AT17687U1 - Methods for generating and storing energy - Google Patents
Methods for generating and storing energy Download PDFInfo
- Publication number
- AT17687U1 AT17687U1 ATGM8022/2021U AT80222021U AT17687U1 AT 17687 U1 AT17687 U1 AT 17687U1 AT 80222021 U AT80222021 U AT 80222021U AT 17687 U1 AT17687 U1 AT 17687U1
- Authority
- AT
- Austria
- Prior art keywords
- power plant
- energy
- storage
- plant
- renewable energy
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
- F03B13/06—Stations or aggregates of water-storage type, e.g. comprising a turbine and a pump
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
- E02B9/00—Water-power plants; Layout, construction or equipment, methods of, or apparatus for, making same
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
- F03B3/10—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto characterised by having means for functioning alternatively as pumps or turbines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
- F03D9/10—Combinations of wind motors with apparatus storing energy
- F03D9/13—Combinations of wind motors with apparatus storing energy storing gravitational potential energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
- Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Wind Motors (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energiegewinnung und Speicherung, wobei ein Speicherkraftwerk und zumindest eine Anlage zur Gewinnung von erneuerbarer Energie, insbesondere in Form einer Photovoltaikanlage (9), Windkraftanlage, Gezeitenkraftanlage, Wasserkraftanlage örtlich kombiniert werden und wobei die erzeugte erneuerbare Energie zumindest teilweise dazu verwendet wird, um ein Medium des Speicherkraftwerks von einem tieferen Höhenniveau auf ein höheres Höhenniveau zu befördern oder zumindest eines der Speichervolumina (V1, V2) eines Speicherkraftwerks während des laufenden Betriebs vergrößert wird, wobei dies durch Massenbewegungen, resultierend aus Bergbau, Deponieschaffung und/oder Landschaftsgestaltung erfolgt.The invention relates to a method for generating and storing energy, in which a storage power plant and at least one system for generating renewable energy, in particular in the form of a photovoltaic system (9), wind power plant, tidal power plant, hydroelectric power plant, are locally combined and the renewable energy generated is at least partially used for this purpose in order to convey a medium of the storage power plant from a lower level to a higher level or at least one of the storage volumes (V1, V2) of a storage power plant is increased during ongoing operation, this being due to mass movements resulting from mining, landfill creation and/or landscaping he follows.
Description
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energiegewinnung und Speicherung. The invention relates to a method for generating and storing energy.
[0002] Die Erfindung betrifft die Ressourcen- und Energiewirtschaft und ermöglicht eine nahezu emissionsfreie Steigerung bzw. Vervielfachung von Kraftwerksleistungen und Energiemengen durch Nutzung regenerativer Energien an geeigneten Standorten. The invention relates to resource and energy management and enables an almost emission-free increase or multiplication of power plant outputs and amounts of energy through the use of renewable energies at suitable locations.
Das Verfahren kann bei geeigneter Ausgestaltung sowohl für bereits bestehende Hydrokraftwerke als auch für geplante Speicher, Anlagen und Gebäude Anwendung finden. With a suitable configuration, the method can be used both for existing hydroelectric power plants and for planned storage facilities, plants and buildings.
[0003] Nach dem Stand der Technik sind Speicherkraftwerke und Pumpspeicherkraftwerke bekannt. Ein Speicherkraftwerk (Fig. 1) nutzt die potentielle Energie eines Oberbeckens 2 in einer definierten Höhe über dem Generatorhaus 1. Die gespeicherte Wassermenge oder Fluidmenge gelangt über Fallleitungen 4 in den Generator im Generatorhaus 1 und wandelt die potentielle Energie in elektrische Energie um. Das durchfließende Wasser oder Fluid wird nach dem Generatorhaus 1 zumeist in einen Vorfluter entlassen. Die elektrische Energie wird über ein Leitungsnetz 5 zu den jeweiligen Verbrauchern geführt. According to the prior art, storage power plants and pumped storage power plants are known. A storage power plant (Fig. 1) uses the potential energy of an upper reservoir 2 at a defined height above the generator house 1. The stored amount of water or fluid reaches the generator in the generator house 1 via downpipes 4 and converts the potential energy into electrical energy. After the generator house 1, the water or fluid flowing through is usually discharged into a receiving water body. The electrical energy is routed to the respective consumers via a line network 5 .
[0004] Die Leistung des Kraftwerkes wird von der verfügbaren Speichermenge V1 im Oberbecken, der daraus resultierenden Durchflussmenge Q' sowie durch die Differenz des Höhenunterschiedes dH bestimmt. Die Durchflussmenge Q' ist eine Funktion des Volumens V1. Die Leistung P des Kraftwerkes ist eine Funktion der Durchflussmenge Q' und des Höhenunterschiedes dH. The performance of the power plant is determined by the available storage volume V1 in the upper reservoir, the resulting flow rate Q' and the difference in height dH. The flow rate Q' is a function of the volume V1. The power P of the power plant is a function of the flow rate Q' and the height difference dH.
[0005] Ein derartiges Kraftwerk ist jedoch maßgeblich von der natürlich zufließenden Wassermenge und damit direkt vom Wettergeschehen abhängig. However, such a power plant is largely dependent on the natural inflowing amount of water and thus directly on the weather.
[0006] Ein Pumpspeicherkraftwerk (Fig. 2) nutzt die potentielle Energie eines Oberbeckens 2 in einer definierten Höhe über dem Generatorhaus 1. Die gespeicherte Wassermenge oder Fluidmenge gelangt über Fallleitungen 4 in den Generator im Generatorhaus 1 und wandelt die potentielle Energie in elektrische Energie um. Das durchfließende Wasser oder Fluid wird nach dem Kraftwerkshaus bzw. Generatorhaus 1 in einem Unterbecken 3 gesammelt und teilweise in einen Vorfluter entlassen. A pumped storage power plant (Fig. 2) uses the potential energy of an upper reservoir 2 at a defined height above the generator house 1. The stored amount of water or fluid reaches the generator in the generator house 1 via downpipes 4 and converts the potential energy into electrical energy . The water or fluid flowing through is collected in a lower reservoir 3 after the power plant house or generator house 1 and partially discharged into an outfall.
[0007] Im Gegensatz zum herkömmlichen Speicherkraftwerk wird bei diesem System Überschussenergie 8, die über das Leitungsnetz 5 bezogen werden kann, dazu verwendet, Wasser oder Fluid über ein Pumpwerk 6 und eine Steigleitung 7 wieder auf das höhere Energieniveau des Oberbeckens 2 zu transportieren. Dies ermöglicht, die Speichermenge bzw. das Speichervolumen für die spätere bedarfsorientierte Energiegewinnung zu erhöhen. In contrast to the conventional storage power plant, excess energy 8, which can be obtained via the mains 5, is used in this system to transport water or fluid via a pumping station 6 and a riser 7 back to the higher energy level of the upper reservoir 2. This makes it possible to increase the amount of storage or the storage volume for later demand-oriented energy generation.
[0008] Die elektrische Energie wird über ein Leitungsnetz 5 zu den jeweiligen Verbrauchern geführt. The electrical energy is routed via a line network 5 to the respective consumers.
[0009] Die erweiterte Leistung des Pumpspeicherkraftwerkes wird maßgeblich von der jeweils zeitlich verfügbaren und kostendeckenden Menge an UÜberschussenergie 8 aus dem Leitungsnetz 5, der Speichermenge V1 im Oberbecken 2 sowie weiterhin durch die Differenz des Höhenunterschiedes dH und die erweiterte Durchflussleistung Q' bestimmt. The extended output of the pumped storage power plant is largely determined by the time available and cost-covering amount of Usurplus energy 8 from the mains 5, the storage amount V1 in the upper reservoir 2 and also by the difference in height difference dH and the extended flow rate Q'.
[0010] Mit diesem System lassen sich bereits bedeutende Steigerungen von Kraftwerksleistungen realisieren. Significant increases in power plant performance can already be realized with this system.
[0011] Nachteilig ist, dass insbesondere in Zeiten, in denen der Energiebedarf naturgemäß höher ist (z.B.: Winterhalbjahr) kostengünstige Uberschussenergie 8 nur beschränkt und in variabler Quantität verfügbar ist. Zudem stammt ein Teil dieser Uberschussenergie 8 nach wie vor aus Kraftwerken, die mit Kohle, Erdöl, Erdgas oder Kernenergie betrieben werden. The disadvantage is that, particularly at times when the energy requirement is naturally higher (e.g. the winter months), cost-effective excess energy 8 is only available in limited quantities and in variable quantities. In addition, part of this excess energy 8 still comes from power plants that are operated with coal, oil, natural gas or nuclear energy.
[0012] Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht in der Verbesserung der bestehenden Technologie von Speicherkraftwerken. The object of the invention is to improve the existing technology of storage power plants.
[0013] In einer ersten Ausführungsvariante eines Verfahrens zur Energiegewinnung und Speicherung wird vorgeschlagen, dass ein Speicherkraftwerk und zumindest eine Anlage zur Gewinnung von erneuerbarer Energie, insbesondere in Form einer Photovoltaikanlage, Windkraftan-In a first embodiment of a method for energy generation and storage, it is proposed that a storage power plant and at least one system for generating renewable energy, in particular in the form of a photovoltaic system, wind power
lage, Gezeitenkraftanlage, Wasserkraftanlage örtlich kombiniert werden und wobei die erzeugte erneuerbare Energie zumindest teilweise dazu verwendet wird, um ein Medium des Speicherkraftwerks von einem tieferen Höhenniveau auf ein höheres Höhenniveau zu befördern. Location, tidal power plant, hydroelectric power plant are locally combined and the renewable energy generated is at least partially used to transport a medium of the storage power plant from a lower level to a higher level.
Das höhere Niveau kann dabei auf einem Gebäude vorliegt. The higher level can be present on a building.
Das höhere Niveau kann dabei auf einer künstlichen oder natürlichen Geländeerhöhung vorliegen. The higher level can be present on an artificial or natural terrain elevation.
Bevorzugt kann zumindest ein Speichervolumina des Speicherkraftwerks durch Massenbewegungen, resultierend aus Bergbau, Deponieschaffung und/oder Landschaftsgestaltung vergröBert werden. At least one storage volume of the storage power plant can preferably be increased by mass movements resulting from mining, landfill creation and/or landscaping.
Bevorzugt wird das Speicherkraftwerk autark von der örtlichen Anlage zur Gewinnung von erneuerbarer Energie versorgt. Bevorzugt können das Speicherkraftwerk und die örtliche Anlage zur Gewinnung von erneuerbarer Energie örtliche Verbraucher, wie Industriebetriebe, Haushalte oder insbesondere eine Bergbauanlage autark mit Energie versorgen. The storage power plant is preferably self-sufficiently supplied by the local plant for generating renewable energy. Preferably, the storage power plant and the local plant for generating renewable energy can supply local consumers, such as industrial plants, households or, in particular, a mining plant with energy independently.
Bevorzugt kann die Energieversorgung durch die Anlage zur Gewinnung von erneuerbarer Energie diskontinuierlich und/oder mit schwankender Leistung erfolgen und ein momentaner Energiebedarf, welcher die momentane Leistung der Anlage zur Gewinnung von erneuerbarer Energie übersteigt, durch das Speicherkraftwerk ausgeglichen werden, indem die durch das Befördern des Mediums des Speicherkraftwerks vom höheren Höhenniveau zum tieferen Höhenniveau freigesetzte Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Preferably, the energy supply from the plant for generating renewable energy can be discontinuous and/or with fluctuating output, and a current energy requirement that exceeds the current output of the plant for generating renewable energy can be compensated for by the storage power plant by the transport of the Medium of the storage power plant from the higher altitude to the lower altitude released energy is converted into electrical energy.
[0014] In einer zweiten Ausführungsvariante wird ein Verfahren zur Energiegewinnung und Speicherung vorgeschlagen, umfassend ein Speicherkraftwerk, bei welchem zur Energiespeicherung ein Medium des Speicherkraftwerks von einem tieferen Höhenniveau auf ein höheres Höhenniveau befördert wird und welches ein oberes Speichervolumina und ein unteres Speichervolumina für das Medium aufweist, wobei zumindest eines der Speichervolumina während des laufenden Betriebs vergrößert wird, wobei dies durch Massenbewegungen, resultierend aus Bergbau, Deponieschaffung und/oder Landschaftsgestaltung erfolgt. In a second embodiment variant, a method for generating and storing energy is proposed, comprising a storage power plant in which a medium of the storage power plant is conveyed from a lower level to a higher level for energy storage and which has an upper storage volume and a lower storage volume for the medium wherein at least one of the storage volumes is increased during operation, this being done by mass movements resulting from mining, landfill creation and/or landscaping.
[0015] Bevorzugt werden das Speicherkraftwerk und eine Anlage zur Gewinnung von erneuerbarer Energie, insbesondere in Form einer Photovoltaikanlage, Windkraftanlage, Gezeitenkraftanlage, oder Wasserkraftanlage örtlich kombiniert und die erzeugte erneuerbare Energie zumindest teilweise dazu verwendet, um ein Medium des Speicherkraftwerks von einem tieferen Höhenniveau auf ein höheres Höhenniveau zu befördern. [0015] The storage power plant and a plant for generating renewable energy, in particular in the form of a photovoltaic plant, wind power plant, tidal power plant, or hydroelectric power plant, are preferably combined locally and the renewable energy generated is at least partially used to raise a medium of the storage power plant from a lower altitude to move to a higher level.
[0016] Bevorzugt wird die Anlage zur Gewinnung von erneuerbarer Energie laufend erweitert, um die bereitgestellte erneuerbare Energie an das vergrößerte Speichervolumen anzupassen. The system for generating renewable energy is preferably continuously expanded in order to adapt the renewable energy provided to the increased storage volume.
[0017] Bevorzugt wird zumindest eines, bevorzugt beide, der ursprünglichen Speichervolumina, welche bei Errichtung bzw. Inbetriebnahme des Speicherkraftwerks bereits vorliegen, durch ein Volumen gebildet, welches durch Bergbau entstanden ist, also durch Materialabtrag und/oder Aufschüttung im Zuge von Abbautätigkeit zumindest eines Rohstoffs. Preferably, at least one, preferably both, of the original storage volumes, which already exist when the storage power plant is erected or commissioned, is formed by a volume that was created by mining, i.e. at least one by material removal and/or embankment in the course of mining activity raw material.
[0018] Bevorzugt wird zumindest eines der ursprünglichen Speichervolumina nach Inbetriebnahme des Speicherkraftwerks durch weitere Volumina erweitert, welche durch Bergbau entstehen, also durch Materialabtrag und/oder Aufschüttung im Zuge von Abbautätigkeit zumindest eines Rohstoffs, wobei dies bevorzugt laufend oder zumindest mehrmals in zeitlichen Abständen erfolgt. After the storage power plant has been put into operation, at least one of the original storage volumes is preferably expanded by further volumes that are created by mining, i.e. by removal of material and/or heaping up in the course of mining activity of at least one raw material, with this preferably taking place continuously or at least several times at time intervals .
[0019] Es handelt sich beim gegenständlichen Verfahren um ein Verfahren, das bereits vorhandene Technologie in neuartiger Kombination und Betriebsweise an geeigneten Standorten verbindet. Daraus entstehen mannigfaltige Synergien, die Energiegewinnung und Ressourcenschonungen für die Zukunft fördern und ermöglichen. It is the subject method to a method that combines existing technology in a new combination and mode of operation at suitable locations. This results in a variety of synergies that promote and enable energy production and resource conservation for the future.
[0020] In einer Ausführungsvariante umfasst das Verfahren die synergetische Kombination von Massenbewegungen (Bergbau, Deponien, Landschaftsgestaltungen) zum Zweck der Bereitstellung erhöhter Speichervolumina zur nachfolgenden Energiegewinnung. In one embodiment, the method includes the synergetic combination of mass movements (mining, landfills, landscaping) for the purpose of providing increased storage volumes for subsequent energy production.
[0021] In einer Ausführungsvariante umfasst das Verfahren die direkte Integration erneuerbarer Energiequellen (Gewinnung und Verwendung von erneuerbarer Energie aus Photovoltaikanla-In one embodiment, the method includes the direct integration of renewable energy sources (production and use of renewable energy from photovoltaic systems
gen, Windkraftanlagen und/oder Wasserkraftanlagen) in einen weitgehend geschlossenen Systemkreislauf zur Erzeugung elektrischer Energie. gen, wind turbines and/or hydroelectric power plants) in a largely closed system circuit for generating electrical energy.
[0022] In einer Ausführungsvariante umfasst das Verfahren die Steigerung der erzielbaren Kraftwerksleitung durch fortlaufende Erweiterung von Flächen (Photovoltaik) und/oder durch fortlaufende Erhöhung der Anzahl der Anlagen (Windkraft, Wasserkraft) zur Steigerung der Ernte von erneuerbarer Energie. In einer Ausführungsvariante umfasst das Verfahren die Schonung und erhöhte Effizienzsteigerung verwendeter natürlicher Ressourcen (mineralische und nichtmineralische Rohstoffe, Wasser, Abfälle), durch technische Verfahren (Landschaftsgestaltungen, Massenbewegungen). In one embodiment, the method includes increasing the achievable power plant output by continuously expanding areas (photovoltaic) and / or by continuously increasing the number of systems (wind power, hydropower) to increase the harvest of renewable energy. In one embodiment, the method includes the conservation and increased efficiency of the natural resources used (mineral and non-mineral raw materials, water, waste) through technical methods (landscaping, mass movements).
[0023] Fig. 1 und 2 veranschaulichen den Stand der Technik. Figures 1 and 2 illustrate the prior art.
[0024] Beispielhafte bevorzugte Ausführungsvarianten des gegenständlichen Verfahrens werden anhand der Figuren 3-8 veranschaulicht. Exemplary preferred embodiment variants of the method in question are illustrated with reference to FIGS. 3-8.
[0025] Fig. 3: veranschaulicht die Leistungssteigerung eines Kraftwerkes durch Vergrößerung der Speichervolumina. [0025] FIG. 3: illustrates the increase in output of a power plant by increasing the storage volume.
[0026] Fig. 4: veranschaulicht die Leistungssteigerung eines Kraftwerkes durch Sonnenenergie. [0026] FIG. 4: illustrates the increase in output of a power plant through solar energy.
[0027] Fig. 5: veranschaulicht die weitere Leistungssteigerung eines Kraftwerkes durch Sonnenenergie. [0027] FIG. 5: illustrates the further increase in performance of a power plant through solar energy.
[0028] Fig. 6: veranschaulicht die Nutzung des gegenständlichen Verfahrens an Bauten mit ausreichender Bauhöhe. [0028] FIG. 6: illustrates the use of the subject method on buildings with sufficient structural height.
[0029] Fig. 7: veranschaulicht die Energieversorgung von Kommunen. Fig. 7: illustrates the energy supply of municipalities.
[0030] Fig. 8: veranschaulicht die Energieproduktion mit anderen Medien. Figure 8: illustrates energy production with other media.
[0031] Wie in Fig. 3 veranschaulicht ist, kann die Leistungssteigerung eines Kraftwerkes durch Vergrößerung der Speichervolumina erfolgen. As illustrated in FIG. 3, the performance of a power plant can be increased by increasing the storage volume.
[0032] Die Kraftwerksleistung kann dadurch gesteigert werden, dass insbesondere im Oberbecken 2 wie auch im Unterbecken 3 das verfügbare Volumen zur Speicherung von Wasser oder eines Fluids vergrößert wird. The power plant output can be increased in that the available volume for storing water or a fluid is increased, in particular in the upper reservoir 2 as well as in the lower reservoir 3 .
[0033] Die Vergrößerung dieses Volumens kann unter Berücksichtigung der geomorphologischen Standortverhältnisse durch Aufhöhungen von Staudämmen oder Randdämmen erfolgen oder durch weitere Eintiefung eines bestehenden Speicherbeckens 2, 3 in den geologischen Untergrund. This volume can be increased, taking into account the geomorphological site conditions, by raising dams or edge dams or by further deepening an existing reservoir 2, 3 in the geological subsoil.
[0034] Diese Vergrößerungen V3, V4 werden erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass integrierte oder benachbarte Rohstoffgewinnungen und/oder Geländegestaltungen/Deponien im Bereich von bestehenden oder geplanten Speicherbecken und Kraftwerken so ausgeführt werden, dass die daraus entstehenden Hohlräume und Zusatzvolumina für eine parallel stattfindende oder nachfolgende Speicherung von Wasser oder eines Fluides genutzt werden. According to the invention, these enlargements V3, V4 are achieved in that integrated or adjacent raw material extraction and/or terrain designs/landfills in the area of existing or planned storage reservoirs and power plants are designed in such a way that the resulting cavities and additional volumes for a parallel or subsequent Storage of water or a fluid can be used.
[0035] Die Erhöhung des Volumens kann insbesondere durch Bergbauvertiefungen und/oder Dammerhöhungen erfolgen. Bevorzugt erfolgt die Vergrößerung der Speicherbecken kontinuierlich und/oder bei laufendem Betrieb des Kraftwerks. [0035] The volume can be increased in particular by mining deepening and/or dam elevations. The storage basins are preferably enlarged continuously and/or while the power plant is in operation.
[0036] Die Vergrößerung kann dabei sowohl lateral als auch vertikal erfolgen, wobei bei einer vertikalen Eintiefung gegebenenfalls Fallleitungen 4 oder Steigleitungen 7 zum tiefsten/höchsten Punkt der jeweiligen Speicherbecken geführt werden müssen. The enlargement can take place both laterally and vertically, with a vertical deepening optionally downpipes 4 or risers 7 must be performed to the lowest / highest point of the respective reservoir.
[0037] Die Anordnung zusätzlicher Speichervolumina kann je nach örtlichen Gegebenheiten unmittelbar angrenzend, durch Zwischendämme getrennt (kaskaden- oder perlenartig) oder auch räumlich getrennt mit entsprechenden Verbindungsleitungen erfolgen. The arrangement of additional storage volumes can, depending on the local conditions, be directly adjacent, separated by intermediate dams (cascade or pearl-like) or spatially separated with appropriate connecting lines.
[0038] Ein weiteres Potenzial zur Vergrößerung der Speichervolumina besteht auch darin, dass Abraummaterialien (Berge, taubes Gestein), Bodenaushubmassen, Baurestmassen und sonstige Another potential for increasing the storage volume is that overburden materials (mountains, waste rock), excavated earth, construction waste and others
Stoffe, die derzeit mit erheblichem Energieaufwand nutzlos in Deponien abgelagert bzw. endgelagert werden, sinnhaft für die Herstellung von Dämmen, Wällen, Verstärkungen oder Kaschierungen (Landschaftsbild) von Staudämmen u.dgl. herangezogen werden können. Auch können bestehende oder geplante Deponien geometrisch so ausgebildet werden, dass Speicherräume entstehen, die für die nachfolgende Energienutzung herangezogen werden können. Substances that are currently being dumped or disposed of in landfills with considerable energy expenditure, can be usefully used for the production of dams, walls, reinforcements or lamination (landscape appearance) of dams and the like. Existing or planned landfills can also be designed geometrically in such a way that storage spaces are created that can be used for subsequent energy use.
[0039] Der wesentliche Vorteil bei der Leistungssteigerung durch Vergrößerung der Speichervolumina liegt darin begründet, dass natürlich zufließendes Wasser und Überschussenergie 8 im höheren Ausmaß und zeitlich länger gespeichert werden können, sodass einerseits die Kraftwerksleistung durch den höheren Durchfluss Q' gesteigert werden kann und andererseits durch den größeren Speicher Zeiträume mit erhöhtem Energiebedarf bzw. geringerer Menge an Überschussenergie 8 aus dem Netz länger überbrückt werden können. The main advantage of increasing the output by increasing the storage volume is that naturally inflowing water and excess energy 8 can be stored to a greater extent and for a longer period of time, so that on the one hand the power plant output can be increased by the higher flow Q' and on the other hand by the larger storage periods with increased energy demand or lower amount of excess energy 8 from the network can be bridged longer.
[0040] Durch die Steigerung des Speichervolumens können die Anzahl oder Querschnitte der Fallleitungen vergrößert und die Durchflussmenge/Zeiteinheit Q proportional erhöht werden. Durch die Steigerung des Speichervolumens kann mehr überschüssige Energie zur Speicherung verwendet werden, da mehr Medium bzw. Masse im oberen Speicher Platz findet. Zudem kann durch Vergrößerung des unteren Speichers bzw. Unterbeckens 3 das Volumen erhöht werden, welches zur erneuten Speicherung zum oberen Speicher hinaufbewegt werden kann. By increasing the storage volume, the number or cross-sections of the downpipes can be increased and the flow rate/time unit Q can be increased proportionally. By increasing the storage volume, more excess energy can be used for storage, since more medium or mass can be accommodated in the upper storage. In addition, by enlarging the lower reservoir or lower reservoir 3, the volume can be increased which can be moved up to the upper reservoir for renewed storage.
[0041] Aus Sicht des Verfassers lassen sich durch gezielte räumliche, technische, wirtschaftliche und zeitliche Bündelung von technischen Möglichkeiten der Rohstoffwirtschaft, der Abfallwirtschaft und der Energiewirtschaft sowohl bestehende als auch geplante Speicherkraftwerke und Pumpspeicherkraftwerke in ihrer Effizienz und Leistungsausbeute erheblich steigern. From the author's point of view, both existing and planned storage power plants and pumped storage power plants can be significantly increased in terms of their efficiency and output through targeted spatial, technical, economic and temporal bundling of technical possibilities of raw materials management, waste management and energy management.
[0042] Durch die vorteilhafte Kombination der technischen Möglichkeiten des Energiewirtschaft und der technischen Möglichkeiten des Bergbaus und/oder der Abfallwirtschaft wird somit eine Verbesserung in Form der Erhöhung von Speichervolumina von Speicherkraftwerken, insbesondere Pumpspeicherkraftwerke erreicht, wobei dies anders als beim Stand der Technik nicht nur bei Errichtung des Kraftwerks erfolgt, sondern eine laufende Vergrößerung während des Kraftwerksbetriebs möglich ist. The advantageous combination of the technical possibilities of the energy industry and the technical possibilities of mining and/or waste management thus results in an improvement in the form of an increase in the storage volumes of storage power plants, in particular pumped storage power plants, whereby this, unlike in the prior art, not only during the construction of the power plant, but an ongoing increase during the operation of the power plant is possible.
[0043] Figur 4 veranschaulicht die Leistungssteigerung eines Kraftwerkes durch Sonnenenergie. Figure 4 illustrates the increase in power of a power plant through solar energy.
[0044] Unter Bezugnahme auf die bereits vorstehenden Ausführungen kann die Kraftwerksleistung weiter gesteigert werden, wenn ergänzend oder substituierend (alternativ oder additiv) zur Einspeisung von Überschussenergie 8 aus dem Netz erneuerbare Energie vor Ort zum Betrieb des Pumpwerks 6 eingesetzt wird. Die erneuerbare Energie die über Photovoltaikanlagen 9 oder auch an dazu geeigneten Orten über Windkraft und/oder Wasserkraft gewonnen wird, wird zur Hebung von Wasser oder Fluid über ein Pumpwerk 6 verwendet. With reference to the above statements, the power plant output can be further increased if supplementing or substituting (alternatively or additively) for feeding excess energy 8 from the grid renewable energy is used on site to operate the pumping station 6. The renewable energy, which is obtained via photovoltaic systems 9 or at suitable locations via wind power and/or water power, is used to raise water or fluid via a pumping station 6 .
[0045] Durch die Hinzunahme der Photovoltaikanlage 9 können bei geeigneten Lichtverhältnissen (Sonnenexposition) gemäß dem derzeitig erreichbaren technischen Stand etwa 12-14 % der Bruttoenergiemenge, die von der Sonne auf die Erdoberfläche gebracht werden, in Form von elektrischer Energie geerntet werden. Dies bedeutet, dass die Leistung des Pumpwerkes 6 über die verfügbare und direkt gewonnene Sonnenenergie gesteuert werden kann. By adding the photovoltaic system 9, about 12-14% of the gross amount of energy that is brought from the sun to the surface of the earth can be harvested in the form of electrical energy under suitable lighting conditions (sun exposure) according to the currently available technical level. This means that the power of the pumping station 6 can be controlled via the available and directly obtained solar energy.
[0046] Dies wiederum bedeutet, dass mit zunehmender Energiemenge, die weitgehend klimaneutral aus den Flächen A1 der Photovoltaikanlagen 9 gewonnen wird, die zum Oberbecken 2 rückgeführte Wassermenge oder Fluidmenge Q" erheblich gesteigert werden kann. This in turn means that with an increasing amount of energy, which is obtained in a largely climate-neutral manner from the areas A1 of the photovoltaic systems 9, the amount of water or amount of fluid Q" recirculated to the upper reservoir 2 can be significantly increased.
[0047] Mit der erhöhten Rückführrate können die Durchflussmenge Q' und damit die Kraftwerksleistung in Zeiten des Bedarfes annähernd linear gesteigert werden. With the increased recirculation rate, the flow rate Q' and thus the power plant output can be increased approximately linearly in times of need.
[0048] Die gewinnbare elektrische Energie (Gleichstrom) aus der Photovoltaikanlage 9 hängt primär von der Größe bzw. Fläche A1 der zur Sonne ausgerichteten Kollektoren der Photovoltaikanlage 9 ab. In weiterer Folge sind der Einfallswinkel und die Verfügbarkeit von Sonnenlicht weitere maßgebliche Faktoren für die Ernte von Sonnenenergie. The recoverable electrical energy (direct current) from the photovoltaic system 9 depends primarily on the size or area A1 of the sun-oriented collectors of the photovoltaic system 9 from. As a result, the angle of incidence and the availability of sunlight are other important factors in the harvesting of solar energy.
[0049] Ein wesentlicher Vorteil von Photovoltaikanlagen liegt neben der weitgehend klimaneutralen Betriebsweise (Emissionen entstehen im geringen Ausmaß bei der Herstellung der Anla-A major advantage of photovoltaic systems is, in addition to the largely climate-neutral mode of operation (emissions occur to a small extent during the manufacture of the
gen), darin begründet, dass Sonnenlicht auch in jenen Zeiten des Jahres (Winter) in ausreichender Menge zur Verfügung steht, in denen erstens der natürliche Zufluss von Wasser in Speicherbecken geringer ist und zweitens der Energiebedarf durch die niedrigen Temperaturen zwangsläufig höher ist. Durch Anpassung der Neigung der Kollektoren lassen sich auch im Winter bei niedrigem Sonnenstand ähnlich hohe Energiemengen ernten wie in den anderen Jahreszeiten. gen), based on the fact that sunlight is also available in sufficient quantities during those times of the year (winter) when, firstly, the natural inflow of water into storage basins is lower and, secondly, the energy requirement is inevitably higher due to the low temperatures. By adjusting the inclination of the collectors, similar amounts of energy can be harvested in winter when the sun is low as in the other seasons.
[0050] Als wesentliche und wichtige Erkenntnis wird zusammenfassend festgestellt, dass die gewinnbare elektrische Energie aus der Photovoltaikanlage 9 schlussendlich eine direkte Funktion der verfügbaren Fläche zur Aufstellung von Sonnenkollektoren ist. Natürlich kann die aus der Photovoltaikanlage 9 über Solarwechselrichter oder über gleichstrombetriebene Generatoren gewonnene und gewandelte Energie (Wechselstrom) auch direkt und bedarfsorientiert über das Leitungsnetz 5 zu den Verbrauchern geführt werden. As an essential and important finding, it is summarized that the electrical energy that can be obtained from the photovoltaic system 9 is ultimately a direct function of the available area for the installation of solar panels. Of course, the energy (alternating current) obtained and converted from the photovoltaic system 9 via solar inverters or via generators operated with direct current can also be routed directly and as required via the line network 5 to the consumers.
[0051] Fig. 5 veranschaulicht die weitere Leistungssteigerung eines Kraftwerkes durch Sonnenenergie. Fig. 5 illustrates the further increase in performance of a power plant through solar energy.
[0052] Unter Bezugnahme auf die bereits vorstehenden Ausführungen kann die Kraftwerksleistung noch gesteigert werden, wenn die Fläche der Photovoltaikanlage 9 weiter vergrößert wird. With reference to the above statements, the power plant output can be increased if the area of the photovoltaic system 9 is further increased.
[0053] Durch die Vergrößerung der Solarernte (oder auch Windenergie, Wasserkraft) kann ein Zustand erreicht werden, der in Kombination mit den verfügbaren Speicherbecken 2 und 3 eine Loslösung/Entkopplung von der Versorgung mit extern zugeführter Uberschussenergie 8 über das Leitungsnetz 5 ermöglicht. By increasing the solar harvest (or wind energy, hydroelectric power), a state can be achieved which, in combination with the available storage basins 2 and 3, enables detachment/decoupling from the supply of excess energy 8 supplied externally via the mains 5.
[0054] Mit zunehmender Kollektorfläche A1 bis An kann die in einer Zeiteinheit zum Oberbecken 2 geführte Wassermenge Q" mit geernteter Solarenergie bis zum räumlichen Erreichen einer Grenze der Flächenverfügbarkeit A1 bis An für Solarkollektoren unbeschränkt erhöht werden. As the collector area A1 to An increases, the amount of water Q" fed to the upper reservoir 2 in a unit of time with harvested solar energy can be increased indefinitely until a spatial limit of the area availability A1 to An for solar collectors is reached.
[0055] Mithilfe der geernteten Solarenergie, die ggfs. auch weiterhin durch Windenergie, Wasserkraft oder Überschussenergie 8 aus dem Leitungsnetz 5 unterstützt werden kann, wird somit die auf das höhere Energieniveau des Oberbeckens 2 rückgeführte Wassermenge oder Fluidmenge Q" gemäß der Fläche A1 bis An der Photovoltaikanlage 9 linear über die geerntete Energiemenge bis zum Erreichen des maximalen Speichervolumens vervielfacht werden. [0055] With the help of the harvested solar energy, which may also continue to be supported by wind energy, hydropower or excess energy 8 from the mains 5, the water quantity or fluid quantity Q" returned to the higher energy level of the upper reservoir 2 according to the area A1 to An of the photovoltaic system 9 are multiplied linearly over the amount of energy harvested until the maximum storage volume is reached.
[0056] In weiterer Folge bedeutet dies im Umkehrschluss auch, dass die in einer Zeiteinheit vom Oberbecken 2 nach unten strömende Durchflussmenge Q' zum Kraftwerk bzw. Generatorhaus 1 im Rahmen der vorstehenden Flächen- und Volumsgrenzen beliebig gesteigert werden kann. Conversely, this also means that the flow rate Q′ flowing downwards from the upper reservoir 2 to the power plant or generator house 1 in a unit of time can be increased as desired within the scope of the above area and volume limits.
[0057] Dies ist vergleichbar mit einer Sanduhr, die mittels Volumsvergrößerung an Speicherkapazität gewinnt und durch die zugeführte und regenerative Solarenergie immer schneller und öfter gewendet werden kann. Die Durchflussmengen Q" und Q' an Sand in der Sanduhr können im Zuge dieser erhöhten Wendezahl durch Vergrößerung der Durchflussverengung ebenfalls fortlaufend vergrößert werden, was zu höherer Energiegewinnung führt. [0057] This is comparable to an hourglass, which gains storage capacity by increasing its volume and can be turned faster and more often by the supplied and regenerative solar energy. The flow rates Q" and Q' of sand in the hourglass can also be continuously increased in the course of this increased number of turns by increasing the flow constriction, which leads to higher energy production.
[0058] Weiters ermöglicht dieses System der Sonnenenergie-unterstützten Kreislaufführung auch, dass derartige Kraftwerke ohne natürlichen Zufluss und ohne Abfluss in einen Vorfluter betrieben werden können. [0058] Furthermore, this system of solar energy-assisted circulation also enables such power plants to be operated without natural inflow and without outflow into a receiving watercourse.
[0059] Die für die Speicherung und für die Energieerzeugung benötigte einmal gespeicherte und in weiterer Folge umlaufende Wasser- oder Fluidmenge, die im Wesentlichen durch die Speichervolumina V1, V2, V3, V4... . Vn bestimmt ist, kann annähernd unendlich oft zwischen dem oberen und unteren Energieniveau im Kreislauf geführt werden. Ausgeglichen werden müssen lediglich nicht vermeidbare Verluste aus Verdunstung und sonstigen Leckagen im System. The required for the storage and for the generation of energy once stored and subsequently circulating amount of water or fluid, which is essentially through the storage volumes V1, V2, V3, V4 ... . Vn is determined, can be cycled between the upper and lower energy levels almost infinitely often. Only unavoidable losses from evaporation and other leaks in the system have to be compensated for.
[0060] Zusammenfassend bedeutet dies: In summary, this means:
- Die Kraftwerksleistung kann durch fortlaufende Hinzunahme von Solarkollektoren (Photovoltaik) über die damit verbundene Möglichkeit zur Erhöhung der umlaufenden Wassermengen oder Fluidmengen &', Q”" linear bis an die Grenzen der Flächenverfügbarkeit für Solarkollektoren gesteigert werden. - The power plant output can be increased linearly through the continuous addition of solar collectors (photovoltaics) via the associated possibility of increasing the circulating water quantities or fluid quantities &', Q”" up to the limits of the surface availability for solar collectors.
- Der Pumpspeicherbetrieb kann - abgesehen von der ersten erforderlichen Speicherfüllung und den während des Betriebes nicht vermeidbaren Verlusten aus Verdunstung und Leckagen - abgekoppelt und somit losgelöst von laufenden Entnahmen aus natürlichen Gewässern im geschlossenen Kreislauf erfolgen. - Apart from the first required storage filling and the unavoidable losses from evaporation and leaks during operation, pumped storage operation can be decoupled and thus independent of ongoing withdrawals from natural waters in a closed circuit.
- Derartige Kreislauflösungen lassen sich überall dort verwirklichen, wo Höhenunterschiede (Potentiale) natürlich vorhanden sind oder künstlich/technisch geschaffen werden und wo Sonnenlicht zur Verfügung steht. Diese Voraussetzungen sind - Such circulatory solutions can be implemented wherever differences in height (potentials) are naturally present or created artificially/technically and where sunlight is available. These conditions are
- außer während der saisonalen Dunkelzeiten nördlich und südlich der jeweiligen Polarkreise - überall auf dem Planeten gegeben. - Except during the seasonal dark periods north and south of the respective polar circles - given everywhere on the planet.
[0061] Ergänzend zum bereits vorgestellten System der Energiegewinnung aus der Kombination Speicherbecken, Potentialunterschied, Volumenstrom und generatorischer Stromgewinnung in einem Wasserkraftwerk kann das gegenständliche Verfahren auch in anderen Zusammenhängen Verwendung finden. In addition to the already presented system of energy generation from the combination of storage tanks, potential difference, volume flow and generation of electricity in a hydroelectric power plant, the present method can also be used in other contexts.
[0062] Fig. 6 veranschaulicht die Nutzung des gegenständlichen Verfahrens an Bauten mit ausreichender Bauhöhe. [0062] FIG. 6 illustrates the use of the subject method on buildings with sufficient structural height.
[0063] Da ein wesentlicher Faktor für die Bestimmung der Kraftwerksleistung die Potenzialdifferenz bzw. Höhendifferenz zwischen oberen Speicherbecken und dem an der unteren Basis befindlichen Generator ist, bieten sich Hochhäuser, Türme, und Wolkenkratzer für die Installation dieses Systems an. Since an essential factor for determining the power plant output is the potential difference or difference in height between the upper reservoir and the generator located on the lower base, high-rise buildings, towers and skyscrapers are ideal for installing this system.
Die oberen Gebäudeteile von baulich geeigneten und ausreichend hohen Gebäuden können als Wasserspeicher oder Oberbecken 2 Verwendung finden. Das Generatorhaus 1 und das Pumpwerk 6 werden dabei idealerweise in den Gebäudeuntergrund oder in das Untergeschoss des Bauwerkes verlagert. The upper building parts of structurally suitable and sufficiently high buildings can be used as water reservoirs or upper reservoirs 2 . The generator house 1 and the pumping station 6 are ideally relocated to the building underground or to the basement of the structure.
Die Fallleitungen 4 und Steigleitungen 7 zwischen dem Oberbecken 2 und dem Unterbecken 3 werden dabei im Inneren des Gebäudes oder an der Außenseite geführt. Im Gebäudeuntergrund oder im Vorfeld des Gebäudes wird ein Unterbecken 3 zur Aufnahme des bereits zur Energiegewinnung verwendeten Fluids oder Wassers angelegt. The downpipes 4 and risers 7 between the upper reservoir 2 and the lower reservoir 3 are routed inside the building or on the outside. A sub-basin 3 for receiving the fluid or water already used to generate energy is created in the building underground or in front of the building.
Uber Photovoltaikflächen, die auf Gebäudefassaden, Gebäudedächern, Parkplatzflächen, oder sonstigen Umgebungsflächen angebracht werden, kann unter Anwendung des gegenständlichen Verfahrens eine variable Steigerung der Solarfläche und der damit verbundenen Energiegewinnung durchgeführt werden. A variable increase in the solar area and the associated energy generation can be carried out using the present method via photovoltaic areas that are attached to building facades, building roofs, parking spaces or other surrounding areas.
Eine direkte Einspeisung von Solarenergie über die Photovoltaikflächen in das Gebäude selbst oder in das umgebende Stromnetz ist unabhängig von dem Kreislaufbetrieb im gegenständlichen Verfahren parallel möglich. A direct feed of solar energy via the photovoltaic surfaces into the building itself or into the surrounding power grid is possible in parallel, independently of the closed loop operation in the present process.
Die Generatorleistung bzw. die Kraftwerksleistung wird auch hier in Analogie zu den Ausführungsvarianten der Fig. 3-5 über die verfügbare Speichermenge, den Höhenunterschied, die verfügbare Kollektorfläche und über die damit in Zusammenhang stehende mögliche Umlaufmenge des Wassers oder des Fluides bestimmt und kann primär über die zur Solarernte zur Verfügung stehenden Flächen innerhalb der bereits beschriebenen Grenzen gesteuert werden. The generator output or the power plant output is also determined here in analogy to the design variants of Figs the areas available for solar harvesting can be controlled within the limits already described.
Mit diesem System in Zusammenhang mit hohen Gebäuden, Türmen und Wolkenkratzern ist eine Energieversorgung möglich, die insbesondere im urbanen Raum Möglichkeiten der Energiegewinnung und Energiespeicherung eröffnet, die in Richtung einer zunehmend unabhängigen, autarken Versorgung von Gebäuden oder Teilbereichen von Städten gehen. With this system in connection with tall buildings, towers and skyscrapers, an energy supply is possible that opens up possibilities for energy generation and energy storage, especially in urban areas, which are moving in the direction of an increasingly independent, self-sufficient supply of buildings or parts of cities.
Zudem wird mit diesem System eine Bauweise unterstützt, die den Flächenverbrauch insbesondere in dicht besiedelten Gebieten reduziert, da mit zunehmender Höhe von Gebäuden und Bauwerken die gewinnbare Energiemenge linear zunimmt. Ferner können Wasserflächen, Wasserführungen im urbanen Raum sowie in und an Gebäuden wertvolle Gestaltungselemente und kleinklimatisch hilfreiche Einrichtungen darstellen. In addition, this system supports a type of construction that reduces land consumption, particularly in densely populated areas, since the amount of energy that can be gained increases linearly with the height of buildings and structures. Furthermore, water surfaces, water channels in urban areas as well as in and on buildings can represent valuable design elements and facilities that are helpful in terms of microclimate.
[0064] Fig. 7 veranschaulicht die Energieversorgung von Kommunen. Figure 7 illustrates the power supply to municipalities.
[0065] Kommunen (Städte, Dörfer, Siedlungen) können unter Anwendung des gegenständlichen Verfahrens eigenständig Energie gewinnen und bedarfsorientiert speichern bzw. verwenden. Municipalities (cities, villages, settlements) can independently generate energy using the present method and store or use it as needed.
Voraussetzungen für dieses System sind in Analogie zu den bereits vorstehenden Ausführungen eine Potenzialdifferenz (dH=Höhenunterschied), ein ausreichend dimensioniertes Oberbecken 2, ein ausreichend dimensioniertes Unterbecken 3, Fallleitungen 4, Steigleitungen 7, Kraftwerk bzw. Generatorhaus 1 und Pumpwerk 6 sowie ausreichende und räumlich günstig gelegene Flächen für die Aufnahme der Photovoltaikanlage 9. Prerequisites for this system are, in analogy to the above explanations, a potential difference (dH=height difference), a sufficiently dimensioned upper reservoir 2, a sufficiently dimensioned lower reservoir 3, downpipes 4, risers 7, power plant or generator house 1 and pumping station 6 as well as sufficient and spatial Conveniently located areas for housing the photovoltaic system 9.
Je nach Dimensionierung der unterschiedlichen Komponenten kann mit diesem System erreicht werden, dass Kommunen weitgehend unabhängig von externer Energieversorgung werden. Depending on the dimensioning of the different components, this system can make municipalities largely independent of external energy supplies.
[0066] Fig. 8 veranschaulicht die Energieproduktion mit anderen Medien. Figure 8 illustrates energy production with other media.
[0067] In Gebieten, in denen kein Wasser oder andere flüssige Transportmedien verfügbar sind (Wüsten, Trockengebiete), kann eine Energieproduktion und Energiespeicherung derart erfolgen, dass quasi fließfähige, nicht bindige Medien (Sand, Splitt, Steine, Granulat...) über Förderbänder 10 in Kombination mit Photovoltaikanlagen 9 das bereits beschriebene System nachbilden. In areas where no water or other liquid transport media are available (deserts, dry areas), energy production and energy storage can be done in such a way that quasi-flowable, non-cohesive media (sand, grit, stones, granules ...) about Conveyor belts 10 in combination with photovoltaic systems 9 simulate the system already described.
[0068] Die Förderbänder 10 übernehmen dabei die Funktion der Rohrleitungen. Trichterartige Speicher, die mit dem jeweiligen Transportmedium befüllt werden, dienen als Oberbecken und Unterbecken. The conveyor belts 10 assume the function of the pipelines. Funnel-like reservoirs, which are filled with the respective transport medium, serve as the upper and lower reservoirs.
[0069] Voraussetzungen für dieses System sind in Analogie zu den bereits vorstehenden Ausführungen eine Potenzialdifferenz (dH=Höhenunterschied), ein ausreichend dimensioniertes Oberbecken (Trichter 11), ein ausreichend dimensioniertes Unterbecken (Trichter 12), Förderbänder 10 für die Bewegung bzw. den Fluss des Mediums, Generator 13 und Motor 14 sowie ausreichende und räumlich günstig gelegene Flächen für die Aufnahme der Photovoltaikanlage 9. Prerequisites for this system are, in analogy to the above statements, a potential difference (dH=height difference), a sufficiently dimensioned upper reservoir (hopper 11), a sufficiently dimensioned lower reservoir (hopper 12), conveyor belts 10 for the movement or the flow of the medium, generator 13 and motor 14 as well as sufficient and spatially favorable areas for accommodating the photovoltaic system 9.
[0070] Dieses System kann beispielsweise in Bergbaubetrieben, Industriebetrieben etc. Anwendung finden, die in Wüstengebieten oder in Trockengebieten fernab einer ausreichenden Wasserversorgung eine emissionsfreie Energieversorgung benötigen. This system can be used, for example, in mining operations, industrial operations, etc., which require an emission-free energy supply in desert areas or in dry areas far from an adequate water supply.
[0071] Das System versorgt zumindest einen örtlichen Verbraucher 15, beispielsweise ausgewählt aus Motor, Heizung, Kühlung, Beleuchtung. The system supplies at least one local consumer 15, for example selected from the engine, heating, cooling, lighting.
[0072] Die Betriebsweise ist vergleichbar mit jener eines Pumpspeicherkraftwerkes. Anstelle des Wassers oder des Fluids dienen hier fließfähige, nicht bindige Materialien (Sand, Splitt, Steine, Granulat...) als Transportmedium und als Speichermedium zur bedarfsorientierten Erzeugung und Verwendung von Energie. Durch die meist höhere Dichte dieser Medien erhöht sich die Energieausbeute im Fallbetrieb, die jedoch im Gegenzug auch höhere Energieeinträge für das Heben auf das obere Energieniveau erfordert. The mode of operation is comparable to that of a pumped storage power plant. Instead of water or fluid, flowable, non-cohesive materials (sand, chippings, stones, granules...) serve as a transport medium and as a storage medium for the demand-oriented generation and use of energy. Due to the usually higher density of these media, the energy yield increases in fall operation, which, in return, also requires higher energy inputs for lifting to the upper energy level.
[0073] Diese erhöhte Zufuhrenergie kann wiederum über die Fläche der Kollektoren (Photovoltaik) oder über die Anzahl von Windrädern oder andere alternative örtliche Energiequellen bereitgestellt werden. This increased supply energy can in turn be provided via the area of the collectors (photovoltaics) or via the number of wind turbines or other alternative local energy sources.
[0074] Eine mögliche Betriebsweise besteht darin, dass tagsüber bei Sonneneinstrahlung Material über das aufsteigende Förderband 10 vom unteren Trichter 12 mithilfe von Solarenergie (Photovoltaik, evtl. unterstützt durch Windenergie) auf ein höher gelegenes Niveau gefördert und dort gespeichert wird. One possible mode of operation is that during the day when the sun is shining, material is conveyed to a higher level and stored there via the ascending conveyor belt 10 from the lower funnel 12 using solar energy (photovoltaics, possibly supported by wind energy).
[0075] Zur Energieversorgung in der Nacht oder bei ungünstigen Witterungsbedingungen wird der obere Speicher bzw. Trichter 11 bedarfsweise geleert und über das fallende Förderband 10 und über einen darin integrierten Stromgenerator 13 generatorisch gebremst. Dabei wird Energie über die Kraftwerksformel erzeugt. Die technische Ausführung kann dabei variabel sein. Zum Aufbau des Höhenunterschiedes können natürliche Höhenunterschiede (Geländeausnutzung) herangezogen werden oder künstliche Konstruktionen (turmartige Gebilde, Siloanlagen, Fachwerkskonstruktionen, 0.ä.) hergestellt werden. For power supply at night or in unfavorable weather conditions, the upper storage or funnel 11 is emptied as needed and regeneratively braked via the falling conveyor belt 10 and a power generator 13 integrated therein. Energy is generated via the power plant formula. The technical design can be variable. Natural height differences (land use) can be used to build up the height difference, or artificial structures (tower-like structures, silos, half-timbered structures, etc.) can be produced.
[0076] Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Leistungssteigerung von bestehenden Speicherkraftwerken verwendet werden. The method according to the invention can be used to increase the output of existing storage power plants.
[0077] Bestehende Speicherkraftwerke können in Anwendung des gegenständlichen Verfahrens Existing storage power plants can use the present method
in ihrer Leistung gesteigert werden, wenn auf ausreichend dimensionierten und räumlich günstig gelegenen Flächen Photovoltaikanlagen installiert werden, die einen Pumpspeicherbetrieb unter Zuhilfenahme der emissionsfrei gewinnbaren Solarenergie unterstützen. Their performance can be increased if photovoltaic systems are installed on sufficiently dimensioned and conveniently located areas, which support pumped storage operation with the help of emission-free solar energy.
[0078] Die Betriebsweise ist ident mit jener, die zu den Fig. 3-5 beschrieben worden ist. The mode of operation is identical to that which has been described for FIGS. 3-5.
[0079] Zur Leistungssteigerung kann es erforderlich sein, höhere Generatorleistungen bereitzustellen und zusätzliche Verbindungsleitungen (Rohrleitungen, Stollen...) zwischen den Energieniveaus herzustellen. In order to increase performance, it may be necessary to provide higher generator performance and to produce additional connecting lines (pipes, tunnels...) between the energy levels.
[0080] Das erfindungsgemäße Verfahren kann nicht nur Speicherkraftwerke, sondern auch andere bestehende oder geplante Kraftwerke (Solarkraftwerke, Windkraftwerke,) angewandt werden, sodass diese als Vor-Ort-System betrieben werden können. So können z.B. bestehende Solarkraftwerke und Windkraftwerke ihre gewonnene, überschüssige Energie durch Hinzunahme großer Wasser, Fluid oder Medienspeicher (Sand, Steine...) in entsprechenden Volumina (V, dH) zwischenlagern können. Durch die örtliche und räumliche Verknüpfung des Kraftwerks und des Speichers werden dabei weiterer Synergien begründen. The method according to the invention can be applied not only to storage power plants, but also to other existing or planned power plants (solar power plants, wind power plants), so that they can be operated as an on-site system. For example, existing solar power plants and wind power plants can temporarily store their excess energy by adding large water, fluid or media storage (sand, stones...) in appropriate volumes (V, dH). The local and spatial linking of the power plant and the storage facility will create further synergies.
[0081] Das gegenständliche Verfahren bedient sich bereits bekannter Technologien und Verfahren, die sich in der Praxis bewährt haben und als Stand der Technik angesehen werden können. The present method uses already known technologies and methods that have proven themselves in practice and can be regarded as state of the art.
[0082] Der wesentliche Unterschied sowie die Vorteile im gegenständlich vorgestellten Verfahren bestehen gegenüber den bisher angewandten und dem Verfasser bekannten Technologien darin, dass mit Hilfe und mit Integration von weitgehend uneingeschränkt und zuverlässig verfügbarer Alternativenergie (Photovoltaik, Windenergie, Wasserenergie) ein Kreislaufsystem geschaffen werden kann, das unter geeigneten Standortbedingungen (Höhenunterschied, Speichervolumen, Sonneneinstrahlung) losgelöst von externer, künstlicher Energieversorgung erhebliche und verlässliche Energiepotenziale erschließt. The main difference as well as the advantages of the present method compared to the technologies used up to now and known to the author are that with the help and with the integration of largely unrestricted and reliably available alternative energy (photovoltaic, wind energy, water energy), a circulatory system can be created , which, under suitable site conditions (difference in height, storage volume, solar radiation) and independent of external, artificial energy supply, develops significant and reliable energy potential.
[0083] In analoger Denkweise können auch gravitative Energieformen (Gezeitenkraftwerke) in das Verfahren integriert werden. In an analogous way of thinking, gravitational forms of energy (tidal power plants) can also be integrated into the process.
[0084] In der ganzheitlichen Betrachtung ahmt das gegenständliche Verfahren die natürlichen Kreisläufe in der Natur nach. In the holistic view, the subject process imitates the natural cycles in nature.
[0085] Im natürlichen Wasserkreislauf der Atmosphäre erfolgen infolge der Zufuhr von Sonnenenergie täglich gewaltige Massenbewegungen im Kreislaufsystem zwischen aufsteigender Verdunstung, Kondensation in der Atmosphäre, Niederschlag aus der Atmosphäre, Durchfeuchtung und Gewässerbildung und abschließender erneuter Rückführung in das System der Verdunstung. In the natural water cycle of the atmosphere, as a result of the supply of solar energy, huge mass movements in the circulatory system occur every day between rising evaporation, condensation in the atmosphere, precipitation from the atmosphere, moisture penetration and formation of water bodies and finally returning to the system of evaporation.
[0086] Mit dem gegenständlichen Verfahren wird dieses System insofern nachgeahmt und konstruktiv abgebildet, als der Teilbereich Verdunstung, Kondensation und Niederschlag des natürlichen Kreislaufsystems im Kreislauf künstlich abgekürzt wird. With the present method, this system is imitated and constructively reproduced insofar as the partial area of evaporation, condensation and precipitation of the natural circulatory system is artificially abbreviated in the cycle.
[0087] Durch die Verwendung von Photovoltaikanlagen, die auch durch andere regenerative Energiequellen (Windkraft, Wasserkraft, Gezeitenkräfte...) unterstützt werden können, wird Wasser, das im natürlichen Kreislauf mittels Verdunstung ein höheres Energiepotenzial erreicht, über Pumpwerke und über Rohrleitungen wieder auf ein höheres Energieniveau gebracht. Through the use of photovoltaic systems, which can also be supported by other regenerative energy sources (wind power, hydropower, tidal forces...), water that has reached a higher energy potential in the natural cycle through evaporation is replenished via pumping stations and pipelines brought a higher energy level.
[0088] Es sind bei der aus Sicht des Anmelders bedeutendsten Technologie der Photovoltaik nach dem derzeitigen Stand der Technik nur etwa 12%-14 % der Bruttoeintragsenergie der Sonne als Solarernte für die Kreislaufführung des Wassers verfügbar. Die erforderliche Solarleistung kann jedoch einfach und linear über die Vergrößerung der Kollektorfläche der Photovoltaikanlagen oder in weiterer Folge über die Anzahl der Windkraftanlagen oder weiterer Wasserkraftanlagen gesteuert werden. There are only about 12%-14% of the gross input energy of the sun available as a solar harvest for the circulation of the water in the applicant's view of the most important technology of photovoltaics according to the current state of the art. However, the required solar power can be controlled simply and linearly by increasing the collector area of the photovoltaic systems or subsequently by the number of wind turbines or other hydroelectric power plants.
[0089] Mit zunehmender Größe der Kollektorfläche oder der Anzahl anderer regenerativer Energiegewinnungsanlagen kann in diesem künstlichen Kreislaufsystem des gegenständlichen Verfahrens gleichsam die Intensität der „Niederschläge“ bzw. das Ausmaß der Wasserzufuhr in das obere Speicherbecken solange erhöht werden, bis Flächengrenzen für die Aufstellung der „Solarerntemaschinen“ erreicht werden oder das verfügbare Speichervolumen erschöpft ist. With increasing size of the collector area or the number of other regenerative energy generation systems, the intensity of the "precipitation" or the extent of the water supply into the upper reservoir can be increased in this artificial circulatory system of the present method, as it were, until the area limits for the installation of the " Solar Harvesters” are reached or the available storage volume is exhausted.
[0090] Durch die mit dem Verfahren gegenständlichen Verfahren verbundenen Möglichkeiten und Potentiale der dezentralen, regionalen und variabel steigerungsfähigen Gewinnung von elektrischer Energie erschließen sich auch dementsprechende Möglichkeiten der Nutzung dieser Energie zur Erzeugung weiterer Energieträger wie Wasserstoff aus der Elektrolyse. The possibilities and potentials of the decentralized, regional and variably increaseable generation of electrical energy associated with the method in question also open up corresponding possibilities of using this energy to generate other energy carriers such as hydrogen from electrolysis.
[0091] Derzeit scheitert die großflächige Verbreitung dieser zukunftsweisenden und umweltschonenden Mobilitätstechnologie unter anderem noch daran, dass der Transport des Wasserstoffes über weite Strecken mangels von Verteilungsnetzen oder mangels ausreichender Transportkapazitäten (Transport des Wasserstoffes unter sehr hohen Druckbedingungen) technisch schwierig und/oder unwirtschaftlich ist. At present, the large-scale dissemination of this forward-looking and environmentally friendly mobility technology is still failing, among other things, because the transport of hydrogen over long distances is technically difficult and/or uneconomical due to the lack of distribution networks or insufficient transport capacities (transport of hydrogen under very high pressure conditions).
[0092] Dem Verfasser ist bewusst, dass das gegenständlich vorliegende Verfahren auf bereits vorhandene Technologien und Verfahren zurückgreift. The author is aware that the present method uses existing technologies and methods.
[0093] Wesentlich ist aber, dass die konsequente Kombination dieser bekannten Technologien sowie die Erkenntnis der Möglichkeiten der Flächenvergrößerung oder Anzahlerhöhung zur Steigerung der Solarernte in Kombination mit Bereitstellung von ausreichenden Speichervolumina Energiepotentiale erschließt, die einen maßgeblichen Beitrag zur zukünftigen Energieversorgung sowie zur Reduktion der klimaschädlichen Treibhausgase aus fossilen Brennstoffen liefern können. It is essential, however, that the consistent combination of these known technologies and the recognition of the possibilities of increasing the area or number to increase the solar harvest in combination with the provision of sufficient storage volumes open up energy potentials that make a significant contribution to future energy supply and to the reduction of greenhouse gases that are harmful to the climate can be supplied from fossil fuels.
[0094] In diesem Sinne hofft der Verfasser, dass das Verfahren einen hilfreichen Beitrag zur Sicherung der menschlichen Zukunft leisten wird. In this sense, the author hopes that the method will make a helpful contribution to securing the human future.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ATGM8022/2021U AT17687U1 (en) | 2019-11-14 | 2019-11-14 | Methods for generating and storing energy |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ATGM8022/2021U AT17687U1 (en) | 2019-11-14 | 2019-11-14 | Methods for generating and storing energy |
ATA50985/2019A AT523139A1 (en) | 2019-11-14 | 2019-11-14 | Process for energy generation and storage |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
AT17687U1 true AT17687U1 (en) | 2022-11-15 |
Family
ID=75851300
Family Applications (3)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
ATGM8022/2021U AT17687U1 (en) | 2019-11-14 | 2019-11-14 | Methods for generating and storing energy |
ATA50985/2019A AT523139A1 (en) | 2019-11-14 | 2019-11-14 | Process for energy generation and storage |
ATA51071/2019A AT523140A1 (en) | 2019-11-14 | 2019-12-06 | Process for energy generation and storage |
Family Applications After (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
ATA50985/2019A AT523139A1 (en) | 2019-11-14 | 2019-11-14 | Process for energy generation and storage |
ATA51071/2019A AT523140A1 (en) | 2019-11-14 | 2019-12-06 | Process for energy generation and storage |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
AT (3) | AT17687U1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009118572A1 (en) * | 2008-03-25 | 2009-10-01 | Zvonimir Glasnovic | Solar hydro electric power plant |
DE202011100466U1 (en) * | 2011-05-10 | 2011-08-25 | Kristian Kusan | Pumped Storage Power Plant System |
WO2012053988A2 (en) * | 2010-10-19 | 2012-04-26 | Mitja Koprivsek | Device for producing and accumulating electricity |
DE202012011382U1 (en) * | 2012-11-28 | 2013-11-29 | Omerastream Gmbh | Energy storage system |
DE202017103746U1 (en) * | 2017-06-23 | 2017-07-06 | Ievgen Shalaginov | Decentralized pumped storage system |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014107034A1 (en) * | 2014-05-19 | 2015-11-19 | Wladimir Kloster | Method and device for power generation |
-
2019
- 2019-11-14 AT ATGM8022/2021U patent/AT17687U1/en unknown
- 2019-11-14 AT ATA50985/2019A patent/AT523139A1/en active IP Right Grant
- 2019-12-06 AT ATA51071/2019A patent/AT523140A1/en unknown
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009118572A1 (en) * | 2008-03-25 | 2009-10-01 | Zvonimir Glasnovic | Solar hydro electric power plant |
WO2012053988A2 (en) * | 2010-10-19 | 2012-04-26 | Mitja Koprivsek | Device for producing and accumulating electricity |
DE202011100466U1 (en) * | 2011-05-10 | 2011-08-25 | Kristian Kusan | Pumped Storage Power Plant System |
DE202012011382U1 (en) * | 2012-11-28 | 2013-11-29 | Omerastream Gmbh | Energy storage system |
DE202017103746U1 (en) * | 2017-06-23 | 2017-07-06 | Ievgen Shalaginov | Decentralized pumped storage system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AT523140A1 (en) | 2021-05-15 |
AT523139A1 (en) | 2021-05-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2683933B1 (en) | Pumped-storage power plant | |
EP2776705B1 (en) | Pumped-storage power plant | |
EP3997329B1 (en) | Method for constructing a pumped storage power plant in a ground depression, in particular in an open-cast mine | |
WO2012027854A2 (en) | Heat store | |
DE102019118726B4 (en) | Method for the provisional use of an at least partially constructed lower reservoir for an underwater pumped storage power plant | |
DE102010010701A1 (en) | Energy storage system for use as pump storage power station, has fluid line, which connects upper and lower liquid storage unit, where upper and lower liquid storage units with liquid line and fluid line form closed system | |
DE19513817B4 (en) | Pumpspeicherwerk | |
DE102013019776B3 (en) | Deep shaft pumped storage power plant (TS.PSKW) | |
DE102014000811A1 (en) | High speed pump-storage power plant for storage of electric power, installed at e.g. large lake, has open mining pit that is divided into upper and lower storage regions by vertical concrete dam according to hydraulic flow | |
DE102009005360B4 (en) | Artificial landscape and method of constructing an artificial landscape | |
DE102014104675B3 (en) | Wind energy plant with additional energy generating device | |
DE102012011739A1 (en) | Hydraulic power storage device i.e. pumped-storage power plant, for use in mining industry to store and convert potential water energy into electrical power, has flowpath arranged within turbine, and connecting upper and lower storage units | |
AT17687U1 (en) | Methods for generating and storing energy | |
DE102010054277A1 (en) | Pumped-storage hydropower plant i.e. offshore power plant, for generating electric current, has pump storage station including upper and lower reservoirs, where upper reservoir is formed as high-level tank at region of power supply unit | |
WO2016027149A1 (en) | Energy generation from a double wellbore | |
DE102009057758A1 (en) | Underground water reservoir i.e. storage tunnel system, for power production in watercourse, is arranged on upper run of watercourse, so that water is guided over lockable lines, turbines and lines | |
WO2016110278A1 (en) | Energy production by means of an autonomous type-4 hydroelectric power plant | |
DE102020129972A1 (en) | System for energy generation and storage | |
DE102009054364B4 (en) | Storage power plant with cave water in combination with wind power to obtain demand-dependent electrical energy | |
DE102011012777B4 (en) | Device and method for preventing flooding | |
DE102014002294A1 (en) | Method for intermediate storage and use of primary electric energy | |
Nowosad et al. | Investigating energy and water storage: potential in abandoned mining areas. | |
WO2005106240A1 (en) | Method for energetic, technical and biological use of underground water | |
CN105421308A (en) | Dam-free linked hydroelectric power station with multiple conduits converging flow | |
DE102007013610A1 (en) | Pump-fed power station comprises an upper and a lower storage reservoir arranged directly one above the other |