DE202013000709U1

DE202013000709U1 - System zur Produktion, Verteilung und Speicherung vonElektroenergie in einem Gebiet

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Publication number: DE202013000709U1
Application number: DE202013000709U
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Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2013-04-16
Anticipated expiration: 2023-01-25

Abstract

System zur Produktion und Verteilung von Elektroenergie in einem Gebiet, das einschließt – Kraftwerke, – Verbrauchern von Elektroenergie, – Einrichtungen zur Umwandlung von Elektroenergie in langfristig lagerbare Energieträger und Einrichtungen zur Umwandlung dieser Energieträger in elektrischen Strom, – Stromleitungen, welche Kraftwerke, Elektroenergieverbraucher und die erwähnten Umwandlungseinrichtungen miteinander verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich auch andere Konsumenten der produziert langfristig lagerbaren Energieträger einschließt, wobei sich die Umwandlungseinrichtungen unweit von der Konsumenten der von ihnen produzierten Energieträger befinden.

Description

Die Erfindung gehört zur Elektroenergetik.
Es ist das System zur Produktion und Verteilung von Elektroenergie in einem Gebiet bekannt, das Kraftwerke, Verbrauchern von Elektroenergie, Einrichtungen zur Umwandlung von Elektroenergie in langfristig lagerbaren Energieträgern und Einrichtungen zur Umwandlung dieser Energieträger in elektrischen Strom, Stromleitungen, welche Kraftwerke, Elektroenergieverbraucher und die erwähnten Umwandlungseinrichtungen miteinander verbinden, einschließt. Es ist das heute gewöhnlich verwendete System.
Heute wachsen in der ganzen Welt die Anteile von Elektroenergie, die aus den alternativen Quellen gewonnen werden. Das bekannte System zeigt sich nicht genug wirksam unter diesen Bedingungen, da diese alternativen Quellen z. B. Windkraftanlagen, Photovoltaikanlagen, Gezeitenkraftwerke, Wasserkraftwerke, die unter den Bedingungen der heftigen Saisonwasserschwankungen u. a. arbeiten, Elektroenergie nur mit großen Schwankungen im Laufe eines Tages oder einer Saison produzieren. Der Anteil dieser Quellen wächst ständig und wird künftig je nach der Erschöpfung der natürlichen Ressourcen (Erdöl, Gas, Kohle etc.) wachsen. Außerdem existiert das objektive Problem eines ungleichmäßigen Konsums von Elektroenergie während eines Tages und einer Saison. Dieses Problem ist prinzipiell mittels einer Ansammlung der überschüssigen Energie oder einer ihrer Umwandlung in langfristig lagerbaren Energieträgern mit einer nachfolgenden Rückumwandlung dieser Energieträger in elektrischen Strom je nach dem Bedarf zu lösen.
Es sind verschiedene Verfahren der Ansammlung von Energie, einschließlich hydraulischer, chemischer, thermischer, mechanischer und kombinierter Verfahren bekannt. Zu den Zwecken einer relativ langen Aufbewahrung der Energie werden in der Regel die ersten zwei von ihnen verwendet.
So hat, zum Beispiel die Realisierung des hydraulischen Verfahrens für die Ansammlung und die Nutzung von Energie, die von deutschen Windkraftanlagen in der Nordsee produziert wird, begonnen. Dieses Verfahren besteht aus folgenden Schritten:

1. Energie, die von Windkraftanlagen, welche sich auf das Festland und auf der Meeresküste von Schleswig-Holsteins befinden, produziert wird, wird gesammelt und teilweise den Konsumenten zugeleitet.
2. Der andere Teil der erzeugten Energie wird gesammelt und über ein Kabel mit einer Leistung von 1400 MW, das sich am Grund der Nordsee befinden soll, in Norwegen an ein Pumpspeicherkraftwerk geleitet.
3. Mit Hilfe dieser zugeleiteten Energie wird Wasser in einem oberen für diesen Zweck speziell geschaffenen Speichersee in den norwegischen Bergen hingepumpt.
4. Bei einem Energiemangel bei den deutschen Konsumenten wird das Wasser aus diesem Speichersee nach unten durch Turbinen geleitet.
5. Diese Turbinen produzieren Elektroenergie, die über das Meerkabel zu den Konsumenten in Deutschland geleitet wird.

Dieses bekannte Verfahren der Ansammlung und der Nutzung von Energie mit Hilfe von Pumpspeicherkraftwerken wird auch in anderen Fällen, zum Beispiel für die Ansammlung der Energie, die von den gewöhnlichen Wasserkraftwerken produziert wird, mehrfach verwendet.
Dieses Verfahren hat folgende Mängel:

1. Die Notwendigkeit von hohen Kapitalinvestitionen in den Bau von Pumpspeicherkraftwerken, in die Verlegung von verschiedenen Kabel oder Hochspannleitungen bis zu den Regionen, in denen ein Lokalrelief es erlaubt, eine notwendige Höhendifferenz zu nutzen.
2. Teuere technische Wartung von Pumpspeicherkraftwerk und der dazu erforderlichen Infrastruktur.
3. Der niedrige Nutzeffekt des Systems, der mit unvermeidlichen Verlusten im Pumpspeicherkraftwerk, für die Beförderung der Energie von Energieproduzenten bis zum Pumpspeicherkraftwerk und von dem Pumpspeicherkraftwerk bis zu den Konsumenten verbunden ist.
4. Das Vorhandensein der Probleme, die mit den natürlichen Faktoren verbunden sind: Zum Beispiel kann Wasser während die Winterzeit im Speichersee erfrieren.
5. Möglichkeiten einer Entstehung von geopolitischen Probleme, falls die Konsumenten und Pumpspeicherkraftwerk sich in verschiedenen Ländern befinden.

Bekannt ist auch das chemische Verfahren der Speicherung der Energie, das das Produzieren des Wasserstoffes (mittels Elektrolyseverfahren) und seine Benutzung für die Arbeit der Reserveelektrogeneratoren einschließt (siehe RU 2 142 066 ). Dieses Verfahren hat folgende Mängel:

1. Es fehlt eine komplexe Lösung, die alle Etappen der Produktion der Elektroenergie, ihrer Speicherung, des Transportes und der Nutzung umfasst.
2. Die Beschränkung des Anwendungsgebietes, die mit nur chemischem Verfahren der Wasserstoffproduktion verbunden ist.
3. Die Beschränkung des Anwendungsgebietes, die mit der Nutzung von Wasserstoff nur für die Arbeit der Reserveelektrogeneratoren verbunden ist.
4. Es fehlt ein Regulierungssystem für die Ausgleichung von Schwankungen, die mit der Ungleichmäßigkeit der Produktion und des Konsums der Energie verbunden sind.

Gleichzeitig wird der Wasserstoff, der nach diesem Verfahren produziert wird, nur als Reserveenergieträger verwendet, obwohl schon lokale Netzwerke des Kraftverkehrs existieren, die Wasserstoff basierend arbeiten. Der Sauerstoff, der gleichzeitig in diesem Verfahren als Nebenprodukt produziert wird, wird überhaupt nicht verwendet, obwohl es in die Industrie einen großen Bedarf an Sauerstoff gibt.
Es existiert auch das Verfahren der Elektrolyse von Wasserlösungen verschiedener Salze, zum Beispiel 2NaCl + 2H₂O---H₂ + 2NaOH + Cl
In diesem Fall wird Chlor als Nebenprodukt produziert, das auch für verschiedene Industriezweige benötigt wird.
Es existiert auch eine wesentliche Anzahl anderer Verfahren zum Produzieren von verschiedenen chemischen Produkte, ein von denen (am öftesten Wasserstoff) als langfristig lagerbarer Energieträger verwendet wird.
Es sind verschiedene Verfahren der Wasserstoffproduktion bekannt, die z. B. in US 5 372 617 , RU 2 179 251 , RU 2 232 710 , RU 2 258 767 , RU 2 260 880 , RU 2 266 157 u. a. beschrieben werden. Zu den Mängeln aller diesen Verfahren kann man die Abwesenheit des komplexen Herangehens zur Problemlösung und auch der Elemente, die für ein komplexes Herangehen notwendig sind, zählen.
Der Erfinder schlägt die Lösung des oben beschriebenen Problems vor. Sie ist mittels der Merkmale der Ansprüche beschrieben.
Auf der Zeichnung ist das vorgeschlagene System schematisch abgebildet.
Es schließt einige Kraftwerke 1, 2, 3, 4 ein, die zur einheitlichen Linie der Elektroenergieübertragung an Konsumenten (die fette Linie) angeschaltet sind. Die Daten über die Elektroenergieproduktion werden einem allgemeinen Steuerungssystem 5 übergeben. Die Kraftwerke 1, 2, 3, 4 können von dem Steuerungssystem 5 Befehle auf eine Veränderung der Menge der produzierten Elektroenergie bekommen, falls es die technischen Charakteristika der Kraftwerke erlauben. Die Kraftwerke 1, 2, 3, 4 übergeben nur Energie in die einheitliche Übertragungslinie. Das System schließt auch einige Konsumenten der Elektroenergie 6, 7, 8, 9 ein. Die Information über den aktuellen Konsum dieser Konsumenten wird auch dem Steuerungssystem 5 übergegeben. Die Konsumenten der Elektroenergie 6, 7, 8, 9 entnehmen nur Energie aus der einheitlichen Übertragungslinie.
Zur allgemeinen Übertragungslinie sind auch einige Einrichtungen 10, 11, 12 zur Umwandlung von Elektroenergie in langfristig lagerbare Energieträger und die Umwandlung dieser Energieträger in elektrischen Strom angeschlossen. Die Einrichtungen 10, 11, 12 können Energie aus der einheitlichen Übertragungslinie abnehmen und können ihr die von ihnen produzierte Elektroenergie auch zurückgeben. Die Einrichtungen 10, 11, 12 können von verschiedenen Typen sein. Dabei hängt die Auswahl der Einrichtung vom Vorhandensein an einem oder anderen Ort der Konsumenten der Nebenprodukte ab, die von den Umwandlungseinrichtungen produziert sind. Es können beispielsweise Wasserstofftankstellen 13, die Konsumenten des Sauerstoffes 14, die Konsumenten des Chlors 15 oder anderer Nebenprodukte, die bei der Umwandlung der Elektroenergie anfallen, sein.
Das vorgeschlagene System ermöglicht mittels wirksamer Nutzung der Nebenprodukte, die von den Einrichtungen zur Elektroenergieumwandlung produziert werden, das Problem der Energieversorgung zusammen mit dem Problem der Versorgung der Industrie mit Rohstoffen wirksam zu lösen und den Wasserstoff als Autobrennstoff effektiv zu nutzen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

RU 2142066 [0008]
US 5372617 [0013]
RU 2179251 [0013]
RU 2232710 [0013]
RU 2258767 [0013]
RU 2260880 [0013]
RU 2266157 [0013]

Claims

System zur Produktion und Verteilung von Elektroenergie in einem Gebiet, das einschließt – Kraftwerke, – Verbrauchern von Elektroenergie, – Einrichtungen zur Umwandlung von Elektroenergie in langfristig lagerbare Energieträger und Einrichtungen zur Umwandlung dieser Energieträger in elektrischen Strom, – Stromleitungen, welche Kraftwerke, Elektroenergieverbraucher und die erwähnten Umwandlungseinrichtungen miteinander verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich auch andere Konsumenten der produziert langfristig lagerbaren Energieträger einschließt, wobei sich die Umwandlungseinrichtungen unweit von der Konsumenten der von ihnen produzierten Energieträger befinden.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich die Konsumenten der Nebenprodukte, die von den Einrichtungen der Umwandlung der Elektroenergie produziert sind einschließt, wobei sich die Umwandlungseinrichtungen unweit von den Konsumenten der Nebenprodukte befinden.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Umwandlungseinrichtungen, welche verschiedene Nebenprodukte produzieren, sich unweit von den Konsumenten mindestens einer dieser Produkte befinden.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Umwandlungseinrichtungen werden die Einrichtungen eingesetzt, die eine Substanzzerlegung auf Wasserstoff und Sauerstoff verwirklichen, zum Beispiel, Elektrolyse, wobei sich diese Umwandlungseinrichtungen unweit der Konsumenten des Wasserstoffes und/oder des Sauerstoffes befinden.
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Konsumenten des Wasserstoffes auch die Wasserstofftankstellen eingesetzt werden.