DE102012100981A1 - Underwater storage for storing preferably electrical energy - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Unterwasserspeicher (10) zum Speichern von vorzugsweise elektrischer Energie, mit mehreren Speicherbehältern (17) zur Aufnahme eines Mediums, sowie mit wenigstens einem Mittel zum wenigstens teilweisen Entleeren der Speicherbehälter (17), insbesondere einer Pumpe, und mit wenigstens einem Mittel zum Erzeugen von Strom beim Befüllen der Speicherbehälter (17) mit dem Medium, insbesondere einem durch eine Turbine angetriebenen Generator. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Gruppe (16) aus mehreren Speicherbehältern (17) über eine gemeinsame Leitung (19) mit der gemeinsamen Pumpe bzw. der gemeinsamen Turbine verbunden ist.The invention relates to an underwater store (10) for storing preferably electrical energy, with a plurality of storage containers (17) for receiving a medium, as well as with at least one means for at least partially emptying the storage container (17), in particular a pump, and with at least one means for generating electricity when filling the storage containers (17) with the medium, in particular a generator driven by a turbine. The invention is characterized in that a group (16) of a plurality of storage containers (17) via a common line (19) is connected to the common pump or the common turbine.

Description

Die Erfindung betrifft einen Unterwasserspeicher zum Speichern von vorzugsweise elektrischer Energie, mit mehreren Speicherbehältern zur Aufnahme eines Mediums, sowie mit wenigstens einem Mittel zum wenigstens teilweisen Entleeren der Speicherbehälter, insbesondere einer Pumpe, und mit wenigstens einem Mittel zum Erzeugen von Strom beim Befüllen der Speicherbehälter mit dem Medium, insbesondere einem durch eine Turbine angetriebenen Generator, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an underwater storage for storing preferably electrical energy, with a plurality of storage containers for receiving a medium, and at least one means for at least partially emptying the storage container, in particular a pump, and having at least one means for generating electricity during filling of the storage container with the medium, in particular a generator driven by a turbine, according to the preamble of claim 1.

Die Idee Unterwasserspeicher zur Speicherung von Energie aus Wind-, Wasser oder Gezeitenkraftwerken einzusetzen ist aus WO 2011/112561 A2 grundsätzlich bekannt. Demnach besteht ein Bedarf die aus solchen Kraftwerken erzeugte Energie zu speichern und bei Bedarf zu einem späteren Zeitpunkt wieder abzugeben. Auf diese Weise kann zeitweilig nicht benötigte Energie zu einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise in Spitzenverbrauchszeiten, zur Verfügung gestellt werden.The idea to use underwater storage for storing energy from wind, water or tidal power plants is out WO 2011/112561 A2 basically known. Accordingly, there is a need to store the energy generated from such power plants and, if necessary, to return it at a later time. In this way, temporarily unnecessary energy can be made available at a later time, for example during peak consumption times.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde Unterwasserspeicher der eingangs genannten Art weiterzuentwickeln.Proceeding from this, the object of the invention is to further develop underwater storage of the type mentioned in the introduction.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist ein erfindungsgemäßer Unterwasserspeicher die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Es ist demnach vorgesehen, dass eine Gruppe aus mehreren Speicherbehältern über eine gemeinsame Leitung mit der Pumpe bzw. der Turbine verbunden ist. Es können aber auch zwei oder mehr Gruppen von Speicherbehältern vorgesehen sein, wobei zwischen den Gruppen mehrere Pumpen und Turbinen angeordnet sind, die mit den Gruppen verbunden sind.To achieve this object, an inventive underwater storage the features of claim 1. It is therefore provided that a group of several storage tanks is connected via a common line with the pump or the turbine. However, two or more groups of storage containers may also be provided, wherein between the groups a plurality of pumps and turbines are arranged, which are connected to the groups.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Speicherbehälter als im wesentlichen zylindrische und im wesentlichen horizontal angeordnete Behälter ausgebildet sind, die mit ihrer Längserstreckung parallel zueinander und nebeneinander angeordnet sind und im Bereich des Bodens des Gewässers angeordnet sind. Die Speicherbehälter können demnach auf dem Boden des Gewässers, beispielsweise eines Meeres, ruhen, oder auch teilweise oder ganz in den Boden des Gewässers eingebettet sein. Die Speicherbehälter können von ihrer horizontalen Anordnung leicht abweichen, um die Aufnahme des Mediums und das Entleeren der Speicherbehälter zu erleichtern.It is preferably provided that the storage containers are formed as substantially cylindrical and substantially horizontally disposed container, which are arranged with their longitudinal extent parallel to each other and side by side and are arranged in the region of the bottom of the water body. Accordingly, the storage containers can rest on the bottom of the water body, for example of a sea, or be partially or completely embedded in the bottom of the water body. The storage containers may be slightly different from their horizontal arrangement to facilitate the uptake of the medium and the emptying of the storage container.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Unterwasserspeichers ist vorgesehen, dass die Speicherbehälter mittels einer Auflast vorzugsweise einer Gesteinsschüttung als Auftriebssicherung am Boden des Gewässers gesichert sind. Dies hat insbesondere zur Folge, dass die Wandungen der Speicherbehälter nicht als Auftriebssicherung herangezogen werden müssen und somit nur hinsichtlich der herrschenden Druckbedingungen bemessen werden müssen. Auf diese Weise wird weniger Material für die Erstellung der Speicherbehälter benötigt, wodurch die Kosten gegenüber herkömmlichen Behältern reduziert werden können. Zudem ist durch die leichteren Speicherbehälter der Transport zum Gründungsort einfacher. Ein weiterer Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass die Gruppe von Speicherbehältern unter der Auflast besser gegen äußere Einwirkungen wie Erschütterungen, insbesondere durch Erdbeben gesichert ist.In a preferred embodiment of the underwater storage is provided that the storage containers are secured by means of a load preferably a rock bed as buoyancy protection at the bottom of the water. This has in particular the consequence that the walls of the storage container does not have to be used as buoyancy protection and thus only have to be dimensioned with regard to the prevailing pressure conditions. In this way, less material is required for the creation of the storage container, whereby the costs compared to conventional containers can be reduced. In addition, the transport to the foundation site is easier due to the lighter storage tanks. Another advantage of this solution is that the group of storage containers under the ballast is better protected against external influences such as vibrations, in particular by earthquakes.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Speicherbehälter mit geringem seitlichen Abstand zueinander angeordnet sind, derart, dass sich die Speicherbehälter seitlich gegeneinander abstützen, wobei vorzugsweise zwischen den Speicherbehältern nur eine geringe Schicht der Auflast bzw. einer Aufschüttung angeordnet ist. Durch die seitliche Abstützung der Speicherbehälter wird der Materialbedarf für die Auflast bzw. der Aufschüttung verringert.Furthermore, it can be provided that the storage container are arranged with a small lateral distance from each other, such that the storage container laterally against each other supported, preferably between the storage containers only a small layer of the ballast or a landfill is arranged. Due to the lateral support of the storage container, the material requirement for the ballast or the landfill is reduced.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind Wandungen der Speicherbehälter aus einem Material mit hoher Festigkeit bei geringer Wandstärke gebildet, vorzugsweise aus einem UHPC. Als Ultrahochfeste Betone (Ultra High Performance Concrete = UHPC) werden Betone bezeichnet, die Druckfestigkeiten oberhalb der in DIN EN 206-1 definierten Festigkeitsklasse C 100/115 , insbesondere über 150 N/mm2 erreichen. Derartige Betone eignen sich hervorragend zur Herstellung extrem belastbarer Speicherbehälter, die aufgrund der Materialfestigkeiten nur geringe Wandstärken und damit über ein geringes Gewicht verfügen.According to a preferred development of the invention, walls of the storage containers are formed from a material having high strength with a small wall thickness, preferably from a UHPC. Ultra High Performance Concretes (UHPC) are concretes that have compressive strengths above the in DIN EN 206-1 defined strength class C 100/115 , in particular over 150 N / mm 2 reach. Concretes of this type are outstandingly suitable for producing extremely load-bearing storage containers which, owing to the material strengths, have only low wall thicknesses and thus a low weight.

Eine weitere Besonderheit kann darin bestehen, dass statt eines Speicherbehälters mit einem großen Volumen eine entsprechende Anzahl an Speicherbehältern mit kleinerem Volumen vorgesehen ist. Zum einen hat dies statische Vorteile, weil kleinere Behälter unter Last weniger zum Beulen bzw. Knicken neigen. Zum anderen ist bei ganz oder teilweise gefüllten kleinen Speicherbehältern die für die Energieerzeugung zur Verfügung stehenden hydrostatischen Druckdifferenz an der Turbine größer, als bei einem vergleichbaren größeren Behälter, wodurch sich die relative Energiespeicherkapazität der kleineren Speicherbehälter gegenüber dem größeren Speicherbehälter erhöht.Another special feature may be that instead of a storage container with a large volume, a corresponding number of storage containers is provided with a smaller volume. On the one hand, this has static advantages because smaller containers under load are less prone to buckling or buckling. On the other hand, in the case of completely or partially filled small storage tanks, the hydrostatic pressure difference available for the energy generation at the turbine is greater than in a comparable larger tank, which increases the relative energy storage capacity of the smaller storage tank compared to the larger storage tank.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Pumpe unterhalb des Niveaus der Speicherbehälter angeordnet ist. Auf diese Weise werden Kavitationen im Medium vermieden, die zur Beschädigung der Pumpe führen könnten.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the pump is arranged below the level of the storage container. In this way, cavitations in the medium are avoided, which could damage the pump.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass die Speicherbehälter in einer Tiefe von 200 m bis 2000 m, insbesondere 200 m bis 1500 m, vorzugsweise 200 m bis 1200, höchst vorzugsweise 200 m bis 800 m angeordnet sind. Der obere Schwellenwert kann auch bei 300 m liegen. According to a further preferred embodiment, it is provided that the storage containers are arranged at a depth of 200 m to 2000 m, in particular 200 m to 1500 m, preferably 200 m to 1200, most preferably 200 m to 800 m. The upper threshold may also be 300 m.

Eine weitere Besonderheit der Erfindung kann darin bestehen, dass jeweils eine Pumpe bzw. Turbine einer Gruppe aus Speicherbehältern zugeordnet ist, vorzugsweise im Bereich einer Stirnseite der Speicherbehälter wobei die gemeinsame Leitung im Bereich diese Stirnseite verläuft. Diese Lösung weist insbesondere den Vorteil auf, dass wenige größere Pumpen bzw. Turbinen effizienter und kostengünstiger sind als mehrere kleinere Pumpen bzw. Turbinen. Zudem wird durch die bevorzugte Anordnung mehrerer ”parallel geschalteter” Speicherbehälter die Leitungslänge der gemeinsamen Leitung verringert. An die gemeinsame Leitung können auch auf einfache Weise weitere Speicherbehälter angeschlossen werden, um die Kapazität des Unterwasserspeichers zu erhöhen.Another special feature of the invention may be that in each case a pump or turbine is assigned to a group of storage containers, preferably in the region of an end face of the storage container, wherein the common line extends in the region of this end face. This solution has the particular advantage that a few larger pumps or turbines are more efficient and less expensive than several smaller pumps or turbines. In addition, the line length of the common line is reduced by the preferred arrangement of multiple "parallel" storage tank. To the common line further storage tank can be easily connected to increase the capacity of the underwater storage.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass Ventile jeweils zwischen jedem Speicherbehälter und der gemeinsamen Leitung angeordnet sind. Dies ermöglicht es einzelne Speicherbehälter innerhalb der Gruppe gezielt zu deaktivieren, beispielsweise zur Wartungszwecken oder bei Störungen, ohne dabei den Betrieb der gesamten Anlage zu unterbrechen. Weiterhin ermöglicht es die Zurverfügungstellung von redundanten Speicherbehältern.According to a preferred embodiment, it is provided that valves are respectively arranged between each storage tank and the common line. This makes it possible to selectively deactivate individual storage containers within the group, for example for maintenance purposes or in the event of malfunctions, without interrupting the operation of the entire system. Furthermore, it enables the provision of redundant storage containers.

Bevorzugt ist es außerdem vorgesehen, dass eine Pumpturbine und ein Generator bzw. Motor zusammen in einem Kraftwerksbehälter angeordnet sind. Durch das Integrieren der Pumpturbine und des Generators in einem gemeinsamen Kraftwerksbehälter wird der gesamte Unterwasserspeicher kompakt gehalten, was besonders materialsparend und wartungsfreundlich ist. Die Pumpturbine und der Generator können aber auch als einzelne Komponenten an den Unterwasserspeicher angeordnet sein.Preferably, it is also provided that a pump turbine and a generator or engine are arranged together in a power plant container. By integrating the pump turbine and the generator in a common power plant container, the entire underwater storage is kept compact, which is particularly material-saving and easy to maintain. The pump turbine and the generator can also be arranged as individual components to the underwater storage.

Weiter ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Speicherbehälter der Aufnahme des jeweiligen Gewässers als energiespeicherndes Medium dienen. Es ist jedoch auch denkbar, dass ein anderes Medium als das Gewässer als energiespeicherndes Medium dient.Furthermore, it is provided according to the invention that the storage containers serve to receive the respective body of water as an energy-storing medium. However, it is also conceivable that a medium other than the water serves as an energy-storing medium.

Der Unterwasserspeicher kann zum einen zur Speicherung von aus erneuerbaren Energiequellen stammender Energie dienen, insbesondere zur Speicherung von einer oder mehreren Windenergieanlagen auf See erzeugter Energie. Alternativ kann der Unterwasserspeicher zur Speicherung von an Land erzeugter Energie, insbesondere photovoltaisch oder solar-thermisch erzeugter Solarenergie, Windenergie aber auch konventionelle Energie und Nuklearenergie dienen. Weitere Einsatzzwecke sind denkbar.On the one hand, the underwater storage device can be used for storing energy originating from renewable energy sources, in particular for storing energy generated at sea by one or more wind energy installations. Alternatively, the underwater storage for storing energy generated on land, in particular photovoltaic or solar-thermally generated solar energy, wind energy but also conventional energy and nuclear energy can be used. Other purposes are conceivable.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie einige Varianten werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:A preferred embodiment of the invention and some variants are described below with reference to the drawing. In this show:

1 eine perspektivische Darstellung eines Unterwasserspeichers zusammen mit drei angeschlossenen Windkraftanlagen, 1 a perspective view of an underwater storage together with three connected wind turbines,

2 eine perspektivische Darstellung einer Gruppe von Speicherbehältern des Unterwasserspeichers, 2 a perspective view of a group of storage tanks of the underwater storage,

3 eine schematische Darstellung von zwei Gruppen von Speicherbehältern mit zwei Pumpturbinen bzw. Generatoren, 3 a schematic representation of two groups of storage containers with two pump turbines or generators,

4 eine schematische Darstellung eines Speicherbehälters, 4 a schematic representation of a storage container,

5 eine schematische Darstellung einer Vielzahl von Speicherbehältern, 5 a schematic representation of a plurality of storage containers,

6a einen Querschnitt durch einen Speicherbehälter, 6a a cross section through a storage container,

6b einen Querschnitt durch einen Speicherbehälter mit integrierten Stützelementen, 6b a cross section through a storage container with integrated support elements,

7 eine schematische Darstellungen einzelner Komponenten des Speicherbehälters, 7 a schematic representations of individual components of the storage container,

8 eine schematische Darstellung von drei Speicherbehältern mit einer Lüftungsleitung, 8th a schematic representation of three storage tanks with a ventilation duct,

9 eine schematische Darstellung von drei Speicherbehältern mit jeweils einer Lüftungsleitung, 9 a schematic representation of three storage tanks, each with a ventilation duct,

10 eine schematische Darstellung von drei Speicherbehältern ohne Lüftungsleitung, 10 a schematic representation of three storage tanks without vent line,

11 eine schematische Darstellung mehrerer Speicherbehälter mit einer Auflast, 11 a schematic representation of several storage containers with a load,

11a eine schematische Darstellung der auf die Speicherbehälter wirkenden Kräfte, 11a a schematic representation of the forces acting on the storage tank forces

12 eine schematische Darstellung der durch die Auflast wirkenden Kräfte, 12 a schematic representation of the forces acting through the ballast forces,

13 eine schematische Darstellung von beabstandeten Speicherbehältern mit einer Auflast, 13 a schematic representation of spaced storage containers with a load,

14 eine schematische Darstellung mehrerer Speicherbehälter mit jeweils einer Auflast, 14 a schematic representation of several storage containers, each with a surcharge,

15 das Verhalten mehrerer Speicherbehälter während eines Erdbebens, 15 the behavior of several storage tanks during an earthquake,

16 eine schematische Aufsicht auf eine Gruppe von Speicherbehältern mit Pfählen, 16 a schematic plan view of a group of storage containers with piles,

17 eine schematische Darstellung mehrerer Speicherbehälter mit Pfählen, 17 a schematic representation of several storage containers with piles,

18 eine schematische Darstellung des Unterwasserspeichers mit einer tieferliegenden Pumpturbine bzw. Generator, 18 a schematic representation of the underwater storage with a lower lying pump turbine or generator,

19 eine perspektivische Darstellung des Unterwasserspeichers als Energiespeicher für Offshore Windkraftanlagen, 19 a perspective view of the underwater storage as energy storage for offshore wind turbines,

20 eine perspektivische Darstellung des Unterwasserspeichers als Energiespeicher für Onshore Windkraftanlagen, 20 a perspective view of the underwater storage as energy storage for onshore wind turbines,

21 eine perspektivische Darstellung des Unterwasserspeichers als Offshore Energiespeicher. 21 a perspective view of the underwater storage as offshore energy storage.

Die Figuren der vorliegenden Zeichnung zeigen ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Unterwasserspeichers 10 zur Speicherung von Energie und einige Varianten. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird dazu Windenergie (kinetische Energie) in elektrische Energie umgewandelt, um mit dieser Energie mittels Pumpturbinen ein Medium vorzugsweise Wasser aus den erfindungsgemäßen Unterwasserspeicher 10 zu pumpen. Die durch Windkraft gewonnene elektrische Energie wird so in Form von potentieller Energie in dem Unterwasserspeicher 10 gespeichert und kann nach Bedarf wieder in elektrische Energie umgewandelt werden.The figures of the present drawing show an embodiment of the invention underwater storage 10 for storing energy and some variants. In the present embodiment, wind energy (kinetic energy) is converted into electrical energy in order to use this energy by means of pump turbines, a medium, preferably water from the underwater storage according to the invention 10 to pump. The electrical energy gained by wind power thus becomes in the form of potential energy in the underwater storage 10 stored and can be converted back into electrical energy as needed.

Da besonders auf dem Meer durch den stärkeren Wind mit hoher Effizienz elektrische Energie erzeugt werden kann, stellt der erfindungsgemäße Unterwasserspeicher 10 ein hilfreiches Bauteil für eine flexible und zuverlässige Energieversorgung für insbesondere den Landbereich 58 dar. Insbesondere die höhere Produktivität der Offshore Windenergieerzeugung, sowie der hohe Wirkungsgrad eines Unterwasserspeichers 10 machen die erfindungsgemäße Vorrichtung für die Anwendung attraktiv. Durch die Nutzung natürlicher Ressourcen kann Energie besonders günstig, umweltschonend, flexibel und effizient gespeichert werden.As can be generated especially at sea by the stronger wind with high efficiency electrical energy, the invention provides underwater storage 10 a helpful component for a flexible and reliable energy supply for the land area in particular 58 In particular, the higher productivity of offshore wind power generation, as well as the high efficiency of an underwater storage 10 make the device according to the invention attractive for the application. By using natural resources, energy can be stored in a particularly favorable, environmentally friendly, flexible and efficient way.

In 1 ist ein derartiger Unterwasserspeicher 10 dargestellt. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind an den Unterwasserspeicher 10 drei Windkraftanlagen 11 angeschlossen. Während sich die hier dargestellten Offshore-Windkraftanlagen 11 zumindest größtenteils oberhalb der Wasseroberfläche 12 eines Gewässers 57 insbesondere eines Meeres befinden, ist der Unterwasserspeicher 10 auf dem Grund 13 des Meeres positioniert. Die von den Windkraftanlagen 11 generierte elektrische Energie wird über Zuleitungen 14 dem Unterwasserspeicher 10 zugeführt. Diese elektrische Energie wird in dem Unterwasserspeicher 10 als potentielle Energie gespeichert, bei Bedarf zurück in elektrische Energie umgewandelt und über eine Hauptleitung 15 an einen Abnehmer transportiert. Bei dem Abnehmer kann es sich um einen Offshore-(auf dem Meer) sowie auch um einen Onshore-(auf dem Festland) Verbraucher handeln. Die elektrische Energie kann aber auch direkt in das elektrische Versorgungsnetz eingespeist werden.In 1 is such an underwater storage 10 shown. In the in 1 illustrated embodiment are to the underwater storage 10 three wind turbines 11 connected. While the offshore wind turbines shown here 11 at least mostly above the water surface 12 a body of water 57 especially of a sea, is the underwater storage 10 on the ground 13 of the sea. The wind turbines 11 Generated electrical energy is transmitted via supply lines 14 the underwater storage 10 fed. This electrical energy is stored in the underwater tank 10 stored as potential energy, converted back into electrical energy when needed and via a main line 15 transported to a customer. The customer may be offshore (on the sea) or onshore (on the mainland). The electrical energy can also be fed directly into the electrical supply network.

Der in 1 dargestellte Unterwasserspeicher 10 besteht aus zwei Speicherbehältergruppen 16. Jede Speicherbehältergruppe 16 besteht aus einer Vielzahl einzelner Speicherbehälter 17, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet sind. Die Speicherbehälter 17 können allerdings auch jede andere Form annehmen.The in 1 illustrated underwater storage 10 consists of two storage container groups 16 , Each storage tank group 16 consists of a large number of individual storage tanks 17 which are formed substantially cylindrical in the illustrated embodiment. The storage tanks 17 However, they can take any other form.

Die in 1 dargestellten Speicherbehälter 17 sind nebeneinander parallel zu ihrer Längsachse 29 sowie im Wesentlichen horizontal und parallel zum Meeresgrund 13 angeordnet. Die Anordnung der Speicherbehälter 17 kann allerdings auch jede andere beliebige Formation einnehmen. Insbesondere ist es denkbar, dass die Speicherbehälter 17 aus Ihrer horizontalen Lage leicht ausgelenkt auf dem Meeresgrund 13 positioniert sind. Diese leichte Schräglage erzeugt einen höchsten Punkt der Speicherbehälter 17, was besonders vorteilhaft für das weiter unten diskutierte Entleeren und Befüllen der Speicherbehälter 17 ist.In the 1 illustrated storage container 17 are side by side parallel to their longitudinal axis 29 as well as substantially horizontal and parallel to the seabed 13 arranged. The arrangement of storage tanks 17 However, it can also take any other arbitrary formation. In particular, it is conceivable that the storage container 17 from your horizontal position slightly deflected on the seabed 13 are positioned. This slight skew creates a highest point of storage tanks 17 , which is particularly advantageous for the further discussed below emptying and filling the storage container 17 is.

Je nach der örtlichen Beschaffenheit des Einsatzorts der Windkraftanlagen 11 und der Dimensionierung der Speicherbehälter 17 wird der Unterwasserspeicher 10 mit seinen Speicherbehältern 17 in einer Wassertiefe 26 von 200 m bis 2000 m, insbesondere 200 m bis 1500, vorzugsweise 200 m bis 1200 m, höchst vorzugsweise 200 m bis 800 m unterhalb der Wasseroberfläche 12 auf den Meeresgrund 13 abgesetzt. Gegebenenfalls kann die obere Grenze von 200 m auch 300 m betragen.Depending on the local nature of the location of the wind turbines 11 and the sizing of storage tanks 17 becomes the underwater storage 10 with its storage tanks 17 in a water depth 26 from 200 m to 2000 m, in particular 200 m to 1500, preferably 200 m to 1200 m, most preferably 200 m to 800 m below the water surface 12 on the seabed 13 discontinued. If necessary, the upper limit of 200 m can be 300 m.

Besonders ausschlaggebend für die Gründungstiefe des Unterwasserspeichers 10 ist die Größe und somit die Auftriebskraft 44 der Speicherbehälter 17. Kleinere Speicherbehälter 17 mit einer geringeren Auftriebskraft 44 als größere Speicherbehälter 17 können in größeren Wassertiefen 26 installiert werden. Der Radius 27 der Speicherbehälter reicht erfindungsgemäß von wenigen Metern bis hin zu 15 oder sogar 20 Metern.Especially crucial for the foundation depth of the underwater storage 10 is the size and thus the buoyancy 44 the storage tank 17 , Smaller storage tanks 17 with a lower buoyancy 44 as larger storage tanks 17 can in larger water depths 26 be installed. The radius 27 the storage container ranges according to the invention from a few meters to 15 or even 20 meters.

Jeder der in 1 dargestellten zylindrischen Speicherbehälter 17 besitzt an einem seiner Enden 22 (Stirnseite) eine kurze Rohrleitung 18, mit der die Speicherbehälter 17 an einem gemeinsamen Verteilerrohr 19 angeschlossen sind. Die beiden Speicherbehältergruppen 16 sind derart orientiert, dass sich die Seiten der Speicherbehälter 17 mit den Rohrleitungen 18 gegenüberliegen. Die beiden Verteilerrohre 19 der Speicherbehältergruppen 16 sind jeweils über ein kurzes Verbindungsrohr 20 an einer gemeinsamen elektromechanische Einheit 21 angeschlossen.Everyone in 1 illustrated cylindrical storage container 17 owns at one of its ends 22 (Front) a short pipe 18 with which the storage tanks 17 on a common distribution pipe 19 are connected. The two storage container groups 16 are oriented so that the sides of the storage container 17 with the pipes 18 are opposite. The two distribution pipes 19 the storage container groups 16 are each over a short connecting pipe 20 on a common electromechanical unit 21 connected.

Die elektromechanische Einheit 21 kann sowohl eine Pumpturbine und einen Generator aufweisen. Anstelle einer Generator-Pumpturbinen-Einheit ist es jedoch auch denkbar, dass separate Motor-Pumpe und Generator-Turbinen-Sätze mit der Speicherbehältergruppe 16 bzw. mit den Speicherbehältern 17 verbunden sind. An die elektromechanische Einheit 21 ist sowohl die Zuleitung 14 der Windkraftanlagen 11 als auch die Hauptleitung 15 angeschlossen.The electromechanical unit 21 can have both a pump turbine and a generator. However, instead of a generator-pump turbine unit, it is also conceivable that separate motor-pump and generator-turbine sets with the storage tank group 16 or with the storage containers 17 are connected. To the electromechanical unit 21 is both the supply line 14 the wind turbines 11 as well as the main line 15 connected.

Wenn die elektromechanische Einheit 21 als Pumpturbine betrieben wird, wird die durch die Windkraftanlagen 11 gewonnene elektrische Energie genutzt, um die mit Wasser gefüllten Speicherbehälter 17 zu leeren. Wenn im Gegenzug die geleerten, mit Luft gefüllten, Speicherbehälter 17 mit Wasser gefüllt werden, wird die elektromechanische Einheit 21 als Generator betrieben. Das in die einzelnen Speicherbehälter 17 eindringende Wasser treibt dabei den Generator an, der elektrische Energie erzeugt.When the electromechanical unit 21 operated as a pump turbine, which is powered by the wind turbines 11 used electrical energy used to the water-filled storage tanks 17 to empty. If, in return, the emptied, air-filled storage tanks 17 Be filled with water, the electromechanical unit 21 operated as a generator. That in the individual storage tanks 17 penetrating water drives the generator, which generates electrical energy.

Die Größe der Speicherbehälter 17 sowie deren Anzahl und die daran angeschlossenen elektromechanischen Einheiten 21 bzw. Pumpturbinen und Generatoren sind nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel 1 beschränkt.The size of the storage tanks 17 as well as their number and the electromechanical units connected thereto 21 or pump turbines and generators are not on the illustrated embodiment 1 limited.

Außerdem ist die Anzahl der angeschlossenen Windkraftanlagen 11 nicht auf drei beschränkt, sondern kann jede beliebige Anzahl annehmen. Anstelle der Windkraftanlagen 11 oder auch zusätzlich zu den Windkraftanlagen 11 kann jede energieerzeugende Vorrichtung an den Unterwasserspeicher 10 angeschlossen werden.In addition, the number of connected wind turbines 11 not limited to three, but can take any number. Instead of wind turbines 11 or in addition to the wind turbines 11 Any power generating device can connect to the underwater storage 10 be connected.

Der erfindungsgemäße Unterwasserspeicher 10 kann sowohl in dem küstennahen Unterwasserbereich 60 als auch in dem Tiefseewasserbereich 59 eingesetzt werden, wobei der Tiefseewasserbereich 59 bevorzugt wird.The underwater storage according to the invention 10 Can both in the coastal underwater area 60 as well as in the deep-water area 59 be used, the deep sea water area 59 is preferred.

In 2 ist eine Speicherbehältergruppe 16 dargestellt, mit zehn parallel, nebeneinanderliegenden Speicherbehältern 17. Jeder Speicherbehälter 17 ist als hohler, geschlossener Zylinder ausgebildet. Jedes der beiden Endstücke 22 eines jeden Speicherbehälters 17 weist eine kurze Rohrleitung 18 auf. Mit diesen Rohrleitungen 18 ist jeder Speicherbehälter 17 an zwei Verteilerrohre 19 gekoppelt. Über diese Verteilerrohre 19 und die Rohrleitungen 18 stehen alle Speicherbehälter 17 in einem kommunizierenden Kontakt, das heißt, dass die einzelnen hohlen, zylindrischen Speicherbehälter 17 ein großes gemeinsames Volumen bilden. Eines der Verteilerrohre 19 ist über ein Verbindungsrohr 20 mit den elektromechanische Einheit 21 verbunden. Die elektromechanische Einheit 21 weist eine Zu- bzw. Ableitung 23 auf.In 2 is a storage tank group 16 shown with ten parallel, adjacent storage containers 17 , Every storage tank 17 is designed as a hollow, closed cylinder. Each of the two end pieces 22 of each storage tank 17 has a short pipe 18 on. With these pipes 18 is every storage tank 17 on two distribution pipes 19 coupled. About these distribution pipes 19 and the piping 18 stand all storage tanks 17 in a communicating contact, that is, the individual hollow, cylindrical storage tank 17 form a large common volume. One of the distribution pipes 19 is over a connecting pipe 20 with the electromechanical unit 21 connected. The electromechanical unit 21 has an inlet or outlet 23 on.

Das gegenüberliegende Verteilerrohr 19 weist eine Lüftungsleitung 24 auf. Diese Lüftungsleitung 24 erstreckt sich senkrecht bis an die Meeresoberfläche 12. Auf die genaue Funktionalität und die Eigenschaften dieser Lüftungsleitung 24 wird im Folgenden näher eingegangen.The opposite manifold 19 has a ventilation duct 24 on. This ventilation line 24 extends perpendicular to the sea surface 12 , On the exact functionality and characteristics of this ventilation duct 24 will be discussed in more detail below.

Zu Beginn des Prozesses der Energiespeicherung sind alle Speicherbehältnisse 17 der Speicherbehältergruppe 16 mit Wasser gefüllt. Aufgrund der Positionierung des Unterwasserspeichers 10 im Meer kann es sich bei dem Wasser um Meerwasser handeln. Es kann sich aber auch um jede andere beliebige Flüssigkeit handeln. Im weiteren Verlauf des Energiespeicherprozesses wird die durch die Windkraftanlagen 11 gewonnene elektrische Energie genutzt, um das gesamte Wasser, das sich anfänglich in den Speicherbehältern 17 befindet, aus diesen Speicherbehältern 17 herauszupumpen. Dazu wird die elektromechanische Einheit 21 als Pumpturbine verwendet. Das herausgepumpte Wasser wird an die Umgebung, also an das Meer, abgeführt. Ist das gesamte Wasser aus den Speicherbehältern 17 herausgepumpt, ist die gesamte durch die Windkraftanlagen 11 erzeugte elektrische Energie in potentielle Energie umgewandelt worden. Bei Energiebedarf wird der gesamte Prozess rückgängig gemacht. Durch die elektromechanische Einheit 21, die jetzt als Generator betrieben wird, strömt, bedingt durch den statischen Druck, das umliegende Meerwasser durch die Verteilerrohre 19 und die Rohrleitungen 18 in die einzelnen Speicherbehälter 17. Das einströmende Wasser treibt dabei die elektromechanische Einheit 21 bzw. den Generator an, der wieder elektrische Energie erzeugt. Da sich der Unterwasserspeicher 10 erfindungsgemäß auf dem Meeresgrund 13, das heißt in größerer Tiefe, befindet, ist der Wasserdruck groß genug, um auch größere Generatoren effizient anzutreiben.At the beginning of the process of energy storage are all storage containers 17 the storage container group 16 filled with water. Due to the positioning of the underwater storage 10 in the sea, the water can be seawater. It can also be any other liquid. In the further course of the energy storage process is the through the wind turbines 11 recovered electrical energy used to collect all the water that is initially in the storage tanks 17 is located from these storage containers 17 pump out. This is the electromechanical unit 21 used as a pump turbine. The pumped out water is discharged to the environment, ie to the sea. Is all the water from the storage tanks 17 pumped out, the whole is through the wind turbines 11 generated electrical energy has been converted into potential energy. When energy is needed, the entire process is reversed. By the electromechanical unit 21 , which is now operated as a generator, flows, due to the static pressure, the surrounding seawater through the distribution pipes 19 and the piping 18 in the individual storage tanks 17 , The inflowing water drives the electromechanical unit 21 or the generator, which generates electrical energy again. Since the underwater storage 10 According to the invention on the seabed 13 , that is, at a greater depth, the water pressure is high enough to drive even larger generators efficiently.

In 3 sind zwei gegenüberliegende Speicherbehältergruppen 16 des Unterwasserspeichers 10 dargestellt. Jede Speicherbehältergruppe 16 weist mehrere Speicherbehälter 17 auf. Die zylindrischen Speicherbehälter 17 weisen an einem Endstück 22 jeweils eine Rohrleitung 18 auf, mit der sie über ein Verteilerrohr 19 miteinander in Kontakt stehen. Die beiden Verteilerrohre 19 der beiden Speicherbehältergruppen 16 stehen wiederum über zwei Verbindungsrohre 20 miteinander in Verbindung. Den beiden Verbindungsrohren 20 ist jeweils eine elektromechanische Einheit 21 zugeordnet, die jeweils eine Zu- bzw. Ableitung 23 aufweisen. Die in 3 dargestellten elektromechanischen Einheiten 21 können sowohl als Pumpturbine, als auch als Generator wie oben bereits beschrieben, betrieben werden.In 3 are two opposite storage tank groups 16 of the underwater storage 10 shown. Each storage tank group 16 has several storage tanks 17 on. The cylindrical storage tanks 17 point to an end piece 22 one pipeline each 18 on, with which they have a manifold 19 in contact with each other. The two distribution pipes 19 the two storage container groups 16 again stand over two connecting pipes 20 in contact with each other. The two connecting pipes 20 is in each case an electromechanical unit 21 each assigned an inlet or outlet 23 exhibit. In the 3 represented electromechanical units 21 can be operated both as a pump turbine, and as a generator as already described above.

Die in 3 dargestellten Rohrleitungen 18, die jeweils einen Speicherbehälter 17 mit einem der beiden Verteilerrohre 19 verbinden, weisen jeweils ein Ventil 25 auf. Jedes dieser Ventile 25 ist einzeln ansteuerbar, das heißt einzeln und individuell zu öffnen und zu schließen.In the 3 illustrated pipelines 18 , each one a storage tank 17 with one of the two distribution pipes 19 connect, each have a valve 25 on. Each of these valves 25 is individually controllable, that is individually and individually to open and close.

Sind die Speicherbehälter 17 mit Wasser gefüllt und soll ein unkontrolliertes Ablassen des Wassers vermieden werden, so können die Ventile 25 verschlossen werden und so ein Austreten des Wassers unterbunden werden. Sind die einzelnen Speicherbehälter 17 hingegen bereits leergepumpt, das heißt mit Luft gefüllt, kann durch Schließen der Ventile 25 ein unkontrolliertes Eindringen von Meerwasser durch Schließen der Ventile 25 unterbunden werden.Are the storage tanks 17 filled with water and an uncontrolled discharge of water should be avoided, so the valves 25 be closed and prevented as leakage of water. Are the individual storage tanks 17 however, already pumped empty, that is filled with air, can by closing the valves 25 an uncontrolled ingress of seawater by closing the valves 25 be prevented.

Durch gezieltes bzw. individuelles Schließen oder Öffnen einzelner Speicherbehälter 17 durch die Ventile 25 lässt sich der Betrieb des Unterwasserspeichers 10 auf einzelne Speicherbehälter 17 beschränken. Dies gestaltet sich besonders sinnvoll bei geringer Energieerzeugung oder bei geringem Energiebedarf. Durch derartige Maßnahmen lässt sich die Arbeitsweise und der Wirkungsgrad des Unterwasserspeichers 10 optimieren.Through targeted or individual closing or opening of individual storage containers 17 through the valves 25 can be the operation of the underwater storage 10 on individual storage tanks 17 restrict. This is particularly useful with low energy production or low energy consumption. By such measures, the operation and efficiency of the underwater storage can be 10 optimize.

Einen weiteren Vorteil bilden die Ventile 25 in dem die Speicherbehälter 17 einzeln geschlossen werden können, falls diese defekt sind und eine Störung hervorgerufen haben. Auf diese Weise lassen sich einzelne Speicherbehälter 17 von dem Rest des Systems isolieren, wodurch eine Schädigung des gesamten Unterwasserspeichers 10 vermieden werden kann.Another advantage is the valves 25 in which the storage tanks 17 can be closed individually, if they are defective and have caused a fault. In this way, individual storage tanks can be 17 isolate from the rest of the system, causing damage to the entire underwater storage 10 can be avoided.

In 4 ist die allgemeine Wirkweise des Unterwasserspeichers 10 schematisch dargestellt. Die Figur stellt zwei Querschnitte einzelner Speicherbehälter 17 dar, die sich unterhalb der Wasseroberfläche 12 in der gleichen Wassertiefe 26 auf dem Meeresgrund 13 befinden. Die beiden Speicherbehälter 17 besitzen den gleichen inneren Radius 27. Den Speicherbehältern 17 ist jeweils eine Rohrleitung 18 und ein Verteilerrohr 19 zugeordnet. Während der eine Speicherbehälter 17 komplett mit Wasser (gestrichelte Linien) gefüllt ist, ist der andere Speicherbehälter 17 leer, das heißt mit Luft gefüllt.In 4 is the general mode of action of the underwater storage 10 shown schematically. The figure represents two cross sections of individual storage containers 17 which is below the water surface 12 in the same water depth 26 on the seabed 13 are located. The two storage tanks 17 have the same inner radius 27 , The storage containers 17 is each a pipeline 18 and a manifold 19 assigned. During the one storage tank 17 completely filled with water (dashed lines) is the other storage tank 17 empty, that is filled with air.

Beim Befüllen des Speicherbehälters 17 mit Wasser wird das Wasser in den mit Luft gefüllten Speicherbehälter 17 gedrückt. Der Druck, mit dem das Wasser in den leeren Speicherbehälter 17 gedrückt wird, entspricht der Höhe der Wassersäule 41, die hier im Wesentlichen gleich der Wassertiefe 26 ist. Das heißt, je größer die Wassertiefe 26, in der sich der Speicherbehälter 17 befindet bzw. die Höhe die Wassersäule über dem zu befüllenden Speicherbehälter 17 ist, umso höher ist der Druck, mit dem das Wasser in den Speicherbehälter 17 eindringt bzw. umso höher ist die Kraft, mit der der Generator (elektromechanische Einheit 21) zur Erzeugung elektrischer Energie angetrieben wird. Die Menge der Energie, die mit dem erfindungsgemäßen Unterwasserspeicher 10 erzeugt werden kann, nimmt somit mit zunehmender Wassertiefe 26 zu.When filling the storage tank 17 with water, the water is in the air-filled storage tank 17 pressed. The pressure with which the water enters the empty storage tank 17 is pressed, corresponds to the height of the water column 41 here essentially equal to the water depth 26 is. That is, the greater the depth of the water 26 in which is the storage tank 17 is or the height of the water column over the storage container to be filled 17 is, the higher is the pressure with which the water in the storage tank 17 penetrates or the higher is the force with which the generator (electromechanical unit 21 ) is driven to generate electrical energy. The amount of energy associated with the invention underwater storage 10 can be generated, thus increases with increasing water depth 26 to.

Ist der gesamte Speicherbehälter 17 mit Wasser gefüllt, bzw. befindet sich keine Luft mehr in dem Speicherbehälter 17 befindet sich der Unterwasserspeicher 10 mit seiner Umgebung im quasi Gleichgewicht, das heißt es herrscht überall der gleiche Druck. In diesem, quasi Gleichgewicht strömt weder Wasser in den Speicherbehälter 17 noch aus dem Speicherbehälter 17 heraus.Is the entire storage tank 17 filled with water, or there is no more air in the storage container 17 is the underwater storage 10 with its environment in quasi-equilibrium, that is, there is the same pressure everywhere. In this quasi-equilibrium, neither water flows into the storage tank 17 still from the storage tank 17 out.

Während des Befüllens des Speicherbehälters 17 steigt der Wasserpegel im Inneren und baut einen hydrostatischen Gegendruck auf, der am Turbinenaustritt wirksam wird. Dieser Gegendruck reduziert die effektive Wassersäule 41 bzw. die Druckdifferenz, die zur Energieerzeugung an der elektromechanischen Einheit 21 zu Verfügung steht. Es ist daher eine Geometrie der Speicherbehälter 17 zu bevorzugen, die beim Befüllen eine möglichst geringe absolute Pegelschwankung gewährleistet. Dies wird durch eine Verteilung des gesamten Speichervolumens auf viele kleinere zylindrische Speicherbehälter gelöst. Gegenüber einem großen zylindrischen Behälter erhöhen viele kleine zylindrische Behälter die effektive Grundfläche des gespeicherten Wasservolumens was eine geringe absolute Pegelschwankung beim Befüllen bewirkt.While filling the storage tank 17 the water level rises inside and builds up a hydrostatic back pressure, which is effective at the turbine outlet. This back pressure reduces the effective water column 41 or the pressure difference, which is used to generate energy at the electromechanical unit 21 is available. It is therefore a geometry of the storage container 17 to be preferred, which ensures the lowest possible absolute level fluctuation during filling. This is solved by distributing the entire storage volume over many smaller cylindrical storage containers. Compared to a large cylindrical container, many small cylindrical containers increase the effective footprint of the stored volume of water causing little absolute level variation on filling.

Um die auf die Speicherbehälter 17 wirkende Wassersäule 41 stets groß zu halten und um gleichzeitig ein großes Volumen für eine große Speicherkapazität der Speicherbehälter 17 zu realisieren, wird anstatt eines einzigen, großen Speicherbehälters 53 eine Vielzahl von kleinen Speicherbehältern 17 mit einem reduzierten Radius 27 bzw. einem reduzierten Durchmesser 28 realisiert. Dies ist in 5 schematisch dargestellt.To the on the storage tank 17 acting water column 41 always keeping big and at the same time a large volume for a large storage capacity of storage tanks 17 to realize, instead of a single, large storage tank 53 a variety of small storage containers 17 with a reduced radius 27 or a reduced diameter 28 realized. This is in 5 shown schematically.

In 6a ist der konstruktive Aufbau eines Speicherbehälters 17 anhand eines Querschnitts entlang der Längsachse 29 des Speicherbehälters 17 dargestellt.In 6a is the structural design of a storage container 17 based on a cross section along the longitudinal axis 29 of the storage container 17 shown.

Der Speicherbehälter 17 wird durch ein Aneinanderreihen mehrerer ringförmiger Segmente 30 gebildet. Durch das Aneinanderreihen mehrerer einzelner Segmente 30 können die einzelnen Speicherbehälter 17 auf einfache Weise variabel in verschiedenen Längen hergestellt werden. Denkbar sind Längen von einigen Metern bis zu einigen hundert Metern.The storage tank 17 is achieved by juxtaposing a plurality of annular segments 30 educated. By juxtaposing several individual segments 30 can the individual storage container 17 can be easily produced variably in different lengths. Conceivable lengths are from a few meters to a few hundred meters.

An den beiden Enden 31 weist der Speicherbehälter 17 eine kapselförmige Kugelkappe 32 auf, die den Speicherbehälter 17 wasser- und luftdicht verschließt.At the two ends 31 points the storage container 17 a capsule-shaped ball cap 32 on top of the storage tank 17 waterproof and airtight closes.

Im Querschnitt 33 weisen die einzelnen Segmente 30 mehrere Bohrungen 34 auf. Die einzelnen Segmente 30 sind so aneinander zu fügen, dass die Bohrungen 34 jedes einzelnen Segments 30 deckungsgleich übereinander liegen. Durch diese Bohrungen 34 wird über die gesamte Länge des Speicherbehälters 17 jeweils ein Kabel 35 gezogen. An den Enden der Kabel 35 befindet sich jeweils eine Spannverankerung 36. Über diese Spannverankerung 36 können die Kabel 35 derart gespannt werden, dass die einzelnen Segmente 30 und die Kugelkappen 32 fest miteinander verbunden werden, sodass weder Wasser in noch Luft aus den Speicherbehältern 17 gelangen kann. Des Weiteren bewirkt die Vorspannung durch die Kabel 35 eine statische Stabilität des gesamten Speicherbehälters 17, was insbesondere bei dynamischen Belastungen z. B. während des Transports von Vorteil ist.In cross section 33 assign the individual segments 30 several holes 34 on. The individual segments 30 are to be joined together so that the holes 34 every single segment 30 congruent superimposed. Through these holes 34 is over the entire length of the storage tank 17 one cable each 35 drawn. At the ends of the cables 35 there is a tension anchorage in each case 36 , About this anchorage 36 can the cables 35 be stretched so that the individual segments 30 and the spherical caps 32 be firmly connected to each other so that neither water nor air from the storage tanks 17 can get. Furthermore, the bias caused by the cables 35 a static stability of the entire storage tank 17 , which in particular with dynamic loads z. B. during transport is beneficial.

Die Stärke der Wandung 37 der Segmente 30 und der Kugelkappen 32 ist abhängig vom Material und von der Wassertiefe, in der die Speicherbehälter 17 verwendet werden sollen. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen als Material ultrahochfesten Beton (Ultra High Performance Concrete = UHPC) zu verwenden. Dieser ultrahochfeste Beton erlaubt es, die Wandung 37 der Segmente 30 bzw. der Kugelkappen 32 gering zu halten und trotzdem eine hohe Arbeitstiefe zu gewährleisten. Die hier dargestellten Speicherbehälter 17 können allerdings auch aus jedem anderen möglichen Material aufgebaut werden.The strength of the wall 37 the segments 30 and the spherical caps 32 depends on the material and the depth of water in which the storage tanks 17 should be used. According to the invention, it is intended to use as a material ultra-high-strength concrete (UHPC Ultra High Performance Concrete). This ultra-high strength concrete allows the wall 37 the segments 30 or the spherical caps 32 low and yet to ensure a high working depth. The storage tanks shown here 17 However, they can also be built from any other possible material.

In 6b ist ähnlich wie in 6a ein Speicherbehälter 17 dargestellt. Der hier dargestellte Speicherbehälter 17 weist zusätzlich Stützelemente 38 auf. Durch diese zusätzlichen Stützelemente 38 können die Wandungen 37 der einzelnen Segmente 30 und der Kugelkappen 32 geringer gehalten werden. Ansonsten ist der Aufbau gleich dem bereits in 6a beschrieben Aufbau des Speicherbehälters 17.In 6b is similar to in 6a a storage tank 17 shown. The storage tank shown here 17 has additional support elements 38 on. Through these additional support elements 38 can the walls 37 the individual segments 30 and the spherical caps 32 be kept lower. Otherwise, the structure is the same as already in 6a described construction of the storage container 17 ,

In 7 sind einzelne Komponenten eines Speicherbehälters 17 dargestellt. Die 7 zeigt insbesondere, wie einzelne Segmente 30 und die Spannverankerung 36 zu dem Speicherbehälter 17 zusammengefügt werden. Und zwar werden die Segmente 30 und die Spannverankerung 32 so zusammengefügt, dass die Bohrungen 34 der einzelnen Segmente 30 und der Kugelkappen 32 deckungsgleich übereinanderliegen. Durch die Bohrungen 34 aller Segmente 30 und der beiden Kugelkappen 32 wird ein Kabel 35 (hier nicht dargestellt) gespannt, welches über die Spannverankerung 36 derart gespannt wird, dass alle Segmente 30 und die Kugelkappen 32 zusammengedrückt werden. Um die Stabilität des Speicherbehälters 17 zu erhöhen, werden wie in den vorangegangenen Figuren bereits beschrieben Stützelemente 38 im Innenraum 39 des Speicherbehälters 17 angebracht. Diese Stützelemente 38 können derart mit der Innenwand 40 des Speicherbehälters 17 verbunden sein, dass sie die Wandung 37 aussteifen und unerwünschte Verformungen, insbesondere Beulen, der Speicherbehälter 17 durch den Wasserdruck und die von außen wirkenden Lasten vermeiden.In 7 are individual components of a storage container 17 shown. The 7 shows in particular how individual segments 30 and the tension anchorage 36 to the storage container 17 be joined together. And indeed the segments 30 and the tension anchorage 32 put together so that the holes 34 the individual segments 30 and the spherical caps 32 congruent superimposed. Through the holes 34 all segments 30 and the two spherical caps 32 becomes a cable 35 (not shown here) curious, which about the tension anchorage 36 so tense that all segments 30 and the spherical caps 32 be compressed. To the stability of the storage container 17 To increase, as already described in the preceding figures supporting elements 38 in the interior 39 of the storage container 17 appropriate. These support elements 38 can be so with the inner wall 40 of the storage container 17 be connected, that they are the wall 37 stiffen and unwanted deformations, especially bumps, the storage container 17 Avoid water pressure and external loads.

In 8 ist ein Unterwasserspeicher 10 mit drei Speicherbehältern 17, die über Rohrleitungen 18 und ein Verteilerrohr 19 mit einer elektromechanische Einheit 21 bzw. Pumpturbine verbunden sind, wobei die elektromechanische Einheit 21 sowohl als Pumpturbine als auch als Generator eingesetzt werden kann. In dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Speicherbehälter 17 halb mit Wasser gefüllt. Da die Speicherbehälter 17 über die Rohrleitung 18 und das Verteilerrohr 19 mit der Umgebung in direktem Kontakt stehen, herrscht ein Ungleichgewicht. Der Druck der gesamten Wassersäule 41 bewirkt, dass die Speicherbehälter 17 komplett mit Wasser gefüllt werden bzw. dass die Luft komplett aus dem Speicherbehälter 17 herausgedrückt wird. Damit die Luft aus den sich mit Wasser füllenden Speicherbehälters 17 entweichen kann und so keine Energie für die Kompression der verbleibenden Luft aufgebracht werden muss, weisen die in 8 dargestellten Ausführungsbeispiele der Speicherbehälter 17 jeweils eine Zuleitung 42 auf, die mit einer gemeinsamen Lüftungsleitung 24 verbunden sind. Diese Lüftungsleitung 24 erstreckt sich senkrecht bis oberhalb der Wasseroberfläche 12. Auf diese Weise wird die aus den Speicherbehältern 17 herausgedrängte Luft direkt über die Zuleitungen 42 und die Lüftungsleitung 24 an die Atmosphäre abgegeben.In 8th is an underwater storage 10 with three storage tanks 17 that have pipelines 18 and a manifold 19 with an electromechanical unit 21 or pump turbine are connected, wherein the electromechanical unit 21 can be used both as a pump turbine and as a generator. In the in 8th illustrated embodiment, the storage container 17 half filled with water. Because the storage tanks 17 over the pipeline 18 and the manifold 19 In direct contact with the environment, there is an imbalance. The pressure of the entire water column 41 causes the storage tanks 17 completely filled with water or that the air completely from the storage tank 17 is pushed out. So that the air from the water-filling storage tank 17 can escape and so no energy for the compression of the remaining air must be applied, the in 8th illustrated embodiments of the storage container 17 one supply line each 42 on that with a common ventilation duct 24 are connected. This ventilation line 24 extends perpendicular to above the water surface 12 , In this way, the from the storage containers 17 pushed out air directly through the supply lines 42 and the ventilation duct 24 delivered to the atmosphere.

Für den umgekehrten Fall, bei dem das Wasser aus den gefüllten Speicherbehältern 17 zur Energiespeicherung durch die elektromechanische Einheit 21 bzw. Pumpturbine herausgepumpt wird, stehen die Speicherbehälter 17 ebenfalls über die Zuleitungen 42 und die Lüftungsleitung 24 mit der Atmosphäre in Verbindung. Diese direkte Verbindung zur Atmosphäre (Atmosphärendruck 1 bar) verhindert, dass beim Abpumpen der Speicherbehälter 17 ein Unterdruck im Innenraum 39 der Speicherbehälter 17 erzeugt wird, was zu einer erhöhten Pumpleistung führen würde.For the reverse case, where the water from the filled storage tanks 17 for energy storage by the electromechanical unit 21 or pump pump is pumped out, are the storage tank 17 also via the supply lines 42 and the ventilation duct 24 in contact with the atmosphere. This direct connection to the atmosphere (atmospheric pressure 1 bar) prevents the storage tank when pumping 17 a negative pressure in the interior 39 the storage tank 17 is generated, which would lead to an increased pump power.

Die Zuleitungen 42 können optional mit Ventilen (nicht dargestellt) betrieben werden, sodass die Zuleitungen 42 vor bzw. nach dem Abpumpen geschlossen werden und eine direkte Verbindung zur Atmosphäre somit unterbrochen wird.The supply lines 42 can optionally be operated with valves (not shown), so that the leads 42 be closed before or after pumping and thus a direct connection to the atmosphere is interrupted.

In 9 ist ein Ausführungsbeispiel des Unterwasserspeichers 10 dargestellt, bei dem jeder Speicherbehälter 17 eine Lüftungsleitung 24, aufweist. Somit steht jeder Speicherbehälter 17 über eine eigen Lüftungsleitung 24 im direkten Kontakt zur Atmosphäre. Zum einen wird dadurch ein schnelleres Fluten der Speicherbehälter 17 ermöglicht, zum anderen können die Speicherbehälter 17 schneller leergepumpt werden. Außerdem erzeugt die Zuordnung einzelner Lüftungsleitungen 24 zu den Speicherbehältern 17 eine Redundanz, das heißt wenn eine der Lüftungsleitungen 24 defekt sein sollte kann der Unterwasserspeicher 10 über die verbleibenden Speicherbehälter 17 und deren Lüftungsleitung 24 weiter betrieben werden und es kommt zu keinem Ausfall.In 9 is an embodiment of the underwater storage 10 shown in which each storage tank 17 a ventilation duct 24 , having. Thus, each storage tank 17 via its own ventilation duct 24 in direct contact with the atmosphere. For a faster flooding of the storage container 17 allows, on the other hand, the storage tanks 17 be pumped out faster. In addition, the assignment of individual ventilation ducts generates 24 to the storage tanks 17 a redundancy, that is if one of the ventilation ducts 24 should be defective, the underwater storage 10 over the remaining storage tanks 17 and their ventilation duct 24 continue to operate and there is no failure.

Das in 10 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Unterwasserspeichers 10 weist keine Lüftungsleitung 24 auf. Dieses Ausführungsbeispiel ist im Vergleich zu den Ausführungsbeispielen aus den 8 und 9 wesentlich einfacher in der Konstruktion und in der Wartung. Wie oben bereits dargestellt wirkt sich bei dieser Konstruktionsweise allerdings nachteilig aus, dass zusätzliche Energie für die Kompression der in den Speicherbehältern 17 verbleibenden Luft, so wie für das Entgegenwirken des beim Abpumpen der Speicherbehälter 17 entstehenden Unterdrucks aufgewendet werden muss. Thermodynamische Verluste bei der Kompression bzw. Expansion der eingeschlossenen Luft reduzieren den Wirkungsgrad des Ausführungsbeispiels ohne Lüftungsleitung.This in 10 illustrated embodiment of an underwater storage 10 does not have a ventilation duct 24 on. This embodiment is compared to the embodiments of the 8th and 9 much easier in construction and maintenance. As already shown above, however, this embodiment has the disadvantage that additional energy for the compression of the in the storage containers 17 remaining air, as well as for counteracting the pumping out of the storage container 17 incurred negative pressure must be spent. Thermodynamic losses in the compression or expansion of the trapped air reduce the efficiency of the embodiment without vent line.

In dem Ausführungsbeispiel des Unterwasserspeichers 10 gemäß 11 ist dargestellt, wie die Speicherbehälter 17 am Meeresgrund 13 erfindungsgemäß gesichert werden. Dazu sind die Querschnitte von fünf Speicherbehältern 17 dargestellt. In 11a sind die beiden wesentlichen auf die Speicherbehälter 17 wirkenden Kräfte, nämlich die Gewichtskraft 43 und die Auftriebskraft 44 vektoriell dargestellt. Die Gewichtskraft 43 des Speicherbehälters 17 setzt sich zusammen aus dem Gewicht des Speicherbehälters 17, welches im Wesentlichen durch das Gewicht des Materials der Wandung 37 erzeugt wird.In the embodiment of the underwater storage 10 according to 11 is shown as the storage tanks 17 on the seabed 13 be secured according to the invention. These are the cross sections of five storage tanks 17 shown. In 11a are the two essentials to the storage tanks 17 acting forces, namely the weight 43 and the buoyancy 44 shown vectorially. The weight 43 of the storage container 17 consists of the weight of the storage container 17 which is essentially due to the weight of the material of the wall 37 is produced.

Zusätzliche Gewichtskraft 43 wird erzeugt, wenn die Speicherbehälter 17 mit Wasser gefüllt sind bzw. werden. Die maximale Gewichtskraft 43 wirkt dementsprechend, wenn die Speicherbehälter 17 komplett mit Wasser gefüllt sind.Additional weight 43 is generated when the storage tanks 17 are or are filled with water. The maximum weight 43 acts accordingly when the storage tanks 17 completely filled with water.

Der Gewichtskraft 43 entgegen wirkt die Auftriebskraft 44. Die Auftriebskraft 44 wird im Wesentlichen erzeugt durch den mit Luft gefüllten Innenraum 39 der Speicherbehälter 17. Ist der Innenraum 39 der Speicherbehälter 17 komplett mit Wasser gefüllt, so ist die Auftriebskraft 44 kleiner als die Gewichtskraft des Speicherbehälters 17. Ist das Gewicht des vom luftgefüllten Speicherbehälter 17 verdrängten Wassers größer als die Gewichtskraft 43 des Speicherbehälters 17, überwiegt die Auftriebskraft 44 gegenüber der Gewichtskraft 43 und der Speicherbehälter 17 wird von dem auf sie wirkenden Wasserdruck nach oben gedrückt. Um ein ungewolltes Auftauchen der Speicherbehälter 17 zu vermeiden, müssen die Speicherbehälter 17 mit einer zusätzlichen Auflast 45, welche die Gewichtskraft 43 erhöht, beaufschlagt werden. Dazu sind die Speicherbehälter 17 in dem in 11 dargestellten Ausführungsbeispiel in einer trapezförmigen Aufschüttung 46 integriert. Bei dem Material der Aufschüttung 46 kann es sich um Sedimente, Kiesel oder Steine oder ähnlichem vom Meeresgrund handeln, oder um Steine, Kiesel, Geröll, welches über ein Schiff vom Festland und mithilfe von Tauchbooten und Fallrohren zu dem Unterwasserspeicher 10 transportiert wird. Die Materialmenge der Aufschüttung 46, die sich direkt über dem Speicherbehälter 17 befindet, wirkt als zusätzliche Auflast 45. Diese Auflast 45 wirkt als zusätzliche Gewichtskraft 43 auf jeden Speicherbehälter 17. Die Auflast 45 ist für jeden Speicherbehälter 17 in Abhängigkeit von dessen Dimensionierung auszulegen.The weight 43 counteracts the buoyancy 44 , The buoyancy 44 is essentially generated by the air-filled interior 39 the storage tank 17 , Is the interior 39 the storage tank 17 completely filled with water, so is the buoyancy 44 less than the weight of the storage container 17 , Is the weight of the air-filled storage tank 17 displaced water greater than the weight 43 of the storage container 17 , the buoyancy force predominates 44 against the weight 43 and the storage tank 17 is pushed up by the water pressure acting on it. To an unwanted emergence of the storage container 17 to avoid, the storage tanks need 17 with an additional load 45 which the weight force 43 increased, be charged. These are the storage tanks 17 in the 11 illustrated embodiment in a trapezoidal landfill 46 integrated. At the material of the landfill 46 These may be sediments, pebbles or stones or the like from the seabed, or stones, pebbles, scree, from a boat from the mainland and to the underwater reservoir via submersibles and downspouts 10 is transported. The amount of material of the landfill 46 located directly above the storage tank 17 is, acts as an additional surcharge 45 , This surcharge 45 acts as an additional weight 43 on each storage tank 17 , The surcharge 45 is for each storage tank 17 depending on its dimensions interpreted.

In 12 sind die Kräfte, die durch die Aufschüttung 46 und die Auflast 45 auf die Speicherbehälter 17 wirken, vektoriell dargestellt. Die Auflastkraft 47, welche die Gewichtskraft 43 der Auflast 45 darstellt, wirkt von oben senkrecht auf die Speicherbehälter 17. Das kann zu einer leichten Verformung der Speicherbehälter 17 führen und zwar derart, dass die Speicherbehälter 17 in ihrem Querschnitt 33 zu einen Oval gestaucht werden. Damit diese Verformung 49 der Speicherbehälter 17 nicht zu stark wird und eventuell zum Bruch der Speicherbehälter 17 führt, wirkt von den Seiten die Aufschüttung 46 und die von der Aufschüttung 46 auf die Speicherbehälter 17 wirkende Aufschüttungskraft 48 dieser Verformung 49 der Speicherbehälter 17 entgegen. Außerdem bewirkt die Aufschüttungskraft 48, dass die Speicherbehälter 17 sich nicht seitlich wegbewegen bzw. aus der trapezförmigen Aufschüttung wegrollen.In 12 are the forces passing through the landfill 46 and the surcharge 45 on the storage tanks 17 act, vectorially represented. The load capacity 47 which the weight force 43 the surcharge 45 represents acts vertically from above on the storage container 17 , This can cause a slight deformation of the storage container 17 lead in such a way that the storage container 17 in their cross section 33 be compressed to an oval. Thus this deformation 49 the storage tank 17 not too strong and possibly to break the storage container 17 leads, acts from the sides of the landfill 46 and those of the landfill 46 on the storage tanks 17 effective pouring power 48 this deformation 49 the storage tank 17 opposite. In addition, the Aufschüttungskraft 48 that the storage tanks 17 Do not move sideways or roll away from the trapezoidal bedding.

In 13 ist dargestellt, dass zwischen den einzelnen Speicherbehältern 17 des Unterwasserspeichers 10 immer ein genügend großer Abstand 50 bestehen muss. Der Abstand 50 muss so groß gewählt werden, dass bei der in 12 beschriebenen Verformung 49 der Speicherbehälter 17 diese nicht in Kontakt geraten, da dadurch durch Lastspitzen an einer Kontaktstelle eine Beschädigung der Wandungen 37 der Speicherbehälter 17 erfolgen könnte.In 13 It is shown that between the individual storage tanks 17 of the underwater storage 10 always a sufficient distance 50 must exist. The distance 50 must be chosen so large that at the in 12 described deformation 49 the storage tank 17 these do not come into contact, since thereby by load peaks at a contact point damage to the walls 37 the storage tank 17 could be done.

Eine wie in den 11 und 13 dargestellte kompakte Zusammenfassung aller Speicherbehälter 17 unter einer gemeinsamen Aufschüttung 46 hat gegenüber einer Aufschüttung 46 für jeden einzelnen Speicherbehälter 17 (siehe 14) den Vorteil, dass sowohl Material für die Aufschüttung 46 gespart wird, als auch Material für die Zuleitungen etc. Durch eine gemeinsame Aufschüttung 46 aller Speicherbehälter 17 wird der gesamte Unterwasserspeicher 10 kompakt gehalten. Außerdem gewinnt der Unterwasserspeicher 10 durch die Kompaktheit in sich an Stabilität.A like in the 11 and 13 presented compact summary of all storage tanks 17 under a common bed 46 Has opposite a landfill 46 for every single storage tank 17 (please refer 14 ) the advantage of having both material for the landfill 46 is saved, as well as material for the supply lines etc. Through a common landfill 46 all storage tanks 17 becomes the entire underwater storage 10 kept compact. In addition, the underwater storage wins 10 by the compactness in itself to stability.

In 15 ist dargestellt, dass die in den vorangegangenen Figuren beschriebene Anordnung der Speicherbehälter 17 und deren Stabilisierung durch eine Aufschüttung 46 besonders vorteilhaft sein kann für den Fall eines Erdbebens bzw. Seebebens.In 15 It is shown that the arrangement of the storage container described in the preceding figures 17 and their stabilization by a landfill 46 may be particularly advantageous for the case of an earthquake or seaquake.

Die Ausbreitungswellen 51 eines solchen Bebens sind in 15 dargestellt. Treffen derartige Erdbebenwellen 51 auf eine Speicherbehältergruppe 16, die sich unter einer Aufschüttung 46 befindet, werden die einzelnen Speicherbehälter 17 durch die auf sie wirkenden Kräfte in horizontaler Richtung 52 hin- und herbewegt. Da die einzelnen Speicherbehälter 17 großflächig mit dem Untergrund 13 und über das Material der Aufschüttung 46 direkt miteinander in Kontakt stehen, wird die durch die Erdbebenwellen 51 übertragende Kraft auf die gesamte Aufschüttung 46 und die gesamte Speicherbehältergruppe 16 übertragen. So kommt es zu einer insgesamten Abschwächung der Wirkung der Erdbebenwelle 51.The propagation waves 51 of such a quake are in 15 shown. Meet such earthquake waves 51 on a storage tank group 16 that are under a landfill 46 The individual storage tanks are located 17 by the forces acting on them in the horizontal direction 52 moved back and forth. Because the individual storage tanks 17 large area with the underground 13 and about the material of the landfill 46 Being directly in contact with each other is the result of the earthquake waves 51 transferring force to the entire landfill 46 and the entire storage container group 16 transfer. Thus, there is an overall weakening of the effect of the earthquake wave 51 ,

Die Aufschüttung 46 bewirkt weiterhin eine Dämpfung möglicher Schwingungen der Struktur der Speicherbehälter 17. Die einzelnen Speicherbehälter 17 und die Aufschüttung 46 stabilisieren sich somit untereinander und gegenseitig. Die durch die Erdbebenwelle 51 verursachte Auslenkung eines jeden Speicherbehälters 17 in horizontale Richtung 52 wird somit sehr gering gehalten und eine mögliche Resonanz bzw. ein mögliches ”Aufschaukeln” von Schwingungen der Struktur effektiv vermieden.The landfill 46 further causes a damping of possible vibrations of the structure of the storage container 17 , The individual storage tanks 17 and the landfill 46 thus stabilize each other and each other. The by the earthquake wave 51 caused deflection of each storage tank 17 in horizontal direction 52 is thus kept very low and a possible resonance or a possible "rocking" of vibrations of the structure effectively avoided.

Anders verhält es sich hingegen bei einzelnen großen Speicherbehältern 53, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Dadurch, dass derartige Speicherbehälter 53 in der Regel einzeln auf dem Meeresgrund 13 liegen, fehlt es ihnen an stabilisierenden weiteren Speicherbehältern. Dadurch wird die Auslenkung der Speicherbehälter 53 verursacht durch die Erdbebenwellen 51 in die horizontale Richtung 52 nicht eingeschränkt und sehr viel größer. Ähnlich wie bei hohen Gebäuden können Trägheitseffekte hier eine gefährliche Resonanz und Aufschaukeln der Schwingung hervorrufen. Dadurch kann es zu Schädigungen des Speicherbehälters 53 an sich und dessen Peripheriegeräten kommen.The situation is different with individual large storage tanks 53 which are known from the prior art. Due to the fact that such storage container 53 usually individually on the seabed 13 they are lacking in stabilizing further storage tanks. This will cause the deflection of the storage container 53 caused by the earthquake waves 51 in the horizontal direction 52 not restricted and much bigger. Similar to tall buildings, inertial effects can cause a dangerous resonance and oscillation of the vibration. This can damage the storage container 53 in itself and its peripherals come.

In 16 ist eine Speicherbehältergruppe 16 mit Aufschüttung 46, so wie sie in 15 beschrieben wurde, in einer Draufsicht dargestellt. Um die Speicherbehältergruppe 16 und insbesondere die einzelnen Speicherbehälter 17 in der Aufschüttung 46 für den Fall eines Erdbebens weiter zu stabilisieren, können zusätzlich Pfähle 54 durch die Aufschüttung 46 in den Meeresgrund 13 getrieben werden. Diese Pfähle 54 werden um die gesamte Speicherbehältergruppe 16 herum angeordnet, sodass ein Abrutschen der Aufschüttung nach außen hin verhindert wird und eine durch ein Erdbeben verursachte Bewegung in horizontaler Richtung 52 unterdrückt wird.In 16 is a storage tank group 16 with landfill 46 as they are in 15 has been described, shown in a plan view. To the storage tank group 16 and in particular the individual storage containers 17 in the landfill 46 In addition, in order to further stabilize in the event of an earthquake, piles can be added 54 through the landfill 46 in the seabed 13 to be driven. These piles 54 be around the entire storage container group 16 arranged around, so that slipping of the landfill is prevented to the outside and caused by an earthquake movement in the horizontal direction 52 is suppressed.

In 17 ist die in 16 dargestellte Speicherbehältergruppe 16 mit ihrer Aufschüttung 46 und den Pfählen 54 in einer Seitenansicht dargestellt. Die zur Stabilisierung beitragenden Pfähle 54 erstrecken sich durch die Aufschüttung 46 in den Meeresgrund 13. Dadurch wird eine laterale Bewegung 52 der einzelnen Speicherbehälter 17 im Falle eines Erdbebens unterdrückt und ein Abrutschen der Aufschüttung nach außen hin verhindert.In 17 is the in 16 illustrated storage tank group 16 with their landfill 46 and the piles 54 shown in a side view. The piles contributing to the stabilization 54 extend through the landfill 46 in the seabed 13 , This will cause a lateral movement 52 the individual storage tank 17 suppressed in the event of an earthquake and prevents slippage of the landfill to the outside.

In 18 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Unterwasserspeichers 10 dargestellt. Um Kavitation in der Pumpe bzw. Turbine sicher zu vermeiden ist es besonders vorteilhaft wenn die elektromechanische Einheit 21 bzw. die Pumpe/Turbine in einer noch größeren Tiefe 55 als die einzelnen Speicherbehälter 17 installiert werden. Die Wassersäule unterhalb der Speicherbehälter 17 muss der minimalen Haltedruckhöhe der Anlage bzw. NPSH (Net Positive Suction Head) für alle Betriebszustände entsprechen.In 18 is another embodiment of the invention underwater storage 10 shown. To avoid cavitation in the pump or turbine safely, it is particularly advantageous if the electromechanical unit 21 or the pump / turbine at an even greater depth 55 as the individual storage tanks 17 be installed. The water column below the storage tanks 17 must correspond to the minimum holding pressure height of the system or NPSH (Net Positive Suction Head) for all operating conditions.

Da Luft bzw. Dampfblasen bedingt durch den Wasserdruck die Tendenz haben nach oben zu steigen, können so Leerräume oder Luftblasen in den Leitungen 18 oder 19 oder auch in der elektromechanische Einheit nicht zu einer Schädigung des Unterwasserspeichers 10 oder zu einem ineffizienten Betrieb desselbigen führen, da sich die Luft in den höher gelegenen Speicherbehältern 17 sammelt.Since air or vapor bubbles due to the water pressure have a tendency to rise, so can voids or air bubbles in the lines 18 or 19 or in the electromechanical unit not to damage the underwater storage 10 or lead to inefficient operation desselbigen, since the air in the higher storage tanks 17 collects.

Der Unterwasserspeicher 10 dient der Speicherung von Energie. In 19 ist dargestellt, wie ein Offshore Windpark 56 bestehend aus einer Vielzahl von Windkraftanlagen 11 mit dem erfindungsgemäßen Unterwasserspeicher 10 zusammenwirken kann. Windkraftanlagen 11 eines Offshore Windparks 56 befinden sich gemäß ihrer Art auf einem Gewässer fernab vom Land 58.The underwater storage 10 serves to store energy. In 19 is shown as an offshore wind farm 56 consisting of a large number of wind turbines 11 with the underwater storage according to the invention 10 can interact. Wind turbines 11 an offshore wind farm 56 are located according to their species on a body of water far away from the land 58 ,

Besonders zweckmäßig ist es, wenn der hier beschriebene Unterwasserspeicher 10 in direkter Nähe zu dem Offshore Windpark 56 installiert wird. Wie in 19 dargestellt kann der Unterwasserspeicher 10 direkt unterhalb oder zumindest in der Nähe des Offshore Windparks 56 installiert werden. Durch diese Nähe wird die Länge der elektrischen Leitungen 14, die die Energie von den Windkraftanlagen 11 zu dem Unterwasserspeicher 10 transportieren, gering gehalten. Die von dem Unterwasserspeicher 10 gespeicherte Energie kann im Bedarfsfall wieder in elektrische Energie umgewandelt werden und über eine einzige Hauptleitung 15 ans Festland 58 transportiert werden.It is particularly useful if the underwater storage described here 10 in close proximity to the offshore wind farm 56 will be installed. As in 19 shown can the underwater storage 10 directly below or at least near the offshore wind farm 56 be installed. Due to this proximity, the length of the electrical wires 14 taking the energy from the wind turbines 11 to the underwater storage 10 transport, low held. The of the underwater storage 10 stored energy can be converted back into electrical energy if required and via a single main line 15 to the mainland 58 be transported.

Der Unterwasserspeicher 10 kann bei kurzzeitigem sehr starkem Wind die generierte elektrische Energie zwischenspeichern und später kontrolliert an die elektrische Leitungen zum Festland abgeben. Durch diese Glättung der abgegeben Leistung müssen die teuren elektrischen Leitungen zum Festland nicht für die maximalen Spitzenleistung des Offshore Windparks ausgelegt werden. Dies hat den Vorteil einer Kosteneinsparung im Leitungsbau bei gleichzeitiger Maximierung der Windausbeute.The underwater storage 10 can temporarily store the generated electrical energy during short-term, very strong wind and later release it to the electrical lines to the mainland in a controlled manner. This smoothing of the output power means that the expensive electrical lines to the mainland do not have to be designed for the maximum peak power of the offshore wind farm. This has the advantage of cost savings in line construction while maximizing the wind yield.

Ein weiterer erfindungsgemäßer Anwendungsbereich des Unterwasserspeichers 10 ist in 20 dargestellt. Wie oben bereits beschrieben, ist die Wirkweise des erfindungsgemäßen Unterwasserspeichers 10 besonders effizient, wenn sich der selbige in großer Tiefe 55 befindet. Daher bietet sich die Tiefsee 59 als Gründungsort des Unterwasserspeichers 10 besonders an. Da sich Offshore Windparks 56 allerdings eher im seichten Küstenbereich 60 befinden, kann die von den Windkraftanlagen 11 erzeugte elektrische Energie auch über eine Hauptleitung 15 zunächst zu dem Unterwasserspeicher 10 in der Tiefsee 59 transportiert werden, und bei Bedarf über die Hauptleitung 15 wieder zurück ans Festland 58 transportiert werden.Another inventive application of the underwater storage 10 is in 20 shown. As already described above, the mode of action of the underwater storage device according to the invention 10 especially efficient when the self is in great depth 55 located. Therefore, the deep sea offers 59 as the foundation of the underwater reservoir 10 especially on. As offshore wind farms 56 but rather in the shallow coastal area 60 can be located by the wind turbines 11 also generated electrical energy via a main line 15 first to the underwater storage 10 in the deep sea 59 be transported, and if necessary via the main line 15 back to the mainland 58 be transported.

Einen weiteren Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Unterwasserspeichers 10 stellt die 21 dar. Auch hier befindet sich der Unterwasserspeicher 10 erfindungsgemäß am Grund eines Gewässers 57. Allerdings wird bei diesem Ausführungsbeispiel die elektrische Energie am Festland 58 erzeugt. Dies kann durch die bekannten Kraftwerke erfolgen. Um die am Festland 58 erzeugte elektrische Energie effizient zu speichern und bei Bedarf flexibel und schnell abzurufen, kann die elektrische Energie über eine Hauptleitung 15 zu dem Unterwasserspeicher 10 in dem Gewässer 57 transportiert werden. Die dort gespeicherte Energie kann bei entsprechendem Bedarf am Festland 58 über die Hauptleitung 15 jederzeit flexibel zurück transportiert werden.Another application of the invention underwater storage 10 provides the 21 Also here is the underwater storage 10 According to the invention at the bottom of a body of water 57 , However, in this embodiment, the electric power becomes on the mainland 58 generated. This can be done by the known power plants. To the on the mainland 58 To efficiently store generated electrical energy and retrieve it flexibly and quickly when needed can supply the electrical energy through a main line 15 to the underwater storage 10 in the waters 57 be transported. The energy stored there can, if required on the mainland 58 over the main line 15 be flexibly transported back at any time.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
UnterwasserspeicherUnderwater Memory
1111
WindkraftanlagenWind turbines
1212
Wasseroberflächewater surface
1313
Meeresgrundseabed
1414
Zuleitungsupply
1515
Hauptleitungmain
1616
SpeicherbehältergruppeStorage tank group
1717
Speicherbehälterstorage container
1818
Rohrleitungpipeline
1919
Verteilerrohrmanifold
2020
Verbindungsrohrconnecting pipe
2121
elektromechanische Einheitelectromechanical unit
2222
Endstücktail
2323
Zu-/AbleitungSupply / discharge
2424
Lüftungsleitungvent line
2525
VentilValve
2626
Wassertiefewater depth
2727
Radiusradius
2828
Durchmesserdiameter
2929
Längsachselongitudinal axis
3030
Segmentesegments
3131
EndeThe End
3232
Kugelkappeball cap
3333
Querschnittcross-section
3434
Bohrungdrilling
3535
Kabelelectric wire
3636
SpannverankerungStressing anchorage
3737
Wandungwall
3838
Stützelementsupport element
3939
Innenrauminner space
4040
Innenseiteinside
4141
Wassersäulewater column
4242
Zuleitungsupply
4343
Gewichtskraftweight force
4444
Auftriebskraftbuoyancy
4545
Auflastballasted
4646
Aufschüttungdeposit
4747
AuflastkraftAuflastkraft
4848
AufschüttungskraftAufschüttungskraft
4949
Verformungdeformation
5050
Abstanddistance
5151
Erdbebenwellenseismic waves
5252
Richtungdirection
5353
Speicherbehälterstorage container
5454
Pfahlstake
5555
Tiefedepth
5656
Offshore WindparkOffshore wind farm
5757
Gewässerwaters
5858
FestlandMainland
5959
TiefseeDeep Sea
6060
Küstenbereichcoastal areas
6161
Motorengine

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  • WO 2011/112561 A2 [0002] WO 2011/112561 A2 [0002]

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  • DIN EN 206-1 definierten Festigkeitsklasse C 100/115 [0008] DIN EN 206-1 defined strength class C 100/115 [0008]

Claims (15)

Unterwasserspeicher (10) zum Speichern von vorzugsweise elektrischer Energie, mit mehreren Speicherbehältern (17) zur Aufnahme eines Mediums, sowie mit wenigstens einem Mittel zum wenigstens teilweisen Entleeren der Speicherbehälter (17), insbesondere einer Pumpe, und mit wenigstens einem Mittel zum Erzeugen von Strom beim Befüllen der Speicherbehälter (17) mit dem Medium, insbesondere einem durch eine Turbine angetriebenen Generator, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gruppe (16) aus mehreren Speicherbehältern (17) über eine gemeinsame Leitung (19) mit der gemeinsamen Pumpe bzw. der gemeinsamen Turbine verbunden ist.Underwater storage ( 10 ) for storing preferably electrical energy, with a plurality of storage containers ( 17 ) for receiving a medium, as well as with at least one means for at least partially emptying the storage container ( 17 ), in particular a pump, and with at least one means for generating electricity when filling the storage containers ( 17 ) with the medium, in particular a generator driven by a turbine, characterized in that a group ( 16 ) from several storage containers ( 17 ) via a common line ( 19 ) is connected to the common pump or the common turbine. Unterwasserspeicher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherbehälter (17) als im wesentlichen zylindrische und im wesentlichen horizontal angeordnete Behälter ausgebildet sind, die mit ihrer Längserstreckung parallel zueinander und nebeneinander angeordnet sind und im Bereich des Bodens (13) des Gewässers (57) angeordnet sind.Underwater storage ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the storage containers ( 17 ) are formed as substantially cylindrical and substantially horizontally disposed container, which are arranged with their longitudinal extent parallel to each other and side by side and in the region of the bottom ( 13 ) of the water body ( 57 ) are arranged. Unterwasserspeicher (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherbehälter (17) mittels einer Auflast (45) als Auftriebssicherung am Boden (13) des Gewässers (57) gesichert sind.Underwater storage ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the storage containers ( 17 ) by means of a surcharge ( 45 ) as buoyancy protection on the ground ( 13 ) of the water body ( 57 ) are secured. Unterwasserspeicher (10) nach Anspruch 1 oder einem der weiteren vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherbehälter (17) mit geringem seitlichen Abstand (50) zueinander angeordnet sind, derart, dass sich die Speicherbehälter (17) seitlich gegeneinander abstützen, wobei vorzugsweise zwischen den Speicherbehältern (17) nur eine geringe Schicht einer Aufschüttung (46) angeordnet ist.Underwater storage ( 10 ) according to claim 1 or one of the further preceding claims, characterized in that the storage containers ( 17 ) with a small lateral distance ( 50 ) are arranged to each other, such that the storage container ( 17 ) laterally against each other, preferably between the storage containers ( 17 ) only a small layer of a landfill ( 46 ) is arranged. Unterwasserspeicher (10) nach Anspruch 1 oder einem der weiteren vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Wandungen (37) der Speicherbehälter (17) aus einem Material mit hoher Festigkeit bei geringer Wandstärke gebildet sind, vorzugsweise aus einem UHPC.Underwater storage ( 10 ) according to claim 1 or one of the further preceding claims, characterized in that walls ( 37 ) the storage container ( 17 ) are formed of a material with high strength at low wall thickness, preferably from a UHPC. Unterwasserspeicher (10) nach Anspruch 1 oder einem der weiteren vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass statt eines Speicherbehälters (17) mit einem großen Volumen eine entsprechende Anzahl an Speicherbehältern (17) mit kleinerem Volumen vorgesehen sind.Underwater storage ( 10 ) according to claim 1 or one of the further preceding claims, characterized in that instead of a storage container ( 17 ) with a large volume a corresponding number of storage containers ( 17 ) are provided with a smaller volume. Unterwasserspeicher (10) nach Anspruch 1 oder einem der weiteren vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Pumpe und/oder Turbine unterhalb des Niveaus der Speicherbehälter (17) angeordnet ist.Underwater storage ( 10 ) according to claim 1 or one of the further preceding claims, characterized in that the at least one pump and / or turbine below the level of the storage container ( 17 ) is arranged. Unterwasserspeicher (10) nach Anspruch 1 oder einem der weiteren vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherbehälter (10) in einer Tiefe (55) von 200 m bis 2000 m, insbesondere 200 m bis 1500 m, vorzugsweise 200 m bis 1200 m, höchst vorzugsweise 200 m bis 800 m angeordnet sind.Underwater storage ( 10 ) according to claim 1 or one of the further preceding claims, characterized in that the storage containers ( 10 ) at a depth ( 55 ) of 200 m to 2000 m, in particular 200 m to 1500 m, preferably 200 m to 1200 m, most preferably 200 m to 800 m are arranged. Unterwasserspeicher (10) nach Anspruch 1 oder einem der weiteren vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Pumpe bzw. die mindestens eine Turbine stirnseitig neben der Gruppe (19) aus Speicherbehältern (17) angeordnet ist und dass die gemeinsame Leitung (19) im Bereich diese Stirnseite (22) verläuft, insbesondere in der Stirnseite (22) der Speicherbehälter (17) integriert ist.Underwater storage ( 10 ) according to claim 1 or one of the further preceding claims, characterized in that the at least one pump or the at least one turbine in front of the group ( 19 ) from storage tanks ( 17 ) and that the common line ( 19 ) in the area of this end face ( 22 ), in particular in the front side ( 22 ) the storage container ( 17 ) is integrated. Unterwasserspeicher (10) nach Anspruch 9 oder einem der weiteren vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Ventile (25) jeweils zwischen jedem Speicherbehälter (17) und der gemeinsamen Leitung (19) angeordnet sind.Underwater storage ( 10 ) according to claim 9 or one of the further preceding claims, characterized in that valves ( 25 ) between each storage tank ( 17 ) and the common line ( 19 ) are arranged. Unterwasserspeicher (10) nach Anspruch 9 oder einem der weiteren vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei oder mehr Gruppen (16) von Speicherbehältern (17) vorgesehen sind, wobei zwischen den Gruppen (16) mehrere Pumpen und Turbinen angeordnet sind, die mit den Gruppen (16) verbunden sind.Underwater storage ( 10 ) according to claim 9 or one of the further preceding claims, characterized in that at least two or more groups ( 16 ) of storage containers ( 17 ), whereby between the groups ( 16 ) several pumps and turbines are arranged, which are connected to the groups ( 16 ) are connected. Unterwasserspeicher (10) nach Anspruch 1 oder einem der weiteren vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpturbine und ein Generator bzw. Motor (61) zusammen in einem Kraftwerksbehälter angeordnet sind.Underwater storage ( 10 ) according to claim 1 or one of the further preceding claims, characterized in that a pump turbine and a generator or motor ( 61 ) are arranged together in a power plant container. Unterwasserspeicher (10) nach Anspruch 1 oder einem der weiteren vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherbehälter (17) der Aufnahme des jeweiligen Gewässers (57) als energiespeicherndes Medium dienen.Underwater storage ( 10 ) according to claim 1 or one of the further preceding claims, characterized in that the storage containers ( 17 ) of the reception of the respective water body ( 57 ) serve as an energy storage medium. Unterwasserspeicher (10) nach Anspruch 1 oder einem der weiteren vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterwasserspeicher (10) zur Speicherung von aus erneuerbaren Energiequellen stammender Energie bestimmt ist, insbesondere von einer oder mehreren Windkraftanlagen (11) auf See erzeugter Energie.Underwater storage ( 10 ) according to claim 1 or one of the further preceding claims, characterized in that the underwater storage ( 10 ) for the storage of energy derived from renewable energy sources, in particular one or more wind turbines ( 11 ) energy generated at sea. Unterwasserspeicher (10) nach Anspruch 1 oder einem der weiteren vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterwasserspeicher (10) zur Speicherung von an Land erzeugter Energie, insbesondere photovoltaisch oder solar-thermisch erzeugter Solarenergie, Windenergie aber auch konventionell erzeugter Energie und Nuklearenergie bestimmt ist.Underwater storage ( 10 ) according to claim 1 or one of the further preceding claims, characterized in that the underwater storage ( 10 ) for storing energy generated on land, in particular photovoltaic or Solar-thermally generated solar energy, wind energy but also conventionally generated energy and nuclear energy is determined.
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