DE3724351A1 - Nutzung alternativer energien -u. a. von gezeiten-energie - mittels hydro-kompressor, kompressionsspeicher, hydro-waermepumpe sowie hydraulischer destillation - Google Patents

Nutzung alternativer energien -u. a. von gezeiten-energie - mittels hydro-kompressor, kompressionsspeicher, hydro-waermepumpe sowie hydraulischer destillation

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Description

Gezeiten-Energie wird - abgesehen von Ausnahmen - bisher nicht genutzt. Hauptsächlich, weil die Probleme des ge­ ringen Tidenhubs und der Energie-Speicherung bisher nicht wirtschaftlich gelöst werden konnten.
Vorgeschlagen wird, als Energie-Speicher Druckluft zu ver­ wenden, die - am kostengünstigsten wohl - untertage (ännlich den Erdgasspeichern oder in Salzstöcken) auf Abruf deponiert werden kann.
Damit stoßen wir eine neue Denkrichtung an. Gilt es doch, zunächst Luft zu komprimieren. Druckluft kann - anders als z. B. Strom - auch stoßweise erzeugt, gespeichert und genutzt werden.
Das Mittel der Wahl, um Gezeiten-Energie in Druckluft umzusetzen - selbst bei geringem Tidenhub -, dürfte der Hydraulik-Kompressor sein. Er hat keine beweglichen Teile, ist also verschleiß- und wartungsarm. Siehe Anlage.
Entgegen den in der Anlage beschriebenen Ausführungen von Hydro-Kompressoren wird vorgeschlagen, das Wasser mittels Heberrohr zuzuführen. Im Heberrohr herrscht ober­ halb des (Meer-)Wasserspiegels Unterdruck. Durch Löcher im Boden perlt Luft - Dank des normalen Luftdrucks - so ein, daß ein optimales Gemisch aus Wasser und in kleinen Bläs­ chen fein verteilter Luft entsteht. Dieses Gemisch strömt dann - wie in der Anlage beschrieben - abwärts usw.
Ähnlich dem Strom kann Druckluft ganze Maschinenparks direkt antreiben - wie z. B. im Bergbau praktiziert. Jedoch dürfte der Transport von Druckluft über weite Strecken selbst in Großrohren zu hohe Druckverluste verursachen.
So wird der größte Teil mittels Druckluft-Turbinen und Generatoren in Strom umgewandelt.
Druckluft kann z. Tl. mehr als Strom. Sie kann z. B. direkt mittels Strahlpumpe (Vacuum-)Dampf ansaugen. Entspannte (Druck-)Luft kühlt stark ab und kann dann zur Kühlung und/oder Kondensation - ggf. zusätzlich - genutzt werden.
Außer Luft können auch Dämpfe und Gase komprimiert, ggf. gereinigt und getrocknet werden. So kann z. B. Biogas komprimiert werden. Das CO2 löst sich unter Druck im Wasser. Das CH4 kann durch entspannte (Druck-)Luft gekühlt und so Feuchtigkeit durch Kondensation abgeschieden werden. Das komprimierte, gereinigte und getrocknete CH4 kann - wie Erdgas - transportiert und genutzt werden usw.
Die wenigen Beispiele sollen andeuten: Gezeiten-Energie kann - selbst bei geringem Tidenhub - vielfältig genutzt werden, wenn sie z. B. mittels Hydro-Kompressoren umge­ wandelt und ggf. in Kompressionsspeichern zwischengelagert wird.
Nach dem im Prinzip gleichen Verfahren mit leichten Ab­ wandlungen können auch Destillationen und Wärmepumpen betrieben werden.
Destillationen dienen bekanntlich der Stofftrennung oder Reinigung durch Verdampfen eines Stoffes (bisher meist durch Heizen) und nachfolgender Kondensation (meist durch Kühlen). Große Mengen Wärme müssen zu- und abgeführt werden.
Bei der Brüdenverdichtung wird die Energie im Kreis ge­ führt. Dampf wird komprimiert. Dadurch steigt seine Tem­ peratur an. Er kondensiert an Tauscherflächen. Die dabei abgegebene Wärme verdampft neues Produkt usw. Ein Kreislauf.
Auch bei der hydraulischen Destillation wird Energie - und zwar vom Destillat selbst - im Kreis geführt.
Funktionsweise der hydraulischen Destillation
Bereits erzeugtes Destillat wird umgepumpt. Das umlaufende Destillat saugt in Injektoren Dampf (von geringerem Druck) an und strömt senkrecht abwärts in einen Tauscher. Der vom Destillat mitgeführte Dampf wird mit zunehmender Tiefe ver­ dichtet und kondensiert. Die Kondensationswärme führt der Tauscher ab und verdampft neues Produkt. Der erzeugte Dampf wird vom umlaufenden Destillat in den Injektoren angesaugt usw.
Der so erzeugte Überschuß an Destillat fließt über Steigrohr ab und gibt dabei seine Wärme an das zufließende, kalte noch zu destillierende Produkt ab. Energiezufuhr von außen treibt den Umlauf, deckt Energieverluste und beschleunigt das Anfahren.
Bei hohem Durchsatz läßt sich das Verfahren erweitern, op­ timieren und in südlichen Ländern (fast) ausschließlich mit alternativen Energien betreiben - z. B. zur Meerwasserent­ salzung.
Funktionsweise der Hydro-Wärmepumpe
Bei der Hydro-Wärmepumpe läuft ein niedrigsiedendes Arbeits­ mittel um. Ein Teilstrom gelangt (ggf. über Entspannungs­ ventil) in einen (z. B. mit zugeführter Umgebungswärme) beheizten Verdampfer. Der (Vacuum-)Dampf wird in Injektoren ins flüssige, umlaufende Arbeitsmittel gesaugt, mit diesem senkrecht abwärts geleitet, mit zunehmender Tiefe komprimiert und gibt dann seine Kondensationswärme in Tauschern (z. B. zum Heizen) ab.

Claims (3)

  1. Umwandlung von hydrostatischer Energie - vorwiegend Gezeiten- Energie - in Kompressions-Energie und deren Speicherung, dadurch gekennzeichnet,
    • 1. daß das Wasser mittels Heberrohr dem Hydro-Kompressor zuge­ führt und dabei mit Luft angereichert wird, die vorwiegend vom Boden her durch Löcher Dank des normalen Luftdrucks in das strömende Wasser einperlt. Das Wasser-Luft-Gemisch fließt in bekannter Weise senkrecht abwärts. In einer waagerechten Entgasungs-Strecke, -Kammer oder ähnl. perlt die durch den höheren Druck der Tiefe komprimierte Luft aus und wird der Nutzung bzw. der Speicherung zugeführt. Außer Luft können auch Gase, Gas-Gemische, Dämpfe usw. komprimiert werden.
    • 2. daß der Überschuß an komprimierten Gasen, Gas-Gemischen, Dämpfen usw. - meist Druckluft - in Hohlräumen - u. a. Untertage - gespeichert und bei Bedarf abgerufen wird.
    • 3. daß durch Hydro-Kompressor und/oder Kompressionsspeicher die Abwandung bestehender und/oder die Erfindung neuer Verfahren, Maschinen usw. erst ermöglicht und/oder reali­ sierbar wird.
    • 4. daß durch Kompressionsspeicher die Wirtschaftlichkeit bekannter und/oder neuer Verfahren, Maschinen usw. verbes­ sert bzw. deren sinnvolle Nutzung erst ermöglicht wird - wie z. B. die Nutzung von geringem Tidenhub, kleinen Gefällen usw.
    • 5. daß die komprimierten, evtl. gespeicherten Medien zwecks hoher Energieausbeute vor der Entspannung erwärmt bzw. erhitzt werden.
    • 6. daß die komprimierten, evtl. gespeicherten Medien - mit oder ohne vorhergehende Arbeitsleistung - (weiter) zur Kühlung, Tiefkühlung, Gefriertrocknung, Entsalzung, Kondensation, (Gas)-Verflüssigung usw. - auch mehrfach und/oder in Stufen entspannt werden.
    Hydraulische Destillation
  2. Umwandlung hydrostatischer Energie in Kompressions-Energie, dadurch gekennzeichnet,
    • 7. daß - vorwiegend vertikal - umlaufendes Produkt (z. B. Destillat) mittels Injektoren dampfförmiges Produkt an­ saugt, senkrecht abwärts in einen Tauscher führt, wo der mit zunehmender Tiefe verdichtete Dampf kondensiert. Die Kondensationswärme verdampft neues Produkt usw.
    • 8. daß der erzeugte Dampf in einem Stufenverdampfer konden­ siert. Seine Kondensationswärme verdampft auf leicht nie­ drigerem Druck- und Temperatur-Niveau weiteres Produkt, das wiederum kondensiert und auf noch niedrigerem Druck- und Temperatur-Niveau (ggf. im Vacuum) neues Produkt verdampft usw. Erst der Dampf der letzten Stufe wird vom umlaufen­ den Produkt (Destillat) mittels Injektoren angesaugt und - ggf. durch größere Fallhöhe stärker - komprimiert.
    • 9. daß auch das umlaufende Produkt (Destillat) in Tau­ schern - ggf. auch stufenweise - abkühlt und so zur Dampferzeugung beiträgt.
    • 10. daß das umlaufende Produkt (Destillat) je Umlauf mehr­ fach Injektoren passiert, so immer wieder Dampf - ggf. auf unterschiedlichen Druckstufen - ansaugt, um den Durchsatz zu steigern. Dabei kann das umlaufende Produkt (Destillat), das sich durch angesaugten Dampf immer wieder erwärmt, seine Wärme auch stufenweise bei abnehmendem Druck als Dampf abgeben. Diese Dämpfe mit ggf. abnehmendem Druck, sinkender Temperatur aber steigendem Volumen kondensieren auf verschiedenen Temperaturstufen, wobei die Kondensations­ wärme jeweils weiteres Produkt verdampft. Diese Dämpfe können aber auch mittels Injektoren weiteren - ggf. auch kälteren Dampf - ansaugen (Prinzip der Dampfstrahlpumpe) und so die Ausbeute erhöhen. Dies alles spart nicht nur Material son­ dern erhöht die Flexibilität der Destillationsanlage, die dadurch schwankende Energieangebote (z. B. Solar-Energie) optimaler nutzen kann.
    Hydro-Wärmepumpe
  3. Umwandlung hydrostatischer Energie in Kompressions-Energie, dadurch gekennzeichnet,
    • 11. daß ein Arbeitsmittel - z. B. flüssiges Frigen - in vorwiegend vertikalen Umläufen oben dampfförmiges Arbeits­ mittel mittels Injektoren ansaugt, den Dampf beim senkrech­ ten Abwärtsfließen komprimiert, die Kondensationswärme (unten) in Tauschern abgibt. Ein Teilstrom wird - ggf. nach Entspannung - zu einem mit Umgebungswärme (Luft, Wasser, Erdreich, Solar-Energie usw.) beheiztem Verdampfer geleitet. Das dampfförmige Arbeitsmittel wird angesaugt usw.
    • 12. daß auch das umlaufende Arbeitsmittel - z. B. flüssiges Frigen - in Tauschern (ggf. stufenweise) abkühlt.
    • 13. daß mehrere Heizkreisläufe unterschiedlicher Tempe­ raturen beheizt werden (z. B.
      • a. Kreislauf für Warmwasser und Bad,
      • b. für Wohn- und Kinderzimmer,
      • c. für Küche, Schlafzimmer, Flure, Garagen, Treppenhäuser).
    • Die Heiz­ kreisläufe können dabei parallel oder auch nacheinander von der Wärmeträgerflüssigkeit durchströmt werden.
    • 14. daß auch die Verdampferseite mehrere Wärmequellen nacheinander, parallel und/oder zeitlich versetzt nutzt. Dabei kann auch ein Aufheizen des Erdreichs von Luft- und/oder Solarkollektoren an wärmeren Tagen erfolgen.
    • 15. daß bei der Hydraulik-Wärmepumpe (evtl. auch bei der Destillation) das abwärts strömende mit Dampf angerei­ cherte Arbeitsmittel (Produkt) einen (Vor-)Tauscher pas­ siert, der Dampf mit so viel Druck erzeugt, daß damit das flüssige Arbeitsmittel (Produkt) - z. B. mittels einer Membran-Pumpe - im Umlauf versetzt werden kann. Der nach geleisteter Arbeit entspannte Dampf wird ebenfalls vom flüssigen, umlaufenden Arbeitsmittel (Produkt) im Injektor angesaugt.
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