DE102012023539A1

DE102012023539A1 - Energy storage power plant

Info

Publication number: DE102012023539A1
Application number: DE102012023539.9A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-11-24
Filing date: 2012-11-24
Publication date: 2014-05-28
Also published as: WO2014079410A3; EP2956660A2; WO2014079410A2; DE112013005655A5

Abstract

Speicherkraftwerke, insbesondere für elektrische Energie, benötigen heutzutage entweder einen sehr großes Volumen bei geringem Wirkungsgrad, wie z. B. bei gasbasierten Druck- und hydraulischen Speichern, oder teure Technologien wie z. B. bei Batteriespeichern. Bei Stromspeichertechnologien sind unter anderem die Wirkungsgrade und Speicherkapazitäten sehr unterschiedlich. So gelten Pumpspeicherkraftwerke mit Wirkungsgraden über 80% als sehr effizient und haben Speicherkapazitäten bis zu ca. 10 GWh, sind aber gegenüber Speichern mit brennbaren Gasen, die geringe Wirkungsgrade um 40% aufweisen, in der Speicherkapazität eher beschränkt. Sie eignen sich daher nur für den stundenweisen Ausgleich von Angebots- und Nachfrageschwankungen. Für einen hohen Anteil regenerativer Energieträger in der Stromversorgung sind jedoch auch Speicher mit Kapazitäten, die im Bereich von Tagen bis Wochen Erzeugungsengpässe ausgleichen können notwendig. Die Erfindung kombiniert in vorteilhafter Weise einen effizienten Speicher nach dem Pumpspeicherprinzip für den stundenweisen Ausgleich von Energieengpässen mit einem Langzeitspeicher. Dies ohne ein für den Langzeitspeicher bei getrennter Aufstellung notwendiges zusätzliche Speichervolumen. Durch die Kombination an einem Aufstellungsort wird in idealer Weise ein effizientes aber auch für längere Erzeugungsengpässe gewappnetes Kraftwerk realisiert.Storage power plants, especially for electrical energy, nowadays either need a very large volume with low efficiency, such as. B. in gas-based pressure and hydraulic accumulators, or expensive technologies such. B. in battery storage. The efficiency and storage capacity of electricity storage technologies are very different, among other things. Pumped storage power plants with efficiencies above 80% are very efficient and have storage capacities of up to approx. 10 GWh, but are rather limited in terms of storage capacity compared to storage facilities with combustible gases that have low efficiencies of around 40%. They are therefore only suitable for the hourly balancing of supply and demand fluctuations. However, storage with capacities that can compensate for generation bottlenecks in the range of days to weeks are necessary for a high proportion of renewable energy sources in the power supply. The invention advantageously combines an efficient storage according to the pump storage principle for the hourly compensation of energy bottlenecks with a long-term storage. This without an additional storage volume necessary for the long-term storage with separate installation. The combination at one installation site ideally creates an efficient power plant that is also equipped for longer generation bottlenecks.

Description

Pumpspeicherkraftwerke dienen meist der Zwischenspeicherung elektrischer Energie und nehmen angesichts der steigenden Bedeutung regenerativer Energieträger, wie Wind und Sonne, welche unstetig Energie produzieren, eine wachsende Bedeutung ein, um eine kontinuierliche Stromversorgung sicherzustellen. Pumpspeicher sind dabei hocheffizient zu betreiben und können bei ausreichender Größe und Höhenunterschied eine große Energiemenge nahezu verlustfrei speichern. Sie sind daher ideal für die kurzfristigere Speicherung zur Pufferung von Tageslastspitzen bzw. von wenigen Tagen Dauerbetrieb bei reduzierter Leistung geeignet.Pumped storage power plants are usually used for intermediate storage of electrical energy and take in view of the increasing importance of renewable energy sources, such as wind and sun, which produce discontinuous energy, an increasing importance to ensure a continuous power supply. Pumped storage units are highly efficient to operate and can store a large amount of energy almost lossless with sufficient size and height difference. They are therefore ideally suited for short-term storage for buffering daily peak loads or of a few days of continuous operation at reduced power.

Vor allen Dingen bei einem Umstieg auf eine nahezu 100% regenerative Energieversorgung ist die Speicherung von Energie mittels brennbarer Gase unerlässlich. So kann mit diesen Gasen in Zeiten hohen Stromangebots für Zeiten längerer Flauten (Windkraft) und geringer Sonneneinstrahlung (Photovoltaik) vorgesorgt werden, welche mit einfachen Speicherkraftwerken wie einem Pumpspeicherkraftwerk nicht abzupuffern sind. Gegenwärtig werden viele Konzepte diskutiert die unter anderem eine unterirdische Gaslagerung vorsehen. Dabei ist die Energieversorgung über solches Gas grundsätzlich energetisch gesehen sehr ineffizient, denn nur 30–40% der verwendeten Primärenergie (Strom) lassen sich in der Regel rückverstromen. Ein Teil der beim Verstromen freiwerdenden Wärme kann zwar für Heizungs- oder Prozesswärmezwecke genutzt werden, gemeinhin gilt diese Option aber nur für längere Deckungslücken als sinnvoll, sofern andere Technologien mit hohen Wirkungsgraden für kürzere Deckungslücken verfügbar sind.Above all, when switching to a nearly 100% renewable energy supply, the storage of energy by means of combustible gases is essential. Thus, in times of high electricity supply, these gases can be provided for times of longer lulls (wind power) and low solar radiation (photovoltaics), which are not buffered by simple storage power plants such as a pumped storage power plant. At present, many concepts are discussed which provide, inter alia, an underground gas storage. The energy supply via such gas is fundamentally very inefficient in terms of energy, since only 30-40% of the primary energy (electricity) used can usually be back-flowed. While some of the heat released during the run-off can be used for heating or process heat purposes, this option is generally only useful for longer coverage gaps, provided other high-efficiency technologies are available for shorter coverage gaps.

Klassische Pumpspeicherkraftwerke sind aber durch die Notwendigkeit von Höhenunterschieden und die ungeeigneten Gegebenheiten in vielen Regionen in der Anzahl begrenzt. Es gibt aber neue Konzepte die diese Probleme teilweise aushebeln. So sind in der EP 2315934 Kraftwerke genannt die durch Auflasten den Wasserdruck verstärken oder in der DE 10 2011 106 040.9 durch einen hohen Gasdruck die gespeicherte Energiemenge erhöhen. Auch reine Speicher mit Gewichten also Lageenergiekraftwerke sind als Prinzipien zur Energiespeicherung bekannt. All diesen Methoden ist gemein, dass die gespeicherte Energiemenge, also die Energiedichte, relativ gering ist und die Anlagen immer teurer als klassische Pumpspeicherkraftwerke sind, wobei es auch hier noch deutliche Unterschiede in den Errichtungskosten gibt.Classical pumped storage power plants are limited by the need for height differences and inappropriate conditions in many regions in number. But there are new concepts that partially overcome these problems. So are in the EP 2315934 Power plants called the by reinforcing strengthen the water pressure or in the DE 10 2011 106 040.9 increase the stored amount of energy by a high gas pressure. Also, pure memory with weights so power plants are known as energy storage principles. All these methods have in common that the amount of energy stored, ie the energy density, is relatively low and the plants are always more expensive than conventional pumped storage power plants, and there are still significant differences in the construction costs.

Aufgabe der Erfindung ist es ein effizientes Speicherkraftwerk für die Kurzfristspeicherung im Stunden/Tagesbereich und mit hohem Wirkungsgrad der Speicherzyklen wie bei einem Pumpspeicherkraftwerk zu kombinieren mit der langfristigen Speicherung von Energie im Tages/Wochenbereich um so kostengünstig und mit einer hohen Energiedichte ein Speichersystem zur Verfügung zu stellen.The object of the invention is to combine an efficient storage power plant for short-term storage in hours / day and with high efficiency of the storage cycles as a pumped storage power plant with the long-term storage of energy in the day / week range so cost-effective and with a high energy density a storage system available put.

Dies wird nach Anspruch 1 gelöst in dem mindestens zwei kombinierte Energiespeicher basierend auf a.) einem hydraulischen Energiespeicher bestehend aus einer Pumpspeichereinheit mit einer Flüssigkeit unter einem Gasdruck oberhalb Atmosphärendrucks in einem mindestens auf der Druckseite gasdichten System und mit b.) mindestens 10% des Druckgases des Gesamtsystems bestehend aus einem brennbaren oder durch chemische Reaktion zur Energiegewinnung nutzbarem Gas mit einem Gasdruck oberhalb Atmosphärendrucks über der Flüssigkeit des Pumpspeichers und/oder c.) der Erzeugung von Energie durch Entspannung des unter Druck gespeicherten Gases eingesetzt werden. Solch ein kombiniertes System vereint vor allen Dingen vorteilhaft die hohen Speicherwirkungsgrade von über 80% von Pumpspeichersystemen mit der hohen Energiedichte von brennbare Gasen, die jedoch nur mit einem niedrigerem Wirkungsgrad erzeugt und anschließend wieder verstromt werden können, so dass am Ende ca. 40% Wirkungsgrad bei der Verstromung plus Prozesswärme steht. Dies ist jedoch für das in der Regel nur selten genutzten Langzeitspeichermedium des brennbaren Gases ein akzeptabler Wert, da er Wochen mit Deckungslücken konventioneller bzw. regenerativer Energieerzeugung überbücken kann, was durch andere Speicher nicht zu akzeptablen Kosten möglich ist. Vorteilhaft gegenüber getrennten Systemen ist die Kompaktheit und der Verzicht auf einen separaten Speicher für das Gas selbst. Dabei kann zudem die Energieeinspeisung gemeinsam genutzt werden was die Installations- und Netzanbindungskosten weiter senkt. Zudem ermöglicht die als dritte Option mögliche zusätzliche Entspannung des brennbaren Gases oder von Luft, die unter Druck über der Flüssigkeit gespeichert wird, die Reichweite des Kraftwerks bei kurzfristiger Energieknappheit, ohne die Verstromung des brennbaren Gases beginnen zu müssen, zu verlängern. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Kombination von Anspruch 1a.) und b.), da dies im Dauerbetrieb am einfachsten und am kostengünstigsten zu realisieren ist. Die nach 1c.) mögliche Gasexpansion benötigt in der Regel eine Erwärmung des Gases um den Wirkungsgrad auf 60–70% zu heben, was den konstruktiven Aufwand des Kraftwerks wegen der dafür notwendigen Wärmetauscher erhöht. Optional kann aber auch das brennbare Gas welches entspannt wird zusätzlich durch Verbrennung die Energie liefern. Dann ist es häufig aber vorteilhafter den hohen Gasdruck für eine effiziente Gasverbrennung in einer Gasturbine zu nutzen, die durch die gleichzeitige Expansion des Gases einen höheren Wirkungsgrad ermöglicht und den Aufwand für unterschiedliche Energiewandler reduziert.This is achieved according to claim 1 in the at least two combined energy storage based on a.) A hydraulic energy storage consisting of a pumped storage unit with a liquid under a gas pressure above atmospheric pressure in a at least on the pressure side gas-tight system and b.) At least 10% of the compressed gas the total system consisting of a combustible or by chemical reaction for the production of energy usable gas with a gas pressure above atmospheric pressure above the liquid of the pumped storage and / or c.) The generation of energy by relaxing the gas stored under pressure can be used. Above all, such a combined system advantageously combines the high storage efficiencies of over 80% of pumped storage systems with the high energy density of combustible gases, which, however, can only be produced with a lower efficiency and can then be converted to electricity again, so that in the end about 40% efficiency in power generation plus process heat is. However, this is an acceptable value for the usually rarely used long-term storage medium of the combustible gas, since it can bridge weeks with coverage gaps conventional or regenerative energy production, which is not possible by other storage at acceptable cost. Advantageous compared to separate systems is the compactness and the absence of a separate storage for the gas itself. In addition, the energy feed can be shared, which further reduces the installation and network connection costs. In addition, the additional option of venting the flammable gas or air stored under pressure over the liquid as a third option allows the range of the power plant to be extended in the event of a short-term energy shortage without having to start burning the flammable gas. However, particularly advantageous is the combination of claim 1a.) And b.), Since this is the simplest and most cost-effective to implement in continuous operation. The according to 1c.) Possible gas expansion usually requires a warming of the gas to increase the efficiency to 60-70%, which increases the design effort of the power plant because of the necessary heat exchangers. Optionally, however, the flammable gas which relaxes can additionally supply the energy through combustion. Then it is often but more advantageous to use the high gas pressure for efficient gas combustion in a gas turbine, which allows a higher efficiency through the simultaneous expansion of the gas and reduces the cost of different energy converters.

Das Pumpspeicherkraftwerk ist dabei durch den Betrieb mit einer Flüssigkeit die unter einem hohen Gasdruck steht unabhängig von der Topographie des Aufstellungsortes errichtbar. So ist dies ebenerdig, unter Tage, unter Wasser oder in Kombinationen davon möglich wobei der druckarme Bereich in den die Flüssigkeit unter Energiegewinnung gelangt auch über dem Druckbehältnis liegen kann ohne den Gesamtwirkungsgrad negativ zu beeinflussen. Dies verringert jedoch die Speicherdichte die durch einen zusätzlichen Höhenunterschied noch erhöht werden kann. Als einfachstes Betriebsmedium für das Pumpspeicherkraftwerk dient nach Anspruch 2 Wasser aber auch Salzwasser ist gut geeignet, da Salzwasser weniger Gas löst was im Pumpspeicherprozess wiederum aufgefangen werden muss. Als energietragendes Gas ist nach Anspruch 3 Wasserstoffbevorzugt, da sich damit im Gegensatz zu z. B. Methan, welches auch genutzt werden kann, bei niedrigen Temperaturen und hohen Drücken kein Stoff wie Methanhydrat bilden kann, wie es sonst bei unzureichender Isolation im Winter möglich ist. Zudem sind die erzielbaren Wirkungsgrade höher, da die Methansynthese wiederum Wasserstoff und CO₂ oder CO als Ausgangsstoffe benötigt, was den Prozess in Summe ineffizienter macht. Bevorzugt werden Betriebsdrücke die maximal mindestens 50 bar und bei Entspannung durch Betrieb des Pumpspeichers auf ca. 10–30 bar absinken. Bei Nutzung des brennbaren Gases für die Energiegewinnung aber auch bei Nutzung des Druckgases zur adiabatischen oder isothermen Expansion, z. B. in einer Expansionsturbine, kann der Druck bis auf Atmosphärendruck absinken. Idealist aber ein insgesamt höherer maximaler Betriebsdruck um die Energiedichte des Speicher in eine wirtschaftlich sinnvolle Höhe zu heben. Dabei steigen zwar bei Nutzung von Druckbehältern die Materialkosten linear mit dem Druck, aber die benötigte Fläche der Anlage und die Aufstellkosten reduzieren sich. Vor allen Dingen reduzieren sich die Leitungsverluste, da die Flüssigkeitsmenge und damit die Strömungsgeschwindigkeit um dieselbe Energiemenge freizusetzen bei höherem Druck geringer ist. Es ist daher ein maximaler Druck über 100 bar anzustreben was mit modernen Druckgefäßen auch großtechnisch realisierbar ist. The pumped storage power plant can be built by operating with a liquid which is under a high gas pressure, regardless of the topography of the site. So this is at ground level, underground, under water or in combinations thereof possible where the low-pressure region in which the liquid passes under energy can also be above the pressure vessel without affecting the overall efficiency negatively. However, this reduces the storage density which can be increased by an additional height difference. As the simplest operating medium for the pumped storage power plant water according to claim 2 but also salt water is well suited because salt water dissolves less gas which in turn must be collected in the pumped storage process. As energy-carrying gas is preferred according to claim 3 hydrogen, since thus in contrast to z. As methane, which can also be used, at low temperatures and high pressures no substance such as methane hydrate can form, as it is otherwise possible with insufficient isolation in winter. In addition, the achievable efficiencies are higher, since the methane synthesis in turn requires hydrogen and CO ₂ or CO as starting materials, which makes the process in total inefficient. Operating pressures are preferably the maximum of at least 50 bar and at relaxation by operation of the pumped storage to about 10-30 bar drop. When using the combustible gas for energy but also when using the compressed gas for adiabatic or isothermal expansion, z. B. in an expansion turbine, the pressure may drop to atmospheric pressure. However, an overall higher maximum operating pressure is ideal in order to raise the energy density of the storage to an economically sensible height. Although the use of pressure vessels increases the material costs linearly with the pressure, the required area of the plant and the installation costs are reduced. Above all, the line losses are reduced because the amount of liquid and thus the flow rate to release the same amount of energy at higher pressure is lower. It is therefore desirable to achieve a maximum pressure above 100 bar, which can also be achieved industrially with modern pressure vessels.

Die Energie im Gas kann nach Anspruch 5 durch eine klassische Verbrennung und den Antrieb einer Turbine mit Generator als Strom und Wärme oder rein als Wärme zur Beheizung durch Verbrennung und nach Anspruch 6 auch durch eine Brennstoffzelle als Strom und Wärme zurückgewonnen werden.The energy in the gas can be recovered according to claim 5 by a classical combustion and the drive of a turbine with generator as electricity and heat or purely as heat for heating by combustion and according to claim 6 also by a fuel cell as electricity and heat.

Die im Prozess anfallende Wärmeenergie kann zudem nach Anspruch 7 in der Flüssigkeit des Speichers im Speicherbehältnis oder im druckärmeren Vorratsbecken bzw. -behältnis zwischengespeichert werden. Hierbei ist idealerweise für eine ausreichende thermische Isolation des Speichers zu sorgen. Auch muss dabei berücksichtigt werden, dass sich der Betriebsdruck im Speicher bei Erwärmung des Gases erhöht, was bei fast von der Flüssigkeit und damit teilweise auch vom Gas entleertem Speicher kein Problem darstellt. Diese Wärme aus der Umsetzung der Energie im brennbaren Gas kann dann später, aber auch ohne eine Zwischenspeicherung direkt, nach Anspruch 8, idealerweise zur Beheizung oder für Industrieprozesse genutzt werden.The heat energy produced in the process can also be cached according to claim 7 in the liquid of the memory in the storage container or in low-pressure storage tank or container. In this case, ideally, sufficient thermal insulation of the memory is to be ensured. It must also be taken into account that the operating pressure in the accumulator increases when the gas is heated, which is not a problem in the case of storage which is almost emptied of the fluid and thus partly also of the gas. This heat from the conversion of the energy in the combustible gas can then be used later, but also without intermediate storage directly, according to claim 8, ideally for heating or for industrial processes.

Bei der Verbrennung von Wasserstoff als Energie tragendes Gas, wie auch beim Betreiben einer Brennstoffzelle, ist es vorteilhaft auch den bei der Elektrolyse anfallenden Sauerstoff zu speichern. Dies ermöglicht zum einen den einfachen Einsatz in Brennstoffzellen und zum anderen auch höhere Verbrennungstemperaturen von bis zu 3000°C bei Verbrennungsprozessen und somit prinzipiell auch höhere Wirkungsgrade. Hier sind aber sowohl bei Gasturbinen als auch Verbrennungsmotoren noch Materialentwicklungen notwendig um solch hohe Prozesstemperaturen dauerhaft zu ermöglichen.In the case of the combustion of hydrogen as energy-carrying gas, as well as in the operation of a fuel cell, it is advantageous to also store the oxygen produced during the electrolysis. This allows for a simple use in fuel cells and on the other hand, higher combustion temperatures of up to 3000 ° C in combustion processes and thus in principle higher efficiencies. Here, however, material developments are still necessary both in gas turbines and internal combustion engines to permanently enable such high process temperatures.

Da Wasserstoff und Sauerstoff nicht zusammen gelagert werden können bietet es sich in solch einem Fall an nach Anspruch 4 das Speichersystem, oder bei teilweiser Nutzung von Druckluft anstelle eines brennbaren Gases zumindest Teile davon, zu 2/3 für Wasserstoff und zu 1/3 für Sauerstoff auszulegen und die Flüssigkeitskreisläufe und Turbinen des Pumpspeichers dieser Systeme zu trennen. Dies stellt bei großen Systemen in der Regel kein Problem dar, da dann meist mit mehreren Turbinen gearbeitet wird. Prinzipiell ist es auch möglich den Sauerstoff und den Wasserstoff getrennt nur als Gas, ohne die Funktion des Pumpspeicherkraftwerks zu lagern was aber die Kapazität für kurze Spitzenlastleistung der Pumpkraftwerkeinheit reduziert. Diese wird in der Regel häufiger benötigt als die Leistung aus dem Langzeitspeicher, also dem brennbaren Gas.Since hydrogen and oxygen can not be stored together, it is in such a case to claim 4 the storage system, or in partial use of compressed air instead of a combustible gas at least parts thereof, 2/3 for hydrogen and 1/3 for oxygen and separate the fluid circuits and turbines of the pumped storage of these systems. This usually does not pose a problem with large systems, as it usually works with several turbines. In principle it is also possible to store the oxygen and the hydrogen separately only as gas, without storing the function of the pumped storage power plant, which reduces the capacity for short peak load power of the pumping power unit. This is usually required more often than the power from the long-term storage, ie the combustible gas.

Prinzipiell kann das brennbare Gas aber auch parallel mit der Pumpspeichereinheit zur Energieerzeugung genutzt werden. Dies erhöht die maximal verfügbare Spitzenleistung deutlich und benötigt nur eine ausreichende Anschlusskapazität, da die Energieerzeuger aus der Flüssigkeit und aus dem Gas in der Regel getrennt sind. Zwar ist es möglich Generatoren für beide Energieformen gemeinsam zu nutzen, jedoch sind die Energiewandler für die Flüssigkeit (z. B. Wasserturbinen oder Kolbenmaschinen für Flüssigkeiten) und das Gas (z. B. Gasturbine, Verbrennungsmotor, Brennstoffzelle) in der Regel nicht kompatibel, so dass es, im Fall, dass für das Gas keine Brennstoffzelle verwendet wird, meist einen größeren Aufwand erfordert diese Systeme zur gemeinsamen Nutzung eines Generators auszulegen.In principle, however, the combustible gas can also be used in parallel with the pumped storage unit for generating energy. This significantly increases the maximum available peak power and only requires sufficient terminal capacity since the power generators are usually separate from the fluid and from the gas. Although it is possible to use generators for both forms of energy together, the energy converters for the liquid (eg water turbines or piston machines for liquids) and the gas (eg gas turbine, internal combustion engine, fuel cell) are generally incompatible, so that, in the case that no fuel cell is used for the gas, usually requires a greater effort to design these systems for sharing a generator.

Eine ideale Möglichkeit der Aufstellung bzw. Nutzung besteht darin die Speicher mit Windkraft oder Photovoltaikanlagen in räumlicher Nähe zu kombinieren um so, ohne das Netz zu belasten, in Spitzenerzeugungszeiten Überschüsse aufzufangen und für hohe Nachfrage aber geringe Produktion der Windkraft- und Photovoltaikanlagen wieder in das Netz einzuspeisen. Dies ist neben der Aufstellung nahe Abnehmern von Wärme, insbesondere der Verbrennungswärme bei Nutzung des Langzeitspeichers, der bevorzugte Aufstellungsort für solche Speicher. Die Speicher werden dabei idealerweise in das Erdreich eingelassen, da sie dann, zumindest teilweise, thermisch isoliert sind bzw. der Isolationsaufwand gering ist. Auch vollständig unterirdische Speicher, z. B. in Stollensystemen sind möglich. Bei überirdischer Aufstellung ist eine thermische Isolation der Behälter vorteilhaft um Druckschwankungen wegen Änderungen der Umgebungstemperatur zu minimieren. An ideal possibility of installation or use is to combine the storage with wind power or photovoltaic systems in close proximity so as to pollute without overloading the network, to catch up in peak production times and high demand but low production of wind power and photovoltaic systems back into the grid feed. In addition to being close to consumers of heat, in particular the heat of combustion when using the long-term storage, this is the preferred location for such storage. The reservoirs are ideally embedded in the soil, since they are then, at least partially, thermally insulated or the insulation effort is low. Also completely underground storage, z. B. in stud systems are possible. When installed above ground, a thermal insulation of the container is advantageous to minimize pressure fluctuations due to changes in ambient temperature.

Als brennbares Gas kann aber auch Gas aus der Biogasproduktion verwendet werden, welches so bei hohem Druck in großer Menge eingelagert werden kann um für Zeiten einer geringen Erzeugung von Wind- und Sonnenstrom zur Verfügung zu stehen.As a combustible gas but also gas from biogas production can be used, which can be stored at high pressure in large quantities to be available for times of low generation of wind and solar power.

Das Pumpspeicherkraftwerk verfügt entweder über ein geschlossenes System in dem vom Druckbehälter über ein Antriebsaggregat Strom erzeugt wird und die Flüssigkeit in einem wiederum geschlossenen Behältnis aufgefangen wird. Das in der Flüssigkeit gelöste Gas wird beim Entspannen frei, weshalb die Antriebsaggregate ebenfalls gasdicht ausgelegt sein müssen und über eine Rückführeinheit für das Gas in den Speicher oder einen Zwischenspeicher verfügen sollten. Typischerweise beträgt der Gasverlust ca. 1.5% bei einem vollen Speicherzyklus (Luft in Wasser) ist aber abhängig vom Gas, der Temperatur und der Flüssigkeit. Das Lösen des Gases verringert zwar den Wirkungsgrad des Pumpspeichers, jedoch nur um 1–2% was durch Vorteile des Systems gegenüber herkömmlichen Pumpspeichern, wie z. B. geringe Leitungsverluste, teilweise wettgemacht wird.The pumped storage power plant has either a closed system in which the pressure vessel via a drive unit power is generated and the liquid is collected in a turn closed container. The dissolved in the liquid gas is released during the relaxation, which is why the drive units must also be designed gas-tight and should have a return unit for the gas in the memory or a cache. Typically, the gas loss is about 1.5% for a full storage cycle (air in water) but is dependent on the gas, the temperature and the liquid. Although the release of the gas reduces the efficiency of the pumped storage, but only by 1-2%, which by advantages of the system over conventional pumped storage, such. B. low line losses, is partially compensated.

Der Energiegehalt eines solchen Kraftwerks bzw. Speichers beträgt z. B. für den Pumpspeicher bei einem Speicherbehältervolumen von 10000 m³, einem maximalen Betriebsdruck von 100 bar und einer Reduktion durch den Pumpspeicherbetrieb auf 40 bar, d. h. ca. 60% maximalem Wasserfüllstands bzw. 6000 m³ Wasser ca. 10 MWh nutzbarer Energie. Der Energiegehalt von 4000 m³ Wasserstoff bei 100 bar, also 4000000 m³ Wasserstoff bei Normalbedingungen beträgt 12000000 kWh bzw. 12 GWh von denen ca. 60% direkt in Strom umsetzbar sind. D. h. die Reichweite des Langzeitspeichers ist ca. 700 mal so lang wie die des Pumpspeichers und kann dementsprechend bei Auslegung des Pumpspeichers für 4 Stunden Volllastbetrieb über 100 Tage mit derselben Leistung Strom liefern. Dabei kann der Pumpspeicher zuerst vollständig entleert werden, da der verbleibende Druck in der Regel ausreicht um das brennbare Gas zum Einsatzort wie z. B. eine Brennstoffzelle oder eine Verbrennungsturbine zu bringen. Da solche kombinierten Speicher in einem möglichen Energieszenario mit Strom aus regenerativen Quellen anfangs eher rar sind ist es sinnvoll für den Gasspeicherbetrieb eine hohe Leistung in das Netz einzuspeisen, um einen großflächigen längeren Ausfall der regenerativen Energieerzeugung wegen Flaute und Dunkelheit besser abzupuffern. Entsprechend verringert sich die zur Verfügung stehende Dauer der Energieeinspeisung aus dem Langzeitspeicher bzw. aus dem brennbaren Gas als Energieträger. Für Spitzenzeiten bei fast ausreichender Stromproduktion aus regenerativen Quellen kommt hingegen idealerweise nur der Pumpspeicher zum Einsatz.The energy content of such a power plant or storage is z. B. for the pump storage at a storage tank volume of 10000 m ³ , a maximum operating pressure of 100 bar and a reduction by the pumped storage operation to 40 bar, ie about 60% maximum water level or 6000 m ^{3 of} water about 10 MWh of usable energy. The energy content of 4000 m ^{3 of} hydrogen at 100 bar, so 4000000 m ^{3 of} hydrogen under normal conditions is 12000000 kWh or 12 GWh of which about 60% are directly convertible into electricity. Ie. The range of the long-term storage is about 700 times as long as that of the pumped storage tank and can accordingly supply electricity for a full load operation of 4 hours at the same power when the pump storage unit is designed for 4 hours. In this case, the pumped storage can first be completely emptied, since the remaining pressure is usually sufficient to the combustible gas to the place of use such. B. to bring a fuel cell or a combustion turbine. Since such combined memory in a possible energy scenario with electricity from renewable sources are initially rather rare, it makes sense for the gas storage operation to feed a high power in the network to buffers a large-scale prolonged failure of renewable energy production due to doldrums and darkness better. Accordingly, the available duration of the energy supply from the long-term storage or from the combustible gas is reduced as an energy source. For peak times with almost sufficient power production from renewable sources, however, ideally only the pumped storage is used.

Prinzipiell ist, wie schon erwähnt, der Speicher wie in Anspruch 1 genannt als dreistufiges System aus den Komponenten a.) bis c.) realisierbar in dem zuerst mit hohem Wirkungsgrad der Pumpspeicher geleert wird. Das dann noch unter einem Druck vorhandene Gas wird anschließend idealerweise adiabatisch oder isotherm entspannt und die darin gespeicherte Energie zur Stromerzeugung genutzt. Dabei ist die isotherme Expansion unter Ausnutzung der in der Flüssigkeit oder einem weiteren Wärmespeicher gespeicherten Energie mit Gesamtwirkungsgraden von bis zu 70% realisierbar. Alternativ kann bei einer adiabatischen wie auch isothermen Expansion ein Teil des Gases verbrannt werden und die notwendige Wärmeenergie liefern. Bei einem Speicher mit einem maximalen Druck von 200 bar und Maximierung des Pumpspeicherwirkungsgrades bzw. Energiegehalts liegt der Anfangsdruck für die Gasexpansion bei ca. 80 bar was für einen Druckgasspeicherbetrieb ein typischer, sehr gut geeigneter Wert ist. Hierbei ist es vorteilhaft bei vorgesehener vollständiger Expansion des Gases im Druckbehälter einen Teil des Speichersystems mit Druckluft zu betreiben einen anderen mit einem brennbaren Gas, wobei dann vor allen Dingen letzteres, sofern der Langzeitspeicher verwendet werden muss bei der Expansion zur Energieerzeugung genutzt werden kann bevor es dann verbrannt oder in einer Brennstoffzelle durch Reaktion zu Strom umgewandelt wird. Analog steht bei Nichtbetrieb des Langzeitspeichers eine verlängerte Stromerzeugung durch die abiabatische oder isotherme Entspannung zur Verfügung. Dementsprechend besteht solch ein Energiespeicher idealerweise aus einer Pumpspeichereinheit, einer Gasexpansionseinheit mit Wärmetauscher und einer Gasverstromungseinheit über eine Brennstoffzelle oder Gasturbine. Aber auch die Expansion eines nicht brennbaren Gases wie Luft kann sich lohnen wenn der Engpass zu lang für den Pumpspeicher alleine, aber zu kurz ist um Energie aus dem Langzeitspeicher abzurufen und danach wieder ein Energieüberschuss zu erwarten ist. Denn insbesondere Druckluft lässt sich schnell wieder zur Verfügung stellen. Die Erzeugung eines nennenswerten Drucks des brennbaren Gases dauert jedoch länger, da für die chemische Energiespeicherung in der Regel große Energiemengen notwendig sind. Ob sich ein dreistufiger Ausbau lohnt ist vor allen Dingen von der Auslegung der Komponenten abhängig, d. h. der jeweiligen Nutzungsdauer der einzelnen Stromerzeuger und der Grundkosten. Idealerweise wird der Pumpspeicher am häufigsten betrieben, der Langzeitspeicher eher selten, dann ist er jedoch unersetzlich. Daher ist die Pumpspeicher/Gasentspannungseinheit nur bei kurzfristigen Engpässen, die nicht mit dem Pumpspeicher überbrückbar sind, sinnvoll einsetzbar. Jedoch kann die Druckentspannung wie anfangs schon erwähnt auch beim primären Betrieb mit Gasverbrennung/Brennstoffzelle genutzt werden um die im Gas als Druck bzw. dann als Druckdifferenz enthaltene Energie zu nutzen.In principle, as already mentioned, the memory as defined in claim 1 as a three-stage system from the components a.) To c.) Can be realized in the emptied first with high efficiency pumped storage. The then still under pressure existing gas is then ideally relaxed adiabatically or isothermally and the stored energy used to generate electricity. In this case, the isothermal expansion can be achieved by utilizing the energy stored in the liquid or a further heat accumulator with overall efficiencies of up to 70%. Alternatively, in adiabatic as well as isothermal expansion, part of the gas can be burned and provide the necessary heat energy. At a storage with a maximum pressure of 200 bar and maximizing the pump storage efficiency or energy content, the initial pressure for the gas expansion is about 80 bar which is a typical, very suitable value for a compressed gas storage operation. It is advantageous in the case of intended complete expansion of the gas in the pressure vessel to operate a part of the storage system with compressed air another with a combustible gas, then especially the latter, if the long-term storage must be used in the expansion for power generation can be used before then burned or converted to electricity in a fuel cell by reaction. Analogously, when the long-term storage device is not operated, an extended generation of power by the abiabatic or isothermal expansion is available. Accordingly, such an energy store ideally consists of a pump storage unit, a gas expansion unit with a heat exchanger and a gas power conversion unit via a fuel cell or gas turbine. But even the expansion of a non - flammable gas such as air can be worthwhile if the bottleneck is too long for the Pumped storage alone, but too short to retrieve energy from the long-term storage and then again an energy surplus is expected. Especially compressed air can be made available again quickly. However, the generation of a significant pressure of the combustible gas takes longer, since for chemical energy storage usually large amounts of energy are necessary. Whether a three-stage expansion is worthwhile depends above all on the design of the components, ie the respective service life of the individual generators and the basic costs. Ideally, the pumped storage is most often operated, the long-term storage rather rare, but then it is irreplaceable. Therefore, the pumped storage / Gasentspannungseinheit is useful only in short-term bottlenecks that can not be bridged with the pumped storage. However, as already mentioned, the pressure release can also be used in the primary operation with gas combustion / fuel cell in order to utilize the energy contained in the gas as pressure or then as pressure difference.

Da die Erzeugung des oder der brennbaren Gase aufgrund des hohen Energiegehalts lange dauert ist es vorteilhaft das Pumpspeichersystem mit mindestens zwei Stromerzeugern also Turbinen und Generatoren und mehreren Speicherbehältnissen auszurüsten. So kann überschüssiger Strom zuerst konventionell also mit Druckluft den Pumpspeicher befüllen und dann sukzessive das erzeugte brennbare Gas in ausgewählte Behälter eingelassen werden, die in einem flüssigkeits- und gasgetrennten System über eine zweite Turbine betrieben werden. Um die Verluste bei diesem Vorgehen zu minimieren ist es vorteilhaft einen Speicherbehälter der mit dem brennbaren Gas befüllt werden soll vollständig mit der Flüssigkeit zu füllen und das nicht brennbare Gas aus diesem Behälter entsprechend in einen anderen Behälter in dem dann weniger Flüssigkeit ist zu drücken. Dann werden die Systeme getrennt und das erzeugte oder woanders zwischengespeicherte brennbare Gas baut einen Druck über der Flüssigkeit auf, die dabei schon zum Teil, z. B. in das Auffangbehältnis, abgelassen werden muss um Platz für das brennbare Gas zu schaffen und später auf andere Behältnisse verteilt wird. Idealerweise wird dieses Ablassen bei niedrigem Druck erfolgen und erst dann ein hoher Gasdruck des brennbaren Gases aufgebaut um Verluste zu minimieren. Ein mögliches Ablaufschema in Zeichnung 5 zeigt den Vorgang dieser Befüllung und von einigen möglichen Variationen im Detail.Since the generation of the combustible gas or gases takes a long time due to the high energy content, it is advantageous to equip the pumped storage system with at least two generators, ie turbines and generators, and a plurality of storage containers. Thus, excess flow can first conventionally be filled with compressed air, the pumped storage and then successively the combustible gas generated be admitted into selected containers, which are operated in a liquid and gas-separated system via a second turbine. To minimize the losses in this approach, it is advantageous to fill a storage tank to be filled with the combustible gas completely with the liquid and the non-combustible gas from this container accordingly in another container in which then less liquid to press. Then the systems are separated and the generated or otherwise cached combustible gas builds up a pressure above the liquid, which is already partially, z. B. in the collecting container, must be drained to make room for the combustible gas and is later distributed to other containers. Ideally, this venting will be done at low pressure and only then will a high gas pressure of the combustible gas be built up to minimize losses. A possible flowchart in drawing 5 shows the process of this filling and some possible variations in detail.

Zeichnungen 1–4 zeigen unterschiedliche mögliche Ausführungsformen des Speichers. Hier kann die Anzahl der Speicherbehälter in einem System größer sein um die Speichermenge zu erhöhen und optional die Speicherbehälter nicht nur mit einem brennbaren Gas sondern auch mit einem wie beispielsweise mit Sauerstoff oder Luft zu füllen. Dabei sollten sie vom Teil des Systems mit brennbaren Gas getrennt sind, also über gastrennende Behältnisse, Membranen, Turbinen und/oder andere mögliche technische Vorkehrungen um eine Gasvermengung zu unterbinden. Bei Ausführungen mit Luft als Druckgas entfällt die Notwendigkeit der Teile 106, 206, 216, 306 und 406, die die Energieerzeuger mit dem Gas symbolisieren, also z. B. Brennstoffzellen oder Gasturbinen. Diese Teile stellen dann aber bei Nutzung einer zusätzlichen Expansionseinheit nach Anspruch 1c.) entsprechend die Expansionseinheit dar oder bei Realisierung nach Anspruch 1a.) bis c.) sowohl die Expansionseinheit als auch die Einheit die die im Gas gespeicherte Energie durch Verbrennung oder eine Brennstoffzelle in Strom wandelt. Auch sind in den Zeichnungen keine Wärmetauscher eingezeichnet, die sowohl das Gas bei der Expansion mit der in der Flüssigkeit gespeicherten Wärme erwärmen können und im umgekehrten Fall die Wärme aufnehmen, sowie die durch die Gasverstromung anfallende Überschusswärme an die Flüssigkeit übertragen können. Dabei muss die Flüssigkeit nicht die Speicherflüssigkeit sein, sondern kann z. B. auch eine spezielle Wärmespeicherflüssigkeit oder auch ein Feststoffspeicher für Wärme oder ein Salzspeicher bzw. Phasenwandlungsspeicher sein.Drawings 1-4 show various possible embodiments of the memory. Here, the number of storage tanks in a system may be larger to increase the amount of storage and optionally to fill the storage tanks not only with a combustible gas but also with such as with oxygen or air. They should be separated from the part of the system with combustible gas, ie via gas-separating containers, membranes, turbines and / or other possible technical measures to prevent gas mixing. For versions with air as compressed gas eliminates the need for parts 106 . 206 . 216 . 306 and 406 that symbolize the energy producers with the gas, so z. As fuel cells or gas turbines. When using an additional expansion unit according to claim 1c, these parts then represent the expansion unit or, in the case of realization according to claim 1a.) To c.) Both the expansion unit and the unit which stores the energy stored in the gas by combustion or a fuel cell Electricity is changing. Also, no heat exchangers are shown in the drawings, which can both heat the gas in the expansion with the stored heat in the liquid and in the opposite case absorb the heat, and can transfer the excess heat generated by the gas conversion to the liquid. The liquid does not have to be the storage liquid, but can z. B. also be a special heat storage liquid or a solid storage for heat or salt storage or phase conversion memory.

Ein einfacher Wärmetauscher basiert darauf die Flüssigkeit durch das Gas hindurch einzuleiten, also etwas verteilt bzw. zerstäubt in den Behälter zu leiten um die Kompressionswärme aufzunehmen und im umgekehrten Fall durch eine Zusatzpumpe im Behältnis zu versprühen. Dies ist aber bei Nutzung von Membranen zwischen Gas und Flüssigkeit nicht einfach möglich. Hier sind Wärmetauscher z. B. in Form von Rohrleitungen die zwischen Wärmereservoir und Gas die Wärmeenergie transportieren möglich. Im allgemeinen wird bei sehr langsamer Be-. und Entladung des Pumpspeichers keine starke Erwärmung bzw- Abkühlung des Gases erfolgen, da dann die Wärme zwischen Reservoir und Gas z. B. durch Konvektion ausgetauscht wird.A simple heat exchanger is based on the liquid through the gas to initiate, so something distributed or atomized to lead into the container to absorb the heat of compression and spray in the reverse case by an additional pump in the container. However, this is not easily possible when using membranes between gas and liquid. Here are heat exchangers z. B. in the form of pipelines between the heat reservoir and gas to transport the heat energy possible. In general, at very slow loading. and discharge of the pumped storage no strong warming or cooling of the gas take place, since then the heat between the reservoir and gas z. B. is replaced by convection.

Zeichnung 1a stellt mögliche Ausführungsformen vor. So sind hier zwei nebeneinander liegende Speicher H₁ mit Druck P₁ 101 und H₃ mit Druck P₂ 102 zu sehen, welche mittels eines Rohres 103 und einer Einheit zur Stromgewinnung bzw. zum Pumpen 104 miteinander verbunden sind. In dieser Einheit kann zudem ein Regelventil eingebaut sein, dies ist aber auch an anderer Stelle der Leitung 103 möglich. Der Behälter 101 ist dabei geschlossen, der Behälter 102 mit einer Leitung und einer Kompressionseinheit 105 ausgelegt um in der Flüssigkeit gelöstes Gas wieder in das Druckgefäß zu pumpen. 106 ist dabei die Verstromungseinheit für das Gas, die idealerweise auf der Hochdruckseite angebracht ist, aber auch eine reine Wärmeerzeugungseinheit z. B. für Industrieprozesse oder die Beheizung sein kann. Dies gilt für alle hier genannten Beispiele.Drawing 1a presents possible embodiments. So here are two adjacent memory H ₁ with pressure P ₁ 101 and H ₃ with pressure P ₂ 102 to see which by means of a pipe 103 and a unit for power generation or pumping 104 connected to each other. In addition, a control valve can be installed in this unit, but this is also elsewhere on the line 103 possible. The container 101 is closed, the container 102 with a cable and a compression unit 105 Designed to pump dissolved in the liquid gas back into the pressure vessel. 106 is the power conversion unit for the gas, which is ideally mounted on the high pressure side, but also a pure heat generation unit z. B. for industrial processes or heating can be. This applies to all examples mentioned here.

Zeichnung 1b ist analog eine Ausführung mit beiden Behältern 101 und 102 unter Tage. Drawing 1b is analogous to an embodiment with two containers 101 and 102 underground.

Zeichnung 2a zeigt eine Möglichkeit der übereinanderliegenden Anordnung. Hier ist der Druckbehälter H₁ mit Druck P₂ 201 oberhalb des Behältnisses H₃ mit Druck P₂ 202 angeordnet, wobei über ein oder mehrere Elemente 204 Energie aus der Druckarbeit des Wassers gewonnen bzw. in H₁ gespeichert wird. Analog kann mit 206 Energie aus dem Gas gewonnen werden, 205 dient der Rückführung des in der Flüssigkeit gespeicherten Gases.Drawing 2a shows a possibility of superimposed arrangement. Here is the pressure vessel H ₁ with pressure P ₂ 201 above the container H ₃ with pressure P ₂ 202 arranged, using one or more elements 204 Energy is obtained from the pressure of the water or stored in H ₁ . Analog can with 206 Energy is extracted from the gas, 205 serves to return the gas stored in the liquid.

Eine weitere sehr kompakte Ausführungsform ist der Aufbau der Speicher umeinander wie in Zeichnung 2b gezeigt. Hier wird z. B. um den Speicher H₁ mit Druck P₁ 211 eine zweite Hülle 212 als Speicher H₃ mit Druck P₂ in einem größeren Abstand gelegt und die Flüssigkeit zwischen Innen- und Außenraum über ein oder mehrere Elemente 214 hin- und hergepumpt. 215 ist dabei die Rückführeinheit für das mit der Flüssigkeit als gelöstes Gas in den Außenmantel gelangte Gas, 216 die Gasverstromungseinheit. Prinzipiell kann bei allen Ausführungen das überschüssige Gas auf der Niederdruckseite auch in flexiblen Speicher, also ballonartigen Speichern aufgefangen werden oder immer direkt verstromt werden, also parallel mit der Stromgewinnung aus der Flüssigkeit etwas Gas z. B. verbrannt oder in einer Brennstoffzelle zu Strom und/oder Wärme umgewandelt werden, was die Leistung des Speicherkraftwerks erhöht.Another very compact embodiment is the structure of the memory around each other as shown in drawing 2b. Here is z. B. to the memory H ₁ with pressure P. ₁ 211 a second shell 212 as memory H ₃ with pressure P _{2 placed} at a greater distance and the liquid between the interior and exterior via one or more elements 214 pumped back and forth. 215 is the recirculation unit for the gas which has entered the outer jacket with the liquid as dissolved gas, 216 the gas power conversion unit. In principle, in all versions, the excess gas can be collected on the low-pressure side in flexible storage, so balloon-like storage or always be converted directly, so in parallel with the power from the liquid some gas z. B. burned or converted into electricity and / or heat in a fuel cell, which increases the performance of the storage power plant.

Beim Aufbau nach 2b ist z. B. bei einer Kugelform die innere Kugel mit einem Radius von ca. 20 m ausgelegt, die äußere mit einem Radius von ca. 25 m, um dasselbe Volumen bzw. ein für die Flüssigkeit ausreichendes Volumen im äußeren Behälter zu erzielen. In Summe ermöglicht dies eine kompakte Aufstellung und das innere, unter hohem Druck stehende Reservoir, wird besser vor Beschädigung von außen geschützt.In the construction according to FIG. 2b, z. For example, in a spherical shape, the inner sphere is designed with a radius of about 20 m, the outer with a radius of about 25 m to achieve the same volume or a liquid sufficient volume in the outer container. All in all, this allows a compact installation and the inner, high-pressure reservoir is better protected against damage from the outside.

Analog zu Zeichnung 1 kann ein Speicher auch über zwei Behältnisse unter hohem Druck verfügen, welche, wie schon ausgeführt, Vorteile in Bezug auf Wartungsarbeiten bieten. So ist in Zeichnung 3a der Speicher H₁ mit Druck P₁ ein reiner Gasspeicher, ergänzt um einen Flüssigkeitsspeicher H₂ mit Druck P₁ 301, der z. B. über eine Leitung 303 und ein oder mehrere Energieerzeuger bzw. -speicherelemente die Flüssigkeit zu einem weiteren Speicher H₃ mit Druck P₂ strömen lassen bzw. pumpen. Hier ist 306 die Einheit zur Energieerzeugung aus Gas und 305 die Pumpeinheit zur Rückführung des in der Flüssigkeit gelösten Gases. Durch die Möglichkeit den Gasspeicher abzutrennen ist es prinzipiell auch möglich mit mehreren Gasspeichern und unterschiedlichen Gasen für die Pumpspeicherkraftwerkeinheit zu arbeiten Analogous to drawing 1, a store can also have two containers under high pressure, which, as already stated, offer advantages in terms of maintenance work. Thus, in drawing 3a, the reservoir H ₁ with pressure P _{1 is} a pure gas reservoir, supplemented by a liquid reservoir H ₂ with pressure P ₁ 301 , the z. B. via a line 303 and one or more power generators or storage elements allow the liquid to flow or pump to a further reservoir H ₃ with pressure P ₂ . Here is 306 the unit of energy production from gas and 305 the pump unit for returning the gas dissolved in the liquid. By being able to separate the gas storage, it is also possible in principle to work with a plurality of gas storage tanks and different gases for the pumped storage power plant unit

Eine analoge Ausführung ist in Zeichnung 3b, hier aber mit einem offenen natürlichen Speicher in Form eines Sees 307, ausgelegt. Hier wird idealer Weise das in der Flüssigkeit gelöste Gas direkt nach der Turbine aufgefangen und in den Speicher zurückgeführt. Der Vorteil eines geschlossenen Systems ist die Vermeidung von Verunreinigungen des Wassers, z. B. durch Wasserpflanzen, Äste oder andere in natürlichen Gewässern vorkommende Objekte.An analogous version is in drawing 3b, but here with an open natural memory in the form of a lake 307 , designed. Here, ideally, the dissolved gas in the liquid is collected directly after the turbine and returned to the memory. The advantage of a closed system is the prevention of contamination of the water, eg. B. by aquatic plants, branches or other occurring in natural waters objects.

Auch können beide Behälter prinzipiell anders geformt sein wie in Zeichnung 4 gezeigt. Insbesondere in unterirdischen Speichern ist die Form quasi beliebig so lange das System nach außen hin dicht ist. Zudem wird in dieser Zeichnung kurz die Funktionsweise des geschlossenen Systems erläutert wenn die Gasrückführeinheit nicht aktiv ist. So kann Behälter bzw. Speicher H₁ 401 einen hohen Druck P₁ aufweisen (z. B. 100 bar) und Behälter H₃ 402 einen niedrigen P₂ (z. B. 1 bar). Beim Erzeugen von Energie durch die Flüssigkeit über Leitungen 403 und Energieaustauschereinheit 404 sinkt der Druck in Behälter H₁ (z. B. auf ca. 50 bar) und steigt in Behälter H₃ an (z. B. auf ca. 2 bar). Dies erleichtert gegenüber teilweise offenen Systemen auf der Niederdruckseite die Verwendung von brennbaren Gasen, da das Eindringen von Luft so minimiert wird und sich im Behälter kein explosives Gemisch bilden kann. Des weiteren kann das Gas immer auch durch eine elastische Membran bzw. einen Ballon oder ballonähnlichen Behälter von der Flüssigkeit getrennt sein, um z. B. die Eindiffusion von Gas in die Flüssigkeit und damit Druckverluste zu minimieren. Dann sind die Einheiten 105, 205, 305, 315 und 405 viel kleiner auslegbar bzw. verzichtbar.Also, both containers can in principle be shaped differently as shown in drawing 4. Especially in underground storage, the shape is virtually arbitrary as long as the system is sealed to the outside. In addition, the operation of the closed system is briefly explained in this drawing when the gas recirculation unit is not active. So can container or memory H ₁ 401 have a high pressure P ₁ (eg 100 bar) and container H ₃ 402 a low P ₂ (eg 1 bar). When generating energy through the liquid via lines 403 and energy exchanger unit 404 the pressure in vessel H ₁ drops (eg to about 50 bar) and rises in vessel H ₃ (eg to about 2 bar). This facilitates the use of combustible gases over partially open systems on the low pressure side, as the ingress of air is thus minimized and an explosive mixture can not form in the container. Furthermore, the gas can always be separated by an elastic membrane or a balloon or balloon-like container of the liquid to z. B. the diffusion of gas into the liquid and thus to minimize pressure losses. Then the units 105 . 205 . 305 . 315 and 405 much less interpretable or dispensable.

Prinzipiell muss bei allen Ausführungen auch eine Kompressionseinheit für Gas hinzugefügt werden um entweder Luft oder das brennbare Gas in die Behälter zu pumpen. Da dies in sehr vielen unterschiedlichen Ausführungen möglich ist (Nutzung der Einheiten 105, 205, 305, 315 und 405 oder von zusätzlichen Pumpen am Gasstrang, am Flüssigkeitsstrang, Gasverdichtung mit dem Pumpen des Wassers durch Einblasen eines Gases etc.) wurde hier im Detail auf diese Einheit in den Zeichnungen verzichtet.In principle, a compression unit for gas must also be added in all versions in order to pump either air or the combustible gas into the tanks. Since this is possible in many different versions (use of the units 105 . 205 . 305 . 315 and 405 or of additional pumps on the gas train, on the liquid strand, gas compression with the pumping of the water by blowing a gas, etc.) has been omitted here in detail on this unit in the drawings.

Die Speicher können unterirdisch, oberirdisch, in oder zum Teil in einem Gewässer oder auch nur teilweise unter Grund realisiert werden.The reservoirs can be realized underground, above ground, in or partly in a body of water or even partly under ground.

Zu weiteren Details der möglichen Ausführungen der Pumpspeicher wird hier auf den in der DE 10 2011 106 040.9 offenbarten Inhalt verwiesen.For further details of the possible designs of the pumped storage is here on in the DE 10 2011 106 040.9 disclosed content.

Die genannten Beispiele sind nur einige einer Vielzahl von Ausführungsmöglichkeiten und können meist auch miteinander kombiniert werden. So sind die Anzahl und Art der Energieerzeuger und Pumpen vielfältig, genauso wie die Anzahl der Behältnisse und Reservoirs und deren Platzierung. Auch können Flüssigkeits- und Gasgemische anstatt reiner Flüssigkeiten und Gase eingesetzt werden. Wesentlich ist, dass neben der Pumpspeichereinheit mit dem den Flüssigkeitsdruck erzeugenden Gas letzteres als zusätzlicher Energieträger verwendet wird. Sei es durch reine (adiabatische oder isotherme) Expansion oder durch Verbrennung bzw. mit einer Brennstoffzelle oder durch Kombination von allen Erzeugungsformen. Auch kann der Strom bzw. die Energie zum Laden der Speicher aus beliebigen Quellen, d. h. auch anderen als den genannten Quellen stammen.The examples mentioned are only a few of a variety of design options and can usually be combined with each other. So are the number and type of energy producers and Pumps varied, as well as the number of containers and reservoirs and their placement. Also, liquid and gas mixtures can be used instead of pure liquids and gases. It is essential that in addition to the pumped storage unit with the liquid pressure generating gas latter is used as an additional source of energy. Be it by pure (adiabatic or isothermal) expansion or by combustion or with a fuel cell or by combination of all forms of production. Also, the power or the energy for loading the memory of any sources, ie, other than the sources mentioned come.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2315934 [0003]
DE 102011106040 [0003, 0030]

Claims

Energy storage power plant characterized by at least two combined energy stores based on a.) A hydraulic energy storage consisting of a pump storage unit with a liquid under a gas pressure above atmospheric pressure in a gas-tight at least on the pressure side system and with b.) at least 10% of the compressed gas of the entire system consisting of a combustible or by chemical reaction for the production of energy usable gas having a gas pressure above atmospheric pressure above the liquid of the pumped storage and or c.) the generation of energy by relaxation of the gas stored under pressure.

Energy storage power plant according to claim 1 characterized by the use of water as the liquid medium.

Energy storage power plant according to at least one of the preceding claims characterized by the use of hydrogen, as a gaseous energy-storing combustible medium.

Energy storage power plant according to at least one of the preceding claims characterized by the volume use of 2/3 hydrogen and 1/3 oxygen in separate containers of the memory, as gaseous media.

Energy storage power plant according to at least one of the preceding claims characterized by the implementation of the chemical energy stored in the gas by combustion.

Energy storage power plant according to at least one of the preceding claims characterized by the implementation of the chemical energy stored in the gas by a fuel cell.

Energy storage power plant according to at least one of the preceding claims characterized by the storage of the heat released in the implementation of the stored chemical energy in the gas in the liquid of the memory.

Energy storage power plant according to at least one of the preceding claims characterized by the use of the released during the implementation of the stored chemical energy in the gas for heating or for industrial processes.