DE102015109675B3

DE102015109675B3 - Pit shaft pumped storage power plant and method for operating the pit shaft pumped storage power plant

Info

Publication number: DE102015109675B3
Application number: DE102015109675.7A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-06-17
Filing date: 2015-06-17
Publication date: 2016-08-04
Anticipated expiration: 2035-06-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Grubenschacht-Pumpspeicherwerk und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Grubenschacht-Pumpspeicherwerkes, mit zumindest zwei in einem Grubenschacht (10) übereinander angeordneten Turbinen (12), zumindest einem oberhalb der Turbinen (12) angeordneten Wasserspeicher, zumindest einer Zuleitvorrichtung (14) zum Zuleiten von Wasser aus dem Wasserspeicher zu den Turbinen (12), zumindest einer Umwandlungseinrichtung (16) zum Umwandeln von Rotationsenergie der Turbinen (12) in elektrische Energie und zumindest einer von zumindest einer Antriebsvorrichtung (20) angetriebenen Pumpeinrichtung (18) zum Zurückbefördern des Wassers in den Wasserspeicher, wobei die Turbinen (12) eine gemeinsame Turbinenwelle (22) antreiben.The invention relates to a pit shaft pumped storage power plant and a method for operating such a pit shaft pumped storage plant, comprising at least two turbines (12) arranged one above the other in a pit shaft (10), at least one water storage device arranged above the turbines (12), at least one supply device (14 ) for supplying water from the water reservoir to the turbines (12), at least one conversion device (16) for converting rotational energy of the turbines (12) into electrical energy and at least one pumping device (18) driven by at least one drive device (20) for return transport the water into the water reservoir, wherein the turbines (12) drive a common turbine shaft (22).

Description

Die Erfindung betrifft ein Grubenschacht-Pumpspeicherwerk mit zumindest einem Grubenschacht, mit zumindest zwei im Grubenschacht übereinander angeordneten Turbinen, zumindest einem oberhalb der Turbinen angeordneten Wasserspeicher, zumindest einer Zuleitvorrichtung zum Zuleiten von Wasser aus dem Wasserspeicher zu den Turbinen, zumindest einer Umwandlungseinrichtung zum Umwandeln von Rotationsenergie der Turbinen in elektrische Energie und zumindest einer von zumindest einer Antriebsvorrichtung angetriebenen Pumpeinrichtung zum Zurückbefördern des Wassers in den Wasserspeicher sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Grubenschacht-Pumpspeicherwerkes.The invention relates to a pit shaft pumped storage power plant with at least one pit shaft, with at least two turbines stacked in the pit shaft, at least one arranged above the turbine water storage, at least one Zuleitvorrichtung for supplying water from the water storage to the turbines, at least one conversion means for converting rotational energy the turbine into electrical energy and at least one pump device driven by at least one drive device for returning the water into the water reservoir and a method for operating such a pit shaft pumped storage power plant.

Die Gewinnung von Energie aus regenerativen Energieträgern wie Wasser, Wind oder Sonne wird seit geraumer Zeit praktiziert. Ein bekanntes Problem dabei stellt die mangelnde Speichermöglichkeit der aus regenerativen Energieträgern gewonnenen Energie dar. Aus diesem Grund werden seit langer Zeit Pumpspeicherkraftwerke eingesetzt, die bei einem Energieüberschuss, infolge geringerer Abnahme durch Verbraucher und/oder infolge einer Überproduktion der Kraftwerke, Wasser auf ein Niveau höherer potentieller Energie befördern. Beispielsweise bei Nacht kann kontinuierlich Strom aus Wasser- und/oder Windkraft erzeugt werden, der jedoch nur in verhältnismäßig geringem Maße verbraucht wird. Dieser Überschuss an Energie wird im Wasser zwischengespeichert und bei Bedarf wieder zum Antreiben von Turbinen und zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt. Aus dem Stand der Technik ist bereits bekannt, Pumpspeicherwerke in aufgelassene Bergwerke zu integrieren, um auf diese Weise die großen Fallhöhen von bis zu mehreren Kilometern für die Energiegewinnung auszunutzen.The production of energy from renewable energy sources such as water, wind or sun has been practiced for some time. For this reason, pumped storage power plants are used for a long time, which in an energy surplus, due to lower consumer consumption and / or as a result of overproduction of power plants, water to a higher level promote potential energy. For example, at night continuously electricity from water and / or wind power can be generated, which is consumed only to a relatively small extent. This surplus of energy is temporarily stored in the water and, if necessary, used again to power turbines and generate electrical energy. From the prior art, it is already known to integrate pumped storage plants in abandoned mines, in order to exploit in this way the large drop heights of up to several kilometers for energy production.

Die DE 10 2008 007 169 A1 betrifft ein Bergwerk mit einem Wasserleitungssystem und mit Wasserspeicher(n) zur Gewinnung von elektrischer Energie über Wasserkraft, das mindestens einen Schacht sowie mindestens eine Sohle, mindestens einen Stollen oder/und mindestens einen anderen unterirdischen Hohlraum umfasst. Mindestens eine Sohle, mindestens ein Stollen oder/und mindestens ein anderer unterirdischer Hohlraum ist gegenüber dem Schacht oder/und seinen Einrichtungen absperrbar und kann bei Bedarf als Wasserspeicher genutzt werden. Mindestens ein Schacht oder/und mindestens ein Hohlraum des Bergwerks enthalten mindestens eine Turbine und mindestens einen Generator, die beim Einleiten oder/und beim Ablassen von Wasser nach unten elektrischen Strom erzeugen können.The DE 10 2008 007 169 A1 relates to a mine with a water supply system and water reservoir (s) for generating electrical energy via hydraulic power, comprising at least one shaft and at least one sole, at least one tunnel or / and at least one other underground cavity. At least one sole, at least one tunnel or / and at least one other underground cavity can be shut off from the shaft and / or its equipment and can be used as a water reservoir if required. At least one shaft and / or at least one cavity of the mine contain at least one turbine and at least one generator which can generate electric current when discharging and / or discharging water downwardly.

Die Integration eines Pumpspeicherwerks in ein aufgelassenes Bergwerk ist in konstruktiver Hinsicht komplex und in der Umsetzung äußerst schwierig. Insbesondere die Montage und Wartung von beispielsweise Turbinen und/oder Generatoren in tiefen Grubenschächten stellt ein nicht nur kostenintensives, sondern auch unter Sicherheitsaspekten gefährliches Unternehmen dar. The integration of a pumped storage plant in a abandoned mine is complex in terms of design and extremely difficult to implement. In particular, the assembly and maintenance of, for example, turbines and / or generators in deep pit shafts represents a not only costly, but also hazardous under security aspects company.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein wirtschaftlich günstiges, einfach zu errichtendes und einfach zu wartendes Grubenschacht-Pumpspeicherwerk sowie ein Verfahren zum Betreiben dieses Grubenschacht-Pumpspeicherwerks bereitzustellen. Object of the present invention is to provide an economically advantageous, easy to build and easy to maintain pit shaft pumped storage power plant and a method for operating this mine shaft pumped storage power plant.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs und ein Verfahren mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs gelöst. According to the invention this object is achieved by a device having the features of the main claim and a method having the features of the independent claim.

Das erfindungsgemäße Grubenschacht-Pumpspeicherwerk mit zumindest einem Grubenschacht, mit zumindest zwei im Grubenschacht übereinander angeordneten Turbinen, zumindest einem oberhalb der Turbinen angeordneten Wasserspeicher, zumindest einer Zuleitvorrichtung zum Zuleiten von Wasser aus dem Wasserspeicher zu den Turbinen, zumindest einer Umwandlungseinrichtung zum Umwandeln von Rotationsenergie der Turbinen in elektrische Energie und zumindest einer von zumindest einer Antriebsvorrichtung angetriebenen Pumpeinrichtung zum Zurückbefördern des Wassers in den Wasserspeicher, sieht vor, dass die Turbinen eine gemeinsame Turbinenwelle antreiben.The pit shaft pumped storage power plant according to the invention with at least one pit shaft, with at least two arranged in the pit shaft turbines, at least one arranged above the turbine water tank, at least one Zuleitvorrichtung for supplying water from the water storage to the turbines, at least one conversion means for converting rotational energy of the turbines into electrical energy and at least one pump device driven by at least one drive device for returning the water into the water reservoir, provides that the turbines drive a common turbine shaft.

Dadurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass das Grubenschacht-Pumpspeicherwerk in konstruktiver Hinsicht vereinfacht ausgestaltet ist. Die Umwandlungseinrichtung wandelt die Rotationsenergie einer zentralen Turbine in elektrische Energie um, wodurch eine turbinenspezifische Anordnung und Einrichtung von mehreren Umwandlungseinrichtungen entfällt. Durch die reduzierte Anzahl von Komponenten werden somit auch die Kosten für ein derartiges Pumpspeicherwerk unmittelbar reduziert. Je nach geographischer Lage des Pumpspeicherwerks ist der Wasserspeicher als Fluss ausgebildet, der über Leitungen zu dem Grubenschacht zuleitbar verbunden ist. Dadurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass kein künstlicher Wasserspeicher geschaffen werden muss. Ein weiterer Vorteil bei der Nutzung eines Flusses als Wasserspeicher liegt in einem nahezu konstant gehaltenen Wasserstand, trotz Wasserentnahme und Wiederzufuhr. Dadurch wird die Flora und Fauna des Flusses sowie seiner Umgebung nicht beeinträchtigt. Zur Sicherheit, dass das hin und/oder zurückgeführte Wasser keine ungewünschten Verunreinigungen enthält, werden bei Bedarf Filtereinrichtungen installiert.As a result, it is advantageously achieved that the pit shaft pumped storage power plant is simplified in terms of design. The conversion device converts the rotational energy of a central turbine into electrical energy, thereby eliminating turbine-specific placement and setup of multiple conversion devices. As a result of the reduced number of components, the costs for such a pumped storage plant are thus also reduced immediately. Depending on the geographic location of the pumped storage plant, the water reservoir is designed as a flow, which is conductively connected via lines to the pit shaft. This advantageously ensures that no artificial water storage needs to be created. Another advantage of using a river as a water reservoir is a nearly constant water level, despite water extraction and recirculation. This will not affect the flora and fauna of the river and its surroundings. To ensure that the back and / or returned water contains no unwanted impurities, filtering devices are installed if necessary.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Turbinen als Kaplanturbinen ausgebildet sind. Aufgrund der Verstellmöglichkeit von Laufschaufeln einer Kaplanturbine können die Turbinen so eingestellt werden, dass der Betrieb auch bei Teillasten mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad erfolgt. Ebenso können andere Turbinentypen verwendet werden, beispielsweise eine Francis-Turbine oder eine Pelton-Turbine. A development of the invention provides that the turbines are designed as Kaplan turbines are. Due to the adjustment of blades of a Kaplan turbine, the turbines can be adjusted so that the operation takes place even at partial loads with the highest possible efficiency. Likewise, other turbine types may be used, such as a Francis turbine or a Pelton turbine.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist jede Turbine mehrere Laufschaufeln auf, die über ein Gestänge so miteinander gekoppelt sind, dass in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Laufschaufeln gemeinsam verstellbar sind. In einer weiteren Weiterbildung der Erfindung sind vor jeder Turbine verstellbar gelagerte Leitschaufeln angeordnet, die über ein Gestänge so miteinander gekoppelt sind, dass in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Leitschaufeln gemeinsam verstellbar sind. Unter einem Gestänge wird eine mechanisch zusammenwirkende Konstruktion verstanden, die von einem Verstellantrieb bewegt wird. Damit soll aber nicht ausgeschlossen werden, dass das Gestänge auch elektrisch und/oder hydraulisch angetriebene Komponenten aufweisen kann. Die einzelnen Elemente des Gestänges können dabei als eine Stange oder ein Rohr ausgeführt sein und beispielsweise aus Metall bestehen. Unter dem Oberbegriff Gestänge fallen beispielsweise Verstellglieder sowie damit verbundene Umlenkeinrichtung, die wiederum mit einem Verstellring verbunden sein können, und die dazu ausgebildet sind, durch eine vorgegebene Kinematik eine Verstellung der Lauf- und/oder Leitschaufeln zu bewirken. Dadurch wird eine konstruktiv besonders einfache Lösung zur Verstellung mehrerer hintereinander angeordneter Laufschaufeln und Leitschaufeln realisiert. Auch die gleichzeitige Verstellung aller Laufschaufeln und/oder Leitschaufeln ist auf diese Weise möglich. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Verstellung der Laufschaufeln und Leitschaufeln nicht aktiv an den Schaufeln selbst erfolgen muss, sondern der mit dem Gestänge verbundene Verstellantrieb nahe oder an der Erdoberfläche angeordnet sein kann. Ein direkter, schneller und leichter Zugang für Wartungspersonal wird damit erreicht, komplizierte Wartungen weit unterhalb der Erdoberfläche unter Einsatz einer Abstiegsausrüstung entfallen dadurch.In a development of the invention, each turbine has a plurality of rotor blades which are coupled to one another via a linkage in such a way that rotor blades arranged one behind the other in the flow direction are jointly adjustable. In a further embodiment of the invention adjustable guide vanes are arranged in front of each turbine, which are coupled to one another via a linkage, that in the flow direction successively arranged vanes are adjustable together. Under a linkage is understood a mechanically cooperating construction, which is moved by an adjusting drive. But this should not be ruled out that the linkage can also have electrically and / or hydraulically driven components. The individual elements of the linkage can be designed as a rod or a pipe and for example consist of metal. Under the generic term rods fall for example adjusting members and associated deflection device, which in turn may be connected to an adjusting ring, and which are adapted to effect by a predetermined kinematics an adjustment of the rotor and / or vanes. As a result, a structurally particularly simple solution for adjusting a plurality of blades and vanes arranged one behind the other is realized. The simultaneous adjustment of all blades and / or vanes is possible in this way. Another advantage is that the adjustment of the blades and vanes does not have to be active on the blades themselves, but the adjusting drive connected to the linkage can be arranged close to or at the earth's surface. A direct, quick and easy access for maintenance personnel is achieved with it, complicated maintenance far below the surface of the earth using a descent equipment thereby eliminated.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Leitschaufeln stationär angeordnet sind. Stationär bedeutet, dass die Leitschaufeln positionsfest vor einer Turbine angeordnet sind und sich nicht mit den Turbinenschaufeln mitdrehen. Die Möglichkeit der Verstellung der Leitschaufeln ist dabei trotzdem gegeben. Vorteilhafterweise wird dadurch die Anzahl der rotierenden Komponenten reduziert und durch eine etwaige Rotation auftretende Drehschwingungen über einen weiten Drehzahlbereich, insbesondere bei Teillasten, vermindert. Darüber hinaus wird eine Gegenbewegung von rotierenden Leitschaufeln senkrecht zur Strömungsrichtung des Wassers vermieden, was für die Anströmung des Wassers zu den Laufschaufeln besonders vorteilhaft ist, da das zu den Turbinen hinzuführende Wasser derart umgelenkt wird, dass sich der Wirkungsgrad der nachgeordneten Turbine erhöht.A development of the invention provides that the guide vanes are arranged stationary. Stationary means that the guide vanes are arranged fixed in position in front of a turbine and do not rotate with the turbine blades. The possibility of adjusting the vanes is still given. Advantageously, this reduces the number of rotating components and reduces torsional vibrations occurring through any rotation over a wide speed range, in particular at partial loads. In addition, a counter-movement of rotating vanes is avoided perpendicular to the flow direction of the water, which is particularly advantageous for the flow of water to the blades, as the water to be supplied to the turbines is deflected in such a way that increases the efficiency of the downstream turbine.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Laufschaufeln und die Leitschaufeln innerhalb einer Hohlwelle angeordnet sind. Neben einer vorteilhafterweise kompakteren Konstruktion werden die bewegten Massen näher zur Rotationsachse der Hohlwelle hin angeordnet, was unmittelbar zu einer stabileren Rotationsbewegung der Hohlwelle beiträgt.A further embodiment of the invention provides that the moving blades and the guide vanes are arranged within a hollow shaft. In addition to an advantageously more compact construction, the moving masses are arranged closer to the axis of rotation of the hollow shaft, which directly contributes to a more stable rotational movement of the hollow shaft.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die zumindest eine Zuleitvorrichtung als die Hohlwelle selbst oder als ein die Hohlwelle radial umgebenes Rohr ausgebildet ist. Dadurch, dass die Funktion der Zuleitung über die Hohlwelle selbst realisiert wird, werden der konstruktive Aufwand, der Platzbedarf und die benötigten Kosten reduziert. A development of the invention provides that the at least one supply device is designed as the hollow shaft itself or as a hollow shaft radially surrounded tube. The fact that the function of the supply line is realized via the hollow shaft itself, the design complexity, space requirements and the required costs are reduced.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist die zumindest eine Umwandlungseinrichtung und/oder die Antriebsvorrichtung außerhalb des Grubenschachts angeordnet. Die Montage der Umwandlungseinrichtung und/oder der Antriebsvorrichtung, die Überwachung, der Zugang und/oder eine anstehende Wartung erfolgt dadurch unter vereinfachten Bedingungen, unter erhöhter Sicherheit, schneller und damit kostengünstiger. Die Umwandlungseinrichtung kann auch als Antriebsvorrichtung eingesetzt werden und die Hohlwelle zum Zurückbefördern des Wassers elektrisch antreiben. Darüber hinaus können die Hohlwelle und die Antriebsvorrichtung mechanisch, beispielsweise über ein Getriebe, miteinander gekoppelt werden. Die Umwandlungseinrichtung und/oder Antriebsvorrichtung kann zum Antreiben der Hohlwelle auch über regenerativ gewonnene Energie aus beispielsweise einer nahegelegenen Windkraftanlage angetrieben werden.In one embodiment of the invention, the at least one conversion device and / or the drive device is arranged outside the pit shaft. The assembly of the conversion device and / or the drive device, the monitoring, the access and / or an upcoming maintenance is carried out under simplified conditions, under increased security, faster and thus more cost-effective. The conversion device can also be used as a drive device and electrically drive the hollow shaft for the return of the water. In addition, the hollow shaft and the drive device can be coupled together mechanically, for example via a gear. The conversion device and / or drive device can be driven to drive the hollow shaft and regeneratively obtained energy from, for example, a nearby wind turbine.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zumindest eine Wartungsplattform innerhalb der Hohlwelle und/oder im Grubenschacht angeordnet ist. Die Wartungsplattform ist bevorzugt in der Nähe der Laufschaufeln angeordnet, dadurch wird bei Wartungsarbeiten ein direkter Zugriff zu den Laufschaufeln ermöglicht, um die Laufschaufeln beispielsweise auf Schäden hin überprüfen zu können. Es ist weiter bevorzugt vorgesehen, jeweils eine Wartungsplattform in die Nähe der Laufschaufeln jeder Turbine zu positionieren. Durch die Anordnung der Wartungsplattform in der Hohlwelle und/oder im Grubenschacht wird diese konstruktiv einfach in das zu errichtende Pumpspeicherwerk integriert, indem auf vorhandene Bestandteile wie den Grubenschacht und/oder die Hohlwelle zurückgegriffen wird, was auch den benötigten Platzbedarf reduziert. Optische Untersuchungen an den Turbinen können auch mit Hilfe einer in den Grubenschacht herabgelassenen Kamera vorgenommen werden.A development of the invention provides that at least one maintenance platform is arranged within the hollow shaft and / or in the pit shaft. The maintenance platform is preferably located in the vicinity of the blades, thereby allowing direct access to the blades during maintenance to check the blades for damage, for example. It is further preferred to position a respective maintenance platform in the vicinity of the blades of each turbine. The arrangement of the maintenance platform in the hollow shaft and / or in the pit shaft this is structurally simply integrated into the pumped storage plant to be built by recourse to existing components such as the pit shaft and / or the hollow shaft, which also reduces the space required. Optical investigations on the turbines can also be made with the help of a camera lowered into the pit shaft.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Turbinenwelle zumindest zwei form- und/oder stoffflüssig miteinander verbundene Elemente aufweist. Dadurch wird vorteilhafterweise ein elementweiser Zusammenbau oder Auseinanderbau ermöglicht. Die Elemente können stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen und/oder formflüssig, beispielsweise durch ein Gewinde, miteinander verbunden werden. Die Verbindung der Elemente wird somit besonders einfach und gleichzeitig kostengünstig realisiert. Die Verschraubung kann darüber hinaus auch über konisch verlaufende Gewindestücke realisiert werden. Wenn die Turbinenwelle über die Antriebsvorrichtung umgekehrt angetrieben werden soll, empfiehlt es sich zusätzlich zur Verschraubung die Elemente zu verschweißen, um ein Herausdrehen zu verhindern. Die Verbindung zwischen den Elementen kann auch über eine Flanschverbindung erfolgen, wobei die Elemente über beispielsweise Schraubverbindungen an den Flanschen miteinander verbunden werden. Ein Element besteht vorteilhafterweise aus einem Abschnitt der Hohlwelle, der die Hohlwelle antreibenden Turbine mit Laufschaufeln und der Turbine vorgeordneten Leitschaufeln. Die Unterteilung der Hohlwelle in Elemente ermöglicht darüber hinaus in Abhängigkeit und unter optimaler Ausnutzung der Tiefe des Grubenschachts eine Integration der gewünschten Anzahl an Elementen. Dabei kann eine Wandstärke der Hohlwelle variieren, um die wirkenden Zugbeanspruchungen, die aufgrund des Gewichts der unter einem Element angeordneten Elemente entstehen, sowie die unterschiedlichen hydrostatischen Drücke und Drehmomente aufnehmen zu können. Beispielsweise können tiefer im Schacht angeordnete Elemente der Hohlwelle verglichen mit höher angeordneten Elementen eine geringere Wandstärke aufweisen. A further embodiment of the invention provides that the turbine shaft has at least two positively and / or materially connected elements. This advantageously allows elementary assembly or disassembly. The elements can be cohesively, for example, by welding and / or liquid form, for example by a thread, connected to each other. The connection of the elements is thus realized particularly simple and at the same time cost. The screw connection can also be realized via tapered threaded pieces. If the turbine shaft is to be reversely driven via the drive device, it is recommended in addition to the screw connection to weld the elements to prevent unscrewing. The connection between the elements can also take place via a flange connection, wherein the elements are connected to one another via, for example, screw connections on the flanges. An element advantageously consists of a section of the hollow shaft, the hollow shaft driving turbine with blades and the turbine upstream guide vanes. The subdivision of the hollow shaft into elements also allows depending on and under optimal utilization of the depth of the pit shaft integration of the desired number of elements. In this case, a wall thickness of the hollow shaft can vary in order to absorb the tensile forces acting, which arise due to the weight of arranged under an element elements, as well as the different hydrostatic pressures and torques. For example, elements of the hollow shaft arranged deeper in the shaft can have a smaller wall thickness compared with elements arranged at a higher level.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die zumindest eine Pumpeinrichtung nach dem umgekehrten Funktionsprinzip einer Kaplanturbine arbeitet. Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Pumpeinrichtungen an einer gemeinsamen Antriebswelle angeordnet. Dabei ist jede Pumpeinrichtung nach dem umgekehrten Funktionsprinzip einer Kaplanturbine ausgebildet. Eine Möglichkeit für diese Anordnung besteht darin, die Hohlwelle als Antriebswelle zu nutzen und die die Hohlwelle antreibenden Turbinen als Pumpeinrichtungen zu verwenden. Um die Turbinen auf die Funktion von Pumpeinrichtungen umzustellen, werden die Leitschaufeln und/oder Laufschaufeln neu ausgerichtet und die Hohlwelle über die Antriebsvorrichtung angetrieben. Dadurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass keine separaten Pumpeinrichtungen installiert werden müssen, wodurch der konstruktive sowie finanzielle Aufwand bei den Pumpeinrichtungen gänzlich vermieden wird. Die Antriebswelle mit den daran angeordneten Pumpeinrichtungen kann auch in einem separaten zweiten Grubenschacht angeordnet sein, der mit dem ersten Grubenschacht derart verbunden ist, dass das in den ersten Grubenschacht eingeleitete Wasser in den zweiten Schacht abfließt und von dort aus in den Wasserspeicher zurückbefördert wird. In diesem Fall können die Leitschaufeln in Längsrichtung unterhalb der Laufschaufeln angeordnet sein oder es kann gänzlich auf die Leitschaufeln verzichtet werden. Durch die separate Pumpeinrichtung können die Turbinen in einem hinsichtlich des Wirkungsgrades günstigen Abstand angeordnet werden und die Laufschaufeln optimal auf die Förderbedingungen ausgerichtet werden.A development of the invention provides that the at least one pumping device operates on the reverse operating principle of a Kaplan turbine. In a further embodiment of the invention, a plurality of pumping means are arranged on a common drive shaft. Each pumping device is designed according to the reverse operating principle of a Kaplan turbine. One possibility for this arrangement is to use the hollow shaft as a drive shaft and to use the hollow shaft driving turbines as pumping devices. To convert the turbines to the function of pumping devices, the vanes and / or blades are realigned and the hollow shaft is driven via the drive device. This advantageously ensures that no separate pumping devices must be installed, whereby the constructive and financial outlay in the pumping devices is completely avoided. The drive shaft with the pumping devices arranged thereon can also be arranged in a separate second pit shaft, which is connected to the first pit shaft in such a way that the water introduced into the first pit shaft flows into the second shaft and is returned from there into the water reservoir. In this case, the vanes may be arranged longitudinally below the blades, or the vanes may be dispensed with entirely. The separate pumping means, the turbines can be arranged in a favorable in terms of efficiency distance and the blades are optimally aligned with the delivery conditions.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Grubenschacht-Pumpspeicherwerks, bei dem Wasser aus dem zumindest einen Wasserspeicher über die zumindest eine Zuleitvorrichtung zu den zumindest zwei Turbinen geleitet wird, bei dem über die zumindest eine Umwandlungseinrichtung Rotationsenergie der Turbinen in elektrische Energie umgewandelt wird, sieht vor, dass der Grubenschacht mit den zu den Turbinen geleiteten Wasser gefüllt wird und das Wasser über die zumindest eine von einer Antriebsvorrichtung angetriebenen Pumpeinrichtung in den Wasserspeicher zurückbefördert wird. Dadurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass zum Betreiben des Grubenschacht-Pumpspeicherwerks lediglich ein Grubenschacht benötigt wird. Weitere unterirdische Räumlichkeiten, wie beispielsweise Stollen oder Kavernen, zur Speicherung und/oder zur Entspannung des Wassers werden nicht benötigt.The method according to the invention for operating a pit shaft pumped storage plant, in which water is conducted from the at least one water reservoir via the at least one supply device to the at least two turbines, in which rotational energy of the turbines is converted into electrical energy via the at least one conversion device. that the pit shaft is filled with the water guided to the turbines and the water is conveyed back into the water reservoir via the at least one pump device driven by a drive device. This advantageously achieves that only one pit shaft is required to operate the pit shaft pumped storage power plant. Other underground premises, such as tunnels or caverns, for storing and / or relaxing the water are not needed.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Wasser durch mittels der Antriebsvorrichtung angetriebener Turbinen, bei denen die Laufschaufeln und/oder die Leitschaufeln verstellt werden, in den Wasserspeicher zurückbefördert wird. Vorteilhafterweise können die zur Energiegewinnung eingerichteten Turbinen somit auch als Pumpeinrichtungen eingesetzt werden. Eine Nachjustierung kann auch während des Betriebes erfolgen.A further development of the invention provides that the water is conveyed back into the water reservoir by means of turbines driven by the drive device, in which the moving blades and / or the guide vanes are adjusted. Advantageously, the turbines set up for energy production can thus also be used as pumping devices. A readjustment can also be done during operation.

Bei der Nutzung lediglich eines Grubenschachts können die Turbinen gleichermaßen die Funktion der Pumpeinrichtungen übernehmen. Hierfür ist notwendig, dass die Turbinen in einem geringeren Abstand, verglichen mit einer Anordnung zur reinen Energiegewinnung, angeordnet sind, wodurch sichergestellt wird, dass das gegen die Schwerkraft zu befördernde Wasser aus dem Grubenschacht befördert werden kann. Die Pumpeinrichtungen können auch nach dem Verdrängerprinzip arbeiten und das Wasser über einen kleineren Schacht, wie beispielsweise einen Belüftungsschacht, in den Wasserspeicher zurückbefördern. Die Turbinen können dann nur zur Energiegewinnung eingesetzt und in einem größeren Abstand zueinander im Grubenschacht angeordnet werden, so dass größere Fallhöhen zwischen den Turbinen und damit eine größere potentielle und kinetische Energie im Wasser gespeichert wird, die in elektrische Energie umgewandelt wird. Bei der Nutzung von beispielsweise zwei miteinander räumlich verbundenen Grubenschächten, wird ein Schacht für die Energiegewinnung und der andere Schacht zum Zurückbefördern des Wassers genutzt. Die Grubenschächte können auch räumlich voneinander trennbar sein, um Wartungsarbeiten in dem einen Schacht durchführen zu können, während in dem jeweils anderen Schacht Energie gewonnen oder das Wasser zur Oberfläche gefördert wird. If only one pit shaft is used, the turbines can equally assume the function of the pumping devices. For this purpose, it is necessary that the turbines are arranged at a smaller distance compared to a pure energy recovery arrangement, thereby ensuring that the water to be conveyed against gravity can be carried out of the pit shaft. The pumping devices can also work on the positive displacement principle and the water back through a smaller shaft, such as a ventilation shaft, in the water reservoir. The turbines can then be used only for energy and in one greater distance from each other in the pit shaft are arranged so that larger drop heights between the turbines and thus a larger potential and kinetic energy is stored in the water, which is converted into electrical energy. When using, for example, two mutually connected pit shafts, one shaft is used for energy production and the other shaft for recirculating the water. The mine shafts can also be spatially separable from one another in order to carry out maintenance work in one shaft, while energy is gained in the other shaft or the water is conveyed to the surface.

Vorteilhaft bei einem erfindungsgemäßen Grubenschacht-Pumpspeicherwerk ist weiterhin, dass elektrisch angetriebene Komponenten an der oder nahe der Erdoberfläche angeordnet werden können, insbesondere so, dass sie vom Wasser abgeschottet sind. Dadurch kann einerseits der Wartungsaufwand vermindert und andererseits Ausfälle durch etwaige Kurzschlüsse verhindert werden.Another advantage of a pit shaft pumped storage plant according to the invention is that electrically driven components can be arranged at or near the earth's surface, in particular so that they are sealed off from the water. As a result, on the one hand reduces the maintenance and on the other hand failures can be prevented by any short circuits.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying figures. Show it:

1a, 1b – zwei prinzipielle Ausführungsformen des Grubenschacht-Pumpspeicherwerks; 1a . 1b - Two basic embodiments of the pit shaft pumped storage power plant;

2a, 2b – eine schematische Darstellung eines Hohlwellenelementes und eine Verbindungslösung zu einem weiteren Hohlwellenelement; 2a . 2 B A schematic representation of a hollow shaft element and a connection solution to a further hollow shaft element;

3a–3d – schematische Darstellungen eines mit Stützvorrichtungen gestützten Zweirohrsystems; 3a - 3d - Schematic representations of a supported with support devices two-pipe system;

4a, 4b – schematische Darstellungen eines Gestänges; 4a . 4b - schematic representations of a linkage;

5a–5d – schematische Darstellungen von Umlenkeinrichtungen für die Leit- und Laufschaufeln; 5a - 5d - Schematics of deflectors for the guide and blades;

6a–6d – schematische Darstellungen der Anordnung der Leit- und Laufschaufeln bei einem Einrohrsystem; 6a - 6d - Schematics of the arrangement of the guide and rotor blades in a single-pipe system;

7a, 7b – eine schematische Darstellung der Verstellmöglichkeit von Laufschaufeln bei einem Einrohrsystem; 7a . 7b A schematic representation of the adjustment of blades in a monotube system;

8a, 8b –schematische Darstellungen einer Haltekonstruktion mit Spannseilen; 8a . 8b -Schematic representations of a support structure with tension cables;

9 – eine schematische Darstellung einer mit einer Rückverankerung ausgestatteten Turbinenwelle; 9 A schematic representation of a turbine shaft equipped with a rear anchorage;

10a–10d – schematische Darstellungen einer Spannvorrichtung und der Rückverankerung; sowie 10a - 10d - Schematics of a tensioning device and the back anchorage; such as

11 – eine schematische Darstellung eines in eine Bergbauanlage integrierten Grubenschacht-Pumpspeicherwerks 11 - A schematic representation of a mine shaft pumped storage plant integrated into a mining plant

In der 1a ist schematisch ein Grubenschacht-Pumpspeicherwerk als ein Einrohrsystem 70 dargestellt. Wasser gelangt aus einem nicht dargestellten Wasserspeicher, der an der Erdoberfläche angeordnet ist, über eine mit dem Wasserspeicher verbundene Zuleitvorrichtung 14 in eine Hohlwelle 22. Das Wasser trifft in der Hohlwelle 22 zunächst auf innerhalb der Hohlwelle 22 angeordnete und mit der Hohlwelle 22 mitrotierende Leitschaufeln 26, die das Wasser zu den Laufschaufeln 24 der dahinter angeordneten Turbine 12 leiten, wodurch die Turbine 12 angetrieben wird. Die Rotationsenergie der Turbine 12 wird über eine an der Erdoberfläche angeordnete Umwandlungseinrichtung 16 in elektrische Energie umgewandelt. Die Umwandlungseinrichtung 16 ist bevorzugt als Drehgenerator ausgebildet, wobei ein Stator die Hohlwelle 22 radial umgibt und ein innerhalb des Stators angeordneter Rotor durch einen dafür eingerichteten Abschnitt der Hohlwelle 22 gebildet wird. Über eine Pumpeinrichtung 18, die durch die Turbine 12 gebildet wird, und von einer Antriebsvorrichtung 20 angetrieben wird, wird das Wasser aus dem Grubenschacht 10 über die Zuleitvorrichtung 14 zurück in den Wasserspeicher gefördert. Die Umwandlungseinrichtung 16 und die Antriebsvorrichtung 20 sind an der Erdoberfläche angeordnet. Das prinzipiell dargestellte Lager 50, mit dem die Hohlwelle 12 hängend gelagert wird, sowie die Umwandlungseinrichtung 16 und die Antriebsvorrichtung 20 sind auf einem Fundament 52 abgestützt. Das Lager 50 kann beispielsweise als Drucklager ausgebildet sein und eine sphärische Unterseite aufweisen, die auf dem dazu passenden Gegenstück aufliegt und darauf gleitet. Dadurch können die angreifenden Gewichtskräfte der Turbinenwelle 22 großflächiger und auch seitlich in das umliegende Erdreich eingeleitet werden, insbesondere kann dadurch ein mit der Zeit einhergehendes Absacken des Systems verlangsamt oder gar vermieden werden. Das Fundament 52 ist dabei aus Beton oder aus einem ähnlich tragfähigen Material und/oder einer Materialkombination ausgestaltet. Die Verstellung der Leitschaufeln 26 und/oder Laufschaufeln 24 erfolgt über ein Gestänge 30, das zumindest einen Verstellantrieb 34 und ein damit verbundenes Verstellglied 32 aufweist. Der Verstellantrieb 34 ist als Hydraulikzylinder ausgebildet, das Verstellglied 32 ist beispielsweise aus Metall gefertigt. Die Leitschaufeln 26 und das Gestänge 30 rotieren bei dieser Ausführungsform mit der Hohlwelle 22 mit. Zur Wartung der Turbine 12 ist innerhalb des Grubenschachts 10 eine Wartungsplattform 54 angeordnet.In the 1a is schematically a pit shaft pumped storage power plant as a single-tube system 70 shown. Water passes from a water storage, not shown, which is arranged on the earth's surface, via a feed device connected to the water reservoir 14 in a hollow shaft 22 , The water hits in the hollow shaft 22 initially on within the hollow shaft 22 arranged and with the hollow shaft 22 co-rotating vanes 26 putting the water to the blades 24 the turbine behind it 12 conduct, causing the turbine 12 is driven. The rotational energy of the turbine 12 is via a arranged on the earth surface conversion means 16 converted into electrical energy. The conversion device 16 is preferably designed as a rotary generator, wherein a stator, the hollow shaft 22 radially surrounds and disposed within the stator rotor through a section of the hollow shaft provided therefor 22 is formed. About a pumping device 18 passing through the turbine 12 is formed, and of a drive device 20 is driven, the water from the pit shaft 10 via the supply device 14 promoted back to the water reservoir. The conversion device 16 and the drive device 20 are arranged on the earth's surface. The bearing shown in principle 50 with which the hollow shaft 12 is stored hanging, as well as the conversion device 16 and the drive device 20 are on a foundation 52 supported. The warehouse 50 For example, it can be designed as a thrust bearing and have a spherical underside which rests on the matching counterpart and slides thereon. This allows the attacking weight forces of the turbine shaft 22 be introduced over a large area and also laterally into the surrounding soil, in particular, thereby slowing down a time-accompanied sagging of the system or even avoided. The foundation 52 is configured of concrete or a similarly load-bearing material and / or a material combination. The adjustment of the vanes 26 and / or blades 24 via a linkage 30 , the at least one adjusting drive 34 and an associated adjustment member 32 having. The adjustment drive 34 is designed as a hydraulic cylinder, the adjusting 32 is made of metal, for example. The vanes 26 and the linkage 30 rotate in this embodiment with the hollow shaft 22 With. For maintenance of the turbine 12 is inside the pit shaft 10 a maintenance platform 54 arranged.

In 1b ist ein Grubenschacht-Pumpspeicherwerk als ein Zweirohrsystem 72 dargestellt. Im Unterschied zu 1a umgibt die Hohlwelle 22 ein Rohr 60. Das Rohr 60 erfüllt bei diesem System die Funktion der Zuleitvorrichtung 14, das Wasser zu den Leitschaufeln 26 und den Laufschaufeln 24 der Turbinen 12 zu leiten. Die Leitschaufeln 26 sind an dem Rohr 60 angeordnet und nach radial innen gerichtet. Die Verstellung der Leitschaufeln 26 erfolgt wie bei dem Einrohrsystem über ein Gestänge 30, das in diesem Fall an einer Außenwand des Rohres 60 angeordnet ist. Die Leitschaufeln 26 sind bei der Darstellungsform stationär angeordnet, und rotieren demnach nicht mit den Laufschaufeln 24 sowie der Hohlwelle 22 mit. Die Laufschaufeln 24 sind außen an der Hohlwelle 22 angeordnet. Die Verstellung der Laufschaufeln 24 erfolgt über ein innerhalb der Hohlwelle 22 angeordnetes Gestänge 30. Die Verstellantriebe 34 der Gestänge 30 sind bevorzugt nahe und/oder an der Erdoberfläche angeordnet. Das Zurückbefördern des Wassers aus dem Grubenschacht 10 in den Wasserspeicher erfolgt wie beim Einrohrsystem 70 durch mittels einer Antriebsvorrichtung 20 angetriebenen Pumpeinrichtungen 18, die durch die Turbinen 12 gebildet werden, wobei die Antriebsvorrichtung 20 die Hohlwelle 22 in umgekehrter Richtung antreiben kann. Die Laufschaufeln 24 und Leitschaufeln 26 können beim Einrohrsystem 70 und beim Zweirohrsystem 72 auch so eingestellt werden, dass die Hohlwelle 22 in die gleiche Richtung, wie bei der Energiegewinnung, gedreht wird.In 1b is a pit shaft pumped storage plant as a two-pipe system 72 shown. In contrast to 1a surrounds the hollow shaft 22 a pipe 60 , The pipe 60 fulfills the function of the supply device in this system 14 , the water to the vanes 26 and the blades 24 the turbines 12 to lead. The vanes 26 are on the pipe 60 arranged and directed radially inward. The adjustment of the vanes 26 takes place as in the monotube system via a linkage 30 in this case, on an outside wall of the pipe 60 is arranged. The vanes 26 are arranged stationary in the form of representation, and therefore do not rotate with the blades 24 as well as the hollow shaft 22 With. The blades 24 are outside of the hollow shaft 22 arranged. The adjustment of the blades 24 takes place via a within the hollow shaft 22 arranged linkage 30 , The adjusting drives 34 the linkage 30 are preferably located near and / or on the earth's surface. Returning the water from the pit shaft 10 in the water tank takes place as in the single-pipe system 70 by means of a drive device 20 driven pumping devices 18 passing through the turbines 12 are formed, wherein the drive device 20 the hollow shaft 22 can drive in the opposite direction. The blades 24 and vanes 26 can with the monotube system 70 and the two-pipe system 72 also be adjusted so that the hollow shaft 22 in the same direction as in energy production, is rotated.

In 2a ist ein Element 40 der Hohlwelle 22 bei einem Einrohrsystem 70 dargestellt. Jedes Element 40 besteht aus einem Abschnitt der Hohlwelle 22 sowie innerhalb der Hohlwelle angeordneter Leitschaufeln 26 sowie Laufschaufeln 24. Die Verstellung der Leitschaufeln 26 erfolgt über eine mechanische Umlenkeinrichtung 38, die außerhalb der Hohlwelle 22 angeordnet ist. Die Verstellung der Laufschaufeln 24 erfolgt ebenfalls von außerhalb der Hohlwelle 22 über das angedeutete Gestänge 30. Wie in 2b dargestellt, werden die Elemente 40 über ein Gewinde 42 formschlüssig miteinander verbunden. Zur Stabilisierung der Gewindeverbindung werden in der Nähe des Gewindes 42 jeweils ein innerhalb der Hohlwelle 22 angeordneter und nach radial außen gegen die Wand der Hohlwelle 22 drückender Ring 44 sowie ein die Hohlwelle 22 umfassender und von außen nach radial innen drückender Ring 44 an die Hohlwelle 22 angeschweißt. Dadurch wird ein Ausgleich in der durch das vorliegende Gewinde reduzierten Wandstärke geschaffen. In der Nähe des Gewindes 42 ist jeweils nur ein Ring 44 an einem Element 40 angeschweißt. In 2a is an element 40 the hollow shaft 22 in a monotube system 70 shown. Every element 40 consists of a section of the hollow shaft 22 and within the hollow shaft arranged vanes 26 as well as blades 24 , The adjustment of the vanes 26 via a mechanical deflection 38 outside the hollow shaft 22 is arranged. The adjustment of the blades 24 also takes place from outside the hollow shaft 22 over the indicated linkage 30 , As in 2 B represented, the elements become 40 over a thread 42 positively connected with each other. To stabilize the threaded connection be close to the thread 42 one inside the hollow shaft 22 arranged and radially outward against the wall of the hollow shaft 22 pressing ring 44 and a hollow shaft 22 comprehensive and from outside to radially inside pressing ring 44 to the hollow shaft 22 welded. This creates a balance in the reduced by the present thread wall thickness. Near the thread 42 is only one ring at a time 44 on an element 40 welded.

Die 3a/3c und 3b/3d zeigen schematisch dargestellte Stützvorrichtungen 36 für ein Einrohrsystem 70. Die Stützvorrichtungen 36 dienen zur Schwingungsreduzierung und damit zur Stabilisierung des Rohres 60. Da sich das Rohr 60 nicht mit der Hohlwelle 22 mitdreht, drücken die Stützvorrichtungen 36 von radial außen gegen das Rohr 60 oder gegen das am Rohr entlanglaufende Gestänge 30. Die Stützvorrichtung ist als an eine Wand des Grubenschachts 10 befestigte Rolle 36a oder als Gleitring 36b ausgestaltet.The 3a / 3c and 3b / 3d show schematically illustrated support devices 36 for a single-pipe system 70 , The support devices 36 serve to reduce vibration and thus stabilize the pipe 60 , Because the pipe 60 not with the hollow shaft 22 also turns, press the support devices 36 from radially outside against the pipe 60 or against the pipe running along the pipe 30 , The support device is as on a wall of the pit shaft 10 attached role 36a or as a sliding ring 36b designed.

Die 4a und 4b zeigen schematisch die Anordnung des Gestänges 30 an der Hohlwelle 22 bei einem Einrohrsystem 70. Das Gestänge 30 ist in ein an der Hohlwelle anliegendes innenliegendes Gestänge 30a und ein an dem innenliegenden Gestänge 30a anliegenden außenliegenden Gestänge 30b untergliedert. Jeweils ein Gestänge 30a, 30b wird zum Verstellen der Leitschaufeln 26 oder der Laufschaufeln 24 eingesetzt. Der Verstellantrieb 34 des innenliegenden Gestänges 30a ist mit einem Gleitring 46 verbunden, der auf der Außenseite der Hohlwelle 22 gleitet. Ein Verstellglied 32 ist an dem Gleitring 46 angeordnet und über den Verstellantrieb 34 in einer vertikalen Richtung verschiebbar. Das außenliegende Gestänge 30b weist ebenfalls einen mit einem Gleitring 46 verbundenen Verstellantrieb 34 auf, wobei der Gleitring 46 die Verstellglieder 32 des innenliegenden Gestänges 30a umgibt und an diesen entlang gleitet. Die Gleitringe 46 sind jeweils präzise auf einem Laufuntergrund geführt, wodurch ein Gleichlauf aller Gestänge 30 auch bei unterschiedlichen Betriebslasten realisiert werden kann.The 4a and 4b show schematically the arrangement of the linkage 30 on the hollow shaft 22 in a monotube system 70 , The linkage 30 is in an applied to the hollow shaft inner linkage 30a and one on the inside linkage 30a adjacent external linkage 30b subdivided. One linkage each 30a . 30b is used to adjust the vanes 26 or the blades 24 used. The adjustment drive 34 of the internal linkage 30a is with a sliding ring 46 connected to the outside of the hollow shaft 22 slides. An adjuster 32 is on the slip ring 46 arranged and on the adjustment 34 displaceable in a vertical direction. The external linkage 30b also has one with a slip ring 46 connected adjusting drive 34 on, with the sliding ring 46 the adjusting members 32 of the internal linkage 30a surrounds and slides along them. The slip rings 46 are each precisely guided on a running surface, whereby a synchronization of all linkage 30 can be realized even with different operating loads.

In 5a sind die Umlenkeinrichtungen 38 für die Leitschaufeln 26 und Laufschaufeln 24 für ein Zweirohrsystem 72 schematisch dargestellt. Die Laufschaufeln 24 sind jeweils mit einer Umlenkeinrichtung 38 verbunden. Jede Umlenkeinrichtung 38 der Laufschaufeln 24 ist an einem Verstellring 48 befestigt, der wiederum an einem zentral in der Hohlwelle 22 verlaufenden Gestänge 30 befestigt ist. Diese Konstruktion ermöglicht es, durch eine einfache vertikale Verschiebung des Gestänges 30 die Laufschaufeln 24 zusammen zu verstellen. Das Prinzip dieser Kinematik ist in 5c dargestellt. Die Verstellung der Leitschaufeln 26 erfolgt über eine mit einem Gleitring 49 verbundene Umlenkeinrichtung 39. Der Gleitring 49 ist mit einem nicht dargestellten außen verlaufenden Gestänge so verbunden, dass eine vertikale Bewegung des Gestänges eine Drehbewegung des Gleitringes 49 bewirkt. Dazu kann eine entsprechende Verzahnung am Gleitring 49 und dem Gestänge vorgesehen sein, die beispielsweise mit einem Kegelradgetriebe miteinander gekoppelt sind. Vorteilhafter ist es, die starren Elemente der Umlenkeinrichtung längenvariabel auszugestalten, beispielsweise über ein Gewinde oder einen Spannverschluss. Auf diese Weise kann eine Montage erleichtert und im montierten Zustand eine Feineinstellung vorgenommen werden, um etwaige Ungleichmäßigkeiten in der Verstellung der einzelnen Laufschaufeln auszugleichen.In 5a are the diverters 38 for the vanes 26 and blades 24 for a two-pipe system 72 shown schematically. The blades 24 are each with a diverter 38 connected. Each deflection device 38 the blades 24 is on an adjusting ring 48 attached, in turn, to a central in the hollow shaft 22 running linkage 30 is attached. This construction allows, by a simple vertical displacement of the linkage 30 the blades 24 to adjust together. The principle of this kinematics is in 5c shown. The adjustment of the vanes 26 via one with a sliding ring 49 connected deflection device 39 , The sliding ring 49 is connected to an externally extending linkage, not shown, so that a vertical movement of the linkage a rotational movement of the slide ring 49 causes. For this purpose, a corresponding toothing on the sliding ring 49 and be provided to the linkage, which are coupled together, for example with a bevel gear. It is more advantageous to configure the rigid elements of the deflection variable in length, for example via a thread or a tension lock. In this way, an assembly can be facilitated and in the In the assembled state, a fine adjustment can be made to compensate for any irregularities in the adjustment of the individual blades.

In 5d ist die in 5a dargestellte Ausführungsform in einer Draufsicht dargestellt. Dadurch, dass ein mit einem zentralen Verstellglied 32 verbundener Verstellring 48 eingesetzt wird, entsteht ein Montagedurchgang 56, durch den ein Mensch beispielsweise für Wartungsarbeiten hindurch gelangt. In 5d is the in 5a illustrated embodiment shown in a plan view. By having one with a central adjuster 32 connected adjusting ring 48 is used, creates a mounting passage 56 through which a human, for example, gets through for maintenance work.

Eine schematische Darstellung der Laufschaufeln 24 bei einem Einrohrsystem 70 ist in 6a dargestellt. Die Laufschaufeln 24 sind an der Hohlwelle 22 befestigt und nach radial innen gerichtet. Die Verstellung der Laufschaufeln 24 erfolgt über jeweils ein außen an der Hohlwelle 22 angeordnetes Gestänge 30. Ein Montagedurchgang kann beispielsweise auch dadurch entstehen, dass die Leitschaufeln 26 und Laufschaufeln 24 in der Neigung verstellt werden. A schematic representation of the blades 24 in a monotube system 70 is in 6a shown. The blades 24 are on the hollow shaft 22 attached and directed radially inward. The adjustment of the blades 24 takes place via in each case an outside of the hollow shaft 22 arranged linkage 30 , An assembly passage may also arise, for example, in that the guide vanes 26 and blades 24 be adjusted in inclination.

In 6b ist eine mögliche Ausrichtung der Leitschaufeln 26 und der Laufschaufeln 24 dargestellt. Die Leitschaufeln 26 sind so eingestellt, dass das durchströmende Wasser aus einer mit schräg verlaufenden Pfeilen gekennzeichneten Richtung kommend auf die Laufschaufeln 24 auftrifft. Durch das Umlenken des Wassers näher zur mit einem waagerecht verlaufenen Pfeil gekennzeichneten Rotationsrichtung der Laufschaufeln 24 hin, wird die im Wasser gespeicherte Energie effektiver für die Rotation der Laufschaufeln eingesetzt, wodurch eine Erhöhung des Wirkungsgrades bei der Energieumwandlung auch bei Teilasten erreicht wird.In 6b is a possible orientation of the vanes 26 and the blades 24 shown. The vanes 26 are set so that the water flowing through from a direction indicated by oblique arrows coming on the blades 24 incident. By deflecting the water closer to the direction of rotation with a horizontally running arrow of the blades 24 In addition, the energy stored in the water is used more effectively for the rotation of the blades, whereby an increase in the efficiency of energy conversion is achieved even with partial loads.

In 6c ist eine schematische Darstellung einer verstellbaren Leitschaufel 26 und Laufschaufel 24 dargestellt. Die Laufschaufeln 24 und Leitschaufeln 26 sind an einer Innenwand der Hohlwelle 22 angeordnet und nach radial innen gerichtet. Die Verstellung erfolgt jeweils über ein von außen durch die Hohlwelle 22 durchtretendes Gestänge 30. Eine Wand der Hohlwelle 22 dient dabei als Lager für die Laufschaufeln 24 und Leitschaufeln 26, indem das mit den Schaufeln 24, 26 verbundene Gestänge durch jeweils einen Durchtritt in der Hohlwelle gehalten und geführt wird. In 6c is a schematic representation of an adjustable vane 26 and blade 24 shown. The blades 24 and vanes 26 are on an inner wall of the hollow shaft 22 arranged and directed radially inward. The adjustment takes place in each case via an externally through the hollow shaft 22 penetrating linkage 30 , A wall of the hollow shaft 22 serves as a bearing for the blades 24 and vanes 26 by doing that with the blades 24 . 26 connected rod is held and guided by one passage in the hollow shaft.

In 6d ist eine schematische Anordnung von Leitschaufeln 26 dargestellt, die innerhalb der Hohlwelle 22 angeordnet und nach radial innen gerichtet sind. Die Verstellung der Leitschaufeln 26 erfolgt von außen über das durch die Hohlwelle durchtretende Gestänge 30.In 6d is a schematic arrangement of vanes 26 shown inside the hollow shaft 22 arranged and directed radially inward. The adjustment of the vanes 26 takes place from the outside via the rod passing through the hollow shaft 30 ,

Die 7a und 7b zeigen eine Ausführungsform für ein Einrohrsystem 70, bei dem jeweils hintereinander angeordnete Laufschaufeln 24 jeweils über eine Umlenkeinrichtung 38 mit einem Gestänge 30 verbunden sind, so dass die Laufschaufeln 24 durch eine vertikale Bewegung des Gestänges 30 gemeinsam verstellt werden. Das Gestänge 30 ist so an der Hohlwelle angeordnet, dass es gemeinsam mit der Hohlwelle 22 rotiert.The 7a and 7b show an embodiment for a monotube system 70 in which in each case arranged rotor blades 24 in each case via a deflection device 38 with a linkage 30 are connected, so the blades 24 by a vertical movement of the linkage 30 be adjusted together. The linkage 30 is arranged on the hollow shaft, that it is common with the hollow shaft 22 rotates.

Eine Haltekonstruktion mit Spannseilen 80 ist in den 8a und 8b dargestellt. Die Spannseile 80 werden entlang der Turbinenwelle 22 geführt und mit einer Spannvorrichtung 82 am Lager 50 festgelegt. Die Spannseile 80 sind gleichmäßig um die Turbinenwelle 22 verteilt. Bei dem dargestellten Einrohrsystem 70 drehen die am Lager 50 festgelegten Spannseile 80 mit der Turbinenwelle 22 mit. Die Spannseile 80 können auch bei einem Zweirohrsystem 72 verwendet werden, dazu können die Spannseile 80 innerhalb der Turbinenwelle 22 angeordnet sein. Durch die Spannseile 80 können die Wandstärken der Elemente 40 der Turbinenwelle 22 reduziert werden, da die durch das Eigengewicht der Turbinenwelle 22 im Material der Turbinenwelle 22 herrschenden Zugbeanspruchungen verringert werden. Bei der Montage der Elemente 40, kann das unterste Element 40 von den Spannseilen 80 getragen werden, während weitere Elemente 40 nacheinander von unten nach oben montiert werden. Zur Unterstützung der Spannseile kann am Grund des Grubenschachtes eine Hydraulikplattform vorgesehen sein, auf der das unterste Element 40 aufliegt. A holding construction with tensioning cables 80 is in the 8a and 8b shown. The tension cables 80 be along the turbine shaft 22 guided and with a tensioning device 82 in stock 50 established. The tension cables 80 are even around the turbine shaft 22 distributed. In the illustrated monotube system 70 turn the stock 50 fixed tension cables 80 with the turbine shaft 22 With. The tension cables 80 can also be used with a two-pipe system 72 The tensioning cables can be used 80 inside the turbine shaft 22 be arranged. Through the tension cables 80 can change the wall thicknesses of the elements 40 the turbine shaft 22 be reduced because of the weight of the turbine shaft 22 in the material of the turbine shaft 22 prevailing tensile stresses are reduced. When assembling the elements 40 , may be the lowest element 40 from the tension cables 80 be worn while other elements 40 be successively mounted from bottom to top. To support the tension cables can be provided at the bottom of the pit shaft, a hydraulic platform on which the lowest element 40 rests.

Die Festlegung der Spannseile 80 am unteren Ende der Turbinenwelle 22 oder des Rohres 60 erfolgt mit einer Rückverankerung 88, wie in 9 schematisch dargestellt. Die nicht in der Figur eingezeichneten Spannseile verlaufen entlang der Außenseite der Turbinenwelle 22 oder des Rohres 60. Die Hohlwelle 22 verläuft im unteren Abschnitt konisch nach außen und ist stellenweise geschlitzt, so dass die Spannseile 80 durch den Schlitz hindurchgeführt werden können, um die Rückverankerung 88 jeweils mittig und damit möglichst drehmomentfrei gegen das Ende der Hohlwelle 22 zu drücken. Um das Wasser strömungsgünstig aus der Hohlwelle 22 zu führen, ist ein Leitblech 89 so an der Rückverankerung 88 und der Hohlwelle 22 angeordnet, dass ein gerader Auslauf entsteht.The determination of the tension cables 80 at the lower end of the turbine shaft 22 or the pipe 60 done with a back anchor 88 , as in 9 shown schematically. The tensioning cables, not shown in the figure, run along the outside of the turbine shaft 22 or the pipe 60 , The hollow shaft 22 runs conically outwards in the lower section and is partially slotted, so that the tensioning cables 80 can be passed through the slot to the rear anchorage 88 each center and thus possible torque-free against the end of the hollow shaft 22 to press. To make the water streamlined from the hollow shaft 22 to guide is a baffle 89 so at the anchorage 88 and the hollow shaft 22 arranged that a straight spout arises.

Für die Einspannung der Spannseile 80 nahe oder an der Erdoberfläche wird jedes Spannseil 80 in seine Litzen 81 aufgeteilt und jede Litze 81 durch eine Spannvorrichtung 82 geführt und gehalten, wie in 10a dargestellt. Die Spannvorrichtung 82 übt eine Klemmwirkung über Keile 83b auf die Litze 81 aus. Zum Vorspannen der Litzen 81 wird jede Litze von mehreren Spannbacken 85 gehalten. Die Spannbacken 85 befinden sich auf einem Spannschlitten 84, der beispielsweise hydraulisch verschiebbar angeordnet ist. Der Spannschlitten 84 stützt sich beim Verfahren auf den Spannelementen 83a ab, die auf die Keile 83b drücken und dadurch die Einspannung sicherstellen. Die Einspannung der Litzen 81 durch die Spannbacken 85 sowie die Verschiebung der Litzen 81 durch den Spannschlitten 84 ist mit den eingezeichneten Pfeilen angedeutet. Es können mehrere Spannvorgänge notwendig sein. Dazu werden die Spannbacken 85 nach jeder Verschiebung gelöst, wobei die Litzen 81 über die Keile 83b der Spannvorrichtung 82 gehalten werden. Die Litzen 81 jedes Spannseils 80 sind wie in 10b dargestellt kreisförmig angeordnet, um für die Spannvorrichtung 82 ausreichend Platz vorzusehen, da die Spannvorrichtung 82 zur Handhabung der hohen Zugbeanspruchungen an den Litzen 81 ausreichend groß dimensioniert werden müssen. Die Spannseile 80 können auch als Ganzes eingespannt werden.For clamping the tensioning cables 80 near or at the surface of the earth is every tensioning rope 80 in his strands 81 split and every strand 81 through a tensioning device 82 led and held, as in 10a shown. The tensioning device 82 exerts a clamping action over wedges 83b on the wire 81 out. For pretensioning the strands 81 Each strand is made up of several jaws 85 held. The jaws 85 are on a tension slide 84 , which is arranged, for example, hydraulically displaceable. The tension slide 84 relies on the clamping elements during the procedure 83a off, on the wedges 83b Press and thereby ensure the clamping. The clamping of the strands 81 through the jaws 85 as well as the displacement of the strands 81 through the tension slide 84 is indicated by the arrows. It may be necessary several clamping operations. These are the jaws 85 solved after each shift, with the strands 81 over the wedges 83b the tensioning device 82 being held. The strands 81 each guy rope 80 are like in 10b shown arranged circularly for the tensioning device 82 to provide sufficient space, since the clamping device 82 for handling the high tensile stresses on the strands 81 must be sufficiently large dimensions. The tension cables 80 can also be clamped as a whole.

Jedes Spannseil 80 ist von einem Hüllrohr 86 umgeben. Das Hüllrohr 86 kann mit einem vor Korrosion schützenden Mittel gefüllt werden. Am unteren Ende der Turbinenwelle 22 ist eine Rückverankerung 88 angeordnet, die ringförmig ausgebildet sein kann. Das Hüllrohr 86 ist an der Rückverankerung 88 festgelegt, beispielsweise angeschraubt. Das Spannseil 80 wird in Litzen 81 aufgeteilt und diese mit einer Spannvorrichtung 82 eingespannt. Dabei werden die Keile 83b von Spannelementen 83a, die über eine Verschraubung vorgespannt werden, gespannt und die Litze 81 zwischen den Keilen 83b gehalten. Die Rückverankerung 88 ist so angeordnet, dass das letzte Element 40 der Turbinenwelle 22 mit seiner Wand auf der Rückverankerung 88 aufliegt und dadurch ein Anteil der Gewichtskraft der Turbinenwelle 22 aufgenommen und über die Spannseile 80 an das an der Erdoberfläche angeordnete Lager übertragen wird. Die Anordnung der Litzen 81 kann wie in 10d dargestellt kompakter sein, da keine Vorspannvorrichtungen 82 wie am oberen Ende der Spannseile 80 vorgesehen werden müssen. Die angedeutete Wand der Hohlwelle 22, 40 verläuft konisch und ist an einer Stelle geschlitzt, an der das Spannseil 80 durch die Wand tritt, um mittig an der Rückverankerung 88 angreifen zu können. Für die Rückverankerung 88 kann beispielsweise eine entsprechende Vorrichtung aus dem Brückenbau verwendet werden, mit der Stahlseile einer Brücke bis zur Aushärtung des vergossenen Betons unter Spannung gehalten werden. Every tensioning rope 80 is from a cladding tube 86 surround. The cladding tube 86 can be filled with an anticorrosive agent. At the bottom of the turbine shaft 22 is a back anchoring 88 arranged, which may be annular. The cladding tube 86 is at the back anchoring 88 fixed, for example screwed. The tensioning rope 80 is in strands 81 split and this with a tensioning device 82 clamped. This will be the wedges 83b of clamping elements 83a , which are biased by a screw, strained and the stranded wire 81 between the wedges 83b held. The anchoring 88 is arranged so that the last element 40 the turbine shaft 22 with its wall on the back anchorage 88 rests and thereby a proportion of the weight of the turbine shaft 22 picked up and over the tension cables 80 is transmitted to the arranged on the earth's surface bearing. The arrangement of the strands 81 can be like in 10d shown to be more compact, since no biasing devices 82 as at the top of the tensioning cables 80 must be provided. The indicated wall of the hollow shaft 22 . 40 runs conically and is slotted at a point where the tensioning cable 80 through the wall, to the center of the anchorage 88 to attack. For the anchoring 88 For example, a corresponding device can be used from the bridge, are held with the steel cables of a bridge to the curing of the cast concrete under tension.

Ein schematisch dargestelltes, in eine ehemalige Bergwerksanlage integriertes Grubenschacht-Pumpspeicherwerk ist in 11 dargestellt. Die Turbinenwelle 22 ist im Grubenschacht 10 angeordnet und über ein Lager 50 hängend gelagert. Zum Einlassen der einzelnen Elemente 40 der Turbinenwelle 22 kann auf das Fördergerüst 90 zurückgegriffen werden, mit dem ehemals Personen und Lasten befördert wurden. Die Zuleitvorrichtung 14 mündet auf dem Höhenniveau der Erdoberfläche in die Turbinenwelle 22, so dass das beispielsweise aus einem Fluss zugeleitete Wasser vorteilhafterweise nicht zusätzlich auf eine höhere Lage gefördert werden muss.A schematically illustrated, in a former mine plant integrated pit shaft pumped storage plant is in 11 shown. The turbine shaft 22 is in the pit shaft 10 arranged and over a warehouse 50 stored hanging. To admit the individual elements 40 the turbine shaft 22 can on the conveyor frame 90 which formerly carried people and loads. The supply device 14 flows at the height level of the earth's surface into the turbine shaft 22 , so that advantageously the water supplied, for example, from a river need not additionally be conveyed to a higher location.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Grubenschacht coal mine shaft
1212: Turbine turbine
1414: Zuleitvorrichtung Zuleitvorrichtung
1616: Umwandlungseinrichtung converting means
1818: Pumpeinrichtung pumping device
2020: Antriebsvorrichtung driving device
2222: Turbinenwelle / Zuleitvorrichtung / Antriebswelle Turbine shaft / supply device / drive shaft
2424: Laufschaufel blade
2626: Leitschaufel vane
3030: Gestänge linkage
30a30a: innenliegendes Gestänge internal linkage
30b30b: außenliegendes Gestänge outboard linkage
3232: Verstellglied adjusting
3434: Verstellgliedantrieb Verstellgliedantrieb
3636: Stützvorrichtung support device
36a36a: Rolle role
36b36b: Gleitring sliding ring
3838: Umlenkeinrichtung deflecting
3939: Umlenkeinrichtung deflecting
4040: Element element
4242: Gewinde thread
4444: Gleitring sliding ring
4646: Ring ring
4848: Verstellring adjusting
4949: Verstellring adjusting
5050: Lager camp
5252: Fundament foundation
5454: Wartungsplattform maintenance platform
5656: Montagedurchgang Mounting through
6060: Rohr pipe
7070: Einrohrsystem monotube system
7272: Zweirohrsystem Two pipe system
8080: Spannseil tether
8181: Litze braid
8282: Spannvorrichtung jig
83a83a: Spannelement clamping element
83b83b: Keil wedge
8484: Spannschlitten clamping slide
8585: Spannbacke jaw
86 86: Hüllrohrcladding tube
8888: Rückverankerung back anchoring
8989: Leitblech baffle
9090: Fördergerüst headframe

Claims

Pit shaft pump storage plant, with at least two in a pit shaft ( 10 ) superposed turbines ( 12 ), at least one above the turbines ( 12 ) arranged water storage, at least one supply device ( 14 ) for supplying water from the water reservoir to the turbines ( 12 ), at least one conversion device ( 16 ) to convert Rotational energy of turbines ( 12 ) into electrical energy and at least one of at least one drive device ( 20 ) driven pumping device ( 18 ) for returning the water to the water reservoir, characterized in that the turbines ( 12 ) a common turbine shaft ( 22 ).

A pit shaft pumped storage power plant according to claim 1, characterized in that the turbines ( 12 ) are designed as Kaplan turbines.

A pit shaft pumped storage power plant according to claim 1 or 2, characterized in that each turbine ( 12 ) several blades ( 24 ), which via a linkage ( 30 ) are coupled to one another in such a way that blades (one behind the other) arranged in the flow direction ( 24 ) are adjustable together.

Pit shaft pumped storage plant according to one of the preceding claims, characterized in that in front of each turbine ( 12 ) adjustably mounted guide vanes ( 26 ) are arranged via a linkage ( 30 ) are coupled to one another such that in the flow direction successively arranged guide vanes ( 26 ) are adjustable together.

A pit shaft pumped storage power plant according to claim 4, characterized in that the guide vanes ( 26 ) are arranged stationary.

Pit shaft pumped storage power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the turbine shaft ( 22 ) is designed as a hollow shaft.

A pit shaft pumped storage plant according to claims 3, 4 and 6, characterized in that the moving blades ( 24 ) and the guide vanes ( 26 ) within the hollow shaft ( 22 ) are arranged.

Pit shaft pumped storage power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one supply device ( 14 ) as the hollow shaft ( 22 ) itself or as a hollow shaft radially surrounded tube ( 60 ) is trained.

Pit shaft pumped storage power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one conversion device ( 16 ) and / or the drive device ( 20 ) outside the pit shaft ( 10 ) is arranged.

Pit shaft pumped storage power plant according to one of the preceding claims, characterized in that at least one maintenance platform ( 54 ) within the hollow shaft ( 22 ) and / or in the pit shaft ( 10 ) is arranged.

Pit shaft pumped storage power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the turbine shaft ( 22 ) at least two positively and / or materially interconnected elements ( 40 ) having.

Pit shaft pumped storage power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one pumping device ( 18 ) is designed according to the reverse operating principle of a Kaplan turbine.

A pit shaft pump storage plant according to claim 12, characterized in that a plurality of pumping devices ( 18 ) on a common drive shaft ( 22 ) are arranged.

Method for operating a pit shaft pumped storage plant according to one of the preceding claims, wherein the water from the at least one water reservoir via the at least one supply device ( 14 ) to the at least two turbines ( 12 ), in which via the at least one conversion device ( 16 ) Rotational energy of the turbines ( 12 ) is converted into electrical energy, in which the pit shaft ( 10 ) with which to the turbines ( 12 ) and the water is passed through the at least one of a drive device ( 20 ) driven pumping device ( 18 ) is returned to the water reservoir.

A method according to claim 14, characterized in that the water by means of the drive device ( 20 ) driven turbines ( 12 ), in which the blades ( 24 ) and / or the guide vanes ( 26 ), is returned to the water reservoir.