DE2541910C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Langzeit-Wärmespeicher, insbesondere für von Kraftwerken erzeugte überschüssige Wärme, nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Es sind thermische Speicher bekannt geworden, die auf der Erhitzung von Wasser basieren. So ist vorgeschlagen worden, die während der Teillastperioden nicht genutzte Wärme eines Kernkraftwerkes in Felskammern zu speichern. Es sind auch Vorschläge gemacht worden, hoch erhitztes Wasser in tiefen Gruben innerhalb eines Behälters zu speichern, welches unter dem Wasserdruck einer darüberbefindlichen Wassersäule steht (GB 12 27 386). Zu einem technischen Einsatz für Langzeitspeicher ist es nicht gekommen, da die Investitionen für die Speicher­ behälter, die entsprechend den erforderlichen großen Behälterinhalten extrem hohe Kräfte aufnehmen müssen, einen wirtschaftlichen Betrieb nicht zulassen. Bei oberirdischer Installation ist das Stahlgewicht für einen Kernkraftwerks- Wochenspeicher beispielsweise größer als das Gewicht des darin zu speichernden Wassers; bei unter Wasser installierten Speicherbehältern zeigt sich, daß die Wand enorme Biege­ spannungen aufnehmen muß. Die optimale Energienutzung erfordert Langzeitspeicher. Darunter werden Speicher verstanden, die eine Vollauslastung eines Dampferzeugers während der Samstage und Sonntage und/oder eine Nutzung der Abwärme zulassen, indem sie eine Nutzung der Speicherenergie noch nach Wochen oder gar Monaten erlauben.

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht in der konstruktiven Ausbildung der horizontalen Abdeckung sehr großer unter Wasser angeordneter mit weitgehend biegeunsteifen Wandungen versehener Behälter zur Speicherung von Warmwasser.

Als zur Lösung dieser Aufgabe wesentlich werden die im Kenn­ zeichnungsteil des Patentanspruchs 1 enthaltenen Merkmale vorgeschlagen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 2-5 enthalten.

Die Erfindung bezieht sich auf derartige Speichersysteme und weist einen Weg, der die Möglichkeit bietet, daß der über­ wiegende Teil der Spannungsbelastung nicht vom Wandungs­ material und von zugbelasteten Elementen aufgenommen, sondern durch Wasser kompensiert wird. Hierdurch sind mit wirtschaft­ lichem Aufwand ausreichend große Behälter herstellbar. Gemäß der Erfindung wird durch äußeren Wasserdruck auf den unter Wasser angeordneten Behälter der Materialaufwand auf ein Minimum reduziert. Der erfindungsgemäße Langzeit-Wärme­ speicher läßt sich für unterschiedliche Speichertemperaturen einsetzen, so daß er sowohl für Heizzwecke als auch zur Elektrizitätsgewinnung durch Speicherenergie-Nutzung ein­ setzbar ist.

Stehen Seen zur Verfügung oder befindet sich ein Kraftwerk in der Nähe des Meeres, so sieht die Erfindung vor, einen Wärmespeicher so tief unter der Wasseroberfläche anzuordnen, daß vorzugsweise am Fuß des Speichers die Druckkräfte des eingeschlossenen Speicherwassers durch den äußeren Wasser­ druck kompensiert werden. Hierdurch ist es möglich, Plastikfolien als Speicherwandung einzusetzen. Die obere Abdeckung bildet, da das spezifisch leichtere Heißwasser unter dem spezifisch schwereren kalten Wasser geschichtet ist, eine labile Membran. Aus diesem Grunde wird eine Membran mit einem spezifischen Gewicht größer 1 gewählt.

Der erfindungsgemäße Langzeit-Wärmespeicherbehälter kann nach unten hin offen bzw. unisoliert bleiben. Zu den seitlichen Wänden und zur Decke hin wird in Wandnähe vorteilhaft eine Struktur eingesetzt, die eine Konvektion der wandnahen Wasserschichten verhindert, so daß das in die Struktur eindringende Wasser als Isolator dient. Zur optimalen Anpassung der im Inneren des Speichers herrschenden, nach unten hin abnehmenden Temperaturen an die Temperaturen der zuzuleitenden oder abzuleitenden Wasserströme sind in den Speicherraum mündende Rohre oder Schläuche mit höhen­ verstellbaren Öffnungen vorgesehen.

In der nachfolgenden Beschreibung werden anhand der Zeichnung drei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Dabei zeigt:

Fig. 1 einen unterseeisch angeordneten Langzeit- Wärmespeicher, bei dem der nach oben abdeckende Teil der Wandung über dem Wasserspiegel des Meeres liegt.

Fig. 2 einen unterseeisch angeordneten Langzeit- Wärmespeicher, bei dem der Wasserspiegel des Meeres über dem nach oben abdeckenden Teil der Wandung liegt.

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform mit einem See als Langzeit-Wärmespeicher

Fig. 1 zeigt unmaßstäblich einen Langzeit-Wärmespeicher, der am Meeresboden 160 angeordnet ist. Eine aus einem seitlichen Teil 161 und einem nach oben abdeckenden Teil 168 bestehende Wandung schließt einen als Speicherraum 166 dienenden ersten Wasserkörper ein. Der seitliche Teil 161 der Wandung ist als Rotationskörper ausgebildet und nimmt nach oben hin in seiner Wandstärke zu, da er den nach oben hin größer werdenden inneren Druck aufnehmen muß.

Er besteht vorzugsweise aus Bändern aus glasfaserverstärktem Kunststoff und weist an seiner Innenseite eine Isolierschicht 162 auf. Ein in dem Speicherraum 166 am Boden des Meeres angeordneter Raum 165 dient als Ausgleichsraum für die sich ändernde Dichte bzw. Menge des im Speicherraum 166 einge­ schlossenen Wassers. Der Raum 165 ist von dem Speicherraum 166 durch eine eine dehnbare Seitenwand 167 aufweisende Folie 163 getrennt. Der Wärmespeicher kann mit konstanter Speichermasse betrieben werden. Es kann aber auch das eingeschlossene Speicherwasser entnommen werden, wenn der dehnbare Wandbereich 167 der trennenden Folie 163 etwa die Ausmaße der Wandung 161 hat.

Die Abdeckung des Speicherraumes aus dem nach oben abdeckenden Teil 168 der Wandung ist vorzugsweise aus Plastikfolie ausgebildet. An diesem befinden sich Zugseile 169, die ein Stahldrahtnetz 170 tragen. Das Stahldrahtnetz 170 ist mit einem feinmaschigen Drahtgewebe 171 ausgefacht. Darüber befindet sich eine Schicht 172 aus Sand oder Steinen zur Beschwerung, darüber eine Schicht 173 aus Mineralwolle. Das Gewicht der Beschwerung, vermindert um den Auftrieb der Steine oder des Sandes der Schicht 172, muß pro Flächen­ einheit größer sein als die Druckdifferenz, die sich aus der Dichtedifferenz zwischen dem Heißwasser im Speicherraum 166 und dem außen befindlichen kalten Wasser, bezogen auf die geodätische Höhe 174, einstellt. Ein eventuell verbleibender geringer Differenzdruck wird durch eine Pumpe 164 ausgeglichen.

Durch eine Leitung 175′ wird beim Laden oder Entladen Heiß­ wasser gefördert. Eine turbinengetriebene Pumpe 176 kompensiert den durch die Meerestiefe hervorgerufenen Überdruck in der Leitung 175′. Eine Leitung 177 wird über eine zweite Turbinenpumpe 178 entlastet. Die Tiefe unter dem Spiegel des Gewässers muß entsprechend dem Siededruck ausgesucht werden. Bei 350°C Wassertemperatur beispielsweise beträgt die erforderliche Tiefe ca. 1 650 m.

Fig. 2 zeigt weitere Maßnahmen zur Verhinderung der Insta­ bilität des nach oben abdeckenden Teils der Wandung. Sofern der Seeboden zugänglich ist, werden Anker 180 im Boden befestigt. Über Seile 181 wird der aus einer Folie bestehende, nach oben abdeckende Teil 182 der Wandung in der Horizontal­ lage gehalten. Unterhalb der Folie ist ein Drahtnetz 183 angeordnet. Im sich bildenden Raum 184 ist Mineralwolle oder bei kleineren Speichertemperaturen auch eine Isolierschicht aus organischer Faser angeordnet.

In den Speicher münden Rohre 185 mit höhenverstellbaren Öffnungen.

Wenn der Seeboden moorig ist, findet die rechts in der gleichen Figur dargestellte Anordnung Verwendung. Der aus einer Deckfolie 186 bestehende, nach oben abdeckende Teil der Wandung wird durch Gewichte 188, die gleichmäßig verteilt angeordnet sind, beschwert. Jedem Gewicht 188 ist ein Schwimmer 187 zugeordnet, dessen Auftrieb größer ist als es dem verbleibenden Gewicht der Gewichte 188 entspricht.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung des Wärmespeichers, wie sie bei Seen verwirklicht werden kann, wenn der Seeinhalt etwa dem gewünschten Speicherinhalt entspricht. Am Boden des Sees 199 werden wiederum Anker 180 oder Gewichte 190 angeordnet. In einer Tiefe 191, die innerhalb des als Speicher ausgebildeten ersten Wasserkörpers 192 zu einem Vordruck führt, der höher ist als der Siededruck des gespeicherten Wassers bei der höchsten Speichertemperatur, wird der nach oben abdeckende Teil 182, 183, 184 der Wandung angeordnet. Der obere Bereich des als zweiter Wasserkörper 193 dienenden Sees bleibt mit kaltem Seewasser gefüllt. Zu den Ufern hin werden umlaufende Folienkragen 194 angeordnet, die die beiden Wasserkörper 192 und 193 voneinander trennen.

Claims (5)

1. Langzeit-Wärmespeicher, insbesondere für von Kraftwerken erzeugte überschüssige Wärme, mit einem als Speichermedium dienenden ersten Wasserkörper, welcher in einem eine wärme­ isolierende Wandung aufweisenden Speicherraum eingeschlossen ist, mit einem von dem ersten Wasserkörper durch die Wandung abgetrennten zweiten Wasserkörper, dessen Wasserspiegel über dem des ersten Wasserkörpers liegt und der die auf die Wandung ausgeübten Druckkräfte zumindest teilweise aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der nach oben abdeckende Teil (168, 182, 186) der Wandung über eine Vielzahl von in gleichem Abstand zueinander angeordneter zugbelasteter Elemente (169, 181) gegen die Auftriebskräfte des ersten Wasserkörpers in einer horizontalen Ebene gehalten ist.

2. Langzeit-Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der horizontale Teil (168, 182, 186) der Wandung durch nicht schwimmfähige Stoffe, z.B. Kies, beschwert ist.

3. Langzeit-Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zugbelasteten Elemente als über Anker (180) mit dem Boden des Speicherraums verbundene Seile (181) ausgebildet sind.

4. Langzeit-Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zugbelasteten Elemente mit gleichmäßig verteilt angeordneten Gewichten (190) beschwert sind.

5. Langzeit-Wärmespeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der durch Gewichte (188) beschwerten zugbelasteten Elemente einen Schwimmer (187) aufweist.