WO2013117329A1 - Unterwasserspeicher zum speichern von vorzugsweise elektrischer energie - Google Patents

Unterwasserspeicher zum speichern von vorzugsweise elektrischer energie Download PDF

Info

Publication number
WO2013117329A1
WO2013117329A1 PCT/EP2013/000354 EP2013000354W WO2013117329A1 WO 2013117329 A1 WO2013117329 A1 WO 2013117329A1 EP 2013000354 W EP2013000354 W EP 2013000354W WO 2013117329 A1 WO2013117329 A1 WO 2013117329A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
storage
underwater
storage container
energy
container
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/000354
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Schramm
Original Assignee
Rainer Schramm
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 Rainer Schramm filed Critical Rainer Schramm
Publication of WO2013117329A1 publication Critical patent/WO2013117329A1/de

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
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/10—Combinations of wind motors with apparatus storing energy
    • F03D9/11—Combinations of wind motors with apparatus storing energy storing electrical energy
    • 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
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/10—Combinations of wind motors with apparatus storing energy
    • F03D9/17—Combinations of wind motors with apparatus storing energy storing energy in pressurised fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
    • 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
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/60—Application making use of surplus or waste 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
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/95—Mounting on supporting structures or systems offshore
    • 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
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/97—Mounting on supporting structures or systems on a submerged structure
    • 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
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
    • F17C2203/0678—Concrete
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/068—Special properties of materials for vessel walls
    • F17C2203/0695—Special properties of materials for vessel walls pre-constrained
    • 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
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/50—Hydropower in dwellings
    • 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
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • 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
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/727—Offshore wind turbines
    • 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
    • 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
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Definitions

  • the invention relates to an underwater storage for storing preferably electrical energy, with a plurality of storage containers for receiving a medium, and at least one means for at least partially emptying the storage container, in particular a pump, and having at least one means for generating electricity during filling of the storage container with the medium, in particular a generator driven by a turbine, according to the preamble of claim 1.
  • the object of the invention is to further develop underwater storage of the type mentioned in the introduction.
  • an inventive underwater storage the features of claim 1. It is therefore provided that a group of several storage tanks is connected via a common line with the pump or the turbine. But it can also be provided two or more groups of storage containers, wherein between the groups
  • CONFIRMATION COPY a plurality of pumps or turbines are arranged, which are connected to the groups.
  • the storage containers are formed as substantially cylindrical and substantially horizontally disposed container, which are arranged with their longitudinal extent parallel to each other and side by side and are arranged in the region of the bottom of the water body. Accordingly, the storage containers can rest on the bottom of the water body, for example of a sea, or be partially or completely embedded in the bottom of the water body.
  • the storage containers may be slightly different from their horizontal arrangement to facilitate the uptake of the medium and the emptying of the storage container.
  • the storage containers are secured by means of a load preferably a rock bed as buoyancy protection at the bottom of the water.
  • a load preferably a rock bed
  • buoyancy protection at the bottom of the water.
  • the walls of the storage container does not have to be used as buoyancy protection and thus only have to be dimensioned with regard to the prevailing pressure conditions.
  • less material is required for the creation of the storage container, whereby the costs compared to conventional containers can be reduced.
  • the transport to the foundation site is easier due to the lighter storage tanks.
  • Another advantage of this solution is that the group of storage containers under the ballast is better protected against external influences such as vibrations, in particular by earthquakes.
  • the storage container are arranged with a small lateral distance from each other, such that the storage container laterally against each other supported, preferably between the storage containers only a small layer of the ballast or a landfill is arranged. Due to the lateral support of the storage container, the material requirement for the ballast or the landfill is reduced.
  • walls of the storage containers are formed from a material having high strength with a small wall thickness, preferably from a UHPC.
  • Ultra-high-performance concrete (UHPC) is used to describe concretes which achieve compressive strengths above the strength class C 100/1 15, in particular over 150 N / mm 2 , defined in DIN EN 206-1. Concretes of this type are outstandingly suitable for producing extremely load-bearing storage containers which, owing to the material strengths, have only low wall thicknesses and thus a low weight.
  • Another special feature may be that instead of a storage container with a large volume, a corresponding number of storage containers is provided with a smaller volume.
  • this has static advantages because smaller containers under load are less prone to buckling or buckling.
  • the hydrostatic pressure difference available for the energy generation at the turbine is greater than in a comparable larger tank, which increases the relative energy storage capacity of the smaller storage tank compared to the larger storage tank.
  • the pump is arranged below the level of the storage container. In this way, cavitations in the medium are avoided, which could damage the pump.
  • the storage containers are arranged at a depth of 200m to 3000m, in particular 200m to 1500m, preferably 200m to 1200, most preferably 200m to 800m.
  • the upper threshold may also be at 300m.
  • Another special feature of the invention may be that in each case a pump or turbine is assigned to a group of storage containers, preferably in the region of an end face of the storage container, wherein the common line runs in the area of this end face.
  • This solution has the particular advantage that a few larger pumps or turbines are more efficient and less expensive than several smaller pumps or turbines.
  • the line length of the common line is reduced by the preferred arrangement of multiple "parallel" storage tank. To the common line further storage tank can be easily connected to increase the capacity of the underwater storage.
  • valves are respectively arranged between each storage tank and the common line. This makes it possible to selectively deactivate individual storage containers within the group, for example for maintenance purposes or in the event of malfunctions, without interrupting the operation of the entire system. Furthermore, it enables the provision of redundant storage containers.
  • a pump turbine and a generator or engine are arranged together in a power plant container.
  • the entire underwater storage is kept compact, which is particularly material-saving and easy to maintain.
  • the pump turbine and the generator can also be arranged as individual components to the underwater storage.
  • the storage containers serve to receive the respective body of water as an energy-storing medium.
  • a medium other than the water serves as an energy-storing medium.
  • the underwater storage device can be used for storing energy originating from renewable energy sources, in particular for storing energy generated at sea by one or more wind energy installations.
  • the underwater storage for storing energy generated on land, in particular photovoltaic or solar-thermal generated Solar energy, wind energy but also conventional energy and nuclear energy. Other purposes are conceivable.
  • FIG. 1 is a perspective view of an underwater storage together with three connected wind turbines
  • FIG. 2 is a perspective view of a group of storage tanks of the underwater storage
  • Fig. 3 is a schematic representation of two groups of
  • FIG. 5 is a schematic representation of a plurality of storage containers
  • 6a shows a cross section through a storage container
  • Fig. 6b shows a cross section through a storage container with integrated
  • Fig. 8 is a schematic representation of three storage containers with a
  • Ventilation duct
  • FIG. 9 is a schematic representation of three storage containers, each with a ventilation duct, a schematic representation of three storage tanks without vent line, a schematic representation of several storage tanks with a load, a schematic representation of the forces acting on the storage tank forces, a schematic representation of the forces acting through the ballast, a schematic representation of spaced storage tanks with a load, a schematic Representation of several storage tanks, each with a surcharge, the behavior of several storage tanks during an earthquake, a schematic plan view of a group of storage tanks with piles, a schematic representation of several storage tanks with piles, a schematic representation of the underwater storage with a lower-lying pump turbine or generator, a perspective Presentation of the underwater storage as energy storage for offshore wind turbines,
  • Fig. 20 is a perspective view of the underwater storage as
  • FIG. 22 is a schematic representation of three variants of a compressed air underwater storage, an enlarged view of two of the variants shown in FIG. 22, a schematic representation of an oil underwater storage,
  • FIG. 25 shows an enlarged representation of the variant according to FIG. 24.
  • the figures of the present drawing show an exemplary embodiment of the underwater storage device 10 according to the invention for storing energy and a few variants.
  • wind energy kinetic energy
  • the electrical energy generated by wind power is stored in the form of potential energy in the underwater storage 10 and can be converted back into electrical energy as needed. Since electrical energy can be generated particularly at sea by the stronger wind with high efficiency, the underwater storage 10 according to the invention represents a helpful component for a flexible and reliable energy supply for the land area 58 in particular.
  • Fig. 1 such an underwater storage 10 is shown.
  • three wind turbines 11 are connected to the underwater storage 10. While the offshore wind power plants 11 shown here are at least largely above the water surface 12 of a water body 57, in particular of a sea, the underwater storage 10 is positioned on the bottom 13 of the sea. The electrical energy generated by the wind turbines 11 is supplied to the underwater storage 10 via supply lines 14.
  • This electrical energy is stored in the underwater storage 10 as potential energy, converted back into electrical energy as needed and transported via a main line 15 to a customer.
  • the customer may be offshore (on the sea) or onshore (on the mainland).
  • the electrical energy can also be fed directly into the electrical supply network.
  • the underwater storage 10 shown in Fig. 1 consists of two storage tank groups 16.
  • Each storage tank group 16 consists of a plurality of individual storage tank 17, which are formed in the illustrated embodiment is substantially cylindrical.
  • the storage containers 17 can also take any other form.
  • the storage containers 17 shown in FIG. 1 are arranged side by side parallel to their longitudinal axis 29 and substantially horizontally and parallel to the seabed 13.
  • the arrangement of the storage container 17 can also take any other arbitrary formation.
  • the storage containers 17 are positioned slightly deflected from the horizontal position on the seabed 13. This slight skew creates a highest point of the storage containers 17, which is particularly advantageous for the emptying and filling of the storage containers 17 discussed below.
  • the size and thus the buoyancy force 44 of the storage containers 17 are particularly decisive for the foundation depth of the underwater storage tank 10. Smaller storage containers 17 with a lower buoyancy force 44 than larger storage containers 17 can be installed in larger water depths 26.
  • the radius 27 of the storage container ranges according to the invention from a few meters up to 15 or even 20 meters.
  • Each of the cylindrical storage container 17 shown in Fig. 1 has at one of its ends 22 (front side) a short pipe 18, with which the storage container 17 are connected to a common manifold 19.
  • the two storage container groups 16 are oriented such that the sides of the storage container 17 are opposite to the pipes 18.
  • the two distributor tubes 19 of the storage container groups 16 are each connected via a short connecting tube 20 to a common electromechanical unit 21.
  • the electromechanical unit 21 can have both a pump turbine and a generator. However, instead of a generator-pump turbine unit, it is also conceivable that separate motor pump and generator-turbine sets are connected to the storage tank group 16 and to the storage containers 17. To the electromechanical unit 21, both the supply line 14 of the wind turbines 11 and the main line 15 is connected.
  • the electromechanical unit 21 When the electromechanical unit 21 is operated as a pump turbine, the electrical energy gained by the wind turbines 11 is used to empty the storage containers 17 filled with water. In turn, when the emptied, air-filled, storage containers 17 are filled with water, the electromechanical unit 21 is operated as a generator. That in the individual Storage tank 17 penetrating water drives the generator, which generates electrical energy.
  • the size of the storage container 17 and the number and the connected electromechanical units 21 and pump turbines and generators are not limited to the illustrated embodiment Fig. 1.
  • each energy-generating device can be connected to the underwater storage 10.
  • the underwater storage 10 according to the invention can be used both in the underwater area 60 near the coast and in the deep sea water area 59, the deep sea water area 59 being preferred.
  • a storage tank group 16 is shown, with ten parallel, adjacent storage tanks 17.
  • Each storage tank 17 is formed as a hollow, closed cylinder.
  • Each of the two end pieces 22 of each storage tank 17 has a short pipe 18.
  • each storage tank 17 is coupled to two distribution pipes 19.
  • One of the distribution pipes 19 is connected to the electromechanical unit 21 via a connecting pipe 20.
  • the electromechanical unit 21 has an inlet and outlet 23.
  • the opposite manifold 19 has a vent line 24.
  • This ventilation duct 24 extends perpendicularly to the sea surface 12. The exact functionality and the properties of this ventilation duct 24 will be discussed in more detail below.
  • the water may be seawater. It can also be any other liquid.
  • the electrical energy generated by the wind power plants 1 1 is used to pump out all of the water, which is initially in the storage tanks 17, from these storage tanks 17.
  • the electromechanical unit 21 is used as a pump turbine. The pumped out water is discharged to the environment, ie to the sea.
  • FIG. 3 two opposite storage tank groups 16 of the underwater storage 10 are shown.
  • Each storage container group 16 has a plurality of storage containers 17.
  • the cylindrical storage container 17 have at one end piece 22, in each case a pipe 18, with which they are in contact via a distributor pipe 19.
  • the two distribution pipes 19 of the two storage tank groups 16 are in turn connected to each other via two connecting pipes 20.
  • the two connecting tubes 20 are each assigned an electromechanical unit 21, each having an inlet and outlet 23.
  • the electromechanical units 21 shown in FIG. 3 can be operated both as a pump turbine and as a generator as already described above.
  • valves 25 can be closed and thus a leakage of the water can be prevented.
  • the individual storage containers 17 are already pumped empty, that is to say filled with air, an uncontrolled ingress of seawater by closing the valves 25 can be prevented by closing the valves 25.
  • the operation of the underwater storage 10 can be limited to individual storage containers 17. This is particularly useful with low energy production or low energy consumption. By such measures, the operation and the efficiency of the underwater storage 10 can be optimized.
  • FIG. 4 the general mode of action of the underwater storage 10 is shown schematically.
  • the figure shows two cross sections of individual storage containers 17, which are located below the water surface 12 in the same water depth 26 on the seabed 13.
  • the two storage tanks 17 have the same inner radius 27.
  • the storage tanks 17 each have a pipe 18 and a manifold 19 assigned. While one storage tank 17 is completely filled with water (dashed lines), the other storage tank 17 is empty, that is, filled with air.
  • the water is pressed into the storage container 17 filled with air.
  • the pressure with which the water is pressed into the empty storage container 17, corresponds to the height of the water column 41, which is substantially equal to the water depth 26 here.
  • the amount of energy that can be generated with the underwater storage 10 according to the invention thus increases with increasing water depth 26. If the entire storage tank 17 is filled with water, or if there is no longer any air in the storage tank 17, the underwater storage 10 is in quasi-equilibrium with its surroundings, that is, the same pressure prevails everywhere. In this, quasi-equilibrium, neither water flows into the storage tank 7 nor out of the storage tank 17.
  • the water level inside rises and builds up a hydrostatic back pressure, which is effective at the turbine outlet.
  • This counterpressure reduces the effective water column 41 or the pressure difference which is available for the generation of energy at the electromechanical unit 21. It is therefore preferable to a geometry of the storage container 17, which ensures the lowest possible absolute level fluctuation during filling. This is solved by distributing the entire storage volume over many smaller cylindrical storage containers. Compared to a large cylindrical container, many small cylindrical containers increase the effective footprint of the stored volume of water causing little absolute level variation on filling.
  • FIG. 6a the structural design of a storage container 17 is shown with reference to a cross section along the longitudinal axis 29 of the storage container 17.
  • the storage container 17 is formed by a juxtaposition of a plurality of annular segments 30. By juxtaposing a plurality of individual segments 30, the individual storage containers 17 can be manufactured in a simple manner variable in different lengths. Conceivable lengths are from a few meters to a few hundred meters.
  • the storage container 17 has a capsular spherical cap 32, which seals the storage container 17 in a water-tight and airtight manner.
  • the individual segments 30 have a plurality of bores 34.
  • the individual segments 30 are to be joined together so that the holes 34 of each segment 30 are congruent to each other.
  • Through these holes 34 each have a cable 35 is pulled over the entire length of the storage container 17.
  • a tie anchorage 36 At the ends of the cables 35 is in each case a tie anchorage 36.
  • the cable 35 can be stretched so that the individual segments 30 and the spherical caps 32 are firmly connected to each other, so that neither water in nor air from the storage tanks 17 arrive can.
  • the bias caused by the cable 35 a static stability of the entire storage container 17, which is particularly in dynamic loads, for example during transport advantageous.
  • the thickness of the wall 37 of the segments 30 and the spherical caps 32 depends on the material and on the depth of water in which the storage containers 17 are to be used. According to the invention, it is intended to use as a material ultra-high-strength concrete (UHPC Ultra High Performance Concrete). This ultra-high-strength concrete makes it possible to keep the wall 37 of the segments 30 or the spherical caps 32 low and nevertheless to ensure a high working depth.
  • the storage container 17 shown here can also be constructed from any other possible material.
  • Fig. 6b is similar to Fig. 6a, a storage container 17 is shown.
  • the storage container 17 shown here additionally has support elements 38. By these additional support members 38, the walls 37 of the individual segments 30 and the spherical caps 32 can be kept smaller. Otherwise, the structure is equal to the structure of the storage container 17 already described in FIG. 6 a.
  • FIG. 7 shows in particular how individual segments 30 and the tensioning anchorage 36 are joined together to form the storage container 17.
  • the segments 30 and the clamping anchor 32 are assembled so that the holes 34 of the individual segments 30 and the spherical caps 32 overlap one another congruently.
  • a cable 35 (not shown here) is stretched, which is stretched over the clamping anchorage 36 such that all segments 30 and the spherical caps 32 are compressed.
  • support elements 38 are already mounted in the interior 39 of the storage container 17 as already described in the preceding figures.
  • Fig. 8 is an underwater storage 10 with three storage tanks 17, which are connected via pipes 18 and a manifold 19 with an electromechanical unit 21 and pump turbine, the electromechanical unit 21 can be used both as a pump turbine and as a generator.
  • the storage container 17 are half filled with water. Since the storage containers 17 are in direct contact with the environment via the pipe 18 and the manifold 19, there is an imbalance. The pressure of the entire water column 41 causes the storage tank 17 are completely filled with water or that the air is completely pushed out of the storage tank 17.
  • the embodiments shown in Fig. 8 of the storage tank 17 each have a supply line 42 which is provided with a common vent line 24th are connected.
  • This vent line 24 extends perpendicular to above the water surface 12.
  • the storage containers 17 are also connected via the supply lines 42 and the ventilation line 24 to the atmosphere.
  • This direct connection to the atmosphere prevents a vacuum in the interior 39 of the storage tank 17 is generated when pumping the storage tank 17, which would lead to an increased pump power.
  • the supply lines 42 can optionally be operated with valves (not shown), so that the supply lines 42 are closed before or after pumping and thus a direct connection to the atmosphere is interrupted.
  • each storage tank 17 has a vent line 24 , in which each storage tank 17 has a vent line 24 , in which each storage tank 17 has a vent line 24 ,.
  • each storage tank 17 via its own ventilation duct 24 in direct contact with the atmosphere.
  • this allows a faster flooding of the storage container 17, on the other hand, the storage container 17 can be pumped out faster.
  • the assignment of individual ventilation ducts 24 to the storage tanks 17 creates redundancy, that is, if one of the ventilation ducts 24 should be defective, the underwater storage tank 10 can continue to be operated via the remaining storage tanks 17 and their ventilation duct 24 and no failure occurs.
  • the illustrated in Fig. 10 embodiment of an underwater storage tank 10 has no ventilation duct 24. This embodiment is much simpler in design and maintenance compared to the embodiments of Figs.
  • the storage containers 17 on the seabed 13 are secured according to the invention.
  • the cross sections of five storage containers 17 are shown.
  • the weight force 43 of the storage container 17 is composed of the weight of the storage container 17, which is essentially generated by the weight of the material of the wall 37. Additional weight 43 is generated when the reservoirs 17 are filled with water. The maximum weight force 43 acts accordingly when the storage containers 17 are completely filled with water.
  • the buoyant force 44 is essentially generated by the air-filled interior 39 of the storage container 17.
  • the buoyancy force 44 is less than the weight of the storage container 17. If the weight of the water displaced by the air-filled storage container 17 is greater than the weight 43 of the storage container 17, the buoyant force 44 outweighs the weight 43 and the storage container 17 is pushed up by the water pressure acting on it. In order to avoid an unwanted emergence of the storage container 17, the storage container 17 with an additional load 45, which increases the weight 43, must be applied.
  • the storage container 17 are integrated in the embodiment shown in Fig. 1 1 in a trapezoidal bed 46.
  • the material of the landfill 46 can be sediments, pebbles or stones or the like from the seabed, or stones, pebbles, scree, which is transported via a ship from the mainland and using submersible boats and downpipes to the underwater storage 10.
  • This surcharge 45 acts as an additional weight 43 on each storage tank 17.
  • the load 45 is interpreted for each storage tank 17 depending on its dimensions.
  • Fig. 13 it is shown that between the individual storage tanks 17 of the underwater storage 10 always a sufficiently large distance 50 must exist.
  • the spacing 50 must be selected to be so large that in the case of the deformation 49 described in FIG. 12, the storage container 17 does not come into contact with it, as this could damage the walls 37 of the storage containers 17 as a result of load peaks at a contact point.
  • a compact summary of all the storage containers 17 under a common bed 46 has the advantage over a bed 46 for each storage container 17 (see FIG. 14) that both material for the bed 46 is saved Also material for the leads, etc.
  • a common land 46 of all storage tanks 17 the entire underwater storage 10 is kept compact.
  • the underwater storage 10 gains in stability due to its compactness.
  • Fig. 15 it is shown that the arrangement of the storage container 17 described in the preceding figures and their stabilization by a landfill 46 may be particularly advantageous for the case of an earthquake or seaquake.
  • the propagation waves 51 of such a quake are shown in FIG. If such seismic waves 51 hit a storage container group 16, which is located below a landfill 46, the individual storage containers 17 are reciprocated in the horizontal direction 52 by the forces acting on them. Since the individual storage containers 17 are in direct contact with the substrate 13 and the material of the land 46 over a large area, the force transmitted by the earthquake waves 51 is transmitted to the entire landfill 46 and the entire storage container group 16. Thus, there is an overall weakening of the action of the seismic wave 51.
  • the landfill 46 further causes a damping of possible vibrations of the structure of the storage container 17.
  • the individual storage container 17 and the land 46 thus stabilize each other and each other.
  • the deflection of each storage container 17 caused by the seismic wave 51 in the horizontal direction 52 is thus kept very low and a possible resonance or a possible "rocking" of vibrations of the structure is effectively avoided.
  • piles 54 are arranged around the entire storage tank group 16 around, so that slippage of the land is prevented to the outside and a caused by an earthquake movement in the horizontal direction 52 is suppressed.
  • FIG. 17 the storage tank group 16 shown in Fig. 16 with its bed 46 and the piles 54 is shown in a side view.
  • the piles 54 contributing to stabilization extend through the bedding 46 into the seabed 13. This results in a lateral movement 52 of the individual Reservoir 17 suppressed in the event of an earthquake and prevents slippage of the land to the outside.
  • FIG. 18 shows a further exemplary embodiment of the underwater storage device 10 according to the invention.
  • the electromechanical unit 21 or the pump turbine are installed at an even greater depth 55 than the individual storage containers 17.
  • the water column below the storage container 17 must correspond to the minimum height of the plant Haughruckiere or NPSH (Net Positive Suction Head) for all operating conditions.
  • the underwater storage 10 is used to store energy.
  • Fig. 19 it is shown how an offshore wind farm 56 consisting of a plurality of wind turbines 11 can interact with the underwater storage 10 according to the invention. Wind turbines 11 of an offshore wind farm 56 are located according to their nature on a body of water far away from the land 58.
  • the underwater storage 10 described here is installed in direct proximity to the offshore wind farm 56.
  • the underwater storage 10 may be installed directly below or at least near the offshore wind farm 56. Due to this proximity, the length of the electrical lines 14, which transport the energy from the wind power plants 1 1 to the underwater storage 10, kept low.
  • the energy stored by the underwater storage 10 can, if necessary, be converted back into electrical energy and transported via a single main line 15 to the mainland 58.
  • the underwater storage 10 can temporarily store the generated electrical energy during a brief, very strong wind and later deliver it to the electrical lines to the mainland.
  • This smoothing of the output power means that the expensive electrical lines to the mainland do not have to be designed for the maximum peak power of the offshore wind farm. This has the advantage of cost savings in line construction while maximizing the wind yield.
  • FIG. 21 shows another field of application of the underwater storage device 10 according to the invention.
  • the underwater storage device 10 is located at the bottom of a body of water 57.
  • the electrical energy is generated on the mainland 58. This can be done by the known power plants. In order to efficiently store the electrical energy generated on the mainland 58 and retrieve flexibly and quickly when needed, the electrical energy can be transported via a main line 15 to the underwater storage 10 in the body of water 57. The energy stored there can be flexibly transported at any time on the mainland 58 via the main line 15 if required.
  • FIG. 22 shows three side-by-side variants of an underwater store 10. All variants have in common the fact that compressed air or gas is stored in the storage containers 17. All of the following exemplary embodiments have in common with the embodiments described above the design of the storage containers 17 or storage container groups 16. The differences essentially exist with respect to the stored medium.
  • the ballast 45 may be present as in the embodiments described above. Since the operation of the various underwater storage 10 is known from the prior art, will be discussed below only briefly to the various components. Purpose of the embodiments described below, it is merely to show other applications for the use of the storage tank 17 and storage tank groups 16.
  • a variant is shown, in which a storage container 17 or a storage container group 16 is optionally arranged with load 45 on the seabed 13. Outside the water there is a compressor expander unit 62.
  • a variant which has a compressor unit 63 instead of the compressor-expander unit.
  • the underwater storage 10 can serve for storing electrical energy.
  • the compressor-expander unit 62 and the compressor unit 63 may be arranged on or above the water surface or on land.
  • the third variant shown in FIG. 22 relates to an underwater storage 10 with a compressor unit 63 arranged under water. This is connected to a gas source 64.
  • the gas can be discharged from the storage tank 17 or a storage tank group 16 via a riser 65 or a pipeline 66.
  • the underwater storage 10 may be used to store e.g. Serve natural gas.
  • FIG. 23 shows on the left in the image the first of the variants shown in FIG. 22 from left to right on a larger scale.
  • the compressor-expander unit 62 with the compressor 67, the motor / generator 68 and an expander 69.
  • the compressor 67 is coupled to an air inlet 70 and is connected via a line 71 to the storage tank group 16 and a storage container 17 in combination. There is compressed air in the tanks.
  • the storage container group 16 or the storage container 17 is connected via a further line 72 to the expander 69, which in turn has an air outlet.
  • the motor / generator 68 is coupled.
  • the storage container group 16 or the storage container 17 also has a water outlet 74.
  • Gas is supplied to a compressor 67 via a gas inlet 75 and is conducted via a line 71 into the storage container group 16 or into the storage container 17. Via a gas outlet 76, the gas can escape from the storage tank group 16 or the storage tank 17.
  • the compressor 67 is coupled to a motor 77.
  • FIG. 24 shows a further variant in which an oil source 78 is connected via a line 79 to a pump unit 80 and oil is pumped into the storage container group 17 or into the storage container 17. Via a rising line 65 or a pipeline 66, the oil can flow out of the storage tank group 16 or the storage tank 17.
  • Fig. 25 shows this device on a larger scale with a pump 81 and a coupled motor 82.
  • the underwater storage 10 can serve as a crude oil storage for temporary storage of underwater promoted (natural) oil.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Unterwasserspeicher (10) zum Speichern von vorzugsweise elektrischer Energie, mit mehreren Speicherbehaltern (17) zur Aufnahme eines Mediums, sowie mit wenigstens einem Mittel zum wenigstens teilweisen Entleeren der Speicherbehälter (17), insbesondere einer Pumpe, und mit wenigstens einem Mittel zum Erzeugen von Strom beim Befüllen der Speicherbehälter (17) mit dem Medium, insbesondere einem durch eine Turbine angetriebenen Generator. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Gruppe (16) aus mehreren Speicherbehältern (17) über eine gemeinsame Leitung (19) mit der gemeinsamen Pumpe bzw. der gemeinsamen Turbine verbunden ist.

Description

Unterwasserspeicher zum Speichern von vorzugsweise elektrischer Energie Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Unterwasserspeicher zum Speichern von vorzugsweise elektrischer Energie, mit mehreren Speicherbehältern zur Aufnahme eines Mediums, sowie mit wenigstens einem Mittel zum wenigstens teilweisen Entleeren der Speicherbehälter, insbesondere einer Pumpe, und mit wenigstens einem Mittel zum Erzeugen von Strom beim Befüllen der Speicherbehälter mit dem Medium, insbesondere einem durch eine Turbine angetriebenen Generator, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Idee Unterwasserspeicher zur Speicherung von Energie aus Wind-, Wasser oder Gezeitenkraftwerken einzusetzen ist aus WO 2011/1 12561 A2 grundsätzlich bekannt. Demnach besteht ein Bedarf die aus solchen Kraftwerken erzeugte Energie zu speichern und bei Bedarf zu einem späteren Zeitpunkt wieder abzugeben. Auf diese Weise kann zeitweilig nicht benötigte Energie zu einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise in Spitzenverbrauchszeiten, zur Verfügung gestellt werden.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde Unterwasserspeicher der eingangs genannten Art weiterzuentwickeln. Zur Lösung dieser Aufgabe weist ein erfindungsgemäßer Unterwasserspeicher die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Es ist demnach vorgesehen, dass eine Gruppe aus mehreren Speicherbehältern über eine gemeinsame Leitung mit der Pumpe bzw. der Turbine verbunden ist. Es können aber auch zwei oder mehr Gruppen von Speicherbehältern vorgesehen sein, wobei zwischen den Gruppen
BESTÄTIGUNGSKOPIE mehrere Pumpen bzw. Turbinen angeordnet sind, die mit den Gruppen verbunden sind.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Speicherbehälter als im wesentlichen zylindrische und im wesentlichen horizontal angeordnete Behälter ausgebildet sind, die mit ihrer Längserstreckung parallel zueinander und nebeneinander angeordnet sind und im Bereich des Bodens des Gewässers angeordnet sind. Die Speicherbehälter können demnach auf dem Boden des Gewässers, beispielsweise eines Meeres, ruhen, oder auch teilweise oder ganz in den Boden des Gewässers eingebettet sein. Die Speicherbehälter können von ihrer horizontalen Anordnung leicht abweichen, um die Aufnahme des Mediums und das Entleeren der Speicherbehälter zu erleichtern.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Unterwasserspeichers ist vorgesehen, dass die Speicherbehälter mittels einer Auflast vorzugsweise einer Gesteinsschüttung als Auftriebssicherung am Boden des Gewässers gesichert sind. Dies hat insbesondere zur Folge, dass die Wandungen der Speicherbehälter nicht als Auftriebssicherung herangezogen werden müssen und somit nur hinsichtlich der herrschenden Druckbedingungen bemessen werden müssen. Auf diese Weise wird weniger Material für die Erstellung der Speicherbehälter benötigt, wodurch die Kosten gegenüber herkömmlichen Behältern reduziert werden können. Zudem ist durch die leichteren Speicherbehälter der Transport zum Gründungsort einfacher. Ein weiterer Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass die Gruppe von Speicherbehältern unter der Auflast besser gegen äußere Einwirkungen wie Erschütterungen, insbesondere durch Erdbeben gesichert ist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Speicherbehälter mit geringem seitlichen Abstand zueinander angeordnet sind, derart, dass sich die Speicherbehälter seitlich gegeneinander abstützen, wobei vorzugsweise zwischen den Speicherbehältern nur eine geringe Schicht der Auflast bzw. einer Aufschüttung angeordnet ist. Durch die seitliche Abstützung der Speicherbehälter wird der Materialbedarf für die Auflast bzw. der Aufschüttung verringert. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind Wandungen der Speicherbehälter aus einem Material mit hoher Festigkeit bei geringer Wandstärke gebildet, vorzugsweise aus einem UHPC. Als Ultrahochfeste Betone (Ultra High Performance Concrete = UHPC) werden Betone bezeichnet, die Druckfestigkeiten oberhalb der in DIN EN 206-1 definierten Festigkeitsklasse C 100/1 15, insbesondere über 150 N/mm2 erreichen. Derartige Betone eignen sich hervorragend zur Herstellung extrem belastbarer Speicherbehälter, die aufgrund der Materialfestigkeiten nur geringe Wandstärken und damit über ein geringes Gewicht verfügen.
Eine weitere Besonderheit kann darin bestehen, dass statt eines Speicherbehälters mit einem großen Volumen eine entsprechende Anzahl an Speicherbehältern mit kleinerem Volumen vorgesehen ist. Zum einen hat dies statische Vorteile, weil kleinere Behälter unter Last weniger zum Beulen bzw. Knicken neigen. Zum anderen ist bei ganz oder teilweise gefüllten kleinen Speicherbehältern die für die Energieerzeugung zur Verfügung stehenden hydrostatischen Druckdifferenz an der Turbine größer, als bei einem vergleichbaren größeren Behälter, wodurch sich die relative Energiespeicherkapazität der kleineren Speicherbehälter gegenüber dem größeren Speicherbehälter erhöht.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Pumpe unterhalb des Niveaus der Speicherbehälter angeordnet ist. Auf diese Weise werden Kavitationen im Medium vermieden, die zur Beschädigung der Pumpe führen könnten.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass die Speicherbehälter in einer Tiefe von 200m bis 3000m, insbesondere 200m bis 1500m, vorzugsweise 200m bis 1200, höchst vorzugsweise 200m bis 800m angeordnet sind. Der obere Schwellenwert kann auch bei 300m liegen.
Eine weitere Besonderheit der Erfindung kann darin bestehen, dass jeweils eine Pumpe bzw. Turbine einer Gruppe aus Speicherbehältern zugeordnet ist, vorzugsweise im Bereich einer Stirnseite der Speicherbehälter wobei die gemeinsame Leitung im Bereich diese Stirnseite verläuft. Diese Lösung weist insbesondere den Vorteil auf, dass wenige größere Pumpen bzw. Turbinen effizienter und kostengünstiger sind als mehrere kleinere Pumpen bzw. Turbinen. Zudem wird durch die bevorzugte Anordnung mehrerer "parallel geschalteter" Speicherbehälter die Leitungslänge der gemeinsamen Leitung verringert. An die gemeinsame Leitung können auch auf einfache Weise weitere Speicherbehälter angeschlossen werden, um die Kapazität des Unterwasserspeichers zu erhöhen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass Ventile jeweils zwischen jedem Speicherbehälter und der gemeinsamen Leitung angeordnet sind. Dies ermöglicht es einzelne Speicherbehälter innerhalb der Gruppe gezielt zu deaktivieren, beispielsweise zur Wartungszwecken oder bei Störungen, ohne dabei den Betrieb der gesamten Anlage zu unterbrechen. Weiterhin ermöglicht es die Zurverfügungstellung von redundanten Speicherbehältern.
Bevorzugt ist es außerdem vorgesehen, dass eine Pumpturbine und ein Generator bzw. Motor zusammen in einem Kraftwerksbehälter angeordnet sind. Durch das Integrieren der Pumpturbine und des Generators in einem gemeinsamen Kraftwerksbehälter wird der gesamte Unterwasserspeicher kompakt gehalten, was besonders materialsparend und wartungsfreundlich ist. Die Pumpturbine und der Generator können aber auch als einzelne Komponenten an den Unterwasserspeicher angeordnet sein.
Weiter ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Speicherbehälter der Aufnahme des jeweiligen Gewässers als energiespeicherndes Medium dienen. Es ist jedoch auch denkbar, dass ein anderes Medium als das Gewässer als energiespeicherndes Medium dient. Denkbar sind insbesondere Druckluft- oder Gasspeicher bzw. (Erd-)ÖI-Speicher. Der Unterwasserspeicher kann zum einen zur Speicherung von aus erneuerbaren Energiequellen stammender Energie dienen, insbesondere zur Speicherung von einer oder mehreren Windenergieanlagen auf See erzeugter Energie. Alternativ kann der Unterwasserspeicher zur Speicherung von an Land erzeugter Energie, insbesondere photovoltaisch oder solar-thermisch erzeugter Solarenergie, Windenergie aber auch konventionelle Energie und Nuklearenergie dienen. Weitere Einsatzzwecke sind denkbar.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie einige Varianten werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:
Fig.1 eine perspektivische Darstellung eines Unterwasserspeichers zusammen mit drei angeschlossenen Windkraftanlagen,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Gruppe von Speicherbehältern des Unterwasserspeichers,
Fig. 3 eine schematische Darstellung von zwei Gruppen von
Speicherbehältern mit zwei Pumpturbinen bzw. Generatoren,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Speicherbehälters,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Vielzahl von Speicherbehältern,
Fig. 6a einen Querschnitt durch einen Speicherbehälter,
Fig. 6b einen Querschnitt durch einen Speicherbehälter mit integrierten
Stützelementen,
Fig. 7 eine schematische Darstellungen einzelner Komponenten des
Speicherbehälters,
Fig. 8 eine schematische Darstellung von drei Speicherbehältern mit einer
Lüftungsleitung,
Fig. 9 eine schematische Darstellung von drei Speicherbehältern mit jeweils einer Lüftungsleitung, eine schematische Darstellung von drei Speicherbehältern ohne Lüftungsleitung, eine schematische Darstellung mehrerer Speicherbehälter mit einer Auflast, eine schematische Darstellung der auf die Speicherbehälter wirkenden Kräfte, eine schematische Darstellung der durch die Auflast wirkenden Kräfte, eine schematische Darstellung von beabstandeten Speicherbehältern mit einer Auflast, eine schematische Darstellung mehrerer Speicherbehälter mit jeweils einer Auflast, das Verhalten mehrerer Speicherbehälter während eines Erdbebens, eine schematische Aufsicht auf eine Gruppe von Speicherbehältern mit Pfählen, eine schematische Darstellung mehrerer Speicherbehälter mit Pfählen, eine schematische Darstellung des Unterwasserspeichers mit einer tieferliegenden Pumpturbine bzw. Generator, eine perspektivische Darstellung des Unterwasserspeichers als Energiespeicher für Offshore Windkraftanlagen,
Fig. 20 eine perspektivische Darstellung des Unterwasserspeichers als
Energiespeicher für Onshore Windkraftanlagen, Fig. 21 eine perspektivische Darstellung des Unterwasserspeichers als Offshore Energiespeicher, Fig. 22 eine schematische Darstellung von drei Varianten eines Druckluft- Unterwasserspeichers, eine vergrößerte Darstellung von zwei der in Fig. 22 gezeigten Varianten, eine schematische Darstellung eines Öl-Unterwasserspeichers,
Fig. 25 eine vergrößerte Darstellung der Variante gemäß Fig. 24. Die Figuren der vorliegenden Zeichnung zeigen ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Unterwasserspeichers 10 zur Speicherung von Energie und einige Varianten. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird dazu Windenergie (kinetische Energie) in elektrische Energie umgewandelt, um mit dieser Energie mittels Pumpturbinen ein Medium vorzugsweise Wasser aus den erfindungsgemäßen Unterwasserspeicher 10 zu pumpen. Die durch Windkraft gewonnene elektrische Energie wird so in Form von potentieller Energie in dem Unterwasserspeicher 10 gespeichert und kann nach Bedarf wieder in elektrische Energie umgewandelt werden. Da besonders auf dem Meer durch den stärkeren Wind mit hoher Effizienz elektrische Energie erzeugt werden kann, stellt der erfindungsgemäße Unterwasserspeicher 10 ein hilfreiches Bauteil für eine flexible und zuverlässige Energieversorgung für insbesondere den Landbereich 58 dar. Insbesondere die höhere Produktivität der Offshore Windenergieerzeugung, sowie der hohe Wirkungsgrad eines Unterwasserspeichers 10 machen die erfindungsgemäße Vorrichtung für die Anwendung attraktiv. Durch die Nutzung natürlicher Ressourcen kann Energie besonders günstig, umweltschonend, flexibel und effizient gespeichert werden. In Fig. 1 ist ein derartiger Unterwasserspeicher 10 dargestellt. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind an den Unterwasserspeicher 10 drei Windkraftanlagen 11 angeschlossen. Während sich die hier dargestellten Offshore -Windkraftanlagen 11 zumindest größtenteils oberhalb der Wasseroberfläche 12 eines Gewässers 57 insbesondere eines Meeres befinden, ist der Unterwasserspeicher 10 auf dem Grund 13 des Meeres positioniert. Die von den Windkraftanlagen 11 generierte elektrische Energie wird über Zuleitungen 14 dem Unterwasserspeicher 10 zugeführt. Diese elektrische Energie wird in dem Unterwasserspeicher 10 als potentielle Energie gespeichert, bei Bedarf zurück in elektrische Energie umgewandelt und über eine Hauptleitung 15 an einen Abnehmer transportiert. Bei dem Abnehmer kann es sich um einen Offshore- (auf dem Meer) sowie auch um einen Onshore- (auf dem Festland) Verbraucher handeln. Die elektrische Energie kann aber auch direkt in das elektrische Versorgungsnetz eingespeist werden.
Der in Fig. 1 dargestellte Unterwasserspeicher 10 besteht aus zwei Speicherbehältergruppen 16. Jede Speicherbehältergruppe 16 besteht aus einer Vielzahl einzelner Speicherbehälter 17, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet sind. Die Speicherbehälter 17 können allerdings auch jede andere Form annehmen.
Die in Fig. 1 dargestellten Speicherbehälter 17 sind nebeneinander parallel zu ihrer Längsachse 29 sowie im Wesentlichen horizontal und parallel zum Meeresgrund 13 angeordnet. Die Anordnung der Speicherbehälter 17 kann allerdings auch jede andere beliebige Formation einnehmen. Insbesondere ist es denkbar, dass die Speicherbehälter 17 aus Ihrer horizontalen Lage leicht ausgelenkt auf dem Meeresgrund 13 positioniert sind. Diese leichte Schräglage erzeugt einen höchsten Punkt der Speicherbehälter 17, was besonders vorteilhaft für das weiter unten diskutierte Entleeren und Befüllen der Speicherbehälter 17 ist.
Je nach der örtlichen Beschaffenheit des Einsatzorts der Windkraftanlagen 11 und der Dimensionierung der Speicherbehälter 17 wird der Unterwasserspeicher 10 mit seinen Speicherbehältern 17 in einer Wassertiefe 26 von 200m bis 3000m, insbesondere 200m bis 1500, vorzugsweise 200m bis 1200m, höchst vorzugsweise 200m bis 800m unterhalb der Wasseroberfläche 12 auf den Meeresgrund 13 abgesetzt. Gegebenenfalls kann die obere Grenze von 200m auch 300m betragen.
Besonders ausschlaggebend für die Gründungstiefe des Unterwasserspeichers 10 ist die Größe und somit die Auftriebskraft 44 der Speicherbehälter 17. Kleinere Speicherbehälter 17 mit einer geringeren Auftriebskraft 44 als größere Speicherbehälter 17 können in größeren Wassertiefen 26 installiert werden. Der Radius 27 der Speicherbehälter reicht erfindungsgemäß von wenigen Metern bis hin zu 15 oder sogar 20 Metern.
Jeder der in Fig. 1 dargestellten zylindrischen Speicherbehälter 17 besitzt an einem seiner Enden 22 (Stirnseite) eine kurze Rohrleitung 18, mit der die Speicherbehälter 17 an einem gemeinsamen Verteilerrohr 19 angeschlossen sind. Die beiden Speicherbehältergruppen 16 sind derart orientiert, dass sich die Seiten der Speicherbehälter 17 mit den Rohrleitungen 18 gegenüberliegen. Die beiden Verteilerrohre 19 der Speicherbehältergruppen 16 sind jeweils über ein kurzes Verbindungsrohr 20 an einer gemeinsamen elektromechanische Einheit 21 angeschlossen.
Die elektromechanische Einheit 21 kann sowohl eine Pumpturbine und einen Generator aufweisen. Anstelle einer Generator-Pumpturbinen-Einheit ist es jedoch auch denkbar, dass separate Motor-Pumpe und Generator-Turbinen- Sätze mit der Speicherbehältergruppe 16 bzw. mit den Speicherbehältern 17 verbunden sind. An die elektromechanische Einheit 21 ist sowohl die Zuleitung 14 der Windkraftanlagen 11 als auch die Hauptleitung 15 angeschlossen.
Wenn die elektromechanische Einheit 21 als Pumpturbine betrieben wird, wird die durch die Windkraftanlagen 1 1 gewonnene elektrische Energie genutzt, um die mit Wasser gefüllten Speicherbehälter 17 zu leeren. Wenn im Gegenzug die geleerten, mit Luft gefüllten, Speicherbehälter 17 mit Wasser gefüllt werden, wird die elektromechanische Einheit 21 als Generator betrieben. Das in die einzelnen Speicherbehälter 17 eindringende Wasser treibt dabei den Generator an, der elektrische Energie erzeugt.
Die Größe der Speicherbehälter 17 sowie deren Anzahl und die daran angeschlossenen elektromechanischen Einheiten 21 bzw. Pumpturbinen und Generatoren sind nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel Fig. 1 beschränkt.
Außerdem ist die Anzahl der angeschlossenen Windkraftanlagen 11 nicht auf drei beschränkt, sondern kann jede beliebige Anzahl annehmen. Anstelle der Windkraftanlagen 11 oder auch zusätzlich zu den Windkraftanlagen 11 kann jede energieerzeugende Vorrichtung an den Unterwasserspeicher 10 angeschlossen werden. Der erfindungsgemäße Unterwasserspeicher 10 kann sowohl in dem küstennahen Unterwasserbereich 60 als auch in dem Tiefseewasserbereich 59 eingesetzt werden, wobei der Tiefseewasserbereich 59 bevorzugt wird.
In Fig. 2 ist eine Speicherbehältergruppe 16 dargestellt, mit zehn parallel, nebeneinanderliegenden Speicherbehältern 17. Jeder Speicherbehälter 17 ist als hohler, geschlossener Zylinder ausgebildet. Jedes der beiden Endstücke 22 eines jeden Speicherbehälters 17 weist eine kurze Rohrleitung 18 auf. Mit diesen Rohrleitungen 18 ist jeder Speicherbehälter 17 an zwei Verteilerrohre 19 gekoppelt. Über diese Verteilerrohre 19 und die Rohrleitungen 18 stehen alle Speicherbehälter 17 in einem kommunizierenden Kontakt, das heißt, dass die einzelnen hohlen, zylindrischen Speicherbehälter 17 ein großes gemeinsames Volumen bilden. Eines der Verteilerrohre 19 ist über ein Verbindungsrohr 20 mit den elektromechanische Einheit 21 verbunden. Die elektromechanische Einheit 21 weist eine Zu- bzw. Ableitung 23 auf.
Das gegenüberliegende Verteilerrohr 19 weist eine Lüftungsleitung 24 auf. Diese Lüftungsleitung 24 erstreckt sich senkrecht bis an die Meeresoberfläche 12. Auf die genaue Funktionalität und die Eigenschaften dieser Lüftungsleitung 24 wird im Folgenden näher eingegangen. Zu Beginn des Prozesses der Energiespeicherung sind alle Speicherbehältnisse 17 der Speicherbehältergruppe 16 mit Wasser gefüllt. Aufgrund der Positionierung des Unterwasserspeichers 10 im Meer kann es sich bei dem Wasser um Meerwasser handeln. Es kann sich aber auch um jede andere beliebige Flüssigkeit handeln. Im weiteren Verlauf des Energiespeicherprozesses wird die durch die Windkraftanlagen 1 1 gewonnene elektrische Energie genutzt, um das gesamte Wasser, das sich anfänglich in den Speicherbehältern 17 befindet, aus diesen Speicherbehältern 17 herauszupumpen. Dazu wird die elektromechanische Einheit 21 als Pumpturbine verwendet. Das herausgepumpte Wasser wird an die Umgebung, also an das Meer, abgeführt. Ist das gesamte Wasser aus den Speicherbehältern 17 herausgepumpt, ist die gesamte durch die Windkraftanlagen 1 1 erzeugte elektrische Energie in potentielle Energie umgewandelt worden. Bei Energiebedarf wird der gesamte Prozess rückgängig gemacht. Durch die elektromechanische Einheit 21 , die jetzt als Generator betrieben wird, strömt, bedingt durch den statischen Druck, das umliegende Meerwasser durch die Verteilerrohre 19 und die Rohrleitungen 18 in die einzelnen Speicherbehälter 17. Das einströmende Wasser treibt dabei die elektromechanische Einheit 21 bzw. den Generator an, der wieder elektrische Energie erzeugt. Da sich der Unterwasserspeicher 10 erfindungsgemäß auf dem Meeresgrund 13, das heißt in größerer Tiefe, befindet, ist der Wasserdruck groß genug, um auch größere Generatoren effizient anzutreiben.
In Fig. 3 sind zwei gegenüberliegende Speicherbehältergruppen 16 des Unterwasserspeichers 10 dargestellt. Jede Speicherbehältergruppe 16 weist mehrere Speicherbehälter 17 auf. Die zylindrischen Speicherbehälter 17 weisen an einem Endstück 22 , jeweils eine Rohrleitung 18 auf, mit der sie über ein Verteilerrohr 19 miteinander in Kontakt stehen. Die beiden Verteilerrohre 19 der beiden Speicherbehältergruppen 16 stehen wiederum über zwei Verbindungsrohre 20 miteinander in Verbindung. Den beiden Verbindungsrohren 20 ist jeweils eine elektromechanische Einheit 21 zugeordnet, die jeweils eine Zu- bzw. Ableitung 23 aufweisen. Die in Fig. 3 dargestellten elektromechanischen Einheiten 21 können sowohl als Pumpturbine, als auch als Generator wie oben bereits beschrieben, betrieben werden. Die in Fig. 3 dargestellten Rohrleitungen 18, die jeweils einen Speicherbehälter 17 mit einem der beiden Verteilerrohre 19 verbinden, weisen jeweils ein Ventil 25 auf. Jedes dieser Ventile 25 ist einzeln ansteuerbar, das heißt einzeln und individuell zu öffnen und zu schließen.
Sind die Speicherbehälter 17 mit Wasser gefüllt und soll ein unkontrolliertes Ablassen des Wassers vermieden werden, so können die Ventile 25 verschlossen werden und so ein Austreten des Wassers unterbunden werden. Sind die einzelnen Speicherbehälter 17 hingegen bereits leergepumpt, das heißt mit Luft gefüllt, kann durch Schließen der Ventile 25 ein unkontrolliertes Eindringen von Meerwasser durch Schließen der Ventile 25 unterbunden werden.
Durch gezieltes bzw. individuelles Schließen oder Öffnen einzelner Speicherbehälter 17 durch die Ventile 25 lässt sich der Betrieb des Unterwasserspeichers 10 auf einzelne Speicherbehälter 17 beschränken. Dies gestaltet sich besonders sinnvoll bei geringer Energieerzeugung oder bei geringem Energiebedarf. Durch derartige Maßnahmen lässt sich die Arbeitsweise und der Wirkungsgrad des Unterwasserspeichers 10 optimieren.
Einen weiteren Vorteil bilden die Ventile 25 in dem die Speicherbehälter 17 einzeln geschlossen werden können, falls diese defekt sind und eine Störung hervorgerufen haben. Auf diese Weise lassen sich einzelne Speicherbehälter 17 von dem Rest des Systems isolieren, wodurch eine Schädigung des gesamten Unterwasserspeichers 10 vermieden werden kann.
In Fig. 4 ist die allgemeine Wirkweise des Unterwasserspeichers 10 schematisch dargestellt. Die Figur stellt zwei Querschnitte einzelner Speicherbehälter 17 dar, die sich unterhalb der Wasseroberfläche 12 in der gleichen Wassertiefe 26 auf dem Meeresgrund 13 befinden. Die beiden Speicherbehälter 17 besitzen den gleichen inneren Radius 27. Den Speicherbehältern 17 ist jeweils eine Rohrleitung 18 und ein Verteilerrohr 19 zugeordnet. Während der eine Speicherbehälter 17 komplett mit Wasser (gestrichelte Linien) gefüllt ist, ist der andere Speicherbehälter 17 leer, das heißt mit Luft gefüllt. Beim Befüllen des Speicherbehälters 17 mit Wasser wird das Wasser in den mit Luft gefüllten Speicherbehälter 17 gedrückt. Der Druck, mit dem das Wasser in den leeren Speicherbehälter 17 gedrückt wird, entspricht der Höhe der Wassersäule 41 , die hier im Wesentlichen gleich der Wassertiefe 26 ist. Das heißt, je größer die Wassertiefe 26, in der sich der Speicherbehälter 17 befindet bzw. die Höhe die Wassersäule über dem zu befüllenden Speicherbehälter 17 ist, umso höher ist der Druck, mit dem das Wasser in den Speicherbehälter 17 eindringt bzw. umso höher ist die Kraft, mit der der Generator (elektromechanische Einheit 21 ) zur Erzeugung elektrischer Energie angetrieben wird. Die Menge der Energie, die mit dem erfindungsgemäßen Unterwasserspeicher 10 erzeugt werden kann, nimmt somit mit zunehmender Wassertiefe 26 zu. Ist der gesamte Speicherbehälter 17 mit Wasser gefüllt, bzw. befindet sich keine Luft mehr in dem Speicherbehälter 17 befindet sich der Unterwasserspeicher 10 mit seiner Umgebung im quasi Gleichgewicht, das heißt es herrscht überall der gleiche Druck. In diesem, quasi Gleichgewicht strömt weder Wasser in den Speicherbehälter 7 noch aus dem Speicherbehälter 17 heraus.
Während des Befüllens des Speicherbehälters 17 steigt der Wasserpegel im Inneren und baut einen hydrostatischen Gegendruck auf, der am Turbinenaustritt wirksam wird. Dieser Gegendruck reduziert die effektive Wassersäule 41 bzw. die Druckdifferenz, die zur Energieerzeugung an der elektromechanischen Einheit 21 zu Verfügung steht. Es ist daher eine Geometrie der Speicherbehälter 17 zu bevorzugen, die beim Befüllen eine möglichst geringe absolute Pegelschwankung gewährleistet. Dies wird durch eine Verteilung des gesamten Speichervolumens auf viele kleinere zylindrische Speicherbehälter gelöst. Gegenüber einem großen zylindrischen Behälter erhöhen viele kleine zylindrische Behälter die effektive Grundfläche des gespeicherten Wasservolumens was eine geringe absolute Pegelschwankung beim Befüllen bewirkt. Um die auf die Speicherbehälter 17 wirkende Wassersäule 41 stets groß zu halten und um gleichzeitig ein großes Volumen für eine große Speicherkapazität der Speicherbehälter 17 zu realisieren, wird anstatt eines einzigen, großen Speicherbehälters 53 eine Vielzahl von kleinen Speicherbehältern 17 mit einem reduzierten Radius 27 bzw. einem reduzierten Durchmesser 28 realisiert. Dies ist in Fig. 5 schematisch dargestellt.
In Fig. 6a ist der konstruktive Aufbau eines Speicherbehälters 17 anhand eines Querschnitts entlang der Längsachse 29 des Speicherbehälters 17 dargestellt.
Der Speicherbehälter 17 wird durch ein Aneinanderreihen mehrerer ringförmiger Segmente 30 gebildet. Durch das Aneinanderreihen mehrerer einzelner Segmente 30 können die einzelnen Speicherbehälter 17 auf einfache Weise variabel in verschiedenen Längen hergestellt werden. Denkbar sind Längen von einigen Metern bis zu einigen hundert Metern.
An den beiden Enden 31 weist der Speicherbehälter 17 eine kapseiförmige Kugelkappe 32 auf, die den Speicherbehälter 17 wasser- und luftdicht verschließt.
Im Querschnitt 33 weisen die einzelnen Segmente 30 mehrere Bohrungen 34 auf. Die einzelnen Segmente 30 sind so aneinander zu fügen, dass die Bohrungen 34 jedes einzelnen Segments 30 deckungsgleich übereinander liegen. Durch diese Bohrungen 34 wird über die gesamte Länge des Speicherbehälters 17 jeweils ein Kabel 35 gezogen. An den Enden der Kabel 35 befindet sich jeweils eine Spannverankerung 36. Über diese Spannverankerung 36 können die Kabel 35 derart gespannt werden, dass die einzelnen Segmente 30 und die Kugelkappen 32 fest miteinander verbunden werden, sodass weder Wasser in noch Luft aus den Speicherbehältern 17 gelangen kann. Des Weiteren bewirkt die Vorspannung durch die Kabel 35 eine statische Stabilität des gesamten Speicherbehälters 17, was insbesondere bei dynamischen Belastungen z.B. während des Transports von Vorteil ist. Die Stärke der Wandung 37 der Segmente 30 und der Kugelkappen 32 ist abhängig vom Material und von der Wassertiefe, in der die Speicherbehälter 17 verwendet werden sollen. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen als Material ultrahochfesten Beton (Ultra High Performance Concrete = UHPC) zu verwenden. Dieser ultrahochfeste Beton erlaubt es, die Wandung 37 der Segmente 30 bzw. der Kugelkappen 32 gering zu halten und trotzdem eine hohe Arbeitstiefe zu gewährleisten. Die hier dargestellten Speicherbehälter 17 können allerdings auch aus jedem anderen möglichen Material aufgebaut werden. In Fig. 6b ist ähnlich wie in Fig. 6a ein Speicherbehälter 17 dargestellt. Der hier dargestellte Speicherbehälter 17 weist zusätzlich Stützelemente 38 auf. Durch diese zusätzlichen Stützelemente 38 können die Wandungen 37 der einzelnen Segmente 30 und der Kugelkappen 32 geringer gehalten werden. Ansonsten ist der Aufbau gleich dem bereits in Fig. 6a beschrieben Aufbau des Speicherbehälters 17.
In Fig. 7 sind einzelne Komponenten eines Speicherbehälters 17 dargestellt. Die Fig. 7 zeigt insbesondere, wie einzelne Segmente 30 und die Spannverankerung 36 zu dem Speicherbehälter 17 zusammengefügt werden. Und zwar werden die Segmente 30 und die Spannverankerung 32 so zusammengefügt, dass die Bohrungen 34 der einzelnen Segmente 30 und der Kugelkappen 32 deckungsgleich übereinanderliegen. Durch die Bohrungen 34 aller Segmente 30 und der beiden Kugelkappen 32 wird ein Kabel 35 (hier nicht dargestellt) gespannt, welches über die Spannverankerung 36 derart gespannt wird, dass alle Segmente 30 und die Kugelkappen 32 zusammengedrückt werden. Um die Stabilität des Speicherbehälters 17 zu erhöhen, werden wie in den vorangegangenen Figuren bereits beschrieben Stützelemente 38 im Innenraum 39 des Speicherbehälters 17 angebracht. Diese Stützelemente 38 können derart mit der Innenwand 40 des Speicherbehälters 17 verbunden sein, dass sie die Wandung 37 aussteifen und unerwünschte Verformungen, insbesondere Beulen, der Speicherbehälter 17 durch den Wasserdruck und die von außen wirkenden Lasten vermeiden. In Fig. 8 ist ein Unterwasserspeicher 10 mit drei Speicherbehältern 17, die über Rohrleitungen 18 und ein Verteilerrohr 19 mit einer elektromechanische Einheit 21 bzw. Pumpturbine verbunden sind, wobei die elektromechanische Einheit 21 sowohl als Pumpturbine als auch als Generator eingesetzt werden kann. In dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Speicherbehälter 17 halb mit Wasser gefüllt. Da die Speicherbehälter 17 über die Rohrleitung 18 und das Verteilerrohr 19 mit der Umgebung in direktem Kontakt stehen, herrscht ein Ungleichgewicht. Der Druck der gesamten Wassersäule 41 bewirkt, dass die Speicherbehälter 17 komplett mit Wasser gefüllt werden bzw. dass die Luft komplett aus dem Speicherbehälter 17 herausgedrückt wird. Damit die Luft aus den sich mit Wasser füllenden Speicherbehälters 17 entweichen kann und so keine Energie für die Kompression der verbleibenden Luft aufgebracht werden muss, weisen die in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiele der Speicherbehälter 17 jeweils eine Zuleitung 42 auf, die mit einer gemeinsamen Lüftungsleitung 24 verbunden sind. Diese Lüftungsleitung 24 erstreckt sich senkrecht bis oberhalb der Wasseroberfläche 12. Auf diese Weise wird die aus den Speicherbehältern 17 herausgedrängte Luft direkt über die Zuleitungen 42 und die Lüftungsleitung 24 an die Atmosphäre abgegeben. Für den umgekehrten Fall, bei dem das Wasser aus den gefüllten Speicherbehältern 17 zur Energiespeicherung durch die elektromechanische Einheit 21 bzw. Pumpturbine herausgepumpt wird, stehen die Speicherbehälter 17 ebenfalls über die Zuleitungen 42 und die Lüftungsleitung 24 mit der Atmosphäre in Verbindung. Diese direkte Verbindung zur Atmosphäre (Atmosphärendruck 1 bar) verhindert, dass beim Abpumpen der Speicherbehälter 17 ein Unterdruck im Innenraum 39 der Speicherbehälter 17 erzeugt wird, was zu einer erhöhten Pumpleistung führen würde.
Die Zuleitungen 42 können optional mit Ventilen (nicht dargestellt) betrieben werden, sodass die Zuleitungen 42 vor bzw. nach dem Abpumpen geschlossen werden und eine direkte Verbindung zur Atmosphäre somit unterbrochen wird.
In Fig. 9 ist ein Ausführungsbeispiel des Unterwasserspeichers 10 dargestellt, bei dem jeder Speicherbehälter 17 eine Lüftungsleitung 24, aufweist. Somit steht jeder Speicherbehälter 17 über eine eigen Lüftungsleitung 24 im direkten Kontakt zur Atmosphäre. Zum einen wird dadurch ein schnelleres Fluten der Speicherbehälter 17 ermöglicht, zum anderen können die Speicherbehälter 17 schneller leergepumpt werden. Außerdem erzeugt die Zuordnung einzelner Lüftungsleitungen 24 zu den Speicherbehältern 17 eine Redundanz, das heißt wenn eine der Lüftungsleitungen 24 defekt sein sollte kann der Unterwasserspeicher 10 über die verbleibenden Speicherbehälter 17 und deren Lüftungsleitung 24 weiter betrieben werden und es kommt zu keinem Ausfall. Das in Fig. 10 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Unterwasserspeichers 10 weist keine Lüftungsleitung 24 auf. Dieses Ausführungsbeispiel ist im Vergleich zu den Ausführungsbeispielen aus den Fig. 8 und 9 wesentlich einfacher in der Konstruktion und in der Wartung. Wie oben bereits dargestellt wirkt sich bei dieser Konstruktionsweise allerdings nachteilig aus, dass zusätzliche Energie für die Kompression der in den Speicherbehältern 17 verbleibenden Luft, so wie für das Entgegenwirken des beim Abpumpen der Speicherbehälter 17 entstehenden Unterdrucks aufgewendet werden muss. Thermodynamische Verluste bei der Kompression bzw. Expansion der eingeschlossenen Luft reduzieren den Wirkungsgrad des Ausführungsbeispiels ohne Lüftungsleitung.
In dem Ausführungsbeispiel des Unterwasserspeichers 10 gemäß Fig. 1 1 ist dargestellt, wie die Speicherbehälter 17 am Meeresgrund 13 erfindungsgemäß gesichert werden. Dazu sind die Querschnitte von fünf Speicherbehältern 17 dargestellt. In Fig. 1 1a sind die beiden wesentlichen auf die Speicherbehälter 17 wirkenden Kräfte, nämlich die Gewichtskraft 43 und die Auftriebskraft 44 vektoriell dargestellt. Die Gewichtskraft 43 des Speicherbehälters 17 setzt sich zusammen aus dem Gewicht des Speicherbehälters 17, welches im Wesentlichen durch das Gewicht des Materials der Wandung 37 erzeugt wird. Zusätzliche Gewichtskraft 43 wird erzeugt, wenn die Speicherbehälter 17 mit Wasser gefüllt sind bzw. werden. Die maximale Gewichtskraft 43 wirkt dementsprechend, wenn die Speicherbehälter 17 komplett mit Wasser gefüllt sind. Der Gewichtskraft 43 entgegen wirkt die Auftriebskraft 44. Die Auftriebskraft 44 wird im Wesentlichen erzeugt durch den mit Luft gefüllten Innenraum 39 der Speicherbehälter 17. Ist der Innenraum 39 der Speicherbehälter 17 komplett mit Wasser gefüllt, so ist die Auftriebskraft 44 kleiner als die Gewichtskraft des Speicherbehälters 17. Ist das Gewicht des vom luftgefüllten Speicherbehälter 17 verdrängten Wassers größer als die Gewichtskraft 43 des Speicherbehälters 17, überwiegt die Auftriebskraft 44 gegenüber der Gewichtskraft 43 und der Speicherbehälter 17 wird von dem auf sie wirkenden Wasserdruck nach oben gedrückt. Um ein ungewolltes Auftauchen der Speicherbehälter 17 zu vermeiden, müssen die Speicherbehälter 17 mit einer zusätzlichen Auflast 45, welche die Gewichtskraft 43 erhöht, beaufschlagt werden. Dazu sind die Speicherbehälter 17 in dem in Fig. 1 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in einer trapezförmigen Aufschüttung 46 integriert. Bei dem Material der Aufschüttung 46 kann es sich um Sedimente, Kiesel oder Steine oder ähnlichem vom Meeresgrund handeln, oder um Steine, Kiesel, Geröll, welches über ein Schiff vom Festland und mithilfe von Tauchbooten und Fallrohren zu dem Unterwasserspeicher 10 transportiert wird. Die Materialmenge der Aufschüttung 46, die sich direkt über dem Speicherbehälter 17 befindet, wirkt als zusätzliche Auflast 45. Diese Auflast 45 wirkt als zusätzliche Gewichtskraft 43 auf jeden Speicherbehälter 17. Die Auflast 45 ist für jeden Speicherbehälter 17 in Abhängigkeit von dessen Dimensionierung auszulegen.
In Fig. 12 sind die Kräfte, die durch die Aufschüttung 46 und die Auflast 45 auf die Speicherbehälter 17 wirken, vektoriell dargestellt. Die Auflastkraft 47, welche die Gewichtskraft 43 der Auflast 45 darstellt, wirkt von oben senkrecht auf die Speicherbehälter 17. Das kann zu einer leichten Verformung der Speicherbehälter 17 führen und zwar derart, dass die Speicherbehälter 17 in ihrem Querschnitt 33 zu einem Oval gestaucht werden. Damit diese Verformung 49 der Speicherbehälter 17 nicht zu stark wird und eventuell zum Bruch der Speicherbehälter 17 führt, wirkt von den Seiten die Aufschüttung 46 und die von der Aufschüttung 46 auf die Speicherbehälter 17 wirkende Aufschüttungskraft 48 dieser Verformung 49 der Speicherbehälter 17 entgegen. Außerdem bewirkt die Aufschüttungskraft 48, dass die Speicherbehälter 17 sich nicht seitlich wegbewegen bzw. aus der trapezförmigen Aufschüttung wegrollen. In Fig. 13 ist dargestellt, dass zwischen den einzelnen Speicherbehältern 17 des Unterwasserspeichers 10 immer ein genügend großer Abstand 50 bestehen muss. Der Abstand 50 muss so groß gewählt werden, dass bei der in Fig. 12 beschriebenen Verformung 49 der Speicherbehälter 17 diese nicht in Kontakt geraten, da dadurch durch Lastspitzen an einer Kontaktstelle eine Beschädigung der Wandungen 37 der Speicherbehälter 17 erfolgen könnte.
Eine wie in den Fig. 11 und 13 dargestellte kompakte Zusammenfassung aller Speicherbehälter 17 unter einer gemeinsamen Aufschüttung 46 hat gegenüber einer Aufschüttung 46 für jeden einzelnen Speicherbehälter 17 (siehe Fig. 14) den Vorteil, dass sowohl Material für die Aufschüttung 46 gespart wird, als auch Material für die Zuleitungen etc. Durch eine gemeinsame Aufschüttung 46 aller Speicherbehälter 17 wird der gesamte Unterwasserspeicher 10 kompakt gehalten. Außerdem gewinnt der Unterwasserspeicher 10 durch die Kompaktheit in sich an Stabilität.
In Fig. 15 ist dargestellt, dass die in den vorangegangenen Figuren beschriebene Anordnung der Speicherbehälter 17 und deren Stabilisierung durch eine Aufschüttung 46 besonders vorteilhaft sein kann für den Fall eines Erdbebens bzw. Seebebens.
Die Ausbreitungswellen 51 eines solchen Bebens sind in Fig. 15 dargestellt. Treffen derartige Erdbebenwellen 51 auf eine Speicherbehältergruppe 16, die sich unter einer Aufschüttung 46 befindet, werden die einzelnen Speicherbehälter 17 durch die auf sie wirkenden Kräfte in horizontaler Richtung 52 hin- und herbewegt. Da die einzelnen Speicherbehälter 17 großflächig mit dem Untergrund 13 und über das Material der Aufschüttung 46 direkt miteinander in Kontakt stehen, wird die durch die Erdbebenwellen 51 übertragende Kraft auf die gesamte Aufschüttung 46 und die gesamte Speicherbehältergruppe 16 übertragen. So kommt es zu einer insgesamten Abschwächung der Wirkung der Erdbebenwelle 51. Die Aufschüttung 46 bewirkt weiterhin eine Dämpfung möglicher Schwingungen der Struktur der Speicherbehälter 17. Die einzelnen Speicherbehälter 17 und die Aufschüttung 46 stabilisieren sich somit untereinander und gegenseitig. Die durch die Erdbebenwelle 51 verursachte Auslenkung eines jeden Speicherbehälters 17 in horizontale Richtung 52 wird somit sehr gering gehalten und eine mögliche Resonanz bzw. ein mögliches "Aufschaukeln" von Schwingungen der Struktur effektiv vermieden.
Anders verhält es sich hingegen bei einzelnen großen Speicherbehältern 53, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Dadurch, dass derartige Speicherbehälter 53 in der Regel einzeln auf dem Meeresgrund 13 liegen, fehlt es ihnen an stabilisierenden weiteren Speicherbehältern. Dadurch wird die Auslenkung der Speicherbehälter 53 verursacht durch die Erdbebenwellen 51 in die horizontale Richtung 52 nicht eingeschränkt und sehr viel größer. Ähnlich wie bei hohen Gebäuden können Trägheitseffekte hier eine gefährliche Resonanz und Aufschaukeln der Schwingung hervorrufen. Dadurch kann es zu Schädigungen des Speicherbehälters 53 an sich und dessen Peripheriegeräten kommen. In Fig. 16 ist eine Speicherbehältergruppe 16 mit Aufschüttung 46, so wie sie in Fig. 15 beschrieben wurde, in einer Draufsicht dargestellt. Um die Speicherbehältergruppe 16 und insbesondere die einzelnen Speicherbehälter 17 in der Aufschüttung 46 für den Fall eines Erdbebens weiter zu stabilisieren, können zusätzlich Pfähle 54 durch die Aufschüttung 46 in den Meeresgrund 13 getrieben werden. Diese Pfähle 54 werden um die gesamte Speicherbehältergruppe 16 herum angeordnet, sodass ein Abrutschen der Aufschüttung nach außen hin verhindert wird und eine durch ein Erdbeben verursachte Bewegung in horizontaler Richtung 52 unterdrückt wird. In Fig. 17 ist die in Fig. 16 dargestellte Speicherbehältergruppe 16 mit ihrer Aufschüttung 46 und den Pfählen 54 in einer Seitenansicht dargestellt. Die zur Stabilisierung beitragenden Pfähle 54 erstrecken sich durch die Aufschüttung 46 in den Meeresgrund 13. Dadurch wird eine laterale Bewegung 52 der einzelnen Speicherbehälter 17 im Falle eines Erdbebens unterdrückt und ein Abrutschen der Aufschüttung nach außen hin verhindert.
In Fig. 18 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Unterwasserspeichers 10 dargestellt. Um Kavitation in der Pumpe bzw. Turbine sicher zu vermeiden ist es besonders vorteilhaft wenn die elektromechanische Einheit 21 bzw. die Pumpe Turbine in einer noch größeren Tiefe 55 als die einzelnen Speicherbehälter 17 installiert werden. Die Wassersäule unterhalb der Speicherbehälter 17 muss der minimalen Haitedruckhöhe der Anlage bzw. NPSH (Net Positive Suction Head) für alle Betriebszustände entsprechen.
Da Luft bzw. Dampfblasen bedingt durch den Wasserdruck die Tendenz haben nach oben zu steigen, können so Leerräume oder Luftblasen in den Leitungen 18 oder 19 oder auch in der elektromechanische Einheit nicht zu einer Schädigung des Unterwasserspeichers 10 oder zu einem ineffizienten Betrieb desselbigen führen, da sich die Luft in den höher gelegenen Speicherbehältern 17 sammelt.
Der Unterwasserspeicher 10 dient der Speicherung von Energie. In Fig. 19 ist dargestellt, wie ein Offshore Windpark 56 bestehend aus einer Vielzahl von Windkraftanlagen 11 mit dem erfindungsgemäßen Unterwasserspeicher 10 zusammenwirken kann. Windkraftanlagen 11 eines Offshore Windparks 56 befinden sich gemäß ihrer Art auf einem Gewässer fernab vom Land 58.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn der hier beschriebene Unterwasserspeicher 10 in direkter Nähe zu dem Offshore Windpark 56 installiert wird. Wie in Fig. 19 dargestellt kann der Unterwasserspeicher 10 direkt unterhalb oder zumindest in der Nähe des Offshore Windparks 56 installiert werden. Durch diese Nähe wird die Länge der elektrischen Leitungen 14, die die Energie von den Windkraftanlagen 1 1 zu dem Unterwasserspeicher 10 transportieren, gering gehalten. Die von dem Unterwasserspeicher 10 gespeicherte Energie kann im Bedarfsfall wieder in elektrische Energie umgewandelt werden und über eine einzige Hauptleitung 15 ans Festland 58 transportiert werden. Der Unterwasserspeicher 10 kann bei kurzzeitigem sehr starkem Wind die generierte elektrische Energie Zwischenspeichern und später kontrolliert an die elektrische Leitungen zum Festland abgeben. Durch diese Glättung der abgegeben Leistung müssen die teuren elektrischen Leitungen zum Festland nicht für die maximalen Spitzenleistung des Offshore Windparks ausgelegt werden. Dies hat den Vorteil einer Kosteneinsparung im Leitungsbau bei gleichzeitiger Maximierung der Windausbeute.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Anwendungsbereich des Unterwasserspeichers 10 ist in Fig. 20 dargestellt. Wie oben bereits beschrieben, ist die Wirkweise des erfindungsgemäßen Unterwasserspeichers 10 besonders effizient, wenn sich der selbige in großer Tiefe 55 befindet. Daher bietet sich die Tiefsee 59 als Gründungsort des Unterwasserspeichers 10 besonders an. Da sich Offshore Windparks 56 allerdings eher im seichten Küstenbereich 60 befinden, kann die von den Windkraftanlagen 1 1 erzeugte elektrische Energie auch über eine Hauptleitung 15 zunächst zu dem Unterwasserspeicher 10 in der Tiefsee 59 transportiert werden, und bei Bedarf über die Hauptleitung 15 wieder zurück ans Festland 58 transportiert werden. Einen weiteren Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Unterwasserspeichers 10 stellt die Fig. 21 dar. Auch hier befindet sich der Unterwasserspeicher 10 erfindungsgemäß am Grund eines Gewässers 57. Allerdings wird bei diesem Ausführungsbeispiel die elektrische Energie am Festland 58 erzeugt. Dies kann durch die bekannten Kraftwerke erfolgen. Um die am Festland 58 erzeugte elektrische Energie effizient zu speichern und bei Bedarf flexibel und schnell abzurufen, kann die elektrische Energie über eine Hauptleitung 15 zu dem Unterwasserspeicher 10 in dem Gewässer 57 transportiert werden. Die dort gespeicherte Energie kann bei entsprechendem Bedarf am Festland 58 über die Hauptleitung 15 jederzeit flexibel zurück transportiert werden.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen und deren Varianten wurde stets davon ausgegangen, dass der Unterwasserspeicher 10 bzw. die Speicherbehälter 17 mit (Meer-)Wasser gefüllt werden. In den nachfolgend beschriebenen Zeichnungen 22 bis 25 werden einige Varianten hierzu gezeigt. Hierzu im Einzelnen:
Fig. 22 zeigt drei nebeneinander gezeichnete Varianten eines Unterwasserspeichers 10. Allen Varianten gemeinsam ist die Tatsache, dass in den Speicherbehältern 17 Druckluft bzw. Gas gespeichert wird. Alle nachfolgenden Ausführungsbeispiele haben mit den eingangs beschriebenen Ausführungsbeispielen gemeinsam das Design der Speicherbehälter 17 bzw. Speicherbehältergruppen 16. Die Unterschiede bestehen im Wesentlichen hinsichtlich des gespeicherten Mediums. Auch die Auflast 45 kann wie in den eingangs geschilderten Ausführungsbeispielen vorhanden sein. Da die Funktionsweise der verschiedenen Unterwasserspeicher 10 aus dem Stand der Technik bekannt ist, wird nachfolgend nur kurz auf die verschiedenen Bestandteile eingegangen. Zweck der nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele ist es lediglich andere Anwendungszwecke für den Einsatz der Speicherbehälter 17 bzw. Speicherbehältergruppen 16 zu zeigen.
In Fig. 22 links im Bild ist eine Variante gezeigt, bei der ein Speicherbehälter 17 oder eine Speicherbehältergruppe 16 ggf. mit Auflast 45 am Meeresgrund 13 angeordnet ist. Außerhalb des Wassers befindet sich eine Kompressor- Expander-Einheit 62. Rechts daneben ist eine Variante gezeigt, die statt der Kompressor-Expander-Einheit eine Kompressor-Einheit 63 aufweist. In dieser Variante kann der Unterwasserspeicher 10 zum Speichern von elektrischer Energie dienen. Die Kompressor-Expander-Einheit 62 und die Kompressor- Einheit 63 können auf bzw. oberhalb der Wasseroberfläche angeordnet sein oder an Land. Die dritte in Fig. 22 gezeigte Variante betrifft einen Unterwasserspeicher 10 mit einer unter Wasser angeordneten Kompressor-Einheit 63. Diese ist an eine Gasquelle 64 angeschlossen. Das Gas kann aus dem Speicherbehälter 17 bzw. einer Speicherbehältergruppe 16 über eine Steigleitung 65 oder eine Pipeline 66 abgeleitet werden. In dieser Variante kann der Unterwasserspeicher 10 zum Speichern von z.B. Erdgas dienen.
Fig. 23 zeigt links im Bild die erste der in Fig. 22 von links nach rechts gezeigten Varianten im größeren Maßstab. Oberhalb der Wasseroberfläche 12 befindet sich die Kompressor-Expander-Einheit 62 mit dem Kompressor 67, dem Motor/Generator 68 sowie einem Expander 69. Der Kompressor 67 ist mit einem Lufteinlass 70 gekoppelt und steht über eine Leitung 71 mit der Speicherbehältergruppe 16 bzw. einem Speicherbehälter 17 in Verbindung. In den Tanks befindet sich entsprechend Druckluft. Weiterhin ist die Speicherbehältergruppe 16 bzw. der Speicherbehälter 17 über eine weitere Leitung 72 mit dem Expander 69 verbunden, der wiederum einen Luftauslass aufweist. Zwischen Kompressor 67 und Expander 69 ist der Motor/Generator 68 gekopppelt. Die Speicherbehältergruppe 16 bzw. der Speicherbehälter 17 verfügt ferner noch über einen Wasserauslass 74.
Rechts in Fig. 23 ist eine Variante mit einem Gasspeicher gezeigt. Über einen Gaseinlass 75 wird einem Kompressor 67 Gas zugeführt und über eine Leitung 71 in die Speicherbehältergruppe 16 bzw. in den Speicherbehälter 17 geleitet. Über einen Gasauslass 76 kann das Gas aus der Speicherbehältergruppe 16 oder dem Speicherbehälter 17 austreten. Der Kompressor 67 ist mit einem Motor 77 gekoppelt.
Fig. 24 zeigt eine weitere Variante, bei der eine Ölquelle 78 über eine Leitung 79 an eine Pumpen-Einheit 80 angeschlossen ist und Öl in die Speicherbehältergruppe 17 bzw. in den Speicherbehälter 17 gepumpt wird. Über eine Steigleitung 65 oder eine Pipeline 66 kann das Öl aus der Speicherbehältergruppe 16 bzw. dem Speicherbehälter 17 abfließen. Fig. 25 zeigt diese Einrichtung in größerem Maßstab mit einer Pumpe 81 sowie einem gekoppelten Motor 82. In dieser Variante kann der Unterwasserspeicher 10 als Rohölspeicher zum Zwischenspeichern von unter Wasser gefördertem (Erd-)ÖI dienen.
Wie mehrfach erwähnt, kann bei den zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispielen das gleiche Design bzw. die gleiche Anordnung der Speicherbehälter 17 zum Einsatz kommen wie bei den ersten Ausführungsbeispielen. Gleiches gilt für die Aufschüttung. Bezugszeichenliste
10 Unterwasserspeicher 39 Innenraum
11 Windkraftanlagen 40 Innenseite
12 Wasseroberfläche 41 Wassersäule
13 Meeresgrund 42 Zuleitung
14 Zuleitung 43 Gewichtskraft
15 Hauptleitung 44 Auftriebskraft
16 Speicherbehältergruppe 45 Auflast
17 Speicherbehälter 46 Aufschüttung
18 Rohrleitung 47 Auflastkraft
19 Verteilerrohr 48 Aufschüttungskraft
20 Verbindungsrohr 49 Verformung
21 elektromechanische Einheit 50 Abstand
22 Endstück 51 Erdbebenwellen
23 Zu-/Ableitung 52 Richtung
24 Lüftungsleitung 53 Speicherbehälter
25 Ventil 54 Pfahl
26 Wassertiefe 55 Tiefe
27 Radius 56 Offshore Windpark
28 Durchmesser 57 Gewässer
29 Längsachse 58 Festland
30 Segmente 59 Tiefsee
31 Ende 60 Küstenbereich
32 Kugelkappe 61 Motor
33 Querschnitt 62 Kompressor-Expander-
34 Bohrung Einheit
35 Kabel 63 Kompressor-Einheit
36 Spannverankerung 64 Gasquelle
37 Wandung 65 Steigleitung
38 Stützelement 66 Pipeline Kompressor Motor/Generator Expander Lufteinlass Leitung
Leitung
Luftauslass Wasserauslass Gaseinlass Gasauslass Motor
Ölquelle Leitung
Pumpen-Einheit Pumpe
Motor

Claims

Patentansprüche
1. Unterwasserspeicher (10) zum Speichern von vorzugsweise elektrischer Energie, mit mehreren Speicherbehältern (17) zur Aufnahme eines Mediums, sowie mit wenigstens einem Mittel zum wenigstens teilweisen Entleeren der Speicherbehälter (17), insbesondere einer Pumpe, und mit wenigstens einem Mittel zum Erzeugen von Strom beim Befüllen der Speicherbehälter (17) mit dem Medium, insbesondere einem durch eine Turbine angetriebenen Generator, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gruppe (16) aus mehreren Speicherbehältern (17) über eine gemeinsame Leitung (19) mit der gemeinsamen Pumpe bzw. der gemeinsamen Turbine verbunden ist.
2. Unterwasserspeicher (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherbehälter (17) als im wesentlichen zylindrische und im wesentlichen horizontal angeordnete Behälter ausgebildet sind, die mit ihrer Längserstreckung parallel zueinander und nebeneinander angeordnet sind und im Bereich des Bodens (13) des Gewässers (57) angeordnet sind.
3. Unterwasserspeicher (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherbehälter (17) mittels einer Auflast (45) als Auftriebssicherung am Boden (13) des Gewässers (57) gesichert sind.
4. Unterwasserspeicher (10) nach Anspruch 1 oder einem der weiteren vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherbehälter (17) mit geringem seitlichen Abstand (50) zueinander angeordnet sind, derart, dass sich die Speicherbehälter (17) seitlich gegeneinander abstützen, wobei vorzugsweise zwischen den Speicherbehältern (17) nur eine geringe Schicht einer Aufschüttung (46) angeordnet ist.
5. Unterwasserspeicher (10) nach Anspruch 1 oder einem der weiteren vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Wandungen (37) der Speicherbehälter (17) aus einem Material mit hoher Festigkeit bei geringer Wandstärke gebildet sind, vorzugsweise aus einem UHPC.
6. Unterwasserspeicher (10) nach Anspruch 1 oder einem der weiteren vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass statt eines
Speicherbehälters (17) mit einem großen Volumen eine entsprechende Anzahl an Speicherbehältern (17) mit kleinerem Volumen vorgesehen sind.
7. Unterwasserspeicher (10) nach Anspruch 1 oder einem der weiteren vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Pumpe und/oder Turbine unterhalb des Niveaus der Speicherbehälter (17) angeordnet ist.
8. Unterwasserspeicher (10) nach Anspruch 1 oder einem der weiteren vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Speicherbehälter (10) in einer Tiefe (55) von 200m bis 3000m, insbesondere 200m bis 1500m, vorzugsweise 200m bis 1200m, höchst vorzugsweise 200m bis 800m angeordnet sind.
9. Unterwasserspeicher (10) nach Anspruch 1 oder einem der weiteren vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Pumpe bzw. die mindestens eine Turbine stirnseitig neben der Gruppe (19) aus Speicherbehältern (17) angeordnet ist und dass die gemeinsame Leitung (19) im Bereich diese Stirnseite (22) verläuft, insbesondere in der Stirnseite (22) der Speicherbehälter ( 17) integriert ist.
10. Unterwasserspeicher (10) nach Anspruch 9 oder einem der weiteren vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Ventile (25) jeweils zwischen jedem Speicherbehälter (17) und der gemeinsamen Leitung (19) angeordnet sind.
11. Unterwasserspeicher (10) nach Anspruch 9 oder einem der weiteren vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei oder mehr Gruppen (16) von Speicherbehältern (17) vorgesehen sind, wobei zwischen den Gruppen (16) mehrere Pumpen und Turbinen angeordnet sind, die mit den Gruppen (16) verbunden sind.
12. Unterwasserspeicher (10) nach Anspruch 1 oder einem der weiteren vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpturbine und ein Generator bzw. Motor (61 ) zusammen in einem Kraftwerksbehälter angeordnet sind.
13. Unterwasserspeicher (10) nach Anspruch 1 oder einem der weiteren vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Speicherbehälter (17) der Aufnahme des jeweiligen Gewässers (57) als energiespeicherndes Medium dienen.
14. Unterwasserspeicher (10) nach Anspruch 1 oder einem der weiteren vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der
Unterwasserspeicher (10) zur Speicherung von aus erneuerbaren Energiequellen stammender Energie bestimmt ist, insbesondere von einer oder mehreren Windkraftanlagen (1 1 ) auf See erzeugter Energie.
15. Unterwasserspeicher (10) nach Anspruch 1 oder einem der weiteren vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterwasserspeicher (10) zur Speicherung von an Land erzeugter Energie, insbesondere photovoltaisch oder solar-thermisch erzeugter Solarenergie, Windenergie aber auch konventionell erzeugter Energie und Nuklearenergie bestimmt ist.
*****
PCT/EP2013/000354 2012-02-07 2013-02-06 Unterwasserspeicher zum speichern von vorzugsweise elektrischer energie WO2013117329A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012100981A DE102012100981A1 (de) 2012-02-07 2012-02-07 Unterwasserspeicher zum Speichern von vorzugsweise elektrischer Energie
DE102012100981.3 2012-02-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013117329A1 true WO2013117329A1 (de) 2013-08-15

Family

ID=47740892

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/000354 WO2013117329A1 (de) 2012-02-07 2013-02-06 Unterwasserspeicher zum speichern von vorzugsweise elektrischer energie

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102012100981A1 (de)
WO (1) WO2013117329A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020084152A2 (en) 2018-10-26 2020-04-30 Subsea 7 Norway As Generating electrical power underwater
US11168659B2 (en) 2017-08-30 2021-11-09 Subsea 7 Norway As Subsea energy storage

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL237204A0 (en) * 2015-02-12 2015-06-30 Univ Malta Hydro-pneumatic energy storage system
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
NO20171406A1 (en) * 2017-08-30 2019-03-01 Subsea 7 Norway As Subsea energy storage
US11686284B2 (en) 2018-03-23 2023-06-27 Hans Gude Gudesen Underwater energy storage system
FR3102531B1 (fr) * 2019-10-24 2021-11-12 Ifp Energies Now Réservoir de stockage d’énergie sous forme de gaz sous pression, en béton fibré à ultra haute performance
GB2588453B (en) * 2019-10-25 2022-04-06 Subsea 7 Norway As Generation of electrical power offshore

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4211077A (en) * 1978-06-29 1980-07-08 Energy Kinematics, Inc. Hybrid hydrostatic-pneumatic power generation system
JPH03294662A (ja) * 1990-04-12 1991-12-25 Tokyo Electric Power Co Inc:The 発電装置
CA2467287A1 (en) * 2004-05-14 2005-11-14 Edward Matt Kubb Ocean energy accumulator
WO2009111861A1 (en) * 2008-03-13 2009-09-17 Parker V Martin Submerged generation and storage system (subgenstor)
WO2011112561A2 (en) 2010-03-08 2011-09-15 Massachusetts Institute Of Technology Offshore energy harvesting,storage, and power generation system
WO2012119758A2 (de) * 2011-03-07 2012-09-13 Roentdek-Handels Gmbh Pumpspeicherkraftwerk

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2843675C3 (de) * 1978-10-06 1982-02-25 Grüb, Rainer, Ing.(grad.), 7800 Freiburg Vorrichtung zur Stromerzeugung mittels eines Windrades
GB2069618A (en) * 1980-02-15 1981-08-26 Energy Kinematics Inc Method of, and apparatus for, utilising the kinetic energy associated with a hydraulic head
NL1015196C2 (nl) * 2000-05-12 2001-11-19 Zakaria Khalil Doleh Inrichting voor het opslaan van potentiÙle energie.
EP2345809A1 (de) * 2010-01-19 2011-07-20 Janne Aaltonen Erzeugung von Wasserenergie

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4211077A (en) * 1978-06-29 1980-07-08 Energy Kinematics, Inc. Hybrid hydrostatic-pneumatic power generation system
JPH03294662A (ja) * 1990-04-12 1991-12-25 Tokyo Electric Power Co Inc:The 発電装置
CA2467287A1 (en) * 2004-05-14 2005-11-14 Edward Matt Kubb Ocean energy accumulator
WO2009111861A1 (en) * 2008-03-13 2009-09-17 Parker V Martin Submerged generation and storage system (subgenstor)
WO2011112561A2 (en) 2010-03-08 2011-09-15 Massachusetts Institute Of Technology Offshore energy harvesting,storage, and power generation system
WO2012119758A2 (de) * 2011-03-07 2012-09-13 Roentdek-Handels Gmbh Pumpspeicherkraftwerk

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11168659B2 (en) 2017-08-30 2021-11-09 Subsea 7 Norway As Subsea energy storage
WO2020084152A2 (en) 2018-10-26 2020-04-30 Subsea 7 Norway As Generating electrical power underwater
WO2020084150A2 (en) 2018-10-26 2020-04-30 Subsea 7 Norway As Generating electrical power underwater
US11725620B2 (en) 2018-10-26 2023-08-15 Subsea 7 Norway As Underwater hydroelectric power generation system including a pelton turbine and perforated tubular penstocks

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012100981A1 (de) 2013-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013117329A1 (de) Unterwasserspeicher zum speichern von vorzugsweise elektrischer energie
DE102015104835B3 (de) Energiekonzentrationsvorrichtung
EP2681445B1 (de) Hydraulischer energiespeicher
DE102007032582B4 (de) Reihendruckluftantriebssystem und System zur Speicherung und Wiedergewinnung von Energie
EP2776705B1 (de) Pumpspeicherkraftwerk
EP3049667B1 (de) Verfahren und anlage für die kombinierte pumpwasserdruck-druckluft-energiespeicherung mit konstantem turbinen-wasserdruck
DE202010012975U1 (de) Schwankende Wellen-Energie-Erzeugungs-Vorrichtung
DE2812618A1 (de) Vorrichtung zum umwandeln der energie von meereswellen
EP2683933A2 (de) Pumpspeicherkraftwerk
WO2013000809A1 (de) Pumpspeicherkraftwerk
DE112013002285B4 (de) Off-Shore-Pumpspeicher-Kraftwerk
DE102015002654B4 (de) Verfahren und Vorrichtuung zur Speicherung eines Energieträgermediums
WO2014072415A1 (de) Pumpspeicher-wasserkraftwerk und energieerzeugungs- und speichersystem mit einem solchen kraftwerk
DE102014104675B3 (de) Windenergieanlage mit zusätzlicher Energieerzeugungseinrichtung
CH715771A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Speichern von Energie.
WO2001063734A2 (de) Vorrichtung zur umwandlung von wellenenergie in elektrische energie
DE102014117018B4 (de) Auftriebsenergiespeicher, insbesondere zur Speicherung von erneuerbarer Energie, Auftriebskörper, sowie Verfahren zur Speicherung von Energie
DE2447246A1 (de) Einrichtung zum speichern von medien unter druck
DE102014115860A1 (de) Gasdruckenergiespeichernetz mit natürlicher Druckhaltung sowie Komponenten hierfür
EP3927959A1 (de) Pumpspeicherkraftwerk, verfahren zum betreiben eines pumpspeicherkraftwerks und pumpspeichersystem
EP2987998B1 (de) Vorrichtung zum direkten umwandeln von kinetischer energie einer strömenden flüssigkeit in elektrische energie
DE10117113A1 (de) Gittermast-Monopfahl als Tragkonstruktion für offshore-Windkraftanlagen
WO2013156584A2 (de) Vorrichtung zum erzeugen von energie durch ausnutzung von wellenbewegungen
DE102012011954B4 (de) Pumpspeicher mit schwimmendem Speicherteil.
DE2809300A1 (de) Wellengetriebener generator

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13705100

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13705100

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1