DE202012011101U1

DE202012011101U1 - Hubspeicherkraftwerk auf Masse/Schwerkraft-Basis zur Speicherung elektrischer Energie

Info

Publication number: DE202012011101U1
Application number: DE201220011101
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2013-02-11
Anticipated expiration: 2022-11-16

Abstract

Für eine Hubspeicheranlage, bei der zum Zweck der Speicherung abrufbarer potentieller Energie zur späteren Umwandlung in elektrische Energie eine Hubmasse nicht im Ganzen, sondern in Teilen angehoben wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Konstruktionsidee eines Hubspeicherkraftwerks, mit dem elektrische Energie gespeichert und nach Bedarf abgerufen wird
Grundlage für die Speicherung ist die Nutzung der potentiellen Energie, die sich aus Masse und Schwerkraft ergibt. Bei der Bewegung von Masse wird aus statischer Energie verfügbare Energie. Hebt man Masse an, so entspricht das Energiepotential der Anhebung demjenigen der alsdann nutzbaren Absenkung auf das vorherige Höhenniveau.
Nach diesem Prinzip arbeiten Pumpspeicherwerke, bei denen Wasser in ein hochgelegenes Staubecken hochgepumpt wird, wo es alsdann nach unten abgelassen wird und dabei stromerzeugende Turbinen antreibt.
Nach demselben Prinzip arbeiten auch Hubspeicherwerke, mit dem Unterschied allerdings, daß sie statt Wasser feste, kompakte und schwere Massen verwenden, z. B. Gestein, Beton, Eisen, die sich mittels einer Aufhängevorrichtung auf- und abwärts bewegen lassen, wobei in der auf den Anhub folgenden Abwärtsbewegung ein Massedruck entsteht, der das Antriebsmittel für Generatorbetrieb und damit Stromerzeugung abgibt.
Pumpspeicherwerke haben den Vorteil der leichten Mengenregulierung aus der Fließeigenschaft des Wassers und der damit verbundenen Variierbarkeit der für den Betrieb erforderlichen elektrischen Energie. Ihr Nachteil besteht darin, daß sie nur da errichtet werden können, wo Wasser vorhanden ist sowie die Möglichkeit, hochgelegene Staubecken in entsprechender topographischer Umgebung einzurichten.
Die mit fester Masse arbeitenden Hubspeicherwerke haben den Vorteil, unabhängig von der Verfügbarkeit von Wasser und von topographischen Gegebenheiten überall errichtet werden zu können, beispielsweise auch in der Wüste, in polaren Gegenden und gegebenenfalls auch unterirdisch. Außerdem ist ihr Flächenbedarf ein ungleich geringerer. Ihr Nachteil besteht darin, daß ihre pro Hubvorgang zu bewegende Masse schwer ist und damit der Betrieb der Anlage einer hohen Ausgangsleistung an elektrischer Energie bedarf.
Die von mir für die Hubspeicherung entwickelte und hier nun vorgestellte neue Konstruktionsidee stellt eine grundlegende technische Weiterentwicklung dar, die, indem sie die Ausgangsleistung an benötigter Betriebsenergie auf einen Bruchteil des bisher dafür Erforderlichen reduziert, die Wirtschaftlichkeit des Betriebssystems ganz ungemein erhöht. Es geschieht dies dadurch, daß an die Stelle des bisherigen Systems einer schweren kompakten Masse, die im Ganzen angehoben wird, ein System aufteilbarer Masse tritt, die nicht in einem Hub, sondern in Teilen angehoben wird. Dazu werden als Speicherträger leicht bewegliche Stahlkugeln eingesetzt. Im vorliegenden Konstruktionsbeispiel reduziert sich so, bei einer Bandlänge des diagonal aufwärts laufenden Förderbands von 30 m und einer Kugellast von 2,1 t, die für den Kugelhub benötigte Ausgangsleistung an elektrischer Energie im Verhältnis zu dem, was für einen einmaligen Gesamthub erforderlich wäre, auf ein Fünfzigstel des Nutzungspotentials.
Die Stahlkugeln werden über ein elektrisch betriebenes Förderband, für das der Strom aus der Überkapazitätserzeugung konventioneller Kraftwerke oder aus der Stromerzeugung aus erneuerbarer Energie stammt, von einer unteren auf eine höhere Ebene angehoben, dort zur Energiespeicherung in einem Sammelbecken zwischengelagert und dann nach Bedarf über das Schraubengewinde einer archimedischen Schraube auf die untere Ebene abgesenkt. Gemäß der Masse-Schwerkraft-Wirkung gerät dabei die archimedische Schraube in eine Drehbewegung von großer Kraft, die durch entsprechende Getriebeübersetzung in einem angeschlossenen Generator die für eine effiziente Stromerzeugung erforderliche Drehgeschwindigkeit erhält. Damit wird die auf die beschriebene Weise erzielte Masse-Schwerkraft-Energie in elektrische Energie umgewandelt, die ins Stromnetz eingespeist wird.
Über einen Kugelrücklauf gelangen die Kugeln nach dem Durchlauf aus der archimedischen Schraube in den unteren Kugelspeicher zurück.
Im Beispiel mit vereinfachter schematischer technischer Zeichnung ist eine relativ kleine Hubspeicher-Anlage beschrieben, wie sie sich z. B. insbesondere für den Ausgleich von Stromerzeugungsschwankungen infolge des unterschiedlichen Winddrucks bei Windkraftanlagen eignet oder für den Ausgleich des nächtlichen Erzeugungsausfalls bei Solarstromanlagen.
Da die Zuführung der Stahlkugeln über das Förderband zum oberen Kugelspeicher portionierbar ist, indem der Bandbetrieb anstelle der vollen Auslastung auch mit nur einem Teil der Kugellast aufrecht erhalten werden kann, genügen unter Umständen auch geringe Stromüberschußspitzen zum Betrieb und einer wirtschaftlichen Verwertung.
Die in 1 auf Seite 2 zeichnerisch dargestellte Anlage hat eine Höhe von cá 25 m ab Bodenkante. Unterer Kugelspeicher und Generator reichen bis in den unterirdischen Bereich. Die Stahlkugeln haben eine Größe von 10 cm Durchmesser. Bei einem spezifischen Gewicht für Stahl von annähernd 8 beläuft sich das Kugelgewicht auf 7 kg. Die archimedische Schraube hat einen Innendurchmesser von 1,20 m und nimmt pro Dezimeterlage der Windungsinnenfläche 100 Kugeln mit einem Gesamtgewicht von 700 kg auf. Bei einem als Folge des Windungsverlaufs geschätzten Flächenverlust von 20% ergeben sich bei einer Schraubenhöhe von 20 m 160 Dezimeterlagen, die einen Rotationsdruck von 112 Tonnen für den Generatorbetrieb erzeugen.
Die Anlage ist in der baulichen Größendimension, im Kugelspeichervolumen, in der Größe der Kugeln und der Anzahl der in Betrieb gestellten archimedischen Schraubensamt Förderbändern natürlich variabel. Entsprechend variiert, was gespeichert und was an elektrischer Energie für den Stromverbrauch ins Verteilernetz abgegeben werden kann.
Bezugszeichenliste

1: unterer Stahlkugel-Vorratsspeicher
2: Förderband zum Aufwärtshub
3: in die untere Achse integrierter E-Motor zum Antrieb des Förderbands
4: oberer Kugelspeicher zur Speicherung potentieller Energie
5: archimedische Schraube zur Umsetzung der bei der Abwärtsbewegung der Stahlkugeln entstehenden Kraft in eine Drehbewegung
6: Kugelrücklauf in den unteren Kugelspeicher
7: Schwungradscheibe mit Zähnung als Ausgangspunkt für die Getriebeübersetzung der Kraftübertragung zum Generator.
8: Generator zur Stromerzeugung

Claims

Für eine Hubspeicheranlage, bei der zum Zweck der Speicherung abrufbarer potentieller Energie zur späteren Umwandlung in elektrische Energie eine Hubmasse nicht im Ganzen, sondern in Teilen angehoben wird.
Nach Anspruch 1 für die zu erfolgende Aufteilung der Hubmasse in Stahlkugeln, die in einem unteren und in einem oberen Sammelbecken gelagert werden.
Nach Anspruch 2 einschließlich der den Vorgang verdeutlichenden Konstruktionszeichnung für die Anhebung der Stahlkugeln über ein diagonal aufwärts laufendes Förderband in das obere Sammelbecken mit anschließender Absenkung über ein Schraubengewinde in Form einer archimedischen Schraube, die damit in eine Drehbewegung versetzt wird.
Nach Anspruch 3 für die Stromerzeugung aus dem Betrieb eines durch entsprechende Getriebeübersetzung auf eine hohe Drehgeschwindigkeit gebrachten Generators, der seine Antriebskraft aus der Drehbewegung der archimedischen Schraube erhält.