DE102011015027A1

DE102011015027A1 - Verfahren zur Speicherung von Energie in potentielle Energie und deren Umwandlung in elektrische Energie und/oder in Wärmeenergie

Info

Publication number: DE102011015027A1
Application number: DE102011015027A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2012-09-27

Abstract

Energiespeicher dienen der Speicherung von Energie zum Zwecke der späteren Nutzung. Die Speicherung von Energie ist notwendig, um zum einen den Spitzenverbrauch von Energie befriedigen zu können, und zum anderen um Energie, die in wechselnder Menge und in unterschiedlicher Zeit anfällt, aufbewahren und zur notwendigen Zeit abgeben zu können. Das hier vorgestellte Verfahren zur Speicherung von Energie in potentielle Energie und deren Umwandlung in elektrische Energie oder in Wärmeenergie kann als dezentraler Energiespeicher oder auch als umfassender Speicher dienen. Dieser Speicher ist einfach aufgebaut, wirtschaftlich herzustellen, hat eine lange Lebensdauer, ist wenig störungsanfällig und wartungsarm. Der Austausch von einzelnen Komponenten ist einfach. Seine Gesamtenergiebilanz erscheint auch durch diese Merkmale sehr positiv. Das Verfahren zur Speicherung von Energie in potentielle Energie und deren Umwandlung in elektrische Energie oder in Wärmeenergie besteht vor allem aus drei Komponenten: Einem Motor, einem Gewicht, einem Generator und einem Höhenunterschied: Der Motor, der in der Höhe angebracht ist, zieht ein Gewicht zu sich hoch; der Generator, der sich in der Höhe befindet, wird durch das Sich-Senken des Gewichtes angetrieben. Zusätzlich kann bei diesem Verfahren eine Bremse eingebaut sein; diese kann gleichzeitig dazu verwendet werden, um durch Reibung Wärmeenergie zu erzeugen. Dieses Verfahren kann angewandt werden z. B. als Kleinanlage an oder in der Wand eines Gebäudes oder einer Windkraftanlage oder z. B. als Großanlage am Hang eines Hügels oder Berges. Dieses Verfahren kann integriert sein in Einrichtungen, die schon vorhanden sind oder vorhanden sein werden: z. B. in einem Aufzug, in Kränen aller Art, in Geräten oder Einrichtungen, die zum Heben von Dingen dienen.

Description

Energiespeicher dienen der Speicherung von Energie zum Zwecke der späteren Nutzung. Die Speicherung von Energie ist notwendig, um zum einen den Spitzenverbrauch von Energie befriedigen zu können, und zum anderen um Energie, die in wechselnder Menge und in unterschiedlicher Zeit anfällt, aufbewahren und zur notwendigen Zeit abgeben zu können.
Bei der immer stärkeren Verbreitung von Photovoltaik-Anlagen und Windkraftanlagen wäre es zudem wünschenswert, wenn diese dezentralen Anlagen auch mit dezentralen Energiespeichern versehen werden, damit eine tatsächliche Unabhängigkeit entstehen kann. Dezentrale Energiespeicher haben auch den Vorteil, dass wenig Leitungsverluste entstehen.
Aber auch aus z. B. ökologischen Gründen ist es notwendig, andere Speichermöglichkeiten zu besitzen, um den Verbrauch von fossilen Energieträgern und den Einsatz von Atomkraftwerken zu vermindern
Das hier vorgestellte Verfahren zur Speicherung von Energie in potentielle Energie und deren Umwandlung in elektrische Energie oder in Wärmeenergie kann als dezentraler Energiespeicher oder auch als umfassender Speicher dienen.
Dieser Speicher ist einfach aufgebaut, wirtschaftlich herzustellen, hat eine lange Lebensdauer, ist wenig störungsanfällig und wartungsarm. Der Austausch von einzelnen Komponenten ist einfach.
Seine Gesamtenergiebilanz erscheint auch durch diese Merkmale sehr positiv.
Das Verfahren zur Speicherung von Energie in potentielle Energie und deren Umwandlung in elektrische Energie oder in Wärmeenergie besteht vor allem aus drei Komponenten:
Einem Motor, einem Gewicht, einem Generator und einem Höhenunterschied:
Der Motor, der in der Höhe angebracht ist, zieht ein Gewicht zu sich hoch; der Generator, der sich in der Höhe befindet, wird durch das Sich-Senken des Gewichtes angetrieben.
Dieses Verfahren also besteht darin, dass die zur Verfügung stehende Energie einen Motor, z. B. einen Elektromotor, antreibt. Die zur Verfügung stehende Energie kann z. B. direkt von einer Photovoltaik-Anlage, einer Windkraftanlage, einer Biogasanlage o. a. oder auch indirekt aus dem Stromnetz kommen.
Der angetriebene Motor wird in Art, Größe und Leistungsfähigkeit gemäß der zur Verfügung stehenden Energie gewählt.
Der Motor bewegt, wenn er angetrieben wird, eine Grundwelle in eine bestimmte Richtung. Diese Grundwelle kann gegenüber dem Motor entweder eine feste Verbindung haben oder – und das ist die Regel – sie kann z. B. über ein über eine Führung gezielt zu bewegendes Zahnrad und z. B. über eine Übersetzung „ein- und ausgeklinkt” werden. Das bewegliche Zahnrad dient dann als Verbindung zwischen einem Zahnrad, das fest mit dem Motor z. B. über eine Welle verbunden ist, und einem Zahnrad, das z. B. über eine Übersetzung fest mit der Grundwelle verbunden ist.
Mit dieser Grundwelle ist auch verbunden ein Generator. Der Generator wird in Art, Größe und Leistungsfähigkeit gemäß der zur Verfügung stehenden potentiellen Energie gewählt. Der Generator kann gegenüber der Grundwelle entweder eine feste Verbindung haben oder – und das ist die Regel – er kann z. B. über ein über eine Führung gezielt zu bewegendes Zahnrad und z. B. über eine Übersetzung „ein- und ausgeklinkt” werden. Das bewegliche Zahnrad dient dann als Verbindung zwischen einem Zahnrad, das fest mit dem Generator z. B. über eine Welle verbunden ist, und einem Zahnrad, das z. B. über eine Übersetzung fest mit der Grundwelle verbunden ist.
Der Vorgang des „Ausklinken” bei Motor und des „Einklinken” beim Generator ist an sich getrennt zu sehen.
Der Vorgang des „Ausklinken” bei Motor und des „Einklinken” beim Generator und umgekehrt kann evt. durch einen einzigen Vorgang geschehen, z. B. durch ein Zahnrad, das durch eine Führung von der passenden Stelle des Klinken beim Motor (z. B. ein entsprechendes Zahnrad) zu der passenden Stelle des Klinken beim Generator (z. B. ein entsprechendes Zahnrad) bewegt wird.
Die Grundwelle ist sozusagen der feste Mittelpunkt. An ihr kann direkt eine Art Zugseil, ein Drahtseil o. a. befestigt sein. Das Zugseil kann aber evt. auch über eine Übersetzung mit der Grundwelle verbunden sein: Über ein über eine Führung gezielt zu bewegendes Zahnrad und z. B. über eine Übersetzung kann es „ein- und ausgeklinkt” werden. Das bewegliche Zahnrad dient dann als Verbindung zwischen einem Zahnrad, das fest mit der das Zugseil tragenden Welle verbunden ist, und einem Zahnrad, das z. B. über eine Übersetzung fest mit der Grundwelle verbunden ist.
Das Zugseil zieht, wenn sich die Grundwelle durch den Motor angetrieben dreht und die Zugseil-Welle „eingeklinkt” ist, ein Gewicht in die Höhe.
Dieses Gewicht wird gemäß der Größe und Leistungsfähigkeit der zur Verfügung stehenden Energie und einer auszuwählenden Übersetzung (die Übersetzung kann z. T. auch im unterschiedlichen Festlegen des Durchmessers der Zugseilwelle bestehen) gewählt. Auch bei einer geringen zur Verfügung stehenden Energie (z. B. wenn bei einer Windkraftanlage bei einer bestimmten Wetterlage o. a. nur wenig Strom erzeugt wird) soll der Motor das Gewicht zu sich hin in die Höhe ziehen können.
Es können auch mehrere Gewichte in einer Anlage verwendet werden. Die Gewichte, die z. B. an je einzelnen Zugseilwellen befestigt sind, können je nach Bedarf z. B. über Zahnräder in der einen Grundwelle „ein- oder ausgeklinkt” werden.
Oder der Motor und evt. auch der Generator können durch mehrere auf ihnen sich befindlichen Zahnrädern dann bei jeder einzelnen Zugseilwelle getrennt voneinander z. B. über eine Übersetzung „ein- und ausgeklinkt” werden.
Das einzelne Gewicht wird beim Hochziehen in jeder Stellung gegen ein unbeabsichtigtes Hinuntergleiten durch eine Rücklaufsperre, z. B. durch Federkraft, gesichert, Zusätzlich kann eingebaut sein eine Fixierungsmöglichkeit des Gewichtes, z. B. durch eine Scheiben- oder eine Backenbremse o. a.. Diese kann sich auf der Grundwelle befinden. Sie kann auch dazu dienen, das „Ein- und Ausklinken” zu ermöglichen oder zu erleichtern.
Ist der Motor bei der Grundwelle „ausgeklinkt” und sind die Fixierung gegen das Heruntergleiten teilwiese oder völlig und die Rücklaufsperre völlig gelöst, so bewegt sich das Gewicht nach unten. Beim Heruntergleiten treibt das Gewicht also den Stromgenerator an.
Dasselbe gilt sinngemäß auch, wenn mehrere Gewichte, mehrere Zugseilwellen, mehrere Motoren, mehrere Generatoren und/oder mehrere Grundwellen verwendet werden (siehe Schutzanspruch 4).
Ein Bedienen des „Ein- und Ausklinken” von Motor und Generator und/oder der Bremse und/oder der Rücklaufsperre durch Strom (automatisch, halbautomatisch oder durch Bedienen ein Schalters) ist dann evt. sinnvoll, wenn ein häufiges Umschalten zwischen Speicherung von Strom und Erzeugung von Strom stattfindet oder wenn mehrere Gewichte usw. verwendet werden; aber dort und vor allem bei einer dauerhaften Speicherung oder einer dauerhaften Erzeugung von Strom über einen größeren Zeitabschnitt könnte eine ausschließliche oder zusätzliche manuelle Bedienung z. B. aus Gründen der Stromnetzunabhängigkeit sinnvoller sein.
Der Generator erzeugt Strom. Dieser wird in das Netz eingespeist.
Der erzeugte Strom kann Gleichstrom oder Wechselstrom sein; je nach Bedarf wird er durch geeignete Geräte und Maßnahmen umgeformt und in einer bestimmten Spannung gehalten. Der erzeugte Strom kann im dezentralen Stromnetz, das mit der Anlage selbst verbunden ist, verbleiben oder er kann in ein regionales oder überregionales Netz eingespeist werden.
Die Bremse kann gleichzeitig dazu verwendet werden, um durch Reibung Wärmeenergie zu erzeugen. Dadurch kann die Menge des erzeugten Stroms und die Menge der erzeugten Wärme variiert werden. Wenn nur die Bremse in Funktion ist und der Generator ausgeklinkt ist, wird nur Reibungswärme erzeugt. Die Reibungswärme kann über Wärmetauscher weiterverwendet werden (siehe Schutzanspruch 3).
Es gibt verschiedene Patentanmeldungen, die in dieselbe Richtung gehen: Siehe die Druckschriften des Deutschen Patentamtes Nr. DE 100 37 678 A1 und DE 30 09 027 A1 sowie auch meine eigene Anmeldung DE 10 2006 015 250 A1 .
Im Unterschied zu diesen Anmeldungen wird hier eine Weiterführung der Entwicklung dargestellt: Die Grundwelle, der Motor und der Generator befinden sich nicht unten bei der Anlage, sondern oben. Dies führt zu einer Steigerung der Effektivität, denn es wird die Hälfte des Zugseiles gespart. Gerade bei großen bis sehr großen Anlagen erhöht die Gewichtsreduzierung des Zugseiles den Grad der Nutzung. (siehe Schutzanspruch 1 und 2)
Die Grundwelle kann senkrecht über dem Gewicht, das nach oben gezogen wird, angebracht sein – z. B. kann sie an oder in der Wand eines Gebäudes oder einer Windkraftanlage integriert sein.
Die Grundwelle kann sich aber auch – vor allem bei Großanlagen – am oberen Punkt der Anlage z. B. am Hang eines Hügels oder Berges befinden. Eine schiefe Ebene lässt sich leicht vom Aufwand und von der Unauffälligkeit her in die vorhandene Landschaft integrieren. Je mehr sich die Steigung der schiefen Ebene an 90° annähert, desto geringer ist der Reibungswiderstand der Anlage bei der Bewegung des Gewichtes.
Das Gewicht kann oder muß sich in einer Führung befinden. Bei Anlagen einer geringen Höhe kann man evt. auf eine Führung verzichten. Bei höheren Anlagen oder/und bei Anlagen, bei denen das Gewicht nicht senkrecht bewegt wird, kann eine Führung vorhanden sein. Diese kann in einer seitlichen Führung bestehen (bei senkrechtem Bewegen) oder in einem Schlitten oder Wagen, der sich z. B. auf Schienen bewegt (bei Bewegen auf einer schiefen Ebene). Die Führung sollte möglichst wenig Reibungsverluste verursachen ( ). Je nach den Bedingungen kann es erforderlich sein, daß auch das Zugseil in einer Führung geführt wird. Das Gewicht kann aus ganz einfachen und billigen und haltbaren Materialien bestehen wie z. B. aus Steinen in einem Stahlkorb oder aus einem Betonklotz.
Es bietet sich an, dieses System der Stromerzeugung durch Energie, die in potentieller Energie ist, zu integrieren in Einrichtungen, die schon vorhanden sind oder vorhanden sein werden (siehe Schutzanspruch 5):
Z. B. kann der Generator bei einem Gebäude-Aufzug oder einem anderen Aufzug in die bestehende Anlage unmittelbar integriert werden zum bestehenden Motor oder es kann der Motor samt Grundwelle und Generator in der Höhe über dem letzten Geschoß installiert werden, so daß für die Stromerzeugung die Umlenkwelle entfällt: Beim Hinuntergleiten des Aufzuges wird jeden Tag unzählige Male Energie freigesetzt, die genutzt werden kann sowohl zur Stromerzeugung durch den Generator wie auch zur Wärmeerzeugung durch die Bremse. Gerade bei Schnellaufzügen über große Höhen ist hier großes und planbares Potential vorhanden. Dasselbe gilt für den Einsatz einer solchen Anlage in Kränen aller Art, Baukränen oder anderen Geräten oder Einrichtungen, die zum Heben von Dingen dienen. Dort kann als Zusatzeffekt die Gewinnung von Strom und/oder von Wärme beim Senken des gehobenen Gewichtes erzielt werden.
Die Entdeckung dieser völlig neuer Anwendungsgebiete ist auch hier der erfinderische Schritt zu den o. g. Anmeldungen hinzu.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10037678 A1 [0026]
DE 3009027 A1 [0026]
DE 102006015250 A1 [0026]

Claims

Verfahren zur Speicherung elektrischer Energie in potentielle Energie und deren Rückführung in elektrische Energie und/oder in Wärmeenergie dadurch gekennzeichnet, daß die Grundwelle sich am oberen Punkt der Anlage senkrecht über dem Gewicht, das nach oben gezogen wird, angebracht ist (siehe Beschreibung S. 1 unten, S. 3 unten, S. 4 oben).
Verfahren zur Speicherung elektrischer Energie in potentielle Energie und deren Rückführung in elektrische Energie und/oder in Wärmeenergie dadurch gekennzeichnet daß die Grundwelle sich am oberen Punkt der Anlage nicht senkrecht über dem Gewicht, das nach oben gezogen wird, z. B. am Hang eines Hügels oder Berges, befindet (siehe Beschreibung S. 1 unten, S. 3 unten, S. 4 oben).
Verfahren zur Speicherung elektrischer Energie in potentielle Energie und deren Rückführung in elektrische Energie und/oder in Wärmeenergie dadurch gekennzeichnet, daß eine Fixierungsmöglichkeit des Gewichtes, z. B. eine Scheiben- oder eine Backenbremse o. a., eingebaut ist zur Wärmegewinnung (siehe Beschreibung S. 3 fast unten).
Verfahren zur Speicherung elektrischer Energie in potentielle Energie und deren Rückführung in elektrische Energie und/oder in Wärmeenergie dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gewichte, mehrere Zugseilwellen, mehrere Motoren, mehrere Generatoren und/oder mehrere Grundwellen verwendet werden (siehe Beschreibung S. 3 oben).
Verfahren zur Speicherung elektrischer Energie in potentielle Energie und deren Rückführung in elektrische Energie und/oder in Wärmeenergie dadurch gekennzeichnet, daß dieses Verfahren integriert ist in Einrichtungen, die schon vorhanden sind oder vorhanden sein werden: Z. B. in einem Gebäudeaufzug oder einem anderen Aufzug, in Kränen aller Art, Baukränen oder anderen Geräten oder Einrichtungen, die zum Heben von Dingen dienen (siehe Beschreibung S. 4 Mitte).