DE102020006586A1 - Air pressure power plant for environmentally friendly power generation - Google Patents
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Abstract
Windkraft- und Photovoltaik Kraftwerke erzeugen diskontinuierlich Strom. Zur Überbrückung der Zeiten ohne Stromerzeugung sind somit Stromspeicher oder konventionelle Spitzenlastkraftwerke erforderlich. Letztere sind aber nicht emissionsfrei. Zur Vermeidung der oben genannten Nachteile wird die elektrische Stromgewinnung aus einer natürlichen, kontinuierlich wirkenden und nicht versiegbaren Energiequelle vorgeschlagen. Dazu eignet sich der erdenweit allgegenwärtige, unerschöpflich vorhandene und ununterbrochen wirkende atmosphärische Luftdruck. Der Höhendifferenzdruck der durch den Höhenbedingten Luftdruckabfall wirkt, kann mit Turbinenrädern in mechanische Antriebsenergie umgewandelt werden. In einer Luftstromröhre (1) gemäß Figur 1 wird das Turbinenrad (3) durch den Luftstrom (2) von unten her durchströmt und in Drehbewegung versetzt. Zum Beispiel mittels eines nicht eingezeichneten Getriebes und eines nicht eingezeichneten Stromgenerators kann Strom erzeugt werden.Wind power and photovoltaic power plants generate electricity discontinuously. To bridge the times without electricity generation, electricity storage or conventional peak load power plants are required. The latter, however, are not emission-free. To avoid the disadvantages mentioned above, it is proposed that electricity be generated from a natural, continuously acting and non-exhaustible energy source. The earth-wide ubiquitous, inexhaustible and uninterrupted atmospheric pressure is suitable for this. The altitude differential pressure, which acts as a result of the altitude-related air pressure drop, can be converted into mechanical drive energy using turbine wheels. In an air flow tube (1) according to FIG. 1, the turbine wheel (3) is flowed through from below by the air flow (2) and set in rotary motion. For example, electricity can be generated by means of a transmission (not shown) and a power generator (not shown).
Description
Mit Wasserkraft- Windkraft- und Photovoltaik - Kraftwerken kann Strom emissionsfrei erzeugt werden. Nachteilig für die beiden letztgenannten Kraftwerksarten ist die diskontinuierliche Stromerzeugung. Zur Überbrückung der Zeiten ohne Stromerzeugung mit diesen Kraftwerken sind somit Stromspeicher oder konventionelle Spitzenlastkraftwerke erforderlich. Letztere sind aber nicht emissionsfrei.With hydropower, wind power and photovoltaic power plants, electricity can be generated emission-free. The disadvantage of the latter two types of power plant is the discontinuous generation of electricity. In order to bridge the times without electricity generation with these power plants, electricity storage or conventional peak load power plants are required. The latter, however, are not emission-free.
Zur Vermeidung der oben genannten Nachteile wird die elektrische Stromgewinnung aus einer natürlichen, nicht versiegbaren Energiequelle vorgeschlagen. Dazu eignet sich der erdenweit allgegenwärtige, unerschöpflich vorhandene und ununterbrochen wirkende atmosphärische Luftdruck, der durch den Höhenbedingten Druckabfall in mechanische Antriebsenergie umgewandelt werden kann. Mit dieser mechanischen Antriebsenergie können z. B. Strom-Generatoren zur Erzeugung von elektrischem Strom angetrieben werden. Solche Kraftwerke können theoretisch an jedem beliebigen Punkt auf dieser Erde errichtet werden.To avoid the disadvantages mentioned above, it is proposed that electricity be generated from a natural, non-exhaustible energy source. The earth-wide, omnipresent, inexhaustible and uninterrupted atmospheric pressure, which can be converted into mechanical drive energy by the pressure drop caused by altitude, is suitable. With this mechanical drive energy z. B. Power generators are driven to generate electricity. Such power plants can theoretically be built at any point on earth.
Bekannt ist es, dass in Naturzugkühltürmen ein Luftstrom für die Kühlung verwendet werden kann.It is known that an air flow can be used for cooling in natural draft cooling towers.
Nach oben gerichtete Luftströme können gezielt in speziell dafür errichteten Luftstromröhren erzeugt werden. Dabei handelt es sich um senkrecht in die Höhe ragende, vorwiegend mit kreisrundem Querschnitt errichtete Röhren, an deren unterem Ende Luft Eintrittsöffnungen vorhanden sind. Dadurch entsteht im Inneren der Luftstromröhre ein nach oben bewegter Luftstrom. Dieser wird durch den Differenzdruck der zwischen dem Basisquerschnitt und dem oberen Austrittsquerschnitt wirkt, bewegt. Umso größer der Höhenunterschied zwischen dem unteren, dem Basiseintrittsquerschnitt, und dem oberen, dem Austrittsquerschnitt ist, umso größer ist der Differenzdruck und die Strömungsgeschwindigkeit. Die Luftstromröhren können z. B. zylindrisch, konisch - nach oben oder nach unten verjüngend -, ausgebeult wie Fasstonnen, oder eingeschnürt, wie heutige Kühltürme gestaltet sind und mit jedem beliebigen geometrischem Querschnitt, gebaut werden.Airflows directed upwards can be generated in a targeted manner in specially constructed airflow tubes. These are tubes that protrude vertically into the air and are mainly constructed with a circular cross-section, at the lower end of which there are air inlet openings. This creates an upwardly moving airflow inside the airflow tube. This is moved by the differential pressure that acts between the base cross-section and the upper outlet cross-section. The greater the height difference between the lower, the base inlet cross-section, and the upper, the outlet cross-section, the greater the differential pressure and the flow velocity. The airflow tubes can e.g. B. cylindrical, conical - tapering upwards or downwards -, bulged like barrel barrels, or constricted, as today's cooling towers are designed and with any geometric cross-section, can be built.
Alternativ können senkrecht nach oben eingearbeitete Luftstromschächte, im Berg- bzw. Hügelinneren als Luftstromröhren, z. B. mit Luftzuführungskanälen für die Luftzuführung im Basisbereich, ausgeführt werden. Vorteilhafterweise können solche Luftstromschächte im Berg- bzw. Hügelinneren mit erheblich größerem Höhenunterschied zwischen dem Basiseintrittsquerschnitt und dem oberen Austrittsquerschnitt, als mit künstlich erbauten Luftstromröhren, realisiert werden. Dadurch kann ein höherer Differenzdruck mit höherer Strömungsgeschwindigkeit erreicht werden und somit mehr elektrischer Strom erzeugt werden. Außerdem verändern solche, im Berg- bzw. im Hügelinneren erbauten Luftdruckkraftwerke für umweltfreundliche Stromerzeugung das Landschaftsbild nicht.Alternatively, air flow shafts incorporated vertically upwards can be used in the mountain or hill interior as air flow tubes, e.g. B. with air supply channels for the air supply in the base area. Advantageously, such air flow shafts in the mountain or hill interior can be realized with a significantly larger height difference between the base inlet cross section and the upper outlet cross section than with artificially constructed air flow tubes. As a result, a higher differential pressure can be achieved with a higher flow rate and thus more electrical power can be generated. In addition, such air pressure power plants built in the mountain or in the hill interior for environmentally friendly power generation do not change the landscape.
Erfindungsgemäße Bauarten von Luftdruckkraftwerken für umweltfreundliche Stromerzeugung können bezüglich ihrer Baugröße von den meisten bisher bekannten Kraftwerken abweichen. Sie können ähnliche und teils viel größere Abmessungen als die Außendurchmesser der Windflügel bzw. der Gesamthöhe von heutigen Windkraftanlagen haben. Bautechnisch handelt es sich um Großprojekte. Fossile Energieträger werden bei der Energieumwandlung zur Stromerzeugung verbraucht, atomare Energieträger werden zu radioaktivem Abfall verändert. Energieträger für Wasser- und Luftdruckkraftwerke bleiben bei der Erzeugung von Strom unverändert. Die Art der Energieumwandlung der Luftdruckkraftwerke für umweltfreundliche Stromerzeugung entspricht prinzipiell der Art von Wasserkraftwerken. Das Wasser fließt auf einer höheren Potentialebene mit der Primärenergie EP zur Turbine und verlässt nach dem Durchströmen des Turbinenrades dasselbe wieder als unverändertes Wasser, welches auf einer niedrigeren Potentialebene mit der Restenergie ER weiter fließt. Die Lageenergie wird im Turbinenrad aufgeteilt in Nutzenergie EN und Restenergie ER. In gleicher Weise bleibt der Energieträger Luft nach dem Durchströmen des Turbinenrades unverändert, nur mit dem Unterschied, dass die Strömungsrichtung des Wassers abwärts und die der Luft aufwärts gerichtet ist. In beiden Fällen gilt die bekannte Beziehung: (EN+ER)/EP=1.Types of air-pressure power plants according to the invention for environmentally friendly power generation can differ in terms of their size from most of the previously known power plants. They can have similar and sometimes much larger dimensions than the outer diameter of the wind blades or the total height of today's wind turbines. Structurally, these are major projects. Fossil fuels are consumed during the conversion of energy to generate electricity, while nuclear fuels are converted into radioactive waste. Energy sources for hydropower and air pressure power plants remain unchanged when generating electricity. The type of energy conversion of air pressure power plants for environmentally friendly power generation corresponds in principle to the type of hydroelectric power plants. The water flows to the turbine at a higher potential level with the primary energy E P and, after flowing through the turbine wheel, leaves the same again as unchanged water, which continues to flow at a lower potential level with the residual energy ER. The potential energy is divided in the turbine wheel into useful energy E N and residual energy E R. In the same way, the energy carrier air remains unchanged after flowing through the turbine wheel, with the only difference that the direction of flow of the water is downwards and that of the air upwards. In both cases the well-known relationship applies: (E N + E R ) / E P = 1.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Luftdruckkraftwerke für umweltfreundliche Stromerzeugung zu realisieren, die systembedingt kontinuierlich, emissionsfrei und ohne Unterbrechung Strom erzeugen können.The object of the present invention is to implement air pressure power plants for environmentally friendly power generation which, due to the system, can generate power continuously, emission-free and without interruption.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass ein Luftstrom der aus dem höhenbedingten atmosphärischen Luftdruckabfall resultiert und einen relativ niedrigen Differenzdruck bzw. eine relativ geringe Strömungsgeschwindigkeit hat, großflächige Turbinenschaufelgitter durchströmen kann, die sich vorwiegend im Bereich großer Wirkdurchmesser, außen an großen Turbinenrädern befinden können. Dadurch kann bei niedriger Drehzahl und großem Drehmoment mechanische Energie erzeugt werden, die beispielsweise zur Stromerzeugung genutzt werden kann.The object is achieved in that an air flow that results from the altitude-related drop in atmospheric air pressure and has a relatively low differential pressure or a relatively low flow velocity can flow through large-area turbine blade grids, which are mainly located in the area of large effective diameters on the outside of large turbine wheels. This allows mechanical energy to be generated at low speed and high torque, which can be used, for example, to generate electricity.
Die gegenständliche Verwirklichung von erfindungsgemäßen Luftdruckkraftwerken für umweltfreundliche Stromerzeugung, oder beispielsweise auch für die Erstellung von Funktionsmustern, die teilweise aus Kühltürmen von stillgelegten Kohle - und/oder Atom - Kraftwerken bestehen können, werden z. B. schematisch, durch eine Luftstromröhre (
Weitere Ausführungsformen von Luftdruckkraftwerken für umweltfreundliche Stromerzeugung sind beispielsweise mit einer Auswahl von folgenden Beispielen veranschaulicht: In
Des Weiteren kann, beispielsweise gemäß
Zur Wahrung des Landschaftsbildes kann beispielsweise gemäß
Eine weitere mögliche Kombination ist beispielsweise eine Luftstromröhre (
Eine prinzipiell weitere Ausführungsmöglichkeit zur Stromerzeugung ist in
In
In
Eine optimierte Kombination von Turbinenschaufelgittem ist in
Zur Realisierung der angestrebten Funktionsgüte, mit relativ kleinen Differenzdrücken und kleinen Strömungsgeschwindigkeiten optimale Ergebnisse zu erreichen, müssen große Turbinenschaufelgitter an großen Radien durchströmt werden, um große Drehmomente bei niedrigen Drehzahlen zu realisieren. Dazu sind geeignete Turbinenschaufelgitter erforderlich. Zu den vorweg schon genannten Beispielen kommen beispielsweise auch Turbinenschaufelgitter in Frage, wie folgend vorgeschlagen: In
Eine Kombination von radial durchströmten Turbinenschaufelgittem ist in
Die in obiger Beschreibung behandelte Erfindung bietet Vorteile wie:
- 1. Aus einer natürlichen, nicht versiegbaren, Energiequelle wird die Stromerzeugung ohne Umweltbelastung wie Luftverschmutzung durch schädliche Gase oder Lärm, möglich.
- 2. Die erfindungsgemäßen Luftkraftwerke für umweltfreundliche Stromerzeugung können ohne jegliche bzw. ohne wesentliche Landschaftsbild Veränderung errichtet werden.
- 3. Die Stromgewinnung mit Luftdruckkraftwerken für umweltfreundliche Stromerzeugung böte erdenweit u. a. zwei Vorteile:
- 3.1 Durch die Luftdruckkraftwerke für umweltfreundliche Stromerzeugung würden keinerlei Umweltbelastungen verursacht.
- 3.2 Alle Haushalte könnten ihre Heizungen auf Stromheizungen umstellen, so dass die Umweltbelastung durch Fossile Heizanlagen im privaten Haushalt entfallen könnte.
- 4. Auf Stromtrassen kann weitgehend verzichtet werden, weil in den einzelnen Regionen eigene Luftdruckkraftwerke für umweltfreundliche Stromerzeugung erstellt werden können.
- 5. Der zu erwartende Aufwand für Wartung und Instandhaltung bei den erfindungsgemäßen Luftdruckkraftwerken ist voraussichtlich gering.
- 6. Es sind niedrige Betriebskosten zu erwarten.
- 7. Die Stromkosten können niedrig gerechnet werden, weil auf eine Gewinnmaximierung, zugunsten einer Gewinn Optimierung, verzichtet werden kann.
- 1. It is possible to generate electricity from a natural, non-draining energy source without polluting the environment such as air pollution from harmful gases or noise.
- 2. The air power plants according to the invention for environmentally friendly power generation can be built without any or without any significant changes to the landscape.
- 3. Generating electricity with compressed air power plants for environmentally friendly electricity generation would offer two advantages worldwide:
- 3.1 The air pressure power plants for environmentally friendly electricity generation would not cause any environmental pollution.
- 3.2 All households could convert their heating to electric heating, so that the environmental pollution from fossil heating systems in private households could be eliminated.
- 4. Electricity lines can largely be dispensed with because the individual regions can build their own air pressure power plants for environmentally friendly electricity generation.
- 5. The expected effort for maintenance and servicing in the pneumatic power plants according to the invention is likely to be low.
- 6. Low operating costs can be expected.
- 7. The electricity costs can be expected to be low because profit maximization can be dispensed with in favor of profit optimization.
Claims (10)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102020006586.4A DE102020006586A1 (en) | 2020-10-27 | 2020-10-27 | Air pressure power plant for environmentally friendly power generation |
Applications Claiming Priority (1)
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DE102020006586.4A DE102020006586A1 (en) | 2020-10-27 | 2020-10-27 | Air pressure power plant for environmentally friendly power generation |
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DE102020006586A1 true DE102020006586A1 (en) | 2021-02-18 |
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DE102020006586.4A Pending DE102020006586A1 (en) | 2020-10-27 | 2020-10-27 | Air pressure power plant for environmentally friendly power generation |
Country Status (1)
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DE (1) | DE102020006586A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114439674A (en) * | 2021-12-07 | 2022-05-06 | 江苏振丰环保集团有限公司 | Ocean tidal power generation device capable of effectively improving power generation efficiency |
-
2020
- 2020-10-27 DE DE102020006586.4A patent/DE102020006586A1/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN114439674A (en) * | 2021-12-07 | 2022-05-06 | 江苏振丰环保集团有限公司 | Ocean tidal power generation device capable of effectively improving power generation efficiency |
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