DE112013002285B4

DE112013002285B4 - Off-shore pumped storage power plant

Info

Publication number: DE112013002285B4
Application number: DE112013002285.0T
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-05-01
Filing date: 2013-04-28
Publication date: 2021-10-07
Anticipated expiration: 2033-04-29
Also published as: WO2013163979A3; DE112013002285A5; WO2013163979A2; DE102012008876A1

Abstract

Pumpspeicher-Kraftwerk (1), das sich innerhalb von Gewässern befindet und das mindestens aus einer oberen Kammer (2) und mindestens aus einer unteren Kammer (3) besteht, die durch Strömungskanäle (4) vorwiegend vertikal verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Dichte des Pumpspeicher-Kraftwerks (1), inklusive mit dessen veränderbaren Wasserinhalten in den oberen und unteren Kammern (2, 3), durch eine Regeleinrichtung (25) einregelbar ist und damit zumindest die vertikale Position des Pumpspeicher-Kraftwerks (1) in Bezug zur Wasseroberfläche (22) festlegt.Pumped storage power plant (1) which is located within bodies of water and which consists of at least one upper chamber (2) and at least one lower chamber (3) which are predominantly vertically connected by flow channels (4), characterized in that the mean density of the pumped storage power plant (1), including its variable water content in the upper and lower chambers (2, 3), can be regulated by a control device (25) and thus at least the vertical position of the pumped storage power plant (1) in relation to the water surface (22).

Description

Die Erfindung betrifft ein Pumpspeicher-Kraftwerk nach Patentanspruch 1 und den folgenden Ansprüchen, das in Gewässern, vorwiegend in den Meeren angeordnet wird und als Energiespeicher, z. B. für Windkraftparks und auch Solarkraftwerken jeglicher Art dienen kann.The invention relates to a pumped storage power plant according to claim 1 and the following claims, which is arranged in bodies of water, predominantly in the seas and as an energy store, e.g. B. for wind farms and solar power plants of any kind.

Pumpspeicher-Kraftwerke auf dem Lande sind seit mehr als einem Jahrhundert als Stand der Technik bekannt, um Überschüsse der Stromerzeugung in potenzielle Energie mittels dem Medium Wasser für eine spätere Nutzung mit einem gewissen Wirkungsgradabschlag zu speichern. Das Wasser wird dazu durch Pumpen auf eine höhere geodätische Höhe in einen Speicher, bzw. in einen höher liegenden See gepumpt. Besteht ein hoher Strombedarf, der von den aktiven Kraftwerken nicht unmittelbar gedeckt werden kann, steht dem Verbraucher diese potenzielle Energie über die Fallhöhe des Wassers zur Umwandlung in den Wasserturbinen in mechanische Arbeit und den daran gekoppelten elektrischen Generatoren für einen schnelle Stromabruf zur Verfügung.Pumped storage power plants in the countryside have been known as the state of the art for more than a century, in order to store surpluses of electricity generation in potential energy by means of the medium water for later use with a certain reduction in efficiency. The water is pumped to a higher geodetic height in a storage tank or in a lake at a higher level. If there is a high demand for electricity that cannot be met directly by the active power plants, this potential energy is available to the consumer via the drop height of the water for conversion in the water turbines into mechanical work and the electrical generators connected to them for quick electricity demand.

Das Prüfungsverfahren zieht für die Patentbestrebung DE 11 2013 002 285.0 Zitierungen der Druckschriften GB 2 032 008 A , DE 20 2007 016 031 U1 und US 7 564 143 B1 zur Beleuchtung des Standes der Technik in Betracht:

GB 2 032 008 A :
- Die Erfindung mit der Akte GB 2 032 008 A zeigt ein Kraftwerk (kein Pumpspeicher-Kraftwerk), das in einer stationären, fixierten Position unterhalb einer Wasseroberfläche 12 angeordnet ist. Das Zulaufrohr 18 führt zum Eintritt der Wasserturbine 10, die in einer oberen Kammer platziert ist. Das Ventil 16 stromauf der Turbine bestimmte mit die durchfließende Wassermenge bei einem Turbinen-Eintrittsdruck, der durch die Wasserhöhe zum Turbineneintritt, gemessen bis zur Wasseroberfläche 12, gegeben ist.

The examination process draws for the patent pursuit DE 11 2013 002 285.0 Citations of the pamphlets GB 2 032 008 A , DE 20 2007 016 031 U1 and US 7 564 143 B1 to illuminate the state of the art:

GB 2 032 008 A :
- The invention with the file GB 2 032 008 A shows a power plant (not a pumped storage power plant) that is in a stationary, fixed position below a water surface 12th is arranged. The inlet pipe 18th leads to the entry of the water turbine 10 which is placed in an upper chamber. The valve 16 upstream of the turbine helped determine the amount of water flowing through at a turbine inlet pressure, which is measured through the water level to the turbine inlet, measured up to the water surface 12th , given is.

Stromab des Turbinenaustritts befindet sich eine untere Kammer 28, die stromauf mit dem Turbinenaustrittskanal 26 verbunden ist.A lower chamber is located downstream of the turbine outlet 28 upstream with the turbine outlet duct 26th connected is.

Von dem unteren Behälter 28 in Bodennähe geht eine Verrohrung zu einer Pumpe 10. Der Pumpe 10 kommt die zentrale Aufgabe unter Einbringungen eines externen Energieaufwandes zu, saugseitig den Turbinenaustrittsdruck durch Schaffung einer definierten Wasseroberfläche 32 im Behälter 28 auf den Umgebungsdruck zu bewirken, der auch auf der Wasseroberfläche 12 lastet. Das Belüftungsrohr 42 erlaubt dann jederzeit die Anpassung der Luftmenge über der Wasseroberfläche 32 im Behälter 28 für das geschaffene, gewünschte freie LuftVolumen nach dem Turbinenaustritt während der instationären wie auch in den stationären Betriebsphasen der Turbine 10 und der Pumpe 40. Hierdurch soll der Turbine ein optimaler Austrittszustand für den Druck-Abbau des Wassers in das freie Volumen der „Umgebungsluft“ unterhalb des Wasserspiegels 12 bei dem projektierten Differenzdruck vom Turbineneintritt zum Turbinenaustritt ermöglicht werden.From the lower container 28 piping leads to a pump near the ground 10 . The pump 10 the central task with the introduction of an external energy input, the turbine outlet pressure on the suction side by creating a defined water surface 32 in the container 28 to effect the ambient pressure, which is also on the water surface 12th burdens. The ventilation pipe 42 then allows the amount of air above the water surface 32 in the container to be adjusted at any time 28 for the created, desired free air volume after the turbine exit during the unsteady as well as in the stationary operating phases of the turbine 10 and the pump 40. This should give the turbine an optimal outlet condition for the pressure reduction of the water in the free volume of the “ambient air” below the water level 12th at the projected differential pressure from the turbine inlet to the turbine outlet.

Die Druckseite der energieverzehrenden Pumpe 40 ist mit einem Rohr 30 verbunden, dessen Rohraustritt im Bereich der Wasseroberfläche mündet, die einen erhöhten Erd-Rotationsradius zur Erddrehachse besitzt, verglichen mit dem Erd-Rotationsradius des Rohreintritts 20 im Bereich der Wasseroberfläche 12. Der Erfinder geht davon aus, dass durch die erhöhte Fliehkraft-Unterstützung bis zum Rohraustritt 30 gegenüber dem Rohreintritt 20 eine Nutzung von Erdrotationsenergie gegeben ist und das Kraftwerkssystem eine positive Leistungsdifferenz von Turbine und Pumpe, unter Berücksichtigung der angekoppelten Maschinen und zusammen mit den Systemverlusten, für die externen Verbraucher übrig bleibt.The pressure side of the energy-consuming pump 40 is with a pipe 30th connected, the pipe outlet opens in the area of the water surface, which has an increased earth rotation radius to the earth's axis of rotation, compared to the earth rotation radius of the pipe inlet 20th in the area of the water surface 12th . The inventor assumes that due to the increased centrifugal force support up to the pipe outlet 30th opposite the pipe inlet 20th A use of earth's rotational energy is given and the power plant system has a positive power difference of turbine and pump, taking into account the coupled machines and together with the system losses, for the external consumers.

Da die Turbine, wie auch die Pumpe mit den angekoppelten Maschinen, z. B. den elektrischen Generatoren und elektrischen Motoren, Wirkungsgrade merklich unterhalb dem Wert 100 % aufweisen und insbesondere die äußerst lange Rohrleitung 30 mit nicht geringen Strömungsverlusten in Verbindung zu bringen ist, müsste das Bewirken eines nach außen nutzbaren Energiebeitrags des gesamten verlustträchtigen Kraftwerk-Systems alleine aus der Wirkung eines geernteten Erdrotationsenergie-Anteils stammen.Since the turbine, as well as the pump with the coupled machines, z. B. the electric generators and electric motors, have efficiencies noticeably below the value 100% and in particular the extremely long pipeline 30th is to be associated with significant flow losses, the effect of an externally usable energy contribution of the entire power plant system, which is subject to losses, would have to come solely from the effect of a harvested portion of the rotational energy of the earth.

Wie bekannt, beinhaltet der Verlauf der Oberfläche des verschieblichen Fluids Wasser den Energiebeitrag der Erdrotation und der Gravitationswirkung durch ihre nahezu elliptische mittlere Meridian-Kontur, wodurch die Wasseroberfläche, bis auf gewisse äußere atmosphärische Störungen, als energetische Äquipotentialfläche gilt.As is known, the course of the surface of the displaceable fluid water contains the energy contribution of the earth's rotation and the gravitational effect through its almost elliptical central meridian contour, whereby the water surface, apart from certain external atmospheric disturbances, is considered an energetic equipotential surface.

Das Abgreifen unterschiedlicher Erdradien hinsichtlich der Erddrehachse über die Position des Rohreintritts 20 und des Rohraustritts 30 kann somit aufgrund der gemeinsamen Äquipotentialfläche keine Unterstützung des betreffenden Kraftwerks hinsichtlich einer Nutzung der Erdrotation bewirken. Das KraftwerksSystem des Erfinders, dem einen energetischen Nutzen voraussagt wird, muss jedoch, abhängig von dem projektierten Wasserdurchfluss und der Turbinendruckdifferenz, eine gewichtige Energiezufuhr eingebracht werden, um das „Kraftwerk“ mit dem Zwischluftvolumen und der zweiten Wasseroberfläche 32 nach dem Turbinenaustritt ohne den angestrebten Erfolg am Laufen zu halten.The tapping of different earth radii with regard to the earth's axis of rotation via the position of the pipe inlet 20th and the pipe outlet 30th therefore, due to the common equipotential surface, cannot provide any support for the relevant power plant with regard to the use of the earth's rotation. The inventor's power plant system, which is predicted to have an energetic benefit, must, however, depending on the projected water flow and the turbine pressure difference, bring in a substantial supply of energy in order to prevent the "power plant" with the intermediate air volume and the second water surface 32 after the turbine exit without the desired success keep going.

Unter Berücksichtigung der Sichtweise der physikalischen Grundlagen gilt der Erfindungsgegenstand der Akte GB 2 032 008 A somit als Perpetuum Mobile .Taking into account the point of view of the physical basis, the subject matter of the file applies GB 2 032 008 A thus as a perpetual motion machine.

Auch das US-Patent 4,796,427 , des gleichen Erfinders beschäftigt sich mit den Gegebenheiten eines Erdrotationskraftwerks, wobei er vereinfachend von der idealisierten Kugelgestalt der Erde ohne Berücksichtigung der Fliehkraft-Verformung der Erde ausgeht. Im Gegensatz zur realen, nahezu elliptischen mittleren Meridian-Kontur der Wasseroberfläche, würde die Form einer Kugel ein Erdrotationskraftwerk zur Gewinnung nutzbarer Energie entgegen der realen Gegebenheiten als möglich erscheinen lassen.That too U.S. Patent 4,796,427 , by the same inventor deals with the conditions of an earth's rotary power plant, where he simplifies the idealized spherical shape of the earth without taking into account the centrifugal deformation of the earth. In contrast to the real, almost elliptical mean meridian contour of the water surface, the shape of a sphere would make an earth's rotary power plant for the production of usable energy seem possible, contrary to the real conditions.

DE 20 2007 016 031 U1 :

Die Anmeldung der Akte DE 20 2007 016 031 U1 beschreibt ein Pumpspeicher-Kraftwerk der üblichen Form, bei dem aus einem oberen Wasserreservoir einer Turbine Wasser zugeführt wird, die einen elektrischen Generator antreibt, der zur Energie-Umwandlung in Strom Verwendung findet. Über die Turbinenaustrittsverrohrung fließt das Wasser in ein zweites unteres Wasserreservoir ab.

DE 20 2007 016 031 U1 :

The registration of the file DE 20 2007 016 031 U1 describes a pumped storage power plant of the usual form, in which water is supplied from an upper water reservoir to a turbine, which drives an electrical generator that is used to convert energy into electricity. The water flows through the turbine outlet piping into a second lower water reservoir.

Aus regenerativen Energiequellen erfolgt bei dem Erfindungsgegenstand in den betreffenden Wandlern (8, 9) die Energietransformation in elektrischer Strom, der im Falle eines Stromüberschusses für den Antrieb der Wasser-Pumpe (7) Verwendung findet, die Wasser aus dem zweiten unteren Reservoir auf die geodätische Höhe des ersten oberen Wasserreservoir zur Energiespeicherung fördert.With the subject of the invention in the relevant converters ( 8th , 9 ) the energy transformation into electrical current, which in the event of a surplus of electricity is used to drive the water pump ( 7th ) Is used that promotes water from the second lower reservoir to the geodetic height of the first upper water reservoir for energy storage.

Gegenüber dem zu prüfenden Erfindungsgegenstand DE11 2013 002 285.0 werden in der Akte DE 20 2007 016 031 U1 die markanten Merkmale, insbesondere das Einwirken auf die mittlere Dichte des Pumpspeicher-Kraftwerks, die im Zusammenhang mit dem schwimmfähigen Pumpspeicher-Kraftwerk stehen, nicht erwähnt.Compared to the subject of the invention to be examined DE11 2013 002 285.0 will be in the file DE 20 2007 016 031 U1 the distinctive features, in particular the effect on the mean density of the pumped storage power plant, which are related to the floating pumped storage power plant, are not mentioned.

US 7 564 143 B1 :

Die dritte entgegengehaltene Akte beschäftigt sich mit einem Gezeitenkraftwerk, deren Hauptmerkmale in der 10 skizziert sind. Hier werden zwei parallele Kammern dargestellt, bei denen die offenen Eintrittsöffnungen der Turbinen in der Phase der Flut einen Wasserdurchfluss durch die Turbine in die Kammern zum Antrieb der Generatoren G zur Umwandlung der Strömungsenergie in elektrischen Strom erlauben.

US 7 564 143 B1 :

The third cited act deals with a tidal power station, the main features of which are in the 10 are sketched. Here, two parallel chambers are shown, in which the open inlet openings of the turbines allow water to flow through the turbine during the flood phase into the chambers for driving the generators G to convert the flow energy into electrical current.

Als Besonderheit besitzt die Turbine der zweiten Kammer eine Versperrvorrichtung, die die Wasserfüllung der Kammer 2, die während der Flutphase erfolgt ist, durch eine Schließposition aufrecht erhalten kann.As a special feature, the turbine of the second chamber has a locking device that fills the chamber with water 2 that occurred during the flood phase, can be maintained by a closed position.

Die Kammer 1 mit ihrer offenen Turbine hingegen beaufschlagt in der zeitlichen Phase, in der sich das Meerwasser wieder absenkt, die Turbine mit dem ins Meer rückströmenden Wassers zur weiteren Stromerzeugung.The chamber 1 with its open turbine, on the other hand, in the time phase in which the sea water sinks again, the turbine with the water flowing back into the sea acts on it to generate further electricity.

Zur Vergleichsmäßigung und Absenkung der Stromspitzen bleibt die Kammer 2 über einen gewissen Zeitraum am Turbinenaustritt geschlossen. Erst ab dem Zeitpunkt bei dem die Stromproduktion mittels der abgesenkten Wasserhöhe in Kammer 1 merklich zurückgeht, wird die Versperrvorrichtung der Kammer 2 mit definierter Strömungsfläche geöffnet, wodurch die Kapazität der gesamten Energieumwandlung in Strom der zweiten Turbinen-Generator-Paarung gezielt mitwirkt und die Ebbe-Flut-Zyklen hinsichtlich der Stromlieferung des Gezeitenkraftwerks eine deutliche Vergleichsmäßigung im Netz für den Verbrauch bedeuten.The chamber remains to equalize and reduce the current peaks 2 closed for a certain period of time at the turbine outlet. Only from the point in time at which the electricity production decreases noticeably due to the lowered water level in chamber 1, the locking device of the chamber becomes 2 opened with a defined flow area, whereby the capacity of the entire energy conversion into electricity of the second turbine-generator pairing has a targeted effect and the ebb and flow cycles with regard to the electricity supply of the tidal power plant mean a significant comparison in the network for consumption.

Gegenüber dem zu prüfenden Erfindungsgegenstand DE11 2013 002 285.0 werden auch in der Akte US 7 564 143 B1 die markanten Merkmale, insbesondere das Einwirken auf die mittlere Dichte des Pumpspeicher-Kraftwerks, die im Zusammenhang mit dem schwimmfähigen Pumpspeicher-Kraftwerk stehen, nicht erwähnt. Der beschriebene Kraftwerkstyp Gezeitenkraftwerk unterscheidet sich prinzipiell von dem betreffenden schwimmfähigen Pumpspeicher-Kraftwerk.Compared to the subject of the invention to be examined DE11 2013 002 285.0 will also be in the file US 7 564 143 B1 the distinctive features, in particular the effect on the mean density of the pumped storage power plant, which are related to the floating pumped storage power plant, are not mentioned. The type of power plant described, tidal power plant, differs in principle from the floating pumped storage power plant in question.

Ein gewichtiger Nachteil der bekannten Pumpspeicher-Kraftwerke ist der erhebliche Platzbedarf, falls es sich um ein vollsynthetisch erstelltes Kraftwerk handelt. A major disadvantage of the known pumped storage power plants is the considerable space requirement if it is a fully synthetic power plant.

Des Weiteren korreliert die Realisierung eines Pumpspeicher-Kraftwerks häufig nicht mit den Interessen vieler Gruppierungen, insbesondere nicht mit den Belangen der Naturschutzverbände.Furthermore, the implementation of a pumped storage power plant often does not correlate with the interests of many groups, especially not with the interests of nature conservation associations.

Trotz dem wachsenden Strombedarf und dem geplanten Ersatz der Atomkraftwerke durch alternative Kraftwerke, insbesondere durch Wind- und Sonnenkraftwerke aller Art, gibt es aus politischer Sicht erhebliche Probleme Speichertechnologien für eine notwendige Netzstabilisierung durchzusetzen.Despite the growing demand for electricity and the planned replacement of nuclear power plants with alternative power plants, in particular with wind and solar power plants of all kinds, from a political point of view there are considerable problems in enforcing storage technologies for the necessary network stabilization.

Auch besteht eine große Abhängigkeit der vorliegenden Wasser-Speicher-Kraftwerke vom Geschehen des Wetters, bzw. von den Ereignissen der Regenhäufigkeit. Da in heißen Wetterphasen eine nicht unerhebliche Verdampfungsrate vorliegt und die betreffenden Gewässer auch für die Trinkwasserversorgung meist eine wesentliche Rolle spielen, kann es zu ernsthafter Wasserknappheit kommen, die den Speicherprozess stören, bzw. sogar temporär unmöglich machen. Bewegen wir uns aus dem europäischen Raum in die Bereiche, die weiträumig um den Äquator liegen, finden wir riesige Land-Zonen, die ein hohes Potenzial an Wind- und Sonnenenergie für die Stromerzeugung aufweisen. Eine einfache Speicherung der Energie mittels der herkömmlichen Pumpspeicher-Technologien kann jedoch wegen dem fehlenden Wasser als Speichermedium und den fehlenden notwendigen Erhebungen in den wenigsten Fällen erfolgen.There is also a great dependency of the existing water storage power plants on the events of the weather or on the events of the frequency of rain. Since there is a not inconsiderable rate of evaporation in hot weather phases and the bodies of water in question also usually play an important role in the supply of drinking water, serious water shortages can arise that disrupt or even disrupt the storage process make temporarily impossible. If we move from the European area into the areas that are spaciously around the equator, we find huge land zones that have a high potential for wind and solar energy for electricity generation. A simple storage of the energy by means of the conventional pump storage technologies can, however, take place in very few cases due to the lack of water as a storage medium and the lack of necessary surveys.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Typ von Pumpspeicher-Kraftwerk zu konzipieren, der auf dem bekannten, einfachen und herkömmlichen physikalischen Prinzip basiert und weder Platzprobleme mit sich bringt noch in absehbarer Zeit Knappheit des Hauptmediums Wasser aufweisen wird.It is therefore the object of the invention to design a type of pumped storage power plant which is based on the known, simple and conventional physical principle and which neither entails problems of space nor will have a shortage of the main medium water in the foreseeable future.

Neben den übersichtlichen physikalischen Gegebenheiten, dürften dann die politischen Bedingungen für die Umsetzungen des erfindungsgemäßen Speichertyps weltweit nicht ungünstig sein. Der Energieumwandlung mit alternativen Kraftwerken wird somit eine weitere Ausgangsbasis geboten, die mit dieser einfachen Speichertechnologie in Verbindung steht. Es ist zu erwarten, dass unter neuen günstigen Randbedingungen mit der Entwickelbarkeit der einfachen Speichertechnologie ein Durchbruch der alternativen Stromversorgung ohne größere politische Widerstände wahrscheinlicher wird.In addition to the clear physical conditions, the political conditions for the implementation of the memory type according to the invention should not be unfavorable worldwide. The energy conversion with alternative power plants is thus offered a further starting point, which is connected with this simple storage technology. It is to be expected that under new, favorable boundary conditions with the developability of the simple storage technology, a breakthrough of the alternative power supply without major political resistance will be more likely.

Die Aufgabenstellungen werden durch den erfindungsgemäßen Pumpspeicher-Kraftwerkstyp mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, zusammen mit den Ansprüchen 2 bis 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der alternativen Kraftwerke mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, im Besonderen auch mit Anspruch 9 gegeben.The objects are achieved by the type of pumped storage power plant according to the invention with the features of claim 1, together with claims 2 to 6. Advantageous configurations of the alternative power plants with expedient and non-trivial developments of the invention are given in the dependent claims, in particular also with claim 9.

Das wesentliche Merkmal der vertikal übereinander angeordneten Kammern, die durch Strömungskanäle verbunden sind, ist die Platzierung innerhalb von Gewässern, im Besonderen innerhalb von Meeren als Kern von Off-Shore-Speicher-Kraftwerken. Mittels der beiden übereinander liegenden Kammern besteht die Basis für die Erzeugung des Fallhöhen-Potenzials des dazu benötigten Wassers. Da sich das Pumpspeicher-Kraftwerk vorzugsweise innerhalb des Meeres befindet, gibt es praktisch zu keinem Zeitpunkt Knappheit an dem zentralen Medium Wasser, das hier für die Energiespeicherung notwendig ist.The essential feature of the vertically stacked chambers, which are connected by flow channels, is their placement within bodies of water, especially within seas as the core of off-shore storage power plants. The two chambers, one above the other, provide the basis for generating the potential for the height of the water required for this. Since the pumped storage power plant is preferably located in the sea, there is practically no shortage of the central medium water, which is necessary here for energy storage.

Die Örtlichkeit des Speicherkraftwerks würde man üblicherweise zur Kleinhaltung der Übertragungsverluste in der Nähe von alternativen Kraftwerken beheimaten, wo die Speicherung der überschüssigen Energie dann als Zwischen-Puffer wirkungsgradgünstig direkt erfolgen kann.The location of the storage power plant would usually be located in the vicinity of alternative power plants in order to keep the transmission losses small, where the storage of the excess energy can then take place directly as an intermediate buffer with favorable efficiency.

In den unteren Kammern wird die Anordnung der Wasserpumpen mit den Elektromotoren getätigt, die mittels den von den betreffenden Kraftwerken gelieferten Überschussströmen angetrieben werden. Die Wasserpumpen fördern das Wasser aus den unteren Kammern über ihren Austrittskanal in die Meeresumgebung, um somit Platz zu schaffen für die Energieumwandlung des geodätisch höher liegenden Wassers aus der oberen Kammer.In the lower chambers, the water pumps are arranged with the electric motors, which are driven by the excess currents supplied by the power plants concerned. The water pumps convey the water from the lower chambers via their outlet channel into the marine environment in order to create space for the energy conversion of the geodetically higher water from the upper chamber.

Die oberen Kammern würde man in der einen Version vorteilhafterweise mit geringwertigem Volumen ausbilden, in dem die regelbaren Öffnungen und Strömungszuführungen und die -Verteilung zu den Fallkanälen, die mit den unteren großvolumigen Kammern verbunden sind, untergebracht sind. Somit könnte man bei dem wichtigen Parameter der Fallhöhe in den Betriebsphasen, in denen man vom Speicherkraftwerk Energie in Form von Strom abruft, nahezu immer von der Oberfläche des Gewässers, bzw. der Meeresoberfläche ausgehen. In den unteren großvolumigen Kammern steigt die Wasseroberfläche mit den Wassermengen an, die durch die Fallkanäle über die Wasserturbinen einströmen, wodurch sich eine Minderung der Fallhöhe während der Nutzung der Speicherenergie ergibt, was ein wesentlicher Parameter bei der Auslegung des Kraftwerkstyps bedeutet.In one version, the upper chambers would advantageously be designed with a low volume, in which the controllable openings and flow inlets and the distribution to the downcomer channels, which are connected to the lower large-volume chambers, are accommodated. Thus, one could almost always assume the surface of the water or the sea surface for the important parameter of the height of fall in the operating phases in which energy is called up from the storage power plant in the form of electricity. In the lower large-volume chambers, the water surface rises with the amount of water that flows in through the fall canals via the water turbines, which results in a reduction in the fall height during the use of the storage energy, which is an essential parameter in the design of the power plant type.

Die zu speichernde Überschussenergien der betreffenden Kraftwerke, betreffen also die Stromzuführungen zu den Elektromotoren, die die Wasserpumpen in den unteren Kammern antreiben und dadurch zur Schaffung des Höhenpotenzials des Wassers genutzt werden, das dann aus dem Meer durch von Schiebern oder Ventilen kontrollierten Öffnungen auf dem geodätisch höheren Niveau in die oberen Kammern einströmt.The surplus energies to be stored by the power plants in question relate to the power supply to the electric motors, which drive the water pumps in the lower chambers and are thus used to create the height potential of the water, which then comes from the sea through openings on the geodetic controlled by slides or valves higher level flows into the upper chambers.

Findet nun die Anforderung statt, dass der Speicher Energie in Form einer Stromlieferung abgeben soll, werden die Wasserturbinen, die ebenfalls in den unteren Kammern positioniert sind, durch das Wasser der oberen Kammer über die Verbindungskanäle bei der aktuell vorliegenden Fallhöhe beaufschlagt. Die Wasserturbinen sind an die elektrischen Generatoren gekoppelt, die die mechanische Leistung der Turbinen in elektrische Energie umwandeln. Der Transport der elektrischen Energie der Generatoren erfolgt über Leitungen zu verschiedenen Wandlern in das oder die Netze, bzw. wird den Verbrauchern mit den betreffenden Spannungen zugeführt.If the requirement now takes place that the storage should deliver energy in the form of a power supply, the water turbines, which are also positioned in the lower chambers, are acted upon by the water in the upper chamber via the connecting channels at the current head. The water turbines are coupled to the electrical generators, which convert the mechanical power of the turbines into electrical energy. The electrical energy of the generators is transported via lines to various converters in the network or networks, or is supplied to the consumers with the relevant voltages.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen mehrerer Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegeben Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die Figuren zeigen in:

1 eine Prinzip-Darstellung der Hauptkomponenten des Off-Shore-Pumpspeicher-Kraftwerks, wobei die offene, obere Kammer mit relativ kleinem Volumen gestaltet ist und die regelbaren Öffnungs- und Verteilungsvorrichtungen für das einströmende Wasser enthält;
2 eine Prinzip-Darstellung der Hauptkomponenten des Off-Shore-Pumpspeicher-Kraftwerks, wobei die offene, obere Kammer großvolumig als Zwischen-Wasserspeicher ausgebildet ist;
3 ein gegenständlich skizziertes Off-Shore-Pumpspeicher-Kraftwerk, in dem das Wasser in den Zwischen-Wasserspeicher der oberen Kammer bei geschlossenem Ventil des Verbindungskanals strömt und simultan Wasser zur „Speicherfüllung“ aus der unteren Kammer in das Meer gepumpt wird;
4 ein gegenständlich skizziertes Off-Shore-Pumpspeicher-Kraftwerk, in dem der Zwischen-Wasserspeicher der oberen Kammer wie auch die untere Kammer in der noch laufenden Beaufschlagung der Wasserturbine schon weitgehend mit Wasser gefüllt ist, was nahezu den LeerZustand des Speichers anzeigt;
5 ein gegenständlich skizziertes Off-Shore-Pumpspeicher-Kraftwerk, in dem der Zwischen-Wasserspeicher der oberen Kammer voll ist und die untere Kammer eine geringe Wasserbeladung enthält und praktisch die maximale Energiespeicherung an potenzieller Wasser-Energie anzeigt.

Further advantages, features and details of the invention emerge from the following descriptions of several exemplary embodiments and on the basis of the drawings. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as those mentioned below in the description of the figures and / or in the figures Features and combinations of features shown alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or on their own without departing from the scope of the invention. The figures show in:

1 a schematic diagram of the main components of the off-shore pumped storage power plant, the open, upper chamber being designed with a relatively small volume and containing the controllable opening and distribution devices for the inflowing water;
2 a schematic representation of the main components of the off-shore pumped storage power plant, the open, upper chamber being designed as a large-volume intermediate water storage facility;
3 an off-shore pumped storage power plant sketched out, in which the water flows into the intermediate water storage tank in the upper chamber with the valve of the connecting channel closed and water is simultaneously pumped out of the lower chamber into the sea to “fill the storage tank”;
4th an off-shore pumped storage power plant sketched out in which the intermediate water storage of the upper chamber as well as the lower chamber are already largely filled with water while the water turbine is still being applied, which indicates that the storage is almost empty;
5 an objectively sketched off-shore pumped storage power plant in which the intermediate water storage of the upper chamber is full and the lower chamber contains a low water load and practically shows the maximum energy storage of potential water energy.

Die 1 zeigt prinzipiell das Pumpspeicher-Kraftwerk 1 mit den z. B. nach oben offenen Kammern 2, die die regelbaren Öffnungen 8 mit z. B. regelbaren Schiebern 9 beinhalten. Die Kammern 2 haben die wesentliche Aufgabe ihre WasserOberflächen 23 nahe der geodätischen Höhe der Meeresoberfläche 22 als obere Potenzialfläche für die aktuelle Fallhöhe weitgehend konstant zu halten. Das bedeutet, dass der Wasserdurchsatz aus dem Meer durch die regelbaren Öffnungen 8, bzw. den Ventilen und Schiebern 9 in die offenen Kammern 2 nur geringe Abschläge an der Fallhöhe bewirken und somit die Wasseroberfläche 23 nur geringfügig von der Meeresoberfläche 22 abweicht.the 1 shows in principle the pumped storage power plant 1 with the z. B. upwardly open chambers 2 who have favourited the adjustable openings 8th with z. B. adjustable sliders 9 include. The chambers 2 have the essential task of their water surfaces 23 close to the geodetic height of the sea surface 22nd to be kept largely constant as the upper potential surface for the current height of fall. This means that the water flow from the sea through the adjustable openings 8th , or the valves and slides 9 into the open chambers 2 cause only small reductions in the height of fall and thus the surface of the water 23 only slightly from the sea surface 22nd deviates.

Wird das regelbare Ventil 7 des Verbindungskanals 4 geöffnet, findet die Beaufschlagung der Wasserturbinen 10 mit einer Fallhöhe 6 statt. Das Regelventil 7 ließe sich einsparen, falls die Regelung für den Wasserturbinenbetrieb durch die regelbaren Öffnungen 8 der relativ im Volumen kleinen Kammer 2 bewerkstelligt werden würde.Becomes the adjustable valve 7th of the connection channel 4th open, takes place the admission of the water turbines 10 with a height of fall 6th instead of. The control valve 7th It could be saved if the regulation for the water turbine operation through the controllable openings 8th the chamber, which is relatively small in volume 2 would be accomplished.

Das Wasser der oberen Kammer 2 durchströmt also die Wasserturbine 10 und gelangt über den Turbinenaustritt in die untere großvolumige Kammer 3, die über deren Längen-Dimensionierungen im Wesentlichen die Speicherkapazität des Pumpspeicher-Kraftwerks 1 festlegt.The water of the upper chamber 2 So flows through the water turbine 10 and reaches the lower large-volume chamber via the turbine outlet 3 which, via their length dimensions, essentially determine the storage capacity of the pumped storage power plant 1 specifies.

Möchte man eine Speicherkapazität von z. B. 100 MWh realisieren, wird man bei einer vorgesehenen mittlere Fallhöhe 6 von z. B. 10 m und einer unteren Kammerhöhe von ebenfalls 10m eine Fläche von über 3.7 × 10⁵ m² benötigen, was einer Quadratlänge von ca. 610 m entspräche. Sind die Randbedingungen für eine sehr große Fallhöhe 6 mit 100 m bei gleicher Kammerhöhe gegeben, lässt sich das Speichervolumen und der Flächenbedarf auf 3.7 × 10⁴ m² zehnteln, was dann einer Quadratlänge von weniger als 200 m für einen 100 MWh-Speicher entspräche.If you want a storage capacity of z. B. realize 100 MWh, you will with an intended average height of fall 6th from Z. B. 10 m and a lower chamber height of 10 m also require an area of more than 3.7 × 10 ⁵ m ² , which would correspond to a square length of about 610 m. Are the boundary conditions for a very large height of fall 6th Given 100 m with the same chamber height, the storage volume and the area ^{required can be tenth to 3.7 × 10 4} m ² , which would then correspond to a square length of less than 200 m for a 100 MWh storage.

Die Aufwendungen pro MWh für das Pumpspeicher-Kraftwerk im Meer ist bei vorgegebenem Speichervolumen sehr stark abhängig von den Dimensionierungsmöglichkeiten der zu realisierenden Fallhöhen 6, die durch die Erstreckung von der Meeresoberfläche 22 bis zur mittleren Wasseroberfläche 24 in der unteren Kammer 3 gegeben ist.With a given storage volume, the expenditure per MWh for the pumped storage power plant in the sea is very much dependent on the dimensioning options of the head to be realized 6th by extending from the sea surface 22nd up to the middle water surface 24 in the lower chamber 3 given is.

Je höher die spezifische Leistung der Wasserturbinen 10 über die erhöhte Fallhöhen sich darstellen, je geringer wird der Flächenbedarf des Kraftwerks 1 sein. Zum anderen werden die tief angeordneten Speicherkammern 3 bis auf den Verbindungskanal 4 zum Zulauf in Kammer 2 dann kaum eine Störung für den Schiffsverkehr darstellen können.The higher the specific power of the water turbines 10 The higher the height of fall, the lower the space requirement of the power plant 1 be. On the other hand, there are the storage chambers located deep down 3 except for the connection channel 4th to the inlet in the chamber 2 then can hardly represent a disruption for shipping traffic.

Zu berücksichtigen sind für die beschriebene Kraftwerksversion der 1 jedoch die Beherrschung der enormen Auftriebskräfte bei der Nennspeicher-Energie (Kammer 3 weitgehend ausgepumpt) durch die verdrängten Wassermassen der Außenabmessungen der unteren Kammer 3 zusammen mit dem Turm der Verbindungskanäle 4 und den weiteren Vorrichtungen, die über die Gewichte der Wandungen 19, dem Inventar, wie Pumpen 12, Elektromotoren 13, Turbinen 10 und Generatoren 11 und den ggf. zusätzliche Kräften, die anhand von notwendigen Verankerungen 21 im Meeresboden 30 zu kompensieren sind, um die Position des oberen Zulauf des Wassers in die Kammern 2 bzgl. der Meeresoberfläche in gewissen Grenzen zu gewährleisten.For the power plant version described, the 1 however, the control of the enormous buoyancy forces at the nominal storage energy (chamber 3 largely pumped out) by the displaced water masses of the outer dimensions of the lower chamber 3 together with the tower of the connecting channels 4th and the other devices that use the weights of the walls 19th , the inventory, such as pumps 12th , Electric motors 13th , Turbines 10 and generators 11 and the additional forces, if any, based on the necessary anchoring 21 in the seabed 30th to compensate are to the position of the upper inlet of the water in the chambers 2 with regard to the sea surface within certain limits.

Es ist auch vorstellbar, dass das Pumpspeicherkraftwerk der 1 im Abstand gegenüber dem Meeresboden über Vorrichtungen und Verfahren veränderbar gestaltet wird, damit der Wasserkreislauf des Speicherkraftwerks in all den Betriebsphasen des „Füllens“ wie „Entleerens“ und den sich ändernden Bedingungen des Meeres anpassbar ist. Hierzu sind auch nicht dargestellte regelbare Öffnungen 8 im Verbindungskanal 4 zur Meeresumgebung denkbar, die bei den Höhenänderungen des Kraftwerks für den Turbinenbetrieb aktiviert werden müssten.It is also conceivable that the pumped storage power plant of the 1 is designed to be changeable in the distance to the sea floor using devices and processes so that the water cycle of the storage power plant in all the operating phases of "filling" as well as "emptying" and the adaptable to changing sea conditions. For this purpose, there are also controllable openings (not shown) 8th in the connection channel 4th conceivable for the marine environment, which would have to be activated for turbine operation when the power plant changes in altitude.

Wie schon erwähnt, wird die potenzielle Energie in den Wasserturbinen 10 mit den angekoppelten elektrischen Generatoren 11 unter Berücksichtigung der Komponentenwirkungsgrade in elektrische Energie umgewandelt. Der erzeugte Strom wird dann über die Leitungen 27 an das Netz für die Verteilung an die Verbraucher abgeführt.As mentioned earlier, the potential energy is in the water turbines 10 with the connected electrical generators 11 converted into electrical energy taking into account the component efficiency. The electricity generated is then over the lines 27 discharged to the network for distribution to consumers.

Besteht von den alternativen Kraftwerken oder über das Netz ein Stromüberschuss wird der Strom über die Leitungen 26 den Elektromotoren 13 der Wasserpumpen 12 in der unteren Kammer 3 zum „Füllen“ des Energiespeichers durch ein Herauspumpen des Wassers aus der Kammer 3 bewerkstelligt.If there is a surplus of electricity from the alternative power plants or via the grid, the electricity is supplied via the lines 26th the electric motors 13th the water pumps 12th in the lower chamber 3 to “fill” the energy store by pumping the water out of the chamber 3 accomplished.

Das Pumpspeicher-Kraftwerk wird entsprechend der Bedürfnisse und Randbedingungen - „Energie Speichern“, „Strom in vorgegebener Menge liefern“ und - weitere Prozessanforderungen - die der Kraftwerksregelung 25 über die Signale 29 mitgeteilt werden, die betreffenden Signale 28 an die Vorrichtungen, bzw. Aktuatoren der maßgebenden Komponenten , wie z. B. Ventile 7, 9, 14, Pumpen und Elektromotoren 12, 13 oder Wasserturbinen und Generatoren 10, 11 aussenden.The pumped storage power plant will, according to the needs and boundary conditions - "store energy", "deliver electricity in a specified amount" and - further process requirements - those of the power plant control 25th about the signals 29 communicated the signals in question 28 to the devices or actuators of the relevant components, such as. B. Valves 7th , 9 , 14th , Pumps and electric motors 12th , 13th or water turbines and generators 10 , 11 send out.

Während die Schwimmbarkeit des Pumpspeicherkraftwerk nach den Merkmalen in der 1 aufgrund der relativ im Volumen kleinen Kammer 2 nur bedingt in wenigen Phasen der Betriebsweise sinnvoll ist und ggf. größere Kräfte über Verankerungen und Abstützungen 21 im Meeresboden aufgebracht werden müssen, sind im Beispiel einer Konzeption, die auf 2 grob im Prinzip dargelegt ist, die Schwimmfähigkeit der Pumpspeicher-Kraftwerksversion in vielen Phasen der Betriebsweisen aufgrund der größeren Kammern 2 bedeutend und vorteilhaft.While the floatability of the pumped storage power plant according to the characteristics in the 1 due to the relatively small volume of the chamber 2 The mode of operation is only conditionally useful in a few phases and possibly greater forces via anchors and supports 21 must be applied in the sea floor are in the example of a concept based on 2 Roughly shown in principle, the buoyancy of the pumped storage power plant version in many phases of the operating modes due to the larger chambers 2 significant and beneficial.

Über die Anpassbarkeit der resultierenden Kraft des Auftriebs durch die verdrängten Wassermassen mit der entgegenwirkenden Kraft des Kraftwerksgewichtes, das sich durch die inneren Wassermengen in den Kammern 2 und 3 verändern lässt, bestehen nun hier für das Kraftwerk 1 die Optionen der Schwimmfähigkeit, der kräftefreie Schwebezustand oder die des Sinkzustandes mit einem definierten resultierenden Kraftbetrag. Diese Möglichkeiten lassen sich mittels der Regelungseinrichtung 25 durch die Regelung der inneren Wassermengen über die Zu- und Abläufe mittels der beeinflussbaren Öffnungen 8 und 14 bewerkstelligen. Es wird bei diesen Regelungsprozessen der Abgleich der mittleren Dichte des Gesamtkraftwerks zur Dichte des umgebenden Gewässers durchgeführt, wie wir ihn vergleichsweise bei den Unterseeboten schon sehr lange kennen.About the adaptability of the resulting force of the buoyancy by the displaced water masses with the counteracting force of the power plant weight, which is caused by the internal amounts of water in the chambers 2 and 3 can change, now exist here for the power plant 1 the options of buoyancy, the force-free floating state or that of the sinking state with a defined resulting amount of force. These possibilities can be achieved by means of the control device 25th by regulating the internal amounts of water via the inflows and outflows by means of the openings that can be influenced 8th and 14th accomplish. In these control processes, the average density of the overall power plant is compared with the density of the surrounding water, as we have known it for a long time in comparison with the submarines.

Das Kraftwerk 1 muss in seinen Bewegungsfreiheitsgraden durch Führungs-, Abstützungspfeiler und Dämpfungsvorrichtungen 20, 21 trotz der Regelbarkeit wesentlicher Kräfte aufgrund der oft auch rauen Wetterbedingungen in seinem Ortsbereich genau definiert werden.The power plant 1 must in its degrees of freedom of movement through guide, support pillars and damping devices 20th , 21 despite the controllability of essential forces due to the often harsh weather conditions in its local area.

Die großen Kammern 2 können gegenüber der Meeresumgebung als Zwischenspeicher aufgefasst werden, deren Wasseroberflächen 23 von der Meeresoberfläche 22, bezogen auf die absolute Fallhöhe 6, prozentual merklich differieren können.The great chambers 2 can be seen as intermediate storage for the marine environment, their water surfaces 23 from the sea surface 22nd , based on the absolute height of fall 6th can differ noticeably in percentage terms.

Das große Volumen der Kammern 2 bietet über die Wasser-Füllrate den Vorteil zur breiten Nutzung der erwähnt Optionen hinsichtlich der Schwimm- oder Schwebefähigkeit des Kraftwerks 1. Des Weiteren können dadurch die resultierenden Kräfte aus der Gravitation und dem Auftrieb auf die Abstützungen und Dämpfer 20, 21 einstellbar klein gehalten werden.The large volume of the chambers 2 over the water filling rate offers the advantage of broad use of the options mentioned with regard to the ability of the power plant to float or float 1 . Furthermore, the resulting forces from gravity and buoyancy can act on the supports and dampers 20th , 21 adjustable to be kept small.

Das Kraftwerk 1 lässt sich aus vielen autarken Modulen montierbar zusammenstellen. Ein Speicherkraftwerk 1 mit einer Speicherkapazität von 100 MWh ließe sich z. B. aus 100 autarken Modulen, von jeweils 1 MWh zusammenstellen, bzw. zusammenschalten. Hierdurch ließen sich „Speicherparks“ im Meer über viele Jahrzehnte von immensen Größen schrittweise entwickeln, die sich an den wachsenden Speicherbedarf der alternativen oder ggf. auch der konventionellen Kraftwerke ohne Platzprobleme anpassen können.The power plant 1 can be assembled from many self-sufficient modules. A storage power plant 1 with a storage capacity of 100 MWh z. B. from 100 autonomous modules, each with 1 MWh, or interconnect. This allowed "storage parks" in the sea to be developed step by step over many decades of immense sizes, which can be adapted to the growing storage requirements of alternative or, if necessary, conventional power plants without space problems.

Die 3, 4 und 5 zeigen eine gegenständlich skizzierte Darstellung eines Pumpspeicher-Kraftwerks 1, bzw. eines Kraftwerk- Moduls in verschiedenen Betriebsphasen des Speichers mit den Kernaggregaten Wasserpumpen mit Elektromotoren 12, 13 und Wasserturbinen und Generatoren 10,11, die Ventile 7,8, 14 und Schiebern 9, die über die Regelung 25 kontrolliert werden.the 3 , 4th and 5 show an objectively sketched representation of a pumped storage power plant 1 , or a power plant module in different operating phases of the storage with the core aggregates water pumps with electric motors 12th , 13th and water turbines and generators 10 , 11 who have favourited valves 7th , 8th , 14th and sliders 9 that is about the scheme 25th to be controlled.

Der „Füllvorgang“ des Speichers wird aus der 3 bei geschlossenem Ventil 7 des Verbindungskanals 4 sichtbar. Die Wasserpumpen 12 werden durch den Kraftwerksüberschussstrom, z. B. aus dem benachbarten Windkraftpark, mittels der Leitungen 26 von den Elektromotoren 13 angetrieben und pumpen das Wasser der Kammern 3 über die Auslasskanäle 14 entgegen dem Wasserdruck in das Meer. Somit bewirkt die Energie dieses Überschussstromes, gemindert durch die Komponenten- und Systemwirkungsgrade, eine Potenzialtransformation der Wassermenge in den Kammern 2 über das geschaffene Fallhöhenpotenzial 6 zwischen den Wasseroberflächen 23 und 24 im Speicher. Das Volumen des herausgepumpten Wassers in Kammer 3 wird durch die Umgebungsluft, die durch den Belüftungskanal 5 einströmt, ersetzt. Wie der Abstand des Kraftwerks 1 zu den Stütz- und Führungspfeiler 20 und den Dämpfungsvorrichtungen sichtbar macht, befindet sich das gesamte Kraftwerk 1 im Schwimmzustand, da die Wassermenge in der Kammer 2 noch nicht sein Sollvolumen eingenommen hat. Dazu sind die regelbaren Öffnungen 8 durch die Schieber 9 in Richtung „auf“ eingestellt, wodurch das Einströmen des Meereswassers stattfindet.The "filling process" of the storage tank is derived from the 3 with the valve closed 7th of the connection channel 4th visible. The water pumps 12th are generated by the power plant surplus electricity, e.g. B. from the neighboring wind farm, by means of the lines 26th from the electric motors 13th driven and pump the water of the chambers 3 via the outlet channels 14th against the water pressure in the sea. Thus, the energy of this excess flow, reduced by the component and system efficiencies, causes a potential transformation of the amount of water in the chambers 2 about the created height of fall potential 6th between the water surfaces 23 and 24 In the storage room. The volume of the pumped out water in chamber 3 is caused by the ambient air flowing through the ventilation duct 5 flows in, replaced. Like the distance of the power plant 1 to the support and guide pillars 20th and makes the damping devices visible, the entire power plant is located 1 in the floating state, as the amount of water in the chamber 2 has not yet reached its target volume. These are the adjustable openings 8th through the slider 9 set in the “open” direction, whereby the inflow of seawater takes place.

Im Prinzip-Beispiel befindet sich unterhalb der beiden Kammern 2, 3 der Kontrollraum 15 des Kraftwerks 1, in dem Stromleitungen 16 und 17 der Elektromotoren 13 und Generatoren 11, zusammen mit den Regelungseinrichtungen 18 der Verbindungskanäle 4 für die Regelung 25 gegenständlich auch mit den nicht dargestellten Zuführ- und Abführleitungen 26 und 27 verschaltbar sind.In the principle example is below the two chambers 2 , 3 the control room 15th of the power plant 1 , in which power lines 16 and 17th the electric motors 13th and generators 11 , together with the control devices 18th the connection channels 4th for the scheme 25th objectively also with the supply and discharge lines, not shown 26th and 27 are interconnectable.

Die 4 zeigt den Speicher des Kraftwerks 1, durch das gefüllte Volumen der Kammer 3 kurz vor seinem „Leerzustand“. Die Wasserturbine 10 kann wohl noch über eine vorhandene Fallhöhe 6 den Generator 11 bei offenem Ventil 7 eine gewisse Zeit mit niederer spezifischer Leistung antreiben. Würde das Wasser der Kammern bis in die Entlüftungsverrohrungen 5 ansteigen können, würde sich die Fallhöhe 6 bis auf den Wert 0 bewegen, was jedoch in der realen Betriebsweise durch Toleranzvorgaben der unteren Fallhöhe 6 nicht stattfinden würde.the 4th shows the storage of the power plant 1 , through the filled volume of the chamber 3 shortly before its "empty state". The water turbine 10 can probably still fall over an existing height 6th the generator 11 with the valve open 7th drive for a certain time with low specific power. Would the water from the chambers up into the ventilation piping 5 could increase, the height of fall would increase 6th Move to the value 0, which in real operation is due to the tolerance specifications for the lower drop height 6th would not take place.

Durch die großen Wassermassen in den Kammern 2 und 3 stellt sich eine hohe mittlere Dichte des Gesamtkraftwerks 1 ein, die über der Dichte des Meerwassers liegt. Aufgrund der dadurch verursachten Sinkneigung des Kraftwerks 1 werden die Abstützungen und Führungen 20, 21 über entsprechende Pfeiler, die im Meeresboden verankert sind, als Auflage für das Kraftwerk 1 für die Höhenstabilisierung aktiv.Because of the large amounts of water in the chambers 2 and 3 there is a high mean density of the overall power plant 1 one that is above the density of sea water. Because of the tendency of the power plant to sink 1 become the supports and guides 20th , 21 using appropriate pillars anchored in the seabed as a support for the power plant 1 active for height stabilization.

Ein fast voller Speicherzustand, der aus den weitgehend leeren unteren Kammern 3 erkennbar ist, zeigt die 5. Die oberen Kammern 2 sind für eine hohe Fallhöhe 6 im gezeigten Beispiel ebenfalls nahezu vollständig gefüllt. Dennoch ist die mittlere Dichte des Gesamtkraftwerks noch unterhalb der Meereswasserdichte. Der Tiefgang des Kraftwerks 1 wurde hier durch die innere Gesamtwassermenge so eingeregelt, dass sich die Lage des Kraftwerks 1 noch mit geringfügigem Abstand zur Auflage der Abstützung- und Dämpfungsvorrichtungen 20, 21 im häufig optimalen Schwimmzustand einstellt. Zur Abgabe von elektrischem Strom werden die Ventile 7 vor den Wasserturbinen geöffnet, wodurch der Antrieb der Generatoren zur Stromproduktion ermöglicht wird.An almost full state of memory, the result of the largely empty lower chambers 3 is recognizable, shows the 5 . The upper chambers 2 are for a high fall height 6th in the example shown also almost completely filled. Nevertheless, the mean density of the entire power plant is still below the sea water density. The draft of the power plant 1 was regulated here by the total internal water volume in such a way that the location of the power plant 1 still with a slight distance to the support of the support and damping devices 20th , 21 sets in the often optimal swimming state. The valves are used to deliver electrical power 7th Opened in front of the water turbines, which enables the generators to be driven to produce electricity.

Im Falle, dass die innere Wassermasse, bzw. das Gesamtgewicht des Pumpspeicher-Kraftwerks 1 auf einen konstanten Wert durch den gleiche Zu-, wie auch gleichen Abfluss des Wassers während der „Füllphase“ des Speichers geregelt wird, ergibt sich die ggf. angestrebte feste Zuordnung der mittleren Dichte des Gesamtkraftwerks zur Dichte des Meerwassers. Es lässt sich also über die Regelung 25 der inneren Wassermenge mit den betreffenden notwendigen Komponenten der Schwimm- wie auch der Sinkzustand des Pumpspeicher-Kraftwerks in gewünschter Weise bewirken.In the event that the internal water mass or the total weight of the pumped storage power plant 1 is regulated to a constant value by the same inflow as well as the same outflow of the water during the "filling phase" of the storage tank, this results in the desired fixed assignment of the mean density of the overall power plant to the density of the seawater. So it can be said about the scheme 25th the internal amount of water with the relevant necessary components of the floating as well as the sinking state of the pumped storage power plant in the desired way.

Generell dienen der Volumenwerte der leergepumpten Kammern 3 hauptsächlich für die Dimensionierung der zu speichernden Soll-Energie-Menge und die Volumenwerte der Kammern 2 für den Abgleich der Betriebsweisen des gesamten Pumpspeicher-Kraftwerks 1 auf einem schwimmenden, ggf. schwebenden oder sinkenden Zustand hin mit einem hohen oder niederen Kraftbedarf an die Abstützung- und Dämpfungsvorrichtungen 20, 21, der von entsprechenden Pfeilern, und deren Meeresboden-Fundamenten aufgenommen werden muss.In general, the volume values of the emptied chambers are used 3 mainly for dimensioning the target amount of energy to be stored and the volume values of the chambers 2 for the comparison of the operating modes of the entire pumped storage power plant 1 on a floating, possibly floating or sinking state with a high or low power requirement on the support and damping devices 20th , 21 which must be taken up by the corresponding piers and their seabed foundations.

Zumindest Teile der Wandungen 19 der Kammern 2, 3 und 15, bzw. der Pumpspeicher-Kraftwerksmodule 1 werden vorzugsweise aus Stahl und formbarem Beton an Land gefertigt, wobei auch Herstellungsverfahren der herkömmlichen Schiffswerften eine nicht geringe Rolle spielen werden.At least parts of the walls 19th of the chambers 2 , 3 and 15th , or the pumped storage power plant modules 1 are preferably made of steel and malleable concrete on land, whereby manufacturing processes of the conventional shipyards will also play a not insignificant role.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: Pumpspeicher-KraftwerkPumped storage power plant
22: Obere Kammern (ggf. zur Luftatmosphäre offen, bzw. keine Decke)Upper chambers (possibly open to the air atmosphere, or no ceiling)
33: Untere KammernLower chambers
44th: VerbindungskanäleConnection channels
55: Be- und Entlüftungskanäle der unteren KammernVentilation channels in the lower chambers
66th: FallhöheHeight of fall
77th: Regelbare Ventile der VerbindungskanäleAdjustable valves of the connecting channels
88th: Regelbare Öffnungen der oberen KammernAdjustable openings in the upper chambers
99: Verschließvorrichtungen, z. B. SchieberClosing devices, e.g. B. Slide
1010: WasserturbinenWater turbines
1111: el. Generatoren mit Wasserturbinen verbundenel. generators connected to water turbines
1212th: WasserpumpenWater pumps
1313th: Elektromotoren mit Wasserpumpen verbundenElectric motors connected to water pumps
1414th: verschließbare Austrittskanäle stromab Wasserpumpenclosable outlet channels downstream of water pumps
1515th: Kontrollraum KraftwerkControl room power plant
1616: Stromleitungen für el. Motoren der WasserpumpenPower lines for electric motors of the water pumps
1717th: Stromleitungen der el. GeneratorenPower lines of the electric generators
1818th: Vorrichtungen zur Regelung des VerbindungskanalsDevices for regulating the connecting duct
1919th: KraftwerkswandungenPower plant walls
2020th: Stütz- und FührungspfeilerSupport and guide pillars
2121: Dämpfungsvorrichtungen, VerankerungenDamping devices, anchors
2222nd: Gewässeroberfläche (Meeresoberfläche)Water surface (sea surface)
2323: Wasseroberfläche obere Kammer 2Upper chamber water surface 2
2424: Wasseroberfläche untere Kammer 3Water surface lower chamber 3
2525th: KraftwerksregelungPower plant regulation
2626th: Stromzuführleitungen, z. B. von Wind- oder Photovoltaik-KraftwerkenPower supply lines, e.g. B. from wind or photovoltaic power plants
2727: Stromabführleitungen des Pumpspeicher-KraftwerksPower discharge lines of the pumped storage power plant
2828: Regelungssignale der VorrichtungenControl signals of the devices
2929: Anforderungssignale: Stromlieferung/EnergiespeicherungRequest signals: power delivery / energy storage
3030th: Gewässerboden (Meeresboden)Body of water (seabed)

Claims

Pumped storage power plant (1) which is located within bodies of water and which consists of at least one upper chamber (2) and at least one lower chamber (3) which are predominantly vertically connected by flow channels (4), characterized in that the mean density of the pumped storage power plant (1), including its variable water content in the upper and lower chambers (2, 3), can be regulated by a control device (25) and thus at least the vertical position of the pumped storage power plant (1) in relation to the water surface (22).

Pump storage power plant (1) according to Claim 1 characterized in that electrically driven water pumps (12, 13) and water turbines with coupled electrical generators (10, 11) are located in the lower chambers (3), which are connected directly or indirectly to external power plants and consumers with electrical lines (26, 27) are connected.

Pump storage power plant (1) according to Claims 1 and 2 characterized in that with the pumping device (12, 13) water from the lower chamber (3) into the closable outlet channel (14), which is surrounded by the water, can be conveyed and that via the adjustable openings (8) water from the water the power plant environment can flow into the upper chambers (2).

Pump storage power plant (1) according to Claims 1 , 2 and 3 characterized in that the water from the upper chambers (2) can be fed to the water turbines (10) through the connecting channels (4) via controllable valve devices (7).

Pump storage power plant (1) according to the above claims, characterized in that a control device (25) controls the manipulated variables that are connected to the components of the lower chamber (3), such as those of the controllable outlet channels (14) that of the water pumps (12 ) with their drives (13) and those of the water turbines (10) with their generators (11), furthermore the valve devices (7) of the connecting channels (4) and the closing devices (9) of the upper chambers (2), via the signal lines (28 ) can be compared to the requirement requirement (29).

Pump storage power plant (1) according to the above claims, characterized in that the mean density of the pump storage power plant (1), including its variable water content in the upper and lower chambers (2, 3), is less, equal to or greater than the The density of the surrounding water can be regulated by the control device (25) and the power plant (1) can be moved to the surrounding water.

Pump storage power plant (1) according to the above claims, characterized in that the pump storage power plant (1) consists of mountable self-sufficient units (2, 3, 4, 5, 7, 8, 10, 11, 12, 13, 14, 15 , 16, 17, 18) can be set up, which can be switched in parallel or in series.

Pump storage power plant (1) according to the above claims, characterized in that watertight ventilation ducts (5) extend from the lower chamber (3) to above the water surface (22).

Pump storage power plant (1) according to Claim 1 , characterized in that the upper chambers (2) are mainly designed as inflow devices to the connecting channels (4), which contain the controllable openings (8) and closing devices (9) to the surrounding water and the water surface (22).

Pump storage power plant (1) according to the above claims, characterized in that the power plant walls (19) are predominantly made of concrete and steel.