EP4034763A1

EP4034763A1 - Verfahren zur speicherung potentieller energie

Info

Publication number: EP4034763A1
Application number: EP20786483.6A
Authority: EP
Inventors: Thomas Volbers
Original assignee: Eickhoff Antriebstechnik GmbH
Current assignee: Eickhoff Antriebstechnik GmbH
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2020-09-25
Publication date: 2022-08-03
Also published as: WO2021058778A1; AU2020352664A1; US20220290658A1; CN114729627A; DE102019125840A1; US12012945B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein eine Speichereinrichtung (2) zur Speicherung von Energie in Form von potentieller Energie, umfassend zumindest einen potentiellen Energiespeicher (4) zur Aufnahme, Speicherung und Abgabe von Energie, zumindest ein Führungsmittel (6) zur Führung des potentiellen Energiespeichers (4) entlang eines Führungsweges (8), wobei der Führungsweg (8) innerhalb eines vertikal zur Erdoberfläche im Boden angeordneten Schachtes (10) angeordnet ist, wobei der potentielle Energiespeicher (4) die gespeicherte potentielle Energie durch Umwandlung aus Bewegungsenergie gewinnt und durch Umwandlung in Bewegungsenergie abgibt, wobei die Bewegungsenergie aus einer Bewegung des potentiellen Energiespeichers (4) entlang des Führungsweges (8) resultiert und wobei der potentielle Energiespeicher (4) in Form eines kontinuierlichen, sich über die Länge des Führungsweges (8) hinaus erstreckenden Gewichtes gebildet ist.

Description

Verfahren zur Speicherung potentieller Energie

B e s c h r e i b u n g

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Speichereinrichtung zur Speicherung von Energie in Form von potentieller Energie sowie ein System und ein Verfahren zum Ausgleichen von Netzschwankungen eines Energieversorgungsnetzes.

Unter anderem aufgrund der zunehmenden Bereitstellung von Energie aus regenerativen Energiequellen und der damit verbundenen unregelmäßigen Einspeisung von Energie unterliegen heutige Energieversorgungsnetze teilweise starken Netzschwankungen.

Zur Behebung derartiger Netzschwankungen und zur Gewährleistung einer möglichst konstanten Netzspannung werden vorwiegend schnell aktivierbare Speicherkapazitäten verwendet, um kurzfristig nötige Energie in die Energieversorgungsnetze einzuspeisen. Hierbei haben sich insbesondere potentielle Energiequellen wie Hubspeicherkraftwerke als sehr effektiv erwiesen. Derartige Speichersysteme sind in der Lage, kurzfristig größere Mengen von Energie aufzunehmen oder abzugeben und damit Netzschwankungen auszugleichen. Die den Speichersystemen zugeführte Energie wird hierbei in Form von potentieller Energie gespeichert. Die aus dem Stand der Technik bekannten Hubspeichersysteme nutzen hierbei insbesondere die Umsetzung von potentieller Energie in vertikale Bewegungsenergie aus, um die Bewegungsenergie über geeignete Vorrichtungen, wie Getriebe und Generatoren oder dergleichen in elektrische Energie umzuwandeln.

Die bekannten Hubspeichersysteme nutzen hierbei bekannterweise diskrete Gewichte, die innerhalb von Schächten oder dergleichen heraufgezogen oder herabgelassen werden und dadurch elektrischen Strom erzeugen. Die Nutzung von diskreten Gewichten hat allerdings den Nachteil, dass die verwendeten Gewichte nach einem Absenken auf den Grund, beispielsweise den Grund eines Schachtes, ausgetauscht werden müssen, um die Erzeugung weiterer Energie gewährleisten zu können. Dieser Vorgang erfordert Zeit, während der keine Energie erzeugt werden kann. Dies führt zu unerwünschten Ausfallzeiten, während denen kein Ausgleich von Netzschwankungen erzielt werden kann. Zwar sind auch Systeme bekannt, in denen Gewichte mittels eines Transportmechanismus in ein Transportsystem ein- und ausgehängt werden können, jedoch sind diese Systeme nachteiliger Weise sehr sperrig und kostenintensiv.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend genannten Nachteile bekannter Systeme zur Speicherung von Energie in Form von potentieller Energie zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Speicherung von Energie in Form von potentieller Energie zur Verfügung zu stellen, die in einfacher und kostengünstiger Art und Weise über einen längeren Zeitraum eine kontinuierliche und unterbrechungsfreie Erzeugung bzw. Speicherung potentieller Energie ermöglicht.

Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Speichereinrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs, ein System mit den Merkmalen des unabhängigen Systemanspruchs sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Speichereinrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.

Erfindungsgemäß ist eine Speichereinrichtung zur Speicherung von Energie in Form von potentieller Energie vorgesehen, die zumindest einen potentiellen Energiespeicher zur Aufnahme, Speicherung und Abgabe von Energie und zumindest ein Führungsmittel zur Führung des potentiellen Energiespeichers entlang eines Führungsweges umfasst, wobei der Führungsweg innerhalb eines vertikal zur Erdoberfläche im Boden angeordneten Schachtes angeordnet ist, wobei der potentielle Energiespeicher die gespeicherte potentielle Energie durch Umwandlung aus Bewegungsenergie gewinnt und durch Umwandlung in Bewegungsenergie abgibt und wobei die Bewegungsenergie aus einer Bewegung des potentiellen Energiespeichers entlang des Führungsweges resultiert. Hierbei zeichnet sich die gegenständliche Speichereinrichtung dadurch aus, dass der potentielle Energiespeicher in Form eines kontinuierlichen, sich über die Länge des Führungsweges hinaus erstreckenden Gewichtes gebildet ist.

Die gegenständliche Speichereinrichtung kann insbesondere zum Ausgleich von Netzschwankungen von Energieversorgungsnetzen eingesetzt werden, wobei hierzu vorzugsweise mehrere erfindungsgemäße Speichereinrichtungen zusammengeschaltet bzw. wahlweise zu- und abgeschaltet werden können. Der erfindungsgemäße Führungsweg kann gegenständlich zumindest teilweise innerhalb eines im Boden angeordneten Schachtes angeordnet sein, wobei der Schacht selbst nicht zwangsläufig vollständig innerhalb des Bodens angeordnet sein muss. Unter einem Schacht wird hierbei im Rahmen der Erfindung, insbesondere ein im Wesentlichen vertikal zur Erdoberfläche angeordneter Flohlraum verstanden, der vorzugsweise von Menschen errichtet wurde. So können als Schächte, beispielsweise Bergwerksschächte, Erdölbohrschächte, Versuchsschächte oder Schächte zur Erschließung andersartige Lagerstätten oder dergleichen verstanden werden. Die Verwendung von Bergwerkschächten bietet sich hierbei insbesondere im Hinblick auf die Stilllegung einer Vielzahl derartiger Schächte im Rahmen des „Zechensterbens“ an. Unter einem kontinuierlichen Gewicht wird erfindungsgemäß vorzugsweise ein aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen Einheiten zusammengesetztes Gewicht verstanden, das trotz eines Absinkens bzw. eines Herabgelassen einer ersten Anzahl von Einheiten auf den Boden - beispielsweise den Boden eines Schachtes - weiterhin potentielle Energie über das Absinken bzw. Herabgelassen von weitere Einheiten des kontinuierlichen Gewichtes abgeben kann. Die Länge eines Führungsweges kann sich hierbei vorzugsweise mindestens über die Gesamtlänge bzw. Tiefe des gegenständlichen Schachtes erstrecken.

Im Rahmen der Erfindung ist erkannt worden, dass über eine Speichereinrichtung zur Speicherung von Energie in Form von potentieller Energie mit einem potentiellen Energiespeicher in Form eines kontinuierlichen Gewichtes, auf konstruktiv einfache und kostengünstige Weise eine kontinuierliche und unterbrechungsfreie Ein- und Ausspeisung von Energie in und aus einem Energieversorgungssystem möglich ist.

Im Rahmen einer konstruktiv einfachen und exakt steuerbaren Möglichkeit einer Umwandlung von potentieller Energie in Bewegungsenergie kann erfindungsgemäß vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass der potentielle Energiespeicher in Form eines Seiles und/oder einer Kette gebildet ist. Im Rahmen einer Ausbildung des Energiespeichers in Form eines Seiles oder einer Kette kann hierbei vorteilhafter weise vorgesehen sein, dass der potentielle Energiespeicher in einem Anfangszustand bereits über die gesamte Tiefe bzw. den gesamten Führungsweg im Schacht angeordnet ist. Dies erlaubt insbesondere, dass bereits zu Beginn der Bewegung des Führungsmittels entlang des Führungsweges ein maximales Drehmoment und bei konstanter Leistung die maximale Leistung abrufbar ist.

Im Rahmen der Möglichkeit einer besonders effektiven Energieumwandlung sowie einer konstruktiv möglichst einfachen und kostengünstigen Ausführung kann gegenständlich ferner vorgesehen sein, dass der potentielle Energiespeicher in Form einer Kette gebildet ist, wobei die Kette vorzugsweise aus einer Gliederkette und/oder einer Rollenkette und/oder einer Zahnkette gebildet ist. Ebenso kann die Kette jedoch auch in Form einer Stegkette, Pantenkette, Bolzenkette, Rollenkette, Zahnkette oder dergleichen ausgebildet sein.

Um eine komplikationsfreie Führung zu gewährleisten und ein mögliches Verheddern von Kettengliedern zu verhindern, kann erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein, dass der Energiespeicher in Form einer Kette gebildet ist, wobei die Kette vorzugsweise verklankungsfrei gebildet ist.

Im Hinblick auf einen kostengünstigen, stabilen und die nötige Dichte bzw. das nötige Gewicht aufweisenden Werkstoff kann gegenständlich ferner vorgesehen sein, dass der potentielle Energiespeicher aus einem Metallwerkstoff, vorzugsweise einem Eisenwerkstoff, insbesondere aus Stahl gebildet ist. Im Rahmen einer witterungsbeständigen Ausführung kann der potentielle Energiespeicher hierbei vorzugsweise aus rostfreiem Edelstahl gebildet sein. Alternativ kann der Energiespeicher auch eine Beschichtung bzw. eine Umhüllung aus Kunststoff oder dergleichen aufweisen.

Um eine möglichst lange kontinuierliche Energieumwandlung von potentieller Energie in Bewegungsenergie zu gewährleisten und den potentiellen Energiespeicher gleichzeitig sicher unterbringen zu können, ist es im Rahmen der Erfindung ferner denkbar, dass eine Lagereinrichtung zur Lagerung des Energiespeichers vorgesehen ist, wobei die Lagereinrichtung vorzugsweise unmittelbar neben einer Einführungsöffnung des Schachtes angeordnet ist. Hierbei ist die Lagereinrichtung vorzugsweise derart ausgebildet, dass zumindest ein Teil des Energiespeichers innerhalb der Lagereinrichtung angeordnet sein kann.

Im Rahmen einer gut geschützten Anordnung des Energiespeichers kann die Lagereinrichtung hierbei beispielsweise in Form eines ins Erdreich eingelassenen Grabens ausgebildet sein, wobei der Graben hierbei vorzugsweise mit einem witterungsbeständigen Material ausgekleidet sein kann. Die Lagereinrichtung kann hierbei insbesondere bunkerähnlich oder dergleichen eingerichtet sein.

Im Hinblick auf eine konstruktiv einfache Möglichkeit der Führung eines Energiespeichers entlang eines Führungsweges sowie hinsichtlich eines effektiven Antriebes kann gegenständlich ferner vorgesehen sein, dass das Führungsmittel in Form eines Kettenrades und/oder einer Seiltrommel ausgebildet ist. Im Rahmen der Ausbildung des Energiespeichers in Form einer Gliederkette kann das Führungsmittel hierbei insbesondere in Form eines Taschenrades ausgebildet sein. Im Rahmen einer effektiven Ausnutzung der Länge des potentiellen Energiespeichers zur Gewährleistung einer möglichst kontinuierlichen Umwandlung von potentieller Energie in Bewegungsenergie kann erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen sein, dass der potentielle Energiespeicher einen Anfang und ein Ende aufweist, wobei der Anfang vorzugsweise dauerhaft entlang des Führungsweges innerhalb des Schachtes angeordnet ist und das Ende dauerhaft innerhalb der Lagereinrichtung angeordnet ist. Der Anfang des Energiespeichers kann hierbei vorzugsweise unbefestigt dauerhaft entlang des Führungsweges innerhalb des Schachtes angeordnet sein, während das Ende vorzugsweise innerhalb der Lagereinrichtung befestigt ist, damit ein Absinken des Energiespeichers in den Schacht verhindert wird.

Um einen möglichst sicheren und zuverlässigen Einsatz der Speichereinrichtung auch in Notfallsituationen zu gewährleisten, kann gegenständlich insbesondere vorgesehen sein, dass der potentielle Energiespeicher in einem Anfangszustand derart innerhalb des Schachtes angeordnet ist, dass eine Bewegung des Energiespeichers entlang des Führungsweges in eine Richtung ins Innere des Schachtes nach einer Freigabe ohne Hilfsenergie erfolgt. Auf diese Weise ist die gegenständliche Speichereinrichtung notstromfähig und innerhalb weniger Sekunden mit voller Leistung einsatzfähig.

Um eine solche Freigabe zu gewährleisten, kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Führungsmittel ein Schaltelement zur Freigabe des Energiespeichers aufweist, wobei das Schaltelement vorzugsweise manuell abschaltbar ist, insbesondere in Form einer Rücklaufsperre oder Sperrklinke ausgebildet ist. Das Schaltelement kann hierbei vorzugsweise derart ausgebildet sein und geschaltet werden, dass der potentielle Energiespeicher während eines vorgesehenen Stillstands in seiner Position gehalten und hierbei zusätzlich unterstützt wird.

Im Rahmen der Gewährleistung einer notwendigen Sicherheit kann es ferner von Vorteil sein, dass eine Notbremseinrichtung zur Abbremsung und Stillstellung des Energiespeichers bei einer Gefahrensituation oder eines Stromausfalls vorgesehen ist. Diese kann insbesondere dann zum Einsatz kommen, wenn das gegenständliche Schaltelement in seiner Funktion zumindest teilweise eingeschränkt ist. Die Notbremseinrichtung kann hierbei vorzugsweise an bzw. auf dem Führungsmittel oder dem Energiespeicher angeordnet sein und vorteilhafterweise in einem energielosen Zustand geschlossen sein, sodass sie ohne Zusatzenergie betätigt werden kann. Auch eine Anordnung an anderen Positionen, beispielsweise innerhalb des Schachtes, sind denkbar. Die Notbremseinrichtung kann hierbei beispielsweise hydraulisch oder pneumatisch gesteuert sein und eine Bremswirkung zum Beispiel über die Beaufschlagung einer Feder initiieren, wobei eine Bremswirkung vorteilhafterweise über einen Formschluss generiert werden kann. Die Notbremseinrichtung kann ferner als Betriebsbremse oder als Haltebremse ausgebildet sein, wobei die Notbremseinrichtung insbesondere bei einer Ausführung als Haltebremse in Lastrichtung bzw. im Kraftfluss vor einem Getriebe zur Energie- bzw. Kraftübertragung angeordnet ist.

Im Rahmen einer flexiblen Ein- und Ausspeisung auch größerer Energiemengen kann erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von potentiellen Energiespeichern vorgesehen ist, wobei die Energiespeicher vorzugsweise nebeneinander auf derselben Welle, insbesondere auf separaten Führungsmitteln angeordnet sind.

Bei einer Anordnung mehrerer Energiespeicher ist es dann ebenso sinnvoll, dass auch eine Mehrzahl von Lagereinrichtungen zur Lagerung der Energiespeicher vorgesehen sind, wobei die Lagereinrichtungen vorzugsweise nebeneinander und/oder gegenüberliegend voneinander entlang der Einführungsöffnung des Schachtes angeordnet sein können.

Ebenso kann es vorteilhaft sein, wenn bei einer Anordnung mehrerer Energiespeicher auch eine Mehrzahl von Schaltelementen und/oder Notbremseinrichtungen, vorteilhafterweise für jeden Energiespeicher ein Schaltelement und/oder eine Notbremseinrichtung, vorgesehen ist, wobei die Schaltelemente und/oder Notbremseinrichtungen vorzugsweise unabhängig voneinander schaltbar sind.

Im Hinblick auf eine zielgerichtete Ein- und Ausspeisung von Energie in die bzw. aus der gegenständlichen Speichereinrichtung, kann insbesondere vorgesehen sein, dass eine Detektionseinheit zur Detektion der aktuellen Speicherkapazität vorgesehen ist, wobei die Detektionseinheit vorzugsweise Sensoren aufweist, die insbesondere in Form eines Drehgebers ausgebildet sind. Ein derartiger Drehgeber kann vorzugsweise in Form eines Militurn-Gebers ausgebildet sein, der vorteilhafter Weise die Drehbewegung des Führungsmittels erfasst und anhand der Anzahl der Umdrehungen bei bekanntem Anfangsvorrat an potentiellem Energiespeicher innerhalb der Lagereinrichtung eine Berechnung des aktuellen in der Lagereinrichtung befindlichen Speichers an potentiellem Energiespeicher bzw. des bereits abgelassenen Energiespeichers ermöglicht. Dadurch kann über eine Datenübertragung aus der Ferne eine Information über die aktuelle Speicherkapazität einer gegenständlichen Speichereinrichtung ermittelt werden. Ferner können auch weitere, vorzugsweise nachrüstbare Sensoren zur Erfassung weiterer relevanter Parameter, wie aktueller Drehzahlen, Drehmomente, Ströme, Spannungen, Frequenzen, Schwingungsgeschwindigkeiten, Temperaturen, Schaltzustände von Kupplungen, Bremsen und Rücklaufsperren oder dergleichen vorgesehen sein, wobei mittels genannter Sensorik relevante Parameter fortlaufend ermittelt werden können und auf Basis der Ermittlung der Betrieb einer gegenständlichen Speichereinrichtung optimiert werden kann. Ebenso ist es denkbar, eine gegenständliche Einrichtung mittels einer fortlaufenden Überwachung fernzusteuern und/oder mit anderen Anlagen zu vernetzen, um den Betrieb zu optimieren.

Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ferner ein System zum Ausgleichen von Netzschwankungen eines Energieversorgungsnetzes. Hierbei umfasst das gegenständliche System eine voranstehend beschriebene Speichereinrichtung, zumindest einen Motor zum Antreiben des Führungsmittels über Energie aus dem Energieversorgungsnetz, zumindest einen Generator zur Umwandlung von Bewegungsenergie des potentiellen Energiespeichers in elektrische Energie zur Abgabe an das Energieversorgungsnetz sowie ein Leitungssystem zum Austausch elektrischer Energie zwischen dem Energieversorgungsnetz und der Speichereinrichtung, wobei das System derart ausgebildet ist, dass in Zeiten einer Unterversorgung des Energieversorgungsnetzes potentielle Energie mittels der Speichereinrichtung in elektrische Energie unwandelbar und in das Energieversorgungsnetz einspeisbar ist und in Zeiten einer Überversorgung des Energieversorgungsnetzes elektrische Energie aus dem Energieversorgungsnetz entnehmbar und zur Speicherung in potentielle Energie unwandelbar ist. Damit bringt das erfindungsgemäße System die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits ausführlich in Bezug auf die gegenständliche Speichereinrichtung beschrieben worden sind. Hinsichtlich einer effektiven Umwandlung verschiedener Energieformen ist es ferner insbesondere denkbar, dass ein Frequenzumrichter zur Überführung des Stroms in eine für den Motor geeignete Form vorgesehen ist.

Im Rahmen einer gezielten Ein- und Ausspeisung von Energie zur Gewährleistung eines möglichst effektiven Ausgleichs von Netzschwankungen des Energieversorgungsnetzes kann erfindungsgemäß ferner insbesondere vorgesehen sein, dass eine Detektionseinheit zur Detektion einer aktuellen Netzauslastung vorgesehen ist.

Ebenso kann hierbei hinsichtlich eines effektiven Ausgleichs von Netzschwankungen des Energieversorgungsnetzes vorgesehen sein, dass eine Verarbeitungseinheit zur Bestimmung einer aus dem Energieversorgungsnetz entnehmbaren oder in das Energieversorgungsnetz abzuführenden Energie auf Basis der detektierten aktuellen Netzauslastung sowie eine Steuereinheit zur Steuerung eines Energietransfers zwischen der Speichereinrichtung und dem Energieversorgungsnetz auf Basis der bestimmten aufnehmbaren oder in das Energieversorgungsnetz abgebbaren Energie vorgesehen ist.

Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Ausgleichen von Netzschwankungen eines Energieversorgungsnetzes, insbesondere unter Verwendung eines voranstehend beschriebenen Systems zum Ausgleichen von Netzschwankungen eines Energieversorgungsnetzes. Hierbei umfasst das gegenständliche Verfahren die Schritte eines Erfassens einer aktuellen Netzauslastung eines Energieversorgungssystems mittels einer Detektionseinheit, eines Bestimmens einer aus dem Energieversorgungsnetz entnehmbaren oder in das Energieversorgungsnetz abzuführenden Energie auf Basis der detektierten aktuellen Netzauslastung mittels einer Verarbeitungseinheit sowie eines Ansteuerns eines Energietransfers zwischen der Speichereinrichtung und dem Energieversorgungsnetz auf Basis der bestimmten entnehmbaren oder in das Energieversorgungsnetz abzuführenden Energie mittels einer Steuereinheit, wobei in Zeiten einer Unterversorgung eines Energieversorgungsnetzes mittels der Speichereinrichtung potentielle Energie in elektrische Energie umgewandelt und in das Energieversorgungsnetz eingespeist wird und in Zeiten einer Überversorgung des Energieversorgungsnetzes elektrische Energie aus dem Energieversorgungsnetz entnommen und zur Speicherung in potentielle Energie umgewandelt wird. Damit bringt das erfindungsgemäße Verfahren die io gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits ausführlich in Bezug auf die erfindungsgemäße Speichereinrichtung bzw. das erfindungsgemäße System zum Ausgleichen von Netzschwankungen eines Energieversorgungsnetzes beschrieben worden sind.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Hierbei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

In den Figuren zeigen:

Fig. 1a eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Speichereinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem Anfangszustand,

Fig. 1b eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Speichereinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem Endzustand,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems zum

Ausgleichen von Netzschwankungen eines Energieversorgungsnetzes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der einzelnen Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ausgleichen von Netzschwankungen eines Energieversorgungsnetzes.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Speichereinrichtung 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem Anfangszustand. Hierbei umfasst die Speichereinrichtung 2 zur Speicherung von Energie in Form von potentieller Energie zumindest einen potentiellen Energiespeicher 4 zur Aufnahme, Speicherung und Abgabe von Energie, zumindest ein Führungsmittel 6 zur Führung des potentiellen Energiespeichers 4 entlang eines Führungsweges 8, wobei der Führungsweg 8 innerhalb eines vertikal zur Erdoberfläche am Boden angeordneten Schachtes 10 angeordnet ist, wobei der potentielle Energiespeicher 4 die gespeicherte potentielle Energie durch Umwandlung aus Bewegungsenergie gewinnt und durch Umwandlung in Bewegungsenergie abgibt, wobei die Bewegungsenergie aus einer Bewegung des potentiellen Energiespeichers 4 entlang des Führungsweges 8 resultiert. Hierbei ist der potentielle Energiespeicher 4 in Form eines kontinuierlichen, sich über die Länge des Führungsweges 8 hinaus erstreckenden Gewichtes gebildet.

Der potentielle Energiespeicher 4 ist hierbei vorliegend in Form einer Kette gebildet. Alternativ kann der potentielle Energiespeicher 4 auch in Form eines Seiles oder dergleichen gebildet sein. Bei einer Ausführung des potentiellen Energiespeichers 4 in Form einer Kette kann dieser insbesondere in Form einer Gliederkette und/oder einer Rollenkette und/oder einer Zahnkette oder dergleichen gebildet sein. Bei einer Ausführung des Energiespeichers 4 in Form einer Kette kann diese insbesondere verklankungsfrei ausgebildet sein, um ein mögliches Verheddern der Kettenglieder zu verhindern.

Der potentielle Energiespeicher 4 ist hierbei vorzugsweise aus einem Metallwerkstoff, vorteilhafter Weise einem Eisenwerkstoff, insbesondere aus Stahl gebildet. Zur Lagerung des Energiespeichers 4 ist vorliegend ferner eine Lagereinrichtung 14 vorgesehen, die nahe, vorzugsweise unmittelbar neben einer Einführungsöffnung 12 des Schachtes 10 angeordnet sein kann. Die Lagereinrichtung 14 kann hierbei insbesondere in Form eines ins Erdreich eingelassenen Grabens oder dergleichen gebildet sein, der vorzugsweise mit einem witterungsbedingten Material oder dergleichen ausgekleidet sein kann.

Das Führungsmittel 6 kann im Rahmen einer konstruktiv einfachen Möglichkeit der Führung des Energiespeichers 4 beispielsweise in Form eines Kettenrades und/oder einer Seiltrommel oder dergleichen ausgebildet sein.

Der potentielle Energiespeicher 4 weist einen Anfang 16 und ein Ende 18 auf, wobei der Anfang 16 vorliegend dauerhaft entlang des Führungsweges 8 innerhalb des Schachtes 14 angeordnet ist und das Ende 18 dauerhaft innerhalb der Lagereinrichtung 10 angeordnet und vorliegend innerhalb der Lageeinrichtung 10 befestigt ist. Das Führungsmittel 6 weist hierbei ein hier nicht dargestelltes Schaltelement 20 zur Freigabe des Energiespeichers 4 auf, das manuell abschaltbar ist und insbesondere in Form einer Rücklaufsperre ausgebildet sein kann. Ferner umfasst die Speichereinrichtung 2 eine Notbremseinrichtung 22 zur Abbremsung und Stillstellung des Energiespeichers 4 in einer Gefahrensituation oder einem Stromausfall. Die gegenständliche Notbremseinrichtung 22 kann ebenso auf dem Führungsmittel 6 oder dem Energiespeicher 4 angeordnet sein und vorteilhafterweise in einem energielosen Zustand geschlossen sein, sodass sie ohne Zusatzenergie betätigt werden kann.

Zudem umfasst die Speichereinrichtung 2 eine Detektionseinheit 32 zur Detektion der aktuellen Speicherkapazität, die vorliegend in Form eines Drehgebers ausgebildet ist. Dieser Drehgeber kann die Anzahl der Umdrehungen des Führungsmittels 6 bestimmen und anhand der Anzahl der Umdrehungen bei bekanntem Anfangsvorrat an potentiellem Energiespeicher 4 innerhalb der Lagereinrichtung 14 eine Berechnung des aktuellen in der Lagereinrichtung 14 befindlichen Speichers an potentiellem Energiespeicher 4 ermöglichen.

In dem gemäß Figur 1a dargestellten Anfangszustand ist der in Form einer Kette gebildete potentielle Energiespeicher 4 noch beinahe vollständig innerhalb der Lagereinrichtung 14 angeordnet.

Fig. 1b zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Speichereinrichtung 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem Endzustand.

Gemäß dem in Fig. 1b dargestellten Endzustand ist der potentielle Energiespeicher 4 nun vollständig innerhalb des Schachtes 10, insbesondere am Boden des Schachtes 10 angeordnet, sodass nun keine potentielle Energie in Form von Lageenergie in dem potentiellen Energiespeicher 4 vorhanden ist. Um den Energiespeicher 4 wieder auf den ursprünglichen Zustand „aufzuladen“, müsste dieser über das Führungsmittel 6 wieder aus dem Schacht 10 in die Lagereinrichtung 14 zurück befördert werden.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems 1 zum Ausgleichen von Netzschwankungen eines Energieversorgungsnetzes 30 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Hierbei umfasst das System 1 eine voranstehend beschriebene Speichereinrichtung 2, zumindest einen Motor 26 zum Antreiben des Führungsmittels 6 der Speichereinrichtung 2 über Energie aus dem Energieversorgungsnetz 30, zumindest einen Generator 28 zur Umwandlung von Bewegungsenergie des potentiellen Energiespeichers 4 in elektrische Energie zu Abgabe an das Energieversorgungsnetz 30 sowie ein Leitungssystem 40 zum Austausch elektrischer Energie zwischen dem Energieversorgungsnetz 30 und der Speichereinrichtung 2, wobei das System 1 hierbei derart ausgebildet ist, dass in Zeiten einer Unterversorgung des Energieversorgungsnetzes 30 potentielle Energie mittels der Speichervorrichtung 2 in elektrische Energie unwandelbar und in das Energieversorgungsnetz 30 einspeisbar ist und in Zeiten einer Überversorgung des Energieversorgungsnetzes 30 elektrische Energie aus dem Energieversorgungsnetz 30 entnehmbar und zur Speicherung in potentielle Energie unwandelbar ist.

Zur Überführung des Stroms in eine für den Motor 26 geeignete Form ist vorliegend ferner ein Frequenzumrichter 24 vorgesehen. Zudem umfasst das gegenständliche System 1 eine Detektionseinheit 34 zur Detektion einer aktuellen Netzauslastung, eine Verarbeitungseinheit 36 zur Bestimmung einer aus dem Energieversorgungsnetz entnehmbaren oder in das Energieversorgungsnetz abzuführenden Energie auf Basis der detektierten aktuellen Netzauslastung sowie eine Steuereinheit 38 zur Steuerung eines Energietransfers zwischen der Speichereinrichtung 2 und dem Energieversorgungsnetz 30 auf Basis der bestimmten entnehmbaren oder in das Energieversorgungsnetz abgebbaren Energie.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der einzelnen Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ausgleichen von Netzschwankungen eines Energieversorgungsnetzes 30.

Hierbei umfasst das gegenständliche Verfahren die Schritte eines Erfassens 50 einer aktuellen Netzauslastung eines Energieversorgungssystems 30 mittels einer Detektionseinheit 34, eines Bestimmens 52 einer aus dem Energieversorgungsnetz 30 entnehmbaren oder in das Energieversorgungsnetz 30 abzuführenden Energie auf Basis der detektierten aktuellen Netzauslastung mittels einer Verarbeitungseinheit 36 sowie eines Ansteuerns 54 eines Energietransfers zwischen der Speichereinrichtung 2 und dem Energieversorgungsnetz 30 auf Basis der bestimmten entnehmbaren oder in das Energieversorgungsnetz 30 abzuführenden Energie mittels einer Steuereinheit 38, wobei in Zeiten einer Unterversorgung eines Energieversorgungsnetzes 30 mittels der Speichereinrichtung 2 potentielle Energie in elektrische Energie umgewandelt und in das Energieversorgungsnetz 30 eingespeist wird und in Zeiten einer Überversorgung des Energieversorgungsnetzes 30 elektrische Energie aus dem Energieversorgungsnetz 30 entnommen und zur Speicherung in potentielle Energie umgewandelt wird.

Mittels der erfindungsgemäßen Speichereinrichtung zur Speicherung von Energie in Form von potentieller Energie bzw. mittels des erfindungsgemäßen Systems, umfassend eine derartige Speichereinrichtung ist es insbesondere möglich, auf konstruktiv einfache und kostengünstige Weise eine kontinuierliche und unterbrechungsfreie Ein- und Ausspeisung von Energie in und aus einem Energieversorgungssystem zu gewährleisten.

Bez u qszei che n l iste

2 Speichereinrichtung

4 potentieller Energiespeicher

6 Führungsmittel

8 Führungsweg

10 Schacht

12 Einführungsöffnung

14 Lagereinrichtung

16 Anfang

18 Ende

20 Schaltelement

22 Bremseinrichtung

24 Frequenzumrichter

26 Motor

27 Getriebe

28 Generator

30 Energieversorgungsnetz

32 Detektionseinheit

34 Detektionseinheit

36 Verarbeitungseinheit

38 Steuereinheit

40 Leitungssystem

50 Erfassen einer aktuellen Netzauslastung

52 Bestimmen einer entnehmbaren oder abzuführenden Energie

54 Ansteuern eines Energietransfers

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Speichereinrichtung (2) zur Speicherung von Energie in Form von potentieller Energie, umfassend:

- zumindest einen potentiellen Energiespeicher (4) zur Aufnahme, Speicherung und Abgabe von Energie,

- zumindest ein Führungsmittel (6) zur Führung des potentiellen Energiespeichers (4) entlang eines Führungsweges (8),

- wobei der Führungsweg (8) innerhalb eines vertikal zur Erdoberfläche im Boden angeordneten Schachtes (10) angeordnet ist,

- wobei der potentielle Energiespeicher (4) die gespeicherte potentielle Energie durch Umwandlung aus Bewegungsenergie gewinnt und durch Umwandlung in Bewegungsenergie abgibt,

- wobei die Bewegungsenergie aus einer Bewegung des potentiellen Energiespeichers (4) entlang des Führungsweges (8) resultiert, dadurch gekennzeichnet, dass der potentielle Energiespeicher (4) in Form eines kontinuierlichen, sich über die Länge des Führungsweges (8) hinaus erstreckenden Gewichtes gebildet ist.

2. Speichereinrichtung (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der potentielle Energiespeicher (4) in Form eines Seiles und/oder einer Kette gebildet ist.

3. Speichereinrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der potentielle Energiespeicher (4) in Form einer Kette gebildet ist, wobei die Kette vorzugsweise aus einer Gliederkette und/oder einer Rollenkette und/oder einer Zahnkette gebildet ist.

4. Speichereinrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (4) in Form einer Kette gebildet ist, wobei die Kette vorzugsweise verklankungsfrei ausgebildet ist.

5. Speichereinrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (4) aus einem Metallwerkstoff, vorzugsweise einem Eisenwerkstoff, insbesondere aus Stahl gebildet ist.

6. Speichereinrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lagereinrichtung (14) zur Lagerung des Energiespeichers (4) vorgesehen ist, wobei die Lagereinrichtung (14) vorzugsweise unmittelbar neben einer Einführungsöffnung (12) des Schachtes (10) angeordnet ist.

7. Speichereinrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung (14) in Form eines ins Erdreich eingelassenen Grabens ausgebildet ist, wobei der Graben vorzugsweise mit einem witterungsbeständigen Material ausgekleidet sind.

8. Speichereinrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsmittel (6) in Form eines Kettenrades und/oder einer Seiltrommel ausgebildet ist.

9. Speichereinrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der potentielle Energiespeicher (4) einen Anfang (16) und ein Ende (18) aufweist, wobei der Anfang (16) vorzugsweise dauerhaft entlang des Führungsweges (8) innerhalb des Schachtes (14) angeordnet ist und das Ende (18) dauerhaft innerhalb der Lagereinrichtung (10) angeordnet ist.

10. Speichereinrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der potentielle Energiespeicher (4) in einem Anfangszustand derart innerhalb des Schachtes (14) angeordnet ist, dass eine Bewegung des Energiespeichers (4) entlang des Führungsweges (8) in einer Richtung entgegengesetzt zur Erdoberfläche nach einer Freigabe ohne Hilfsenergie erfolgt.

11. Speichereinrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsmittel (6) ein Schaltelement (20) zur Freigabe des Energiespeichers (4) aufweist, wobei das Schaltelement (20) vorzugsweise manuell schaltbar ist, insbesondere in Form einer Rücklaufsperre oder Sperrklinke ausgebildet ist.

12. Speichereinrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Notbremseinrichtung (22) zur Abbremsung und Stillstellung des Energiespeichers (4) bei einer Gefahrensituation oder einem Stromausfall vorgesehen ist.

13. Speichereinrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von potentiellen Energiespeichern (4) vorgesehen ist, wobei die Energiespeicher (4) vorzugsweise nebeneinander auf derselben Welle, insbesondere auf separaten Führungsmitteln (6) angeordnet sind.

14. Speichereinrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Lagereinrichtungen (10) zur Lagerung der Energiespeicher (4) vorgesehen ist, wobei die Lagereinrichtungen (10) vorzugsweise nebeneinander und/oder gegenüberliegend voneinander entlang der Einführungsöffnung (12) des Schachtes (14) angeordnet sind.

15. Speichereinrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Schaltelementen (20) vorgesehen ist, wobei die Schaltelemente (20) vorzugsweise unabhängig voneinander schaltbar sind.

16. Speichereinrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Detektionseinheit (32) zur Detektion der aktuellen Speicherkapazität vorgesehen ist, wobei die Detektionseinheit vorzugsweise Sensoren aufweist, die insbesondere in Form eines Drehgebers ausgebildet sind.

17. System (1) zum Ausgleichen von Netzschwankungen eines Energieversorgungsnetzes, (30) umfassend:

- eine Speichereinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 16,

- zumindest einen Motor (26) zum Antreiben des Führungsmittels (6) über Energie aus dem Energieversorgungsnetz (30),

- zumindest einen Generator (28) zur Umwandlung von Bewegungsenergie des potentiellen Energiespeichers (4) in elektrische Energie zur Abgabe an das Energieversorgungsnetz (30),

- ein Leitungssystem (40) zum Austausch elektrischer Energie zwischen dem Energieversorgungsnetz (30) und der Speichereinrichtung (2),

- wobei das System (1) derart ausgebildet ist, dass in Zeiten einer Unterversorgung des Energieversorgungsnetzes (30) potentielle Energie mittels der Speichereinrichtung (2) in elektrische Energie umwandelbar und in das Energieversorgungsnetz (30) einspeisbar ist und in Zeiten einer Überversorgung des Energieversorgungsnetzes (30) elektrische Energie aus dem Energieversorgungsnetz (30) entnehmbar und zur Speicherung in potentielle Energie umwandelbar ist.

18. System (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Frequenzumrichter (24) zur Überführung des Stroms in eine für den Motor (26) geeignete Form vorgesehen ist.

19. System (1) nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Detektionseinheit (34) zur Detektion einer aktuellen Netzauslastung vorgesehen ist.

20. System (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verarbeitungseinheit (36) zur Bestimmung einer aus dem Energieversorgungsnetz (30) entnehmbaren oder in das Energieversorgungsnetz (30) abzuführenden Energie auf Basis der detektierten aktuellen Netzauslastung sowie eine Steuereinheit (38) zur Steuerung eines Energietransfers zwischen der Speichereinrichtung (2) und dem Energieversorgungsnetz (30) auf Basis der bestimmten entnehmbaren oder in das Energieversorgungsnetz (30) abzuführenden Energie vorgesehen ist.

21. Verfahren zum Ausgleichen von Netzschwankungen eines Energieversorgungsnetzes (30), insbesondere unter Verwendung eines Systems (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 20, umfassend die Schritte:

- Erfassen (50) einer aktuellen Netzauslastung eines Energieversorgungssystems (30) mittels einer Detektionseinheit (34),

Bestimmen (52) einer aus dem Energieversorgungsnetz (30) entnehmbaren oder in das Energieversorgungsnetz (30) abzuführenden Energie auf Basis der detektierten aktuellen Netzauslastung mittels einer Verarbeitungseinheit (36),

- Ansteuern (54) eines Energietransfers zwischen der Speichereinrichtung (2) und dem Energieversorgungsnetz (30) auf Basis der bestimmten entnehmbaren oder in das Energieversorgungsnetz (30) abzuführenden Energie mittels einer Steuereinheit (38),

- wobei in Zeiten einer Unterversorgung eines Energieversorgungsnetzes (30) mittels der Speichereinrichtung (2) potentielle Energie in elektrische Energie umwandelt und in das Energieversorgungsnetz (30) einspeist wird und in Zeiten einer Überversorgung des Energieversorgungsnetzes (30) elektrische Energie aus dem Energieversorgungsnetz (30) entnommen und zur Speicherung in potentielle Energie umwandelt wird.