DE102012011954B4

DE102012011954B4 - Pumpspeicher mit schwimmendem Speicherteil.

Info

Publication number: DE102012011954B4
Application number: DE102012011954.2A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2014-08-21
Anticipated expiration: 2032-06-19
Also published as: DE102012011954A1

Abstract

Pumpspeicher mit schwimmendem Speicherteil, wobei dieser aus einer mit Wasser gefüllten, zylinderförmigen Außenschale (1) und einem innenliegend schwimmenden Speicherteil (2) mit einem Niedrigbord (3) und einem Boden (4) sowie einer darin befindlichen Öffnung (5) mit einem darin eingelassenen, aufstrebenden Steigrohr (6) und einem in dessen unterem Bereich befindlichen Absperrschieber (7) mit einer anschließenden Wasserturbine (8) und einer Welle (9) und einem hiermit verbundenen Generator (10) sowie aus aufstrebenden Druckrohren (11) mit Ventilen (12) und oben befindlichen Pumpen (13) nebst Saugrohren (14), die von den Pumpen (13) bis in die Nähe des Bodens (4) reichen, besteht, dergestalt, dass für die Leistungsabgabe des Pumpspeichers der schwimmende Speicherteil (2) flutbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher in Form eines Pumpspeichers mit schwimmendem Speicherteil, der universell eingesetzt werden kann, schwerpunktmäßig in Verbindung mit Windenergie- und Solaranlagen.
Für die Zwischenspeicherung großer Energiemengen ist bekannt, Energiespeicher einzusetzen. Bei diesen ist es erforderlich, elektrische Energie, besonders die stark schwankenden Energiemengen von Windenergie- und Solaranlagen, in andere Energieformen zu wandeln, zu lagern und sie später wieder in elektrische Energie umzuwandeln. Aufgrund des hohen Zuwachses an Wind- und Solaranlagen wird der schon heute große Mangel an Speicherkapazitäten extrem zunehmen. Deshalb werden, um zukünftig die enormen, wechselhaften Strommengen aus Windkraft- und Solaranlagen in Form von Energie speichern zu können, große Mengen leistungsfähiger wie kostengünstiger Speicher benötigt. Dies lässt sich weder mit heute bekannten Energiespeichern, noch mit neuen, in der Entwicklung befindlichen Speicherformen erreichen.
Zur Erfüllung einiger Erfordernisse, insbesondere für die Zwischenspeicherung großer Energiemengen ist bekannt, Pumpspeicher einzusetzen. Durch ihre Erfordernisse – großer Flächenbedarf durch zwei separate Speicherbecken in unterschiedlich hohen Lagen – sind die Möglichkeiten für neue Speicherbauten naturgemäß sehr eingeschränkt. Hinzu kommt, dass ihre Baukosten extrem hoch sind, ihre Effizienz dagegen gering ist. Ein besonderer Nachteil ist ihre Funktionsweise, die eine Errichtung im Flachland wenig sinnvoll macht, obwohl dies besonders vorteilhaft wäre, da hier die meisten Windenergie-Anlagen und Windparks angesiedelt sind, was einen Zusammenschluss mit Energiespeichern besonders effektiv und Kosten sparend machen würde. Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass ihre Errichtung aufgrund der massiven Größe tief in die Natur eingreift und deshalb von vielen Bürgern abgelehnt wird.
Durch die DE 29 27 498 A1 ist ein Pumpspeicher mit einem schwimmenden Speicherteil, einem aufstrebenden Steigrohr mit einer Wasserturbine und einer Pumpe bekannt, bei dem für die Leistungsabgabe der schwimmende Speicherteil flutbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einsatzgebiete für Energiespeicher durch viele dezentral angesiedelte, besonders leistungsstarke wie kostengünstige Speicher mit geringer Flächenausdehnung in Form von Pumpspeichern mit schwimmendem Speicherteil um ein Vielfaches zu erhöhen und deren Akzeptanz bei den Bürgern nachhaltig zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig mit einem Pumpspeicher nach Anspruch 1 gelöst.
Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass der Flächenverbrauch gegenüber herkömmlichen Pumpspeichern wesentlich geringer ist, da statt zwei separater Speicherbecken in unterschiedlichen Höhenlagen nur eine Speichereinheit benötigt wird. Dadurch erhöhen sich die Möglichkeiten für den Bau von Pumpspeichern mit schwimmendem Speicherteil um ein Vielfaches, insbesondere im Flachland und in Küstengebieten, was sich besonders vorteilhaft und kostensparend auswirkt, da hier die meisten Windenergie-Anlagen und Windparks angesiedelt sind. Da die Kosten der neuen Speicher weit unter denen bekannter Pumpspeicher liegen, ist ihr Bau schon für kleinere Windparks rentabel und deshalb auch für mittlere Firmen, Kommunen und Stadtwerke, die sich von ihren Energieversorgern unabhängiger machen wollen, sehr interessant. Ein wichtiger Vorteil der Erfindung liegt in dem geringeren Druckverlust durch den Wegfall langer Druckrohre zwischen den Speichereinheiten, besonders aber darin, dass durch das Eigengewicht des schwimmenden Speicherteils und dem durch Fluten aufgenommenen Wasserballast der Arbeitsdruck des Wassers beständig steigt und im Mittel wesentlich höher ist als bei bekannten Pumpspeichern. Dieser gleichmäßig steigende Arbeitsdruck ist zudem sehr Material schonend und wirkt sich besonders positiv auf die Lebensdauer der Wasserturbinen aus. Durch den schwimmenden Speicherteil besteht zudem die Möglichkeit, alle Reparaturen im Trockenen ausführen zu können. Da der Unterschied zwischen dem auf der Innen- und Außenseite des schwimmenden Speicherteils wirkenden Wasserdrucks gering ist, kann der Speicherteil sehr material- und kostensparend erstellt werden. Ein Verkanten des schwimmenden Speicherteils und somit Blockieren des Arbeitsprozesses durch Windkräfte ist durch seine geschützte Lage ausgeschlossen. Aufgrund seiner einfachen Bauweise ist die Leistung des neuen Pumpspeichers jederzeit abrufbar – sie lässt sich aber auch über längere Zeit konservieren. Durch das Errichten von Solarpaneelen oberhalb der Außenschale lässt sich selbst bei Windflauten mittels Sonneneinstrahlung eine Speichertätigkeit aufrechterhalten.
Um unterschiedliche Vorgaben erfüllen zu können, weisen die Grundflächen der Pumpspeicher mit schwimmendem Speicherteil eine runde bis mehreckige Form auf.
Um das Fluten des Schwimmkörpers regulieren oder abstellen zu können, wird der Wasserzufluss durch einen Absperrschieber geregelt.
Damit Verkantungen des Schwimmkörpers vermieden werden, befinden sich alle außerhalb der Mitte befindlichen Vorrichtungen zueinander im Gleichgewicht.
Um den wasserempfindlichen Generator und die Pumpen vor aufsteigendes Wasser zu schützen, befinden sich diese, an Säulen befestigt, oberhalb der höchsten Wasserlinie.
Damit der Schwimmkörper gegen die Außenschale abgedichtet wird, befindet sich am oberen Rand des Niedrigbords des Schwimmkörpers eine Dichtung.
Um die Abdichtungsfähigkeit der Dichtung durch ein veränderbares Volumen zu erhöhen, ist diese als Quelldichtung ausgeführt.
Damit die Quelldichtung Halt und Führung bekommt, wird diese von einem verstellbaren Formring geführt.
Um den Bereich unterhalb des schwimmenden Speicherteils kontrollieren zu können, verfügt die Außenschale im oberen Bereich über eine Schleusenkammer.
Um die Speichertätigkeit mittels Sonnenenergie auch bei Windflauten zu ermöglichen, sind oberhalb der Außenschale Solarmodule befestigt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen
1 Schnitt: Pumpspeicher mit schwimmendem Speicherteil
2 Schnitt: Pumpspeicher mit geflutetem Speicherteil
Die Außenschale 1 des Speichers ist bei der Leistungsabgabe fast bis zum oberen Rand mit Wasser gefüllt, in dem der schwimmende Speicherteil 2, bestehend aus Niedrigbord 3 und Boden 4 mit Öffnung 5, schwimmt. Aufgrund dessen Gewichts, einschließlich aller auf ihm befindlichen Apparaturen 6–17, 19 übt dieser Druck auf das ihn umschließende Wasser aus. Durch diesen Druck fließt nach Öffnen des Absperrschiebers 7 verstärkt Wasser durch das Steigrohr 6. Hierbei wird die Wasserturbine 8 sowie der mit ihr durch eine Welle 9 verbundene Generator 10 angetrieben und Strom erzeugt. Dabei fließt das Wasser in den schwimmenden Speicherteil 2 und erhöht mit zunehmender Füllung dessen Gewicht, wodurch sich der Wasserdruck im Steigrohr 6 und somit die Leistungsabgabe der Wasserturbine 8 kontinuierlich erhöhen. Dieser Vorgang lässt sich über den Absperrschieber 7 regeln. Der Wasserdruck im Steigrohr 6 hält so lange an, bis der schwimmende Speicherteil 2 auf Grund gesunken ist. Danach wird er von Pumpen 13, die entweder durch billigen oder gar überschüssigen Strom aus Windenergie- oder Solaranlagen gespeist werden, über Saugrohre 14 leergepumpt und das Wasser gleichzeitig über Druckrohre 11 unter den schwimmenden Speicherteil 2 gepresst, so dass dieser für eine erneute Leistungsabgabe wieder zur Wasseroberfläche aufsteigen kann. Für diesen Vorgang wird der Absperrschieber 7 geschlossen. Im aufgetauchten Zustand des schwimmenden Speicherteils 2 befindet sich die Dichtung 16 mit dem verstellbaren Formring 17, um Korrekturen und Reparaturen an ihnen ausführen zu können, oberhalb der Wasserlinie. Im abgetauchten Zustand des schwimmenden Speicherteils 2 befinden sich der gegen Wasser zu schützende Generator 10 sowie die Pumpen 13, an Säulen 15 befestigt, über der höchsten Wasserlinie.
Um die Unterseite des schwimmenden Speicherteils 2 kontrollieren zu können, verfügt die Außenschale 1 im oberen Bereich über eine Schleusenkammer 18. Damit eine Speichertätigkeit auch bei Windflauten mittels Sonnenenergie ermöglicht werden kann, sind oberhalb der Außenschale 1 Solarmodule 19 befestigt.
Der schwimmende Speicherteil 2 lässt sich aus unterschiedlichen Materialien bauen. Da dessen Form durch die Außenschale 1 und dem planen Boden des Erdreichs bereits vorgegeben ist, wäre der Einsatz von Faserbeton in Form von Ortbeton besonders zweckmäßig, zumal dessen Ausdehnung bei Wärme gering ist und durch das kühlende Wasser des Speichers weiter verringert würde. Ein Schrumpfen des Bodens 4 des schwimmenden Speicherteils 2 in der Fläche, ließe sich nach Trocknen des Ortbetons durch ein nachträgliches Angießen des Niedrigbords 3 kompensieren.

Claims

Pumpspeicher mit schwimmendem Speicherteil, wobei dieser aus einer mit Wasser gefüllten, zylinderförmigen Außenschale (1) und einem innenliegend schwimmenden Speicherteil (2) mit einem Niedrigbord (3) und einem Boden (4) sowie einer darin befindlichen Öffnung (5) mit einem darin eingelassenen, aufstrebenden Steigrohr (6) und einem in dessen unterem Bereich befindlichen Absperrschieber (7) mit einer anschließenden Wasserturbine (8) und einer Welle (9) und einem hiermit verbundenen Generator (10) sowie aus aufstrebenden Druckrohren (11) mit Ventilen (12) und oben befindlichen Pumpen (13) nebst Saugrohren (14), die von den Pumpen (13) bis in die Nähe des Bodens (4) reichen, besteht, dergestalt, dass für die Leistungsabgabe des Pumpspeichers der schwimmende Speicherteil (2) flutbar ist.
Pumpspeicher mit schwimmendem Speicherteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluten des Schwimmkörpers (2) durch den Absperrschieber (7) regelbar ist.
Pumpspeicher mit schwimmendem Speicherteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich alle außerhalb der Mitte befindlichen Vorrichtungen (11–15) zueinander im Gleichgewicht befinden.
Pumpspeicher mit schwimmendem Speicherteil nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass der wasserempfindliche Generator (10) und die Pumpen (13) an Säulen (15) befestigt sind und sich oberhalb der höchsten Wasserlinie befinden.
Pumpspeicher mit schwimmendem Speicherteil nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass sich am oberen Rand des Niedrigbords (3) eine Dichtung (16) befindet.
Pumpspeicher mit schwimmendem Speicherteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (16) als Quelldichtung ausgeführt ist.
Pumpspeicher mit schwimmendem Speicherteil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (16) von einem verstellbaren Formring (17) geführt ist.
Pumpspeicher mit schwimmendem Speicherteil nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschale (1) im oberen Bereich über eine Schleusenkammer (18) verfügt.
Pumpspeicher mit schwimmendem Speicherteil nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der Außenschale (1) Solarmodule (19) befestigt sind.