DE202011005423U1

DE202011005423U1 - Verbundstromnetz

Info

Publication number: DE202011005423U1
Application number: DE202011005423U
Authority: DE
Original assignee: Eberle Marc 86415
Current assignee: Eberle Marc 86415
Priority date: 2011-04-19
Filing date: 2011-04-19
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2021-04-20

Abstract

Verbundstromnetz zum Übertragen und Verteilen von elektrischem Strom, der an einigen Stellen erzeugt und an anderen verbraucht wird, mit Energiespeichern und Umspannwerken, mit einer Vielzahl von Maschen und Knoten, wobei der Strom je nach Bedarf flexibel mit möglichst geringen Verlusten auf verschiedenen Wegen im Netz von Erzeugern zu Verbrauchern fließt, wobei als Energiespeicher Akkumulatorzellen 3, 21 vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gebäude neben der Energiespeichung noch einer anderen Verwendung dient.

Description

Der Verbrauch von elektrischem Strom unterliegt stündlichen, täglichen, wöchentlichen und jährlichen Schwankungen; die Erzeugung des Stroms hängt insbesondere bei den regenerativen Energien wie Windkraft- und Solaranlagen von der Verfügbarkeit der Ressourcen ab. Etwa aus Wartungsgründen müssen auch Grundlastkraftwerke ab und an vollständig abgeschaltet werden.
Der Abgleich der Kapazitäten von Stromerzeugung und -verbrauch darf deshalb nicht nur den Durchschnitts- und den Spitzenwert berücksichtigen, sondern muss auch die örtliche und zeitliche Verteilung der Stromflüsse abbilden. Der Verteilung und der Speicherung von elektrischem Strom in einem engmaschigem Verbundnetz kommt deshalb eine besondere Bedeutung zu.
Verbundstromnetze dienen zum Übertragen und Verteilen von elektrischem Strom, der an einigen Stellen erzeugt und an anderen verbraucht wird. Sie weisen eine Vielzahl von Maschen und Knoten auf und stellen über Umspannwerke und Energiespeicher die Verbindung zwischen Kraftwerk und Verbraucher her, wobei der Strom je nach Bedarf flexibel auf verschiedenen Wegen im Netz mit möglichst geringen Verlusten fließt.
Bekannt sind mechanische, thermische, elektrische und elektrochemische Speichertechnologien. In Bord- und Inselnetzen etwa bei Notstromaggregaten werden Batteriespeicher eingesetzt; DOUGHTY, H. Daniel, et. al. berichten in ihrem Aufsatz: „Batteries for Large-Scale Stationary Elektrical Energy Storage" erschienen in „The Electrochemical Society Interface", Fall 2010, S. 49–53, über installierte Batteriespeicherwerke mit verschiedenen Akku-Typen, die vor allem der Regelung der Netzstabilität, der Frequenzstabilisierung, der Abdeckung der Spitzenlast, als Energiereserve und zur Blindleistungskompensation dienen.
Sekundäre, wiederaufladbare Akkumulatorzellen verschiedener dünnwandiger oder dünnschichtiger Bauformen, die als Energiespeicher in Batteriespeicherwerken eingesetzt werden können, werden etwa in der US 7 851 238 B2 oder der US 2010/0119927 A1 beschrieben. Diese Batteriesysteme können grundsätzlich sehr schnell auf Lastanforderungen reagieren.
Die bekannten Speichertechnologien erfordern hohe Investitionen. Ziel der Erfindung ist es hingegen, mit möglichst geringem Aufwand ein effizientes Verbundstromnetz zu betreiben.
Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Verbundstromnetz dadurch gelöst, dass die Akkumulatorzellen in einer Außenhaut eines Gebäudes liegen und das Gebäude neben der Energiespeichung noch einer anderen Verwendung dient. Die Außenhaut des Gebäudes besteht aus einer Dach- und einer Wandverkleidung, in die die Akkumulatorzellen integriert sind. Die Nutzung und Verwendung auch mehrgeschossiger Gebäude ergibt sich im Hallenbau aus der Bezeichnung der Halle, als da sind:
Landwirtschaftliche Nutzhallen, Industrie-, Fabrik-, Produktions- und Lagerhallen;
Markt-, Kauf-, Messe-, Vergnügungs-, Sport-, Mehrzweck- und Stadthallen;
Montage-, Fahrzeug-, Flugzeug- und Bahnhofshallen und viele andere mehr.
Die dezentralen Batteriespeicherwerke dienen innerhalb des Verbundstromnetzes im Zusammenspiel mit den anderen Komponenten als Pufferspeicher und einer kurz- bis mittelfristigen flexiblen Regelung des Stromaufkommens. Auf lange Leitungstrassen, bei denen hohe Stromverluste entstehen, kann somit verzichtet werden. Da auf vorhandene oder anderweitig notwendige Industriebauwerke zurück gegriffen und nur deren Außenhaut mit den Akkumulatorzellen bestückt wird, entsteht ein beträchlicher Kostenvorteil. Beim erfindungsgemäßen Verbundstromnetz entfallen nicht nur die hohen Verluste durch lange Stromleitungstrassen, sondern auch die störenden Eingriffe in das Landschaftsbild, die von vielen Bewohnern nicht gewollt sind.
Die Akku-Zellen weisen dünnwandige oder dünnschichtige Bauformen auf, bestehen aus Filmschichten und Folien und sind in Foliengehäusen eingebettet. Sie werden von Bauplatten oder Trapezblechen in der Außenhaut des Gebäudes getragen; die Folien dienen gleichzeitig dem Korrosionschutz. Zur Regulierung der Betriebstemperatur sind Belüftungskanäle und Heizungsrohre zwischen den Akkumulatorzellen vorgesehen; diese Klimatisierung ist mit der Raumheizung des Gebäudes abgestimmt und wird durch Temperatursensoren überwacht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
1 eine Dach- und Wandkonstruktion,
2 einen Dachquerschnitt von 1,
3 einen Wandquerschnitt von 1,
4 ein Detail aus 1,
5 eine weitere, klimatisierte Dachkonstruktion.
Die Außenhaut eines Gebäudes wird in den 1 bis 4 am Beispiel eines Hallenbauwerks erläutert, das mit Trapezblechen verkleidet ist. Die Dachhaut 10 ist auf einer Isolierung 9 angebracht und wird von den Trapezblechen 2 getragen, die sich über die Z-Pfette 1 und die Dachbinder 11 auf den Stahlstützen 14 abstützen. Die Wandverkleidung besteht aus der Wandaußenseite 13, der Isolierung 9 und den Trapezblechen 15, die die horizontalen Windlasten über Wandriegel 12 auf die Stahlstützen 14 übertragen.
Wie in 4 im Detail „A” näher zu sehen ist, weist das Trapezblech 2 eine Beschichtung 4 auf, die wie der Kunststofffilm 7 dem Korrosionschutz dient. Der Kunststofffilm 7 bietet den Akkumulatorzellen 3 zudem eine Rettung, wobei die Akku-Zellen 3 einzeln oder auch als Zellenstapel 21 bis zu 15 mm Dicke in einem Foliengehäuse zwischen Kunststofffilm 7 und Kunststofffolie 8 eingeschweißt und versiegelt sind.
Die das Foliengehäuse bildenden Kunststoffe und Folien sind vorzugsweise als Verbundfolien aus Kunststoffen und Metall mit einer inneren Aluminiumschicht ausgeführt, mit der eine hohe Wasserdampfsperre und niedrige Gasdiffusionsrate erreicht wird. Eine der Metallschichten in den Verbundfolien kann gleichzeitig ein Träger von Leiterbahnen sein. Die Einzelzellen bestehen aus Separatoren 16, positiven Elektroden 5 und negativen Elektroden 6, die mit nicht dargestellten Ableiterfahnen versehen sind. Bei wieder aufladbaren Lithium/Ionen- oder Lithium/Polymer-Akkuzellen bestehen die Elektroden 5, 6 aus Lithiummetall oder aus einer Lithiumlegierung, die Separatoren 16 aus einer Polyethylenfolie, einer Polypropylenfolie oder aus einem Vlies aus diesen Materialien.
Die Akkumulatorzellen 3 bzw. die Zellenstapel 21 müssen möglichst schnell auf Betriebstemperatur gebracht werden, da ihre Leistung bei tiefen Temperaturen stark zurück geht. Außerdem ist die beim Laden und Entladen der Zelle entstehende Eigenerwärmung abzuführen, um die empfindliche Zelle vor Beschädigung durch zu hohe und zu tiefe Temperaturen zu schützen. Deshalb sind in 5 zwischen den Zellenstapeln 21 Abstandhalter 19 mit Belüftungslöchern 22 zwischen den Trapezblechen 17 und 20 angebracht, die von der Pfette 26 getragen werden. Zur Erzielung eines größeren Belüftungskanals 23 können zwischen den Trapezblechen 17, 20 auch Abstandsbolzen 18 eingesetzt sein.
Zusätzlich zur Belüftung kann auch eine vollständige Klimatisierung oder Heizung des Zwischenraums zwischen Dämmplatte 25 und Isolierung 9 vorgesehen sein, die mit der Raumheizung des Gebäudes abgestimmt ist. Dabei können zum Temperaturausgleich die Heizungsrohre 24 von wärme- oder kältetragenden Fluiden durchflossen sein und das entsprechend erforderliche Klima herstellen. Zur Überwachung der Temperatur dienen Temperatursensoren und entsprechende Steuer- und Regeleinheiten.
Bezugszeichenliste

1: Z-Pfette
2: Trapezblech
3: Akkumulatorzelle
4: Beschichtung
5: positive Elektrode
6: negative Elektrode
7: Kunststofffilm
8: Kunststofffolie
9: Isolierung
10: Dachhaut
11: Dachbinder
12: Wandriegel
13: Wandaußenseite
14: Stahlstütze
15: Trapezblech
16: Separatore
17: Trapezblech
18: Abstandsbolzen
19: Abstandhalter
20: Trapezblech
21: Zellenstapel
22: Belüftungslöcher
23: Belüftungskanal
24: Heizungsrohr
25: Dämmplatte
26: Pfette

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7851238 B2 [0005]
US 2010/0119927 A1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DOUGHTY, H. Daniel, et. al. berichten in ihrem Aufsatz: „Batteries for Large-Scale Stationary Elektrical Energy Storage” erschienen in „The Electrochemical Society Interface”, Fall 2010, S. 49–53 [0004]

Claims

Verbundstromnetz zum Übertragen und Verteilen von elektrischem Strom, der an einigen Stellen erzeugt und an anderen verbraucht wird, mit Energiespeichern und Umspannwerken, mit einer Vielzahl von Maschen und Knoten, wobei der Strom je nach Bedarf flexibel mit möglichst geringen Verlusten auf verschiedenen Wegen im Netz von Erzeugern zu Verbrauchern fließt, wobei als Energiespeicher Akkumulatorzellen 3, 21 vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gebäude neben der Energiespeichung noch einer anderen Verwendung dient.
Verbundstromnetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Akkumulatorzellen 3, 21 in einer Außenhaut des Gebäudes liegen.
Verbundstromnetz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Akkumulatorzellen 3, 21 dünnwandige oder dünnschichtige Bauformen aufweisen.
Verbundstromnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Akkumulatorzellen 3, 21 aus Filmschichten 4, 7 und/oder aus Folien 8 bestehen und in Foliengehäusen eingebettet sind.
Verbundstromnetz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wieder aufladbare Lithium/Ionen- oder Lithium/Polymer-Akkuzellen 3, 21 Elektroden 5, 6 aus Lithiummetall oder aus einer Lithiumlegierung und Separatoren 16 aus einer Polyethylenfolie oder aus einer Polypropylenfolie aufweisen sowie die Foliengehäuse als Verbundfolien mit einer inneren Aluminiumschicht und mit Leiterbahnen ausgeführt sind.
Verbundstromnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhaut des Gebäudes aus Bauplatten oder aus Trapezblechen 2, 15, 17, 20 besteht.
Verbundstromnetz nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trapezbleche 2, 15, 17, 20 mit einer Beschichtung 4 versehen sind, die dem Korrosionschutz dient und die Akkumulatorzellen 3, 21 aufnimmt.
Verbundstromnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regulierung der Betriebstemperatur und zur Klimatisierung Belüftungskanäle 23 und/oder Heizungsrohre 24 zwischen den Akkumulatorzellen 3 und Zellenstapeln 21 vorgesehen sind.
Verbundstromnetz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimatisierung der Akkumulatorzellen 3, 21 mit der Raumheizung des Gebäudes abgestimmt ist und durch Temperatursensoren überwacht wird.