CN103124845A - 用于产生备用电力的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种为供电网络产生补充电能的设备，该设备包括：位于第一水平高度处的至少一个第一蓄水池(311，312)；位于低于第一水平高度的第二水平高度处的第二蓄水池(120)；至少一个管道(340)，所述至少一个管道用于使第一蓄水池(311，312)和第二蓄水池(120)连通，并具有至少一个控制阀(350)；和设有泵送装置的至少一个水力发电设备(330)。第一和第二蓄水池(311，312；120)中的至少一个被构建在人造建筑物(301，303；200A)的下部的地基中，所述人造建筑物需要被构建为具有独立于发电的辅助功能的主要功能。第一蓄水池(315)或第二蓄水池(120)可以形成地平面附近的共用水体。构建在建筑物的地基中的蓄水池(311，312；210；220)特别地能够与所述蓄水池构造在其基底处的建筑物或相关建筑物的空调或加热设备协作。

Description

用于产生备用电力的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于为供电网络产生补充电能的方法和设备。
背景技术
例如，已经从文献US4443707已知一种水电能量产生系统，该系统将蓄水池的势能转换成用于驱动连接至发电机的涡轮机的动能。在该系统中，如果在该网络中需要电力补充以响应于电力消耗的峰值，则位于高水平处的蓄水池中储存的水释放到通向涡轮机的水道中，用于产生电力。
事实上，已知的是电能的消耗是不规律的，并且需求峰值例如在傍晚时、或者在对电加热的需求增加时的寒冷天气中、或者相反地在使用许多空调单元的酷暑期中出现。假设由其它装置，例如，在核电站中，所产的电能的量难以修改，在峰值时间段期间产生的水电能可以被发送至电能网以响应于需求增加，。类似地，由环保能源(太阳，风)产生的电能是作为天气状况的函数以高度随机的方式产生。
根据文献US4443707，在峰值时间段之外，来自主能量分配网络的电能用来向提升泵供电，所述提升泵将从位于低水平的蓄水池回收的水返回至位于高水平的蓄水池，从而重构用于下一个峰值时间段的势能。高位和低位蓄水池则通常为天然池，如湖或矿井。
例如根据文献US6861766还知道一种用于产生补充电能的设备，该设备采用泵送-储存水力发电系统，该泵送-储存水力发电系统包括与水道相关联的高位和低位人造蓄水池以及可逆水电机，该可逆水电机用于采用储存在高位蓄水池中的水的势能向供电网络供给补充电能，而用于驱动在作为泵运行时的水电机所必需的能量是从风轮机获得的，并且因此不是从能量分配网络获取的，从而降低由化石燃料或通过核电装置产生的电力的消耗。专用于产生补充电能的这种设备的成本高，特别是考虑到制造足够强大以支撑高位蓄水池的结构的必要性。
文献US2009/0058092A1也描述了放置在高层建筑物的较高层中以通过泵送-储存水力发电系统产生补充电能的高位蓄水池的使用。然而，考虑到建筑物限制和地震风险，高位蓄水池的尺寸受到限制，并且由放置在这些蓄水池中的水的势能产生的能量实际上不足以能够将足够多的电能发送到处于峰值消耗时间段的网络中。特别地，这种设备不能够产生大于约100千瓦(kW)的功率。
文献FR2789126也描述了用于回收私人住宅或公寓大楼类型的建筑物的水能的装置，所述装置包括高高地安装在该建筑物的顶楼中或屋顶上的第一或高位蓄水池，以及安装在该建筑物的下部中、地下室中、靠近该建筑物的地下的第二或低位蓄水池。
该装置可以与用于回收特别地用于驱动用于在低位蓄水池和高位蓄水池之间转移水的泵的太阳能、风能或地热能的装置相关联，而与发电机相关联的涡轮机通过在高位蓄水池和低位蓄水池之间的落水管中的流动的液体流选择性地被致动。
所产生的电能用于向装配有该装置的建筑物进行供应，例如，向辅助电加热系统供给能量。不存在将所产生的电能中的至少一些发送至公共供电网络的装置，并且用于安装能量回收装置的投资成本依然高，具体的是因为需要为每个建筑物提供两个人造蓄水池。而且，以一定高度储存大量水会受到限制并且具有附加成本，这是因为居民建筑物结构上的最大负载的、具有350千克每平方米(kg/m2)的量级的惯例标准阻止提供足以获得明显效果的大量水。实际上，考虑100平方米(m2)的私人住宅，例如，将不可能提供大于35立方米(m3)的高位蓄水池，这将不能产生足够的势能。足够坚固以承载所需要的负载并且能够以高于地面的高度，例如，以10米(m)的高度，储存大量水(例如，1200m3)的专用结构的建造实际上就是构造在材料强度方面具有非常严格的限制的水塔，并且因此不是成本有效的。该方法意味着操作复杂，使得必须同时监控许多高位和低位蓄水池的液位，并且考虑到与地震和恐怖活动相关的各种风险，该方法还意味着大的实施困难。总之，由于它所施加的限制和它带来的成本，该方法不适合大规模使用。
文献DE2928476A1描述了用于通过收集私人住宅中的废水产生电能的设备。收集蓄水池放置在住宅的底部并且由管道连接至水车且随后连接至位于低位的蓄水池，使得能够排放至排水沟或通过泵重新循环至收集蓄水池。与私人住宅相关联的这种设备需要专门挖出低位蓄水池，并且仅可能产生几十瓦功率，并且因此仅可以提供小于1千瓦时(kWh)的少量日常补充能量。
文献EP0599691描述了一种用于产生电能的设备，其由泵送-储存水力发电系统构成，该泵送-储存水力发电系统采用位于地平面处并由天然水体或位于第一深度的地下水体构成的高位蓄水池和位于比第一蓄水池大的深度处的地下隧道形式的低位蓄水池。用于构建地下空间的工作成本非常高。这些空间必须位于大的深度处并且被加固以抵抗由经常强大的液压流产生的压力和腐蚀，这相当大地增加了实施该方法的成本。
发明内容
本发明的目标在于补救上述缺陷并在峰值时间段中，即，在对电能需求高时，选择性地动作以将大量补充电能提供至配电网络，同时最小化构造用于由泵送-储存水力发电系统产生电力的基础设施的成本并使得补充电能产生设备能够在尽可能靠近消耗电能的位置的市区中使用。
因此本发明的目标在于使得能够以工业或半工业规模产生补充电能，大大地超过与个人住宅相关的发电能力，并且不需要专用土木工程工作。
本发明的方法的目标还在于通过储存在峰值产生时间段期间产生的电能并在峰值消耗时间段期间释放所述电能而使得环保能源能够实现经济平衡，而不需要增加与这些设备必须遵守的总体经济平衡不兼容的相当大的投资。在需求最高并且价格因此最高的时间段期间转售以这种方式产生的电能的可能性非常明显地提高了这种太阳能或风能可再生能产生设备的收益性。
本发明的方法和设备的目标还在于避免电能网络的操作人员发现难以管理并且在太阳能或风能产生系统以全部产出量运行时难以吸收的超负荷，这是因为适当的天气条件(强太阳或大风)突然混合。在不存在这种互补方法时，诸如太阳能和风能方法之类的可再生能产生方法的开发将明显减缓，并且在不存在试图鼓励这些可替换能源的发展的国家的预算来说高成本的相当大的补贴的情况下，发现所述可再生能产生方法难以与常规能源产生方法进行竞争。
本发明的另一个目标在于产生协同作用并改善用于公共、商业或私用的建筑物的强度、用户友好或热平衡。
本发明是通过提供产生用于供电网络的补充电能的设备实现上述目标的，该设备包括：至少第一和第二蓄水池，第一蓄水池位于第一水平高度处，第二蓄水池位于以至少5米的水平高度差低于第一水平高度的第二水平高度处；至少一个连通管道，在第一蓄水池和第二蓄水池之间，具有至少3％的斜度并设置有至少一个远程控制阀；水力发电系统；泵送装置；和控制电路，，所述设备的特征在于，所述第一和第二蓄水池中的至少一个包括一个或多个单独蓄水池，所述一个或多个单独蓄水池以地下或半地下方式结合在人造建筑物的地基中，所述人造建筑物需要被构建为具有独立于发电的辅助功能的遮蔽货物或人的主要功能，以地下或半地下方式结合在人造建筑物的地基中的所述一个或多个单独蓄水池具有在1000m3至150,000m3的范围内的总容积，所述第一和第二蓄水池中的另一个同样采用地面的天然斜度位于地平面处，并且水力发电系统具有在100kW至4MW的范围内的额定功率。
人造建筑物优选地具有住宅、办公室、停车场、商业场所、仓库、工厂或文化或体育设施的主要功能。
在一个具体实施例中，第一蓄水池以地下或半地下方式结合在第一人造建筑物的地基中，所述第一人造建筑物被构建为具有独立于发电的辅助功能的遮蔽货物或人的主要功能，并且采用地面的天然斜度位于地平面处的第二蓄水池以地下或半地下方式结合在第二人造建筑物的地基中，所述第一人造建筑物被构建为具有独立于发电的辅助功能的遮蔽货物或人的主要功能。
根据本发明的一个具体方面，其利用至少一个单独蓄水池以地下方式结合在人造建筑物的地基中的事实，以地下方式结合在人造建筑物的地基中的至少一个单独蓄水池还与用于所述人造建筑物或相关联的建筑物中的一些或全部的空调设备或制冷设备协作，所述空调设备或制冷设备包括膨胀器、被从所述单独蓄水池供给水的至少一个冷凝器、被供给热交换流体的蒸发器、和压缩单元。
根据本发明的另一个具体方面，其利用至少一个单独蓄水池以地下方式结合在人造建筑物的地基中的事实，以地下方式结合在人造建筑物的地基中的至少一个单独蓄水池还与用于加热所述人造建筑物或相关联的建筑物中的一些或全部的设备协作，所述加热设备包括膨胀器、被从加热回路供给水的至少一个冷凝器、被从所述单独蓄水池供给水的蒸发器、和压缩单元。
除了已经通过将蓄水池结合在建筑物的地基中实现的协同作用之外，这些特征还在节能和电能的产生的调节的研究方面提供协同作用。
在一种可能的具体实施例中，所述第一和第二蓄水池中的一个位于建筑物之外并构成在地平面附近的天然或人造水体。
位于建筑物之外的这种蓄水池有利地由人造湖、水净化池、或诸如湖、河道或海之类的天然水体构成。
在一个具体实施例中，所述水平高度差在5米至8米的范围内。因而水力发电系统的涡轮机可以位于第二蓄水池的水平高度处，但任选地且同等地也可以位于第一蓄水池附近，这证明应该是有优势的，例如，出于与环境结合的原因。
在另一个具体实施例中，所述水平高度差大于8米。因而水力发电系统和泵送装置可以紧邻第二蓄水池定位。然而，水力发电系统和泵送装置同样可以位于所述第二蓄水池的高度处但远离所述第二蓄水池。
在一个具体实施例中，控制电路包括用于在低电力消耗时间段期间将泵送装置连接至所述配电网络的单元和用于在峰值电力消耗时间段期间将水力发电系统连接至所述配电网络的单元。
根据本发明的另一个方面，控制电路可以包括用于在低电力消耗时间段期间将泵送装置连接至诸如太阳能或风能之类的环保天然能源的单元和用于在峰值电力消耗时间段期间将水力发电系统连接至所述配电网络的单元。
以地下或半地下方式结合在人造建筑物的地基中所述蓄水池可以包括设置在单独的建筑物中并由平衡管道互连的多个单独蓄水池。
以地下或半地下方式结合在人造建筑物的地基中的所述蓄水池可以包括还连接至自然冷却设备、洒水设备、清洁设备或消防设备的至少一个单独蓄水池。
液位传感器与以地下或半地下方式结合在人造建筑物的地基中的蓄水池的单独蓄水池相关联。
以地下或半地下方式结合在人造建筑物的地基中的蓄水池可以包括一个或多个单独蓄水池，所述一个或多个单独蓄水池中的每一个都具有小于或等于12m的地下深度和具有小于或等于3m的高度的上层建筑部。
以地下或半地下方式结合在人造建筑物的地基中的所述蓄水池可以包括连接至水箱的深地基，所述水箱限定水密蓄水池，该水密蓄水池具有由地面封闭的一组隔间。
通过举例的方式，以地下或半地下方式结合在人造建筑物的地基中的蓄水池可以具有在20厘米(cm)至45cm的范围内的侧向壁厚和在10cm至25cm的范围内的底部厚度。
根据本发明的一个方面，该设备包括计算机辅助装置，所述计算机辅助装置用于控制作为补充电能的当前需求和蓄水池中的水的液位的函数的与第一蓄水池和水力发电系统相关联的远程控制阀。
本发明还提供一种为供电网络产生补充电能的方法，该方法至少包括下述步骤：第一步骤，在所述第一步骤中，采用第一电能源驱动泵送装置以将水从位于第二水平高度处的第二蓄水池泵送至位于以至少5米的水平高度差和至少3％的斜度高于第二水平高度的第一水平高度处的第一蓄水池；以及第二步骤，在所述第二步骤中，从所述第一蓄水池对水力发电系统进行供给，所述方法的特征在于，所述方法包括预备步骤，在所述预备步骤中，从位于需要被构建为具有独立于发电的辅助功能的主要功能的人造建筑物的地下或半地下下部中的至少一个单独蓄水池提供所述第一和第二蓄水池中的至少一个，以地下或半地下方式结合在人造建筑物的地基中所述至少一个单独蓄水池具有在1000m3至150,000m3的范围内的总容积，所述第一和第二蓄水池中的另一个同样采用地面的天然斜度位于地平面处，并且水力发电系统具有在100kW至4MW的范围内的额定功率。
在一种实施方案中，水从第二蓄水池被泵送，并且水力发电系统至少部分地经由带有双向流体流的共用管道从所述第一蓄水池被供给水。
在另一种实施方案中，水经由装配有至少一个远程控制阀的第一连通管道从所述第二蓄水池被泵送，并且水力发电系统经由装配有至少一个远程控制阀的至少一个第二连通管道从所述第一蓄水池被供给水。
在本发明的一种有利的实施方案的方法中，结合在建筑物的地基中的至少一个蓄水池还构成用于空调设备或制冷设备的热源或用于加热所述人造建筑物或相关联的建筑物中的一些或全部的设备的冷源，所述空调设备或所述制冷设备和所述加热设备每一个都包括至少一个热泵。
在本发明的一种具体实施方案的方法中，至少第二蓄水池位于需要被构建为具有独立于发电的辅助功能的主要功能的人造建筑物的地下或半地下下部中，并且由与所述第二蓄水池相关联的水力发电系统产生的电能至少部分地用于将电能本地供给至使所述第二蓄水池位于其下部中的人造建筑物或紧邻所述人造建筑物定位的相关联的建筑物。
附图说明
本发明的其它特征和优点将从以下以示例的方式给出并参照附图描述的本发明的具体实施例的描述呈现，其中：
图1为根据本发明的用于为供电网络产生补充电能的设备的示意性概图；
图2为用于为供电网络产生补充电能的设备的一种可行的实施例的示意性整体透视图；
图3和图4为本发明的设备的两个示例的正视图，且每个示例都包括多个第一蓄水池；
图5为本发明的包括具体泵-涡轮机系统的设备的一个示例的正视图；
图6和7分别为图5的泵-涡轮机系统的正视详图和平面详图；
图8为具有可以并入本发明的设备中的热泵的净水回路的制冷示意图；
图9为可以并入本发明的设备中的净水冷凝空调机的回路的制冷示意图；
图10A和10B为常规建筑结构的截面示意图；
图11A和11B为装配有本发明的蓄水池的建筑结构的示例的截面示意图；
图12为示出装配有本发明的设备的建筑物的生物气候正面的示例的示意性透视图；
图13为装配有本发明的蓄水池并产生冷空气流的建筑结构的示例的示意性截面图；
图14为装配有本发明的蓄水池并包括采用天然水体的冷却系统的建筑结构的示例的示意性截面图；
图15为装配有本发明的蓄水池并包括用于向建筑物供给卫生水的系统的建筑结构的示例的示意性截面图；
图16为装配有本发明的蓄水池并包括用于将水供给至着火点或洒水灭火系统的系统的建筑结构的一个示例的示意性截面图；以及
图17为用于本发明的设备的控制系统的一个示例的方框图。
具体实施方式
图1示出本发明的电能产生设备的多种示例。
供电网络的控制站1通过由化石燃料(煤，石油，天然气)或核燃料产生电能的多个常规发电机系统2至5管理电力的产生。这些常规发电机系统除了具有关于环境的缺点之外，还具有操作不灵活且因此不能容易地适应需求变化的缺点。最后，所述系统依赖于正在耗尽的不可再生化石燃料。
采用诸如风能、太阳能、地热能或潮汐能之类的可再生自然能的电能产生源6，7因此被添加至更多个常规能源以产生额外的电能。通过举例的方式，图1示出用于从太阳能以及岸上和海上风力电厂7产生电能的设备6。在图1中，以虚线表示能源和控制站1之间的电连接。例如，示出了海上风力涡轮机7和控制站1之间的电连接73以及太阳能电池板6和控制站1之间的电连接74。类似地以虚线表示用于将电力从与控制站1相关联的供电网络供给至多个建筑物200，200A，301的输电线71。
可再生能源的缺点在于，通过这种措施进行的电能的产生易受到气候变化的影响并且不能总是与峰值需求时间段相匹配。
因此理想的是能够临时储存所产生的能量以能够在峰值需求时间段期间顺序地释放该能量。
本发明利用借助于泵送-储存水力发电系统产生电能的原理，从而在低需求时间段期间，通过泵送并储存一定体积的水到至少一个上游蓄水池110中而积聚势能，且泵送所需要的能量从来自供电网络1的未使用的能量获取，并且因此成本低，或者直接或间接地从诸如上述能源6，7之类的可用环保能源获得，并且在高需求时间段期间，通过至少一个水力发电系统或微型发电机系统130将该势能转换成动能以产生电能，且水被供给到下游蓄水池120以等待在下一个低需求时间段期间被再次泵送。
为了储存目的，这种类型的已知设备通常采用有时离高能量需求地区非常远的天然池。
在其它情况中，构建带有人造蓄水池的设备，具体地针对专用于使能储存和补充电能产生的应用。在这种情况中，在一定高度处或地下构建蓄水池总是意味着非常高的投资，这意味着设备不是非常成本有效。
而且，理想的是将上游和下游蓄水池中的至少一些结合在被设计成用于其它目的的建筑物中，但到现在为止还未产生具体的实施方案，这是因为这种过程特别是在将蓄水池结合在建筑物的上部中时具有许多缺点。
在图1中示出了本发明的多个实施例，至少在这些示例中的第一个中，在建筑物100的下部中形成一个上游蓄水池110，所述上游蓄水池110需要被构建为用于除电力产生或水管理之外的具体的首要功能(例如停车场、办公室、住宅、文化或体育设施、仓库、工厂等)。这种建筑物因此不仅被构建为提供类似于水塔的蓄水池，而且具有不同的首要职能。将地下或半地下储存蓄水池110并入在建筑物的地基中仅构成该建筑物的辅助职能。由于建造建筑物所需的地基还提供蓄水池的基底结构的一部分并且反之亦然，因此构建泵送-储存水力发电系统的附加成本保持较小，并且通过受益于陆地的水平高度差而足以将位于低位的下游蓄水池定位在任何位置。
下游蓄水池120可以由人造湖构成，其优选为现有的天然水体，如湖、河道、海或海洋。
因此，单独下游蓄水池可以与类似于图1中的蓄水池110的多个上游蓄水池相关联。下游蓄水池120则构成共用储存设备，其体积大于或等于与该下游蓄水池协作的所有上游蓄水池110的体积。
各个液位传感器180与上游蓄水池110相关联，并且在需要的情况下，与构成共用下游蓄水池120的水体相关联，特别是在该水体没有比上游蓄水池110的体积大很多的体积时。
在图1的实施例中的一个中，专用于接收来自上游蓄水池110的水电微型发电机系统130位于下游蓄水池120附近，以能够将涡轮机放置为相对于上游蓄水池尽可能接近最大水平高度差，位于水道140的具有最少的弯曲的底部处，位于其中动能处于最大值的位置处。离开微型发电机系统130的涡轮机的水经由辅助管道被转移至共用下游蓄水池120。远程控制阀150放置在水道140上。
在一个可行的实施例中，水电发电系统130可以构成可逆机，其中液压部件可以与泵和涡轮机等同地工作，而电动部件也可以与马达或交流发电机等同地工作。发电机随后可以与用于双向流体流的管道一起运行。然而，在其它实施例中，单独的泵送系统连接至水电发电系统。在所研究的实施例中，两个不同的连通管道可以用在上游蓄水池和下游蓄水池之间，一个连通管道用于泵，另一个连通管道用于涡轮机，从而在必要时使得能够同时进行泵送和涡轮机和驱动。然而，如果仅需要交替驱动涡轮机和泵送，则证明针对双向液体流使用单独共用管道足以。
在蓄积模式中，经由线路74或72，73从太阳能电厂6或风力电厂7，例如，或者在低消耗时间段期间直接经由电能分配系统供给至控制站1的电能给向马达一样运转的机器供电，所述机器驱动泵以将水从下游蓄水池120提升至对应于所关注的水电发电系统的上游蓄水池110并增大势能。在释放模式中，接收在水道140中流动的水的动能的涡轮机驱动交流发电机，所述交流发电机产生经由线路171发送至控制站1的电能。
可以作为水头和流量的函数使用不同的涡轮机。例如，可以使用满足大多数情况下的需求的Kaplan、Francis或Pelton涡轮机。然而，不排除采用水力发电系统的其它更具体类型，例如Turgo或Banki涡轮机。
原则上，对于额定功率在100kW至1MW的范围内的水电发电系统来说，出于液压和经济原因，优选的是采用单独的涡轮机和泵，尽管可以设想组合涡轮机和泵的机器，只要小心地选择运行点即可。
对于在1MW至4MW的范围内的功率，通常还优选的是采用单独的涡轮机和泵。然而，在一些情况中，能够采用连接至泵的涡轮机，例如所谓的″Deriaz″涡轮机。
每个水电发电系统130还包括控制和监测单元。
蓄水池110和蓄水池120之间的连通水道140具有至少3％且优选大于5％的斜度，以及至少5米且优选在10m至50m的范围内的水平高度差，当然，如果环境地形允许，更大的水平高度差是可行的。
水道优选可以具有在0.3m至1m的范围内的直径，并且可以由例如钢或混凝土制成，或者由塑料和/或玻璃纤维制成。如果两个单独的单向管道用于驱动涡轮机和用于泵送，则在经验上用于每个管道的特性相同。
蓄水池110可以具有至少500m3的容积，但可以优选具有更大的容积，例如，在大约5000m3至30,000m3的范围内。而且，如下所述，能够采用安装在不同建筑物的地基中并彼此连接的多个蓄水池。
远程控制阀150位于将上游蓄水池110连接至水电发电系统130、至蓄水池110的输出、或者至水电发电系统130的输入的管道上。远程控制阀也可以被放置在水电发电系统130之外。
针对具有在大约5m至8m的范围内的低水头的实施方案，涡轮机的吸入压头和设备部件的位置使得能够直接连接至水体，该水体例如通过简单的沟渠或非加压管道而通向户外，因此紧邻上游蓄水池，且在适当时处于上游蓄水池的水平高度处。
应当注意到，针对大于约8米，即大于大气压的水头，涡轮机必需位于下游蓄水池120的海拔高度处，但不需要紧邻下游蓄水池120。因此能够远程地定位涡轮机和整个水电发电系统，以便在技术条件下它位于地下或不在地下，位于与诸如河之类的下游蓄水池120相同的水平高度处，而不是直接在河床上，并且因此不直接在下游蓄水池120附近，而是例如在上游蓄水池110下面的地下。
下文了描述了其中使用水力发电系统的实施例，其中该水力发电系统共用于结合在不同建筑物中并设置在大致相同的水平高度处的多个上游蓄水池。这使得通过将电能的产生集中在与多个上游蓄水池协作的单独水力发电系统中而能够使设计合理化并降低构建和维护成本。因而仅存在至主供电网络的控制和转换站1的一个连接。
仍然参照图1，可以看到本发明的另一个实施例，其中与在上述实施例中一样，在建筑物200的地基中形成游蓄水池210，但也可以以相同的方式在另一个建筑物200A的位于低于第一建筑物200的地基的水平高度的高度处的地基中形成下游蓄水池220。
在该结构中，上游蓄水池210和下游蓄水池220每一个都可以有利地与空调和/或包括热泵291，292的加热设备相关联，如下文所述，但自然地同样能够仅将蓄水池210或220中的一个与这种空调和/或加热设备相关联，并且同样地，在恰当时上述蓄水池110同样可以与热泵相关联。
上游蓄水池210和下游蓄水池220经由装配有远程控制阀250的至少一个管道240连通。包括可以放置在下游蓄水池220附近的涡轮机和泵送装置的水力发电系统230设置在管道240上。水力发电系统230具有与水力发电系统130相同的功能并经由线路271连接至供电网络的控制站1。液位传感器280A，280B与蓄水池210和220中的每一个相关联。
在具有结合在建筑物的地基中的上游蓄水池210和下游蓄水池220的实施例中，可以考虑下述特定情况，其中下游蓄水池220构成建筑物200A或相邻的相关联的建筑物的全部或一部分的空调设备的热源，且该空调设备包括至少一个热泵292。
以类似的方式，上游蓄水池210可以具有与建筑物200的空调设备相比相同的功能。然而，从热点来看，对上游蓄水池210可能有利的是行使用于加热建筑物200或相邻的相关联的建筑物的全部或一部分的设备的冷源功能，且所述加热设备包括至少一个热泵291。
下游蓄水池220自然地也可以行使用于加热建筑物200A或相邻的相关联的建筑物的全部或一部分的设备的冷源的功能，且所述加热设备包括至少一个热泵292。
仍然参照图1并参照图2，可以看到本发明的设备的另一个示例，其包括多部分上游蓄水池310，所述多部分上游蓄水池包括放置在第一建筑物301的地基中的第一单独蓄水池311以及放置在另一个建筑物303的地基中的至少一个第二单独蓄水池312，第一建筑物301可以为具有容纳货物或人的功能的任何类型的人造建筑物，并且还延伸到围绕建筑物301的停车场302之下，所述另一个建筑物303可以任选地与第一建筑物301的类型相同。位于大致相同水平高度处的这两个单独蓄水池311和312由平衡管道341互连。第一单独蓄水池311连接至水道340，所述水道340排放到位于比所有单独蓄水池311，312低的水平高度处并具有大于或等于单独蓄水池311，312的容积的总和的容积的下游蓄水池120中。因此，下游蓄水池120有利地由地面高度附近的天然或人造水体构成，例如，湖、河、海或水净化蓄水池。
由线路371连接至供电网络的控制站1并包括涡轮机和泵送装置的水力发电系统330以及连接至控制模块的远程控制阀350使得能够在峰值电力需求时间段期间在水在水道中从单独蓄水池311，312选择性地流动至下游蓄水池120时产生电能，并且在低电力需求时间段期间将水从下游蓄水池120向上泵送至上游单独蓄水池311，312。
如上所述，如果单独蓄水池311，312与下游蓄水池120之间的高度差相对较小，实际中在5米至8米的范围内，则水力发电系统330可以大致放置在与单独蓄水池311，312相同的水平高度处。这同样适用于其它实施例。在上述第三实施例，尽管存在高度差，但也能够将水力发电系统330安装在下游蓄水池120的水平高度处。而且，单独蓄水池311，312类似于上述实施例的蓄水池装配有液位传感器380A，380B。
图1和2示出与停车场相关联的建筑物301和303，该停车场包括装配有太阳能电池板6A的保护遮阳篷，太阳能电池板6A可以有助于将能量供给至水力发电系统330的泵送装置，与其它环保能源6，7或处于低需求时间段的供电网络一样环境友好。
图1还示出单独蓄水池311，312，其可以用作包括热泵391，392的空调设备的热源或用作也以类似方式包括热泵391，392的加热设备的冷源。在这里，空调或加热设备被示出为由建筑物301和303直接使用，在建筑物301和303的基座处形成蓄水池311和312，并且建筑物301和303可以例如为商业中心或办公楼，尽管空调和加热设备也可以位于连接建筑物301和303的附属建筑物中。
在图2中，可以看到，如果构成上游蓄水池310的单独蓄水池311，312形成在建筑物301和303的地基中并基本上构成封闭空间，则所述单独蓄水池311，312被划分成隔间，并且单独蓄水池311的部分361，362和单独蓄水池312的部分363通向大气以提供诸如自然冷却或起雾的辅助功能。下文涉及上游蓄水池的单独蓄水池中所含有的水的附加功能的其它示例。
图3和4以正视图示出本发明的设备的示例，其中仅示出蓄水池及其连接，尽管所述蓄水池及其连接被设计为结合在用于除了仅产生能量之外的用途的建筑物的地基中。
在图3和4中可以看到，下游蓄水池420以及包括主单独蓄水池411和一系列辅助单独蓄水池412至415的多部分上游蓄水池410，其中所述系列辅助单独蓄水池412至415位于与主单独蓄水池411相同的水平高度处并由平衡管道416至419互连。总共示出了5个单独蓄水池411至415，但该数量不是限制本发明，并且完全能够采用更少或更多数量的单独蓄水池，例如，总共10个单独蓄水池。涡轮机432位于下游蓄水池420上方并接收流入水道442的水流，水道442起始于主单独蓄水池411并且上面设有远程控制阀451。位于下游蓄水池420的水平高度处的泵431将水排放到管道441中，管道441装配有止回阀452并且任选地可以与水道442部分地重合。设置有排水阀453的附加管道443可以设置为平行于水道442。
图3的实施例与图4的实施例不同之处仅在于，下游蓄水池420存在于两部分中，包括面积有限的与溢流道相关联的第一蓄水池421。
在图3和4中，象征性地显示控制电路460，其用于在低电能消耗时间段期间经由线路461，471将泵送装置431和控制站1连接至配电网络，和在峰值电力消耗时间段期间经由线路462，471和控制站1将水力发电系统432连接至配电网络。在图3和4中还示出了远程控制阀451的控制线路463和任选线路474，所述任选线路474用于接收例如由太阳能电池板6A或风轮机7本地产生的电力以经由线路461将能量本地供给至控制电路460和泵431，从而除了或代替由控制站1管理的供电网络之外供给能量。电力网络可以为本地网路、区域网路、国家网络或跨国网络。
本发明存在多种变形例。特别地，与位于人造建筑物的地基中的下游蓄水池相关联的水力发电系统可以在峰值消耗时间段期间将电力供给至常规供电网络，同时排放先前在低消耗时间段中填满的上游蓄水池，但例如，它也可以使得能够以更加独立的方式向建筑物或相关联的建筑物，如停车场供给电力。如果可再生能源用来驱动用于从位于下游蓄水池中的储存水填充至少一个上游蓄水池的泵送装置，则独立性增强。虽然上游蓄水池(一个或多个)被排空，但由水力发电系统产生的电力例如可以本地地用来照亮房屋或给停车场中的电动车的电池充电，且该电能的其它类型的本地用途自然是可行的。
再次参照图1，可以看到本发明的另一个实施例，其中例如上游蓄水池315由独立于建筑物的天然或人造水体构成，下游蓄水池由以地下或半地下方式结合在诸如办公楼或商业中心之类的人造建筑物303，301的地基中的一个或多个蓄水池312，311构成。水道342将上游蓄水池315连接至位于蓄水池312，311的水平高度处的水力发电系统332。远程控制阀352位于水道342上。
本发明本身还适于级联布置。因此，如图1所示，蓄水池311和312构成用于采用上游蓄水池315(例如，湖)的第一设备的下游蓄水池，并且由平衡管道341连接的相同的蓄水池311和312可以构成采用例如海、湖或河的下游蓄水池120的另一个设备的上游蓄水池的单独蓄水池。对单独蓄水池311，312的数量不存在限制，但在以地下或半地下方式结合在人造建筑物的地基中的设备中必须总是存在至少一个蓄水池，以降低建筑物和蓄水池部分地共用的基础设施的成本，加固建筑物的地基的机械结构，并且还通过使得这些蓄水池中储存的大量水行使如下文更详细地描述的其它功能，特别是热功能而提供附加协同作用的可能性。
图5示出由平衡管道513连接至第二上游单独蓄水池512的第一上游单独蓄水池511，上游单独蓄水池511和512是封闭的并被包括在未示出的建筑物的地基中。例如，上游单独蓄水池511和512中的每一个分别具有3米的深度和30,000m3或15,000m3的容积。通过举例的方式，在高位单独蓄水池511，512中的上游水位N1和诸如河之类的低位接收器520中的下游水位N2之间限定5米的水头H(参见图6)。
图5示出位于低位接收器520的水平高度处的泵531和在低水头的情况下位于第一高位单独蓄水池511附近的涡轮机532的示例。涡轮机532因此可以通过诸如沟渠或非加压管道之类的敞开水路连接至高位水体。
图6和7以较大比例并以正视图和平面图示出涡轮机532和具有排出管541的泵531。
如果蓄水池还构成空调或加热设备的热源或冷源，则能够获得在能量方面特别节约的建筑群，这是因为用来调整电能的产生的水的体积还使得能够合理化加热设备和空调设备的操作，并且因此能够降低整体能耗。特别已知的是，超市非常需要能量用于空气调节和制冷，因此本发明的设备在同一建筑物中的存在或在它附近，例如，在停车场下，证明特别有益处。每个空调或加热设备可以包括多个小型热泵，而不是具有较高额定能量的单独热泵。
图8示出可以与本发明的设备一起使用的洁净水热泵回路10的示例的制冷示意图，其中构成冷源36的蓄水池安装在设有加热回路33的建筑物的地基中。
热泵10包括制冷流体流动回路，其包括至少一个冷凝器11、膨胀器12、蒸发器13、和压缩单元14，所述至少一个冷凝器11本身包括用于热交换的辅助回路，该辅助回路包括连接至加热回路33的进水口31和出水口32，蒸发器13本身包括用于热交换的辅助回路，该辅助回路包括连接至构成冷源36的地下或半地下蓄水池110；210；220；311，312的进水口34和出水口35。
更特别地，过滤器18和运行指示器19位于将冷凝器11连接至膨胀器12的管路15上。将蒸发器13连接至压缩单元14的管路16包括温度传感器20和低压传感器22。将压缩单元14连接至冷凝器11的管路17包括高压传感器21。
由于靠近蓄水池36和加热回路33，构成热泵10的所有部件11至22可以在有限的空间中聚集在一起。特别地，用于诸如氟利昂的制冷剂流体的整个回路可以被界限在缩小的空间中，并在地下或半地下专门房屋(technical premise)中靠近蓄水池36，这在经济操作和安全方面是有利的。特别地，由于制冷剂流体管的长度短，因此能量损失较低，制冷剂流体的消耗低，并且制冷流体流动回路可以被界限在远离朝公众开放的建筑物区域的空间中。容易经由蒸发器13与液体交换热量，并且位于蓄水池36中的水的温度自然大致适于在热泵中实现的热交换。
图9示出构成可以与本发明的设备一起使用的洁净水冷凝空调机的热泵回路10的示例的制冷示意图，其中构成热源43的蓄水池安装在设有空调设备(例如，设有冷藏陈列柜的)建筑物的地基中。
图9的冷凝空调机10的制冷示意图非常类似于图8的热泵10的制冷示意图，并且共用的元件带有相同的附图标记且不再对其进行描述。在图9的示意图中，冷凝器11包括连接至构成热源43的地下或半地下蓄水池110；210；311，312的进水口41和出水口42，而蒸发器13包括用于热交换流体(例如，水和防冻剂)的进口44，和用于同一热交换流体的连接至空调中的热交换流体回路或制冷回路46的出口45。
如在图8中的热泵中一样，由于靠近蓄水池43和冷却回路46，因此构成图9的冷凝空调机10的所有部件11至22可以在有限的空间中聚集在一起。特别地，冷凝器11可以安装在地下专门房屋中，从而减小制冷剂流体回路的长度，减少所需要的制冷剂流体的量，并将该制冷剂流体回路界限在远离对公众开放的区域的空间中。
注意到，给定大于约500m3的单独蓄水池容积，用于热泵或冷凝空调机的操作的水的量相对较低，并且蓄水池36或43中所含有的水的体积随着时间的变化对图8中的蒸发器13或图9中的冷凝器11没有明显的影响，特别是因为大约至少200m3的残留水体积一直存在于蓄水池36或43中，以防止与水力发电系统相关联的泵的停止引水(depriming)。因此可以作出规定，在每个蓄水池36或43中一直储存某个最小深度的水。然而，即使在蓄水池36或43中暂时缺水的情况中，虽然水由于其热惯性而是有好处的，但如果经由进口和出口34，35或41，42临时引入空气，则蒸发器13或冷凝器11内的热交换过程可以继续进行，使得加热或空调设备的运行可以没有风险地继续进行。
下文更特别地描述蓄水池结合在建筑物的地基中的实施例。
图10A和10B示出没有蓄水池的传统建筑物60，60A的示例，该建筑物包括上层建筑63，位于地面水平高度的地面64和固定在大地中的具有桩形式的地基61。图10A对应于需要与柱62相关联的深地基61加固上层建筑的粘质土，而图10B对应于不稳定性较少的地面，如沙土或白垩土，仍然需要半深或深地基61，但本质上不增加柱62。粘质土是高原的特性，而沙土和白垩土是山谷或河口的特性。
图11A和11B分别示出在类似于图10A和10B的土地的土地上的建筑物660，660A的示例，但其中蓄水池如本发明中教导的那样已经安装在地基中。
因此在图11A中可以看到，深地基661连接至水箱665，所述水箱665限定具有由地面664封闭并由支撑上层建筑663的柱662包围的一组隔间668的水密蓄水池。蓄水池的结构整体上不会明显使得土木工程比建造深地基更复杂，但存在具有构成浮箱式地基的底部的贮水池，并且隔间式蓄水池加固整个结构，并且因此提高建筑物的质量。
图11B的建筑物类似于图11A的建筑物，但考虑到不稳定性较少的地形性质而没有柱662。
在岩石或花岗岩区域中，具有更大面积或更小深度的蓄水池是优选的。
结合在建筑物的地基中的蓄水池可以具有在例如20cm至45cm的范围内(例如，30cm)的侧向厚度以及在10cm至25cm的范围内(例如，15cm)的底部厚度，这使得能够提供必要的机械强度，同时在不需要附加土木工程成本的情况下将这些壁结合在建筑物的地基中。
如上所述，蓄水池的面积和容积可以具有作为建筑物的结构和设备所需要的能量的函数的多个值。因此，可以设想结合在建筑物中的相对较小的单独蓄水池，例如，具有1200m3容积(例如2m×20m×30m)，2400m3容积(例如2m×30m×40m)，或4800m3容积(例如2m×40m×60m)，但单独蓄水池也可以较大，特别是在商业、手工艺、工业或服务业活动区域执行挖掘时。因而可以提供大的主单独蓄水池，例如，具有30,000m3容积(例如，3m×100m×100m)，例如具有15,000m3(例如，3m×50m×100m)的平均尺寸的1至10个辅助单独蓄水池。
结合在建筑物的地基中的每个单独蓄水池优选具有小于或等于12m的地下深度和小于或等于3m高度的上层建筑部。贮水池因此基本上不同于例如标准游泳池，但出于安全原因，每个地下或半地下蓄水池的至少主要部分的水体将被封闭。
根据地形，上游蓄水池和下游蓄水池之间的水头H通常可以在5m至100m的范围内变化。这些水道必须具有至少3％的斜度。在实际中，如果选择最多大约为水头的20倍的长度的水道，则水头损失和效率是可接受的。作为上游蓄水池中的水的体积(例如在45,000m3至180,000m3的范围内)的函数，例如，针对在1.45m至2.5m范围内的水道直径，可用的流量可以分别在4.2m3/s至16.7m3/s的范围内。在峰值时间段(具有三个小时的估计持续时间)中产生的电能与上游蓄水池中的水的体积和水头成比例可以在约450kWh至37,700kWh的范围内。
因此，采用总容积大于约70,000m3的上游蓄水池和等于或大于15米的水头获得技术和经济优化，但仍然能从大约500m3至1000m3范围的容积和5米的水头获得明显的优势。因此，本发明的设备适合产生在100kW至4MW的范围内，且更特别地在300kW至4MW的范围内的能量。
在任何情况中，单独蓄水池保持使得所述蓄水池可以结合在传统建筑物的地基中而不需要采用水坝建造技术并因此与常规构造建筑物相比不需要额外的土木工程投资的尺寸。
驱动泵自然需要能量，但可以在峰值时间段之外从环保能源(例如，太阳能或风能)或从处于低消耗时间段(无论是在网络上的负载不够时，还是在采用可用的电能缓和消耗并且因此调整网络的运行时)的供电网络本身有效地获得泵送能量。
所选择的涡轮机的类型本质上取决于可用的水头H。因此Kaplan涡轮机非常适合在大约5米至20米的范围内的低水头，而Francis或Pelton涡轮机优选用于例如在大约20米至100米的范围内的高水头。
水道的长度可以调整以适合环境。因此可以使用具有大约为水头的两倍的长度的短管道，或者长达约2千米的长管道，这种长管道例如可以沿着现有道路路线。管道的分段例如可以在0.3m至3m的范围内。
单独蓄水池之间的未被加压的平衡管道可以由混凝土、钢、PVC或玻璃纤维增强塑料制成。所述平衡管道产生小水头损失并且可以具有在0.2m至2.5m的范围内的分段。与同一水力发电系统相关联的同一组蓄水池中的两个单独蓄水池之间的距离，即平衡管道的长度，优选地小于或等于1000m。
以下将参照图12至16描述本发明的变形例，其中蓄水池具有除储存势能功能之外的一个或多个功能。
首先注意到，大量水在建筑物基底处的存在非常有助于通过自然热惯性效应调节环境温度。
而且，考虑到通过重复地在峰值能量需求时间段中排放和在低能量需求时间段中重新灌入引起的水的运动，水在蓄水池中不是不流动的并且不会引起污染问题。
低能量需求时间段和峰值能量需求时间段可以在同一天内交替，因此存在至少一些水在设置在建筑物下面的蓄水池和设置在不同水平高度处的第二蓄水池之间的日常的往返运动。
然而，本发明还适用于更大幅度的填充和排放过程，例如在数天或数周或甚至数月时间段内，从而考虑季节性消耗峰值。
而且，蓄水池中的总容积优选大于1000m3，优选至少为大约10,000m3，或者甚至比此容积大10倍，因此来自放置在建筑物中的蓄水池的水可以用于需要存在水但相对少量的其它辅助需求，而不影响用于形成势能要求的蓄水池功能。
通过举例的方式，图12为示出来自一蓄水池的隔间668的水的用途，该蓄水池具有底部665并被设置在一建筑物的地基661中，该建筑物具有地面664、前墙666和屋顶663，以形成生物气候正面并自然地冷却该正面。地下蓄水池的隔间668在正面前方设置在建筑物之外，且上表面通向大气，并且因此构成盛水池(retaining pool)。可以为透明或半透明的倾斜墙壁667放置在所述正面的前方并被水喷射，从而在该墙壁667和正面666之间提供一空间，以便通过移动在该隔间668中回收的水而被冷却的热外部空气沿着正面666在倾斜墙壁667后面上升以冷却正面666。在屋顶663的水平高度处被加热的空气也可以在建筑物内被冷却，这是因为地面664位于建筑物下面的地下蓄水池的剩余部分中的水量之上。
在正面形成的水壁和在正面的前方存在的敞开池除了温度调节作用之外还可以自然地产生美观效果。
图13示出根据本发明的在装配有地下或半地下蓄水池的建筑物660中获得的增强自然通风的示例。因此可以通过已知为能够控制热输入的Canadian well系统的系统自然地冷却建筑物。
来自外面的空气经由进口671被引入管道672的网络中，管道672可以具有盘管的形式并且放置在蓄水池的底部665上，从而能够通过与地下或半地下蓄水池中的水进行热交换来冷却空气。经由被高高地放置，例如放置在建筑物660的中央空间中的屋顶663中的出口673将管道672中的冷却空气回送到建筑物660内。箭头674和675象征性地表示空气的路径，该空气在被加热(箭头675)和从建筑物的上部排放到外面之前首先冷却建筑物内的大气(箭头674)。因此产生借助于对流的增强自然通风现象，而不消耗水但借助于水的存在。
图14示出自然冷却的另一个示例，如在图2的实施例中一样，通过为地下或半地下蓄水池的隔间668设置通向大气的池679而使这种自然冷却成为可能，池679可以用于多种用途：游泳池，装饰性池，起雾效果，雨水收集等。这种敞开池可以位于建筑物660的中心中的事实同样使得能够产生温度调节效应。如果需要，出于安全原因，通向大气的水表面由保护栅栏或网栅685覆盖。
图15示出可以采用上述全部变形但还包括设置在建筑物660的上层建筑中的管道676的网络的实施例。管道676被供给来自蓄水池的隔间668的水，并且可以用于其中允许使用雨水的所有应用：洒水设备，用作厕所678中的卫生水设备，用在汽车清洗设备677或其它清洁设备中等。
图16示出了图15的实施例的变形例，图15的实施例也可以与该变形例组合在一起。来自建筑物660下面的地下或半地下蓄水池的至少一些隔间668的水被供给至着火点684和/或柱681，从而供给至分布在建筑物的天花板或墙壁上的管道682的网络以及供给至准备在火灾情况中使用的洒水系统683。
如上所述，所描述的各种实施例可以相互组合。特别地，建筑物下面的地下或半地下蓄水池除了其储存势能的主要功能之外还可以行使下述功能：在形成用于采用热泵的加热设备的冷源或形成用于洁净水冷凝器空调或制冷设备的热源时，产生自然冷却建筑物内的大气，不涉及以上参照图14至16提及的其它补充用途。
在不增加附加土木工程成本或少量超支的情况下，在用来遮蔽货物或人的建筑物的地基中建造储存蓄水池因此具有实际的协同效应，那么使得能够储存水电能量并能够优化热能的交换的这种池的存在还机械地加固建筑物的整个结构。
以下参照图17的示意图描述总体控制电路100，通过举例方式，该控制电路100可以应用于参照图1描述的多个实施例，但也可以适用于其它实施例。作为对补充电能的当前需求和第一蓄水池中如由液位传感器180，280A，380A，380B测量的水位的函数，控制电路100构成用于与第一单独蓄水池110，210，311，312，315和一个或多个水力发电系统130，230，330，332相关联的远程控制阀的控制装置。
控制电路100接收分别来自液位传感器180，280A，280B，380A，380B的信息L1，L2，L3，L4，L5，来自控制站1的指示需要补充电能的信息I1，指示能够从太阳能电厂6获得太阳能的信息I6，指示能够从风力电厂7获得风能的信息I7，以及涉及可用于电力的产生的其它类型的诸如地热能或潮汐能的可再生能源的可能信息。
控制电路100将控制信号V150，V250，V350，V352分别传送至远程控制阀150，250，350，352，并将控制信息U130，U230，U330，U332传送至现有水力发电系统130，230，330，332，用于根据环境进行涡轮机驱动或泵送，这表示在配电网络中需要从积聚的势能产生的补充电能或来自可再生能源或者可替换地或另外地来自处于低消耗时间段的标准能源的电能，从而使得能够通过泵送替换积聚的势能。
对所有的蓄水池来说可以通过打开相关联的远程控制阀同时排放上游蓄水池110，210，311，312，尽管可以是局部的，或者随着时间逐渐并连续地进行，但是上游蓄水池在另一个上游蓄水池已经排空之后立即打开。
控制电路100包括中央单元，其被编程为作为检测到的电力产生需求的函数打开各种远程控制电磁阀。控制电路100还通过在通过网络或通过诸如风能系统7或太阳能系统6的本地系统产生过量电力时的时间段中从共用下游蓄水池120或独立的下游蓄水池220泵送而控制上游蓄水池110，210，311，312的填充。控制电路100还通过在已经从下游蓄水池120填满蓄水池312时从蓄水池312进行泵送而控制上游蓄水池315的至少部分填充。然而，蓄水池315也可以由例如通过雨水被独立地供给的水体构成，并且蓄水池312可以仅用作下游蓄水池而不通过管道341连接至蓄水池311。
本发明本身自然适于不同的变化，并且具体地参照图1描述的实施例特别地可以被彼此独立地使用并连接至不同的控制站，而不是必需连接至单独中央控制站。

Claims (20)

1.一种用于为供电网络产生补充电能的设备，包括：
至少第一蓄水池和第二蓄水池，第一蓄水池(110；210；311，312；315；411至415；511，512)位于第一水平高度处，第二蓄水池(120；220；311，312；420；520)位于比第一水平高度低至少5米的水平高度差的第二水平高度处；
至少一个连通管道(140；240；340；342；441，442；541)，在第一蓄水池(110；210；311，312；315；411至415；511，512)和第二蓄水池(120；220；311，312；420；520)之间，具有至少3％的斜度并设有至少一个远程控制阀(150；250；350；352；451；541)；
水力发电系统(130；230；330；332；432；532)；
泵送装置(431；531)；和
控制电路(460)，
所述设备的特征在于，
所述第一蓄水池和所述第二蓄水池(110；210；311，312；315；411至415；511，512；120；220；311，312；420；520)中的至少一个包括一个或多个单独蓄水池，所述一个或多个单独蓄水池以地下或半地下方式结合在人造建筑物(100；200；300)的地基中，所述人造建筑物需要被构建为具有独立于发电的辅助功能的遮蔽货物或人的主要功能，
以地下或半地下方式结合在人造建筑物(100；200；200A；300)的地基中的所述一个或多个单独蓄水池(110；210；220；311，312；411至415；511，512)具有在1000m3至150,000m3的范围内的总容积，
所述第一蓄水池和所述第二蓄水池(110；210；311，312；315；411至415；511，512；120；220；311，312；420；520)中的另一个同样采用地面的天然斜度位于地平面处，并且
水电发电系统(130；230；330；432；532)具有在100kW至4MW的范围内的额定功率。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，
第一蓄水池(210)以地下或半地下方式结合在第一人造建筑物(200)的地基中，所述第一人造建筑物需要被构建为具有独立于发电的辅助功能的遮蔽货物或人的主要功能，并且
采用地面的天然斜度位于地平面处的第二蓄水池(220)以地下或半地下方式结合在第二人造建筑物(250)的地基中，所述第二人造建筑物需要被构建为具有独立于发电的辅助功能的遮蔽货物或人的主要功能。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，以地下方式结合在人造建筑物的地基中的至少一个单独蓄水池(210；220；311；312)还与用于所述人造建筑物(200；300)或相关联的建筑物中的一些或全部的空调设备(10，46)或制冷设备协作，所述空调设备(10，46)或所述制冷设备包括膨胀器(12)、被从所述单独蓄水池(210；220；311；312)供给水的至少一个冷凝器(11)、被供给热交换流体的蒸发器(13)、和压缩单元(14)。
4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，以地下方式结合在人造建筑物的地基中的至少一个单独蓄水池(210；220；311；312)还与用于加热所述人造建筑物(200；300)或相关联的建筑物中的一些或全部的设备(10，33)协作，所述加热设备(10，33)包括膨胀器(12)、被从加热回路供给水的至少一个冷凝器(11)、被从所述单独蓄水池(210；220；311；312)供给水的蒸发器(13)、和压缩单元(14)。
5.根据权利要求1，3或4中任一项所述的设备，其特征在于，所述第一蓄水池和所述第二蓄水池中的一个(315；120)位于建筑物之外并在地平面处构成天然或人造水体。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的设备，其特征在于，所述水平高度差在5米至8米的范围内，并且水力发电系统(532)位于所述第一蓄水池(511，512)附近。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的设备，其特征在于，所述水平高度差大于8米，并且水力发电系统和泵送装置位于所述第二蓄水池(120；220)的高度处但远离所述第二蓄水池(120；220)。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的设备，其特征在于，控制电路(460)包括用于在低电力消耗时间段期间将泵送装置(431)连接至所述配电网络(1)的单元(461，471)和用于在峰值电力消耗时间段期间将水力发电系统(432)连接至所述配电网络(1)的单元(462，471)。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的设备，其特征在于，控制电路(460)包括用于在低电力消耗时间段期间将泵送装置(431)连接至诸如太阳能或风能之类的环保天然能源(6A，7)的单元(461，474)和用于在峰值电力消耗时间段期间将水力发电系统(432)连接至所述配电网络(1)的单元(462，471)。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的设备，其特征在于，以地下或半地下方式结合在人造建筑物(100；200；200A；300)的地基中的所述蓄水池包括多个单独蓄水池(311，312；411至415；511，512)，所述多个单独蓄水池设置在单独的建筑物(301，303)中并通过平衡管道(341；416至419；513)互连。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的设备，其特征在于，以地下或半地下方式结合在人造建筑物(100；200；200A；300)的地基中的所述蓄水池包括还连接至自然冷却设备(667；671至673)、洒水设备、清洁设备(677，678)或消防设备(681至684)的至少一个单独蓄水池(668)。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的设备，其特征在于，液位传感器(180；280A，280B；380A，380B)与以地下或半地下方式结合在人造建筑物(100；200；200A；300)的地基中的蓄水池的每个单独蓄水池(110，210，311，312)相关联。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的设备，其特征在于，以地下或半地下方式结合在人造建筑物(100；200；200A；300)的地基中的所述蓄水池(110；210；311，312；411至415；511，512)包括一个或多个单独蓄水池，所述一个或多个单独蓄水池中的每一个都具有小于或等于12m的地下深度和具有小于或等于3m的高度的上层建筑部。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的设备，其特征在于，以地下或半地下方式结合在人造建筑物(100；200；200A；300)的地基中的所述蓄水池(110；210；220；311，312；411至415；511，512)包括连接至水箱(665)的深地基(661)，所述水箱(665)限定水密蓄水池，该水密蓄水池具有由地面(664)封闭的一组隔间(668)。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的设备，其特征在于，以地下或半地下方式结合在人造建筑物(100；200；200A；300)的地基中的所述蓄水池(110；210；220；311，312；411至415；511，512)具有在20cm至45cm的范围内的侧向壁厚和在10cm至25cm的范围内的底部厚度。
16.一种为供电网络产生补充电能的方法，该方法至少包括下述步骤：
第一步骤，在所述第一步骤中，采用第一电能源驱动泵送装置(431；531)以将水从位于第二水平高度处的第二蓄水池(120；220；311，312，420；520)泵送至位于第一水平高度处的第一蓄水池(110；210；311，312；411至415；511，512)，所述第一水平高度以至少5米的水平高度差和至少3％的斜度高于第二水平高度，以及
第二步骤，在所述第二步骤中，从所述第一蓄水池(110；210；311，312；315；411至415；511，512)向水力发电系统(130；230；330；332；432；532)进行供给，
所述方法的特征在于，
所述方法包括预备步骤，在所述预备步骤中，从位于需要被构建为具有独立于发电的辅助功能的主要功能的人造建筑物(100；200；300)的地下或半地下下部中的至少一个单独蓄水池中提供所述第一蓄水池和所述第二蓄水池(110；210；311，312；315；411至415；511，512；120；220；311，312；420；520)中的至少一个，以地下或半地下方式结合在人造建筑物(100；200；200A；300)的地基中的所述至少一个单独蓄水池(110；210；220；311，312；411至415；511，512)具有在1000m3至150,000m3的范围内的总容积，所述第一蓄水池和所述第二蓄水池(110；210；311，312；315；411至415；511，512；120；220；311，312；420；520)中的另一个同样采用地面的天然斜度位于地平面处，并且水力发电系统(130；230；330；432；532)具有在100kW至4MW的范围内的额定功率。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第一蓄水池(110；210；311，312；411至415；511，512)还构成用于空调设备(10，46)或制冷设备的热源(43)或用于加热所述人造建筑物(200；300)或相关联的建筑物中的一些或全部的设备(10，33)的冷源(36)，所述空调设备(10，46)或所述制冷设备以及所述加热设备(10，33)每一个都包括至少一个热泵(10)。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，水从所述第二蓄水池(120；220；311，312；420；520)被泵送，并且至少部分地经由带有双向流体流的共用管道(140；240；340；441，442；541)从所述第一蓄水池(110；210；311，312；315；411至415；511，512)向水力发电系统(130；230；330；332；432；532)供给水。
19.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，水经由装配有至少一个远程控制阀(150；250；350；352；451；541)的第一连通管道(140；240；340；342；441，442；541)从所述第二蓄水池(120；220；311，312；420；520)被泵送，并且水力发电系统(130；230；330；332；432；532)经由装配有至少一个远程控制阀(150；250；350；352；451；541)的至少一个第二连通管道(140；240；340；441，442；541)被从所述第一蓄水池(110；210；311，312；315；411至415；511，512)供给水。
20.根据权利要求16-19中任一项所述的方法，其特征在于，至少第二蓄水池(220；311，312；420；520)位于需要被构建为具有独立于发电的辅助功能的主要功能的人造建筑物(100；200；300)的地下或半地下下部中，并且由与所述第二蓄水池(220；311，312；420；520)相关联的水力发电系统(230；330；332；432；532)产生的电能至少部分地用于将电能本地供给至所述第二蓄水池(220；311，312；420；520)位于其下部中的人造建筑物(200A；301，302，303)或紧邻所述人造建筑物(303)定位的相关联的建筑物(304)。
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