DE19913008A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung von als Druckluft vorliegende Energie in elektrische Energie - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung von als Druckluft vorliegende Energie in elektrische EnergieInfo
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Abstract
Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung von als Druckluft vorliegende Energie in elektrischen Strom, bei dem durch Anheben wassergefüllter Behälter mit Hilfe von unter der Wasseroberfläche unterhalb dieser wassergefüllten Behälter angeordneten Betriebsbehältern, die mit Druckluft bis zum Erreichen einer vorgewählten Fallhöhe für in den oberen Behältern vorgesehenes Wasser befüllt werden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur
Umwandlungen von als Druckluft vorliegende Energie in
elektrische Energie nach dem Oberbegriff des Hauptanspru
ches.
Üblicherweise werden Pumpspeicherwerke mit Becken ober
halb der Meeres- oder einer Flußoberfläche angeordnet und
Wasservolumen wird in diese durch Rohrleitungen einge
pumpt. Ein derartiges Aufwärtspumpen ist mit erheblichen
mechanischen Verlusten, nämlich den Reibungsverlusten in
den Leitungen versehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Umwand
lungsverfahren mit weniger Verlusten zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird dies durch ein Verfahren und eine
Vorrichtung nach den Merkmale der unabhängigen Ansprüche
erreicht.
Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung wieder. Insbesondere ist vorteilhaft, eine
Vorrichtung zu schaffen, die in einem Gewässer steht oder
schwimmt. Dies kann ein künstlicher natürlicher See sein,
das Staubbecken einer Talsperre, ein gefluteter Tagebau,
ein Fjord, eine Meeresbucht oder ähnliches.
Die Anlage kann in Modulbauweise erreichtet und betrieben
werden, dadurch sind neben Leistungen von einigen Mega
watt bis mehreren Gigawatt auch schnellstmögliche Verän
derungen in der Nennleistung (durch Ab- und Zuschalten von
Modulen) ohne Veränderung des Wirkungsgrads und ohne En
ergieverlust oder umweltbeeinträchtigender Auswirkungen
möglich. Das Kraftwerk erzeugt keine Emissionen.
Die Druckluft kann dabei als Energiespeicher genutzt
werden, da sie beliebig gespeichert und in Pipelines
transportiert werden kann.
Mit Hilfe eines Druckluft-Pipeline-Systems, das innerhalb
oder unterhalb der Anlage montiert wird, wird eine Druck
luftzufuhr geschaffen, die über Sensoren und Regelungs
computer automatisch eine Auf- und Abbewegung von Wasser
behältern durch Befüllen von unter ihnen befindlichen
Druckluftbehältern mit günstigen Geschwindigkeiten steu
ert.
Während es denkbar ist, die Auf- und Abbewegung direkt in
elektrische Energie über angesetzte Dynamos umzuformen,
ist es apparativ günstiger, das angehobene Wasser aus der
Höhe, in der es potentielle Energie speichert, auf eine
mit einem elektrischen Stromgenerator verbundene Turbine
unter Antrieb dieser und des Generators zu leiten.
Nach dem in den Auftriebsbehälter Druckluft eingebracht
wurde, wird sich der Lastbehälter in einer vorgewählten
Höhe befinden, wobei diese Höhe von der Höhe der Kon
struktion und somit der verfügbaren Wassertiefe beim Ein
tauchen bestimmt wird. Je höher die Fallhöhe des Wassers
ist, umso höher ist natürlich die Energie, die gewonnen
werden kann.
Im Ruhezustand befindet sich ein sogenannter Läufer, der
Auftriebsbehälter und Wasserbehälter und die die beiden
Behälter voneinander beabstandende Konstruktion komplett
unter der Wasseroberfläche. Durch Füllung des Auftriebs
behälters mit Druckluft steigt der Läufer mit dem wasser
gefüllten Lastbehälter nach oben. Der Entleerungsvorgang
kann nun schon beginnen, kann jedoch auch bis zum Ende
des Anhebevorganges aufgeschoben werden. Bei sofortiger
Wasserentnahme wird der Läufer selbstverständlich leich
ter und schiebt sich so weiter nach oben, auch ohne daß
Druckluft weiter zugeführt wird.
Ohne weitere Druckluftzufuhr würde sich der Wasserspiegel
im Lastbehälter in Bezug auf das umgebende Geländeniveau
nicht ändern, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn
eine Entleerung in festmontierte Kanäle stets auf glei
cher Höhe erfolgt, wie in einer erfindungsgemäß bevorzug
ten Anlage.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich
aus nachfolgender Beschreibung eines bevorzugten Ausfüh
rungsbeispiels der Erfindung. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine seitliche Darstellung einer An
lage mit einer Mehrzahl von Läufern
in verschiedenen Positionen, und
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Vielzahl
von jeweils in Doppelreihen angeord
neten Läuferkonstruktionen, die in
zwischen ihnen befindliche, sich auf
hohem Niveau befindende Kanäle ent
leeren, wobei Turbinen an runden
Fallschächten angeordnet sind.
Die in der Fig. 1 dargestellte Läuferkonstruktion ist,
wie am linken Rand dargestellt, ganz in Wasser eintau
chend vorgesehen. Um nun die Druckluftverluste möglichst
gering zu halten, befindet sich unter dem Auftriebsbehäl
ter 10, der über eine Vorrichtung 13 mit Druckluft beauf
schlagt wird, die zuvor darin befindliches Wasser ver
drängt, ein permanent mit Luft gefüllter Raum 18, der vom
Volumen her so bemessen ist, daß das Eigengewicht des ge
samten Läufers im Wasser neutralisiert wird. Dieser Raum
kann so eingerichtet sein, daß er geeignet ist, als
Recyceling-Kammer für die nach der Entleerung des Lastbe
hälters überflüssige Druckluft zu dienen. Diese Einrich
tung hilft, die Gesamtenergiebilanz der Anlage zu verbes
sern. In der Fig. 1 ist dieses Volumen als Rundrohr 18 im
Schnitt dargestellt.
Ein unter dem Auftriebstank 10 konstruierter Doppelboden
würde den gleichen Effekt haben, sich jedoch zusätzlich
noch günstig auf die Statik der Konstruktion auswirken.
Damit die Läufer im aufgetauchten Zustand nicht kentern,
werden sie in eine Haltekonstruktion 12 gesetzt, in der
sie ähnlich wie ein Lift auf- und abgleiten können. Der
mit Wasser befüllte obere Behälter 16 ist dabei über eine
Traggitterkonstruktion mit dem unteren (Luftauffang-) be
hälter verbunden und bildet einen "Läufer" 14.
Die Haltekonstruktion ist auch gleichzeitig Tragwerk für
die Kanäle 30, in denen das Wasser gesammelt wird. Die
einzelnen Läufer können zu Modulen unterschiedlicher
Stückzahl zusammengefaßt werden und so gemeinsam die Ka
näle 30 speisen. In den Kreuzungspunkten dieser Kanäle
befinden sich die Fallrohre 22 mit den knapp über die
Wasseroberfläche angehängten Turbinen 24.
Eine Vertikalführung 12 erlaubt möglichst reibungsfrei
verschieblichen Läufern 14 aus zwei voneinander vertikal
beabstandeten Behältern 10, 16 aufzusteigen, wobei der
obere Behälter 16, der zur Aufnahme und Abgabe von Wasser
ausgelegt ist, über die Wasseroberfläche steigt und der
untere, zum Einströmen von Druckluft und zum Auslaß die
ser Druckluft ausgelegte Behälter mit seiner Oberkante
bis zur Wasseroberfläche steigen kann.
Der apparative Aufwand der Vertikalführungen läßt sich
minimieren, wenn eine Mehrzahl von Vertikalführungen für
Läufer in Gruppen zusammengefaßt sind, und zwischen die
sen Kanäle zur Weiterleitung des aus den Wassertanks ab
fließenden Wassers, und zum Führen dieses zu Fallkanälen
32 vorgesehen sind, wobei am Boden jedes Fallkanals eine
Turbine vorzusehen ist.
Insbesondere Zweierreihen von Läufern (ggf. mehrfach vor
gesehen) belassen zwischen sich Kanäle 30, die jeweils an
den Längsseiten der Reihen entlanggeführt sind, wobei je
weils eine Reihe von Läufern in den ihr benachbarten Ka
nal entleert, und ein weiterer rechtwinklig zu diesen
vorgesehener Kanal vorgesehen ist, der Kreuzungspunkten
der Kanäle untereinander entstehen läßt an denen die
Fallschächte zur Führung des Wassers auf Turbinen vor
teilhafterweise vorgesehen werden können.
Claims (6)
1. Verfahren zur Umwandlung von als Druckluft vorlie
gende Energie in elektrischen Strom, gekennzeichnet
durch Anheben wassergefüllter Behälter mit Hilfe von
unter der Wasseroberfläche unterhalb dieser wasserge
füllten Behälter angeordneten Betriebsbehältern, die
mit Druckluft bis zum Erreichen einer vorgewählten
Fallhöhe für eine elektrische, durch herabströmendes
Wasser angetriebene Turbine für in den oberen Behältern
vorgesehenes Wasser befüllt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in den Auftriebsbehältern permanent ein Luftvolumen
beherbergt ist, das unterhalb der Wasseroberfläche an
geordnet einen Auftrieb entfaltet, der dem Eigengewicht
des gesamten Läufers entspricht.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
wenigstens einen in einer Vertikalführung (12) ver
schieblichen Läufer (14) aus zwei voneinander vertikal
beabstandeten Behältern (10, 16), wobei der obere Be
hälter (16) zur Aufnahme und Abgabe von Wasser ausge
legt ist und der untere zum Einströmen von Druckluft
und zum Auslaß dieser Druckluft.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, daß das weitere Auftriebsvolumen als Doppelboden
an den Auftriebstank aufgesetzt ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Vertikal
führungen für Läufer in Gruppen zusammengefaßt sind und
zwischen diesen Kanäle (30) zur Weiterleitung des aus
den Wassertanks abfließenden Wassers, und zum Führen
dieses zu Fallkanälen (32) vorgesehen sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß Zweierreihen von Läufern
mehrfach vorgesehen sind, zwischen diesen Kanäle (30)
jeweils an den Längsseiten der Reihen entlanggeführt
sind, wobei die eine Reihe von Läufern in den ihr be
nachbarten Kanal entleert, und wenigstens ein weiterer
Kanal vorgesehen ist, der rechtwinklig zu den ersten
Kanälen verläuft, wobei an den Kreuzungspunkten der Ka
näle Fallschächte (34) zur Führung des Wassers auf Tur
binen vorgesehen sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999113008 DE19913008C2 (de) | 1999-02-12 | 1999-02-12 | Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung von als Druckluft vorhandener Energie in elektrischen Strom |
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DE19913008C2 DE19913008C2 (de) | 2001-05-17 |
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DE1999113008 Expired - Fee Related DE19913008C2 (de) | 1999-02-12 | 1999-02-12 | Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung von als Druckluft vorhandener Energie in elektrischen Strom |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19913008C2 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2008152658A1 (en) * | 2007-06-12 | 2008-12-18 | Angelo Piazza | System for generating electrical energy |
WO2017098536A1 (en) | 2015-12-09 | 2017-06-15 | Angelo Piazza | Hydraulic motor |
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DE9215449U1 (de) * | 1992-11-13 | 1993-01-14 | Suhr, Fritz, 6333 Braunfels, De | |
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-
1999
- 1999-02-12 DE DE1999113008 patent/DE19913008C2/de not_active Expired - Fee Related
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