DE1906787A1 - Process and arrangement for increasing the degree of utilization of electrical power plants - Google Patents

Process and arrangement for increasing the degree of utilization of electrical power plants

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DE1906787A1
DE1906787A1 DE19691906787 DE1906787A DE1906787A1 DE 1906787 A1 DE1906787 A1 DE 1906787A1 DE 19691906787 DE19691906787 DE 19691906787 DE 1906787 A DE1906787 A DE 1906787A DE 1906787 A1 DE1906787 A1 DE 1906787A1
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    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/28Dissolving minerals other than hydrocarbons, e.g. by an alkaline or acid leaching agent
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/14Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Description

Verfahren, und Anordnung zur Erhöhung das Ausnutzungsgrades elektrischer KraftwerkeMethod and arrangement for increasing the degree of utilization electric power plants

Es ist bekannt» daß die Erzeugung elektrischer Energie durch Senken der Kosten und Erhöhung des Ausnutzungsgrades an gewissen Orten verbessert werden kann, indem ein Haupterzeugungssystem und ein Hilfssrzeugungssystem angewendet wOrdm.YJenn ein unregelmäßiger Leistungsbeciarf einen niedrigen Belastungßfaktor eines einzigen Erzeugungssystems bewirkt, wird oft ein kleineres Hilfssystem benutzt, um den Belastungsfaktor und den Ausnutzungsgrad des Hauptsystems zu verbessern, das den Hauptteil der Leistung liefert. Ein solches System liefert während der Spitzenbelastungszeiten zusätzlich Leistung und stellt eine bei Bedarf zur Verfügung stehende Reserve und eine HiIfsenergiequelle dar. Derartige Energiespeicher arbeiten auf verschiedenen Prinzipien. Z.B. werden Wasserkraft-Pumpspeicherwerke benutzt und Speicher für komprimierte Luft. Dabei wird in Zelten geringen Leistungsbedarfs billige elektrische Energie benutzt, um das Wasser It is known that the generation of electric power can be improved by lowering the cost and increasing the utilization rate in certain places by employing a main generation system and an auxiliary generation system. When an irregular power requirement causes a low load factor of a single generation system, a smaller auxiliary system often becomes used to improve the load factor and utilization rate of the main system that provides the bulk of the power. Such a system provides additional power during peak load times and represents a reserve that is available when required and an auxiliary energy source. Such energy stores work on different principles. For example, hydropower pumped storage plants and storage facilities for compressed air are used. In tents with low power requirements, cheap electrical energy is used to generate the water

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• in einen erhöhten Speicher zu pumpen oder Luffc zu komprimieren, um diese unter der Erde in Bergwerken bzw. Salzhohlräumen zu speichern. Das auf höheres potentielles Energieniveau gebrachte Wasser oder die komprimierte Luffc werden später als Energiequelle benutzt, um während der Spitzenbelastungszeiten Generatoren anzutreiben. Die sich hieraus ergebende Hilfsleistung wird daher unter höheren Kosten erzeugt, weil Energieverluste bei der Umwandlung unvermeidbar sind, aber es können hierdurch die Gesamtkosten für die elektrische Stromerzeugung bei einem solchen Kraftwerk vermindert v/er-• to pump into an elevated storage tank or to compress Luffc, to store them underground in mines or salt cavities. That on a higher potential energy level Brought water or the compressed luffc are later used as a source of energy during peak periods To drive generators. The resulting auxiliary service is therefore generated at a higher cost because Energy losses in the conversion are inevitable, but it can reduce the total cost of the electrical Electricity generation at such a power plant decreases v / er

P den. So sind Kostenverminderungen um 30$ bei Kraftwerken durch Benutzung kombinierter Systeme erreicht worden, bei denen ein Wärmekraftwerk mit einem Hilfs-Pumpspeicherwerk kombiniert war. Die Kostenersparnis resultiert aus der Verbesserung des Belastungsfaktors der Primärerzeugungsanlage, wobei wertvolle, schnell zur Verfügung stehende Energie gespeichert wird, wodurch eine Vergrößerung des Hauptkraftwerkes vermeldbar 1st. Energiespeicher dieser Art sind außerdem insofern wertvoll, als sie Überschüssige Leistung während plötzlicher Laständerungen absorbieren, so daß eine hohe Frequenzstabilität in der Ausgangsleistung und im Verteilersystem gewährleistet ist. Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt ist der nicht berechenbare Wert eines solchenP the. So are cost reductions of $ 30 at power plants has been achieved using combined systems in which a thermal power plant is combined with an auxiliary pumped storage plant was. The cost saving results from the improvement of the load factor of the primary generation plant, whereby valuable, quickly available energy is stored, which increases the size of the main power plant reportable 1st. Energy storage devices of this type are also valuable in that they generate excess power absorb during sudden load changes, so that a high frequency stability in the output power and in the distribution system is guaranteed. Another important consideration is the unpredictable value of such

" Hilfssystems als Noterzeugungsquelle beim Ausfall des Hauptkraftwerkes ."Auxiliary system as a source of emergency generation in the event of failure of the main power plant .

Gemäß einem Merkmal der Erfindung werden unterirdische artesische Brunnen oder erschöpfte natürliche Reservoirs von Flüssigkeit oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen, d.h. poröse Felsenformationen relativ hoher Porösität und Durchlässigkeit,als Speicher benutzt, in die komprimierte Luft oder anderes Gas eingedrückt, gespeichert und für spätere Benutzung zur Verfügung gehalten wird. Die porösen RäumeAccording to a feature of the invention, underground artesian wells or depleted natural reservoirs are made of liquid or gaseous hydrocarbons, i.e. porous rock formations of relatively high porosity and permeability, used as storage, into the compressed air or another gas pressed in, saved and used for later Use is kept available. The porous spaces

909849/0791 BAD OflfGfNAt909849/0791 BAD OflfGfNAt

derartiger Reservoire sind gewöhnlich mit \ϊάγλ- er ;.! geiülll-, das durch Einpressen komprimierten Gases auagetrieben wird, dessen Druck etwas höher ist als der natürliche hydrostatische Druck. Es sind Reservoirs dieser Art bekannt* die in der Lage sind, mehrere Milliarden Kubikfuß zu r?pei ehern, und das Gas kann dabei mit einem relativ konstanten Druck eingepreßt und abgezogen werden, wobei dieser Druck durch den natürlichen hydrostatischen Druck der Formation geregelt i-iird. Das Reßervoir wiikt v;ie eine große elastische Kammer und dehnt sich aus und zieht sich zusammen in Anpassung an die gespeicherte Gasmenge und zwar durch die Bewegung des"Wassers, die veranlaßt wird durch das Einpressen bzw. Abziehen von Gas. So kann das Gas,während der Zeiten geringen elektrischen Leistungsbedarfs oder wenn billige elektrische Energie verfügbar ist, komprimiert utid gespeichert werden, während das Gas unter im wesentlichen konstantem Druck während der Spitzenbelastungszeiten abgezogen wird und einen Luftmotor treibt, der seinerseits einen elektrischen Generator antreibt oder eine andere Arbeit leistet oder chemische Funktionen veranlaßt. Die Konstruktionsteilen eines solchen Sekundärkrcftwerkes sind gegenüber* üblichen Verfahren verringert, die Oberflächenresorvoirs benutzen, vie dies bei Pumpspeicher-Spitf-enlciaftwerken der Fall ist od =r bei unterirdischen Druckluf tr,sei ehern in. Salzformationen. Nach der Erfindung ausgebildete Kraftwerke können jiedoQh nur in ε-olcher! Regionen errichtet vierden, wo entsprechend 'günstJce Fornationen vorhanden rind, aber derartige geeignete- For...ε ti cn cn sind reichlich vorhanden und geographisch weit verbreit i. tor· Me. Orte, die für Pumpspeicherwerke geeignet sind odei" Siil^hohlr^iume für Druakluftsy^teme. Wenn die geologischen Beding.« gen günstig sind für die Lego eines solchen Kraftwerlces, wird dur:h die Erfindung die V.'irtschaftlichkeit ditrch Verbesserung 10::- Lofitfaktors gegenüber bestehenden Systemen beträchtlich verbessert und es wird die Notwendigkeit zusätzlicher Vertoä'erJrapazitSt aufgeschoben. Drücke von 2,8 bissuch reservoirs are usually with \ ϊάγλ- er;.! geiülll-, which is expelled by forcing in compressed gas, the pressure of which is slightly higher than the natural hydrostatic pressure. Reservoirs of this type are known * that are capable of holding billions of cubic feet . The gas can be injected and withdrawn at a relatively constant pressure, this pressure being regulated by the natural hydrostatic pressure of the formation. The reservoir resembles a large elastic chamber and expands and contracts in adaptation to the amount of gas stored, namely by the movement of the "water, which is caused by the injection or withdrawal of gas. Thus, the gas, during periods of low electrical power demand or when cheap electrical energy is available, compressed utid can be stored, while the gas is withdrawn under substantially constant pressure during peak periods and drives an air motor which in turn drives an electrical generator or does some other work or chemical The structural parts of such a secondary power plant are reduced compared to the usual methods that use surface reserves, as is the case with pumped storage spillage plants or with underground compressed air, either in salt formations. Power plants constructed according to the invention can jiedoQh only in ε- olcher! Regions are established where suitable fornations are available, but such suitable fornations are abundant and geographically widespread i. Tor · Me. Places which are suitable for pumped storage plants or silo cavities for pressure air systems. If the geological conditions are favorable for the Lego of such a power plant, the invention becomes economical Further improvement 10 :: - Lofit factor has been considerably improved compared to existing systems and the need for additional Vertoä'erJrapazitSt is postponed. Pressures from 2.8 to

BAD ORIGINAL 909849/0791BATH ORIGINAL 909849/0791

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210 kg/cm sind für die Zwecke der Erfindung geeignet.
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210 kg / cm are suitable for the purposes of the invention.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird Energie während der Zeiten geringen Leistungsbedarfs gespeichert, wobei überschüssige Leistung verfügbar ist, um Gas z.B. Luft zu komprimieren und sie unter Hochdruck in einen unterirdischen Salzhohlraum oder einen anderen gasundurchlässigen Hohlraum oder ein Reservoir einzupressen. Der Hohlraum steht in Verbindung mit einem Wasserreservoir an der Erdoberfläche, so daß der hydrostatische Kopf des Reservoirs auf dem Gas in dem Hohlraum lastet. Bei hohem elektrischem Leistungsbedarf wird Gas aus dem unterirdischen Hohlraum abgezogen, das unter dem hydrostatischen Wasserdruck steht und diese Druckluft wird zum Antrieb einee Druckluftmotors oder eines anderen Hilfsmotors benutzt, der seinerseits einen Generator antreibt. Dabei wird das Gasreservoir unter im wesentlichen konstanten Druck gehalten.According to a further feature of the invention, energy is stored during periods of low power demand, with excess Power is available to compress gas e.g. air and put it under high pressure in an underground salt cavity or to press in another gas-impermeable cavity or reservoir. The cavity is in communication with a water reservoir at the surface of the earth, so that the hydrostatic head of the reservoir on the gas in the cavity burdens. When there is a high electrical power requirement, gas is withdrawn from the underground cavity, which is below the hydrostatic There is water pressure and this compressed air is used to drive a compressed air motor or another auxiliary motor, which in turn drives a generator. The gas reservoir is kept under essentially constant pressure.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung aeigen:The invention is described below with reference to the drawing. In the drawing:

Fig. 1 eine schematisohe Schnittansicht einer Anlage, bei der getrennte Schächte zum Einpressen und Abziehen des Gases benutzt werden,Fig. 1 is a schematic sectional view of a system in which separate shafts are used for injecting and withdrawing the gas,

Fig. 2 eine der Fig.l ähnliche AnsLcht einer Anlage, bei der nur ein Schacht sowohl zum Einpressen als auch zum Abziehen von Gas benutzt wird,FIG. 2 shows a view similar to FIG. 1 of a system in which only one shaft is used for both injecting and withdrawing gas,

Fig. 3 eine Schnittannloht einer erfindungsgemäßen Anlage, bei welcher Gas in einem unterirdischen Salzhohlraum unter dem hydrostatischen Druck eines Wasserreservoirs gespeichert wird, das an der Erdoberfläche befindlich ist, wobei das Reservoir während Jener Periode dargestellt ist, in der Luft unter Druck in den Hohlraum eingepreßt wird,Fig. 3 is a sectional view of a system according to the invention, at which gas is stored in an underground salt cavity under the hydrostatic pressure of a water reservoir which is on the surface of the earth, the reservoir being shown during that period in which air is forced into the cavity under pressure,

Fig. 4 die Anlage nach Fig.3 in einer Betriebsstellung während des Abziehens von Gas, wobei mehrere Hilfsluftmotoren angetrieben werden, um ihrerseits einen elektrischen Generator zu treiben.4 shows the system according to FIG. 3 in an operating position during the evacuation of gas, whereby several auxiliary air motors are driven, in turn an electric Drive generator.

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In, Fig. 1 kennzeichnet das Bezugszeiohen 1 ein unterirdisches Reservoir relativ hoher Porösität und Durchlässigkeit. Das Reservoir kann ein PetroleunwTrockensand-Aqulfer sein, d.h. ein geologischer Dom oder eine Antiklinale, in der keine wirtschaftlichen Mengen von öl oder Gas vor der Speicherung erzeugt wurden oder das Reservoir kann ein abgebautes ölfeld oder ein Erdgasfeld gewesen sein. Sin wesentliches Charakteristikum eines Aquifer-Spelcher-Reservoirs besteht darin, daß ein dichter Abdeckfelsen über dem Reservoir liegt, um ein Austreten von Gas zu verhindern. Eine Beschreibung geeigneter Oasspeicherreservoire und Verfahren,durch die diese abgeschätzt werden können, findet sich in der Druckschrift Nr. SPE 162 betitelt "Evaluation of Underground Gas Storage conditions in Aquifers through Investigation of Groundwater in Hydrology", ausgegeben von der "Society of Petroleum Engineers of AIME" während des 50. jährlichen Treffens in Dallas, Texas USA., Oktober 196I. Die Erfordernisse für geeignete Untergrundspeicherreservoirs ergeben sich aus US. Bureau of Mines Circular 7765^ in Section XXV, betitelt "Underground Storage of Natural Gas in Coal-Mining Areas" von Wheeler und .Eckard, insbesondere Seite 6 und 7. Es ist zu bevorzugen, aber nicht wesentlich, daß die Art des porösen Felsenreservoirs ein solcher sein kann, wi eö häufig unter der Bezeichnung "Wassersand" bezeichnet wird, d.h. ein Speicherreservoir, das frei mit einem umgrenzten hydrologischen System unter hydrostatischem Druck begrenzt ist. Die Speicherung von Ga3 in Waesersandreservolrs (z.B. beschrieben von Douglas Ball und Peter Burnett in der Zeitschrift "Mines Magazine, Band 49, November 1959"* Seite 68-72 "Storage of Gas in Water Sands") 1st besonders zweckmäßig wegen des Drucknormalisierungseffektes des hydrologischen Systems. An Reservoirorten, wo die geologische Struktur durch eine dicke Folge von Schichten gekennzeichnet ist, können mehrere geeignete ReservoirSchichtungen bestehenIn, Fig. 1, reference numeral 1 denotes an underground Reservoir of relatively high porosity and permeability. The reservoir may be a petroleum and dry sand tanker, i. a geological dome or an anticline in which no economic quantities of oil or gas are stored before storage or the reservoir may have been a mined oil field or a natural gas field. Sin an essential characteristic of an Aquifer-Spelcher Reservoir is that a dense cover rock lies over the reservoir prevent gas leakage. A description of suitable oas storage reservoirs and methods by which these can be found in publication no. SPE 162 entitled "Evaluation of Underground Gas Storage conditions in Aquifers through Investigation of Groundwater in Hydrology "issued by the Society of Petroleum Engineers of AIME "during the 50th annual meeting in Dallas, Texas USA., October 196I. The requirements for suitable Underground storage reservoirs result from US. Bureau of Mines Circular 7765 ^ in Section XXV, titled "Underground Storage of Natural Gas in Coal-Mining Areas" by Wheeler and .Eckard, in particular pages 6 and 7. It is preferable, but not essential, that the type of porous Rock reservoirs can be one of these, as is often the case under the designation "water sand" is referred to, i.e. a storage reservoir that is freely bounded with a hydrological system under hydrostatic pressure is limited. The storage of Ga3 in water sand reservoirs (e.g. described by Douglas Ball and Peter Burnett in Mines Magazine, Volume 49, November 1959 * Page 68-72 "Storage of Gas in Water Sands") is particularly useful because of the pressure normalization effect of the hydrological Systems. At reservoir locations where the geological structure is characterized by a thick sequence of layers there may be several suitable reservoir layers

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und es ist eine gleichzeitige Speicherung in mehr als einer Schicht möglich. Wenn eine Mehrzonenspeicherung benutzt wird, kann ein Zurückzirkulieren von Gas von einer Zone nach der anderen erwünscht sein, um die Wirksamkeit des Speichersystems zu verbessern oder zu erhalten. Wenn eine Mehrzonenspeicherung benutzt wird, dann wird Luft oder ein anderes geeignetes Gas komprimiert und in einem Niederdruck-Aquifer-Reservoir unter hydrostatischem Druck von etwa 2,812 bisand simultaneous storage in more than one shift is possible. If multi-zone storage is used, It may be desirable to recirculate gas from one zone to another in order to improve the efficiency of the storage system to improve or maintain. If multi-zone storage is used then air or other suitable will be used Gas is compressed and stored in a low pressure aquifer reservoir under hydrostatic pressure of about 2.812 to

10,545 kg/cm gespeichert.Diese Luft wird dann komprimiert und zu diesem Zweck wird überschüssige elektrische Leistung während der Zeiten geringer Belastung benutzt. Hierdurch10.545 kg / cm. This air is then compressed and for this purpose excess electrical power is used during the periods of light load. Through this

erfolgt eine Kompression auf etwa 5,625 bis 105,45 kg/cm und diese Luft wird nach einem Konstantdruck-Aquifer-Reservoir überführt und dort gespeichert, wo sie unter hydrostatischem Druck gleicher Größe verbleibt. Die Luft vom Hochdruckreservoir wird zum Antrieb des Luftmotors benutzt und die durch die Expansionsvorrichtung entspannte Luft wird In gleicher Weise,wie in der US-Patentschrift 2 942 411 beschrieben, nach dem Niederdruckreservoir zurückgeführt. Durch Benutzung von Mehrzonendruckspeicher-Reservoirs erübrigt sich eine mehrstufige Kompression und Expansion und die Installationskosten werden vermindert und der Wirkungsgrad wird erhöht. Bin solches Mehrzonenuntergrundgasspeichersystem wird betrieben durch die Natural Gas Storage Company of Illinois at Herscher, Illinois und ist beschrieben in "Underground Storage of Natural Gas in Illinois" von Alfred H. Bell und veröffentlicht in dem Illinois State Geological Survey, I96I Circular 318.there is a compression to about 5.625 to 105.45 kg / cm and this air is after a constant pressure aquifer reservoir transferred and stored where it remains under hydrostatic pressure of the same size. The air from the high pressure reservoir is used to drive the air motor and the air expanded by the expansion device becomes In in the same manner as described in US Pat. No. 2,942,411, recycled to the low pressure reservoir. By using there is no need for multi-zone pressure storage reservoirs multi-stage compression and expansion and the installation cost are reduced and the efficiency is increased. Am such a multi-zone underground gas storage system operated by the Natural Gas Storage Company of Illinois at Herscher, Illinois and is described in "Underground Storage of Natural Gas in Illinois "by Alfred H. Bell and published in the Illinois State Geological Survey, I96I Circular 318.

Mit dem Bezugszeichen 3 ist in Pig.l der Abdeckfelsen aus Schiefergestein oder anderem gasundurchlässigen Gestein angeordnet, der über dem Aquifer oder dem Speicherreservoir liegt. Das Bezugszeichen 5 kennzeichnet den Einführungsschacht undWith the reference numeral 3, the cover rock is off in Pig.l Shale or other gas-impermeable rock arranged, which is above the aquifer or the storage reservoir. The reference number 5 denotes the insertion shaft and

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das Bezugszeiohen 7 den Abzugsschacht. Luft oder ein anderes Gas wird über die Leitung 9 dem Kompressor 11 zugeführt und durch den Schacht 5 in das Reservoir eingeblasen, wobei der Druck groß genug ist, um den hydrostatischen Druck innerhalb des Reservoirs zu überwinden. Wenn der hydrostatische Druck innerhalb des Reservoirs beispielsweise 17*577 kg/cm beträgt, dann wird die Luft auf einen Druck gebracht, der den hydrostatischen Druck um einon Paktor überschreitet, der wenigstens groß genug ist, um dio Verschiebung des Wassers einzuleiten. Allgemein wird ein v, verdruck von 10$ ausreichend sein.the reference number 7 the drainage shaft. Air or another Gas is fed to the compressor 11 via the line 9 and blown through the shaft 5 into the reservoir, the pressure being high enough to keep the hydrostatic pressure inside of the reservoir to overcome. When the hydrostatic pressure within the reservoir is, for example, 17 * 577 kg / cm, then the air is brought to a pressure equal to the hydrostatic Pressure exceeds by a factor of at least is large enough to initiate the displacement of the water. In general, an amount of $ 10 will be sufficient.

Der Luftkompressor 11 wird durch Elektrizität angetrieben, die vom Kraftwerk geliefert wird, z.B. von einem Wasserkraftwerk oder einem Dampfkraftwerk. In der Praxis wird die Luft nur . während dor Perioden geringer Belastung eingeblasen, v?enn der lilektrlzitätsbedarf unter der Kapazität des Wasser- bzw. Dampfkraftwerkes liegt.The air compressor 11 is driven by electricity supplied from the power plant such as a hydroelectric plant or a steam power plant. In practice the air only becomes. blown in during periods of low stress, v? enn the electricity demand below the capacity of the water resp. Steam power station is located.

Luft, die in dem Reservoir 1 unter herrschendem hydrostatischem Druck gespeichert ist, wird bei Bedarf durch die Leitung 7 abgezogen. Des Abziehen kann gleichzeitig mit dem Einpumpen erfolgen oder nur dann, wenn Luft nicht eingepumpt wird. Je nachdem zu welchem Zweck die abgezogene Luft benutzt wird. Wenn die Luft für andere Zwecke ßlß zur Stromerzeugung, z.B. zur Wärmeübertragung, in Stahlschmelzöfen oder in Gasturbinen zur Kühlung und zur- Verbrennung, dient, kann die Luft Jederzeit und immer dann abgeflogen werden, wenn die Lastbedingungen es erfordern. Andererseits wird bei Verwendung der Luft zur Erzeugung zusätzlicher elektrischer Energie während der Spitzenlast die Luft während dieser Spitzenbelastungsperioden abgezogen, wenn keine Luft durch den Schacht 5 eingepumpt wird, da die ElektriziV.ätserzeugungekapazität dem elektrischen Energiebedarf angepaßt werden mu3 und nicht verfügbar ist, um Luft in das Reservoir einzupumpen. Wenn das System benutzt wird, umAir that is stored in the reservoir 1 under the prevailing hydrostatic pressure is fed through the line 7 as required deducted. The withdrawal can take place at the same time as the pumping in or only when air is not being pumped in. Ever according to what purpose the extracted air is used. If the air is used for other purposes, e.g. for heat transfer, in steel melting furnaces or in gas turbines for cooling and combustion, the air can be flown off at any time and whenever the load conditions require it. On the other hand, if the air is used to generate additional electrical energy during the Peak load the air is withdrawn during these peak load periods when no air is pumped in through the duct 5, since the electrical device generation capacity corresponds to the electrical energy demand must be adjusted and not available to pump air into the reservoir. When the system is used to

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den Ausgang eines V/as s erkra ftwerkes, eines Dampf"Dieselkraftwerkes oder eines anderen Kraftwerkes wHlirend der Spitzenbelastungsperioden zu speisen, dann kenn das Einpumpen und Abziehen des Gases durch einen einzigen Schacht bewerkstelligt werden*the output of a V / as power plant, a steam "diesel power plant or another power plant during peak load periods to feed, then the pumping in and removal of the gas can be done through a single shaft *

Die Luft oder das Gas, das durch die Leitung; 7 abgezogen wird, kann einen Antrieb 13» beispielsweise eine Turbine oder einen Luftraotor speisen, der seinerseits eine nützliche Arbeit verrichtet oder zum Antrieb zusätzlicher elektrischer Generatoren 1-5 benutzt werden kann. Geeignete Luftmotoren zum Antrieb von elektrischen Generatoren sind auf Seiten 275 bis ?Q5 des Buches "Compressed Air Plant", 5· Ausgabe von Robert Peele, 1930, verlegt bei John Wiley & Sohn, New York, beschrieben.The air or gas flowing through the pipe; 7 is withdrawn, a drive 13 ' can feed, for example, a turbine or an air rotor, which in turn performs useful work or can be used to drive additional electrical generators 1-5. Suitable air motors for driving electrical generators are described on pages 275 to? Q5 of the book "Compressed Air Plant", 5th edition by Robert Peele, 1930, published by John Wiley & Son, New York.

Eine Alternative zu dem beschriebenen Verfahren ist in Pig.2 ' dargestellt, in welcher ein Schacht 16 sowohl zum Einpumpen als auch zum Abziehen komprimierten Gases dient,und eine Kombination eines Kompressor-Luftraotors 17 wird benutzt, um das Qas zu komprimieren und zwcoks Antriebs des Generators 15 zu expandieren. Eine solche Vorrichtung, nämlich eine Luftschraube, die zur Kompression dient und als Luftmotor arbeitet« der den Generator antreibt, 1st in "Peaking Power with Air", Power Engineering, Januar I968, Seite 50-52, beschrieben (Von Council , Martinez und Whithouse)·An alternative to the procedure described is in Pig. 2 ' shown, in which a shaft 16 is used both for pumping in and for drawing off compressed gas, and a Combination of a compressor-air rotor 17 is used to to compress the Qas and zwcoks drive the generator 15 to expand. Such a device, namely a propeller, which is used for compression and works as an air motor «which drives the generator, 1st in" Peaking Power with Air ", Power Engineering, January 1968, pages 50-52 (From Council, Martinez and Whithouse)

Eine Felslage mit einer Porösität von wenigstims 6# und bis zu 40$ und einer Permeabilität von wenigstens 5 und bis 50 000 Millidarcies sind für den Zweck dor Erfindung geeignet. Die Formation sollte von einer ausreichenden Erstreckung und Dicke sein, damit die Gasmenge untergebracht werden kann, die erforderlich ist, ura die IliXfsvorrlchtung der betreffenden Kraftanlage zu treiben. Derartige Reservoirs können poröse und permeable Sandsteinbetten, Reffs oderA rock layer with a porosity of at least 6 # and up to 40 $ and a permeability of at least 5 and up to 50,000 millidarcies are suitable for the purpose of the invention. The formation should be of sufficient extension and thickness to accommodate the amount of gas required to drive the power plant equipment concerned. Such reservoirs can be porous and permeable sandstone beds, reefs or

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Reff»Breccias sein, die wenigstens darüber durch undurchlässige Betten begrenzt sind. Bas Reservoir sollte derart sein, daß eine sei bliche Bewegung der Dmckluft oder eines komprimierten Gases so begrenzt wird, daß eins Wiedergewinnung möglich ist.Reff »be breccias, at least above through impermeable Beds are limited. The reservoir should be such that a normal movement of the compressed air or a compressed air Gas is limited so that recovery is possible.

Die seitlichen Begrenzungen können durch Faltungen, Dome, FehlerThe lateral boundaries can be caused by folds, domes, errors

oder oder Verquetschungen permeabler Schichten von Reffs/von Reff-Ereccias oder gelegentlich von horizontalen Formationen ohne Dorne gebildet werden,or or crushing of permeable layers of Reffs / Reff-Ereccias or occasionally formed by horizontal formations without thorns,

Wie erwähnt, ist das erfindungsgemäße unterirdische Reservoir in der Lage, diejenigen Gasmengen aufzunehmen,- die erforderlich sind, die Integrierte Kraftanlage in Betrieb zu setzen und einen Betrieb mit maximalem Ausnutzungsgrad durchzuführen, ohne daß beim Abziehen der Luft ein wesentlicher Druckabfall oder merkliche Verluste eintreten.As mentioned, the subterranean reservoir according to the invention is able to absorb the amount of gas required are to put the integrated power plant into operation and to operate at maximum efficiency without a significant pressure drop when the air is drawn off or significant losses occur.

Die Erfindung weist gegenüber Wasser-Pumpspaicherwerken,die die elektrische Energie benutzen,Masser hochzupumpen und dieses über Wasserturbinen in elektrische Energie zurüekzuverwandein, folgende Vorteile aufsThe invention has compared to water Pumpspaicherwerke that use electrical energy to pump up mass and converting this back into electrical energy via water turbines, the following advantages

a) die Erfindung ist nicht beschränkt in der Anwendung auf ein bestimmtes topographisches Relief, das bei Wasser-Pumpspeicherwerken erforderlich ist, um zu gewährleisten, daß Wasser die Turbinen antreiben kann?a) the invention is not limited in application to one certain topographical relief that is required in water pump storage plants to ensure that water can drive the turbines?

b) Ofeerflächenwasser-Reservoirs sind häufig sehr kostspielig, schwierig zu konstruieren und abzudichten und geben Anlaß ΖΊ Verdunstungsverlusten, während unterirdische Reservoirs in weit verteilten Gegenden der Welt angetroffen werden» Weil Wasser ein wertvoller Stoff ist, müssen bei Pumpspeicherwerken im allgemeinen zwei Oberflächenreservoirs vorgesehen werden, nämlich eines in der Höhe und das andere an der Talstation, so daß das Wasser erhalten bleibt und leicht verfügbar ist. Bei Luftspelchersysteraen ist andererseitsb) Oven surface water reservoirs are often very expensive, difficult to construct and seal and give rise to ΖΊ Evaporation losses, while underground reservoirs are found in widely distributed areas of the world »Because water is a valuable material, two surface reservoirs generally have to be provided for pumped storage plants, namely one in the height and the other at the valley station, so that the water is preserved and easily available. With Luftspelchersysteraen on the other hand

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nur ein einziges Reservoir erforderlich,, weil atmosphärische Luft universell verfügbai' ist. Außerdem ist es ohne weiteres möglich, ein Reservoir in einiges* Entfernung vom Kraftwerk liegend zu benutzen, "da das Gas leicht Über Rohrleitungen herangeführt werden kann;only a single reservoir required, because it is atmospheric Air is universally available. Besides, it is without further possible, a reservoir some * distance from the To use the power plant lying down, "as the gas can easily be brought in via pipelines;

c) in gewissen Gegenden, in denen elektrische Energie erzeugt wird, gibt es nicht genug Wasser, um ein Wasserpumpspeicherwerk betreiben zu können;c) in certain areas where electrical energy is generated, there is not enough water to operate a water pumping storage plant;

d) weil die Luft oder ein anderes Gas aus üem Reservoir unter einen im wesentlichen konstanten hydrostatischen Druck abgezogen wird, kann im wesentlichen das gesamte gespeicherte ftas benutzt werden, um Luftmotoren anzutreiben. Hierdurch wird es möglich, kleinere Hohlräume zu benutzen und es ergeben sich geringere Anlagekosten, als v:-mn es notwendig ware, das Gas unter sich graduell änderndem Druck abzuziehen und deshalb nur ein Teil des gespeicherten Gases benutztwerden könnte, well das Abziehen dos Gases unterbrochen werden müßt©, wenn der Di*uok unfcei' dem Betriebsdruck des Luftmotors abgesunken 1st;d) because the air or other gas is withdrawn from the reservoir under a substantially constant hydrostatic pressure, substantially all of the stored ftas can be used to power air motors. This makes it possible to use smaller cavities and the system costs are lower than would be necessary to withdraw the gas under gradually changing pressure and therefore only part of the stored gas could be used, because the withdrawal of the gas could be interrupted must be when the di * uok has dropped below the operating pressure of the air motor;

e) außer den vorerwähnten Vorteilen ist die erfindungsganäße-Anlage auch noch deshalb zweckmäßig* well ein Reservoir geschaffen wird, das sich automatisch auf das erforderliche Volumen ausdehnt oder zusammenzieht, ohne daß beträchtliche Druckschwankungen auftreten.e) in addition to the advantages mentioned above, is the plant according to the invention also for this reason expedient * because a reservoir is created which automatically adjusts to the required Volume expands or contracts without being substantial Pressure fluctuations occur.

Die.Aquifer-Speieherung ist bsSrächtlich billiger als eine Speicherung In ausgewaschenen Hohlräumen öler In Domen von Steinsalz, 4©dfjoh wird eine Speicherung in Steinsalzhohlräumen gemft3 der Erfindung mit beträchtlichem wircsohaftlichera Vorteil gegenüber herkömmlichen Methoden der Salshohlraunispeicherung benutzt und somit wird sin Verfahren geschaffen, mit welchem eine Hilfsenergie an Jenen Stellen erzeugt wird, wo kein natürliches Aquifer-Reservoir zur Verfügung 3teht, Jedoch Salzbetten oder Salzdome vorhanden sind.Storage in the aquifer is considerably cheaper than storage in washed-out cavities, oil in domes of rock salt, 4 © d f joh, storage in rock salt cavities is used according to the invention with a considerable more effective advantage over conventional methods of cave storage, and thus a method is created with which an auxiliary energy is generated in those places where no natural aquifer reservoir is available, but where there are salt beds or salt domes.

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Die fiaglter-Speicherung nach der Erfindung hat gegenüber den herkömmlichen Methoden zur Ausnutzung von Salzbergwerken oder ausgewaschenen Salzhohlräumen in der Erde als Speicherreservoir den Vorteil, daß Luft oder Gas in das Reservoir mit festen Volumen gepumpt werden muß, welches Im wesentlichen auf atmosphärischem Druck steht und infolgedessen ein Druckverlust entsteht, bis genug Gas eingepumpt ist, um einen Druck in der eingepumpten Luft aufzubauen. Entweder muß der Druck In dein Hohlraum auf eine Höhe aufgebaut werden, die beträchtlich größe* 1st als der zum Antrieb des Generators erforderliche Druck oder es kann nur ein geringer Anteil des gespeicherten Gases benutzt werden, weil beim Abziehen des Gases aus dem Hohlraum ein rapider Druckabfall eintritt. Andererseits behält das gegen den natürlichen hydrostatischen Druok gespeicherte Gas einen endlichen Druckpegel und treibt Gasturbinen, Luftmotoren oder eine elektrische Einrichtung und beim Abziehen von Gas aus den Felsen lindert sich der im Reservoir herrschende Druck nicht wesentlich.The fiaglt er storage according to the invention has the advantage over the conventional methods of using salt mines or washed-out salt cavities in the earth as a storage reservoir that air or gas must be pumped into the reservoir with a fixed volume, which is essentially at atmospheric pressure and as a result, there is a pressure loss until enough gas has been pumped in to build up pressure in the pumped air. Either the pressure in the cavity must be built up to a level which is considerably greater than the pressure required to drive the generator, or only a small proportion of the stored gas can be used because a rapid pressure drop when the gas is withdrawn from the cavity entry. On the other hand, the gas stored against the natural hydrostatic pressure maintains a finite pressure level and drives gas turbines, air motors or an electrical device and when gas is extracted from the rocks, the pressure in the reservoir does not decrease significantly.

Das folgende Beispiel zeigt die Kosten der Einrichtung eines Gasspeichers in einem unterirdischen Aquifer für eine Hilfsleistungsinstallation für die Spitzenbelastungszeitenι Annahme:The following example shows the costs of setting up a gas storage facility in an underground aquifer for an auxiliary power installation for peak load times ι assumption:

Arbeitsdruck 50,270 kg/cmWorking pressure 50.270 kg / cm

Spitzentagesverbrauch I8,4o8 *; 10 m Dann ist: Spezifisches Gewicht der Luft - 1,2 kg/nrPeak daily consumption I8.4o8 *; 10 m Then: Specific weight of air - 1.2 kg / nr

Gewicht von Ι8,4θ8 χ 106 nr5 - 18,408 at ΙΟ6 χ 1,2« 22.IxIO6 Weight from Ι8.4θ8 χ 10 6 nr 5 - 18.408 at ΙΟ 6 χ 1.2 «22.IxIO 6

kg/Tagkg / day

Durchschnittlich erforderliche kg-Luft/Stunde ■»Average required kg air / hour ■ »

22,1 χ 106 : 24 - 0,923 χ ΙΟ6 Druokdifferential bei der Expandierung: 49,216 kg/m22.1 χ 10 6 : 24 - 0.923 χ ΙΟ 6 Druok differential during expansion: 49.216 kg / m (Druck des Gases über atm.} x 10 000 em /in t 1,2(Pressure of the gas above atm.} X 10 000 em / in t 1.2

(Gewicht von 1 rs? Gas) = 0,439 X- 106 m Gas(Weight of 1 rs? Gas) = 0.439 X- 10 6 m gas

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Durchschnittliche metrische Gasleistung bei 70$ WirkungsgradAverage metric gas output at $ 70 efficiency

)6
,6
) 6
, 6

0,925 χ 1O6 j 60(min/h}x(0,459 x 1O6:45OO) x 0,700.925 χ 1O 6 j 60 (min / h} x (0.459 x 1O 6 : 45OO) x 0.70

1,051 x
Durchschnittsleistungsausgang =* 1,051 χ 10 χ 0,755 = 772.000.
1.051 x
Average power output = * 1.051 χ 10 χ 0.755 = 772,000.

Ein Reservoir kann sicher innerhalb eines Bereiches zwischen 0,5 und 9 zu 1 Kissen-zu-Arbeitsgasverhältnis arbeiten. Wenn dieser Speicher 5 Stunden pro Tag benutzt wird, um eine Hilfsenergie zu liefern, dann werden 18,408 χ 10 nr i 8 = 2,5 χ 10 nr Gas pro Tag abgezogen und hierfür ist ein Reservoir erforderlich mit einer Kapazität von 25 x 10 nr. Bei einem Kostenaufwand von $ 18,77 pro 1 000 nr (Erfahrungswerte bei der Herstellung von Gasspeichern in dieser Art) würden sich die Kosten für das Reservoir auf ungefähr $ 450 000.- stellen oder $ 0,58 pro Kilowatt im Vergleich mit· 40# von $ 85.- bis $ 150.-/kW (Erfahrungswerte) bei Pumpspeicherwerken. A reservoir can operate safely within a range between 0.5 and 9 to 1 cushion-to-working gas ratio. If this memory is used 5 hours per day to supply auxiliary energy, then 18.408 χ 10 nr i 8 = 2.5 χ 10 nr gas per day are withdrawn and a reservoir with a capacity of 25 x 10 nr is required for this. At a cost of $ 18.77 per 1,000 nr (experience in manufacturing gas storage tanks of this type), the cost of the reservoir would be approximately $ 450,000, or $ 0.58 per kilowatt compared to 40 # from $ 85 to $ 150 / kW (empirical values) for pumped storage plants.

Im folgenden wird auf die Fig.5 und 4 der Zeichnung bezuggenommen. Das Bezugszeichen 21 kennzeichnet einen Schacht, der sich von der Oberfläche bis zu einem Hohlraum 25 erstreckt,der in einer unterirdischen undurchlässigen Fels- oder Salzformation 25 liegt. Der Schacht 25 kann entweder mechanisch in Bergmannstechnik hergestellt werden oder durch Lösung und Extrahierung des Salzes aus dem Salzbett. Der Schacht ist mit einer korrosionsbeständigen Verkleidung 26 aus Stahl oder anderem geeigneten Material versehen und anzementiert. Ein Rohr 27 stellt von der Oberfläche durch den Schacht 21 nach dem Boden der Höhlung 25 durch. An der Erdoberfläche ist ein Wasserreservoir 29 vorgesehen, derart, daß das obere Ende des Rohres 27 sich nach dem Wasserreservoir öffnet oder mit diesem verbunden ist. Die Kapazität des Wasserreservoirs ist vorzugsweise etwa die gleiche wie de3 Gasreservoirs, obgleich sie auch größer oder kleiner sein könnte. Das Volumen der GashöhlungIn the following, reference is made to Figures 5 and 4 of the drawing. The reference numeral 21 denotes a shaft which extends from the surface to a cavity 25, the lies in an underground impermeable rock or salt formation 25. The shaft 25 can either be mechanical using mining technology or by dissolving and extracting the salt from the salt bed. The shaft is with a corrosion-resistant lining 26 made of steel or other suitable material and cemented. A pipe 27 passes from the surface through the shaft 21 to the bottom of the cavity 25. There is a reservoir of water on the surface of the earth 29 is provided in such a way that the upper end of the tube 27 opens after the water reservoir or is connected to it is. The capacity of the water reservoir is preferably about the same as the gas reservoir, although it is also could be bigger or smaller. The volume of the gas cavity

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hüngt von den Erfordernissen der Hilfsleistung ab.depends on the needs of the assistance.

Das obere Ende des Schachtes 21 1st abgeschlossen und über ein Rohr 51* in das ein Ventil 55 eingeschaltet ist, mit einem Motor 55 verbunden, der durch Druckluft antreibbar 1st. Vorzugsweise wird ein solcher Motor benutzt, der gleichzeitig als Pumpe dienen kann, um komprimierte/in die unterirdische Höhlung bzw das Speicherreservoir einzupressen.The upper end of the shaft 21 is closed and over a Tube 51 * in which a valve 55 is switched on, with a motor 55 connected, which can be driven by compressed air. Such a motor is preferably used, which also functions as a pump can serve to press compressed / into the underground cavity or the storage reservoir.

Der Luftkompressor 55 wird benutzt, um einen Motorgenerator 57 anzutreiben, der die für Spitzenlast erforderliche Elektrizität erzeugt.The air compressor 55 is used to drive a motor generator 57 which provides the electricity required for peak loads generated.

Während jener Zeitabschnitte, in denen die Hauptkraftwerksanlage unter Teillast gefahren wird, wird die überschüssige elektri sche Leistung benutzt, um den Motorgenerator zu erregen, der den Luftkompressor oder den umkehrbaren Luftkompressor-hotor 55 treibt, um Luft zu komprimieren und sie durch die Leitungen 51 und den Schacht 21 in das unterirdische Reservoir 25 gegen den hydrostatischen Wasserdruck im Rohr 27 au pumpen, wobei das Wasser innerhalb des Hohlraums bzw. Reservoirs durch das Rohr 27 in das Reservoir 29, wie aus Pig.5 ersichtlich, gedrückt wird» Während der Spitzenlastzeiten wird, sobald die Kapazität der Hauptkraftwerksanlage ausgeschöpft 1st, Luft aus dem Reservoir 25 über den Schacht 21, das Rohr 51 und das Ventil 25 abgezogen, um den Luftmotor oder den umkehrbaren Luftkompressor-Luftmotor 55 anzutreiben, der seinerseits den Generator 57 treibt,- um die zusätzlich erforderliche elektrische Leistung zur Verfügung stellen zu können.During those periods in which the main power plant is operated under partial load, the excess electric cal power is used to energize the motor-generator that controls the air compressor or the reversible air compressor rotor 55 propels to compress air and pass it through ducts 51 and pump the well 21 into the underground reservoir 25 against the hydrostatic water pressure in the pipe 27, wherein the Water within the cavity or reservoir is pressed through the pipe 27 into the reservoir 29, as can be seen from Pig.5 is »During peak load times, as soon as the capacity of the main power plant is exhausted, air is drawn from the reservoir 25 via duct 21, pipe 51 and valve 25 to the air motor or the reversible air compressor air motor 55 to drive, which in turn drives the generator 57, - to the additional electrical power required to be able to provide.

Nach Schließen des Ventils 55 kann das Reservoirsystem eine statische Bedingung einnehmen, wobei weder Luft eingepumpt noch abgezogen wird.After closing the valve 55, the reservoir system can assume a static condition, with neither air being pumped in nor is deducted.

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Die Höhe der Wassersäule Im Rohr 27 bestimmt den Druck,unter dem Luft oder ein anderes Gas In dem unterirdischen Reservoir 23 gespeichert wird. Es könnte Gas#unter einem Druck von ungefähr 2,812 bis 103,450 kg/cm benutzt werden, jedoch v/ird vorzugsweise ein Druck zwischen 7*03 und 84,37 kg/cm benutzt. Vorzugsweise wird der Druck so groß als möglich gewählt, denn je höher der Druck, unter dem Luft odsr Gas gespeichert wird, desto geringer braucht der Hohlraum und das Oberflächenreservoir zu sein, bezogen auf eine gegebene Erzeugungskapazität* Außerdem kann durch Benutzung eines Hochdruckspeichers die Luft in den Speicher in einem kürzeren Zeitintervall eingepumpt werden und dies ist wichtig, wenn die Zeit, in der das Kraftwerk mit geringer Belastung arbeitet, kurz 1st im Vergleich mit den Spitzenbelastungszelten. Das <3as kann vom Speicher abgezogen werden, um den Luftmotor oder einen anderen Antrieb zu betätigen und zwar entweder mit dem Speicherdruck oder mit einem verminderten Druck bei teilweiser öffnung des Ventils 33-The height of the water column in the pipe 27 determines the pressure under which air or another gas is stored in the underground reservoir 23. Gas # under a pressure of about 2.812 to 103.450 kg / cm could be used, but preferably a pressure between 703 and 84.37 kg / cm is used. The pressure is preferably chosen as high as possible, because the higher the pressure under which air or gas is stored, the smaller the cavity and the surface reservoir need to be, based on a given generation capacity the storage tank can be pumped in at a shorter time interval and this is important if the time in which the power plant operates with low load is short compared to the peak load tents. The <3as can be withdrawn from the accumulator in order to operate the air motor or another drive, either with the accumulator pressure or with a reduced pressure when the valve 33- is partially open.

Die obere Grenze des praktisch zur Speicherung von Luft oder eines anderen Gases gewählten Druckes wird durch die Lösung des Gases im Wasser oder einer anderen wässrigen Flüssigkeit bestimmt. Die Gasmenge, die gelöst wird, hängt von der Matur der Gas-Plüssigkeitsphase,der Temperatur und dem Druck ab. Die Lösung von Gas in gesättigter Natrium-Chlorid-Salzlösung ist nicht annähernd so kritisch wie eine Lösung in Wasser, und zwar wegen der niedrigeren Löslichkeit. Wenn der Druck aber zu groß ist, lösen sich Gasmengen im Wasser oder der Salzlösung und werden an die Oberfläche getragen und unter atmosphärischem Druck findet ein Entweichen statt, was zu großen Snergieverlusten führt. Ss isfc deshalb wichtig, den Speicherdruck unter jenem Druck zu halten, bei welchem beträchtliche Mengen von Luft oder anderem Gas in der Salzlösung oder in der wässrigen Flüssigkeit gelöst werden. Wenn Luft und Salzlösung benutztThe upper limit of the practical to store air or Another gas selected pressure is determined by the solution of the gas in water or another aqueous liquid. The amount of gas that is dissolved depends on the maturity of the gas-liquid phase, the temperature and the pressure. the Dissolution of gas in saturated sodium chloride salt solution is not nearly as critical as a solution in water, and because of the lower solubility. But if the pressure is too high, gas quantities dissolve in the water or the saline solution and are carried to the surface and under atmospheric pressure an escape takes place, which leads to great energy losses leads. It is therefore important to keep the accumulator pressure below that pressure at which considerable amounts of Air or other gas can be dissolved in the saline solution or in the aqueous liquid. When using air and saline solution

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werden, sind Drücke zwischen 17*577 kg/cm mid 52,731 kg/cm zufriedenstellend. Während des Einpumpens komprimierten Gases in das Reservoir 23 wird Wasser odor Salzlösung aus dem Reservoir nach oben durch das Rohr 27 in das Reservoir 29 gedrückt und durch das komprimierte Gas auf ein höheres Niveau gebracht, wobei das Gas unter dem hydrostatischen Druck des Wassers oder der Salzlauge innerhalb des Rohres 27 steht. Natürlich kann auch eine gesonderte Schachtbohrung zum Gaseinpumpen bzw.-Abziehen nach dem unterirdischen Hohlraum bzw. von diesem weg vorg^ ehen sein und außerdem weitere getrennte Leitungen für die Wasserströmung oder die Strömung der Salzlösung zwischen dem unterirdischen Hohlraum und dem Oberflächenreservoir. Das System arbeitet mit sehr kleinen Druokdifferentialen und kann für alle praktischen Zwecke als ein Druckspeicher mit variablem Volumen, aber konstantem Di1UcIc betrachtet werden. Das System nimmt Gas unter jedem Ubßr dem hydrostatischen Druck liegenden Druck auf, liefert dieses Gas Jedoch mit einorn konstanten Druck und konstanter Geschwindigkeit, bis die gesamte Gasmenge aus dem Reservoir abgezogen ist. Wegen den im wesentlichen konstanten Druckes des Gases im unterirdischen Keiservolr kann ^ias gesamte Gesspeichervolumen zum Antrieb eines Generators benutzt v/erden und aus diesem Grunde ist eine sohr viel kleinere Reservoirkapazität erforderlich, als wenn «in Gasspeicher ohne hydrostatischem Druck Anwendung findet.pressures between 17 * 577 kg / cm and 52.731 kg / cm are satisfactory. During the pumping of compressed gas into the reservoir 23, water or saline solution is pushed up from the reservoir through the pipe 27 into the reservoir 29 and brought to a higher level by the compressed gas, the gas being under the hydrostatic pressure of the water or the brine is inside the tube 27. Of course, a separate well bore for pumping in or withdrawing gas can also be provided after the underground cavity or away from it, and further separate lines for the water flow or the flow of the saline solution between the underground cavity and the surface reservoir. The system works with very small pressure differentials and for all practical purposes can be viewed as a pressure accumulator with variable volume but constant Di 1 UcIc. The system takes in gas at any pressure above the hydrostatic pressure, but delivers this gas at a constant pressure and speed until the entire amount of gas has been withdrawn from the reservoir. Because of the essentially constant pressure of the gas in the underground volume, the entire storage volume can be used to drive a generator, and for this reason a much smaller reservoir capacity is required than when gas storage is used without hydrostatic pressure.

Ein weiterer Vorteil des erfir-dungsgemäßer. fystemn gegenüber bekannten Speichern besteht darin, daß, weuu ein S&lzhohlraum als Reservoir benutzt wird, die periodische Befeuchtung des Hohlraumes durch die Salzlösung dazu beiträgt, Risse und durchlässige Zonen in der Steinsalzwandung abzudichten, wodurch Verluste von komprimiertem Gas verhindert werden. Außerdem wird die Wahrscheinlichkeit eines Zusammenbruchs der Höhlendecke vermindert, weil keine oder nur eine sehr geringe Druckänderung im Reservoir auftritt»Another advantage of the invention. fystemn opposite known memories consists in the fact that, weuu have a S & lzhohlraum Used as a reservoir, the periodic moistening of the cavity by the saline solution helps to crack and permeate To seal zones in the rock salt wall, which prevents loss of compressed gas. Also will the likelihood of collapse of the cave ceiling is reduced because there is little or no change in pressure in the Reservoir occurs »

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Die Erfindung weist wesentliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Pumpspeicherwerken auf, weil eine große Ersparnis an Anlagekosten möglich 1st. In einem Artikel unter dem Titel "How to Evaluate Pumped Storage for Peak in Generation" von John Pitt, veröffentlicht im Juli 19-64- in "Power Engineering", Seiten 28 bis 32, ist angegeben, daß die Kosten eines Pumpspeicherwerkes über $ 8O.- pro Kilowatt liegen. Die Kosten zur Erzeugung eines unterirdischen Speichers in einer Salzhöhle sind vergleichsweise niedrig, wie auf S".2 des erwähnten Informationsblattes 7765^, Abschnitt XXV, Seite 2, unter dem Titel "Underground Storage of Natural Gas in Coal-Mining Areas" von Wheeler und Eckard beschrieben ist. Dadurch, daß man in der Lage 1st, ein relativ kleines Reservoir im Boden unterzubringen, anstatt ein Reservoir auf einer Anhöhe vorzusehen, werden die Anlagekosten beträchtlich gesenkt. Die kombinierte Ersparnis als Folge der kleineren Gasbehältergröße und der Lage des Wasserreservoirs führt zu dieser beträchtlichen Verminderung der Anlagekosten. The invention has significant advantages over conventional pumped storage plants because it saves a lot of money Investment costs possible 1st. In an article entitled "How to Evaluate Pumped Storage for Peak in Generation" by John Pitt, published July 19-64 in Power Engineering, "pages 28-32, it is stated that the cost of a pumped storage plant are over $ 80 per kilowatt. the The costs of creating an underground storage facility in a salt cave are comparatively low, as mentioned on S ".2 of the above Information sheet 7765 ^, section XXV, page 2, is described by Wheeler and Eckard under the title "Underground Storage of Natural Gas in Coal-Mining Areas". By being able to place a relatively small reservoir in the ground rather than a reservoir on top of one Providing a hill, the investment costs are considerably reduced. The combined savings as a result of the smaller gas container size and the location of the water reservoir lead to this considerable reduction in the system costs.

Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die Speicherung von Luft zum Antrieb von Luftmotoren erläutert, welche zusätzliche elektrische Leistung erzeugen, jedoch könnte auch jedes andere Gas, z.B. Kohlendioxyd oder natürliches Gas, benutzt werden und verflüssigte Gase, wie z.B. verflüssigtes Petroleumgas,unter Druck gespeichert werden, um entweder Kraftantriebe zu speisen oder als Heizung, zur Klimatisierung oder für chemische Prozesse. The invention has been explained with reference to the storage of air for driving air motors, which additional generate electrical power, but any other gas such as carbon dioxide or natural gas could be used and liquefied gases such as liquefied petroleum gas under Pressure can be stored in order to either feed power drives or for heating, air conditioning or chemical processes.

Als Beispiel einer Ausführungsform gemäß dem zweiten Merkmal der Erfindung wurde ein Hohlraum mit einem Volumen von 311 487 Kubikmetern in einer Steinsalzformation hergestellt, indem in einer Tiefe von 260 m unter der Erdoberfläche ein Auswaschen erfolgte. Ein Betonreservoir wurde unmittelbar be-As an example of an embodiment according to the second feature According to the invention, a cavity with a volume of 311 487 cubic meters was created in a rock salt formation, by entering at a depth of 260 m below the surface of the earth Wash out occurred. A concrete reservoir was immediately loaded

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naehbart zu der Schachtbohrung an der Erdoberfläche angebracht und dieses Reservoir hat etwa die gloiche volumetrische Speicherkapazität wie der unterirdisch© Hohiravjn. Die Luft in dem Hohlraum wird un.ter einem Druck von 31,076 kg/cm gespeichert, was einer hydrostatischen Säule einer gesättigten Salzlösung von 2βΟ m entspricht. Unter diesen Bedingungen beträgt die Gasspeicherkapazität etwa 9 31^ SlO Kubikmeter, gemessen bei Normaldruck und Normaltemperatur. Ss wurde Luft in den Hohlraum eingepumpt und dadurch wurde die Salzlösung nach dem Oberflächenreservoir verdrängt und swar mit einem Druck, der den hydrostatischen Druck um wenige Kilogramm pro Quadratzentimeter übersteigt. Es könnten auch höhere Drücke Anwendung finden, wenn eine hohe EinpumpgeishWindigkeit erforderlich ist. Das Gas wird aus dem Hohlraum unter einem Druck von 31,076 kg/cm abgezogen und zwar in einer Menge von 1962 nr/min und dem Einlaß eines umkehrbaren Kompressor-Luftmotors zugeführt, der seinerseits einen Generator antreibt, der in der Lage 1st, ungefähr 67 000 kW maximal 79 Stunden lang zu erzeugen bzw. eine Gesamtenergie von 5 300 000 kWh. Der Speicher wird benutzt, ura Hilfsenergie au Spitzenbelastungszeiten im täglichen oder wöchentlichen Zyklus zu liefern.Close to the well bore on the earth's surface and this reservoir has roughly the same volumetric storage capacity as the underground © Hohiravjn. The air in the cavity is stored under a pressure of 31.076 kg / cm, which corresponds to a hydrostatic column of a saturated saline solution of 2βΟ m. Under these conditions, the gas storage capacity is about 9 3 1 ^ 10 cubic meters, measured at normal pressure and normal temperature. Ss air was pumped into the cavity and thereby the saline solution was displaced to the surface reservoir and swar with a pressure that exceeds the hydrostatic pressure by a few kilograms per square centimeter. Higher pressures could also be used if a high pump-in speed is required. The gas is withdrawn from the cavity at a pressure of 31.076 kg / cm at a rate of 1962 nr / min and fed to the inlet of a reversible compressor air motor which in turn drives a generator capable of producing approximately 67,000 kW to generate a maximum of 79 hours or a total energy of 5,300,000 kWh. The storage unit is used to provide auxiliary energy for peak load times in a daily or weekly cycle.

Das Reservoir steht ständig auf Hochdruck, wenn es gefüllt wird und daher wird eine große Energiemenge verbraucht, um das Reservoir während kurzer Perioden zu fUllen, wenn über-' schüssige Kapazität (geringe Last) zur Verfügung steht. Dies führt zur Stabilisierung der Belastung des Systems.The reservoir is always at high pressure when it is filled and therefore a large amount of energy is consumed to fill the reservoir during short periods when over- ' Loss capacity (low load) is available. This leads to the stabilization of the load on the system.

Außerdem wird während der Speicherung das Gas mit Wasserdampf gesättigt und infolgedessen wird die erzeugte Leistung größer als jene, die erforderlioh war, relativ trockene Luft in die Formation einzupumpen. ...-■·In addition, during storage, the gas becomes saturated with water vapor and, as a result, the generated power increases than that required to pump relatively dry air into the formation. ...- ■ ·

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Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Erfindung ein Verfahren und ein System schafft« wodurch Leistung mit sehr viel geringeren Kosten als bisher möglich geliefert werden kann« well die Speicherkosten niedrig sind und eine erhöhte Ausgangs» leistung des gespeicherten Gases erzielt wird.From the foregoing description, it will be seen that the invention provides a method and system «whereby performance with very much lower costs than previously possible can be delivered «because the storage costs are low and an increased output» performance of the stored gas is achieved.

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Claims (1)

« f f <«F f < Patentansprüche :Patent claims: 1. Verfahren zur Speicherung elektrischer Energien unter Verwendung komprimierten Gases, das In einem unterirdischen Reservoir gespeichert wird, wobei die Speicherung durch elektrische Leistung während der Zeiten geringen elektrischen Leistungsbedarfs erfolgt und das Druckgas in den Spitzenbelastungszeiten abgezogen und zur Speisung eines Antriebsmotors benutzt wird, der seinerseits einen elektrischen Generator treibt,1. Method of storing electrical energy using compressed gas in an underground Reservoir is stored, the storage being through electrical power during times of low electrical power Power requirement takes place and the compressed gas is withdrawn in the peak load times and used to feed a Drive motor is used, which in turn has an electric Generator drives, dadurch gekennzeichnet,· daß während des Einpumpens, während der Speicherung und während des Abziehens des Gases aus dem Reservoir dieses unter einem hydrostatischen Druck gehalten wird, der sich nicht wesentlich ändert und ausreicht, den Motor anzutreiben. characterized in that · that during pumping in, during storage and while the gas is being withdrawn from the reservoir, the latter is kept under a hydrostatic pressure which increases does not change significantly and is sufficient to drive the engine. 2. Verfahren nach Anspruch 1,2. The method according to claim 1, dadurch gekennzeichnet,characterized, daß das unterirdische Reservoir ein Aquifer mit einerthat the underground reservoir is an aquifer with a gasundurchlässigen Felsenkappe ist.gas impermeable rock cap is. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet ,3. The method according to claims 1 or 2, characterized in that daß das Gas in das Reservoir durch eine erste Leitung eingepumpt und aus dem Reservoir durch eine zweite Leitung abgezogen wird.that the gas is pumped into the reservoir through a first line and out of the reservoir through a second line is deducted. ^. Verfahren nach Anspruch 2,^. Method according to claim 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Aquifer eine Porösität von nicht weniger als 10# und eine Permeabilität von nicht weniger als etwa 4 Millidarcies hat.characterized , that the aquifer has a porosity of not less than 10 # and a permeability of not less than about 4 millidarcies. 909849/0791909849/0791 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Gas in mehr als einem unterirdischen Reservoir unter unterschiedlichen Drücken gespeichert wird, daß das Gas von dem Reservoir mit niedrigerem Druck durch überschüssige elektrische Leistung während der Perioden relativ geringen Leistungsbedarfs auf den Druck eines auf höherem Druck stehenden Reservoirs komprimiert und darin gespeichert wird, daß das Gas des unter höherem Druck stehenden Reservoirs zum Antrieb des Motors benutzt wird, und daß das Gas den Motor unter einem Druck verläßt, der über dem im Reservoir mit niedrigerem Druck herrschenden Druck steht und nach dem Reservoir mit niedrigerem Druck ohne Kompression zurückgeführt wird.5. The method according to claims 1 to 4, characterized in that the gas is subterranean in more than one subterranean reservoir different pressures that the gas is stored from the reservoir at lower pressure due to excess electrical power during the relatively low periods Power requirement is compressed to the pressure of a higher pressure reservoir and stored therein, that the gas from the higher pressure reservoir is used to drive the engine; and that the gas drives the engine leaves under a pressure that is above that in the reservoir with lower pressure is available and returned to the reservoir with lower pressure without compression will. 6. Verfahren nach Anspruch 5»6. The method according to claim 5 » dadurch gekennzeichnet, daß das Gas zunächst in einem Reservoir mit niedrigeremcharacterized in that the gas is initially in a reservoir with a lower ρ ρρ ρ Druck von etwa 2,812 kg/cm bis 10,546 kg/cm gespeichert und dann aus diesem Reservoir nach einem Reservoir für höheren Druck überführt und bei ungefähr 5*625 kg/cm bis 105,46 kg/cm gespeichert wird.Pressures of approximately 2.812 kg / cm to 10.546 kg / cm are stored and then transferred from this reservoir to a reservoir for higher pressure and at about 5 * 625 kg / cm up to 105.46 kg / cm is stored. 7. Verfahren nach Anspruch 1,7. The method according to claim 1, dadurch gekennzeichnet , daß das unterirdische Reservoir im wesentlichen gasundurchlässig ist und daß das Gas unter einem im wesentlichen konstanten hydrostatischen Druck mittels einer wässrigen Flüssigkeit innerhalb eines Reservoirs gehalten wird, das an der Oberfläche angeordnet und über eine eingeschlossene Wassersäule mit der wässrigen Flüssigkeit innerhalb des unterirdischen Reservoirs in Verbindung steht.characterized in that the subterranean reservoir is substantially gas impermeable and that the gas is under a substantially constant hydrostatic pressure by means of an aqueous liquid is held within a reservoir placed on the surface and above an enclosed column of water communicates with the aqueous liquid within the subterranean reservoir. 909849/0791909849/0791 • t «I• t «I • ill » I • ill »I 8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 7* dadurch gekennzeichnet , daß das unterirdische Reservoir eine ausgewaschene Höhle In einem Salzbett ist.8. The method according to claims 1 or 7 *, characterized in that that the underground reservoir is a washed out cave in a bed of salt. 9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Gas Luft ist.9. The method according to claims 1 to 8, characterized in that that the gas is air. 10. Anlage zur Speicherung elektrischer Energie zur Durchführung des Verfahrens,nach den Ansprüchen 1 bis mit wenigstens einem unterirdischen Speicherreservoir, einem elektrischen Generator, einem von dem Generator-Motor antreibbaren Gaskompressor mit einer Leitung, die sich von dem Reservoir nach der Oberfläche erstreckt zum Einpumpen von Gas nach dem Reservoir, mit Mitteln zum Abziehen von Gas aus dem Reservoir und mit Mitteln, durch die dem Antriebsmotor das abgezogene Gas zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet , daß Mittel vorgesehen sind, um das Reservoir unter einen« gegenüber dem atmosphärischen Druok erhöhten Druck zu halten, der sich beim Einpumpen, wahrend der Speicherung und beim Abziehen des Gases nicht wesentlich ändert.
10. Plant for storing electrical energy for carrying out the method, according to claims 1 to 9 » with at least one underground storage reservoir, an electrical generator, a gas compressor that can be driven by the generator-motor with a line extending from the reservoir to the surface for pumping gas into the reservoir, with means for withdrawing gas from the reservoir and with means by which the withdrawn gas is supplied to the drive motor,
characterized in that means are provided to keep the reservoir under a pressure which is higher than atmospheric pressure and which does not change significantly when the gas is pumped in, during storage or when the gas is withdrawn.
11. Anlage nach Anspruch 10,11. Plant according to claim 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel, durch welche der Druck in dem Reservoir auf einem über dem atmosphärischen Druck liegenden Druck gehalten wird, aus einem Aquifer relativ hoher Porösität und Permeabilität besteht, der eine gasundurchlässige Felsenkappe besitzt.characterized in that the means by which the pressure in the reservoir is maintained at a pressure above atmospheric, from an aquifer of relatively high porosity and permeability, which has a gas impermeable rock cap. 909849/0791909849/0791 12. Anlage nach den Ansprüchen 10 oder11, dadurch gekennzeichnet , daß der Aquifer eine Porösität von nicht weniger als etwa 10# und eine Permeabilität von nicht; weniger als ungefähr 5 Mlllidarcies besitzt.12. Plant according to claims 10 or 11, characterized in that the aquifer has a porosity of not less than about 10 # and a permeability of not; less than about Owns 5 mlllidarcies. 15. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel,durch welche das Reservoir unter einem über dem atmosphärischen Druck liegenden Druck gehalten wird, ein Reservoir wässriger Flüssigkeit ist, das sich auf der Oberfläche befindet und durch eine Flüssigkeitssäule mit der Flüssigkeit innerhalb des unterirdischen Reservoirs in Verbindung steht. 15. Plant according to claim 10, characterized in that the means by which the reservoir is maintained below a pressure above atmospheric pressure is a reservoir of aqueous liquid located on the surface and through a column of liquid with the liquid within the underground reservoir is in communication. 14. Anlage nach den Ansprüchen 8 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das unterirdische Speicherreservoir eine aus einem Salz* bett ausgewaschene Höhle ist.14. Plant according to claims 8 or 15, characterized in that the underground storage reservoir is a cave washed out of a salt * bed. 90 9 8 49/079190 9 8 49/0791 13 .f 13th f Lee rse ι teLee rse ι te
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