DE19720700A1

DE19720700A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie

Info

Publication number: DE19720700A1
Application number: DE19720700A
Authority: DE
Inventors: Arno Hoeffken
Original assignee: Individual
Current assignee: Hoeffken Arno 45472 Muelheim De
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 1998-11-19

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie.

Bekannt ist das Verfahren, auf einem hochgelegenen, geeigneten Ort, i.d.R. einem natürlichen Berg, ein Wasserbecken anzulegen: Während der Zeiten mit niedrigem Strombedarf bzw. hoher, frei verfügbarer elektrischer Energie befördern Pumpen Wasser z. B. aus einem natürlichen oder künstlichen See in das Wasserbecken und verwenden hierzu die sonst nicht sinnvoll nutzbare elektrische Energie. Während der Zeit mit hohem Strombedarf bzw. mangelnder, verfügbarer Energie treibt das Wasser Turbinen an und ein Generator setzt so die potentielle Energie des Wassers in elektrische Energie um.

Ein Problem für die Errichtung von Anlagen dieser Art sind mangelnde geeignete Standorte. Wasserbecken auf Anhöhen sind immer mit einer Naturzerstörung verbunden, der nur eine relativ geringe Speicherkapazität gegenübersteht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Pumpspeicherwerke mit brauchbaren Kapazitäten zu ermöglichen, ohne daß hierfür Naturzerstörung erforderlich wird.

Die Erfindung besteht darin, hierfür Bergwerke zu verwenden, bevorzugt nicht mehr im Förderbetrieb stehende solche, die in großer Zahl vorhanden sind. Dies erläutert folgendes Beispiel einer kleinen Anlage:

Der Schacht eines typischen Bergwerkes hat eine Tiefe von ca. 1.000 Metern. Die potentielle Energie, welche 1 m³ Wasser, aufnimmt bzw. abgibt, wenn es über diese Höhendifferenz bewegt wird, beträgt 2,725 Kilowattstunden. Ein Wasserbecken untertage zur Fassung von 50.000 m³ Wasser könnte z. B. eine Länge von 20 km und eine Schnittfläche von 2,5 m² besitzen. Übertage hätte ein geeignetes Becken z. B. die Maße 5 m×100 m×100 m. Bei einer Abwärts-Fluß- geschwindigkeit von z. B. 7 m³/sek würde das Potential des gesamten Beckeninhaltes in 120 Minuten in elektrische Energie gewandelt. Die dabei freigesetzt Energie beträgt 136.250 Kilowattstunden. Legt man für die Stromerzeugungs-Kosten im Grundlastbereich 10 Pf./kWh und im Spitzenlastbereich 20 Pf./kWh zugrunde, so ergäbe sich bei einem Wirkungsgrad der Anlage von 80% für einen kompletten Pumpzyklus ein Roherlös von 8.175 DM.

Der zentrale Vorteil des erfindungsgemäßen Vorgehens liegt in der Nutzung der großen Höhendifferenz der Bergwerke, was die Speicherung großer Energie-Mengen bei relativ geringen Wasser-Volumina ermöglicht. Ein weiterer Vorteil sind die relativ geringen Installations-Kosten, da die Bergwerke vorhanden sind ohne daß noch eine sinnvolle Verwendungs-Möglichkeit für sie besteht. Aus der Perspektive des Umweltschutzes liegt der zentrale Vorteil in der Tatsache, daß keine Eingriffe in Naturzonen erforderlich sind. Insbesondere Sonnen- und Wind-Energie, deren Verfügbarkeit zeitlich meist nicht mit dem Bedarf zusammenfällt, werden durch die Möglichkeit der Speicherung aufgewertet.

Die Eignung der in Frage kommenden Bergwerke hängt von deren Tiefe und Speicher kapazität ab. Aus dem Steinkohle-Bergbau existieren zahlreiche, stillgelegte Schächte von mehr als 1000 m Tiefe, die jedoch relativ schmale Untertagewege besitzen, was aufwendigere Becken-Konstruktionen mit großer Wandfläche erforderlich macht. Salzbergwerke sind zwar weniger tief gelegen, besitzen aber untertage Räume mit größerem Volumen, was Becken mit geringerer Wandfläche erlaubt.

Ein zweiter, verbundener Erfindungsgedanke betrifft den Transport der gespeicherten elektrischen Energie: Häufig sind die Schachtanlagen der Bergwerke in unmittelbarer Nähe geeigneter Schiffahrtskanäle oder Flüsse. In solchen Fällen kann das Einleiten des Wassers in das Bergwerk aus einem Kanal oder Fluß durch einen Schacht erfolgen, der sich in unmittelbarer Verbrauchernähe befindet - z. B. in einer Großstadt. Das Auspumpen des Bergwerkes kann dann über einen anderen Schacht erfolgen, der sich in unmittelbarer Nähe geeigneter Kraftwerke befindet. Summarisch läuft dies auf einen Energie-Transport ohne Verluste durch Umspannvorgänge hinaus. Insbesondere eignet sich dieses Vorgehen sehr gut zur Windenergie-Nutzung, da Windparks meist nur außerhalb der Ballungsgebiete realisierbar sind. Dies sei durch ein weiteres Beispiel erläutert:

Angenommen, im ländlichen Gebiet um das Dorf Hoerstgen, nahe Kamp Lintfort wird ein Windpark errichtet. In Schwachlastzeiten mit starkem Wind fördert die nicht sofort verwertbare Energie, über die Schachtanlage Hoerstgen Wasser aus dem Bergwerk. Zur Spitzenlastzeit erzeugt eine Turbine in Bochum Strom. Das dabei dort ins Bergwerk gelangende Wasser fließt untertage nach Hoerstgen, wo es zur Schwachlastzeit wieder ausgepumpt wird.

Auch für dieses Beispiel ist wichtig, daß die Wassermenge je gespeicherter und transportierter Energiemenge sehr viel geringer ist, als bei konventionellen Wasserkraft- oder auch Pumpspeicherwerken.

Die Auswahl geeigneter Standorte hängt stark von Struktur, Steigung und Gefälle vor handener Untertagewege und weiteren geographischen Bedingungen im Einzelfall ab. Diese können hier nicht weiter beschrieben werden, da dem Verfasser der Patentschrift die hierzu notwendigen Informationen nicht zugänglich sind. Es handelt sich aber um Auslegungsfragen, deren Behandlung keine technische Besonderheit darstellt.

Es könnte sich im Einzelfall, bei geeigneten Bodenverhältnissen, etc. auch ergeben, daß sich speziell für die Nutzung als Pumpspeicher weitere Ausschachtungen lohnen - evtl. auch der Abbau von Flözen, die ohne den Aspekt der Pumpspeichernutzung als nicht lohnend angesehen wurden. Auch für die Behandlung dieser Frage fehlen dem Verfasser die internen Informationen der Bergwerk-Betreiber.

Claims

1. Verfahren zur Speicherung elektrischer Energie mithilfe von Pumpspeicherwerken, wobei zur Erzielung der Höhendifferenz Bergwerk-Anlagen verwendet werden.

2. Vorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie mithilfe von Pumpspeicherwerken, wobei zur Erzielung der Höhendifferenz Bergwerk-Anlagen verwendet werden.

3. Verfahren zum Transport elektrischer Energie durch Entleeren eines unterirdischen Wasserspeichers (= Auffüllen des Energie-Speichers) in Kraftwerksnähe und Auffüllen dieses Wasserspeichers (= Entleeren des Energie-Speichers) in Verbrauchernähe, wobei das Wasser unterirdisch vom Einleitungs- zum Auspump-Ort fließt.

4. Vorrichtung zum Transport elektrischer Energie durch Entleeren eines unterirdischen Wasserspeichers (= Auffüllen des Energie-Speichers) in Kraftwerksnähe und Auffüllen dieses Wasserspeichers (= Entleeren des Energie-Speichers) in Verbrauchernähe, wobei das Wasser unterirdisch vom Einleitungs- zum Auspump-Ort fließt.