EP4143429A1 - Modulares unterwasser-pumpspeicherkraftwerk-reservoir - Google Patents

Modulares unterwasser-pumpspeicherkraftwerk-reservoir

Info

Publication number
EP4143429A1
EP4143429A1 EP21724213.0A EP21724213A EP4143429A1 EP 4143429 A1 EP4143429 A1 EP 4143429A1 EP 21724213 A EP21724213 A EP 21724213A EP 4143429 A1 EP4143429 A1 EP 4143429A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure vessel
modules
module
wall
cavities
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21724213.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Luther
Horst Schmidt-Böcking
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP4143429A1 publication Critical patent/EP4143429A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/06—Stations or aggregates of water-storage type, e.g. comprising a turbine and a pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/40—Use of a multiplicity of similar components
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2250/00—Geometry
    • F05B2250/20—Geometry three-dimensional
    • F05B2250/28—Geometry three-dimensional patterned
    • F05B2250/283—Honeycomb
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2250/00—Geometry
    • F05B2250/30—Arrangement of components
    • F05B2250/31—Arrangement of components according to the direction of their main axis or their axis of rotation
    • F05B2250/312—Arrangement of components according to the direction of their main axis or their axis of rotation the axes being parallel to each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/42—Storage of energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/42—Storage of energy
    • F05B2260/422—Storage of energy in the form of potential energy, e.g. pressurized or pumped fluid
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Definitions

  • the invention relates to a modularly constructed reservoir for an underwater pumped storage power plant, in particular for installation in a dry but floodable ground depression, e.g. in an abandoned or still operating open pit.
  • the invention is particularly suitable for subsequent use of the Hambach opencast mine or other lignite mining areas and, even when implemented in the Rhenish Revier, has the potential to provide the entire short-term storage capacity required after the energy transition in Germany (and possibly even in Europe).
  • DE 10 2011 013329 A1 discloses the basic idea of building a pumped storage power plant under water, with a lowered pressure vessel serving as a lower reservoir to store energy when water is pumped out of the pressure vessel and to provide energy when water is let into the pressure vessel.
  • DE 10 2019 118 725 which is hereby incorporated by reference.
  • DE 10 2019 118 726 which is hereby also incorporated by reference, teaches a method for the provisional use of an at least partially constructed lower reservoir for an underwater pumped storage power plant.
  • the present invention is based on the object of specifying a lower reservoir for an underwater pumped storage power plant, which combines low manufacturing costs, a flexible structure and expandability with a large storage volume and high pressure resistance, stability and safety, and also an environmentally friendly production permitted.
  • the invention discloses an underwater pumped storage power plant reservoir in a dry but floodable ground depression, in particular in an abandoned or still operated open pit, comprising a modular arrangement of several individual pressure vessel modules.
  • the individual pressure vessel modules serve for the intermediate storage of electrical energy from other power plants, in particular wind power plants and / or photovoltaic systems.
  • the pressure vessel modules can in particular be operated in such a way that electrical energy is obtained when water is let into the pressure vessel modules from the flooded ground depression, and electrical energy is stored when water is discharged from the pressure vessel modules into the flooded ground depression will.
  • the pressure vessel modules are each individual modules, which can preferably be operated independently of one another, in particular if the modules are each equipped with their own turbine, pump and / or pump turbine at their at least one flow opening. If the pressure vessel modules are independent, this has the advantage of greater reliability. In the event of an earthquake, only individual pressure vessel modules are affected, so that only small areas of damage occur on the reservoir. This prevents the reservoir from being destroyed by an earthquake.
  • the pressure vessel modules accordingly each have an outer wall with at least one flow opening for admitting and / or discharging water, such that the pressure vessel modules can each be filled with water and / or pumped out independently of one another when the dry bottom depression is flooded with water.
  • the modular arrangement of the pressure vessel modules is also designed in such a way that the outer wall of the pressure vessel modules is flat against one another are arranged adjacent, in particular without gaps, to one another in the dry but floodable bottom depression.
  • the pressure vessel modules are preferably arranged next to one another and / or one above the other on the subsurface of the floor depression.
  • the outer walls of the pressure vessel modules adjoin one another in such a way that the pressure vessel modules each adjoin one another with a flat, i.e. two-dimensional, area of their outer wall and preferably each touch one another with a flat, i.e. two-dimensional, area of their outer wall.
  • the terms flatly adjoining or touching are to be interpreted in the sense of this application in such a way that the pressure vessel modules neither adjoin one another only punctually nor only along a line, ie one-dimensionally, as would be the case, for example, if two spherical tanks adjoin one another or two parallel circular cylindrical ones Adjacent containers.
  • the modular arrangement is characterized according to the invention in that each pressure vessel module is in contact with a flat part of its outer surface with a flat part of the outer surface of another pressure vessel module.
  • two-dimensional adjoining one another in the sense of this application also includes in particular a two-dimensional opposition of two-dimensional areas of the outer walls, whereby a certain gap can remain, which is, for example, less than 2%, in particular less than 1%, in particular smaller than 0.5%, especially smaller than 0.1%, especially smaller than 0.05% of a main dimension of the pressure vessel module.
  • contact or being in contact which in the sense of this application also in particular include an opposing position with a remaining space, which is, for example, smaller than the stated values.
  • the modular arrangement of the pressure vessel modules is therefore designed in such a way that the pressure vessel modules are arranged with their outer walls face to face in the dry but floodable floor depression, with two-dimensional, ie two-dimensional, areas of the outer walls facing one another, which in particular have an interspace, which is especially smaller than the stated values. Since the pressure vessel modules are arranged flatly adjacent to one another, in particular without gaps, in relation to one another in the floor depression, the stability and mutual cohesion of the modular arrangement is increased. In particular, mutual slipping of the pressure vessel modules is prevented or reduced by the two-dimensional contact. Furthermore, the areal contact between the pressure vessel modules reduces the space in between. As a result, the storage capacity of the arrangement can in turn be increased and any filler material provided for the intermediate spaces can be saved.
  • gaps can even be completely avoided.
  • the pressure vessel modules are in flat contact, the effect of the high external water pressure when the depression in the ground is flooded with water can be prevented. This increases the pressure resistance of the individual pressure vessel modules, in particular with a long service life. If necessary, the pressure vessel modules can hereby also be produced with a smaller wall thickness and thus lower costs.
  • the pressure vessel modules each define a longitudinal direction in such a way that the outer wall of the pressure vessel modules each has a jacket surrounding the longitudinal direction with an outer jacket surface.
  • the pressure vessel modules are preferably arranged in the floor depression in such a way that the longitudinal direction runs vertically and at least some pressure vessel modules arranged directly on the substrate stand up on the substrate with a lower end face.
  • the pressure vessel modules are preferably designed to be cylindrical at least over a section along their longitudinal direction, in such a way that the outer jacket surface has a shape that is constant in cross section along the section of the longitudinal direction.
  • the shape that is to say the outer contour, can in particular be angular or polygonal.
  • the subsection is preferably at least 25 percent, particularly preferably at least 50 percent, even more preferably at least 75 percent, of the longitudinal extent of the pressure vessel modules along the longitudinal direction.
  • the pressure vessel modules preferably have a constant cross-section at least over a partial section along their longitudinal direction, in particular the entire cross-section including the outer contour and the inner structure being designed to be constant.
  • the subsection is again preferably at least 25 percent, particularly preferably at least 50 percent, even more preferably at least 75 percent, of the longitudinal extent of the pressure vessel modules along the longitudinal direction.
  • the pressure vessel modules can be manufactured or manufactured in a sliding construction at least over a partial section along their longitudinal direction, for example with or from concrete.
  • the subsection is again preferably at least 25 percent, particularly preferably at least 50 percent, even more preferably at least 75 percent, of the longitudinal extent of the pressure vessel modules along the longitudinal direction.
  • each pressure vessel module adjoins at least one of the other pressure vessel modules with at least 5 percent, preferably at least 10 percent, particularly preferably at least 20 percent, even more preferably at least 50 percent of its outer surface, in particular its outer surface.
  • the modular arrangement of the pressure vessel modules is also designed in such a way that at least some of the pressure vessel modules with at least 75 percent of their outer surface, in particular their outer surface area, are adjacent to at least one of the other pressure vessel modules and / or at least some of the pressure vessel modules arranged inside the modular arrangement over the full area with their The outer surface, in particular its outer surface, adjoin other pressure vessel modules.
  • the outer surface of the pressure vessel modules in particular the jacket surface of the pressure vessel modules, in particular comprises each planar surface sections or consists of planar surface sections.
  • the pressure vessel modules are arranged in such a way that the planar surface sections of one pressure vessel module each flatly adjoin planar surface sections of other pressure vessel modules.
  • the side surfaces can be designed to be jagged in such a way that teeth of adjacent pressure vessel modules interlock, in particular in order to further stabilize the arrangement.
  • the terms flatly adjoining and / or flatly in contact are to be interpreted in the context of this application to the effect that a certain, in particular negligible, gap can remain.
  • the pressure vessel modules are in particular arranged with their outer wall flatly adjacent to one another in such a way that each pressure vessel module with a flat area of its outer surface faces a flat area of the outer surface of at least one of the other pressure vessel modules, in such a way that no space remains or a space remains between the opposing flat areas , which is less than 2%, in particular less than 1%, in particular less than 0.5%, in particular less than 0.1%, in particular less than 0.05%, of a dimension, for example the longitudinal extension of the Pressure vessel module.
  • the adjacent part of the outer surface, in particular the lateral surface, of each pressure vessel module and / or the adjacent planar surface sections of the pressure vessel modules, in particular the lateral surface of the pressure vessel modules can adjoin one another in such a way that there is no space between them or a space that is smaller is than 2%, in particular less than 1%, in particular less than 0.5%, in particular less than 0.1%, in particular less than 0.05%, of a dimension, for example the longitudinal extent, of the pressure vessel module.
  • a remaining space can be at least partially filled with a sealing material, in particular at the edge areas, in order to prevent water from penetrating into the space, the sealing material preferably being flexible, in particular to bridge thermal expansion and / or temperature fluctuations.
  • the sealing material can for example comprise rubber.
  • a check valve can be installed in at least one outer wall of a pressure vessel module in order to divert water which has penetrated into an intermediate space into the pressure vessel module.
  • a check valve can, for example, be arranged in the upper quarter, sixth, eighth or tenth of the module.
  • the pressure vessel modules form a regular grid, in particular according to the structure of a hexagonal axis system.
  • the modular arrangement of the pressure vessel modules forms a pressure vessel module layer lying directly on the substrate, in particular a gapless, pressure vessel module layer and preferably also forms one or more overlying, in particular gapless, upper pressure vessel module layers.
  • the pressure vessel modules of the upper pressure vessel module layers are preferably each arranged without offset above the respective pressure vessel modules of the pressure vessel module layer lying on the substrate, and particularly preferably at a certain angle, in particular an angle of 360 °, with respect to them.
  • n degrees rotated about its longitudinal axis. A rotation of 360 / n degrees with a regular polygonal cross section with n corners ensures that the corners of pressure vessel modules arranged one above the other always remain congruent.
  • the underwater pumped storage power plant reservoir comprises a plurality, in particular a plurality, of individual pressure vessel modules in a modular arrangement.
  • at least 3 pressure vessel modules are included, preferably at least 10 pressure vessel modules are included, particularly preferably at least 50 pressure vessel modules are included, even more preferably at least 100 pressure vessel modules are included.
  • the individual pressure vessel modules are preferably designed to be identical. In this way, the manufacturing costs can be reduced, in particular if the pressure vessel modules are manufactured or can be manufactured using a sliding construction.
  • the inside of the pressure vessel modules preferably have a pressure guide structure in order to ensure or increase the pressure resistance of the container with respect to the water pressure acting on the pressure vessel modules from the outside.
  • the pressure guide structure is preferably formed monolithically with the outer wall, in particular manufactured or can be manufactured in one cast with the outer wall.
  • the pressure control structure can Include struts which connect the inner surfaces of the outer wall to one another.
  • the pressure guide structure can comprise curved or round surface sections of the inner surface of the outer wall.
  • the pressure guiding structure can comprise approximately circular cylindrical inner surfaces, which can divert the pressure through their rounding.
  • the pressure vessel modules comprise, in particular in a cross section, a multiplicity of cavities with wall elements located between them.
  • the cavities are preferably cylindrical and particularly preferably run along the longitudinal direction of the pressure vessel modules. It can be provided here that the wall elements located between the cavities simultaneously form or contribute to the pressure guiding structure.
  • the wall elements located between the cavities can be honeycomb-shaped, in particular in cross section.
  • the cavities can be arranged in such a way that, in particular in a cross section, a regular grid is created, in particular according to the structure of a hexagonal axis system.
  • the cavities can be arranged, for example, such that a plurality of outer cavities adjoining the outer wall annularly surround one or more inner cavities.
  • there can be, for example, an innermost cavity, which is annularly surrounded by further cavities, wherein the further cavities can in turn be annularly surrounded by further cavities.
  • the aforementioned struts which connect the inner surfaces of the outer wall and / or the aforementioned wall sections which are located between inner cavities can be made thinner than the outer wall of the pressure vessel modules. Furthermore, the struts and / or wall sections between inner cavities can also be made thinner than wall sections which are located between outer cavities. In the event that several cavities are provided, these are preferably connected to one another via a connecting channel or connecting channels, in particular on the underside of the pressure vessel modules, in order to form a common pressure storage volume. This makes it possible to operate the pressure vessel module with a single turbine, pump and / or pump turbine.
  • one of the cavities in particular a cavity arranged in a corner of a pressure vessel module with a substantially regular polygonal shape in cross section, can be opened outwards, in particular upwards, in order to open the flow opening for admission and / or letting out water to form.
  • This cavity forming the throughflow opening preferably has a thicker wall thickness than the other cavities.
  • the pressure vessel modules arranged in the bottom depression are preferably each equipped with a turbine, pump and / or pump turbine at their flow opening, so that when the dry bottom depression is flooded with water, the underwater pumped storage power plant reservoir can be operated in such a way that electrical energy is obtained is when water is let into the pressure vessel modules from the flooded bottom recess, and electrical energy is stored when water is discharged from the pressure vessel modules into the flooded bottom recess.
  • the turbine, pump and / or pump turbine can be arranged in the interior of the cavity forming the flow opening, in particular with a thicker wall, particularly preferably at its lower end, with the connecting channel (s) of the Cavities run.
  • the invention also relates to an underwater pumped storage power plant in a flooded ground depression, in particular a sea, a lake or an artificial lake, comprising an underwater pumped storage power plant reservoir at the bottom of the ground depression, the underwater pumped storage power plant reservoir being designed in particular as described above . ok
  • the underwater pumped storage power plant which is arranged in a water-filled depression in the ground, preferably comprises an underwater pumped storage power plant reservoir with a modular arrangement of several individual pressure vessel modules for the intermediate storage of electrical energy from other power plants, in particular wind turbines and / or photovoltaic systems, whereby the pressure vessel modules each have an outer wall with at least one flow opening for the inlet and / or outlet of water, in such a way that the pressure vessel modules can each be filled with water and / or pumped empty independently of one another when the dry ground depression is flooded with water, and the modular Arrangement of the pressure vessel modules is designed in such a way that the pressure vessel modules are arranged with their outer wall flatly adjacent to one another, in particular without any gaps, in the dry but floodable floor depression are net.
  • the invention also relates to a pressure vessel module for modular arrangement in a dry but floodable ground depression and / or for lowering in an already flooded ground depression, in particular for the construction of an underwater pumped storage power plant reservoir and / or an underwater pumped storage power plant according to the above statements.
  • the pressure vessel module described below can therefore in particular comprise one or more of the features mentioned in connection with the underwater pumped storage power plant reservoir.
  • the pressure vessel module has at least one throughflow opening for letting in and / or letting out water, such that the pressure vessel module can be filled with water and / or pumped out when the dry ground depression is flooded with water.
  • the pressure vessel module is preferably shaped in such a way that the outer wall of the pressure vessel module can be arranged flatly adjacent to one another, in particular without gaps, to form one or more structurally identical further pressure vessel modules.
  • the pressure vessel module is accordingly shaped in such a way that the pressure vessel module can adjoin, in particular touch, another structurally identical pressure vessel module with a flat, ie two-dimensional, area of its outer wall.
  • the terms flat Adjacent or touching are to be interpreted in the sense of this application in such a way that the pressure vessel module cannot only adjoin another structurally identical pressure vessel module only at points or only along a line, i.e. one-dimensionally, as would be the case, for example, if two spherical vessels adjoin or two parallel circular cylindrical containers are adjacent to each other.
  • the pressure vessel module is characterized in that a flat part of its outer surface can be brought into contact with a flat part of the outer surface of a further, structurally identical pressure vessel module.
  • the pressure vessel module defines a longitudinal direction such that the outer wall of the pressure vessel module has a jacket surrounding the longitudinal direction with an outer jacket surface.
  • the pressure vessel module is preferably designed to be cylindrical at least over a section along its longitudinal direction, such that the outer jacket surface along the section of the longitudinal direction has a shape that is constant in cross section, in particular angular or polygonal.
  • the subsection is preferably at least 25 percent, particularly preferably at least 50 percent, even more preferably at least 75 percent, of the longitudinal extent of the pressure vessel modules along the longitudinal direction.
  • the pressure vessel module preferably has a constant cross-section at least over a partial section along its longitudinal direction and / or can be manufactured or manufactured in a sliding construction at least over a partial section along its longitudinal direction.
  • the subsection is again preferably at least 25 percent, particularly preferably at least 50 percent, even more preferably at least 75 percent, of the longitudinal extent of the pressure vessel modules along the longitudinal direction.
  • the outer surface of the pressure vessel module in particular the jacket surface of the pressure vessel module, in particular comprises planar surface sections or consists of planar surface sections.
  • the pressure vessel module preferably has a pressure guide structure, in particular formed monolithically with the outer wall.
  • the pressure guiding structure preferably comprises struts which connect the inner surfaces of the outer wall and / or arcuate or round surface sections of the inner surface of the outer wall.
  • the pressure vessel module comprises, in particular in a cross section, a multiplicity of cavities with wall elements located between them.
  • the cavities are preferably cylindrical and particularly preferably run along the longitudinal direction of the pressure vessel module. It can be provided here that the wall elements located between the cavities form or contribute to the pressure control structure.
  • the wall elements can, for example, be honeycomb-shaped.
  • the cavities can be arranged in such a way that, in particular in a cross section, a regular grid is formed, in particular according to the structure of a hexagonal axis system, preferably a plurality of adjacent ones to the outer wall outer cavities annularly surround one or more inner cavities.
  • the aforementioned struts that connect the inner surfaces of the outer wall and / or the aforementioned wall sections that are located between inner cavities can be made thinner than wall sections that are located between outer cavities and / or be made thinner than the outer wall of the pressure vessel module.
  • these are preferably connected to one another via a connecting channel or connecting channels, in particular on the underside of the pressure vessel module.
  • one of the cavities in particular a cavity arranged in a corner of a pressure vessel module with a substantially regular polygonal cross-section, can be directed outwards, in particular upwards, to be opened to form the flow opening for admitting and / or discharging water.
  • This cavity forming the throughflow opening preferably has a thicker wall thickness than the other cavities.
  • the pressure vessel module is preferably equipped with a turbine, pump and / or pump turbine at its flow opening, so that when the dry ground depression is flooded with water, the pressure vessel module can be operated in such a way that electrical energy is obtained when water from the flooded ground depression in the pressure vessel module is let in, and electrical energy is stored when water is discharged from the pressure vessel module into the flooded ground depression.
  • the turbine, pump and / or pump turbine can be arranged in the interior of the cavity forming the flow opening, particularly preferably at its lower end, with the connecting channel (s) of the cavities preferably also running below the turbine, pump and / or pump turbine.
  • the pressure vessel module can be designed to be stackable, in particular in such a way that it can be placed onto a further, in particular structurally identical, pressure vessel module from above.
  • the pressure vessel module can have an upper side which is planar at least in regions and / or an underside which is planar in at least some regions.
  • the pressure vessel module preferably has such a symmetry that, rotated by a certain angle, in particular an angle of 360 / n degrees, it can be placed on an underlying, in particular structurally identical, pressure vessel module, where n is the number of corners of an essentially regular polygonal cross section of the Pressure vessel module referred to.
  • the dead weight of the pressure vessel module can be large enough that the pressure vessel module does not float.
  • the pressure vessel module can be designed to be floatable.
  • a floatable module can be lowered in such a way that it can be placed on a further pressure vessel module which is already located on the subsurface of a flooded floor depression. It can be provided that a pressure vessel module is anchored and / or weighted on the ground in order to compensate for the buoyancy.
  • the outer shape of the pressure vessel module can in particular be designed in such a way that no buoyancy forces can act on its side.
  • the pressure vessel module can have a cylindrical shape in such a way that the lateral surface directed to the side runs perpendicularly.
  • drainage can also be provided underneath a pressure vessel module in the floor depression, in particular in order to reduce or prevent a buoyancy force acting on the underside of the module by pumping water underground.
  • FIG. 1 shows a plan view of an underwater pumped storage power plant reservoir shown in section in a depression in the ground.
  • FIG. 2 shows a plan view of an underwater pumped storage power plant reservoir with ten pressure vessel modules, shown in section.
  • FIG. 3 shows a plan view of an underwater pumped storage power plant reservoir with eleven pressure vessel module groups, shown in section.
  • Fig. 4 (a) is a plan view of a pressure vessel module shown in section with a
  • Pressure control structure with struts (b) a plan view of a pressure vessel module shown in section with a pressure control structure with round inner walls,
  • FIG. 5 shows a plan view of a pressure vessel module, shown in section, with a large number of flea spaces with wall elements that contribute to the pressure control structure
  • FIG. 6 shows a plan view of a pressure vessel module, shown in section, with a large number of flea spaces with wall elements of different thicknesses
  • 7 shows a side view of a pressure vessel module shown in AA section
  • FIGS. 9a and 9b show a side view of two stacked pressure vessel modules shown in section according to FIGS. 9a and 9b,
  • FIG. 11 shows a side view of a flooded floor depression shown in section with two pressure vessel modules arranged on the ground, a pressure vessel module lowered thereon and a floating pressure vessel module.
  • Fig. 1 illustrates schematically the modular structure of a reservoir 10 for an underwater pumped storage power plant (UW-PSKW).
  • UW-PSKW underwater pumped storage power plant
  • Several individual pressure vessel modules 100 are arranged next to one another in the dry bottom depression 1 in order to form the UW-PSKW reservoir 10.
  • a distance A is drawn between the pressure vessel modules and the two right modules are bordered with a dashed line.
  • the modules 100 can, however, actually be arranged in such a way that the distance A essentially disappears, so that the pressure vessel modules adjoin one another area or touch one another area.
  • the depression 1 is in particular a not yet flooded open-cast mine in which an underwater PSKW is constructed in a modular manner.
  • the UW-PSKW reservoir 10, which forms an overall cavity system, can be up to 4 km long and 1 km wide in the Hambach opencast mine, for example.
  • the individual modules 100 which can also be referred to as segments, can have an exemplary size of up to 300 m edge length or diameter and approximately 100 to 250 m in height. These quantities are of course only to be understood as examples.
  • the reservoir 10 and / or the modules 100 can also have other dimensions.
  • the reservoir 10 comprises a plurality of pressure vessel modules 100, of which at least some can be constructed identically, for example in FIG. 1 the two left pressure vessel modules and the two right pressure vessel modules.
  • a pressure vessel module 100 has an outer wall 110 which surrounds one or more inner cavities 200 which serve as pressure storage volumes. Furthermore, a module 100 has in each case a throughflow opening 150 in order to let water into and / or let out water into the cavities 200 (see FIG. 7ff).
  • the modules 100 arranged in the floor depression 1 border one another flatly at least with a part of their outer wall 110. In the example shown in Fig. 1, both the left pressure vessel modules 100 and the two right pressure vessel modules 100 are each opposed to each other with mutually facing planar surface sections 120 of the outer wall 110, and particularly abut each other when there is no distance A between the modules 100 .
  • the pressure vessel modules 100 shown in section from above in FIG. 1 each define a longitudinal direction 102, which here runs vertically in the image plane and / or to the substrate of the floor depression 1 (for the longitudinal direction 102, see also FIG. 7ff).
  • the pressure vessel modules 100 have a lateral surface 130, which each comprises a plurality of planar surface sections 120 or is composed of such, wherein the lateral surface 130 in cross section, as can be seen in FIG. 1, can be designed as a polygon, for example , which in particular along the longitudinal direction 102 at least in sections remains the same shape and / which remains congruent.
  • a jacket or cross-section (see also FIGS. 5, 6) that is constant at least in sections along the longitudinal direction 102 allows, in particular, a cost-effective production of the pressure vessel modules 100 in a sliding construction.
  • a whole module or at least sections of it can be produced with a simple sliding formwork.
  • the sliding formwork can also be reused. This enables a cost-effective production of a plurality of structurally identical modules 100.
  • a plurality of modules can advantageously be produced one after the other with one formwork.
  • the pressure vessel modules 100 have a longitudinal extent which need not be the longest extent of the pressure vessel modules 100. Rather can
  • the longitudinal direction 102 of the pressure vessel module 100 is characterized in that the module 100 is at least partially cylindrical along this direction, i.e. has a constant outer contour, and / or has a constant cross section along this direction.
  • the longitudinal direction 102 of the pressure vessel modules 100 can also be characterized in that elongated cavities 200 extend along this direction in the interior of the pressure vessel module and / or that the pressure vessel modules 100 are designed to be placed vertically along this direction.
  • FIG. 2 shows a UW-PSKW reservoir 10 with a plurality of pressure vessel modules 100 which are flatly adjacent to one another and which form a pressure vessel module group 20.
  • the side surfaces are designed to be serrated and the teeth of adjacent side surfaces of adjacent modules 100 interlock.
  • the pressure vessel modules 100 are arranged regularly (here hexagonally) and form a gapless pressure vessel module layer 50, which, for example, can be arranged directly on the subsurface of an opencast mine. Above the pressure vessel module layer 50, one or more further upper pressure vessel module layers can be arranged.
  • FIG. 3 shows a further UW-PSKW reservoir 10 with a pressure vessel module layer 50, which in this case comprises a plurality of pressure vessel module groups 20, which in turn comprise a plurality of pressure vessel modules 100 (as shown in FIG. 2).
  • the pressure vessel module groups 20 are again regularly arranged and can be positioned adjacent to one another in such a way that a gapless pressure vessel module layer 50 is created, on which one or more further upper pressure vessel module layers 50 can be arranged if necessary.
  • the pressure vessel modules 100 show two pressure vessel modules 100 which have a hexagonal shape in cross section, the jacket surface 130 of which comprises six planar surface sections 120 in a hexagonal shape.
  • the pressure vessel modules 100 have a pressure control structure 250 inside.
  • the pressure guide structure can in particular be made in one piece with the outer wall 110 of Pressure vessel modules 100 may be formed, namely, for example, produced together with the outer wall 1100 in a sliding construction.
  • the module 100 shown in FIG. 4a has struts 252 (which can also be designed as prefabricated parts), which divert the water pressure (shown here as an arrow) acting on the outer wall 110 and thus increase the compressive strength of the pressure vessel module 100.
  • the module 100 shown in FIG. 4b has an outer wall 110 with a round inner surface 254.
  • the pressure vessel module 100 has a multiplicity of regularly arranged flea spaces 200, with wall elements 220 being located between the flea spaces 200, which form a pressure guide structure 250, which in this case is configured in a honeycomb shape.
  • the fleas 200 are cylindrical and run along the longitudinal direction 102 of the pressure vessel module 100.
  • the module 100 comprises a group of standing (possibly also lying) cylindrical or cylinder-like hollow bodies, or consists of such, the hollow bodies together forming a firing position unit .
  • the module 100 has 37 cylinder tubes (or flea spaces 200). Depending on the diameter of the individual tubes (or flea spaces 200), their number can be increased or decreased (e.g. flexagonal shapes with 13, or 19, or 25 or more tubes can be selected), whereby preferably an inner flea space is surrounded in a ring by further flea spaces, in particular in such a way that a pressure vessel module with an essentially polygonal geometry is created.
  • the cylinder-like hollow bodies (or the flea spaces 200 and wall elements 220 in between) have, in particular, symmetrical shapes in order to achieve a modular structure with the largest possible internal cavity for water and to optimally distribute the pressure forces (water pressure) acting on the module over the entire group of modules.
  • These cylinder-like hollow bodies (or flea spaces 200) can have tube-like, honeycomb-like or other polygon-like shapes.
  • FIG. 6 shows a further pressure vessel module 100 which, in cross section, has an essentially polygonal shape with serrated side walls with planar surface sections 120.
  • the cavities 200 are again tubular here.
  • this module 100 has differently shaped cavities 200 or wall elements 220 of different thicknesses.
  • the cavities 200 which are arranged in the interior (cavities 200a, 200b, 200c) there are thinner wall elements 220 than between cavities which adjoin the outer wall 110 (cavities 200d). This is possible because there is no pressure difference between the inner cavities (or tubes), so that the wall elements 220 between these inner cavities can be made relatively thin.
  • the wall elements 200 which are located between the outer cavities 200d, are made thicker because they may have to withstand the external pressure.
  • the tubular cavities 200d arranged on the outside also contribute to the pressure guide structure 250 with a round inner surface.
  • the cavities 200d can have round symmetry on the inside and their walls can be correspondingly reinforced (corresponding to the individual cavity in FIG. 4b) or else have internal struts 252 (corresponding to FIG. 4a).
  • the inner struts can be designed monolithically with the outer wall, in particular can be achieved with the sliding formwork or, for example, can also be designed as prefabricated parts.
  • the compressive strength can be increased so that the thickness of the walls in the outer area can be reduced.
  • the module 100 can in particular have a honeycomb-like structure, in the example shown it comprises 37 cylinder tubes, whereby when the diameter of the individual tubes is reduced, these numbers can be increased according to the tube symmetry (e.g. honeycomb).
  • connecting holes can also be provided in the wall elements between the cavities 200 and 200a-200d, through which a pressure equalization between the cavities 200a-200d is possible.
  • the cavity 210 which is preferably arranged in a corner, has a thicker wall. As will be described in more detail below, this cavity 210 is outward opens and forms the flow opening 150 from the outside to the inside of the module 100.
  • This hollow space 210 which in turn is possibly tubular, is accordingly exposed from the inside to the high water pressure at the bottom of the depression (up to 45 bar in the Hambach opencast mine).
  • This cavity, which forms the flow opening can be reinforced accordingly by reinforcement, for example by carbon threads, iron, special concrete, etc.
  • FIG. 7 shows the pressure vessel module 100 shown in FIG. 6 in an A-A section (see FIG. 6).
  • the cavities 200 (200a-200d) and 210 are cylindrical and run along the longitudinal direction 102 of the module 100.
  • the outer wall 110 of the pressure vessel module 100 includes closures 112 designed as covers, which serve in particular to close off the tubular cavities .
  • the closures (cover 112) at the upper end of the tubes can be designed as a dome, e.g. in Romanesque or Gothic shape, etc., in order to withstand the water pressure.
  • the diameter of the tubes can be calculated accordingly.
  • the cavities 200 (200a-200d) are connected to one another via one or more connecting channels 230, in particular at the lower end of the module 100 (low-pressure side).
  • the module 100 can be operated by a single pump turbine 215.
  • the reinforced cavity 210 connects the upper reservoir (upper lake, flooded bottom depression) with the pump turbine 215.
  • the pump turbine 215 is preferably arranged at the lower end of the cavity 210. In this way, the high water pressure (proportional to the water depth) existing at the lower end of the tube 210 can drive the turbine and generate electricity when the water flows into the tubes 200a-200d. To store energy, the water in the tubes 200a-200d is pumped out by the pump against the high water pressure and raised to the surface of the upper reservoir (upper lake, flooded bottom depression).
  • each module 100 can be operated independently in an arrangement consisting of several modules 100.
  • the pump turbine 215 can in each case be mounted at the lower end of the upwardly open tubular flea spaces 210. For assembly, they can be lowered through the pipes 210 on a steel cable and precisely mounted on the suction surface with the help of a robot (or similar).
  • a robot or similar.
  • the tubes can be filled with water and thus the same pressure can be achieved inside and outside of the pump turbine 215, so that the pump turbine 215 can be brought back to the water surface with the steel cable and serviced there (maintenance of the pump turbine by Pulling the pump turbine up to the surface of the water).
  • the pump turbine 215 is connected to the outside world by a power cable.
  • a valve 216 is preferably provided in order to interrupt the water connection (not shown in FIG. 7, see FIG. 8).
  • FIG. 8 shows an alternative construction, a pressure vessel module 100 with a foundation 260 into which the reinforced flea space 210 extends.
  • the pump turbine 215 is again located between the flea space 210 and the throughflow opening 150.
  • an access path 270 in particular under or in the foundation 260, is provided, e.g. for maintenance services on the pump turbine 215, inspection rounds and / or in the event of a repair or cleaning in the base plate.
  • the access route can be made so large that the pump turbine 215 can be replaced by means of (possibly special) trucks. In other words, as in salt mines or also within dam walls, a dry access to the pump turbine 215 can be provided.
  • the foundation 260 if necessary with accesses for maintenance and control services (partly also possible with video cameras), can be built and then the outer wall 110 and the wall elements 220, ie the tubes, in a concreting process using slipform technology can be erected in one operation.
  • This technology also allows, if required, to process different concrete quality or metal parts or plastics at the corresponding points.
  • the amount of concrete to be processed can be reduced noticeably.
  • the finished module can be weighted down with stones or earth, for example.
  • the module can also be anchored in the ground.
  • buoyancy forces can advantageously be prevented by the concrete shape of the entire module 100, in particular by a cylindrical geometry.
  • a modular construction of a UW-PSKW reservoir 10 or an expansion of an UW-PSKW reservoir 10 can also take place if the ground depression 1 has already been flooded or filled with water 3.
  • a pressure vessel module 100 can be produced in a dock as a floating body.
  • the height of the module 100 (and the tubes) can be calculated so that the module 100 remains buoyant and can be brought to other places floating on the water surface of the water 3 and can be made to sink there by the water inlet so that it drops exactly at a desired point in order to form an arrangement of pressure vessel modules 100 for a reservoir 10 on the bottom 2 of the floor depression 1 or to expand an existing reservoir 10 (see FIG. 11).
  • FIG. 9a the pump turbine 215 can in turn be sunk accordingly through the tube 210 and connected to the system.
  • the full water pressure of the flooded lake eg 45 bar at a depth of 450 m
  • FIG. 9b now shows a pressure vessel module 100 'which has a through cavity 212 which is arranged in particular in a corner of a polygonal module 100, as does the reinforced cavity 210.
  • the module 100' shown in FIG. 9a in particular by lowering it in the already flooded floor depression (see FIG. 10).
  • guide rods or rails can be provided on the modules.
  • two or more modules 100 ′ can also be stacked on a lower module 100. It can accordingly be provided that a further upper pressure vessel module layer is arranged on the lower layer 50. Furthermore, a third and, if necessary, further layers can be added so that the depth of the lake can be used to the full.
  • the cavity 210 of the lower module 100 is preferably connected to the through cavity 212 of the upper module 100 ′, so that in particular the turbine access and the water access on the high pressure side of the modules below remain free upwards.
  • a lowering and, if necessary, a stacked construction of modules can be used in particular in flooded lakes or seas in order to set up a UW-PSWK.
  • the construction of pressure vessel modules 100 and / or a reservoir 10 is made possible with little construction material, since only outer tubes of a module or possibly even only the outer tubes of a gapless arrangement are exposed to the water pressure (as well as the lids of the Tubes).
  • the useful volume for storage can be optimized through the segmentation and the two-dimensionally adjacent arrangement. If necessary, buoyancy can be compensated for by weighting it with excavated earth.
  • the invention allows the construction of a pumped storage power plant in opencast mines in such a way that the pumped storage power plant remains completely invisible after flooding to the lake, so that the flooded lake can be used as a recreational area. Furthermore, pumped storage power plants of almost gigantic size (in the Hambach opencast mine e.g.
  • approx. 400 GWh for one filling cycle can be built, whereby these are preferably built in an open pit on the bottom of the open pit in order to achieve the highest possible water pressure level, which also increases the pressure fluctuations at the Turbine reduced by less than 40%.
  • the modularity of the arrangement of many in the Hambach opencast mine e.g. up to approx. 500 or more
  • independently and water-wise separated turbine units which have such a high output that sufficient short-term storage capacity (total output e.g. approx. 100 GW) is made available can, in order to technologically enable an energy turnaround in Germany.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
  • Pressure Vessels And Lids Thereof (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk-Reservoir in einer trockenliegenden aber flutbaren Bodenvertiefung, insbesondere in einer aufgelassenen oder noch betriebenen Tagebaugrube, umfassend: eine modulare Anordnung mehrerer einzelner Druckbehältermodule zur Zwischenspeicherung von elektrischer Energie aus anderen Kraftwerken, insbesondere Windkraftanlagen und/oder Photovoltaikanlagen, wobei die Druckbehältermodule jeweils eine Außenwandung mit zumindest einer Durchflussöffnung zum Einlassen und/oder Auslassen von Wasser aufweisen, derart, dass die Druckbehältermodule jeweils unabhängig voneinander mit Wasser befüllt und/oder leergepumpt werden können, wenn die trockenliegende Bodenvertiefung mit Wasser geflutet ist, und wobei die modulare Anordnung der Druckbehältermodule derart ausgebildet ist, dass die Druckbehältermodule mit ihrer Außenwandung flächig aneinander angrenzend, insbesondere lückenlos, zueinander in der trockenliegenden aber flutbaren Bodenvertiefung angeordnet sind.

Description

Modulares Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk-Reservoir
Die Erfindung betrifft ein modular aufgebautes Reservoir für ein Unterwasser- Pumpspeicherkraftwerk, insbesondere zur Installation in einer trockenliegenden aber flutbaren Bodenvertiefung, z.B. in einer aufgelassenen oder noch betriebenen Tagebaugrube. Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Nachnutzung des Tagebaus Hambach oder anderer Braunkohlereviere und besitzt bereits bei Verwirklichung im Rheinischen Revier das Potential, die gesamte nach der Energiewende in Deutschland (und ggf. sogar in Europa) erforderliche Kurzeitspeicherkapazität bereitzustellen.
Im Rahmen der Energiewende wird eine umfangreiche Abdeckung der Stromversorgung durch regenerative Energieträger, insbesondere Windenergie und Photovoltaik angestrebt. Da Wind und Sonne ihre Energie auf der Erdoberfläche nur unstetig zur Verfügung stellen, sind zur Sicherstellung einer kontinuierlichen Energieversorgung Kurzeitspeicher erforderlich, welche Energie Zwischenspeichern und bei einer Flaute in das Stromnetz einspeisen können.
Die DE 10 2011 013329 A1 offenbart den Grundgedanken, ein Pumpspeicherkraftwerk unter Wasser zu errichten, wobei ein abgesenkter Druckbehälter als unteres Reservoir dient, um Energie zu speichern, wenn Wasser aus dem Druckbehälter herausgepumpt wird und Energie bereitzustellen, wenn Wasser in den Druckbehälter eingelassen wird.
Die Errichtung eines Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerks in einer aufgelassenen oder noch betriebenen Tagebaustätte, bevor diese geflutet wird, ist in der DE 10 2019 118 725 beschrieben, welche hiermit durch Referenz inkorporiert wird. Ferner lehrt die DE 10 2019 118 726, welche hiermit ebenfalls durch Referenz inkorporiert wird, ein Verfahren zur vorläufigen Nutzung eines zumindest teilweise errichteten unteren Reservoirs für ein Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein unteres Reservoir für ein Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk anzugeben, welches einen geringen Herstellungsaufwand niedrige Kosten, einen flexiblen Aufbau sowie Erweiterbarkeit mit einem großen Speicher- Volumen sowie hoher Druckbeständigkeit, Stabilität und Sicherheit verbindet und zudem eine möglichst umweltfreundliche Herstellung erlaubt. Dazu offenbart die Erfindung ein Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk-Reservoir in einer trockenliegenden aber flutbaren Bodenvertiefung, insbesondere in einer aufgelassenen oder noch betriebenen Tagebaugrube, umfassend eine modulare Anordnung mehrerer einzelner Druckbehältermodule.
Die einzelnen Druckbehältermodule, und damit auch die modulare Anordnung der mehreren Druckbehältermodule insgesamt, dienen zur Zwischenspeicherung von elektrischer Energie aus anderen Kraftwerken, insbesondere Windkraftanlagen und/oder Photovoltaikanlagen.
Wenn die Bodenvertiefung mit Wasser geflutet ist, können die Druckbehältermodule insbesondere derart betrieben werden, dass elektrische Energie gewonnen wird, wenn Wasser aus der gefluteten Bodenvertiefung in die Druckbehältermodule eingelassen wird, und elektrische Energie gespeichert wird, wenn Wasser aus den Druckbehältermodulen in die geflutete Bodenvertiefung ausgelassen wird.
Es handelt sich bei den Druckbehältermodulen jeweils um einzelne Module, welche bevorzugt unabhängig voneinander betrieben werden können, insbesondere wenn die Module jeweils mit einer eigenen Turbine, Pumpe und/oder Pumpturbine an ihrer zumindest einen Durchflussöffnung ausgestattet werden. Wenn die Druckbehältermodule unabhängig sind hat dies den Vorteil höherer Ausfallsicherheit. Im Fall eines Erdbebens sind allenfalls einzelne Druckbehältermodule betroffen, so dass nur kleine Schadensbereiche am Reservoir entstehen. Eine Zerstörung des Reservoirs durch ein Erdbeben wird dadurch verhindert.
Die Druckbehältermodule weisen demgemäß jeweils eine Außenwandung mit zumindest einer Durchflussöffnung zum Einlassen und/oder Auslassen von Wasser auf, derart, dass die Druckbehältermodule jeweils unabhängig voneinander mit Wasser befüllt und/oder leergepumpt werden können, wenn die trockenliegende Bodenvertiefung mit Wasser geflutet ist.
Erfindungsgemäß ist die modulare Anordnung der Druckbehältermodule ferner derart ausgebildet, dass die Druckbehältermodule mit ihrer Außenwandung flächig aneinander angrenzend, insbesondere lückenlos, zueinander in der trockenliegenden aber flutbaren Bodenvertiefung angeordnet sind.
Die Druckbehältermodule sind vorzugsweise nebeneinander und/oder übereinander auf dem Untergrund der Bodenvertiefung angeordnet. Die Außenwandungen der Druckbehältermodule grenzen derart gegenseitig aneinander, dass die Druckbehältermodule jeweils mit einem flächigen, d.h. zweidimensionalen, Bereich ihrer Außenwandung aneinandergrenzen und sich vorzugsweise jeweils mit einem flächigen, d.h. zweidimensionalen, Bereich ihrer Außenwandung gegenseitig berühren. Die Begriffe flächig aneinandergrenzend bzw. berührend sind im Sinne dieser Anmeldung dahingehend auszulegen, dass die Druckbehältermodule weder lediglich punktuell noch lediglich entlang einer Linie, d.h. eindimensional, aneinandergrenzen, wie dies etwa der Fall wäre, wenn zwei kugelförmige Behälter aneinander angrenzen bzw. zwei parallele kreiszylindrische Behälter aneinander angrenzen. Vielmehr ist die modulare Anordnung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass jedes Druckbehältermodul mit einem flächigen Teil seiner äußeren Oberfläche in Kontakt steht mit einem flächigen Teil der äußeren Oberfläche eines anderen Druckbehältermoduls.
Allgemein, und insbesondere aufgrund der Dimensionen der Druckbehältermodule, welche z.B. bis zu mehrere hundert Meter betragen können, und/oder aufgrund von Wärmeausdehnung der Druckbehältermodule, sind selbstverständlich gewisse Zwischenräume nicht auszuschließen. Der Begriff des flächigen Aneinandergrenzens umfasst demnach im Sinne dieser Anmeldung insb. auch ein flächiges Gegenüberstehen von flächigen Bereichen der Außenwandungen, wobei ein gewisser Zwischenraum verbleiben kann, welcher beispielsweise kleiner ist als 2%, insb. kleiner ist als 1%, insb. kleiner ist als 0,5%, insb. kleiner ist als 0,1%, insb. kleiner ist als 0,05 % einer Hauptdimension des Druckbehältermoduls. Das gleiche gilt auch für die Begriffe Kontakt bzw. in Kontakt stehen, welche im Sinne dieser Anmeldung ebenfalls insb. ein Gegenüberstehen mit verbleibendem Zwischenraum umfassen, welcher bspw. kleiner ist als die genannten Werte. Die modulare Anordnung der Druckbehältermodule ist demnach jedenfalls derart ausgebildet, dass die Druckbehältermodule mit ihrer Außenwandung flächig einander gegenüberstehend in der trockenliegenden aber flutbaren Bodenvertiefung angeordnet sind, wobei jeweils flächige, d.h. zweidimensionale, Bereiche der Außenwandungen einander gegenüberstehen, welche insb. einen Zwischenraum aufweisen, welcher insb. kleiner ist als die genannten Werte. Indem die Druckbehältermodule flächig aneinander angrenzend, insbesondere lückenlos, zueinander in der Bodenvertiefung angeordnet sind, wird die Stabilität und der gegenseitige Zusammenhalt der modularen Anordnung erhöht. Insbesondere wird ein gegenseitiges Verrutschen der Druckbehältermodule durch den flächigen Kontakt verhindert oder vermindert. Weiterhin wird durch den flächigen Kontakt der Druckbehältermodule der dazwischen befindliche Zwischenraum verringert. Hierdurch kann wiederum die Speicherkapazität der Anordnung erhöht werden und es kann ggf. vorgesehenes Füllmaterial für die Zwischenräume eingespart werden.
In einer vorzugsweise vorgesehenen lückenlosen Anordnung können Zwischenräume sogar ganz vermieden werden. An den Stellen, an denen die Druckbehältermodule im flächigen Kontakt stehen, kann ein Einwirken des hohen äußeren Wasserdrucks, wenn die Bodenvertiefung mit Wasser geflutet ist, verhindert werden. Hierdurch wird die Druckbeständigkeit der einzelnen Druckbehältermodule, insbesondere bei einer langen Nutzungsdauer, erhöht. Ggf. können die Druckbehältermodule hierdurch auch mit geringerer Wandungsstärke und damit geringeren Kosten hergestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform definieren die Druckbehältermodule jeweils eine Längsrichtung, derart, dass die Außenwandung der Druckbehältermodule jeweils einen die Längsrichtung umgebenden Mantel mit einer äußeren Mantelfläche aufweist. Vorzugsweise sind die Druckbehältermodule derart in der Bodenvertiefung angeordnet, dass die Längsrichtung senkrecht verläuft und zumindest einige unmittelbar auf dem Untergrund angeordnete Druckbehältermodule mit einer unteren Stirnseite auf dem Untergrund aufstehen.
Weiterhin sind die Druckbehältermodule bevorzugt zumindest über einen Teilabschnitt entlang ihrer Längsrichtung zylindrisch ausgebildet, derart, dass die äußere Mantelfläche entlang des Teilabschnitts der Längsrichtung eine im Querschnitt gleichbleibende Form aufweist. Die Form, d.h. die äußere Kontur, kann insbesondere eckig oder polygonal ausgebildet sein. Der Teilabschnitt beträgt vorzugsweise zumindest 25 Prozent, besonders bevorzugt zumindest 50 Prozent, nochmals bevorzugter zumindest 75 Prozent, der Längsausdehnung der Druckbehältermodule entlang der Längsrichtung. Außerdem weisen die Druckbehältermodule bevorzugt zumindest über einen Teilabschnitt entlang ihrer Längsrichtung einen gleichbleibenden Querschnitt auf, wobei insbesondere der gesamte Querschnitt umfassend die äußere Kontur als auch die innere Struktur gleichbleibend ausgebildet ist. Der Teilabschnitt beträgt wiederum vorzugsweise zumindest 25 Prozent, besonders bevorzugt zumindest 50 Prozent, nochmals bevorzugter zumindest 75 Prozent, der Längsausdehnung der Druckbehältermodule entlang der Längsrichtung.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Druckbehältermodule zumindest über einen Teilabschnitt entlang ihrer Längsrichtung in Gleitbauweise herstellbar oder hergestellt sind, beispielsweise mit oder aus Beton. Der Teilabschnitt beträgt wiederum vorzugsweise zumindest 25 Prozent, besonders bevorzugt zumindest 50 Prozent, nochmals bevorzugter zumindest 75 Prozent, der Längsausdehnung der Druckbehältermodule entlang der Längsrichtung.
Vorzugsweise ist die modulare Anordnung der Druckbehältermodule derart ausgebildet, dass jedes Druckbehältermodul mit zumindest 5 Prozent, vorzugsweise zumindest 10 Prozent, besonders bevorzugt zumindest 20 Prozent, nochmals bevorzugter zumindest 50 Prozent seiner Außenfläche, insbesondere seiner Mantelfläche, flächig an zumindest eines der anderen Druckbehältermodule angrenzt.
Vorzugsweise ist die modulare Anordnung der Druckbehältermodule ferner derart ausgebildet, dass zumindest einige der Druckbehältermodule mit zumindest 75 Prozent ihrer Außenfläche, insbesondere ihrer Mantelfläche, flächig an zumindest eines der anderen Druckbehältermodule angrenzen und/oder zumindest einige im inneren der modularen Anordnung angeordneten Druckbehältermodule vollflächig mit ihrer Außenfläche, insbesondere ihrer Mantelfläche, an andere Druckbehältermodule angrenzen.
Die Außenfläche der Druckbehältermodule, insbesondere die Mantelfläche der Druckbehältermodule, umfasst insbesondere jeweils planare Flächenabschnitte oder besteht aus planaren Flächenabschnitten. Die Druckbehältermodule sind derart angeordnet, dass die planaren Flächenabschnitte eines Druckbehältermoduls jeweils flächig an planare Flächenabschnitte anderer Druckbehältermodule angrenzen. Beispielsweise können die Druckbehältermodule zumindest abschnittsweise einen im Wesentlichen regelmäßig polygonalen Querschnitt mit n Ecken aufweisen, insbesondere einen regelmäßig hexagonalen Querschnitt mit n=6 Ecken. Die Seitenflächen können dabei gezackt ausgebildet sein, derart, dass Zacken benachbarter Druckbehältermodule ineinandergreifen, insbesondere um die Anordnung weiter zu stabilisieren.
Wie bereits vorstehend beschrieben sind die Begriffe flächig aneinandergrenzend und/oder flächig in Kontakt stehend, im Rahmen dieser Anmeldung dahingehend auszulegen, dass ein gewisser, insbesondere vernachlässigbarer, Zwischenraum verbleiben kann. Demnach sind die Druckbehältermodule insbesondere derart mit ihrer Außenwandung flächig aneinander angrenzend angeordnet, dass jedes Druckbehältermodul mit einem flächigen Bereich seiner Außenfläche einem flächigen Bereich der Außenfläche zumindest eines der anderen Druckbehältermoduls gegenübersteht, derart, dass zwischen den gegenüberstehenden flächigen Bereichen kein Zwischenraum verbleibt oder ein Zwischenraum verbleibt, welcher kleiner ist als 2%, insbesondere kleiner ist als 1%, insbesondere kleiner ist als 0,5%, insbesondere kleiner ist als 0,1%, insbesondere kleiner ist als 0,05 %, einer Dimension, beispielsweise der Längsausdehnung, des Druckbehältermoduls. Alternativ oder zusätzlich können der aneinander angrenzende Teil der Außenfläche, insbesondere der Mantelfläche, jedes Druckbehältermoduls und/oder die aneinander angrenzenden planaren Flächenabschnitte der Druckbehältermodule, insbesondere der Mantelfläche der Druckbehältermodule, derart aneinander angrenzen, dass dazwischen kein Zwischenraum verbleibt oder ein Zwischenraum verbleibt, welcher kleiner ist als 2%, insbesondere kleiner ist als 1%, insbesondere kleiner ist als 0,5%, insbesondere kleiner ist als 0,1%, insbesondere kleiner ist als 0,05 %, einer Dimension, beispielsweise der Längsausdehnung, des Druckbehältermoduls.
Ein verbleibender Zwischenraum kann zumindest teilweise, insbesondere an Randbereichen, mit einem Dichtungsmaterial ausgefüllt sein, um ein Eindringen von Wasser in den Zwischenraum zu vermeiden, wobei das Dichtungsmaterial bevorzugt flexibel ausgebildet ist, insbesondere um Wärmeausdehnung und/oder Temperaturschwankungen zu überbrücken. Das Dichtungsmaterial kann beispielsweise Gummi umfassen. Ferner kann in zumindest einer Außenwandung eines Druckbehältermoduls ein Rückschlagventil eingebaut sein, um Wasser, welches in einen Zwischenraum eingedrungen ist, in das Druckbehältermodul abzuleiten. Ein Rückschlagventil kann bspw. im oberen Viertel, Sechstel, Achtel oder Zehntel des Moduls angeordnet sein. In einer bevorzugten modularen Anordnung bilden die Druckbehältermodule ein regelmäßiges Raster, insbesondere gemäß der Struktur eines hexagonalen Achsensystems. In diesem Fall, aber auch unabhängig davon, kann vorgesehen sein dass die modulare Anordnung der Druckbehältermodule eine unmittelbar auf dem Untergrund liegende, insbesondere lückenlose, Druckbehältermodule-Schicht bildet und vorzugsweise ferner eine oder mehrere darüber liegende, insbesondere lückenlose, obere Druckbehältermodule-Schichten bildet. Wenn obere Druckbehältermodule-Schichten vorgesehen sind, sind die Druckbehältermodule der oberen Druckbehältermodule-Schichten vorzugsweise jeweils versatzlos oberhalb der jeweiligen Druckbehältermodule der auf dem Untergrund liegenden Druckbehältermodule-Schicht angeordnet, und besonders bevorzugt jeweils gegenüber diesen um einen bestimmten Winkel, insbesondere einen Winkel von 360/n Grad, um ihre Längsachse gedreht. Durch eine Drehung um 360/n Grad bei einem regelmäßig polygonalen Querschnitt mit n Ecken ist sichergestellt, dass die Ecken übereinander angeordneter Druckbehältermodule jeweils deckungsgleich bleiben.
Grundsätzlich umfasst das Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk-Reservoir eine Mehrzahl, insbesondere eine Vielzahl, einzelner Druckbehältermodule in modularer Anordnung. Es sind insbesondere zumindest 3 Druckbehältermodule umfasst, vorzugsweise zumindest 10 Druckbehältermodule umfasst, besonders bevorzugt zumindest 50 Druckbehältermodule umfasst, nochmals bevorzugter zumindest 100 Druckbehältermodule umfasst. Die einzelnen Druckbehältermodule sind vorzugsweise baugleich ausgebildet. Hierdurch können die Herstellungskosten gesenkt werden, insbesondere, wenn die Druckbehältermodule in Gleitbauweise hergestellt oder herstellbar sind.
Im Inneren der Druckbehältermodule befindet sich zumindest ein von der Außenwandung umgebener Hohlraum, der das Speichervolumen bildet. Ferner weisen die Druckbehältermodule im Inneren vorzugsweise eine Druckleitstruktur auf, um die Druckbeständigkeit der Behälter gegenüber dem von außen auf die Druckbehältermodule wirkenden Wasserdruck sicherzustellen oder zu erhöhen.
Die Druckleitstruktur ist bevorzugt monolithisch mit der Außenwandung gebildet, insbesondere in einem Guss mit der Außenwandung hergestellt oder herstellbar. Die Druckleitstruktur kann Verstrebungen umfassen, welche die Innenflächen der Außenwandung miteinander verbinden. Alternativ oder zusätzlich kann die Druckleitstruktur bogenförmig oder rund geformte Flächenabschnitte der Innenfläche der Außenwandung umfassen. In einem Beispiel kann die Druckleitstruktur etwa kreiszylindrische Innenflächen umfassen, welche durch ihre Rundung den Druck ableiten können.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Druckbehältermodule, insbesondere in einem Querschnitt, eine Vielzahl von Hohlräumen mit dazwischen befindlichen Wandungselementen. Die Hohlräume sind vorzugsweise zylindrisch ausgebildet und verlaufen besonders bevorzugt entlang der Längsrichtung der Druckbehältermodule. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die zwischen den Hohlräumen befindlichen Wandungselemente zugleich die Druckleitstruktur bilden oder dazu beitragen. In einem Beispiel können die zwischen den Hohlräumen befindlichen Wandungselemente, insbesondere in einem Querschnitt, wabenförmig ausgebildet sein.
Im Fall, dass eine Vielzahl, insbesondere zylindrischer, Hohlräume vorgesehen ist, können die Hohlräume derart angeordnet sein, dass, insbesondere in einem Querschnitt, ein regelmäßiges Raster entsteht, insbesondere gemäß der Struktur eines hexagonalen Achsensystems. Die Hohlräume können z.B. so angeordnet sein, dass eine Mehrzahl an die Außenwandung angrenzender äußerer Hohlräume ringförmig einen oder mehrere innere Hohlräume umgeben. Mit anderen Worten kann es z.B. einen innersten Hohlraum geben, der ringförmig von weiteren Hohlräumen umgeben ist, wobei die weiteren Hohlräume wiederum ringförmig von nochmals weiteren Hohlräumen umgeben sein können.
Insbesondere im Hinblick auf eine Herstellung der Druckbehältermodule mit hoher Stabilität bei zugleich geringen Materialaufwand können die vorgenannten Verstrebungen, welche die Innenflächen der Außenwandung verbinden, und/oder die vorgenannten Wandungsabschnitte, welche sich zwischen inneren Hohlräumen befinden, dünner ausgebildet sein als die Außenwandung der Druckbehältermodule. Ferner können die Verstrebungen und/oder Wandungsabschnitte zwischen inneren Hohlräumen auch dünner ausgebildet sein als Wandungsabschnitte, welche sich zwischen äußeren Hohlräumen befinden. Im Fall, dass mehrere Hohlräume vorgesehen sind, sind diese vorzugsweise über einen Verbindungskanal oder Verbindungskanäle, insbesondere an der Unterseite der Druckbehältermodule, miteinander verbunden, um ein gemeinsames Druckspeichervolumen zu bilden. Dies ermöglichst es, das Druckbehältermodul mit einer einzelnen Turbine, Pumpe und/oder Pumpturbine zu betreiben.
Wenn mehrere Hohlräume vorgesehen sind, insbesondere in hexagonaler Anordnung, kann einer der Hohlräume, insbesondere ein in einer Ecke eines im Querschnitt im Wesentlichen regelmäßig polygonal geformten Druckbehältermoduls angeordneter Hohlraum, nach außen, insbesondere nach oben, geöffnet sein, um die Durchflussöffnung zum Einlassen und/oder Auslassen von Wasser zu bilden. Dieser die Durchflussöffnung bildende Hohlraum weist vorzugsweise eine dickere Wandungsstärke auf, als die anderen Hohlräume.
Die in der Bodenvertiefung angeordneten Druckbehältermodule sind vorzugsweise jeweils mit einer Turbine, Pumpe und/oder Pumpturbine an ihrer Durchflussöffnung ausgestattet, so dass, wenn die trockenliegende Bodenvertiefung mit Wasser geflutet ist, das Unterwasser- Pumpspeicherkraftwerk-Reservoir derart betrieben werden kann, dass elektrische Energie gewonnen wird, wenn Wasser aus der gefluteten Bodenvertiefung in die Druckbehältermodule eingelassen wird, und elektrische Energie gespeichert wird, wenn Wasser aus den Druckbehältermodulen in die geflutete Bodenvertiefung ausgelassen wird.
Die Turbine, Pumpe und/oder Pumpturbine kann im Inneren des die Durchflussöffnung bildenden, insbesondere mit dickerer Wandung ausgebildeten, Hohlraums angeordnet sein, besonders bevorzugt an dessen unterem Ende, wobei vorzugsweise unterhalb der Turbine, Pumpe und/oder Pumpturbine noch der oder die Verbindungskanäle der Hohlräume verlaufen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk in einer gefluteten Bodenvertiefung, insbesondere einem Meer, einem See oder einem künstlichen See, umfassend ein Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk-Reservoir am Grund der Bodenvertiefung, wobei das Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk-Reservoir insbesondere gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildet ist. io
Mit anderen Worten umfasst das Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk, welches in einer mit Wasser gefüllten Bodenvertiefung angeordnet ist, vorzugsweise ein Unterwasser- Pumpspeicherkraftwerk-Reservoir mit einer modularen Anordnung mehrerer einzelner Druckbehältermodule zur Zwischenspeicherung von elektrischer Energie aus anderen Kraftwerken, insbesondere Windkraftanlagen und/oder Photovoltaikanlagen, wobei die Druckbehältermodule jeweils eine Außenwandung mit zumindest einer Durchflussöffnung zum Einlassen und/oder Auslassen von Wasser aufweisen, derart, dass die Druckbehältermodule jeweils unabhängig voneinander mit Wasser befüllt und/oder leergepumpt werden können, wenn die trockenliegende Bodenvertiefung mit Wasser geflutet ist, und wobei die modulare Anordnung der Druckbehältermodule derart ausgebildet ist, dass die Druckbehältermodule mit ihrer Außenwandung flächig aneinander angrenzend, insbesondere lückenlos, zueinander in der trockenliegenden aber flutbaren Bodenvertiefung angeordnet sind.
Die Erfindung betrifft ferner ein Druckbehältermodul, zur modularen Anordnung in einer trockenliegenden aber flutbaren Bodenvertiefung und/oder zum Absenken in einer bereits gefluteten Bodenvertiefung, insbesondere zur Errichtung eines Unterwasser- Pumpspeicherkraftwerk-Reservoirs und/oder eines Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerks gemäß den vorstehenden Ausführungen. Das nachfolgend beschriebene Druckbehältermodul kann demnach insbesondere eines oder mehrere der im Zusammenhang mit dem Unterwasser- Pumpspeicherkraftwerk-Reservoir genannten Merkmale umfassen.
Das Druckbehältermodul weist zumindest eine Durchflussöffnung zum Einlassen und/oder Auslassen von Wasser auf, derart, dass das Druckbehältermodul mit Wasser befüllt und/oder leergepumpt werden kann, wenn die trockenliegende Bodenvertiefung mit Wasser geflutet ist.
Das Druckbehältermodul ist vorzugsweise derart geformt, dass die Außenwandung des Druckbehältermoduls flächig aneinander angrenzend, insbesondere lückenlos, zu einem oder mehreren baugleichen weiteren Druckbehältermodulen angeordnet werden kann.
Das Druckbehältermoduls ist demnach derart geformt, dass das Druckbehältermodul mit einem flächigen, d.h. zweidimensionalen, Bereich seiner Außenwandung an ein weiteres baugleiches Druckbehältermodul angrenzen kann, insbesondere dieses berühren kann. Die Begriffe flächig aneinandergrenzend bzw. berührend sind im Sinne dieser Anmeldung dahingehend auszulegen, dass das Druckbehältermodul an ein weiteres baugleiches Druckbehältermodul weder lediglich punktuell noch lediglich entlang einer Linie, d.h. eindimensional, angrenzen kann, wie dies etwa der Fall wäre, wenn zwei kugelförmige Behälter aneinander angrenzen bzw. zwei parallele kreiszylindrische Behälter aneinander angrenzen. Vielmehr ist das Druckbehältermodul dadurch gekennzeichnet, dass es mit einem flächigen Teil seiner äußeren Oberfläche in Kontakt mit einem flächigen Teil der äußeren Oberfläche eines weiteren, baugleichen Druckbehältermoduls bringbar ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform definiert das Druckbehältermodul eine Längsrichtung, derart, dass die Außenwandung des Druckbehältermoduls einen die Längsrichtung umgebenden Mantel mit einer äußeren Mantelfläche aufweist.
Weiterhin ist das Druckbehältermodul bevorzugt zumindest über einen Teilabschnitt entlang seiner Längsrichtung zylindrisch ausgebildet, derart, dass die äußere Mantelfläche entlang des Teilabschnitts der Längsrichtung eine im Querschnitt gleichbleibende, insbesondere eckige oder polygonale, Form aufweist. Der Teilabschnitt beträgt vorzugsweise zumindest 25 Prozent, besonders bevorzugt zumindest 50 Prozent, nochmals bevorzugter zumindest 75 Prozent, der Längsausdehnung der Druckbehältermodule entlang der Längsrichtung.
Außerdem weist das Druckbehältermodul bevorzugt zumindest über einen Teilabschnitt entlang seiner Längsrichtung einen gleichbleibenden Querschnitt auf und/oder ist zumindest über einen Teilabschnitt entlang seiner Längsrichtung in Gleitbauweise herstellbar oder hergestellt. Der Teilabschnitt beträgt wiederum vorzugsweise zumindest 25 Prozent, besonders bevorzugt zumindest 50 Prozent, nochmals bevorzugter zumindest 75 Prozent, der Längsausdehnung der Druckbehältermodule entlang der Längsrichtung.
Die Außenfläche des Druckbehältermoduls, insbesondere die Mantelfläche des Druckbehältermoduls, umfasst insbesondere planare Flächenabschnitte oder besteht aus planaren Flächenabschnitten. Beispielsweise kann das Druckbehältermodul zumindest abschnittsweise einen im Wesentlichen regelmäßig polygonalen Querschnitt mit n Ecken aufweist, insbesondere einen regelmäßig hexagonalen Querschnitt mit n=6 Ecken. Im Inneren weist das Druckbehältermodul vorzugsweise eine, insbesondere monolithisch mit der Außenwandung gebildete, Druckleitstruktur auf. Die Druckleitstruktur umfasst vorzugsweise Verstrebungen, welche die Innenflächen der Außenwandung verbinden, und/oder bogenförmig oder rund geformte Flächenabschnitte der Innenfläche der Außenwandung.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Druckbehältermodul, insbesondere in einem Querschnitt, eine Vielzahl von Hohlräumen mit dazwischen befindlichen Wandungselementen. Die Hohlräume sind vorzugsweise zylindrisch ausgebildet und verlaufen besonders bevorzugt entlang der Längsrichtung des Druckbehältermoduls. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die zwischen den Hohlräumen befindlichen Wandungselemente die Druckleitstruktur bilden oder dazu beitragen. Die Wandungselemente können z.B. wabenförmig ausgebildet sein.
Im Fall, dass eine Vielzahl, insbesondere zylindrischer, Hohlräume vorgesehen ist, können die Hohlräume derart angeordnet sein, dass, insbesondere in einem Querschnitt, ein regelmäßiges Raster gebildet wird, insbesondere gemäß der Struktur eines hexagonalen Achsensystems, wobei vorzugsweise eine Mehrzahl an die Außenwandung angrenzender äußerer Hohlräume ringförmig einen oder mehrere innere Hohlräume umgeben.
Die vorgenannten Verstrebungen, welche die Innenflächen der Außenwandung verbinden, und/oder die vorgenannten Wandungsabschnitte, welche sich zwischen inneren Hohlräumen befinden, können dünner ausgebildet sein als Wandungsabschnitte, welche sich zwischen äußeren Hohlräumen befinden und/oder dünner ausgebildet sein als die Außenwandung des Druckbehältermoduls.
Im Fall, dass mehrere Hohlräume vorgesehen sind, sind diese vorzugsweise übereinen Verbindungskanal oder Verbindungskanäle, insbesondere an der Unterseite des Druckbehältermoduls, miteinander verbunden.
Wenn mehrere Hohlräume vorgesehen sind, insbesondere in hexagonaler Anordnung, kann einer der Hohlräume, insbesondere ein in einer Ecke eines im Querschnitt im Wesentlichen regelmäßig polygonal geformten Druckbehältermoduls angeordneter Hohlraum, nach außen, insbesondere nach oben, geöffnet sein, um die Durchflussöffnung zum Einlassen und/oder Auslassen von Wasser zu bilden. Dieser die Durchflussöffnung bildende Hohlraum weist vorzugsweise eine dickere Wandungsstärke auf als die anderen Hohlräume.
Das Druckbehältermodul ist vorzugsweise mit einer Turbine, Pumpe und/oder Pumpturbine an seiner Durchflussöffnung ausgestattet, so dass, wenn die trockenliegende Bodenvertiefung mit Wasser geflutet ist, das Druckbehältermodul derart betrieben werden kann, dass elektrische Energie gewonnen wird, wenn Wasser aus der gefluteten Bodenvertiefung in das Druckbehältermodul eingelassen wird, und elektrische Energie gespeichert wird, wenn Wasser aus dem Druckbehältermodul in die geflutete Bodenvertiefung ausgelassen wird.
Die Turbine, Pumpe und/oder Pumpturbine kann im Inneren des die Durchflussöffnung bildenden Hohlraums angeordnet sein, besonders bevorzugt an dessen unterem Ende, wobei vorzugsweise unterhalb der T urbine, Pumpe und/oder Pumpturbine noch der oder die Verbindungskanäle der Hohlräume verlaufen.
Das Druckbehältermodul kann stapelbar ausgebildet sein, insbesondere derart, dass es auf ein weiteres, insbesondere baugleiches, Druckbehältermodul von oben aufsetzbar ist. Dazu kann das Druckbehältermodul eine zumindest bereichsweise planare Oberseite und/oder eine zumindest bereichsweise planare Unterseite aufweisen. Vorzugsweise weist das Druckbehältermodul eine derartige Symmetrie auf, dass es, um einen bestimmten Winkel, insbesondere einen Winkel von 360/n Grad gedreht auf ein darunterliegendes, insbesondere baugleiches, Druckbehältermodul aufsetzbar ist, wobei n die Anzahl der Ecken eines im Wesentlichen regelmäßig polygonalen Querschnitts des Druckbehältermoduls bezeichnet.
Das Eigengewicht des Druckbehältermoduls kann in einer Ausführungsform groß genug sein, dass das Druckbehältermodul nicht aufschwimmt. Andererseits kann das Druckbehältermodul in einer anderen Ausführungsform schwimmbar ausgebildet sein. Ein schwimmbares Modul kann absenkbar sein, derart, dass es auf ein weiteres bereits am Untergrund einer gefluteten Bodenvertiefung befindlichen Druckbehältermoduls aufsetzbar ist. Es kann vorgesehen sein, dass ein Druckbehältermodul am Untergrund verankert ist und/oder beschwert ist, um den Auftrieb zu kompensieren. Die äußere Form des Druckbehältermoduls kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass an seiner Seite keine Auftriebskräfte einwirken können. Insbesondere kann das Druckbehältermodul eine zylindrische Form haben, derart, dass die zur Seite gerichtete Mantelfläche senkrecht verläuft. Zugleich oder unabhängig hiervon kann auch eine Drainage unterhalb eines Druckbehältermoduls in der Bodenvertiefung vorgesehen sein, insbesondere um durch Abpumpen von Wasser im Untergrund eine auf die Unterseite des Moduls wirkende Auftriebskraft zu verringern oder verhindern.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können. Es zeigen:
Fig. 1 eine Aufsicht auf ein im Schnitt dargestelltes, Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk- Reservoir in einer Bodenvertiefung,
Fig. 2 eine Aufsicht auf ein im Schnitt dargestelltes Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk- Reservoir mit zehn Druckbehältermodulen,
Fig. 3 eine Aufsicht auf ein im Schnitt dargestelltes Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk- Reservoir mit elf Druckbehältermodulgruppen,
Fig. 4 (a) eine Aufsicht auf ein im Schnitt dargestelltes Druckbehältermodul mit einer
Druckleitstruktur mit Verstrebungen, (b) eine Aufsicht auf ein im Schnitt dargestelltes Druckbehältermodul mit einer Druckleitstruktur mit runden Innenwänden,
Fig. 5 eine Aufsicht auf ein im Schnitt dargestelltes Druckbehältermodul mit einer Vielzahl von Flohlräumen mit zur Druckleitstruktur beitragenden Wandungselementen,
Fig. 6 eine Aufsicht auf ein im Schnitt dargestelltes Druckbehältermodul mit einer Vielzahl von Flohlräumen mit unterschiedlich dicken Wandungselementen, Fig. 7 eine Seitenansicht auf ein im A-A-Schnitt dargestelltes Druckbehältermodul,
Fig. 8 eine Seitenansicht dargestelltes Druckbehältermodul mit einem Zufahrtsweg,
Fig. 9 (a) eine Seitenansicht auf ein im Schnitt dargestelltes stapelbares Druckbehältermodul,
(b) eine Seitenansicht auf ein im Schnitt dargestelltes stapelbares Druckbehältermodul mit einer Durchgangsöffnung,
Fig. 10 eine Seitenansicht auf zwei im Schnitt dargestellte, gestapelte Druckbehältermodule gemäß den Fig. 9a und 9b,
Fig. 11 eine Seitenansicht auf eine im Schnitt dargestellte geflutete Bodenvertiefung mit zwei auf dem Untergrund angeordneten Druckbehältermodulen, einem darauf abgesenkten Druckbehältermodul und einem schwimmenden Druckbehältermodul.
Fig. 1 illustriert schematisch den modularen Aufbau eines Reservoirs 10 für ein Unterwasser- Pumpspeicherkraftwerk (UW-PSKW). In der trockenliegenden Bodenvertiefung 1 sind mehrere einzelne Druckbehältermodule 100 nebeneinander angeordnet, um das UW-PSKW-Reservoir 10 zu bilden. Zur übersichtlicheren Darstellung ist zwischen den Druckbehältermodulen ein Abstand A eingezeichnet und die beiden rechten Module sind mit einer gestrichelten Linie berandet. Die Module 100 können jedoch tatsächlich derart angeordnet sein, dass der Abstand A im Wesentlichen verschwindet, so dass die Druckbehältermodule flächig aneinander angrenzen bzw. sich flächig berühren.
Die Bodenvertiefung 1 ist insbesondere ein noch nicht gefluteter Tagebau in dem ein UW-PSKW modular aufgebaut wird. Das UW-PSKW-Reservoir 10, das ein Gesamthohlraumsystem bildet, kann im Tagebau Hambach beispielsweise bis 4 km Länge und 1 km Breite aufweisen. Die einzelnen Module 100, welche auch als Segmente bezeichnet werden können, können eine beispielhafte Größe von bis zu 300m Kantenlänge oder Durchmesser und ca. 100 bis 250 m Höhe aufweisen. Diese Größen sind selbstverständlich nur beispielhaft zu verstehen. Das Reservoir 10 und/oder die Module 100 können auch andere Maße aufweisen. Das Reservoir 10 umfasst mehrere Druckbehältermodule 100, von denen zumindest einige baugleich ausgebildet sein können, so z.B. in Fig. 1 die beiden linken Druckbehältermodule und die beiden rechten Druckbehältermodule. Unabhängig davon weist ein Druckbehältermodul 100 eine Außenwandung 110 auf, das einen oder mehrere innere Hohlräume 200 umgibt, welche als Druckspeichervolumen dienen. Ferner weist ein Modul 100 jeweils eine Durchflussöffnung 150 auf, um Wasser in die Hohlräume 200 einzulassen und/oder auszulassen (siehe hierzu Fig. 7ff). Die in der Bodenvertiefung 1 angeordneten Module 100 grenzen zumindest mit einem Teil ihrer Außenwandung 110 gegenseitig flächig aneinander. In dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel sind sowohl die beiden linken Druckbehältermodule 100 als auch die beiden rechten Druckbehältermodule 100 jeweils mit sich gegenseitig zugewandten planaren Flächenabschnitten 120 der Außenwandung 110 einander gegenübergestellt, und stoßen insbesondere aneinander, wenn kein Abstand A zwischen den Modulen 100 besteht.
Die in Fig. 1 im Schnitt von oben dargestellten Druckbehältermodule 100 definieren jeweils eine Längsrichtung 102, welche hier vertikal Bildebene und/oder zum Untergrund der Bodenvertiefung 1 verläuft (zur Längsrichtung 102 siehe auch Fig. 7ff). Ringförmig um die Längsrichtung herum weisen die Druckbehältermodule 100 eine Mantelfläche 130 auf, welche jeweils mehrere planare Flächenabschnitte 120 umfasst oder aus solchen zusammengesetzt ist, wobei die Mantelfläche 130 im Querschnitt, wie er in Fig. 1 zu sehen ist, z.B. als Vieleck ausgebildet sein kann, welches insbesondere entlang der Längsrichtung 102 zumindest abschnittsweise formgleich und/der kongruent bleibt.
Ein entlang der Längsrichtung 102 zumindest abschnittsweise gleichbleibender Mantel bzw. Querschnitt (siehe auch Fig. 5, 6) erlaubt insbesondere eine kostengünstige Herstellung der Druckbehältermodule 100 in Gleitbauweise. Mit anderen Worten kann mit einer einfachen Gleitschalung ein ganzes Modul oder zumindest Abschnitte davon hergestellt werden. Die Gleitschalung kann zudem wiederverwendet werden. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung mehrerer baugleicher Module 100. Mit einer Schalung können nacheinander in vorteilhafter Weise eine Vielzahl von Modulen hergestellt werden.
Entlang der Längsrichtung 102 weisen die Druckbehältermodule 100 eine Längsausdehnung auf, die nicht die längste Ausdehnung der Druckbehältermodule 100 zu sein braucht. Vielmehr kann sich die Längsrichtung 102 des Druckbehältermoduls 100 dadurch auszeichnen, dass das Modul 100 entlang dieser Richtung zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgebildet ist, also eine gleichbleibende Außenkontur aufweist, und/oder entlang dieser Richtung einen gleichbleibenden Querschnitt aufweist. Ferner kann sich die Längsrichtung 102 der Druckbehältermodule 100 auch dadurch auszeichnen, dass sich entlang dieser Richtung länglich ausgebildete Hohlräume 200 im Inneren des Druckbehältermoduls erstrecken und/oder dass die Druckbehältermodule 100 dazu ausgebildet sind entlang dieser Richtung vertikal abgestellt zu werden.
Fig. 2 zeigt ein UW-PSKW-Reservoir 10 mit einer Mehrzahl flächig aneinander grenzender Druckbehältermodule 100, welche eine Druckbehältermodulgruppe 20 bilden. Die Druckbehältermodule 100 sind wiederum im Schnitt von oben gezeigt und weisen zumindest abschnittsweise entlang der Längsrichtung eine symmetrische Geometrie, z.B. einen im Wesentlichen polygonalen Querschnitt (hier n=6 Ecken) auf. Die Seitenflächen sind gezackt ausgebildet und die Zacken aneinandergrenzender Seitenflächen benachbarter Module 100 greifen ineinander. Die Druckbehältermodule 100 sind regelmäßig (hier hexagonal) angeordnet und bilden eine lückenlose Druckbehältermodule-Schicht 50, welche z.B. unmittelbar auf den Untergrund einer Tagebaugrube angeordnet sein kann. Oberhalb der Druckbehältermodule- Schicht 50 können eine oder mehrere weitere obere Druckbehältermodule-Schichten angeordnet sein.
Fig. 3 zeigt ein weiteres UW-PSKW-Reservoir 10 mit einer Druckbehältermodule-Schicht 50, welches in diesem Fall eine Mehrzahl von Druckbehältermodulgruppen 20 umfasst, die ihrerseits wiederum eine Mehrzahl von Druckbehältermodulen 100 (wie in Fig. 2 dargestellt) umfassen. Die Druckbehältermodulgruppen 20 sind wiederum regelmäßig angeordnet und können derart flächig aneinander grenzend positioniert werden, dass eine lückenlose Druckbehältermodule-Schicht 50 entsteht, auf welcher ggf. eine oder mehrere weitere obere Druckbehältermodule-Schichten 50 angeordnet sein können.
Fig. 4 zeigt zwei Druckbehältermodule 100 welche im Querschnitt eine hexagonale Form aufweisen deren Mantelfläche 130 sechs planare Flächenabschnitten 120 in hexagonaler Form umfasst. Die Druckbehältermodule 100 weisen im Inneren eine Druckleitstruktur 250 auf. Die Druckleitstruktur kann insbesondere einstückig mit der Außenwandung 110 der Druckbehältermodule 100 geformt sein, nämlich z.B. gemeinsam mit der Außenwandung 1100 in Gleitbauweise hergestellt sein. Das in Fig. 4a gezeigte Modul 100 weist Verstrebungen 252 auf (welche auch als Fertigteile ausgebildet sein können), welche den auf die Außenwandung 110 wirkenden Wasserdruck (hier als Pfeil dargestellt) ableiten und so die Druckfestigkeit des Druckbehältermoduls 100 erhöhen. Das in Fig. 4b gezeigte Modul 100 weist zu diesem Zweck eine Außenwandung 110 mit rund geformter Innenfläche 254 auf.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Druckbehältermodul 100 welches im Querschnitt eine im Wesentlichen hexagonale Form mit n=6 Ecken aufweist, wobei die Mantelfläche 130 sechs Seiten mit jeweils einer Mehrzahl planarer Flächenabschnitte 120 umfasst. Das Druckbehältermodul 100 weist eine Vielzahl regelmäßig angeordneter Flohlräume 200 auf, wobei sich zwischen den Flohlräumen 200 Wandungselemente 220 befinden, welche eine Druckleitstruktur 250 bilden, die in diesem Fall wabenförmig ausgestaltet ist.
Die Flohlräume 200 sind zylindrisch ausgebildet und verlaufen entlang der Längsrichtung 102 des Druckbehältermoduls 100. Mit anderen Worten umfasst das Modul 100 eine Gruppe von stehenden (ggf. auch liegenden) zylindrischen oder zylinderähnlichen FHohlkörpern, oder besteht aus solchen, wobei die FHohlkörper zusammen eine Fierstellungseinheit bilden. Das Modul 100 hat in dem gezeigten Beispiel 37 Zylinderröhren (bzw. Flohlräume 200). Je nach Durchmesser der Einzelröhren (bzw. Flohlräume 200) kann deren Zahl erhöht oder verkleinert werden (z.B. können auch Flexagonalformen mit 13, oder 19, oder 25 oder mehr Röhren gewählt werden), wobei vorzugsweise ein innerer Flohlraum ringförmig von weiteren Flohlräumen umgeben ist, insbesondere derart, dass ein Druckbehältermodul mit im Wesentlichen polygonaler Geometrie entsteht. Die zylinderähnlichen FHohlkörper (bzw. die Flohlräume 200 und dazwischen befindliche Wandungselemente 220) haben insbesondere symmetrische Formen, um einen modularen Aufbau mit möglichst großem Innenhohlraum für Wasser zu erreichen und die auf das Modul wirkenden Druckkräfte (Wasserdruck) optimal auf die ganze Modulgruppe zu verteilen. Diese zylinderähnlichen FHohlkörper (bzw. Flohlräume 200) können rohrähnliche, bienenwabenähnliche oder andere polygonähnliche Formen haben.
Fig. 6 zeigt ein weiteres Druckbehältermodul 100 welches im Querschnitt eine im Wesentlichen polygonale Form mit gezackten Seitenwänden mit planarer Flächenabschnitten 120 umfasst. Wie bei Fig. 5 sind auch hier die Hohlräume 200 wieder röhrenförmig ausgebildet. Im Unterschied zu dem in Fig. 5 gezeigten Modul weist dieses Modul 100 allerdings unterschiedlich geformte Hohlräume 200 bzw. unterschiedlich dicke Wandungselemente 220 auf. So befinden sich zwischen den Hohlräumen 200, die im Inneren angeordnet sind (Hohlräume 200a, 200b, 200c) dünnere Wandungselemente 220, als zwischen Hohlräumen, die an die Außenwandung 110 angrenzen (Hohlräume 200d). Dies ist deswegen möglich, weil zwischen den inneren Hohlräumen (bzw. Röhren) kein Druckunterschied besteht, so dass die Wandungselemente 220 zwischen diesen inneren Hohlräumen relativ dünn ausgebildet sein können. Demgegenüber sind die Wandungselemente 200, welche sich zwischen den äußeren Hohlräumen 200d befinden, dicker ausgebildet, weil diese ggf. dem Außendruck standhalten müssen. Zudem ist zu erkennen, dass die röhrenförmig ausgebildeten außen angeordneten Hohlräume 200d zusätzlich mit einer rund geformten Innenfläche zur Druckleitstruktur 250 beitragen. Mit anderen Worten können die Hohlräume 200d innen runde Symmetrie haben und ihre Wände entsprechend verstärkt sein (entsprechend des einzelnen Hohlraums in Fig. 4b) oder aber innere Verstrebungen 252 aufweisen (entsprechend der Fig. 4a). Hierdurch kann jeweils der äußere Druck auf die innenliegenden Wandungselemente bzw. Röhren symmetrisch übertragen werden. Die inneren Verstrebungen können monolithisch mit der Außenwandung ausgebildet sein, insbesondere bei der Gleitschalung mit erreichtet werden oder aber z.B. auch als Fertigteile ausgebildet sein.
Durch Verkleinerung der Hohlräume bzw. der Rohrdurchmesser und entsprechende Erhöhung der Rohranzahl bzw. Wandungselemente für ein Modul 100 kann die Druckfestigkeit erhöht werden, so dass die Dicke der Wände im Außenbereich reduziert werden kann. Das Modul 100 kann insbesondere eine bienenwabenartige Struktur aufweisen, in dem gezeigten Beispiel umfasst es 37 Zylinderröhren, wobei bei Verkleinerung der Durchmesser der Einzelröhren diese Zahlen entsprechend der Rohrsymmetrie (z.B. Bienenwabe) erhöht werden können.
Um auch in einem Störfall keine Druckdifferenz entstehen zu lassen, können in den Wandungselementen zwischen den Hohlräumen 200 bzw. 200a-200d noch Verbindungslöcher vorgesehen sein, durch die ein Druckausgleich zwischen den Hohlräumen 200a-200d möglich ist.
Der Hohlraum 210, welcher vorzugsweise in einer Ecke angeordnet ist, weist eine dickere Wandung auf. Wie unten noch näher beschrieben wird, ist dieser Hohlraum 210 nach außen geöffnet und bildet die Durchflussöffnung 150 vom Äußeren ins Innere des Moduls 100. Dieser wiederum ggf. röhrenförmig ausgebildete Hohlraum 210 ist demnach von Innen dem hohen Wasserdruck am Grund der Bodenvertiefung ausgesetzt (im Tagebau Hambach bis 45 bar). Dieser die Durchflussöffnung bildende Hohlraum kann durch Armierung, beispielsweise durch Kohlefäden, Eisen, besonderer Beton etc., entsprechend verstärkt sein.
Fig. 7 zeigt das in Fig. 6 dargestellte Druckbehältermodul 100 im A-A-Schnitt (vgl. Fig. 6). Wie zu erkennen ist sind die Hohlräume 200 (200a-200d) und 210 zylindrisch ausgebildet und verlaufen entlang der Längsrichtung 102 des Moduls 100. Stirnseitig oben umfasst die Außenwandung 110 des Druckbehältermoduls 100 als Deckel ausgebildete Abschlüsse 112, welche insbesondere als Abschluss der röhrenförmigen Hohlräume dienen. Die Abschlüsse (Deckel 112) am oberen Ende der Röhren können als Kuppel, z.B. in romanischer oder gotische Form etc., ausgebildet sein, um dem Wasserdruck Stand zu halten. Die Durchmesser der Röhren können entsprechend berechnet werden.
Die Hohlräume 200 (200a-200d) sind über einen oder mehrere Verbindungskanäle 230, insbesondere am unteren Ende des Moduls 100 (Niederdruckseite) miteinander verbunden.
Durch diese wassermäßige Verbindung auf der Niederdruckseite kann das Modul 100 durch eine einzige Pumpturbine 215 betrieben werden. Der verstärkte Hohlraum 210 verbindet das obere Reservoir (Obersee, geflutete Bodenvertiefung) mit der Pumpturbine 215. Die Pumpturbine 215 ist vorzugsweise am unteren Ende des Hohlraums 210 angeordnet. Damit kann der am unteren Ende der Röhre 210 bestehende hohe Wasserdruck (proportional der Wassertiefe) beim Reinströmen des Wassers in die Röhren 200a-200d die Turbine antreiben und Strom erzeugen. Zum Energiespeichern wird das in den Röhren 200a-200d befindliche Wasser durch die Pumpe gegen den hohen Wasserdruck herausgepumpt und quasi an die Oberfläche des oberen Reservoirs (Obersee, geflutete Bodenvertiefung) gehoben.
Da der Wasserfluss und die Pumpturbinen 215 von anderen Druckbehältermodulen 100 getrennt ist, kann jedes Modul 100 in einer Anordnung bestehend aus mehreren Modulen 100 eigenständig betrieben werden. Die Pumpturbine 215 kann jeweils am unteren Ende der nach oben geöffneten rohrförmigen Flohlräume 210 montiert werden. Zur Montage können sie durch die Rohre 210 an einem Stahlseil herabgelassen werden und mit Hilfe eines Roboters (oder ähnlich) präzise auf die Ansaugfläche montiert werden. Beim Flerauspumpen des Wassers aus den Röhren 200a-200d entsteht innen Unterdrück und die Pumpturbine 215 wird extrem fest auf die Ansaugfläche angedrückt und kann so ihren Regelbetrieb aufnehmen. Soll die Pumpturbine 215 gewartet werden, kann man die Röhren mit Wasser füllen und somit innen und außen an der Pumpturbine 215 gleichen Druck erreichen, so dass man die Pumpturbine 215 mit dem Stahlseil wieder an die Wasseroberfläche bringen und dort warten kann (Wartung der Pumpturbine durch Hochziehen der Pumpturbine an die Wasseroberfläche). Im montierten Zustand ist die Pumpturbine 215 mit einem Stromkabel mit der Außenwelt verbunden. Bevorzugt ist ein Ventil 216 vorgesehen, um die Wasserverbindung zu unterbrechen (in Fig. 7 nicht dargestellt, siehe Fig. 8).
Fig. 8 zeigt eine alternative Bauweise, eines Druckbehältermoduls 100 mit einem Fundament 260 in welches sich der verstärkte Flohlraum 210 hinein erstreckt. Zwischen dem Flohlraum 210 und der Durchflussöffnung 150 befindet sich wiederum die Pumpturbine 215. Ferner ist ein Zufahrtsweg 270, insbesondere unter oder im Fundament 260, vorgesehen, z.B. für Wartungsdienste an der Pumpturbine 215, Kontrollgänge und/oder für den Fall einer Reparatur oder Reinigung in der Bodenplatte. Der Zufahrtsweg kann so groß ausgebildet sein, dass ein Austausch der Pumpturbine 215 mittels (ggf. spezieller) LKW ermöglicht wird. Mit anderen Worten kann wie in Salzbergwerken oder auch innerhalb von Talsperrenstaumauern ein trockener Zugang zu den Pumpturbine 215 vorgesehen sein.
Zur Herstellung eines Druckbehältermoduls 100 kann zunächst das Fundament 260, ggf. mit Zugängen für Wartungs- und Kontrolldienste (z.T. auch durch Videokameras möglich), errichtet werden und dann die Außenwandung 110 und die Wandungselemente 220, d.h. die Röhren, in einem Betonierungsprozess mit Gleitschalungstechnik in einem Arbeitsgang errichtet werden. Diese Technik erlaubt auch, wenn gefordert, an den entsprechende Stellen unterschiedliche Betonqualität oder auch Metallteile oder Kunststoffe zu verarbeiten.
Mit der Erfindung kann wie beschrieben insbesondere die Menge des verarbeitenden Betons merklich reduziert werden. Für den Fall, dass das Eigengewicht eines Moduls 100 zu gering ist, um den Auftrieb zu kompensieren, kann das fertiggestellte Modul z.B. mit Steinen oder Erde beschwert werden. Weiterhin ist kann das Modul im Boden verankert werden. Darüber hinaus können in vorteilhafter Weise durch die Betonform des ganzen Moduls 100 Auftriebskräfte verhindert werden, insbesondere durch eine zylindrische Geometrie.
Bezugnehmend auf Fig. 9 bis 11 kann auch ein modularer Aufbau eines UW-PSKW-Reservoirs 10 odereine Erweiterung eines UW-PSKW-Reservoirs 10 erfolgen, wenn die Bodenvertiefung 1 schon geflutet bzw. mit Wasser 3 gefüllt ist.
Hierzu kann ein Druckbehältermodul 100 in einem Dock als schwimmender Körper hergestellt werden. Die Höhe des Moduls 100 (und der Röhren) kann dazu so berechnet sein, dass das Modul 100 schwimmfähig bleibt und an der Wasseroberfläche des Wassers 3 an andere Stellen schwimmend gebracht werden kann und dort durch Wassereinlauf zum Sinken gebracht werden kann, so, dass es exakt an einer gewünschten Stelle absinkt, um dort auf dem Grund 2 der Bodenvertiefung 1 eine Anordnung von Druckbehältermodulen 100 für ein Reservoir 10 zu bilden oder ein vorhandenes Reservoir 10 zu erweitern (siehe Fig. 11).
Wie in Fig. 9a zu sehen ist kann die Pumpturbine 215 wiederum durch die Röhre 210 entsprechend versenkt und an das System angeschlossen werden. Durch die Röhre 210 gelangt der volle Wasserdruck des gefluteten Sees (in 450 m Tiefe z.B. 45 bar) zur Pumpturbine. Fig. 9b zeigt nun ein Druckbehältermodul 100‘ welches einen Durchgangshohlraum 212 aufweist, welcher insbesondere in einer Ecke eines polygonalen Moduls 100 angeordnet ist, ebenso wie der verstärkte Hohlraum 210. Das in Fig. 9b gezeigte Modul 100‘ kann nun auf ein, etwa in Fig. 9a gezeigtes Modul 100, aufgesetzt werden, insbesondere durch Absenken in der bereits gefluteten Bodenvertiefung (siehe Fig. 10). Um eine präzise Anordnung übereinander zu gewährleisten können Führungsstäbe oder -schienen an den Modulen vorgesehen sein. Ferner können auch zwei oder mehr Module 100‘ auf einem unteren Modul 100 gestapelt sein. Es kann demnach vorgesehen sein, dass eine weitere obere Druckbehältermodule-Schicht auf der unteren Schicht 50 angeordnet ist. Ferner können auch eine dritte und ggf. weitere Schichten aufgesetzt werden, so dass man die Tiefe des Sees voll nutzen kann. Hierbei wird vorzugsweise der Hohlraum 210 des unteren Moduls 100 mit dem Durchgangshohlraum 212 das oberen Modul 100‘ verbunden, so dass insbesondere der Turbinenzugang und der Wasserzugang auf der hohen Druckseite der unten liegenden Module nach oben frei gehalten bleibt. Dazu kann das obere Modul 100‘ je nach Polygonsymmetrie um einen Winkel gedreht werden, etwa bei hexagonaler Form mit n=6 Ecken um 360/n=60 Grad. Eine Absenkung und ggf. gestapelte Bauweise von Modulen kann insbesondere auch schon bei gefluteten Seen bzw. Meeren zum Einsatz kommen, um ein UW-PSWK zu errichten.
Mit der Erfindung wird unter anderem der Bau von Druckbehältermodulen 100 und/oder eines Reservoirs 10 mit geringem Aufwand an Baumaterial ermöglicht, da nur äußeren Röhren eines Moduls oder ggf. sogar nur die äußeren Röhren einer lückenlosen Anordnung dem Wasserdruck ausgesetzt sind (sowie die Deckel der Röhren). Durch die Segmentierung und flächig aneinander angrenzende Anordnung kann das Nutzvolumen für die Speicherung optimiert werden. Ein Auftrieb kann ggf. durch Beschwerung mit Erdaushub kompensiert werden. Die Erfindung erlaubt die Errichtung eines Pumpspeicherkraftwerks in Tagebaustätten, derart, dass das Pumpspeicherkraftwerk nach Flutung zum See völlig unsichtbar bleibt, so dass der geflutete See als Freizeitraum genutzt werden kann. Ferner können Pumpspeicherkraftwerke von nahezu gigantischer Größe (im Tagebau Hambach z.B. ca. 400GWh für einen Füllzyklus) errichtet werden, wobei diese in einem Tagebau vorzugsweise auf der Sohle der Tagebaustätte errichtet werden, um die größtmögliche Wasserdruckhöhe zu erreichen, wodurch sich zudem die Druckschwankung an der Turbine um weniger als 40% reduziert. Insbesondere durch die Modularität an wird die Anordnung vieler (im Tagebau Hambach z.B. bis ca. 500 oder auch mehr) unabhängig und wassermäßig getrennter Turbineneinheiten, die eine so große Leistung haben, dass genügend Kurzzeitspeicherleistung (Gesamtleistung z.B. ca. 100 GW) zur Verfügung gestellt werden kann, um eine Energiewende in Deutschland technologisch zu ermöglichen.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind, und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne die Erfindung zu verlassen. Bezuqszeichenliste
1 Bodenvertiefung
2 Grund der Bodenvertiefung 3 Wasser in der gefluteten Bodenvertiefung
10 Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk-Reservoir
20 Druckbehältermodule-Gruppe
50 Druckbehältermodule-Schicht
100 Druckbehältermodul 102 Längsrichtung
110 Außenwandung
112 Deckel
120 Planarer Flächenabschnitt
130 Mantelfläche 150 Durchflussöffnung
200 Hohlraum
210 Durchflussöffnung bildender Hohlraum
212 Durchgangshohlraum
215 Turbine/Pumpe/Pumpturbine 216 Ventil
220 Wandungselement
230 Verbindungskanal
250 Druckleitstruktur
252 Verstrebungen 254 Bogenförmig oder rund geformte Flächenabschnitte
260 Fundament
270 Zufahrtsweg

Claims

Patentansprüche
1. Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk-Reservoir (10) in einer trockenliegenden aber flutbaren Bodenvertiefung (1), insbesondere in einer aufgelassenen oder noch betriebenen Tagebaugrube, umfassend: eine modulare Anordnung mehrerer einzelner Druckbehältermodule (100) zur Zwischenspeicherung von elektrischer Energie aus anderen Kraftwerken, insbesondere Windkraftanlagen und/oder Photovoltaikanlagen, wobei die Druckbehältermodule (100) jeweils eine Außenwandung (110) mit zumindest einer Durchflussöffnung (150) zum Einlassen und/oder Auslassen von Wasser aufweisen, derart, dass die Druckbehältermodule jeweils unabhängig voneinander mit Wasser befüllt und/oder leergepumpt werden können, wenn die trockenliegende Bodenvertiefung mit Wasser geflutet ist, und wobei die modulare Anordnung der Druckbehältermodule derart ausgebildet ist, dass die Druckbehältermodule mit ihrer Außenwandung (110) flächig aneinander angrenzend, insbesondere lückenlos, zueinander in der trockenliegenden aber flutbaren Bodenvertiefung (1) angeordnet sind.
2. Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk-Reservoir (10) gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei die Druckbehältermodule (100) jeweils eine Längsrichtung (102) definieren, derart, dass die Außenwandung (110) der Druckbehältermodule (100) jeweils einen die Längsrichtung (102) umgebenden Mantel mit einer äußeren Mantelfläche (130) aufweist und/oder wobei die Druckbehältermodule (100) zumindest über einen Teilabschnitt entlang ihrer Längsrichtung (102) zylindrisch ausgebildet sind, derart, dass die äußere Mantelfläche (130) entlang des Teilabschnitts der Längsrichtung (102) eine im Querschnitt gleichbleibende, insbesondere eckige oder polygonale, Form aufweist, und/oder wobei die Druckbehältermodule (100) zumindest über einen Teilabschnitt entlang ihrer Längsrichtung (102) einen gleichbleibenden Querschnitt aufweisen, und/oder wobei die Druckbehältermodule (100) zumindest über einen Teilabschnitt entlang ihrer Längsrichtung (102) in Gleitbauweise herstellbar oder hergestellt sind, wobei der Teilabschnitt jeweils vorzugsweise zumindest 25 Prozent, besonders bevorzugt zumindest 50 Prozent, nochmals bevorzugter zumindest 75 Prozent, der Längsausdehnung der Druckbehältermodule (100) entlang der Längsrichtung beträgt.
3. Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk-Reservoir (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die modulare Anordnung der Druckbehältermodule derart ausgebildet ist, dass jedes Druckbehältermodul (100) mit zumindest 5 Prozent, vorzugsweise zumindest 10 Prozent, besonders bevorzugt zumindest 20 Prozent, nochmals bevorzugter zumindest 50 Prozent seiner Außenfläche, insbesondere seiner Mantelfläche (130), flächig an zumindest eines der anderen Druckbehältermodule (100) angrenzt, und wobei die modulare Anordnung der Druckbehältermodule insbesondere derart ausgebildet ist, dass zumindest einige der Druckbehältermodule (100) mit zumindest 75 Prozent ihrer Außenfläche, insbesondere ihrer Mantelfläche (130), flächig an zumindest eines der anderen Druckbehältermodule (100) angrenzen und/oder zumindest einige im inneren der modularen Anordnung angeordneten Druckbehältermodule (100) vollflächig mit ihrer Außenfläche, insbesondere ihrer Mantelfläche (130), an andere Druckbehältermodule (100) angrenzen.
4. Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk-Reservoir (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Außenfläche (110) der Druckbehältermodule (100), insbesondere die Mantelfläche (130) der Druckbehältermodule (100), jeweils planare Flächenabschnitte (120) umfasst oder aus planaren Flächenabschnitten (120) besteht und wobei vorzugsweise die planaren Flächenabschnitte (120) der Druckbehältermodule (100) flächig an planare Flächenabschnitte (120) anderer Druckbehältermodule (100) angrenzen und/oder wobei die Druckbehältermodule (100) zumindest abschnittsweise einen im Wesentlichen regelmäßig polygonalen Querschnitt mit n Ecken aufweisen, insbesondere einen regelmäßig hexagonalen Querschnitt mit n=6 Ecken. 5. Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk-Reservoir (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Druckbehältermodule derart mit ihrer Außenwandung flächig aneinander angrenzend angeordnet sind, dass jedes Druckbehältermodul mit einem flächigen Bereich seiner Außenfläche einem flächigen Bereich der Außenfläche zumindest eines der anderen Druckbehältermoduls gegenübersteht, derart, dass zwischen den gegenüberstehenden flächigen Bereichen kein Zwischenraum verbleibt oder ein Zwischenraum verbleibt, welcher kleiner ist als 2%, insbesondere kleiner ist als 1%, insbesondere kleiner ist als 0,5%, insbesondere kleiner ist als 0,1%, insbesondere kleiner ist als 0,05 %, einer Dimension, beispielsweise der Längsausdehnung, des Druckbehältermoduls und/oder wobei der aneinander angrenzende Teil der Außenfläche, insbesondere der Mantelfläche, jedes Druckbehältermoduls und/oder die aneinander angrenzenden planaren Flächenabschnitte der Druckbehältermodule, insbesondere der Mantelfläche der Druckbehältermodule, derart aneinander angrenzen, dass dazwischen kein Zwischenraum verbleibt oder ein Zwischenraum verbleibt, welcher kleiner ist als 2%, insbesondere kleiner ist als 1%, insbesondere kleiner ist als 0,
5%, insbesondere kleiner ist als 0,1%, insbesondere kleiner ist als 0,05 %, einer Dimension, beispielsweise der Längsausdehnung, des Druckbehältermoduls und/oder wobei ein verbleibender Zwischenraum zumindest teilweise, insbesondere an Randbereichen, mit einem Dichtungsmaterial ausgefüllt ist, um ein Eindringen von Wasser in den Zwischenraum zu vermeiden, wobei das Dichtungsmaterial bevorzugt flexibel ausgebildet ist, und/oder wobei in zumindest einer Außenwandung eines Druckbehältermoduls ein Rückschlagventil eingebaut ist, um in einen Zwischenraum eingedrungenes Wasser in das Druckbehältermodul abzuleiten.
6. Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk-Reservoir (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die modulare Anordnung der Druckbehältermodule derart ausgebildet ist, dass die Druckbehälter (100) ein regelmäßiges Raster bilden, insbesondere gemäß der Struktur eines hexagonalen Achsensystems und/oder wobei die modulare Anordnung der Druckbehältermodule eine unmitelbar auf dem Untergrund liegende, insbesondere lückenlose, Druckbehältermodule-Schicht (50) bildet und vorzugsweise ferner eine oder mehrere darüber liegende, insbesondere lückenlose, obere Druckbehältermodule-Schichten bildet, wobei die Druckbehältermodule der oberen Druckbehältermodule-Schichten jeweils vorzugsweise versatzlos oberhalb der jeweiligen Druckbehältermodule der auf dem Untergrund liegenden Druckbehältermodule-Schicht (50) angeordnet sind und besonders bevorzugt gegenüber diesen um einen bestimmten Winkel, insbesondere einen Winkel von 360/n Grad, um ihre Längsachse gedreht sind.
7. Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk-Reservoir (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die modulare Anordnung zumindest 3 Druckbehältermodule (100) umfasst, vorzugsweise zumindest 10 Druckbehältermodule (100) umfasst, besonders bevorzugt zumindest 50 Druckbehältermodule (100) umfasst, nochmals bevorzugter zumindest 100 Druckbehältermodule (100) umfasst, und wobei die Druckbehältermodule (100) vorzugsweise baugleich ausgebildet sind.
8. Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk-Reservoir (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Druckbehältermodule (100) im Inneren eine, insbesondere monolithisch mit der Außenwandung (110) gebildete, Druckleitstruktur (250) aufweisen, wobei die Druckleitstruktur vorzugsweise Verstrebungen (252) umfasst, welche die Innenflächen der Außenwandung (110) verbinden, und/oder bogenförmig oder rund geformte Flächenabschnitte (254) der Innenfläche der Außenwandung umfasst.
9. Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk-Reservoir (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Druckbehältermodule (100), insbesondere in einem Querschnitt, eine Vielzahl von Hohlräumen (200) mit dazwischen befindlichen Wandungselementen (220) umfassen, wobei die Hohlräume (200) vorzugsweise zylindrisch ausgebildet sind und besonders bevorzugt entlang der Längsrichtung (102) der Druckbehältermodule verlaufen, und wobei die zwischen den Hohlräumen (200) befindlichen Wandungselemente (220) vorzugsweise die Druckleitstruktur (250) bilden oder dazu beitragen und besonders bevorzugt, insbesondere in einem Querschnitt, wabenförmig ausgebildet ist.
10. Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk-Reservoir (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl zylindrischer Hohlräume (200), insbesondere in einem Querschnitt, ein regelmäßiges Raster bilden, insbesondere gemäß der Struktur eines hexagonalen Achsensystems, und/oder wobei vorzugsweise eine Mehrzahl an die Außenwandung (110) angrenzender äußerer Hohlräume (200) ringförmig einen oder mehrere innere Hohlräume (200) umgeben.
11. Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk-Reservoir (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Verstrebungen (252), welche die Innenflächen der Außenwandung (110) verbinden, und/oder Wandungselemente (220), welche sich zwischen inneren Hohlräumen befinden dünner ausgebildet sind als Wandungselemente (220), welche sich zwischen äußeren Hohlräumen befinden und/oder dünner ausgebildet sind als die Außenwandung (110) der Druckbehältermodule (100).
12. Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk-Reservoir (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Hohlräume (200) über einen oder mehrere Verbindungskanäle (230) miteinander verbunden sind, um ein gemeinsames Druckspeichervolumen zu bilden und/oder wobei einer der Hohlräume (210), insbesondere ein in einer Ecke eines im Querschnitt im Wesentlichen regelmäßig polygonal geformten Druckbehältermoduls angeordneter Hohlraum, nach außen, insbesondere nach oben, geöffnet ist, um die Durchflussöffnung (150) zum Einlassen und/oder Auslassen von Wasser zu bilden, und wobei der die Durchflussöffnung (150) bildende Hohlraum (210) vorzugsweise eine dickere Wandungsstärke aufweist als die anderen Hohlräume.
13. Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk-Reservoir (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Druckbehältermodule (100) jeweils mit einer Turbine, Pumpe und/oder Pumpturbine (215) an ihrer Durchflussöffnung (150) ausgestattet sind, so dass, wenn die trockenliegende Bodenvertiefung (1) mit Wasser geflutet ist, das Unterwasser- Pumpspeicherkraftwerk-Reservoir (10) derart betrieben werden kann, dass elektrische Energie gewonnen wird, wenn Wasser aus der gefluteten Bodenvertiefung in die Druckbehältermodule (100) eingelassen wird, und elektrische Energie gespeichert wird, wenn Wasser aus den Druckbehältermodulen (100) in die geflutete Bodenvertiefung ausgelassen wird, und wobei die Turbine, Pumpe und/oder Pumpturbine (215) vorzugsweise im Inneren des die Durchflussöffnung bildenden Hohlraums (210) angeordnet ist, besonders bevorzugt an dessen unterem Ende.
14. Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk in einer gefluteten Bodenvertiefung (1 ), insbesondere einem Meer, einem See oder einem künstlichen See, umfassend ein Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk-Reservoir (10) am Grund der Bodenvertiefung, insbesondere gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.
15. Druckbehältermodul, zur modularen Anordnung in einer trockenliegenden aber flutbaren Bodenvertiefung und/oder zum Absenken in einer bereits gefluteten Bodenvertiefung, insbesondere zur Errichtung eines Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk-Reservoirs und/oder eines Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerks gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend: eine Außenwandung mit zumindest einer Durchflussöffnung zum Einlassen und/oder Auslassen von Wasser, derart, dass das Druckbehältermodul mit Wasser befüllt und/oder leergepumpt werden kann, wenn die trockenliegende Bodenvertiefung mit Wasser geflutet ist.
16. Druckbehältermodul gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei das Druckbehältermodul derart geformt ist, dass die Außenwandung des Druckbehältermoduls flächig aneinander angrenzend, insbesondere lückenlos, zu einem oder mehreren baugleichen weiteren Druckbehältermodulen angeordnet werden kann.
17. Druckbehältermodul gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Druckbehältermodul eine Längsrichtung definiert, derart, dass die Außenwandung des Druckbehältermoduls einen die Längsrichtung umgebenden Mantel mit einer äußeren Mantelfläche aufweist und/oder wobei das Druckbehältermodul zumindest über einen Teilabschnitt entlang seiner Längsrichtung zylindrisch ausgebildet ist, derart, dass die äußere Mantelfläche entlang des Teilabschnitts der Längsrichtung eine im Querschnitt gleichbleibende, insbesondere eckige oder polygonale, Form aufweist, und/oder wobei das Druckbehältermodul zumindest über einen Teilabschnitt entlang seiner Längsrichtung einen gleichbleibenden Querschnitt aufweist, und/oder wobei das Druckbehältermodule zumindest über einen Teilabschnitt entlang seiner Längsrichtung in Gleitbauweise herstellbar oder hergestellt ist, wobei der Teilabschnitt jeweils vorzugsweise zumindest 25 Prozent, besonders bevorzugt zumindest 50 Prozent, nochmals bevorzugter zumindest 75 Prozent, der Längsausdehnung des Druckbehältermoduls entlang der Längsrichtung beträgt.
18. Druckbehältermodul gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Außenfläche des Druckbehältermoduls, insbesondere die Mantelfläche des Druckbehältermoduls, jeweils planare Flächenabschnitte umfasst oder aus planaren Flächenabschnitten besteht und/oder wobei das Druckbehältermodul zumindest abschnittsweise einen im Wesentlichen regelmäßig polygonalen Querschnitt mit n Ecken aufweist, insbesondere einen regelmäßig hexagonalen Querschnitt mit n=6 Ecken.
19. Druckbehältermodul gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Druckbehältermodul im Inneren eine, insbesondere monolithisch mit der Außenwandung gebildete, Druckleitstruktur aufweist, wobei die Druckleitstruktur vorzugsweise Verstrebungen umfasst, welche die Innenflächen der Außenwandung verbinden, und/oder bogenförmig oder rund geformte Flächenabschnitte der Innenfläche der Außenwandung umfasst.
20. Druckbehältermodul gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Druckbehältermodul, insbesondere in einem Querschnitt, eine Vielzahl von Hohlräumen mit dazwischen befindlichen Wandungselementen umfassen, wobei die Hohlräume vorzugsweise zylindrisch ausgebildet sind und besonders bevorzugt entlang der Längsrichtung des Druckbehältermoduls verlaufen, und wobei die zwischen den Hohlräumen befindlichen Wandungselemente vorzugsweise die Druckleitstruktur bilden oder dazu beitragen und besonders bevorzugt, insbesondere in einem Querschnitt, wabenförmig ausgebildet ist.
21. Druckbehältermodul gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl zylindrischer Hohlräume, insbesondere in einem Querschnitt, ein regelmäßiges Raster bilden, insbesondere gemäß der Struktur eines hexagonalen Achsensystems, und/oder wobei vorzugsweise eine Mehrzahl an die Außenwandung angrenzender äußerer Hohlräume ringförmig einen oder mehrere innere Hohlräume umgeben.
22. Druckbehältermodul gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Verstrebungen, welche die Innenflächen der Außenwandung verbinden, und/oder Wandungsabschnitte, welche sich zwischen inneren Hohlräumen befinden dünner ausgebildet sind als Wandungsabschnitte, welche sich zwischen äußeren Hohlräumen befinden und/oder dünner ausgebildet sind als die Außenwandung des Druckbehältermoduls.
23. Druckbehältermodul gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Hohlräume über Verbindungskanäle miteinander verbunden sind, um ein gemeinsames Druckspeichervolumen zu bilden und/oder wobei einer der Hohlräume, insbesondere ein in einer Ecke eines im Querschnitt im Wesentlichen regelmäßig polygonal geformten Druckbehältermoduls angeordneter Hohlraum, nach außen, insbesondere nach oben, geöffnet ist, um die Durchflussöffnung zum Einlassen und/oder Auslassen von Wasser zu bilden, und wobei der die Durchflussöffnung bildende Hohlraum vorzugsweise eine dickere Wandungsstärke aufweist als die anderen Hohlräume.
24. Druckbehältermodul gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Druckbehältermodul mit einer Turbine, Pumpe und/oder Pumpturbine an seiner Durchflussöffnung ausgestattet ist, so dass, wenn die trockenliegende Bodenvertiefung mit Wasser geflutet ist, das Druckbehältermodul derart betrieben werden kann, dass elektrische Energie gewonnen wird, wenn Wasser aus der gefluteten
Bodenvertiefung in das Druckbehältermodul eingelassen wird, und elektrische Energie gespeichert wird, wenn Wasser aus dem Druckbehältermodul in die geflutete Bodenvertiefung ausgelassen wird, und wobei die Turbine, Pumpe und/oder Pumpturbine vorzugsweise im Inneren des die Durchflussöffnung bildenden Hohlraums angeordnet ist, besonders bevorzugt an dessen unterem Ende.
EP21724213.0A 2020-04-30 2021-04-30 Modulares unterwasser-pumpspeicherkraftwerk-reservoir Pending EP4143429A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020111844.9A DE102020111844A1 (de) 2020-04-30 2020-04-30 Modulares Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk-Reservoir
PCT/EP2021/061424 WO2021219854A1 (de) 2020-04-30 2021-04-30 Modulares unterwasser-pumpspeicherkraftwerk-reservoir

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4143429A1 true EP4143429A1 (de) 2023-03-08

Family

ID=75870588

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21724213.0A Pending EP4143429A1 (de) 2020-04-30 2021-04-30 Modulares unterwasser-pumpspeicherkraftwerk-reservoir

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230175469A1 (de)
EP (1) EP4143429A1 (de)
DE (1) DE102020111844A1 (de)
WO (1) WO2021219854A1 (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021004099A1 (de) 2020-04-30 2021-11-11 Gerhard Luther Pumpspeicherkraftwerk mit einem von einer Ringstaumauer umschlossenen Speicherbecken
DE102021002150A1 (de) 2021-04-23 2022-10-27 Gerhard Luther Pumpspeicherkraftwerk mit variabler Parallel-Serienschaltung von Pumpturbinen zur Ausschöpfung eines hohen Speicherbeckens
DE202022101855U1 (de) 2022-04-06 2023-07-10 Rolf-Josef Schwartz Pumpspeicherwerk und Pumpspeicher-Wasserkraftanlage
DE102022203461A1 (de) 2022-04-06 2023-10-12 Rolf-Josef Schwartz Pumpspeicherwerk, Verfahren zum Errichten eines Pumpspeicherwerks, Verfahren zur Nutzung eines Pumpspeicherwerks
DE102022131342A1 (de) 2022-11-28 2024-05-29 Roentdek - Handels GmbH Maschineneinheit für ein Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk-Reservoir

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011013329A1 (de) 2011-03-08 2012-09-13 Roentdek-Handels Gmbh Pumpspeicherkraftwerk
DE102011118206A1 (de) * 2011-11-11 2013-05-16 Roentdek-Handels Gmbh Pumpspeicherkraftwerk
DE102012110662A1 (de) * 2012-11-07 2014-05-08 Alexander Eyhorn Pumpspeicher-Wasserkraftwerk und Energieerzeugungs- und Speichersystem mit einem solchen Kraftwerk
CN105927455A (zh) * 2016-06-29 2016-09-07 中国科学院工程热物理研究所 一种利用海底压力能的储水发电系统
CN108867585A (zh) * 2018-07-10 2018-11-23 中煤能源研究院有限责任公司 利用废弃露天矿与地面空间联合进行抽水蓄能的系统及方法
DE102019118725A1 (de) 2019-07-10 2021-01-14 Gerhard Luther Verfahren zur Errichtung eines Pumpspeicherkraftwerks in einer Bodenvertiefung, insbesondere in einer Tagebaugrube
DE102019118726B4 (de) 2019-07-10 2021-04-01 Gerhard Luther Verfahren zur vorläufigen Nutzung eines zumindest teilweise errichteten unteren Reservoirs für ein Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk

Also Published As

Publication number Publication date
US20230175469A1 (en) 2023-06-08
WO2021219854A1 (de) 2021-11-04
DE102020111844A1 (de) 2021-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4143429A1 (de) Modulares unterwasser-pumpspeicherkraftwerk-reservoir
EP2776705B1 (de) Pumpspeicherkraftwerk
EP2731859B1 (de) Schwimmplattform
DE3590110T1 (de) Wellenganggetriebener Generator
DE102008003647A1 (de) Schwimmendes Gründungstragwerk mit Auftriebskomponenten, in aufgelöster Bauweise
AT509639A1 (de) Schwimmende plattform
EP3997329A1 (de) Verfahren zur errichtung eines pumpspeicherkraftwerks in einer bodenvertiefung, insbesondere in einer tagebaugrube
EP3592640B1 (de) Autark schwimmfähige schwergewichtsgründung zur verbindung mit einer schwimmfähigen offshore-anlage
DE102010034572A1 (de) Wasserkraftwerksrechenanordnung
WO1999024675A1 (de) Schutzelement, solche elemente umfassende vorrichtungen sowie verfahren zum schützen eines gebietes vor hochwasser oder lawinen
DE102019118726A1 (de) Verfahren zur vorläufigen Nutzung eines zumindest teilweise errichteten unteren Reservoirs für ein Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk
DE102008047828A1 (de) Fermenterbehälter für eine Biogasanlage
DE102012011491A1 (de) Unterwasser-Druckluft-Energiespeicher mit volumenvariablem Druckspeichergefäß
DE102020002609A1 (de) Unterwasser-PSKW im Tagebau-Restsee
DE4322980C2 (de) Kraftwerk, vorgefertigte Einheit des Kraftwerks sowie Verfahren zu dessen Herstellung
DE202019001000U1 (de) Autarkes Land und Ufern Schutz-System gegen Tsunami und Sturm-Überflutung; als Vorrichtung mit flexiblen Höhen - Einstellung des Schutz-System um das Land- und Menschen gegen Sturm-Fluten, sowie dadurch verursachten Schäden am Land und sehr starke Ufern Erosion zu minimieren / vermeiden
EP2758300A1 (de) Schwimmende energieautarke plattformen sowie verfahren zu deren herstellung
DE112017006235B4 (de) Pumpspeicherkraftwerk
EP3922845A1 (de) Schwimmfähiges offshore-bauwerk und ein verfahren zu seiner installation
DE102011107267B4 (de) Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie
EP2321214B1 (de) Verfahren zum herstellen zumindest einer baugruppe von offshore-windenergieanlagen
DE102018117388A1 (de) Pumpspeicherkraftwerk und Verfahren zum Aufbau eines Pumpspeicherkraftwerks
DE102022131342A1 (de) Maschineneinheit für ein Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk-Reservoir
DE102022203461A1 (de) Pumpspeicherwerk, Verfahren zum Errichten eines Pumpspeicherwerks, Verfahren zur Nutzung eines Pumpspeicherwerks
DE102012011954A1 (de) Pumpspeicher mit schwimmendem Speicherteil.

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20220905

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)