DE102011081598A1

DE102011081598A1 - Kompakte hydraulische Auftriebsenergiespeicher

Info

Publication number: DE102011081598A1
Application number: DE102011081598A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-08-25
Filing date: 2011-08-25
Publication date: 2013-02-28

Abstract

Hydraulische Auftriebsenergiespeicher bestehen aus Hohlräumen, in welchen sich jeweils zwei übereinander angeordnete mit einem Fluid gefüllte Reservoire befinden. Diese Reservoire sind durch vertikal bewegliche Auftriebskörper voneinander getrennt. Durch den Auftrieb und gegebenenfalls durch ergänzende Federkonstruktionen wird der Druck in den oberen Reservoiren erhöht. Über Pumpturbinen oder voneinander getrennte Pumpen und Turbinen wird das Wasser zwischen den Reservoiren hin und her bewegt, wobei jeweils Strom aus dem elektrischen Netz aufgenommen oder in das Netz eingespeist werden kann. Es kann sehr vorteilhaft sein, die Hohlräume der hydraulischen Auftriebsenergiespeicher nebeneinander anzuordnen und mittels geeigneter Leitungen miteinander zu verbinden. Hinsichtlich einer besonders günstigen und wirtschaftlichen Umsetzung des Konzeptes der hydraulischen Auftriebsenergiespeicher kann die Anordnung zylinderförmiger Strukturen in Seen und im Meer von besonders großem Interesse sein.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme und Abgabe von Energie durch die Bewegung eines Fluids.
Stand der Technik
In den Dokumenten zur Deutschen Patentanmeldung DE 10 2008 040 393 und weiteren Patentanmeldungen werden die Grundlagen hydraulischer Großenergiespeichers in verschiedenen Ausgestaltungen dargestellt. Hier wird insbesondere auch eine kompakte Sonderform beschrieben, bei welcher in einem hohen Hohlraum zwei mit einem Fluid gefüllte Reservoire durch eine Auflastkonstruktion voneinander getrennt sind. Die in vertikaler Richtung bewegliche Auflast erzeugt aufgrund ihres hohen Eigengewichtes einen Druck in einem unterhalb befindlichen Reservoir. Mittels einer Pumpturbine kann Wasser zwischen den beiden Reservoiren hin und her bewegt werden. In Abhängigkeit von den Druckverhältnissen bzw. von der Bewegungsrichtung wird hierbei entweder elektrische Leistung aus dem Stromnetz aufgenommen (Pumpbetrieb) oder an das Netz abgegeben (Turbinenbetrieb). In einer besonderen Ausgestaltung des Konzeptes kann der Druckunterschied zwischen den beiden Reservoiren durch Federelemente erhöht werden.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Aufnahme und Abgabe von Energie durch die Bewegung eines Fluids zwischen zwei übereinander angeordneten Reservoiren mittels einer innerhalb oder außerhalb des Hohlraumes angeordneten und über Leitungen angeschlossenen Pumpturbine vorgeschlagen, wobei der Druck in dem oberen Reservoir durch einen Auftriebskörper oder eine Federkonstruktion oder eine Kombination von Feder- und Auftriebskörper erhöht wird.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figurenbeschreibung
1 zeigt hydraulische Auftriebsenergiespeicher mit außerhalb des Hohlraumes angeordneten Maschinensätzen (links: nur Auftriebskörper, rechts: Auftriebskörper und Federkonstruktion)
2 zeigt ein System aus hydraulischen Auftriebsenergiespeichern (links: Anordnungsbeispiel mit tief liegender Pumpturbine und zwei Speichereinheiten, rechts: Anordnungsbeispiel mit hoch liegender Pumpturbine und zwei Speichereinheiten)
3 zeigt ein weiteres System aus hydraulischen Auftriebsenergiespeichern (links: Anordnungsbeispiel mit tief liegender Pumpturbine und zwei Speichereinheiten, rechts: Anordnungsbeispiel mit hoch liegender Pumpturbine und zwei Speichereinheiten)
4 zeigt ein weiteres System aus hydraulischen Auftriebsenergiespeichern in Seen oder im Meer-Ausführungsbeispiel mit einem geschlossenen Fluidsystems und einer in einem der Auftriebskörper integrierten Pumpturbine
Im Nachfolgenden werden bevorzugte erfindungsgemäße Anlagen beschrieben, bei denen ein Auftriebskörper verwendet wird. Im Pumpbetrieb wird über eine Pumpturbine (PT) der Druck in dem oben befindlichen Reservoir R1 erhöht. Der Auftriebskörper wird nach unten gedrückt. Im Turbinenbetrieb strömt das Fluid (W) aus dem oberen Reservoir R1 in das untere Reservoir R2 (1). Die Verwendung von Auftriebskörpern bietet gegenüber hydraulischen Energiespeichern mit Auflastkonstruktionen insbesondere wirtschaftliche Vorteile hinsichtlich der notwendigen Baumassen.
Es ist möglich, den Energieinhalt des Speichers durch Federelemente zu erhöhen, welche zwischen der Hülle des Hohlraumes und dem Auftriebkörper angeordnet werden (1). Die höchste Energiedichte kann erreicht werden, wenn die Höhe des typischerweise zylinderförmigen Auftriebkörpers etwa die Hälfte der Höhe des typischerweise ebenfalls zylinderförmigen Hohlraumes aufweist.
Es ist möglich, die Pumpturbine oder auch eine Pumpe und eine Turbine voneinander getrennt innerhalb des Auftriebskörpers oder auch außerhalb des Hohlraumes anzuordnen.
Es ist auch möglich, mehrere hydraulische Auftriebsenergiespeicher im Sinne einzelner Speichereinheiten zu Systemen zu gruppieren. Mittels außerhalb des Hohlraumes angeordneter Pumpturbinen (PT) oder Pumpen und Turbinen und ergänzenden Verschlüssen (V) können dann alle oder auch nur ausgewählte Speichereinheiten aktiviert werden. Einfache Anordnungsbeispiele für zwei Speichereinheiten sind in 2 mit unterschiedlichen externen Anordnungen der Pumpturbinen dargestellt.
In einem System von mehreren Speichereinheiten können die Pumpturbine oder Pumpe und Turbine auch in dem Auftriebskörper in mindestens einer der Speichereinheiten integriert sein (3). Das Fluid wird dann im Pumpbetrieb aus den unteren Reservoiren (R2) über Verbindungsleitungen in die oberen Reservoire (R1) in den einzelnen Speichereinheiten bewegt. Die Auftriebskörper werden nach unten bewegt. Im Turbinenbetrieb ist die Strömung in die andere Richtung orientiert. Die Auftriebskörper steigen dann nach oben. Durch Verschlüsse zwischen den jeweiligen oberen und unteren Reservoiren können einzelnen Speichereinheiten aktiviert oder deaktiviert werden.
Grundsätzlich bietet es sich an, hydraulische Auftriebsenergiespeicher oder Systeme von mehreren hydraulischen Auftriebsenergiespeichern insbesondere in stehenden Gewässern anzuordnen (4). Hier sind aus statischen Gründen insbesondere zylinderförmige Hohlräume zweckmäßig. Die dann auf die Hohlraumwandung einwirkenden Lasten sind im Wesentlichen von den maximalen Drücken in den Hohlräumen abhängig und in der Regel konstruktiv gut beherrschbar. Durch die Verwendung vorgefertigter röhrenförmiger Werkstücke aus geeignetem Material (u. a. Stahl) kann hier eine wirtschaftliche Bauweise ermöglicht werden. Die Anordnung einer vergleichsweise hohen Anzahl zylinderförmiger Speichereinheiten auf engem Raum kann die zusätzlich auftretenden Kräfte (z. B. Meeresströmungen, Wellenschlag) durch mechanische und hydraulische Verbundwirkungen reduzieren. Grundsätzlich kann sich aus betrieblichen Gründen anbieten, die Pumpen und Turbine oder die Pumpturbine ortsfest sehr nahe an der Wasserspiegeloberfläche anzuordnen.
Die Wirksamkeit hydraulischer Auftriebsenergiespeicher ist auch von der Reibung zwischen den Auftriebskörpern (A) und der Wandung der typischerweise zylinderförmigen Hohlräume abhängig. Es ist zweckmäßig die in diesen Bereichen stattfindenden Kraftübertragungen durch verstellbare Dichtungen (D) zu reduzieren. Im Pump- und Turbinenbetrieb kann eine geringfügige Durchströmung zugelassen werden. In jeder beliebigen Ruheposition ist dies jedoch zu vermeiden. Durch die Verwendung eines Fluides mit einer gegenüber dem Wasser höheren Dichte kann die Energiedichte des Energiespeichers erhöht werden. Hierbei bietet sich unter anderem die Verwendung von Zucker oder ähnlichen gut verfügbaren Zusatzstoffen an.
Bezugszeichenliste

R1

Reservoir mit dem höheren Druck

W

Fluid

R2

Reservoir mit dem niedrigeren Druck

PT

Pumpturbine oder Pumpe und Turbine (voneinander getrennte Maschinensätze)

A

Auftriebskörper

F

Feder

D

Dichtung

S

Seitliche Führung

V

Verschlüsse

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 102008040393 [0002]

Claims

Vorrichtung zur Aufnahme und Abgabe von Energie durch die Bewegung eines Fluids (W) zwischen zwei übereinander angeordneten Reservoiren mittels einer innerhalb oder außerhalb des Hohlraumes angeordneten und über Leitungen angeschlossenen Pumpturbine (PT), wobei der Druck in dem oberen Reservoir (R1) durch einen Auftriebskörper (A) oder eine Federkonstruktion (F) oder eine Kombination von Feder- und Auftriebskörper erhöht wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle einer Pumpturbine eine Turbine und eine Pumpe als voneinander getrennte Maschineneinheiten verwendet werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Hohlräume mit jeweils zwei übereinander angeordneten Reservoiren als baulich voneinander getrennte Speichereinheiten zur Energiespeicherung verwendet werden und hierbei die jeweils oberen und unteren Reservoire miteinander über Leitungen verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Speichereinheiten über Verschlüsse (V), welche sich an Leitungen zwischen den jeweiligen oberen und unteren Reservoiren oder an den Anschlussleitungen zu den Pumpturbinen oder zu den Pumpen und Turbinen befinden, aktiviert und deaktiviert werden können.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Speichereinheiten aus zylinderförmigen Hohlräumen bestehen, welche zur Reduzierung der auf die Konstruktion einwirkenden Lasten in einem externen Fluid, typischerweise im Meer oder in einem See, angeordnet werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine verstellbare Dichtung (D) zwischen den Auflastkörpern (A) und den Innenwandungen der typischerweise zylinderförmigen Hohlräume während des Pump- oder Turbinenbetriebes des kompakten hydraulischen Großenergiespeichers zur Reduzierung der Wandreibung eine geringfügige Strömung des Fluids (W) in dem Zwischenraum zwischen Auflastkörper und Hohlraumwandung zulässt und in jedem beliebigen Ruhezustand ein Durchströmen dieses Zwischenraumes verhindert.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die verstellbare Dichtung (D) zwischen den Auflastkörpern (A) und den Innenwandungen der typischerweise zylinderförmigen Hohlräume aus einem schlauchartigen Ring besteht, welcher durch Anpassung des Innendruckes über geeignete Zuleitungen und Regelventile in seiner Form und Dichtwirkung verändert werden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Energiedichte infolge des erhöhten Auftriebs ein Fluid (W) verwendet wird, das eine gegenüber Wasser erhöhte Dichte besitzt.