DE3206934A1

DE3206934A1 - Method and device for the storage and/or recovery of excess energy

Info

Publication number: DE3206934A1
Application number: DE19823206934
Authority: DE
Inventors: Erich 7853 Steinen Pfanstiel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-02-26
Filing date: 1982-02-26
Publication date: 1983-09-15

Abstract

A method, particularly for the storage of excess energy, such as, for example, night-time electrical current, proposes that an elastic air reservoir (6) be placed under high pressure by means of the excess energy and/or that this be provided with greater volume, this air reservoir lying under water at least during its discharge, so that due to the hydrostatic pressure an increased output can be achieved by way of a turbine during discharging of the air reservoir. At the same time the filling of the air reservoir (6) can be performed in particular when no or little water is contained in the water vessel or container (3, 3a), because this has been pumped into a higher reservoir likewise by means of night-time electrical current or excess energy. <IMAGE>

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Speicherung und/oder Rückgewinnung überschüssiger Energie Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Speicherung und/oder Rückgewinnung überschüssiger Energie wie Nachtstrom, Windenergie od. dgl., wobei vorzugsweise der hydrostatische Druck von Wasser ausgenutzt wird.Method and device for storing and / or recovering excess material Energy The invention relates to a method and a device for storage and / or recovery of excess energy such as night power, wind energy or the like, the hydrostatic pressure of water is preferably used.

Zur Speicherung und Rückgewinnung von Nachtstrom sind Pumpspeicherwerke bekannt. Der während der Nacht zu viel anfallende Strom wird dabei benutzt, Pumpen anzutreiben, mit denen Wasser in ein höher liegendes Reservoir gefördert wird. Am Tage kann durch das herabströmende Wasser eine Turbine zusätzlichen Strom erzeugen, wenn entsprechende Belastungen des Stromnetzes auftreten.Pump storage plants are used to store and recover night-time electricity known. The too much electricity generated during the night is used for pumps to drive, with which water is pumped into a higher-lying reservoir. At the Days a turbine can generate additional electricity through the water flowing down, if corresponding loads occur on the power grid.

Dabei wurde auch schon vorgeschlagen, Windräder zur Unterstützung der Pumpleistung einzusetzen.It has already been suggested that wind turbines be used as a support to use the pump power.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Speicherung und Rückgewinnung überschüssiger Energie zu schaffen, welches nur geringe Installationen zur Folge hat. Vor allem ist Ziel der Erfindung, eventuell schon vorhandene Einrichtungen zur Speicherung von überschüssiger Energie in ihrer Ausbeute und Wirkungsweise zu verbessern.The invention is based on the object of a method for storage and recovering excess energy to create low installations has the consequence. Above all, the aim of the invention is any existing facilities to store excess energy in its yield and mode of action to enhance.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht im wesentlichen darin, daß ein nachgiebiges Luftreservoir mittels der überschüssigen Energie mit erhöhtem Druck und/oder vergrößertem Volumen versehen und bei Bedarf durch darauf lastendes Wasser zusammengedrückt und über eine Turbine od. dgl.The solution to this problem is essentially that a compliant Air reservoir by means of the excess energy with increased pressure and / or increased Volume provided and, if necessary, squeezed by the water resting on it and via a turbine or the like.

wieder entleert wird. Ein nachgiebiges Luftreservoir vorzusehen, bedarf kaum eines zusätzlichen Aufwandes, während je nach Größe dieses Reservoirs mehr oder weniger überschüssige Energie gespeichert werden kann. Je nach Höhe des darüber lastenden Wassers kann dabei die Effektivität vergrößert werden.is emptied again. Providing a resilient air reservoir is necessary hardly any additional effort, while depending on the size of this reservoir more or less excess energy can be stored. Depending on the amount of the above The effectiveness of polluting water can be increased.

Eine Ausgestaltung der Erfindung von eigener schutzwürdiger Bedeutung kann darin bestehen, das auf dem Luft- oder Gasreservoir lastende Wasser zur weiteren Energie-Rückgewinnung vorzugsweise mit überschüssiger Energie, wie Nachtstrom od.An embodiment of the invention of its own worthy of protection can consist in adding the water burdening the air or gas reservoir to another Energy recovery, preferably with excess energy, such as night power or.

dgl., in größere Höhe zu pumpen, danach das leere Behältnis mit zusätzlicher Luft zu füllen und unter Druck zu setzen und dann das hochgepumpte Wasser über eine Stromerzeugungsanlage auf das Luftreservoir zu leiten und dadurch dieses einem erhöhten Druck auszusetzen. Dies bedeutet, daß das Luft- oder Gasreservoir zweckmäßigerweise in dem unteren Wasserbehältnis einer Pumpspeicheranlage untergebracht wird, um die Ausbeute dieses Speicherwerkes erheblich zu vergrö-Adern. In vorteilhafter Weise kann nämlich das Luftreservoir mit relativ wenig Aufwand gefüllt werden, während das Wasser aus dem unteren Behälter in den oberen umgepumpt ist, also mit geringerem oder gar keinem Druck auf diesem Luftreservoir lastet. Ist die gespeicherte Energie des Wassers dadurch ausgenutzt worden, daß es aus größerer Höhe in das untere Reservoir geströmt ist, kann es dort durch den höheren hydrostatischen Druck ein zweites Mal nutzbar gemacht werden, weil es das Luftreservoir unter größeren Druck setzt und mit entsprechender Kraft durch eine Turbine treiben kann.Like. To pump to a greater height, then the empty container with additional To fill air and pressurize and then the pumped up water over a To direct power generation system to the air reservoir and thereby increase this one To put pressure on. This means that the air or gas reservoir is expedient is housed in the lower water tank of a pump storage system to the Yield of this storage unit to enlarge veins considerably. In an advantageous manner namely, the air reservoir can be filled with relatively little effort while the water is pumped from the lower container into the upper one, so with less or no pressure at all on this air reservoir. Is the stored energy of the water has been exploited in that it enters the lower reservoir from a great height has flowed, it can flow there a second time due to the higher hydrostatic pressure can be made usable because it puts the air reservoir under greater pressure and can drive through a turbine with the appropriate force.

Die Erfindung hat ferner zum Ziel, eine Vorrichtung zur Speicherung und/oder Rückgewinnung überschüssiger Energie zu schaffen und die entsprechende Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein nachgiebiges Gas- oder Luftbehältnis innerhalb eines Wasserbehälters oder Gewässers angeordnet und über eine Auslaßleitung mit einer Arbeitsmaschine und/oder einem Stromerzeuger od. dgl. verbunden ist. Ein unter Wasser befindliches Luft- oder Gasbehältnis kann mit überschüssiger Energie unter erheblichen Druck gesetzt werden, der jeweils durch den hydrostatischen Druck des darüber lagernden Wassers noch gesteigert ist. Entsprechend hohe Strömungsgeschwindigkeiten können beim Ablassen der Luft oder des Gases über eine Turbine erzielt werden.The invention also has the aim of providing a device for storage and / or recovery of excess energy and the corresponding Device is characterized in that a flexible gas or air container arranged within a water container or body of water and via an outlet line with a work machine and / or a power generator or the like. Is connected. A The air or gas container under water can use excess energy are put under considerable pressure, each by the hydrostatic pressure of the overlying water is still increased. Correspondingly high flow velocities can be achieved by venting the air or the gas via a turbine.

Um aufwendige Bauten zu vermeiden, die die Aufbringung des hydrostatischen Druckes auf das Luftbehältnis erlauben, ist es zweckmäßig, wenn das Luft- oder Gasbehältnis in einem Wasserbehältnis, insbesondere einem See od. dgl. unter der Wasseroberfläche angeordnet und insbesondere beim Entleeren dem hydrostatischen Druck des Wassers ausgesetzt ist. Dabei kommt als Wasserbehälter zur Aufnahme des Luftbehältnisses der untere Wasserbehälter od. dgl. eines Pumpspeicherwerkes in Frage. Dadurch kann erreicht werden, daß bei leerem Wasserbehältnis und entsprechend geringem Gegendruck ein leichtes Füllen des Luftbehältnisses möglich ist und nach der Rückgewinnung der Energie des herabströmenden Wassers dieses das Luftbehältnis zusätzlich unter Druck setzt.In order to avoid complex structures that require the application of the hydrostatic Allow pressure on the air container, it is useful if the air or gas container in a water container, in particular a lake or the like under the surface of the water arranged and especially when emptying the hydrostatic pressure of the water is exposed. The air container is used as a water container the lower water tank or the like of a pumped storage plant in question. This can can be achieved that with an empty water container and correspondingly low counter pressure easy filling of the air reservoir is possible and after recovery the energy of the water flowing down this the air container additionally under Pressure sets.

Eine besonders preiswerte Verwirklichung der Erfindung ergibt sich, wenn als Gas- oder Luftbehältnis ein hinsichtlich seines Volumens zusammendrückbarer Luftsack od. dgl. vorgesehen ist, der vorzugsweise wenigstens teilweise aus Kunststoff -Folie besteht. Dabei ist es auch möglich, daß der Boden des Wasserbehältnisses den Luftsack od. dgl. enthält, wobei zumindest die untere Begrenzung dieses Luftsackes und der Behälterboden fest miteinander verbunden sind, so daß ein Zutritt von Wasser unter das Luftbehältnis vermieden ist.A particularly inexpensive implementation of the invention results, if, as a gas or air container, one that is compressible in terms of its volume Airbag od. The like. Is provided, which is preferably at least partially made of plastic -Film is made. It is also possible that the bottom of the water container Contains the airbag or the like, at least the lower limit of this airbag and the container bottom are firmly connected to one another, so that an ingress of water is avoided under the air reservoir.

Dadurch können die Auftriebskräfte, die an dem Luftbehältnis angreifen, kleingehalten oder ganz vermieden werden. Dabei ist es auch möglich, daß zur Schaffung des Luftbehälters der Boden eines Wasserbehältnisses doppelt ausgebildet ist und zumindest die obere Wandung der unteren Kammer zur Vergrößerung von deren Volumen und zur Aufnahme von mehr oder weniger Luft anhebbar und absenkbar, insbesondere membranartig aufwölbbar und eindrückbar ist. Eine solche Lösung bietet sich vor allem dann an, wenn ein Wasserreservoir von vornherein neu gestaltet oder neu geschaffen werden soll. Wenn dabei der Boden dieses Wasserbehältnisses von einer genügend großen Membran gebildet ist, kann der Wasserdruck überhaupt nicht unter dem Luftbehälter wirksam werden, also keinen Auftrieb erzeugen.As a result, the buoyancy forces acting on the air container can kept small or avoided altogether. It is also possible that to create of the air tank, the bottom of a water container is double and at least the upper wall of the lower chamber to increase its volume and can be raised and lowered to take in more or less air, in particular Can be bulged and depressed in a membrane-like manner. Such a solution suggests itself especially when a water reservoir is redesigned or recreated from the outset shall be. If the bottom of this water container is large enough Membrane is formed, the water pressure can not at all under the air tank become effective, i.e. do not generate any buoyancy.

Eine andere Lösung kann jedoch darin bestehen, daß ein nachträglich in ein Behältnis einbringbarer Luftsack od. dgl.Another solution, however, is that a subsequent Air bag that can be introduced into a container or the like.

am Boden des Behältnisses verankert ist. Dies hat den Vorteil, daß im Falle von notwendigen Reparaturen oder Wartungen die Verankerung gelöst und dadurch das Behältnis an die Wasseroberfläche gebracht werden kann. Dabei sei erwähnt, daß der Luftsack od. dgl. Gasbehältnis auch am Grund eines Flusses angeordnet sein kann, wenn keine anderen Gewässer zur Verfügung stehen.is anchored to the bottom of the container. This has the advantage that in the event of necessary repairs or maintenance, the anchoring is loosened and thereby the container can be brought to the surface of the water. It should be mentioned that the airbag or similar gas container can also be arranged at the bottom of a river, when no other waters are available.

Nachstehend ist die Erfindung mit ihren ihr als wesentlich zugehörenden Einzelheiten anhand der Zeichnung in zwei Ausführungsbeispielen noch näher beschrieben. Es zeigt in scher matisierter Darstellung: Fig. 1 ein Pumpspeicherwerk, bei welchem in dem unteren Wasserreservoir ein Luftbehältnis mit einem Ausgang zu einer Turbine angeordnet ist, und Fig. 2 ein Luftbehältnis mit einem Anschluß an ein Turbinenhaus innerhalb eines beliebigen Gewässers, wobei in beiden Fällen die Gewässer der besseren Übersichtlichkeit wegen wesentlich kleiner als in Wirklichkeit dargestellt sind.The following is the invention and its essential pertaining to it Details are described in more detail with reference to the drawing in two exemplary embodiments. It shows in a schematic representation: FIG. 1 shows a pumped storage plant in which in the lower water reservoir an air container with an outlet to a turbine is arranged, and FIG. 2 shows an air container with a connection to a turbine house within any body of water, whereby in both cases the For the sake of clarity, waters are much smaller than in reality are shown.

Ein im ganzen mit 1 bezeichnetes Pumpspeicherwerk (Fig. 1) weist in üblicher Weise ein oberes Wasserreservoir 2 und ein unteres Wasserreservoir 3 auf. Nachts kann das Wasser aus dem unteren Wasserreservoir 3 mit Hilfe von überschüssigem Nachtstrom über entsprechende Rohrleitungen od. dgl. in das obere Wasserreservoir 2 gepumpt werden, während es am Tage zur Rückgewinnung dieser Energie durch eine Rohrleitung 4 über Turbinen in einem Turbinenhaus 5 wieder in das untere Wasserreservoir 3 gelangt.A pumped storage plant designated as a whole by 1 (FIG. 1) has in Usually an upper water reservoir 2 and a lower water reservoir 3. At night, the water from the lower water reservoir 3 with the help of excess Night electricity through appropriate pipelines or the like into the upper water reservoir 2 can be pumped during the day to recover this energy through a Pipeline 4 via turbines in a turbine house 5 back into the lower water reservoir 3 arrives.

Erfindungsgemäß ist zur Vergrößerung der Energiespeicherung im unteren Wasserreservoir ein Luftbehältnis 6 vorgesehen, welches im Ausführungsbeispiel als Luftsack ausgebildet ist.According to the invention is to increase the energy storage in the lower Water reservoir an air container 6 is provided, which in the exemplary embodiment as Air bag is formed.

Dieser Luftsack steht über eine Leitung 7 mit einem weiteren Turbinenhaus 8 in Verbindung. Über die Leitung 7 kann der Luftsack 6 mit überschüssigem Strom oder eventuell auch mit Hilfe von Windenergie aufgeblasen und unter Druck gesetzt werden, während er über die in dem Turbinenhaus 8 befindlichen Turbinen auch wieder entleert werden kann, so daß dann die gespeicherte Energie zurückgewonnen wird.This airbag is connected to a further turbine house via a line 7 8 in connection. The airbag 6 can with excess current via the line 7 or possibly inflated and pressurized with the help of wind energy while he is on the turbines located in the turbine house 8 again can be emptied so that the stored energy is then recovered.

Bei dieser Anordnung ist besonders vorteilhaft, daß das Luftbehältnis 6 gefüllt werden kann, wenn das untere Wasserreservoir 3 möglichst leer ist. Dann lastet auf dem Luftbehältnis 6 nur ein geringer oder gar kein hydrostatischer Druck, so daß das Füllen des Luftbehältnisses 6 mit relativ wenig Kraft und Widerstand erfolgen kann. Wird das untere Wasserreservoir 3 dann zur Rückgewinnung des gespeicherten Stromes wieder gefüllt, setzt es gleichzeitig das Luftbehältnis 6 unter hydrostatischen Druck, so daß eine entsprechend größere Ausströmgeschwindigkeit über die Turbinen im Turbinenhaus 8 erzielt werden kann. Entsprechend mehr Leistung kann erzeugt werden.In this arrangement, it is particularly advantageous that the air container 6 can be filled when the lower water reservoir 3 is as empty as possible. then there is little or no hydrostatic pressure on the air reservoir 6, so that the filling of the air reservoir 6 with relatively little force and resistance can be done. If the lower water reservoir 3 is then used to recover the stored Stromes filled again, it sets the air reservoir 6 under hydrostatic at the same time Pressure, so that a correspondingly greater outflow velocity over the turbines can be achieved in the turbine house 8. Correspondingly more power can be generated.

Steht ein Pumpspeicherwerk 1 nicht zur Verfügung, kann dennoch unter Ausnutzung des hydrostatischen Druckes von Wasser mit Hilfe eines Luftbehältnisses 6 Energie gespeichert werden.If a pumped storage plant 1 is not available, it can still under Utilization of the hydrostatic pressure of water with the help of an air container 6 Energy can be stored.

In Fig. 2 erkennt man eine entsprechende Anordnung, bei der das Luftbehältnis 6, in diesem Falle wiederum ein Luftsack, in einem Gewässer oder Wasserbehälter 3 a angeordnet ist. In diesem Falle muß das Luftbehältnis gegen den hydrostatischen Druck gefüllt werden, was wiederum mit überschüssiger Energie wie z. B. Nachtstrom, Windenergie od. dgl. erfolgen kann. Die Leitung 7 des Luftbehältnisses 6 dient dabei wiederum sowohl zum Füllen als auch zum Entleeren, wobei das Entleeren wieder über eine Turbine in dem Turbinenhaus 8 erfolgen kann.In Fig. 2 one recognizes a corresponding arrangement in which the air container 6, in this case again an air bag, in a body of water or a water tank 3 a is arranged. In this case, the air container against the hydrostatic Pressure are filled, which in turn with excess energy such. B. night power, Wind energy or the like. Can take place. The line 7 of the air container 6 is used here again for both filling and emptying, with emptying again over a turbine in the turbine house 8 can take place.

Der Luftsack 6 besteht zweckmäßigerweise aus einer nachgiebigen Folie, so daß er bis auf ein Volumen von praktisch Null entleert werden kann. Dabei ist eine gute Auspressung eines solchen Luftsackes 6 möglich, weil auf ihm der hydrostatische Druck des Wassers in dem Behälter 3 bzw. 3 a lastet, Es sei erwähnt, daß anstelle eines auf dem Grund eines Gewässers 3 bzw. 3 a verankerten Luftsackes eventuell auch ein fest installierter Behälter mit einer membranartigen Oberseite denkbar ist, die unter dem Druck der eingepreßten Luft aufgewölbt sein kann, während sie bei der Abgabe der gespeicherten Energie eingedrückt wird. Je nach Ausbildung des übrigen Behälterteiles läßt sich dabei ebenfalls eine gute Volumenausnutzung erzielen.The airbag 6 expediently consists of a flexible film, so that it can be emptied to practically zero volume. It is a good compression of such an airbag 6 is possible because of the hydrostatic Pressure of the water in the container 3 or 3 a weighs, It should be mentioned that instead an airbag anchored at the bottom of a body of water 3 or 3a a permanently installed container with a membrane-like top is also conceivable which may bulge under the pressure of the forced-in air while it is pressed in when the stored energy is released. Depending on the training of the The remaining part of the container can also be used to make good use of the volume.

Alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale und Konstruktionsdetails können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander wesentliche Bedeutung haben. All of the features and construction details shown in the description, the claims and the drawing can have significant significance both individually and in any combination with one another.

Claims

Method and device for storing and / or recovering excess material Energy claims-1. Process for storing and / or recovering excess Energy such as night power, wind energy or the like., Preferably the hydrostatic Pressure of water is exploited, d u r c h e k e n n n z e i c h -n e t that a resilient air reservoir (6) by means of the excess energy with increased Provided pressure and / or increased volume and, if necessary, by what is on it Water is compressed and emptied again via a turbine or the like, 2. Method according to claim 1, characterized in that the on the air or gas reservoir Burdensome water for further energy recovery, preferably with excess Energy, such as night power or the like, pumped to a greater height, then the empty container filled with additional air and then the water pumped up via a power generation plant directed to the air reservoir and thereby exposed it to increased pressure will.

3. Device for storage and / recovery of excess Energy, in particular from night power, wind energy or the like, in particular according to the method according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that a flexible gas or air container (6) within a water container (3) or body of water (3 a) and arranged via an outlet line (7) or the like. With a work machine and / or a power generator or the like. Is connected.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the air container (6) in a water container, in particular in eincm lake (3, 3 a) or the like. Below the water surface and especially when emptying the hydrostatic Pressure of water is exposed.

5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the water tank for holding the air tank the lower water tank (3) Od. Like. A pumped storage plant (1) is.

6. Device according to one of claims 3 to 5, characterized in that that the air or gas container (6) is at least one flexible, inflatable and compressible Has limitation, which is particularly facing the overburdening water.

7. Device according to one of claims 3 to 6, characterized in that that as a gas or air container a compressible in terms of its volume Air bag (6) or the like. Is provided, which is preferably at least partially Consists of plastic film.

8. Device according to one of claims 3 to 7, characterized in that that the bottom of the water container or the airbag (6). The like. Contains, at least the lower limit of this air bag or the like and the container bottom firmly together are connected, so that the entry of water under the air container is avoided is.

9. Device according to one of claims 3 to 8, characterized in that that the bottom of the water container is double and at least the upper one Wall of the lower chamber to increase its volume and to accommodate more or less air can be raised and lowered, in particular arched like a membrane and is indentable.

10. Device according to one of claims 3 to 9, characterized in that that an airbag or the like that can subsequently be brought into a container on the ground the container is anchored.

11. Device in particular according to one of the preceding claims, characterized in that the air bag (6) od. Like. Gas container at the bottom of a River (3 a) is arranged.

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