DE202018102309U1

DE202018102309U1 - Doppelwandiger Speichertank für stationäre Redox-Flow-Batterien

Info

Publication number: DE202018102309U1
Application number: DE202018102309.8U
Authority: DE
Original assignee: EDLMAIR KUNSTSTOFFTECHNIK GmbH
Current assignee: EDLMAIR KUNSTSTOFFTECHNIK GmbH
Priority date: 2017-04-25
Filing date: 2018-04-25
Publication date: 2018-05-02
Anticipated expiration: 2028-04-26

Abstract

Vorrichtung für die Lagerung einer Energiespeicherflüssigkeit für stationäre Redox-Flow-Batterien zur Regelstrombereitstellung bei erneuerbaren Energieträgern, bestehend aus einem doppelwandigen Speicherbehälter (1) mit Leckage-Sensoren zwischen den Speicherwänden (2, 3), wobei die Vorrichtung allseitig geschlossen ist und bevorzugt in der Deckplatte (8) Ausnehmungen (9, 10) für die Zuführung und Abführung von Energiespeicherflüssigkeit besitzt dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwände (3), die Außenwände (2), sowie Boden (5)- und Deckplatten (8) des kubusförmigen Speicherbehälters (1) aus Kunststoff, insbesondere aus Polyethylen, Polypropylen, PVDF oder artverwandten Kunststoffen bestehen und die Außenwände (2) formstabilisierend ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lagerung einer Energiespeicherflüssigkeit für Redox-Flow-Batterien.
Bei einer Redox-Flow-Batterie wird elektrische Energie in chemischen Verbindungen gespeichert, wobei die Reaktionspartner jeweils in einem Lösungsmittel in gelöster Form vorliegen. Die beiden energiespeichernden Elekrolyte zirkulieren in getrennten Kreisläufen, zwischen denen in einer galvanischen Zelle über eine Membrane der Ionenaustausch erfolgt. In der galvanischen Zelle werden die gelösten Stoffe chemisch reduziert bzw. oxidiert, wobei elektrische Energie frei wird.
Dieser Prozess ist reversibel, d.h. durch Zufuhr von elektrischer Energie wird der Prozess umgekehrt. Dadurch lässt sich überschüssige elektrische Energie in chemische Energie umwandeln und speichern. Diese Technik wird derzeit weltweit erforscht um unter anderem für die Regelstrombereitstellung bei erneuerbaren Energieträgern, wie Windkraftanlagen oder Solarzellen eingesetzt zu werden.
Zum Betrieb solcher Anlagen sind große Speichertanks für die Energiespeicherlösungen erforderlich, welche einen hohen Rauminhalt aufweisen. Solche Speichertanks werden üblicherweise aus Stahl gefertigt und müssen, um den chemisch aggressiven Elektrolyten standhalten zu können, innen mit einer chemisch resistenten Kunststoffbeschichtung ausgestattet sein. Aufgrund der chemischen Aggressivität vieler Elektrolytlösungen werden bevorzugt doppelwandige Speicher eingesetzt, welche außen einen Stahlmantel und innenliegend einen chemisch resistenten Kunststofftank besitzen. Über Sensoren im Zwischenraum wird frühzeitig eine Leckage des Innentanks angezeigt um negative Einflüsse auf die Umwelt verhindern zu können.
Derzeit bekannte Speichertanks mit hohem Rauminhalt werden entweder aus einer Reihe kleinerer Silotanks zusammengesetzt - wie beispielsweise in der DE 10 2011 080 881 A1 beschrieben - oder es werden zwei kreisrunde Silos mit entsprechend großer Höhe benützt. Beide Lösungen beanspruchen erheblich mehr Raumbedarf als ihrem Speicherinhalt entspricht. Dabei ist der Rauminhalt der Speichertanks für die gespeicherte Strommenge entscheidend. Zudem weisen Speicherbehälter aus Stahl ein hohes Gewicht auf.
Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe einen doppelwandigen Speichertank für stationäre Redox-Flow-Batterien zu schaffen, dessen Speichervolumen nur geringfügig kleiner ist als sein Raumbedarf am Aufstellort, dessen Speichervolumen ausreichend groß ausgebildet werden kann um die Verwendung mehrerer in Reihe angeordneter Speichertanks zu vermeiden ohne gleichzeitig eine erhebliche Höhenausdehnung zu besitzen und der ein erheblich geringeres Gewicht aufweist als bekannte Speichereinrichtungen für stationäre Redox-Flow-Batterien.
Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Vorrichtung mit den technischen Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der erfindungsgemäße doppelwandige Speicherbehälter besitzt eine kubische Form mit waagrechter Längenerstreckung und zeichnet sich dadurch aus, dass sowohl der Innenbehälter als auch der Außenbehälter aus Kunststoff, insbesondere aus Polyethylen, Polypropylen, PVDF oder artverwandten Kunststoffen bestehen und zwischen dem Innentank und dem Außentank ein Abstandhalter angeordnet ist. Bevorzugt ist der Abstandhalter als Gittergewebe oder als Drainagematte ausgebildet, aber auch jede andere Ausbildung eines Abstandhalters ist geeignet.
Da der Außentank für die Stabilität der Vorrichtung sorgt ist es vorteilhaft diesen an den senkrechten Außenflächen mit formstabilisierenden Elementen auszubilden. Hierfür können prinzipiell alle bekannten Elemente verwendet werden, wie Versteifungsstege, Stabilisierungsprofile oder artverwandte Einrichtungen. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, hierfür Stahlprofile oder Rundstahlstangen zu verwenden, welche in den Tankboden und in den Tankdeckel oder in eine entsprechende umlaufende Verdickung an den Boden- und Deckplatten eingreifen, wobei die Eingriffsbereiche über die Außenfläche der Wände hinaus ragen.
Die einzelnen Boden-, Wand- und Deckenplatten sind untereinander dichtend verbunden und sind so ausgebildet dass sie einem Unter- oder Überdruck von mindestens 30 mbar standhalten. Zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter befinden sich ein Abstandhalter und ein oder mehrere Sensoren, welche eine Undichtheit des Innenbehälters frühzeitig anzeigen, bevor die Energiespeicherflüssigkeit aus dem Außenbehälter austreten kann, um eine Gefährdung der Umwelt zu verhindern.
Als Abstandhalter wird bevorzugt eine Kunststoffgittermatte oder eine Drainagematte verwendet.
Die formstabilisierenden Elemente sind bevorzugt nicht untereinander verbunden. Damit wird gewährleistet, dass der Tank in alle Richtungen eine begrenzte Ausdehnungsfähigkeit hat um Materialdehnungen durch Temperatureinfluss ungehindert vollziehen zu können, ohne dass unerwünschte Spannungen auftreten können, welche die Bildung einer Leckage begünstigen würden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Darin zeigt:

1 eine Schrägansicht eines Speicherbehälters ohne obere Abdeckung;
2 eine Schrägansicht eines Speicherbehälters mit oberer Abdeckung und Ausnehmungen für die Zu- und Abfuhr einer Energiespeicherflüssigkeit.

Wie aus 1 hervor geht, weist der Speicherbehälter 1 eine kubische Form mit waagrechter Längenausdehnung und bevorzugt rechteckigem Grundriss auf. Diese Bauform ermöglicht einen Speicherbehälter, dessen Speichervolumen nur geringfügig kleiner ist als sein Raumbedarf am Aufstellort und dessen Speichervolumen ausreichend groß ausgebildet werden kann um die Verwendung mehrerer in Reihe angeordneter Speichertanks zu vermeiden ohne gleichzeitig eine erhebliche Höhenausdehnung zu besitzen. Der dargestellte Speicherbehälter besitzt Außenwände 2, Innenwände 3 und eine Vielzahl von entlang der Außenwände umlaufend angeordneten formstabilisierenden Elementen 4, welche in umlaufende Bereiche 5 der Boden- und Deckenplatten 8 und/oder in Bördelungen 6 mit oder ohne vergrößerter Plattendicke 7 eingreifen.
Durch die formstabilisierenden Elemente 4 erhält der äußere Kunststoffbehälter die nötige Formstabilität, welche der Formstabilität eines herkömmlichen Stahlbehälters gleich kommt. Der gesamte Behälter besitzt jedoch ein erheblich geringeres Gewicht als ein vergleichbar großer Stahlbehälter. Die Einhausung des äußeren Kunststoffbehälters in einen formstabilisierenden Gitterkäfig aus Rundstahlstäben oder Stahlprofilen hat jedoch den Nachteil, dass sich der Kunststoffbehälter unter Wärmeeinwirkung - beispielsweise durch Sonneneinstrahlung - anders ausdehnt als das Stahlgitter, wodurch es zu Verspannungen im Speicherbehälter und in weiterer Folge zum Auftreten von Leckagen kommen kann.
Durch die erfindungsgemäße Stabilisierung der Wände mittels einer Vielzahl von Stahlprofilen oder Rundstahlstäben, welche untereinander nicht verbunden sind, ist es möglich geworden, dass sich der Speicherbehälter unter Sonneneinstrahlung oder sonstiger Wärmeeinwirkung ausdehnen und wieder zusammenziehen kann, ohne dass es zu Verformungsspannungen und in weiterer Folge zu dadurch bedingten Leckagen kommt. Als Abstandhalter zwischen dem inneren und dem äußeren Behälter ist bevorzugt ein hier nicht separat dargestelltes Kunststoffgitter oder eine Drainagematte angeordnet. Natürlich können auch andere, bekannte Abstandhalter verwendet werden. Das Kunststoffgitter bzw. die Drainagematte haben demgegenüber den Vorteil, dass sie entsprechend dünn ausgebildet sein können, was sich positiv auf das Gesamtgewicht auswirkt. Zudem sind sie bei einer werkseitigen Herstellung leicht integrierbar.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Speicherbehälters besteht darin, dass der Behälter auch bei großen Füllvolumina werkseitig vorgefertigt und in einem Stück an den Aufstellort transportiert werden kann, während herkömmliche Speicherbehälter aus Stahl ab einem gewissen Speichervolumen nur mehr vor Ort zusammengefügt werden können, weshalb es bisher üblich war, bei großen Speichervolumina den Speicher aus einer Mehrzahl von kleineren, in Reihe oder parallel geschalteten Behältern zusammen zu setzen, wofür ein erheblich größerer Platzbedarf erforderlich ist.
In 2 ist der Speicherbehälter aus 1 mit aufgesetzten Deckenplatten dargestellt, so wie er zum Aufstellort transportiert wird. Diverse Ausnehmungen 9, 10 dienen dem Einsetzen von vorgefertigten Pump- und Steuerungseinrichtungen bzw. zum Einsetzen eines Mannloches für nachträgliche Einbauten. Diese Einrichtungen sind jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Die Boden- und Deckenplatten setzten sich in den abgebildeten Darstellungsbeispielen jeweils aus mehreren Plattenelementen zusammen. Gegenstand der Erfindung sind jedoch auch Speicherbehälter mit einstückig ausgebildeten Boden- und Deckenplatten. Das Gleiche gilt auch für die Innen- und Außenwände.
Die wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Speicherbehälters für die Energiespeicherflüssigkeit von Redox-Flow-Batterien sind die werkseitige Herstellung und Lieferung an den Aufstellort, auch aufgrund des geringen Gesamtgewichtes, auch bei großen Speichervolumina, das Speichervolumen selbst, welches nur geringfügig kleiner ist als der Raumbedarf des Speicherbehälters am Aufstellort, die in einem großen Bereich variable Längenausdehnung bei gleichzeitig begrenzter Höhe, welche eine sehr gute Anpassung an beliebige Speichervolumina zulässt und der reduzierte Herstellungsaufwand. Zudem kann der erfindungsgemäße Speicherbehälter für alle Varianten von Energiespeicherflüssigkeiten, auch für chemisch sehr aggressive und/oder giftige und/oder flüchtige Energiespeicherflüssigkeiten eingesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011080881 A1 [0005]

Claims

Vorrichtung für die Lagerung einer Energiespeicherflüssigkeit für stationäre Redox-Flow-Batterien zur Regelstrombereitstellung bei erneuerbaren Energieträgern, bestehend aus einem doppelwandigen Speicherbehälter (1) mit Leckage-Sensoren zwischen den Speicherwänden (2, 3), wobei die Vorrichtung allseitig geschlossen ist und bevorzugt in der Deckplatte (8) Ausnehmungen (9, 10) für die Zuführung und Abführung von Energiespeicherflüssigkeit besitzt dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwände (3), die Außenwände (2), sowie Boden (5)- und Deckplatten (8) des kubusförmigen Speicherbehälters (1) aus Kunststoff, insbesondere aus Polyethylen, Polypropylen, PVDF oder artverwandten Kunststoffen bestehen und die Außenwände (2) formstabilisierend ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung aus mehreren Kunststoffplatten zusammengesetzt ist, wobei die einzelnen Platten untereinander verklebt und/oder verschweißt sind und so dimensioniert und miteinander verbunden sind, dass die Vorrichtung einem Über- oder Unterdruck von 30 mbar bis 100 mbar stand hält.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne oder alle Platten einstückig ausgebildet sind oder aus mehreren Teilplatten zusammengesetzt sind, wobei die Teilplatten untereinander verklebt und/oder verschweißt sind und so dimensioniert und miteinander verbunden sind, dass die Vorrichtung einem Über- oder Unterdruck von 30 mbar bis 100 mbar stand hält.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenplatte und die Deckplatte über die Erstreckung der Außenwände hinaus ragt (6) und Einrichtungen zur Aufnahme der formstabilisierenden Elemente (4) besitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die formstabilisierenden Elemente (4) Versteifungsstege, Stabilisierungsprofile oder Rundstangen aus Kunststoff, Verbundwerkstoff, Metall oder Metalllegierungen sind, welche in Ausnehmungen in den Boden- und Deckplatten eingreifen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die formstabilisierenden Elemente (4) Stahlprofile oder Rundstahlstäbe sind, welche ausschließlich in Ausnehmungen in den Boden- und Deckplatten eingreifen.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die formstabilisierenden Elemente (4) untereinander nicht verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Deck- und Bodenplatten (5, 8) im Bereich der Eingriffe der formstabilisierenden Elemente (4) eine vergrößerte Plattendicke (7) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Deckenplatte (8) Ausnehmungen (9, 10) zum abgedichteten Einbau weiterer Einrichtungen vorgesehen sind.