DE3924968A1 - Kraftwerksanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftwerksanlage mit einem einen Kamin bildenden Turm, dessen mit radialen Einlaufkanälen versehene Basis von einem schirmförmigen Dach umgeben ist, das mit dem Boden einen scheibenförmigen Ringraum begrenzt, und mit mindestens einem in dem Turm gelagerten Rotor, dessen Welle einen Generator antreibt.

Solar-Kraftwerksanlagen dieser Art sind bekannt und bereits erprobt. Der den Kamin bildende Turm kann einen Durchmesser von 50 bis 60 m und eine Höhe von 400 bis 1000 m aufweisen. Das dicht an die Turmbasis anschließende schirmförmige Dach ist transparent und für Sonnenstrahlen durchlässig, so daß sich die Luft in dem scheibenförmigen einen Kollektor bildenden Ringraum schnell erwärmt und von dem in dem Kamin aufsteigenden Luftstrom angesaugt wird. Vorzugsweise in der Basis des Kamins können ein oder mehrere Rotoren angeordnet sein, die einen oder mehrere Generatoren antreiben.

Die bis zu mehreren MW auslegbare Kraftwerksanlage arbeitet, sobald die Sonne die Luft in dem scheibenförmigen Ringraum ausreichend erwärmt hat. Es tritt ein Energieverlust ein, wenn die von der Kraftwerksanlage erzeugte Energie nicht oder nicht vollständig abgenommen und verbraucht wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Kraftwerksanlage der eingangs angegebenen Art so weiterzuentwickeln, daß auch dann kein Energieverlust eintritt, wenn vorübergehend keine Energie abgenommen oder die Kapazität der Anlage nicht vollständig ausge­ nutzt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Kraftwerksanlage dadurch gelöst, daß in dem Mantel des Turms mindestens eine Kammer zur Speicherung von Wasser vorgesehen ist, daß im Bereich der Turmbasis im Boden oder außerhalb des Daches mindestens ein Wasserbehälter angeordnet ist, aus dem über eine mit von dem Generator erzeugten Strom angetriebene Pumpe über eine Rohrleitung in die Kammer pumpt, und daß die Kammer über eine in deren unterem Bereich angeordnete Rohr­ leitung mit einer einen Generator antreibenden Turbine verbunden ist, von der das Wasser zurück in den Wasserbehälter läuft. Die erfindungsgemäße Kraftwerksanlage kann somit nicht nur als Solar­ kraftwerk arbeiten, sondern darüber hinaus auch als Speicher­ kraftwerk. Da der Turm eine beträchtliche Höhe hat, können in dem Turmmantel die das hochgepumpte Wasser speichernden Kammern ebenfalls bis zu einer beträchtlichen Höhe angeordnet werden, so daß sich durch die Turbinen aufgrund der großen hydrostatischen Höhe eine erhebliche Energieausbeute erzielen läßt. Der besondere Vorteil der Kombination des Solarkraftwerks mit einem Speicherkraftwerk liegt darin, daß die Kraftwerksanlage auch während der Zeiten Energie zu erzeugen vermag, während der die Sonne nicht scheint.

Als Turbinen können übliche Wasserturbinen, beispielsweise in Pelton-Bauart, verwendet werden.

Zweckmäßigerweise wird der Turm mit zwei konzentrischen Mänteln ausgeführt, so daß sich zwischen diesen ein Ringraum ausbildet und die das Wasser speichernden Kammern in diesem Ringraum zwischen dem inneren und äußeren Mantel angeordnet werden können. Der gesamte Ringraum kann zur Speicherung des in diese gepumpten Wassers benutzt werden.

Zweckmäßigerweise ist der Ringraum in mehrere sektorartige Kammern unterteilt. Die Kammern können durch horizontale Zwischenwände voneinander getrennt sein. Die die Kammern begrenzenden Wände sind Elemente der Turmkonstruktion. Die Kammern sind miteinander durch entsprechende Leitungen oder Durchbrüche, in denen Schieber oder andere Verschlußelemente angeordnet sein können, verbunden. Dadurch läßt sich die Art der Entleerung der Kammern während des Speicherwasserbetriebes steuern.

Der den Kamin bildende Turm hat funktionsbedingt eine beträcht­ liche Höhe, so daß er üblicherweise auch Winden ausgesetzt sein wird, die sich ebenfalls zur Energiegewinnung nutzen lassen. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, für die unab­ hängiger Schutz beansprucht wird, ist daher vorgesehen, daß der Turm von mindestens einer ringförmigen Plattform umgeben ist, auf der mindesten ein durch Windkraft antreibbarer Rotor, der seinerseits einen Generator antreibt, auf einer ringförmigen Führungsbahn verfahrbar ist. Entsprechend der jeweiligen Windrichtung wird der Rotor auf der ringförmigen Führungsbahn derart ausgerichtet, daß er in der günstigsten Weise von dem Wind angeblasen wird.

Zweckmäßigerweise besteht die Führungsbahn aus zwei konzen­ trischen Schienen, auf denen auf Rädern ein den Rotor tragendes Fahrgestell läuft. Selbstverständlich sind die Räder und das Fahrgestell so ausgebildet, daß dieses unkippbar auf den Schienen laufen kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Windrichtung erfassende Sensoren vorgesehen sind, die über Steuereinrichtungen die Rotoren in Windrichtung ausrichten. Die Sensoren steuern über entsprechende Steuereinrichtungen die Rotore verfahrende Motoren.

Zweckmäßigerweise sind um etwa 180 Grad versetzt zwei Rotoren auf jeder Plattform geführt, so daß die beidseits des Turms vorbeistreichenden Winde zur Energiegewinnung ausgenutzt werden können.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Solarkraftwerksanlage, die mit einer Speicherwasserkraftwerksanlage kombiniert ist,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Turm längs der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 3 einen der Fig. 1 entsprechenden Vertikalschnitt durch die Kraftwerksanlage mit in vier Etagen übereinander angeordneten ringförmigen Plattformen, auf denen jeweils von Windkraft antreibbare Rotoren verfahrbar angeordnet sind und

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 3.

Seinem grundsätzlichen Aufbau nach besteht die Solar-Kraftwerks­ anlage aus einem Turm 1, der aus einem inneren Mantel 2 und einem äußeren Mantel 3 gebildet ist, die beide in bekannter Weise aus Stahlbeton hergestellt sind. Der Turm ist in gleich­ mäßigen Abständen auf einer Kreislinie angeordneten Sockeln 4 abgestützt, die im Querschnitt stromlinienförmig ausgebildet sind, so daß sie zwischen sich radiale düsenförmige Einläufe begrenzen. An den sich trompetenförmig aufweitenden unteren Turm­ rand 5 ist ein etwa kreisscheibenförmiges Dach 6 angeschlossen, daß durch Stützen 7 gegenüber dem Boden 8 abgestützt ist. Das Dach 6 besteht aus transparentem Material und begrenzt mit dem Boden 8 einen Ringraum 9, der einen Kollektor für die erwärmte Luft bildet, die von dem durch den Turm 1 gebildeten Kamin angesaugt wird.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Turm 1 eine Höhe von 445 Metern auf. Der mittlere Durchmesser des äußeren Mantels 3 beträgt etwa 54,8 Meter, während der innere Mantel 2 einen Durchmesser von etwa 50 Metern hat. Der Sockelbereich 12 des Turms 1 ist einschalig ausgebildet. Oberhalb des Sockel­ bereichs 12 ist zwischen dem inneren und dem äußeren Mantel 2, 3 ein Ringraum 13 vorhanden, der nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel etwa ein Volumen von 90 000 m³ hat. Dieser Ringraum ist durch horizontale Zwischenwandungen 14 in 15 ring­ förmige Kammern 15 unterteilt, die nochmals durch radiale Zwischenwandungen 16 sektorförmig geteilt sind. Sämtliche Kammern sind durch vorzugsweise verschließbare Öffnungen miteinander verbunden und zusätzlich durch eine Rohrleitung 17, die zu einer in einem Turbinenhaus 18 angeordneten Turbine mit Generator führt. Von der Turbine läuft das Wasser zurück in einen Wasserbehälter 19, der ringförmig ausgebildet ist und im Basisbereich des Turms 1 im Boden angeordnet ist. Aus dem Wasser­ behälter 19 pumpen in einer Pumpstation 20 angeordnete Pumpen das Wasser zurück in die Kammern 15.

Wie aus Fig. 2 a ersichtlich ist, haben die ringförmigen Kammern nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von etwa 1,80 m.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind mit dem äußeren Turmmantel 3 vier ringscheibenförmige horizontale Plattformen 22 bis 25 verbunden, die etagenförmig übereinander angeordnet sind. Auf jeder Plattform sind auf zwei konzentrisch zueinander angeordneten Schienen 26, 27 Laufwerke 28, 28′ verfahrbar, die Windrotoren 29, 29′ an ihren oberen radial außen liegenden Bereichen tragen, die in nicht dargestellter Weise ebenfalls mit Generatoren verbunden sind. Der von diesen erzeugte Strom kann in bekannter Weise durch Schleifkontakte abgeführt werden.

Zusätzlich sind nicht dargestellte Sensoren vorgesehen, die die Windrichtung erfassen und über Steuereinrichtungen und Stell­ motore die Laufwerke in Windrichtung ausrichten, so daß die Rotoren 29, 29′ mit optimalem Wirkungsgrad arbeiten können.

Claims (8)

1. Kraftwerksanlage mit einem einen Kamin bildenden Turm, dessen mit radialen Einlaufkanälen versehene Basis von einem schirmförmigen Dach umgeben ist, das mit dem Boden einem scheibenförmigen Ringraum begrenzt, und mit mindestens einem in dem Turm gelagerten Rotor, dessen Welle einen Generator antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß in den Mantel (2, 3) des Turms (1) mindestens eine Kammer (15) zur Speicherung von Wasser vorgesehen ist, daß im Bereich der Turmbasis im Boden oder außerhalb des Daches (6) mindestens ein Wasserbehälter (19) angeordnet ist, aus dem über eine mit von dem Generator erzeugten Strom angetriebene Pumpe Wasser über eine Rohrleitung (17) in die Kammer (15) pumpt, und daß die Kammer (15) über eine Rohr­ leitung (17) mit einer einen Generator antreibenden Turbine verbindbar ist, von der das Wasser zurück in den Wasser­ behälter 19 läuft.

2. Kraftwerksanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer zwischen einem inneren (2) und einem äußeren Mantel (3) des Turms (1) gebildet ist.

3. Kraftwerksanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum in mehrere kreissektorartige Kammern (15) unterteilt ist.

4. Kraftwerksanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (15) durch horizontale Zwischenwände (14) voneinander getrennt sind.

5. Kraftwerksanlage, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Turm (1) von mindestens einer ring­ förmigen Plattform (22 bis 25) umgeben ist, auf der mindestens ein durch Windkraft antreibbarer Rotor (29, 29′), der seinerseits einen Generator antreibt, auf einer ring­ förmigen Führungsbahn (26, 27) verfahrbar ist.

6. Kraftwerksanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbahn aus zwei konzentrischen Schienen (26, 27) besteht, auf denen auf Rädern ein den Rotor (29, 29′) tragendes Fahrgestell (28) läuft.

7. Kraftwerksanlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Windrichtung erfassende Sensoren vorgesehen sind, die über Steuereinrichtungen die Rotoren (29, 29′) in Windrichtung ausrichten.

8. Kraftwerksanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß um etwa 180 Grad versetzt zwei Rotoren (29, 29′) auf jeder Plattform (22 bis 25) geführt sind.