DE102012002870B4 - Generator and / or motor station for a system for on-demand storage and / or delivery of electrical energy - Google Patents
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Abstract
Generator- und/oder Motorstation (1) für eine Anlage zum bedarfsweisen Speichern und/oder bedarfsweisen Abgeben elektrischer Energie, umfassend eine im wesentlichen vertikale Förderarbeitsstrecke zwischen einer vordefinierten Hochlage und einer vordefinierten Tieflage der Anlage, wenigstens ein induktives Bauteil und ein magnetisches Arbeitsmittel (21), wobei das wenigstens eine induktive Bauteil als Stator und das magnetische Arbeitsmittel (21) als Läufer ausgeführt sind, so dass in einem Generatorbetrieb bei einer Bewegung des Läufers unter dem Einfluss der Schwerkraft von der Hochlage in die Tieflage elektrische Abgabe-Energie in dem Stator induziert wird und/oder in einem Motorbetrieb bei einer Bewegung des Läufers von der Tieflage in die Hochlage unter dem Einfluss einer durch den Stator generierten elektromagnetischen Kraft elektrische Energie in potentielle Höhenenergie für den Läufer umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Federeinrichtung vorgesehen ist, die ein stationsseitiges Befestigungsende und ein läuferseitiges Befestigungsende aufweist und derart angeordnet ist, dass die Federeinrichtung bei einer Generatorbewegung des Läufers von der Hochlage in die Tieflage zur Erhöhung deren potentiellen Federenergie gespannt wird und bei einer Motorbewegung des Läufers von der Tieflage in die Hochlage die in der Federeinrichtung gespeicherte potentielle Energie abgegeben wird, um dem Läufer potentielle Höhenenergie zu verleihen.Generator and / or motor station (1) for a system for the demand-based storage and / or dispensing of electrical energy, comprising a substantially vertical Förderarbeitsstrecke between a predefined high position and a predefined low position of the system, at least one inductive component and a magnetic working means (21 ), wherein the at least one inductive component as a stator and the magnetic working means (21) are designed as a rotor, so that in a generator operation during a movement of the rotor under the influence of gravity from the high position to the low position electric discharge energy in the stator is induced and / or in an engine operation in a movement of the rotor from the low position to the high position under the influence of an electromagnetic force generated by the stator electrical energy is converted into potential altitude energy for the rotor, characterized in that at least one spring device vorges is marriage, which has a station-side attachment end and a rotor-side attachment end and is arranged such that the spring device is tensioned at a generator movement of the rotor from the high position to the low position to increase their potential spring energy and at a motor movement of the rotor from the low position to the high position the potential energy stored in the spring means is released to give the runner potential height energy.
Description
Der Erfindung betrifft eine Generator- und/oder Motorstation für eine Anlage zum bedarfsweisen Speichern und/oder Abgeben elektrischer Energie. Eine derartige Anlage wird auch Energiespeicherkraftwerk genannt. Ein Energiespeicherkraftwerk kann als Mikroanlage, als Anlage kleinerer und mittlerer Leistung bis zu einer Großanlage zum Speichern und/oder Abgeben elektrischer Energie von mehreren Megawatt pro Stunde, sogar mehreren Tausend-Megawatt pro Stunde, ausgelegt sein.The invention relates to a generator and / or motor station for a system for on-demand storage and / or delivery of electrical energy. Such a plant is also called energy storage power plant. An energy storage power plant can be designed as a micro system, as a plant of small and medium power up to a large system for storing and / or output of electrical energy of several megawatts per hour, even several thousand megawatts per hour.
Bei der erfindungsgemäßen Anlage zum bedarfsweise Speichern und/oder Abgeben elektrischer Energie wird als Arbeitsmittel dauermagnetisches Material oder dauermagnetische Gegenstände eingesetzt, die beispielsweise in einem geschlossenen oder offenen Fördersystem zwischen einer Hochlage und einer Tieflage transportiert werden. Im Generatorbetrieb einer Bewegung von der Hochlage in die Tieflage wird elektrische Abgabe-Energie in induktiven Bauelementen, wie einer Spule oder Stator, induziert. In einer derartigen Anlage wird elektrische Energie dadurch gespeichert, dass das dauermagnetische Arbeitsmittel in die Hochlage mittels elektromagnetischer Kräfte transportiert wird.In the system according to the invention for storing and / or dispensing electrical energy as required permanent-magnetic material or permanent magnetic objects is used as a working medium, which are transported for example in a closed or open conveyor system between a high position and a low position. During generator operation of a movement from the high position to the low position, electrical output energy is induced in inductive components, such as a coil or stator. In such a system, electrical energy is stored by the fact that the permanent magnetic working fluid is transported in the high position by means of electromagnetic forces.
Je nach Bedarf kann das dauermagnetische Arbeitsmittel in der Hochlage an den Spulen vorbei fallen, um die gewünschte elektrische Abgabe-Energie zu erzeugen.Depending on requirements, the permanent-magnetic working medium can fall past the coils in the upper position in order to produce the desired electrical output energy.
Ein Verfahren und eine Anlage zum Speichern und bedarfsweisen Abgeben elektrischer Energie ist in der
Aus der
Die
Aus der
In der
Die
Ein Beispiel für eine gattungsgemäße Anlage ist in der belgischen Patentanmeldung
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden, insbesondere eine Anlage zum Speichern elektrischer Energie und/oder bedarfsweisen Abgeben elektrischer Energie bereitzustellen, bei der ein möglichst hoher Wirkungsgrad erreicht wird.It is an object of the invention to overcome the disadvantages of the prior art, in particular to provide a system for storing electrical energy and / or on-demand delivery of electrical energy, in which the highest possible efficiency is achieved.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist ein Generator- und/oder Motorstation für eine Anlage zum bedarfsweisen Speichern und/oder bedarfsweisen Abgeben elektrischer Energie zu bilden. Die Generator- und/oder Motorstation kann auch für eine Transportanlage eingesetzt werden. Die Generator- und/oder Motorstation umfasst eine im wesentlichen vertikale Förderarbeitsstrecke zwischen einer vordefinierten Hochlage und einer vordefinierten Tieflage der Anlage, wenigstens ein induktives Bauteil, wie eine Spule, und ein magnetisches Arbeitsmittel. Das wenigstens eine induktive Bauteil ist als Stator und das magnetische Arbeitsmittel ist als Läufer ausgeführt, so dass in einem Generatorbetrieb bei einer Bewegung des Läufers unter dem Einfluss der Schwerkraft von der Hochlage in die Tieflage elektrische Abgabe-Energie in dem Stator induziert wird und/oder in einem Motorbetrieb bei der Bewegung des Läufers von der Tieflage in die Hochlage unter dem Einfluss einer durch den Stator generierten elektromagnetischen Kraft elektrische Energie in potentielle Höhenenergie für den Läufer umgewandelt wird. Erfindungsgemäß ist wenigstens eine Federeinrichtung vorgesehen, die ein stationsseitiges Befestigungsende und ein läuferseitiges Befestigungsende aufweist und derart angeordnet ist, dass die Federeinrichtung bei einer Generatorbewegung des Läufers von der Hochlage in die Tieflage zur Erhöhung der potentiellen Energie gespannt wird und bei einer Motorbewegung des Läufers von der Tieflage in die Hochlage die in der Federeinrichtung gespeicherte potentielle Energie abgegeben wird, um dem Läufer potentielle Höhenenergie zu verleihen. Auf diese Weise wird ein Großteil der kinetischen Energie, welche beim Herabfallen des magnetischen Arbeitsmittels verpuffen könnte in einer Federeinrichtung aufgefangen, welcher Energieanteil bedarfsweise später wieder genutzt werden kann. Das magnetische Arbeitsmittel kann dauermagnetisch sein oder ein elektromagnetisches Magnetfeld besitzen. Beispielsweise kann das magnetische Arbeitsmittel einen Metallkern aufweisen, der von einer Spule umwickelt ist.This object is solved by the features of claim 1. Thereafter, a generator and / or motor station for a system for on-demand storage and / or on-demand delivery of electrical energy to form. The generator and / or motor station can also be used for a transport system. The generator and / or motor station comprises a substantially vertical conveying work path between a predefined high position and a predefined low position of the system, at least one inductive component, such as a coil, and a magnetic working means. The at least one inductive component is designed as a stator and the magnetic working means is designed as a rotor, so that in a generator operation during a movement of the rotor under the influence of gravity from the high position to the low position electrical output energy is induced in the stator and / or in an engine operation in the movement of the rotor from the low position to the high position under the influence of an electromagnetic force generated by the stator electrical Energy is converted into potential altitude energy for the runner. According to the invention, at least one spring device is provided, which has a station-side attachment end and a rotor-side attachment end and is arranged such that the spring device is tensioned during a generator movement of the rotor from the high position to the low position to increase the potential energy and at a motor movement of the rotor of the Low position in the high position of the potential energy stored in the spring device is discharged to give the runner potential altitude energy. In this way, a large part of the kinetic energy, which could fizzle when the magnetic working medium falls down, is absorbed in a spring device, which part of the energy can, if necessary, be reused later. The magnetic working medium may be permanent magnetic or have an electromagnetic magnetic field. For example, the magnetic working means may comprise a metal core wrapped by a coil.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung hat der Läufer einen Transportbehälter, der beispielsweise dazu ausgelegt sein kann, ein Lastgut, wie Sand, dauermagnetisches Material, Personen, aufzunehmen, und/oder der insbesondere zumindest teilweise aus dauermagnetischem Material besteht.In a preferred embodiment of the invention, the runner has a transport container, which may for example be designed to receive a load, such as sand, permanent magnetic material, persons, and / or in particular consists at least partially of permanent magnetic material.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist eine Federeinrichtung aus mehreren baugleichen Federelementen insbesondere mit gleicher Federkonstante gebildet. Als Federelemente können beispielsweise Schraubenfedern herangezogen werden. Die stationsseitigen Befestigungsstellen der Federelemente können vorzugsweise im wesentlichen auf gleicher Förderarbeitsstreckenhöhe angeordnet sein, so dass die an dem Läufer angreifende Federkraft jedes Federelements an jeder Förderarbeitsstreckenstelle gleich groß ist.In a preferred embodiment of the invention, a spring device is formed from a plurality of identical spring elements, in particular with the same spring constant. As spring elements, for example coil springs can be used. The station-side attachment points of the spring elements may preferably be arranged substantially at the same conveying work path height, so that the force acting on the rotor spring force of each spring element at each Förderarbeitsstreckenstelle is the same size.
Bei der Weiterbildung der Erfindung hat die Generator- und/oder Motorstation mehrere in Vertikalrichtung übereinander angeordnete, voneinander getrennte Motor-Generatorsektionen, die jeweils mit einem Stator, wie einer Spule, ausgestattet sind. Für jede Motor-Generatorsektion ist jeweils wenigstens eine Federeinrichtung vorgesehen.In the development of the invention, the generator and / or motor station has a plurality of vertically stacked, separate motor-generator sections, which are each equipped with a stator, such as a coil. At least one spring device is provided for each motor-generator section.
Vorzugsweise ist im Bereich zwischen zwei Motor-Generatorsektionen eine Übergabeeinrichtung vorgesehen, durch welche der Läufer den Einfluss der einen Federeinrichtung verlässt und in den Einfluss der anderen Federeinrichtung gerät.Preferably, a transfer device is provided in the region between two motor-generator sections through which the rotor leaves the influence of one spring device and comes into the influence of the other spring device.
Bei der Weiterbildung der Erfindung ist im Verlauf der Förderstrecke wenigstens eine Greifeinrichtung eingerichtet, welche den Läufer an einer vorbestimmten Position längs der Förderarbeitsstrecke in Eingriff nehmen und festhalten kann. Auf diese Weise kann der Läufer an der Zwischenposition der Förderstrecke gehalten werden. Vorzugsweise ist die Greifeinrichtung gemäß einem Rückschlagventil ausgeführt, welche einen Transport des Läufers in Höhenrichtung zulässt und in der entgegen gesetzten Richtung sperrt.In the development of the invention, at least one gripping device is set up in the course of the conveying path, which can engage and hold the rotor at a predetermined position along the conveying work path. In this way, the rotor can be held at the intermediate position of the conveyor line. Preferably, the gripping device is designed in accordance with a check valve, which allows a transport of the rotor in the height direction and locks in the opposite direction.
Vorzugsweise hat die Greifeinrichtung wenigstens zwei separat gelagerte Schwenkarme. Ein Endbereich des Schwenkarms ist stationsseitig mittels eines Federteils gehalten, wobei das gegenüberliegende Ende zum Greifen des Läufers ausgelegt ist. Im Bereich zwischen den beiden Endbereichen ist ein insbesondere stationsfestes Schwenklager vorgesehen. Bei der Weiterbildung der Erfindung ist jeweils eine Greifeinrichtung zwischen zwei übereinander angeordneten, getrennten Motor-Generatorsektionen angeordnet.Preferably, the gripping device has at least two separately mounted pivot arms. An end portion of the pivot arm is station-held by means of a spring member, wherein the opposite end is designed for gripping the rotor. In the area between the two end regions a particular station-fixed pivot bearing is provided. In the development of the invention, in each case a gripping device is arranged between two superimposed, separate motor-generator sections.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Preferred embodiments of the inventions are specified in the subclaims.
Weitere Eigenschaften, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden durch die vorliegende Beschreibung bevorzugter Ausführungen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen deutlich, in denen zeigen:Further characteristics, advantages and features of the invention will become apparent from the present description of preferred embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings, in which:
In den
An einem läuferseitigen Ende der Federn
Längs der Förderarbeitstrecke sind mehrere Spulen
Im Generatorbetrieb wird das Lastgut
Über einen Regelungsmechanismus kann ein Boden des Behälters
Unmittelbar nach Übergabe des Lastguts
Wird das Lastgut
Bei der in den
In den
In den
Wie in den
Bei Auslösen des Förderzyklusses werden alle drei magnetischen Arbeitsmittel
Sollte die Schwerkraft des Behälters
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.The features disclosed in the foregoing description, the figures and the claims may be of importance both individually and in any combination for the realization of the invention in the various embodiments.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Generator- und/oder MotorstationGenerator and / or motor station
- 5, 75, 7
- Federnfeathers
- 99
- dauermagnetischer Behälterpermanent magnetic container
- 1111
- LastgutLastgut
- 1313
- SpuleKitchen sink
- 1818
- Greifeinrichtunggripper
- 2121
- Arbeitsmittelwork equipment
- 23, 2523, 25
- WipparmeWipparme
- 2727
- Mittellagercenter bearing
- 3535
- Halteeinrichtungholder
Claims (8)
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