DE102014102922A1 - Gas storage arrangement - Google Patents

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DE102014102922A1 DE102014102922.4A DE102014102922A DE102014102922A1 DE 102014102922 A1 DE102014102922 A1 DE 102014102922A1 DE 102014102922 A DE102014102922 A DE 102014102922A DE 102014102922 A1 DE102014102922 A1 DE 102014102922A1
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Abstract

Offenbart ist eine Gasdruckspeicheranordnung, bei dem ein Gasdruckspeicher in ein ein Gewässer begrenzendes Bauwerk, beispielsweise einen Damm oder einen Deich, integriert ist.Disclosed is a gas pressure accumulator arrangement in which a gas pressure accumulator is integrated into a body of water-limiting structure, for example a dam or a dyke.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasdruckspeicheranordnung eines Kraftwerks.The invention relates to a gas pressure accumulator arrangement of a power plant.

Derartige Gasdruckspeicheranordnungen können zur Speicherung von in einem Kraftwerk beliebiger Bauart erzeugter Energie genutzt werden. Such gas pressure accumulator arrangements can be used for the storage of energy generated in a power plant of any type.

Im Zuge der aktuellen Abschaltung von Atomkraftwerken ist die Realisierung von Konzepten zur Nutzung erneuerbarer Energien in den Vordergrund getreten. In the course of the current shutdown of nuclear power plants, the realization of concepts for the use of renewable energies has come to the fore.

Relativ weit durchgesetzt haben sich Windkraftanlagen, die jedoch bei der Bevölkerung auf Widerstand stoßen, da sie zum Wind exponiert aufgestellt werden müssen und daher von weitem sichtbar sind. Des Weiteren sind die Schallemissionen derartiger Windkraftanlagen in der näheren Umgebung erheblich. Auch der Einfluss auf die Tierwelt ist umstritten. Wind turbines have prevailed relatively widely, but they meet with resistance from the population, as they have to be exposed to the wind and therefore are visible from afar. Furthermore, the noise emissions of such wind turbines in the vicinity are considerable. The influence on the animal world is also controversial.

Bei der Nutzung der Wasserkraft werden bereits seit langem die herkömmlichen Wasserkraftwerke verwendet, die an Staustufen oder dergleichen gebaut sind. Neuere Tendenzen gehen dazu, die Wellenenergie zu nutzen, um die kinetische Energie eines durch die Wellen bewegten Körpers in elektrische Energie umzuwandeln. Dabei gibt es so genannte Onshore-Anlagen, die im Brandungsbereich gebaut werden und bei denen eine Turbine oder dergleichen durch die in das Bauwerk einströmende Welle angetrieben wird. In the use of hydropower, the conventional hydropower plants have been used for a long time, which are built on barrages or the like. Recent trends are using wave energy to convert the kinetic energy of a body moving through the waves into electrical energy. There are so-called onshore systems that are built in the surf area and in which a turbine or the like is driven by the incoming into the building shaft.

Bei anderen Wellenenergieanlagen werden Schwimmkörper kettenförmig zusammengefügt und die Relativverschiebung der einzelnen Schwimmkörper zueinander während der Wellenbewegung ausgenutzt, um über eine Hydromaschine einen Generator anzutreiben. In other wave power plants floats are assembled in a chain and exploited the relative displacement of the individual floats to each other during the wave motion to drive a generator via a hydraulic machine.

Bei weiteren Lösungen sind Schwimmkörper am Boden verankert und werden durch die Wellenbewegung bewegt, wobei die Bewegungsenergie dann beispielsweise durch Hydromaschinen in elektrische Energie umgewandelt wird. In other solutions floating bodies are anchored to the ground and are moved by the wave motion, the kinetic energy is then converted, for example by hydraulic machines into electrical energy.

Derzeit stark umstritten sind sogenannte Pumpspeicherkraftwerke, bei denen Wasser in hochgelegene Speicherseen gepumpt wird, wobei die gespeicherte potenzielle Energie zur Zeiten hohen Energiebedarfs genutzt wird, um Turbinen/Generatoren zur Erzeugung von elektrischem Strom anzutreiben. Derartige Pumpspeicherkraftwerke lassen sich besonders einfach im Gebirge realisieren, wobei in dichtbesiedelten Gebieten der Widerstand in der Bevölkerung aufgrund der Eingriffe in die Natur erheblich ist. So-called pumped-storage power plants, where water is pumped into high-altitude reservoirs, using the stored potential energy at times of high energy demand to power turbines / generators to generate electric power are currently highly controversial. Such pumped storage power plants are particularly easy to implement in the mountains, which in densely populated areas, the resistance in the population is considerable due to the interference with nature.

Ebenfalls bekannt sind Kraftwerke, bei denen der Tidenhub ausgenutzt wird. Weitere interessante Konzepte sind Gradientenkraftwerke und Gletscherkraftwerke. Also known are power plants in which the Tidenhub is exploited. Other interesting concepts are gradient power plants and glacier power plants.

Der Nachteil all dieser Lösungen ist, dass diese Kraftwerkskonzepte sich entweder noch im Entwicklungsstadium befinden und insbesondere bei extremen Wetterbedingungen störungsanfällig sind oder aber zur Realisierung ein erheblicher Aufwand mit hohen Baukosten einhergeht. Ein weiterer Nachteil vieler Konzepte besteht darin, dass schwerwiegende Eingriffe in die Natur erforderlich sind, die von der Bevölkerung nicht toleriert werden, so dass neben den zuvor geschilderten betriebswirtschaftlichen auch politische Probleme entstehen. The disadvantage of all these solutions is that these power plant concepts are either still in the development stage and are prone to failure especially in extreme weather conditions or for the realization of a considerable effort associated with high construction costs. Another disadvantage of many concepts is that they require serious interference with nature, which is not tolerated by the population, so that political problems arise in addition to the previously described business management.

In der DE 102 10 597 A1 ist ein Schwimmkraftwerk gezeigt, bei dem ein Wasserrad zwischen zwei katamaranartig angeordneten Rümpfen angeordnet ist. Ein derartiges Kraftwerk kann mit geringem Aufwand in einem Fluss verankert werden und passt sich durch seine schwimmfähigen Rümpfe selbsttätig an den Wasserstand an, so dass die Gefahr einer Beschädigung bei Hoch- oder Niedrigwasser minimal ist. Der Aufbau derartiger Schwimmkraftwerke ist darüber hinaus sehr kompakt, so dass die Investitionskosten gegenüber dem zuvor beschriebenen Stand der Technik gering sind. Ein Nachteil einer derartigen Lösung besteht darin, dass der Wirkungsgrad vergleichsweise gering ist. In the DE 102 10 597 A1 a floating power plant is shown, in which a water wheel between two catamaran arranged hulls is arranged. Such a power plant can be anchored in a river with little effort and adapts itself by its buoyant hulls automatically to the water level, so that the risk of damage in high or low water is minimal. The construction of such floating power plants is also very compact, so that the investment costs compared to the prior art described above are low. A disadvantage of such a solution is that the efficiency is comparatively low.

Eine ähnliche Lösung ist in der DE-AT 384 656 B erläutert. Bei dieser Variante werden die Schwimmer mit Wasser geflutet, so dass das gesamte Schwimmkraftwerk auf dem Grund aufliegt. Dieses Konzept dürfte gegenüber dem zuvor beschriebenen Stand der Technik einen noch schlechteren Wirkungsgrad haben, da die Strömung durch am Grund des Gewässers mit der Strömung mitbewegte Gegenstände wie beispielsweise Steine, Sand, Pflanzen, etc. erheblich gestört werden kann. Darüber hinaus ist in diesem Bereich keine optimierte Anströmung der Turbine möglich. A similar solution is in the DE-AT 384 656 B explained. In this variant, the floats are flooded with water, so that the entire floating power plant rests on the ground. This concept is likely to have an even lower efficiency compared to the prior art described above, since the flow can be significantly disturbed by moving along with the flow of the bottom of the water body such as stones, sand, plants, etc. In addition, no optimized flow of the turbine is possible in this area.

Die DE 37 26 275 A1 zeigt eine Möglichkeit, ein Wasserrad über einen Schwimmkörper in einem Gewässer zu lagern. The DE 37 26 275 A1 shows a way to store a waterwheel over a float in a body of water.

Ähnliche Schwimmkraftwerke sind auch in den Druckschriften JP 2009-234555 A und US 7,223,137 B1 offenbart. Similar floating power plants are also in the pamphlets JP 2009-234555 A and US 7,223,137 B1 disclosed.

Alle diese Lösungen sind zwar relativ flexibel mit vergleichsweise geringen Investitionen einsetzbar – der Wirkungsgrad ist jedoch aufgrund der schlechten Anströmung zu gering, um einen kostendeckenden Betrieb zu gewährleisten und somit für Investoren interessant zu werden. Although all of these solutions are relatively flexible with relatively little investment can be used - the efficiency is too low due to the poor flow to ensure cost-covering operation and thus to be of interest to investors.

In der DE 10 2011 052 667 A1 wird ein Konzept vorgeschlagen, mit dem die oben erläuterten Nachteile des Standes der Technik ausgeräumt sind. In the DE 10 2011 052 667 A1 a concept is proposed, with which the above-mentioned disadvantages of the prior art are eliminated.

Das Schwimmkraftwerk hat zumindest zwei zueinander beabstandete Rümpfe, zwischen denen eine Wasserturbine (Wasserrad) angeordnet ist, die von dem zwischen den Rümpfen durchströmenden Fluid, vorzugsweise Wasser, angetrieben ist. Das Schwimmkraftwerk hat einen Generator, der über die Wasserturbine angetrieben werden kann. Die Rümpfe sind als Diffusor ausgebildet, wobei der durch die Rümpfe begrenzte Strömungspfad in einem etwa mittigen Bereich eingeschnürt ist und sich in Abströmrichtung diffusorartig erweitert. Es zeigte sich, dass die Anströmung der Turbine bei Verwendung einer derartigen diffusorartigen Konstruktion erheblich vergleichmäßigt und verbessert wird, so dass Wirkungsgrad des Schwimmkraftwerks gegenüber herkömmlichen Lösungen deutlich erhöht ist. Unter dem Begriff „Turbine“ soll jedwede Einrichtung verstanden werden, die durch die Strömungskraft des Fluids angetrieben wird und über die dann ihrerseits ein Generator zur Stromerzeugung antreibbar ist. The floating power plant has at least two mutually spaced hulls, between which a water turbine (water wheel) is arranged, which is driven by the fluid flowing through between the hulls, preferably water. The floating power plant has a generator that can be powered by the water turbine. The hulls are designed as a diffuser, wherein the flow path delimited by the hulls is constricted in an approximately central region and widens in a diffuser-like manner in the outflow direction. It has been found that the flow of the turbine using such a diffuser-like construction is significantly made uniform and improved, so that the efficiency of the floating power plant compared to conventional solutions is significantly increased. The term "turbine" should be understood to mean any device which is driven by the flow force of the fluid and over which in turn a generator for power generation can be driven.

Ein Problem bei allen Kraftwerken, die erneuerbare Energien nutzen liegt darin, dass diese auch zu Zeiten, in denen der Energiebedarf relativ gering ist, beispielsweise nachts Energie produzieren, so dass dann ein Überschuss vorhanden ist. One problem with all power plants that use renewable energy is that even at times when energy demand is relatively low, they produce energy at night, for example, so that there is a surplus.

In der nachveröffentlichten DE 10 2013 114 032 ist ein Schwimmkraftwerk offenbart, bei dem die Wasserkraft genutzt wird, um eine Pumpe oder einen Verdichter anzutreiben, der wiederum ein Gas, vorzugsweise Luft, verdichtet und in einen Gasspeicher fördert. Diese verdichtete Luft kann dann bei hohem Energiebedarf zum Antreiben von Generatoren zur Erzeugung von elektrischem Strom genutzt werden, der dann ins Netz eingespeist wird, während das Aufladen des Gasspeichers in Zeitbereichen mit niedrigem Energiebedarf, beispielsweise nachts, erfolgt. In the post-published DE 10 2013 114 032 discloses a floating power plant, in which the water power is used to drive a pump or a compressor, which in turn compresses a gas, preferably air, and promotes in a gas storage. This compressed air can then be used at high energy requirements for driving generators to generate electricity, which is then fed into the grid, while the charging of the gas storage in time periods with low energy requirements, for example, at night, takes place.

Hinsichtlich weiterer Details wird auf die Offenbarung der vorstehenden Patentanmeldung verwiesen, die zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung zu zählen ist. For further details, reference is made to the disclosure of the above patent application, which is to be included in the subject of the present application.

Derartige Gasdruckspeicher sind nur dann wirtschaftlich einsetzbar, wenn genügend Druckmedium gespeichert werden kann, um hinreichend Energie über einen längeren Zeitraum zur Verfügung stellen zu können. So ist beispielsweise zur Bereitstellung einer Leistung von etwa 100 Megawatt über einen Zeitrum von acht Stunden ein Luftspeichervolumen von grob gerechnet 160.000 m³ bei einem Speicherdruck von 80 bar erforderlich. Derart große Druckbehälter benötigen einen erheblichen Bauraum, so dass die Integration in die Natur oder in vorhandene Industriebauten nur schwierig möglich ist oder aber seitens der Bevölkerung nicht akzeptiert wird. Such gas pressure accumulators can only be used economically if sufficient pressure medium can be stored in order to be able to provide sufficient energy over a longer period of time. For example, to provide a power of about 100 megawatts over a period of eight hours, an air storage volume of roughly 160,000 cubic meters at a storage pressure of 80 bar is required. Such large pressure vessels require considerable space, so that the integration into nature or in existing industrial buildings is difficult or not accepted by the population.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfache Art der Speicherung der Druckluft beziehungsweise des unter Druck gesetzten Mediums zu schaffen, die möglichst wenig Eingriffe in die Natur erfordert. In contrast, the invention has for its object to provide a simple way of storing the compressed air or the pressurized medium, which requires as little intervention in nature.

Diese Aufgabe wird durch eine Druckspeicheranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. This object is achieved by a pressure accumulator arrangement having the features of patent claim 1.

Erfindungsgemäß werden ohnehin vorhandene oder erforderliche Bauwerke genutzt, die ein Gewässer begrenzen und dabei auch als Hochwasserschutz dienen. Diese Bauwerke sind vorzugsweise Deiche oder Dämme, die im Hinblick auf ihren konstruktiven Aufbau auch hohen Belastungen standhalten. Die Erfindung besteht nun darin, in diese ohnehin vorhandenen Dämme einen Druckspeicher zu integrieren, so dass keine zusätzlichen Bauten erforderlich sind.According to the invention existing or required structures are anyway used to limit a body of water and also serve as flood protection. These structures are preferably dikes or dams that withstand high loads in terms of their structural design. The invention now consists in integrating a pressure accumulator in these already existing dams, so that no additional buildings are required.

Dieser Gasdruckspeicher hat vorzugsweise einen rohrförmigen Druckbehälter. This gas pressure accumulator preferably has a tubular pressure vessel.

Die im Druckspeicher gespeicherte Luft kann genutzt werden, um eine Luft-/Gasturbine anzutreiben, die ihrerseits einen Generator antreibt, mit dem elektrische Verbraucher angetrieben werden oder aber über den elektrische Energie ins Netz eingespeist werden kann. The stored in the pressure accumulator air can be used to drive an air / gas turbine, which in turn drives a generator, are driven by the electrical load or can be fed via the electrical energy into the network.

Zur Erhöhung der Stabilität des Bauwerks kann dieses mit Beton, vorzugsweise Stahlbeton, bewehrt sein. To increase the stability of the structure this can be reinforced with concrete, preferably reinforced concrete.

Der Druckbehälter kann einen trapezförmigen oder rohrförmigen Querschnitt aufweisen. The pressure vessel may have a trapezoidal or tubular cross-section.

Da bei der Verdichtung des im Druckbehälter gespeicherten Mediums eine starke Erwärmung stattfindet, kann diese Wärme bei einem Ausführungsbeispiel genutzt werden, um über einen Wärmetauscher ein Medium zu verdampfen und mit dem entsprechenden Dampf einen Motor, beispielsweise einen Drehkolbenmotor anzutreiben. Dieser Sekundärkreislauf kann als geschlossener Kreislauf ausgeführt sein, wobei beispielsweise Methanol als zu verdampfendes Medium verwendet wird. Bei einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, der Gasdruckspeicheranordnung einen supraleitenden Energiespeicher/Generator zuzuordnen, wobei die Energie mittels einer supraleitenden Spule gespeichert wird. Diese ist mittels eines Kryostaten unter die sogenannte Sprungtemperatur des Supraleiters gekühlt, wobei zur Kühlung auf die Expansionskälte beim Entspannen des im Druckbehälter gespeicherten Mediums genutzt werden kann. Since during the compression of the medium stored in the pressure vessel, a strong warming takes place, this heat can be used in one embodiment to vaporize a medium via a heat exchanger and to drive a motor, such as a rotary engine with the appropriate steam. This secondary circuit can be designed as a closed circuit, for example, methanol is used as a medium to be evaporated. In one embodiment, it is provided to associate the gas pressure accumulator arrangement with a superconducting energy accumulator / generator, the energy being stored by means of a superconducting coil. This is cooled by means of a cryostat below the so-called transition temperature of the superconductor, wherein for cooling on the expansion cold at Relaxation of the medium stored in the pressure vessel can be used.

Bei einer weiteren Variante der Erfindung ist der Druckbehälter isoliert, so dass die beim Verdichten des Mediums erzeugte Verdichtungswärme nicht verloren geht und zur Energieerzeugung genutzt werden kann. Diese Isolierung kann beispielsweise durch eine Vakuumisolierung erfolgen. In a further variant of the invention, the pressure vessel is insulated, so that the heat of compression generated during compression of the medium is not lost and can be used to generate energy. This isolation can be done for example by a vacuum insulation.

Bei einer Variante der Erfindung ist die Gasdruckspeicheranordnung zusätzlich noch mit einem thermischen Speicher, vorzugsweise einem Feststoff- oder Salzspeicher ausgeführt, in dem die thermische Energie des verdichteten Gases gespeichert werden kann, um bei Entladung der Gasdruckspeicheranordnung Wärme an das zu expandierende Gas abgeben zu können.In a variant of the invention, the gas pressure storage arrangement is additionally designed with a thermal storage, preferably a solid or salt storage in which the thermal energy of the compressed gas can be stored in order to be able to deliver heat to the gas to be expanded upon discharge of the gas pressure storage arrangement.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Preferred embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to schematic drawings. Show it:

1 eine erfindungsgemäße Gasdruckspeicheranordnung mit einem in einem Damm integrierten Druckbehälter; 1 a gas pressure accumulator assembly according to the invention with a pressure vessel integrated in a dam;

2 eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß 1 mit einem wärmeisolierten Druckbehälter; 2 a variant of the embodiment according to 1 with a thermally insulated pressure vessel;

3 eine stark schematisierte Seitenansicht eines Wasserkraftwerks mit einer erfindungsgemäßen Gasdruckspeicheranordnung; 3 a highly schematic side view of a hydroelectric power plant with a gas pressure accumulator assembly according to the invention;

4 eine Draufsicht auf das Wasserkraftwerk gemäß 3; 4 a plan view of the hydroelectric power plant according to 3 ;

5 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Gasdruckspeicheranordnung und 5 a side view of another embodiment of a gas pressure accumulator assembly and

6 einen Querschnitt der Gasdruckspeicheranordnung gemäß 5. 6 a cross section of the gas pressure accumulator assembly according to 5 ,

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der 1 dargestellt. Diese zeigt einen Damm 1, der ein fließendes Gewässer 2 begrenzt. Dieser Damm 1 hat in der Querschnittsdarstellung gemäß der Figur einen in etwa trapezförmigen Aufbau. Der Damm 1 ist mit einem darin eingebetteten Gasdruckspeicher ausgeführt, der vorzugsweise als rohrförmiger Druckbehälter 4 liegend im Damm 1 aufgenommen ist. Prinzipiell können natürlich auch eine Vielzahl von Gasdruckspeichern stehend nebeneinander liegend angeordnet sein. Der Querschnitt eines derartigen Druckbehälters beträgt beispielsweise bei etwa 10 m Durchmesser ca. 78 m2, so dass ganz erhebliche Volumina druckgespeichert werden können. Bei einer Dammlänge von etwa 2 km ergibt sich dann ein Druckspeichervolumen von 160.000 m3. Setzt man einen Speicherdruck von etwa 80 bar an, so könnte man für einen Zeitraum von ca. acht Stunden etwa 100 Megawatt bereitstellen.A preferred embodiment of the invention is in the 1 shown. This shows a dam 1 who is a flowing body of water 2 limited. This dam 1 has in the cross-sectional view according to the figure has an approximately trapezoidal structure. The dam 1 is designed with a gas pressure accumulator embedded therein, preferably as a tubular pressure vessel 4 lying in the dam 1 is included. In principle, of course, a plurality of gas pressure accumulators can be arranged standing side by side. The cross section of such a pressure vessel is for example about 10 m diameter about 78 m 2 , so that very significant volumes can be stored pressure. With a dam length of about 2 km, this results in a pressure accumulator volume of 160,000 m 3 . Using a storage pressure of about 80 bar, it would be possible to provide about 100 megawatts for a period of about eight hours.

Die Wandung des Gasdruckspeichers kann vergleichsweise „schwach“ ausgelegt werden, da der diese umgebende Damm dem Druckbehälter eine hinreichende Druckstabilität verleiht. The wall of the gas pressure accumulator can be designed comparatively "weak", since the surrounding dam gives the pressure vessel a sufficient pressure stability.

Eine derartige Konstruktion schwächt den Damm in keiner Weise, so dass seine Schutzeigenschaften nicht verringert sind. Das Erstellen gesonderter Bauwerke oder Anlagen für die Gasdruckspeicher ist nicht erforderlich. Such a construction does not weaken the dam in any way, so that its protective properties are not diminished. The creation of separate structures or facilities for the gas pressure accumulator is not required.

In der Darstellung gemäß 1 ist mit dem Bezugszeichen 6 eine Begrünung des Damms gekennzeichnet, so dass dessen Außenkontur in optimale Weise an die umgebende Natur angepasst ist. Der Druckbehälter 4 ist in den bewachsenen Damm integriert und bleibt somit verborgen. In the illustration according to 1 is with the reference numeral 6 a greening of the dam, characterized in that its outer contour is optimally adapted to the surrounding nature. The pressure vessel 4 is integrated into the overgrown dam and thus remains hidden.

Die Zwischenspeicherung der Energie ist besonders einfach, wenn derartige Dämme 1 möglichst nahe zu dem entsprechenden Kraftwerk (beispielsweise Windfarm, Wasserkraftwerk, Kohlekraftwerk, Atomkraftwerk, ...) angeordnet sind. The caching of energy is particularly easy when such dams 1 as close as possible to the corresponding power plant (for example, wind farm, hydroelectric power plant, coal power plant, nuclear power plant, ...) are arranged.

Bei der Verdichtung des Mediums, hier vorzugsweise Luft, in dem beschriebenen Druckbereich (beispielsweise ca. 80 bar) erhitzt sich die Luft aufgrund der freiwerdenden Verdichtungswärme ganz erheblich, wobei Temperaturen bis zu 1.000 °C erreicht werden können. Diese Energie kann bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung genutzt werden, um über einen Wärmetauscher einen Wärmeträger zu verdampfen und durch den dabei entstehenden Dampf, vorzugsweise Nassdampf, einen Motor oder eine Turbine anzutreiben. Besonders vorteilhaft kann dabei ein Drehkolbenmotor, beispielsweise ein Wankelmotor, eingesetzt werden. Derartige Kraft-Wärme-Kopplungen sind bekannt, so dass weitere Ausführungen entbehrlich sind. Der Wärmeträger, beispielsweise Methanol, kann in einem geschlossenen Kreislauf geführt sein. During the compression of the medium, here preferably air, in the pressure range described (for example, about 80 bar), the air heats up considerably due to the released heat of compression, whereby temperatures up to 1000 ° C can be achieved. This energy can be used in one embodiment of the invention to vaporize a heat transfer medium via a heat exchanger and to drive a motor or a turbine by the resulting steam, preferably wet steam. In this case, a rotary piston engine, for example a Wankel engine, can be used particularly advantageously. Such power-heat couplings are known, so that further embodiments are dispensable. The heat transfer medium, for example methanol, can be guided in a closed circuit.

Prinzipiell kann der Gasdruckspeicheranordnung auch ein supraleitender Energiespeicher/Generator der eingangs beschriebenen Art zugeordnet sein. In principle, the gas pressure accumulator arrangement may also be assigned a superconducting energy store / generator of the type described above.

Die 2 bis 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Druckbehälter 4 mit einer Isolierung 8 versehen ist, so dass die verdichtete Luft nicht oder deutlich langsamer als beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel abkühlt. Die zusätzliche Nutzung der gespeicherten thermischen Energie kann dann gezielt bei erhöhtem Energiebedarf erfolgen. The 2 to 4 show an embodiment in which the pressure vessel 4 with insulation 8th is provided so that the compressed air does not cool or much slower than the above-described embodiment. The additional use of the stored thermal energy can then be targeted at increased energy requirements.

Prinzipiell wird es bevorzugt, wenn die Nutzung der erfindungsgemäßen Gasdruckspeicheranordnung zentral über eine Netzbetreiberzentrale gesteuert wird, so dass in Zeiten mit hohem Energiebedarf gespeicherte Druckenergie und thermische Energie zur Erzeugung von Strom genutzt wird. In principle, it is preferred if the use of the gas pressure storage arrangement according to the invention is controlled centrally via a network operator center, so that in times of high energy consumption stored pressure energy and thermal energy is used to generate electricity.

Die Isolierung 8 kann beispielsweise eine Vakuumisolierung enthalten. The insulation 8th may for example contain a vacuum insulation.

3 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Staustufe mit integriertem (nicht dargestelltem) Wasserkraftwerk. Eine derartige Staustufe hat ein Wehr 10, über das die sogenannte Stauhaltung, im vorliegenden Fall das Gewässer 2, zurückgehalten wird. Die seitliche Begrenzung dieses Gewässers 2 ist gemäß der Draufsicht in 4 durch zwei der vorbeschriebenen Dämme 1, 1’ gebildet. Das niedrigere Wasserniveau ist mit dem Bezugszeichen 12 gekennzeichnet. Derartige Dämme 1, 1’ sind häufig mehrere Kilometer lang, so dass erheblicher Bauraum zur Verfügung steht, der ohne sonstige Umweltbelastung zur Realisierung der erfindungsgemäßen Druckspeicheranordnung genutzt werden kann. 3 shows a schematic diagram of a barrage with integrated (not shown) hydroelectric power plant. Such a barrage has a weir 10 , concerning the so-called stowage, in this case the waters 2 , is withheld. The lateral boundary of this body of water 2 is in accordance with the plan view in 4 through two of the above-described dams 1 . 1' educated. The lower water level is denoted by the reference numeral 12 characterized. Such dams 1 . 1' are often several kilometers long, so that considerable space is available, which can be used without other environmental impact for the realization of the pressure accumulator assembly according to the invention.

In 5 ist eine weitere Variante einer Staustufe mit integriertem Wasserkraftwerk dargestellt. Der Grundaufbau ist der gleiche wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel, so dass der Einfachheit halber auf diese Ausführungen verwiesen werden kann. Bei dieser neuen Variante ist entlang eines Teilbereichs des Druckbehälters 4 ein Feststoffspeicher 14 vorgesehen, der von der zunächst von der komprimierten Luft durchströmt wird, bevor diese in den eigentlichen Druckbehälter 4 gelangt. Mit anderen Worten gesagt, der Feststoffspeicher 14 ist dem Druckbehälter 4 vorgeschaltet, muss selbstverständlich jedoch ebenfalls als Druckbehälter ausgeführt sein. Dieser Feststoffspeicher 14 bildet einen thermischen Speicher, wobei das feste Speichermedium beispielsweise ein Material sein kann, das auch bei Hochöfen zum Einsatz kam. Vorstellbar ist hier die Verwendung von Spezialbeton, einem metallischen Speicher oder auch einem Sole-Speicher. Die Länge dieses Feststoffspeichers 14 beträgt etwa 100 Meter. Gemäß der Querschnittsdarstellung in 6 kann dieser Feststoffspeicher mit einer Vielzahl von in etwa parallel zueinander verlaufenden Rohrleitungen 16 ausgebildet sein, die von dem komprimierten, heißen Gas durchströmt werden. Diese Rohrleitungen 16 sind dann in den eigentlichen Feststoffspeicher 14 eingebettet, so dass die Wärmeaustauschfläche zum Feststoffspeicher 14 optimal ist. Der Feststoffspeicher 14 selbst ist wiederum mit einer Isolierung 8 ausgeführt, die, ähnlich wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel als Vakuumisolierung oder aber auch durch Schamott oder dergleichen ausgebildet ist.In 5 Another variant of a barrage with integrated hydroelectric power plant is shown. The basic structure is the same as in the previously described embodiment, so that reference can be made to these statements for the sake of simplicity. In this new variant is along a portion of the pressure vessel 4 a solid storage 14 provided, which is flowed through by the first of the compressed air, before this in the actual pressure vessel 4 arrives. In other words, the solid reservoir 14 is the pressure vessel 4 upstream, of course, however, must also be designed as a pressure vessel. This solid storage 14 forms a thermal storage, wherein the solid storage medium may be, for example, a material that was also used in blast furnaces. Conceivable here is the use of special concrete, a metallic storage or a brine storage. The length of this solid storage 14 is about 100 meters. According to the cross-sectional illustration in FIG 6 This solid storage with a plurality of approximately parallel to each other pipelines 16 be formed, which are flowed through by the compressed, hot gas. These pipelines 16 are then in the actual solid storage 14 embedded so that the heat exchange surface to the solid reservoir 14 optimal. The solid storage 14 itself is in turn with insulation 8th executed, which, similar to the embodiment described above is designed as a vacuum insulation or else by fireclay or the like.

In Zuströmrichtung vorne liegend kann der Druckspeicher 4 gemäß 5 mit einer Umschaltkammer 18 ausgeführt sein, in der alle erforderlichen Steuerelemente, wie beispielsweise Ventile und Verteiler etc. aufgenommen sind.In the inflow upstream lying the pressure accumulator 4 according to 5 with a switching chamber 18 be executed, in which all necessary controls, such as valves and manifolds, etc. are included.

In Zuströmrichtung stromabwärts des Feststoffspeichers 14 ist ein Wärmetauscher 20 vorgesehen, über die bei Nutzung des aufgeladenen Druckbehälters 4 das vergleichsweise kühle Gas zunächst erwärmt wird, bevor es den Feststoffspeicher 14 durchströmt. Auf diese Weise ist eine hocheffektive Erwärmung des druckbeaufschlagtem Gases gewährleistet, so dass die Energieerzeugung über die Gasturbine und den Generator mit einem hohen Wirkungsgrad erfolgt.In the inflow downstream of the solid reservoir 14 is a heat exchanger 20 provided on the use of the charged pressure vessel 4 the comparatively cool gas is first heated before leaving the solid reservoir 14 flows through. In this way, a highly effective heating of the pressurized gas is ensured, so that the power generation via the gas turbine and the generator takes place with a high efficiency.

Der je nach Betriebsbedingung zu- oder abströmende Gasstrom wird über die Steuerelemente der Umschaltkammer 18 gesteuert. Depending on the operating condition, the gas flow which flows in or out is controlled by the control elements of the switching chamber 18 controlled.

Die vorstehend beschriebenen Zusatzeinrichtungen zur Steuerung und Nutzung der Energie, wie beispielsweise der Wärmetauscher mit dem Wärmeträgerkreislauf und/oder der Supraleiterenergiespeicher/-generator können zentral angeordnet sein. Prinzipiell ist es auch möglich, mehrere derartiger Zusatzeinrichtungen entlang der Länge des Damms verteilt anzuordnen, um die Energie dezentral umzuwandeln. The additional devices described above for controlling and using the energy, such as, for example, the heat exchanger with the heat carrier circuit and / or the superconducting energy storage / generator can be arranged centrally. In principle, it is also possible to arrange a plurality of such additional devices distributed along the length of the dam in order to convert the energy decentrally.

Der bevorzugte Arbeitsbereich der erfindungsgemäßen Gasdruckspeicheranordnung liegt zwischen 40 und 80 bar. The preferred operating range of the gas pressure accumulator arrangement according to the invention is between 40 and 80 bar.

Die Gasdruckspeicheranordnungen können besonders vorteilhaft Windenergieparks zugeordnet werden, die im Küstenbereich angeordnet sind, so dass die ohnehin vorhandenen Dämme/Deiche die Druckbehälter aufnehmen. The gas pressure accumulator arrangements can be associated with particularly advantageous wind energy parks, which are arranged in the coastal area, so that the already existing dams / dikes accommodate the pressure vessels.

Zur Erzeugung des Stroms können an sich bekannte Druckluftturbinen verwendet werden, wobei diese zusätzlich mit Gasunterstützung betrieben werden können. To generate the current known per se compressed air turbines can be used, which can be operated in addition with gas support.

Offenbart ist eine Gasdruckspeicheranordnung, bei dem ein Gasdruckspeicher in ein ein Gewässer begrenzendes Bauwerk, beispielsweise einen Damm oder einen Deich, integriert ist. Disclosed is a gas pressure accumulator arrangement in which a gas pressure accumulator is integrated into a body of water-limiting structure, for example a dam or a dyke.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1, 1’1, 1 '
Damm dam
22
Gewässer waters
44
Druckbehälter pressure vessel
66
Begrünung greening
88th
Isolierung insulation
1010
Wehr weir
1212
Niedrigeres Gewässerniveau Lower water level
14 14
Feststoffspeicher Solid storage
1616
Rohrleitung pipeline
1818
Umschaltkammer switching chamber
2020
Wärmetauscher heat exchangers

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10210597 A1 [0011] DE 10210597 A1 [0011]
  • DE 384656 B [0012] DE 384656 B [0012]
  • DE 3726275 A1 [0013] DE 3726275 A1 [0013]
  • JP 2009-234555 A [0014] JP 2009-234555 A [0014]
  • US 7223137 B1 [0014] US 7223137 B1 [0014]
  • DE 102011052667 A1 [0016] DE 102011052667 A1 [0016]
  • DE 102013114032 [0019] DE 102013114032 [0019]

Claims (9)

Gasdruckspeicheranordnung für ein Kraftwerk, bei dem Energie nutzbar ist, um einen Verdichter anzutreiben, über den Gas, vorzugsweise Luft verdichtet und in einem Gasdruckspeicher speicherbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdruckspeicher in einem ein Gewässer begrenzendes Bauwerk, vorzugsweise einem Damm (1) oder Deich, integriert ist. Gas pressure accumulator arrangement for a power plant, in which energy can be used to drive a compressor via the gas, preferably compressed air and stored in a gas pressure accumulator, characterized in that the gas pressure accumulator in a water-limiting structure, preferably a dam ( 1 ) or dike, is integrated. Gasdruckspeicheranordnung nach Patentanspruch 1, wobei der Gasdruckspeicher einen Druckbehälter (4) mit rohrförmigem oder trapezförmigem Querschnitt hat, der in den Damm (1) oder den Deich eingebettet ist. Gas pressure accumulator assembly according to claim 1, wherein the gas pressure accumulator a pressure vessel ( 4 ) having a tubular or trapezoidal cross-section extending into the dam ( 1 ) or the dyke is embedded. Gasdruckspeicheranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Bauwerk betonbewehrt ist. Gas pressure accumulator assembly according to one of the preceding claims, wherein the structure is reinforced concrete. Gasdruckspeicheranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Druckbehälter (4) isoliert ist. Gas pressure accumulator arrangement according to one of the preceding claims, wherein the pressure vessel ( 4 ) is isolated. Gasdruckspeicheranordnung nach Patentanspruch 4, wobei der Druckbehälter (4) eine Vakuumisolation (8) hat. Gas pressure accumulator arrangement according to claim 4, wherein the pressure vessel ( 4 ) a vacuum insulation ( 8th ) Has. Gasdruckspeicheranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einem Wärmetauscher zur Verdampfung eines Wärmeträgers und einem Drehkolbenmotor, der vom Dampf antreibbar ist. Gas pressure storage arrangement according to one of the preceding claims, comprising a heat exchanger for the evaporation of a heat carrier and a rotary piston engine, which is drivable by the steam. Gasdruckspeicheranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einem supraleitenden Energiespeicher oder -generator. Gas pressure accumulator arrangement according to one of the preceding claims, with a superconducting energy store or generator. Gasdruckspeicheranordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei im Gasdruckspeicher ein thermischer Speicher, vorzugsweise ein Feststoffspeicher (14) angeordnet ist. Gas pressure storage arrangement according to one of the preceding claims, wherein in the gas pressure accumulator, a thermal storage, preferably a solid storage ( 14 ) is arranged. Gasdruckspeicheranordnung nach Patentanspruch 8, wobei dem thermischen Speicher ein Wärmetauscher zur Vorerwärmung vom Druckspeicher (4) abströmenden Gases zugeordnet ist.Gas pressure accumulator arrangement according to claim 8, wherein the thermal accumulator, a heat exchanger for preheating the pressure accumulator ( 4 ) is assigned to the outflowing gas.
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