DE19513817B4

DE19513817B4 - Pumpspeicherwerk

Info

Publication number: DE19513817B4
Application number: DE19513817A
Authority: DE
Inventors: Ursula Siol
Original assignee: ETC ENERGIETECHNIK und CHEMIE; Etc Energietechnik und Chemie & Co KG GmbH
Current assignee: ETC ENERGIETECHNIK UND CHEMIE GMBH & CO. KG, 64584
Priority date: 1995-04-12
Filing date: 1995-04-12
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2015-04-13
Also published as: DE19513817A1

Abstract

Pumpspeicherwerk, dadurch gekennzeichnet, daß das untere und das obere Speicherbecken in einer bestehenden oder ausgeräumten Braunkohlelagerstätte angeordnet sind.Pumped storage plant, characterized in that the lower and upper storage basins arranged in an existing or cleared lignite deposit are.

Description

Gebiet der ErfindungTerritory of invention

Die Erfindung betrifft Pumpspeicherwerke mit erhöhter Leistung und erhöhter Verfügungszeit sowie ein Verfahren zur Errichtung dieser Pumpspeicherwerke.The The invention relates to pumped storage plants with increased performance and increased availability as well a process for the construction of these pumped storage plants.

Elektrische Energie kann nur schlecht direkt gespeichert werden. Im allgemeinen bedarf es zur Speicherung elektrischer Energie eines Energieträgers, der die Energie in Form potentieller oder kinetischer Energie speichert.electrical It is difficult to store energy directly. In general there is a need for the storage of electrical energy which stores energy in the form of potential or kinetic energy.

Gerade bei der Stromerzeugung durch erneuerbare Energieen, wie z.B. bei der Stromerzeugung mit Windkraftanlagen, ist jedoch aufgrund des stark schwankenden Energieangebotes die Speicherung der erzeugten elektrischen Energie von zentraler Bedeutung.Just in electricity generation from renewable energies, such as at of electricity generation with wind turbines, however, is strong due to the fluctuating energy supply the storage of the generated electrical Central energy.

Neben der Stromspeicherung in Akkumulator-Batterien, die aufgrund der geringen Kapazität nur für kleine Anlagen eine Rolle spielt, wurden vor allem die Speicherung über Druckluft und insbesondere die Pumpspeicherung diskutiert.Next of electricity storage in accumulator batteries due to the low capacity only for little ones Plants played a role, especially the storage via compressed air and discussed pump storage in particular.

Ein Pumpspeicherwerk besteht aus einer Pumpanlage, einem oberen und unteren Speicherbecken und einem Wasserkraftwerk. Das Prinzip der Pumpspeicherung besteht darin, Wasser aus dem unteren Becken mit überschüssigem Strom in das hoch gelegenes Becken zu pumpen und in Zeiten hohen Energiebedarfs zur Erzeugung des benötigten Stromes das Wasser durch die Turbinen des Wasserkraftwerkes wieder in das untere Becken fallen zu lassen.On Pumped storage plant consists of a pumping system, an upper one and lower storage basin and a hydropower plant. The principle of pump storage consists of water from the lower basin with excess electricity to pump into the high-lying basin and in times of high energy consumption to generate the required electricity the water through the turbines of the hydropower plant back into the to drop the lower pelvis.

Die Pumpspeicherung ist eine ausgereifte Technik. Der Gesamtwirkungsgrad moderner Pumpspeicherwerke liegt bei Berücksichtigung aller Verluste im Pumpbetrieb (Rohrleitung, Pumpe, Synchronmotor, Transformator) und aller Verluste im Generatorbetrieb (Rohrleitung, Turbine, Generator, Transformator) bei 0,7–0,75, d.h. 70–75% der aufgewendeten, elektrischen Energie kann wiedergewonnen werden.The Pump storage is a mature technology. The overall efficiency modern pumped storage plants takes all losses into account in pump mode (pipeline, pump, synchronous motor, transformer) and all losses in generator operation (pipeline, turbine, generator, transformer) at 0.7-0.75, i.e. 70-75% the electrical energy used can be recovered.

Eine wichtige Voraussetzung für die Anlage von Pumpspeicherwerken sind günstige Geländebedingungen für die Schaffung der beiden Becken. So soll beispielsweise gemäß DE-OS 2603421 ein Gezeitenkraftwerk mit Speichersee bevorzugt an Steilküsten installiert werden.An important prerequisite for the installation of pumped storage plants is favorable terrain conditions for the creation of the two basins. For example, according to DE-OS 2603421 a tidal power plant with a reservoir should preferably be installed on cliffs.

Aus DE 2931176 A1 ist ein Wasserkraftwerk zur Erzeugung von elektrischem Strom in Gewässern, im offenen Meer und dergl. mit mindestens einem Hohlraumsystem, das sich in beliebiger Tiefe unter Wasser befindet und eine Turbine enthält, bekannt. Die Pumpspeicherung erfolgt dabei dadurch, daß in Zeiten geringen Energiebedarfs der Abtransport der Wassermassen aus dem Hohlraumsystem mit Sonnenenergie, Wellenenergie, Windkraft und dergl. in das Meer erfolgt.Out DE 2931176 A1 is a hydroelectric power plant for generating electricity in water, in the open sea and the like. With at least one cavity system, which is located at any depth under water and contains a turbine, is known. The pump storage takes place in that in times of low energy consumption, the removal of the water masses from the cavity system with solar energy, wave energy, wind power and the like. In the sea.

Wenn auch das Problem der Stromspeicherung bei der Einführung alternativer Energieen besonders augenscheinlich zutage tritt, so ist die Speicherung der elektrischen Energie auch bei der Stromerzeugung mit konventionellen Kraftwerken ein generelles Problem, da ganz allgemein die Nachfrage nach Strom durch die Verbraucher tages-, wochen- und jahreszeitlich starken Schwankungen unterlegen ist. Beispielsweise ist der Strombedarf morgens und abends etwa doppelt so hoch wie nachts. Die Nachfrage an elektrischer Energie muß jedoch stets im Augenblick des Bedarfs gedeckt werden. Ein augenblicklicher Mehrverbrauch bedingt eine augenblickliche Mehrerzeugung.If also the problem of electricity storage when introducing alternative ones Energy is particularly evident when it comes to storage of electrical energy even when generating electricity with conventional Power plants are a general problem because of the general demand for Electricity through the consumer strong daily, weekly and seasonal Is subject to fluctuations. For example, the electricity requirement in the morning and evening about twice as high as at night. Demand of electrical energy, however always be covered at the moment of need. An instantaneous Additional consumption requires an instantaneous additional generation.

Pumpspeicherwerke werden in erster Linie zwar zur Deckung von Bedarfsspitzen eingesetzt, darüber hinaus zeigen Pumpspeicherwerke eine ganze Reihe von technischen Vorteilen. So haben Pumpspeicherwerke sehr schnelle Ein- und Umschaltzeiten (z.B. 1 Minute). Dies ermöglicht, die Einsatzleistung eines Pumpspeicherwerkes als Summe der Turbinen- und Pumpenleistung zu betrachten. Damit stellen Pumpspeicherwerke eine sehr schnell einsetzbare Leistungsreserve dar, z.B. beim Ausfall von Grundlastkraftwerken.Pumped storage plants are primarily used to cover peak demand, but also pumped storage plants show a whole range of technical advantages. Pumped storage plants have very fast switch-on and switch-over times (e.g. 1 minute). This makes possible, the operational output of a pumped storage plant as the sum of the turbine and pump output consider. Pump storage plants are therefore very quick to use Power reserve, e.g. in the event of failure of base load power plants.

Darüber hinaus ermöglichen Pumpspeicherwerke die Frequenzregelung im Rahmen des Verbundbetriebes und den Phasenausgleichsbetrieb. Schließlich haben Pumpspeicher geringe Wartungskosten, eine hohe Abschreibungsdauer und verglichen mit anderen Kraftwerken, z.B. Kernkraftwerken, geringere Anlagekosten.Furthermore enable Pump storage plants regulate the frequency as part of the combined operation and the phase compensation operation. After all, pumped storage has little Maintenance costs, a long depreciation period and compared with other power plants, e.g. Nuclear power plants, lower plant costs.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Pumpspeicherwerk vorzuschlagen, das große Wassermassen in entsprechend großen Speicherbecken gefahrlos speichern kann, eine möglichst große Höhendifferenz aufweist und zur Rekultivierung der Landschaft beiträgt.task the invention is to propose a pumped storage plant that large masses of water in correspondingly large Can store storage tanks safely, has the greatest possible height difference and for Recultivation of the landscape helps.

Lösungsolution

Die Aufgabe wird mit einem Pumpspeicherwerk nach dem Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.The The object is achieved with a pumped storage plant according to claim 1. The under claims contain advantageous embodiments of the invention.

Es wurde nun gefunden, daß sich die Aufgabe der Speicherung überschüssiger Energie eines elektrischen Versorgungsnetzes lösen läßt, wenn man diese Aufgabe der Energiespeicherung mit der Aufgabe der Rekultivierung und Sanierung von Braunkohletagebaustrecken verknüpft.It it has now been found that the task of storing excess energy of an electrical supply network can be solved if you do this task energy storage with the task of recultivation and remediation linked by open-pit brown coal routes.

So wurde gefunden, daß die gestiegenen Anforderungen an eine Speicherung elektrischer Energie in hervorragender Weise erfüllt werden durch ein Pumpspeicherwerk, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das untere und das obere Speicherbecken in einer bestehenden oder ausgeräumten Braunkohlelagerstätte angeordnet sind.So it was found that the increased requirements for storing electrical energy fulfilled in an excellent way are characterized by a pumped storage plant, which is characterized that this lower and upper storage basins arranged in an existing or cleared lignite deposit are.

Ein besonderes Kennzeichen dieser neuartigen Pumpspeicherwerke ist ferner, daß das untere Speicherbecken in der Regel die gesamten im Pumpspeicherwerk befindlichen Wassermassen aufnehmen kann, wobei im allgemeinen weiter gilt, daß das untere Becken gänzlich unterhalb des Umgebungsniveaus angeordnet ist.On Another special feature of this new type of pumped storage plant is that this lower storage tanks usually all in the pumped storage plant water masses can take up, generally further applies that the lower Basin throughout is arranged below the environmental level.

Diese Einschränkung, ist unter Sicherheitsaspekten von zentraler Bedeutung. So geht von einer Wassermasse, die sich in einem großen Becken unterhalb des Umgebungsniveaus befindet, keine Gefahr aus, auch dann nicht, wenn irgendeine Mauer oder ein Damm bricht. Damit können die erfindungsgemäßen Pumpspeicher – wie unten näher ausgeführt – auch in allernächster Nähe zu großen Ballungszentren, d.h. zu großen Verbraucherzentren, installiert werden.This restriction is of central importance from a security perspective. So it goes from a mass of water that is in a large pool below the ambient level there is no danger, even if there is any wall or a dam breaks. So that can the pumped storage according to the invention - as below detailed - also in the very near Proximity to huge Conurbations, i.e. too big Consumer centers.

Die Höhendifferenz zwischen dem oberen und dem unteren Becken richtet sich nach den Möglichkeiten der entsprechenden Braunkohletagebaustrecke. Die Höhendifferenz sollte im allgemeinen jedoch wenigstens 40m betragen.The height difference between the upper and lower pelvis depends on the possibilities the corresponding open-pit lignite mine. The height difference should generally be at least 40m.

Die Anordnungen der Becken zueinander erfolgt im allgemeinen entsprechend den geographischen Möglichkeiten. So kann es durchaus vorteilhaft sein, z.B. 1 großes Unterbecken durch 2 mehr als 5 km entfernte obere Becken zu versorgen. In diesem Fall empfiehlt sich die Installation einer Ausgleichsanlage (Wasserschloß) Liegen Oberbecken und Unterbecken relativ nahe beieinander, z.B. in einem Abstand < 1km, so genügt u.U. ein einfacher Druckstollen.The The basins are generally arranged accordingly the geographical possibilities. So it can be quite advantageous, e.g. 1 large basin with 2 more to be supplied as an upper pool 5 km away. In this case, recommends the installation of a compensation system (water castle) Upper pool and lower pool relatively close together, e.g. in one Distance <1km, so is enough u.U. a simple pressure tunnel.

Kennzeichnend für die erfindungsgemäßen Pumpspeicherwerke ist damit auch, daß sich je nach Füllstand des Ober- und des Unterbeckens eine erhebliche Schwankung der Höhendifferenz zwischen dem Wasserstand des Oberbeckens und des Unterbeckens einstellt. So kann es durchaus zutreffen, daß sich für ein Pumpspeicherwerk bei vollem Oberbecken und leerem Unterbecken eine Höhendifferenz von z.B. 400 m ergibt, während dieselbe Beckenanlage bei fast leer gelaufenem Oberbecken und nahezu vollem Unterbecken eine Höhendifferenz von z.B. 20m aufweist. D.h. es wird besonders großer Wert auf eine optimale Ausnutzung der Speichermöglichkeit der Becken gelegt. Die damit verbundenen Probleme bei der Auslegung der Pumpen und Turbinen sind dem unterzuordnen.characteristic for the Pumped storage plants according to the invention is also that depending on the level of the upper and lower pelvis a considerable fluctuation in the height difference between the water level of the upper basin and the lower basin. So it may well be the case for a pumped storage plant full upper pool and empty lower pool a height difference of e.g. 400 m results while the same pool area with almost empty upper pool and almost full basin a height difference of e.g. 20m. That it will be of great importance to an optimal Exploiting the storage option the basin. The associated problems with the design of pumps and turbines are subordinate to this.

Prinzipiell lassen sich diese Pumpspeicherwerke in ganz unterschiedlicher Größe erbauen. So kann man in einem Pumpspeicherwerk mit einem unteren und oberen Becken von je 10 Millionen m3 bei einer mittleren Höhendifferenz von 100 m Energie entsprechend 2,3 Millionen kWh speichern (zur Berechnung siehe Beispiele). Die erfindungsgemäße Anordnung wenigstens des unteren Beckens in einem Braunkohletagebau unter Umgebungsniveau gestattet jedoch den gefahrlosen Bau von Pumpspeicherwerken mit deutlich größerer Kapazität. So wird man erfindungsgemäß bevorzugt solche Pumpspeicherwerke errichten, bei denen das untere Becken wenigstens 50 Millionen m3, oder bevorzugt wenigstens 100 Millionen m3 faßt. Besonders bevorzugt sind Pumpspeicherwerke mit Speicherbecken, die ein Fassungsvermögen von mehr als 200 Millionen m3 aufweisen. Besonders große Vorteile der erfindungsgemäßen Pumpspeicherwerke ergeben sich, wenn die Speicherbecken mehr als 500 Millionen m3 oder gar mehr als 1 Milliarde m3 fassen.in principle these pumped storage plants can be built in very different sizes. So you can in a pumped storage plant with a lower and upper Basins of 10 million m3 each with an average height difference of 2.3 m kWh of 100 m of energy (for Calculation see examples). The arrangement according to the invention at least the lower pelvis allowed in an opencast lignite mine below ambient level however, the safe construction of pumped storage plants with significantly larger capacity. That's how you become preferred according to the invention build such pumped storage plants in which the lower basin at least 50 million m3, or preferably at least 100 million m3. Especially Pumped-storage plants with storage basins with a capacity of have more than 200 million m3. Great advantages the pumped storage plants according to the invention arise if the storage basin more than 500 million m3 or hold more than 1 billion m3.

Ganz allgemein können mit den erfindungsgemäßen Pumpspeicherwerken besonders große Energiemengen gespeichert werden. So sind beispielsweise im Rheinischen Braunkohlerevier problemlos Pumpspeicherwerke mit einer Beckengröße von 500 Millionen m3 installierbar. Bei einer Höhendifferenz von z.B. 400m, wie sie sich im Rheinischen Braunkohlerevier aufgrund der besonders tiefen Lage der Braunkohlenflöze ohnehin einfach realisieren läßt, ergibt sich für ein derartiges Pumpspeicherwerk eine Kapazität von fast 450 Millionen kWh. Damit kann ein einziges derartiges erfindungsgemäßes Pumpspeicherwerk fast zehnmal so viel Energie speichern wie alle z. Z. in Deutschland installierten Pumpspeicherwerke zusammen. In der Regel wird man derartige Großspeicher als Wochen-, Monats- oder Jahresspeicher einsetzen.All generally can with the pumped storage plants according to the invention particularly large amounts of energy get saved. For example, in the Rhenish lignite mining area Pump storage plants with a pool size of 500 million m3 can be installed without any problems. With a height difference from e.g. 400m as it is due to the Rhenish lignite mining area easily realize the particularly deep location of the lignite seams anyway leaves, results for such a pumped storage plant has a capacity of almost 450 million kWh. This means that a single pump storage unit according to the invention of this type can be operated almost ten times store as much energy as all z. Pump storage plants currently installed in Germany together. As a rule, one becomes such large storage as a weekly, monthly or Use annual memory.

Erfindungsgemäß sind demzufolge insbesondere solche Pumpspeicherwerke, die eine Speicherkapazität von mehr als 20 Millionen kWh aufweisen. Besonders bevorzugt sind jedoch Pumpspeicherwerke, die eine Kapazität von 400 Millionen kWh und mehr haben.According to the invention especially those pumped storage plants that have a storage capacity of more have more than 20 million kWh. However, are particularly preferred Pumped storage plants that have a capacity of 400 million kWh and have more.

Im allgemeinen werden die Pumpspeicherwerke so ausgelegt (Verhältnis der installierten Leistung zur gespeicherten Wassermenge), daß diese Leistung wenigstens 4 Stunden zur Verfügung steht. Bevorzugt sind jedoch Pumpspeicherwerke, die eine Verfügungszeit von mindestens 50h aufweisen.In general, the pumped storage plants are designed (ratio of the installed power to the stored amount of water) so that this power is available for at least 4 hours. However, pumped storage plants are preferred, the one Have a disposal time of at least 50 hours.

Die Auslegung der Pumpen- und Turbinenleistung erfolgt entsprechend der geforderten Anwendungsart des Pumpspeicherwerkes. Geht man beispielsweise davon aus, daß in dem oben dargestellten Pumpspeicherwerk mit 500 Millionen m3 Bekkenvolumen und einer Höhendifferenz von 400m Energie für 100 Stunden bereit gehalten werden soll, so ergibt sich für dieses Pumpspeicherwerk eine Leistung von 4444 MW, d.h. ein derartiges Pumpspeicherwerk stellt für die Dauer von 100h in etwa die Leistung von 4 Kernkraftwerken zur Verfügung.The The pump and turbine output is designed accordingly the required type of application of the pumped storage plant. For example, if you go assume that in the pumped storage plant shown above with a volume of 500 million m3 and a height difference of 400m of energy for 100 hours should be kept ready, this results in this Pumped storage plant with a capacity of 4444 MW, i.e. such a Pumped storage plant provides for the duration of 100h roughly the output of 4 nuclear power plants Available.

Andererseits bedeutet dies einen Wasserstrom von 5 Millionen m3/h oder entsprechend 1389 m3/s. Dies sind Wassermassen, wie sie in vielen großen Wasserkraftwerken der Erde auftreten und beherrscht werden. Bevorzugt werden diese Wassermassen auf mehrere Turbinen verteilt.on the other hand this means a water flow of 5 million m3 / h or equivalent 1389 m3 / s. These are masses of water, as in many large hydropower plants occur on earth and are controlled. These are preferred Masses of water distributed over several turbines.

Die Auslegung solcher großen Wasserkraftanlagen kann als bekannt vorausgesetzt werden. So gilt ganz allgemein, daß die größten Kraftwerksblöcke weltweit ohnehin Wasserkraftwerke sind. Beispiele sind hier Guri/Venezuela mit einer Leistung von 6.525 MW, Grand Coulee/USA mit 6.480 MW oder gar Itaipu/Brasilien-Paraguay mit einer Leistung von 12.870 MW , wobei hier ein Ausbau auf 21.500 MW geplant ist. Als weiteres Beispiel sei auf die Wasserkraftanlage Atatürk am Euphrat hingewiesen. In dieser Anlage wird die Gesamtleistung von 2400 MW durch 8 Einheiten mit je 300 MW Leistung erbracht.The Interpretation of such large Hydropower plants can be assumed to be known. So applies in general that the largest power plant blocks worldwide anyway are hydropower plants. Examples are Guri / Venezuela with a capacity of 6,525 MW, Grand Coulee / USA with 6,480 MW or even Itaipu / Brazil-Paraguay with a capacity of 12,870 MW, an expansion to 21,500 MW is planned here. As another example I would like to point out the Ataturk hydropower plant on the Euphrates. In this plant, the total output of 2400 MW through 8 units each with an output of 300 MW.

Andererseits kann die oben diskutierte Beckenanordnung, Speichervolumen: 500 Millionen m3, Höhendifferenz: 400 m, bei 600 MW Gesamtleistung als ausgeprägter Langzeitspeicher eingesetzt werden. So liefert dieses Pumpspeicherwerk bei einer Ausrüstung mit 2 Einheiten mit je 300 MW immerhin 740 h Strom. Damit kann diese Anlage beispielsweise an 185 Werktagen 4 h lang eine Leistung von 600 MW erbringen.on the other hand can the pool arrangement discussed above, storage volume: 500 Million m3, height difference: 400 m, with a total output of 600 MW can be used as a distinctive long-term storage. This pump storage unit, for example, provides equipment 2 units with 300 MW each, 740 h electricity. So that can System, for example, a capacity of 600 on 185 working days for 4 hours Provide MW.

Ebenso ist es möglich, bei entsprechender Turbinen- und Pumpenausstattung dieses Pumpspeicherwerk als extrem leistungsstarken Kurzzeitspeicher auszulegen.As well Is it possible, with appropriate turbine and pump equipment this pumped storage plant to be designed as an extremely powerful short-term memory.

Ein derartiger Ausbau ist beispielsweise interessant, wenn es darum geht, Spitzenstrom in einem überregionalen Verbund zur Verfügung zu stellenOn Such expansion is interesting, for example, when it comes to it goes, peak current in a national Verbund available to deliver

Errichtung der Pumpspeicherwerkeerection of the pumped storage plants

Umfang und Ausmaß des Braunkohletagebaues zeigen heute Formen, die es erforderlich machen, ganze Landstriche neu zu gestalten. So ist die Sophienhöhe (281 m) bei Hambach im Rheinland letztlich nur eine Abraumhalde des Tagebaus Hambach.scope and extent of Opencast lignite mining today shows forms that make it necessary to redesign entire areas. So is the Sophienhöhe (281 m) at Hambach in the Rhineland ultimately only a mine dump of the open pit Hambach.

Andernorts werden bei der Rekultivierung von Tagebaustrecken ganze Seenlandschaften neu angelegt. Ganz allgemein werden im Braunkohletagebau selbst bzw. bei der Rekultivierung gewaltige Erdmassen bewegt. So müssen allein im Tagebau Hambach 15,4 Milliarden m3 Abraum bewegt werden. Davon werden 1,7 Milliarden m3 über ein 14km langes Förderband zum Auffüllen des Tagebaus Fortuna transportiert werden. Für die Bewegung dieser Erdmassen stehen allein im Tagebau Hambach 5 Schaufelradbagger mit einer Leistung von jeweils 240 000 m3/Tag.Elsewhere Whole lake landscapes are used for the recultivation of open-cast mine routes newly created. In general, lignite mining itself or moved tremendous masses of earth during recultivation. So alone 15.4 billion m3 of overburden is moved in the Hambach opencast mine. From that become over 1.7 billion m3 a 14km long conveyor belt to fill up of the Fortuna opencast mine. For the movement of these earth masses there are 5 bucket wheel excavators with one performance in the Hambach opencast mine alone of 240,000 m3 / day each.

Ebenso existieren im Tagebau Hambach bzw. im Tagebau Fortuna Absetzer mit einer vergleichbar großen Leistung.As well exist in the Hambach opencast mine or Fortuna open casters a comparably large one Power.

Hat man auf der einen Seite mit der Sophienhöhe einen künstlichen Berg geschaffen, so frißt sich der Tagebau auf der anderen Seite dem Verlauf der Kohle folgend in eine Tiefe von 295 m unter NN. Um diese bei –295 m lagernde Kohle zu fördern, muß 400 m Deckgebirge abgetragen werden.Has you create an artificial mountain on one side with the Sophienhöhe, so eats the open pit on the other hand follows the course of the coal at a depth of 295 m below sea level. To extract this coal stored at –295 m, 400 m Overburden can be removed.

Wie an diesem Beispiel gezeigt wird, entstehen bei der Nutzung der Braunkohlelagerstätten durchaus Höhendifferenzen von einigen hundert Metern (z.B. im hier diskutierten Tagebau Hambach fast 600m). Erfindungsgemäß wird nun der Abraum so geschichtet, daß auf der einen Seite des Tagebaus ein möglichst großes, möglichst hoch gelegenes Becken errichtet wird und an einer anderen Stelle des Tagebaus ein möglichst tiefes und möglichst großes Speicherbecken belassen wird oder angelegt wird. Dazu werden diese Becken durch eine Wasserkraftanlage miteinander verbunden.How This example shows that lignite deposits are used height differences of a few hundred meters (e.g. in the Hambach open-cast mine discussed here almost 600m). According to the invention the overburden stratified so that one side of the open-cast mine has a basin that is as large as possible and as high as possible is erected and at another point in the open pit if possible deep and if possible large storage pool is left or is created. To do this, these pools are made by connected a hydropower plant.

Im Prinzip ist es zwar möglich, das obere und das untere Becken direkt durch eine große Staumauer voneinander zu trennen, im allgemeinen sind die Braunkohlelagerstätten jedoch so weiträumig, daß es bautechnisch einfacher möglich ist, Oberbecken und Unterbecken so weit zu trennen, daß man ohne große Staumauern auskommt.in the Principle it is possible the upper and lower basin directly through a large dam separate from each other, but generally the lignite deposits are so spacious that it is structural easier possible is to separate the upper basin and lower basin so far that without size Dams.

In der Regel ist die Anlage so auszulegen, daß das untere Becken die gesamten Wassermassen faßt und diese Massen sich vollständig unter dem Umgebungsniveau befinden. Dies ist eine zwingende Voraussetzung für die Anlage von Großspeichern. Erfindungsgemäß wird die Anlage des oberen und unteren Beckens so durchgeführt, daß eine Landschaft mit ausgeprägter Höhengliederung entsteht, wobei sich ein Teil dieser Anordnung unter Umgebungsniveau befindet.In As a rule, the system must be designed so that the lower pool covers the entire Masses of water and these masses completely are below the ambient level. This is a mandatory requirement for the Creation of large stores. According to the Installation of the upper and lower pelvis carried out so that a landscape with pronounced height outline arises, with a part of this arrangement below ambient level located.

Unter Umgebungsniveau ist dabei die Höhenlage über dem Meeresspiegel (NN) zu verstehen, die das Gelände in einem Umkreis von wenigstens 5km um das Pumpspeicherwerk aufweist. In der Regel ist dies auch die Höhe über NN, auf der sich die Flüsse und Ortschaften der Umgebung befinden. Sofern durch die Rekultivierung eine Höhenveränderung vorgenommen worden ist, wird als Bezugsmaß die Höhenlage über NN vor der Ausbeutung der Braunkohlelagerstätte zugrundegelegt.The environmental level is understood to mean the altitude above sea level (NN), which has the area within a radius of at least 5 km around the pumped storage plant. As a rule, this is also the height above sea level at which the rivers and towns in the area are located. If a change in altitude has been made as a result of the recultivation, the altitude above sea level prior to the exploitation of the lignite deposit is used as a reference measure.

Förderlich für diese Anlage von großen Pumpspeichern in ausgebeuteten Braunkohletagebaustrecken ist der Umstand, daß durch die Verbrennung derart großer Kohlemassen (Verstromung) ohnehin ein Restloch entsteht. Diese Restlöcher sind zum Teil so groß, daß sie sich auch in Jahrzehnten nicht mit Regenwasser und Grundwasser füllen. Aus diesem Grunde ist beispielsweise im Tagebau Garzweiler II geplant, Wasser aus dem Rhein zum Auffüllen des Restloches heranzuführen.Conducive for this Large pump storage facilities in exploited lignite open-cast mine routes is the fact that through the combustion of such great Coal masses (electricity) a hole is created anyway. These remaining holes are for Part so big that she do not fill with rainwater and groundwater even in decades. For this For example, water is planned in the Garzweiler II opencast mine from the Rhine to fill up of the remaining hole.

Ein wesentlicher Aspekt bei der Anlage der Becken ist die Isolierung gegen das Grundwasser, z.B. in Form eines Abdichtungsschirms. Hier kann auf die Erfahrungen im Staudammbau bzw. bei der Rekultivierung von Braunkohlelagerstätten zurückgegriffen werden. Sofern möglich, wird man zur Abdichtung der Becken nach unten auch natürliche Gegebenheiten ausnutzen, so z.B. vorhandene Tonschichten belassen oder diese bei der Anlage der Becken einbringen.On Insulation is an important aspect when creating the pools against the groundwater, e.g. in the form of a sealing screen. Here can rely on the experience in dam construction or recultivation of brown coal deposits resorted become. If possible, becomes natural conditions to seal the basin down exploit, e.g. leave existing clay layers or these of the pools.

Wenn möglich wird man in einem gegebenen Braunkohlenabbaugebiet Gegenden mit besonders tief liegenden Flözen zur Errichtung des Unterbeckens nutzen. Dies ist besonders interessant, wenn die Braunkohlenflöze sich in Relation zur Oberfläche in sehr unterschiedlicher Tiefe bewegen. Dies ist z.B. der Fall bei Versetzungen oder ganz einfach, wenn das Flöz in die Tiefe absinkt. Im allgemeinen ist in diesem Fall die Installation des Oberbeckens direkt mit dem Abraum, d.h. dem Deckgebirge des tiefer liegenden Flözes, möglich. Derartige Gegebenheiten liegen z.B. im Tagebau Hambach vor. In diesem Tagebau kann das Absinken des Braunkohleflözes von 100 unter NN auf 300 unter NN so zur Installation eines großen Pumpspeicherwerkes genutzt werden, daß auf der Seite der geringen Deckgebirgsmächtigkeit ein Oberbecken mit z.B. 500 Millionen m3 in einer Höhe von 50–250 m errichtet wird, während das etwa gleich große Unterbecken im Bereich des tief liegenden Flözes errichtet wird (z.B. in einer Höhe von 50m unter NN bis 250 unter NN).If possible in a given lignite mining area you will be using areas particularly deep seams to build the sub-basin. This is particularly interesting when the lignite seams itself in relation to the surface move very different depths. This is e.g. the case with Dislocations or quite simply when the seam sinks deep. in the general in this case is the installation of the upper basin directly with the overburden, i.e. the overburden of the lower lying seam, possible. Such conditions are e.g. in the Hambach opencast mine. In this Opencast mining can decrease the lignite seam from 100 below sea level to 300 used under NN for the installation of a large pumped storage plant be that on an upper basin with the low mountain range e.g. 500 million m3 at an altitude from 50-250 m is built while about the same size Lower basin is built in the area of the deep seam (e.g. in a height of 50m below sea level to 250 below sea level).

Aufgrund der Weiträumigkeit der Braunkohletagebaugebiete lassen sich dabei die Becken so anordnen, daß beispielsweise der Anstieg des Geländes zum Rand des Oberbeckens im Durchschnitt höchstens 20% beträgt. Auch das Gefälle des Geländes vom Oberbecken zum Unterbecken kann im allgemeinen so gestaltet werden, daß es z.B. 30% oder weniger beträgt.by virtue of of spaciousness of the brown coal open-cast mining areas, the basins can be arranged so that for example the rise of the site to the edge of the upper basin averages at most 20%. Also the slope of the site from the upper basin to the lower basin can generally be designed in this way be that it e.g. Is 30% or less.

Neben der oben dargestellten Einrichtung sowohl des oberen als auch des unteren Speicherbeckens über einem ausgeräumten Braunkohlenflöz, z.B. innerhalb eines Braunkohletagebaues, ist es auch möglich, verschiedene, beispielsweise 5–30 km von einer entfernt liegende Braunkohletagebaugebiete miteinander zu verbinden. Dabei wird das obere Becken in dem einen (ehemaligen) Abbaugebiet angeordnet, das untere Becken in einem anderen. In diesem Fall ist in der Regel ein Wasserschloß oder ein großes Ausgleichsbecken erforderlich. Auch ist darauf zu achten, daß das obere Speicherbecken keine Überflutungsgefahr für die Umgebung darstellt. Von Vorteil ist es in diesem Fall, wenn auch das obere Becken zu wenigstens 50% oder bevorzugt gänzlich unter Umgebungsniveau angelegt ist. Besondere Vorteile ergeben sich durch diese Verknüpfung von 2 verschiedenen Tagebaugebieten, wenn die Lage der Braunkohlenflöze in diesen Abbaugebieten sehr unterschiedlich ist, sich z.B. um 50 m, besser 100 m oder besonders bevorzugt um mehr als 200m unterscheidet. Mit 2 derart räumlich getrennt angeordneten Speicherbecken lassen sich besonders große Wassermassen handhaben, vor allem dann, wenn beide Becken unter Umgebungsniveau angelegt sind.Next the device shown above of both the upper and the lower storage basin above a cleared out Lignite seam, e.g. within a lignite mine, it is also possible to for example 5-30 km from a distant brown coal mining area with each other connect to. The upper pool in one (former) Mining area arranged, the lower basin in another. In this The case is usually a water castle or a large surge tank required. It is also important to ensure that the upper reservoir does not pose a risk of flooding for the Environment. It is an advantage in this case, though the upper pelvis is at least 50% or preferably entirely below Environmental level is created. Special advantages result from this link from 2 different opencast mining areas, if the location of the lignite seams in these Mining areas is very different, e.g. around 50 m, better 100 m or particularly preferably by more than 200 m. With 2 so spatial Separately arranged storage tanks can handle large amounts of water handle, especially if both pools are below ambient level are created.

Andererseits ist es auch von Interesse, beispielsweise die Braunkohle nur im Bereich des unteren Beckens abzubauen und das obere Becken auf gewachsenem Boden anzuordnen ohne die Braunkohle darunter abzubauen. Auch in diesem Fall kann es von Interesse sein, daß das obere und das untere Becken mehr als 3 km, bevorzugt mehr als 5 km voneinander getrennt angelegt sind. Eine derartige Lösung bietet sich z.B. dann an, wenn für einen durchgängigen, unstrukturierten Tagebau ganze Ortschaften umgesiedelt werden müßten.on the other hand it is also of interest, for example lignite only in the Dismantle the area of the lower pelvis and the upper pelvis on grown Arrange the floor without mining the brown coal underneath. Also in In this case, it may be of interest that the upper and lower pelvis more than 3 km, preferably more than 5 km apart are. Such a solution offers e.g. then when for a consistent, Unstructured open-cast mines would have to be relocated.

Eine andere Möglichkeit der Anordnung von Oberbecken und Unterbecken besteht in der Abtrennung von direkt nebeneinander liegenden Becken, z.B. in einem Abstand von weniger als 500m durch einen Wall oder einen Staudamm. Dies ist in der Regel dann einfach realisierbar, wenn der Höhenunterschied zwischen den Becken nicht sehr groß ist.A different possibility The arrangement of the upper basin and lower basin consists in the separation from directly adjacent pools, e.g. at a distance of less than 500m through a wall or a dam. This is usually easy to implement if the height difference between the pools is not very big.

Wie bereits ausgeführt werden die erfindungsgemäßen Pumpspeicher in der Regel mit einer Reihe von Pumpen und Turbinen ausgestattet, wobei die dem Fachmann geläufigen Regeln des Wasserkraftwerkbaus genutzt werden. Im allgemeinen verlangt eine gegebene Fallhöhe/Wasserstrom-Kombination einen ganz bestimmten Turbinentyp. In allgemeinen werden, wie bereits ausgeführt, bei den erfindungsgemäßen Pumpspeichern voll beaufschlagte Turbinen, wie beispielsweise Francis- oder Kaplanturbinen oder Pumpturbinen zum Einsatz kommen.How already executed become the pumped storage according to the invention usually equipped with a range of pumps and turbines, whereby those familiar to the expert Rules of hydroelectric power plant construction can be used. Generally requested a given drop / water flow combination a very specific type of turbine. In general, as already executed in the pumped storage according to the invention fully loaded turbines such as Francis or Kaplan turbines or pump turbines are used.

Besondere technische Vorteile existieren, wenn die Anlage der Becken insbesondere des Oberbeckens direkt mit dem Abtragen des Abraums (Deckgebirge) erfolgt. Dabei wird man sich mit Vorteil der zum Abräumen des Deckgebirges eingesetzten Bagger, Förderbänder und der Absetzer bedienen.Special Technical advantages exist when the basin installation in particular of the upper basin directly with the removal of the overburden (overburden) he follows. It will be advantageous to clear the Operate the overburden used excavators, conveyor belts and spreaders.

Besondere Vorteile der erfindungsgemäßen PumpspeicherSpecial advantages of the Pump storage according to the invention

Braunkohletagebaugebiete finden sich weltweit häufig in der Nähe von Ballungszentren, so z.B. das Braunkohlengebiet im Süden und Westen von Moskau. Große Braunkohlenreviere gibt es auch in den USA und Kanada. In Deutschland wird die Nähe der Braunkohletagebaugebiete zu den Verbraucherzentren besonders gut sichtbar. So befindet sich beispielweise Leipzig mitten im mitteldeutschen Braunkohlerevier.Lignite mining areas are common around the world nearby from metropolitan areas, e.g. the brown coal area in the south and West of Moscow. Size There are also brown coalfields in the United States and Canada. In Germany will be the proximity of the Open-cast lignite mining areas to the consumer centers are particularly good visible. For example, Leipzig is in the middle of central Germany Coal mining area.

Das große Lausitzer Revier liegt günstig zwischen den Ballungsräumen Dresden und Berlin. Zu nennen sind hier auch das Hessische Revier bei Kassel und das Helmstedter Revier im Bereich Braunschweig, Magdeburg.The size Lusatian territory is convenient between the metropolitan areas Dresden and Berlin. The Hessian territory is also worth mentioning here near Kassel and the Helmstedter Revier in the Braunschweig area, Magdeburg.

Von besonderem Interesse ist das rheinische Revier. Dieses Braunkohlerevier ist in zweifacher Hinsicht besonders interessant. Zum einen befindet sich diese Revier in direkter Nachbarschaft zum bevölkerungsreichen Ruhrgebiet und nicht weit entfernt vom Industriestandort Rhein/Main und den belgischen und niederländischen Verbraucherzentren. Besonderes Interesse findet das rheinische Braunkohlerevier für die Errichtung von großen Pumpspeichern aber vor allem deshalb, weil hier die Kohle inzwischen aus großer Tiefe, z.T. 400m unter Umgebungsniveau gefördert wird. Die sich daraus ergebenden sehr großen Höhenunterschiede sind naturgemäß für die Errichtung von leistungsfähigen, großen Pumpspeichern besonders interessant.Of The Rhenish area is of particular interest. This lignite mining area is particularly interesting in two ways. On the one hand there is this area in the immediate vicinity of the populous Ruhr area and not far from the industrial location Rhein / Main and the Belgian and Dutch Consumer Centers. The Rhenish lignite mining area is of particular interest for the Establishment of large Pump storage, however, mainly because coal is now here from great Depth, partly 400m below the environmental level. The resulting resulting very large Elevations are natural for the establishment of powerful, huge Pump storage is particularly interesting.

Die erfindungsgemäßen Pumpspeicher in Braunkohletagebaugebieten gestatten also eine Energiespeicherung in allernächster Nähe zu den Verbraucherzentren. Der z.Z. noch praktizierte, unwirtschaftliche, tägliche Stromtransport in die Gebirgsregionen der Alpen und wieder zurück kann damit entfallen.The Pump storage according to the invention in lignite open-cast mining areas thus allow energy storage in the very next Proximity to the consumer centers. The currently still practiced, uneconomical, daily Electricity can be transported to and from the mountain regions of the Alps thus eliminated.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Pumpspeicher in Braunkohlelagerstätten ist auch, daß diese Speicher nicht nur in der Nähe der Verbraucherzentren liegen, im allgemeinen befinden sich auch Großkraftwerke, wie z. B. Braunkohlekraftwerke oder Kernkraftwerke in einem für den Stromtransport geringen Abstand.On Another particular advantage of the pumped storage according to the invention in lignite deposits is that these Don't just store nearby of consumer centers are located, in general, too Large power plants, such as B. lignite power plants or nuclear power plants in one for electricity transportation short distance.

Besondere Vorteile bei der Errichtung der Pumpspeicher in Braunkohletagebaustrecken ergeben sich daraus, daß in den Braunkohletagebaurevieren alle technische Einrichtungen zum Bewegen großer Erdmassen vorhanden sind. Dabei wird je nach den jeweiligen Erfordernissen der Abraum durchaus kilometerweit von einem Tagebau in den anderen transportiert. Dabei haben die Techniken der Erdbewegung in diesen Tagebaustrecken einen sehr hohen Stand erreicht. Konnte man Mitte des 19. Jahrhunderts die Braunkohle nur bis zu einer Tiefe von 20m hervorbringen, das Verhältnis von Abraum zu Kohle betrug damals 0,3 : 1 (m3 : t), so wurden im Laufe der Entwicklung immer tiefer liegende Vorkommen erschlossen.Special Advantages of installing the pumped storage in open-cast lignite mine sections result from the fact that in the lignite mines all technical facilities for Moving great Earth masses are present. Doing so depends on the particular requirements the overburden is miles from one open pit to the other transported. Thereby the techniques of earth movement have in these Open pit routes reached a very high level. You could middle In the 19th century, lignite was only down to a depth of 20m spawn the relationship from overburden to coal at that time was 0.3: 1 (m3: t), so were in the course the development of ever deeper deposits.

Mittlerweile beträgt die Abraumdecke über der Braunkohle bis zu 300m. Das Verhältnis von Abraum zu Braunkohle ist auf den Wert 3 m3 Abraum/1 t Kohle angestiegen. Inzwischen wurden sogar noch tiefere Flözpartien erschlossen. So wird der Tagebau künftig in Tiefen bis hin zu 500 m unter Umgebungsniveau, d.h. bis in Tiefen von 400 m unter NN vorangetrieben. Das Abraum/Kohle- Verhältnis beträgt dann 6 : 1. Damit werden z.Z. allein im rheinischen Revier bei einer Förderung von 110–120 Millionen t Braunkohle auch fast eine halbe Milliarde m3 Abraum bewegt.meanwhile is the overburden cover over the Lignite up to 300m. The relationship from overburden to lignite is 3 m3 overburden / 1 t coal increased. In the meantime, even deeper seam areas became developed. So the opencast mine will go down to depths in the future 500 m below ambient level, i.e. down to depths of 400 m NN advanced. The overburden / coal ratio is then 6: 1 Coll in the Rhineland area alone with funding of 110–120 million t lignite also moved almost half a billion m3 of overburden.

Von besonderem Vorteil ist es demzufolge, wenn direkt mit der Bewegung des Abraums zur Förderung der Braunkohle wenigstens eines der beiden Speicherbecken gleich mit angelegt wird. Mit dieser Anlage der Pumpspeicherbecken wird dabei auch gleichzeitig das Problem der Rekultivierung gelöst. Teil der Erfindung ist damit auch ein Verfahren zur Errichtung eines Pumpspeichers, dadurch gekennzeichnet, daß bereits beim Wegräumen des Abraums wenigstens 1 Oberbecken und/oder wenigstens 1 Unterbecken zum Betrieb eines Pumpspeicherwerkes errichtet wird.Of It is therefore a particular advantage when moving directly of the overburden for promotion the lignite has at least one of the two storage tanks the same is created with. With this system the pumped storage tank is solving the problem of recultivation at the same time. part the invention is thus also a method for establishing a Pump storage, characterized in that already when the Overburden at least 1 upper basin and / or at least 1 lower basin to operate a pumped storage plant.

Ein ganz besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen großen Pumpspeicher ergibt sich aus dem Umstand, daß in diesen Braunkohletagebaugebieten nicht nur die Fachleute da sind, die derartige landschaftsgestalterische Maßnahmen durchführen können, sondern auch dadurch, daß bei der vom Braunkohletagebau betroffenen Bevölkerung auch die Vorstellungskraft für Veränderungen dieses Ausmaßes vorhanden ist. Im Unterschied zur bisherigen Einmalnutzung der Braunkohlenreviere ergeben sich durch die Errichtung der großen Pumpspeicherwerke Dauerarbeitsplätze und Dauereinnahmequellen für die betroffenen Gemeinden.On there is a very special advantage of the large pumped storage device according to the invention from the fact that in these lignite open-cast mining areas are not just the specialists who can carry out such landscaping measures, but also in that at the imagination of the population affected by lignite mining for changes of this extent is. In contrast to the previous single use of the lignite areas the permanent pumping stations and the pumping stations are created Permanent sources of income for the affected communities.

Die Errichtung der erfindungsgemäßen Pumpspeicher in Braunkohletagebaustrecken wird dadurch erleichtert, daß durch die vorangegangene oder noch durchgeführte Nutzung der Braunkohle zur Elektrizitätserzeugung ein Großteil der erforderlichen elektrischen Anlagen zur Installation des Pumpspeicherwerkes bereits vorhanden ist. So sind zumindest die erforderlichen Freileitungen von den Braunkohlelagerstätten zu den Verbraucherzentren vorhanden.The erection of the pumped storage according to the invention in lignite open-cast mine routes is facilitated by the fact that a large part of the electrical systems required for the installation of the pumping gas are obtained through the previous or still used use of the lignite for the generation of electricity cherwerkes already exists. At least the necessary overhead lines from the lignite deposits to the consumer centers are available.

Auch die Verbindung mit vielen Kraftwerksblöcken ist in aller Regel gegeben. Wenn auch die Freileitungen den gestiegenen Anforderungen der Einbindung eines Großspeichers nicht genügen sollten, so sind doch zumindest die Stromtrassen zur Verlegung stärkerer Leitungen vorhanden.Also the connection with many power plant units is generally given. If the overhead lines meet the increased requirements of integration a large store not enough should be at least the power lines for laying stronger cables available.

Hervorzuheben sind auch die geringen Erstellungskosten dieser Pumpspeicherwerke sowie die langen Abschreibungszeiträume. Auch wenn mit den erfindungsgemäßen großen Pumpspeichern naturgemäß kein Strom erzeugt wird, kann der Bau dieser Speicher den Neubau von Kraftwerken ersetzen, da mit diesen Großspeichern eine Vergleichmäßigung der Stromerzeugung in den bestehenden Kraftwerken möglich ist. So können diese Pumpspeicher je nach Größe und Bedarf als Tages-, Wochen-, Monats- oder Jahresspeicher ausgelegt werden. In Kombination mit den bereits vorhandenen, kleinen Pumpspeichern, die der Feinregulierung dienen, ist damit eine sehr effektive, gleichmäßige Stromproduktion möglich. Die erfindungsge mäßen großen Pumpspeicher in Braunkohlelagerstätten tragen auch dazu bei, den z.Z. erforderlichen Verkauf von Strom für Nachtspeicherheizungen oder für eine stromintensive industrielle Nutzung teilweise unter Gestehungskosten zu reduzieren. Damit tragen diese Pumpspeicher in hohem Maße zur Einsparung von Strom bei und damit zur Reduzierung des CO2- Ausstoßes.highlight are also the low construction costs of these pumped storage plants as well as the long depreciation periods. Even if with the large pump storage according to the invention naturally no electricity is generated, the construction of this storage facility can be the construction of new power plants replace because with these large stores an equalization of the Electricity generation in the existing power plants is possible. So can this Pump storage depending on size and need can be designed as daily, weekly, monthly or yearly storage. In combination with the already existing, small pump storage, which are used for fine adjustment is therefore a very effective, uniform electricity production possible. The large pumped storage according to the invention in lignite deposits also contribute to the current necessary sale of electricity for night storage heaters or for Electricity-intensive industrial use, sometimes at a lower cost to reduce. This means that these pumped storage facilities make a major contribution to savings of electricity and thus to reduce CO2 emissions.

Daneben gestatten die erfindungsgemäßen Pumpspeicher den Einsatz von erneuerbaren Energieen wie Strom aus Windkraftanlagen, Solaranlagen und anderen stark schwankenden Energiequellen, da mit der Möglichkeit der Speicherung im großen Stil der Nachteil dieser Art der Energieerzeugung entfällt. Besonders sei darauf hingewiesen, daß auch die Nutzung von Blockheizkraftwerken durch die erfindungsgemäßen Speicher günstiger wird, da wegen der guten Speichermöglichkeit den Anbietern ein akzeptabler Preis gezahlt werden kann. Damit wird ein besonders hoher Beitrag zur Reduktion der CO2-Emmission geleistet.Besides allow the pumped storage according to the invention the use of renewable energies such as electricity from wind turbines, Solar systems and other strongly fluctuating energy sources, as with The possibility storage in large Style the disadvantage of this type of power generation is eliminated. Especially it should be noted that also the use of cogeneration plants by the storage according to the invention better will, because of the good storage possibility the providers acceptable price can be paid. This makes it special made a major contribution to reducing CO2 emissions.

Letztendlich führt dies zu einer Inversion der bestehenden Stromversorgungsstruktur. Hat man heute eine Reihe von Großkraftwerken zur Stromerzeugung und damit verbunden kleine Pumpspeicher, so hat man mit Installation der großen Pumpspeicher in Braunkohletagebaustrecken die Möglichkeit einer völlig anderen Versorgungsstruktur.At long last does this to an inversion of the existing power supply structure. Has a number of large power plants today to generate electricity and associated small pump storage, so has one with installing the big one Pump storage in lignite open-cast mine routes the possibility of a completely different one Supply structure.

So ermöglichen die erfindungsgemäßen Pumpspeicher ein System aus vielen kleinen, dezentralen Stromerzeugern und damit verbunden große Pumpspeicherwerke.So enable the pump memory according to the invention a system made up of many small, decentralized power generators and thus connected large pumped storage plants.

Langfristig ermöglicht dies die Entwicklung hin zu einer Verwaltung von elektrischer Energie.long-term allows this is the development towards the management of electrical energy.

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, stellen jedoch keine Einschränkung dar.The The following examples are intended to illustrate the invention, but do not constitute any Limitation.

Die Effektivleistung eines Wasserkraftwerkes beträgt in etwa Peff WKW ≈ 8·Q·H.The The effective power of a hydropower plant is approximately Peff WKW ≈ 8 · Q · H.

Dabei wird die Effektivleistung, Peff WKW, in kW, der Volumenstrom des Wassers, Q, in m3/s und die Fallhöhe, H, in m angegeben.there the effective power, Peff WKW, in kW, the volume flow of the Water, Q, in m3 / s and the head, H, in m.

In dieser Abschätzung ist für die Rohrleitungen ein Wirkungsgrad von 0,93–0,99, für die Turbinen ein Wirkungsgrad von 0,85–0,94 und für die Generatoren ein Wirkungsgrad von 0,95–0,99 enthalten.In this estimate is for the pipelines have an efficiency of 0.93-0.99, for the turbines an efficiency from 0.85-0.94 and for the generators contain an efficiency of 0.95-0.99.

Wie bereits dargestellt, sind die bevorzugten Turbinen für die erfindungsgemäßen Pumpspeicherwerke voll beaufschlagte Turbinen, z.B. Francis- oder Kaplanturbinen. Für die erfindungsgemäßen Pumpspeicherwerke- besonders bei geringen Fallhöhenbesonders geeignet sind z.B. Kaplanturbinen. Diese können sich wechselnden Betriebsbedingungen gut anpassen.How already shown are the preferred turbines for the pumped storage plants according to the invention fully loaded turbines, e.g. Francis or Kaplan turbines. For the pumped storage plants according to the invention especially with low heads suitable e.g. Kaplan turbines. These can change operating conditions adapt well.

Die technischen Kenntnisse zur Realisierung der erfindungsgemäßen Pumpspeicherwerke können bei den damit befaßten Fachleuten vorausgesetzt werden.The Technical knowledge to implement the pumped storage plants according to the invention can with those concerned with it Experts are required.

Beispiel 1example 1

Pumpspeicherwerk, bei dem das untere und das obere Speicherbecken unter Umgebungsniveau angelegt sind.Pumped storage plant, at the lower and the upper reservoir below the ambient level are created.

In einem ebenen Gelände (durchschnittliche Höhe: 100 m über NN, ausgedehntes Braunkohlenflöz in einer Tiefe von 80m unter Umgebungsniveau, entsprechend 20m über NN) wird das Deckgebirge abgetragen und die Braunkohle abgebaut. Der Abraum wird zunächst außerhalb des Abbaugebietes gelagert, danach wird dieser Abraum über einem ausgeräumten Braunkohlenflöz wieder so aufgeschüttet, daß in einem Abstand von 2000 m nebeneinander entstehen: 1.) ein rechteckiges 2 km·4 km großes oberes Speicherbecken mit einem Beckenboden in einer Höhe von 50 m über NN und einem Beckenrand in einer Höhe von 100 m über NN und 2.) parallel zur Längsseite des Oberbeckens ein 4 km·4 km großes unteres Becken, wobei der Beckenboden des unteren Speicherbeckens in einer Höhe von 0m (bezogen auf NN) angelegt ist. Der Beckenrand befindet sich in einer Höhe von 100 m über NN. Die Böschung am Rande des unteren wie des oberen Speicherbeckens weist eine Steigung von 20% auf. Boden und Seitenwände der Becken werden gegen das Grundwasser abgedichtet.In a flat area (average height: 100 m above sea level, extensive lignite seam at a depth of 80 m below the ambient level, corresponding to 20 m above sea level), the overburden is removed and the lignite is mined. The overburden is initially stored outside the mining area, then this overburden is heaped up again over a cleared lignite seam in such a way that at a distance of 2,000 m there are side by side: 1.) a rectangular 2 km x 4 km large storage tank with a pool floor at a height from 50 m above sea level and a pool edge at a height of 100 m above sea level and 2.) parallel to the long side of the upper pool a 4 km x 4 km large lower pool, with the pool floor of the lower storage pool at a height of 0 m (based on sea level ) is created. The pool edge be can be found at a height of 100 m above sea level. The embankment on the edge of the lower as well as the upper reservoir has an incline of 20%. The bottom and side walls of the pools are sealed against the groundwater.

Am Rande des unteren Beckens wird ein Krafthaus errichtet. Dieses ist mit Druckrohren mit dem oberen Speicherbecken verbunden. Das Krafthaus ist mit Pumpen, Turbinen und Generatoren mit einer Leistung von ca. 300 MW ausgestattet. Z.B. kommen Kaplanturbinen zum Einsatz. Nach Füllung des Pumpspeicherwerkes mit ca. 300 Millionen m3 Wasser kann bei einer durchschnittlichen Nutzung von 240 Millionen m3 Wasser und einer durchschnittlichen Nutzfallhöhe des Wassers von 50m durch Hochpumpen des Wassers elektrische Energie gespeichert werden.At the A power house is built on the edge of the lower basin. This is connected to the upper reservoir with pressure pipes. The power house is with pumps, turbines and generators with an output of 300 MW. For example, Kaplan turbines are used. After filling the Pumped storage plant with approx. 300 million m3 of water can average use of 240 million m3 of water and one average useful height the water of 50m by pumping up the water electrical energy get saved.

Schickt man die nutzbare Wassermasse von 240 Millionen m3 Wasser beispielsweise innerhalb von 100 h durch das Kraftwerk, so bedeutet dies einen Volumenstrom von 667 m3/s. Bei einer durchschnittlichen Nutzhöhe von 50m ergibt dies eine Leistung P von P ≈ 8·667·50 kW ≈ 266 MW.sends for example the usable water mass of 240 million m3 of water within 100 hours by the power plant, this means one Volume flow of 667 m3 / s. With an average usable height of 50m this gives a power P of P ≈ 8 · 667 · 50 kW ≈ 266 MW.

D.h. dieses Pumpspeicherwerk, das in nahezu jedem Braunkohletagebau installiert werden kann, stellt 100h lang eine Leistung von 266 MW bereit. Damit ist in diesem Pumpspeicherwerk elektrische Energie entsprechend 26,6 Millionen kWh gespeichert.That this pumped storage plant, which is installed in almost every lignite mine provides an output of 266 MW for 100 hours. In order to electrical energy is corresponding in this pumped storage plant 26.6 million kWh saved.

Beide Speicherbecken liegen gänzlich unter Umgebungsniveau. Wie oben dargestellt, befindet sich der Beckenrand in etwa auf Umgebungsniveau. Je nach Füllstand des Oberbeckens schwankt der Wasserstand im Unterbecken um bis zu etwa 15 m und im oberen Speicherbecken um etwa 30 m. Auch wenn die gesamte nutzbare Wassermasse im oberen Becken gespeichert ist, befindet sich der Wasserstand des Wassers im oberen Becken noch mindestens 15m unter Umgebungsniveau, so daß von diesem Pumpspeicherwerk keinerlei Gefahr ausgeht.Both Storage pools are located entirely below ambient level. As shown above, the pool edge is located roughly at ambient level. It varies depending on the level of the upper basin the water level in the lower pool by up to about 15 m and in the upper one Storage pool around 30 m. Even if the total usable water mass is stored in the upper pool, the water level is the water in the upper pool is at least 15m below the ambient level, so that of this pumped storage plant poses no danger.

Beispiel 2Example 2

Pumpspeicherwerk mit erhöhter LeistungPumpspeicherwerk with increased power

Man wählt die Beckenanordnung wie in Beispiel 1, erhöht jedoch die Anzahl und Durchmesser der Druckstollen, die Leistung der Pumpen der Turbinen und der Generatoren, so daß die Nutzwassermasse von 240 Millionen m3 innerhalb von 10 h vom unteren Becken in das obere Becken gepumpt werden kann und umgekehrt innerhalb von 10h vom oberen in das untere Becken strömen kann.you choose the Basin arrangement as in Example 1, but increases the number and diameter of the Pressure tunnels, the performance of the pumps of the turbines and the generators, So that the Useful water mass of 240 million m3 within 10 hours from the bottom Basin can be pumped into the upper basin and vice versa within can flow from the upper into the lower basin from 10h.

Es resultiert ein Pumpspeicherwerk mit einer Leistung von P ≈ 8·6667·8 kW ≈ 2666 MW.It results in a pumped storage plant with an output of P ≈ 8 · 6667 · 8 kW ≈ 2666 MW.

Mit diesem Pumpspeicherwerk steht damit eine Anlage zur Verfügung, die eine vergleichbar große Leistung aufweist wie alle deutschen Pumpspeicherwerke zusammen.With this pumped storage plant is thus a system available a comparably large one Like all German pumped storage plants, it has a combined performance.

Die gespeicherte elektrische Energie dieses Pumpspeicherwerkes, d.h. die Kapazität dieses Pumpspeicherwerkes, ist naturgemäß wie in dem Pumpspeicherwerk gemäß Beispiel 1 26,6 Millionen kWh.The stored electrical energy of this pumped storage plant, i.e. the capacity this pumped storage plant, is naturally like in the pumped storage plant according to example 1 26.6 million kWh.

Beispiel 3Example 3

Pumpspeicherwerk mit erhöhter Kapazität, beide Speicherbecken in einem Braunkohletagebau, das untere Speicherbecken unter UmgebungsniveauPumped storage plant with increased capacity, both storage pools in an opencast lignite mine, the lower storage tank below ambient level

In einem Braunkohletagebau gemäß Beispiel 1 errichtet man ein quadratisches, oberes Speicherbecken, Ausmaße des Beckens am Beckenboden: 4 km·4 km, Beckenboden in einer Höhe von 150 m über NN, entsprechend 50m über Umgebungsniveau, Beckenrand 250 m über NN.In an open pit lignite mine according to example 1 you build a square, upper storage pool, dimensions of the pool on the pool floor: 4 km4 km, pool floor at a height of 150 m above NN, corresponding to 50m above Ambient level, pool edge 250 m above sea level.

Der Beckenrand ist aus Sicherheitsgründen an 3 Seiten mit einem 2 km breiten, 40m hohen Wall umgeben (= 290 m über NN). An der 4. Beckenseite (neben dem unteren Speicherbecken) ist der Wall nur 20m hoch. Neben diesem quadratischen Oberbecken befindet sich in einem Abstand von 2 km das untere Speicherbecken (Ausmaße am Beckenboden: 4 km·4 km), Beckenboden in einer Höhe von 10 m unter NN, Beckenrand an 3 Seiten 150 m über NN, entsprechend 50 m über dem ursprunglichen Umgebungsniveau, an der 4. Seite Anstieg zum oberen Becken. Oberes und unteres Speicherbecken sind über mehrere Krafthäuser mit jeweils mehreren Druckrohren miteinander verbunden.The Pool edge is on for security reasons Surround 3 sides with a 2 km wide, 40m high wall (= 290 m above sea level). On the 4th basin side (next to the lower storage basin) is the Wall only 20m high. Located next to this square upper basin the lower reservoir basin at a distance of 2 km (dimensions at the bottom of the basin: 4 · 4 km km), pool floor at a height from 10 m below sea level, pool edge on 3 sides 150 m above sea level, corresponding to 50 m above sea level original environmental level, on the 4th side rise to the top Pool. Upper and lower storage tanks are shared with several powerhouses each connected to several pressure pipes.

Nach der Fertigstellung wird das untere Becken mit 1,7 Milliarden m3 Wasser gefüllt. Für Speicherzwecke steht eine Wassermenge von ca. 1,6 Milliarden m3 zur Verfügung. Die durchschnittliche Nutzfallhöhe beträgt 150 m. Diese Wassermenge wird zwecks Speicherung elektrischer Energie in das obere Speicherbecken gepumpt. Läßt man diese Wassermenge innerhalb von 1000 h über die Kraftwerke vom oberen in das untere Becken strömen, resultiert ein durchschnittlicher Volumenstrom von 444,4 m3/s. Bei einer durchschnittlichen Nutzfallhöhe von 150 m bedeutet dies eine Leistung von P ≈ 8·444,4·150 kW ≈ 533 MW.To The lower basin with 1.7 billion m3 will be completed Filled with water. For storage purposes a water volume of approx.1.6 billion m3 is available. The average useful height is 150 m. This amount of water is used to store electrical energy pumped into the upper reservoir. If you leave this amount of water inside from 1000 h over the power plants flow from the upper into the lower basin, a result average volume flow of 444.4 m3 / s. With an average Nutzfallhöhe of 150 m, this means a power of P ≈ 8 · 444.4 · 150 kW ≈ 533 MW.

D.h. dieses Pumpspeicherwerk hat eine Speicherkapazität von 533 Millionen kWh. Damit ist die Speicherkapazität dieses erfindungsgemäßen Pumpspeichers etwa 10mal so groß wie die aller deutschen Pumpspeicherwerke zusammengenommen.That this pumped storage plant has a storage capacity of 533 million kWh. In order to is the storage capacity this pump memory according to the invention about 10 times the size of those of all German pumped storage plants taken together.

Beispiel 4Example 4

Pumpspeicher mit hoher Leistung und hoher Verfügungszeitpumped storage with high performance and high availability

Man errichtet die Speicherbecken wie in Beispiel 3, erhöht jedoch die Maschinenleistung auf das 10fache. Es resultiert ein Pumpspeicherwerk, das für die Dauer von 100h eine Leistung von 5333 MW bereitstellt.you builds the storage basin as in example 3, but increases the machine performance to 10 times. The result is a pumped storage plant that for the Duration of 100h provides a power of 5333 MW.

Claims

Pumped storage plant, characterized in that the lower and the upper storage basin are arranged in an existing or cleared lignite deposit.

Pumped storage plant according to claim 1, characterized in that that this lower storage basin arranged at least 50m below ambient level is.

Pumped storage plant according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the Difference in height between lower and upper storage basin is at least 40m.

Pumped storage plant according to one of claims 1 to 3, characterized in that the lower storage basin holds at least 50 million m3.

Pumped storage plant according to one of claims 1 to 4, characterized in that the Pumped storage plant has a storage capacity> 20 million kWh.

Pumped storage plant according to one of claims 1 to 5, characterized in that the Pumped storage plant has a storage capacity> 400 million kWh.

Pumped storage plant according to one of claims 1 to 6, characterized in that the Pumped storage plant with a capacity> 200 MW has.

Pumped storage plant according to one of claims 1 to 7, characterized in that the Pumped storage plant has an availability time> 50h.

Method for the construction of pumped storage plants according to one of claims 1 to 8, characterized in that the exploitation of the lignite deposits accumulated overburden used to build the pump storage basin.