DE102018009462A1

DE102018009462A1 - Schaltkraftwerk

Info

Publication number: DE102018009462A1
Application number: DE102018009462.7A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-12-05
Filing date: 2018-12-05
Publication date: 2020-06-10

Abstract

Schaltkraftwerke haben den besonderen Vorteil gegenüber allen anderen fossilen Energieerzeugern das hier direkt eine Zwischenspeicherung von Energie mit hoher Effizienz und dazu wirtschaftlich möglich wird. Belastungsspitzen mit sehr großen Leistungsreserven können sehr schnell abgefangen werden. Weitere Vorteile sind lange Lebensdauer, geringe Folgekosten, Akzeptanz in der Bevölkerung, weniger Emissionen.Das neue Schaltkraftwerk kann die Klimaziele der Welt besonders effizient und wirtschaftlich umsetzen. Dabei können alle bekannten Kraftwerksarten wie z.B. Gas / Kohle / Atom / Öl eingesetzt werden. Für Atomkraftwerke ergibt sich eine besondere redundante Kühlmöglichkeit des Reaktors: Durch die natürliche Höhendifferenz des beheizten Vorratsbeckens (6) kann der Reaktor, der in dem Maschinenbunker intrigiert ist, über eine Kühlnotleitung eine Zwangskühlung sicherstellen (Turbine-Cooling-Pump, 10 2018 003 431.4). Das Herausfiltern des COüber ein Wasser-Biotop (3) und dem Einsatz von Gewächshäusern mit aktiver Beheizung durch anfallendes Kühlwasser (13) vermindert zusätzlich die sonst anfallenden Emissionen des Kraftwerks.

Description

Energieversorger verwenden für die fossile Grundlast-Stromversorgung verschiedenartige Turbinenarten. Diese sind meistens Dampf oder Gasturbinen oder beides gekoppelt. Bekannte Brennstoffe sind Oel, Kohle, Gas & Atomkraft.
Die Turbinen haben im Wesentlichen die Aufgabe aus dem Brennstoff elektrische Energie mit möglichst hoher Effizienz zu gewinnen. Die Verfügbarkeit soll ständig gewährleistet sein in Verbindung mit niedrigen Emissionswerten und einer Anpassung der Leistung die benötigt wird. Besonders der Punkt Leistungsanpassung der Turbinenkraftwerke ist mit den erneuerbaren Energien wichtig. Diese sind stark schwankend. Eine schnelle Regelung der Grundlast von fossilen Kraftwerken ist erforderlich um die alternativen Energieerzeuger effizient einzubinden. Idealerweise könnten große effiziente Stromspeicher dabei helfen Leistungsspitzen abzudecken. Zur Zeit ist dies nur über Pumpspeicherwerke möglich. Da die Möglichkeit neue geeignete Pumpspeicher zu errichten nur beschränkt, wenn überhaupt möglich ist sind alternative Speichermedien von großer Bedeutung.
Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, das die neuen Anforderungen durch herkömmliche Speicher nicht ohne weiteres durchsetzbar sind.
Dieses Problem wird durch den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmal gelöst.
Mit der Erfindung wird erreicht, das viele vorhandenen Recaucen genutzt werden können und das ohne Landschaftverbau oder andere nachteilige Faktoren.
Eine weiterer vorteilhafte Eigenschaft der Erfindung ist, das es für die Schaltkraftwerke weltweit sehr viele geeignete Standorte gibt. Dies können z.B. alle Pumpspeicherwerke sein. Diese müssten dann auf das Schaltkraftwerk Prinzip umgebaut / erweitert werden. Besonders vorteilhaft wäre z.B. die Nutzung der Grube in Garzweiler. Dort könnte bei einer Höhendifferenz von 180m ein hocheffizientes Kraftwerk mit intrigierten Pumpenspeichern errichtet werden. Das Schaltkraftwerk ist besonders effizient weil mehrer Umwandlungsstufen zur Speicherung wie bei konventionellen Pumpspeichern entfallen. Zur Energiespeicherung kann die Dampf-Turbine direkt als Antrieb für die Pumpe des Speicherbeckens verlustfrei angetrieben werden. Hervorzuheben ist auch, das es z.B. beim Standort Garzweiler leicht möglich ist, ein vorhandenes Kraftwerk (Neurath) zu demontieren und in Garzweiler auf die neuen Anforderungen hin optimiert wieder vor Ort aufzubauen. Die Entfernungen von den vorhandenen Kraftwerken zu dem neuen Standort sind kurz und so wirtschaftlich vertretbar. Teile des Pumpseicherwerks können parallel zu anderen Aktivitäten des Schaltkraftwerks aufgebaut werden. Lediglich die Dampf-Turbinen mit Versorgungstrakt werden später zu dem neuen Schaltkraftwerk adaptiert. So ist eine unterbrechungsfreie Stromerzeugung über die gesamte Bauzeit gewährleistet. Durch den direkt koppelbaren EnergieSpeicher (Speichersee) ist eine Auslastung der Dampf-Turbinen (16) immer zu 100% möglich. Dadurch steigt die Effizienz des Kraftwerks. Energie Überschüsse und Mängel können bis zu dem Faktor 3 der Standartleistung des Schaltkraftwerks gefahren werden.
Der Generator (17) ist z.B. in dem Maschinenbunker (7) mit dem Faktor 3 ausgelegt, um die erforderliche Leistung bereitzustellen. Mit den regelbaren Pumpen / Turbinen (14) kann die Netzlast stufenlos immer auf den optimalen Wirkungsgrad der Dampfturbine (16) angepasst werden. Das Verratsbecken (6) kann für AKWs zur redundanten Notkühlung ( DE10 2018 003 431.4 ) eingesetzt werden, wenn der Reaktor in dem Maschinenbunker (7) intrigiert wird. Dies gibt dem Reaktor eine größere Sicherheit, da er unterirdisch sicherer ist als die konventionelle oberirdische Bauweisen mit z.B. einer Betonkuppel. Wird der Einsatz von Kaplan Turbinen notwendig (geringe Höhendifferenz der Speichersees) kann z.B. auch die Pegel-Turbine ( DE10 2018 008.256.4 ) im Schaltkraftwerk eingesetzt werden. Der Einsatz von Hybrid-Windkraftanlagen ( DE20 2016 008 136.6 ) ist für das Schaltkraftwerk besonders geeignet, da der Energiefluss direkt mit dem Schaltkraftwerk gekoppelt werden kann.
Es sind 2 Ausführungen des Schaltkraftwerks dargestellt:

• Fig.1&2 Maschinenbunker (7) mit Pumpe (14), Generator 17), Kupplungen (15), Kraftwerksturbine (16) Es wird jeweils ein Maschinenbunker (7) mit Pumpen (14) (Speicheraufladung) und ein weiterer Maschinenbunker (7) mit Turbinen (14) Kraftwerksturbine (16), Generator / E-Motor 17), Kupplungen (17) für die Speicherentladung benötigt. Als Pumpe / Turbine (14) kann z.B. eine Francis Turbine verwendet werden.
• Fig. 2&4 Maschinenbunker Variante a (7) mit Pumpe/ Turbine (14), Generator (17), Kupplungen (15), Kraftwerksturbine (16) . Es wird nur ein Maschinenbunker (7) mit Aggregaten benötigt. (Speicheraufladung) und (Speicherentladung) werden jeweils nach Bedarf der Energieströme über die Kupplungen (15) an die Aggregate (14,16,17) geschaltet.

Die vorteilhaften Ausführungen der Erfindung sind in den Schutzansprüchen 1-10 dargestellt. Die Kraftwerksturbinen (16) des Schaltkraftwerkes können als Dampfturbine oder alle anderen bekannten Turbinenarten ausgelegt sein. Das Schaltkraftwerk ist auf Grund seiner Konstruktion besonders für die „Schwarzstartfähigkeit“ geeignet.
Eine Ausführung der Erfindung wird mit Anhand der 1 bis 5 erläutert.

1 Schnitt - Maschinenbunker (7) mit Versorgungstrakt (5)
2 ISO - Maschinenbunker (7) mit Versorgungstrakt (5)
3 Schnitt - Maschinenbunker (7) mit Versorgungstrakt (5), Variante a
4, ISO - Maschinenbunker (7) mit Versorgungstrakt (5), Variante a
5, ISO Speichersee mit Gebäuden & Vorratsbecken

Bezugszeichenliste

(1): Speichersee, tief
(2): Speichersee, hoch
(3): Biofilter
(4): Gewächshaus
(5): Versorgungstrakt
(6): Vorratsbecken
(7): Maschinenbunker
(8): Schleusentür
(9): Wartungsschacht
(10): Kran
(11): Dichtung
(12): Versorgungsschächte
(13): Ventil
(14): Pumpe / Turbine
(15): Kupplung
(16): Kraftwerksturbine
(17): Generator / E-Motor
(18): Druckrohr
(19): Pumpen / Turbinenzulauf R
(20): Dichtrohr
(21): Ventil
(22): Maschinenträger
(23): Schienenrad
(24): Schiene
(25): Drainagepumpe
(26): Pumpen / Turbinenzulauf L
(27): Pumpen / Turbinenauslaufrohr L
(28): Pumpen / Turbinenauslaufrohr R

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

DE 102018003431 [0007]
DE 102018008256 [0007]
DE 202016008136 [0007]

Claims

Schaltkraftwerk Dadurch gekennzeichnet, (1&2) dass die Kraftwerks-Turbine (16) der Generator (17), die Pumpen / Turbine (14) über 3 schaltbare Kupplungen (15) mit einen zentralen Maschinenträger (22) miteinander verbunden sind. Durch koppeln der Kraftströme kann die Leistung z.B. bis zum Faktor 3 gesteigert werden. Z.B. mögliche Kraftströme für Turbinenblock: • Normalbetrieb: Kraftwerksturbine (16) mit Generator (17) gekoppelt, 100% Leistung • Boostbetrieb: Kraftwerksturbine (16) mit Generator (17) & 1x Turbine (14) gekoppelt, 200% Leistung • Overboost B.: Kraftwerksturbine (16) mit Generator (17)& 2x Turbine (14) gekoppelt, 300% Leistung
Kuppeln mehrer Kraftströme (3&4) Dadurch gekennzeichnet, das 2x Turbine/Pumpe (13), 3x Generator, E-Motor, 17), über schaltbare 5 Kupplungen (15) durch einen zentralen Maschinenträger (15) verbunden sind. Hier kann die Dampf-Turbine (15) weiter konstant mit dem Generator eingekuppelt laufen. Die Pumpen oder Turbinen (14) (z.B. Francis-T.) können je nach Bedarf auch entgegengesetzt zur Laufrichtung schnell zugeschaltet werden. So ist eine sehr große variable Leistungssteuerung des Schaltkraftwerks möglich. Vorteilhaft ist auch der bewegliche Maschinenträger (22) durch die Schienenräder (5). So können zur Wartung und Montage die Bauteile leicht über den Wartungsschacht geschoben werden. Dort können die Bauteile leicht mit dem Kran (10) in den Versorgungstrakt (5) gebracht werden.
Dadurch gekennzeichnet, das der Biofilter (3) mit speziellen Wasserpflanzen, Bakterien oder Algen bestückt ist die besonders viel CO² aufnehmen und in Sauerstoff umwanden (Prinzip: Aquarium CO²Dünger) Der Biofilter (3) wird mit Abwärme des Schaltkraftwerkes und dem CO² des Verbrennungsprozess gespeist.
Gewächshaus, Dadurch gekennzeichnet, das daß Gewächshaus mit der Abwärme des Schaltkraftwerkes beheizt wird. Auch kann gezielt CO² und Stickoxide in den Boden geleitet werden um das Wachstum bei geeigneten Pflanzen zu fördern.
Speichersee, Medium, Dadurch gekennzeichnet, das dem Wasser spezielle Algen zugefügt werden, die in der Lage sind CO² mit Hilfe von Sonnenlicht zu Sauerstoff zu Verarbeiten. Das CO² wird kontrolliert in den Speichersee eingelassen und ständig auf die richtige Konzentration eingeregelt. Dadurch ist der CO² Abbau optimal auf die Umweltbedingungen (Sonnenschein) abgestimmt. Auch die Anwendung von z.B. Salzwasser kann hier verwendet werden.
Notkühlung für Kernreaktoren, Dadurch gekennzeichnet, das eine separate Druckleitung vom Vorratsbecken (6) zu dem Reaktor-Kühlkreislauf geführt wird. Der Reaktor wird hier in den Maschinenbunker (7) intrigiert. Die Steuerung erfolgt über Fale-Save Ventile, z.B. Bimetall. So ist immer genügend Reserve Kühlwasser oder Druckwasser gespeichert um den Reaktor im Notfall zu Kühlen (DE10 2018 003 431.4)
Dammabtrennung Speichersee (1, 2) Dadurch gekennzeichnet, das ein vorhandenes Loch, z.B. Baggerloch durch einen Damm innerhalb des Lochs in mindestens 2 Sektoren auf unterschiedliches Höhenniveau trennt. Der Damm kann z.B. als Ringwall ausgeführt sein. Die Dammform richtet sich an die vorhandene Geometrie des Lochs und die optimale Speicherfähigkeit in Bezug auf Größe und Tiefe des Lochs.
Speichersee (1, 2)- Kühlung Dadurch gekennzeichnet, das daß Speichermedium selber die nötige Kühlung der Prozesswärme des Schaltkraftwerkes aufnimmt. Dadurch wird der Bau eines Kühlturmes überflüssig, oder der Kühlturm kann kleiner ausgelegt werden. Die Abwärme sorgt dafür, das dass im Wasser eingelöste CO² besser von Algen / Bakterien abgebaut werden kann. Ein weiterer Vorteil ist das Eisfrei halten des Speichersees bei kalter Witterung.
CO² Tank Dadurch gekennzeichnet, das überflüssiges CO² in einem Tank gespeichert wird. Hier versorgt es den Biofilters (3) und den Speichersee (1 & 2). Überschüssiges CO² kann anschließend in Handelsüblichen Gebinden verkauft werden. Kunden sind Getränkeindustrie, Feuerwehren, etc. So verwendetes CO² müsste nicht an anderer Stelle erzeugt werden. Das ergibt weitere Einsparmöglichkeiten.
Generator / E-Motor Vorhaltung (17), 1,2 Dadurch gekennzeichnet, das Generator (17) in 1,2, Maschinenbunker (7), auf die Leistung des Schaltkraftwerkes angepasst ist. So hat dieser in 1 z.B. Faktor 3x die Leistung die sonst nur für die Dampfturbine benötigt würde. Das im Betrieb 1,2 mindestens jeweils ein Maschinebunker (7) mit Turbinen (16) und eines mit Pumpen (16) mit dazugehörigen Versorgungstrakten (5) zu dem Schaltkraftwerk gehören. Die Maschinenbunker (7) unterscheiden sich vom Aufbau in ihrer Wirkweise da die Drehrichtung durch die Kraftwerksturbine (16) vorgegeben ist: Stromüberschuss: Die Pumpen (14) können zugeschaltet werden zum Beladen des Speichersees (2). Dafür ist der Generator (17) auch als Motor ausgelegt. Der Generator (17) wird abgeschaltet, die Pumpe (14) nimmt die Leistung jetzt über die geschaltete Kupplung (15) von der Dampfturbine (16) auf. Wird zusätzliche Leistung benötigt, wird der Generator (17) als E-Motor betrieben und kann somit die Leistung für die zweite Pumpe (14) aufbringen. Stromeinspeisung: Die Turbinen (14) im Maschinenbunker (7) entleeren den Speichersee (1) wenn zusätzliche elektrische Leistung erforderlich ist. So addieren sich Dampfturbinenleistung (16) und Motorleistung (17), das beide Pumpen (14) parallel betrieben werden können.