NO328051B1

NO328051B1 - Kraftverk, fremgangsmate for kraftproduksjon, samt anvendelse av kraftverket.

Info

Publication number: NO328051B1
Application number: NO20081642A
Authority: NO
Inventors: Bjorn Bekken
Original assignee: Statoilhydro Asa
Priority date: 2008-04-02
Filing date: 2008-04-02
Publication date: 2009-11-16
Also published as: WO2009123465A1; DK200901275A; EP2358992A1; CA2723309A1; NO20081642L; US20110027107A1

Abstract

Kraftverk, omfattende: et lavtliggende reservoar, en gjennomføring (ledning, slange, rør, kanal) for fluidkommunikasjon fra det lavtliggende reservoar til et høytliggende reservoar, særpreget ved at en pumpe er anordnet i tilknytning til gjennomføringen, for å pumpe vann fra det lavtliggende reservoar til det høytliggende reservoar, for å lagre energi ved å tømme det lavtliggende reservoar, og en turbin/generator for kraftproduksjon er anordnet i eller ved det lavtliggende reservoar, i tilknytning til nevnte gjennomføring eller en ytterligere gjennomføring for fluidkommunikasjon mellom det lavtliggende og det høytliggende reservoar, for kraftproduksjon mens vann strømmer fra det høytliggende reservoar til det lavtliggende reservoar. Fremgangsmåte for kraftproduksjon. Anvendelse av kraftverket.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører energifremstilling. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen et kraftverk, en fremgangsmåte for kraftproduksjon og anvendelse av kraftverket ifølge oppfinnelsen. Kraftverket ifølge oppfinnelsen er særlig egnet for lagring av overskuddskraft eller billig kraft for senere kraftproduksjon.

Stabil tilgang til energi er en nødvendighet for det moderne samfunn. Av hensyn til miljøet er mange i dag opptatt av fornybar energi, som eksempelvis kan utvinnes fra vind, bølger, tidevannsstrømmer, havstrømmer, geotermiske forekomster eller saltvannsgradienter. Utnyttelse av et antall slike energikilder kan for eksempel kombineres i marine energiparker, og fordi ulike energikilder til dels kan utnyttes komplementært, kan det oppnås jevnere energiproduksjon og besparelser med hensyn til utbyggings- og driftskostnader. Likevel vil energiproduksjonen ha tendens til å være ujevn, og det finnes behov for å lagre overskuddsenergi. Likeledes finnes det behov for på en enkel måte å kunne lagre billig energi fra energikilder eller kraftverk av enhver kjent type, inkludert overskuddsenergi fra industrianlegg. Ulike kraftverk og industrianlegg vil ha tendens til ujevn energiproduksjon som ikke er korrelert med forbruket.

Pumpekraftverk er kjent teknologi, og er den lagringsmetode for energi som for tiden gir høyest virkningsgrad. I et pumpekraftverk blir vann pumpet til et høyt-liggende reservoar i perioder med overskuddsproduksjon eller perioder med lave energipriser, hvorpå energi produseres ved at vann slippes ut fra det høytliggende reservoar gjennom turbiner plassert på et lavere nivå. Videre finns det innretninger som demmer opp vann ved høyvann og slipper ut vann gjennom turbiner ved lavvann. Eksempler på kjente innretninger finnes i patentpublikasjonene US 3 487 228 og

BE 903837.

Det finnes behov for alternative kraftverk, fremgangsmåter og anvendelser av kraftverk, med fordelaktige egenskaper i forhold til de tidligere kjente innretninger. Det er spesielt behov for et pumpekraftverk som er særlig anvendbart i marine omgivelser.

De ovennevnte behov imøtekommes ved at den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et kraftverk, omfattende et lavtliggende reservoar, en gjennomføring (ledning, slange, rør, kanal) for fluidkommunikasjon fra det lavtliggende reservoar til et høytliggende reservoar, særpreget ved at en pumpe er anordnet i tilknytning til gjennomføringen, for å pumpe vann fra det lavtliggende reservoar til det høytliggende reservoar, for å lagre energi ved å tømme det lavtliggende reservoar, og en turbin/generator for kraftproduksjon er anordnet i eller ved det lavtliggende reservoar, i tilknytning til nevnte gjennomføring eller en ytterligere gjennomføring for fluidkommunikasjon mellom det lavtliggende og det høytliggende reservoar, for kraftproduksjon mens vann strømmer fra det høytliggende reservoar til det lavtliggende reservoar.

Med begrepet et lavtliggende reservoar menes det et reservoar hvor vannstanden til enhver tid er lavere enn vannstanden i det høytliggende reservoar eller et reservoar hvor høyeste mulige vannstand er likt med vannstanden i det høytliggende reservoar, slik som et volum avgrenset fra et utenforliggende havnivå.

Med oppfinnelsen tilveiebringes også en fremgangsmåte for kraftproduksjon ved anvendelse av kraftverket ifølge oppfinnelsen, særpreget ved å pumpe ut vann med pumpen fra det lavtliggende reservoar ved hjelp av overskuddskraft eller billig kraft i tidsperioder når slik kraft er tilgjengelig, og å føre inn vann fra det høytliggende reservoar til det lavtliggende reservoar i tidsperioder når kraftprisen er høy eller det er behov for den således lagrede kraft, for å produsere kraft i turbinen/generatoren.

Videre tilveiebringer oppfinnelsen anvendelse av et kraftverk ifølge oppfinnelsen, for lagring av overskuddskraft eller billig kraft for senere kraftproduksjon etter behov.

Den foreliggende oppfinnelse er illustrert ved hjelp av figur 1 som illustrerer et kraftverk ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Det henvises til figur 1 som illustrerer et kraftverk ifølge oppfinnelsen, samt fremgangsmåten og anvendelsen ifølge oppfinnelsen.

Nærmere bestemt illustrerer 1 kraftverket i lagringsmodus, det vil si at vannivået i det lavtliggende reservoar senkes ved at overskuddsenergi eller billig energi brukes til å pumpe vann ut fra reservoaret, mens 2 illustrerer anlegget i produksjonsmodus, det vil si når vann slippes inn via en turbin for således å produsere energi. På figuren indikerer A det lavtliggende reservoar, B indikerer både pumpe og turbin/generator for kraftproduksjon, mens C indikerer en ventil. Det høytliggende reservoar finnes utenfor det lavtliggende reservoar. Det høytliggende reservoar er fordelaktig havet, mens det lavtliggende reservoar fordelaktig er en havbunnsplassert tank som typisk har vært anvendt for et annet formål tidligere. I den illustrerte utførelse finnes kun én gjennomføring (ledning, slange, rør, kanal) som derved anvendes både for å pumpe ut vann fra det lavtliggende reservoar og å lede inn vann fra det høytliggende reservoar ved etterfølgende kraftproduksjon. Alternativt kan det anordnes separate gjennomføringer eller ledninger for henholdsvis utpumping og innføring av vann, med pumpe i tilnytning til gjennomføringen for utpumping og turbin/generator i tilknytning til gjennomføringen for innføring av vann fra det høytliggende reservoar. På den illustrerte utførelse er ventilen C anordnet i en grenledning fra gjennomfør-ingen. I lagringsmodus, illustrert ved 1 er ventilen C stengt, mens i produksjonsmodus, angitt ved 2 er ventilen åpen for å lede inn vann fra det høyereliggende reservoar. Ved bruk av én gjennomføring kan likeledes pumpen være atskilt i en egen grenledning fra turbin/generator, slik det finnes hensiktsmessig. Utløpet for utpumpet vann er fordelaktig like over vannspeilet i det høytliggende reservoar, for å minimere pumpearbeidet. Utløpet fra turbinen er fordelaktig i et bunnivå i det lavtliggende reservoar, for å maksimere fallhøyden uavhengig av fyllingsgrad i det lavtliggende reservoar og for å redusere eventuelle kavitasjonsproblemer. Energien som kan lagres er proporsjonal med produktet av utpumpet vannvolum og fallhøyden vannet vil ha i produksjonsmodus. For å maksimere lagret energimengde kan derfor tverrsnittet av det lavtliggende reservoar være større nede ved bunnen enn oppe ved toppen, hvilket gir stor fallhøyde for større volummengder. Flere lavtliggende reservoarer kan kobles sammen, hvilket kan være fordelaktig med tanke på bygging og mekaniske belastninger. I en fordelaktig utførelse er hele det lavtliggende reservoar ved nivå under havflaten. I en utførelse er det lavtliggende reservoar fordelaktig en del av et fundament for et feltsenter eller forankring eller fundament for andre energiproduserende innretninger. I en fordelaktig utførelse er det lavtliggende reservoar en gjenbruk av tidligere annerledes anvendte innretninger, eksempelvis tidligere lagertanker for olje, lagertanker eller skaft på olje- og gassplattformer, eller endog rørledninger. En særlig fordelaktig utførelse er å anordne det lavtliggende reservoar i tanker og eventuelt også skaftet på en eller flere sammenkoblede gravitetsbaserte strukturplattformer, slik som betongtanker og ett eller flere hule betongskaft i en havbunnsplassert plattform. En utførelse som særlig kan være egnet langs kyster med egnet topografi, er å demme opp et område hvorved det oppdemmede området utgjør det lavtliggende reservoar. En annen fordelaktig utførelse er å la det lavtliggende reservoar også funksjonere som en kai eller som et areal for annen utnyttelse, idet et lokk med ventilasjon fordelaktig anordnes som den øvre del av det lavtliggende reservoar. En ytterligere fordelaktig utførelse er å anvende hulrom på landjorden som ligger i nærheten av havet og i et nivå under havoverflaten som det lavtliggende reservoar, eksempelvis grotter, kaverner eller hulrom fra avsluttet gruvedrift.

Også pumpen er fordelaktig anordnet i et bunnivå i det lavtliggende reservoar, fordi slik plassering medfører et visst innløpstrykk og reduksjon av eventuelle kavitasjonsproblemer. Økt pumpehøyde kompenseres av økt innløpstrykk.

For en turbin plassert i et bunnivå eller på bunnen av det lavtliggende reservoar, kompenseres økt trykk på utløpssiden av økt fallhøyde.

Imidlertid kan turbinen/generatoren anordnes på et flytelegeme, med vanntilførsel fordelaktig via fleksible rør, eksempelvis i form av slanger eller teleskopiske rør. Også pumpen kan anordnes på eller festes til et slikt flytelegeme, med tilkoblet gjennomføring i form av fleksible rør. Konstruksjonsmessige fordeler og fordel med hensyn til adkomst og vedlikehold kan således oppnås.

Pumpen kan velges blant pumper som drives elektrisk, direkte mekanisk eller mekanisk via girkoblinger, eller hydraulisk, idet den tilgjengelige overskuddsenergi eller billige kraft vil påvirke hvilket valg som er hensiktsmessig for å oppnå høy virkningsgrad, lav investeringskostnad, god driftssikkerhet og enkelt vedlikehold og utskiftingsmulighet, i henhold til god ingeniørpraksis. For å redusere tap av virkningsgrad kan pumpen drives mekanisk direkte eller hydraulisk av vindkraft, bølgekraft og/eller havstrømkraft. Pumper, turbiner, generatorer, ventiler og typer av rør eller tilsvarende blir ikke beskrevet nærmere her ettersom det anses å ligge innenfor kjent teknikk og god ingeniørpraksis å foreta hensiktsmessige valg og anordning av slikt kjent utstyr innenfor rammen av beskrivelsen og de tilhørende patentkrav.

Kraftverket ifølge den foreliggende oppfinnelse kan både lagre og produsere energi, og er særlig fordelaktig dersom det anordnes som del av et større energianlegg. For eksempel kan overføringskapasiteten i kabler fra et anlegg for kraftproduksjon til havs reduseres ved at topproduksjonen lagres som energi i et kraftverk ifølge oppfinnelsen. I et slikt anlegg til havs kan vind, bølger og strøm i havet generere energien under regulære driftsforhold, men ved høy regulær produksjon lagres en del av den produserte energi i et kraftverk ifølge oppfinnelsen, mens ved lav regulær produksjon kan kraftverket ifølge oppfinnelsen settes i driftsmodus for produksjon av den lagrede energi.

Claims

1. Kraftverk, omfattende et lavtliggende reservoar, en gjennomføring (ledning, slange, rør, kanal) for fluidkommunikasjon fra det lavtliggende reservoar til et høytliggende reservoar, karakterisert ved at en pumpe er anordnet i tilknytning til gjennomføringen, for å pumpe vann fra det lavtliggende reservoar til det høytliggende reservoar, for å lagre energi ved å tømme det lavtliggende reservoar, og en turbin/generator for kraftproduksjon er anordnet i eller ved det lavtliggende reservoar, i tilknytning til nevnte gjennomføring eller en ytterligere gjennomføring for fluidkommunikasjon mellom det lavtliggende og det høytliggende reservoar, for kraftproduksjon mens vann strømmer fra det høytliggende reservoar til det lavtliggende reservoar.

2. Kraftverk ifølge krav 1, karakterisert ved at turbinen/generatoren er anordnet i et bunnivå i det lavtliggende reservoar.

3. Kraftverk ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at pumpen er anordnet i et bunnivå i det lavtliggende reservoar.

4. Kraftverk ifølge krav 1, karakterisert ved at det lavtliggende reservoar er anordnet i et hav-/sjønivå, idet havet eller en sjø utgjør det høytliggende reservoar.

5. Kraftverk ifølge krav 1, karakterisert ved at det lavtliggende reservoar er anordnet i tanker og/eller skaftet i en gravitetsbasert strukturinstallasjon eller er en havbunnsplassert tank tidligere anvendt for lagring av fluid slik som olje.

6. Fremgangsmåte for kraftproduksjon ved anvendelse av kraftverket ifølge foregående krav, karakterisert ved å pumpe ut vann med pumpen fra det lavtliggende reservoar ved hjelp av overskuddskraft eller billig kraft i tidsperioder når slik kraft er tilgjengelig, og å føre inn vann fra det høytliggende reservoar til det lavtliggende reservoar i tidsperioder når kraftprisen er høy eller det er behov for den således lagrede kraft, for å produsere kraft i turbinen/generatoren.

7. Anvendelse av kraftverket ifølge foregående krav, for lagring av overskuddskraft eller billig kraft når slik kraft er tilgjengelig, for senere produksjon.