DE3041746C2

DE3041746C2 - Superconducting energy storage device

Info

Publication number: DE3041746C2
Application number: DE19803041746
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Phys. 8520 Erlangen Elsel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-11-05
Filing date: 1980-11-05
Publication date: 1986-01-16
Also published as: DE3041746A1

Description

a) Ein die freien Enden des Solenoidsystems kurzschließender Dauerstromschalter (6) enthält normalleitende Kontakte und ist oberirdisch auf Raumtemperatur angeordnet,a) Contains a continuous current switch (6) short-circuiting the free ends of the solenoid system normally conductive contacts and is arranged above ground at room temperature,

b) die Sromzuführung enthält einen von dem Anschluß ausgehenden Anschlußteil (9) mit normalleitendem Hin- und Rückleiter (8 bzw. 26) und einen unterirdischen, vertikal, direkt zu dem obersten Teilsolenoid (2) verlaufenden Fortsetzungsteil (11) mit supraleitendem Hin- und Rückleiter (10 bzw.25),b) the power supply contains a connection part (9) with a normally conducting connection extending from the connection Outward and return conductors (8 or 26) and an underground, vertical, directly to the uppermost partial solenoid (2) running Continuation part (11) with superconducting forward and return conductors (10 or 25),

c) Hin- und Rückleiter (10, 25) des Fortsetzungsteils (11) sind unabhängig von dem Kühlmittelbad des obersten Teilsolenoids (2) gekühlt undc) Forward and return conductors (10, 25) of the continuation part (11) are independent of the coolant bath of the uppermost partial solenoid (2) and cooled

d) zwischen benachbarten Teilsolenoiden (2, 3 bzw. 3, 4) ist jeweils ein einziges Verbindungskabel (14 bzw. 17) mit & .praleitendem Hin- und Rückleiter (53, 24 bzw. 16, 23) angeordnet, die von dem Bad des jeweils eferliegenden Teilsolenoids (3 bzw 4) mitgekühlt sind.d) between adjacent partial solenoids (2, 3 or 3, 4) is a single connecting cable (14 or 17) with & .pralleitendem forward and return conductors (53, 24 or 16, 23) arranged from the bath of the respective remote partial solenoid (3 or 4) are also cooled.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hin- und Rückleiter (10, 25) des Fortsetzungsteils (11) und die Hin- und Rückleiter (13,24; 16,23) der Verbindungskabe!(14; 17) jeweils koaxial zueinander angeordnet sind.2. Device according to claim 1, characterized in that the forward and return conductors (10, 25) of the Continuation part (11) and the forward and return conductors (13,24; 16,23) of the connecting cables (14; 17) respectively are arranged coaxially to one another.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, daduicli gekennzeichnet, daß an dem dem obersten Teilsolenoid (2) zugewandten Ende des Fortsetzungsteils (11) eine thermische Trennstelle (28) zwischen den Kühlmittelräumen (34,35) des Fortsetzungsteils (11) und dem Kühlmittelraum (36) des obersten Teilsolenoids (2) vorgesehen ist.3. Device according to claim 1 or 2, daduicli characterized in that at the end of the continuation part facing the uppermost partial solenoid (2) (11) a thermal separation point (28) between the coolant spaces (34,35) of the continuation part (11) and the coolant space (36) of the uppermost partial solenoid (2) is provided.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Hin- und Rückleiter (10,25) des Fortsetzungsteils (11) eine Zwangskühlung mit strömendem Helium vorgesehen ist. 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that for the forward and return conductors (10,25) of the continuation part (11) a forced cooling with flowing helium is provided.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hin- und Rückleiter (10, 25) des Fortsetzungsteils (11) in einem Bad mit Helium 11 angeordi tsind.5. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the forward and return conductors (10, 25) of the continuation part (11) are arranged in a bath with helium 11.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt für das Kühlmittel in dem Fortsetzungsteil (11) nach dessen oberem Ende hin vergrößert.6. Device according to claim 5, characterized in that the cross section for the coolant enlarged in the continuation part (11) towards its upper end.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem dem höher gelegenen Teilsolenoid (2 bzw. 3) zugewandten Ende des Verbindungskabels (14 bzw. 17) eine thermische Trennstelle (29 bzw. 30) zwischen den Kühlmittelräumen des Kabels und dem Kühlmittelraum dieses Teilsolenoids vorgesehen ist.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that on the one located higher Part solenoid (2 or 3) facing end of the connecting cable (14 or 17) a thermal Separation point (29 or 30) between the coolant spaces of the cable and the coolant space of this Part solenoid is provided.

Die Erfindung bezieht sich auf eine supraleitende Energiespeichereinrichtung mit einem supraleitenden Solenoidsystem, das aus mindestens zwei hintereinandergeschalteten, unterirdisch um eine gemeinsame vertikale Achse, jedoch vertikal gegeneinander versetzt angeordneten supraleitenden Teilsolenoiden besteht, die sich jeweils in einem Kühlmittelbad befinden, und mit einer Stromzuführung, die jedes der beiden ^rreien Enden des Solenoidsystems mit einem auf Raumtemperatür oberirdisch liegenden Anschluß elektrisch verbindet Eine derartige Energiespeichereinrichtung ist aus der Veröffentlichung »Electrical World«, 1. März 1975, Seiten 30 bis 33 bekannt.The invention relates to a superconducting energy storage device with a superconducting solenoid system, which consists of at least two superconducting partial solenoids connected in series, arranged underground about a common vertical axis, but vertically offset from one another, which are each located in a coolant bath, and with a power supply that each electrically connects the two ^r pure ends of the solenoid system with a connection located above ground at room temperature. Such an energy storage device is known from the publication "Electrical World", March 1, 1975, pages 30 to 33.

Ein Vorteil großer supraleitender Energiespeichereinrichtungen ist darin zu seheh, daß mit ihnen Energien der Größenordnung von ΙΟ¹² Joule oder höher in einem verhältnismäßig kleinen Volumen zu speichern sind, wobei Energiedichten von etwa 10 Joule/cm³ bei magnetischen Flußdichten von etwa 5 Tesla erreicht werden.One advantage of large superconducting energy storage devices is that they can be used to store energies of the order of magnitude of ΙΟ ¹² joules or higher in a relatively small volume, with energy densities of around 10 joules / cm ^{3 being achieved} with magnetic flux densities of around 5 Tesla.

Derartig hohe Flußdichten sind mit Hilfe von sogenannten technischen Typ Il-Supraleitern wie z. B. Niob-Titan (NbTi), Niob-Zinn (Nb₃Sn) oder Vanadium-Gallium (V₃Ga) zu erzeugen. Die Speichereinrichtungen enthalten im allgemeinen ein Solenoidsystem aus diesen Leitern, in weiche während Niederlastzeiten die elektrische Energie über Gleichrichter aus einem angeschlossenen Wechselstromnetz eingespeist wird. Durch ein Kurzschließen des Solenoidsystems mittels eines oder mehrerer Dauerstromschalter läßt sich die eingespeiste Energie ohne größere Verluste über längere Zeiten speichern, in Spitzeniastzeiten kann dann die benötigte Energie innerhalb weniger Minuten oder auch über Stunden in das angeschlossene Netz über Wechselrichter wieder abgegeben werden.Such high flux densities are with the help of so-called technical type II superconductors such. B. niobium-titanium (NbTi), niobium-tin (Nb ₃ Sn) or vanadium-gallium (V ₃ Ga) to produce. The storage devices generally contain a solenoid system made up of these conductors, into which the electrical energy is fed via rectifiers from a connected alternating current network during times of low load. By short-circuiting the solenoid system using one or more permanent current switches, the fed-in energy can be stored for longer periods of time without major losses.In peak times, the required energy can then be returned to the connected network via inverters within a few minutes or even over hours.

Aus der eingangs genannten Literaturstelle »Electrical World« ist eine supraleitende Energiespeichereip,-richtung bekannt, die mehrere Gigawattstunden speichern soll. Für diese Einrichtung ist ein supraleitendes Solenoidsystem mit drei supraleitenden Teilsolenoiden um eine gemeinsame vertikale Achse vorgesehen, die einen Durchmesserzwischen 100und 150 m haben,4 bis 5 m breit und 8 bis 10 m hoch sind. Zur Kühlung dieser Teilsolenoide sind diese jeweils in einem eigenen Kühlmittelbad angeordnet. Jedes Teilsolenoid soll an Ort und Stelle in einem unterirdischen, in Felsgestein getriebenen Tunnelstollen erstellt werden. Die Tunnelstollen befinden sich dabei in vertikal gegeneinander versetzten, parallelen Ebenen.
Bei dieser bekannten Energiespeichereinrichtung ist ein zentral, längs der gemeinsamen Spulenachse vertikal verlaufender Hauptschacht vorgesehen, von dem aus horizontale, radial verlaufende Seitenschächte zu den einzelnen Tunnelstolien mit den Teilsolenoiden abzweigen. Es kann deshalb davon ausgegangen werden, daß die Stromzuleitung zwischen einem oberirdisch, zentral angeordneten Wechselrichter und den Teilsolenoiden sowie die elektrische Verbindung der Teilsolenoide untereinander und mit der Stromzuleitung über diese Schächte erfolgt. Die sich in dem äußeren, von den Teilsolenoiden erzeugten Magnetfeld befindenden Stromleitungen sind dann jedoch verhältnismäßig lang, so daß es schwierig ist, die thermischen Verluste dieser Stromleitungen möglichst klein, d. h. auf einem wirtschaftlich vertretbaren Wert zu halten. Dabei ist außerdem noch die Forderung zu beachten, daß die Teilsolenoide aufgrund ihrer Verbindungen mit diesen Stromleitungen nicht zusätzlichen thermischen Verlusten ausgesetzt werden.A superconducting energy storage device, which is supposed to store several gigawatt hours, is known from the literature reference "Electrical World" mentioned at the beginning. For this device, a superconducting solenoid system is provided with three superconducting partial solenoids around a common vertical axis, which have a diameter between 100 and 150 m, are 4 to 5 m wide and 8 to 10 m high. To cool these partial solenoids, they are each arranged in their own coolant bath. Each partial solenoid is to be created on the spot in an underground tunnel drifted into rock. The tunnel tunnels are located in parallel planes that are vertically offset from one another.
In this known energy storage device, a central main shaft running vertically along the common coil axis is provided, from which horizontal, radial side shafts branch off to the individual tunnel stoles with the partial solenoids. It can therefore be assumed that the power supply between an above-ground, centrally arranged inverter and the partial solenoids, as well as the electrical connection of the partial solenoids to one another and to the power supply, takes place via these shafts. The power lines located in the external magnetic field generated by the partial solenoids are then relatively long, so that it is difficult to keep the thermal losses of these power lines as small as possible, ie to keep them at an economically acceptable value. The requirement that the partial solenoids are not exposed to additional thermal losses due to their connections to these power lines must also be observed.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die supraleitende Energiespeichereinrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß ihre über ein Kühlmittel abzuführenden thermischen Verluste verhältnismäßig gering sind.The object of the present invention is therefore to provide the superconducting energy storage device of the above designed so that their thermal losses to be dissipated via a coolant are relatively low.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs aufgeführten Merkmale gelöstAccording to the invention, this object is achieved by the features listed in the characterizing part of the main claim solved

Die mit dieser Ausgestaltung der Energiespeichereinrichtung verbundenen Vorteile bestehen insbesondere darin, daß nur verhältnismäßig kurze supraleitende Hin- und Rückleiter benötigt werden, die zudem noch soweit wie möglich in Kabeln zusammengefaßt sind. Hierdurch sind die Kühlrnittelverluste der Kabel entsprechend begrenzt Außerdem ist nur ein einziger, konstruktiv verhältnismäßig aufwendiger Anschlußteil mit einem Übergang seiner Leiter von Raumtemperatur auf Tieftemperatur erforderlich, der ebenso wie der normalleitende Dauerstromschalter leicht zugänglich ist Da der Fortsetzungsteil unabhängig von dem obersten Teilsolenoid zu kühlen ist, kann durch eine entsprechende Kühlung dieses Fortsetzungsteils eine Einleitung größerer Wärmemengen in das angeschlossene Teilsoleno^:d weilgehend unterbunden werden. Aufgrund der Kühlung der Hin- und Rückleiter des Verbindungskabels mit dem Kühlmittel des tieferliegenden Teilsolenoids ergeben sich vorteilhaft nur verhältnismäßig wenige Trennstellen zwischen den Kühlmittelräumen derTeilsolenoide.The advantages associated with this embodiment of the energy storage device are, in particular, that only relatively short superconducting forward and return conductors are required, which are also combined as far as possible in cables. As a result, the cooling medium losses of the cables are limited accordingly. can be prepared by appropriate cooling this continued portion an introduction of greater amounts of heat into the connected ^Teilsoleno: d can be suppressed because continuous. Due to the cooling of the forward and return conductors of the connecting cable with the coolant of the lower-lying partial solenoid, there are advantageously only relatively few separating points between the coolant spaces of the partial solenoids.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Energiespeichereinrichtung nach der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Advantageous refinements of the energy storage device according to the invention emerge from the subclaims emerged.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren in den Unteransprüchen gekennzeichneten Weiterbildungen wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren F i g. 1 die elektrischen Verbindungen einer Energiespeichereinrichtung schematisch angedeutet sind. Die F i g. 2 und 3 zeigen eine thermische Trennsteüe bzw. ein Verbindungselement im Kabeisystem dieser Energiespeichereinrichtung, während in Fig.4 eine Halterung im Fortsetzungsteil des Anschlußteils dieses Kabelsystems veranschaulicht ist.To further explain the invention and its further developments characterized in the subclaims reference is made below to the drawing, in the F i g. 1 the electrical connections of a Energy storage device are indicated schematically. The F i g. 2 and 3 show a thermal isolator or a connecting element in the cable system of this energy storage device, while in Fig.4 a holder is illustrated in the continuation part of the connection part of this cable system.

Bei dem in F i g. 1 angedeuteten Teil eines Längsschnittes durch eine supraleitende Energiespeichereinrichtung enthält ein als Solenoidsystem geschalteter Speichermagnet drei supraleitende Teilsolenoide 2, 3 und 4. Diese Teilsolenoide sind unterirdisch und konzentrisch zu einer gemeinsamen Spulenachse 5 in Stollen angeordnet, die in vertikal gegeneinander versetzten Ebenen liegen und beispielsweise in Felsgestein getrieben sind. Während sich das oberste und unterste Teilsolenoid 2 bzw. 4 auf gleichem Radios η bezüglich der Spulenachse 5 von beispielsweise 75 m befinden, ist der Radius r-i des zwischen ihnen liegenden Teilsolenoids 3 geringer und beträgt zum Beispiel 60 m. Für die Teilsolenoide 2 bis 4 ist eine Badkühlung vorgesehen, wobei vorteilhaft Helium. II zur Aufrechterhaltung der supraleitenden Betriebstemperatur von etwa 1,8 K der Supraleiter verwendet wird.In the case of the FIG. 1 indicated part of a longitudinal section through a superconducting energy storage device, a storage magnet connected as a solenoid system contains three superconducting partial solenoids 2, 3 and 4. These partial solenoids are arranged underground and concentric to a common coil axis 5 in tunnels that are in vertically offset levels and, for example, in rock are driven. While the top and bottom partial solenoids 2 and 4 are on the same radios η with respect to the coil axis 5 of, for example, 75 m, the radius ri of the partial solenoid 3 lying between them is smaller and is, for example, 60 m a bath cooling provided, advantageously helium. II is used to maintain the superconducting operating temperature of about 1.8 K of the superconductor.

Die drei Teilsolenoide sind elektrisch hintereinandergeschaltet und können während des Speicherbetriebs mittels eines Dauerstromschalters 6 kurzgeschlossen werden. Dieser Schalter ist unter anderem aus Gründen einer guten Zugänglichkeit oberhalb der Erdoberfläche 7 auf Raumtemperatur angeordnet, d. h. er besitzt ungekühlte Kontakte aus normalleitendem Material. In diesem Fall ergeben sich nämlich nur zwei Übergangsstellen der vorzusehenJen Stromleitungen zwischen normalleitenden und supraleitenden Leitungsteilen. Der Dauerstromschalter 6, der oberirdisch über eine in der Figur nicht dargestellte Stromrichteranlage mit einem Wechselst) omnetz verbunden ist, ist direkt oberhalb dos obersten Teilsolenoids 2 angeordnet, so daß die vorzusehenden elektrischen Leitungen besonders kurz sind.The three partial solenoids are electrically connected in series and can be used during storage operation be short-circuited by means of a continuous current switch 6. This switch is for reasons, among other things A good accessibility above the earth's surface 7 arranged at room temperature, d. H. he owns uncooled Contacts made of normally conductive material. In this case there are only two transition points The power lines to be provided between normally conducting and superconducting parts of the line. Of the Continuous current switch 6, which is above ground via a converter system (not shown in the figure) with a Wechselst) omnetz is connected, is arranged directly above dos uppermost partial solenoids 2, so that the to be provided electrical lines are particularly short.

Die Stromführungsrichtung durch die mit einem oberirdisch liegenden Anschluß über eine Stromzuführung elektrisch verbundene Energiespeichereinrichtung ist in F i g. 1 durch Pfeile an den entsprechenden Stromleitungen angedeutet. Danach wird der Strom über einen Hinleiter 8 eines von dem Anschluß ausgehenden, als Kabelendverschluß gestalteten Anschlußteiles 9 und einen Hinleiter 10 eines daran angeschlossenen, unterirdisch velraufenden kabelartigen Fortsetzungsteiles 11 in das oberste Teilsolenoid 2 eingespeist. Nach dessen Durchlaufen gelangt der Strom über einen Hinleiter 13 eines Verbindungskabels 14 in das mittlere Teilsolenoid 3 und von dort aus über einen Hinleiter 16 eines entsprechenden Verbindungskabels 17 in das untere Teilsolenoid 4. Die Stromrückführung erfolgt im Bereich der Teilsolenoide 2 bis 4 jeweils durch das Kühlmittelbad dieser Teilsolenoide. Die entsprechenden Leiter sind in Fig. 1 mit 19 bis 21 bezeichnet Zwischen den Teiisolenoiden bzw. zwischen dem oberen Teilsolenoid 2 und dem Dauerstromschalter 6 wird der Strom ebenfalls über die Verbindungskabel 17 und 14 bzw. den Fortsetzungst(.:l 11 und den Anschlußteil 9 zurückgeführt Hierzu sind Rückleiter 23 i>nd 24 zwischen den einzelnen Teilsolenoiden und ein Rückleiter 25 zwischen dem oberen Teilsolenoid 2 und dem Anschlußteil 9 sowie ein sich daran anschließender, bis zu dem Dauerstromschalter 6 verlaufender Rückleiter 26 koaxial zu den entsprechenden Hinleitern 16, 13, 10 und 8 angeordnet. Durch eine koaxiale Ausführung der kabelartigen Teile 11, 14 und 17 wird nämlich vorteilhaft erreicht, daß in ihren Hin- und Rückleitern durch das von den Teilsolenoiden 2 bis 4 erzeugte äußere Magnetfeld etwa gleichgroße, entgegengesetzt gerichtete LoreiHjs-Kraiie auftreten. Dabei müssen diese KTäfte nur im kalten Bereich aufgenommen werden, während auf Umgebungstemperatur keine Kräfte zu übertragen sind.The current flow direction through the with an above-ground connection via a power supply electrically connected energy storage device is shown in FIG. 1 by arrows on the corresponding power lines indicated. After that, the current is passed through a forward conductor 8 of a designed as a cable termination connector 9 and a forward conductor 10 of a connected thereto, underground Velraufenden cable-like continuation part 11 is fed into the uppermost partial solenoid 2. After that When passing through, the current reaches the middle partial solenoid via a forward conductor 13 of a connecting cable 14 3 and from there via a forward conductor 16 of a corresponding connecting cable 17 into the lower partial solenoid 4. The current is returned in the area of the partial solenoids 2 to 4 in each case through the coolant bath of these partial solenoids. The corresponding heads are in Fig. 1 with 19 to 21 denotes between the Teiisolenoiden or between the upper partial solenoid 2 and the constant current switch 6, the current is also Via the connecting cables 17 and 14 or the continuation (.: l 11 and the connecting part 9 are fed back. For this purpose, return conductors 23 and 24 are between the individual elements Part solenoids and a return conductor 25 between the upper part solenoid 2 and the connecting part 9 and a subsequent return conductors 26 extending up to the continuous current switch 6 coaxially to the corresponding ones Outward ladders 16, 13, 10 and 8 arranged. By a coaxial design of the cable-like parts 11, 14 and 17 is namely advantageously achieved that in their forward and return conductors through that of the partial solenoids 2 to 4 generated external magnetic field about the same size, oppositely directed LoreiHjs-Kraiie occur. These forces only have to be absorbed in the cold area while at ambient temperature no forces are to be transferred.

Als oberirdischer Anschlußteil 9 kann beispielsweise die aus der Veröffentlichung »Siemens Forschungs- und Entwicklungs-Berichte«, Band 8 (1979), Nr. 1, Seiten 16 bis 22 bekannte Hochspannungs- und Küh'imittelzuführung mit normalleitenden Hin- und Rückleitern 8 bzw. 26 dienen. Bei dem an diesen Anschlußteil 9 angeschlossenen, unterirdischen kabelartigen Fortsetzungsteil 11 handelt es sich um ein supraleitendes Kabel mit einem beispielsweise halbflexiblen Aufbau, wie er aus der Veröffentlichung »Siemens Forschungs- und Entwicklungs-Berichte«, Band 8(?979), Nr. 1, Seiten 1 bis 7 bekannt ist. Die Verbindungskabel 14 und 17 können zweckmäßig einen dem kabelartigen Fortsetzungsteil 11 entspreeher. Jen Aufbau haben.As an above-ground connection part 9, for example, from the publication “Siemens research and Development reports ", Volume 8 (1979), No. 1, pages 16 to 22 known high-voltage and coolant supply with normally conducting outward and return conductors 8 and 26, respectively. When connected to this connector 9, underground cable-like continuation part 11 is a superconducting cable with a for example, semi-flexible structure, as shown in the publication "Siemens Research and Development Reports", Volume 8 (? 979), No. 1, Pages 1 to 7 is known. The connecting cables 14 and 17 can expediently correspond to a cable-like continuation part 11. Jen build up.

Obwohl die Teilsolenoide 2 bis 4 selbst durch ein 1,8 K-Helium-II-ßdd gekühlt werden, wird zrj· Kühlung des vertikal verlaufenden Fortsetzungsteils 11 zwischen dem Anschlußteil 9 und dem obersten Teilsolenoid 2 vorteilhaft zwangsweise strömendes Helium mit etwa 3 bis 5 Kelvin vorgesehen. Dadurch treten im Anschlußteil zwischen dessen normalsiedendem Helium-Bad, welches Abgas zur Kühlung der Leiter 8 und 2ö liefert, und dem forcierten Helium keine oder nur geringe Temperaturunterschiede und entsprechende kleine thermische Verluste auf. /*us dieser Kühlart folgt jedoch, daß an dem unteren, dem Teilsolenoid 2 zugewandten Ende des Fortesetzungsteils 11 eine thermische Trennstelle 28Although the partial solenoids 2 to 4 are themselves cooled by a 1.8 K helium-II-ßdd, zrj · cooling of the vertically extending continuation part 11 between the connection part 9 and the uppermost partial solenoid 2 advantageously forcibly flowing helium with about 3 up to 5 Kelvin provided. As a result, in the connection part between its normal-boiling helium bath, which exhaust gas for cooling the conductors 8 and 20 supplies, and the forced helium no or only slight temperature differences and corresponding small thermal losses. / * It follows from this type of cooling that a thermal separation point 28 on the lower end of the continuation part 11 facing the partial solenoid 2

erforderlich ist. Außerdem werden die Hin- und Rückleiter 13,24 bzw. 16,23 der Verbindungskabel 14 und 17 von dem Helium Il-Bad des jeweils unteren Teilsolenoids 3 bzw. 4 mitgekühlt. An dem dem oberen Teilsolenoid 2 zugewandten oberen Ende des Verbindungska- s bels 14 und entsprechend an dem dem Teilsolenoid 3 zugewandten oberen Ende des Verbindungskabels 17 werden dann ebenfalls thermische Trennstellen 29 bzw. 30 benötigt. Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Trennstelle, beispielsweise der Trennstelle 28, ist sehematisch in F i g. 2 als Längsschnitt angedeutet. Diese Trennstelle enthält ein äußeres Heliumrohr 32, in dem eine thermische und elektrische Isolation 33 die oberen Räume 34 und 35 für das forcierte Helium von etwa 5K zur Kühlung des kabeiförmigen Fortsetzungsteils 11 von einem unteren Raum 36 trennt, der mit Helium II von etwa 1,8 K des Teilsolenoids gefüllt ist. Durch die Isolation 33 sind die Kabelleiter IO und 25 in ihrer konzentrischen Anordnung hindurchgeführt. 'wie F i g. 2 noch ferner zu entnehmen ist, kann das forcierte Helium in. einen Ringkanal 38 am Außenrand des Heliumrohres 32 durch den oberen Teil der thermischen und elektrischen Isolation 33 hindurch eingeleitet und von dort aus über einen Austritt 39 beispielsweise einem Strahlungsschild zu dessen Kühlung zugeführt werden.is required. In addition, the forward and return conductors 13, 24 and 16, 23 of the connecting cables 14 and 17 from the helium II bath of the respective lower partial solenoid 3 or 4 also cooled. At the upper end of the connection box facing the upper partial solenoid 2 lever 14 and correspondingly on the upper end of the connecting cable 17 facing the partial solenoid 3 Thermal separation points 29 and 30 are then also required. An embodiment of such a The separation point, for example the separation point 28, is shown schematically in FIG. 2 indicated as a longitudinal section. These Separation point contains an outer helium tube 32, in which a thermal and electrical insulation 33 the upper Spaces 34 and 35 for the forced helium of about 5K for cooling the cable-shaped continuation part 11 from a lower space 36 which is filled with helium II of about 1.8 K of the partial solenoid. Through the Insulation 33, the cable conductors IO and 25 are passed through in their concentric arrangement. 'as in Fig. 2 can also be seen, the forced helium in. An annular channel 38 on the outer edge of the helium tube 32 introduced through the upper part of the thermal and electrical insulation 33 and from there For example, a radiation shield can be fed via an outlet 39 to cool it.

Gemäß dem in Fi g. 1 angedeuteten Ausführungsbeispiel einer Speichereinrichtung sind an der Einspeisung in die Teilsoienoide 2 bis 4 jeweils die flexiblen Hinleiter IO, 13 und 16 der kabeiförmigen Teile 11,14 und 17 mit den entsprechenden Spulenleitern zu verbinden. Diese Spulenleiter müssen hingegen kompakt d. h. nichtflexibel ausgeführt sein. Die Rückleiter 19 bis 21 werden entweder als flexible oder auch als kompakte Letter an den Teilsolenoiden vorbeigeführt. Bei der Leitungsführung gemäß F i g. 1 sind dann fünf entsprechende Verbindungselemente erforderlich. Dabei sind die an den Enden des Teüsc'.er.oids 2 vorzusehenden Verbindungselemente in der Figur mit 41 und 42, die entsprechenden Verbindungselemente des Teilsolenoids 3 mit 43 und 44 und das einzige Verbindungselement zwischen dem Verbindungskabel 17 und dem Teilsolenoid 4 mit 45 bezeichnet. Ein Ausführungsbeispiel eines solchen Verbindungselementes, beispielsweise des Elementes 41, das zwischen der thermischen Trennstelle 28 und dem Teilsolenoid 2 liegt, geht aus dem schematischen Längsschnitt der Fig.3 hervor. In dem oberen Teil dieses Elementes ist jeweils das untere Ende des von dem kabelförmigen Fortsetzungsteil 11 bzw. der thermischen Trennstelle 28 kommenden flexiblen Kabelhinleiter 10 und des ihn koaxial umschließenden, flexiblen Kabelrückleiten 25 ersichtlich. Der innen angeordnete Hinleiter iO befindet sich auf einem rohrförmigen Trägerkörper 46 aus einem isolierenden Material, um den der äußere Rückleiter 25, durch eine hohlzylindrische Isolation 47 von diesem getrennt, angeordnet ist Die unteren, dem Teilsolenoid 2 zugewandten Endstücke 50 und 51 des Hinleiters und des Rückleiters sind über Zwischenstücke 52 und 53 aus elektrisch gut leitendem Material wie z. B. aus Kupfer mit den Enden des kompakten Spulenleiters 55 bzw. der Stromrückführungsleitung 21 verbunden. Da auch zur Kühlung des unteren Endes des inneren Hinleiters 10 das den Spulenleiter 55 kühlenden Helium fl von etwa 13 K verwendet werden soll, sind in dem Kupferzwischenstück 52 Bohrungen 58 vorgesehen, um einen Kühlmittelaustausch zwischen dem von dem Hinleiter 10 bzw. seinem Trägerkörper 46 umschlossenen Innenraum 60 und dem Raum 61 des Kühlmittelbades des Teilsolenoids 2 zu gewährleisten.According to the in Fi g. 1 indicated embodiment of a storage device are at the feed in the partial soienoids 2 to 4, respectively, the flexible outgoing conductors IO, 13 and 16 of the cable-shaped parts 11, 14 and 17 to connect the corresponding coil conductors. This coil conductor, however, must be compact d. H. not flexible be executed. The return lines 19 to 21 are either flexible or compact letters passed the partial solenoids. When routing the cables according to FIG. 1 then five corresponding connecting elements are required. There are those to the Ends of Teüsc'.er.oids 2 connecting elements to be provided in the figure with 41 and 42, the corresponding connecting elements of the partial solenoid 3 with 43 and 44 and the only connection element between the connection cable 17 and the partial solenoid 4 at 45 designated. An embodiment of such a connecting element, For example, the element 41, which is between the thermal separation point 28 and the Part solenoid 2 is located, can be seen from the schematic longitudinal section of FIG. In the upper part of this Element is in each case the lower end of the cable-shaped Continuation part 11 or the flexible cable feeder 10 coming to the thermal separation point 28 and the flexible cable return that coaxially encloses it 25 can be seen. The inside outward conductor OK is located on a tubular support body 46 made of an insulating material, around which the outer return conductor 25, through a hollow cylindrical insulation 47 separated from this, is arranged the lower, the end pieces 50 and 51 of the forward conductor and the return conductor facing the partial solenoid 2 are via intermediate pieces 52 and 53 made of electrically good conductive material such. B. made of copper with the ends of the compact Coil conductor 55 or the current return line 21 connected. Since also for cooling the lower end of the inner forward conductor 10 that the coil conductor 55 cooling helium fl of about 13 K is to be used, are in the copper intermediate piece 52 bores 58 are provided to allow a coolant exchange between the the forward conductor 10 or its carrier body 46 enclosed interior 60 and the space 61 of the coolant bath of the partial solenoid 2 to ensure.

Wie in Fig. 1 ferner angedeutet ist, kann wegen begrenzter Leiterlängen für den vertikal verlaufenden, flexiblen kabeiförmigen Fortsetzungsteil U, der beispielsweise eine Länge von mehreren hundert Metern hat. mindestens eine weitere Verbindung 63 erforderlich sein. Für eine derartige Verbindung läßt sich zum Beispiel eine Ausführungsform wählen, die der in der Veröffentlichung »Siemens Forschungs- und Entwicklungs-Berichte«. Band8 (1979), Nr. 1, Seite 21 dargestellten Ausführungsform entspricht.As is also indicated in Fig. 1, because of limited Head lengths for the vertically extending, flexible cable-shaped continuation part U, for example has a length of several hundred meters. at least one further connection 63 is required be. For such a connection, for example, one can choose an embodiment like that in the publication "Siemens Research and Development Reports". Volume 8 (1979), No. 1, page 21 Embodiment corresponds.

Da sich der kabeiförmige Fortsetzungsteil 11 oberhalb des obersten Teilsolenoids 2 in vertikaler Richtung erstreckt, sind besondere Halterungen für diesen Teil erforderlich. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel einer solchen Halterung ist in Fig. 4 als Längsschnitt schematisch angedeutet. Die innere, flexible Leiteranordnung mit den koaxialen Hin- und Rückleitern des Fortsetzungsteils, die in der Figur allgemein mit 64 bezeichnet ist. wirii uabci vom einer KünsiSiüii-mäfiSCucite 65 umfaßt. Am Umfang dieser Manschette sind beispielsweise drei Haltestäbe 66 befestigt, die mit ihrem anderen Ende an einem äußeren Heliumrohr 67 fixiert sind. Durch eine ausreichend lange Bemessung dieser Haltestäbe ist ein Abbau des elektrischen Potentials zwischen der flexiblen Leiteranordnung 64 auf Hochspannungspotential und dem Heliumrohr 67 auf Erdpotential zu gewährleisten. Der zwischen dem Heliumrohr und Ler flexiblen Leiteranordnung ausgebildete Zwischenraum 68 ist mit flüssigem Helium einer Temperatur zwischen etwa 3 und 5 K ausgefüllt.Since the cable-shaped continuation part 11 extends above the uppermost partial solenoid 2 in the vertical direction special brackets are required for this part. A corresponding embodiment such a holder is indicated schematically in Fig. 4 as a longitudinal section. The inner, flexible conductor arrangement with the coaxial forward and return conductors of the continuation part, generally designated 64 in the figure is. wirii uabci from a KünsiSiüii-mäfiSCucite 65 includes. On the circumference of this cuff, for example, three holding rods 66 are attached to their the other end are fixed to an outer helium tube 67. By dimensioning this for a sufficiently long time Holding rods are a reduction in the electrical potential between the flexible conductor arrangement 64 to high-voltage potential and the helium tube 67 to ensure earth potential. The one between the helium tube and spaces formed in the flexible conductor assembly 68 is filled with liquid helium at a temperature between about 3 and 5 K.

Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ist angenommen, daß die Leiter 10 und 25 des kabeiförmigen Fortsetzungsteils 11 forciert mit flüssigem Helium zwischen 3 und 5 K gekühlt sind. Ebensogut können jedoch diese Leiter auch durch ein stehendes Bad mit Helium II auf Supraleitungstemperatur gehalten werden. Da in diesem Falle jedoch der Wärmestrom in das Helium II-Bad von unten nach oben zunimmt, wird vorteilhaft ein nach dem oberen Ende des Fortsetzungsteils hin sich erweiternder Querschnitt für das Kühlmittel vorgesehen. Auf diese Weise läßt sich der Wärmestrom unterhalb des für eine Aufrechterhaltung der Superfluidität des Heliums kritischen Wertes des Wärmestromes halten.In the embodiment according to FIG. 1 it is assumed that the conductors 10 and 25 of the cable-shaped continuation part 11 are forced to cool with liquid helium between 3 and 5 K. However, they can just as well Conductors can also be kept at superconducting temperature by a standing bath with helium II. Because in this If, however, the heat flow into the helium II bath increases from bottom to top, then it is advantageous to do so the upper end of the continuation part towards widening cross-section provided for the coolant. on In this way, the heat flow can be kept below that for maintaining the superfluidity of the helium keep the critical value of the heat flow.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Superconducting energy storage device with a superconducting solenoid system consisting of at least two connected in series, underground around a common vertical axis, however vertically offset from one another arranged superconducting partial solenoids consists, each located in a coolant bath, and with a power supply to each of the two free ends electrically connects the solenoid system to a connection above ground at room temperature, characterized by the following features: