DE102012222610A1

DE102012222610A1 - Energiespeichervorrichtung

Info

Publication number: DE102012222610A1
Application number: DE201210222610
Authority: DE
Inventors: Rolf-Josef Schwartz
Original assignee: Schwartz GmbH
Current assignee: Schwartz GmbH
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2014-06-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung, insbesondere zur Speicherung großer Energiemengen im Megawatt-Bereich. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Speichervorrichtung für große Energiemengen unter Ausnutzung eines Gewässers anzugeben, bei der die gespeicherte Energie kurzfristig abrufbar ist und dabei keinen wesentlichen sichtbaren Eingriff in die Landschaft darstellt und bei deren Betrieb es zu keinen wesentlichen Änderungen der Höhe des Wasserspiegels des Gewässers kommt, sowie ein entsprechendes Verfahren anzugeben. Erfindungsgemäß weist die Energiespeichervorrichtung einen Auftriebskörper auf, der eine kleinere Dichte als das ihn umgebende Wasser aufweist. Der Auftriebskörper ist unter der Gewässeroberfläche positioniert und mit einem Zugmittel verbunden, wobei das Zugmittel andererseits so mit einer Motor-/Generatoreinheit verbunden ist, dass es ein- und ausgefahren werden kann. Steht ausreichend Energie zur Verfügung, die beispielsweise zur Deckung des momentanen Energiebedarfes nicht benötigt wird, so kann der Auftriebskörper über das Zugmittel von der motorisch arbeitenden Motor-/Generatoreinheit im Wesentlichen vertikal tiefer unter die Gewässeroberfläche verbracht werden. Soll die auf diese Weise gespeicherte Energie wieder freigesetzt werden, so wird die Motor-/Generatoreinheit generatorisch betrieben, indem der Auftriebskörper wieder im Wesentlichen vertikal in Richtung der Wasseroberfläche auftreibt. Über das Zugmittel wird in diesem Fall der Generator betrieben. Dabei treibt der Auftriebskörper maximal nur soweit auf, dass er die Wasseroberfläche nicht durchdringt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung, insbesondere zur Speicherung großer Energiemengen im Megawatt-Bereich.
Große Mengen Energie werden neuerdings auf regenerativem Wege erzeugt. Dazu dienen beispielsweise Windkraftanlagen, Solaranlagen, Geothermieanlagen, Wasserkraftwerke, Gezeitenkraftwerke, Wellenkraftwerke, und ähnliche Anlagen. Bei den meisten Arten der regenerativen Energieerzeugung tritt das Problem auf, dass Energie nicht kontinuierlich erzeugt werden kann und insbesondere die Menge der erzeugten Energie nicht kurzfristig steuerbar ist. Windkraft kann beispielsweise nur dann ausgenutzt werden, wenn Wind mit einer Stärke innerhalb einer definierten Bandbreite am Standort der Windkraftanlage weht. Weht kein Wind oder weht der Wind nicht kräftig genug, kann keine Energie gewonnen werden. Weht der Wind zu stark, müssen die Windkraftanlagen aus Sicherheitsgründen abgeschaltet werden. Innerhalb der nutzbaren Bandbreite der Windgeschwindigkeit ist die Ausbeute an Energie nicht konstant, sondern eine Funktion der Windgeschwindigkeit. Auch die Energieausbeute von Solaranlagen ist nicht konstant, sondern abhängig von der Intensität und Dauer der Sonneneinstrahlung. Andererseits ist der Energiebedarfsverlauf über den Tag und über das Jahr völlig unabhängig von der Möglichkeit der Erzeugung regenerativ gewonnener Energie zum jeweiligen Zeitpunkt. Üblicherweise gibt es Zeiten, in der mehr Energie regenerativ erzeugt werden kann als benötigt wird, während es andere Zeiten gibt, in denen der Energiebedarf größer ist als die installierten Anlagen in der Lage sind, zu liefern.
Es stellt sich somit das Problem, große Mengen von Energie im Bereich mehrerer hundert Megawatt und mehr zwischenspeichern zu können. Altbekannte Speichermöglichkeiten, wie Batterien, sind nicht in der Lage, solche großen Energiemengen wirtschaftlich zu speichern.
Im Stand der Technik, wie er sich beispielsweise aus der US-amerikanischen Patentanmeldung US 2012/019 004 A1 ergibt, sind Pumpspeicherwerke offenbart, bei denen zwischen einem Oberwasser und einem Unterwasser, beispielsweise an einem See oder Fluss, Wasser unter Einsatz von Energie vom Unterwasser in das höher gelegene Oberwasser gepumpt werden kann und zur Energierückgewinnung das Wasser vom Oberwasser in das Unterwasser über eine mit einem Generator verbunden Turbine zurückfließen kann. Dabei können sich Ober- und Unterwasser an einem Fluss befinden, wobei das Oberwasser von dem Unterwasser durch einen Damm getrennt ist, an dem das Oberwasser aufgestaut wird. Der Höhenunterschied zwischen Unter- und Oberwasser ist aber begrenzt. Heutige Pumpspeicherwerke weisen daher üblicherweise einen künstlich angelegten See auf einem Berg auf, wobei sich das Unterwasser in Form eines natürlichen Gewässers an dem Fuß dieses Berges befindet. Solche Pumpspeicherwerke werden auch zur kurzfristigen Abdeckung von Energiespitzen benutzt, da sie sehr schnell Energie liefern können und keine langwierigen Anfahrprozesse benötigen, wie sie bei konventionellen Kraftwerken oder auch Atomkraftwerken erforderlich sind. In einem solchen Pumpspeicherwerk wird also beispielsweise elektrische Energie als potentielle Energie gespeichert, indem Wasser auf ein höheres Niveau gegen die Erdanziehungskraft gepumpt wird. Diese potentielle Energie kann teilweise wiedergewonnen werden, indem man das Wasser von dem hohen Niveau auf ein niedrigeres Niveau strömen lässt, wobei die gespeicherte potentielle Energie zunächst in kinetische Energie umgewandelt wird, die ihrerseits anschließend mittels mit Turbinen verbundenen Generatoren in elektrische Energie umgewandelt wird. Solche Pumpspeicherwerke weisen allerdings mehrere Nachteile auf: Der Wirkungsgrad solcher Anlagen ist beschränkt, da bei jeder Umwandlung der Energieform nutzbare Energie durch Reibung verloren geht. Zusätzlich verbrauchen solche Anlagen große Landschaftsflächen, wobei darüber hinaus zunächst geeignete Flächen für solche Pumpspeicherkraftwerke gefunden werden müssen. Um die benötigten großen Energiemengen zu speichern, sind erhebliche Mengen von Wasser erforderlich, wobei gleichzeitig große Höhenunterschiede zwischen Ober- und Unterwasser erforderlich sind. Um die Leitungsverluste klein zu halten, müssen Ober- und Unterwasser sehr nah zueinander liegen. Damit ergibt sich als idealer Standort eines Pumpspeicherkraftwerks ein Gewässer von geeigneter Größe, das am Fuße eines geeignet hohen Berges liegt, auf dessen Gipfel sich ein entsprechend großer See als Oberwasser befindet beziehungsweise angelegt werden kann. Selbst an solchen idealen Standorten tritt neben dem durch die Anlage des Obersees bedingten erheblichen Eingriff in die Landschaft immer noch das Problem auf, dass sich die Wasserspiegel von Unter- und Oberwasser bei Betrieb des Pumpspeicherkraftwerks stark ändern können. Vielfach ist das Unterwasser ein Gewässer, das zur Schifffahrt und/oder zur Naherholung genutzt wird. Hier können sich plötzlich ändernde Wasserstände zu Problemen führen, insbesondere auch zu Sicherheitsproblemen beispielsweise für badende Personen.
Die japanische Patentanmeldung JP 61169674 A beschreibt eine kombinierte Anlage zur Energiegewinnung und Meerwasserentsalzung. Das Kernstück der Anlage befindet sich in einer Kammer unterhalb des Meeresbodens in einer Meerestiefe von ca. 150 m. Meereswasser strömt durch den hydrostatischen Druck über eine mit einem Generator verbundene Turbine in einen Tank, von dem es mithilfe einer Pumpe in eine Entsalzungseinrichtung gefördert wird. Die beim Einströmen des Wassers gewonnene elektrische Energie kann zur Energieversorgung der Entsalzungsanlage und der Pumpen verwendet werden. Voraussetzung für den Bau einer solchen Anlage ist eine geeignete Topologie mit der beschriebenen Kammer unterhalb des Meeresbodens.
Die internationale Patentanmeldung WO 2011112561 A2 offenbart ein System zur Erzeugung, Speicherung und Wiedergewinnung von Energie im Offshore-Bereich. Das System enthält schwimmende Vorrichtungen zur Energieerzeugung, wie beispielsweise Vorrichtung zur Gewinnung von Windenergie oder Wellenenergie, sowie eine Vorrichtung zur Energiespeicherung, die auf dem Meeresboden verankert ist und die die schwimmende Energieerzeugungsvorrichtung verankert. Die Energiespeichervorrichtung enthält mindestens eine interne Kammer auf dem Meeresboden, in die Wasser durch eine Turbine hindurch eingeleitet werden kann. Weiterhin ist eine Pumpe vorgesehen, die mittels von der Vorrichtung zur Energieerzeugung bereitgestellter Energie Wasser aus der Kammer herauspumpen kann. Die Kammer kann beispielsweise aus Beton bestehen und so durch ihr Gewicht, selbst im leer gepumpten Zustand, die Vorrichtung zur Energieerzeugung auf dem Meeresboden verankern. Wird eine solche Anlage in einem Gewässer mit begrenztem Volumen installiert, ändert sich im Betrieb der Anlage der Wasserspiegel in Abhängigkeit des Gesamtvolumens des Gewässers stark.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Speichervorrichtung für große Energiemengen unter Ausnutzung eines Gewässers anzugeben, bei der die gespeicherte Energie kurzfristig abrufbar ist und die keinen wesentlichen sichtbaren Eingriff in die Landschaft darstellt und bei deren Betrieb es zu keinen wesentlichen Änderungen der Höhe des Wasserspiegels des beziehungsweise der Gewässer kommt.
Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Speicherung großer Energiemengen unter Ausnutzung eines Gewässers anzugeben, mit dem die gespeicherte Energie kurzfristig abrufbar ist, wobei es weder bei der Speicherung noch beim Abruf der Energie zu einer wesentlichen Änderung der Höhe des Wasserspielgels kommen soll.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Speichervorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2–9. Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren nach Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 11–13.
Erfindungsgemäß weist die Energiespeichervorrichtung einen Auftriebskörper auf, der eine kleinere Dichte als das ihn umgebende Wasser aufweist. Der Auftriebskörper ist unter der Gewässeroberfläche positioniert und mit einem Zugmittel verbunden, wobei das Zugmittel andererseits so mit einer Motor-/Generatoreinheit verbunden ist, dass es ein- und ausgefahren werden kann. Beispielsweise kann das Zugmittel auf eine mit der Motor-/Generatorwelle verbundenen Rolle aufgewickelt beziehungsweise von ihr abgewickelt werden. Als Zugmittel eignen sich beispielsweise ein Seil oder eine Kette. Steht ausreichend Energie zur Verfügung, die beispielsweise zur Deckung des momentanen Energiebedarfes nicht benötigt wird, so kann der Auftriebskörper über das Zugmittel von der motorisch arbeitenden Motor-/Generatoreinheit im Wesentlichen vertikal tiefer unter die Gewässeroberfläche verbracht werden. Dabei wird potentielle Energie in dem Auftriebskörper gespeichert. Soll die auf diese Weise gespeicherte Energie wieder freigesetzt werden, so wird die Motor-/Generatoreinheit generatorisch betrieben, indem der Auftriebskörper im Wesentlichen vertikal wieder in Richtung der Wasseroberfläche auftreibt. Über das Zugmittel wird in diesem Fall der Generator angetrieben. Dabei treibt der Auftriebskörper maximal nur soweit auf, dass er die Wasseroberfläche nicht durchdringt. Die Energie wird in der erfinderischen Energiespeichervorrichtung in Form von potentieller Energie gespeichert, die zur Rückgewinnung von der generatorisch arbeitenden Motor-/Generatoreinheit in elektrische Energie umgewandelt wird. Die Energiespeichervorrichtung ist elektrisch mit einem Stromnetz verbunden. Durch die vertikale Lageveränderung des Auftriebskörpers innerhalb des Gewässers ändert sich die Lage des Schwerpunktes dieses Gewässers. Da der Auftriebskörper jederzeit unterhalb des Gewässerspiegels verweilt und in jeder Lage annähernd das gleiche Volumen aufweist, ändert sich die Höhe des Wasserspiegels nicht wesentlich. Des Weiteren befindet sich die gesamte Energiespeichervorrichtung im Wesentlichen unterhalb des Wasserspiegels, so dass sie von einem Betrachter außerhalb des betreffenden Gewässers nicht wahrgenommen werden kann. Der Eingriff in die Landschaft ist minimal. Die Energiespeichervorrichtung weist nur wenige Lagerstellen auf. Zusätzlich strömt innerhalb der Vorrichtung keinerlei Flüssigkeit. Dadurch kommt es nur zu wenig Reibung in der erfindungsmäßigen Energiespeichervorrichtung, und der Wirkungsgrad ist hoch.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Auftriebskörper eine Wandung auf und ist mit Luft gefüllt. Die Wandung muss dabei so stark sein, dass sie dem Wasserdruck auch dann standhält, wenn der Auftriebskörper an seiner tiefsten Position, das heißt beispielsweise kurz über dem Gewässergrund, verweilt. Eine Luftfüllung stellt die günstigste Art der Füllung dar, wobei die Auftriebskraft des so gefüllten Auftriebskörpers relativ groß ist. Alternativ kann der Auftriebskörper auch mit einem leichteren Gas als Luft, beispielsweise Helium, gefüllt werden, wodurch sich die Auftriebskraft weiter erhöht. Allerdings ist eine Füllung mit einem Gas wie Helium deutlich teurer als eine Luftfüllung. Vorteilhafterweise weist der Auftriebskörper eine Kugelform oder Ellipsenform auf, da diese Formen dem Wasserdruck am besten standhalten.
In einer alternativen Ausführungsform kann der Auftriebskörper auch einen Kunststoffschaum mit einer Dichte kleiner als 1 kg/dm³ aufweisen. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn ein geschlossenporiger Schaum, wie beispielsweise ein Polyurethanschaum oder ein Polystyrolschaum, wie er unter dem Handelsnamen Styrodur bekannt ist, verwendet wird. Solche Schäume nehmen kein Wasser auf, sind aber andererseits relativ druckfest. Gleichzeitig weisen sie ein Raumgewicht von deutlich unter 1 kg/dm³ auf. Daher kann in dieser Ausführungsform auf eine starre Wandung des Auftriebskörpers ganz oder teilweise verzichtet werden. In jedem Fall kann die Wandstärke der Wandung bei dieser Ausführungsform minimiert werden, wodurch neben der Materialersparnis auch ein höherer Wirkungsgrad erzielt wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform befindet sich die Motor-/Generatoreinheit auf dem Gewässergrund. Das Zugmittel kann auf diese Art im Wesentlichen senkrecht ein- und ausgefahren werden, so dass keine Reibung durch Umlenkungen des Zugmittels oder dergleichen auftritt. In einer alternativen Ausführungsform befindet sich die Motor-/Generatoreinheit oberhalb der Gewässeroberfläche. Dabei wird das Zugmittel über eine Umlenkeinheit auf dem Gewässergrund zu der Motor-/Generatoreinheit geführt. In dieser Ausführungsform tritt durch die Umlenkung des Zugmittels zwar etwas mehr Reibung auf als wenn sich die Motor-/Generatoreinheit auf dem Gewässergrund befindet. Wegen der oberhalb der Wasseroberfläche vereinfacht möglichen Wartung der Motor-/Generatoreinheit kann diese Ausführungsform trotzdem vorteilhaft sein.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn die Energiespeichervorrichtung zusätzlich eine Führung aufweist, an der der Auftriebskörper vertikal beweglich befestigt ist. Dabei kann der Auftriebskörper in seiner vertikalen Bewegung geführt werden, so dass er nicht durch Strömungen oder Ähnlichem von seiner im Wesentlichen vertikalen Bewegung abgelenkt wird. Die Ausführung der Führung kann übliche und dem Fachmann bekannte Ausführungsformen umfassen. Die Führung kann dabei am Gewässergrund, beispielsweise über ein Fundament, befestigt sein. Der Aufwickelvorgang des Zugmittels kann auf diese Weise störungsfrei erfolgen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform reicht die Führung über die Gewässeroberfläche hinaus, und die Motor-/Generatoreinheit ist an der Führung befestigt. Auf diese Art kann die Motor-/Generatoreinheit oberhalb der Gewässeroberfläche sicher und ohne zusätzlichen Aufwand befestigt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Energiespeichervorrichtung mit einer Windkraftanlage verbunden, wobei die Energiespeichervorrichtung und die Windkraftanlage mindestens teilweise dieselben Fundamente nutzen. Windkraftanlagen bestehen aus einem Rotor, der an dem oberen Ende eines Mastes befestigt ist. Auf den Rotor und den Mast wirken erhebliche Windkräfte, die als Biegemoment in den Mast eingebracht werden. Dieses Biegemoment wird über ein Fundament in das Erdreich abgeleitet. Bei Offshore-Windkraftanlagen, die auf See installiert sind, kommen noch Wellen- und Strömungskräfte hinzu, die von dem Gewässer auf die Windkraftanlage wirken. Offshore-Windkraftanlagen können daher bis heute wirtschaftlich nur in relativ flachen Gewässern aufgestellt werden, da sie mit einem Fundament auf dem Gewässerboden verankert werden müssen. Schwimmende Windkraftanlagen lassen sich dagegen bis zum heutigen Tage nicht wirtschaftlich darstellen. In der Ausführungsform werden die für die Windkraftanlage erforderlichen Fundamente zumindest teilweise für die Energiespeichervorrichtung mitgenutzt, so dass der Bau eines eigenen Fundaments für die Energiespeichervorrichtung nicht erforderlich ist. Zudem kann der von der Windkraftanlage erzeugte Strom unmittelbar an der Windkraftanlage gespeichert werden, wenn er im Moment der Erzeugung nicht zur Bedarfsdeckung benötigt wird, wodurch Leitungsverluste minimiert werden.
Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.
Von den Abbildungen zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung;
2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung;
3 eine Kombination einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung mit einer Windkraftanlage.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung 100 gezeigt. In einem Gewässer 200 befindet sich ein Auftriebskörper 110, der mit einem Zugmittel 120 mit einer Motor-/Generatoreinheit 130 verbunden ist. Die Motor-/Generatoreinheit 130 befindet sich auf dem Gewässergrund 220. Der Auftriebskörper 110 befindet sich relativ nah unter der Gewässeroberfläche 210 und damit in einer Stellung, in der er zusätzliche Energie speichern kann. Steht zusätzliche Energie zur Verfügung, so kann der Auftriebskörper 110 über das Zugmittel 120 von der nun motorisch arbeitenden Motor-/Generatoreinheit 130 tiefer Richtung Gewässergrund 220 gezogen werden. Der Auftriebskörper 110 ist leichter als das von ihm verdrängte Wasser 230 und besitzt daher eine Auftriebskraft. Der Auftriebskörper 110 kann beispielsweise aus einer Wandung bestehen, die mit Luft gefüllt ist. Die Wandung muss dabei so stark sein, dass sie dem Wasserdruck auch dann standhält, wenn der Auftriebskörper 110 an der tiefsten Position, das heißt beispielsweise kurz über dem Gewässergrund 220, verweilt. Eine Luftfüllung stellt die günstigste Art der Füllung da, wobei die Auftriebskraft eines mit Luft gefüllten Auftriebskörpers 110 relativ groß ist. Alternativ kann der Auftriebskörper 110 auch mit einem leichteren Gas als Luft, beispielsweise Helium, gefüllt werden, wodurch sich die Auftriebskraft weiter erhöht. Alternativ kann der Auftriebskörper 110 auch einen Kunststoffschaum mit einer Dichte kleiner als 1 kg/dm³ aufweisen. Geeignete Kunststoffschäume sind dabei geschlossenporige Schäume, die kein Wasser aufnehmen. Beispielsweise ist ein Polyurethanschaum oder ein geschlossenporiger Polystyrolschaum, wie er unter dem Handelsnamen Styrodur bekannt ist, geeignet, da sich diese Schäume neben der Unfähigkeit, Wasser aufzunehmen, zusätzlich durch eine relativ hohe Druckfestigkeit auszeichnen. Daher kann in dieser Ausführungsform auf eine starre Wandung des Auftriebskörpers 110 ganz oder teilweise verzichtet werden. In jedem Fall kann die Wandstärke der Wandung bei dieser Ausführungsform minimiert werden, wodurch neben der Materialersparnis auch ein höherer Wirkungsgrad erzielt wird. Der Auftriebskörper weist eine Ellipsenform auf. Diese Form kann dem Wasserdruck ähnlich wie eine Kugelform sehr gut standhalten.
Die Motor-/Generatoreinheit 130 befindet sich in der in 1 gezeigten Ausführungsform auf dem Gewässergrund 220. Das Zugmittel 120 kann auf diese Art im Wesentlichen senkrecht ein- und ausgefahren werden, so dass keine Reibung durch Umlenkungen des Zugmittels 120 oder dergleichen auftritt.
Als Zugmittel hat sich beispielsweise ein Seil oder eine Kette als geeignet erwiesen. Dabei kann das Zugmittel aus einem metallischen Werkstoff, aber auch aus einem Kunststoff bestehen. Beispielsweise kann ein faserverstärkter Kunststoff eingesetzt werden. Ein geeignetes Seil kann auch in Form eines Monofilaments ausgeführt sein, wobei mehrere Monofilamentstränge miteinander verflochten sein können. Als Werkstoffe für solche Monofilamente haben sich teilkristalline Thermoplaste, beispielsweise aus den Gruppen der Polyester, Polyolefine oder Polyamide bewährt.
Die Energiespeichervorrichtung weist eine Verbindung zu einem Stromnetz auf (in der Fig. nicht gezeigt).
2 zeigt eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung 100. In 2 befindet sich der Auftriebskörper 110 in einer deutlich tieferen Lage, das heißt näher am Gewässergrund 220, als in der in 1 gezeigten Situation. Somit ist der Energiegehalt des Auftriebskörpers 110 in der hier gezeigten Situation höher. Da sich der Auftriebskörper 110 nun relativ nahe an dem Gewässergrund 220 befindet, kann er nicht mehr viel zusätzliche Energie speichern. Durch den längeren Weg, den er aus dieser Situation bis zur Gewässeroberfläche 210 zurücklegen kann, kann auch mehr Energie zurückgewonnen werden, indem beim Auftreiben des Auftriebskörpers 110 das Zugmittel 120 länger die nun generatorisch betriebenen Motor-/Generatoreinheit antreibt. Die Energiespeichervorrichtung 100 weist in dieser Ausführungsform eine Führung 115 auf, an der der Auftriebskörper 110 vertikal beweglich befestigt ist. Dabei kann der Auftriebskörper 110 in seiner vertikalen Bewegung geführt werden, so dass er nicht durch Strömungen oder ähnliches von seiner im Wesentlichen vertikalen Bewegung abgelenkt wird. Die Führung 115 ist am Gewässergrund 220 mit einem Fundament 136 befestigt. Die Führung 115 reicht über die Gewässeroberfläche 210 hinaus, und die Motor-/Generatoreinheit 130 ist an der Führung 115 befestigt. Auf diese Art kann die Motor-/Generatoreinheit 130 oberhalb der Gewässeroberfläche sicher und ohne zusätzlichen Aufwand befestigt werden. Das Zugmittel 120 wird über eine Umlenkeinheit 135 auf dem Gewässergrund 220 zu der Motor-/Generatoreinheit 130 geführt. Dabei tritt durch die Umlenkung des Zugmittels 120 zwar etwas mehr Reibung auf als wenn sich die Motor-/Generatoreinheit 130 auf dem Gewässergrund 220 befindet. Wegen der vereinfacht möglichen Wartung der Motor-/Generatoreinheit 130 oberhalb der Wasseroberfläche 210 kann diese Ausführungsform trotzdem vorteilhaft sein.
3 zeigt eine Kombination einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung 110 mit einer Windkraftanlage 300. Die Energiespeichervorrichtung 110 und die Windkraftanlage 330 nutzen zumindest teilweise dieselben Fundamente 136, so dass der Bau eines eigenen Fundaments 136 für die Energiespeichervorrichtung 100 nicht erforderlich ist. Zudem kann der von der Windkraftanlage 300 erzeugte Strom unmittelbar an der Windkraftanlage 300 gespeichert werden, wenn er im Moment der Erzeugung nicht zur Bedarfsdeckung benötigt wird, wodurch Leitungsverluste minimiert werden.
Die hier gezeigten Ausführungsformen stellen nur Beispiele für die vorliegende Erfindung dar und dürfen daher nicht einschränkend verstanden werden. Alternative durch den Fachmann in Erwägung gezogene Ausführungsformen sind gleichermaßen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst.
Bezugszeichenliste

100: Energiespeichervorrichtung
110: Auftriebskörper
115: Führung
120: Zugmittel
130: Motor-/Generatoreinheit
135: Umlenkeinheit
136: Fundament
200: Gewässer
210: Gewässeroberfläche, Wasserspiegel
220: Gewässergrund
230: Wasser
300: Windkraftanlage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 61169674 A [0005]
WO 2011112561 A2 [0006]

Claims

Energiespeichervorrichtung (100) zum Betrieb in einem Gewässer (200), dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichervorrichtung (100) einen Auftriebskörper (110) mit einer Dichte kleiner als das ihn umgebende Wasser (230) aufweist, wobei der Auftriebskörper (110) unter der Gewässeroberfläche (210) positioniert ist und mit einem Zugmittel (120) verbunden ist, wobei das Zugmittel (120) andererseits so mit einer Motor-/Generatoreinheit (130) verbunden ist, dass es ein- und ausgefahren werden kann.
Energiespeichervorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftriebskörper (110) eine Wandung aufweist und mit Luft gefüllt ist.
Energiespeichervorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftriebskörper (110) einen Kunststoffschaum mit einer Dichte kleiner als 1 kg/dm³ aufweist.
Energiespeichervorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Motor-/Generatoreinheit (130) auf dem Gewässergrund befindet.
Energiespeichervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Motor-/Generatoreinheit (130) oberhalb der Gewässeroberfläche (210) befindet, wobei das Zugmittel (120) über eine Umlenkeinheit (135) auf dem Gewässergrund (220) zu der Motor-/Generatoreinheit (130) geführt ist.
Energiespeichervorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichervorrichtung (100) weiterhin eine Führung (115) aufweist, an der der Auftriebskörper (110) vertikal beweglich befestigt ist.
Energiespeichervorrichtung (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (115) am Gewässergrund (220) befestigt ist.
Energiespeichervorrichtung (100) nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (115) über die Gewässeroberfläche (210) reicht und die Motor-/Generatoreinheit (130) an der Führung (115) befestigt ist.
Energiespeichervorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichervorrichtung (100) mit einer Windkraftanlage (300) verbunden ist, wobei die Energiespeichervorrichtung (100) und die Windkraftanlage (300) mindestens teilweise dieselben Fundamente (136) nutzen.
Verfahren zur Speicherung großer Energiemengen unter Ausnutzung eines Gewässers, dadurch gekennzeichnet, dass eine Energiespeichervorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche zur Energiespeicherung benutzt wird, wobei ein Auftriebskörper (110) zur Speicherung von Energie über ein Zugmittel (120) von einer motorisch arbeitenden Motor-/Generatoreinheit (130) in einem Gewässer (200) im Wesentlichen vertikal tiefer unter die Gewässeroberfläche (210) verbracht wird und zur Abgabe der gespeicherten Energie gegen die generatorisch arbeitende Motor-/Generatoreinheit (130) im Wesentlich vertikal in Richtung Gewässeroberfläche (210) steigen gelassen wird, wobei der Auftriebskörper die Gewässeroberfläche nicht durchdringt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertikalbewegung des Auftriebskörpers (110) über eine Führung (115) geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittel (120) über eine Umlenkeinheit (135) auf dem Gewässergrund (220) zur Motor-/Generatoreinheit (130) geführt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichervorrichtung (100) mit einer Windkraftanlage (300) verbunden ist, wobei die von der Windkraftanlage (300) produzierte Energie wenigstens teilweise dazu benutzt wird, den Auftriebskörper (110) tiefer in das Gewässer (200) zu verbringen.