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Anlage zur Speicherung einer großen Gasmenge unter hohem Druck in
einem Kessel von geringer Wandfestigkeit-Es besteht ein Bedürfnis zur Speicherung
großer Mengen hochkomprimierter Gase, z. B. Fernversorgung mit Leuchtgas. Dieses
Bedürfnis wird sich noch weitgehend verstärken, wenn der Plan durchgeführt wird,
den durch Hochdruckelektrolyse gewinnbaren Wasserstoff in großen Mengen herzustellen
und durch Hochdruckleitungen zu verteilen. Es können zwar große Energiemengen in
einem verhältnismäßig kleinen Behälter gespeichert werden, wenn dieser einen erheblichen
Druck verträgt. Es erscheint aber ausgeschlossen, Speichergefäße für derartigen
Inhalt und Druck einfach in Gestalt von starkwandigen Stahlgefäßen herzustellen,
bei denen die Festigkeit der Wand selbst den Druck aufnimmt. Derartige Gefäße würden
außerordentlich teuer und für ihre Umgebung gefährlich werden. Eine-nennenswerte
Speicherung ist bei Verwendung derartiger Gefäße nicht zu erwarten, so daß neue
Wege zur Großspeicherung gesucht werden müssen.
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Einen solchen Weg zeigt die Erfindung. Diese ermöglicht es, in einem
Kessel von beliebig geringer Wandfestigkeit Gas von beliebig hohem Druck aufzubewahren,
und zwar dadurch, daß der Kessel bei jedem Füllungszustand unter einem äußeren hydrostatischen
Druck von gleicher Größe gehalten wird.
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Auf der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt.
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Bei dem Beispiel nach Abb. t ist auf dem Boden eines Sees a ein Kessel
b verankert, der an seiner tiefsten Stelle eine Öffnung c besitzt, während
von seinem höchsten Punkt aus ein oben offenes Rohr d bis über die Seeoberfläche
aufsteigt. Kessel und Rohr füllen sich mit Wasser; drückt man aber Gas mit einem
Druck, welcher der über dem Kessel b stehenden Wassersäule entspricht, in das Rohrd,
so wird das Wasser allmählich durch die Öffnung c herausgedrückt, bis der Kessel
ganz mit dem Gas gefüllt ist. Die Wandung des Kessels wird dabei im oberen Teil
lediglich mit dem Druck beansprucht, der dem Unterschied der Höhe vom Wasserspiegel
im Kessel bis zum oberen Teil seiner Umwandung entspricht. Bei hinreichend flacher
Bauart des Kessels wird dieser Druckunterschied nur einige Zehntel Atmosphären betragen.
Wird . dem Kessel b Gas entnommen, so dringt das Wasser durch die untere Öffnung
c wieder ein, so daß das Gas oben stets mit einem Druck austritt, der lediglich
um den erwähnten Unterschied zwischen Beginn und Schluß der Entleerung schwankt.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wird einfach der hydrostatische Druck
am Boden des Sees a zur Aufhebung der Wirkung des Gasdruckes auf die Kesselwand
ausgenutzt. Um ausreichende Drucke zu erzielen, müßte der See einige hundert Meter
tief sein, so daß bei der praktischen Ausführung die auftriebverhindernde Verankerung
des Kessels auf dem Seeboden einige Schwierigkeiten bereiten würde.
Dagegen
werden bei den folgenden Ausführungsbeispielen keine Bauschwierigkeiten auftreten.
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Bei dem Beispiel nachAbb. 2 gehen vom unteren Ende eines einige hundert
Meter tief in gewachsenen Erdboden e getriebenen Schachtes t einige schwach abwärts
geneigte Stolleng aus. In diesen Stollen ist je ein röhrenförmiger Kessel b aus
dünnem Blech eingebaut, der den Hohlraum des Stollens nahezu ausfüllt und an seiner
tiefsten Stelle eine Öffnung c und an seiner höchsten ein durch den Schacht/ bis
zur Oberfläche führendes Rohr d besitzt. Die Kessel b müssen gegen die Stollenwände
vor allem nach oben gut festgelegt werden, damit sie sich infolge der Auftriebsänderung
beim Füllen und Entleeren nicht bewegen können. An der Schachtmündung befindet sich
ein Ausgleichbecken h, das den gleichen Rauminhalt wie die Kessel b hat, so daß
es das beim Füllen der Kessel b mit Gas hochsteigende Wasser aufnehmen kann. Auch
dieses Ausgleichbecken muß im Verhältnis zur Schachttiefe flach gehalten sein. Diese
Ausführung eignet sich für Flachland und besonders an Orten, an denen unbenutzte
alte Schächte zur Verfügung stehen.
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Noch einfacher läßt sich eine Speicheranlage nach dem Beispiel nach
Abb.3 bauen. Bei diesem Beispiel ist am Fuge eines Berges von ausreichender Höhe
eine tunnelartige Höhle! schwach abwärts in den Erdboden e getrieben, in die der
Kessel b eingebaut ist, und deren Mündung bis auf ein Mannloch k so vermauert ist,
daß der Verschluß dem gewünschten Druck standhält. Von der obersten Stelle des Kessels
b und der Höhle i führt je ein Rohrd bzw. l nach außen; das Rohrd bildet die Gasleitung,
während das Rohr l über deti Berghang gunporführt und in das oben gelegene Ausgleichbecken
h mündet. Da stets dasselbe Wasser ein- und aystritt, so genügt ein winziger lUasserzufluß
zum Bekken h, denn es sind nur die Verluste durch Verdunstung und Versickerung zu
ersetzen.
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Aus dem Gesagten ist ersichtlich, daß derartige Speicher gefahrlos
sind: Luft-kann in die Kessel, die rings von Wasser umgeben sind, nicht eintreten;
explosive Gemische können sich also nicht bilden. Wird ein Kessel undicht, so tritt
das Gas in -das Wasser, was zu einem mehr oder weniger heftigen Aufwallen des Wassers
führen würde. Man erkennt ohne weiteres, daß die Kosten "für einen Hochdruckkessel
von io ooo cbm Inhalt nach jedem der beschriebenen Ausführungsbeispiele erheblich
geringer sind als bei einem Pumpspeicherwerk gleichen Energieinhaltes, Bei den Beispielen
nach Abb. 2 und 3 wird als druckaufnehmende Wandung der gewachsene Erdboden benutzt;
man. speichert also in einer Höhle, deren Wand naturgemäß jedem Druck standhält.
Man kann aber das Gas nicht unmittelbar in die Höhle leiten, weil die Wand porös
und daher nicht gasdicht ist. Eine gasdichte Auskleidung der Höhlenwand läßt sich
aber nicht so durchführen, daß die Schicht überall so satt aufliegt, daß in jedem
Punkt ihre Beanspruchung auf das Erdreich übertragen wird. Dagegen hat es keine
Schwierigkeiten, die Wandung ausreichend wasserdicht zu machen, wenn sie es nicht
von Natur aus schon ist. Das Wasser wirkt also nur als allseitiges Druckübertragungsmittel
zwischen Erdreich und gasdichter Blechwand des Kessels. Die öffnung c am unteren
Teil des Kessels b ermöglicht den Ersatz ausgeströmten Gases durch Wasser von gleichem
Druck.