WO2021027996A1 - System und verfahren zur speicherung und abgabe von energie - Google Patents

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WO2021027996A1
WO2021027996A1 PCT/DE2020/200064 DE2020200064W WO2021027996A1 WO 2021027996 A1 WO2021027996 A1 WO 2021027996A1 DE 2020200064 W DE2020200064 W DE 2020200064W WO 2021027996 A1 WO2021027996 A1 WO 2021027996A1
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Armin Sulzmann
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Delta Energy Gmbh & Co. Kg 1
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    • 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 system for storing and delivering energy.
  • the invention also relates to a method for operating such a system.
  • Different layered energy stores for the intermediate storage of electrical energy are known from practice. These are used, for example, for intermediate storage if there is an oversupply of electrical power in the power grid when demand is too low.
  • the energy stored by the pumped storage power plant can be fed back into the power grid in times of increased demand in order to cope with peaks in demand.
  • the function of a pumped storage power plant is based on the conversion of electrical energy into potential energy of water, in that the water is pumped up from a deep basin to a higher lying storage basin and thus the potential energy of the water is increased. To convert the potential energy of the water into electrical energy, the water is drained from the storage basin into the deeper basin and thereby drives a turbine, by means of which electrical power can be generated.
  • the efficiency of a pumped storage power plant is around 75% to 80%.
  • positional energy stores which have a cylinder-piston arrangement, the potential energy of the piston mass being increased for the intermediate storage of energy by introducing a liquid into the cylinder below the piston so that the piston mass is raised.
  • DE 102016205856 A1 only as an example.
  • Primary control reserve is activated automatically by the network operator and must be available for up to 15 minutes within 30 seconds. Secondary control power is also activated automatically and must be available within five minutes.
  • the known energy storage systems enable efficient intermediate storage of energy, but they are relatively sluggish and therefore not suitable for supplying control energy to quickly balance the network frequency.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a system for storing and releasing energy in which, with structurally simple means, rapid and efficient intermediate storage of energy and the short-term releasing of energy are possible. Furthermore, a method for operating a system for storing and delivering energy is to be specified.
  • the above object is achieved by the features of claim 1. It describes a system for storing and releasing energy, comprising at least one layer of energy storage and at least one chemical energy storage, wherein the energy storage and the chemical energy storage are operatively connected to each other, so that electrical power can be exchanged between them and where the energy storage and the chemical energy storage are ver bindable to a power grid to absorb electrical power from this and deliver electrical power to this. It has been recognized that through the structure according to the invention of at least one layered energy store and at least one chemical energy store, the system can supply at least essentially all forms of control energy (primary-secondary control power and minute reserve) to quickly balance the network frequency, which has not previously been achieved by conventional Power plants can still be done by chemical storage alone. The components of the system could be connected to implement anything from a low voltage network to a 380 kV extra high voltage network.
  • chemical storage systems can also be used to regulate the voltage in alternating voltage networks due to the practically inertial control and quick responsiveness. They can be used to control reactive power and, if necessary, can supplement static reactive power compensators in their function.
  • a system according to the invention is further advantageously capable of black start.
  • a system according to the invention could compensate for the short-term intermittency of renewable energy sources by compensating for power supply fluctuations. Alternatively or additionally, it could help bridge the build-up and waste phases when switching between electricity generation processes and provide a running reserve. Depending on the type of application, the period of time for which a bypass power supply is required varies from seconds, minutes to hours.
  • the system according to the invention could also take on an important task in terms of power supply quality by providing temporary voltage stabilization when necessary and at the same time continuously carrying out regulation functions.
  • a focus is explained here as to how battery-based energy storage technologies could help promote self-consumption of photovoltaics in networked installations. The same applies to wind, hydropower or fuel cells.
  • demand-oriented control techniques could be used. They could be an important tool for balancing load and demand in future distribution networks. With such market mechanisms, end users could take an active role in optimizing energy consumption while maximizing the return on investment of the PV system. It is conceivable that the system according to the invention makes this possible with at most a slight loss of convenience.
  • systems according to the invention are built up locally and over an area. These could thus be used to equalize the load to be covered by power plants (load smoothing) and to store excess energy, thus contributing to a technically more efficient use of conventional power plants and avoiding the curtailment of renewable energies.
  • the energy storage device could advantageously have a cylinder-piston device.
  • This could be implemented as a substantially vertically arranged cylinder-piston arrangement, the piston representing a mass to be lifted, wherein liquid can be conveyed into the cylinder below the piston by a pumping device in order to increase the potential energy of the piston mass by lifting the piston , wherein a converter device is arranged, wherein the converter device can be fed to the converter device when the piston is lowered, in order to convert at least part of the potential energy of the piston mass into electrical energy.
  • the potential energy of the piston mass increases, which is used for energy storage.
  • the piston mass is used in a clever way to store the electrical energy as potential energy.
  • the piston consists at least partially of a waste material or recycling material.
  • the waste material can be mixed with a binding agent.
  • the waste material can be slag, in particular steel slag. This can be mixed with a binding agent and then has a density of approx.
  • the slag has the further advantage that it is inexpensive as a waste material and thus the entire device is inexpensive to manufacture.
  • the piston can have several segments arranged one above the other.
  • the segments can be disk-shaped, in particular round, square, pentagonal, hexagonal, etc., be designed.
  • the segments can also have the shape of a section of a circle, in particular a semicircle.
  • the segments are advantageously removable from one another. It is conceivable that the segments have recesses and elevations that correspond to one another, so that the segments are defined and can be safely stacked on one another.
  • the segments can have a radius of 5 m to 25 m, preferably 10 m, and / or each have a weight of 40 t to 60 t, preferably 50 t.
  • the device Due to the segmented design of the piston mass, the device can be set up and maintained with relatively little effort.
  • the cylinder-piston arrangement could specifically be designed accordingly to the device described in WO 2017/174081 A1.
  • the content of document WO 2017/174081 A1 is expressly part of the disclosure provided here.
  • the chemical energy store is designed as a battery store or as a hydrogen store, in particular as a reversibly operable fuel cell.
  • the term “battery storage” is to be understood in the broadest sense in the context of the present disclosure.
  • a battery storage device can be, for example, a single primary cell or secondary cells or an interconnection of several primary cells or secondary cells.
  • the term “battery storage” should also be understood to mean an accumulator.
  • the battery storage can be a lithium manganese oxide storage battery, a lead acid storage battery, a nickel-cadmium storage battery or a sodium-sulfur storage battery. Corresponding battery storage systems are easy to manufacture and are highly efficient.
  • a local object network can be arranged to which the positional energy store and the chemical energy store are connected. An exchange of energy between the various energy stores is thus possible in a simple manner.
  • the local property network could have a network connection for connection to a power grid, so that energy can be exchanged between the local property network and the power grid.
  • the chemical energy store could be arranged spatially separate from the energy store, in particular in a separate building or container. Such a construction can considerably improve the operational safety of the system.
  • sensors for determining state parameters of the location energy store and / or the chemical energy store and / or the local object network could be arranged.
  • the control of the system and its operational safety can be improved by the measured values determined by the sensors.
  • a control device for operating the energy storage device and the chemical energy storage device could also be arranged.
  • control device could be an evaluation unit for evaluating the signals transmitted by the sensors Have power potential computer, a status evaluation unit, a communication unit for exchanging data with a higher-level system and / or an energy distribution computer for the energy storage device and the chemical energy storage device.
  • a method for operating a system for storing and delivering energy preferably according to one of claims 1 to 12, is claimed, wherein in the event of a deficit of external electrical power in a power network, electrical power is supplied from the local energy store and / or from the chemical energy store to the Power grid is delivered.
  • the chemical energy store could deliver electrical power to the power grid in order to compensate for the difference between a requested external electrical power and the electrical power delivered by the positional energy store.
  • an excess between the requested external electrical power and the electrical power given off by the energy storage device could be absorbed by the chemical storage device.
  • FIG. 1 shows, in a schematic representation, an exemplary embodiment of a system according to the invention
  • FIG. 2 in a schematic, perspective illustration of an exemplary embodiment of a positional energy store of a system according to the invention
  • FIG. 4 shows, in a further schematic representation, the power output over time according to FIG. 3,
  • FIG. 6 shows the power output over time according to FIG. 5 in a further schematic illustration.
  • Fig. 1 shows in a schematic representation an embodiment of a system according to the invention for storing and delivering energy.
  • the system has a layered energy store 1 and a chemical energy store 2.
  • the chemical energy ok is a component of FIGS. 1 to 6.
  • Storage 2 is referred to as battery storage 3, which could also be a hydrogen storage.
  • the energy storage device 1 and the battery storage device 3 are arranged in a local property network 4.
  • the local property network 4 has a network connection 5 for coupling to a power network 6. It is thus possible for electrical power to be exchanged between the energy storage device 1 and the battery storage 3 and the power network 6.
  • Sensors 7 are provided in order to determine state parameters of the energy storage device 1, the battery storage device 3 and / or the local object network 4.
  • the state parameters detected by the sensors 7 can be used by a control device 8 to operate the system.
  • it can be determined by the control device 8 whether electrical power is supplied to the energy store 1, the battery store 3 and / or the power grid 6 or whether electrical power is being supplied by one or more of these components.
  • control device 8 can have logic (software) for controlling the entire system and, for example, an evaluation unit for the state parameters measured by the sensors 7, a power potential calculator, a state evaluation, a communication unit to higher-level systems (e.g. a power grid) and have an energy distribution computer for the energy storage device 1 and / or the battery storage device 3.
  • the communication unit to a higher-level system represents the interface to external systems. From there control commands for the release or consumption of electrical power can be issued.
  • Fig. 2 shows in a schematic representation an embodiment of the energy storage device 1 of a system according to the invention for storing and releasing energy.
  • the positional energy store 1 comprises a piston 9 which is provided within a vertically arranged cylinder 10.
  • the cylinder 10 is implemented below the surface of the earth 11 and has a cylinder base 12.
  • a Receiving area 13 is provided below the cylinder base 12 .
  • a plurality of passages 14 are formed in the cylinder base 12, so that a liquid can be conveyed from the receiving area 13 via the passages 14 into the cylinder 10 below the piston 9.
  • the piston 9 can thus be raised, namely to increase the potential energy of the piston mass.
  • the receiving area 13 has a shell-shaped design and the cylinder base 12 acts as a cover for the receiving area 13.
  • the first line 16 and the inlet 15 can be closed via a valve (not shown).
  • a liquid, for example water or an oil, can be supplied to the receiving area 13 and thus also to the cylinder 10 from a reservoir 18 via the pumping device 17.
  • a converter device 19 is connected to an outlet 21 of the receiving area 13 via a second line 20.
  • the second line 20 can also be closed by a valve (not shown).
  • the electrical energy to be stored is made available to the pump device 17, and thus liquid is introduced from the reservoir 18 via the first line 16 into the receiving area 13. From the receiving area 13 the liquid flows through the passages 14 below the piston 9 into the cylinder 10.
  • the second line 20 is closed so that the piston 9 is raised by the inflowing liquid and the potential energy of the piston mass is proportional to the height difference elevated.
  • the first line 16 can be closed by means of a valve.
  • the second line 20 is opened so that the piston 9 lowers and the liquid is pressed via the second line 20 to the converter device 19 - for example a turbine.
  • the converter input is Direction 19 is driven and generates electrical energy that can be made available to the grid.
  • FIGS. 3 and 4 show an exemplary embodiment of the power curve over time of a system according to the invention and thus also serve to illustrate the method according to the invention.
  • An exemplary time sequence of feeding in or feeding out the energy or electrical power into and from both components, i.e. the energy storage device 1 and the battery storage device 3, according to the so-called symmetrical mode of operation is described below.
  • Fig. 3 with reference number 22 the electrical power provided by the energy storage device 1, with reference number 23 the electrical power provided by the battery store 3, with reference number 24 the electrical power consumed by the battery store 3, with reference number 25 total electrical power provided and with reference numeral 26 the requested electrical power is shown.
  • the energy storage device 1 starts parallel to the battery storage device 3 and both components emit a different proportion of the electrical power or control energy.
  • the fast battery storage device 3 can deliver its electrical power in conformity with the requested power and regulates its power output back again when the power output of the energy storage device 1 starts up.
  • the battery storage 3 tends to achieve a shorter time output or consumption of electrical power, but can absorb or output this electrical power relatively quickly (for example within 20 ms to 50 ms).
  • the battery storage 3 can compensate for the start-up phase 27 of the power output of the energy storage device 1 and output the electrical power to the outside (into the network) in accordance with the requested electrical power 26.
  • the battery storage 3 can compensate for this excess electrical power in the run-out phase 28 of the power output of the energy storage device 1 and the excess electrical power 24 according to the Record requested electrical power 26 to the outside (into the network). Then it is only submitted to the network according to the requirement profile.
  • the battery storage device 3 when the energy storage device 1 runs out, the battery storage device 3 is recharged and is ready for the start-up phase again after a further 15 minutes, for example. As a result, the battery storage 3 can be reduced by half or the power output can be doubled.
  • the much larger layered energy store 1 serves as a reservoir for several performance requirements in a short time.
  • FIGS. 5 and 6 show an exemplary embodiment of the power curve over time of a system according to the invention and thus also serve to illustrate the method according to the invention.
  • An example of a time-flexible feed-in or feed-out of the energy or electrical power into and from both components, i.e. the energy storage device 1 and the battery storage device 3, according to what is known as the asymmetrical mode of operation is described below.
  • 5 is the electrical power provided by the energy storage device 1 with reference number 22, the electrical power provided by the battery store 3 with reference number 23, the electrical power consumed by the battery memory 3 with reference number 24, and the total electrical power provided with reference number 25 Power and represented by reference numeral 26 the requested electrical power.
  • the energy storage device 1 and the battery storage device 3 can independently absorb or output electrical power.
  • the energy storage device 1 tends to deliver electrical power for a longer period of time, but cannot deliver it immediately.
  • the energy storage device 1 has a start-up phase 27, shown in FIG. 3, and a run-out phase 28 of the power output or power consumption.
  • the battery storage 2 tends to achieve a shorter time delivery of electrical power, but can deliver it immediately (for example within on 20ms to 50ms).
  • the battery storage can compensate for the start-up phase 27 of the power output of the energy storage device 1 and output the electrical power to the outside (into the network) in accordance with the requested electrical power 26.
  • the battery storage 3 can compensate this excess electrical power in the run-out phase 28 of the power output of the energy storage device 1 and absorb the electrical power 24 according to the requested electrical power to the outside (into the network). Then only the requested electrical power is emitted into the network.
  • the battery storage 3 is recharged over the running time and when the energy storage device 1 is running out and is ready again for the run-up phase after a further 15 minutes, for example. As a result, the battery storage 3 can be reduced by half or the power output can be doubled.
  • the much larger layered energy store 1 serves as a reservoir for several performance requirements in a short time.
  • control reserve providers can be combined to form a pool of systems according to the invention.
  • the integration of systems according to the invention is conceivable in such a pool. If a system is threatened with failure, for example due to a system according to the invention running full or empty, another system that is held back can take over the provision of control power. It should be noted that the service withheld cannot be marketed.

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Abstract

Ein System zur Speicherung und Abgabe von Energie umfassend mindestens einen Lageenergiespeicher (1) und mindestens einen chemischen Energiespeicher (2, 3), wobei der Lageenergiespeicher (1) und der chemische Energiespeicher (2, 3) miteinander wirkverbunden sind, so dass elektrische Leistung zwischen diesen austauschbar ist und wobei der Lageenergiespeicher (1) und der chemischen Energiespeicher (2, 3) mit einem Stromnetz (6) verbindbar sind, um von diesem elektrische Leistung aufzunehmen und elektrische Leistung an dieses abzugeben. Des Weiteren ist Verfahren zum Betrieb eines Systems zur Speicherung und Abgabe von Energie angegeben.

Description

SYSTEM UND VERFAHREN ZUR SPEICHERUNG UND ABGABE
VON ENERGIE
Die Erfindung betrifft ein System zur Speicherung und Abgabe von Energie. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Systems.
Aus der Praxis sind unterschiedliche Lageenergiespeicher zur Zwischen speicherung von elektrischer Energie vorbekannt. Diese dienen bspw. zur Zwischenspeicherung, wenn bei einer zu geringen Nachfrage ein Überangebot an elektrischer Leistung im Stromnetz besteht. Die durch das Pumpspeicherkraftwerk gespeicherte Energie kann in Zeiten erhöhter Nachfrage in das Stromnetz zurück gespeist werden, um somit Nachfragespitzen abzufangen.
Die Funktion eines Pumpspeicherkraftwerks beruht auf der Umwandlung von elektrischer Energie in potentielle Energie von Wasser, indem das Wasser von einem Tiefbecken in ein höher liegendes Speicherbecken heraufgepumpt und somit die potentielle Energie des Wassers erhöht wird. Zur Umwandlung der potentiellen Energie des Wassers in elektrische Energie wird das Wasser von dem Speicherbecken in das tiefer gelegene Tiefbecken abgelassen und treibt dabei eine Turbine an, mittels welcher elektrische Leistung erzeugbar ist. Der Wirkungs grad eines Pumpspeicherkraftwerks liegt bei ca. 75% bis 80%.
Des Weiteren sind Lageenergiespeicher vorbekannt, die eine Zylinder-Kolben- Anordnung aufweisen, wobei zur Zwischenspeicherung von Energie die potentielle Energie der Kolbenmasse erhöht wird, indem eine Flüssigkeit unterhalb des Kolben in den Zylinder eingebracht wird, so dass die Kolbenmasse angehoben wird. Lediglich beispielhaft wird hierzu auf die DE 102016205856 A1 verwiesen.
Im Stromnetz müssen die Erzeugung und der Verbrauch von Strom jederzeit übereinstimmen, damit die Netzfrequenz konstant bleibt. Bei der Stromerzeugung kann es jedoch zu unvorhergesehenen Abweichungen gegenüber den prognostizierten Werten kommen, beispielsweise durch ungeplante Kraftwerks ausfälle oder Leistungsschwankungen erneuerbarer Energien. Gleiches gilt für die Strom nachfrage. In Deutschland sind die Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) dafür verantwortlich, solche unvorhergesehenen Abweichungen auszugleichen. Dazu halten sie positive und negative Regelleistung in drei verschiedenen Qualitäten (Primärregelleistung (PRL), Sekundärregelleistung (SRL) und Minutenreserve leistung) vor und setzen sie im Bedarfsfall kurzfristig ein. Die Regel leistungssegmente unterscheiden sich sowohl in technischer Hinsicht als auch in Bezug auf ihr Abrufprinzip und ihre Abrechnungsmodalitäten.
Primärregelleistung wird automatisch vom Netzbetreiber aktiviert und muss innerhalb von 30 Sekunden für bis zu 15 Minuten zur Verfügung stehen. Sekundärregelleistung wird ebenfalls automatisch aktiviert und muss innerhalb von fünf Minuten zur Verfügung stehen.
Die bekannten Lageenergiespeicher ermöglichen zwar eine effiziente Zwischen speicherung von Energie, jedoch sind diese relativ träge und somit nicht dazu geeignet Regelenergie zum schnellen Ausgleich der Netzfrequenz zu liefern.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System zur Speicherung und Abgabe von Energie anzugeben, bei dem mit konstruktiv einfachen Mitteln eine schnelle und effiziente Zwischenspeicherung von Energie sowie die kurzfristige Abgabe von Energie möglich ist. Des Weiteren soll ein Verfahren zum Betrieb eines Systems zur Speicherung und Abgabe von Energie angegeben werden.
In Bezug auf das System wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Darin ist ein System zur Speicherung und Abgabe von Energie beschrieben, umfassend mindestens einen Lageenergiespeicher und mindestens einen chemischen Energiespeicher, wobei der Lageenergiespeicher und der chemische Energiespeicher miteinander wirkverbunden sind, so dass elektrische Leistung zwischen diesen austauschbar ist und wobei der Lage energiespeicher und der chemischen Energiespeicher mit einem Stromnetz ver bindbar sind, um von diesem elektrische Leistung aufzunehmen und elektrische Leistung an dieses abzugeben. Es ist erkannt worden, dass durch den erfindungsgemäßen Aufbau aus mindestens einem Lageenergiespeicher und mindestens einem chemischen Energiespeicher durch das System zumindest im Wesentlichen alle Formen von Regelenergie (Primär-Sekundärregelleistung und Minutenreserve) zum schnellen Ausgleich der Netzfrequenz geliefert werden können, was bisher weder durch konventionelle Kraftwerke noch durch chemische Speicher alleine geleistet werden kann. Die Komponenten des Systems könnten zur Realisierung von einem Niederspannungsnetz bis hin zu einem 380-kV-Höchstspannungsnetz verbunden sein.
Dabei ist weiterhin erkannt worden, dass chemische Energiespeicher, beispielsweise Batteriespeicher unter anderem schneller und präziser eingreifen können als ein gängiger Lageenergiespeicher oder mehrere Lageenergiespeicher und Probleme mit schlagartigen Leistungsabfällen zuverlässig gelöst werden können. Generell sind wichtige Kennzahlen von Speicherkraftwerken die Leistung und die Speicherkapazität. Letztere gibt an, welche Menge an Energie der Speicher aufnehmen kann. Das erfindungsgemäße System kann in idealer Weise zur Erbringung von Systemdienstleistungen dienen. Eine Anwendung im kleineren Rahmen kann die Netzstabilisierung in Stromnetzen mit ungenügender Regel leistung sein. Ein weiterer, wesentlicher Anwendungsbereich kann der Ausgleich von Erzeugung und Verbrauch sein, insbesondere der Leistungsausgleich von nicht nachfragorientierten erneuerbaren Energiequellen wie Wind- und Solar stromkraftwerken. Neben Regelleistung können chemische Speicher, insbe sondere Batteriespeicher, aufgrund der praktisch trägheitslosen Steuerung und schnellen Reaktionsfähigkeit auch zur Spannungsregulierung in Wechsel spannungsnetzen eingesetzt werden. Sie können dabei der Steuerung der Blindleistung dienen und können ggf. statische Blindleistungskompensatoren in deren Funktion ergänzen. Außerdem ist ein erfindungsgemäßes System in weiter vorteilhafter Weise schwarzstartfähig.
Ein weiterer Vorteil von chemischen Energiespeichern, insbesondere von Batterie speichern, sind die für energietechnische Systeme extrem kurzen Regelzeiten und Startzeiten. Beispielsweise ist denkbar, dass im Bereich von 20 ms ein chemischer Energiespeicher eines erfindungsgemäßen Systems auf Volllast betreibbar ist, da keine mechanisch zu bewegenden Massen vorhanden sind. Damit können diese Systeme nicht nur zur Abdeckung von Spitzenleistung im Minutenbereich dienen, sondern auch zur Dämpfung von kurzfristigen Oszillationen im Sekundenbereich, bei an den Kapazitätsgrenzen betriebenen elektrischen Energienetzen. Diese Instabilitäten äußern sich in Spannungs schwankungen mit Perioden bis zu einigen 10 Sekunden und können sich in ungünstigen Fällen zu hohen Amplituden aufschwingen, welche zu überregionalen Stromausfällen führen können. Dem können ausreichend stark dimensionierte erfindungsgemäße Systeme entgegenwirken.
Weiterhin ist es denkbar, dass ein erfindungsgemäßes System die kurzfristige Intermittenz erneuerbarer Energiequellen kompensieren könnte, indem es Stromversorgungsschwankungen ausgleicht. Alternativ oder zusätzlich könnte es zur Überbrückung der Aufbau- und Abfallphasen beim Wechsel zwischen Stromer zeugungsverfahren beitragen und eine mitlaufende Reserve bereitstellen. Je nach Art der Anwendung variiert der Zeitraum, für den eine Überbrückungsstrom versorgung erforderlich ist, zwischen Sekunden, Minuten bis zu Stunden.
Das erfindungsgemäße System könnte auch eine wichtige Aufgabe bei der Strom versorgungsqualität übernehmen, indem es bei Bedarf für eine vorübergehende Spannungsstabilisierung sorgt und gleichzeitig kontinuierlich Regulierungs funktionen ausführt. Als Beispiel sei hier ein Schwerpunkt erläutert, wie batterie basierte Energiespeichertechnologien helfen könnten, den Photovoltaik-Eigen- verbrauch in vernetzten Installationen zu fördern. Ähnlich verhält sich dies mit Wind, Wasserkraft oder Brennstoffzellen. Das bedeutet in der Praxis, dass eine „Zeitverschiebung“ erfolgen muss: Die tagsüber mit einer Leistungsspitze am Mittag produzierte PV-Energie muss zu allen Zeiten nach Bedarf zur Verfügung stehen. Dadurch wird sowohl der lokale Verbrauch maximiert als auch die Effizienz der PV-Anlage erhöht. Nur überschüssige Energie wird dann in das Netz eingespeist, die dem Besitzer der PV-Anlage unter Umständen während der Zeiträume mit Spitzenverbrauch mit einem höheren Tarif vergütet wird.
Durch die Implementierung von intelligenter Messtechnik und Echtzeitpreisbildung könnten nachfrageorientierte Steuerungstechniken eingesetzt werden. Sie könnten ein wichtiges Werkzeug für den Ausgleich von Last und Nachfrage in zukünftigen Verteilungsnetzen darstellen. Bei derartigen Marktmechanismen könnten Firmen als Endverbraucher eine aktive Rolle bei der Optimierung des Energieverbrauchs übernehmen und gleichzeitig die Kapitalrendite der PV-Anlage maximieren. Es ist denkbar, dass das erfindungsgemäße System dies mit allenfalls geringfügigen Einbußen beim Leistungskomfort ermöglicht.
Weiterhin ist es denkbar, dass erfindungsgemäße Systeme lokal und flächen deckend aufgebaut werden. Diese könnten somit zur Vergleichsmäßigung der durch Kraftwerke zu deckenden Last (Lastglättung) sowie zur Speicherung der Energieüberschüsse genutzt werden und so zu einem technisch effizienteren Einsatz der konventionellen Kraftwerke sowie der Vermeidung des Abregelns erneuerbarer Energien beitragen.
In vorteilhafter Weise könnte der Lageenergiespeicher eine Zylinder-Kolben- Einrichtung aufweisen. Dieser könnte als im Wesentlichen vertikal angeordnete Zylinder-Kolben-Anordnung realisiert sein, wobei der Kolben eine zu hebende Masse darstellt, wobei von einer Pumpeinrichtung Flüssigkeit in den Zylinder unterhalb des Kolbens förderbar ist, um die potentielle Energie der Kolbenmasse durch Anheben des Kolbens zu erhöhen, wobei eine Wandlereinrichtung angeordnet ist, wobei der Wandlereinrichtung bei einem Absenken des Kolbens die im Zylinder befindliche Flüssigkeit zuführbar ist, um zumindest einen Teil der potentiellen Energie der Kolbenmasse in elektrische Energie umzuwandeln. Durch das Anheben des Kolbens erhöht sich die potentielle Energie der Kolbenmasse, was zur Energiespeicherung genutzt wird. Folglich wird in raffinierter Weise die Kolbenmasse genutzt, um die elektrische Energie als potentielle Energie zu speichern. Die gesamte Vorrichtung baut extrem klein, wenn der Kolben aus einem Material mit einer hohen Dichte hergestellt ist, da nämlich die potentielle Energie proportional zu der angehobenen Masse ist, so dass bereits bei einem relativ geringen Höhenunterschied ausreichend potentielle Energie der Kolben masse vorliegt. Es ist somit insbesondere möglich, zumindest den Zylinder unterirdisch anzuordnen, um Eingriffe in die Landschaft auf ein Mindestmaß zu reduzieren. Des Weiteren ist die benötigte Flüssigkeitsmenge gering, so dass das Flüssigkeitsreservoir relativ klein dimensioniert sein kann. In vorteilhafter Weise besteht der Kolben zumindest teilweise aus einem Abfallstoff bzw. Recyclingstoff. Der Abfallstoff kann dabei mit einem Bindemittel versetzt sein. In idealer Weise kann es sich bei dem Abfallstoff um Schlacke, insbesondere um Stahlschlacke, handeln. Diese kann mit einem Bindemittel versetzt werden und weist sodann eine Dichte von ca. 5000 kg/m3 auf, was in etwa dem Fünffachen der Dichte von Wasser (ca. 1.000 kg/m3) entspricht. Neben der hohen Dichte hat die Schlacke den weiteren Vorteil, dass diese als Abfallstoff preiswert ist und somit die gesamte Vorrichtung günstig in der Herstellung ist.
Um die Konstruktion und somit den Aufbau der Vorrichtung möglichst einfach auszugestalten, kann der Kolben mehrere übereinander angeordnete Segmente aufweisen. Die Segmente können scheibenförmig, insbesondere rund, viereckig, fünfeckig, sechseckig etc., ausgebildet sein. Beispielsweise können die Segmente auch die Form eines Kreisausschnittes, insbesondere eines Halbkreises, auf weisen. In vorteilhafter Weise sind die Segmente voneinander abnehmbar. Dabei ist denkbar, dass die Segmente miteinander korrespondierende Ausnehmungen und Erhebungen aufweisen, so dass die Segmente definiert und sicher auf einander stapelbar sind. Im Konkreten können die Segmente einen Radius von 5 m bis 25 m, vorzugsweise von 10 m, und/oder jeweils ein Gewicht von 40 t bis 60 t, vorzugsweise von 50 t, aufweisen. Durch die segmentierte Ausgestaltung der Kolbenmasse kann die Vorrichtung mit relativ geringem Aufwand errichtet und gewartet werden. Die Zylinder-Kolben-Anordnung könnte im Konkreten ent sprechend der in der WO 2017/174081 A1 beschriebenen Vorrichtung ausgebildet sein. Der Inhalt des Dokuments WO 2017/174081 A1 ist ausdrücklich Teil der hier vorliegenden Offenbarung.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der chemische Energiespeicher als Batterie speicher oder als Wasserstoffspeicher, insbesondere als reversible betreibbare Brennstoffzelle, ausgebildet ist. Der Begriff „Batteriespeicher“ ist im Rahmen der vorliegenden Offenbarung im weitesten Sinne zu verstehen. Ein Batteriespeicher kann beispielsweise eine einzelne Primärzelle oder Sekundärzellen oder eine Zusammenschaltung von mehreren Primärzellen oder Sekundärzellen sein. Insbesondere ist unter dem Begriff „Batteriespeicher“ auch ein Akkumulator zu verstehen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann es sich bei dem Batteriespeicher um einen Lithium-Manganoxid-Akkumulator, einen Bleisäure-Akkumulator, einen Nickel-Cadmium-Akkumulator oder einen Natrium-Schwefel-Akkumulator handeln. Entsprechende Batteriespeicher sind einfach herzustellen und weisen eine hohe Effizienz auf.
In vorteilhafter Weise kann ein lokales Objektnetz angeordnet sein, mit dem der Lageenergiespeicher und der chemische Energiespeicher verbunden sind. Somit ist auf einfache Weise ein Austausch von Energie zwischen den verschiedenen Energiespeichern möglich. Zusätzlich könnte das lokale Objektnetz einen Netzanschluss zur Verbindung mit einem Stromnetz aufweisen, so dass Energie zwischen dem lokalen Objektnetz und dem Stromnetz austauschbar ist.
In weiter vorteilhafter Weise können mehrere chemische Energiespeicher und/oder mehrere Lageenergiespeicher angeordnet sein. Somit könnte je nach Bedarf Energie bzw. elektrische Leistung zwischen den verschiedenen Energie speichern und ggf. einem Stromnetz austauschbar sein, nämlich je nach aktuellem Bedarf.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung könnte der chemische Energiespeicher räumlich getrennt von dem Lageenergiespeicher angeordnet sein, insbesondere in einem separaten Gebäude oder Container. Durch eine solche Konstruktion kann die Betriebssicherheit des Systems erheblich verbessert werden.
In weiter vorteilhafter Weise könnten Sensoren zur Bestimmung von Zustands parametern des Lageenergiespeichers und/oder des chemischen Energie speichers und/oder des lokalen Objektnetzes angeordnet sein. Durch die von den Sensoren ermittelten Messwerten kann die Steuerung des Systems sowie dessen Betriebssicherheit verbessert werden. Hierzu könnte zusätzlich eine Steuerein richtung zum Betrieb des Lageenergiespeichers und des chemischen Energie speichers angeordnet sein.
In besonders vorteilhafter Weise könnte die Steuereinrichtung eine Auswerte einheit zur Auswertung der von den Sensoren übermittelten Signale, einen Leistungspotentialrechner, eine Zustandsbewertungseinheit, eine Kommuni kationseinheit zur Austausch von Daten mit einem übergeordneten System und/oder einen Energie-Verteilrechner für den Lageenergiespeicher und den chemischen Energiespeicher aufweisen.
In Bezug auf das Verfahren wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch die Merkmale von Anspruch 13 gelöst. Damit ist ein Verfahren zum Betrieb eines Systems zur Speicherung und Abgabe von Energie, vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 12, beansprucht, wobei bei einem Defizit externer elektrische Leistung in einem Stromnetz von dem Lageenergiespeicher und/oder von dem chemischen Energiespeicher elektrische Leistung an das Stromnetz abgegeben wird.
Die voranstehend in Bezug auf das erfindungsgemäße System beschriebenen Merkmale können verfahrensmäßig ausgestaltet sein. Folglich können diese Merkmale und die damit erzielten Vorteile ausdrücklich Teil des erfindungsge mäßen Verfahrens sein.
In vorteilhafter Weise könnte bei einem Überschuss an externer elektrischer Leistung in einem Stromnetz von dem Lageenergiespeicher und/oder von dem chemischen Energiespeicher externe elektrische Leistung von dem Stromnetz aufgenommen werden.
In besonders vorteilhafter Weise könnte, insbesondere während einer Anlauf phase, der chemische Energiespeicher elektrische Leistung an das Stromnetz abgeben, um die Differenz zwischen einer angeforderten externen elektrischen Leistung und der von dem Lageenergiespeicher abgegebenen elektrischen Leistung zu kompensieren. Alternativ oder zusätzlich könnte, insbesondere während einer Auslaufphase, ein Überschuss zwischen der angeforderten externen elektrischen Leistung und der von dem Lageenergiespeicher abge gebenen elektrischen Leistung von dem chemischen Speicher aufgenommen werden. Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Anspruch 1 und dem Anspruch 13 nachgeordneten Ansprüche und anderer seits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems,
Fig. 2 in einer schematischen, perspektivischen Darstellung ein Aus führungsbeispiel eines Lageenergiespeichers eines erfindungsge mäßen Systems,
Fig. 3 eine beispielhafte zeitliche Leistungsabgabe eines erfindungsge mäßen Systems,
Fig. 4 in einer weiteren schematischen Darstellung die zeitliche Leistungs abgabe gemäß Fig. 3,
Fig. 5 eine weitere beispielhafte zeitliche Leistungsabgabe eines er findungsgemäßen Systems, und
Fig. 6 in einer weiteren schematischen Darstellung die zeitliche Leistungs abgabe gemäß Fig. 5.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems zur Speicherung und Abgabe von Energie. Das System weist einen Lageenergiespeicher 1 und einen chemischen Energie speicher 2 auf. In der Beschreibung der Fig. 1 bis 6 wird der chemische Energie- io
Speicher 2 als Batteriespeicher 3 bezeichnet, wobei es sich dabei auch um einen Wasserstoffspeicher handeln könnte.
Der Lageenergiespeicher 1 und der Batteriespeicher 3 sind in einem lokalen Objektnetz 4 angeordnet. Das lokale Objektnetz 4 verfügt über einen Netzan schluss 5, zur Kopplung an ein Stromnetz 6. Somit ist es möglich, dass elektrische Leistung zwischen dem Lageenergiespeicher 1 und der Batteriespeicher 3 und dem Stromnetz 6 ausgetauscht wird.
Um Zustandsparameter des Lageenergiespeichers 1, des Batteriespeicher 3 und/oder des lokalen Objektnetzes 4 zu bestimmen, sind Sensoren 7 vorgesehen. Die von den Sensoren 7 erfassten Zustandsparameter können von einer Steuereinrichtung 8 zum Betrieb des Systems genutzt werden. Insbesondere kann von der Steuereinrichtung 8 bestimmt werden, ob dem Lageenergiespeicher 1, dem Batteriespeicher 3 und/oder dem Stromnetz 6 elektrische Leistung zugeführt oder von einem bzw. mehreren dieser Komponenten elektrische Leistung abge führt wird.
Mit anderen Worten kann die Steuereinrichtung 8 eine Logik (Software) zur Steuerung des gesamten Systems aufweisen und beispielsweise eine Aus werteeinheit für die von dem Sensoren 7 gemessenen Zustandsparameter, einen Leistungspotentialrechner, eine Zustandsbewertung, eine Kommunikationseinheit zu übergeordneten Systemen (bspw. einem Stromnetz) sowie einen Energie- Verteilrechner für den Lageenergiespeicher 1 und/oder den Batteriespeicher 3 aufweisen. Die Kommunikationseinheit zu einem übergeordneten System stellt die Schnittstelle zu externen Systemen dar. Von dort aus können Steuerbefehle zur Freigabe oder Aufnahme von elektrischer Leistung erteilt werden.
Fig. 2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel des Lageenergiespeichers 1 eines erfindungsgemäßen Systems zum Speichern und Abgeben von Energie. Der Lageenergiespeicher 1 umfasst einen Kolben 9, der innerhalb eines vertikal angeordneten Zylinders 10 vorgesehen ist. Der Zylinder 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel unterhalb der Erdoberfläche 11 realisiert und weist einen Zylinderboden 12 auf. Unterhalb des Zylinderbodens 12 ist ein Aufnahmebereich 13 vorgesehen. Des Weiteren sind in dem Zylinderboden 12 mehrere Durchgänge 14 ausgebildet, so dass eine Flüssigkeit von dem Auf nahmebereich 13 über die Durchgänge 14 in den Zylinder 10 unterhalb des Kolbens 9 förderbar ist. Somit ist der Kolben 9 anhebbar, nämlich zur Erhöhung der potentiellen Energie der Kolbenmasse.
Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Aufnahmebereich 13 schalen förmig ausgebildet und wirkt der Zylinderboden 12 als Deckel für den Aufnahme bereich 13.
An dem Aufnahmebereich 13 ist weiterhin ein Zulauf 15 vorgesehen, der über eine erste Leitung 16 mit einer Pumpeinrichtung 17 verbunden ist. Die erste Leitung 16 bzw. der Zulauf 15 sind über ein nicht dargestelltes Ventil verschließbar. Über die Pumpeinrichtung 17 kann dem Aufnahmebereich 13 und somit auch dem Zylinder 10 aus einem Reservoir 18 eine Flüssigkeit - bspw. Wasser oder ein Öl - zugeführt werden.
Des Weiteren ist eine Wandlereinrichtung 19 über eine zweite Leitung 20 mit einem Ablauf 21 des Aufnahmebereichs 13 verbunden. Die zweite Leitung 20 kann ebenfalls über ein nicht dargestelltes Ventil verschlossen werden.
Um elektrische Energie zu speichern wird der Pumpeinrichtung 17 die zu speichernden elektrische Energie zur Verfügung gestellt und somit Flüssigkeit aus dem Reservoir 18 über die erste Leitung 16 in den Aufnahmebereich 13 eingebracht. Von dem Aufnahmebereich 13 strömt die Flüssigkeit über die Durchgänge 14 unterhalb des Kolbens 9 in den Zylinder 10. Die zweite Leitung 20 ist dabei verschlossen, so dass der Kolben 9 durch die einströmende Flüssigkeit angehoben wird und sich die potentielle Energie der Kolbenmasse proportional zu der Höhendifferenz erhöht. Sobald der Kolben 9 die gewünschte Höhe erreicht hat, kann die erste Leitung 16 mittels eines Ventils verschlossen werden. Um die potentielle Energie der Kolbenmasse wieder in elektrische Energie zu überführen, wird die zweite Leitung 20 geöffnet, so dass sich der Kolben 9 absenkt und die Flüssigkeit über die zweite Leitung 20 zu der Wandlereinrichtung 19 - beispielsweise eine Turbine - presst. Über die Flüssigkeit wird die Wandlerein- richtung 19 angetrieben und erzeugt elektrische Energie, die dem Netz zur Ver fügung gestellt werden kann.
Die Fig. 3 und 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel des zeitlichen Leistungsverlaufs eines erfindungsgemäßen Systems und dienen somit auch zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Eine beispielhafte zeitliche Abfolge von Ein oder Ausspeisung der Energie bzw. elektrischen Leistung in und aus beiden Komponenten, d.h. dem Lageenergiespeicher 1 und dem Batteriespeicher 3, gemäß der sog. symmetrischen Fahrweise ist nachstehend beschrieben. Dabei ist in Fig. 3 mit Bezugszeichen 22 die von dem Lageenergiespeicher 1 bereitgestellte elektrische Leistung, mit Bezugszeichen 23 die von dem Batteriespeicher 3 bereitgestellte elektrische Leistung, mit Bezugszeichen 24 die von dem Batterie speicher 3 aufgenommene elektrische Leistung, mit Bezugszeichen 25 gesamte bereitgestellte elektrische Leistung und mit Bezugszeichen 26 die angeforderte elektrische Leistung dargestellt.
1.) Der Lageenergiespeicher 1 startet parallel zum Batteriespeicher 3 und beide Komponenten geben einen unterschiedlichen Anteil der elektrischen Leistung bzw. Regelenergie ab.
2.) Dabei kann der schnelle Batteriespeicher 3 seine elektrische Leistung konform zur angeforderten Leistung abgeben und regelt mit dem Hochlaufen der Leistungsabgabe des Lageenergiespeichers 1 seine Leistungsabgabe wieder zurück.
3.) Es entsteht eine Anlaufphase 27 und Auslaufphase 28 der elektrischen
Leistungsabgabe oder Leistungsaufnahme der beiden Komponenten.
4.) Der Batteriespeicher 3 erzielt tendenziell eine zeitlich kürzere Abgabe oder Aufnahme von elektrischer Leistung, kann diese elektrische Leistung aber relativ schnell aufnehmen oder abgeben (beispielsweise innerhalb von 20ms bis 50ms). Der Batteriespeicher 3 kann die Anlaufphase 27 der Leistungsabgabe des Lageenergiespeichers 1 kompensieren und die elektrische Leistung entsprechend der angeforderten elektrischen Leistung 26 nach außen (ins Netz) abgeben.
5.) der Batteriespeicher 3 kann in der Auslaufphase 28 der Leistungsabgabe des Lageenergiespeicher 1 diese überschüssige elektrische Leistung kompensieren und die überschüssige elektrische Leistung 24 entsprechend der angeforderten elektrischen Leistung 26 nach außen (ins Netz) aufnehmen. Ins Netz wird dann nur noch entsprechend dem Anforderungsprofil abgeben.
Hervorzuheben ist, dass im Auslaufen des Lageenergiespeichers 1 der Batteriespeicher 3 wieder geladen wird und beispielweise nach weiteren 15 Minuten wieder für die Hochlaufphase bereitsteht. Hierdurch kann der Batterie speicher 3 auf die Hälfte reduziert werden oder die Leistungsabgabe verdoppelt werden. Der viel größere Lageenergiespeicher 1 dient als Reservoir für mehrere Leistungsanforderungen in kurzer Zeit.
Die Fig. 5 und 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel des zeitlichen Leistungsverlaufs eines erfindungsgemäßen Systems und dienen somit auch zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Eine beispielhafte zeitlich flexible Ein- oder Ausspeisung der Energie bzw. elektrischen Leistung in und aus beiden Komponenten, d.h. dem Lageenergiespeicher 1 und dem Batteriespeicher 3, gemäß der sog. asymmetrischen Fahrweise ist nachstehend beschrieben. Dabei ist in Fig. 5 mit Bezugszeichen 22 die von dem Lageenergiespeicher 1 bereitge stellte elektrische Leistung, mit Bezugszeichen 23 die von dem Batteriespeicher 3 bereitgestellte elektrische Leistung, mit Bezugszeichen 24 die von dem Batterie speicher 3 aufgenommene elektrische Leistung, mit Bezugszeichen 25 gesamte bereitgestellte elektrische Leistung und mit Bezugszeichen 26 die angeforderte elektrische Leistung dargestellt.
1.) Der Lageenergiespeicher 1 und dem Batteriespeicher 3 können unabhängig elektrische Leistung aufnehmen oder abgeben.
2.) Während eine Komponenten, d.h. der Lageenergiespeicher 1 oder der Batteriespeicher 3, elektrische Leistung abgibt, kann die andere Komponente elektrische Leistung aufnehmen.
3.) Der Lageenergiespeicher 1 erzielt tendenziell eine zeitlich längere Abgabe von elektrischer Leistung, kann diese aber nicht sofort abgeben. Der Lageenergiespeicher 1 weist eine in Fig. 3 dargestellte Anlaufphase 27 und eine Auslaufphase 28 der Leistungsabgabe oder Leistungsaufnahme auf.
4.) Der Batteriespeicher 2 erzielt tendenziell eine zeitlich kürzere Abgabe von elektrischer Leistung, kann diese aber sofort abgeben (beispielsweise innerhalb on 20ms bis 50ms). Der Batteriespeicher kann die Anlaufphase 27 der Leistungsabgabe des Lageenergiespeichers 1 kompensieren und die elektrische Leistung entsprechend der angeforderten elektrischen Leistung 26 nach außen (ins Netz) abgeben.
5.) Der Batteriespeicher 3 kann in der Auslaufphase 28 der Leistungsabgabe des Lageenergiespeichers 1 diese überschüssige elektrische Leistung kompensieren und die elektrische Leistung 24 entsprechend der angeforderten elektrischen Leistung nach außen (ins Netz) aufnehmen. Ins Netz wird dann nur noch entsprechend der angeforderten elektrischen Leistung abgegeben.
Hervorzuheben ist, dass hier über die Laufzeit und im Auslaufen des Lage energiespeichers 1 der Batteriespeicher 3 wieder geladen wird und beispielsweise nach weiteren 15 Minuten wieder für die Hochlaufphase bereit steht. Hierdurch kann auch hier der Batteriespeicher 3 auf die Hälfte reduziert werden oder die Leistungsabgabe verdoppelt werden. Der viel größere Lageenergiespeichers 1 dient als Reservoir für mehrere Leistungsanforderungen in kurzer Zeit.
Des Weiteren können Regelleistungserbringer zu einem Pool von erfindungs gemäßen Systemen zusammengeschlossen werden. In so einem Pool ist die Integration von erfindungsgemäßen Systemen denkbar. Droht der Ausfall einer Anlage, beispielsweise durch das Voll- oder Leerlaufen eines erfindungsgemäßen Systemens, kann eine weitere zurückgehaltene Anlage die Erbringung von Regelleistung übernehmen. Dabei ist zu beachten, dass die zurückgehaltene Leistung nicht vermarktet werden kann.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vor richtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die bei gefügten Ansprüche verwiesen.
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend be schriebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken. Bezugszeichenliste
1 Lageenergiespeicher
2 chemischer Energiespeicher
3 Batteriespeicher
4 Objektnetz
5 Netzanschluss
6 Stromnetz
7 Sensoren
8 Steuereinrichtung
9 Kolben 0 Zylinder 1 Erdoberfläche 2 Zylinderboden 3 Aufnahmebereich 4 Durchgang 5 Zulauf 6 erste Leitung 7 Pumpeinrichtung 8 Reservoir 9 Wandlereinrichtung 0 zweite Leitung 1 Ablauf 2 bereitgestellte Leistung (Lageenergiespeicher) 3 bereitgestellte Leistung (Batteriespeicher) 4 aufgenommene Leistung (Batteriespeicher) 5 Leistung (gesamt) 6 Leistung (angefordert) 7 Anlaufphase 8 Auslaufphase

Claims

A n s p r ü c h e
1. System zur Speicherung und Abgabe von Energie umfassend mindestens einen Lageenergiespeicher (1) und mindestens einen chemischen Energie speicher (2, 3), wobei der Lageenergiespeicher (1) und der chemische Energie speicher (2, 3) miteinander wirkverbunden sind, so dass elektrische Leistung zwischen diesen austauschbar ist und wobei der Lageenergiespeicher (1) und der chemischen Energiespeicher (2, 3) mit einem Stromnetz (6) verbindbar sind, um von diesem elektrische Leistung aufzunehmen und elektrische Leistung an dieses abzugeben.
2. System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Lageenergie speicher (1) eine Zylinder-Kolben-Einrichtung aufweist.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der chemische Energiespeicher (2, 3) als Batteriespeicher (3) oder als Wasserstoff speicher, insbesondere als reversible betreibbare Brennstoffzelle, ausgebildet ist.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Batteriespeicher (3) um einen Lithium-Manganoxid-Akkumulator, einen Bleisäure-Akkumulator, einen Nickel-Cadmium-Akkumulator oder einen Natrium-Schwefel-Akkumulator.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein lokales Objektnetz (4) angeordnet ist, mit dem der Lageenergiespeicher (1) und der chemische Energiespeicher (2, 3) verbunden sind.
6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das lokale Objektnetz (4) einen Netzanschluss (5) zur Verbindung mit einem Stromnetz (6) aufweist.
7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere chemische Energiespeicher (2, 3) und/oder mehrere Lageenergie speicher (1) angeordnet sind.
8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der chemische Energiespeicher (2, 3) räumlich getrennt von dem Lageenergie speicher (1) angeordnet ist, insbesondere in einem separaten Gebäude oder Container.
9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren (7) zur Bestimmung von Zustandsparametern des Lageenergie speichers (1) und/oder des chemischen Energiespeichers (2, 3) und/oder des lokalen Objektnetzes (4) angeordnet sind.
10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (8) zum Betrieb des Lageenergiespeichers (1) und des chemischen Energiespeichers (2, 3) angeordnet ist.
11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (8) eine Auswerteeinheit zur Auswertung von den Sensoren (7) übermittelten Signale, einen Leistungspotentialrechner, eine Zustandsbe wertungseinheit, eine Kommunikationseinheit zur Austausch von Daten mit einem übergeordneten System und/oder einen Energie-Verteilrechner für den Lage energiespeicher (1) und den chemischen Energiespeicher (2, 3) aufweist.
12. Verfahren zum Betrieb eines Systems zur Speicherung und Abgabe von Energie, vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei bei einem Defizit externer elektrische Leistung in einem Stromnetz (6) von dem Lage energiespeicher (1) und/oder von dem chemischen Energiespeicher (2, 3) elektrische Leistung (22, 23) an das Stromnetz (6) abgegeben wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Überschuss an externer elektrischer Leistung in einem Stromnetz (6) von dem Lageenergiespeicher (1) und/oder von dem chemischen Energiespeicher (2, 3) externe elektrische Leistung (24) von dem Stromnetz (6) aufgenommen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere während einer Anlaufphase (27), der chemische Energiespeicher (2,
3) elektrische Leistung (23) an das Stromnetz (6) abgibt, um die Differenz zwischen einer angeforderten externen elektrischen Leistung (26) und der von dem Lageenergiespeicher (1) abgegebenen elektrischen Leistung (22) zu kompensieren.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere während einer Auslaufphase (28), ein Überschuss (24) zwischen der angeforderten externen elektrischen Leistung (26) und der von dem Lageenergiespeicher (1) abgegebenen elektrischen Leistung von dem chemischen Speicher (2, 3) aufgenommen wird.
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