a mutual control of the pneumatic valve devices. The throttle check valves provide the advantage that the
Pneumatikventileinrichtungen während eines Entspannungsprozesses geöffnet bleiben können. Pneumatic valve devices can remain open during a relaxation process.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Energiespeichersystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gasspeichereinrichtung einen Gasspeicher umfasst, der von einem Temperaturspeichersystem umgeben ist. Der Another preferred embodiment of the energy storage system is characterized in that the gas storage device a gas storage which is surrounded by a temperature storage system. Of the
Gasspeicher, insbesondere Luftspeicher, befindet sich vorteilhaft in einem Temperaturspeichersystem aus einem flüssigen oder festen Werkstoff. Das Temperaturspeichersystem dient vorteilhaft dazu, Verdichtungswärme Gas storage, in particular air storage, is advantageously located in a temperature storage system of a liquid or solid material. The temperature storage system is advantageous to heat of compression
zwischenzuspeichern. Das Temperaturspeichersystem gibt die gespeichertetemporarily. The temperature storage system returns the stored
Wärme bedarfsabhängig gesteuert oder ungesteuert wieder an den Gasspeicher, insbesondere Luftspeicher, zurück, um das gespeicherte Gas, insbesondere die gespeicherte Luft, vor ihrer Entspannung zu erwärmen. Dadurch können die Energieverluste im Betrieb des Energiespeichersystems weiter reduziert werden. Heat demand-dependent controlled or uncontrolled back to the gas storage, in particular air storage, back to heat the stored gas, in particular the stored air before their relaxation. As a result, the energy losses during operation of the energy storage system can be further reduced.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Energiespeichersystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Gasspeichereinrichtung mindestens ein Wärmetauscher zugeordnet ist. Durch den mindestens einen Wärmetauscher können die unerwünschten Energieverluste im Betrieb des A further preferred embodiment of the energy storage system is characterized in that the gas storage device is associated with at least one heat exchanger. Through the at least one heat exchanger, the unwanted energy losses during operation of the
Energiespeichersystems weiter reduziert werden. Der mindestens eine Energy storage system can be further reduced. The at least one
Wärmetauscher ist zum Beispiel in oder an der Gasspeichereinrichtung installiert. In einem Verdichtungsprozess übernimmt der mindestens eine Wärmetauscher vorteilhaft die entstehende Kompressionswärme und transportiert diese zum Beispiel zu einem weiteren Wärmetauscher in der Umgebung. Dort kühlt sich ein Transportmedium des Wärmetauschers ab und wird zurück zu der  Heat exchanger is installed, for example, in or on the gas storage device. In a compression process, the at least one heat exchanger advantageously takes over the resulting heat of compression and transports it, for example, to another heat exchanger in the environment. There, a transport medium of the heat exchanger cools off and is returned to the
Gasspeichereinrichtung geführt. Im Entspannungsprozess der  Gas storage device out. In the relaxation process of
Gasspeichereinrichtung wird dann vorteilhaft Wärme aus der Umgebung in Richtung der Gasspeichereinrichtung transportiert. Dadurch kann das sich entspannende Gas, insbesondere die sich entspannende Luft, auf einfache Art und Weise erwärmt werden. Der vorab beschriebene Prozess kann vorteilhaft durch einen aktiven Lüfter am Wärmetauscher der Umgebung unterstützt werden. Gas storage device is then advantageously transported heat from the environment in the direction of the gas storage device. As a result, the relaxing gas, in particular the relaxing air, can be heated in a simple manner. The process described above can be advantageously supported by an active fan on the heat exchanger environment.
Bei einem Verfahren zum Betreiben eines vorab beschriebenen In a method of operating a previously described
Energiespeichersystems ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass in einem der Pneumatikzylinderräume der pneumatisch-hydraulischen Kolbenzylinderanordnung Gas, insbesondere Luft, verdichtet wird, während in den anderen Pneumatikzylinderraum der Energy storage system, the above object is alternatively or additionally achieved in that in one of the pneumatic cylinder chambers of the pneumatic-hydraulic piston-cylinder assembly gas, in particular air, is compressed, while in the other pneumatic cylinder space of the
pneumatisch-hydraulischen Kolbenzylinderanordnung Gas, insbesondere Luft, aus der Umgebung angesaugt wird. Das verdichtete Gas wird in die Gasspeichereinrichtung gefördert. Durch die Zwischenspeicherung können die unerwünschten Energieverluste im Betrieb des Energiespeichersystems vorteilhaft reduziert werden. pneumatic-hydraulic piston-cylinder arrangement gas, in particular air, is sucked from the environment. The compressed gas is in the Gas storage device promoted. Due to the intermediate storage, the unwanted energy losses during operation of the energy storage system can be advantageously reduced.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch A preferred embodiment of the method is characterized
gekennzeichnet, dass die den Pneumatikzylinderräumen der pneumatisch- hydraulischen Kolbenzylinderanordnung zugeordneten in that the pneumatic cylinder chambers assigned to the pneumatic-hydraulic piston-cylinder arrangement
Pneumatikventileinrichtungen wechselseitig so zu -/abgeschaltet werden, dass Gas aus der Gasspeichereinrichtung langsam entspannt wird. Dadurch wird verhindert, dass das Gas, insbesondere die Luft, im Entspannungsprozess zu stark abkühlt. Dadurch können die unerwünschten Energieverluste im Betrieb des Energiespeichersystems weiter reduziert werden. Pneumatic valve devices are mutually switched on / off so that gas is slowly released from the gas storage device. This prevents the gas, especially the air, from cooling too much during the expansion process. As a result, the undesirable energy losses during operation of the energy storage system can be further reduced.
Bei einer Anlage zum Zwischenspeichern von elektrischer Energie mit einem vorab beschriebenen Energiespeichersystem ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass die Anlage mindestens zwei Gaskolbenpumpen und als Gasspeichereinrichtung Gasflaschen in einem Anlagenschrank umfasst, in welchem auch die elektrische Maschine und die hydraulische Maschine untergebracht sind. Bei den Gasflaschen handelt es sich besonders vorteilhaft um herkömmliche Gasflaschen. Die elektrische Maschine und die hydraulische Maschine sind vorteilhaft in einem unteren Bereich des Anlagenschranks untergebracht. In a system for temporary storage of electrical energy with an energy storage system described above, the above object is alternatively or additionally achieved in that the system comprises at least two gas piston pump and gas storage gas cylinders in a system cabinet, in which accommodated also the electric machine and the hydraulic machine are. The gas cylinders are particularly advantageous for conventional gas cylinders. The electric machine and the hydraulic machine are advantageously housed in a lower portion of the plant cabinet.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Gaskolbenpumpe, eine hydraulische Maschine und/oder eine elektrische Maschine für ein vorab beschriebenes Energiespeichersystem, insbesondere für eine vorab beschriebene Anlage zum Zwischenspeichern von elektrischer Energie. The invention further relates to a gas piston pump, a hydraulic machine and / or an electric machine for a previously described energy storage system, in particular for a previously described system for temporary storage of electrical energy.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description in which, with reference to the drawings, various embodiments are described in detail.
Kurze Beschreibung der Zeichnung Short description of the drawing
Es zeigen: Figur 1 eine Darstellung des Energiespeichersystems mit einer Gaskolbenpumpe und einer Gasspeichereinrichtung in Form eines Hydraulikschaltplans; Show it: Figure 1 is an illustration of the energy storage system with a gas piston pump and a gas storage device in the form of a hydraulic circuit diagram;
Figur 2 ein pV-Diagramm zu dem Energiespeichersystem aus Figur 1; Figure 2 is a pV diagram to the energy storage system of Figure 1;
Figur 3 einen Ausschnitt aus Figur 1 mit einer zusätzlichen Drosselregelung; FIG. 3 shows a section of FIG. 1 with an additional throttle control;
Figur 4 ein pV-Diagramm zu dem Energiespeichersystem aus Figur 3; FIG. 4 shows a pV diagram for the energy storage system from FIG. 3;
Figur 5 einen Ausschnitt des Energiespeichersystems aus Figur 1 mit einem Temperaturspeichersystem, das der Gasspeichereinrichtung zugeordnet ist; Figure 5 shows a detail of the energy storage system of Figure 1 with a temperature storage system, which is associated with the gas storage device;
Figur 6 ein pV-Diagramm zu dem Energiespeichersystem aus Figur 5; FIG. 6 shows a pV diagram for the energy storage system from FIG. 5;
Figur 7 einen Ausschni8tt des Energiespeichersystems aus Figur 1 mit einem zusätzlichen Wärmetauscher, welcher der Gasspeichereinrichtung zugeordnet ist; FIG. 7 shows a section of the energy storage system from FIG. 1 with an additional heat exchanger, which is assigned to the gas storage device;
Figur 8 ein pV-Diagramm zu dem Energiespeichersystem aus Figur 7; FIG. 8 shows a pV diagram for the energy storage system from FIG. 7;
Figur 9 einen Anlagenschrank mit einem Energiespeichersystem, wie es in Figur 1 dargestellt ist, und 9 shows a system cabinet with an energy storage system, as shown in Figure 1, and
Figur 10 eine Sicht in den Anlagenschrank aus Figur 9 zur Darstellung einer Anordnung von Gasflaschen und Gaskolbenpumpen. Figure 10 is a view into the plant cabinet of Figure 9 showing an arrangement of gas cylinders and gas piston pumps.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Description of the embodiments
In Figur 1 ist ein Energiespeichersystem 1 mit einer elektrischen Maschine 4 und einer hydraulischen Maschine 5 in Form eines Hydraulikschaltplans dargestellt. Durch ein Plussymbol und ein Minussymbol ist in Figur 1 angedeutet, dass die elektrische Maschine 4 an eine elektrische Versorgungseinrichtung angeschlossen ist. Die elektrische Maschine 4 kann sowohl als Elektromotor als auch als Generator betrieben werden. 1 shows an energy storage system 1 with an electric machine 4 and a hydraulic machine 5 in the form of a hydraulic circuit diagram. By a plus symbol and a minus symbol is indicated in Figure 1, that the electric machine 4 to an electrical supply device connected. The electric machine 4 can be operated both as an electric motor and as a generator.
Die hydraulische Maschine 5 ist antriebsmäßig mit der elektrischen Maschine 4 verbunden und kann als Hydraulikmotor oder als Hydraulikpumpe betrieben werden, wie symbolisch durch Pfeilspitzen in Figur 1 angedeutet ist. Wenn die elektrische Maschine 4 als Elektromotor arbeitet, dann kann die als The hydraulic machine 5 is drivingly connected to the electric machine 4 and can be operated as a hydraulic motor or as a hydraulic pump, as symbolically indicated by arrowheads in Figure 1. If the electric machine 4 works as an electric motor, then as
Hydraulikpumpe arbeitende hydraulische Maschine 5 mit der elektrischen Maschine 4 angetrieben werden. Wenn die hydraulische Maschine 5 als Hydraulic pump operating hydraulic machine 5 are driven by the electric machine 4. When the hydraulic machine 5 as
Hydraulikmotor arbeitet, dann kann mit ihr die als Generator arbeitende elektrische Maschine 4 angetrieben werden. Hydraulic motor works, then it can be driven with it working as a generator electric machine 4.
Das Energiespeichersystem 1 umfasst des Weiteren eine The energy storage system 1 further includes a
Gasspeichereinrichtung 8, mit der Gas, insbesondere Luft, unter Druck gespeichert werden kann. Eine pneumatisch-hydraulische Gas storage device 8, with the gas, especially air, can be stored under pressure. A pneumatic-hydraulic
Kolbenzylinderanordnung 10 ist zwischen die hydraulische Maschine 5 und die Gasspeichereinrichtung 8 geschaltet. Piston cylinder assembly 10 is connected between the hydraulic machine 5 and the gas storage device 8.
Die pneumatisch-hydraulische Kolbenzylinderanordnung 10 umfasst eine Gaskolbenpumpe 12 mit einem Zylinder 14. In dem Zylinder 14 der The pneumatic-hydraulic piston-cylinder assembly 10 comprises a gas piston pump 12 with a cylinder 14. In the cylinder 14 of the
Gaskolbenpumpe 12 sind zwei Kolben 15, 16 hin und her bewegbar, das heißt in Figur 1 nach oben und nach unten bewegbar, angeordnet. Die beiden Kolben 15, 16 sind durch eine Kolbenstange 18 miteinander gekoppelt, das heißt im Fall der Gaskolbenpumpe 12 starr miteinander verbunden. Gas piston pump 12 are two pistons 15, 16 movable back and forth, that is movable in Figure 1 upwards and downwards, arranged. The two pistons 15, 16 are coupled together by a piston rod 18, that is rigidly connected to each other in the case of the gas piston pump 12.
Die Kolbenstange 18 ist durch ein Trennelement 19 hindurch geführt. Durch das Trennelement 19 ist der Zylinder 14 im Inneren in zwei Hälften unterteilt. Durch das Trennelement 19 ist ein erster innerer Hydraulikzylinderraum 21 von einem zweiten inneren Hydraulikzylinderraum 22 getrennt. Der erste innere The piston rod 18 is guided through a separating element 19. By the separating element 19, the cylinder 14 is divided inside in two halves. By the separating element 19, a first inner hydraulic cylinder space 21 is separated from a second inner hydraulic cylinder space 22. The first inner one
Hydraulikzylinderraum 21 wird in Figur 1 nach oben von dem Kolben 15 begrenzt. Der zweite innere Hydraulikzylinderraum 22 wird in Figur 1 nach unten von dem Kolben 16 begrenzt. Hydraulic cylinder space 21 is limited in Figure 1 upwards of the piston 15. The second inner hydraulic cylinder space 22 is limited in Figure 1 downwardly from the piston 16.
Der erste innere Hydraulikzylinderraum 21 der Glaskolbenpumpe 12 ist über einen Hydraulikanschluss 23 an eine Hydraulikventileinrichtung 26 angeschlossen. Der zweite innere Hydraulikzylinderraum 22 ist über einen Hydraulikanschluss 24 an die Hydraulikventileinrichtung 26 angeschlossen. The first inner hydraulic cylinder space 21 of the glass piston pump 12 is connected via a hydraulic connection 23 to a hydraulic valve device 26 connected. The second inner hydraulic cylinder space 22 is connected to the hydraulic valve device 26 via a hydraulic connection 24.
Die Hydraulikventileinrichtung 26 ist als 4/3-Wegeventil mit vier Anschlüssen und drei Schaltstellungen ausgeführt. Durch symbolisch angedeutete Federn ist dieThe hydraulic valve device 26 is designed as a 4/3-way valve with four connections and three switching positions. By symbolically indicated springs is the
Hydraulikventileinrichtung 26 in ihre dargestellte Mittelstellung vorgespannt. Die Hydraulikventileinrichtung 26 ist elektromagnetisch betätigbar. Hydraulic valve device 26 biased in its illustrated center position. The hydraulic valve device 26 is electromagnetically actuated.
An die in Figur 1 rechte Seite der Hydraulikventileinrichtung 26 sind die beiden Hydraulikanschlüsse 23, 24 der Gaskolbenpumpe 12 angeschlossen. An die inOn the right in Figure 1 side of the hydraulic valve device 26, the two hydraulic ports 23, 24 of the gas piston pump 12 are connected. To the in
Figur 1 linke Seite der Hydraulikventileinrichtung 26 sind die hydraulische Maschine 5 und ein Hydraulikmediumreservoir 28 angeschlossen. 1 left side of the hydraulic valve device 26, the hydraulic machine 5 and a hydraulic medium reservoir 28 are connected.
Die Gaskolbenpumpe 12 umfasst in dem Zylinder 14 einen ersten äußeren Pneumatikzylinderraum 31 und einen zweiten äußeren Pneumatikzylinderraum 32. Der erste äußere Pneumatikzylinderraum 31 wird von der dem Trennelement 19 abgewandten Kolbenfläche des Kolbens 15 begrenzt. Der zweite äußere Pneumatikzylinderraum 32 wird von der dem Trennelement 19 abgewandten Kolbenfläche des Kolbens 16 begrenzt. The gas piston pump 12 comprises in the cylinder 14 a first outer pneumatic cylinder space 31 and a second outer pneumatic cylinder space 32. The first outer pneumatic cylinder space 31 is delimited by the piston surface of the piston 15 facing away from the separating element 19. The second outer pneumatic cylinder space 32 is delimited by the piston surface of the piston 16 facing away from the separating element 19.
Dem ersten Pneumatikzylinderraum 31 ist ein Pneumatikanschluss 33 zugeordnet. Dem zweiten Pneumatikzylinderraum 32 ist ein Pneumatikanschluss 34 zugeordnet. Der Pneumatikanschluss 33 steht mit einer pneumatischen Verzweigung 35 in Verbindung. Der Pneumatikanschluss 34 steht mit einer pneumatischen Verzweigung 36 in Verbindung. The first pneumatic cylinder chamber 31 is assigned a pneumatic connection 33. The second pneumatic cylinder chamber 32 is assigned a pneumatic connection 34. The pneumatic connection 33 communicates with a pneumatic branch 35. The pneumatic port 34 communicates with a pneumatic branch 36.
An die pneumatische Verzweigung 35 sind zwei Pneumatikventileinrichtungen 41, 42 angeschlossen. An die pneumatische Verzweigung 36 sind zwei To the pneumatic branch 35 two pneumatic valve devices 41, 42 are connected. To the pneumatic branch 36 are two
Pneumatikventileinrichtungen 43, 44 angeschlossen. Die Pneumatic valve devices 43, 44 connected. The
Pneumatikventileinrichtungen 41 bis 44 sind als 2/2 -Wegeventile mit einerPneumatikventileinrichtungen 41 to 44 are as 2/2 way valves with a
Rückschlagventilstellung und einer Öffnungsventilstellung ausgeführt. Durch symbolisch angedeutete Federn sind die Pneumatikventileinrichtungen 41 bis 44 alle in ihre Rückschlagventilstellung vorgespannt. Die Pneumatikventileinrichtungen 41 und 43 sind zwischen die jeweils zugehörige pneumatische Verzweigung 35, 36 und eine Umgebung der Check valve position and an opening valve position executed. By symbolically indicated springs, the pneumatic valve devices 41 to 44 are all biased in their check valve position. The pneumatic valve means 41 and 43 are between the respective associated pneumatic branch 35, 36 and an environment of
Gaskolbenpumpe 12 geschaltet. In der Rückschlagventilstellung der Gas piston pump 12 connected. In the check valve position of
Pneumatikventileinrichtungen 41 und 43 ist eine Verbindung zur Umgebung unterbrochen. Pneumatic valve devices 41 and 43, a connection to the environment is interrupted.
Die Pneumatikventileinrichtungen 42, 44 sind zwischen die jeweils zugehörige Verzweigung 35, 36 und eine pneumatische Verzweigung 48 geschaltet. Die Gasspeichereinrichtung 8 ist an die pneumatische Verzweigung 48 The pneumatic valve devices 42, 44 are connected between the respectively associated branch 35, 36 and a pneumatic branch 48. The gas storage device 8 is connected to the pneumatic branch 48
angeschlossen. In der dargestellten Rückschlagventilstellung der connected. In the illustrated check valve position of
Pneumatikventileinrichtungen 42, 44 wird ein Entweichen von Gas aus der Gasspeichereinrichtung 8 unterbrochen beziehungsweise verhindert.  Pneumatic valve devices 42, 44, an escape of gas from the gas storage device 8 is interrupted or prevented.
In Figur 2 ist ein pV-Diagramm zu dem Energiespeichersystem 1 aus Figur 1 dargestellt. Auf einer x-Achse ist ein Verdichtungsvolumen V in einer geeignetenFIG. 2 shows a pV diagram for the energy storage system 1 from FIG. On an x-axis is a compression volume V in a suitable
Volumeneinheit aufgetragen. Mit Vs ist ein Startvolumen bezeichnet. Mit VE ist ein Endvolumen bezeichnet. Mit ps/ε sind ein Startdruck und ein Enddruck angedeutet, die gleich sind und dem Startvolumen Vs und dem Endvolumen VE zugeordnet sind. Mit ps ist ein Speicherdruck bezeichnet. Mit pv ist ein Volume unit applied. With V s a start volume is designated. VE is a final volume. With ps / ε a starting pressure and a final pressure are indicated, which are the same and the start volume V s and the final volume VE are assigned. Ps is a memory pressure. With pv is a
Verdichtungsdruck bezeichnet. Referred to compaction pressure.
Durch einen gestrichelten gekrümmten Pfeil 51 ist ein Entspannungsprozess angedeutet. Durch einen gestrichelten gekrümmten Pfeil 52 ist ein By a dashed curved arrow 51, a relaxation process is indicated. By a dashed curved arrow 52 is a
Verdichtungsprozess angedeutet. Durch eine Kurve 53 ist ein isothermer Verdichtungsprozess angedeutet. Bedingt durch eine Temperaturerhöhung bei der Verdichtung und eine Abkühlung nach der Verdichtung bei der Entspannung ergeben sich Energieverluste 54 im realen Speicherprozess. Die Densification process indicated. By a curve 53, an isothermal compression process is indicated. Due to an increase in temperature during compression and cooling after compression during the expansion, energy losses 54 result in the real storage process. The
Speicherverluste ergeben sich aus der Differenz zwischen pv minus ps sowie aus der Differenz Vs minus Ve. Memory losses result from the difference between pv minus ps and the difference Vs minus V e .
Bei dem in Figur 1 dargestellten Energiespeichersystem 1 erfolgt durch ein wechselseitiges Zu- und Abschalten der Pneumatikventileinrichtungen 41 bis 44 eine langsame Entspannung der Luft aus dem Gasspeicher 8, der auch als Luftspeicher bezeichnet wird. Durch die langsame Entspannung wird verhindert, dass die Luft im Entspannungsprozess zu stark abkühlt und der damit verbundene Energieverlust den Wirkungsgrad des Energiespeicherdsystems 1 unerwünscht reduziert. In the energy storage system 1 shown in Figure 1 is carried out by a mutual switching on and off of the pneumatic valve devices 41 to 44, a slow relaxation of the air from the gas storage 8, which is also referred to as an air reservoir. The slow relaxation prevents the air in the relaxation process from cooling too much and thus with it associated energy loss undesirably reduces the efficiency of the energy storage system 1.
Im Verdichtungsprozess wird durch einen langsamen hydraulischen Druckaufbau im entsprechenden Hydraulikzylinderraum 21, 22 der Gaskolbenpumpe 12 verhindert, dass die Temperatur im Luftspeicher 8 zu stark ansteigt. In the compression process is prevented by a slow hydraulic pressure build-up in the corresponding hydraulic cylinder chamber 21, 22 of the gas piston pump 12 that the temperature in the air reservoir 8 increases too much.
Um einen hocheffizienten thermodynamischen Gasprozess zu bekommen, ist bei der Auslegung des Energiespeichersystems 1 darauf zu achten, dass die pneumatischen Komponenten des Energiespeichersystems 1 einen schnellen Temperaturausgleich in die Umgebung zulassen. Dabei können die In order to obtain a highly efficient thermodynamic gas process, care must be taken in the design of the energy storage system 1 that the pneumatic components of the energy storage system 1 allow rapid temperature compensation in the environment. The can
Gaskolbenpumpe 12, die zugehörigen Rohrleitungen, die Gas piston pump 12, the associated piping, the
Pneumatikeinrichtungen 41 bis 44 und die Gasspeichereinrichtung 8 mit speziellen Konstruktionselementen, wie zum Beispiel Kühlrippen, zur Pneumatic devices 41 to 44 and the gas storage device 8 with special construction elements, such as cooling fins, the
Vergrößerung der Oberfläche ausgestattet werden. Enlargement of the surface to be equipped.
In Figur 3 ist ein Ausschnitt aus Figur 1 mit der Gaskolbenpumpe 12 und der Gasspeichereinrichtung 8 sowie den Pneumatikventileinrichtungen 41 bis 44 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Energiespeichersystems dargestellt. In Figur 3 ist zwischen die Verzweigungen 35, 36 und die FIG. 3 shows a section from FIG. 1 with the gas piston pump 12 and the gas storage device 8 and the pneumatic valve devices 41 through 44 according to a further exemplary embodiment of the energy storage system. In Figure 3 is between the branches 35, 36 and the
Pneumatikventileinrichtungen 41, 43 jeweils eine Pneumatic valve devices 41, 43 each one
Drosselrückschlagventileinrichtung 61, 62 geschaltet. Throttle check valve 61, 62 connected.
Die Drosselrückschlagventile 61, 62 sind in ihrer dargestellten Ausführungsform geregelt, können aber auch ungeregelt ausgeführt sein. Mit den The throttle check valves 61, 62 are regulated in their illustrated embodiment, but may also be carried out unregulated. With the
Drosselrückschlagventilen 61, 62 ist eine wechselseitige Ansteuerung der Pneumatikventileinrichtungen 41, 43 nicht mehr erforderlich. Beide Throttle check valves 61, 62, a mutual control of the pneumatic valve devices 41, 43 is no longer required. Both
Pneumatikventileinrichtungen 41, 43 können während des Pneumatic valve means 41, 43 can during the
Entspannungsprozesses geöffnet bleiben. Abhängig von der eingestellten Drosselung wird der Entspannungsprozess automatisch verlangsamt. Relaxation process remain open. Depending on the set throttling, the relaxation process is automatically slowed down.
In Figur 4 ist das zugehörige pV-Diagramm dargestellt. Durch einen Pfeil 65 ist angedeutet, dass der Punkt VE im thermodynamischen Gasprozess durch die vorab beschriebene Verlangsamung des Entspannungsprozesses weiter in Richtung Vs verschoben wird. Dadurch kann der Energieverlust im FIG. 4 shows the associated pV diagram. By an arrow 65 is indicated that the point VE in the thermodynamic gas process by the previously described slowdown of the expansion process further in Moved toward Vs. This can reduce energy loss in the
Speicherprozess weiter reduziert werden. Storage process can be further reduced.
In Figur 5 ist der gleiche Ausschnitt aus Figur 1 wie in Figur 3 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel dargestellt. In Figur 5 ist der FIG. 5 shows the same detail from FIG. 1 as in FIG. 3 according to a further exemplary embodiment. In FIG. 5, the
Gasspeichereinrichtung 8 zu einer weiteren Reduzierung der  Gas storage device 8 for a further reduction of
Speicherenergieverluste ein Temperaturspeichersystem 74 zugeordnet. Das Temperaturspeichersystem 74 ist zum Beispiel aus flüssigen oder festen Werkstoffen gebildet und umgibt einen Gasspeicher 70 der Memory energy losses associated with a temperature storage system 74. The temperature storage system 74 is formed, for example, from liquid or solid materials and surrounds a gas storage 70 of the
Gasspeichereinrichtung 8. Gas storage device 8.
Das Temperaturspeichersystem 74 hat die Aufgabe, Verdichtungswärme zwischenzuspeichern. Bei Bedarf kann die gespeicherte Wärme gesteuert oder ungesteuert wieder in den Gasspeicher 70 zurückgegeben werden, um die in dem Gasspeicher 70 gespeicherte Luft vor ihrer Entspannung zu erwärmen. The temperature storage system 74 has the task of buffering heat of compression. If desired, the stored heat may be controlled or returned uncontrolled back into the gas storage 70 to heat the air stored in the gas storage 70 prior to its relaxation.
In Figur 6 ist durch eine Kurve 53 ein isothermer Verdichtungsprozess angedeutet. Im thermodynamischen Gasprozess ergibt sich durch den In FIG. 6, an isothermal compression process is indicated by a curve 53. In the thermodynamic gas process results from the
Temperatureintrag mit Hilfe des Temperaturspeichersystems 74 nach der Verdichtung eine Beibehaltung des Drucks in dem Gasspeicher oder Temperature entry by means of the temperature storage system 74 after compression, a maintenance of the pressure in the gas storage or
Luftspeicher 70 (pv = ps). Durch die Zwischenspeicherung ergibt sich eine weitere Reduzierung des Speicherenergieverlustes 76. Durch einen Pfeil 78 wird eine weitere Verschiebung von VE nach Vs angedeutet. In Figur 7 ist der gleiche Ausschnitt des Energiespeichersystems 1 aus Figur 1 wie in den Figuren 3 und 5 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel dargestellt. In Figur 7 ist ein Wärmetauscher 82 in der Gasspeichereinrichtung 8 angeordnet. Der Wärmetauscher 82 in der Gasspeichereinrichtung 8 ist mit einem Wärmetauscher 81 in der Umgebung verbunden.  Air storage 70 (pv = ps). The intermediate storage results in a further reduction of the storage energy loss 76. An arrow 78 indicates a further shift from VE to Vs. FIG. 7 shows the same section of the energy storage system 1 from FIG. 1 as in FIGS. 3 and 5 according to a further exemplary embodiment. In FIG. 7, a heat exchanger 82 is arranged in the gas storage device 8. The heat exchanger 82 in the gas storage device 8 is connected to a heat exchanger 81 in the environment.
Dem Wärmetauscher 81 in der Umgebung ist ein Lüfter 84 zugeordnet. Der Wärmetauscher 82 übernimmt im Verdichtungsprozess entstehende The heat exchanger 81 in the area is associated with a fan 84. The heat exchanger 82 takes over resulting in the compression process
Kompressionswärme und transportiert diese zu dem Wärmetauscher 81 in der Umgebung. Dort kühlt sich das Transportmedium ab und wird zurück zu dem Wärmetauscher 82 in der Gasspeichereinrichtung 8 geführt. Im Entspannungsprozess der Gasspeichereinrichtung 8 wird Wärme aus der Umgebung in Richtung der Gasspeichereinrichtung 8 transportiert. Dadurch wird die sich in der Gasspeichereinrichtung 8 entspannte Luft erwärmt. Durch den Lüfter 84 wird dieser Prozess unterstützt. Compressive heat and transported to the heat exchanger 81 in the environment. There, the transport medium cools off and is led back to the heat exchanger 82 in the gas storage device 8. In the expansion process of the gas storage device 8, heat is transported from the environment in the direction of the gas storage device 8. As a result, the air relaxed in the gas storage device 8 is heated. The fan 84 supports this process.
In Figur 8 ist durch eine Kurve 53 ein isothermer Verdichtungsprozess dargestellt. Durch Pfeile 88, 89 ist in Figur 8 angedeutet, dass die Kennlinien vom Verdichtungs- und Entspannungsprozess dem isothermen In FIG. 8, a curve 53 shows an isothermal compression process. By arrows 88, 89 is indicated in Figure 8 that the characteristics of the compression and expansion process is the isothermal
Verdichtungsprozess 86 angenähert werden. Daraus ergibt sich ein reduzierter Speicherenergieverlust 87. Compression process 86 are approximated. This results in a reduced storage energy loss 87.
In Figur 9 ist eine Anlage 100 für das Energiespeichersystem 1 aus Figur 1 exemplarisch dargestellt. Die Anlage 100 umfasst einen Anlagenschrank 102 mit Standfüßen 104, 105. Die Anlage hat zum Beispiel eine Höhe von knapp zwei Metern und eine Breite von etwa sechzig Zentimetern. Oben an dem In Figure 9, a system 100 for the energy storage system 1 of Figure 1 is shown by way of example. The plant 100 comprises a plant cabinet 102 with feet 104, 105. The plant has, for example, a height of almost two meters and a width of about sixty centimeters. At the top of that
Anlagenschrank 102 ist ein Luftanschlussstutzen 108 vorgesehen. Plant cabinet 102, an air connection pipe 108 is provided.
In einem unteren Bereich des Anlagenschranks 102 sind eine elektrische Maschine 114 und eine hydraulische Maschine 115 angeordnet. Oberhalb der beiden Maschinen 114, 115 ist ein Hydraulikmediumreservoir 116 angeordnet. Eine Gasspeichereinrichtung 118 nimmt einen Großteil eines Innenraums des Anlagenschranks 102 ein. Die Gasspeichereinrichtung 118 umfasst insgesamt sechs Gasflaschen 121 bis 126. Die Gasflaschen 121 bis 126 sind mit zwei Gaskolbenpumpen 131, 132 kombiniert. In a lower portion of the plant cabinet 102, an electric machine 114 and a hydraulic machine 115 are arranged. Above the two machines 114, 115, a hydraulic medium reservoir 116 is arranged. A gas storage device 118 occupies a majority of an interior of the plant cabinet 102. The gas storage device 118 comprises a total of six gas cylinders 121 to 126. The gas cylinders 121 to 126 are combined with two gas piston pumps 131, 132.
In Figur 10 ist ein Querschnitt des Anlagenschranks 102 aus Figur 1 dargestellt. In dem Querschnitt sieht man, wie die insgesamt sechs Gasflaschen 121 bis 126 zusammen mit den beiden Gaskolbenpumpen 131, 132 besonders platzsparend in dem Anlagenschrank 102 angeordnet sind. FIG. 10 shows a cross section of the plant cabinet 102 from FIG. In the cross section you can see how the total of six gas cylinders 121 to 126, together with the two gas piston pumps 131, 132 are arranged in a particularly space-saving manner in the system cabinet 102.

Claims

Ansprüche claims
1. Energiespeichersystem (1) zum Zwischenspeichern von elektrischer Energie mit einer elektrischen Maschine (4;114), die antriebsmäßig mit einer hydraulischen Maschine (5;115) verbunden ist, und mit einer pneumatisch-hydraulischen Kolbenzylinderanordnung (10), die unter Zwischenschaltung von An energy storage system (1) for temporarily storing electrical energy with an electric machine (4; 114) drivingly connected to a hydraulic machine (5; 115) and a pneumatic-hydraulic piston-cylinder arrangement (10) interposed
Ventileinrichtungen zwischen der hydraulischen Maschine (5;115) und einer Gasspeichereinrichtung (8;118) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die pneumatisch-hydraulische Kolbenzylinderanordnung (10) mindestens eine Gaskolbenpumpe (12;131,132) umfasst, die zwei Pneumatikanschlüsse (33,34) und zwei Hydraulikanschlüsse (23,24) aufweist, die unter Zwischenschaltung einer Hydraulikventileinrichtung (26) mit der hydraulischen Maschine (5;115) verbindbar beziehungsweise verbunden sind.  Valve means between the hydraulic machine (5, 115) and a gas storage device (8, 118) is arranged, characterized in that the pneumatic-hydraulic piston-cylinder arrangement (10) comprises at least one gas piston pump (12, 131, 132), the two pneumatic connections (33,34 ) and two hydraulic connections (23, 24) which can be connected or connected to the hydraulic machine (5, 115) with the interposition of a hydraulic valve device (26).
2. Energiespeichersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskolbenpumpe (12;131,132) zwei durch ein Trennelement (19) voneinander getrennte innere Hydraulikzylinderräume (21,22) umfasst, die durch zwei Kolben (15,16) von äußeren Pneumatikzylinderräumen (31,32) getrennt sind, die unter Zwischenschaltung von Pneumatikventileinrichtungen (41-44) mit der  2. Energy storage system according to claim 1, characterized in that the gas piston pump (12, 131, 132) comprises two inner hydraulic cylinder chambers (21, 22) which are separated from one another by a separating element (19) and which are separated by two pistons (15, 16) from outer pneumatic cylinder chambers (31 , 32) are separated with the interposition of pneumatic valve devices (41-44) with the
Gasspeichereinrichtung (8;118) oder einer Umgebung verbindbar  Gas storage device (8; 118) or an environment connectable
beziehungsweise verbunden sind.  or are connected.
3. Energiespeichersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kolben (15,16) durch eine Kolbenstange (18), die sich durch das Trennelement (19) hindurch erstreckt, so miteinander gekoppelt sind, dass sich im Betrieb der Gaskolbenpumpe (12;131,132) eine Zwangsrückstellung der Kolben (15,16) ergibt.  3. energy storage system according to claim 2, characterized in that the two pistons (15,16) by a piston rod (18) which extends through the separating element (19) through, are coupled together so that during operation of the gas piston pump (12 131, 132) results in a forced return of the pistons (15, 16).
4. Energiespeichersystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass Drosselrückschlagventile (61,62) zwischen die pneumatisch-hydraulische Kolbenzylinderanordnung (10) und die der Umgebung zugeordneten  4. energy storage system according to claim 2 or 3, characterized in that throttle check valves (61,62) between the pneumatic-hydraulic piston-cylinder assembly (10) and those associated with the environment
Pneumatikventileinrichtungen (41,43) geschaltet sind. Pneumatic valve devices (41,43) are connected.
5. Energiespeichersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch 5. Energy storage system according to one of claims 2 to 4, characterized
gekennzeichnet, dass die Gasspeichereinrichtung (8;118) einen Gasspeicher (70) umfasst, der von einem Temperaturspeichersystem (74) umgeben ist. characterized in that the gas storage device (8; 118) comprises a gas reservoir (70) surrounded by a temperature storage system (74).
6. Energiespeichersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch 6. Energy storage system according to one of claims 2 to 5, characterized
gekennzeichnet, dass der Gasspeichereinrichtung (8;118) mindestens ein characterized in that the gas storage device (8; 118) at least one
Wärmetauscher (81,82) zugeordnet ist. Heat exchanger (81,82) is assigned.
7. Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichersystems (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Pneumatikzylinderräume (31,32) der pneumatisch-hydraulischen  7. A method for operating an energy storage system (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that in one of the pneumatic cylinder chambers (31,32) of the pneumatic-hydraulic
Kolbenzylinderanordnung (10) Gas, insbesondere Luft, verdichtet wird, während in den anderen Pneumatikzylinderraum der pneumatisch-hydraulischen  Piston cylinder assembly (10) gas, in particular air, is compressed, while in the other pneumatic cylinder space of the pneumatic-hydraulic
Kolbenzylinderanordnung (10) Gas, insbesondere Luft, aus der Umgebung angesaugt wird.  Piston cylinder assembly (10) gas, in particular air, is sucked from the environment.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die den  8. The method according to claim 7, characterized in that the
Pneumatikzylinderräumen (41-44) der pneumatisch-hydraulischen  Pneumatic cylinder chambers (41-44) of the pneumatic-hydraulic
Kolbenzylinderanordnung (10) zugeordneten Pneumatikventileinrichtungen (41- 44) wechselseitig so zu -/abgeschaltet werden, dass Gas aus der  Piston cylinder assembly (10) associated pneumatic valve means (41-44) are mutually switched on / off, that gas from the
Gasspeichereinrichtung (8;118) langsam entspannt wird.  Gas storage device (8; 118) is slowly relaxed.
9. Anlage (100) zum Zwischenspeichern von elektrischer Energie mit einem  9. system (100) for temporarily storing electrical energy with a
Energiespeichersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (100) mindestens zwei Gaskolbenpumpen (12;131,132) und als Gasspeichereinrichtung (8;118) Gasflaschen (121-126) in einem Anlagenschrank (102) umfasst, in welchem auch die elektrische Maschine (114) und die hydraulische Maschine (115) untergebracht sind.  Energy storage system (1) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the plant (100) at least two gas piston pumps (12; 131,132) and gas storage device (8; 118) gas bottles (121-126) in a plant cabinet (102) in which also the electric machine (114) and the hydraulic machine (115) are housed.
10. Gaskolbenpumpe (12;131,132), hydraulische Maschine (5;115) und/oder 10. Gas piston pump (12, 131, 132), hydraulic machine (5, 115) and / or
elektrische Maschine (4;114) für ein Energiespeichersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, insbesondere für eine Anlage (100) zum Zwischenspeichern von elektrischer Energie nach Anspruch 9.  Electric machine (4, 114) for an energy storage system (1) according to one of Claims 1 to 6, in particular for a system (100) for buffering electrical energy according to Claim 9.
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