DE102014117018B4

DE102014117018B4 - Auftriebsenergiespeicher, insbesondere zur Speicherung von erneuerbarer Energie, Auftriebskörper, sowie Verfahren zur Speicherung von Energie

Info

Publication number: DE102014117018B4
Application number: DE102014117018.0A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-08-29
Filing date: 2014-11-20
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2034-11-21
Also published as: DE102014117018A1

Abstract

Auftriebsenergiespeicher (10), umfassend:- einen unterhalb eines Wasserspiegels (12) angeordneten Auftriebskörper (100),- ein in Richtung der Unterseite des Auftriebskörpers (100) wirkendes Zugmittel (14), wobei der Auftriebskörper (100) mittelbar oder unmittelbar an dem Zugmittel (14) festgelegt ist, und wobei das Zugmittel (14) durch ein Aufschwimmen des Auftriebskörpers (100) ausfahrbar und der Auftriebskörper (100) durch Einfahren des Zugmittels (14) absenkbar ist,- einen Stromgenerator (16), welcher mittelbar oder unmittelbar durch das Ausfahren des Zugmittels (14) antreibbar ist, und- einen Motor (18), durch den das Zugmittel (14) mittelbar oder unmittelbar einfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftriebskörper (100) in seinem unteren Bereich eine Wassereintrittsöffnung (106) aufweist und umgebendes Wasser in dessen unteren Bereich in den Auftriebskörper (100) ein- und ausströmen kann, und dass der Innenraum (108) des Auftriebskörpers (100) über eine Druckleitung (26) während des Absenkens mit komprimiertem Gas speisbar und während des Aufschwimmens entleerbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Auftriebsenergiespeicher nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, einen Auftriebskörper nach dem Oberbegriff von Anspruch 7, sowie ein Verfahren zur Energiespeicherung nach dem Oberbegriff von Anspruch 12.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden im Konkreten ein Auftriebsenergiespeicher, insbesondere zur Speicherung von erneuerbarer Energie, ein Auftriebskörper sowie ein Verfahren zur Speicherung von Energie, insbesondere von erneuerbarer Energie, vorgeschlagen.
Es ist bekannt, dass die Verfügbarkeit von Strom aus erneuerbarer Energie im Allgemeinen erheblichen Schwankungen unterworfen ist, welche sich mit der ebenfalls variierenden Intensität und Verfügbarkeit nutzbarer Energiequellen erklären lassen, bspw. von Wind oder Sonnenenergie.
Oft ist gerade zu Zeiten höchsten Energiebedarfs von Verbraucherseite die Verfügbarkeit von Strom aus regenerativen Quellen besonders gering, und umgekehrt.
Darüber hinaus kann mittlerweile eine Überkapazität an erneuerbarer Energie an der Küste festgestellt werden. Diese liegt in Form von vielen Windkraftanlagen deutlich vor und wird auf der Welt auch überall weiter ausgebaut.
Es besteht daher ein Bedarf an Möglichkeiten zur Speicherung von Energie, insbesondere von erneuerbarer Energie.
Bisherige Ansätze zu einer hochkapazitiven Speicherung von Energie sind entweder sehr kostspielig und/oder erreichen keine befriedigende Leistung (z.B. Akkumulatoren); und/oder stehen nicht überall zur Verfügung und beinträchtigen ggf. überdies die Umwelt über Gebühr (z.B. Pumpspeicherkraftwerke).
DE 40 11 966 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung, wobei a) ein Tauchkörper, der sich im Bereich der Oberfläche eines Wasserreservoirs in einer oberen Position befindet, mittels gespeicherter Druckluft mit Wasser geflutet (Flutphase) und durch das so erhöhte Gewicht zu einer Abwärtsbewegung unter die Wasseroberfläche bis zu einer unteren Position gezwungen wird, sowie anschließend b) in der unteren Position des Tauchkörpers das geflutete Wasser mittels der gespeicherten Druckluft aus dem Tauchkörper wieder verdrängt (Anblasphase) und der Tauchkörper durch den Auftrieb des umgebenden Wassers zu einer Aufwärtsbewegung gezwungen wird. Während seiner Aufwärtsbewegung kann der Tauchkörper dann einen Energieerzeuger antreiben.
US 2010 / 0 107 627 A1 offenbart ein Energiespeichersystem mit einem Auftriebskörper. Dabei erfolgt die Aufnahme/Führung eines Zugmittels am Auftriebskörper in einer Winde bzw. über Rollen.
DE 10 2006 059 233 A1 zeigt eine Energiespeichervorrichtung mit unter einem Wasserspiegel angeordneten Auftriebskörpern. Dabei wird im Rahmen der dortigen 2 die Bündelung einer Vielzahl von Auftriebskörpern vorgeschlagen.
US 2012 / 0 112 472 A1 zeigt eine Vielzahl von Ausführungsformen zur Energiespeicherung bzw. -abgabe über ein aufgerolltes Zugmittel, wobei das Zugmittel an einem Auftriebskörper befestigt sein kann.
DE 10 2013 205 475 A1 offenbart eine Energiespeichereinrichtung zur temporären reversiblen Speicherung von überschüssiger Energie, umfassend wenigstens einen unter Wasser anzuordnenden Auftriebskörper sowie ein Antriebsmittel mit einer Elektromaschine, die als Motor und als Generator betreibbar ist.
DE 10 2012 222 610 A1 zeigt einen Auftriebsenergiespeicher, einen Auftriebskörper sowie ein Verfahren zur Energiespeicherung der jeweils eingangs genannten Art.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zumindest eines der obigen Probleme zu lindern.
Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Beitrag zu einer Speicherung von Energie, insbesondere von erneuerbarer Energie, zu leisten.
Einen Beitrag zur Lösung mindestens einer der vorstehend genannten Aufgaben leistet ein Auftriebsenergiespeicher mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Auftriebsenergiespeichers ergeben sich aus den hierzu nachgeordneten Ansprüchen.
Einen Beitrag zur Lösung mindestens einer der vorstehend genannten Aufgaben leisten ferner ein Auftriebskörper mit den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie ein Verfahren zur Energiespeicherung nach Anspruch 12.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den hierzu jeweils nachgeordneten Ansprüchen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird zunächst ein Auftriebsenergiespeicher der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Danach ist der erfindungsgemäße Auftriebsenergiespeicher so weitergebildet, dass der Auftriebskörper in seinem unteren Bereich eine Wassereintrittsöffnung aufweist und umgebendes Wasser in dessen unteren Bereich in den Auftriebskörper ein- und ausströmen kann, und dass der Innenraum des Auftriebskörpers über eine Druckleitung während des Absenkens mit komprimiertem Gas speisbar und während des Aufschwimmens entleerbar ist.
Vorzugsweise kann dabei vorgesehen sein, dass der Generator und der Motor integral ausgeführt sind, und der Generator wahlweise auch als der genannte Motor zu wirken vermag, und umgekehrt.
Als Motor nutzbare Generatoren, die auch zur Stromerzeugung und damit in beiden Richtungen nutzbar sind, stellen zurzeit den Stand der Technik dar. Hochdruckverdichter und Getriebe für den Antrieb von großen Winden sind ebenfalls am Markt erhältlich, bzw. können für den jeweiligen Einsatzfall gebaut werden.
Ebenfalls bereits bekannt sind Auftriebskörper für Lastenbewegungen unter Wasser im Meer, bspw. für Bergungsoperationen. Es sind Auftriebskörper mit weicher Hülle bzw. Wandung bekannt, diese werden je nach Wassertiefe zusammengedrückt und haben damit eine stark schwankende Auftriebskraft. Sie sinken bei größerer Tiefe immer weiter ab.
Haben die Auftriebskörper aber eine feste Hülle, die wiederum dem steigenden Wasserdruck standhalten muss und daher nur in beschränktem Umfang in größerer Tiefe einsetzbar sind, dann bleibt auch die Auftriebskraft erhalten. Das Gewicht der massiven Hülle dieser Auftriebskörper ist natürlich konträr zur Auftriebskraft und senkt die Leistung dieser Konstruktionen.
Mit einem erfindungsgemäßen Auftriebskörper und dessen Verwendung in einem erfindungsgemäßen Auftriebsenergiespeicher lassen sich die obigen Nachteile vermeiden.
Mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 7 wir daher ferner vorgeschlagen ein eingangs genannter Auftriebskörper, wobei der Auftriebskörper in seinem unteren Bereich eine Wassereintrittsöffnung aufweist, welche ein Ein- bzw. Ausströmen von umgebendem Wasser in den unteren Bereich des Auftriebskörpers erlaubt, und einen Anschluss für komprimiertes Gas aufweist, welcher mit dem oberen Innenraum des Auftriebskörpers korrespondiert.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Anschluss für komprimiertes Gas dabei um einen Druckluftanschluss.
Mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 12 wird ferner vorgeschlagen ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Energiespeicherung, wobei ein eingangs genanntes Verfahren so weitergebildet ist, dass der Innenraum des Auftriebskörpers während des Absenkens mit komprimiertem Gas, insbesondere mit Druckluft, gespeist wird, und während des Aufschwimmens von komprimiertem Gas, insbesondere Druckluft, entleert wird.
Im Folgenden werden die erfindungsgemäßen Aspekte weiter erörtert, wozu teilweise auf nicht limitierende vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung Bezug genommen wird. Eine Zusammenstellung von ergänzenden bzw. zusätzlichen, nicht limitierenden, konkreten bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sowie nicht erfindungsgemäßen Ausführungsformen findet sich überdies am Ende der Beschreibung. Auf diese Zusammenstellung wird ausdrücklich verwiesen.
Der zu speichernde Strom kann im Rahmen der Erfindung zum Antrieb eines Motors/(Generators) und, vorzugsweise, gleichzeitig noch zum Antrieb eines mehrstufigen Kompressors verwendet werden. Der Motor wiederum kann ein mehrstufiges Getriebe antreiben. Durch den Motor, vorzugsweise über das genannte Getriebe, wird bevorzugt eine Winde bewegt, die einen Auftriebskörper mit vorzugsweise nahezu konstanter Auftriebskraft, bspw. über eine Umlenkrolle am Meeresgrund, in die Tiefe zieht.
Da durch entsprechende Dimensionierung des Auftriebskörpers eine große Auftriebskraft wirken kann, kann wahlweise eine lediglich geringe Drehbewegung vorgesehen werden und damit auch nur ein geringer Weg des Auftriebskörpers. Der in die Tiefe gezogene Auftriebskörper stellt zum Teil die gespeicherte Energie dar.
Der zweite Teil der gespeicherten Energie kann in der Form von komprimiertem Gas, vorzugsweise Druckluft, vorliegen, die vorzugsweise über einen Kompressor erzeugt und bevorzugt über eine Hochdruckleitung dem erfindungsgemäßen Auftriebskörper, nämlich dessen oberen Innenraum, zugeführt wird. Die Anschlusslage der Druckleitung kann vorzugsweise im Zugmittel integriert sein, oder auch separat an dem Auftriebskörper befestigt sein.
Im letzteren Fall könnte die Länge der Druckleitung etwas geringer als die des Zugmittels ausgelegt werden, es könnte jedoch andererseits eine Einströmung der Druckluft über ein unten angebrachte Steigrohr in den Auftriebskörper bevorzugt werden, da sonst ein Abriss des Druckschlauchs zu einem Totalausfall des Auftriebskörpers führen könnte, denn über einen kopfseitigen Anschluss für die Druckleitung könnte die gesamte Füllung ausströmen und der Auftrieb würde zusammenbrechen.
Bei einer separaten, d.h. nicht im Zugmittel integrierten Druckleitung kann ggf. eine zweite Winde für die Leitung vorgesehen werden.
Der erfindungsgemäße Auftriebskörper ist auf der unteren Seite geöffnet, sodass in einen kleinen Teil des Körpers Wasser einströmen kann und zu einem Druckausgleich zwischen der Innenseite und Außenseite führt. Die vorzugsweise zugeführte Druckluft verhindert allerdings, dass wesentliche Bereiche des Auftriebskörpers durch Wasser geflutet werden und damit kann erreicht werden, dass die erzeugte Auftriebskraft des Auftriebskörpers nahezu konstant bleibt.
Somit kann in bevorzugter Weise ein Auftriebskörper mit einer starren Wandung realisiert werden, wobei die Wandung aufgrund eines oben erörterten Druckausgleichs jedoch eine vergleichsweise geringe Materialstärke und somit eine geringe Masse aufweisen kann.
Alternativ ist ein Auftriebskörper mit einer flexiblen Wandung ebenfalls bevorzugt. Damit kann erneut eine geringe Masse der Wandung realisiert werden. Eine oben beschriebene Zuführung von Druckluft kann in diesem Fall wirksam ein Zusammenpressen des Auftriebskörpers im Gewässer unterbinden.
Die Kräfte, die die Auftriebskörperkonstruktion aushalten muss, und dies gilt in jeder Tiefe, entspricht annähernd lediglich den Kräften auf eine Schiff, das auf dem Wasser vollbeladen schwimmt.
Es sei explizit darauf hingewiesen, dass der vorgenannte erfindungsgemäße Auftriebskörper auch für alle anderen technischen Anwendungen genutzt werden kann, die eine gleichbleibende Auftriebskraft erfordern, und somit keinesfalls auf eine Verwendung innerhalb des erfindungsgemäßen Auftriebsenergiespeichers beschränkt ist.
In dem umgekehrten Fall der Speichernutzung zur Stromerzeugung ist folgender Ablauf vorteilhaft. Der Auftriebskörper schwimmt mit seiner bekannten Kraft auf und bewegt dabei die vorzugsweise realisierte Winde. Die Winde treibt über das optionale Getriebe den Generator an, der wiederum Strom erzeugt, der entsprechend dem Bedarf in das Netz eingespeist werden kann. Die nun zurückströmende Druckluft kann in einem optionalen Luftmotor genutzt werden, und könnte insbesondere über einen zusätzlich angeflanschten Luftmotor ebenfalls zum Antrieb des Generators genutzt werden.
Über eine optionale Reihenschaltung lassen sich in einer Weiterbildung die Hauptkomponenten für den Betrieb von mehreren Auftriebskörpern verwenden, sodass eine große Energiemenge auf diese Art gespeichert werden kann.
Es sollte dabei berücksichtigt werden, dass der jeweilige Auftriebskörper nicht zur Wasseroberfläche aufsteigen, sondern unterhalb des Tiefgangs der Schifffahrt bleiben sollte und damit auch nicht der Wellenbewegung ausgesetzt ist.
Der sichtbare Teil der Anlage bleibt klein, es entsteht daher nur eine geringe optische Belastung der Landschaft. Eine Markierung durch Bojen erscheint u.U. notwendig, da in diesem Bereich kein Fischfang mit Netzen mehr möglich ist.
Ergänzend bzw. zusätzlich zu den bereits erörterten vorteilhaften Ausgestaltungen und Weiterbildungen werden in der Zeichnung im Umfang der einzigen Figur 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.
Die einzige Fig. zeigt eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Auftriebsenergiespeichers 10 und gleichzeitig ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Auftriebskörpers 100. Gleichzeitig werden anhand der Erläuterung der genannten Ausführungsbeispiele bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Energiespeicherung erörtert.
Das gezeigte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Auftriebsenergiespeichers 10 ist an der Küste eines Gewässers, nämlich eines Meeres, teilweise auf dem Land und teilweise unter Wasser angeordnet, realisiert worden.
Der Auftriebsenergiespeicher 10 umfasst dabei einen unterhalb eines Wasserspiegels 12 angeordneten Auftriebskörper 100 und ein in Richtung der Unterseite des Auftriebskörpers 100 wirkendes Zugmittel 14. Dabei ist der Auftriebskörper 100 an dem Zugmittel 14 festgelegt, und das Zugmittel 14 ist durch ein Aufschwimmen des Auftriebskörpers 100 ausfahrbar, während andererseits der Auftriebskörper 100 durch Einfahren des Zugmittels 14 wahlweise absenkbar ist.
Ferner umfasst der Auftriebsenergiespeicher 10 einen Stromgenerator 16, welcher durch das Ausfahren des Zugmittels 14 antreibbar ist, und umfasst einen Motor 18, durch den das Zugmittel mittelbar oder unmittelbar einfahrbar ist. Bei dem gezeigten Beispiel sind der Stromgenerator 16 und der Motor 18 in zweckmäßiger Weise integral ausgeführt. Mit anderen Worten vermag der Stromgenerator 16 wahlweise auch als Motor 18 zu wirken, und umgekehrt.
Das Zugmittel 14 wird in einer Winde 20 aus- und einfahrbar aufgenommen. Ferner ist das Zugmittel 14 im Bereich zwischen dem Auftriebskörper 100 und dem Stromgenerator 16, nämlich im Bereich zwischen dem Auftriebskörper 100 und der Winde 20, über eine Umlenkrolle 22 geführt. Die Umlenkrolle 22 ist auf dem Grund des Meeres unterhalb des Auftriebskörpers 100 verankert.
Die Winde 20 ist einerseits über ein Getriebe 24 durch den Motor 18 antreibbar, nämlich für den Fall einer Motorschaltung des Stromgenerators 16 / Motors 18 zum Absenken des Auftriebskörpers 100. Dabei wird die für den Antrieb der Winde 20 genutzte Energie gespeichert. Diese Energie wird vorzugsweise über die Nutzung erneuerbarer Energien, hier konkret durch eine Windkraftanlage W, gewonnen. Zum Freisetzen und Nutzen der gespeicherten Energie kann die Winde 20 andererseits über das Getriebe 24 den Stromgenerator 16 antreiben, nämlich für den Fall, in dem der Auftriebskörper 100 aufschwimmt, das Zugmittel 14 aus der Winde 20 ausgefahren wird und dadurch im Stromgenerator 16 Strom gewonnen wird. Dieser Strom kann im Bedarfsfall sofort erzeugt und in das Stromnetz N eingespeist werden.
Der Auftriebskörper 100 zur Anordnung unterhalb eines Wasserspiegels 12 umfasst eine mit Gas (hier: Druckluft) befüllte Wandung 102 und Mittel 104 zur Übertragung der Auftriebskraft auf ein in Richtung der Unterseite des Auftriebskörpers wirkendes Zugmittel 14. Ferner weist der Auftriebskörper 100 in seinem unteren Bereich eine Wassereintrittsöffnung 106 auf, welche ein Ein- bzw. Ausströmen von umgebendem Wasser in den unteren Bereich des Auftriebskörpers 100 erlaubt. Zwischen dem in den Innenraum 108 eindringenden Wasser und der im Auftriebskörper 100 befindlichen Druckluft bildet sich die Phasentrennschicht P aus.
Somit wird ein Druckausgleich zwischen dem Innenraum 108 des Auftriebskörpers 100 und dem umgebenden Wasser ermöglicht. Daher ist es möglich, die Wandung 102 des Auftriebskörpers 100 aus starrem Material mit vergleichsweise geringer Wandstärke und somit geringer Masse zu fertigen. Es ist jedoch alternativ möglich, die Wandung 102 des Auftriebskörpers 100 aus flexiblem, vergleichsweise leichtem Material zu fertigen.
Die Mittel 104 zur Übertragung der Auftriebskraft auf das Zugmittel 14 sind hier nicht detailliert dargestellt. Entscheidend ist, dass die Mittel 104 in geeigneter Weise realisiert sind, um eine kraftübertragende Verbindung zwischen Auftriebskörper 100 und dem Zugmittel 14 bereitzustellen. Dies kann bspw. durch eine Kupplung erreicht werden.
Alternativ wird bspw. auch ein integraler Übergang zwischen der Wandung 102 und dem Zugmittel 14 als Mittel 104 im Sinne der Erfindung verstanden.
Der erfindungsgemäße Auftriebskörper 100 zeichnet sich bei dem gezeigten Beispiel dadurch aus, dass er eine im Wesentlichen konstante Auftriebskraft erzeugt, welche insbesondere im Wesentlichen unabhängig von der jeweiligen Wassertiefe ist, in der sich der Auftriebskörper 100 gerade befindet.
Dazu weist der Auftriebskörper 100 neben der Wassereintrittsöffnung 106 zusätzlich einen Anschluss 110 für komprimiertes Gas, hier einen Druckluftanschluss, auf, welcher mit dem oberen Innenraum 108 des Auftriebskörpers 100 korrespondiert. Der Anschluss 110 ist dazu an einem Steigrohr 112 angeordnet, dessen oberes Ende 114 im oberen Innenraum 108 des Auftriebskörpers 100 mündet.
Der Anschluss 110 ist mit dem Ende einer Druckleitung 26 verbunden, mittels welcher der Innenraum 108 des Auftriebskörpers 100 mit komprimiertem Gas, hier mit Druckluft, speisbar und entleerbar ist.
Die Druckleitung 26 verläuft hier parallel zu dem Zugmittel 14, ist nämlich in dieses integriert. Daher verläuft die Druckleitung 26 auf der dem Auftriebskörper 100 abgewandten Seite bis zur Winde 20, und mündet danach in einem zusätzlichen Kompressor 28, hier einem Hochdruckkompressor. Dieser dient für das Speisen des Innenraums 108 des Auftriebskörpers 100 mit komprimiertem Gas, hier mit Druckluft. Der Kompressor 28 kann vorzugsweise ebenfalls durch ein Windkraftwerk W betrieben werden.
Neben der Möglichkeit des Ein- bzw. Ausströmens von Wasser in den Innenraum 108 während des Aufschwimmens bzw. des Absenkens des Auftriebskörpers 100 kann folglich zusätzlich der Innenraum 108 während des Absenkens mit Druckluft gespeist werden, und kann der Innenraum 108 auf der anderen Seite während des Aufschwimmens wieder von dieser Druckluft entleert werden.
Damit ist bei dem vorliegenden Beispiel nicht nur ein Druckausgleich zwischen dem Innenraum 108 und dem umgebenden Wasser gewährleistet, sondern ist zusätzlich ein praktisch gleich bleibendes Gasvolumen innerhalb des Auftriebskörpers 100 unabhängig von der jeweiligen Wassertiefe ermöglicht. Die Auftriebskraft des Auftriebskörpers 100 kann damit im Wesentlichen stets konstant bleiben.
Über einen am landseitigen Ende der Druckleitung 26 angeordneten zusätzlichen Luftmotor (hier nicht dargestellt) kann durch eine Entspannung des während des Aufschwimmens aus dem Innenraum 108 entleerten komprimierten Gases weitere Stromenergie erzeugt werden. Ein solcher Luftmotor kann wahlweise direkt an den Stromgenerator 16 angeflanscht betrieben werden.
Damit lässt sich im vorliegenden Beispiel Energie sowohl durch ein Absenken des Auftriebskörpers 100 als auch durch die Speisung des Auftriebskörpers 100 mit Druckluft speichern und bei Bedarf unverzüglich wieder freisetzen.
Ausführungsformen
Ergänzend bzw. zusätzlich zu den bereits erörterten vorteilhaften Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Ausführungsbeispielen werden nachfolgend teils nicht erfindungsgemäße Ausführungsformen angegeben. Ferner wird die Erfindung nachfolgend anhand weiterer konkreter bevorzugter Ausführungsformen beschrieben, welche die Erfindung jedoch nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen einschränken.
Ausführungsform 1: Auftriebsenergiespeicher, umfassend: einen unterhalb eines Wasserspiegels angeordneten Auftriebskörper; ein in Richtung der Unterseite des Auftriebskörpers wirkendes Zugmittel, wobei der Auftriebskörper mittelbar oder unmittelbar an dem Zugmittel festgelegt ist, und wobei das Zugmittel durch ein Aufschwimmen des Auftriebskörpers ausfahrbar und der Auftriebskörper durch Einfahren des Zugmittels absenkbar ist; einen Stromgenerator, welcher mittelbar oder unmittelbar durch das Ausfahren des Zugmittels antreibbar ist; und einen Motor, durch den das Zugmittel mittelbar oder unmittelbar einfahrbar ist.
Ausführungsform 2: Auftriebsenergiespeicher nach Ausführungsform 1, wobei der Stromgenerator und der Motor integral ausgeführt sind.
Ausführungsform 3: Auftriebsenergiespeicher nach Ausführungsform 1 oder 2, wobei der Stromgenerator so ausgebildet ist, dass er wahlweise auch als Motor zu wirken vermag, und umgekehrt.
Ausführungsform 4: Auftriebsenergiespeicher nach einer oder mehreren der vorangegangenen Ausführungsformen, wobei der Auftriebskörper eine im Wesentlichen konstante Auftriebskraft erzeugt.
Ausführungsform 5: Auftriebsenergiespeicher nach einer oder mehreren der vorangegangenen Ausführungsformen, wobei der Auftriebskörper unabhängig von der Wassertiefe eine im Wesentlichen konstante Auftriebskraft erzeugt.
Ausführungsform 6: Auftriebsenergiespeicher nach einer oder mehreren der vorangegangenen Ausführungsformen, wobei umgebendes Wasser, vorzugsweise in dessen unteren Bereich, in den Auftriebskörper ein- und ausströmen kann. Ausführungsform 7: Auftriebsenergiespeicher nach einer oder mehreren der vorangegangenen Ausführungsformen, wobei der Innenraum des Auftriebskörpers über eine Druckleitung mit komprimiertem Gas speisbar und entleerbar ist.
Ausführungsform 8: Auftriebsenergiespeicher nach Ausführungsform 7, wobei die Druckleitung parallel zu dem Zugmittel verläuft.
Ausführungsform 9: Auftriebsenergiespeicher nach Ausführungsform 7 oder 8, wobei die Druckleitung in das Zugmittel integriert ist.
Ausführungsform 10: Auftriebsenergiespeicher nach einer oder mehreren der vorangegangenen Ausführungsformen, welcher einen Kompressor für das Speisen des Innenraums mit komprimiertem Gas umfasst.
Ausführungsform 11: Auftriebsenergiespeicher nach einer oder mehreren der vorangegangenen Ausführungsformen, welcher einen Luftmotor für die Erzeugung von Energie durch die Entspannung des aus dem Innenraum entleerten komprimierten Gases umfasst.
Ausführungsform 12: Auftriebsenergiespeicher nach einer oder mehreren der vorangegangenen Ausführungsformen, wobei das Zugmittel in einer Winde aus- und einfahrbar aufgenommen ist.
Ausführungsform 13: Auftriebsenergiespeicher nach einer oder mehreren der vorangegangenen Ausführungsformen, wobei das Zugmittel im Bereich zwischen dem Auftriebskörper und dem Generator, und vorzugsweise im Bereich zwischen dem Auftriebskörper und einer das Zugmittel aufnehmenden Winde, über eine Umlenkrolle geführt ist.
Ausführungsform 14: Auftriebsenergiespeicher nach Ausführungsform 13, wobei die Umlenkrolle auf dem Grund eines den Auftriebskörper aufnehmenden Gewässers angeordnet ist.
Ausführungsform 15: Auftriebskörper zur Anordnung unterhalb eines Wasserspiegels, mit einer mit Gas befüllten oder befüllbaren Wandung und mit Mitteln zur Übertragung der Auftriebskraft auf ein in Richtung der Unterseite des Auftriebskörpers wirkendes Zugmittel, wobei der Auftriebskörper in seinem unteren Bereich eine Wassereintrittsöffnung aufweist.
Ausführungsform 16: Auftriebskörper nach Ausführungsform 15, wobei die Mittel zur Übertragung der Auftriebskraft ausgewählt sind aus der Gruppe: ein Zugmittel, eine Kupplung, eine Öse, ein den Auftriebskörper umgebendes Netz.
Ausführungsform 17: Auftriebskörper nach Ausführungsform 15, wobei die Mittel zur Übertragung der Auftriebskraft und das Zugmittel integral ausgeführt sind.
Ausführungsform 18: Auftriebskörper nach einer oder mehreren der vorangegangenen Ausführungsformen 15 bis 17, wobei der Auftriebskörper auf seiner Unterseite oder in seinem Boden eine Wassereintrittsöffnung aufweist.
Ausführungsform 19: Auftriebskörper nach einer oder mehreren der vorangegangenen Ausführungsformen 15 bis 18, wobei der Auftriebskörper einen Anschluss für komprimiertes Gas, insbesondere einen Druckluftanschluss, aufweist, welcher mit dem oberen Innenraum des Auftriebskörpers korrespondiert.
Ausführungsform 20: Auftriebskörper nach Ausführungsform 19, wobei der Anschluss auf der Oberseite des Auftriebskörpers angeordnet ist.
Ausführungsform 21: Auftriebskörper nach Ausführungsform 19, wobei der Anschluss an einem Steigrohr angeordnet ist, dessen oberes Ende im oberen Innenraum des Auftriebskörpers mündet.
Ausführungsform 22A: Auftriebskörper nach einer oder mehreren der vorangegangenen Ausführungsformen 15 bis 21, wobei die Wandung des Auftriebskörpers starr ist.
Ausführungsform 22: Auftriebskörper nach einer oder mehreren der vorangegangenen Ausführungsformen 15 bis 21, wobei die Wandung des Auftriebskörpers flexibel ist.
Ausführungsform 23: Auftriebsenergiespeicher nach einer oder mehreren der vorangegangenen Ausführungsform 1 bis 14, welcher einen Auftriebskörper nach einer oder mehreren der vorangegangenen Ausführungsformen 15 bis 22 aufweist.
Ausführungsform 24: Verfahren zur Energiespeicherung, wobei: (a) mit einem unterhalb eines Wasserspiegels angeordneten Auftriebskörper, welcher mittelbar oder unmittelbar an einem in Richtung der Unterseite des Auftriebskörpers wirkenden Zugmittel festgelegt ist, und wobei das Zugmittel durch ein Aufschwimmen des Auftriebskörpers ausfahrbar und der Auftriebskörper durch Einfahren des Zugmittels absenkbar ist; (b) durch das Ausfahren des Zugmittels mittelbar oder unmittelbar ein Stromgenerator angetrieben wird; und (c) durch Betreiben eines Motors mittelbar oder unmittelbar das Zugmittel wieder eingefahren wird.
Ausführungsform 25: Verfahren zur Energiespeicherung nach Ausführungsform 24, wobei der Motor mit Strom aus erneuerbarer Energie betrieben wird.
Ausführungsform 26: Verfahren zur Energiespeicherung nach Ausführungsform 24 oder 25, wobei das Zugmittel aus einer das Zugmittel aufnehmenden Winde aus- und wieder eingefahren wird.
Ausführungsform 27: Verfahren zur Energiespeicherung nach einer oder mehreren der Ausführungsformen 24 bis 26, wobei der Innenraum des Auftriebskörpers während des Absenkens mit komprimiertem Gas, insbesondere mit Druckluft, gespeist wird.
Ausführungsform 28: Verfahren zur Energiespeicherung nach Ausführungsform 27, wobei die Druckluft durch einen Kompressor erzeugt wird, insbesondere wobei der Kompressor mit Strom aus erneuerbarer Energie betrieben wird.
Ausführungsform 29: Verfahren zur Energiespeicherung nach einer oder mehreren der Ausführungsformen 24 bis 28, wobei der Innenraum des Auftriebskörpers während des Aufschwimmens von komprimiertem Gas, insbesondere Druckluft, entleert wird.
Ausführungsform 30: Verfahren zur Energiespeicherung nach Ausführungsform 29, wobei mit dem entleerten komprimierten Gas ein Luftmotor, insbesondere zur Stromerzeugung, betrieben wird.
Ausführungsform 31: Verfahren zur Energiespeicherung nach Ausführungsform 30, wobei der Luftmotor an den Generator angeflanscht betrieben wird.
Ausführungsform 32: Verfahren zur Energiespeicherung nach einer oder mehreren der vorangegangenen Ausführungsformen 24 bis 31, wobei ein Auftriebsenergiespeicher nach einer oder mehreren der vorangegangenen Ausführungsformen 1 bis 14 und 23 verwendet wird.
Bezugszeichenliste

10: Auftriebsenergiespeicher
12: Wasserspiegel
14: Zugmittel
16: Stromgenerator
18: Motor
20: Winde
22: Umlenkrolle
24: Getriebe
26: Druckleitung
28: Kompressor
100: Auftriebskörper
102: Wandung
104: Mittel zur Übertragung der Auftriebskraft
106: Wassereintrittsöffnung
108: Innenraum
110: Anschluss für komprimiertes Gas
112: Steigrohr
114: oberes Ende (Steigrohr)
N: Stromnetz
P: Phasentrennschicht
W: Windkraftanlage

Claims

Auftriebsenergiespeicher (10), umfassend: - einen unterhalb eines Wasserspiegels (12) angeordneten Auftriebskörper (100), - ein in Richtung der Unterseite des Auftriebskörpers (100) wirkendes Zugmittel (14), wobei der Auftriebskörper (100) mittelbar oder unmittelbar an dem Zugmittel (14) festgelegt ist, und wobei das Zugmittel (14) durch ein Aufschwimmen des Auftriebskörpers (100) ausfahrbar und der Auftriebskörper (100) durch Einfahren des Zugmittels (14) absenkbar ist, - einen Stromgenerator (16), welcher mittelbar oder unmittelbar durch das Ausfahren des Zugmittels (14) antreibbar ist, und - einen Motor (18), durch den das Zugmittel (14) mittelbar oder unmittelbar einfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftriebskörper (100) in seinem unteren Bereich eine Wassereintrittsöffnung (106) aufweist und umgebendes Wasser in dessen unteren Bereich in den Auftriebskörper (100) ein- und ausströmen kann, und dass der Innenraum (108) des Auftriebskörpers (100) über eine Druckleitung (26) während des Absenkens mit komprimiertem Gas speisbar und während des Aufschwimmens entleerbar ist.
Auftriebsenergiespeicher (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromgenerator (16) und der Motor (18) integral ausgeführt sind.
Auftriebsenergiespeicher (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftriebskörper (100) eine im Wesentlichen konstante Auftriebskraft erzeugt.
Auftriebsenergiespeicher (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Kompressor (28) für das Speisen des Innenraums (108) mit komprimiertem Gas, und/oder durch einen Luftmotor für die Erzeugung von Energie durch die Entspannung des aus dem Innenraum (108) entleerten komprimierten Gases.
Auftriebsenergiespeicher (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittel (14) in einer Winde (20) aus- und einfahrbar aufgenommen ist.
Auftriebsenergiespeicher (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittel (14) im Bereich zwischen dem Auftriebskörper (100) und dem Stromgenerator (16) über eine Umlenkrolle (22) geführt ist, insbesondere wobei die Umlenkrolle (22) auf dem Grund eines den Auftriebskörper (100) aufnehmenden Gewässers angeordnet ist.
Auftriebskörper (100) zur Anordnung unterhalb eines Wasserspiegels (12), mit einer mit Gas befüllten oder befüllbaren Wandung (102) und mit Mitteln (104) zur Übertragung der Auftriebskraft auf ein in Richtung der Unterseite des Auftriebskörpers (100) wirkendes Zugmittel (14), dadurch gekennzeichnet, dass der Auftriebskörper (100) in seinem unteren Bereich eine Wassereintrittsöffnung (106) aufweist, welche ein Ein- bzw. Ausströmen von umgebendem Wasser in den unteren Bereich des Auftriebskörpers (100) erlaubt, und einen Anschluss (110) für komprimiertes Gas aufweist, welcher mit dem oberen Innenraum (108) des Auftriebskörpers (100) korrespondiert.
Auftriebskörper (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (110) für komprimiertes Gas einen Druckluftanschluss aufweist.
Auftriebskörper (100) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (110) auf der Oberseite des Auftriebskörpers (100) angeordnet ist, oder dass der Anschluss (110) an einem Steigrohr (112) angeordnet ist, dessen oberes Ende (114) im oberen Innenraum (108) des Auftriebskörpers (100) mündet.
Auftriebskörper (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (102) des Auftriebskörpers (100) starr oder flexibel ist.
Auftriebsenergiespeicher (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Auftriebskörper (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 10.
Verfahren zur Energiespeicherung, wobei - mit einem unterhalb eines Wasserspiegels (12) angeordneten Auftriebskörper (100), welcher mittelbar oder unmittelbar an einem in Richtung der Unterseite des Auftriebskörpers (100) wirkenden Zugmittel (14) festgelegt ist, und wobei das Zugmittel (14) durch ein Aufschwimmen des Auftriebskörpers (100) ausfahrbar und der Auftriebskörper (100) durch Einfahren des Zugmittels (14) absenkbar ist, - durch das Ausfahren des Zugmittels (14) mittelbar oder unmittelbar ein Stromgenerator (16) angetrieben wird, und - durch Betreiben eines Motors (18) mittelbar oder unmittelbar das Zugmittel (14) wieder eingefahren wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des Auftriebskörpers während des Absenkens mit komprimiertem Gas, insbesondere mit Druckluft, gespeist wird, und während des Aufschwimmens von komprimiertem Gas, insbesondere Druckluft, entleert wird.