DE102008022033A1 - Interface for high-voltage network for transportation of electric power, has sea-link connected to power supply system, and high sea-battery ship/tanker transporting flow batteries for coupling high-voltage network by high-voltage line - Google Patents
Interface for high-voltage network for transportation of electric power, has sea-link connected to power supply system, and high sea-battery ship/tanker transporting flow batteries for coupling high-voltage network by high-voltage line Download PDFInfo
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Abstract
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung bietet mit dem Ferntransport von Energie eine Möglichkeit Stromnetze weltweit zu koppeln.The Invention provides a way with the long-distance transport of energy To couple power grids worldwide.
Fossile Energieträger der Stromerzeugung werden zunehmend durch regenerative Energie ersetzt. Dabei ist die direkte Nutzung der Sonneneinstrahlung oder die großflächige Nutzung von Wind- und Wellenenergie von zentraler Bedeutung. Die Zentren des maximalen Energieangebotes liegen oftmals jedoch sehr weit entfernt von Zentren hohen Verbrauchs. Die Kopplung der Zentren mit Energieangebotsüberschuss an die Zentren mit Verbrauchsüberschuss ist schwierig. Neben der an Land und in nahen Off-Shore-Bereich möglichen HVDC-Anbindung wird durch diese Erfindung eine weitere Möglichkeit eröffnet, die auch mehrere 1.000 km entfernte Zentren miteinander koppelt.fossil fuels Electricity generation is increasingly being replaced by renewable energy. Here is the direct use of solar radiation or large-scale use of wind and wave energy of central importance. The centers However, the maximum energy supply is often very far away from centers of high consumption. The coupling of centers with excess energy supply to the centers with surplus consumption is difficult. In addition to on land and in near-shore area potential HVDC connection is another possibility by this invention opened, which also couples centers several thousand miles away.
Zur Kopplung werden Schiffe eingesetzt, die mittels Batterieaufladung die Elektrische Energie an küstennahen Sea-Links übernehmen und abgeben können. Als Batteriesysteme werden Feststoffbatterien eingesetzt, wie z. B. die Li-Ionen-Sekundär-Batterie oder es werden die Elektrolyten von Flow-Batterien mittels Tankschiffen transportiert.to Coupling ships are used by means of battery charging the electrical energy at offshore Take over Sea-Links and leave. As battery systems solid batteries are used, such. As the Li-ion secondary battery or it will be the electrolytes of flow batteries by tankers transported.
Beschreibung des Stands der TechnikDescription of the state of the technology
Durch die vermehrte Verwendung regenerativer Energieträger bei der Stromerzeugung stellt sich zunehmend die Problemstellung, dass die Standorte höchster Energieverfügbarkeit weit entfernt liegen von den Zentren höchsten Energiebedarfs.By the increased use of renewable energy sources in power generation increasingly poses the problem that the sites highest energy availability far away from the centers of highest energy demand.
Die für die Stromerzeugung attraktiven Energiequellen sind Sonne, Wind und Wellenkraft. Diese Energiequellen müssen in der Regel über große Flächen hinweg eingesammelt werden, z. B. von Solarzellenfeldern, mit Parabolspiegelfeldern betriebenen Kraftwerken oder von Windkraftanlagen. Der Transport aus diesen so genannten Netzen mit Erzeugerüberschuss erfolgt momentan hauptsächlich mit Wechselstromhochspannungsnetzen und zunehmend mit Gleichstromhochspannungsnetzen (HVDC). Die Reichweite dieser Netze ist jedoch begrenzt, bei Wechselspannungsnetzen durch mit der Entfernung stark ansteigende Verlusten, bei Gleichstromleitungen durch hohe Kosten.The for the Power generation attractive sources of energy are sun, wind and wave power. These energy sources need usually over size surfaces be collected away, z. B. of solar cell fields, with parabolic mirror fields operated power plants or wind turbines. The transport from these so-called networks with producer surplus takes place at the moment mainly with AC high voltage networks and increasingly with DC high voltage networks (HVDC). The range of these networks is limited, however, with AC networks by losses that increase sharply with the distance, with DC cables through high costs.
Durch die Entwicklung modernen Batteriekonzepte wie der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie oder der Flow Batterie ist es mittlerweile möglich, sehr große Strommengen zu speichern. Die weitere Entwicklung beider Batterietechnologie deutet auf ein noch erhebliches Potential bezüglich Kostendegression, Energiedichte und Massenverfügbarkeit.By the development of modern battery concepts such as the lithium-ion secondary battery or the flow battery, it is now possible, very large amounts of electricity save. The further development of both battery technology indicates a still significant potential in terms of cost degression, energy density and mass availability.
Mit dieser Erfindung wird ein alternativer Weg eingeführt, auf dem Stromnetze über beliebig weite Distanzen miteinander verbunden werden können. Die jeweiligen Stromnetze werden erfindungsgemäß mit einem Sea-Link ausgestattet. An diesem Sea-Link werden nun Hochseeschiffe mit elektrischer Energie beladen und können diese so über beliebige Distanzen transportieren. Dadurch ist es erstmals möglich, elektrische Energie weltweit von Erzeugernetzwerken zu Verbrauchernetzwerken zu transportieren.With This invention introduces an alternative route the power grid over Any distance can be connected to each other. The respective power grids are equipped according to the invention with a Sea-Link. On this Sea-Link are now seagoing ships with electrical energy loaded and can this way over transport any distance. This makes it possible for the first time, electrical Energy worldwide from producer networks to consumer networks to transport.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Die erfindungsgemäße Netzkopplung besteht aus diesen Komponenten:
- 1. Sea-Link mit Anbindung ans lokale Stromnetz
- 2. Hochsee-Batterieschiffe/Tanker zum Elektrolyttransport
- 1. Sea-Link with connection to the local power grid
- 2. High-sea battery ships / tankers for electrolyte transport
Die
Sea-Links dienen auf der Erzeugerseite dazu, aus lokalen Hochspannungsnetzen
Strom zu entnehmen und diesen in auf Hochseeschiffen platzierten
Großbatterien
zu speichern. Auf der Nachfragerseite werden am Seelink die Großbatterien
anlandender Batterieschiffe entladen und in das lokale Netz eingespeist
(siehe
Die Systeme können grundsätzlich mit zwei verschiedenen Batteriekonzepten betrieben werden:
- 1. Feststoffbatterien
- 2. Flow Batterien.
- 1. Solid batteries
- 2. Flow batteries.
Sea-LinkSea-Link
Das Sea-Link hat je nach verwendetem System eine jeweils unterschiedliche Auslegung. Die in beiden Auslegungen einheitlichen Komponenten sind:
- 1. Anbindung an das lokale Hochspannungsnetz
- 2. Anlandestelle für Hochseeschiffe
- 3. Transformator-Einheit zur Erzeugung der Lade-/Entladespannung
- 4. Gleichrichtereinheit zur Umformung von Wechsel- auf Gleichstrom
- 5. Einrichtungen zur Filterung auf AC- und DC-Ebene
- 6. Kontroll- und Steuerungseinrichtung.
- 1. Connection to the local high-voltage network
- 2. Landing point for ocean-going vessels
- 3. Transformer unit for generating the charge / discharge voltage
- 4. Rectifier unit for converting from alternating to direct current
- 5. Equipment for filtering at AC and DC level
- 6. Control and regulation device.
Mittels einer Hochspannungsleitung wird eine Anbindung an das lokale Hochspannungs-Stromnetz hergestellt. Im ersten Schritt wird die Netzspannung des Hochspannungsstromnetzes über eine Transformatorstation auf die Betriebsspannung des Sea-Links transformiert und dann über einen Tyristor-Konverter in Gleichstrom überführt. Dabei sind stabilisierende Komponenten zur Filterung vorzusehen wie auf Wechselstromseite eine AC-Filterung über LC-Glieder und Shunt Kondensatoren. Auf Gleichstromseite sind ebenso LC-Glieder zur DC-Filterung zu verwenden. Alternativ kann die Gleichrichtung auch über Valves erfolgen, die aus IGBT-Transistoren/Dioden bestehen. In diesem Fall ist ein Phasen-Reaktor vorzuschalten und zur Filterung ist ein Harmonischer Filter in LC-Auslegung zu verwenden. Auf DC-Seite wird ein Kondensator eingesetzt.A high-voltage line is used to connect to the local high-voltage power grid. In the first step, the mains voltage of the high-voltage power supply network is transformed via a transformer station to the operating voltage of the sea link and then converted into direct current via a thyristor converter. Stabilizing components should be used for filtering, as should an AC-Fil on the AC side via LC elements and shunt capacitors. On the DC side, LC elements are also to be used for DC filtering. Alternatively, the rectification can also be done via valves, which consist of IGBT transistors / diodes. In this case, precede a phase reactor and use an LC-type Harmonic Filter for filtering. On the DC side, a capacitor is used.
Die Kontroll- und Steuerungseinrichtung ist die Zentrale Einheit zur Überwachung des Sea-Links. Die Anlandestelle ermöglicht es Hochseeschiffen, zur Auf- oder Entladung, bzw. zum Elektrolytaustausch festzumachen.The Control and monitoring device is the central unit for monitoring of the Sea-Link. The Landing point allows to fix it to ocean-going vessels for loading, unloading or exchanging electrolytes.
Im
Falle einer Auslegung ausschließlich
für Hochsee-Batterieschiffe
(siehe
- 7. Ladevorrichtung Landseitig
- 8. Stromübergabevorrichtung.
- 7. Loader Landside
- 8. Power transfer device.
Die Ladevorrichtung Landseitig dient der Steuerung des Ladestroms und dessen Anpassung an den Ladevorgang. Die Stromübergabevorrichtung führt das oder die Ladestromkabel zum Batterieschiff und ermöglicht deren Verbindung mit der Batterieschiff seitigen Ladevorrichtung.The Charger Landside is used to control the charging current and its adaptation to the charging process. The power transfer device performs the or the charging cable to the battery ship and allows their Connection with the battery ship side loader.
Im
Falle einer Auslegung ausschließlich
für Tanker
zum Elektrolytransport (siehe
Es
werden diese Komponenten benötigt
(siehe
- 7. Flow Batterie
- 8. Elektrolyttanks der Flow Batterie
- 9. Elektrolyttanks des Tankers
- 10. Tanker
- 11. Pumpstation des Sea-Links
- 12. Tanker-Kontrollstation
- 7. Flow battery
- 8. Electrolyte tanks of the flow battery
- 9. Electrolyte tanks of the tanker
- 10. Tanker
- 11. Pumping station of the Sea-Link
- 12. Tanker control station
Die Flow-Batterie dient auf Erzeugerseite der Herstellung der energiereichen Elektrolyte, die dann über Elektrolyttanker verschifft werden. Dazu wird eine Großzahl von Flow-Batteriezellen zu Flow-Batterie-Einheiten in Reihe geschaltet. Diese Flow-Batterie-Einheiten werden wiederum zu Flow-Batterie-Komplexen parallel geschaltet.The Flow battery is used on the generator side of the production of high-energy Electrolytes then over Electrolyte tankers are shipped. This will be a large number of Flow battery cells connected to flow battery units in series. These flow battery units are in turn connected in parallel to flow battery complexes.
Die Flow Batteriezellen bestehen aus durch eine Membran getrennten Elektroden, die von einem flüssigen Elektrolyten durchströmt werden. Der Elektrolyt jeder Elektrodeseite wird aus Arbeitstanks bereitgestellt, durchströmt die Zellen und wird wieder in Arbeitstanks aufgefangen. Die Arbeitstanks werden mit Beginn eines Lade-/Entladezyklus aus dem Vorlagentank befüllt, welcher vom Elektrolyt-Tanker aus gefüllt wurde. Nach Beendigung des Lade-/Entladezyklus wird der Elektrolyt in den Auffangtank entleert. Die Einheit steht dann zu einem weiteren Zyklus bereit. Die Elektrolyten der Auffangtanks stehen für die Betankung der Elektrolyt-Tanker zur Verfügung. Die Betankung erfolgt über die Pumpstation des Sea-Links zur Tanker-Kontrollstation, die wiederum die Befüllung der Tanks überwacht. Auf der Bedarfseite läuft der Vorgang entgegengesetzt ab.The Flow battery cells consist of electrodes separated by a membrane, that of a liquid Electrolytes flows through become. The electrolyte of each electrical side is made up of working tanks provided, flows through the cells and is collected again in working tanks. The work tanks are removed from the template tank at the beginning of a charge / discharge cycle filled, which was filled by the electrolyte tanker. After completion the charge / discharge cycle, the electrolyte is discharged into the collecting tank. The Unit is then ready for another cycle. The electrolytes the catch tanks stand for the refueling of the electrolytic tanker available. Refueling is via the Pumping station of the Sea-Link to the tanker control station, which in turn monitors the filling of the tanks. On the demand side is running the process is opposite.
In der Regel sind je Elektrolyt (Anode und Kathode) ein Vorlagetanksystem und ein Auffangtanksystem vorzusehen. Somit werden in der Regel 4 Tanksysteme benötigt.In As a rule, each electrolyte (anode and cathode) is a reservoir tank system and to provide a catchment tank system. Thus, usually 4 Tank systems needed.
Die Sea-Links können auch eine Kombination von Feststoff-Batterie und Flow-Batteriesystemen beinhalten sowie eine beliebige Anzahl unterschiedlicher Technologien bedienen. Weiterhin können sie Umladestationen für Container-Batterien oder Elektrolyte beinhalten, um die Energie per Binnenschiff, Bahn- oder Straßentransport weiter zu transportieren. Es kann somit eine kabellose Infrastruktur aufgebaut werden, die die Versorgung von Insellagen ohne die Notwendigkeit aufwendiger Hochspannungsnetze ermöglicht. In diesem Falle können die Batteriecontainer beispielsweise mit handelsüblichen Trailer-LKW transportiert werden. Die Elektrolyte können mit geeigneten Tankfahrzeugen transportiert werden. Die Links müssen in diesen Fällen nicht an der See liegen.The Sea-links can also include a combination of solid-state battery and flow battery systems and any number of different technologies. Furthermore you can they reloading stations for Container batteries or electrolytes involve the energy transported by inland waterway, train or road transport. It can thus be built a wireless infrastructure, the the supply of island locations without the need more expensive High voltage networks allows. In this case you can the battery container, for example, transported with commercial trailer truck become. The electrolytes can with suitable tank vehicles are transported. The links must be in these cases do not lie on the lake.
Hochsee-BatterieschiffOcean-going ship battery
Die am Sea-Link übernommene elektrische Energie wird in Batterien gespeichert, die das Hochsee-Batterieschiff mitführt. Es können beliebige Batterietechnologien zum Einsatz kommen, vorzugsweise Batterien mit hoher Energiedichte bei positivem Sicherheitsverhalten wie z. B. Li-Eisenphosphat-Batterien.The acquired on Sea-Link electrical energy is stored in batteries that the deep-sea battery ship carries. It can Any battery technologies are used, preferably Batteries with high energy density with positive safety behavior such as B. Li-iron phosphate batteries.
Die einzelnen Zellen sollten möglichst großformatig sein. Sie werden wiederum zu Batterien zusammengeschaltet. Dabei ist eine Anzahl von Zellen zu einer Batterie in Reihe zu schalten, bis die gewünschte Lade- und Entladespannung erreicht ist. Vorzugsweise kann die Spannung bis zu mehreren Tausend Volt betragen. Noch vorzugsweiser 500–2.000 Volt. Eine passende Anzahl Batterien dieser Ausprägung sind dann in einem Überseecontainer zu einem Batterie-Containerpack parallel zu schalten. Neben der Anordnung in Überseecontainern kann auch jede andere geeignete Anordnung der Batterie im Innern und/oder auf Deck des Hochseeschiffes erfolgen.The individual cells should be as possible large format be. They are in turn connected to batteries. there is a number of cells to connect in series to a battery until the desired Charging and discharging voltage is reached. Preferably, the voltage up to several thousand volts. Even more preferably 500-2,000 volts. A suitable number of batteries of this type are then in an overseas container to switch to a battery container pack in parallel. In addition to the Arrangement in overseas containers can also be any other suitable arrangement of the battery inside and / or on the deck of the ocean-going vessel.
Der Batterie-Containerpack enthält neben den Batteriezellen zusätzlich eine Sensor- und Steuereinheit, die den Lade- und Entladevorgang sowie und den Zustand der einzelnen Batterien auf Ebene der Container überwacht und die Betriebsdaten an die Batterieschiff seitige Ladeeinheit weitergibt.Of the Contains battery container pack in addition to the battery cells in addition a sensor and control unit that controls the charging and discharging process and monitor the condition of each battery at the level of the container and the operating data to the battery ship side loading unit passes.
Weiterhin sind Kühlvorrichtungen vorzusehen, die die bei der Ladung und Entladung entstehende Wärme abführen. Vorzugsweise wird die Wärme über wärmeleitfähige Halterungen an die Außenwand abgeführt. Es kann aber auch eine Luftkühlung oder Kühlung mit einem flüssigen Wärmeträger vorgesehen werden.Farther are cooling devices to dissipate the heat generated during charging and discharging. Preferably The heat is transferred via thermally conductive mounts to the outside wall dissipated. But it can also be an air cooling or cooling with a liquid Provided heat transfer become.
Sollte die Ableitung der Wärme über die Außenwand nicht ausreichend sein, sind weiterhin Ableitungen für Kühlluft oder flüssige Kühlmittel vorzusehen. Kühlmittelleitungen können vorzugsweise von auf senkrecht in den Seitenbereichen oder Ecken laufenden Durchleitungen aus abzweigen. Die Kühlleitungen werden einer zentralen Kühlanlage zugeführt, die die Wärme zur Nutzung an Land leitet oder über Wärmetauscher dem Wasser oder der Umgebungsluft zuführt.Should the dissipation of heat over the outer wall are not sufficient, are still discharges for cooling air or liquid coolant provided. Coolant lines can preferably from running vertically in the side areas or corners Diverge outlets. The cooling pipes become a central one refrigeration Equipment supplied the heat for use on land conducts or over heat exchangers to the water or the ambient air.
Weiterhin sind Steckvorrichtungen für die Stromzuleitung und für Datenleitungen vorzusehen. Die Stromzuleitung kann vorzugsweise von in senkrecht durch den Container laufenden Erschließungsleitungen abzweigen. In diesem Fall sind sowohl in der Containerdecke als auch im Containerboden Steckverbindungen vorzusehen, die beim Stapeln des Containers automatisch ineinander greifen. Auch die Datenanbindung kann in dieser Weise ausgeführt werden. Auf der obersten Ebene der Container-Stapel werden vorzugsweise die Stromleitungen zusammengeschaltet und der Batterieschiff seitigen Ladevorrichtung zugeführt.Farther are plug-in devices for the power supply and for Provide data lines. The power supply line may preferably of in vertical through the container running development lines branch. In this case, both in the container ceiling as Also provide in the container floor connectors that when stacking the Containers automatically mesh. Also the data connection can be executed in this way. At the top level of the container stacks are preferably the power lines connected together and the battery ship side Charging device supplied.
Die Stromleitungen sind dabei im Standby-Modus stromlos und werden erst mit Einleitung des Betriebsmodus (Entladung, Ladung) an die Batterpacks angeschlossen.The Power lines are de-energized in standby mode and are only with initiation of operating mode (discharge, charge) to the batter packs connected.
Elektrolyt-TankerElectrolyte tanker
Der Transport der Elektrolyte erfolgt durch Tankschiffe. Diese Elektrolyt-Tanker übernehmen die Elektrolyte im aufgeladenen Zustand vom Sea-Link eines Erzeugungsnetzes und transportieren diese zu einem Sea-Link eines Bedarfsnetzes. Dort tauschen sie die Elektrolyte gegen entsprechende des entladenen Zustandes aus. Die Elektrolyttanker wird am Sea-Link durch die dortige Pumpstation befüllt oder entleert. Die Tanker seitige Kontrollstation ist bei der Überwachung des Vorgangs mit der Kontrollstation des Sea-Links verbunden.Of the The electrolytes are transported by tankers. Take over this electrolytic tanker the electrolytes in the charged state from the Sea-Link of a generation network and transport them to a Sea-Link of a demand network. There they exchange the electrolytes for corresponding ones of the discharged ones Condition. The electrolyte tanker will be on Sea-Link through the local Filling station or emptied. The tanker side control station is under surveillance connected to the control station of the Sea-Link.
Ein
einzelner Tanker kann sowohl beide oder mehrere Elektrolyten parallel
tauschen (siehe
Als Batterien im Sinne der Erfindung sind Stromspeicher zu verstehen, die mehrmals entladen und wieder aufgeladen werden können.When Batteries in the sense of the invention are to be understood as current storage, which can be discharged several times and recharged.
Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102008022033A DE102008022033A1 (en) | 2008-05-04 | 2008-05-04 | Interface for high-voltage network for transportation of electric power, has sea-link connected to power supply system, and high sea-battery ship/tanker transporting flow batteries for coupling high-voltage network by high-voltage line |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102008022033A DE102008022033A1 (en) | 2008-05-04 | 2008-05-04 | Interface for high-voltage network for transportation of electric power, has sea-link connected to power supply system, and high sea-battery ship/tanker transporting flow batteries for coupling high-voltage network by high-voltage line |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102008022033A1 true DE102008022033A1 (en) | 2009-11-05 |
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ID=41130996
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102008022033A Withdrawn DE102008022033A1 (en) | 2008-05-04 | 2008-05-04 | Interface for high-voltage network for transportation of electric power, has sea-link connected to power supply system, and high sea-battery ship/tanker transporting flow batteries for coupling high-voltage network by high-voltage line |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE102008022033A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102022205108A1 (en) | 2022-05-23 | 2023-11-23 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Method for planning the transport of electrical energy |
-
2008
- 2008-05-04 DE DE102008022033A patent/DE102008022033A1/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102022205108A1 (en) | 2022-05-23 | 2023-11-23 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Method for planning the transport of electrical energy |
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