DE102011102506A1 - System for regulating, compensating and controlling flow of energy in commercial as well as in private applications, comprises preloaded energy storage unit for storing energy by using compressed air water container - Google Patents

System for regulating, compensating and controlling flow of energy in commercial as well as in private applications, comprises preloaded energy storage unit for storing energy by using compressed air water container Download PDF

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Abstract

The system comprises a preloaded energy storage unit for storing the energy by using a compressed air water container (1). The pre-loaded energy adjoined to a turbine (5) enables the turbine to drive the full load. The short-time operational start-up the controlling of the control energy, short-time electricity output for an external electricity consumer (11) and short-time charging by energy sources (10) of different types is provided. A supply pump (6) is controlled in compressed air water storage plant with integrated circulation hydropower plant.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Regelung, Ausgleich und Steuerung von Stromenergien im gewerblichen sowie auch in der privaten Nutzung.The invention relates to a system for regulating, equalizing and controlling current energies in commercial as well as in private use.

Die Aktion Stromenergie regelbar zu machen wird durch dieses System ermöglicht und kann zur Regelung, zum Ausgleich und zur Steuerung von Stromerzeugenden erneuerbaren Energien, Überschussströmen und Stromregelleistungen genutzt werden.The action to make electricity energy controllable is made possible by this system and can be used to regulate, compensate and control renewable electricity generation, surplus electricity and electrical power.

Durch die im Speichersystem vorgespannte Energie (Druckluft), ist es möglich z. B. Überschussstrom aus erneuerbaren Energieerzeugern schnell und umweltschonend mittels einer Förderpumpe (6) über eine Förderdruckleitung (3a) in einen Druckluftwasserbehälter (1) zu fördern. Dieses geschieht ohne jegliche Zuführung von externen Energien oder Energieträgern, wie fossile Energien. Das Wasser wird im Druckluftwasserbehälter (1) gegen das sich im Druckluftwasserbehälter (1) befindliche Druckluftpolster gedrückt und stellt somit die Speicherung dar.Due to the biased energy in the storage system (compressed air), it is possible for. B. Surplus electricity from renewable energy sources quickly and environmentally friendly by means of a feed pump ( 6 ) via a delivery pressure line ( 3a ) into a compressed air water tank ( 1 ) to promote. This happens without any supply of external energy or energy sources, such as fossil energies. The water is in the compressed air water tank ( 1 ) against which in the compressed air water tank ( 1 ) compressed air cushion is pressed and thus represents the storage.

Zum Speicherungsverhältnis im Druckluftwasserspeicher (1) wird von einem Verhältnis von 2 Teilen Wassermasse zu 1 Teil Druckluft ausgegangen, also besteht das Verhältnis 2:1. Im Betriebsablauf wird die Druckluft als Pressmedium und das Wasser als Betriebsmittel genommen, die Druckluft wird nicht getauscht und gelangt nicht in den Betriebskreislauf.For the storage ratio in compressed air water storage ( 1 ) is based on a ratio of 2 parts of water mass to 1 part of compressed air, so the ratio is 2: 1. During operation, the compressed air is used as the pressing medium and the water as the operating medium. The compressed air is not exchanged and does not get into the operating cycle.

Die Regelung von Druckverhältnissen sowie die Ansteuerungen der motorgesteuerten Absperrventile (2) und (2a) erfolgt über einen Druckschalter (1a), der sich im mittleren Teil des Druckluftwasserbehälter (1) befindet. Der Druckschalter (1a) schaltet bei minimaler Druckstufe das motorgesteuerte Absperrventil (2a) auf die Stellung „Auf” und das motorgesteuerte Absperrventil (2) auf die Stellung „Zu”. Liegt vom Stromnetz/Verbraucher (11) keine Anforderung her an, so werden beide motorgesteuerten Absperrventile (2) und (2a) auf die Stellung „Zu” gefahren. Die vorgespannte Energie ist damit abrufbar. Liegt eine Anforderung vom Stromnetz/Verbraucher (11) heran, so wird das motorgesteuerte Absperrventil (2) auf die Stellung „Auf” gefahren und die Stromerzeugung sowie Stromabgabe kann erfolgen.The regulation of pressure conditions as well as the controls of the motorized shut-off valves ( 2 ) and ( 2a ) via a pressure switch ( 1a ) located in the middle part of the compressed air water tank ( 1 ) is located. The pressure switch ( 1a ) switches the motorized shut-off valve at minimum pressure 2a ) to the "open" position and the motorized shut-off valve ( 2 ) to the "closed" position. Is from the mains / consumer ( 11 ), no request, both motorized shut-off valves ( 2 ) and ( 2a ) to the "closed" position. The prestressed energy is thus available. Is there a requirement from the electricity grid / consumer ( 11 ), the motorized shut-off valve ( 2 ) to the "open" position and power generation and power delivery can take place.

Je nach einem stationären Auslegungsfall, kann das Schwarzstartfähige Druckluftwasserspeicherkraftwerk mit integriertem Umlaufwasserkraftwerk (DWSK) so ausgelegt Depending on a stationary design case, the Black Start capable compressed air water storage power plant with integrated circulation water power plant (DWSK) can be designed in this way

Technische Beschreibungtechnical description

eines
„Schwarzstartfähiges Druckluftwasserspeicherkraftwerk mit integrierten Umlaufwasserkraftwerk zur Stromspeicherung und Stromerzeugung (DWSK/DWK)”one
"Black startable compressed air water storage power plant with integrated circulation hydropower plant for electricity storage and power generation (DWSK / DWK)"

Aufbauconstruction

Es bestehen zwei Druckbehälter, ein Druckbehälter ist mit Druckluft gefüllt, der andere Druckbehälter ist mit Wasser gefüllt. Die Druckbehälter sind mit einer Rohrleitung verbunden, in dieser Rohrleitung befindet sich ein Druckminderer für Druckluft, sowie eine Bypassleitung mit einem Rückschlagventil für rückströmende Druckluft.There are two pressure vessels, one pressure vessel is filled with compressed air, the other pressure vessel is filled with water. The pressure vessels are connected to a pipeline, in this pipeline is a pressure reducer for compressed air, as well as a bypass line with a check valve for flowing back compressed air.

Nach dem Druckbehälter der mit Wasser gefüllt ist befindet sich ein Magnetventil, dass mit einer Rohrleitung verbunden ist und diese zu einer Peltonturbine führt, Nach der Peltonturbine ist ein druckloser Behälter vorgesehen, der Wasser drucklos auffängt.After the pressure vessel which is filled with water there is a solenoid valve that is connected to a pipeline and this leads to a Pelton turbine, after the Pelton turbine, a pressure-free container is provided, which captures water without pressure.

Unterhalb oder seitlich befindet sich eine Druckpumpe, die Wasser in einem Kreislauf zur Peltonturbine mit nachgeschalteten Generator befördert.Below or to the side is a pressure pump, which carries water in a circuit to the Pelton turbine with downstream generator.

An dem drucklosen Behälter befindet sich eine weitere Pumpe (Druckbehälterfüllpumpe), die über eine Druckleitung den Druckbehälter wieder mit Wasser füllt.At the pressure-free container is another pump (pressure tank filling pump), which fills the pressure vessel with water via a pressure line again.

Funktionsbeschreibungfunction Description

Ein Stromverbraucher benötigt Strom, es liegt eine Anforderung beim DWSK/DWK an. Das Magnetventil am Druckbehälter bekommt eine Meldung (Impuls) von der Steuerung des DWSK/DWK und öffnet sich. Es wird Wasser in eine Rohrleitung gedrückt und gelangt zu einer Peltonturbine, der Wasserdruck entsteht durch die im Druckbehälter befindliche Druckluft die über den zweifachen Wasserdruck verfügt. Die Druckluft drückt das Wasser zur Peltonturbine.A power consumer needs electricity, there is a request to the DWSK / DWK. The solenoid valve on the pressure vessel receives a message (impulse) from the controller of the DWSK / DWK and opens. Water is forced into a pipeline and reaches a Pelton turbine. The water pressure is created by the compressed air in the pressure vessel, which has twice the water pressure. The compressed air pushes the water to the Pelton turbine.

Die Peltonturbine beginnt sich zu drehen und bewegt einen Stromgenerator, der Strom erzeugt (Anlaufphase), dass ablaufende Wasser gelangt in einen drucklosen Behälter der sich unterhalb der Peltonturbine befindet. Der Stromgenerator erzeugt Strom, dieser Strom wird zu einer Druckpumpe geleitet und beginnt zu arbeiten. In dem Moment, in dem die Druckpumpe zu arbeiten beginnt, bekommt das Magnetventil am Druckbehälter eine Meldung (Impuls) und schießt sich.The Pelton turbine starts to rotate and moves a power generator that generates electricity (start-up phase), that draining water enters an unpressurized tank located below the Pelton turbine. The power generator generates power, this power is sent to a pressure pump and starts to work. The moment the pressure pump starts to work, the solenoid valve on the pressure vessel receives a message (impulse) and shoots itself.

Die Druckpumpe bewegt Wasser in einem Kreislauf und treibt die Peltonturbine an, diese erzeugt über einen nachgeschalteten Stromgenerator einmal Strom für die Druckpumpe und Strom für Stromverbraucher.The pressure pump moves water in a circuit and drives the Pelton turbine, which generates electricity via a downstream power generator once for the pressure pump and electricity for electricity consumers.

Durch den Kreislaufbetrieb ist gewährleistet, dass Strom immer zur freien Verfügung steht und vollkommen CO2-frei erzeugt bzw. gespeichert werden kann.Circulation operation ensures that electricity is always at the free disposal and can be generated or stored completely free of CO2.

In dem drucklosen Behälter befindet sich immer soviel Wasser, wie einmal zum Betrieb und zum wieder aufladen der Druckbehälter benötigt wird. Es befindet sich am drucklosen Behälter eine weitere Druckpumpe, die den Druckbehälter wieder mit Wasser füllt, bei der Wiederbefüllung des Druckbehälters drückt das Wasser die ausgedehnte Druckluft wieder in seinen Ausgangszustand, damit ist das DWSK/DWK wieder Schwarzstartfähig.In the unpressurized container is always as much water as once needed to operate and recharge the pressure vessel. There is another pressure pump on the unpressurized tank, which fills the pressure vessel with water again. When refilling the pressure vessel, the water pushes the expanded compressed air back to its initial state, so that the DWSK / DWK is again capable of black start.

Liegt keine Anforderung von einem Stromverbraucher mehr an, so schaltet sich die Anlage ab und geht in die Abrufbereitschaft.If there is no longer a request from a power consumer, the system shuts down and goes into the readiness for call.

Ein Projekt von:

  • – Dirk Weber
  • – Dipl. Ing. Ditmar Schwarze
  • – Udo Dittmer
A project of:
  • - Dirk Weber
  • - Dipl. Ing. Ditmar Schwarze
  • - Udo Dittmer

Claims (7)

Vorgespannte Energiespeicherung: Stromenergie mittels eines Druckluftwasserbehälter (1) mit den Medien Druckluft und Wasser im Verhältnis 2:1 zu speichern.Prestressed energy storage: current energy by means of a compressed air water tank ( 1 ) with the compressed air and water in a ratio of 2: 1. Zeitversetzte und schnelle Verfügbarkeit: Durch die an der Turbine (5) anliegende vorgespannte Energie, ist die Turbine in der Lage innerhalb von ca. 30 sec. Volllast fahren zu können, eine lange Anlaufzeit ist nicht gegeben. Durch diesen kurzzeitigen Betriebsanlauf (Betriebsbeginn), ist eine Regelung von Regelenergien und kurzzeitigen Stromabgaben für Stromnetze/Verbraucher (11) sowie von kurzzeitigem Aufladen durch Energiequellen (10) verschiedenster Arten möglich.Time-delayed and fast availability: due to the turbine ( 5 ) applied biased energy, the turbine is able to drive within about 30 sec. full load, a long startup time is not given. Due to this brief start-up (start of operation), regulation of control energies and short-term power supplies for power grids / consumers ( 11 ) as well as short-term charging by energy sources ( 10 ) of various kinds possible. Verfügbarkeit nach Bedarfsfall: Gespeicherte Stromenergie in Druckluftwasserspeicherbehältern (1) nach Bedarf an das Stromnetz/Verbraucher (11) abgeben. Gewährleistungen (Aufrechterhaltung) der Stromversorgung an Elektrotankstellen durch ein schwarzstartfähiges Anlaufen des DWSK.Availability as required: Stored electricity in compressed air storage tanks ( 1 ) as needed to the electricity grid / consumer ( 11 ) submit. Warranties (maintenance) of the power supply to electric filling stations by a black start capable start of the DWSK. Schnelle Anhebungen von elektrischen Regelenergien: Durch schnelle Verfügbarkeit der gespeicherten Stromenergie, Stromnetze- oder Stromversorgungsnetze (11) bei Herabsenken (Ausfall im Stromnetz) wieder Anzuheben (Regeln). Grundlasten und Stromschwankungen in Stromnetzen- oder Stromversorgungsnetzen/Verbraucher (11) ausgleichen. Einleitung von schneller Regelenergie in das Stromnetz (11) zur Verfügung stellen.Rapid boosts of electrical control energy: Through rapid availability of stored electricity, power grids or power grids ( 11 ) when lowering (failure in the power grid) to raise again (rules). Basic loads and power fluctuations in power grids or power grids / consumers ( 11 ). Introduction of fast control energy into the power grid ( 11 ). Stromerzeugung durch Umlaufwasserbetrieb: Im Fall eines extremen Stromüberschusses aus einer Stromquelle (10) wird im Schwarzstartfähige Druckluftwasserspeicherkraftwerk mit integriertem Umlaufwasserkraftwerk (DWSK) die Förderpumpe (6) so geregelt, dass über die Förderdruckleitung (3a) so viel Wasser in den Druckluftwasserbehälter (1) strömt, dass die Turbine (5) für den Eigenbetriebsbedarf und externe Stromverbraucher (11) über einen mittelfristigen Zeitraum kontinuierlich Strom erzeugt werden kann (Umlaufprinzip).Generation of electricity by circulation water operation: In the case of an extreme excess of electricity from a power source ( 10 ) in the Black Start capable compressed air water storage power plant with integrated circulation water power plant (DWSK), the feed pump ( 6 ) so regulated that via the delivery pressure line ( 3a ) so much water in the compressed air water tank ( 1 ) flows that the turbine ( 5 ) for own-use requirements and external electricity consumers ( 11 ) can be generated continuously over a medium-term period (circulation principle). Schwarzstartfähigkeit: Das Anlaufen des DWSK (Systemanlage) passiert ohne jegliche Zuführung von externen Energien oder Energieträgern, wie z. B. fossile Energien. Der Anlaufprozess setzt sich in folgender Funktion zusammen: Nach Erreichen des Aufladezustandes im Druckluftwasserbehälter (1) und einer anliegenden Anforderung vom Stromnetz/Verbraucher (11) wird das motorgesteuerte Absperrventil (2) geöffnet, Wasser gelangt somit in den Betriebskreislauf. Damit ist der Betrieb des DWSK gestartet.Black start capability: The startup of the DWSK (system system) happens without any supply of external energy or energy sources, such as energy. B. fossil energies. The start-up process is composed in the following function: After reaching the charging state in the compressed air water tank ( 1 ) and an attached demand from the electricity grid / consumer ( 11 ), the motorized shut-off valve ( 2 ) opened, water thus enters the operating cycle. This starts the operation of the DWSK. Verfügbarkeit von variierenden Stromleistungen: Durch die Betriebssteuergruppe (4) ist die Möglichkeit gegeben, den benötigten Wasserdruck sowie die benötigte Wassermenge die die Turbine (5) benötigt zu variieren, dass dazu für, dass verschiedene Stromleistungen im Stromgenerator (8) erzeugt und abgegeben werden können.Availability of varying power: By the operation control group ( 4 ) is the possibility, the required water pressure and the required amount of water the turbine ( 5 ) requires to vary that for that different power levels in the power generator ( 8th ) can be generated and delivered.
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