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Leitungssystem zur Ubertragung elektrischer Energie, von Kälteleistung
oder zum Transport technischer Gase Zusatz zu Patent . . e (Patentanmeldung P 19
62 746.4) Die Erfindung bezieht sich auf ein Leitungssystem zur übertragung elektrischer
Energie über große Entfernungen von einem oder mehreren Stromerzeugern zu einem
oder mehreren Verbrauchern mittels tiefgekühlter elektrischer Leiter, wobei der
oder die zur Ubertragung erforderlichen elektrischen Leiter in einer oder mehreren
von mittels Kälteerzeugern auf tiefer Temperatur gehaltenen tiefkalten Medien, wie
flüssige oder tiefgekühlte Gase mit Siedepunkten um oder unter 770K durchströmten
innerhalb eines Vakuummantels angeordneten von einem oder mehreren Strahlungs schilden
umgebenen Rohrleitungen geführt sind nach Patent . . . (Patentanmeldung P 19 62
746.4).
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Bei der Ausbildungsform des Leitungssystems gemäß dem vorgenannten
Patent . . . (der vorgenannten Patentanmeldung) besteht eine besondere Ausführungsform
darin, daß Anfang und Ende der Rohrleitungen entweder nach Art einer Ringleitung
zusammenfallen oder mit Abstand zueinander angeordnet sind, wobei eine oder mehrere
Ringleitungen sowie in einer Richtung durchströmbare nicht im geschlossenen Kreislauf
geführte Rohrleitungen zu einem der Lage der Stromerzeuger und der Verbraucher angepaßten
Netz vermascht sind. Es ist auch vorgesehen, daß für den Fall, daß Anfang und Ende
der Rohrleitungen mit Abstand zueinander angeordnet sind, am Anfang und am Ende
des Rohrleitungssystems zur Aufnahme des Kühlmittels bestimmte
Behälter,
die in an sich bekannter Weise transportabel sein können, vorgesehen sind.
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Durch diese Maßnahmen, durch die das Jeweils benutzte Kältemittel
in einem geschlossenen Kreislauf wieder zum Kälteerzeuger zurückgeführt wird, wird
zwar der thermische Wirkungsgrad verbessert, da die Anordnung besonderer Rohrleitungen
für die Rückführung des Kühlmittels entfallen kann. Das setzt jedoch eine hierfür
geeignete Verteilung von Erzeugern und Verbrauchern elektrischer Energie voraus.
Daneben tritt häufig der Anwendungsfall auf, bei dem die übertragung elektrischer
Energie mittels eines geradlinigen Leitungssystems zwischen Energieerzeugern erfolgen
muß, wobei die Entfernung mehrere hundert Kilometer betragen kann. Die Weiterausbildung
der Erfindung macht sich nun die Erkenntnis zu Nutze, daß die Verbraucher häufig
in sogenannten Ballungszentren, also in dicht besiedelten und im allgemeinen hochindustrialisierten
Gebieten liegen. Sie macht sich ferner die Erkenntnis zu Nutze, daß einerseits auch
bei der Bildung von auf herkömmliche Weise gebildeten Leitungsnetzen zur übertragung
hoher elektrischer Leistungen eine besondere Kühlmittelrückführung erforderlich
ist. Die Erfindung geht schließlich von der weiteren Erkenntnis aus, daß die Anwendung
tiefer Temperaturen bei der Durchführung einer Reihe von technischen physikalischen,
medizinischen und anderen Verfahren erforderlich ist, so daß eine Anzahl unterschiedlicher
Kälteverbraucher besteht. So sind beispielsweise supraleitende elektrische Energiespeicher,
Verbraucher von gasförmigen und/oder flüssigen technischen Gasen,
wie
Stickstoff, Luft, Wasserstoff, Helium, Argon, Erdgas sowie feste Kältemittel, wie
C02-Eis, H20 Eis und dergleichen, für die verschiedensten Anwendungszwecke erforderlich;
Kälteleistung wird auch zur Klimatisierung großer Raumeinheiten ausgenutzt.
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Dies geschieht mittels ortsfester Kälteanlagen. Auch für die Nahrungsmittelkonservierung,
für die Blutkonservierung, für Organbänke, das heißt für die Lagerung tiefgekühlter
Organe, sowie für medizinisch-chirurgische und diagnostische Verfahren, ist Kälteleistung
erforderlich, wobei dies ebenfalls mitteils ortsfester Anlagen geschieht. Soweit
supraleitende Strom kreise, beispielsweise im Rahmen von elektrischen Rechenanlagen
verwendet werden, ist auch hier die Zuführung von Kälteleistung erforderlich, und
zwar in erster Linie mittels ortsfester Anlagen.
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Andöre Verbraucher von Kälteleistung sind Fahrzeuge, in denen supraleitende
Magnete für die gleisgebundene Lagerung und Führung angeordnet sind. In diesem Falle
muß die für den Kälteverbraucher erforderliche Kälteleistung mittels im Fahrzeug
vorgesehener, zur Speicherung geeigneter Behälter zugeführt werden oder aber auch
durch ortsfeste Kälteanlagen, iobei hinzukommt daß es notwendig ist, den Bedarf
an Kühlmitteln nicht nur an den in dem Fahrzeug vorgesehenen Behältern sondern auch
durch ortsfeste Anlagen zu decken. Dabei zeigt sich auch, daß, wenn für den Antrieb
von Verbrennungskraftmaschinen als Energieträger brennbare Gase vorgesehen sind,
aus Gründen der Raumersparnis eine Verflüssigung sehr vorteilhaft ist.
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Eine Veflüssigung von Gasen aus irdischen Gasvcrkommen mittels Kälteanlagen,
zum Beispiel von Helium und Erdgas, oder auch bei
der technischen
Gasgewinnung, zum Beispiel von Wasserstoff, Methan, Propan, Butan und dergleichen,
ist zur Vereinfachung von deren Transport sehr vorteilhaft, wobei der Transport
dieser Gase mittels isolierter Rohrleitungen oder in Behältern, die mittels bekannter
Transportmittel befördert werden, erfolgt.
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Werden für diese verschiedenen Kälteverbraucher Jeweils spezielle
Kälteanlagen, Rohrleitungen, Behälter und dergleichen verwendet, so wird dadurch
ein außerordentlich unwirtschaftliches Nebeneinander von Einrichtungen geschaffen.
Während das Kältemittel als Träger der Kälteenergie insbesondere bei der Kühlung
von elektrischen Leitungen auf die erforderliche Temperatur am Ende einer Kühistrecke
nur Abfallprodukt ist, das in der Mehrzahl der Fälle nur in recht unwirtschaftlicher
Weise mittels zusätzlicher Rohrleitungen und/oder Behälter in den thermodynamischen
Kreisprozeß zurückgeführt werden kann, werden andererseits die zu kleinen, nur für
den Jeweiligen besonderen Zweck vorgesehenen Kälteanlagen geschaffen, um das für
den Jeweiligen Anwendungsfall erforderliche Kältemittel abzukühlen und zu verflüssigen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das Leitungssystem der oben bezeichneten
Art so weiter auszubilden, daß ein Leitungsnetz für den Transport und für die Verteilung
von Kalt- und/oder Flüssiggasen geschaffen wird, durch das die Deckung des Kältebedarfs
der verschiedensten Verbraucher in wirtschaftlicher Weise erfolgt. Dabei soll das
Leitungsnetz den Besonderheiten der verschiedenen Verbraucher, Erzeuger usw. angepaßt
sein, daß
die bei der Erfindung einzelner Erzeuger und Verbraucher
sich ergebenden nachteiligen Auswirkungen nicht nur vermiedenwerden muß, da eine
Ergebnissteigerung des Wirkungsgrades des Gesamtsystems erzielt wird.
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Diese Aufgabe wird durch die Weiterausbildung des Leitungssystems
der obengenannten Art erfindungsgemäß gelöst durch die Kombination des Leitungssystems
mit einer oder mehreren Rohrleitungen zum Transport von Kaltgasen und/oder FlUssiggasen,
Rohrleitungen für warme Gase sowie mit Gas' angetriebenen Verkehrsmitteln, wobei
Erzeuger elektrischer Energie, an sich bekannte Erzeugungs- und Verflüssigungseinrichtungen
technischer Gase und/oder an sich bekannte Einrichtungen zur Erzeugung von dem Bedarfsfall
angepaßten Kälteleistungen zur Kühlung von Helium, Wasserstoff oder dergleichen,
zusammengefaßt sind.
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Um ein aus dem Leitungssystem gemäß der Erfindung gebildetes umfangreiches
Leitungsnetz zur Versorgung zahlreicher, unterschiedliche Leistungen und Erzeugnisse
beanspruchende Verbraucher zu erstellen, sind nach einer vorteilhaften AusfUhrungsform
des Leitungssystems mehrere, aus Einrichtungen zur Erzeugung elektrischer Leistung,
zur Erzeugung und Verflüssigung technischer Gase und/oder Erzeugung von Kälteleistung
gebildete Anlagen vorgesehen.
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Zweckmäßig kann es auch sein, das Leitungssystem durch die Verwendung
von an sich bekannten Transportmitteln für warme Gase zu ergänzen. Die Wirtschaftlichkeit
des gemäß der Erfindung weiter ausgebildeten Leitungssystems wird auch dadurch erhöht,
daß zwischen ortsfesten Erzeugern und Verbrauchern bewegliche Kälteverbraucher,
die vorwiegend mit flüssigen
brennbaren Gasen betrieben werden,
eingesetzt sind. Eine dem entsprechenden Bedarfsfall besonders gut angepaßte Weiterausbildung
des Leitungssystems kann ferner in der zusätzlichen Verwendung von ortsfesten Kälteverbrauchern
sowie ortsfesten oder beweglichen Verbrauchern von warmen Gasen bestehen.
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Unter Berücksichtigung der verschiedenen Anforderungen der Verbraucher
werden durch das wie vorstehend geschildert ausgebildete Leitungssystem die Kosten
für die Erzeugung, den Transport sowie die Lagerung von flüssigen und/oder gasförmigen
tiefkalten Kältemitteln, zum Beispiel für flüssiges oder tiefkaltes Helium, auf
ein Mindestmaß herabgesetzt. Ebenso werden natUrlich auch die für die Verwendung
anderer Gase, wie Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Erdgas, Argon oder dergleichen
aufzuwendenden Kosten in beachtlichem Maße herabgesetzt. Die bei der Weiterausbildung
des Leitungssystems gemäß der Erfindung vorgesehene Verwendung von Transportmitteln
und die Verwendung der tiefgekühlten Gase für die dafür benutzten Antriebsmittel,
die beispielsweise für die Versorgung von Verbrauchern in weniger dicht besiedelten
Gebieten in Frage kommen, ist ein weiterer großer Vorzug. Das in den Rohrleitungen
transportierte Gas kann selbstverständlich unabhängig davon, ob es sich im warmen
oder tiefkaiten Zustand befindet unter einem beliebig hohen, dem Bedarfsfall entsprechenden
Druck stehen. Das gilt selbstverständlich in gleicher Weise für zur Speicherung
von Gasen vorgesehene Speicherbehälter. Durch die Ausbildung des Leitungssystems
gemäß der Erfindung wird somit ein außerordentlich wirtschaftliches Leitungsnetz
geschaffen, durch das zugleich die Übertragung von elektrischer Leistung, von Kälteleistung
unter sehr gUnstigen Bedingungen und der Transport von flüssigen und kalten Gasen
sowie von warmen Gasen über praktisch beliebig große Entfernungen und außerdem die
Lagerung und der Verbrauch
in einer dem Jeweils vorliegenden Bedarfsfall
sehr genau angepaßten Weise gewährleistet sind.
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Das erfindungsgemäß weiter ausgebildete Leitungssystem wird in der
Zeichnung anhand eines usführrngsbeispieles näher er läutert.
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Wie aus der Zeichnung hervorgeht, bestehen die Erzeugeranlagen I bis
IV Jeweils aus dem Kraftwerk 1 zur Erzeugung elektrischer Energie, der Einrichtung
zur Erzeugung von Kälteleistung 2, und zwar zur Kühlung von Helium, Wasserstoff
oder anderer für die Kühlung supraleitender Kälteverbraucher geeigneter Gase sowie
aus den Verflüssigungseinrichtungen 3 für technische Gase, mit Siedepunkten um und
unterhalb 770K, die beispielsweise zur Kühlung von Strahlungsschilden, von Rohrleitungen
eetr tiefkalte Gase oder beispielsweise auch für den Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen
oder dergleichen verwendet werden.
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Dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist zu entnehmen,
daß das Kraftwerk 1 der Anlage 1 unter ein gerades Leitungssystem zur übertragung
elektrischer Leistung bei tiefen Temperaturen - im folgenden 'TLÜ-Leitungssystem'
genannt -mit den Verbrauchergebieten A, B, C verbunden ist, die als dichtbesiedelte
Gebiete angenommen werden sollen. Dabei ist das Gebiet A außerdem von einem TLU-RIngleitungssystem
a4 umgeben. Die Anordnung zweier gestrichelter Linien neben den das TLü-Leitungssystem
kennzeichnenden Linien in der Zeichnung bedeutet dabei, daß über die so gekennzeichneten
Leitungsstrecken eine Strahlungsschildkühlung für das TLU-Leitungssystein vorgesehen
ist. Nimmt man an, daß - was im Bedarfsfalle zweckmäßig sein kann - die Anlage 1
in der Nähe eines Erdgasvorkommens errichtet worden ist, so kann die Verflüssigungseinrichtung
3 der Anlage I zur Verflüssigung von Erdgas verwendet werden, das zur
Kühlung
des Strahlungsschildes für das TLU-Leitungssystem a1 tzs a3, a5 zu den Verbraucherzentren
A, B, C, F dient. Dabei wird nach dem in der Zeichnung dargestellten Ausftihrungsbeispiel
das Erdgas entweder in den Verbraucherzentren C und F von ortsfesten Verbrauchern
verbraucht und/oder mittels Verkehrsmittel, die von mit Flüssiggas gespeisten Verbrennungskraftmaschinen
angetrieben werden, über die Verbindungslinien b1, b2, b3, b4, b5, b6, zu den Verbraucherzentren
D, C, A, H, G, F, E transportiert, soweit es nicht zum Antrieb selbst dient.
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Ein Teil des in der Verflüssigungseinrichtung 3 der Anlage I verflüssigten
Erdgases wird zur Kühlung des Strahlungsschildes eines Teiles der Ringleitung a4
benutzt, während ein weiterer Teil im Verbraucherzentrum A verbraucht wird. Die
Kälteeinrichtung 2 der Anlage I ist beispielsweise zur Erzeugung von flüssigem Helium
zur Kühlung des TLtJ-Leitungssystems a1, a2, a3 zwischen dem Kraftwerk 1 der Anlage
I und den Verbraucherzentren A, B, C vorgesehen. Wird, wie dies beispielsweise auf
der Strecke b2 zwischen den Verbrauchern A und C angenommen worden ist, ein unter
Verwendung von Supraleitungsmagneten betriebenes Verkehrsmittel benutzt, so wird
ein weiterer Teil der in der Kälteeinrichtung 2 der Anlage I erzeugten Kälteleistung
zur Kühlung der Supraleitungsmagnete verbraucht. Sind in des Verbraucherzentrum
C nur ortsfeste Kälteverbraucher vorhanden, so wird das Kältemittel - da es sich
um einen teuren Rohstoff handelt - im warmen Zustand über die normale Hochdruckrohrleitung
c1 zur Kälteeinrichtung 2 der Anlage 1 zurückbe Dordert, ul dort erneut verflüssigt
zu werden.
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In ähnlicher Weise wie das Kraftwerk 1 der Anlage I ist das Kraftwerk
1 der Anlage II über die TLU-Leitungssysteme a6, a7, a8 und a9 mit den Verbraucherzentren
D, F, J, G verbunden.
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Ein Teil des durch die Kälteeinrichtung 2 der Anlage II verflüssigten
Kältemittels dient - wie aus der Zeichnung zu entnehmen ist - zur Kühlung der elektrischen
Leitungen a6, a7, a8 und a9, zu den Verbraucherzentren D, F, j und G. Im Verbraucherzentrum
J wird das Kältemittel durch Kühlung von Kälteverbrauchern erwärmt und mittels konventioneller
Rohrleitungen c2 zur Kälteeinrichtung 2 der Anlage III transportiert und dort zusammen
mit dem im Kreislauf,. der von der Kälteeinrichtung 2 der Anlage I und den Verbraucherzentren
A, B, J, über die æLU-Leitungen a1 a2 a10 und c2 gebildet wird, strömenden Kältemittel
verflüssigt. Von dort gelangt es über das Leitungssystem a11, a2, a3, zu den Verbraucherzentren
A, B, C, die nach dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel einen besondere
hohen Kälteleistungsbedarf haben. In dem Verbraucherzentrum C wird das Kältemittel
erneut durch KSlteabgabe erwärmt und mittels der konventionellen Rohrleitung c1
zur Kälteeinrichtung 2 der Anlage II zurückgeleitet. Der Teilstrom des Kühlmittels,
der dem Verbraucherzentrum G zugeleitet worden war, wird - wie in der Zeichnung
dargestellt - über ein Verkehrsmittel, in dem das Flüssiggas beispielsweise zur
Kühlung der zur Lagerung und Führung erforderlichen Magnetspulen verwendet wird,
zu den Verbraucherzentren H, A, C transportiert.
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Um die vielseitige Ausnutzbarkeit des erfindungsgemäß ausgebildeten
Leitungssystems zu verdeutlichen, sei darauf hingewiesen, daß die Kühlung des Strahlungsschildes
des von dem Kraftwerk 1 der Anlage II auægehenden Leitungssystems a6, a7, a8 zur
Verbindung mit den Verbraucherzentren D, F, J beispielsweise mit flüssigem Stickstoff
vorgenommen werden kann, der zum Teil in dem Verbraucherzentrum D und zum Teil in
dem Verbraucherzentrum F und - soweit ein Rest vorhanden ist - in
dem
Verbraucherzentrum j verbraucht werden kann. Den jeweils gewünschten Anforderungen
entsprechend kann - wie dies in der Zeichnung dargestellt ist - auch ein Teilstrom
durch eine Flüssiggasleitung d1 zu dem Verbraucherzentrum E geleitet und dort verbraucht
werden. Dabei ist es ohne weiteres möglich, das Kältemittel auch zum Betreiben eines
Verkehrsmittels, beispielsweise zur Kühlung der Strahlungsschilde für die Kältemittelbehälter
der Nagnetkühlung zu verwenden, wobei es vollständig verdampft und als Abgas in
die Atmosphäre entweicht.
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Die Vielseitigkeit der Verwendungsfähigkeit des erfindungsgemäß ausgebildeten
Leitungssystems tritt noch deutlicher in Erscheinung, wenn man sich vor Augen führt,
daß in den Verflüssigungseinrichtungen 3, beispielsweise der Anlagen III und IV
Argon verflüssigt und als Kühlmittel für die in den TLU-Leitungssystemen zu den
Verbraucherzentren A bzw. H, j, G vorgesehenen Strahlungsschilde verwendet wird,
worauf es beispielsweise in den vorbezeichneten Verbraucherzentren nach der Kälte
abgabe an die Kälteverbraucher in Hochdruckflaschen gefüllt und als technisches
Gas, beispielsweise als Schutzgas für Schweißarbeiten, verwendet werden kann.
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Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung besteht innerhalb des
Leitungssystems gemäß der Erfindung in der Anordnung eines supraleitenden Energiespeichers
K. In diesem Falle ist es zweckmäßig, das in der Zeichnung dargestellte Leitungssystem
so zu betreiben, daß zwischen den Verbraucherzentren J, F und dem supraleitenden
Energiespeicher K zur Kühlung der in dem Leitungssystem verwendeten Strahlungsschilde
gasförmiges Kalt-Helium verwendet wird, das im Kreislauf zwischen diesen Verbrauchern
transportiert wird.
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Der große Vorzug des erfindungsgemäß weiter ausgebildeten Leitungssystems
besteht darin, daß im Falle der Notwendig keit der Anordnung von sehr langen TLU-Leitungssystemen
zur Verbindung ortsfester Verbraucher nur die Transportkosten für die jeweils erforderlichen
Kältemittel in einer Strdmungsrichtung, sowie die anteiligen, dem Jeweils notwendigen
Kältebedarf entsprechenden Verflüssigungskosten anfallen.
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Weiterhin wirkt sich die Möglichkeit, die Erzeugeranlagen zu großen
Einheiten zusammenzufassen und an optimal gelegenen Standorten aufzustellen, sowohl
für die ortsfesten wie für die beweglichen Verbraucher in außerordentlich vorteilhafter
Weise aus. Ein ganz besonderer Vorteil für TLÜ-Leistungssysteme besteht ferner darin,
daß sowohl die zur Kühlung der in diesen Fällen angeordneten Strahlungsschilde als
auch die zur Kehlung der supraleitenden elektrischen Leiter erforderlichen Kältemittel
wirtschaftlich in einer dem Jeweiligen Bedar£sfall entsprechenden Weise so verwertbar
sind, daß praktisch in allen Fällen ein Rücktransport nicht erforderlich ist.
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Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel veranschaulicht
die marinigfachen Anwendungsmöglichkeiten, wobei es ohne weiteres möglich ist, in
das Leitungssystem auch Leitungen oder Transportmittel zum Transport von warmen
Gasen einzubeziehen, die zuvor nicht einem K§lteprozeB unterworfen wurden.