DE3342699A1 - Solar-wind-speicher-heizkraftwerk - Google Patents

Description

• Patentbeschreibung
• Solar-Wind-Speicher-Heizkraftwerk Das vorliegende Verfahren, Wärme bereitzustellen mit einem Solar-Wind-Speicher-Heizkraftwerk entspricht dem Bemühen, die gerade jetzt So viel beklagte Belastung unserer Umwelt durch Verbrennungsrückstände und -Schadstoffe zu verringern und somit auch einen Beitrag gegen das Waldsterben zu erbringen.
• Zur Zeit beträgt der Anteil an aus Heizzwecken verbrannter Primärenergie ca. 40% in der Bundesrepublik Deutschland.
• Die Knappheit der fossilen Brennstoffe, ihre zum Teil politisch beeinträchtigte Verfügbarkeit und der hohe Wert von Kohle und Ol für spätere Zeiten lassen es geboten erscheinen, die Wärme.
• versorgung auf umweltfreundliche, erneuerbare Energiequellen zu stützen.
• Grundidee für das o.g. Verfahren ist es, die in europäischen Breiten im Sommerhalbjahr im Überfluß verfügabare Sonnenwärme zu sammeln und mittels Windenergie in unterirdische, verlustarme Großraumspeicher zu bringen, damit sie im Winterhalbjahr mit Hilfe von Elektrizität (aus Windenergie) an die Verbraucher verteilt werden kann. Es ist im Winterhalbjahr in Wesentlichen nur die Energie zum Verteilen der Wärme aufzubringen. Sie beträgt nur einen Bruchteil der bendtigten Wärmeenergie und kann zum überwiegenden Teil mit Windenergiekonvertern (1) bereitgestellt werden.
• Der Windenergiekonverter (1) ist besonders für Schwachwindgebiete vorgesehen. Die erzeugte Energie reicht aus, um über weite Bereiche im Winterhalbjahr die Versorgung der Verbraucher mit Wärme sicherzustellen. In windlosen Zeiten kann elektrische Energie aus Hilfsstromerzeugern oder aus dem Energieversorgungsnetz herangezogen werden, was nur an höchstens 20-30% der Zeit der Fall zu sein braucht <laut statistischem Bericht des Wetterdienstes).
• Die zu speichernde Wärme wird zum zum einen Teil erzeugt mbt einer ausreichend bemessenen Solarkollektorfläche, die sich zusammensetzt aus einer Vielzahl kleiner Teilflächen. Die Teilflächen stellen Sonnen-Kollektoren (2) dar (z.B. Luftkollektoren), deren erzeugte Wärme vor Ort mittels Wärmetauscher in eine wärmeisolierte Ringwasserleitung übernommen und in Großraumspeicher (3 ) transportiert wird.
• Zum anderen Teil wird auch diejenige Warme in den Speicher (3 ) gebracht, die mittels Wärmepumpe und dem Strom aus dem Wind.
• energie-Konverter erzeugt wird, so daß Wärme aus Sonnenstrahlung und Ümgebungsluft-Windenergie gesammelt wird.
• Die benötigte elektrische Energie des oben genannten Solar-Wind-Speicher-Hei kraftwerkes wird im Windenergiekonverter (1 ) erzeugt. Dabei handelt es sich um einen Horizontalachsen-Impuls-Windkonverter, dessen Windauffangflächen, Walze und Generatoren auf einem horizontal drehberen Rost gelagert sind und dem Wind nachgeführt werden können. Die besondere Anordnung der Windfangflächen sowie der Antriebsschauteln macht diesen Windenergie-Konverter (1) für schwachwindgebiete besonders geeignet, da schon bei ca. 3 m/s Windgeschwindigkeit elektrische Leistungen im Megawattbereich erzeugt werden können.
• Wesentlicher Bestandteil des Beschriebenen Solar-Wind-Speicher.
• Heizkraftwerkes ist der unterirdische Großraumspeicher, in dem sowohl Wärme als. auch chemischegebundene Energie zur Erzeugung von elektrischer Energie gesammelt werden können. Die Tatsache, daß bei einer Kugel die Oberfläche mit dem Quadrat des Radius anwächst, der Inhalt Jedoch mit der dritten Potenz, läßt erkennent daß bei Kugel speichern mit genügend großem Radius der Anteil der Verluste durch die Oberfläche bei guter Wärmedämmung so klein zu werden beginnt, daß die eingelagerte Energie (s.B.
• in Form von warmem Wasser) über ausreichend lange Zeit erhalten bleibt. (Z.B, beträgt der Verlust an Wärmeenergie im Winterhalbjahr etwa einige # bis % des Gesamtenergieinhaltes!) Überschüssige elektrische Energie könnte zur Dissoziierung eines Teils des Speicherwassers in H2 und 0 tUr spätere Erzeugung von Elektrizität in windlosen Zeiten herangezogen werden. Der erzeugt te Wasserstoff kann in Tauchglocken im Großraumspeicher aufbewahrt und von dort entnommen werden.
• FUr die Verteilung der Wärme vom Großraumspeicher (3) zu den Verbrauchern wird eine Koaxialleitung (g) eingesetzt. Dies.
• Leitungsform wird bevorzugt weil damit die Verluste und der Isolieraufwand am geringsten gehalten werden. In der Mittelleitung strömt Gas (z.B. Luft von ca. 90°C) bis zum Ende der Leitung. Der Rückfluß erfolgt in der äußeren Leitung, die zur inneren hin Uber ausreichende wärmedämmung verfügt. Die äußere Leitung ist auch nach außen hin wärmegedämmt und von einer Ummantelung gegen Beschädigungen von außen nach der Verlegung im Erdreich geschützt.
• Die angeschlossenen Verbraucher werden aus der inneren Leitung versorgt der RUcklauf vom Verbraucher mUndet in die äußere Leitung. Der Temperaturunterschied zwischen Vorlauf- und Rücklaufleitung hängt ab vom Verbrauch, ist aber geringer als zwischen Innenleitung und Umgebung.
• Die Energie zum Verteilen der benötigten Wärmemengen ist um Größenordnungen kleiner als die zum Heizen benötigte.
• Erfindungsgemäß ist die Umwälzarbeit von Gasen in der Koaxial.
• leitung (5) wegen der geringeren Reibungsverluste kleiner als die Umwälzarbeit von Flüssigkeiten. Die Gestaltung der Verteilungsleitung als Kompressionswärmepumpe ermöglicht es, den Kompressor gleichzeitig zum Regeln der Vorlauftemperatur und für das Umwälzen des Wärmeträgergases zu verwenden. Dadurch verringert sich der apparative Aufwand. Ueberdies ermöglicht das Verfahren die im Großraumspeicher gesammeite Energie bis zu Temperaturen auszuschöpfen, die weit unterhalb der Umgebungstemperatur liegen können.
• Die Abnahme der bereitgestellten Wärme erfolgt erfindungsgemäß über einzelne Wärmetauscher (6), in denen das Gas (z.B. Luft) Wärme an die Heizungsanlage des Verbrauchers abgibt.
• Dieses Verfahren der Wärmeversorgung erübrigt die Verbrennung fossiler Materialien und entlastet die Umwelt von Schadstoffen aus den Hausheizungsanlagen. Es ist gestützt auf die erneuerbaren Energiequellen Wind und Sonne.
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Claims (7)

1. Patent-Ansprüche 1. Solar-Wind-Spoicher-Heizkraftwerk (SWSHKW) zum Beschaffen, Speichern und Vertsilen von (Heiz) wärme für Wohngebiete und/ oder öffentliche Einrichtungen mit Bedarf an (Heiz) wärme, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Windenergiekonverter (1) und Solarkollektorfläche (2) Energie beschafft wird, welche in Großspeichern (3) gesammelt und über ein Wärmeverteilnetz (5) an die Verbraucher abgegeben wird, wobei Wärme über Wärmetauscher (6) in die einzeinen Heizungsanlagen übernommen wird.
2. 2. SWSHKW, dadurch gekennzeichnet, daß elektrische Energie zum Erzeugen, Speichern und Verteilen von Wärme mit einem Horizontalachsen-Windenergie-Konverter (1) bereitgestellt wird, der besonders für Schwachwindgebiete ausgelegt ist.

   (Z.B. bei 3 m/s Windgeschwindigkeit Leistungen im MW-Bereich erzeugend).
3. 3. SWSHKW, dadurch gekennzeichnet (d.g.), daß Sonnenwärme gesammelt und bereitgestellt wird mit einer ausreichend großen Sonnonkollektorfläche (2), deren Teilflächen mit Luft betrieben werden und die an wasserführende Ring-Sammelleitungen (7).

   angeschlossen sind, wolche mit Großspeichern (3) in Verbindung stehen.
4. 4. SWSHKW, d.g., daß die beschaffte Umweltenergie chemisch oder als Wärme in unterirdischen Großraumspeichern (3) gesammelt wird, deren Fassungsvermögen und Verluste so bemessen sind, daß ganzjährig die Versorgung der angeschlossen Verbraucher mit Wärme gesichert ist.
5. 5. SWSHKW, d.g., daß die Verteilung der Wärme zu den Verbrauchern über eine Koaxial-Gasleitung (5) erfolgt, die ein ausreichend heißes Gas (z.B. Luft mit ca. 90°C) allen angeschlossenen Verbrauchern bereitstellt. Die Umwälzenergie wird mit geeigneten Verdichtern, z.B. Kreiskolben-Verdichtern, aufgebracht, deren Antriebsenergie vom Windenergiekonverter (1) oder vom öffentlichen Energienetz bezogen wird.
6. 6. SWSHKW. d.g., daß die zu verteilende Wärme in eine Koaxialleitung (5) eingebracht wird, wobei das Gas über Verdichter auf Vorlaufdruck und Vorlauftemperatur gebracht wird und im Rücklauf derart gedrosselt und/oder entspannt wird, daß es in der Lage ist, die nachzufördernde Wärmemenge aus den Großraum-Speichern (3 ) aufzunehmen. Bei diesem Verfahren kann die gesamte Koaxial-Verteil-Leitung als Wärmepumpe arbeiten.

   Anschlußleitungen, di. ihre Energie aus einer vorgeschalteten Leitung oder aus einer Warmwasser-Ringleitung vom Groß speicher beziehen kdnnen, sind ebenfalls Merkmal dieses Wärme-Verteilungs-Systems.
7. 7. SWSHKW, d.g., daß die angeschlossenen Verbraucher die bereit.

   gestellte Warme Uber Wärmetauscher (6) beziehen, die als Gas.

   Wasser-Wärmetauscher arbeiten, bei denen Gas (z.B. Luft von 900C) eintritt und das Beisungswasser erwärmt, welches in geeigneter Weise geregelt durch den Wärmetauscher gepumpt wird. Diese Wärmetauscher (6) erlauben eine abrechenbare gefahrlose Versorgung der Verbraucher bei Berlicksichtigung der individuellen Verbrauchsgewohnheiten.