DE2362138A1 - Verfahren zur energiegewinnung durch kombinierte ausnutzung der potentiellen energie des meerwassers und der erdwaerme - Google Patents

Description

Werner "Poppe 5 Köln 30

Ossendorfer Weg 7 T. 0221/58 15 38

Verfahren zur Energiegewinnung durch, kombinierte Ausnutzung der potentiellen Energie des Meerwassers und der Erdwärme..

"Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anlage von Wasserkraft- und Dampfkraftwerken in Verbindung mit Meerwasserentsalzung durch Ausnutzung der potentiellen Energie des Meerwassers, indem mara. in Meeresnähe ein künstliches Gefälle schafft durch Bohrung eines tiefen Schacht und Tunnelsystems und dabei gleichzeitig die Erdwärme ausnutzt, um das die Wasserturbinen durchlaufende Meerwasser zu überhitzen, wodurch das Meerwasser über seine Fallhöhe hinaus wieder an die Oberfläche befördert wird und so ein kontinuierlicher Energiegewinnungsprozeß ablaufen kann. Der Hauptanteil der in diesem Verfahren gewonnenen Energie wird von dem überhitzten Meerwässer gestellt, das in Dampfturbinen entspannt wird. " _;

Die Erzeugung elektrischer Energie mittels Wasserkraft fand . bislang dadurch seine Begrenzung, daß in Gegenden mit Gefälle ( Gebirge ) der natürliche Wasservorrat beschränkt ist und in Gegenden mit genügendein Wasservorrat ( Meeresküste ) kein ausreichendes natürliches Gefälle vorhanden ist. Dieser Widerspruch wird erfindungsmäßig gelöst, durch das nachfolgend in einem Ausfub.run.gsbeispiel beschriebene Verfahren. Siehe auch beiliegende schematische Zeichnung.

Das nachfolgende erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von dem unter der Nummer P· 224-9576· 7-25 angemeldete Verfahren

1. durch den spiraltrichterförinigen Aufheiztunnel, der einekurzfristige Bauzeit der Gesamtanlage erst ermöglicht,

2. dadurch, daß das überhitzte Wasser des Aufheiztunnels nicht schon am Boden des Steigeschachts entspannt wird, sondern erst am Ausgang des SteigeSchachts oberhalb des Meeresspiegels, so daß der Salztransport von der So¹Ie des Steigeschachtes zur Erdoberfläche, wie im Verfahren P 224-9576.7-25 vorgesehen,

entfällt. .

SQ982S/Ö1E4.
BAD ORIGINAL

In einem küstennahen Gebiet mit einer geothermischen Tiefenstufe, bei der alle 10 Meter die Temperatur um 1 Grad zunimmt, werben zwei 3 Kilometer voneinander entfernt liegende Schächte mit einem Durchmesser von je 10 m senkrecht ins Gestein getrieben. Die SdiLen der beiden Schächte sind durch einen "spiraltrichterförmigen Aufheiztunnel ( 3 ) mit gleichem Durchmesser wie die Schächte'miteinander verbunden. Der ^allschacht ( 1 ) mit einer Tiefe von 6600 m endet im Zentrum des spiraltrichterförmigen Aufheiztunnels ( 3 ). Der Steigeschacht ( 2 ) mit einer Tiefe von 6300 m befindet sich am Ende der· Aufheiz— tunnelspirale ( 3 )'; an der Erdoberfläche ist der-Steigeschacht ( 2 ) mit einem Hochdruckventil ( 7 ) versehen. Der ^a11schacht ( 1 ) steht über eine: Schleuse ( 5 ) mit dem Meer'in Verbindung. Der Spiraltrichteraufheiztunnel ( 3 ) steigt leicht von der Sohle des Fallschachts 6600 m zur Sohle des Steigeschachts 6300 m an, um das Fluten des Aufheiztunnels unter Druck zu ermöglichen und ein zu starkes, vorübergehendes Auskristallisieren des Feerwassersalzes beim Fluten zu vermeiden. Für den FlutungsVorgang ist am Ende des ^aIIschachts ein Hochdruckventil ( 6 ) angebracht, das. die Wasserdrucksäule ( 4· ) von 3300 m im Fallschacht konstant hält. Die Länge des Aufheiztunnels ( 3 ) ist so bemessen, im Ausführungsbeispiel etwa 300 km bei 600 - 700 Grad Umgebungstemperatur, daß bei kontinuierlichem Durchlauf das Meerwasser im Steige.schacht die gewünschte Temperatur von 4-00 Grad erreicht hat. Um Wasser auf 400 Grad zu erhitzen und im flüssigen Zustand zu erhalten, ist ein Druck von 330 bar notwendig, der einer Wassersäule von 3300 m entspricht. Das überhitzte Wasser im Steige schacht hat unter den genannten Bedingungen sein Volumen verdoppelt, so daß die 3300 m hohe Frischwassersäule im "^aIIschacht das überhitzte Wasser im Steigeschacht 6600 m hochdrückt, also über Meeresspiegelhöhe hinaus. Die oberen 3000 m des Fallschachts bleiben so frei für 6 Hochdruckwasserkraftturbinen(8), die in 500 m Abstand untereinander eingebaut werden und so sechsmal hintereinander die potentielle Energie der gleichen Wassermenge ausnutzen.

Beim Fluten der Anlage strömen kontinuierlich 550 nr/sec in den Fallschacht durch die Hochdruckwasserturbinen. Das

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BAD ORIGfISJAL

ve α til am So rl en des- Fallschachts bleibt solange geschlossen, bis eine Drucksäule von 3300 m aufgebaut ist, dann-öffnet sich das Ventil, in dem Maße-, daß durchgehend 550 m- /see in den Aufheiztunnel abgegeben werden» Im Aufheiztunnel baut das zuströmende V/asser einen zunehmenden "Druck auf«, bis ein Brückausgleich mit der Wassersäule im "^aIIs chacht erreicht ist und. die Energieproduktion über d.as Auslaßventil des Stei-^: geschachts erfolgen kann* Der Hauptteil des überhitzten Wassers wird über das Auslaßventil (7 ) durch einen Zyklonsalzabscheider ( 9 ) den Dampfturbinen■( 10 ) zur Elektrizitätsgewinnung; zugeführt. Ein kleinerer Teil des überhitzten Meerwassers wird, durch Hochdruckelektrolyseure (11 ) geleitet, ~ um mit d3r Trennung des Wassers in .Wasserstoff und Sauerstoff vielseitig verwendbare'chemische Energie verfügbar zu haben, die sich durch einen hohen Wirkungsgrad und großer Umwelt— ; frsundlichkeit auszeichnet. Die. Abdampfmengen der Dampftür—. binen ./erdon durch -Vakuumdestilatoren ( 12 ) geführt, ( Vakuumvordampf er zur Süßv/assorgewinnung aus Meerwasser ) und so selbst zu Trinkv/asser entspannt_o - . ' -.

Der Bau des spiraltrlchterF.örmigen Aufheiztunnels, als Kernstück der Gesamtaalage, wird erfindungsgemäß auf nachfolgend.em Wege gelöst.. In dem unter der Nummer P 2249576₀7-25 .·:■■" angemeldeten Verfahren war von einer direkten Bohrung von · ...· der Sohle- ies Fallschachts bis zur Sohle des Steigeschachts für den Aufhei ζtunnel ausgegangen worden. Bei dieser Bohrmethode können nur jeweils zwei Bohrmaschinen aufeinander , zuarbeiten. Entlastungsschächte, um mehrere Bohrmaschinen " zum-Einsatz zu bringen, kommen aus Kostengrunden und weil sie als zusätzliche Wärmeableiter aufträten nicht in ?rage.

Der Erfindung liegt die A.ufgäbe- zugrunde, die Bohrzeit für -.;.; den Aufheiztunnel zu verkürzen, die Bohr-, Abbau- und Versorgungsarbeit zu erleichtern und die Anlage.gegen Erdverschiebungen unempfindlich zu machen. -· ; Bei einem-geradlinig verlaufenden Aufheiztunnel mit einer angenommenen Länge von 3^0 -km (:dle Länge des Aufheiztunn;els

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BAD ORIGINAL'

hängt im wesentlichen ab von der Wärmeleitfähigkeit des Gesteins, der Durchflußmenge des aufzuheizenden Wassers und der Endtemperatur des Entnahmewassers ) würde die Bohrzeit bei zwei aufeinander zuarbeitenden Bohrmaschinen und einer Bohrleistung von j.e 15 m pro Tag etwa 10000 Tage oder rund Jahre dauern. Durch die erfindungsmäßige Spiraltrichtertunnelbauweise können in sehr kurzer Zeit 20 oder mehr Bohrmaschinen zum Einsatz kommen. Bei einer Aufheiztunnellänge von wieder 300 km würde bei 20 Bohrmaschinen gleichzeitig im Einsatz die Bohrzeit von 30 auf 3 Jahre verkürzt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß

1. die Bohr- und damit die Bauzeit der Gesamtanlage durch die Spiraltrichterbauweise für den Aufheiztunnel um das Zehnfache oder noch mehr je nach Länge des Aufheiztunnels und der Anzahl der eingesetzten Bohrmaschinen verkürzt wird,

2a. der- Abtransport des Bohrguts von der Bohrstelle zur Förderstation durch die Transport- und Versorgungsstollen A, B und G wesentlich verkürzt wird,

b. die Versorgung der Maschinen und Mannschaften sicherer und schneller zu erreichen ist,

3. die Tunnelspirale trichterförmig angelegt ist und so- von der Sohle des ^allschachts ( 1 ) zur Sohle des Steigeschachts ( 2 ) gleichmäßig ansteigt und dadurch den Abtransport des Bohrguts durch die gegen ( Λ ) hin abschüssigen Transport- und Versorgungsstollen ( A, B, C ) erleichtert,

4-, die trichterförmig aufsteigende Aufheiztunnelspirale eine Flutung unter gleichmäßigem Druckanstieg im aufzuheizenden Wasser ermöglicht, derart, daß sicli zwischen dem von der· "Pallschachtsohle ( 1 ) her zur Steigeschachtsohle ( 2 ) hin ansteigenden Wasser und dem an der Steigeschachtsohle ( 2 ) befindlichen Druckventil ein Luftpolster bildet, das den Aufbau einer Wasserdrucksäule im ?allschacht ermöglicht. Das Luftpolster wird allmählich über das Druckventil abge-

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baut, bis die kritische Temperatur des Aufheizwassers in der Nähe des Druckventils erreicht ist und der kOhtinuier- ; liehe Verdampfungsprozeß beginnen kann, ·

5. bei auftretenden Erdbeben oder Erdverschiebungen eine Blockierung des Aufheiztunnels an -einigen Stellen durch die Spiralbauweise und die dadurch bedingten Transport- und Querverbindungsstollen umgangen werden kann, so daß die Anlage weiterarbeitet. - '

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,und zwar zeigt sie eine Draufsicht auf den Spiral-

trichteraufheiztunnel: ' .

( 1 ) zeigt die Sohle des Fallschachts, :.

( 2 ) die des Steigeschachts,

( 3 ) zeigt die Tunnelspirale,

( 4- ) die Wärme führenden Gesteinsschichten zwischen der ;

Tunnelspirale. .

Die Tunnelspirale ( 3 ) beginnt an der Sohle-des Fallschachts . ( Λ ) und verläuft in stetiger Aufwärtsbewegung bis zur Sohle des Steige Schachts ( 2 ). ^

Die Spiraltunnelbauweise erlaubt den Einsatz von mehreren Bohrmaschinen gleichzeitig, obwohl nur zwei Schächte nach unten führen. Anhand der Zeichnung soll im Bereich zwischen,den Transportschächten A und B eine Einsatzmethode für mehrere gleichzeitig arbeitende Bohrmaschinen durchgeführt werden. Die Sinsatzmethode kann variert werden je nach Länge des Aufheiztunnels,und zwar so, daß^ein optimaler Einsatz von Bohrmaschinen möglich wird.

A, B und C sind Versorgungs- und Transportstollen, deren Durehmesser den Schächten ( 1 ) und ( 2 ) entsprechen, DleiBp;hi?üngen beginnen, an der Sohle des Fallschachts ( 1 ) in drei Richtungen, wie die Pfeile zeigen,und von der Sohle des Steigeschachts aus in zwei Richtungen. Hat die Bohrmaschine in Stollen A und B die Lage'der ersten Tunnel spirale geschnitten, dann beginnt; die. 6. Bohrmaschine und bohrt von a'über ί nach f» Gleichzeitig bohrt die 7. Maschine, die 3 etzt z\xm Einsatz'jkomMt> von «.in Richtung a, fährt nach der Durchbohrung'des "Tunnel abs chnitts rückwärts über I und bohrt in der Tunnelspirare b - f in ■

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Richtung b weiter. Hat.die in Richtung f bohrende Maschine den Stollen B erreicht, fährt sie rückwärts in Richtung b und bohrt über J einen Verbindungstunnel zur Spirale c - g in Richtung g» Dieser Ablauf wiederholt sich auch in den anderen Spiraltrichtertunnelabschnitten. Mit zunehmendem Umfang der Tunnelspiralwindungen können zusätzlich Verbindungstunnel gebohrt werden, um noch mehr Bohrmaschinen zum Einsatz zu bringen.

Patentanspruche

5O9Ö25/U154

Claims (4)

Werner Foppe 5 Köln 30 Ossendorfer Weg 7 Tel. 0221/58 15 Patentansprüche

1.^Verfahren zur kontinuierlichen Energiegewinnung durch ^—"Kombinierte Ausnutzung von Wasserkraft und Erdwärme, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Teil eines Fall-* Schachts die potentielle Energie von herabstürzendem Meerwasser mehrmals hintereinander von untereinandergebauten Hochdruckwasserturbinen ausgenutzt wirdj dadurch gekennzeichnet-, daß dieses die Hochdruckturbinen getriebene Meerwasser, unter dem Druck der sich im unteren Teil des FallSchachts bildenden Frischwassersäule von der Erdwärme im Aufheiζschacht überhitzt und auf das doppelte Volumen gebracht wird, so daß die Gegendrucksäule im Steigeschacht die doppelte Höhe der Frischwassersäüle im Fallschacht erreicht, womit das Meerwasser über seine Fallhöhe hinaus angehoben wird und der Energiegewinnungsprozeß über Hochdruckwasserturbinen und Dampfturbinen kontinuierlich ■ auf großer Stufenleiter ablaufen kann.

2.. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß an der Sohle des FallSchachts ein Hochdruckventil angebracht ist, um die Anlage unter Druck fluten zu können. .Am Ausgang des Steigeschachts befindet sich . ebenfalls ein .Hochdruckventil, das,nachdem die Anlage vollständig geflutet ist, sich Öffnet und das überhitzte, auf doppeltes Volumen ausgedehnte Meerwasser den Dampfturbinen über Zyklonsalzabscheider zuführt. ..

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50-9825/0 IS

3· Spiraltrichterbauverfahren für den Aufheiztunnel der Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Aufheiztunnel spiralförmig von der Sohle des Fallschachts zur höher gelegenen Sohle des Steigeschachts aufsteigt, derart, daß die gesamte Tunnelspirale in der Draufsicht einen Trichter bildet.

4. Spiraltrichtertunnel nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß Transport- und Versorgungstunnel sowie Querverbindungsstollen die Tunnelspirale schneiden und so den Einsatz von mehreren, gleichzeitig arbeitenden Bohrma-

... schinen möglich macht, wodurch . ._

a. die Bohrzeit stark verkürzt wird, ■

b. die Anfälligkeit gegen Erdverschiebungen verringert wird,

c. .die Transport- und Versorgungswege verkürzt werden,

d. die Blutung des Aufheizschachts und das Anlaufen.der Gesamtanlage ohne behindernde Salzbildung im Äufheiztunnel erfolgen kann.

L e e r s e 11