DE102022203461A1

DE102022203461A1 - Pumped storage plant, process for setting up a pumped storage plant, process for using a pumped storage plant

Info

Publication number: DE102022203461A1
Application number: DE102022203461.9A
Authority: DE
Inventors: gleich Anmelder Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-04-06
Filing date: 2022-04-06
Publication date: 2023-10-12

Abstract

Verfahren zum Errichten eines Pumpspeicherwerks, Verfahren zur Nutzung eines Pumpspeicherwerks und Verfahren zum Errichten und zur Nutzung eines Pumpspeicherwerks beziehungsweise einer Pumpspeicher-WasserkraftanlageDie vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Errichten eines Pumpspeicherwerks (1, 13), bestehend aus einer Mehrzahl von Stahlbetonbecken (3, 4), Leitungen (2), Pumpen und/oder Turbinen und/oder Pumpturbinen (21) in einer Grube (5), wobei in einem Schritt ein erstes Stahlbetonbecken (3, 4) kreisrund gebaut wird, in einem weiteren Schritt mindestens ein weiteres Stahlbetonbecken (3, 4) kreisrund und im Verhältnis zum ersten Stahlbetonbecken (3,4) konzentrisch angeordnet und gebaut wird, wobei in der zwischen zwei Stahlbetonbecken (3, 4) gelegenen Wand Leitungen (2) mit Pumpen und/oder Turbinen und/oder Pumpturbinen (21) angeordnet werden und die Radien der Stahlbetonbecken (3, 4) und die gemeinsame Höhe (9) der Stahlbetonbecken (3, 4) so dimensioniert werden, dass die Volumina der Stahlbetonbecken (3, 4) jeweils identisch sind, wobei die Stahlbetonbecken (3, 4) in einem weiteren Schritt bis zur Hälfte mit Wasser (14) gefüllt werden.Method for building a pumped storage plant, method for using a pumped storage plant and method for building and using a pumped storage plant or a pumped storage hydroelectric power plant. The present invention relates to a method for building a pumped storage plant (1, 13), consisting of a plurality of reinforced concrete basins (3, 4 ), lines (2), pumps and/or turbines and/or pump turbines (21) in a pit (5), with a first reinforced concrete basin (3, 4) being built in a circular shape in one step, and at least one further reinforced concrete basin in a further step (3, 4) is arranged and built in a circular manner and concentrically in relation to the first reinforced concrete basin (3, 4), with lines (2) with pumps and/or turbines and/or pump turbines in the wall located between two reinforced concrete basins (3, 4). (21) are arranged and the radii of the reinforced concrete pools (3, 4) and the common height (9) of the reinforced concrete pools (3, 4) are dimensioned so that the volumes of the reinforced concrete pools (3, 4) are each identical, the reinforced concrete pools (3, 4) are filled halfway with water (14) in a further step.

Description

Tageszeitlich und saisonal bedingte Schwankungen erneuerbarer Energien verursachen bei fehlenden Energiespeichern eine Überproduktion von jährlich einigen Milliarden Kilowattstunden in Deutschland. Um die überschüssige elektrische Energie zu einem späteren Zeitpunkt wieder nutzbar zu machen, wird sie bislang beispielsweise in Form potenzieller Energie in den Oberbecken von Pumpspeicherwerken gespeichert. Diese stehen in Deutschland nur in begrenztem Maße zur Verfügung (Stand 2021 9,4 GW (https://transparency.entsoe.eu/)), weshalb ein Großteil des Ökostroms kostenlos bis kostenpflichtig ans Ausland abgegeben oder entsorgt wird.Daily and seasonal fluctuations in renewable energies cause an overproduction of several billion kilowatt hours in Germany every year due to a lack of energy storage. In order to make the excess electrical energy usable again at a later point in time, it has so far been stored, for example, in the form of potential energy in the upper reservoirs of pumped storage plants. These are only available to a limited extent in Germany (9.4 GW as of 2021 (https://transparency.entsoe.eu/)), which is why a large part of the green electricity is given away or disposed of abroad free of charge or for a fee.

Besonders schnelle Ein- und Umschaltzeiten und Frequenzstabilisierung machen Pumpspeicherwerke trotz der nicht günstigen geografischen Bedingungen in Deutschland zum dominierenden Faktor beim Abdecken der Spitzenleistung. Die Erzeugungsleistung steht bei Bedarf in der Regel innerhalb von Minuten zur Verfügung.Particularly fast switch-on and switch-over times and frequency stabilization make pumped storage plants the dominant factor in covering peak performance despite the unfavorable geographical conditions in Germany. If required, the generating capacity is usually available within minutes.

Ein Pumpspeicherwerk besteht aus mindestens zwei Speicherbecken, wobei zwischen den Speicherbecken im Allgemeinen eine Höhendifferenz liegt, Leitungen mit darin befindlichen Pumpen und Turbinen und mindestens einem damit verbundenen Motor beziehungsweise Generator und Transformatoren. Ein Pumpspeicherwerk weist zwei Betriebsmodi auf: Im Pumpbetrieb wird bei herkömmlichen Pumpspeicherwerken unter Einsatz des überschüssigen Stroms Wasser von einem Speicherbecken in ein darüber liegendes Speicherbecken gepumpt. Im Generatorbetrieb wird zur Abdeckung eines hohen Leistungsbedarfs Strom erzeugt, indem Wasser aus einem Speicherbecken in ein darunter liegendes Speicherbecken fällt und dabei durch die mit einem Generator verbundenen Turbinen fließt.A pumped storage plant consists of at least two storage basins, where there is generally a height difference between the storage basins, pipes with pumps and turbines in them and at least one motor or generator and transformers connected to them. A pumped storage plant has two operating modes: In pumping operation, in conventional pumped storage plants, water is pumped from a storage basin into a storage basin above using excess electricity. In generator operation, electricity is generated to cover high power requirements by water falling from a storage basin into a storage basin below and flowing through the turbines connected to a generator.

Eine alternative Form eines Pumpspeicherwerks, wie sie in WO 2021 005 016 A1 und DE 10 2020 111 844 A1 gezeigt sind, verwenden hohle Betonkugeln oder Betonkavernen auf dem Grund eines Sees als unteres Wasserreservoir. Der Wasserdruck, der auf den Hohlkörpern lastet, sorgt für einen Wasservolumenstrom bei geöffnetem Ventil, sodass im Pumpbetrieb die Hohlkörper leer gepumpt werden und im Generatorbetrieb Wasser von dem See beziehungsweise von der gefluteten Bodenvertiefung, in der die Betonkugeln und Betonkavernen befindlich sind, in die Hohlkörper fließt, wobei durch den Wasservolumenstrom eine Turbine angetrieben wird. Das Problem ist hierbei, dass für eine große Energiespeicherung eine große Menge an Wasser aus dem darüber angeordneten See genutzt wird, also die Kavernen eine gewisse Größe aufweisen müssen. Das hierbei verwendete Wasser würde für einen Tidenhub von einigen Metern sorgen, wodurch die Etablierung von Fisch- und Wasserpflanzenbeständen sowie Wassersport erschwert würde.An alternative form of pumped storage plant, as in WO 2021 005 016 A1 and DE 10 2020 111 844 A1 shown use hollow concrete spheres or concrete caverns on the bottom of a lake as a lower water reservoir. The water pressure on the hollow bodies ensures a water volume flow when the valve is open, so that in pumping mode the hollow bodies are pumped empty and in generator mode water is pumped from the lake or from the flooded ground depression in which the concrete balls and concrete caverns are located into the hollow bodies flows, with a turbine being driven by the water volume flow. The problem here is that a large amount of water from the lake above is used to store large amounts of energy, so the caverns have to be of a certain size. The water used would cause a tidal range of several meters, which would make it more difficult to establish fish and aquatic plant populations as well as water sports.

Eine weitere alternative Form eines Pumpspeicherwerks, wie sie in DE 10 2014 000 811 A1 gezeigt ist, teilt eine Tagebaugrube in zwei Hälften und pumpt Wasser aus einer Hälfte der Grube in die andere Hälfte, bis sämtliches Wasser in die zweite Hälfte gepumpt wurde. Im Generatorbetrieb sorgt der durch die unterschiedlichen Wasserstände bedingte Druckunterschied in den zwei Becken für einen Wasservolumenstrom, bis der Wasserstand in beiden Becken ausgeglichen ist. Das Gebot der Rekultivierung wird mit dieser Anordnung nicht gelöst, da zu jedem Zeitpunkt ein Teil der Betonflächen frei liegt. Auch wird die Anforderung der Renaturierung nicht erfüllt. Es können sich keine Fisch- und Wasserpflanzenbestände etablieren und eine Verwendung der Tagebaugrube zur Freizeitgestaltung für Wassersportaktivitäten oder ähnliches ist ebenfalls ausgeschlossen. Darüber hinaus muss die Trennmauer statisch in der Lage sein, dem entstandenen Wasserdruck von beiden Seiten Stand zu halten. Da sie nicht in der üblicherweise gewölbten Form auszuführen wäre, müsste sie gerade im Fußbereich sehr massiv werden, was große Mengen klimaschädlichen Zements erfordert.Another alternative form of pumped storage plant, as in DE 10 2014 000 811 A1 shown divides an open pit mine in half and pumps water from one half of the pit to the other half until all the water has been pumped into the second half. In generator operation, the pressure difference in the two pools caused by the different water levels ensures a water volume flow until the water level in both pools is equalized. This arrangement does not solve the need for recultivation, as part of the concrete areas are exposed at any time. The requirement for renaturation is also not met. No fish or aquatic plant populations can establish themselves and the use of the opencast mine for leisure activities such as water sports or similar is also excluded. In addition, the dividing wall must be statically able to withstand the resulting water pressure from both sides. Since it would not have the usual arched shape, it would have to be very massive, especially in the foot area, which would require large amounts of climate-damaging cement.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Errichten eines Pumpspeicherwerks, ein Verfahren zur Nutzung eines Pumpspeicherwerks und ein Verfahren zur Errichtung und Nutzung eines Pumpspeicherwerks beziehungsweise einer Pumpspeicher-Wasserkraftanlage bereitzustellen, wobei beim Errichten ein geringerer CO2-Fußabdruck verursacht werden soll.The object of the invention is to provide a method for setting up a pumped storage plant, a method for using a pumped storage plant and a method for setting up and using a pumped storage plant or a pumped storage hydroelectric power plant, whereby a lower CO2 footprint should be caused during construction.

Gelöst werden diese Aufgaben gemäß dem Verfahren zum Errichten eines Pumpspeicherwerks nach Anspruch 1, dem Verfahren zur Nutzung nach Anspruch 6 und dem Verfahren zum Errichten und zur Nutzung eines Pumpspeicherwerks beziehungsweise einer Pumpspeicher-Wasserkraftanlage nach Anspruch 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen eines Verfahrens zum Errichten, eines Verfahrens zur Nutzung und eines Verfahrens zum Errichten und zur Nutzung eines Pumpspeicherwerks beziehungsweise einer Pumpspeicher-Wasserkraftanlage werden durch die Unteransprüche dargestellt.These tasks are solved according to the method for setting up a pumped storage power plant according to claim 1, the method for use according to claim 6 and the method for setting up and using a pumped storage power plant or a pumped storage hydroelectric power plant according to claim 8. Advantageous refinements and developments of a method for setting up, a method for using and a method for setting up and using a pumped storage plant or a pumped storage hydroelectric power plant are represented by the subclaims.

Das Pumpspeicherwerk, das aus einer Mehrzahl von Stahlbetonbecken, Leitungen, Pumpen und/oder Turbinen und/oder Pumpturbinen besteht, wobei die Stahlbetonbecken auf dem Boden einer gefluteten Grube, bevorzugt in einem stillgelegten Tagebau oder einem stillgelegten Steinbruch oder einer stillgelegten Kiesgrube, stehen, soll strömungstechnisch von der gefluteten Grube entkoppelt sein.The pumped storage plant, which consists of a plurality of reinforced concrete basins, pipes, pumps and / or turbines and / or pump turbines, the reinforced concrete basins being on the bottom of a flooded pit, preferably in a disused opencast mine or a disused quarry or a disused gravel pit, should be fluidically decoupled from the flooded pit.

Das Pumpspeicherwerk weist zwei Betriebsmodi auf und ist der Einfachheit halber auf seinen Kern aus mehreren Stahlbetonbecken, die über Leitungen mit darin befindlichen Pumpen und/oder Turbinen und/oder Pumpturbinen verbunden sind, reduziert. Dadurch, dass das vorgeschlagene Pumpspeicherwerk eine Mehrzahl von Stahlbetonbecken auf dem Boden einer gefluteten Grube aufweist, wird bedingt, dass das Pumpspeicherwerk die Wassermassen zwischen seinen auf gleicher Höhe angeordneten Stahlbetonbecken bewegen muss. Im entladenen Zustand, das heißt, es ist keine Energie im Pumpspeicherwerk gespeichert, sind die Wasserstände in allen Stahlbetonbecken auf gleicher Höhe. Um Energie im Pumpspeicherwerk zu speichern, wird Wasser aus einem ersten Stahlbetonbecken mithilfe der Pumpen und/oder Pumpturbinen von einem ersten Stahlbetonbecken in ein benachbartes zweites Stahlbetonbecken im Pumpbetriebsmodus gepumpt, sodass sich eine Höhendifferenz zwischen den Wasserständen zweier benachbarter Stahlbetonbecken ergibt. Die Höhendifferenz des Wasserstands ist ursächlich für einen Druckunterschied in den Stahlbetonbecken, sodass in einem Generatorbetriebsmodus Wasser aus dem Stahlbetonbecken mit dem höheren Wasserstand in das Stahlbetonbecken mit dem niedrigeren Wasserstand fließt und dabei eine Turbine und/oder Pumpturbine antreibt, bis der Wasserstand in allen Stahlbetonbecken wieder auf gleicher Höhe ist und das Pumpspeicherwerk entladen ist.The pumped storage plant has two operating modes and, for the sake of simplicity, is reduced to its core consisting of several reinforced concrete basins, which are connected via lines to pumps and/or turbines and/or pump turbines located therein. The fact that the proposed pumped storage plant has a plurality of reinforced concrete basins on the bottom of a flooded pit means that the pumped storage plant has to move the water masses between its reinforced concrete basins arranged at the same height. When unloaded, i.e. there is no energy stored in the pumped storage plant, the water levels in all reinforced concrete basins are at the same level. In order to store energy in the pumped storage plant, water is pumped from a first reinforced concrete basin using the pumps and/or pump turbines from a first reinforced concrete basin into an adjacent second reinforced concrete basin in pumping mode, so that there is a height difference between the water levels of two adjacent reinforced concrete basins. The height difference in the water level is the cause of a pressure difference in the reinforced concrete basins, so that in a generator operating mode, water flows from the reinforced concrete basin with the higher water level into the reinforced concrete basin with the lower water level, driving a turbine and/or pump turbine until the water level in all reinforced concrete basins returns is at the same height and the pumped storage plant is unloaded.

Dass das Pumpspeicherwerk strömungstechnisch von der gefluteten Grube entkoppelt ist, bedeutet, dass es zumindest in keiner dauerhaften Fluidverbindung zu der gefluteten Grube stehen muss und somit im Normalbetrieb kein Austausch von Wasser zwischen dem Pumpspeicherwerk und der gefluteten Grube notwendig ist. Dafür ist es vorteilhaft, wenn die Stahlbetonbecken mit einem Stahlbetondeckel abgedichtet sind.The fact that the pumped storage plant is fluidically decoupled from the flooded pit means that it does not have to be in a permanent fluid connection to the flooded pit and therefore no exchange of water between the pumped storage plant and the flooded pit is necessary in normal operation. It is advantageous if the reinforced concrete pools are sealed with a reinforced concrete cover.

Bei der Grube muss es sich nicht unbedingt um einen stillgelegten Tagebau oder Steinbruch handeln. Jegliche Bodenvertiefungen kommen für das hier vorgestellte Pumpspeicherwerk in Frage, sofern sie geeignet sind, die durch das Pumpspeicherwerk ausgeübte Bodenpressung aufzunehmen. Da vor Öffnung der Grube Erdreich mit einer spezifischen Dichte von ca. 2to/m³ belastet wurde, kann davon ausgegangen werden, dass eine Wasserlast von max. 1to/m³ mit genügender Sicherheit von den Grubenwänden zu tragen ist. Die Einbeziehung von stillgelegten Tagebaugruben bietet den Vorteil, dass die nötige elektrische Infrastruktur in solchen die Tagebauflächen umgebenden Gegenden meist vorhanden ist.The pit does not necessarily have to be a disused opencast mine or quarry. Any ground depressions are suitable for the pumped storage plant presented here, provided they are suitable for absorbing the ground pressure exerted by the pumped storage plant. Since soil was loaded with a specific density of approx. 2 tons/m ³ before the pit was opened, it can be assumed that a maximum water load of 1 tons/m ³ can be carried by the pit walls with sufficient certainty. The inclusion of disused opencast mines offers the advantage that the necessary electrical infrastructure is usually available in areas surrounding the opencast mines.

Dadurch, dass das Pumpspeicherwerk auf dem Boden einer gefluteten Grube steht und strömungstechnisch von der gefluteten Grube entkoppelt ist, ergibt sich der Vorteil, dass das Pumpspeicherwerk nicht den Wasserstand des in der gefluteten Grube befindlichen Wassers variiert. Unabhängig von der Größe des Pumpspeicherwerks würde kein Tidenhub resultieren, sodass eine beständige Uferlinie entstehen kann. Dies ermöglicht die Einhaltung des Gebots der Rekultivierung und ermöglicht eine echte Renaturierung, sowie die Nutzung der gefluteten Grube zur Freizeitgestaltung, wie beispielsweise für Wassersportaktivitäten. Keine offen liegenden Betonflächen wären sichtbar und die Aktivitäten des Pumpspeicherwerks hätten keine oder zumindest vernachlässigbar kleine Auswirkungen auf den Wasserstand der gefluteten Grube. Außerdem besteht die Möglichkeit den Wasserspiegel so niedrig zu halten, dass sich Fischbestände generieren können und Unterwasserpflanzen genügend Licht für die Photosynthese erhalten. Dies trägt beträchtlich zur CO2 Absorption aus der Atmosphäre bei. Außerdem wird durch die Anordnung in einer Grube ermöglicht, auf eine hydrostatische Tragmauer zu verzichten, da die Stahlbetonbecken zusätzlich durch die Grubenwand stabilisiert werden können. Bevorzugterweise wird die Stabilität der Wände der Stahlbetonbecken mittels Steinschüttung weiter erhöht. Dadurch beschränken sich die Betonarbeiten weitgehend auf die Abdichtung der Stahlbetonbecken, wodurch große Mengen Stahl, Beton und Arbeit eingespart werden und somit der CO2-Fußabdruck beim Bau des Pumpspeicherwerks reduziert wird.The fact that the pumped storage plant stands on the bottom of a flooded pit and is fluidically decoupled from the flooded pit results in the advantage that the pumped storage plant does not vary the water level of the water in the flooded pit. Regardless of the size of the pumped storage plant, there would be no tidal rise, meaning a stable shoreline could be created. This enables compliance with the requirement of recultivation and enables real renaturation, as well as the use of the flooded pit for leisure activities, such as water sports activities. No exposed concrete surfaces would be visible and the activities of the pumped storage plant would have no or at least negligible impact on the water level of the flooded pit. It is also possible to keep the water level so low that fish stocks can be generated and underwater plants receive enough light for photosynthesis. This contributes significantly to CO2 absorption from the atmosphere. In addition, the arrangement in a pit makes it possible to dispense with a hydrostatic supporting wall, as the reinforced concrete pools can be additionally stabilized by the pit wall. Preferably, the stability of the walls of the reinforced concrete pools is further increased using stone fill. As a result, the concrete work is largely limited to sealing the reinforced concrete basins, which saves large amounts of steel, concrete and labor and thus reduces the CO2 footprint during the construction of the pumped storage plant.

Die Stahlbetonbecken können kreisrund und konzentrisch angeordnet sein und Stabilisatorrippen mit Durchlässen aufweisen, wobei die Stabilisatorrippen die entstehenden hydraulischen Kräfte in die tragfähige Grubenwand einleiten und sich die Leitungen mit Pumpen und/oder Turbinen und/oder Pumpturbinen jeweils zwischen einem ersten Stahlbetonbecken und einem benachbarten Stahlbetonbecken befinden. Die Leitungen können beispielsweise nahe des Bodens der Stahlbetonbecken angeordnet sein. Es kann von Vorteil sein, zusätzlich Leitungen in größerer Höhe anzuordnen und alle Leitungen mit gleichem Durchmesser auszubilden. Eine kreisrunde Ausbildung der Stahlbetonbecken ermöglicht, die Wände als gekrümmte Bogenmauern auszubilden, wodurch die Stabilität der Anlage erhöht wird und die Stahlbetonbecken in der Lage sind, große Wassermengen aufzunehmen. Eine konzentrische Anordnung der Stahlbetonbecken bietet den zusätzlichen Vorteil, dass das Pumpspeicherwerk verhältnismäßig platzsparend gebaut werden kann, da die Stahlbetonbecken einander umschließen, wodurch sie im teilgefüllten Zustand einander zusätzlich Halt geben. Die Verwendung von Stabilisatorrippen erhöht die Stabilität und verringert den Materialbedarf der Anlage weiter. Die Stabilisatorrippen verlaufen vorzugsweise von der Mitte des innersten Stahlbetonbeckens radial nach außen und können äquidistant verteilt sein. Dadurch, dass die Stabilisatorrippen Durchlässe aufweisen, wird ein gleichmäßiger Druckkrafteintrag in die Grubenwände aufgrund des gleichmäßigen Wasserstandanstiegs gewährleistet und die Stabilisatorrippen können verhältnismäßig dünn ausgebildet werden. Die Leitungen mit Pumpen und/oder Turbinen und/oder Pumpturbinen sind in der kreisrunden Wand des inneren Stahlbetonbeckens, also zwischen einem inneren und einem äußeren Becken, angeordnet und verbinden jeweils ein Stahlbetonbecken mit dem oder den benachbarten Stahlbetonbecken. Somit kann die Anzahl der für den Pumpbetrieb aktiven Pumpen und/oder Pumpturbinen variiert und an die jeweils aktuelle überschüssige Leistung beziehungsweise Druckhöhe angepasst werden. Es ist bevorzugt, dass die Wassermassen zum Speichern von Energie von dem inneren Stahlbetonbecken in das äußere Stahlbetonbecken bewegt werden. Bei dieser Art des Betriebs wird die Stabilität der Anordnung erhöht. Je nach statischer Auslegung kann es jedoch auch von Vorteil sein, die Wassermassen beim Speichern von Energie von dem äußeren Stahlbetonbecken in das innere Stahlbetonbecken zu pumpen.The reinforced concrete basins can be arranged in a circular and concentric manner and have stabilizer ribs with passages, the stabilizer ribs introducing the resulting hydraulic forces into the load-bearing pit wall and the lines with pumps and/or turbines and/or pump turbines each being located between a first reinforced concrete basin and an adjacent reinforced concrete basin . The lines can, for example, be arranged near the bottom of the reinforced concrete pool. It can be advantageous to arrange additional lines at a greater height and to design all lines with the same diameter. A circular design of the reinforced concrete pools enables the walls to be designed as curved arched walls, which increases the stability of the system and the reinforced concrete pools are able to absorb large amounts of water. A concentric arrangement of the reinforced concrete basins offers the additional advantage that the pumped storage plant can be built in a relatively space-saving manner, as the reinforced concrete basins enclose each other, which means that they provide each other with additional support when partially filled. The use of stabilizer ribs increases stability and further reduces the system's material requirements. The stabilizer ribs are wearing out fen preferably radially outwards from the center of the innermost reinforced concrete pool and can be distributed equidistantly. The fact that the stabilizer ribs have passages ensures a uniform application of pressure force into the pit walls due to the uniform rise in water level and the stabilizer ribs can be made relatively thin. The lines with pumps and/or turbines and/or pump turbines are arranged in the circular wall of the inner reinforced concrete pool, i.e. between an inner and an outer pool, and each connect a reinforced concrete pool with the adjacent reinforced concrete pool or pools. The number of pumps and/or pump turbines active for pumping operation can therefore be varied and adapted to the current excess power or pressure head. It is preferred that the water masses are moved from the inner reinforced concrete pool to the outer reinforced concrete pool to store energy. With this type of operation, the stability of the arrangement is increased. Depending on the static design, however, it can also be advantageous to pump the water masses from the outer reinforced concrete pool into the inner reinforced concrete pool when storing energy.

Die Volumina der Stahlbetonbecken des Pumpspeicherwerks sind vorzugsweise identisch und die Stahlbetonbecken haben eine gemeinsame Höhe. Bevorzugterweise sind die Stahlbetonbecken im entladenen Zustand bis zur Hälfte gefüllt. Das bietet den Vorteil, dass jedes Stahlbetonbecken in der Lage ist, das gesamte Wasser, das auf das Stahlbetonbecken sowie das mit ihm verbundene benachbarte Stahlbetonbecken verteilt ist, aufzunehmen. Durch diese Anordnung ergibt sich die maximal erreichbare Druckdifferenz zwischen zwei Stahlbetonbecken, sodass beim Entladen die höchste verfügbare Leistung abgegeben werden kann.The volumes of the reinforced concrete basins of the pumped storage plant are preferably identical and the reinforced concrete basins have a common height. Preferably, the reinforced concrete pools are half full when unloaded. This offers the advantage that each reinforced concrete pool is able to absorb all the water that is distributed between the reinforced concrete pool and the neighboring reinforced concrete pool connected to it. This arrangement results in the maximum achievable pressure difference between two reinforced concrete basins, so that the highest available power can be delivered during unloading.

Das Pumpspeicherwerk kann beispielsweise genau zwei Stahlbetonbecken und die Leitungen zwischen dem inneren Stahlbetonbecken und dem äußeren Stahlbetonbecken einen Durchmesser von 10m aufweisen, wobei die Leitungen zweckmäßigerweise äquidistant über den Umfang der Trennwand zwischen den beiden Stahlbetonbecken verteilt sind, wobei der Durchmesser des äußeren Stahlbetonbeckens 2km und die Höhe der Wände der Stahlbetonbecken 500m beträgt. Bei dieser Kombination von Geometrien ergibt sich eine vorteilhafte Ausführung, bei der das beispielhaft so dimensionierte Pumpspeicherwerk geeignet ist, eine Energie von E = 260GWh zu speichern und eine für diese Dimensionierung maximale Leistung von P = 1500 MW zu liefern. Bei 52 Zyklen pro Jahr entspricht das einer Leistung von 13,5 TWh/a. Es sind jedoch auch andere Ausbildungsformen und Dimensionen als das hiergenannte Beispiel möglich. Je nach Bauart des Pumpspeicherwerks, Anzahl der Stahlbetonbecken, geforderter Leistung und Anzahl der eingesetzten Pumpen und/oder Turbinen und/oder Pumpturbinen können die optimalen Größen variieren.The pumped storage plant can, for example, have exactly two reinforced concrete pools and the lines between the inner reinforced concrete pool and the outer reinforced concrete pool have a diameter of 10m, with the lines expediently being distributed equidistantly over the circumference of the partition wall between the two reinforced concrete pools, the diameter of the outer reinforced concrete pool being 2km and the Height of the walls of the reinforced concrete pool is 500m. This combination of geometries results in an advantageous embodiment in which the pumped storage plant dimensioned in this way is suitable for storing energy of E = 260 GWh and delivering a maximum output of P = 1500 MW for this dimension. With 52 cycles per year, this corresponds to an output of 13.5 TWh/a. However, other forms of training and dimensions than the example mentioned here are also possible. Depending on the design of the pumped storage plant, the number of reinforced concrete basins, the required performance and the number of pumps and/or turbines and/or pump turbines used, the optimal sizes can vary.

Eine Pumpspeicher-Wasserkraftanlage besteht aus mehreren Pumpspeicherwerken der vorbeschriebenen Art, die in einer gemeinsamen gefluteten Grube, vorzugsweise in einem stillgelegten Tagebau oder einem stillgelegten Steinbruch, stehen und erhöht dadurch die Flächennutzung der gefluteten Grube. Eine Pumpspeicher-Wasserkraftanlage ermöglicht durch seine Mehrfachanordnung zum einen eine bessere Nutzung einer beispielsweise länglichen Grube, wie es im Tagebau Hambach der Fall ist, und zum anderen eine Redundanz für die Dauer von Wartungsarbeiten. Somit fällt für Wartungsarbeiten an einem zu einer Pumpspeicherwerk-Wasserkraftanlage gehörenden Pumpspeicherwerk nicht die gesamte Wasserkraftanlage aus und es kann weiterhin überschüssige Energie gespeichert werden.A pumped storage hydroelectric power plant consists of several pumped storage plants of the type described above, which are located in a common flooded pit, preferably in a disused opencast mine or a disused quarry, and thereby increases the area utilization of the flooded pit. Thanks to its multiple arrangement, a pumped storage hydroelectric power plant enables, on the one hand, better use of an elongated pit, for example, as is the case in the Hambach opencast mine, and, on the other hand, redundancy for the duration of maintenance work. This means that for maintenance work on a pumped storage plant belonging to a pumped storage hydroelectric power plant, the entire hydropower plant does not fail and excess energy can continue to be stored.

Unter Pumpspeicher-Wasserkraftanlage wird hier ein Zusammenschluss von Pumpspeicherwerken, wie sie zuvor beschrieben wurden, verstanden. Das heißt, die Pumpspeicherwerke weisen im Kern eine Mehrzahl von Stahlbetonbecken, Leitungen, Pumpen und/oder Turbinen und/oder Pumpturbinen auf, wobei die Mehrzahl von Stahlbetonbecken auf dem Boden einer gefluteten Grube auf gleicher Höhe angeordnet sind, strömungstechnisch von dem Wasser der gefluteten Grube entkoppelt sind und funktionieren so, dass im entladenen Zustand die Wasserstände in allen Stahlbetonbecken auf gleicher Höhe sind, und um Energie zu speichern, im Pumpbetriebsmodus Wasser aus einem ersten Stahlbetonbecken mithilfe der Pumpen und/oder Pumpturbinen in ein benachbartes zweites Stahlbetonbecken gepumpt wird, sodass sich eine Höhendifferenz zwischen den Wasserständen zweier benachbarter Stahlbetonbecken ergibt, und in einem Generatorbetriebsmodus Wasser aus dem Stahlbetonbecken mit dem höheren Wasserstand in das Stahlbetonbecken mit dem niedrigeren Wasserstand fließt und dabei eine Turbine und/oder Pumpturbine antreibt, bis der Wasserstand in allen Stahlbetonbecken wieder auf gleicher Höhe ist und das Pumpspeicherwerk entladen ist. Der Wasseraustausch findet hier nur zwischen Stahlbetonbecken eines Pumpspeicherwerks statt, nicht jedoch zwischen zwei zu einer Pumpspeicher-Wasserkraftanlage zählenden Pumpspeicherwerken oder mit dem Wasser der gefluteten Grube.A pumped storage hydroelectric power plant is understood here as a combination of pumped storage plants, as described above. This means that the pumped storage plants have at their core a plurality of reinforced concrete basins, pipes, pumps and/or turbines and/or pump turbines, with the plurality of reinforced concrete basins being arranged on the bottom of a flooded pit at the same height, in terms of flow from the water of the flooded pit are decoupled and function in such a way that, when unloaded, the water levels in all reinforced concrete basins are at the same level, and in order to store energy, in pumping mode, water is pumped from a first reinforced concrete basin into an adjacent second reinforced concrete basin using the pumps and/or pump turbines, so that a height difference between the water levels of two adjacent reinforced concrete pools results, and in a generator operating mode, water flows from the reinforced concrete pool with the higher water level into the reinforced concrete pool with the lower water level, thereby driving a turbine and / or pump turbine until the water level in all reinforced concrete pools is at the same level again and the pumped storage plant is discharged. The water exchange here only takes place between reinforced concrete basins of a pumped storage plant, but not between two pumped storage plants that form part of a pumped storage hydroelectric power plant or with the water from the flooded pit.

Es ist besonders vorteilhaft, die Stahlbetonbecken der verschiedenen Pumpspeicherwerke an die Größe der gefluteten Grube, in der sie befindlich sind, anzupassen. So kann ein Pumpspeicherwerk beispielsweise so groß wie möglich dimensioniert sein, während ein weiteres Pumpspeicherwerk so dimensioniert ist, dass es dem verbleibenden Platz in der Grube Rechnung trägt. Es kann jedoch auch von Vorteil sein, zwei identisch dimensionierte Pumpspeicherwerke zu einer Pumpspeicher-Wasserkraftanlage zusammenzuschließen. Diese Ausbildung ist gerade mit Blick auf potenzielle Wartungsarbeiten sinnvoll, da bei einem Ausfall so im Mittel die höchste Leistung weiterhin abgerufen werden kann. Insgesamt kann mit der vorgestellten Pumpspeicher-Wasserkraftanlage die Fläche der gefluteten Grube optimal genutzt werden.It is particularly advantageous to adapt the reinforced concrete basins of the various pumped storage plants to the size of the flooded pit in which they are located. For example, a pumped storage plant can be made as large as possible while another pumped storage plant is sized to take into account the remaining space in the pit. However, it can also be advantageous to combine two identically sized pumped storage plants to form a pumped storage hydroelectric power plant. This training is particularly useful with regard to potential maintenance work, as in the event of a failure, the highest performance can still be achieved on average. Overall, with the pumped storage hydroelectric power plant presented, the area of the flooded pit can be optimally used.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Errichten eines Pumpspeicherwerks in einer Grube bereitgestellt, bei dem in einem Schritt ein erstes Stahlbetonbecken kreisrund gebaut wird und in einem weiteren Schritt mindestens ein weiteres Stahlbetonbecken kreisrund und im Verhältnis zum ersten Stahlbetonbecken konzentrisch angeordnet und gebaut wird, wobei in einer zwischen zwei Stahlbetonbecken gelegenen Wand Leitungen mit Pumpen und/oder Turbinen und/oder Pumpturbinen angeordnet werden und die Radien der Stahlbetonbecken und die gemeinsame Höhe der Stahlbetonbecken so dimensioniert werden, dass die Volumina der Stahlbetonbecken jeweils identisch sind, wobei die Stahlbetonbecken zur Hälfte mit Wasser gefüllt werden. Die kreisrunde und konzentrische Anordnung bietet den Vorteil der erhöhten Stabilität und Platzersparnis des so gebauten Pumpspeicherwerks. Jedes Stahlbetonbecken ist somit in der Lage, das gesamte Wasser, das auf das Stahlbetonbecken selbst und ein weiteres benachbartes Stahlbetonbecken verteilt ist, aufzunehmen. Durch diese Anordnung ergibt sich die maximal erreichbare Druckdifferenz zwischen zwei Stahlbetonbecken, sodass beim Entladen die höchste verfügbare Leistung abgegeben werden kannAccording to one embodiment of the invention, a method for setting up a pumped storage plant in a pit is provided, in which in one step a first reinforced concrete basin is built in a circular manner and in a further step at least one further reinforced concrete basin is arranged and built in a circular manner and concentrically in relation to the first reinforced concrete basin, wherein lines with pumps and/or turbines and/or pump turbines are arranged in a wall located between two reinforced concrete pools and the radii of the reinforced concrete pools and the common height of the reinforced concrete pools are dimensioned such that the volumes of the reinforced concrete pools are each identical, with the reinforced concrete pools being half be filled with water. The circular and concentric arrangement offers the advantage of increased stability and space savings for the pumped storage plant built in this way. Each reinforced concrete pool is therefore able to absorb all the water that is distributed between the reinforced concrete pool itself and another neighboring reinforced concrete pool. This arrangement results in the maximum achievable pressure difference between two reinforced concrete basins, so that the highest available power can be delivered during unloading

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden in einem weiteren Schritt Stabilisatorrippen mit Durchlässen vom Mittelpunkt der Stahlbetonbecken radial nach außen verlaufend und äquidistant verteilt gebaut. Die Verwendung von Stabilisatorrippen erhöht die Stabilität des Pumpspeicherwerks und verringert den Materialbedarf beim Errichten der Anlage weiter.According to a further embodiment of the invention, in a further step, stabilizer ribs with passages are built from the center of the reinforced concrete basins extending radially outwards and distributed equidistantly. The use of stabilizer ribs increases the stability of the pumped storage plant and further reduces the material required when constructing the system.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in einem weiteren Schritt das äußere Stahlbetonbecken mittels Steinschüttung gegen die Grubenwand gestützt und die die Stahlbetonbecken umgebende Grube, vorzugsweise mittels zuvor entstandenen Abraums, aufgeschüttet. Mittels der Stabilisatorrippen wird der Druckkrafteintrag in die Grubenwand eingeleitet. Somit wird der Materialbedarf beim Bau der Anlage weiter verringert und es kann auf eine anderenfalls notwendige hydrostatische Tragmauer verzichtet werden.In a further embodiment of the invention, in a further step, the outer reinforced concrete basin is supported against the pit wall using stone fill and the pit surrounding the reinforced concrete basin is filled, preferably using previously created overburden. Using the stabilizer ribs, the compressive force is introduced into the pit wall. This further reduces the material requirement when building the system and eliminates the need for a hydrostatic support wall that would otherwise be necessary.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Stahlbetonbecken in einem weiteren Schritt mit einem gemeinsamen Stahlbetondeckel verschlossen und in einem weiteren Schritt die Grube mit Wasser geflutet. Somit wird das durch das Verfahren bereitgestellte Pumpspeicherwerk verdeckt und der durch die Flutung der Grube entstehende See kann zur Rekultivierung und Renaturierung beitragen.According to a further embodiment of the invention, the reinforced concrete pools are closed in a further step with a common reinforced concrete cover and in a further step the pit is flooded with water. This means that the pumped storage plant provided by the process is hidden and the lake created by flooding the pit can contribute to recultivation and renaturation.

Mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Nutzung eines Pumpspeicherwerks bereitgestellt, bei dem in einem Schritt bei zuvor entladenem oder zumindest nur zum Teil geladenen Zustand des Pumpspeicherwerks in einem Pumpbetrieb Energie in Form potenzieller Energie gespeichert wird, indem die Pumpen oder Pumpturbinen Wasser von einem Stahlbetonbecken in ein benachbartes Stahlbetonbecken pumpen, sodass sich eine Höhendifferenz zwischen den Wasserständen des ersten Stahlbetonbeckens und des benachbarten Stahlbetonbeckens ergibt, und dass in einem weiteren Schritt bei vorhandener Höhendifferenz zwischen den Wasserständen zweier benachbarter Stahlbetonbecken Wasser von dem Stahlbetonbecken mit dem höheren Wasserstand in das Stahlbetonbecken mit dem niedrigeren Wasserstand fließt und dabei die Turbinen oder Pumpturbinen antreibt. Bei entladenem Zustand des Pumpspeicherwerks sind die Wasserstände in allen Stahlbetonbecken gleich. Das Verfahren bietet den Vorteil, dass eine besonders verlässliche Form der Zwischenspeicherung überschüssiger elektrischer Energie ermöglicht wird.With a further embodiment of the invention, a method for using a pumped storage plant is provided, in which energy in the form of potential energy is stored in a pumping operation when the pumped storage plant is previously discharged or at least partially charged, in which the pumps or pump turbines use water from pump a reinforced concrete basin into an adjacent reinforced concrete basin, so that there is a height difference between the water levels of the first reinforced concrete basin and the adjacent reinforced concrete basin, and that in a further step, if there is a height difference between the water levels of two adjacent reinforced concrete basins, water from the reinforced concrete basin with the higher water level into the reinforced concrete basin flows with the lower water level and drives the turbines or pump turbines. When the pumped storage plant is unloaded, the water levels in all reinforced concrete basins are the same. The method offers the advantage of enabling a particularly reliable form of temporary storage of excess electrical energy.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Anzahl und Verschaltung der aktiven Pumpen und/oder Turbinen und/oder Pumpturbinen in Abhängigkeit der zur Verfügung stehenden Leistung, des Druckunterschieds und der Höhendifferenz des Wasserstands zwischen einem ersten Stahlbetonbecken und einem benachbarten Stahlbetonbecken in einem weiteren Schritt angepasst. Dies erhöht die Flexibilität und Einsetzbarkeit des Verfahrens. Es kann vorteilhaft sein, wenn die Pumpen und/oder Turbinen und/oder Pumpturbinen über Ventile mehrstufig parallel bei niedriger und in Reihe bei höchstem Füllstand mit Ventilen geschaltet werden.In a further embodiment of the invention, the number and connection of the active pumps and/or turbines and/or pump turbines is adjusted in a further step depending on the available power, the pressure difference and the height difference of the water level between a first reinforced concrete basin and an adjacent reinforced concrete basin . This increases the flexibility and usability of the process. It can be advantageous if the pumps and/or turbines and/or pump turbines are connected via valves in multiple stages in parallel at low levels and in series at the highest level with valves.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Errichten und zur Nutzung eines Pumpspeicherwerks beziehungsweise einer Pumpspeicher-Wasserkraftanlage bereitgestellt, bei dem die Stahlbetonbecken des Pumpspeicherwerks beziehungsweise eines Pumpspeicherwerks einer Pumpspeicher-Wasserkraftanlage auf dem Boden eines ausgekohlten Abschnitts einer zumindest teilweise stillgelegten Tagebaugrube oder auf dem Boden eines abgebauten Abschnitts eines zumindest teilweise stillgelegten Steinbruchs gebaut und vorzugsweise kreisrund und konzentrisch angeordnet werden, wobei die Stahlbetonbecken des Pumpspeicherwerks beziehungsweise der Pumpspeicherwerke der Wasserkraftanlage über Leitungen mit darin befindlichen Pumpen und/oder Turbinen und/oder Pumpturbinen miteinander verbunden und mittels Durchlässe aufweisender Stabilisatorrippen die entstehenden Druckkräfte in die Grubenwand einleiten, wobei die Stahlbetonbecken zur Hälfte mit Wasser gefüllt werden und die Volumina der Stahlbetonbecken des Pumpspeicherwerks beziehungsweise eines Pumpspeicherwerks der Pumpspeicher-Wasserkraftanlage jeweils identisch sind, sodass in einem Pumpbetrieb zur Energiespeicherung das Wasser von einem inneren Stahlbetonbecken in das nächstäußere Stahlbetonbecken oder von einem äußeren Stahlbetonbecken in das nächstinnere Stahlbetonbecken gepumpt werden kann, sodass sich eine Höhendifferenz zwischen den Wasserständen zweier benachbarter Stahlbetonbecken ergibt, und in einem Generatorbetrieb aufgrund eines durch eine Höhendifferenz verursachten Druckunterschieds in den Stahlbetonbecken ein Wasservolumenstrom von dem Stahlbetonbecken mit dem höheren Wasserstand zu dem Stahlbetonbecken mit dem niedrigeren Wasserstand erzeugt werden kann, der die Turbinen und/oder Pumpturbinen antreibt.According to a further embodiment of the invention, a method for constructing and using a pumped storage plant or a pumped storage hydropower plant is provided, in which the reinforced concrete basins of the pumped storage plant or a pumped storage plant of a pumped storage hydropower plant are located on the bottom of a carbonized section an at least partially disused opencast mine or on the bottom of a dismantled section of an at least partially disused quarry and are preferably arranged in a circular and concentric manner, the reinforced concrete basins of the pumped storage plant or the pumped storage plants of the hydroelectric power plant being connected via lines with pumps and/or turbines and/or pump turbines located therein connected to each other and by means of stabilizer ribs having passages, the resulting pressure forces are introduced into the pit wall, whereby the reinforced concrete basins are half filled with water and the volumes of the reinforced concrete basins of the pumped storage plant or a pumped storage plant of the pumped storage hydroelectric power plant are each identical, so that in a pumping operation for energy storage the water can be pumped from an inner reinforced concrete basin into the next outer reinforced concrete basin or from an outer reinforced concrete basin into the next inner reinforced concrete basin, so that there is a height difference between the water levels of two adjacent reinforced concrete basins, and in a generator operation due to a pressure difference in the reinforced concrete basin caused by a height difference, a water volume flow of the reinforced concrete basin with the higher water level can be created to the reinforced concrete basin with the lower water level, which drives the turbines and / or pump turbines.

Dass in einem Pumpbetrieb zur Energiespeicherung das Wasser von einem inneren Stahlbetonbecken in das nächstäußere Stahlbetonbecken oder von einem äußeren Stahlbetonbecken in ein nächstinneres Stahlbetonbecken gepumpt wird, sodass sich eine Höhendifferenz zwischen den Wasserständen zweier benachbarter Stahlbetonbecken ergibt, und dass in einem Generatorbetrieb aufgrund eines durch eine Höhendifferenz verursachten Druckunterschieds zwischen den benachbarten Stahlbetonbecken ein Wasservolumenstrom von dem Stahlbetonbecken mit dem höheren Wasserstand zu dem Stahlbetonbecken mit dem niedrigeren Wasserstand erzeugt wird, der die Turbinen und/oder Pumpturbinen antreibt, bietet den Vorteil, dass das Pumpspeicherwerk beziehungsweise die Pumpspeicher-Wasserkraftanlage in Betrieb genommen, getestet und zur Energiespeicherung eingesetzt werden kann, unabhängig von dem Fortschritt des restlichen Tagebaus beziehungsweise des restlichen Steinbruchs, sofern die Grubenwand, an die die Druckkräfte geleitet werden, diesen Druckkräften standhalten kann. Die Verwendung von Stabilisatorrippen unterstützt die Einleitung der Druckkräfte in die Grubenwand. Dass die Stabilisatorrippen Durchlässe aufweisen, bietet den Vorteil, dass ein gleichmäßiger Wasserspiegelanstieg beziehungsweise eine gleichmäßige Senkung des Wasserstands in den Stahlbetonbecken bewirkt wird, wodurch die Stabilität des Pumpspeicherwerks beziehungsweise der Pumpspeicher-Wasserkraftanlage vorteilhaft beeinflusst wird.That in a pumping operation for energy storage, the water is pumped from an inner reinforced concrete basin into the next outer reinforced concrete basin or from an outer reinforced concrete basin into a next inner reinforced concrete basin, so that there is a height difference between the water levels of two adjacent reinforced concrete basins, and that in a generator operation due to a height difference Due to the pressure difference between the neighboring reinforced concrete basins, a water volume flow is generated from the reinforced concrete basin with the higher water level to the reinforced concrete basin with the lower water level, which drives the turbines and / or pump turbines, offers the advantage that the pumped storage plant or the pumped storage hydroelectric power plant is put into operation, can be tested and used for energy storage, regardless of the progress of the remaining opencast mine or quarry, provided that the pit wall to which the compressive forces are directed can withstand these compressive forces. The use of stabilizer ribs supports the introduction of compressive forces into the pit wall. The fact that the stabilizer ribs have passages offers the advantage that a uniform rise in the water level or a uniform decrease in the water level in the reinforced concrete basin is caused, which advantageously influences the stability of the pumped storage plant or the pumped storage hydropower plant.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung werden die Stahlbetonbecken bei dem Verfahren mit einem Stahlbetondeckel verschlossen und die Außenwand der Stahlbetonbecken mittels Steinschüttung gegen die bereits vorhandene Grubenwand gestützt. Die Abstützung der Außenwand der Stahlbetonbecken des Pumpspeicherwerks beziehungsweise eines Pumpspeicherwerks der Pumpspeicher-Wasserkraftanlage gegen die vorhandene Grubenwand ermöglicht die Verteilung der auf die Außenwände wirkenden Kräfte. Dadurch kann eine sonst benötigte hydrostatische Tragmauer wegfallen. Die hydrostatischen Kräfte werden direkt in die bereits vorhandene Grubenwand eingeleitet. Die Betonarbeiten beschränken sich bei dieser Ausführung größtenteils auf die Abdichtung und den gleichmäßigen Druckkrafteintrag in die Grubenwände. Somit können große Mengen Stahl, Beton und Arbeit, und dadurch auch CO2-Emissionen eingespart werden. Die Abdeckung der Stahlbetonbecken mit einem Stahlbetondeckel bietet den Vorteil, die Stahlbetondeckel dicht gegenüber der Umgebung sind und das Pumpspeicherwerk beziehungsweise die Pumpspeicher-Wasserkraftanlage vor Außeneinwirkungen geschützt sind und ein Hineingelangen von Fremdkörpern in die Stahlbetonbecken verhindert wird. Dies reduziert auch die Häufigkeit zukünftiger Wartungsarbeiten.According to an advantageous embodiment of the invention, the reinforced concrete pools are closed with a reinforced concrete cover in the method and the outer wall of the reinforced concrete pools is supported against the existing pit wall using stone fill. The support of the outer wall of the reinforced concrete basin of the pumped storage plant or a pumped storage plant of the pumped storage hydroelectric power plant against the existing pit wall enables the forces acting on the outer walls to be distributed. This means that a hydrostatic support wall that would otherwise be required can be eliminated. The hydrostatic forces are introduced directly into the existing pit wall. In this version, the concrete work is largely limited to sealing and the uniform application of compressive force into the pit walls. This means that large amounts of steel, concrete and labor can be saved, and thus also CO2 emissions. Covering the reinforced concrete basins with a reinforced concrete cover offers the advantage that the reinforced concrete covers are tight to the surroundings and the pumped storage plant or the pumped storage hydroelectric power plant is protected from external influences and foreign bodies are prevented from getting into the reinforced concrete basins. This also reduces the frequency of future maintenance.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Pumpspeicherwerk beziehungsweise die Pumpspeicher-Wasserkraftanlage bereits zur Zwischenspeicherung elektrischer Energie genutzt, während aus der Tagebaugrube noch Kohle gefördert beziehungsweise der Steinbruch noch abgebaut wird. Dies bietet den Vorteil, dass das Pumpspeicherwerk beziehungsweise die Pumpspeicher-Wasserkraftanlage besonders schnell eingesetzt wird. Es wird mit diesem Verfahren also ein funktionierendes Pumpspeicherwerk beziehungsweise eine funktionierende Pumpspeicher-Wasserkraftanlage bereitgestellt, dessen oder deren Zeitpunkt zur Inbetriebnahme lediglich von der Dauer seines oder ihres Baus abhängt. Somit ist ein besonders schneller Beitrag zur Energiewende möglich. Je nach Stabilitätsauslegung kann das Pumpspeicherwerk beziehungsweise die Pumpspeicher-Wasserkraftanlage bereits mit maximaler Kapazität zum Energiespeichern überschüssiger Energie ans Netz angeschlossen werden. Das kann jedoch nur dann der Fall sein, wenn die Grubenwände dem Wasserdruck standhalten.According to a further embodiment of the invention, the pumped storage plant or the pumped storage hydroelectric power plant is already used for intermediate storage of electrical energy while coal is still being mined from the opencast mine or the quarry is still being mined. This offers the advantage that the pumped storage plant or the pumped storage hydroelectric power plant can be deployed particularly quickly. With this method, a functioning pumped storage plant or a functioning pumped storage hydroelectric power plant is provided, the timing of which depends solely on the duration of its construction. This makes a particularly rapid contribution to the energy transition possible. Depending on the stability design, the pumped storage plant or the pumped storage hydropower plant can be connected to the grid with maximum capacity for storing excess energy. However, this can only be the case if the pit walls can withstand the water pressure.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Tagebaugrube beziehungsweise der Steinbruch nach ihrer Stilllegung geflutet, sodass das Pumpspeicherwerk beziehungsweise das Pumpspeicher-Wasserkraftwerk vollständig mit Wasser bedeckt wird. Dies bietet zum einen den Vorteil, dass ein Blick auf die Betonflächen des Pumpspeicherwerks beziehungsweise der Pumpspeicherwerke der Pumpspeicher-Wasserkraftanlage verhindert wird, sodass das Gebot der Rekultivierung eingehalten wird, und zum anderen wird die finale Wasser- und Steinschüttungsmenge für die Rekultivierung der Grube des Tagebaus beziehungsweise des Steinbruchs deutlich reduziert. Außerdem wird mit diesem Verfahren eine echte Renaturierung ermöglicht, da das Pumpspeicherwerk beziehungsweise die Pumpspeicher-Wasserkraftanlage für seinen Betrieb strömungstechnisch entkoppelt von dem in die Grube geleiteten Wasser arbeitet und somit keine Variierung des Wasserstands entsteht. Mit dem vorgestellten Verfahren können mit den zuvor vorgeschlagenen Dimensionen etwa 1,6 km³ Stein-/Erdschüttung sowie 0,8 km³ Füllwasser pro Becken eingespart werden. Insbesondere bei Steinbrüchen kann das Verfahren vorteilhaft eingesetzt werden, da man durch den harten Untergrund bereits von stabilen Verhältnissen ausgehen kann, während die Braunkohlegruben mit großer Wahrscheinlichkeit gegen ein Nachsacken beispielsweise durch verdichteten Schotter gesichert werden müssen.In a further embodiment of the invention, the opencast mine or quarry is flooded after it has been shut down, so that the pumped storage plant or the pumped storage hydroelectric power plant is completely covered with water. On the one hand, this offers the advantage that a view of the concrete surfaces of the pumped storage plant or the pumped storage plants of the pumped storage hydroelectric power plant is prevented, so that the requirement of recultivation is adhered to, and on the other hand, the final amount of water and rock fill for the recultivation of the opencast mine pit or the quarry is significantly reduced. In addition, this process enables real renaturation, as the pumped storage plant or the pumped storage hydroelectric power plant operates in a flow-decoupled manner from the water fed into the pit and therefore there is no variation in the water level. With the method presented, around 1.6 km ³ of stone/earth fill and 0.8 km ³ of fill water per basin can be saved with the previously proposed dimensions. The method can be used advantageously in quarries in particular, as the hard ground means that stable conditions can be assumed, while the brown coal mines will most likely have to be secured against subsidence, for example by compacted gravel.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird zusätzlich zur Steinschüttung zur Stabilisation des Pumpspeicherwerks beziehungsweise der Pumpspeicherwerke der Pumpspeicher-Wasserkraftanlage der beim Tagebau oder beim Abbau des Steinbruchs entstandene Abraum genutzt, um die Grube bis zur Höhe des Stahlbetondeckels aufzufüllen. Dadurch entsteht der Vorteil, dass die für die Renaturierung erforderlichen Wassermassen weiter reduziert werden. Außerdem besteht die Möglichkeit, den Wasserstand oberhalb des Deckels des Pumpspeicherwerks beziehungsweise oberhalb der Deckel der Pumpspeicherwerke der Pumpspeicher-Wasserkraftanlage so niedrig zu halten, dass sich Fischbestände generieren können und Unterwasserpflanzen genügend Licht für die Photosynthese erhalten. Dies trägt weiter zur CO2-Absorption bei.In a further embodiment of the invention, in addition to the stone filling to stabilize the pumped storage plant or the pumped storage plants of the pumped storage hydroelectric power plant, the overburden created during opencast mining or when dismantling the quarry is used to fill the pit up to the height of the reinforced concrete cover. This creates the advantage that the water masses required for renaturation are further reduced. It is also possible to keep the water level above the cover of the pumped storage plant or above the cover of the pumped storage plant of the pumped storage hydropower plant so low that fish stocks can be generated and underwater plants receive enough light for photosynthesis. This further contributes to CO2 absorption.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird die Anzahl und/oder die Verschaltung der aktiven Pumpen und/oder Turbinen und/oder Pumpturbinen in Abhängigkeit der zur Verfügung stehenden Leistung, des Druckunterschieds und der Höhendifferenz des Wasserstands zwischen einem Stahlbetonbecken und einem benachbarten Stahlbetonbecken angepasst. So kann es vorteilhaft sein, die Pumpen und/oder Turbinen und/oder Pumpturbinen über Ventile mehrstufig parallel bei niedriger und in Reihe bei höchstem Füllstand mit Ventilen zu schalten. Damit wird die Flexibilität und Einsetzbarkeit des Pumpspeicherwerks beziehungsweise der Pumpspeicher-Wasserkraftanlage weiter erhöht.According to a further advantageous embodiment of the invention, the number and/or the connection of the active pumps and/or turbines and/or pump turbines is adjusted depending on the available power, the pressure difference and the height difference of the water level between a reinforced concrete basin and an adjacent reinforced concrete basin. It can be advantageous to connect the pumps and/or turbines and/or pump turbines via valves in multiple stages in parallel when the fill level is low and in series with valves when the fill level is at its highest. This further increases the flexibility and usability of the pumped storage plant or the pumped storage hydropower plant.

Zur näheren Betrachtung von Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden die für die Beschreibung der Beispiele erforderlichen Figuren kurz vorgestellt. Dabei zeigen

1a ein Pumpspeicherwerk mit kreisrunden konzentrisch angeordneten Stahlbetonbecken;
1b den Querschnitt einer Wand eines Stahlbetonbeckens;
2 eine Pumpspeicher-Wasserkraftanlage bestehend aus zwei Pumpspeicherwerken;
3 einen Querschnitt einer Pumpspeicher-Wasserkraftanlage in einer gefluteten Grube;
4a eine erste Konfiguration von Pumpturbinen;
4b eine zweite Konfiguration von Pumpturbinen;
4c eine dritte Konfiguration von Pumpturbinen.

For a closer look at embodiments of the invention, the figures required to describe the examples are briefly presented below. Show it

1a a pumped storage plant with circular, concentrically arranged reinforced concrete basins;
1b the cross section of a wall of a reinforced concrete pool;
2 a pumped storage hydroelectric power plant consisting of two pumped storage plants;
3 a cross section of a pumped storage hydroelectric power plant in a flooded pit;
4a a first configuration of pump turbines;
4b a second configuration of pump turbines;
4c a third configuration of pump turbines.

1a zeigt eine mögliche Ausgestaltung eines Pumpspeicherwerks (1) gemäß der Erfindung, bestehend aus mehreren Stahlbetonbecken (3, 4) mit Leitungen (2) mit darin befindlichen Pumpen und/oder Turbinen und/oder Pumpturbinen. Die Stahlbetonbecken (3, 4) stehen konzentrisch angeordnet auf gleicher Höhe auf dem Boden einer Grube (5). Die Stabilisatorrippen (6) weisen Durchlässe (7, 8) auf und verlaufen äquidistant radial nach außen bis zur Betonwand des äußersten Stahlbetonbeckens (4). In der vorliegenden Anordnung des Pumpspeicherwerks (1) sind die Radien der Stahlbetonbecken (3, 4) so gewählt, dass die Volumina aller Stahlbetonbecken (3, 4) identisch sind. Die Stahlbetonbecken (3, 4) weisen eine gemeinsame Höhe (9) von beispielsweise 500m auf. Dadurch können die Stahlbetonbecken (3, 4) leichter mit einem hier nicht gezeigten Stahlbetondeckel (17) abgedichtet werden. 1a shows a possible embodiment of a pumped storage plant (1) according to the invention, consisting of several reinforced concrete basins (3, 4) with lines (2) with pumps and / or turbines and / or pump turbines located therein. The reinforced concrete pools (3, 4) are arranged concentrically at the same height on the bottom of a pit (5). The stabilizer ribs (6) have passages (7, 8) and run equidistantly radially outwards to the concrete wall of the outermost reinforced concrete pool (4). In the present arrangement of the pumped storage plant (1), the radii of the reinforced concrete basins (3, 4) are selected so that the volumes of all reinforced concrete basins (3, 4) are identical. The reinforced concrete pools (3, 4) have a common height (9) of, for example, 500m. This allows the reinforced concrete pools (3, 4) to be sealed more easily with a reinforced concrete cover (17), not shown here.

Der in 1b gezeigte Querschnitt einer Außenwand eines inneren Stahlbetonbeckens (3) und der gezeigte Teil des teilgefüllten inneren Stahlbetonbeckens (3) und der Teil des äußeren teilgefüllten Stahlbetonbeckens (4) dient zur Erklärung des Verfahrens zur Nutzung des Pumpspeicherwerks (1). Das innere Stahlbetonbecken (3) und das äußere Stahlbetonbecken (4) sind über die Leitung (2), die sich in der Trennwand zwischen dem inneren (3) und dem äußeren Stahlbetonbecken (4) befindet, mit darin befindlichen Pumpen und/oder Turbinen und/oder Pumpturbinen (21) verbunden. Zum Speichern von überschüssiger elektrischer Energie wird in einem Pumpbetrieb Wasser (14) von dem inneren Stahlbetonbecken (3) in das äußere Stahlbetonbecken (4) gepumpt, sodass sich der Wasserstand im äußeren Stahlbetonbecken (4) hebt und sich eine Höhendifferenz zwischen den Wasserständen im inneren Stahlbetonbecken (3) und im äußeren Stahlbetonbecken (4) ergibt. Der hydrostatische Druck im äußeren Stahlbetonbecken (4) wird auf die Wand des inneren Stahlbetonbeckens (3) und auf die Außenwand des äußeren Stahlbetonbeckens (4) verteilt. Das äußere Stahlbetonbecken (4) ist, wie in 1a gezeigt, über Steinschüttung (18) gesichert und darüber mit der Wand (19) der Grube (5) verbunden, sodass die äußere Stahlbetonwand mit Verzicht auf eine hydrostatische Tragmauer gebaut werden kann. Der Durchmesser (10) der Leitung (2) beträgt in diesem Beispiel 10m, der Durchmesser (11) des äußeren kreisrunden Stahlbetonbeckens (4) 2km.The in 1b shown cross section of an outer wall of an inner reinforced concrete pool (3) and the part shown of the partially filled inner reinforced concrete pool (3) and the part of the outer partially filled reinforced concrete pool (4) serves to explain the method for using the pumped storage plant (1). The inner reinforced concrete pool (3) and the outer reinforced concrete pool (4) are connected via the line (2), which is located in the partition between the inner (3) and the outer reinforced concrete pool (4), with pumps and/or turbines located therein / or pump turbines (21) connected. To store excess electrical energy, water (14) is pumped from the inner reinforced concrete basin (3) into the outer reinforced concrete cken (4) is pumped so that the water level in the outer reinforced concrete pool (4) rises and there is a height difference between the water levels in the inner reinforced concrete pool (3) and in the outer reinforced concrete pool (4). The hydrostatic pressure in the outer reinforced concrete pool (4) is distributed on the wall of the inner reinforced concrete pool (3) and on the outer wall of the outer reinforced concrete pool (4). The outer reinforced concrete pool (4) is, as in 1a shown, secured via stone fill (18) and connected to the wall (19) of the pit (5), so that the outer reinforced concrete wall can be built without a hydrostatic load-bearing wall. In this example, the diameter (10) of the pipe (2) is 10m, the diameter (11) of the outer circular reinforced concrete pool (4) is 2km.

2 zeigt eine Pumpspeicher-Wasserkraftanlage (12) bestehend aus zwei Pumpspeicherwerken (1, 13), die hier identisch dimensioniert sind. Die Pumpspeicherwerke (1, 13) bestehen aus mehreren Stahlbetonbecken (3, 4) mit Leitungen (2) mit darin befindlichen Pumpen und/oder Turbinen und/oder Pumpturbinen. Die Stahlbetonbecken (3, 4) stehen konzentrisch angeordnet auf gleicher Höhe auf dem Boden einer Grube (5), in der die Pumpspeicherwerke (1, 13) befindlich sind. Die Stabilisatorrippen (6) weisen Durchlässe (7, 8) auf und verlaufen äquidistant verteilt radial nach außen bis zur Stahlbetonwand des äußersten Stahlbetonbeckens (4) eines jeweiligen Pumpspeicherwerks (1, 13). Die Stabilisatorrippen (6) dienen ausschließlich zur Druckkraftübertragung, um den Wasserdruck des inneren zylindrischen Beckens zur Grubenwand (19) zu leiten. Die Anzahl und Größe der Durchlässe (7, 8) in den Stabilisatorrippen (6) kann variieren, sofern dadurch die Stabilität der Stabilisatorrippen (6) nicht negativ beeinflusst wird. In der vorliegenden Anordnung des Pumpspeicherwerks (1) sind die Radien der Stahlbetonbecken (3, 4) so gewählt, dass das Volumen des inneren Stahlbetonbeckens (3) dem Volumen des äußeren Stahlbetonbeckens (4) entspricht. Die Stahlbetonbecken (3, 4) beider Pumpspeicherwerke (1, 13) weisen eine gemeinsame Höhe (9) von beispielsweise 500m auf. Dadurch können die Stahlbetonbecken (3, 4) leichter mit hier nicht gezeigten Stahlbetondeckeln (17) abgedichtet werden. Die identische Ausgestaltung beider Pumpspeicherwerke (1, 13) bietet eine Redundanz, sodass im Fall von Wartungsarbeiten nie mehr als die Hälfte der Gesamtleistung der Pumpspeicher-Wasserkraftanlage (12) ausfällt. Die inneren Stahlbetonbecken (3) und die äußeren Stahlbetonbecken (4) eines Pumpspeicherwerks (1, 13) sind über Leitungen (2) mit darin befindlichen Pumpen und/oder Turbinen und/oder Pumpturbinen verbunden. Zum Speichern von überschüssiger elektrischer Energie wird in einem Pumpbetrieb Wasser (14) von einem inneren Stahlbetonbecken (3) in ein äußeres Stahlbetonbecken (4) gepumpt, sodass sich der Wasserstand im äußeren Stahlbetonbecken (4) hebt und sich eine Höhendifferenz zwischen den Wasserständen im inneren Stahlbetonbecken (3) und äußeren Stahlbetonbecken (4) ergibt. Der hydrostatische Druck im äußeren Stahlbetonbecken (4) wird auf die Wand des inneren Stahlbetonbeckens (3) und auf die Außenwand des äußeren Stahlbetonbeckens (4) verteilt. Die äußeren Stahlbetonbecken (4) sind über Steinschüttung gesichert und darüber mit der Wand der Grube (5) verbunden, sodass die äußere Stahlbetonwand mit Verzicht auf eine hydrostatische Tragmauer gebaut werden kann. Der Durchmesser (10) der Leitung (2) beträgt hier 10m, der Durchmesser (11) des äußeren kreisrunden Stahlbetonbeckens (4) 2km. 2 shows a pumped storage hydroelectric power plant (12) consisting of two pumped storage plants (1, 13), which are identically dimensioned here. The pumped storage plants (1, 13) consist of several reinforced concrete basins (3, 4) with pipes (2) with pumps and/or turbines and/or pump turbines located therein. The reinforced concrete basins (3, 4) are arranged concentrically at the same height on the bottom of a pit (5) in which the pumped storage plants (1, 13) are located. The stabilizer ribs (6) have passages (7, 8) and extend equidistantly distributed radially outwards to the reinforced concrete wall of the outermost reinforced concrete basin (4) of a respective pumped storage plant (1, 13). The stabilizer ribs (6) serve exclusively to transmit pressure force in order to direct the water pressure from the inner cylindrical basin to the pit wall (19). The number and size of the passages (7, 8) in the stabilizer ribs (6) can vary, provided that this does not negatively affect the stability of the stabilizer ribs (6). In the present arrangement of the pumped storage plant (1), the radii of the reinforced concrete pools (3, 4) are selected so that the volume of the inner reinforced concrete pool (3) corresponds to the volume of the outer reinforced concrete pool (4). The reinforced concrete basins (3, 4) of both pumped storage plants (1, 13) have a common height (9) of, for example, 500m. This allows the reinforced concrete pools (3, 4) to be sealed more easily with reinforced concrete covers (17), not shown here. The identical design of both pumped storage plants (1, 13) offers redundancy so that in the event of maintenance work, more than half of the total output of the pumped storage hydropower plant (12) is never lost. The inner reinforced concrete basins (3) and the outer reinforced concrete basins (4) of a pumped storage plant (1, 13) are connected via lines (2) to pumps and/or turbines and/or pump turbines located therein. To store excess electrical energy, water (14) is pumped from an inner reinforced concrete basin (3) into an outer reinforced concrete basin (4) in a pumping operation, so that the water level in the outer reinforced concrete basin (4) rises and there is a height difference between the water levels in the inner one Reinforced concrete pool (3) and outer reinforced concrete pool (4). The hydrostatic pressure in the outer reinforced concrete pool (4) is distributed on the wall of the inner reinforced concrete pool (3) and on the outer wall of the outer reinforced concrete pool (4). The outer reinforced concrete pools (4) are secured by stone fill and connected to the wall of the pit (5), so that the outer reinforced concrete wall can be built without the need for a hydrostatic load-bearing wall. The diameter (10) of the pipe (2) here is 10m, the diameter (11) of the outer circular reinforced concrete pool (4) is 2km.

3 zeigt einen Querschnitt durch die Pumpspeicher-Wasserkraftanlage (12) in einer gefluteten Grube (5). Die Pumpspeicherwerke (1, 13) sind in unterschiedlichen Ladezuständen. Das linke Pumpspeicherwerk (1) ist in Gänze aufgeladen, sodass sich eine Höhendifferenz zwischen einem ersten Wasserstand (15) im äußeren Stahlbetonbecken (4) und einem zweiten Wasserstand (16) im inneren Stahlbetonbecken (3) ergibt. Das rechte Pumpspeicherwerk (13) ist komplett entladen. Vorzugsweise entspricht der Wasserstand (15) im äußeren Stahlbetonbecken (4) des linken Pumpspeicherwerks (1) 500m und der Wasserstand (16) im inneren Stahlbetonbecken (3) 0m. Es kann jedoch je nach Anwendungsfall vorteilhaft sein, wenn im geladenen Zustand der Wasserstand (16) im inneren Stahlbetonbecken (3) 500m und der Wasserstand (15) im äußeren Stahlbetonbecken (4) 0m beträgt. 3 shows a cross section through the pumped storage hydroelectric power plant (12) in a flooded pit (5). The pumped storage plants (1, 13) are in different charging states. The left pumped storage plant (1) is completely charged, so that there is a height difference between a first water level (15) in the outer reinforced concrete basin (4) and a second water level (16) in the inner reinforced concrete basin (3). The right pumped storage plant (13) is completely discharged. The water level (15) in the outer reinforced concrete basin (4) of the left pumped storage plant (1) preferably corresponds to 500m and the water level (16) in the inner reinforced concrete basin (3) corresponds to 0m. However, depending on the application, it can be advantageous if, when loaded, the water level (16) in the inner reinforced concrete pool (3) is 500m and the water level (15) in the outer reinforced concrete pool (4) is 0m.

Die Energiemenge, die in jedem der Pumpspeicherwerke (1, 13) der vorgeschlagenen Pumpspeicher-Wasserkraftanlage (12) gespeichert werden kann, setzt sich ausgehend von der Formel für Potenzielle Energie einer ruhenden Wassersäule zusammen. Die Potenzielle Energie im entladenen Zustand, wenn der Wasserstand in allen Stahlbetonbecken (3, 4) gleich ist, berechnet sich gemäß E_Pot= ½ m × g × h. Die Gesamtmenge an Wasser (14), die sich in jedem Pumpspeicherwerk (1, 13) befindet, berechnet sich zu m₁ = ρ × π × r² × h₁, mit ρ = 1000kg/m³, h₁ = 250m und r = d/2 = 1000m zu m₁ = 7,8 × 10¹¹ kg aufgeteilt auf beide Stahlbetonbecken (3, 4), wie im rechten Pumpspeicherwerk (13) gezeigt. Demnach ist im entladenen Pumpspeicherwerk (13) eine nicht nutzbare potenzielle Energie von E_Pot,1 = ½ m₁ × g × h₁ gespeichert. Die potenzielle Energie, die im äußeren Becken (4) des linken Pumpspeicherwerks (1) gespeichert ist, wird gemäß E_Pot,2 = ½ m₁ × g × h₂, mit h₂ = 2 h₁ = 500m berechnet. Die gesamte nutz- und speicherbare Energie eines Pumpspeicherwerks (1, 13) mit den vorgeschlagenen Dimensionen beträgt also ΔE_Pot = E_Pot,2 - E_Pot,1 = ½ m₁ × g × h₁ = 9,56 × 10¹⁴ Ws = 265,69 GWh. Insgesamt wird somit eine Pumpspeicher-Wasserkraftanlage (12) bereitgestellt, die in der Lage ist, eine Energie von rund 530 GWh zwischenzuspeichern. Bei Verwendung von beispielsweise 100 Turbinen und/oder Pumpturbinen zu je 15MW würde ein Pumpspeicherwerk (1, 13) jeweils 168 Stunden, also eine Woche lang, Energie liefern. Bei gleich langen Lade- und Entladezyklen wären demnach 26 Zyklen pro Jahr möglich. Die Pumpspeicher-Wasserkraftanlage (12) wäre demnach in der Lage eine Leistung von 30 TWh/a zu liefern. Bei der Wahl der Pumpen und/oder Turbinen und/oder Pumpturbinen muss berücksichtigt werden, dass der Wasserdruck in den Stahlbetonbecken (3, 4) zwischen 50bar bei voller Ladung und 1bar bei vollständiger Entladung variiert. Die Pumpen und/oder Turbinen und/oder Pumpturbinen können beispielsweise mehrstufig parallel bei niedriger und in Reihe bei höchstem Füllstand mit Ventilen schaltbar sein.The amount of energy that can be stored in each of the pumped storage plants (1, 13) of the proposed pumped storage hydroelectric power plant (12) is based on the formula for the potential energy of a stationary water column. The potential energy in the discharged state, when the water level in all reinforced concrete pools (3, 4) is the same, is calculated according to E _Pot = ½ m × g × h. The total amount of water (14) located in each pumped storage plant (1, 13) is calculated as m ₁ = ρ × π × r ² × h ₁ , with ρ = 1000kg/m ³ , h ₁ = 250m and r = d/2 = 1000m to m ₁ = 7.8 × 10 ¹¹ kg divided between both reinforced concrete basins (3, 4), as shown in the right pumped storage plant (13). Accordingly, unusable potential energy of E _Pot,1 = ½ m ₁ × g × h ₁ is stored in the discharged pumped storage plant (13). The potential energy stored in the outer basin (4) of the left pumped storage plant (1) is calculated according to E _Pot,2 = ½ m ₁ × g × h ₂ , with h ₂ = 2 h ₁ = 500m. The total usable and storable energy of a pumped storage plant (1, 13) with the proposed dimensions is therefore ΔE _Pot = E _Pot,2 - E _Pot,1 = ½ m ₁ × g × h ₁ = 9.56 × 10 ¹⁴ Ws = 265.69 GWh. Overall, a pumped storage hydroelectric power plant (12) is thus provided, which is in the is able to temporarily store around 530 GWh of energy. If, for example, 100 turbines and/or pump turbines of 15 MW each were used, a pumped storage plant (1, 13) would supply energy for 168 hours, i.e. for a week. With charging and discharging cycles of the same length, 26 cycles per year would be possible. The pumped storage hydroelectric power plant (12) would therefore be able to deliver an output of 30 TWh/a. When choosing the pumps and/or turbines and/or pump turbines, it must be taken into account that the water pressure in the reinforced concrete basins (3, 4) varies between 50bar when fully charged and 1bar when completely discharged. The pumps and/or turbines and/or pump turbines can, for example, be switchable in multiple stages in parallel at low levels and in series at the highest level with valves.

In 4a bis 4c sind drei exemplarische Konfigurationen von Verschaltungen von Pumpturbinen (21) in den Leitungen (2) eines Pumpspeicherwerks (1) gezeigt. Mittels der Ventile (22) lässt sich die Anzahl der Pumpturbinen (21), die das Wasser zwischen dem inneren Stahlbetonbecken (3) und dem äußeren Stahlbetonbecken (4) durchfließt, so verändern, dass entweder der Volumenstrom oder der Druck maximiert wird. Bei der in 4a gezeigten Konfiguration, bei der das Wasser durch den Eingang (23) von einem Stahlbetonbecken (3, 4) der Reihe nach durch alle jeweils zu einem Generator/Motor (20) verbundenen, gezeigten Pumpturbinen (21) zum Ausgang (24) geführt wird, ist der Druck maximal. Diese Konfiguration wird beispielsweise bei großen Unterschieden zwischen den Wasserständen der benachbarten Stahlbetonbecken (3, 4) verwendet. In diesem Fall ist der Volumenstrom am geringsten. In 4c ist eine Konfiguration gezeigt, bei der das Wasser parallel durch alle Pumpturbinen (21) gleichzeitig fließt. Diese Konfiguration ermöglicht den höchsten Volumenstrom und ist im Allgemeinen bei geringem Druckunterschied zwischen den Stahlbetonbecken (3, 4) sinnvoll. Abhängig von der Anzahl der eingesetzten Pumpturbinen (21) können sich weitere Konfigurationen, wie beispielhaft in 4b gezeigt, ergeben, bei denen mehrere Reihenschaltungen von Pumpturbinen (21) jeweils parallel geschaltet werden, sodass der jeweils aktuelle Druckunterschied zwischen den Stahlbetonbecken (3, 4) berücksichtigt und der Volumenstrom möglichst hoch gewählt wird. Die jeweilige Konfiguration kann jedoch abhängig von der zur Verfügung stehenden überschüssigen oder geforderten Leistung gewählt werden. Mithilfe der Ventile (22) wird somit eine hohe Flexibilität des Pumpspeicherwerks erreicht.In 4a until 4c Three exemplary configurations of interconnections of pump turbines (21) in the lines (2) of a pumped storage plant (1) are shown. Using the valves (22), the number of pump turbines (21) through which the water flows between the inner reinforced concrete basin (3) and the outer reinforced concrete basin (4) can be changed so that either the volume flow or the pressure is maximized. At the in 4a configuration shown, in which the water is led through the inlet (23) from a reinforced concrete basin (3, 4) in sequence through all of the pump turbines (21) shown, each connected to a generator/motor (20), to the outlet (24), the pressure is maximum. This configuration is used, for example, when there are large differences between the water levels of the neighboring reinforced concrete pools (3, 4). In this case the volume flow is lowest. In 4c A configuration is shown in which the water flows in parallel through all pump turbines (21) at the same time. This configuration enables the highest volume flow and is generally useful when there is a small pressure difference between the reinforced concrete pools (3, 4). Depending on the number of pump turbines (21) used, further configurations can be used, as exemplified in 4b shown, in which several series connections of pump turbines (21) are each connected in parallel, so that the current pressure difference between the reinforced concrete basins (3, 4) is taken into account and the volume flow is selected as high as possible. However, the respective configuration can be selected depending on the excess or required power available. With the help of the valves (22), a high level of flexibility of the pumped storage plant is achieved.

Bezugszeichenliste:List of reference symbols:

11: PumpspeicherwerkPumped storage plant
22: Leitungen mit Pumpen/Turbinen/PumpturbinenLines with pumps/turbines/pump turbines
33: Inneres StahlbetonbeckenInternal reinforced concrete pool
44: Äußeres StahlbetonbeckenExternal reinforced concrete pool
55: Grubepit
66: StabilisatorrippenStabilizer ribs
77: Durchlass in StabilisatorrippePassage in stabilizer rib
88th: Durchlass in StabilisatorrippePassage in stabilizer rib
99: Höhe der BeckenHeight of the pools
1010: Durchmesser der LeitungDiameter of the pipe
1111: Durchmesser des äußeren RingsOuter ring diameter
1212: Pumpspeicher-WasserkraftanlagePumped storage hydroelectric power plant
1313: PumpspeicherwerkPumped storage plant
1414: WasserWater
1515: Höhe Wasserstand 1Height water level 1
1616: Höhe Wasserstand 2Height water level 2
1717: StahlbetondeckelReinforced concrete cover
1818: SteinschüttungRockfill
1919: GrubenwandPit wall
2020: Generator/MotorGenerator/Motor
2121: Pumpturbinepump turbine
2222: VentileValves
2323: EingangEntrance
2424: AusgangExit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2021005016 A1 [0004]
DE 102020111844 A1 [0004]
DE 102014000811 A1 [0005]

Claims

Method for setting up a pumped storage plant (1, 13), consisting of a plurality of reinforced concrete basins (3, 4), lines (2), pumps and/or turbines and/or pump turbines (21) in a pit (5), characterized in that that in one step a first reinforced concrete pool (3, 4) is built in a circular shape, in a further step at least one further reinforced concrete pool (3, 4) is arranged and built in a circular manner and concentrically in relation to the first reinforced concrete pool (3, 4), in which Wall lines (2) with pumps and/or turbines and/or pump turbines (21) located between two reinforced concrete basins (3, 4) are arranged and the radii of the reinforced concrete basins (3, 4) and the common height (9) of the reinforced concrete basins (3 , 4) are dimensioned so that the volumes of the reinforced concrete pools (3, 4) are identical, with the reinforced concrete pools (3, 4) being filled up to half with water (14) in a further step.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that in a further step, stabilizer ribs (6) with passages (7, 8) are built from the center of the reinforced concrete pools (3, 4) extending radially outwards and distributed equidistantly.

Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that in a further step the outer reinforced concrete basin (4) is supported against the pit wall (19) by means of stone fill (18) and the pit (5) surrounding the reinforced concrete basins (3, 4) is filled, preferably using previously created overburden becomes.

Procedure according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the reinforced concrete pools (3, 4) are closed in a further step with a common reinforced concrete cover (17) and in a further step the pit (5) is flooded with water.

Method for using a pumped storage plant, characterized in that in one step, when the pumped storage plant (1, 13) is previously discharged or at least only partially charged, energy is stored in the form of potential energy in a pumping operation by using the pumps or pump turbines (21) to pump water (14) from a reinforced concrete basin (3, 4) into an adjacent reinforced concrete basin (3, 4), so that there is a height difference between the water levels (15, 16) of the first reinforced concrete basin (3, 4) and the adjacent reinforced concrete basin (3, 4 ) results, and that in a further step, if there is a height difference between the water levels (15, 16) of two adjacent reinforced concrete pools (3, 4), water (14) is transferred from the reinforced concrete pool (3, 4) with the higher water level (15, 16). the reinforced concrete basin (3, 4) flows with the lower water level (15, 16) and drives the turbines or pump turbines (21).

Procedure according to Claim 5 , characterized in that the number and connection of the active pumps and / or turbines and / or pump turbines (21) depend on the available power, the pressure difference and the height difference of the water level (15, 16) between a first reinforced concrete basin (3, 4) and an adjacent reinforced concrete pool (4) is adapted in a further step.

Method for constructing and using a pumped storage plant (1) or a pumped storage hydropower plant (12), wherein the reinforced concrete basins (3, 4) of the pumped storage plant (1) or the pumped storage plants (1, 13) of the pumped storage hydropower plant (12) on the The bottom of a charred section of an at least partially disused opencast mine or on the bottom of a dismantled section of an at least partially disused quarry are built and preferably arranged in a circular and concentric manner, the reinforced concrete basins (3, 4) of the pumped storage plant (1) or the pumped storage plants (1, 13 ) of the hydroelectric power plant are connected to one another via lines (2) with pumps and/or turbines and/or pump turbines (21) located therein and the resulting pressure forces are introduced into the pit wall (19) by means of passages (7, 8) having stabilizer ribs (6). , wherein the reinforced concrete basins (3, 4) are half filled with water (14) and the volumes of the reinforced concrete basins (3, 4) of the pumped storage plant (1) or a pumped storage plant (1, 13) of the pumped storage hydroelectric power plant (12) are each identical are, so that in a pumping operation for energy storage the water (14) can be pumped from an inner reinforced concrete basin (3) into the next outer reinforced concrete basin (4) or from an outer reinforced concrete basin (4) into the next inner reinforced concrete basin (3), so that there is a height difference between the water levels (15, 16) of two adjacent reinforced concrete basins (3, 4), and in generator operation due to a pressure difference in the reinforced concrete basins (3, 4) caused by a height difference, a water volume flow from the reinforced concrete basin (3, 4) with the higher Water level (15, 16) can be generated to the reinforced concrete basin (3, 4) with the lower water level (15, 16), which drives the turbines and / or pump turbines (21).

Procedure according to Claim 7 , whereby the reinforced concrete pools (3, 4) have a reinforced concrete cover (17) are closed and the outer wall of the reinforced concrete pools (3, 4) is supported against the existing pit wall (19) by means of stone fill (18).

Procedure according to one of the Claims 7 until 8th , whereby the pumped storage plant (1) or the pumped storage hydroelectric power plant (12) is already used for the temporary storage of electrical energy, while coal is still being mined in other parts of the opencast mine or stone is still being mined in other sections of the quarry.

Procedure according to one of the Claims 7 until 9 , whereby the opencast mine or the quarry is flooded after it has been closed, so that the previously installed pumped storage plant (1) or the pumped storage hydroelectric power plant (12) is completely covered with water (14).

Procedure according to one of the Claims 9 until 10 , whereby the overburden created during open-cast mining or during dismantling of the quarry is used to fill the pit (5) up to the height of the reinforced concrete cover (17) of the pumped storage power plant (1) or up to the height of the reinforced concrete cover (17) of the pumped storage power plants (1, 13 ) of the pumped storage hydroelectric power plant (12).

Procedure according to one of the Claims 7 until 11 , wherein the number and/or the connection of the active pumps and/or turbines and/or pump turbines (21) depends on the available power, the pressure difference and the height difference of the water level (15, 16) between a first reinforced concrete basin (3, 4) and an adjacent reinforced concrete pool (3, 4).

Pumped storage plant (1, 13), consisting of a plurality of reinforced concrete basins (3, 4), lines (2), pumps and / or turbines and / or pump turbines (21), characterized in that the reinforced concrete basins (3, 4) on the The bottom of a flooded pit (5), preferably in a disused opencast mine or a disused quarry, stands, the pumped storage plant (1, 13) being fluidically decoupled from the flooded pit (5).

Pumped storage plant (1, 13). Claim 13 , characterized in that the reinforced concrete basins (3, 4) are arranged in a circular and concentric manner and have stabilizer ribs (6), the stabilizer ribs (6) having passages (7, 8) which transfer the resulting hydraulic forces into the load-bearing pit wall (19). initiate, and the lines (2) with pumps and / or turbines and / or pump turbines (21) are each between a first reinforced concrete basin (3, 4) and an adjacent reinforced concrete basin (3, 4).

Pumped storage plant (1, 13). Claim 14 , characterized in that the volumes of the reinforced concrete basins (3, 4) of the pumped storage plant (1, 13) are identical and the reinforced concrete basins (3, 4) have a common height (9).

Pumped storage plant (1, 13). Claim 14 or 15 , characterized in that the pumped storage plant (1, 13) has exactly two reinforced concrete basins (3, 4) and the lines (2) between the inner reinforced concrete basin (3) and the outer reinforced concrete basin (4) have a diameter of 10m, the lines (2) are distributed equidistantly over the circumference of the partition wall between the two reinforced concrete pools (3, 4), the diameter of the outer reinforced concrete pool (4) being 2km and the height (9) of the walls of the reinforced concrete pools (3, 4) being 500m.

Pumped storage hydroelectric power plant (12), characterized in that it consists of several pumped storage plants (1, 13), each according to one of the Claims 14 until 16 in a common flooded pit (5) in a disused opencast mine or a disused quarry, thereby increasing the area utilization of the flooded pit (5).