AT16742U1

AT16742U1 - Mass storage as energy storage

Info

Publication number: AT16742U1
Application number: ATGM62/2019U
Authority: AT
Inventors: Heller Sylvester
Original assignee: Heller Sylvester
Priority date: 2019-06-13
Filing date: 2019-06-13
Publication date: 2020-07-15

Abstract

Vorrichtung zur Speicherung von Energie aus nicht grundlastfähigen Energiequellen und auftretenden Überschüssen aus Stromnetzen mittels mehreren Gewichten (1). Während ein Gewicht (1) über ein Getriebe (2) und/oder einen Flaschenzug (3) von einem Elektromotor (4) an Seilen, Bändern oder Ketten (5) angehoben wird, steht die potentielle Energie von je nach Bedarf einem Gewicht oder mehreren Gewichten zur Rückgewinnung durch einen jeweils eigenen Elektromotor (6) zur Verfügung.Device for storing energy from non-base load capable energy sources and any surpluses from electricity networks using several weights (1). While a weight (1) is raised by means of a gear (2) and / or a block and tackle (3) by an electric motor (4) on ropes, belts or chains (5), the potential energy is one or more weights as required Weights for recovery by a separate electric motor (6) are available.

Description

description

[0001] Redundanter universeller Massespeicher zur Speicherung von Energie aus nicht grundlastfähigen Energiequellen und auftretenden UÜberschüssen aus Stromnetzen mittels mehreren Gewichten (1). Während eines über ein Getriebe (2) und/oder einen Flaschenzug (3) von einem Elektromotor (4) an Seilen, Bändern oder Ketten (5) angehoben wird, steht die potentielle Energie von je nach Bedarf einem Gewicht oder mehreren Gewichten zur Rückgewinnung durch einen jeweils eigenen Elektromotor (6) zur Verfügung. Redundant universal mass storage for storing energy from non-base load capable energy sources and excesses occurring from electricity networks by means of several weights (1). While one is lifted by a electric motor (4) on ropes, belts or chains (5) via a gear (2) and / or a block and tackle (3), the potential energy of one or more weights is available for recovery as required each with its own electric motor (6).

[0002] Die Erfindung betrifft Massespeicher, die auch als Lageenergiespeicher bezeichnet werden, zur Speicherung und bedarfsgerechter Abgabe von jeglicher Energie, die zum Zeitpunkt der Erzeugung nicht benötigt wird. The invention relates to mass storage, which are also referred to as energy storage, for storage and demand-based delivery of any energy that is not needed at the time of generation.

[0003] Die meiste Energie, die nicht zielgerichtet dann produziert werden kann, wenn sie gebraucht wird, ist Energie aus nicht grundlastfähigen Quellen. Als Formen der Energiegewinnung die nicht grundlastfähig sind bezeichnet man solche, deren Energieausbeute von nicht steuerbaren Faktoren wie Windstärke oder Intensität der Sonneneinstrahlung abhängig ist. Um mit diesen eine bedarfsgerechte Versorgung gewährleisten zu können, muß die Energie gespeichert werden, und jederzeit nach Bedarf zu entnehmen sein. Most of the energy that cannot be produced in a targeted manner when it is needed is energy from sources that are not suitable for base loads. Forms of energy generation that are not base load capable are those whose energy yield is dependent on uncontrollable factors such as wind strength or intensity of solar radiation. In order to be able to guarantee a needs-based supply with these, the energy must be stored and be available at any time as required.

[0004] Die bekanntesten Anlagen dieser Art sind Pumpspeicher. Diese benötigen jedoch unverantwortliche Eingriffe in Landschaften und Natur. Außerdem sind sie nur dort möglich, wo die nötige Topographie und ausreichend Wasser vorhanden sind. Es geht aber in Zukunft vorrangig um die Speicherung von Wind- und Solarstrom möglichst nahe an den bevölkerungsreichen Regionen, und diese sind meist nicht in der Nähe von Stauwerken oder aufgelassenen Bergwerken. Hydraulische Massespeicher, die Gewichte mittels Hydrauliköl oder Wasser anheben, und zur Rückgewinnung der Energie die jeweilige Flüssigkeit ablassen, und über eine Turbine Strom erzeugen, benötigen ein Hydrauliksystem, das aufgrund der hohen Materialbelastung durch den extremen Druck, der auf dem System lastet, extrem wartungsintensiv und anfällig ist. The best known systems of this type are pumped storage. However, these require irresponsible interventions in landscapes and nature. In addition, they are only possible where the necessary topography and sufficient water are available. In the future, however, the priority will be to store wind and solar power as close as possible to the densely populated regions, and these are usually not near dams or abandoned mines. Hydraulic mass accumulators that lift weights using hydraulic oil or water and drain the respective liquid to recover the energy, and generate electricity via a turbine, require a hydraulic system that is extremely maintenance-intensive due to the high material load due to the extreme pressure on the system and is vulnerable.

[0005] Bei dem hier beschriebenen Massenspeicher wird ein Gewicht hoher Dichte, meist Fels oder Blei, entweder in Form von massiven stapelbaren Platten, zum Beispiel Ausgleichsgewichten von Staplern oder Kränen, oder als Granulat oder Flüssigkeit in Behältern, mechanisch mittels Untersetzungsgetrieben und/oder Flaschenzügen angehoben, das aufgrund seiner wesentlich höheren Masse wesentlich kleiner sein kann als die Wassermenge eines Pumpspeicherwerkes, um die produzierte Energie zu speichern, und hat auch einen höheren Wirkungsgrad. In the mass storage described here, a weight of high density, mostly rock or lead, either in the form of massive stackable plates, for example balance weights of stackers or cranes, or as granules or liquid in containers, mechanically by means of reduction gears and / or pulleys raised, which due to its significantly higher mass can be much smaller than the amount of water in a pumped storage plant to store the energy produced, and also has a higher efficiency.

[0006] Die Umsetzung ist sowohl oberirdisch, zB in den Türmen, die für Windkraftanlagen ohnedies nötig sind, und nur verstärkt werden müssten, um das zusätzliche Gewicht des Speichers tragen zu können, oder in Aufzugsschächten, als auch teilweise oberirdisch und unterirdisch, zB in Häusern mit Unterkellerung an einer Außenwand hinter einer Verkleidung, aber auch unterirdisch in Schächten möglich. Wenn an Berghängen eine vertikale Anlage nicht möglich ist, ist auch eine schräge Ausführung als Standseilbahn, oder als Zahnradbahn, mit Stromabnehmern wie sie von U-Bahnen bekannt sind, möglich. The implementation is both above ground, for example in the towers, which are necessary for wind turbines anyway, and would only have to be reinforced to be able to carry the additional weight of the storage, or in elevator shafts, as well as partially above ground and underground, for example in Houses with a basement on an outer wall behind a cladding, but also possible underground in shafts. If vertical installation is not possible on mountain slopes, an inclined version as a funicular railway or as a cogwheel railway with pantographs as known from underground trains is also possible.

[0007] Dies ist praktisch überall und in jeder Größe umsetzbar, und wird bald für die dezentrale Energieerzeugung eine zentrale Rolle spielen. This can be implemented practically anywhere and in any size, and will soon play a central role for decentralized energy generation.

[0008] Im Gegensatz zu Massespeichern wie bei DE102005051929A1 beschrieben, gibt es keine Probleme beim Umschalten von der Speicherung auf die Entnahme, aufgrund der Verwendung von zwei oder mehr Gewichten mit jeweils einem eigenen Motor, der bei der Entnahme auch als Generator dient. Daher kann auf einen Wechselrichter und Akkus oder Stromentnahme aus dem Netz für Hilfsenergie im Umschaltmoment verzichtet werden. Wenn der zu ladende Speicher seine maximale Höhe erreicht, oder der Speicher aus dem Energie entnommen wird leer ist, hält der Speicher der geladen wird an, der angeschlossene Motor wechselt die Drehrichtung und beginnt so Energie abzugeben. Sobald dieser die benötigte Leistung liefert, wird er an das zu versorgende Netz geschaltet, und der andere Speicher gleichzeitig In contrast to mass storage as described in DE102005051929A1, there are no problems when switching from storage to removal, due to the use of two or more weights, each with its own motor, which also serves as a generator when removed. Therefore, an inverter and rechargeable batteries or power consumption from the grid for auxiliary energy at the moment of switching can be dispensed with. When the storage to be loaded reaches its maximum height or the storage from which energy is drawn is empty, the storage which is being charged stops, the connected motor changes the direction of rotation and begins to deliver energy. As soon as it supplies the required power, it is connected to the network to be supplied, and the other memory at the same time

abgehängt, um wieder aufgeladen zu werden. So entsteht auch Redundanz, weil im Falle des Ausfalls einer Speichereinheit auf eine andere zurückgegriffen werden kann. Auch für Wartungsarbeiten und Reparaturen kann eine Einheit kurzfristig stillgelegt werden, während andere weiter in Betrieb bleiben können. disconnected to be recharged. This also creates redundancy, because if one storage unit fails, another can be used. One unit can also be temporarily shut down for maintenance work and repairs, while others can remain in operation.

[0009] Viele bisher vorgestellte Massespeicher sind auf bestehende Anlagen wie zB Minenschächte angewiesen, und zielen ausschließlich auf die zentrale Speicherung großer Mengen elektrischer Energie, sie werden ausschließlich für bestimmte Anwendungen oder bestimmte Arten der Energiegewinnung entwickelt. Das sind auch die Gründe, weshalb ähnliche Anlagen, obwohl sie schon länger bekannt sind, niemand oder fast niemand baut: sie sind, ganz im Gegensatz zum hier beschriebenen Verfahren, zu wenig flexibel, zu aufwändig zu errichten oder von Voraussetzungen an Topographie oder bestehende Anlagen abhängig, die es kaum wo gibt. Many previously presented mass storage devices rely on existing systems such as mine shafts, and aim exclusively at the central storage of large amounts of electrical energy, they are developed exclusively for certain applications or certain types of energy generation. These are also the reasons why similar plants, although they have been known for a long time, nobody or almost no one builds: in contrast to the method described here, they are too little flexible, too complex to set up or because of the requirements for topography or existing plants dependent, which is hard to find anywhere.

[0010] Weitere Redundanz kann für die Gesamtversorgung erreicht werden, durch die Kombination kleiner lokaler Speicher mit größeren regionalen Speichern, die Uberschüsse der lokalen Speicher aufnehmen. So können als Ergänzung zum Hauptnetz eigeständige regionale Netze entstehen, die bei Ausfällen des Hauptnetzes von diesem getrennt werden, und so die weitere Stromversorgung der Region eigeständig sicherstellen können. [0010] Further redundancy can be achieved for the overall supply by combining small local memories with larger regional memories, which absorb excess local memories. In this way, independent regional networks can be created as a supplement to the main network, which are disconnected from the main network in the event of a failure, thus ensuring the region's continued power supply.

[0011] Der hier vorgestellte Lageenergiespeicher (Massenspeicher) ist ein Konzept, mit dem Strom aus beliebigen Quellen in beliebiger Menge über beliebige Zeiträume gespeichert und ganz nach Bedarf wieder zur Verfügung gestellt werden kann. Lageenergie ist grundlastfähig, das heißt in planbarer Menge bei beliebig regelbarer Spannung verfügbar. Bei nicht grundlastfähigen Energieerzeugungsformen wie Wind- und Solarstrom fallen nicht nur in der Regel in kurzer Zeit hohe Energiemengen an, die aber meist zu ganz anderen Zeiten benötigt werden, es gibt auch naturgemäß immer Schwankungen bei der Windstärke und der Stärke der Sonneneinstrahlung. The position energy storage (mass storage) presented here is a concept with which electricity from any sources can be stored in any quantity over any period of time and can be made available again as required. Position energy is base load capable, that is available in a plannable quantity with any adjustable voltage. With forms of energy generation that are not capable of base load, such as wind and solar power, not only do large amounts of energy generally accumulate in a short time, which are usually needed at completely different times, there are naturally also fluctuations in the wind strength and the strength of the solar radiation.

[0012] Wenn mehrere Speicher zur Verfügung stehen, kann immer einer aufgeladen werden, während ein anderer die gespeicherte Energie ohne Schwankungen und Nachbearbeitung, also grundlastfähig, abgibt. Die Menge an Energie die gespeichert werden kann ist abhängig von der Hubhöhe, der Anzahl und Masse der verwendeten Gewichte, der Leistungsfähigkeit der Motoren, der Belastbarkeit von Materialien wie zB Seilen oder Gurten, die auf einander abgestimmt werden müssen, und lokalen Begebenheiten wie der Tragfähigkeit des Untergrundes oder dem Vorhandensein von Schächten. If several stores are available, one can always be charged, while another releases the stored energy without fluctuations and post-processing, that is to say base loadable. The amount of energy that can be stored depends on the lifting height, the number and mass of the weights used, the performance of the motors, the resilience of materials such as ropes or belts that have to be coordinated with each other, and local conditions such as the load capacity of the subsoil or the presence of shafts.

[0013] Hier ist eine Rechnung mit einem Wassertank in 30m Höhe. Die Zahlen habe ich für das Beispiel willkürlich angenommen. Here is a calculation with a water tank at a height of 30m. I arbitrarily adopted the numbers for the example.

3m x 3m x 3m Wassertank, das sind 27 Tonnen Wasser, die man anheben kann. 3m x 3m x 3m water tank, that's 27 tons of water that you can lift.

In Joule: 30m * 9.81 * 27000 = 8.1 Megajoule, d.h. ca. 2 Kilowattstunden. In joules: 30m * 9.81 * 27000 = 8.1 megajoules, i.e. approx. 2 kilowatt hours.

[0014] Reibungsverluste müssen abgezogen werden, sind aber im Vergleich der Verluste bei zB Pumpspeicherwerken, deren Wirkungsgrad unter 50% liegt, wesentlich geringer. Frictional losses have to be deducted, but are significantly lower in comparison to the losses in, for example, pumped storage plants, the efficiency of which is below 50%.

[0015] Eine 4 kWh Anlage kann im Schnitt drei Haushalte versorgen. Macht man diese Rechnung mit Granit (Dichte 2,8) oder Stapler- oder Krangewichten (Dichte 8) oder billigem Bleierz (Dichte 7,6) oder gar reinem Blei (Dichte 11,3) statt Wasser und zwei Blöcken in der benötigten Größe, die in einem 15m Turm hängen, der beispielsweise für ein Windrad sowieso gebraucht wird, sieht die Bilanz ganz anders aus. Je höher die Dichte des verwendeten Mediums, desto kompakter ist natürlich das Gewicht. Da ist dann nurmehr die Frage, wieviel man ausgeben will, Gold hat Dichte 19,32. A 4 kWh system can supply three households on average. If you do this with granite (density 2.8) or forklift or crane weights (density 8) or cheap lead ore (density 7.6) or even pure lead (density 11.3) instead of water and two blocks of the required size, that hang in a 15m tower, which is used for a wind turbine anyway, looks very different. The higher the density of the medium used, the more compact the weight, of course. The only question then is how much you want to spend, gold has a density of 19.32.

Claims

Expectations

1.Device for storing and supplying any energy that is not required at the time of generation, characterized in that the energy to be stored drives electric motors (4) + (6) which, by means of reduction gears (2), the position energy of several masses ( 1) increase.

2. The device according to claim 1 is characterized in that the masses (1) are pulled down by the acceleration of gravity, whereby the stored energy can be removed again and used to generate electricity.

3. The device according to claim 2 is characterized in that the masses (1) of ropes, tapes or chains (6) are raised and lowered, which are wound up and down on the axis.

4. The device according to claim 1 is characterized by the use of reduction gears, which can be both gears on axes (2) and pulley blocks (3) or a combination of both, the performance of the motors (4) + (6) on the Adjust usable weight.

5. The device according to claim 1 is characterized by the redundancy, which is ensured by the use of more than one weight, each with its own motor with associated reduction gear.

6. The device according to claim 1 is characterized by the possibility of being able to adapt the storable amount of electricity through the variability of weight, lifting height and reduction to the respective need.

7. The device according to claim 1 is characterized by the use of motors (4) + (6) which act as generators in the energy withdrawal.

8. The device according to claim 1 is characterized by the usability for storing excess energy both from own systems and from local, regional or national supply networks.

9. The device according to claim 2 is characterized in that the masses (1) can consist of solid, liquid or granular media which can be stacked or filled into containers.

10. The device according to claim 1 is characterized by the possibility of combining local, regional and national stores, and thus to set up redundant, independent supply structures.

11. The device according to claim 1 is characterized by the possibility, with a suitable topography, of constructing the systems as funiculars or cogwheels.

12. The device according to claim 1 is characterized in that both existing structures such as abandoned mine shafts, as well as specially created structures can be used.

1 sheet of drawings