CH250843A - Verfahren und Einrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie in Form von Wärme unter Verwendung von unter der Erdoberfläche vorhandenem Material als Wärmespeicher, und zur Entnahme der gespeicherten Wärme. - Google Patents

Description

  Verfahren und     Einrichtung    zur Speicherung von     elektrischer    Energie .       in    Form von     Wärme    unter Verwendung von unter der     Erdoberfläche    vorhandenem  Material als Wärmespeicher,     und    zur Entnahme der gespeicherten Wärme.         hm    den Überschuss an     hydroelektrischer          Sommerenergie    zu     verwerten,    ist es bereits       vorgeschlagen    worden, diese Energie in     Form     von Wärme für den Winterbedarf zu spei  chern.

   Zu diesem Zweck soll die     Sömmer-          energie        entweder    z. B. in Wasser oder in  festem Material     aufgespeichert    werden, wo  bei im ersten Fall grosse wärmeisolierte Be  hälter vorzusehen sind,     während    im zweiten  Fall die Erdmasse selbst als Speichermate  rial dienen.soll.  



  Bei bisher bekannten Systemen, die von  der     Erdmasse    als Wärmespeicher Gebrauch  machen, werden elektrische Heizkörper in  einer bestimmten Tiefe im Erdboden einge  baut. Es können auch Tiefbohrlöcher vorge  sehen werden, die mit     Heizeinrichtungen     ausgerüstet sind. Für die Entnahme der  Wärme werden dann in einem     bestimmten     Abstand von den Tiefbohrlöchern mit Was  ser gefüllte Senkröhren vorgesehen, aus  denen durch Umpumpen die     Wärmeentnahme     erfolgt. Der ganze     Wärmespeicher    im Boden  benötigt seitlich und unten keine Isolation;  es ist nur eine Isolation nach oben notwen  <B>dig.</B>  



  Die vorliegende Erfindung bezieht sich  ebenfalls auf ein Verfahren und eine Ein  richtung zur     Speicherung    von elektrischer  Energie in Form von Wärme, unter Verwen  dung von     unter    der Erdoberfläche vorhan  denem     Material    als     Wärmespeicher,    und zur    Entnahme der     gespeicherten    Wärme.

   Das       erfindungsgemässe    Verfahren     besteht    aber  darin, dass die     elektrische    Energie in Wärme  umgewandelt und dem Erdboden mittels er  wärmter, in geschlossenem Kreislauf zirku  lierender Luft     zugeführt        wird,    wobei die im  Erdboden     aufgespeicherte        Wärme    zur gege  benen Zeit durch     Luftumwälzung    über einen       ebenfal.'ls    geschlossenen     Kreislauf    der Spei  chermasse wieder entnommen wird.  



  Durch die     Verwendung    von erwärmter  Luft, um dem Erdboden die zu speichernde       Wärme    zuzuführen, und die Entnahme der       gespeicherten    Wärme durch Luftumwälzung  wird eine wesentliche     Vereinfachung    und  Verbilligung der Anlage ermöglicht, da die  sonst erforderliche grosse Anzahl von im  Erdboden eingebauten teuren Heizkörpern  in     Wegfall    kommen     bezw.    durch eine oder  mehrere     Luftumwälzanlagen    mit Lufter  hitzer ersetzt werden.  



  Ein     Ausführungsbeispiel    des vorliegenden  Verfahrens     wird    an Hand der     Zeichnung     näher erläutert, und zwar     zeigt    die     Fig.    1  als Ausführungsbeispiel der Einrichtung  gemäss der Erfindung eine Geländespeicher  anlage im Längsschnitt, während     Fig.     einen Grundruss derselben darstellt.  



  Für die     Speicherung    der Wärme ist nur  ein Gelände mit felsigem Boden     geeignet.     Im     Naturfels    1 sind von einer zentralen  Stelle 2 aus eine Anzahl     sternförmig    ver-      laufende     waagrechte    Gräben 3 ausgehoben.  In diesen Gräben 3 werden senkrechte Quer  wände 4 eingebaut,     beispielsweise    aus Scha  motte, und     die        Gräben    wieder mit     Bruch-          stein    aufgefüllt.     Zwischen    den Gräben und  der     Atmosphäre    ist eine Isolationsschicht 20  vorgesehen.

      Um die     Sommerenergie    in der Form von  Wärme dem Erdboden     bezw.    der Speicher  masse     zuzuführen,    wird erhitzte Luft in die  Gräben 3 eingepumpt. Zu diesem Zweck ist  mindestens eine     Luftumwälzanlage    mit       einem    elektrisch     angetriebenen        Umwälzven-          ti.latür    und einem     elektrisch    beheizten Luft  erhitzer vorgesehen.

   Die Luft     wird        mittels     des     Umwälzventilators    5 über einen mit       Heizelementen        ausgerüsteten    Lufterhitzer 6  geleitet, wo sie auf die erforderliche Tem  peratur gebracht und in die Gräben 3     hin-          :eingepumpt    wird.

   Es kann     entweder    eine  für alle Gräben 3     gemeinsame        Luftumwälz-          und        Lufterhitzungsanlage    vorgesehen wer  den, die möglichst zentral     bezw.    in der  Nähe der Stelle 2 angeordnet ist, oder es  können mehrere solche Anlagen, beispiels  weise für jeden Graben eine     getrennte    An  lage, wie     in    der     Fig.    2     dargestellt    ist, vor  gesehen werden.

   Die Zufuhr der erwärmten  Luft erfolgt über die Leitungen 7 von zen  traler     Stelle    2 aus, und durch die Quer  wände 4 ist die     Luftströmung    gezwungen,  einen     meanderförm.igen    Verlauf nach aussen  zu     nehmen,    so dass     eine    möglichst wirksame       Erwärmung    der Speichermasse erreicht     wird.     Der Verlauf der     Warmluftströmung    durch  die einzelnen Gräben ist in     Fig.    1 durch  Pfeile angedeutet und bildet einen geschlos  senen Kreislauf.  



  Die Entnahme der im Erdboden aufge  speicherten Wärme erfolgt während den       Wintermonaten,    indem jetzt kalte Luft  mittels der vorhandenen     Luftumwälzanlagen     5 durch die einzelnen Gräben geschickt wird.  Die Lufterhitzer 6 sind jetzt ausser     Betrieb,     und die kalte Luft wird über die     Leitungen     7 in die Erde eingepumpt und zunächst,  nachdem sie durch die im Erdboden auf-         gespeicherte    Energie erwärmt worden ist,  über einen oder mehrere besondere ringför  mige Entladungskanäle 8 entnommen und  über die Leitungen 9 einem     Wärmeaustau-          scher    10     zugeführt,

      wo     beispielsweise    die  erwärmte Luft als Wärmequelle für eine  Heizungsanlage     verwertet    wird. Um die       Entnahme    der     aufgespeicherten    Wärme mög  lichst     günstig    zu     gestalten,    kann nach einer  gewissen Zeit die     Entnahme    auch direkt.

    von den Gräben 3 aus erfolgen, indem die       Saugleitung    des Ventilators     mittels        Zweig-          leitungen    11, 112, 113     usw.    nach und nach  mit den einzelnen     Abschnitten    der Gräben  in Verbindung gebracht wird. Die Um  schaltung erfolgt je nachdem,. wie sich das       Temperaturgefälle    im Erdboden     gestaltet.     Auch in diesem Betriebsfalle wird die Luft  in einem geschlossenen Kreislauf umgewälzt.  



  Beim     beschriebenen        Ausführungsbeispiel     sind die     Lufterhitzungsanlagen    6 für die  Erwärmung der Luft über dem Erdboden  angeordnet. Es ist aber auch sehr zweck  mässig, wenn die Lufterhitzer im Erdboden  selbst eingebaut werden, weil dann auf  diese Weise     geringere    oder keine Wärme  verluste entstehen. Im allgemeinen     wird    die  Wärme für die Erwärmung der Luft grössten  teils durch die     elektrischen        Heizelemente     im Lufterhitzer erzeugt, während die Er  wärmung durch die     Kompressionsarbeit    im       Luftumwälzer        relativ    gering ist.

   Falls es       erwünscht    ist, kann aber bis zu etwa. 50  der     erforderlichen    Wärme in der     Form    von       Kompressionswärme    im     Ventilator    erzeugt  werden, wenn der     Luftwiderstand    im Luft  erhitzer durch     -einen    verengten     Querschnitt     der     Erhitzerröhren    erhöht wird und der  Ventilator für einen     entsprechend    höheren  Förderdruck gebaut wird.  



  Selbstverständlich ist die Erfindung  nicht auf die beschriebene Anordnung be  schränkt, sondern das Verfahren gemäss der  Erfindung kann ohne weiteres auch     bei    einer  abweichenden Anordnung und Zahl der  Speicher- und Entnahmegräben,     Umwälz-          ventilatoren,    Lufterhitzer und dergleichen  verwirklicht werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRüCHE: I. Verfahren zur Speicherung von elek trischer Energie in Form von Wärme, unter Verwendung von unter der Erdoberfläche vorhandenem Material als Wärmespeicher, und zur Entnahme der gespeicherten Wärme, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energie in Wärme umgewandelt und dem Erdboden mittels erwärmter, in geschlosse nem Kreislauf zirkulierender Luft zuge führt wird,

   wobei die im Erdboden aufge speicherte Wärme zur gegebenen Zeit durch Luftumwälzung über einen ebenfalls ge schlossenen Kreislauf der Speichermasse wieder entnommen wird.

   II. Einrichtung zur Ausübung des Ver fahrens nach Patentanspruch I, dadurch .gekennzeichnet, dass unter der Erdober fläche eine Anzahl mit Gestein gefüllte waagrechte Gräben vorgesehen sind, die bei der Wärmespeicherung von Heissluft durch strömt werden, die von mindestens einer über der Erdoberfläche angeordneten Luft umwälzanlage in Kombination mit einem Lufterhitzer geliefert wird,

   und dass die Entnahme der aufgespeicherten Wärme mittels derselben Luftumwälzanlage erfolgt. UNTERANSPRüCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch I1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gräben mit senkrechten Querwänden versehen sind, die der Warmluftströmung einen meander- förmigen Verlauf geben. 2.

   Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche- VvTärmespeichergräben von einer zentral an geordneten gemeinsamen Luftumwälz- und Lufterhitzungsanla,ge mit Heissluft beliefert werden. 3. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Wärmespeichergraben eine getrennte Luft- umwälz- und Lufterhitzungsänlage vorge sehen ist.

   4. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage zur Einführung der zu speichernden und zur Entnahme der gespeicherten Wärme einen einzigen elektrisch angetriebenen Luftum- wälzer und einen einzigen elektrisch be heizten Lufterhitzer besitzt. 5. Einrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Luft erhitzer über der Erdoberfläche angeordnet ist.

   6. Einrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Luft erhitzer unterhalb der Erdoberfläche ange ordnet ist.