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Tiefschachtfallkraft- und Verdampfungsanlage
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in tiefen Erdkavernen zur Energiegewinnung r Die Erfindung betrifft
eine Tiefschachtfallkraft- und Verdampfungsanlage in tiefen Erdkavernen zur Energiegewinnung,
die in geeignetes, festes, sicheres und sehr tief in die Erde hinabreichendes Gestein,
z.B. in ein ein paar tausend Meter tiefes Salzstocklager niederzubringen sind, in
welches nach einem geeigneten isolierenden Ausbau, z.B. mit Glasfaser- und Kunststoffmaterial,
eine Flüssigkeitsfallkraft- und daneben eine Vergasungs- und Verdampfungsanlage,
beispielsweise eine Verbrennungsdampfanlage, eingebaut werden.
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Zu diesem Zweck werden von dem relativ hohen Ausgangslagenniveau der
Erdoberfläche in Falldruckleitungen geeignete Falikraftflüssigkeiten abgesenkt,
die durch eine Wärmezuführung (bzw. Wärmeerzeugung) leicht zu vergasen oder zu verdampfen
sind. Hierfür eignet sich z.B.
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schweres Heizöl. In einer querschnittgröße:ren Falldruckleitung wird
Siedefallwasser zur Gewinnung von billiger Primärenergie abgesenkt und in einem
zweiten Arbeitsprozeß unter Tage das Heizöl mittels einer Luftturbine und der einem
Schacht zugeführten atmosphärischen Luft in der in der Kaverne untergebrachten Verbrennungsanlage
verbrannt. Mit den Brenngasen wird das Siedefallwasser in der Verdampfungsanlage,
z.B. mit 1500C, verdampft und dieser Dampf an das hohe Ausgangsniveau der Erdoberfläche
zurückgeführt.
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Zunächst wird durch die an die Erdoberfläche abzuleitenden Abgase
bzw. durch die mit den Abgasen erwärmte atmosphärische Luft (bzw.
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mit Regenerativfeuerungsluft) sekundär ein statisches Schachtsäulenwärmefeld
von ebenfalls etwa 1500C kontinuierlich bis. an die Erdoberfläche angelegt. Durch
diesen heißen Schacht wird, nachdem die erwärmte Luft der Verbrennung unter Tage
zugeführt ist, der Sie-0 dewasserdampf mit 150 C und dem entsprechenden Dampfdruck
nach oben an die Ausgangslage der Erdoberfldche zurückgedrückt, analog zu den natürlichen
Wasserdampferuptionen der Geysire.
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Der besondere Vorteil der Erfindung besteht indessen darin, daß dem
an die Erdoberfläche geführten Wasserdampf von etwa 150°C die Wärme umgehend mittels
eines geeigneten verflüssigten Wärmeträgers, z.B.
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flüssigen Stickstoff, entzogen und mit diesem in einer thermischen
Falldruckleitung der erdtiefen Kavernenfallkraftanlage über ein thermisches Fallkraftaggregat
zur Ausnutzung der kinetischen Energie und schließlich dem zu verdumpfenden Siedefallwasser
zugeführt wird, um durch die Aufwärmung mehr Siedefallwasser zu verdampfen und den
Arbeitswasserkreislauf in der Erde zu vergrößern.
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Unterdessen ziehen die Abgase nach dem Durchlaufen einer Abgaswaschanlage
(unter Tage) aus der erdtiefen Verbrennungsdampfanlage in einen Regenerativ-Feuerungsschacht,
d.h. in einen Abzugsschacht, der inmitten eines querschnittgrößeren Luftschachtes
installiert ist, an die Erdoberfläche. Sie gelangen in einem von zwei parallelen
Regenerativschornsteinen (d.h. mit umgebenden Luftschacht) in die Atmosphäre, wodurch
sich die im umgebenden Luftschacht im Gegenstromverfahren zu der erdtiefen Verbrennungsanlage
zugeführte atmosphärische Luft erwärmt und die nach oben strömenden Abgase bis zu
der Temperatur der Atmosphäre abgekühlt werden. Hierdurch werden sich hauptsächlich
in dem jeweils durchströmten Regenerativschornstein Kondensationsrückstände (verkrustend)
ablagern, die dadurch wieder entfernt
werden können, daß die Abgase
periodisch in den zweiten Regenerativschornstein abgeleitet und dort ebenso ausgenutzt
werden.
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Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, daß am Fuße des Vesuvs
seit über sechzig Jahren eine kleine, etwas über einhundert Meter tief in die vulkanisch
heiße Erde niedergebrachte Wasserfallkraft-und daneben eine Wasserverdampfungsanlage
in einer Erdkaverne zur Energiegewinnung arbeitet. In dieser Kavernenkraftanlage
verdampft das im ersten Arbeitsprozeß abgesenkte Wasser durch die mäßig zufließende
vulkanische Erdwärme und wird zur Energieausnutzung an die hier nur wenig höher
liegende Erdoberfläche geleitet (Geothermie).
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Es ist weiter bekannt, daß Salzstöcke in der Erde überaus mächtige,
natürliche Salzablagerungen sind, die oft ein paar tausend Meter tief in die Erde
hinabreichen (siehe Schautafeln im Deutschen Museum).
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Ferner ist bekannt, daß die bei dem Salzabbau stehengebliebenen Salzdome
und Kavernen als überaus sichere Speicher und Lagerstätten für Öl, Gas, Giftstoffe
und Strahlungsrückstönde verwendet werden. Es 0 ist schließlich bekannt, daß der
Siedepunkt von Salz über 800 C liegt.
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Bei allen Geysiren, thermischen Quellen und auch um die oben genannte
Dampfröhre am Vesuvkraftwerk hat sich um die Eruptionsröhren im Erdgestein sekundär
ein statisches, thermisches Erdsäulenfeld bis an die Erdoberfläche ausgebildet.
Da hier die an die Erdoberfläche zugeführte Wasserdampfwärme natürlichen Ursprungs
ist, hat man dem am Vesuvkraftwerk natürlich entstandenen Schachtsäulenwärmefeld
weiter keine Beachtung geschenkt und diese Technik nicht weiter entwickelt.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einer tief im
Inneren der Erde befindlichen Kavernenkraftwerksanlage ohne Abfluß die zum Zweck
der billigen Gewinnung von Primärenergie von der Erdoberfläche abgesenkten Falikraftflüssigkeit
durch Wärmezuführung in den Gas- bzw. Dampfzustand zu überführen und zum Zwecke
der Wärmerückgewinnung
wieder an die Erdoberfläche zurückzuführen
und dem Energiekreislau f wieder zuzuführen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Tiefschchtfallkraft-und
Verdampfungsanlage der eingangs genannten Gattung mit den im Patentanspruch 1 gekennzeichneten
Mitteln und Maßnahmen gelöst. Zweck mäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen
sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Vorteilhafter Weise wird als Fallknftmedium
Heizöl verwendet und unter Tage mit Luft, die von einer Luftturbine durch einen
Schacht von der Erdoberfläche zugeführt wird, in der in einer tief in der Erde liegenden
Kaverne installierten Verbrennungsdampfanlage verbrannt. Mit den Verbrennungsgasen
wird 0 das Siedefallwasser mit etwa 150 C unter entsprechenden Druck verdampft.
Dann wird unter Ausnutzung der durch eine Regenerativ-Feuerungsanlage erwärmten
Luft der Dampf in einen Schacht geleitet, an dem ein sekundär angelegtes statisches
Schachtsäulenwärmefeld von etwa 1500C besteht und wird schließlich mit der Wärme
und unter dem Druck an die Erdoberfläche zurückgeführt.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind im folgenden
anhand einiger Ausführungsbeispiele näher beschrieben und in der Zeichnung dargestellt.
Diese zeigt in schernatisch-grafischer Weise ein Funktionsprinzip der Erfindung.
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Im ersten Arbeitsprozeß werden von der Erdoberfläche 1 in einer im
Schacht 2 angeordneten Falldruckleitung 3 schweres Heizöl und in der querschnittgrößeren
Falldruckleitung 4 Siedefallwasser zu einer erdtiefen Kavernenfallkraftanlage 5
zur Gewinnung von Primärenergie abgesenkt, wobei diese in Form von elektrischer
Energie (elektrischer Strom) über den Kabelschacht 6 an die Erdoberfläche 1 geleitet
wird.
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Im zweiten Arbeitsprozeß wird unter Tage das aus der Fallkraftanlage
5 tretende Heizöl mit der durch eine über Tage angeordnete Luftturbine 7 in einen
Luftschacht 8 zugeführten atmosphärischen Luft in einer Verbrennungsdampanlage 9
unter Tage verbrannt. Mit den Brenngasen wird das aus der Fallkraftanlage 5 entspannte
und in einer Vorwärmanlage 10 erwärmte Siedefallwasser verdampft und dieser Dampf
mit seiner Wärme und seinem Druck einem Dampfschacht 11 zugeführt und an die Erdoberfläche
geleitet. Der Dampfschacht 11 ist z.B. durch Regenerativ-Feuerungsluft erwärmt.
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In einem weiteren Arbeitsprozeß über Tage-wird dem Siedewasserdampf
in einer Kondensationsanlage 12 die Dampfwärme mittels eines geeigneten verflüssigten
Wärmeträgers, z.B. flüssiger Stickstoff, umgehend entzogen und mit diesem in einer
thermischen Falldruckleitung 13 der erdtiefen Fallkraftanlage 5 über ein thermisches
Fallkraftaggregat 14 schließlich dem später zu verdampfenden Siedefallwasser in
der Vorwärmanlage 10 zugeführt.
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Unterdessen ziehen die Abgase unter Tage von der Verbrennungsdampfanlage
9 nach dem Durchlaufen einer Abgaswaschanlage 15 in einen Abzugsschacht 16, der
inmitten des querschnittgrößeren Luftschachtes 8 untergebracht ist. An der Erdoberfläche
1 gelangen die abgekühlten Abgase in einen von zwei parallelen Schornsteinabzügen-
16 innerhalb des weitergeführten und sie umgebenden Luftschachtes 8, d.h.
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in einen von zwei Regenerativ-Feuerungsschonsteinabzügen in die Atmosphäre,
wodurch die im Luftschacht 8 im Gegenstromverfahren zu der erdtiefen Verbrennungsdampfanlage
9 zugeführte- Luft erwärmt wird.
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Bei der Inbetriebnahme der Anlage wird diese erwärmte Frischluft anfänglich
zur Erwärmung des-stotischen Schachtsäulenwärmefeldes um den späteren Dampfschacht
11 verwendet, -das bis zu der Erdoberfläche 1 angelegt wird. Dabei werden die Abgase
bis zu der Temperatur der Atmosphäre abgekühlt.
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Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ergeben sich vorteilhafte
Möglichkeiten für eine Energieumwandlung der im ersten Arbeitsprozeß aus dem Krcftgefälle
zu einem niederen Lageniveau gewonnenen Primärenergie, uwa. in Wcsserstoffenergie
oder Wärmeenergie, z.B.
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mittels mechanisch erzeugter Luftverdichtungswärme, mit der dann das
Siedefallwasser verdcmpft wird. Mit dieser Wärme einschließlich des Dampfdruckes
wird der Wasserdampf mittels eines sekundären, statischen Schachtsäulenwörmefeldes
wieder an den Ausgangspunkt der Erdoberfläche zurückgedrückt und weiter ausgenutzt.
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Wöhreddessen wird die verdichtete Luft in einem Arbeitsprozeß arbeitsleistend,
d.h. energieerzeugend entspannt und wieder der Luftverdichtung zugeführt, bis diese
als verflüssigte Luft gewonnen wird.
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Die Erfindung erlangt durch die Energieumwandlung und -gewinnung eine
besondes große Bedeutung, da sie so gut wie ausschließlich in dem geschlossenen
und wärmespeichenden Erdinnern verläuft, aus dem die ständig erzeugte und wieder
zurückgewonnene Wärme auch nicht durch die Wörmeentrooie verlustia aeht Denn. in
einem aeschlossenen System nimmt die
zu. Die Wärme kann nur mit dem Wasserdampf durch das sekundäre, statische Erdschachtsäulenwärmefeld
an das Ausgangslagenniveau der Erdoberfläche zurückgedrückt werden und darüber hinaus
nach getätigter Arbeit derselben Erdgefällekraftanlage wieder zugeführt werden.