DE102021001243A1 - System for influencing sea level elevation - Google Patents

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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Beeinflussung der Meeresspiegelhöhe mit zumindest einer Passage für Meerwasser (3), durch die aus dem Meer (1) mit Hilfe einer Pumpe für Meerwasser (2) abgepumpt wird. Über eine Meerwasserentsalzungsanlage (6) wird dem Meerwasser das Salz entzogen und als Süßwasser durch die Passagen (8) mit Hilfe der Pumpe (7) weiterbefördert. Die Leistung für den Betrieb des Prozesses wird durch das Wasser bereitgestellt, hier exemplarisch dargestellt durch ein Fallwindkraftwerk bestehend aus einem Turm (12), zu dessen oberem Ende das Wasser mit einer Pumpe (9) durch eine Steigleitung (18) gefördert wird und dort das Wasser mit einer Einrichtung zur Zerstäubung und Verdunstung (11) in die frische Luft (10) eingebracht wird. Dadurch wird diese abgekühlt und sinkt als feuchte Luft (13) im Turm hinab und treibt am unteren Ende mit einer Turbineneinrichtung (14) einen Generator (15) an. Die nun energieärmere feuchte Luft (16) entweicht am unteren Ende des Turms. Die Leistung für den Betrieb des Systems wird über eine Leitung (5) den Pumpen (2), (7), (9) und der Meerwasserentsalzungsanlage (6) zugeführt. Leistungsüberschuss kann genutzt werden, um zusätzliches Wasser aus dem Meer abzupumpen und der Passage für Süßwasser (8) abzuzweigen und in einer Einrichtung zur Verfügungstellung von Süßwasser der Nutzung für verschiedene Zwecke zugeführt werden.The invention relates to a system for influencing sea level with at least one passage for sea water (3) through which sea water (2) is pumped out of the sea (1) with the aid of a pump. The salt is removed from the seawater via a seawater desalination plant (6) and transported as fresh water through the passages (8) with the aid of the pump (7). The power for the operation of the process is provided by the water, shown here as an example by a downwind power plant consisting of a tower (12), to the upper end of which the water is conveyed with a pump (9) through a riser (18) and there the Water is introduced into the fresh air (10) with a device for atomization and evaporation (11). As a result, this is cooled and sinks as moist air (13) down the tower and drives a generator (15) at the lower end with a turbine device (14). The now lower-energy moist air (16) escapes at the lower end of the tower. The power for operating the system is supplied to the pumps (2), (7), (9) and the seawater desalination plant (6) via a line (5). Excess power can be used to pump additional water from the sea and divert it to the fresh water passage (8) and fed to a fresh water supply facility for use for various purposes.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein nachhaltiges System zur Beeinflussung der Höhe des Meeresspiegels mit technischen Mitteln gemäß der im Patentanspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a sustainable system for influencing the height of the sea level with technical means according to the type defined in more detail in claim 1.

Der stärker werdende Treibhauseffekt führt durch das Abschmelzen Gletschern und kontinentalen Eisschichten zu steigendem Meeresspiegel. Der steigende Meeresspiegel wiederum führt dazu, dass heute bewohnte Küstenlandstriche immer häufiger überschwemmt werden und so weite Küstenlandstriche unbewohnbar werden. Als Folge wird der Lebensraum für die Menschheit und die zur Verfügung stehenden Flächen für die Nahrungsmittelproduktion eingeschränkt werden.The increasing greenhouse effect leads to rising sea levels due to the melting of glaciers and continental ice layers. The rising sea level, in turn, means that stretches of coast that are inhabited today are flooded more and more frequently, making large stretches of coast uninhabitable. As a result, the living space for humanity and the areas available for food production will be restricted.

Die bekannten Konzepte zur Eindämmung der Auswirkungen des Treibhauseffekts basieren in der Regel auf der Verminderung des Ausstoßes von Treibhausgasen und der Hoffnung auf Selbstheilung der Erdatmosphäre. Aktive Eingriffe zur Temperaturreduzierung sind nicht vorgesehen. Der Meeresspiegel steigt bei erhöhter Durchschnittstemperatur weiter.The known concepts for curbing the effects of the greenhouse effect are usually based on reducing the emission of greenhouse gases and the hope that the earth's atmosphere will heal itself. Active interventions to reduce the temperature are not planned. The sea level continues to rise as the average temperature increases.

Die hier vorliegende Erfindung stellt ein nachhaltiges System zur aktiven Beeinflussung der Höhe des Meeresspiegels dar, mit der, zusätzlich zu den Auswirkungen in den Küstenregionen, einige weitere positive Effekte erzielt werden können.The present invention represents a sustainable system for actively influencing the height of the sea level, with which, in addition to the effects in the coastal regions, some other positive effects can be achieved.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein nachhaltiges System zu schaffen, welche es ermöglicht, Wasser aus dem Meer zu entfernen, bei dem der Energiebedarf zum Betrieb des Systems aus dem Wasser gewonnen wird, das aus dem Meer entfernt wird.The object of the invention is to create a sustainable system which makes it possible to remove water from the sea, in which the energy required to operate the system is obtained from the water that is removed from the sea.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.According to the invention, the object is achieved by the combination of features of the main claim, the subclaims show further advantageous configurations of the invention.

Im Rahmen der Erfindung ist somit vorgesehen, dass das System zur aktiven Beeinflussung der Höhe des Meeresspiegels eine Passage vorsieht, mit der Wasser aus dem Meer abgepumpt werden kann, sowie eine Einrichtung, um aus dem abgepumpten Wasser mindestens die Energiemenge nutzbar zu machen, um das Wasser aus dem Meer abzupumpen. Für die technische Umsetzung kann es vorteilhaft sein, eine Meerwasserentsalzungsanlage in das System zu integrieren, um die Einrichtung, die die Energie aus dem abgepumpten Wasser bereitstellt, mit Süßwasser zu betreiben.Within the scope of the invention, it is therefore provided that the system for actively influencing the height of the sea level provides a passage with which water can be pumped out of the sea, as well as a device for making at least the amount of energy usable from the pumped-out water in order to to pump water out of the sea. For the technical implementation, it can be advantageous to integrate a seawater desalination plant into the system in order to operate the device that provides the energy from the pumped water with fresh water.

Das erfindungsgemäße System kann zur Energienutzbarmachung des Wassers eine in Fallwindkraftanlagen [siehe z.B. US Patent 3,894,393 ] eingesetzt werden. Die Fallwindkraftanlagen nutzen als Prinzip eine durch Dichteunterschiede induzierte vertikale Strömung innerhalb einer entsprechend ausgelegten Passage mit Höhenunterschied zwischen Eintritt und Austritt, in der Regel ein Turm. Wasser wird am oberen Ende eines Turms zerstäubt und verdunstet, so dass durch die dadurch verursachte Abkühlung ein Abwind entsteht und der Luftstrom am unteren Ende des Turms eine Turbineneinrichtung antreibt, mit der Strom erzeugt wird. Mit dem erzeugten Strom wird das Wasser gepumpt, um den Prozess anzutreiben. Vorteilhafterweise wird das abgepumpte Wasser vor dem Verdunsten durch eine Entsalzungsanlage geleitet.The system according to the invention can be used to make the water energy usable in a fall wind power plant [see, for example U.S. Patent 3,894,393 ] are used. As a principle, the downdraft turbines use a vertical flow induced by density differences within a suitably designed passage with a difference in height between entry and exit, usually a tower. Water is atomized and evaporated at the top of a tower, the resulting cooling creates a downdraft and the airflow at the bottom of the tower drives a turbine device that produces electricity. The electricity generated is used to pump the water to power the process. Advantageously, the pumped-out water is passed through a desalination plant before it evaporates.

Von diesen Fallwindkraftanlagen ist bekannt, dass sie bei entsprechenden klimatischen Bedingungen als Kraftwerke zur Stromerzeugung eingesetzt werden können. Das bedeutet, dass sie signifikant mehr Leistung erzeugen können als für den Betrieb des Fallwindkraftwerks, hierbei ist insbesondere die Leistung für die Pumpen zu erwähnen, benötigen. Diese zusätzlich verfügbare Leistung kann dafür verwendet werden, zusätzliches Wasser aus dem Meer abzupumpen und nach der Entsalzung als Süßwasser für andere Zwecke abzuzweigen.It is known from these downwind power plants that they can be used as power plants to generate electricity under appropriate climatic conditions. This means that they can generate significantly more power than is required for the operation of the downdraft wind power plant, in particular the power for the pumps should be mentioned. This additional available power can be used to pump additional water from the sea and divert it as fresh water for other purposes after desalination.

Das über den Betrieb des Systems verfügbare Süßwasser kann auf verschiedene Weise genutzt werden. Eine Möglichkeit besteht darin, mit diesem Süßwasser landwirtschaftliche Flächen in trockenen Gebieten, wie z. B. in der Sahel Zone, zu bewässern, um zusätzliche Flächen zur Nahrungsmittelproduktion nutzbar zu machen. Eine weitere Möglichkeit zur Nutzung dieses Süßwassers besteht darin, dieses in Reservoirs zu speichern. Aus diesen Reservoirs kann eine Einspeisung in ein Trinkwassernetz erfolgen oder man kann die Reservoirs so anlegen, dass sie in waldbrandgefährdeten Gebieten liegen und deren Wasservorrat zu Feuerlöschzwecken eingesetzt werden kann.The fresh water available through the operation of the system can be used in a number of ways. One possibility is to use this fresh water to farm land in arid areas such as B. in the Sahel zone, in order to make additional areas usable for food production. Another way to use this fresh water is to store it in reservoirs. From these reservoirs, it can be fed into a drinking water network or the reservoirs can be set up in such a way that they are located in areas at risk of forest fires and their water reserves can be used for fire extinguishing purposes.

Da bei den für den Einsatz von Fallwindkraftwerken bevorzugten klimatischen Bedingungen in der Regel hohe Sonneneinstrahlung herrscht, lässt sich die Oberfläche der Turmkonstruktion nutzen um die Solarenergie zu nutzen, insbesondere lässt sich durch photovoltaische Apparaturen Strom erzeugen. Dieser Strom kann wiederrum verschieden genutzt werden. Zum einen lässt sich damit zusätzliches Meerwasser abzupumpen, um so die Wirkung des Systems zu erhöhen, zum anderen besteht die Möglichkeit der Einspeisung in ein allgemeines öffentliches Stromnetz beziehungsweise in ein lokales Stromnetz und weiterhin kann Wasserstoff als Energiespeichermedium hergestellt werden. Außerdem lässt sich mit Hilfe der Solarthermie die Sonneneinstrahlung zur Erzeugung von warmem Wasser nutzen.Since the climatic conditions that are preferred for the use of downdraft power plants usually have a high level of solar radiation, the surface of the tower construction can be used to utilize solar energy, in particular electricity can be generated by photovoltaic devices. This electricity can in turn be used in different ways. On the one hand, additional seawater can be pumped out in order to increase the effectiveness of the system, on the other hand, there is the possibility of feeding it into a general public power grid or a local power grid, and hydrogen can also be produced as an energy storage medium. In addition, with the help of solar thermal energy, the sun's rays can be used to generate hot water.

Da mit diesem System unter Nutzung eines Fallwindkraftwerks sowohl Nahrungsmittelproduktion, Trinkwasser, Strom und andere Energieträger bereitgestellt werden, besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung darin, dass in der Struktur des Turmes Gebäudeflächen generiert werden, die als Wohnraum und Gewerbeflächen genutzt werden.Since food production, drinking water, electricity and other sources of energy are provided with this system using a downwind power plant, an advantageous embodiment consists in the fact that building areas are generated in the structure of the tower, which are used as living space and commercial areas.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:

  • 1 eine schematische Zeichnung des Systems in seiner einfachsten Form,
  • 2 eine schematische Zeichnung des erweiterten Systems,
  • 3 eine detailliertere schematische Zeichnung des Systems mit einer technischen Ausführung der Einrichtung zur Energiegewinnung zum Betrieb des Systems und
  • 4 eine detailliertere schematische Zeichnung des Systems mit einer erweiterten technischen Ausführung der Einrichtung zur Energiegewinnung zum Betrieb des Systems.
The invention is described below using exemplary embodiments in conjunction with the drawings. It shows:
  • 1 a schematic drawing of the system in its simplest form,
  • 2 a schematic drawing of the extended system,
  • 3 a more detailed schematic drawing of the system with a technical implementation of the means for generating energy for operating the system and
  • 4 Figure 12 is a more detailed schematic drawing of the system with an expanded engineering of the power generation means to operate the system.

1 zeigt eine stark vereinfachte Darstellung des Systems. Hierbei ist eine meerwasserfiihrende Passage (3) zu sehen, durch die Meerwasser mittels einer Pumpe (2) aus dem Meer (1) gepumpt und einem Apparat (4) zugeführt wird, mit Hilfe dessen mit dem Wasser die Energie freigesetzt wird, die durch eine Leitung (5) dem Prozess zur Verfügung gestellt wird, um diesen anzutreiben. 1 shows a highly simplified representation of the system. Here, a seawater-leading passage (3) can be seen, through which seawater is pumped out of the sea (1) by means of a pump (2) and fed to an apparatus (4), with the aid of which the energy is released with the water, which is Line (5) is made available to the process to drive it.

In 2 ist eine Erweiterung des Systems gezeigt, in der zwischen die Pumpe (2), die das Meerwasser pumpt und den Apparat (4), mit Hilfe dessen mit dem Wasser die Energie freigesetzt wird, um den Prozess anzutreiben, eine Meerwasserentsalzungsanlage (6) eingefügt wird, von der aus das Süßwasser mittels einer Pumpe (7) über die Passage (8) an den Apparat (4) geleitet wird. Über die Leitung (5) werden in diesem Fall die beiden Pumpen (2) und (7) sowie die Meerwasserentsalzungsanlage (6) mit Energie versorgt.In 2 an extension of the system is shown, in which a seawater desalination plant (6) is inserted between the pump (2), which pumps the seawater, and the apparatus (4), by means of which the energy is released with the water to drive the process , from which the fresh water is passed to the apparatus (4) via the passage (8) by means of a pump (7). In this case, the two pumps (2) and (7) and the seawater desalination plant (6) are supplied with energy via the line (5).

In 3 wird eine spezielle Ausführungsmöglichkeit des Apparates (4) aus 1 und 2 gezeigt. Hier wird ein Fallwindkraftwerk genutzt, in dem in einem hohlen Turm (12) Wasser mit Hilfe einer Pumpe (9) über eine Steigleitung (18) ans obere Ende des Turms (12) gepumpt wird. Dort wird das Wasser über eine Einrichtung (11) zerstäubt und verdunstet in der von außen aus der Umgebung zugeführten trockenen Luft (10) . Dadurch abgekühlt sinkt die feuchte Luft (13) im Turm (12) hinab und treibt am unteren Ende des Turms (12) eine Turbineneinrichtung (14) an, mit Hilfe derer ein Generator (15) angetrieben wird. Die dann energieärmere feuchte Luft (16) entweicht am unteren Ende des Turms (12) in die Umgebung. Der Generator (15) erzeugt die Energie um die Pumpen (2), (7) und (9) sowie die Meerwasserentsalzungsanlage (6) zu betreiben. Bei Energieüberschuss aus dem Fallwindkraftwerk kann über eine Kapazitätserhöhung der Pumpen (2) und (7) sowie der Meerwasserentsalzungsanlage Süßwasser aus der Passage (8) abgezweigt werden und in einer Einrichtung (17) für andere Zwecke zur Verfügung gestellt werden.In 3 is a special embodiment of the apparatus (4). 1 and 2 shown. A downdraft power plant is used here, in which water is pumped in a hollow tower (12) with the aid of a pump (9) via a riser (18) to the upper end of the tower (12). There, the water is atomized via a device (11) and evaporates in the dry air (10) supplied from the outside of the environment. As a result, the moist air (13) cools down in the tower (12) and drives a turbine device (14) at the lower end of the tower (12), with the aid of which a generator (15) is driven. The then low-energy moist air (16) escapes at the lower end of the tower (12) into the environment. The generator (15) generates the energy to operate the pumps (2), (7) and (9) and the seawater desalination plant (6). If there is excess energy from the downdraft power plant, freshwater can be diverted from the passage (8) by increasing the capacity of the pumps (2) and (7) and the seawater desalination plant and made available for other purposes in a facility (17).

4 zeigt eine Erweiterung des Systems in 3, in dem die Oberfläche des Turms (12) dahingehend genutzt wird, eine zusätzliche Vorrichtung (19) anzubringen, um damit zusätzliche Energie aus der Sonneneinstrahlung für den Prozess nutzbar zu machen. Zusätzlich sind am Fuße des Turms (12) die Gebäudeflächen in der Turmstruktur (20) gezeigt. 4 shows an extension of the system in 3 , in which the surface of the tower (12) is used to attach an additional device (19) in order to make additional energy from the solar radiation usable for the process. In addition, the building surfaces in the tower structure (20) are shown at the foot of the tower (12).

Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr ergeben sich im Rahmen der Erfindung vielfältige Möglichkeiten zur Abwandlung und Modifikation.The invention is not limited to the exemplary embodiments shown, rather there are many possibilities for modification within the scope of the invention.

BezugszeichenlisteReference List

11
Meersea
22
Pumpe für MeerwasserSea water pump
33
Passage für MeerwasserPassage for sea water
44
Apparat zur Freisetzung der Energie des WassersApparatus for releasing the energy of water
55
LeitungManagement
66
Meerwasserentsalzungsanlageseawater desalination plant
77
Pumpe für SüßwasserFresh water pump
88th
Passage für SüßwasserPassage for fresh water
99
Pumpe für SüßwasserFresh water pump
1010
zugeführte trockene Luftsupplied dry air
1111
Einrichtung zur Zerstäubung und VerdunstungDevice for atomization and evaporation
1212
TurmTower
1313
feuchte Lufthumid air
1414
Turbineneinrichtungturbine setup
1515
Generatorgenerator
1616
energieärmere feuchte Luftlow-energy moist air
1717
Einrichtung zur Verfügungstellung von SüßwasserFacility to provide fresh water
1818
Steigleitungriser
1919
Vorrichtung um Energie aus der Sonnenstrahlung nutzbar zu machenDevice for harnessing energy from solar radiation
2020
Gebäudeflächen in der TurmstrukturBuilding surfaces in the tower structure

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • US 3894393 [0008]US3894393 [0008]

Claims (14)

System zur Senkung des Meerwasserspiegels, welches die Energie für den Betrieb aus dem entnommenen Wasser bezieht.System for lowering the sea water level, which draws the energy for operation from the extracted water. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie des Wassers durch ein Fallwindkraftwerk nutzbar gemacht wird.system after claim 1 , characterized in that the energy of the water is harnessed by a fall wind power plant. System nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das entnommene Meerwasser durch eine Entsalzungsanlage geleitet wird, um das Salz abzuscheiden.system after the claims 1 and 2 , characterized in that the extracted sea water is passed through a desalination plant to separate the salt. System nach Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die über den für den Betrieb des Systems erzeugte Leistung des Fallwindkraftwerks dafür genutzt wird, zusätzliches Wasser durch das System zu leiten, um damit landwirtschaftliche Nutzflächen zu bewässern.system after claims 1 - 3 , characterized in that the power generated by the fall wind power plant for the operation of the system is used to conduct additional water through the system in order to irrigate agricultural land with it. System nach Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die über den für den Betrieb des Systems erzeugte Leistung des Fallwindkraftwerks dafür genutzt wird, zusätzliches Wasser durch das System zu leiten, um damit Wasserreservoirs anzulegen.system after claims 1 - 3 , characterized in that the power generated by the fall wind power plant for the operation of the system is used to conduct additional water through the system in order to create water reservoirs. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser aus den Reservoirs als Trinkwasser genutzt wird.system after claim 5 , characterized in that the water from the reservoir is used as drinking water. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser aus den Reservoirs für Feuerlöschzwecke genutzt wird.system after claim 5 , characterized in that the water from the reservoirs is used for fire extinguishing purposes. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Oberfläche des Fallwindkraftwerks zur Erzeugung von Strom genutzt wird.system after claim 3 , characterized in that the outer surface of the fall wind power plant is used to generate electricity. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Leistung zur Erhöhung der abgepumpten Wassermenge genutzt wird.system after claim 8 , characterized in that the additional power to increase the pumped amount of water is used. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erzeugte Strom ins allgemeine Stromnetz eingespeist wird.system after claim 8 , characterized in that the electricity generated is fed into the general power grid. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erzeugte Strom in ein lokales Stromnetz eingespeist wird.system after claim 8 , characterized in that the electricity generated is fed into a local power grid. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erzeugte Strom zur Erzeugung von Wasserstoff genutzt wird.system after claim 8 , characterized in that the electricity generated is used to produce hydrogen. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Fallwindkraftwerks zur Erzeugung von warmem Wasser genutzt wird.system after claim 3 , characterized in that the surface of the fall wind power plant is used to generate hot water. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur des Fallwindkraftwerks so gestaltet ist, dass nutzbare Gebäudeflächen entstehen, die als Wohnraum und Gewerbeflächen genutzt werden.system after claim 2 , characterized in that the structure of the fall wind power plant is designed so that usable building areas are created that are used as living space and commercial space.
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