DE102012022096A1 - Method for storing electrical energy in natural storage, involves passing water over turbines of hydropower plant or pumped storage power plant from reservoirs, when required, so that potential energy is converted into electrical energy - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Speicherung von elektrischer Energie in einem natürlichen Speicher.The invention relates to a method for storing electrical energy in a natural memory.
Der Anteil an Strom aus erneuerbaren Energiequellen, insbesondere aus Wind- und Sonnenenergie, wird zunehmend größer. Problematisch ist dabei jedoch, dass die Stromerzeugung nicht kontinuierlich läuft, sondern entsprechend den aktuellen Wetterverhältnissen. Es ist daher erforderlich, Speicher insbesondere für die fluktuierend anfallenden Stromspitzen aus erneuerbaren Energiequellen zur Verfügung zu stellen. Diese müssen eine ausreichende Kapazität aufweisen und einfach in die bestehende Infrastruktur integrierbar sein.The share of electricity from renewable energy sources, in particular from wind and solar energy, is becoming increasingly larger. The problem is, however, that the power generation is not continuous, but according to the current weather conditions. It is therefore necessary to provide storage in particular for the fluctuating current peaks from renewable energy sources available. These must have sufficient capacity and be easy to integrate into the existing infrastructure.
Vom Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) in Kooperation mit dem Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) wurde bereits ein Verfahren entwickelt, um fluktuierend anfallenden Ökostrom in Form von synthetischem Erdgas zu speichern. Dabei wird der überschüssige erneuerbare Strom genutzt, um Wasser elektrolytisch in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Durch chemische Reaktion des Wasserstoffs mit Kohlenstoffdioxid entsteht Methan. Dieses wird wie herkömmliches Erdgas in das bestehende Erdgasnetz eingespeist, um dann Erdgasautos anzutreiben oder Erdgasheizungen anzufeuern (vgl.
Das obige Verfahren hat jedoch insbesondere den Nachteil, dass es die Nutzung der Stromspitzen auf eine Verwertung in Form von Erdgas begrenzt.However, the above method has the particular disadvantage that it limits the use of the current spikes on a utilization in the form of natural gas.
Auch aus Erdgas kann wieder Strom gewonnen werden, allerdings ist die An- und Abfahrdauer größer als bei Wasserkraftwerken, und Erdgas ist nur beschränkt geeignet zur Speicherung von Spitzenlasten. Darüber hinaus ist der Wirkungsgrad kleiner als bei Pumpspeicherkraftwerken.Electricity can also be recovered from natural gas, but the start-up and shut-down time is greater than for hydropower plants, and natural gas is only limitedly suitable for storing peak loads. In addition, the efficiency is smaller than for pumped storage power plants.
Es war demgegenüber Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren für die Nutzung von Stromspitzen aus erneuerbaren Energien zur Verfügung zu stellen. Hierfür sollen insbesondere natürliche Energiespeicher sowie bestehende Infrastrukturen genutzt werden. Die Verwendung des gespeicherten Stromes soll keinen Einschränkungen unterliegen.It was accordingly an object of the present invention to provide an improved method for the use of power peaks from renewable energies. For this purpose, especially natural energy storage and existing infrastructures should be used. The use of the stored stream should not be restricted.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Speicherung von elektrischer Energie in einem natürlichen Speicher, das dadurch gekennzeichnet ist, dass
- 1. die elektrische Energie eingesetzt wird, um Wasser aus einem Speicherbecken eines Wasserkraftwerks oder Pumpspeicherwerks auf einen höher gelegenen natürlichen Speicher zu pumpen, der auf einer Höhe liegt, in der
- 2. eine Oberflächentemperatur des natürlichen Speichers vorliegt, bei der das Wasser zu einer Eisschicht gefriert, wobei die elektrische Energie in Form von potentieller Energie der Eisschicht gespeichert wird und wobei
- 3. zu einem späteren Zeitpunkt unter geeigneten Umgebungsbedingungen die Eisschicht teilweise oder vollständig schmilzt, wobei Wasser entsteht, das
- 4. zurück in ein Speicherbecken fließt, und wobei
- 5. das Wasser aus dem Speicherbecken bei Bedarf über eine oder mehrere Turbinen eines Wasserkraftwerks oder Pumpspeicherwerks geleitet wird, wobei die potentielle Energie in elektrische Energie umgewandelt wird.
- 1. The electrical energy is used to pump water from a storage tank of a hydroelectric power plant or pumped storage plant to a higher natural storage, which is at an altitude in the
- 2. a surface temperature of the natural memory is present, in which the water freezes to an ice layer, wherein the electrical energy is stored in the form of potential energy of the ice layer and wherein
- 3. at a later time under appropriate environmental conditions, the ice layer partially or completely melts, with water being produced, the
- 4. flows back into a reservoir, and where
- 5. the water from the reservoir is directed, if necessary, through one or more turbines of a hydroelectric power plant or pumped storage plant, the potential energy being converted into electrical energy.
Bevorzugt wird die elektrische Energie zusätzlich eingesetzt, um Wasser aus einem Vorlagebecken in ein höher gelegenes Vorlagebecken zu pumpen.Preferably, the electrical energy is also used to pump water from an original tank in a higher-lying original tank.
Weiter bevorzugt wird die elektrische Energie zusätzlich oder alternativ eingesetzt, um Wasser aus einem Vorlagebecken in ein höher gelegenes Speicherbecken zu pumpen.More preferably, the electrical energy is additionally or alternatively used to pump water from an original tank in a higher storage reservoir.
Darüber hinaus kann die elektrische Energie zusätzlich oder alternativ eingesetzt werden, um Wasser aus einem Vorlagebecken auf einen höher gelegenen natürlichen Speicher zu pumpen.In addition, the electrical energy can additionally or alternatively be used to pump water from an original tank to a higher natural storage.
Es ist auch möglich, die elektrische Energie zusätzlich oder alternativ einzusetzen, um Wasser aus einem stehenden oder fließenden natürlichen Gewässer in ein höher gelegenes Vorlagebecken, in ein höher gelegenes Speicherbecken oder auf einen höher gelegenen natürlichen Speicher zu pumpen.It is also possible to additionally or alternatively use the electrical energy to pump water from a standing or flowing natural body of water into a higher-level original reservoir, into a higher-level reservoir or to a higher natural reservoir.
Aus Gründen einer besseren Lesbarkeit werden vorliegend die Begriffe natürlicher Speicher, Speicherbecken, Vorlagebecken, Wasserkraftwerk und Pumpspeicherwerk jeweils in der Einzahl aufgeführt; der Gegenstand der Erfindung umfasst jedoch nicht nur jeweils ein einzelnes, sondern ebenso auch jeweils zwei oder mehrere der obigen Merkmale.For reasons of better readability, the terms natural storage, reservoir, reservoir, hydroelectric power station and pumped storage plant are all listed here in the single number; However, the subject matter of the invention includes not only a single but also each two or more of the above features.
Bevorzugt stammt die elektrische Energie aus Überschusskapazitäten von erneuerbaren Energiequellen.Preferably, the electrical energy comes from excess capacity of renewable energy sources.
Als natürliche Energiespeicher bieten sich insbesondere Gletscherfelder, Gletscherbetten abgetauter Gletscher, Geröllfelder, Hochtäler oder Nordhänge an.Glacier fields, glacier beds, are particularly suitable as natural energy stores defrosted glaciers, boulders, high valleys or north-facing slopes.
Das vorgeschlagene Verfahren lässt vorhandene Gletscherflächen quasi anwachsen und erweitert die Kapazitäten vorhandener Wasser- und/oder Pumpspeicherkraftwerke.The proposed method virtually increases existing glacier areas and extends the capacities of existing water and / or pumped storage power plants.
Als natürliche Energiespeicher nutzbare Geröllfelder sind Steinhaufenwerke mit einem Lückengrad von insbesondere 15 bis 60%, bevorzugt von 20 bis 45%. Das Wasser füllt die Hohlräume zwischen den Steinen aus und gefriert bei entsprechenden Umgebungstemperaturen zu Eis.As a natural energy storage usable scree fields are stone heap works with a void level of in particular 15 to 60%, preferably from 20 to 45%. The water fills the cavities between the stones and freezes at appropriate ambient temperatures to ice.
Wenn sich die Umgebungstemperatur erhöht, schmilzt das gebildete Eis wieder ab, und fließt durch Leitungen und/oder als Oberflächenwasser, zum Beispiel in Bachbetten, wieder zurück.As the ambient temperature increases, the ice formed melts again, flowing back through pipes and / or as surface water, for example in stream beds.
Das Abschmelzen kann durch geeignete Abdeckungen, insbesondere verstellbare Lamellen oder Folien, die mit licht- bzw. wärmereflektierenden bzw. licht- bzw. wärmeabsorbierenden Materialien beschichtet sein können, gesteuert werden. In das Eis können bevorzugt jahreszeitenabhängig Zusatzstoffe mit eingebracht werden, die das Abschmelzen verzögern oder verhindern, bevorzugt natürliche Stoffe, die die Umwelt nicht belasten, beispielsweise natürliche Sande oder auch feiner Staub.The melting can be controlled by suitable covers, in particular adjustable lamellae or foils, which can be coated with light or heat-reflecting or light or heat-absorbing materials. Depending on the season, additives which delay or prevent melting can be introduced into the ice, preferably natural substances which do not pollute the environment, for example natural sands or even fine dust.
Vorteilhaft kann hierzu eine Folie eingesetzt werden, die auf der einen Seite eine Wärme und Licht reflektierende Beschichtung und auf der gegenüberliegenden Seite eine Wärme und Licht absorbierende Beschichtung aufweist. Diese Folie kann dann je nach Bedarf mit der entsprechenden Seite nach oben zur Abdeckung der Eisschicht genutzt werden.Advantageously, for this purpose, a film can be used which has a heat and light-reflecting coating on one side and a heat and light-absorbing coating on the opposite side. This film can then be used as needed with the appropriate side up to cover the ice layer.
Bevorzugt können auch Folien eingesetzt werden, deren Farbe durch Bestrahlung mit Licht in Abhängigkeit von der Wellenlänge derselben gesteuert werden kann.It is also possible with preference to use films whose color can be controlled by irradiation with light as a function of their wavelength.
Vorteilhaft kann eine Folie eingesetzt werden, die durch Anlegen einer Spannung ihre Reflexionseigenschaften ändert, insbesondere von einer hellen und Wärme und Licht reflektierenden Farbe, zu einer dunklen, Wärme und Licht absorbierenden Farbe.Advantageously, a film can be used which changes its reflection properties by applying a voltage, in particular from a light and heat and light-reflecting color, to a dark, heat and light absorbing color.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann eine Abdeckung in Form von Lamellen vorgesehen sein, über die, durch unterschiedliche Stellung derselben, der Lichteinfall gesteuert werden kann. Die Lamellen können eine unterschiedliche Farbe auf den beiden Seiten derselben aufweisen, beispielsweise eine helle, insbesondere weiße, und eine dunkle, insbesondere schwarze, Farbe. Durch Querstellen der Lamellen kann weiteres Wasser auf das gebildete Eis aufgebracht werden.In a further preferred embodiment, a cover in the form of lamellae can be provided, over which, by different position of the same, the light incidence can be controlled. The lamellae may have a different color on the two sides thereof, for example a light, especially white, and a dark, especially black, color. By crossing the slats further water can be applied to the ice formed.
Sofern Folien vorgesehen sind, ist es vorteilhaft, diese in den Wintermonaten nicht aufzubringen, sodass weiteres Wasser auf die Oberfläche des gebildeten Eises, beispielsweise durch Besprühen, aufgebracht werden kann. Im Frühjahr wird dann die Folie über das gesamte gebildete Eis gezogen.If films are provided, it is advantageous not to apply them in the winter months, so that more water can be applied to the surface of the ice formed, for example by spraying. In spring, the film is then pulled over the entire ice formed.
Vorteilhaft können auch verrottbare Folien eingesetzt werden, die nicht wieder abgezogen werden müssen.It is also advantageous to use decomposable films which do not have to be removed again.
Vorteilhaft kann das Wasser über Düsen verteilt werden, die beweglich auf einer Konstruktion, insbesondere einer Hängekonstruktion, angebracht sein können, so dass sie über den natürlichen Speicher gefahren werden können.Advantageously, the water can be distributed via nozzles which can be movably mounted on a construction, in particular a hanging structure, so that they can be driven over the natural storage.
Vorteilhaft können bereits vorhandene Standard-Beschneiungsanlagen, wie sie in Skigebieten eingesetzt werden, verwendet werden: Diese sind in den entsprechenden Regionen bereits etabliert und stellen keinen weiteren Eingriff in die natürliche Umgebung dar.Advantageously, existing standard snowmaking systems, such as those used in ski resorts, can be used: these are already established in the corresponding regions and do not represent any further intervention in the natural environment.
Eisschichten im Sinne der Erfindung sind sowohl kompakte Eisschichten als auch mit Steine bzw. Geröll oder andere Zusatzstoffe versehene Schichten oder auch lose oder zusammengedrückte poröse Schichten von Eispartikeln, Eis- oder Schneeflocken.Ice layers in the context of the invention are both compact ice sheets and layers provided with stones or boulders or other additives or also loose or compressed porous layers of ice particles, ice or snowflakes.
Das Hochpumpen des Wassers kann mit festen oder mobilen Einrichtungen durchgeführt werden. Die Verteilung des Wassers kann so gesteuert werden, dass nur eine solche Menge lokal hochgepumpt wird, die unter den aktuellen Wetterbedingungen, d. h. in der Regel bei etwa 0°C oder darunter auch gefrieren kann.Pumping up the water can be done with fixed or mobile equipment. The distribution of the water can be controlled so that only an amount is pumped up locally, which under the current weather conditions, d. H. can also freeze at about 0 ° C or below.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Umwandlung von potenzieller in elektrische Energie mit Hilfe der bereits in der Infrastruktur vorhandenen Wasser- bzw. Pumpspeicherkraftwerke.In a preferred embodiment, the conversion of potential into electrical energy takes place with the aid of the existing water or pumped storage power plants in the infrastructure.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Umwandlung der zusätzlichen potenziellen Energie aufgrund des höhergelegenen Niveaus des natürlichen Speichers durch ein weiteres Wasser- bzw. Pumpspeicherkraftwerk oberhalb des Niveaus des Speicherbeckens eines vorhandenen Wasser- bzw. Pumpspeicherkraftwerks.In a further preferred embodiment, the conversion of the additional potential energy due to the higher level of the natural storage by another water or pumped storage power plant is above the level of the storage tank of an existing water or pumped storage power plant.
Bevorzugt stammt die elektrische Energie aus Überschusskapazitäten von erneuerbaren Energiequellen.Preferably, the electrical energy comes from excess capacity of renewable energy sources.
Der Strom aus erneuerbaren Energiequellen, insbesondere aus Wind- und Sonnenenergie, fällt fluktuierend, je nach Wetterlage an, sodass Überschusskapazitäten sich mit Zeiten abwechseln, zu denen keine bzw. nicht ausreichend Energie erzeugt werden kann.The electricity from renewable energy sources, in particular from wind and solar energy, fluctuates depending on the weather conditions, so that excess capacities alternate with times where no or not enough energy can be generated.
Das Wasser wird mit überschüssigem Strom aus Stromspitzen, der entsprechend preiswert ist, hoch gepumpt. Wenn kein überschüssiger Strom vorhanden ist, schalten die Pumpen ab und die Leitungen laufen automatisch leer. Die Leitungen und Verteilerköpfe sind vorteilhaft isoliert und/oder mit einer elektrischen Stützheizung versehen.The water is pumped up with excess current from current spikes, which is reasonably priced. If there is no excess current, the pumps will shut off and the lines will automatically drain. The lines and distribution heads are advantageously isolated and / or provided with an electrical support heater.
Die Leitungen können vorteilhaft auch unterirdisch verlegt sein.The lines can be advantageously laid underground.
Möglich ist auch ein Hintereinanderschalten von Kraftwerken.It is also possible to connect power plants in series.
Regelung der Wasserverteilung:Regulation of water distribution:
Das Wasser wird durch Pumpen, die bislang bereits in der Kraftwerkstechnik zur Stromerzeugung genutzt werden, zum Beispiel Pumpturbinen der Fa. Sulzer Hydro oder der Fa. Voith über Rohrleitungen aus dem Speicherbecken in höhere Regionen gepumpt. Die Rohrleitungen hierzu werden oberirdisch oder unterirdisch verlegt. Die Wasserverteilung erfolgt dann durch entsprechende Verteilersysteme (vielverzweigtes Rohrsystem mit Löchern, Sprühsystemen usw.), die wiederum durch Sensoren, die lokal installiert oder berührungsfrei sind, geregelt werden. Lokal installierte Sensoren können zum Beispiel Temperatur-, Druckkraft-, Schichtdicke- und Leitfähigkeitssensoren sein. Unter den berührungsfreien Sensorikmethoden sind insbesondere GPS-Methoden sowie Infrarotmessmethoden zu verstehen. Die Regelungsmethode funktioniert so, dass zum Beispiel das Wasser durch ein geregeltes System aus verzweigten perforierten Rohren so lange auf den natürlichen Speicher gefördert wird, bis der nächstliegende Sensor anzeigt, dass das Wasser an dieser Stelle nicht mehr ausreichend fest ist, dann wird auf einen anderen Zweig umgeschaltet. Ist das Wasser am Sensor vollständig zu Eis durchgefroren, dann wird wieder frisches Wasser aufgegben. Die lokal installierten Sensoren sind vor allem bei zusätzlichem Schneefall funktionssicher.The water is pumped by pumps, which are already used in power plant technology for power generation, for example, pump turbines from the company. Sulzer Hydro or the company Voith via pipelines from the reservoir into higher regions. The pipelines are laid above ground or underground. The water distribution then takes place through appropriate distribution systems (multi-branched pipe system with holes, spray systems, etc.), which in turn are controlled by sensors that are installed locally or non-contact. Locally installed sensors may be, for example, temperature, compressive, layer thickness and conductivity sensors. Non-contact sensor methods are to be understood in particular as GPS methods and infrared measurement methods. The control method works such that, for example, the water is conveyed to the natural reservoir through a controlled system of branched perforated pipes until the nearest sensor indicates that the water at that point is no longer sufficiently solid then it changes to another Switched branch. If the water at the sensor is completely frozen to ice, then fresh water is given up again. The locally installed sensors are functionally reliable, especially in case of additional snowfall.
Die Verteilung des Wassers kann auch mit Hilfe von berührungsfreier Technologie, insbesondere der Satellitentechnologie (GPS, Höhenmeter, usw.), Infrarottechnologie (Wärmebildkamera) und Videoüberwachung gesteuert und geregelt werden. Möglich ist auch eine optische Messtechnik mit Nachtsichtmöglichkeiten bzw. Lasermessungen.The distribution of the water can also be controlled and regulated by means of non-contact technology, in particular satellite technology (GPS, altimeter, etc.), infrared technology (thermal imaging camera) and video surveillance. Also possible is an optical measurement technology with night vision options or laser measurements.
Die elektrische Energie kann auch aus konventionellen Kraftwerken, Kohlekraftwerken und Kernkraftwerken stammen, vor allem wenn diese zur Abdeckung von Grundlasten eingesetzt werden und diese Grundlast nicht abgerufen wird.The electrical energy can also come from conventional power plants, coal power plants and nuclear power plants, especially if they are used to cover base loads and this base load is not retrieved.
Durch Zulieferung von Wasser aus anderen Quellen (Seen, Flüsse, Abflüsse aus kleineren Kraftwerken) kann die Zykluszeit, d. h. die Zeit, in der der gesamte Speicher (Eisschicht) einmal aufgebaut und wieder abgeschmolzen wird, wesentlich verkürzt und somit die Wirtschaftlichkeit verbessert werden.By supplying water from other sources (lakes, rivers, drains from smaller power plants), the cycle time, i. H. the time in which the entire memory (ice layer) is once built and melted again, significantly shortened and thus improve the efficiency.
Im Herbst und Frühjahr gibt es häufig mehr Niederschläge als im Winter. Da es im Herbst/Frühjahr in den entsprechenden Regionen bereits Minusgrade gibt und vor allem, da in dieser Zeit, wegen des längeren Tageslichtes und der noch nicht begonnenen bzw. bereits beendeten Heizperiode mehr überschüssiger Strom zur Verfügung steht, ist es besonders vorteilhaft, diesen auszunutzen, um Wasser hochzupumpen. Dagegen steht Im Winter in der Regel weniger Überschussstrom und auch weniger Wasser zum Hochpumpen zur Verfügung.In autumn and spring, there is often more rainfall than in winter. Since there are already minus degrees in autumn / spring in the corresponding regions and, above all, because of the longer daylight and the not yet started or already ended heating season, there is more surplus electricity available at this time, it is particularly advantageous to exploit it to pump up water. On the other hand, in winter there is usually less excess flow and less water available for pumping up.
Unter Zykluszeit ist die Dauer zu verstehen, die benötigt wird, um den natürlichen Speicher vollständig mit Eis zu füllen und wieder abzuschmelzen. Die Zykluszeit sollte geringer als 180 Tage, bevorzugt kleiner als 150 Tage, besonders bevorzugt kleiner als 120 Tage, insbesondere kleiner als 90 Tage betragen, damit der natürliche Speicher innerhalb einer Wintersaison bzw. innerhalb einer Frühlings- oder Herbstsaison zu füllen. Natürlich kann der Speicher bei entsprechenden Umgebungsbedingungen auch im Winter bzw. Frühling oder Herbst teilweise abgeschmolzen werden und so ein Teil des Speichers nicht saisonal sondern im Tag-Nacht-Wechsel bzw. im Wochenwechsel betrieben werden.Cycle time is the time it takes to completely fill the natural reservoir with ice and melt it again. The cycle time should be less than 180 days, preferably less than 150 days, more preferably less than 120 days, in particular less than 90 days, in order to fill the natural reservoir within a winter season or within a spring or fall season. Of course, the memory can be partially melted in the corresponding ambient conditions in the winter or spring or fall and so a part of the memory not seasonal but in the day-night change or weekly change.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist die großen Vorteile auf, dass es bekannte und bereits installierte Systeme nutzt, um elektrische Energie aus Überschusskapazitäten von insbesondere erneuerbaren Energiequellen zu speichern. Dies bedeutet geringe Investitionskosten und ein niedriges Investitionsrisiko.The inventive method has the great advantages that it uses known and already installed systems to store electrical energy from excess capacity of particular renewable energy sources. This means low investment costs and a low investment risk.
Darüber hinaus bietet das erfindungsgemäße Verfahren eine einfache, kostengünstige und ökologisch vorteilhafte Lösung, um die Vorlagebecken von Pumpspeicherkraftwerken aufzufüllen, wofür bislang andere Energiequellen (Kernkraft, Kohle etc.) eingesetzt wurden.In addition, the inventive method provides a simple, cost-effective and ecologically advantageous solution to replenish the basins of pumped storage power plants, for which previously other energy sources (nuclear power, coal, etc.) were used.
Die Erfindung wird nachfolgend durch Ausführungsbeispiele und eine Zeichnung näher erläutert.The invention will be explained in more detail by embodiments and a drawing.
In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils gleiche oder entsprechende Merkmale.In the drawings, like reference characters designate like or corresponding features.
In der Zeichnung zeigen im Einzelnen:In detail in the drawing:
In der in
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Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1
Anhand der Staustufen und Kraftwerke der Vorarlberger Illwerke AG kann das Potenzial der Erfindung beispielhaft aufgezeigt werden. Im Ausführungsbeispiel wird ein Ausschnitt aus dem Staustufen- und Kraftwerksverbund der Illwerke AG beschrieben. Dem Ausführungsbeispiel liegt die Idee zu Grund, in der Silvrettaregion Eis in Form von potentieller Energie zu speichern. Das Einzugsgebiet der Silvrettaregion liegt auf einer Höhe von 1800–3300 m und ist ca. 45 km2 groß. Davon sind ca. 10 km2 vergletschert. Die Gletscher sind stark zurückgegangen, so dass zum Beispiel die III, die am Piz Buin entspringt, durch das Ochsental (ein ca. 5 km langes Hochtal) direkt in den Silvretta-Stausee mündet. Die jetzt noch vorhandenen Gletscher der Silvrettaregion (z. B. Ochsentaler-, Klostertaler-, Schattenspitz-, Schneeglocken-, Vermunt- und Rauher Kopfgletscher usw.) haben wirtschaftlich nutzbare Abmessungen von jeweils ca. 0,5–1,0 km2. Bei Ausnutzung von ca. 1/3 der gesamt vergletscherten Fläche (ca. 3,33 km2) und einer aufgebrachten Eisdicke von 50 m lassen sich ca. 166 Mio. m3 Wasser in Form von Eis speichern. Das nutzbare hintere Ochsental selbst ist ca. 4 km lang und hat eine mittlere Breite von ca. 500 m. Bei Aufbringung einer mittleren Eisdicke von 50 m ergibt sich ein potentielles Speichervolumen von 50 Mio. m3.On the basis of the barrages and power plants of Vorarlberger Illwerke AG, the potential of the invention can be exemplified. In the exemplary embodiment, a section of the barrage and power plant network of Illwerke AG is described. The embodiment is based on the idea of storing ice in the Silvretta region in the form of potential energy. The catchment area of the Silvretta region lies at an altitude of 1800-3300 m and is about 45 km 2 large. Of these, about 10 km 2 are glaciated. The glaciers have declined sharply, so that, for example, the III, which rises at Piz Buin, flows through the Ochsental (a 5 km long high valley) directly into the Silvretta Reservoir. The still existing glaciers of the Silvretta region (eg Ochsentaler, Klostertaler, Schattenspitz, Schneeglocken, Vermunt and Rauher head glaciers, etc.) have economically useful dimensions of approximately 0.5-1.0 km 2 each. With utilization of about 1/3 of the total glaciated area (about 3.33 km 2 ) and an applied ice thickness of 50 m, about 166 million m 3 of water can be stored in the form of ice. The usable rear Ochsental itself is about 4 km long and has a mean width of about 500 m. When applying a mean ice thickness of 50 m results in a potential storage volume of 50 million m 3 .
Hieraus ergibt sich ein vereinfacht abgeschätztes Potenzial allein im Einzugsbereich des Silvretta-Stausees von 216 Mio. m3 (166 + 50 Mio. m3) Eisspeicherkapazität. Das Schmelzwasser dieses Eises gelangt zum größten Teil auf natürlichen Wasserwegen oder in schon bestehenden Einfriedungen und Leitungssystemen in die Speicher- bzw. Vorlagebecken (Silvretta- oder Vermunt-Stausee). Das gesammelte Wasser kann dann aus den Speicher- bzw. Vorlagebecken über mehrere Kraftwerks- und Stauseestufen zur elektrischen Stromerzeugung genutzt werden. Im betrachteten Bereich der Illwerke AG steht eine Höhendifferenz von insgesamt ca. 1538 m zur Verfügung. Hierzu ergibt sich bei einem Volumenstrom von 30 m3/s Wasser durch die Turbinen eine Leistung von 453 MW. Würde die komplette Eisspeicherkapazität von 216 Mio. m3 in elektrische Energie umgewandelt werden, dann könnte diese Leistung von 453 MW ca. 2000 h aufrechterhalten. Das entspricht ca. 900 Mio. KWh Strom bei einem einmaligen Zyklus Aufbau/Abschmelzen.This results in a simplified estimated potential in the catchment area of the Silvretta Reservoir of 216 million m 3 (166 + 50 million m 3 ) ice storage capacity alone. Most of the meltwater from this ice reaches natural waterways or already existing enclosures and piping systems in the reservoirs (Silvretta or Vermunt reservoirs). The Collected water can then be used from the storage or original tank over several power plant and reservoir stages for electrical power generation. In the examined area of the Illwerke AG a height difference of altogether approx. 1538 m is available. This results in a capacity of 30 m 3 / s of water through the turbines, an output of 453 MW. If the complete ice storage capacity of 216 million m 3 were converted into electrical energy, then this power of 453 MW could be maintained for approximately 2,000 hours. This corresponds to approx. 900 million KWh of electricity during a one-off cycle build-up / meltdown.
Da die Niederschläge bzw. das eigentliche natürliche Wasseraufkommen für einen jährlichen Aufbau der Eismassen nicht ausreicht um die Eisspeicherkapazität vollständig zu nutzen, ist es zweckmäßig, das notwendige Wasser aus anderen Regionen, zum Beispiel vom Rhein oder Bodensee herbeizuschaffen. Das Wasser müsste dazu durch ein neu zu installierendes Rohrleitungssystem von ca. 400 m ü. NN/450 m ü. NN (Bodensee/Rhein) auf 645 m ü. NN Höhe in die Rodundbecken I bis III gepumpt werden. Von dort ist die Infrastruktur bereits größtenteils vorhanden um das Wasser bis in das Vorlagebecken Vermunt-Stausee in 1743 m ü. NN bzw. in das Speicherbecken Silvretta-Stausee in 2030 m ü. NN. zu pumpen.Since the precipitation or the actual natural water supply for an annual construction of the ice masses is not sufficient to fully use the ice storage capacity, it is expedient to bring the necessary water from other regions, for example from the Rhine or Lake Constance. The water would have to be through a newly installed piping system of about 400 m above sea level. NN / 450 m above sea level. NN (Lake Constance / Rhine) at 645 m above sea level. NN height be pumped into the Rodundbecken I to III. From there, the infrastructure is already largely available to the water to the original reservoir Vermunt reservoir in 1743 m above sea level. NN or in the reservoir Silvretta Reservoir in 2030 m above sea level. NN. to pump.
Ausführungsbeispiel 2
Am Beispiel des Kraftwerkes Kaprun, das zum Verbund Hydro Power AG gehört wird ebenfalls das Potenzial der Erfindung aufgezeigt.The potential of the invention is shown using the example of the Kaprun power plant, which belongs to the Verbund Hydro Power AG.
Das Speicherbecken auf dem Moserboden (Nutzinhalt 84,9 Mio. m3) liegt auf 2005 m ü. NN und wird über den Möllüberleitungsstollen vom weiteren Speicherbecken Margaritze (2000 m ü. NN mit Nutzinhalt 3,3 Mio. m3) und verschiedenen Bächen versorgt. Durch den Aufbau des Pasterzegletschers am Großglockner könnte ein zusätzlicher Eisspeicher mit einer mittleren Breite von 750 m, einer Länge von 3500 m und 75 m Dicke aufgebaut werden. Der Eisspeicher hätte eine Kapazität von ca. 197 Mio. m3 Eis. Das Schmelzwasser dieses Eisspeichers wird im Speicherbecken Moserboden gesammelt, das auch als Sammelbecken für das Schmelzwasser dient. Über mehrere hintereinandergeschaltete Stausee/Kraftwerksanlagen steht für die Stromerzeugung eine Höhendifferenz von 1157 m (2004 m Moserboden – 847 m Kraftwerk Kaprun) zur Verfügung. Bei einem Volumenstrom von 30 m3/s ergibt sich eine Leistung von 340 MW bei einer Leistungsdauer von insgesamt 1824 h. Das entspricht 620 Mio. KWh Strom bei einem einmaligen Zyklus eines vollständigen Aufbaus/Abschmelzens. Die Wirtschaftlichkeit wird durch Verkürzung der Zykluszeit erhöht.The reservoir on the Moserboden (usable volume 84.9 million m 3 ) is at 2005 m above sea level. NN and is supplied via the Möllüberleitungsstollen from the other reservoir Margaritze (2000 m above sea level with 3.3 million m 3 net capacity) and various streams. The construction of the Pasterze glacier on the Großglockner could build up an additional ice storage with a mean width of 750 m, a length of 3500 m and a thickness of 75 m. The ice storage would have a capacity of about 197 million m 3 of ice. The meltwater of this ice storage is collected in the reservoir Moserboden, which also serves as a reservoir for the meltwater. A number of eleven lakes (power plants) with a height difference of 1157 m (2004 m Moserboden - 847 m Kaprun power plant) are available via several reservoirs / power plants connected in series. With a volume flow of 30 m 3 / s, this results in an output of 340 MW with a total power duration of 1824 h. This equates to 620 million KWh of electricity for a one-off full build / melt cycle. The economy is increased by shortening the cycle time.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- „Überschussstrom aus Windkraft und Fotovoltaik als Erdgasspeicher”, Artikel vom 19.04.2010, Druckdatum 12.05.2012 auf www.solarportal24.de [0003] "Surplus electricity from wind power and photovoltaic as natural gas storage", article dated 19.04.2010, printed on 12.05.2012 on www.solarportal24.de [0003]
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