WO2015180709A1 - Verfahren und vorrichtung zur speicherung eines energieträgermediums - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur speicherung eines energieträgermediums Download PDF

Info

Publication number
WO2015180709A1
WO2015180709A1 PCT/DE2015/100213 DE2015100213W WO2015180709A1 WO 2015180709 A1 WO2015180709 A1 WO 2015180709A1 DE 2015100213 W DE2015100213 W DE 2015100213W WO 2015180709 A1 WO2015180709 A1 WO 2015180709A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
energy carrier
carrier medium
storage container
medium
energy
Prior art date
Application number
PCT/DE2015/100213
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian BÜHLER
Original Assignee
Bühler Sebastian
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 Bühler Sebastian filed Critical Bühler Sebastian
Publication of WO2015180709A1 publication Critical patent/WO2015180709A1/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
    • 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
    • F05B2210/00—Working fluid
    • F05B2210/10—Kind or type
    • F05B2210/11—Kind or type liquid, i.e. incompressible
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Definitions

  • the invention relates to a method for storing an energy carrier medium, in particular an energy carrier medium in the liquid state of matter, according to claim 1.
  • the invention relates to a device for storing an energy carrier medium, in particular an energy carrier medium in the liquid state of matter, according to the preamble of claim 6.
  • pumped storage power plants are known in which water is pumped up as an energy source to a height level by means of electrical energy and the resulting potential energy of the water is converted back if necessary later in a down movement of the water via generators into electrical energy.
  • Such pumped storage power plants are in terms
  • the basis of pumped storage power plants is an upper and a lower tank with the greatest possible difference in height, which are connected to each other via a pressure line including a pump turbine. By changing the potential energy of the water, energy is temporarily stored.
  • the energy source in this case is water.
  • the atmosphere causes
  • the at least one fluid line connects the upper and the lower liquid storage, wherein the upper and the lower liquid storage with the at least one liquid line and the at least one fluid line form a closed system.
  • the engine unit is arranged in the at least one fluid line, which can be driven by fluid flowing through the at least one fluid line.
  • the basic principle corresponds to a conventional pumped storage power plant, but the upper and lower basins are underground.
  • DE 10 2011 012 261 A1 discloses a method and a device for storing and recovering electrical energy by utilizing the gravitational force of water stored in a tank at the bottom of a body of water. Hydraulic or pneumatic devices pump the water from the low-lying tank into the surrounding water with the use of electrical energy and generate one
  • a device for storing compressed air in compressed air tanks is known, which are in the open and closed foundation structures, swimming and diving bodies, an offshore wind turbine, a compressor, the compressed air generated by means of a piping system 5 in inside of the tower down into the swimming and diving platforms or floats, where it feeds in the designated / s compressed air tank and fed the stored compressed air via a low-pressure turbine, to which a generator is connected, in the form of electrical energy into the power grid.
  • a system for underground energy storage comprising two caverns, which are formed in an underground salt formation, wherein the two caverns are partially filled with a salt solution and a gas supply, for
  • the basic principle corresponds to a conventional pumped storage power plant, but upper and lower tanks are located in a salt dome.
  • the invention includes the technical teaching that in a method for storing an energy carrier medium, in particular an energy carrier medium in the liquid state of matter, the following steps are included: provision of the energy carrier medium, Provision of at least one storage container, moving the energy medium into the storage container, wherein in and / or on the storage container, a force is provided, especially when storing is permanently provided, which acts on the energy stored in the storage medium energy medium, which is suitable from the 5 energy carrier medium move out of the storage container, preferably in its starting position, wherein a locking device is provided which blocks the inflow of the energy carrier medium to the storage container and / or from the storage container or releases.
  • the energy carrier medium is moved to store against the force.
  • the force is available as system or ambient pressure.
  • the power is permanently on.
  • the force is provided by a second medium.
  • the first medium is a quasi-incompressible medium or substantially incompressible medium, such as a liquid.
  • a liquid 15 is defined as follows: "Liquids are only slightly compressible and are therefore usually referred to as quasi incompressible, short as incompressible, which is sufficiently accurate at lower pressures ( ⁇ 500 bar). In fluid mechanics a distinction is made between
  • incompressible fluids and quasi 25 incompressible fluids are used, according to the above definition.
  • incompressible fluids also includes virtually incompressible fluids.
  • Incompressible media are, for example, fluids that do not change their density along a trajectory when the pressure changes and the temperature remains constant.
  • incompressible media within the meaning of the present invention are also understood to mean media / fluids whose compression modulus in normal conditions is in the region of more than 1.0 ⁇ 10 8 Pa. These include, among others, mineral spirits, benzene, gasoline, ethanol, methanol , Diesel, biodiesel and vegetable oils.
  • the second medium contacts the storage container and / or the energy carrier medium and thus exerts the ambient pressure directly and / or via at least one wall of the storage container which is resilient under the ambient pressure 15 to the energy carrier medium.
  • Yet another embodiment provides that when the ambient pressure is applied when the barrier device is opened, the energy carrier medium flows out of the reservoir and when the barrier device is blocked, the energy carrier medium remains in the reservoir 20.
  • an energy recovery device which converts and / or uses energy of the energy carrier medium flowing out of the storage container.
  • the invention also includes the technical teaching that it is provided in a device for storing an energy carrier medium, in particular an energy carrier medium in the liquid state, that means for performing a method according to the above description are included and in particular comprise:
  • the energy carrier medium and the second medium have the same physical state, in particular both media in a liquid state of matter when storing the energy carrier medium.
  • a further embodiment provides that the energy carrier medium has a lower density than the second medium, at least when the blocking device is closed, so that the second medium provides an environmental force, in particular an ambient pressure, for the storage container and / or the energy carrier medium.
  • Yet another embodiment provides for the second medium to contact the storage container and / or the energy carrier medium and thus to apply the ambient pressure directly and / or via at least one wall of the storage container that is yielding to the ambient pressure to the energy carrier medium.
  • an energy recovery device which converts and / or uses energy of the energy carrier medium flowing out of the storage container.
  • the energy carrier medium has a liquid state of aggregation 20. In another embodiment, the energy carrier medium has a different physical state.
  • the energy carrier medium preferably has a liquid state of aggregation with a specific density.
  • the specific gravity of the energy carrier medium is preferably in a range of 0.6 kg / l to 0.99 kg / l.
  • the energy carrier medium is selected from the group of 25 hydrocarbons in liquid energy media comprising gasoline / light gasoline (from 0.655 kg / 1 to 0.7 kg / 1), gasoline (0.720-0.775 kg / 1), ethanol (0.789 kg / 1), methanol (0.790 kg / 1), kerosene (0.750-0.845 kg / 1), petroleum (0.800 kg / 1), diesel (0.830 kg / 1), biodiesel (0.880 kg / 1), benzene (0.879 kg / 1), olive oil (0.910-0.920 kg / 1), rapeseed oil (0.920 kg / 1), sunflower oil (0.93 kg / 1) and other vegetable oils.
  • an energy carrier medium is provided.
  • several different energy carrier media are provided.
  • the provision of the respective energy carrier medium preferably takes place in a corresponding container.
  • the container is connected to the storage container via at least one pressure line so that the energy carrier medium can flow from the container to the storage container and vice versa.
  • the provision of a storage container preferably takes place at a distance from the container or to the energy carrier medium in an initial position.
  • the storage container defines a storage position of the energy carrier medium. Accordingly, the home position and the storage position spaced apart from each other. In particular, the home position is at a different height level of a gravity or force field than the storage position.
  • the arrangement of the two positions takes place in such a way that energy has to be supplied to move the energy carrier medium from the starting position into the storage position.
  • the storage position In a gravitational field or gravitational field, the storage position is thus "lower” in the direction of gravity than the starting position.
  • the movement of the energy carrier medium from the starting position into the storage container takes place via a suitable movement device
  • the movement device is preferably a suitable actuator, such as a pump turbine or a pump with separate turbine or the like, with a downstream heat exchanger for heat transfer over a line or
  • the energy carrier medium is moved into the storage container while supplying energy.
  • a force or a pressure acts on the energy carrier medium.
  • the force can act in various ways on the energy carrier medium, for example by direct contact or indirectly, for example via a pressure through
  • the force is effected by means of an ambient pressure on the energy carrier medium.
  • the ambient pressure or the force is preferably effected by a second medium, in particular by a second liquid medium.
  • the second medium is preferably selected from the group of liquid fluids comprising water, glycol, glycerol, saturated or unsaturated salt solution
  • the second medium has a higher density than the energy carrier medium.
  • the two media are selected so that they do not mix with each other. Possible media pairings are:
  • the media are miscible with each other.
  • a separation unit for example, a separation layer such as a membrane i o is provided between the media, which prevents mixing.
  • an indirect force is provided on the energy carrier medium.
  • Another indirect force can be done by at least partially compliant storage container walls. The storage container is set up so that the lighter energy carrier medium rests on the heavy second medium or over
  • the locking device can be formed arbitrarily and can be a valve, a door, a flap, or any other passage control element. In one embodiment, several
  • Locking device 20 preferably the same, but provided in other embodiments but also different locking devices, for example, for security reasons.
  • the barrier device retains the energy carrier medium against inadvertent escape due to the force exerted by the second medium or other means on the energy carrier medium in the storage container. If necessary, the
  • barrier means are opened, for example, to fill the energy carrier medium in the storage container and / or to allow the energy carrier medium to flow out of the storage container. It can be provided for the inflow and outflow different lines with corresponding locking devices.
  • the storage container is in one embodiment with a - preferably vertical -
  • the separator can be formed arbitrarily and can be a bulkhead, a wall, a membrane or any other separation component.
  • an energy recovery device is provided.
  • the energy harvesting device is
  • the energy recovery device comprises a generator, a pump turbine or a turbine with a separate pump, and a downstream heat exchanger for heat transfer.
  • an energy carrier medium several energy carrier media, in particular different energy carrier media, can also be used be used.
  • the energy carrier media preferably each have different densities and / or aggregate states.
  • several energy carrier media can be arranged in layers and stored in the storage container.
  • a corresponding supply line and / or discharge is preferably provided.
  • appropriate walls are provided between the energy carrier media.
  • the walls are preferably flexible, yielding and / or deformable, in particular reversibly deformable. In this way, the walls adapt to an inflow or a removal of the respective carrier medium.
  • the method or the device comprises two media which have the same physical state, in particular two liquid media, which are further preferably designed as quasi incompressible liquid media.
  • the energy carrier medium is preferably the lighter of the media and is first placed against a resistor in a storage position. In the storage position, a permanent force acts on the
  • Energy carrier medium on The force is permanently provided by the at least the energy fluid partially surrounding the second medium.
  • no actuators are required, with the exception of an actuator for opening the locking device.
  • the generator or the energy-generating device is at a different height level to the
  • all movable mechanical parts are preferably arranged on the surface and easily accessible for inspection purposes.
  • the following steps are performed in one embodiment: providing the medium at a first height level, providing a second medium, in particular a second medium in a liquid state, providing a storage container for storing at least the first energy carrier medium, wherein the storage container is arranged at a second height level, wherein the second height level in a gravitational field in gravity direction is lower than the first height level, moving the energy carrier medium into the storage container, wherein the second medium is arranged in that it forms an environment for the energy carrier medium and / or the storage container, which forms an ambient pressure for the energy carrier medium 35, which acts on the energy carrier medium in such a way that the energy Carrying medium tends to move out of the storage container, wherein a locking device is provided which blocks the inflow of the energy carrier medium to the storage container and / or from the storage container or releases.
  • the energy carrier medium is preferably at least virtually incompressible and / or has a lower density than that second medium on. Preference is given to two media or fluids, in particular liquid media / fluids with different densities, by means of a pump turbine and a pump and separate turbine for storing electrical energy in a shaft structure filled with fluid 2 (onshore design) with two reservoir basins and machine building 5 on the surface, a pressure line for the energy carrier fluid or the energy carrier medium and a chamber or cavern pumped with a corresponding reservoir in depth and stored in the reservoir.
  • the device or system comprises as offshore execution in the sea a floating body with storage chamber including a turbine and technical part on i o the surface and a reservoir in the depth of the sea with ballast bodies or anchoring on the seabed against flooding.
  • the device is designed for the storage of electricity and heat, depending on the energy carrier medium and fluid 2.
  • the device uses in one embodiment surface geothermal. Furthermore, the device or the method is suitable too
  • heat is stored below 100 ° C from an external heat source with both fluids / media and returned to a local or district heating network, as well as other consumers.
  • both fluids must be stored in closed, insulated storage tanks.
  • CHP combined heat and power plant
  • shut-off devices in the bulkheads are closed to prevent thermally induced circulation.
  • the two reservoirs on the surface as pressure accumulator executed, which allows a higher storage temperature than non-pressurized heat storage.
  • the upper reservoir can be used as a sprinkler or extinguishing water tank, as well as a rainwater retention basin or rain overflow basin.
  • the upper 5 reservoir can be used in water as fluid 2 with a small hydropower turbine at the overflow for power generation by the overflow water.
  • the invention is designed in one embodiment in the manner of a pumped storage power plant.
  • a basic concept of the invention is based on storing energy by means of the density difference between two fluids, in particular two fluid fluids.
  • two physical principles of action are used: the principle of the change in the positional energy (principle of pumped storage power plants) and the principle of (fluid) static buoyancy or ARCHIMEDES buoyancy of a lighter substance in a heavier fluid.
  • glycerol as the second medium / fluid or as ambient fluid or ambient medium to provide system pressure or ambient pressure and with a lighter, e.g. As biodiesel can be realized as an energy carrier medium or first medium / fluid.
  • the surrounding medium is used to create the system pressure.
  • One embodiment provides that as a storage or storage container a shaft structure, e.g. used on land (onshore) for concrete or similar purposes and integrated into existing electricity and district heating grids.
  • the depth of the shaft can be selected depending on the application and the desired pressure level of a pump turbine.
  • the largest fall height used in pump turbines up to 2011 was approximately 1.7700m (VOITH Hydro).
  • an embodiment also provides a suitably formed reservoir at depth in the sea or in large lakes or other waters (offshore) in order to store electricity, for example, from wind farms or other renewable energies.
  • a protective atmosphere for example with carbon dioxide (CO 2) and / or nitrogen (N 2) and / or oxygen, is created in the reservoirs 3 and 4 (O2) held with different proportions.
  • CO 2 carbon dioxide
  • N 2 nitrogen
  • O2 oxygen
  • both fluids can be heated in the entire store to store heat below 100 ° C.
  • both fluids must be stored in closed, insulated storage tanks. The heat can z. B from an adjacent power plant, from a renewable
  • the energy carrier fluid for storing heat above 100 ° C.
  • the energy carrier fluid that is to say the energy carrier medium and / or the fluid 2
  • the formed as biodiesel energy carrier medium and / or the fluid 2 can be heated as glycerol to about 250 ° C to time staggered release the heat and even produce water vapor, which can then be guided to generate electricity via a steam turbine.
  • the pressure line for the Energy carrier medium are either isolated in the filled with fluid 2 shaft or out in a separate bay in the depth. Due to the upcoming liquid column, the pressure in the lower reservoir is such that the evaporation temperature of the fluid 2 coming into contact with the energy carrier medium is not reached. Again, the heat z.
  • the cogeneration unit removes the fuel, energy source medium, for example biodiesel, directly from the storage tank, burns it and generates heat and electricity, and if it can not be used at the same time, storage takes place By the necessary refilling of the memory with the used energy carrier medium, this is constantly renewed and thus an overaging avoided.
  • energy source medium for example biodiesel
  • an embodiment of the invention can be used as a control power plant. There are both day, as well as hour and minute memory conceivable.
  • An embodiment of the invention is also black start capable, i. It can be started up immediately after a power failure. Reactive power can be provided by the rotating mass of the pump turbine.
  • FIG. 1 shows schematically in a sectional side view a first embodiment 35 (onshore) of a device according to the invention (without heat storage function),
  • FIG. 2 shows schematically in a sectional side view a second embodiment (offshore) of a device according to the invention and 3 is a schematic sectional side view of a first embodiment (onshore) of a device according to the invention (with a heat storage function)
  • FIGS. 1, 2 and 3 show, in different views and different degrees of detail, various embodiments of a device 100 according to the invention for storing an energy carrier 110 or also fluid 1.
  • the device 100 comprises a storage container 120 for storing the energy carrier medium 110 (fluid 1) in one Storage Position 121
  • the device 100 comprises a movement device 130 for moving the energy carrier medium 110 into the at least one storage container 120.
  • a force F for example as pressure p
  • the force F or the pressure p is suitable for moving the energy carrier medium 110 out of the storage container 120, preferably in its initial position II2.
  • At least one blocking device 140 is provided, with which an inflow of the energy carrier medium 110 to the storage container 120 and / or from the storage container 120 blocks or releases.
  • a separator 160 provides a vertical separation between the energy carrier medium and fluid 2.
  • the embodiment shows schematically in a sectional side view a first embodiment (onshore) of a device 100 according to the invention, without a heat storage function.
  • the embodiment comprises a shaft structure 1.
  • the shaft structure 1 is provided with a second medium 150 or else fluid 2, in this case for example with glycerol or another
  • the second medium 150 (fluid 2), preferably stored in a liquid state.
  • the energy carrier medium 110 (fluid 1), preferably stored in a liquid state.
  • the storage basins 3, 4 are arranged on and / or above a ground surface, i.e., "above ground.” Adjacent to
  • the movement device 130 comprises a turbine and technology part 5, which can be generally designed as a machine building 5.
  • a pressure line 6 is provided. This connects the reservoir 4 fluidly with the storage tank 120. In this case, the pressure line 6 passes through the filled with fluid 2 shaft or the
  • the energy carrier medium 110 enters the storage container 120, which in the present case is designed as a chamber 7.
  • the chamber 7 is located at the end of the manhole structure 1 at a predetermined depth.
  • the chamber 7 with the separator 160 forms a specially designed reservoir for receiving the energy carrier medium 110.
  • the top Storage tank 4 for the energy carrier medium is designed as a closed storage tank 4.
  • the upper storage tank 3 for the second medium, for example glycerol can be designed to be open or closed and is formed in FIG. 1 as a closed storage tank 3.
  • the chamber 7 is presently designed in Fig. 1 as a custom built construction of 5 concrete or the like. Other designs such as salt caverns or the like are conceivable.
  • the lighter energy medium 110 is from the upper reservoir 4 against the prevailing buoyancy and by overcoming the pressure in the depth io under application of electrical energy the column of the second medium, here the glycerol column, transported in the correspondingly formed lower reservoir.
  • the second medium in this case glycerol
  • An inflow device 170 is to uniform flow conditions in the reservoir at
  • the stored energy of the energy carrier medium 110 is now available at any time ready to call as position energy in the depth without memory losses or the like occurring.
  • the so charged energy storage has a black start capability.
  • the energy carrier medium 110 is taking advantage of the (fluid) static buoyancy from the depth
  • a protective atmosphere 220 for example with carbon dioxide (CO2) and / or nitrogen (N2), is stored in the reservoirs 3 and 4.
  • the overflow device 230 By means of the overflow device 230, the protective atmosphere can flow over between the reservoirs during the injection and withdrawal.
  • the upper reservoir 3 is additionally provided with a trained as a small hydropower turbine turbine 8 at an overflow for power generation by overflowing second medium.
  • the energy of energy carrier medium 110 can be used accordingly.
  • a membrane 180 is provided as a separator.
  • the locking device 140 is formed in Fig. 1 as a check valve.
  • the energy carrier medium 110 is surrounded by a protective atmosphere 220.
  • the two fluids 110 and 150 are connected to an overflow device 230, so that the second medium 150 is also surrounded by the protective atmosphere 220.
  • the second embodiment comprises a floating body 10 with a storage chamber 11 for the energy carrier medium 110.
  • a turbine and engineering part 12 is provided which substantially corresponds to the turbine and engineering part 5 of FIG.
  • a protective atmosphere 220 is provided in the storage chamber 11, for example with carbon dioxide (CO2) and / or nitrogen (N2) and / or oxygen (O2) ,
  • the device 100 comprises a reservoir tank 13 formed as a reservoir 13 at a depth of the second medium, here a sea.
  • the reservoir 13 is fixed with ballast bodies or anchoring 14 in depth, for example on a seabed. This prevents unwanted buoyancy.
  • the reservoir 13 is at least partially formed of a flexible or compliant material, such as a hot air balloon.
  • the reservoir 13 is formed of a rigid hemisphere or dome, which are preferably at least partially open, so that a fluidic connection of the second medium with the interior of the reservoir 13 is made.
  • the surrounding second medium here the sea
  • its medium here a saline solution
  • a collecting device 190 is provided above the reservoir 13. Emerging energy carrier fluid rises and is caught by a line again in the float. In this way, the device 100 may be installed in close proximity to offshore power generators or coastal waters. Due to the largely sea-covered surface of the earth, the device 100 can be realized almost everywhere.
  • Fig. 3 shows schematically in a sectional side view a first embodiment (onshore) of a device 100 according to the invention, construction analogous to FIG. 1, but with heat storage function.
  • the reservoirs 3 and 4 are designed for this purpose with a storage insulation 200 to minimize heat loss.
  • heat exchangers 210 are provided for the respective medium. If the heat is stored only in the energy carrier fluid or energy carrier medium 110, a plurality of horizontal bulkheads with shut-off devices 240 for forming chambers are provided distributed over the height of the shaft in order to prevent a thermally induced circulation of fluid 2.
  • the storage and retrieval takes place analogously to the onshore embodiment according to FIG. 1. It is understood that the abovementioned features of the invention can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the invention.

Landscapes

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

Abstract

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Speicherung eines Energieträgermediums (110), insbesondere eines Energieträgermediums (110) in flüssigem Aggregatzustand, umfassend die Schritte: Vorsehen des Energieträgermediums (110), Vorsehen mindestens eines Speicherbehälters (120), Bewegen des Energieträgermediums (110) in den Speicherbehälter (120), wobei in und/oder an dem Speicherbehälter (120) eine Kraft (F) bereitgestellt wird, insbesondere beim Speichern permanent bereitgestellt wird, die auf das in den Speicherbehälter (120) bewegte Energieträgermedium (110) einwirkt, welche geeignet ist, das Energieträgermedium (110) aus dem Speicherbehälter (120) herauszubewegen, vorzugsweise in dessen Ausgangsposition (112), wobei eine Sperreinrichtung (140) vorgesehen wird, welche den Zufluss des Energieträgermediums (110) zu dem Speicherbehälter (120) und/oder aus dem Speicherbehälter (120) sperrt bzw. freigibt. Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung (100) hierzu.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Speicherung eines Energieträgermediums
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Speicherung eines Energieträgermediums, 5 insbesondere eines Energieträgermediums in flüssigem Aggregatzustand, gemäß dem Anspruch 1.
Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Speicherung eines Energieträgermediums, insbesondere eines Energieträgermediums in flüssigem i o Aggregatzustand, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
Es ist bekannt, dass zur Integration eines großen Anteils an Strom aus erneuerbaren Energien in das bestehende Stromnetz, ein erheblicher Bedarf an Stromspeichern besteht. Aus dem Stand der Technik sind allgemein Verfahren und Vorrichtungen zum Speichern von
15 Energieträgern bekannt. Insbesondere sind Pumpspeicherkraftwerke bekannt, bei denen Wasser als Energieträger auf ein Höhenniveau mittels elektrischer Energie hinaufgepumpt wird und die dadurch vorliegende potentielle Energie des Wassers bei Bedarf später bei einem Herabbewegen des Wassers über Generatoren in elektrische Energie zurückgewandelt wird. Derartige Pumpspeicherkraftwerke sind hinsichtlich
20 Gesamtwirkungsgrad, eingesetzter Technik und Investitionskosten ausgereift. Grundlage von Pumpspeicherkraftwerken sind ein Ober- und ein Unterbecken mit möglichst großem Höhenunterschied, welche über eine Druckleitung inklusive Pumpturbine miteinander verbunden sind. Durch die Veränderung der Lageenergie des Wassers wird Energie zwischengespeichert. Der Energieträger in diesem Fall ist Wasser. Die Atmosphäre bewirkt
25 den Umgebungsdruck und das Gelände gibt die geodätische Höhe vor. Aufgrund des erforderlichen Höhenunterschiedes sind in Mitteleuropa die zur Verfügung stehenden Geländekapazitäten nur noch begrenzt verfügbar. Die umfangreichen Eingriffe in die Natur durch Bau großer Ober- und Unterbecken sorgen zusätzlich dafür, dass der Widerstand innerhalb der Bevölkerung gegen Neubauten von Pumpspeicherkraftwerken stark zunimmt.
30 Aktuell stehen in Deutschland einige große Neubauvorhaben aufgrund des Widerstands der Bevölkerung auf dem Prüfstand. Ein weiterer Punkt ist die nicht mehr gewährleistete Wirtschaftlichkeit, ausgelöst durch eine Veränderung des Speicherbedarfs im Stromnetz, weg von der alten Betriebsweise der Pumpspeicherkraftwerke als Tagesspeicher, hin zu einer neuen Betriebsweise als Stunden- und Minutenspeicher. Dies führt zu häufigen
35 Lastwechseln innerhalb eines Tages und einer flexiblen Betriebsweise. Gegenstand der aktuellen Forschung und Entwicklung im Speichersektor sind große Batteriespeicher, adiabate Druckluftspeicherkraftwerke, Power-to-Gas-Anlagen und weitere neue Speicheransätze. Nachteilig bei bisher realisierten Druckluftspeicherkraftwerken ist, dass durch die Kompression der Luft Wärmeverluste entstehen, weshalb neue adiabate Anlagen (AA-CAES genannt) mit großen Wärmespeichern ausgestattet werden sollen. Nachteilig bei 5 Druckluftspeicherkraftwerken und Power-to-Gas-Anlagen sind außerdem die geringen erzielbaren Gesamtwirkungsgrade oder hohen Investitionskosten. Ein weiterer neuer Ansatz sind die sogenannten„Energy-Bags" als Druckluftspeicher auf dem Meeresboden von Prof. Seamus Garvey, die das umgebende Meerwasser für den Systemdruck nutzen und Druckluft zur Energiespeicherung verwenden. Auch hier treten systembedingt durch das i o kompressible Medium Luft, hohe Energieverluste bei der Umwandlung auf.
Aus der DE 10 2010 010 701 AI ist ein Energiespeichersystem bekannt, mit einem oberen Flüssigkeitsspeicher zum Aufnehmen einer Flüssigkeit und eines Fluides und einem unteren Flüssigkeitsspeicher zum Aufnehmen einer Flüssigkeit und eines Fluides. Dieses ist versehen
15 mit mindestens einer Flüssigkeitsleitung, die den oberen Flüssigkeitsspeicher und den unteren Flüssigkeitsspeicher verbindet, und mit einer in der mindestens einen Flüssigkeitsleitung angeordneten Arbeitsmaschineneinheit zum Befördern der Flüssigkeit aus dem unteren Flüssigkeitsspeicher in den oberen Flüssigkeitsspeicher und einer in der mindestens einen Flüssigkeitsleitung angeordneten ersten Kraftmaschineneinheit, die von
20 aus der oberen Flüssigkeitsspeicher durch die mindestens eine Flüssigkeitsleitung in den unteren Flüssigkeitsspeicher strömende Flüssigkeit antreibbar ist. Die mindestens eine Fluidleitung verbindet den oberen und den unteren Flüssigkeitsspeicher, wobei der obere und der untere Flüssigkeitsspeicher mit der mindestens einen Flüssigkeitsleitung und der mindestens einen Fluidleitung ein geschlossenes System bilden. Eine zweite
25 Kraftmaschineneinheit ist in der mindestens einen Fluidleitung angeordnet, die von durch die mindestens eine Fluidleitung strömenden Fluid antreibbar ist. Das Grundprinzip entspricht einem konventionellen Pumpspeicherkraftwerk, jedoch befinden sich Ober- und Unterbecken unterirdisch.
30 Aus der DE 10 2011 012 261 AI sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Speicherung und Rückgewinnung elektrischer Energie unter Ausnutzung der Schwerkraft von Wasser, das in einem Tank auf dem Grund eines Gewässers gelagert wird, bekannt. Hydraulische oder pneumatische Vorrichtungen pumpen unter dem Einsatz elektrischer Energie das Wasser aus dem tief liegenden Tank in das umgebende Gewässer und erzeugen eine
35 potentielle Energie, die bei dem Rückfluss des Wassers in den Tank in elektrische Energie zurück gewandelt wird. Das Verfahren wird analog zu den bekannten Pumpspeicher Kraftwerken zur Speicherung elektrischer Energie und zur Stabilisierung der Stromnetze eingesetzt. Aus der DE 20 2012 007 690 Ul ist eine Vorrichtung zur Speicherung von Druckluft in Druckluftbehälter bekannt, welche sich in den offenen und geschlossenen Gründungsstrukturen, Schwimm- und Tauchkörpern, einer Offshore-Windkraftanlage befinden, wobei ein Kompressor die erzeugte Druckluft mittels eines Rohrleitungssystems 5 im inneren des Turms nach unten in die Schwimm- und Tauchplattformen oder Schwimmkörpern führt, dort in die/den dafür vorgesehene/n Druckluftbehälter speist und die gespeicherte Druckluft über eine Niederdruckturbine, an die ein Generator angeschlossen ist, in Form von elektrischer Energie ins Stromnetz einspeist. i o Aus der US 3,939,356 ist ein Hydro -Luft- Speichersystem zur Erzeugung von Strom bekannt, in dem ein unterirdisches Reservoir mit Wasser unter Druck gesetzt ist und das Wasser auf ein Oberflächen-Reservoir gepumpt wird, während Zeitperioden, wenn Stromüberschuss herrscht und in dem Wasser von dem Oberflächen-Reservoir in die unterirdische Reservoirs fließt und Druckluft aus dem unterirdischen Reservoir freigesetzt wird, wobei Beides
15 genutzt wird um Strom zu Zeiten zu erzeugen, wenn der Strombedarf hoch ist.
Aus der WO 93/06367 ist ein System zur unterirdischen Energiespeicherung bekannt, umfassend zwei Kavernen, die in einer Untergrundsalzbildung gebildet sind, wobei die beide Kavernen teilweise mit einer Salzlösung und einem Gasvorrat gefüllt sind, zum
20 Unterdrucksetzen eines Kopfraumes in jeder Kaverne, einen ersten Kanal, der die mit Flüssigkeit gefüllten Abschnitte der Kavernen verbindet, eine Pump / Generatoranlage mit Kühler an der Bodenfläche, verbunden zwischen den zwei Armen und aus dem ersten Kanal , ein zweiter Kanal und ein dritter Kanal, welche die erste Kaverne und die zweite Kaverne mit der Komprimier- bzw. Generatoranlage verbinden, welche wiederum mit
25 Gasspeichersystemen verbunden ist. Das Grundprinzip entspricht einem konventionellen Pumpspeicherkraftwerk, jedoch befinden sich Ober- und Unterbecken in einem Salzstock.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, bei welchem die grundlegende Idee der Pumpspeicherkraftwerke verbessert wird.
30
Diese und weitere Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 6.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben 35 oder werden nachstehend im Zusammenhang mit der Beschreibung der Figuren angegeben.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass bei einem Verfahren zur Speicherung eines Energieträgermediums, insbesondere eines Energieträgermediums in flüssigem Aggregatzustand, die folgenden Schritte umfasst sind: Vorsehen des Energieträgermediums, Vorsehen mindestens eines Speicherbehälters, Bewegen des Energieträgermediums in den Speicherbehälter, wobei in und/oder an dem Speicherbehälter eine Kraft bereitgestellt wird, insbesondere beim Speichern permanent bereitgestellt wird, die auf das in den Speicherbehälter bewegte Energieträgermedium einwirkt, welche geeignet ist, das 5 Energieträgermedium aus dem Speicherbehälter herauszubewegen, vorzugsweise in dessen Ausgangsposition, wobei eine Sperreinrichtung vorgesehen wird, welche den Zufluss des Energieträgermediums zu dem Speicherbehälter und/oder aus dem Speicherbehälter sperrt bzw. freigibt. Das Energieträgermedium wird zum Speichern gegen die Kraft bewegt. Die Kraft liegt als System- oder Umgebungsdruck vor. Dabei liegt die Kraft permanent an. i o Vorzugsweise wird die Kraft durch ein zweites Medium bereitgestellt. Vorzugsweise ist das erste Medium ein quasi inkompressibles Medium oder im Wesentlichen inkompressibles Medium wie eine Flüssigkeit.
Gemäß, einem Standardwerk der technischen Fluidmechanik, wird eine Flüssigkeit 15 folgendermaßen definiert:„Flüssigkeiten sind nur wenig zusammendrückbar und werden deshalb meist als quasi inkompressibel bezeichnet, kurz als inkompressibel, was bei kleineren Drücken (< ~ 500 bar) genügend genau ist. In der Fluidmechanik wird unterschieden zwischen
1. inkompressiblen Fluiden, die massebeständig und annähernd volumenbeständig sind - 20 den Flüssigkeiten- sowie
2. kompressiblen Fluiden, die massebeständig, jedoch nicht volumenbeständig sind: Gas und Dämpfe"
Im Sinne der vorliegenden Erfindung kommen inkompressible Fluide und quasi 25 inkompressible Fluide zum Einsatz, gemäß vorstehender Definition. Von dem Begriff inkompressible Fluide sind auch quasi inkompressible Fluide umfasst.
Inkompressible Medien sind zum Beispiel Fluide, die ihre Dichte entlang einer Trajektorie bei Druckänderung und konstanter Temperatur näherungsweise nicht ändern. Dies
30 bedeutet umgekehrt, dass Medien oder Fluide, deren Dichte sich beispielsweise durch thermische Einflüsse ändert, inkompressibel sein können. Da diese Effekte in der Praxis meist erheblich kleiner sind als Dichteänderungen auf Grund von Druckänderungen, wird ein Fluid als inkompressibel angesehen, wenn die Dichte entlang jeder Trajektorie konstant ist. Konstante Dichte insgesamt ist jedoch kein Kriterium für Inkompressibilität. Wie
35 vorstehend anhand ausgeführt, stellen quasi inkompressible Fluide eine Idealisierung dar, die viele Berechnungen bei vernachlässigbarem Fehler enorm vereinfacht, z. B. Wasser in Wasserleitungen unter Normalbedingungen. Gemäß vorstehender Definition„muss erst bei höheren Drücken (ab ca. 500 bar) die Kompressibilität bei Flüssigkeiten berücksichtigt und damit von der ungefähr inkompressiblen Betrachtungsweise abgerückt werden, z. B. bei Hydraulik-Hochdruckanlagen" Insofern werden unter inkompressiblen Medien im Sinne der vorliegenden Erfindung auch Medien/Fluide verstanden, deren Kompressionsmodulbei Normalbedingungen, im Bereich von über 1,0 x 108Pa liegt. Hierzu zählen unter anderem Leichtbenzin, Benzol, Benzin, Ethanol, Methanol, Diesel, Biodiesel und Pflanzenöle.
5
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass zur Bereitstellung der Kraft ein zweites Medium, insbesondere ein flüssiges Medium vorgesehen wird, welches eine Umgebungs kraft, insbesondere einen Umgebungsdruck, für den Speicherbehälter und/oder i o das Energieträgermedium bereitstellt, zumindest bei geschlossener Sperreinrichtung.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das zweite Medium den Speicherbehälter und/oder das Energieträgermedium kontaktiert und so den Umgebungsdruck direkt und/oder über mindestens eine unter dem Umgebungsdruck 15 nachgiebige Wandung des Speicherbehälters auf das Energieträgermedium ausübt.
Noch eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass bei anliegendem Umgebungsdrucks bei einem Öffnen der Sperreinrichtung das Energieträgermedium aus dem Speicherbehälter ausströmt und bei Sperren der Sperreinrichtung das Energieträgermedium in dem Speicher 20 verbleibt.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Energiegewinnungsvorrichtung vorgesehen wird, welche Energie des aus dem Speicherbehälter ausströmenden Energieträgermediums wandelt und/oder nutzt.
25
Die Erfindung schließt auch die technische Lehre ein, dass bei einer Vorrichtung zur Speicherung eines Energieträgermediums, insbesondere eines Energieträgermediums in flüssigem Aggregatzustand, vorgesehen ist, dass Mittel zur Durchführung eines Verfahrens gemäß vorstehender Beschreibung umfasst sind und insbesondere umfasse: das
30 Energieträgermedium, mindestens einen Speicherbehälter, mindestens eine Bewegungseinrichtung zum Bewegen des Energieträgermediums in den mindestens einen Speicherbehälter, wobei in und/oder an dem mindestens einen Speicherbehälter eine Kraft bereitgestellt ist, insbesondere beim Speichern permanent bereitgestellt ist, die auf das in den Speicherbehälter bewegte Energieträgermedium einwirkt, welche geeignet ist, das
35 Energieträgermedium aus dem Speicherbehälter herauszubewegen, vorzugsweise in dessen Ausgangsposition, wobei eine Sperreinrichtung vorgesehen ist, mit welchem der Zufluss des Energieträgermediums zu dem Speicherbehälter und/oder aus dem Speicherbehälter sperrbar bzw. freigebbar ist. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Energieträgermedium und das zweite Medium den gleichen Aggregatzustand aufweisen, insbesondere beide Medien in einem flüssigen Aggregatzustand beim Speichern des Energieträgermediums aufweisen.
5 Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Energieträgermedium eine geringere Dichte als das zweite Medium aufweist, zumindest bei geschlossener Sperreinrichtung, sodass das zweite Medium eine Umgebungskraft, insbesondere einen Umgebungsdruck, für den Speicherbehälter und/oder das Energieträgermedium bereitstellt. i o Noch eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das zweite Medium den Speicherbehälter und/oder das Energieträgermedium kontaktiert und so den Umgebungsdruck direkt und/oder über mindestens eine unter dem Umgebungsdruck nachgiebige Wandung des Speicherbehälters auf das Energieträgermedium ausübt.
15 In noch einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Energiegewinnungsvorrichtung vorgesehen ist, welche Energie des aus dem Speicherbehälter ausströmenden Energieträgermediums wandelt und/oder nutzt.
In einer Ausführungsform weist das Energieträgermedium einen flüssigen Aggregatzustand 20 auf. In einer anderen Ausführungsform weist das Energieträgermedium einen anderen Aggregatzustand auf. Vorzugsweise weist das Energieträgermedium einen flüssigen Aggregatzustand mit einer spezifischen Dichte auf. Die spezifische Dichte des Energieträgermediums liegt bevorzugt in einem Bereich von 0,6 kg/1 bis 0,99 kg/1. In einer Ausführungsform ist das Energieträgermedium ausgewählt aus der Gruppe der 25 Kohlenwasserstoffe bei flüssigen Energieträgermedien umfassend Gasolin/Leichtbenzin (von 0,655 kg/1 bis 0,7 kg/1), Benzin (0,720-0,775 kg/1), Ethanol (0,789 kg/1), Methanol (0,790 kg/1), Kerosin (0,750-0,845 kg/1), Petroleum (0,800 kg/1), Diesel (0,830 kg/1), Biodiesel (0,880 kg/1), Benzol (0,879 kg/1), Olivenöl (0,910-0,920 kg/1), Rapsöl (0,920 kg/1), Sonnenblumenöl (0,93 kg/1), sowie weitere Pflanzenöle.
30
Vorzugsweise ist ein Energieträgermedium vorgesehen. In einer anderen Ausführungsform sind mehrere unterschiedliche Energieträgermedien vorgesehen. Das Vorsehen des jeweiligen Energieträgermediums erfolgt vorzugsweise in einem entsprechenden Behälter. Der Behälter ist über mindestens eine Druckleitung mit dem Speicherbehälter verbunden, 35 sodass das Energieträgermedium von dem Behälter zu dem Speicherbehälter und umgekehrt strömen bzw. fließen kann. Das Vorsehen eines Speicherbehälters erfolgt bevorzugt beabstandet zu dem Behälter bzw. zu dem Energieträgermedium in einer Ausgangsposition. Dabei definiert der Speicherbehälter eine Speicherposition des Energieträgermediums. Entsprechend sind die Ausgangsposition und die Speicherposition beabstandet zueinander ausgeführt. Insbesondere ist die Ausgangsposition auf einem anderen Höhenniveau eines Schwere- oder Kraftfelds als die Speicherposition. Die Anordnung der beiden Positionen erfolgt dabei so, dass zum Bewegen des Energieträgermediums von der Ausgangsposition in die Speicherposition Energie zugeführt 5 werden muss. In einem Schwerefeld oder Gravitationsfeld ist somit die Speicherposition „tiefer" in Schwererichtung gelegen, als die Ausgangsposition. Das Bewegen des Energieträgermediums von der Ausgangsposition in den Speicherbehälter erfolgt über eine geeignete Bewegungseinrichtung. Die Bewegungseinrichtung führt dem Energieträgermedium Energie zu, welche dieses dann bei Bewegung aus dem i o Speicherbehälter abrufen kann bzw. aus dem Energieträgermedium herausgezogen werden kann. Vorzugsweise ist die Bewegungseinrichtung ein geeigneter Aktuator wie eine Pumpturbine oder eine Pumpe mit getrennter Turbine oder dergleichen, mit einem nachgeschalteten Wärmetauscher zur Wärmeübertragung. Das Bewegen mittels der Bewegungseinrichtung erfolgt vorzugsweise geführt, beispielsweise über eine Leitung oder
15 mehrere Leitungen, beispielsweise eine Druckleitung. Mittels der Bewegungseinrichtung wird das Energieträgermedium in den Speicherbehälter unter Energiezufuhr bewegt. In dem Speicherbehälter wirkt ein Kraft oder ein Druck auf das Energieträgermedium ein. Dabei kann die Kraft auf verschiedenste Weisen auf das Energieträgermedium einwirken, beispielsweise durch direkten Kontakt oder indirekt beispielsweise über einen Druck durch
20 die Wandungen des Speicherbehälters. Vorzugsweise wird die Kraft mittels eines Umgebungsdrucks auf das Energieträgermedium bewirkt. Der Umgebungsdruck bzw. die Kraft wird vorzugsweise durch ein zweites Medium, insbesondere durch ein zweites flüssiges Medium bewirkt. Das zweite Medium ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe der flüssigen Fluide umfassend Wasser, Glykol, Glycerin, gesättigte oder ungesättigte Salzlösung
25 und gesättigte oder ungesättigte Zuckerlösung. Dabei weist das zweite Medium eine höhere Dichte auf, als das Energieträgermedium. Vorzugsweise sind die beiden Medien derart ausgewählt, dass diese sich nicht miteinander vermischen. Mögliche Medienpaarungen sind:
Leichtbenzin und Glycerin
Leichtbenzin und Salzlösung
30 Leichtbenzin und Zuckerlösung
Leichtbenzin und Wasser
Benzin und Glycerin
Benzin und Salzlösung
35 Benzin und Zuckerlösung
Benzin und Wasser
Diesel und Glycerin
Diesel und Salzlösung Diesel und Zuckerlösung
Diesel und Wasser
Biodiesel und Glycerin
5 Biodiesel und Salzlösung
Biodiesel und Zuckerlösung
Biodiesel und Wasser
In einer anderen Ausführungsform sind die Medien miteinander mischbar. Für diese Ausführungsform wird eine Trenneinheit, beispielsweise eine Trennschicht wie eine i o Membran zwischen den Medien vorgesehen, welche ein Vermischen verhindert. Auf diese Weise ist eine indirekte Krafteinwirkung auf das Energieträgermedium bereitgestellt. Eine andere indirekte Krafteinwirkung kann durch zumindest teilweise nachgiebige Speicherbehälterwandungen erfolgen. Der Speicherbehälter ist so eingerichtet, dass das leichtere Energieträgermedium auf dem schweren zweiten Medium aufliegt bzw. über
15 diesem entgegen beispielsweise einer Schwererichtung angeordnet ist. Damit das leichtere und somit flüchtigere Energieträgermedium nicht ungewollt aus dem Speicherbehälter entweicht, ist eine Sperreinrichtung vorgesehen. Die Sperreinrichtung ist beliebig ausbildbar und kann ein Ventil, eine Tür, eine Klappe, oder ein beliebig anderes Durchgangsregelungselement sein. In einer Ausführungsform sind mehrere
20 Sperreinrichtung, vorzugsweise gleiche, in anderen Ausführungsformen aber auch unterschiedliche Sperreinrichtungen vorgesehen, beispielsweise aus Sicherheitsgründen. Die Sperreinrichtung hält das Energieträgermedium gegen ein ungewolltes Entweichen aufgrund der durch das zweite Medium oder andere Einrichtungen ausgeübten Kraft auf das Energieträgermedium in dem Speicherbehälter zurück. Bei Bedarf kann die
25 Sperreinrichtung geöffnet werden, beispielsweise um das Energieträgermedium in den Speicherbehälter einzufüllen und/oder um das Energieträgermedium aus dem Speicherbehälter ausströmen zu lassen. Es können für das Einströmen und Ausströmen unterschiedliche Leitungen mit entsprechenden Sperreinrichtungen vorgesehen werden. Der Speicherbehälter ist in einer Ausführungsform mit einer - vorzugsweise senkrechten -
30 Trenneinrichtung zwischen Energieträgermedium und zweitem Medium ausgeführt. Die Trenneinrichtung ist beliebig ausbildbar und kann ein Schott, eine Wandung, eine Membran oder ein beliebig anderes Trennungs-Bauelement sein. Beim Ausströmen wird dem ausströmenden Energieträgermedium die zuvor zugeführte Energie entzogen. Hierzu ist eine Energiegewinnungsvorrichtung vorgesehen. Die Energiegewinnungsvorrichtung ist
35 beliebig ausführbar und auf das jeweils gewählte Energieträgermedium abgestimmt.
Beispielsweise umfasst die Energiegewinnungsvorrichtung einen Generator, eine Pumpturbine oder eine Turbine mit getrennter Pumpe, sowie einen nachgeschalteten Wärmetauscher zur Wärmeübertragung. Statt einem Energieträgermedium können auch mehrere Energieträgermedien, insbesondere unterschiedliche Energieträgermedien verwendet werden. Vorzugsweise weisen die Energieträgermedien jeweils unterschiedliche Dichten und/oder Aggregatzustände auf. So lassen sich in dem Speicherbehälter mehrere Energieträgermedien schichtweise anordnen und speichern. Für jedes Speichermedium ist vorzugsweise eine entsprechende Zuleitung und/oder Ableitung vorgesehen. Falls 5 erforderlich sind entsprechende Wandungen zwischen den Energieträgermedien vorgesehen. Die Wandungen sind vorzugsweise flexibel, nachgiebig und/oder verformbar, insbesondere reversibel verformbar ausgebildet. Auf diese Weise passen sich die Wandungen an einen Zufluss bzw. eine Entnahme des jeweiligen Trägermediums an. i o Vorzugsweise umfasst das Verfahren bzw. die Vorrichtung zwei Medien, die den gleichen Aggregatzustand aufweisen, insbesondere zwei flüssige Medien, die weiter bevorzugt als quasi inkompressible flüssige Medien ausgebildet sind. Das Energieträgermedium ist bevorzugt das leichtere der Medien und wird zuerst gegen einen Widerstand in eine Speicherposition gebracht. In der Speicherposition wirkt permanent eine Kraft auf das
15 Energieträgermedium ein Die Kraft wird permanent von dem zumindest das Energiefluid teilweise umgebenden zweiten Medium bereitgestellt. Für die Bewegung des Energieträgermediums aus der Speicherposition heraus sind keine Aktuatoren erforderlich, mit Ausnahme eines Aktuators zum Öffnen der Sperreinrichtung. Der Generator bzw. die Energiegewinnungseinrichtung ist auf einem unterschiedlichen Höhenniveau zu dem
20 Speicherbehälter angeordnet und befindet sich vorzugsweise an der Oberfläche. Somit sind alle beweglichen mechanischen Teile vorzugsweise an der Oberfläche angeordnet und leicht zu Revisionszwecken erreichbar.
Bei dem Verfahren zur Speicherung eines Energieträgermediums, insbesondere eines 25 Energieträgermediums in flüssigem Aggregatzustand, werden in einer Ausführungsform die folgenden Schritte durchgeführt: Vorsehen des Energieträgermediums auf einem ersten Höhenniveau, Vorsehen eines zweiten Mediums, insbesondere eines zweiten Mediums in einem flüssigen Aggregatzustand, Vorsehen eines Speicherbehälters zur Speicherung mindestens des ersten Energieträgermediums, wobei der Speicherbehälter auf einem 30 zweiten Höhenniveau angeordnet ist, wobei das zweite Höhenniveau in einem Schwerefeld in Schwererichtung tiefer gelegen ist, als das erste Höheniveau, Bewegen des Energieträgermediums in den Speicherbehälter, wobei das zweite Medium so angeordnet wird, dass dieses eine Umgebung für das Energieträgermedium und/oder den Speicherbehälter bildet, welches einen Umgebungsdruck für das Energieträgermedium 35 bildet, der derart auf das Energieträgermedium wirkt, dass das Energieträgermedium dazu neigt, sich aus dem Speicherbehälter herauszubewegen, wobei eine Sperreinrichtung vorgesehen ist, welche den Zufluss des Energieträgermediums zu dem Speicherbehälter und/oder aus dem Speicherbehälter sperrt bzw. freigibt. Das Energieträgermedium ist bevorzugt zumindest quasi inkompressibel und/oder weist eine geringere Dichte als das zweite Medium auf. Bevorzugt werden zwei Medien oder Fluide, insbesondere flüssige Medien/Fluide mit unterschiedlicher Dichte mittels einer Pumpturbine oder einer Pumpe und separater Turbine zur Speicherung elektrischer Energie in einem mit Fluid 2 gefüllten Schachtbauwerk (onshore-Ausführung) mit zwei Speicherbecken und Maschinengebäude 5 an der Oberfläche, einer Druckleitung für das Energieträger-Fluid bzw. das Energieträgermedium und einer Kammer oder Kaverne mit entsprechendem Reservoir in der Tiefe gepumpt und in dem Reservoir gespeichert.
Weiter vorzugsweise umfasst die Vorrichtung oder Anlage als offshore-Ausführung im Meer einen Schwimmkörper mit Speicherkammer inklusive einem Turbinen- und Technikteil an i o der Oberfläche und einem Reservoir in der Tiefe des Meeres mit Ballastkörpern oder Verankerung am Meeresgrund gegen das Auftreiben auf.
Auch bevorzugt ist die Vorrichtung zur Speicherung von Strom und Wärme ausgebildet, je nach Energieträgermedium und Fluid 2. Die Vorrichtung nutz in einer Ausführungsform Oberflächengeothermie. Weiter ist die Vorrichtung bzw. das Verfahren geeignet zu
15 Kühlzwecken, beispielsweise im Sommer. Außerdem bevorzugt wird Wärme unter 100 °C aus einer externen Wärmequelle mit beiden Fluiden / Medien gespeichert und wieder an ein Nah- oder Fernwärmenetz, sowie sonstige Verbraucher abgegeben. Um Wärmeverluste zu minimieren müssen beide Fluide in geschlossenen, gedämmten Speicherbecken gelagert werden. Auch bevorzugt ist ein Blockheizkraftwerk (BHKW) zur direkten Erzeugung von
20 Strom und Wärme vorgesehen, welches als Brennstoff das Energieträger-Fluid verwendet und durch das Nachfüllen eine Überalterung des Energieträger-Fluides vermeidet. Mit der BHKW-Wärme unter 100 °C kann der gesamte Speicher erwärmt werden. Mit der BHKW- Wärme über 100 °C kann entweder direkt Wasserdampf erzeugt werden und/oder mit einer Dampfturbine zusätzlich verströmt werden oder im Energieträger-Fluid und/oder dem
25 Fluid 2, abhängig von den jeweiligen Siedetemperaturen, gespeichert werden. Wärme über 100 °C aus einer externen Wärmequelle, dem Stromnetz (Power-to-Heat) oder dem Blockheizkraftwerk kann mit dem Energieträger-Fluid und/oder dem Fluid 2, abhängig von den jeweiligen Siedetemperaturen, gespeichert und später zur Stromerzeugung mittels einer Dampfturbine verwendet werden. Wird die Wärme nur im Energieträgerfluid
30 gespeichert, muss vermieden werden, dass Fluid 2 sich erwärmt und zum Beispiel im Schacht aufsteigt und eine thermisch bedingte Zirkulation im Fluid 2 eintritt. Dies wird vermieden, indem über die Höhe des Schachtes verteilt mehrere waagrechte Schotts mit Absperreinrichtungen zur Ausbildung von Kammern vorgesehen werden. Beim Ein- und Ausspeichern müssen die Absperreinrichtungen in den waagrechten Schotts geöffnet
35 werden, um ein Strömen von Fluid 2 zu ermöglichen. Sobald das System ruht und die Speichervorgänge beendet sind, werden die Absperreinrichtungen in den Schotts geschlossen, um eine thermisch bedingte Zirkulation zu verhindern. In einer weiteren Ausführungsform werden die beiden Speicherbecken an der Oberfläche als Druckspeicher ausgeführt, was eine höhere Speichertemperatur als bei drucklosen Wärmespeichern ermöglicht.
Bei Wasser als Fluid 2 kann das obere Speicherbecken als Sprinkler- oder Löschwassertank, sowie als Regenrückhaltebecken oder Regenüberlaufbecken verwendet werden. Das obere 5 Speicherbecken kann bei Wasser als Fluid 2 mit einer Kleinwasserkraftturbine am Überlauf zur Stromerzeugung durch das Überlaufwasser verwendet werden.
Die Erfindung ist in einer Ausführungsform nach Art eines Pumpspeicherkraftwerks ausgebildet. Ein grundlegender Erfindungsgedanke basiert darauf, durch den i o Dichteunterschied zweier Fluide, insbesondere zweier flüssiger Fluide, Energie zu speichern. Hierzu wird in einer Ausführungsform auf zwei physikalische Wirkprinzipien zurückgegriffen: das Prinzip der Lageenergieänderung (Prinzip von Pumpspeicherkraftwerken) und das Prinzip des (fluid-) statischen Auftriebes oder ARCHIMEDES-Auftrieb eines leichteren Stoffes in einem schwereren Fluid. Beispielhaft kann
15 dies bei einer vorliegenden Ausführungsform mit Glycerin als zweites Medium/Fluid oder auch als Umgebungsfluid bzw. Umgebungsmedium zur Schaffung eines Systemdrucks oder Umgebungsdrucks und mit einem leichteren, z. B. Biodiesel als Energieträgermedium oder erstes Medium/Fluid realisiert werden. Das Umgebungsmedium wird zur Schaffung des Systemdrucks verwendet. Statt beispielsweise eines Einsatzes von kompressiblen Medien
20 wie Luft wird als Energieträger ein im Sinne der vorliegenden Erfindung quasi inkompressibles Medium/Fluid mit einer geringeren Dichte als Wasser eingesetzt, wodurch dieses bestrebt ist, in einem Schwerefeld aufzusteigen. Durch die Verwendung eines quasi inkompressiblen Mediums entstehen nur sehr geringe Wärme- und Umwandlungsverluste beim Einspeicher- und Ausspeichervorgang.
25
Eine Ausführungsform sieht vor, dass als Speicher oder Speicherbehälter ein Schachtbauwerk, z.B. aus Beton oder Ähnlichem an Land (onshore) eingesetzt und in bestehende Strom- und Fernwärmenetze integriert werden kann. Die Tiefe des Schachtes kann je nach Anwendungsfall und gewünschter Druckstufe einer Pumpturbine gewählt 30 werden. Erfahrungen mit Schachtbauten stehen im Bergbau ausreichend zur Verfügung. Die größte bis 2011 angewandte Fallhöhe bei Pumpturbinen lag bei ca. 1.7700m (Fa. VOITH Hydro). Zum anderen sieht eine Ausführungsform auch im Meer oder in großen Seen oder anderen Gewässern (offshore) ein entsprechend ausgebildetes Reservoir in der Tiefe vor, um Strom beispielsweise aus Windparks oder anderen erneuerbaren Energien zu speichern.
35
Aufgrund der Verwendung der Technik der Pumpturbinen aus dem Bereich der Pumpspeicherkraftwerke wird ein hoher Gesamtwirkungsgrad >=80 % angestrebt. Im Gegensatz zu den in der Fachwelt diskutierten Unterflur-Pumpspeicherkraftwerken in alten Bergwerken, befindet sich bei einer Ausführungsform der Erfindung die Pumpturbine mit Generator und Zubehör an der Oberfläche und ist dadurch einfach zugänglich zu Wartungszwecken. Am unteren Teil der Vorrichtung befinden sich keine beweglichen mechanischen Teile. Durch den Aufbau der Erfindung zum Großteil unter der Oberfläche müssen weniger sichtbare Eingriffe in die Natur vorgenommen werden. Da eine relativ 5 große Fallhöhe verwendet werden kann, ist die pro Kubikmeter Fluid gespeicherte Energiemenge bei einer Ausführungsform der Erfindung höher als bei Pumpspeicherkraftwerken mit niedriger Fallhöhe. Folglich werden weniger Fluid und damit kleinere Speicherbecken benötigt. i o Ein weiterer Vorteil einer Ausführungsform der Erfindung ist, dass die Vorrichtung keine Anforderungen an das Gelände hat wie z. B. ein erforderlicher Höhenunterschied, d. h. sie ist nahezu überall zu realisieren.
Um die Brand- und Entzündungsgefahr, sowie die Überalterung durch Oxidation des 15 Energieträgerfluides und/oder Fluid 2 zu vermeiden, wird in den Speicherbecken 3 und 4 eine Schutzatmosphäre zum Beispiel mit Kohlendioxid (CO2) und/oder Stickstoff (N2) und/oder Sauerstoff (O2) mit unterschiedlichen Mengenanteilen vorgehalten. Mittels der ausreichend dimensionierten Überströmeinrichtung kann während des Ein- und Ausspeichers die Schutzatmosphäre zwischen den Speicherbecken überströmen.
20
Aufgrund der großen Tiefe des Schachtbauwerks kann dieses auch zur energetischen Nutzung von Oberflächengeothermie mittels Wärmepumpe verwendet werden. Alternativ kann auch für das Schachtbauwerk eine Nutzung als Kühlquelle im Sommer angedacht werden. Je nach Tiefe des Schachtes ergibt sich eine entsprechende Temperatur des
25 Gesteines, wonach sich die thermische Nutzung dann richtet. Bei der Landversion (onshore) können zur Speicherung von Wärme unter 100 °C beide Fluide, insbesondere beide flüssigen Fluide, im gesamten Speicher erwärmt werden. Um Wärmeverluste an die Umgebung zu minimieren, müssen beide Fluide in geschlossenen, gedämmten Speicherbecken gelagert werden. Die Wärme kann z. B aus einem benachbarten Kraftwerk, aus einem erneuerbaren
30 Erzeuger, einem Fernwärmenetz oder aber auch aus dem Stromnetz („Power-to-Heat") stammen, längere Zeit eingespeichert werden und anschließend wieder an ein Fernwärmenetz oder Verbraucher abgegeben werden.
Zur Speicherung von Wärme über 100 °C kann das Energieträger-Fluid, das heißt das 35 Energieträgermedium und/oder das Fluid 2 erhitzt werden. In einer Ausführungsform kann das als Biodiesel ausgebildete Energieträgermedium und/oder das Fluid 2 als Glycerin bis ca. 250 °C erhitzt werden, um zeitlich versetzt wieder die Wärme abzugeben und sogar Wasserdampf erzeugen, der anschließend zur Stromerzeugung über eine Dampfturbine geführt werden kann. Hierzu muss bei einer Ausführung die Druckleitung für das Energieträgermedium entweder im mit Fluid 2 gefüllten Schacht isoliert werden oder in einem separaten Schacht in die Tiefe geführt werden. Im unteren Reservoir herrscht aufgrund der anstehenden Flüssigkeitssäule ein so hoher Druck, dass die Verdampfungstemperatur des mit dem Energieträgermedium in Berührung kommenden 5 Fluid 2 nicht erreicht wird. Auch hier kann die Wärme z. B aus einem Kraftwerk, aus einem erneuerbaren Erzeuger oder aber auch aus dem Stromnetz („Power-to-Heat") stammen und nach der Verstromung wieder an ein Fernwärmenetz abgegeben werden. Zur direkten Strom- und Wärmeerzeugung aus dem Energieträgermedium kann die Vorrichtung auch mit einem Blockheizkraftwerk, abgekürzt BHKW, ergänzt werden. Hierzu entnimmt das BHKW i o den Brennstoff, Energieträgermedium z. B. Biodiesel, direkt aus dem Speicher, verbrennt diesen und erzeugt damit Wärme und Strom. Sollte die Wärme nicht zeitgleich genutzt werden können, erfolgt eine Einspeicherung der Wärme. Durch das erforderliche Nachfüllen des Speichers mit dem verbrauchten Energieträgermedium, wird dieses ständig erneuert und somit eine Überalterung vermieden.
15
Im oben beschriebenen Aufbau - sowohl onshore als auch offshore - kann eine Ausführungsform der Erfindung als Regelkraftwerk eingesetzt werden. Es sind sowohl Tages-, als auch Stunden- und Minutenspeicher denkbar. Eine Ausführungsform der Erfindung ist zudem schwarzstartfähig, d.h. sie kann nach einem Netzausfall sofort 20 hochgefahren werden. Durch die rotierende Masse der Pumpturbine kann Blindleistung zur Verfügung gestellt werden.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von mindestens einem
25 Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches in den Figuren schematisch dargestellt ist.
Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktive Einzelheiten, räumliche Anordnung und Verfahrensschritte können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. In den Figuren werden gleiche oder ähnliche
30 Bauteile mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisch in einer geschnittenen Seitenansicht eine erste Ausführungsform 35 (onshore) einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (ohne Wärmespeicherfunktion),
Fig.2 schematisch in einer geschnittenen Seitenansicht eine zweite Ausführungsform (offshore) einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 3 schematisch in einer geschnittenen Seitenansicht eine erste Ausführungsform (onshore) einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (mit Wärmespeicherfunktion)
Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen in verschiedenen Ansichten und verschiedenen 5 Detaillierungsgraden verschiedene Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zur Speicherung eines Energieträgermediums 110 oder auch Fluid 1. Die Vorrichtung 100 umfasst einen Speicherbehälter 120 zur Speicherung des Energieträgermediums 110 (Fluid 1) in einer Speicherposition 121 Weiter umfasst die Vorrichtung 100 eine Bewegungseinrichtung 130 zum Bewegen des i o Energieträgermediums 110 in den mindestens einen Speicherbehälter 120. In und/oder an dem mindestens einen Speicherbehälter 120 ist eine Kraft F, beispielsweise als Druck p bereitgestellt, die auf das in den Speicherbehälter 120 bewegte Energieträgermedium 110 einwirkt. Die Kraft F bzw. der Druck p, ist geeignet, das Energieträgermedium 110 aus dem Speicherbehälter 120 herauszubewegen, vorzugsweise in dessen Ausgangspositionll2.
15 Zum Speichern des Energieträgermediums 110 in dem Speicherbehälter 120 ist mindestens eine Sperreinrichtung 140 vorgesehen, mit welcher ein Zufluss des Energieträgermediums 110 zu dem Speicherbehälter 120 und/oder aus dem Speicherbehälter 120 sperrt bzw. freigibt. Eine Trenneinrichtung 160 sorgt für eine senkrechte Abtrennung zwischen dem Energieträgermedium und Fluid 2.
20
Fig. 1 zeigt schematisch in einer geschnittenen Seitenansicht eine erste Ausführungsform (onshore) einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100, ohne Wärmespeicherfunktion. Die Ausführungsform umfasst ein Schachtbauwerk 1. Das Schachtbauwerk 1 ist mit einem zweiten Medium 150 oder auch Fluid 2, hier beispielsweise mit Glycerin oder einer anderen
25 Flüssigkeit, gefüllt. Weiter sind zwei getrennte Speicherbecken 3, 4 vorgesehen. In dem Speicherbecken 3 ist das zweite Medium 150 (Fluid 2), vorzugsweise in einem flüssigen Zustand gespeichert. In dem Speicherbecken 4 ist das Energieträgermedium 110 (Fluid 1), vorzugsweise in einem flüssigen Zustand, gespeichert. Die Speicherbecken 3, 4 sind an und/oder über einer Bodenoberfläche, d.h.„über Tage" angeordnet. Benachbart zu den
30 Speicherbecken 3, 4 ist die Bewegungseinrichtung 130 angeordnet. Die Bewegungseinrichtung 130 umfasst nach Fig. 1 einen Turbinen- und Technikteil 5, welche allgemein als Maschinengebäude 5 ausgebildet sein können. Weiter ist eine Druckleitung 6 vorgesehen. Diese verbindet das Speicherbecken 4 fluidisch mit dem Speicherbehälter 120. Dabei verläuft die Druckleitung 6 durch den mit Fluid 2 gefüllten Schacht bzw. das
35 glyceringefüllte Schachtbauwerk 1. Durch diese Druckleitung 6 gelangt das Energieträgermedium 110 in den Speicherbehälter 120, der vorliegend als eine Kammer 7 ausgebildet ist. Die Kammer 7 befindet sich am Ende des Schachtbauwerks 1 in einer vorbestimmten Tiefe. Dabei bildet die Kammer 7 mit der Trenneinrichtung 160 ein speziell ausgebildetes Reservoir zur Aufnahme des Energieträgermediums 110 aus. Das obere Speicherbecken 4 für das Energieträgermedium ist als geschlossenes Speicherbecken 4 ausgebildet. Das obere Speicherbecken 3 für das zweite Medium, zum Beispiel Glycerin, kann offen oder geschlossen ausgebildet sein und ist in Fig. 1 als geschlossenes Speicherbecken 3 ausgebildet. Die Kammer 7 ist vorliegend in Fig. 1 als speziell angefertigtes Bauwerk aus 5 Beton oder Ähnlichem ausgebildet. Andere Bauformen wie Salzkavernen oder Ähnliches sind denkbar. Mittels einer Pumpturbine 2 der Bewegungseinrichtung 130 oder einem anderem Aktuator, oder auch mittels einer von einer Turbine getrennten Pumpe, wird unter Aufwendung von elektrischer Energie das leichtere Energieträgermedium 110 vom oberen Speicherbecken 4 gegen den herrschenden Auftrieb und durch Überwindung des in die Tiefe i o anstehenden Drucks der Säule des zweiten Mediums, hier der Glycerinsäule, in das entsprechend ausgebildete untere Reservoir befördert. Durch den so bewirkten Einspeichervorgang des Energieträgermediums 110 wird das zweite Medium, hier Glycerin, in das zweite Oberbecken 3 aus dem Schacht bzw. der Kammer 7 verdrängt. Eine Einströmeinrichtung 170 soll gleichmäßige Strömungsbedingungen im Reservoir beim
15 Einspeichervorgang herstellen. Die so gespeicherte Energie des Energieträgermediums 110 steht nun als Lageenergie in der Tiefe jederzeit abrufbereit zur Verfügung, ohne dass Speicherverluste oder Ähnliches auftreten. Der so geladenen Energiespeicher weist eine Schwarzstartfähigkeit auf. Zur Rückgewinnung der elektrischen Energie wird das Energieträgermedium 110 unter Ausnutzung des (fluid-) statischen Auftriebes aus der Tiefe
20 herauf strömen und zur Stromerzeugung durch die rückwärtslaufende Pumpturbine oder die separate Turbine 2 oder einem anderen Generator in das obere Speicherbecken 4 geleitet. Um die Brand- und Entzündungsgefahr, sowie die Überalterung durch Oxidation des Energieträgerfluides und Fluid 2 zu vermeiden, wird in den Speicherbecken 3 und 4 eine Schutzatmosphäre 220 zum Beispiel mit Kohlendioxid (CO2) und/oder Stickstoff (N2)
25 und/oder Sauerstoff (O2) vorgehalten. Mittels der Überströmeinrichtung 230 kann während des Ein- und Ausspeichers die Schutzatmosphäre zwischen den Speicherbecken überströmen. Das obere Speicherbecken 3 ist zusätzlich mit einer als Kleinwasserkraftturbine ausgebildeten Turbine 8 an einem Überlauf zur Stromerzeugung durch überlaufendes zweites Medium vorgesehen. Weiter ist in Fig. 1 ein
30 Blockheizkraftwerk 9 dargestellt. Mit diesem lässt sich beispielsweise die Energie von Energieträgermedium 110 entsprechend nutzen. Zwischen den Fluiden bzw. dem Energieträgermedium 110 und dem zweiten Medium 150 ist eine Membran 180 als Trenneinrichtung vorgesehen. Die Sperreinrichtung 140 ist in Fig. 1 als ein Sperrventil ausgebildet. Das Energieträgermedium 110 ist mit einer Schutzatmosphäre 220 umgeben.
35 Die beiden Fluide 110 und 150 sind mit einer Überströmeinrichtung 230 verbunden, sodass auch das zweite Medium 150 mit der Schutzatmosphäre 220 umgeben ist.
Fig.2 zeigt schematisch in einer geschnittenen Seitenansicht eine zweite Ausführungsform (offshore) einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100. Gleiche Bezugszeichen stellen gleiche oder ähniche Bauteile dar. Die zweite Ausführungsform umfasst einen Schwimmkörper 10 mit einer Speicherkammer 11 für das Energieträgermedium 110. In dem Schwimmkörper 10 ist ein Turbinen- und Technikteil 12 vorgesehen, der im Wesentlichen dem Turbinen- und Technikteil 5 der Fig. 1 entspricht. Um die Brand- und Entzündungsgefahr, sowie die Überalterung durch Oxidation des Energieträgerfluides und Fluid 2 zu vermeiden, wird in der Speicherkammer 11 eine Schutzatmosphäre 220 zum Beispiel mit Kohlendioxid (CO2) und/oder Stickstoff (N2) und/oder Sauerstoff (O2) vorgehalten. Weiter umfasst die Vorrichtung 100 ein als Reservoir 13 ausgebildeten Speicherbehälter 120 in einer Tiefe des zweiten Mediums, hier eines Meeres. Das Reservoir 13 ist mit Ballastkörpern oder Verankerung 14 in der Tiefe festgelegt, beispielsweise an einem Meeresgrund. Dies verhindert einen ungewollten Auftrieb. Das Reservoir 13 ist zumindest teilweise aus einem flexiblen oder nachgiebigem Material, beispielsweise ähnlich einem Heißluftballon, ausgebildet. In einer anderen Ausführungsform ist das Reservoir 13 aus einer starren Halbkugel oder Kuppel ausgebildet, die vorzugsweise zumindest teilweise offen ausgebildet sind, sodass eine fluidische Verbindung des zweiten Mediums mit dem Inneren des Reservoirs 13 besteht. Bei der offenen Ausführungsform stellt das umgebende zweite Medium, hier das Meer, mit seinem Medium, hier eine Salzlösung, den Systemdruck zu Verfügung. In dem Reservoir 13 wird so lediglich das Energieträgermedium 110 vorgehalten. Das Ein- und Ausspeichern erfolgt analog zu der onshore-Ausführungsform gemäß Fig. 1. Um ein unkontrolliertes Ausströmen des Energieträgerfluides bei einem Schadensfall zu verhindern, wird eine Auffangvorrichtung 190 über dem Reservoir 13 vorgesehen. Austretendes Energieträgerfluid steigt auf und wird mittels einer Leitung wieder im Schwimmkörper aufgefangen. Auf diese Weise kann die Vorrichtung 100 in räumlicher Nähe zu Offshore- Stromerzeugern oder an Küstengewässern installiert werden. Aufgrund der größtenteils mit Meer bedeckten Fläche der Erde kann die Vorrichtung 100 nahezu überall realisieren werden.
Fig. 3 zeigt schematisch in einer geschnittenen Seitenansicht eine erste Ausführungsform (onshore) einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100, Aufbau analog zu Fig. 1, jedoch mit Wärmespeicherfunktion. Die Speicherbecken 3 und 4 sind hierzu mit einer Speicherdämmung 200 ausgeführt, um Wärmeverluste zu minimieren. Zur Wärmeübertragung an das Energieträgerfluid und/oder Fluid 2 sind Wärmetauscher 210 für das jeweilige Medium vorgesehen. Wird die Wärme nur im Energieträgerfluid bzw Energieträgermedium 110 gespeichert, sind über die Höhe des Schachtes verteilt mehrere waagrechte Schotts mit Absperreinrichtungen 240 zur Ausbildung von Kammern vorgesehen, um eine thermisch bedingte Zirkulation von Fluid 2 zu verhindern. Das Ein- und Ausspeichern erfolgt analog zu der onshore-Ausführungsform gemäß Fig. 1. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
1 Schachtbauwerk
2 Pumpe /Pumpturbine
3 Speicherbecken (zweites Medium)
4 Speicherbecken (Energieträgermedium)
5 Maschinengebäude/ Turbinen- und Technikteil
6 Druckleitung
7 Kammer
8 Turbine
9 Blockheizkraftwerk
10 Schwimmkörper
11 Speicherkammer
12 Turbinen- und Technikteil
13 Reservoir
14 Ballastkörper/Verankerung
100 Vorrichtung
110 Energieträgermedium (Fluid 1)
112 Ausgangsposition
120 Speicherbehälter
121 Speicherposition
130 Bewegungseinrichtung
140 Sperreinrichtung
150 zweites Medium (Fluid 2)
160 Trenneinrichtung
170 Einströmeinrichtung
180 Membran
190 Auffangeinrichtung
200 Speicherdämmung
210 Wärmetauscher
220 Schutzatmosphäre
230 Überströmeinrichtung
240 waagrechtes Schott mit Absperreinrichtung
F Kraft P Druck

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Speicherung eines Energieträgermediums (110), insbesondere eines Energieträgermediums (110) in flüssigem Aggregatzustand, umfassend die
5 Schritte:
Vorsehen des Energieträgermediums (110),
Vorsehen mindestens eines Speicherbehälters (120),
Bewegen des Energieträgermediums (110) in den Speicherbehälter (120), wobei in und/oder an dem Speicherbehälter (120) eine Kraft (F) bereitgestellt wird, i o insbesondere beim Speichern permanent bereitgestellt wird, die auf das in den Speicherbehälter (120) bewegte Energieträgermedium (110) einwirkt, welche geeignet ist, das Energieträgermedium (110) aus dem Speicherbehälter (120) herauszubewegen, vorzugsweise in dessen Ausgangsposition (112),
wobei eine Sperreinrichtung (140) vorgesehen wird, welche den Zufluss des 15 Energieträgermediums (110) zu dem Speicherbehälter (120) und/oder aus dem Speicherbehälter (120) sperrt bzw. freigibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
zur Bereitstellung der Kraft (F) ein zweites Medium (150), insbesondere ein flüssiges 20 Medium vorgesehen wird, welches eine Umgebungskraft, insbesondere einen Umgebungsdruck, für den Speicherbehälter (120) und/oder das Energieträgermedium (110) bereitstellt, zumindest bei geschlossener Sperreinrichtung.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
25 das zweite Medium (150) den Speicherbehälter (120) und/oder das Energieträgermedium (110) kontaktiert und so den Umgebungsdruck direkt und/oder über mindestens eine unter dem Umgebungsdruck nachgiebige Wandung des Speicherbehälters (120) auf das Energieträgermedium (110) ausübt.
30 4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei anliegendem Umgebungsdruck bei einem Öffnen der Sperreinrichtung (140) das Energieträgermedium (110) aus dem Speicherbehälter (120) ausströmt und bei Sperren der Sperreinrichtung (120) das Energieträgermedium (110) in dem Speicher (120)
35 verbleibt.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Energiegewinnungsvorrichtung wie eine Pumpturbine oder Pumpe und getrennte 40 Turbine vorgesehen wird, welche Energie des aus dem Speicherbehälter (120) ausströmenden Energieträgermediums (110) wandelt und/oder nutzt.
6. Vorrichtung (100) zur Speicherung eines Energieträgermediums (110), insbesondere eines Energieträgermediums (110) in flüssigem Aggregatzustand, umfassend Mittel zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, insbesondere umfassend:
5 das Energieträgermedium (110),
mindestens einen Speicherbehälter (120),
mindestens eine Bewegungseinrichtung (130) zum Bewegen des Energieträgermediums (110) in den mindestens einen Speicherbehälter (120), wobei in und/oder an dem mindestens einen Speicherbehälter (120) eine Kraft (F) bereitgestellt i o ist, insbesondere beim Speichern permanent bereitgestellt ist, die auf das in den Speicherbehälter (120) bewegte Energieträgermedium (110) einwirkt, welche geeignet ist, das Energieträgermedium (110) aus dem Speicherbehälter (120) herauszubewegen, vorzugsweise in dessen Ausgangsposition (112), wobei eine Sperreinrichtung (140) vorgesehen ist, mit welchem der Zufluss des
15 Energieträgermediums (110) zu dem Speicherbehälter (120) und/oder aus dem Speicherbehälter (120) sperrbar bzw. freigebbar ist.
7. Vorrichtung (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
das Energieträgermedium (110) und das zweite Medium (150) den gleichen 20 Aggregatzustand aufweisen, insbesondere beide Medien (110, 150) in einem flüssigen Aggregatzustand beim Speichern des Energieträgermediums (110) aufweisen.
8. Vorrichtung (100) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieträgermedium (110) eine geringere Dichte als das zweite Medium (150) 25 aufweist, zumindest bei geschlossener Sperreinrichtung (140), sodass das zweite Medium (150) eine Umgebungs kraft, insbesondere einen Umgebungsdruck, für den Speicherbehälter (120) und/oder das Energieträgermedium (110) bereitstellt.
9. Vorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche 6 bis 8, dadurch 30 gekennzeichnet, dass
das zweite Medium (150) den Speicherbehälter (120) und/oder das Energieträgermedium (110) kontaktiert und so den Umgebungsdruck direkt und/oder über mindestens eine unter dem Umgebungsdruck nachgiebige Wandung des Speicherbehälters (120) auf das Energieträgermedium (110) ausübt.
35
10. Vorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Energiegewinnungsvorrichtung wie eine Pumpturbine oder eine Turbine mit getrennter Pumpe vorgesehen ist, welche Energie des aus dem Speicherbehälter (120) 40 ausströmenden Energieträgermediums (110) wandelt und/oder nutzt.
PCT/DE2015/100213 2014-05-30 2015-05-29 Verfahren und vorrichtung zur speicherung eines energieträgermediums WO2015180709A1 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014008035.8 2014-05-30
DE102014008035 2014-05-30
DE102015002654.2 2015-03-03
DE102015002654.2A DE102015002654B4 (de) 2014-05-30 2015-03-03 Verfahren und Vorrichtuung zur Speicherung eines Energieträgermediums

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015180709A1 true WO2015180709A1 (de) 2015-12-03

Family

ID=54481384

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2015/100213 WO2015180709A1 (de) 2014-05-30 2015-05-29 Verfahren und vorrichtung zur speicherung eines energieträgermediums

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102015002654B4 (de)
WO (1) WO2015180709A1 (de)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017006100B4 (de) * 2017-06-22 2021-03-25 Guido Becker Pumpspeicherkraftwerk
DE102018000481A1 (de) * 2018-01-23 2019-07-25 Bernd Finkbeiner Micro - pumpspeicherwerk
US11981586B2 (en) 2018-05-11 2024-05-14 Innovator Energy, LLC Fluid displacement energy storage with fluid power transfer
US12043556B2 (en) 2020-07-17 2024-07-23 Innovator Energy, Inc Density differential desalination
US11845678B2 (en) 2018-05-11 2023-12-19 Innovatory Energy LLC Brine power
US11614066B2 (en) * 2019-05-11 2023-03-28 Innovator Energy, LLC Fluid displacement energy storage
EP3976955B1 (de) 2019-05-31 2023-09-20 thesum GmbH Mikro-pumpspeicherkraftwerk
AT17253U1 (de) * 2020-07-02 2021-10-15 Gregor Anton Ulrich Verfahren und System zum Speichern und Abgeben von elektrischer Energie sowie Verwendung hierfür
US11655793B2 (en) * 2020-07-17 2023-05-23 Innovator Energy, LLC Power generation using storage reservoirs at different elevations

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3939356A (en) 1974-07-24 1976-02-17 General Public Utilities Corporation Hydro-air storage electrical generation system
WO1993006367A1 (en) 1991-09-25 1993-04-01 Grupping Arnold A system for subterranean storage of energy
US7281371B1 (en) * 2006-08-23 2007-10-16 Ebo Group, Inc. Compressed air pumped hydro energy storage and distribution system
DE102010010701A1 (de) 2010-03-08 2011-09-08 Eisenwerk Wittigsthal Gmbh Energiespeichersystem
DE102011012261A1 (de) 2011-02-24 2012-08-30 Werner Rau Tankspeicher Kraftwerk
DE202012007690U1 (de) 2012-08-10 2012-11-15 Malte Lieske Vorrichtung zur Speicherung von Energie in Form von Druckluft in offenen und geschlossenen Gründungs- und Tragstrukturen, Schwimm- und Tauchkörpern, von Offshore Windkraftanlagen

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3939356A (en) 1974-07-24 1976-02-17 General Public Utilities Corporation Hydro-air storage electrical generation system
WO1993006367A1 (en) 1991-09-25 1993-04-01 Grupping Arnold A system for subterranean storage of energy
US7281371B1 (en) * 2006-08-23 2007-10-16 Ebo Group, Inc. Compressed air pumped hydro energy storage and distribution system
DE102010010701A1 (de) 2010-03-08 2011-09-08 Eisenwerk Wittigsthal Gmbh Energiespeichersystem
DE102011012261A1 (de) 2011-02-24 2012-08-30 Werner Rau Tankspeicher Kraftwerk
DE202012007690U1 (de) 2012-08-10 2012-11-15 Malte Lieske Vorrichtung zur Speicherung von Energie in Form von Druckluft in offenen und geschlossenen Gründungs- und Tragstrukturen, Schwimm- und Tauchkörpern, von Offshore Windkraftanlagen

Also Published As

Publication number Publication date
DE102015002654A1 (de) 2015-12-03
DE102015002654B4 (de) 2017-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015002654B4 (de) Verfahren und Vorrichtuung zur Speicherung eines Energieträgermediums
EP2776705B1 (de) Pumpspeicherkraftwerk
EP2681445B1 (de) Hydraulischer energiespeicher
DE102015104909B3 (de) Energiespeicher, Kraftwerksanlage mit Energiespeicher und Verfahren zum Betrieb desselben
CH708605A2 (de) Pumpwasserdruck-Luftpolster-Energiespeicherung mit einstellbarem über die Druckluft regulierbarem konstantem Wasserdruck für den Turbinenantrieb.
DE102011107835A1 (de) Pumpspeicherkraftwerk
WO2013000809A1 (de) Pumpspeicherkraftwerk
DE102012100981A1 (de) Unterwasserspeicher zum Speichern von vorzugsweise elektrischer Energie
WO2014072415A1 (de) Pumpspeicher-wasserkraftwerk und energieerzeugungs- und speichersystem mit einem solchen kraftwerk
DE102019118726A1 (de) Verfahren zur vorläufigen Nutzung eines zumindest teilweise errichteten unteren Reservoirs für ein Unterwasser-Pumpspeicherkraftwerk
DE102008004667A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Nutzung hydrostatischer Energie
DE102013019776B3 (de) Tiefschacht-Pumpspeicherkraftwerk (TS.PSKW)
WO2014124637A2 (de) Angenähert isotherm arbeitendes druckgasspeicherkraftwerk mit möglichkeit zum teiladiabatischen betrieb bei hohem leistungsbedarf
DE102014000811A1 (de) Hochleistungs-Pumpspeicherkraftwerk
DE102009005360B4 (de) Künstliche Landschaft und Verfahren zur Errichtung einer künstlichen Landschaft
DE102013015082A1 (de) Archimedischer Speicherpark
DE102014104675B3 (de) Windenergieanlage mit zusätzlicher Energieerzeugungseinrichtung
DE102012222610A1 (de) Energiespeichervorrichtung
DE102014004237A1 (de) Vorrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Stromes
DE102013020984A1 (de) Stahlhohlkörpersysteme als Pumpspeicherwerk
DE102016000491A1 (de) Kraftwerk zur Erzeugung von Elektrizität mit verschiedenen Flüssigkeiten
DE102016015099A1 (de) Pumpspeicherkraftwerk
DE3020213C2 (de) Vorrichtung zur Speicherung von Energie unter Ausnutzung der unterschiedlichen Dichte von Substanzen, z.B. für Luftspeicherkraftwerke oder für hydraulische Kraftwerke
DE2447246A1 (de) Einrichtung zum speichern von medien unter druck
DE102012002330B4 (de) Energiespeicher in Form eines Verdrängungsspeichers

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: 15745375

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15745375

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1