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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gasdruckenergiespeichernetz nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Gasdruckenergiespeichernetz weist einen Hauptgasspeicher und zumindest eine mit dem Hauptgasspeicher verbundene Druckleitung auf, wobei der Hauptgasspeicher über die Druckleitung mit Gas speisbar und entleerbar ist und unmittelbar oder mittelbar an einen Verbraucher anschließbar oder angeschlossen ist.
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Ferner betrifft die Erfindung einen Hauptgasspeicher für ein Gasdruckenergiespeichernetz sowie eine Windkraftmaschine, insbesondere zur Verwendung in einem oder für ein erfindungsgemäßes Gasdruckenergiespeichernetz.
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Gasdrucknetze oder umgangssprachlich auch „Druckluftnetze" mit den nachgeschalteten Speicherdruckgefäßen zur Nutzung des Gasdruckes mit Druckluftmaschinen bilden den Stand der Technik ab und stellen somit, wenn auch mit üblicherweise sehr beschränkter Speicherkapazität, auch eingangs genannte Gasdruckenergiespeichernetze nach dem Stand der Technik dar. Die gesamte Industrie der Pneumatik bietet entsprechende Bauteile zur Nutzung, Regelung, Verteilung und Speicherung von Druckluft an.
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Die Speicherung von Energie ist hierbei nur sekundär vorhanden und nicht der eigentliche Antrieb für den Betrieb o.g. bekannter Vorrichtungen.
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Große Speichervolumina sind aufgrund der notwendigen großen Wanddicken für Hochdruckspeicher unwirtschaftlich. Um einen ausreichenden Überdruck zum gewünschten Arbeitsdruck zu erhalten, muss der Speicherdruck wesentlich größer sein, damit bei der Entnahme von Arbeitsluft nicht sofort der Druck abfällt und somit die Arbeitsmaschinen mit schwankendem Druck behindert werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, obiges Problem zu lindern.
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Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Beitrag zu einer Speicherung von Energie, insbesondere von erneuerbarer Energie, mittels verdichtetem Gas zu leisten.
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Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Beitrag zu einem Gasdruckenergiespeichernetz mit hoher Speicherkapazität und/oder hohen Speicherdrücken, vorzugsweise bei gleichzeitig vertretbaren Investitions- und/oder Betriebskosten, zu liefern.
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Einen Beitrag zur Lösung mindestens einer der vorstehend genannten Aufgaben leistet ein Gasdruckenergiespeichernetz mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gasdruckenergiespeichernetzes ergeben sich aus den hierzu nachgeordneten Ansprüchen.
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Einen Beitrag zur Lösung mindestens einer der vorstehend genannten Aufgaben leisten ferner ein Hauptgasspeicher mit den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie eine Windkraftmaschine nach Anspruch 9, welche sich durch eine direkte Drucklufterzeugung auszeichnet.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den hierzu jeweils nachgeordneten Ansprüchen.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird zunächst ein eingangs genanntes Gasdruckenergiespeichernetz vorgeschlagen, welches durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 weitergebildet ist. Danach ist der Hauptgasspeicher als in Richtung seiner Unterseite geöffneter Druckbehälter ausgestaltet und ist unterhalb eines Wasserspiegels angeordnet.
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Das erfindungsgemäße Gasdruckenergiespeichernetz mit natürlicher Druckhaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Netzdruck nicht über einen reinen Gasspeicher aufrechterhalten bleibt, sondern nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren ein offener Druckbehälter, nämlich der Hauptgasspeicher, möglichst weit unterhalb eines Wasserspiegels, z.B. in der Tiefsee, ausgelegt gehalten wird.
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Durch diesen Aufbau ergibt sich, dass sowohl das Speichervolumen wesentlich größer möglich ist und gleichzeitig durch den fehlenden Differenzdruck zwischen dem Druckbehälter und der Umgebung bei dem erfindungsgemäß vorliegenden Hauptgasspeicher auf die sonst üblicherweise notwendige unwirtschaftliche große Wanddicke des Druckbehälters verzichtet werden kann.
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Als Hauptgasspeicher im Sinne der vorliegenden Erfindung wird dabei ein Gasspeicher verstanden, welcher eine nicht unerhebliche Gasmenge bei einem bestimmten Speicherdruck vorzuhalten vermag. Insofern kann es sich bei dem Hauptgasspeicher um den einzigen oder den volumenmäßig größten Gasspeicher innerhalb des Gasdruckenergiespeichernetzes handeln, jedoch ist der Hauptgasspeicher im Sinne der Erfindung keinesfalls hierauf beschränkt. Der Hauptgasspeicher nach dem Verständnis der vorliegenden Erfindung könnte demnach alternativ auch als Gasspeicher bezeichnet werden, ohne in irgendeiner Weise vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
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Die Wanddicke des Hauptgasspeichers gemäß der vorliegenden Erfindung muss nur geeignet sein, den Auftrieb des verdrängten Volumens durch das Gewicht des Druckbehälters unter Wasser zu halten. Dies ist z.B. jedoch auch über eine Betonummantelung oder dgl. möglich und muss nicht unbedingt durch die Masse des Mantels, vorzugsweise aus Stahl, des Druckbehälters erfolgen.
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Unter der möglichen Annahme, dass die Speicherung durch einen Hauptgasspeicher, vorzugsweise als ein ausgelegter Röhrenspeicher, z.B. im Cedrosgraben in unmittelbarer Nähe zu Los Angeles an der Westküste der USA erfolgt, wäre ein Gasdruckenergiespeichernetz mit einem Gasinnendruck von 600 Bar erschaffen, da der ebenfalls erfindungsgemäße Hauptgasspeicher in einer Tiefe von 6000m unter dem Meeresspiegel liegen könnte. Der notwendige Mantel des Speichers müsste dabei aber nur die Wanddicke aufweisen, welche für das Verlegen der Röhre und die Unterdrückung des Auftriebs notwendig ist, da sich kaum ein Differenzdruck zwischen der Umgebung und dem Innenraum des Hauptgasspeichers einstellen würde.
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Unter der im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung möglichen Verwendung eines gestaffelten Netzes an Land in einen Hochdruckteil, einen Mitteldruckteil und einen Niederdruckteil wäre die Verwendung aller bereits bekannten Nutzungsmaschinen und Anwendungen der pneumatischen Industrie in diesem Ballungsraum möglich.
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Die Einspeisung von Gas in den Hauptgasspeicher kann vorzugsweise über bekannte Verdichter erfolgen, die überschüssige Energie aus dem Bereich der erneuerbaren Energieerzeugung nutzen könnten. Hier ist hervorzuheben, dass dies erfindungsgemäß auch ohne Umwandlung von Strom in Druckluft erfolgen kann.
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Durch die zurzeit üblichen Anwendungen, die ein deutlich niedrigeres Druckniveau verwenden, sind aufgrund des vorgenannten, innerhalb einer vorteilhaften Weiterbildung umsetzbaren Netzaufbaus Druckschwankungen beherrschbar ausgeschlossen. Sollte der Druckluftbedarf die Speicherkapazität übersteigen, dann fällt zuerst der Druck im Hochdrucknetzteil ab, ohne direkt die Netzverbraucher im Niederdruckteil zu behindern. Es ist hierbei zu erwähnen, dass jeder weitere Netzausbau das Volumen der Speichermöglichkeit erhöhen und zur Netzstabilität beitragen kann.
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Dabei wird eine ausgewogene Anzahl an Verwendern und Einspeisern natürlich vorausgesetzt, was z.B. durch einen betreibenden Energieversorger erfolgen könnte, ähnlich dem Stromnetz.
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Sollte das System nicht genutzt werden und trotzdem weiterhin eine Einspeisung erfolgen, könnte sich der Hauptgasspeicher vor Überbeanspruchung selber schützen, indem durch die Öffnung an der Unterseite des Hauptgasspeichers, vorzugsweise am Meeresboden, automatisch Luft entweichen könnte. Hier ist ein weiterer Vorteil der Anlage zu erkennen. Ein Umweltschaden durch das Speichermedium kann weitgehend ausgeschlossen werden. Die verdichtete Luft hat aber bei möglichem plötzlichem Austritt durchaus Gefährdungspotential und dies ist zu berücksichtigen, wobei ein bleibender Schaden, aufgrund des Mediums Luft, weitgehend ausgeschlossen ist.
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Alle Tiefseegräben der Erde sind gute Einsatzstellen für dieses Netz und damit für die Platzierung des Hauptgasspeichers, teilweise liegen Sie direkt neben der Landmasse, wie z.B. der Japangraben mit über 9000m Tiefe, aber auch im Mittelmeer neben Griechenland gibt es im Calypsotief eine Wassertiefe von über 5000m und vor Norwegen und Großbritannien ist der Atlantik zumindest 4000m tief.
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Jedoch ist auch in flacheren Gewässern die Umsetzung der Erfindung möglich, es kann, im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, hier entsprechend der Tiefe ein Mitteldrucknetz installiert werden. Liegt die unterseitige Öffnung des Hauptgasspeichers bspw. in einer Tiefe von 400m, können in dem Gasdruckenergiespeichernetz 40 Bar als höchster Druckwert verwendet werden.
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In flacheren Gewässern sollte allerdings der Fischfang mit Grundnetzen berücksichtigt werden und daher ist eine erfindungsgemäße Anlage ggf. nicht überall möglich.
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Grundsätzlich ist bei flacheren Gewässern auch mit Muschelbefall zu rechnen und die periodische Säuberung des Speichers sollte eingeplant werden.
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Generell kann aber auf der vorgenannten Basis für den Mitteldruckteil ein entsprechender kostengünstiger Hauptgasspeicher installiert werden, der vorzugsweise mit küstennaher Windkraft und vorzugsweise ebenfalls küstennahen Verbrauchern den lnvestitionsstart für ein solches Netz übernimmt. Da die Verlegung von Rohrleitungen in dieser Tiefe technisch keine Probleme aufweist, wäre dieser Zwischenschritt als „Pilotanlage“ möglich und auch später für die weitere Nutzung sinnvoll.
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Da der Hauptgasspeicher vorzugsweise auf dem Grund eines Meeres oder eines Sees liegen kann, ist eine optische Verschandelung der Natur nicht gegeben und daher ist die Akzeptanz des Hauptgasspeichers und somit des gesamten erfindungsgemäßen Netzes sehr wahrscheinlich.
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Ähnliche Speicher sind an der Erdoberfläche nur in der Form der schon für die Erdgasspeicherung in Betrieb befindlichen Kavernen gegeben, wobei diese keine eigene Druckhaltung haben, sondern nur natürliche Speicher darstellen oder in unterirdisch verlegten Röhrenspeichern. Röhrenspeicher auf der Landmasse haben aber weiterhin das Problem der notwendigen Wanddicke und der nicht vorhandenen Druckhaltung.
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Für die industrielle Verwertung kann ferner, im Rahmen einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung, folgende Netzaufteilung besonders vorteilhaft sein, wobei eine weitere oder abweichende Detailauslegung ebenfalls noch erfolgen könnte: Installation eines Niederdrucknetzes (ND-Netz), eines Mitteldrucknetzes (MD-Netz) und eines Hochdrucknetzes (HD-Netz).
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Das ND-Netz kann vorzugsweise mit einem Mindestdruck von 6 Bar und einem Maximaldruck von 10 Bar betrieben werden. Fällt der Netzdruck trotz Einspeisung von erneuerbarer Energie auf diesem Druckniveau, dann kann über konventionelle Drucklufteinspeisung des Netzbetreibers für alle Verbraucher der Arbeitsdruck von bspw. 6 bar aufrechterhalten werden. Dieser Vorgang zur Netzstabilisierung wird allerdings nur notwendig, wenn die Auffüllung des ND-Netzes über das MD-Netz und HD-Netz nicht mehr, aufgrund von völliger Entleerung, möglich ist.
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Steigt der Druck auf 10 Bar an, dann kann vorzugsweise der entsprechende Überdruck bis auf 8 Bar abgebaut werden, indem mit Druckluft betriebenen Verdichtern ein Teil der Druckluft auf vorzugsweise 20 Bar angehoben wird, um in das MD-Netz eingespeist zu werden.
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Das Mitteldrucknetz mit vorzugsweise 20–40 Bar kann dazu dienen, das Hauptverteilnetz zu übernehmen und kann vorteilhaft auch zur Haupteinspeisung verwendet werden. Die Regelung erfolgt vorzugsweise konform zum ND-Netz, nur auf einem höheren Druckniveau.
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Das HD-Netz ist vorzugsweise der Dauerspeicher und kann je nach Lage des Speichers und seiner Öffnung im Gewässer, auch für mehrere hundert Bar ausgelegt werden und stellt damit ein großes Speicherpotential dar.
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Sinkt das Druckniveau des jeweils druckmäßig niedriger angesiedelten Drucknetzes, dann kann über Druckminderer der Druckbedarf aus einem in bevorzugter Weise vorhandenen Netz mit höherem Speicher-/Betriebsdruck aufgefüllt werden.
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Besonders vorteilhaft für das erfindungsgemäße Energiespeichernetz ist ein erfindungsgemäßer Hauptgasspeicher, in welcher Bauform auch immer, bspw. bevorzugt als Röhrenspeicher, und der Einsatz des Prinzips der kommunizierenden Röhren zur Druckhaltung.
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Der fehlende Differenzdruck in der Wassertiefe ermöglicht hierbei preiswerte Bauformen zur Speicherung.
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Ein weiterer Vorteil gegenüber Stromnetzen ist das Pufferverhalten von Druckluftnetzen, welches hier für die Speicherung von erneuerbarer Energie Verwendung finden kann und technisch ausgereift dieses energiepolitische Problem ausräumen kann. Das System regelt sich fast selbstständig aus und eine Überlastung ist praktisch ausgeschlossen.
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Sämtliche bereits bekannten Erfindungen, wie Gasspeicher in der Erde oder andere bereits genutzte Speicherformen lassen sich in dieses Netz einbinden und sind nicht als konkurrierende Systeme anzusehen, sondern stellen vielmehr eine jeweils mögliche Ergänzung zur vorliegenden Erfindung dar.
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Darüber hinaus kann im Rahmen der Umsetzung der Erfindung in weiter erfindungsgemäßer Weise auf die Umwandlung von Energieformen verzichtet werden, was eine weitere Neuerung darstellt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ferner vorgeschlagene Windkraftmaschinen können entgegen der aktuellen Situation der Stromerzeugung auch direkt einen Kompressor, vorzugsweise über eine gemeinsame Rotationsachse, antreiben. Ein solcher Kompressor könnte in seiner Bauform deutlich leichter als die bisher geläufigen Bauteile für die Stromerzeugung sein, sodass preiswertere Windkraftanlagen ermöglicht sind.
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Durch die fehlende Umwandlung von Windkraft in Strom und zurück von Strom in Druckluft erspart man sich in vorteilhafter Weise die hierbei normalerweise entstehenden Leistungsverluste der Umwandlung. Es ist somit im Rahmen der Erfindung eine Windkraftmaschine geschaffen, die sofort speicherbare Energie erzeugt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann mittels anderer bereits bekannter erneuerbarer Energieerzeuger überschüssige Stromenergie durch Kompressoren in speicherbare Druckluft umgewandelt werden, welche dem erfindungsgemäßen Gasdruckenergiespeichernetz zuführbar ist. Die genannte Erzeugung von Druckluft kann dabei sowohl in dezentraler Lage geschehen oder von Seiten des Netzbetreibers durch großtechnisch angelegte Hochdruckverdichter (ähnlich heutiger Kraftwerke). Es können somit Stromspitzen im Stromnetz durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Gasdruckenergiespeichernetzes abgebaut werden. Die bisher notwendige Abschaltung von erneuerbaren Energieerzeugern kann dann entfallen.
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Vorlaufzeiten, um Spannungsspitzen zu reduzieren, werden somit unnötig, da elektrisch betriebene Kompressoren ohne Vorlauf zuschaltbar sind. Dieser Umstand kann auch im umgekehrten Fall genutzt werden, denn auch mit Druckluft betriebene Stromerzeuger lassen sich innerhalb von Sekunden einschalten, um fehlenden Strom in die Stromnetze einzuspeisen.
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Sofern zwei oder mehrere Drucknetze realisiert werden, können diese vorzugsweise als mehrfach verschaltete Ringnetze erbaut werden, damit Teilbereiche zur Wartung und Störungsbehebung freigeschaltet werden können.
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Jeweilige Abschaltventile können zur Sicherung des Hauptgasspeichervolumens eingesetzt werden, damit im Fall einer Havarie das gesamte Speichervolumen nicht zur möglichen Gefährdung beiträgt.
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Ergänzend bzw. zusätzlich zu den bereits erörterten vorteilhaften Ausgestaltungen und Weiterbildungen werden in den Zeichnungen im Umfang der 1 bis 3 dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung im Folgenden näher erläutert. Die anhand der Zeichnungen erörterten Beispiele schränken die Erfindung jedoch nicht auf die gezeigten Beispiele ein. Bei der Erörterung der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre aufgezeigt.
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1 zeigt im oberen Teil eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gasdruckenergiespeichernetzes 1 und gleichzeitig ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hauptgasspeichers 2.
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Das Gasdruckenergiespeichernetz 1 umfasst einen Hauptgasspeicher 2 und eine mit dem Hauptgasspeicher 2 verbundene Druckleitung 3, wobei der Hauptgasspeicher 2 über die Druckleitung 3 mit Gas 4, vorzugsweise Luft, speisbar und auch entleerbar ist.
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Bei dem gezeigten Beispiel sind über die Druckleitung 3 an dem Hauptgasspeicher 2 unmittelbar und mittelbar mehrere Verbraucher V1, V2, V3 angeschlossen. Der betreffende obere Teil dieses Ausführungsbeispiels des Gasdruckenergiespeichernetzes 1 wird weiter unten noch näher erläutert.
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In erfindungsgemäßer Weise ist der Hauptgasspeicher 2 als in Richtung seiner Unterseite geöffneter Druckbehälter 5 ausgestaltet und ist unterhalb eines Wasserspiegels 6 angeordnet. Hier weist der Hauptgasspeicher 2 auf seiner Unterseite eine Öffnung 7 auf.
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Die untere Darstellung von 1 zeigt eine Draufsicht auf den Hauptgasspeicher 2 gemäß der im oberen Teil markierten Ansicht A. Dabei wird deutlich, dass der Hauptgasspeicher 2 bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in Röhrenform ausgestaltet ist. Im Speziellen ist der Hauptgasspeicher 2 hier als mäanderartig in einer Ebene, nämlich auf dem Grund 8 eines Gewässers, verlaufende Röhre 9 ausgestaltet. Dabei ist die Öffnung 7 als sich nach unten erstreckendes Röhrenende 10 ausgeformt.
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Aufgrund der Tatsache, dass der Hauptgasspeicher 2 in Richtung seiner Unterseite geöffnet ist, bildet sich im unteren Bereich des Druckbehälters 5, nämlich innerhalb des Röhrenendes 10, eine Phasentrennschicht zwischen dem umgebenden Wasser und dem Gas 4, hier Luft. Der sich innerhalb des Hauptgasspeichers 2 einstellende Druck p1 entspricht damit dem Wasserdruck, der am Grund 8 des Gewässers herrscht.
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Der oberhalb des Wasserspiegels 6 liegende Bereich der oberen Darstellung von 1 veranschaulicht eine weitergehende bevorzugte Ausgestaltung innerhalb des gezeigten Ausführungsbeispiels. Diesbezüglich sei jedoch betont, dass sich die Erfindung an sich wahlweise bereits auch ohne die nachfolgend erörterte weitere Ausgestaltung, welche die Realisierung verschiedener Teilnetze betrifft, umsetzen lässt.
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Hier ist innerhalb des erfindungsgemäßen Gasdruckenergiespeichernetzes 1 die Aufteilung des Netzes in ein Hochdrucknetz HD, ein Mitteldrucknetz MD sowie ein Niederdrucknetz ND vorgesehen. Das Hochdrucknetz HD verfügt dabei über den Druck p1, welcher am Grund 8 des Gewässers gewinnbar ist. Das Hochdrucknetz HD kann einen oder mehrere Verbraucher V1HD speisen, und kann über einen einen Einspeiser E1HD gespeist werden.
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Zwischen dem Hochdrucknetz HD und dem Mitteldrucknetz MD befindet sich in schematischer Darstellung sowohl ein Drosselventil (Druckminderer) als auch ein Verdichter. Somit kann das Mitteldrucknetz MD über das Ventil aus dem Hochdrucknetz gespeist werden, während über den Verdichter auch eine Speisung des Hochdrucknetzes HD aus dem Mitteldrucknetz MD möglich ist. Eine entsprechende Anordnung befindet sich auch zwischen den Mitteldrucknetz MD und dem Niederdrucknetz ND.
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Das Mitteldrucknetz MD kann mit einem Betriebsdruck p2 betrieben werden, und kann an einen oder mehrere Verbraucher V2MD angeschlossen werden und diese speisen. Auf der anderen Seite kann das Mitteldrucknetz MD auch über Einspeiser E2MD gespeist werden.
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Das Niederdrucknetz ND wiederum kann mit einem gegenüber p2 weiter verringerten Druck p3 betrieben werden und ist seinerseits mit entsprechenden Einspeisern E3ND sowie Verbrauchern V3ND verbunden.
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Beispielhafte Druckwerte für p1, p2 sowie p3 sind bereits weiter oben erörtert worden. Der Umgebungsdruck ist mit p4 bezeichnet.
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Ebenfalls bereits weiter oben erörtert worden sind beispielhafte Umsetzungen für Einspeiser E1, E2, und E3 sowie für Verbraucher V1, V2 und V3.
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Die 2 und 3 zeigen in einer schematischen seitlichen Schnittdarstellung jeweils ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hauptgasspeichers 2. Insofern verdeutlichen die Darstellungen der 2 und 3 zugleich auch weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Gasdruckenergiespeichernetzes 1.
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2 zeigt eine schematische seitliche Darstellung eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hauptgasspeichers 2. Dieses Beispiel des Hauptgasspeichers 2 ist direkt auf dem Grund 8 eines Gewässers, insbesondere eines Meeres, angeordnet. Insofern bildet der Grund 8 bereits die untere Begrenzung des Hauptgasspeichers 2, dieser muss keinen eigenen Boden mehr aufweisen. Die Wand des Hauptgasspeichers 2 verläuft nach oben hin gewölbt. Bei diesem Beispiel ergibt sich ein etwa kreisabschnittförmiger Querschnitt des Hauptgasspeichers 2. Der Hauptgasspeicher 2 ist langgestreckt mit einer Längsachse, welche sich in Richtung der Zeichnungsebene erstreckt. Alternativ kann der Hauptgasspeicher 2 bspw. auch die Form einer Kugelkalotte oder auch jede andere geeignete Form aufweisen.
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Im unteren Bereich, direkt am Grund 8, ist die Öffnung 7 des Hauptgasspeichers 2 ausgebildet, welche mit dem umgebenden Gewässer korrespondiert. An der Oberseite des Hauptgasspeichers 2 ist die Druckleitung 3 angeschlossen.
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Der an dem Hauptgasspeicher 2 angreifende Auftrieb wird hier aufgefangen, indem der Hauptgasspeicher 2 durch eine auf die Oberseite aufgebrachte Schüttung 11 beschwert ist und so am Grund 8 zurückgehalten wird. Die Schüttung 11 besteht vorzugsweise aus Kies und/oder Sand, oder dergleichen geeignetem Schüttgut.
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Die Wand des Hauptgasspeichers 2 muss demnach lediglich die Masse der Schüttung 11 und den vergleichsweise geringen Druckunterschied zwischen dem oberen Bereich des Hauptgasspeichers 2 und dem umgebenden Gewässer aufnehmen. Hierfür ist jedoch, gemessen an dem erzielbaren Innendruck, bereits eine vergleichsweise geringe Wandstärke ausreichend.
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Folglich kann für die Realisierung dieses Hauptgasspeichers 2 vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich, auch eine ähnlich einem überdimensionierten Tankschiff oder dergleichen geeignete, bereits bekannte Konstruktionsform dienen, die als umgedrehter Behälter verwendet wird. Eventuell lassen sich ausgediente kleinere Konstruktionen, z.B. ausgediente Tankschiffskörper, als Reihenschaltung auch zu einem größeren Volumen verbinden. So lässt sich dann ein Hauptgasspeicher 2 mit konkurrenzlosen, besonders günstigen Kosten realisieren.
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3 zeigt eine schematische seitliche Darstellung eines dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hauptgasspeichers 2. Dieses Beispiel des Hauptgasspeichers 2 ist aus einer natürlichen oder künstlichen Vertiefung des Grunds 8 eines Gewässers gebildet. Hierfür eignen sich insbesondere natürliche Felsformationen auf dem Grund 8 eines Meeres, welche in reichlicher Anzahl existieren. Dementsprechend können zumindest zwei, vorzugsweise drei, seitliche Begrenzungen (Seitenwände) des entstehenden Hauptgasspeichers 2 bereits durch die Vertiefung des Grunds 8 vorgegeben sein, und müssen nicht mehr künstlich hergestellt werden. Insofern kann die Form des Grunds 8 eines Gewässers in vergleichsweise vorteilhafter Weise genutzt werden wie dies bei einer Talsperre eines Wasserkraftwerks der Fall ist. Die Wölbungsrichtung der Staumauer muss im Zuge der Detailauslegung noch festgelegt werden und kann sicherlich auch entgegen dem Innendruck ausgeführt sein.
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Der durch o.g. Vertiefung des Grunds 8 bereitgestellte Innenraum des Hauptgasspeichers 2 muss in Richtung der Oberseite und in Richtung einer oder mehrerer Seiten (je nach Form der genutzten Vertiefung im Grund 8) gasdicht abgeschlossen werden. Hierfür weist der Hauptgasspeicher 2 eine entsprechende Wandung auf. Die obere Wand des Hauptgasspeichers 2 umfasst ferner die Durchführung der Druckleitung 3.
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Des Weiteren weist eine seitliche Wand oder Begrenzung des Hauptgasspeichers 2 in unmittelbarer Nähe zum Grund 8 die Öffnung 7 auf, mittels der ein Druckausgleich zwischen dem Innenraum des Hauptgasspeichers 2 und dem umgebenden Gewässer herstellbar ist.
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Um den auf die Innenwand des Hauptgasspeichers 2 wirkenden Auftrieb abzufangen, kann überdies wahlweise eine Schüttung (hier nicht dargestellt) auf die Oberseite des Hauptgasspeichers 2 aufgebracht werden, nämlich wie dies bereits in 2 gezeigt ist.
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Auch bei diesem Beispiel kann aufgrund der Nutzung einer natürlichen oder künstlichen Vertiefung innerhalb des Grunds 8 eines Gewässers ein besonders kostengünstiger und/oder sehr großer Hauptgasspeicher 2 realisiert werden.
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Ausführungsformen
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Ergänzend bzw. zusätzlich zu den bereits erörterten vorteilhaften Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Ausführungsbeispielen wird die Erfindung nachfolgend anhand weiterer konkreter bevorzugter Ausführungsformen beschrieben, welche die Erfindung jedoch nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen einschränken.
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Ausführungsform 1: Gasdruckenergiespeichernetz mit einem Hauptgasspeicher und mit zumindest einer mit dem Hauptgasspeicher verbundenen Druckleitung, wobei der Hauptgasspeicher über die Druckleitung mit Gas speisbar und entleerbar ist und unmittelbar oder mittelbar an einen Verbraucher anschließbar oder angeschlossen ist, und wobei der Hauptgasspeicher als in Richtung seiner Unterseite geöffneter Druckbehälter ausgestaltet und unterhalb eines Wasserspiegels angeordnet ist.
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Ausführungsform 2: Gasdruckenergiespeichernetz nach Ausführungsform 1, wobei der Hauptgasspeicher auf seiner Unterseite eine Öffnung aufweist, insbesondere wobei die Öffnung als sich nach unten erstreckender Röhrenabschnitt oder als sich nach unten erstreckendes Röhrenende ausgestaltet ist.
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Ausführungsform 3: Gasdruckenergiespeichernetz nach Ausführungsform 1 oder 2, wobei der Hauptgasspeicher in Röhrenform ausgestaltet ist.
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Ausführungsform 4: Gasdruckenergiespeichernetz nach einer oder mehreren der vorangegangenen Ausführungsformen, wobei der Hauptgasspeicher als gerade oder mäanderartig in einer Ebene verlaufende Röhre ausgestaltet ist.
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Ausführungsform 5: Gasdruckenergiespeichernetz nach einer oder mehreren der vorangegangenen Ausführungsformen, wobei der Hauptgasspeicher am Grund eines Meeres oder eines Sees angeordnet ist.
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Ausführungsform 6: Gasdruckenergiespeichernetz nach einer oder mehreren der vorangegangenen Ausführungsformen, wobei der Hauptgasspeicher durch eine Verschalung, oder durch ein Tragwerk oder Gerüst, oder durch eine oberhalb des Hauptgasspeichers aufgebrachte Schüttung, insbesondere aus Kies oder Sand, auf dem Grund zurückgehalten wird.
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Ausführungsform 7: Gasdruckenergiespeichernetz nach Ausführungsform 6, wobei die Verschalung Beton aufweist oder aus Beton gefertigt ist.
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Ausführungsform 8: Gasdruckenergiespeichernetz nach Ausführungsform 6, wobei die Schüttung Kies oder Sand aufweist.
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Ausführungsform 9: Gasdruckenergiespeichernetz nach einer oder mehreren der vorangegangenen Ausführungsformen, wobei das Gasdruckenergiespeichernetz ein Mitteldrucknetz und ein Niederdrucknetz aufweist.
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Ausführungsform 10: Gasdruckenergiespeichernetz nach einer oder mehreren der vorangegangenen Ausführungsformen, wobei das Gasdruckenergiespeichernetz ein Hochdrucknetz und ein Mitteldrucknetz aufweist.
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Ausführungsform 11: Gasdruckenergiespeichernetz nach einer oder mehreren der vorangegangenen Ausführungsformen, wobei das Gasdruckenergiespeichernetz ein Hochdrucknetz, ein Mitteldrucknetz und ein Niederdrucknetz aufweist.
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Ausführungsform 12: Gasdruckenergiespeichernetz nach einer oder mehreren der vorangegangenen Ausführungsformen, wobei das Gasdruckenergiespeichernetz eine natürliche Druckhaltung aufweist.
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Ausführungsform 13: Gasdruckenergiespeichernetz nach einer oder mehreren der vorangegangenen Ausführungsformen, wobei der Hauptgasspeicher nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren wirkt.
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Ausführungsform 14: Hauptgasspeicher für ein Gasdruckenergiespeichernetz nach einer der vorangegangenen Ausführungsformen.
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Ausführungsform 15: Hauptgasspeicher nach Ausführungsform 14, wobei der Hauptgasspeicher nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren wirkt.
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Ausführungsform 16: Hauptgasspeicher nach Ausführungsform 14 oder 15, wobei der Hauptgasspeicher als in Richtung seiner Unterseite geöffneter Druckbehälter ausgestaltet und unterhalb eines Wasserspiegels anordenbar ist.
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Ausführungsform 17: Verwendung eines Hauptgasspeichers nach einer der Ausführungsformen 14 bis 16 in einem Gasdruckenergiespeichernetz nach einer der Ausführungsformen 1 bis 13.
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Ausführungsform 18: Windkraftmaschine mit direkter Drucklufterzeugung.
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Ausführungsform 19: Windkraftmaschine nach Ausführungsform 18, wobei der Rotor einen Verdichter mittelbar oder unmittelbar mechanisch antreibt.
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Ausführungsform 20: Windkraftmaschine nach Ausführungsform 19, wobei der Rotor einen Verdichter über ein Getriebe antreibt.
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Ausführungsform 21: Windkraftmaschine nach Ausführungsform 19, wobei der Rotor und der Verdichter auf derselben Welle angeordnet oder an derselben Welle angeflanscht sind.
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Ausführungsform 22: Verwendung einer Windkraftmaschine nach einer der Ausführungsformen 18 bis 21 in einem oder für ein Gasdruckenergiespeichernetz nach einer der der Ausführungsformen 1 bis 13.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gasdruckenergiespeichernetz
- 2
- Hauptgasspeicher
- 3
- Druckleitung
- 4
- Gas
- 5
- Druckbehälter
- 6
- Wasserspiegel
- 7
- Öffnung (Hauptgasspeicher)
- 8
- Grund (Gewässer)
- 9
- Röhre (Hauptgasspeicher)
- 10
- Röhrenende
- 11
- Schüttung
- V1–V3
- Verbraucher 1–3
- E1–E3
- Einspeiser 1–3
- p1–p4
- Druck 1–4
- HD
- Hochdruck, Hochdrucknetz
- MD
- Mitteldruck, Mitteldrucknetz
- ND
- Niederdruck, Niederdrucknetz
