DE2321533C2

DE2321533C2 - Anlage zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie

Info

Publication number: DE2321533C2
Application number: DE2321533A
Authority: DE
Inventors: Georges Alfred Paris Rigollot
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-05-03
Filing date: 1973-04-27
Publication date: 1983-01-20
Also published as: US3895493A; DE2321533A1; SE389536B; FR2183340A5

Description

35

Die Erfindung bezieht sich a··^f eine Anlage zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der Literaturstelle DE-Z. »Energie«. Jahrgang 8. Nr. 4, 15.4.1956. Seiten 118 bis 124 sowie nach den Abbildungen der Seite 121 sind Anlagen der eingangs genannten Art bekannt. Bei den bekannten Anlagen zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie kommt bei der Rückgewinnung der in Form von Druckgas bztj. Druckluft in dem unten liegenden Gleichdruckspeicher gespeicherten Energie bei der Verbindung des Gleichdruckspeichers mit der Entspannungsturbine als Entspannungsarbeitsmaschine das in den Gleichdruckspeicher eindringende Wasser mit dem gespeicherten komprimierten Gas mit der Luft in Berührung, so daß sich ein Teil der Luft im Wasser löst. Bei Temperaturen von etwa 0⁰C löst sich etwa 0.1 Liter Luft pro 1 Liter Wasser bis zur Sättigung. Daher kann sich etwa ein Zehntel der maximal im Gleichdruckspeicher in Form von Druckgas gespeicherten Energie im Wasser lösen. Wird dann zur Speicherung von Energie Druckgas in den Gleichdruckspeicher geleitet, so wird hierbei Wasser aus dem Gleichdruckspeicher verdrängt, das das gelöste Gas bzw. die gelöste Luft enthält. Dieses die gelöste Luft enthaltende Wasser steigt über den Wasserverdrängungskanal zu dem hochgelegenen Wasservorrat nach oben. Infolge der hierbei auftretenden Druckabnahme wird die gelöste Luft aus dem verdrängten Wasser wieder freigesetzt, so daß man im Wasserverdrängungskanal einen starken Aufstrom *>5 feststellt, der von der Strömungsmenge des verdrängten Wassers abhängig ist. Im unten liegenden Gleichdruck-SDcicher läßt sich daher nicht mehr unabhängig von den Betriebsbedingungen der Anlage der Druck konstant halten. Das Freisetzen der im Wasser gelösten Luft und das schnelle Aufsteigen der Luft ist in Form einer Fontäne sichtbar, die ihre Ursache in einer spontan aufwärtsgerichteten Wasserbewegung hau Durch das Freisetzen der Luft wird der Gleichdruckspeicher schnell entleert, wodurch Druckschwankungen im Gleichdruckspeicher verursacht werden, die Stöße bei der Durchströmung der Anlage zur Folge haben.

Die Auswirkungen der zuvor geschilderten Erscheinung sind von der Größe des Strömungsdurchtrittsquerschnitts des Wasserverdrängungskanals derart abhängig, daß bei größerem Strömungsdurchtrittsquerschnitt die Auswirkungen geringer werden. In Fig. 5 der Literaturstelle DE-Z. isr unter c) eine Ausführungsform angegeben, bei der der Wasserverdrängungskanal in Form eines Schachts mit einem sehr großen Querschnitt ausgebildet isL Nach einer solchen Auslegung sind die nachteiligen Auswirkungen bedingt durch das Lösen des Druckgases bzw. der Druckluft im Wasser vernachlässigbar. Bei einer solchen Anlage muß aber der Nachteil hinsichtlich der hohen Herstellungskosten für einen solchen Schacht in Kauf genommen werden. Um möglichst günstige Herstellungskosten zu erreichen, versucht man daher, den Strömungsdurchtrittsquerschnitt des Wasserverdrängungskanals möglichst klein zu wählen, so daß man Rohre verwenden kann, wie dies in Fig. 5 bei den Ausführungsforme.i a und d der Literaturstelle angegeben ist. Bei der Verwendung von im Durchtrittsquerschnitt relativ klein bemessenen Wasserverdrängungskanälen verstärken sich aber die nachteiligen Auswirkungen, die durch die Lösung und Freisetzung des Gases im Wasser verursacht werden. Aus herstellungstechnischen und wirtschaftlichen Gründen nimmt man daher bei derartigen Anlagen zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie den Nachteil in Kauf, daß sich der Druck im unten liegenden Gleichdruckspeicher nicht mehr konstant halten läßt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die nachteiligen Auswirkungen des Lösens und Freisetzens von Druckluft im Wasser bei Anlagen zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie zu verhindern.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Anlage ist der vorgesehene zusätzliche Kanal auch mit dem hochgelegenen Wasservorrat verbunden und daher mit Wasser gefüllt das in gelöster Form wenig Luft enthält. Das gelöste Luft enthaltende Wasser, das aus dem unten liegenden Gleichdruckspeicher über den Wasserverdrängungskanal mit relativ hoher Geschwindigkeit einströmt und in liiesem Wasserverdrängungskanal hochsteigt, zieht daher Wasser aus diesem zusätzlichen Kanal ab. so daß man eine nach unten gerichtete Wasserströmung erhält. In diesem Bereich tritt daher ein Wassergegenstrom auf, der dem Effekt der Freisetzung der gelösten Luft im Wasser entgegenwirkt, so daß sich sowohl Druckstöße als auch eine sehr schnelle Entlterung des Gleichdruckspeichers vermeiden lassen.

Die bei der erfindungsgemäßen Anlage vorgesehene einseitig wirkende Verbindungseinrichtung ermöglicht, daß die Wasserströmung nur von dem zusätzlichen Kanal zum Wasserverdrängungskanal durchgeleitet wird und in Gegenrichtung eine Sperrung vorhanden ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin

zeigt

Fig. 1 eine scheraatische Ansicht einer Anlage zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie,

Fi g. 2 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der in F i g. 1 vorgesehenen einseitig wirkenden Verbindungseinrichtung, und

Fig.3 eine schematische Ansicht der einseitig wirkenden Verbindungseimiehtung, die in Form eines Einweg-Klappenventils ausgebildet ist

Die in F i g. 1 gezeigte Anlage zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie weist einen unten liegenden bzw. unterirdischen Gleichdruckspeicher 10 auf, der über eine Leitung 12 in Form eines Rohres mit einer Entspannungsarbeitsmaschine als Energieerzeugungseinrichtung verbunden ist, die einen Kompressor 14, der von einem Motor 16 angetrieben wird und eine Turbine 18 umfaßt, die einen Wechselstromgenerator antreibt, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel auch vom Motor 16 gebildet wird.

Der Gleichdruckspeicher 10 ist über einen Wasserverdrängungskanal 20 mit einem hochgelegenen Wasservorrat 22 in Form eines Sees verbunden. D&r Wasserverdrängungskanal 20 verläuft in einem Schacht 24, der zum Bau des Gleichdruckspeichers 10 erstellt wurde. Der Gleichdruckspeicher 10 steht mit dem Schacht 24 über einen Zugangstunnel 26 in Verbindung. Der Gieichdruckspeicher 10 ist aber von dem Schacht 24 durch den dichten Verschluß 28 getrennt Der Wasserverdrängungskanal 20 und der Schacht 24 münden an ihrer Oberseite in den hochgelegenen jo Wasservorrat 22.

Bei der in Fig. 1 gezeigten schematischen Darstellung ist der Strömungsdurchtrittsquerschnitt des Wasserverdrängungskanals 20 bezogen auf die Abmessungen des Schachts 24 stark vergrößert und der Schacht 24 bezogen auf die Abmessungen des Gleichdruckspeichers 10 ebenfalls vergrößert dargestellt

Der zusätzliche Kanal 23 erstreckt sich vom hochgelegenen Wasservorrat 22 wenigstens bis zum unteren Teil des Wasserverdrängungskanals 20 und er ist mit dem unteren Teil des Wasserverdrängungskanals 20 über eine einseitig wirkende Verbindungseinrichtung 30 verbunden, deren Wirkungsweise unter Bezugnahme auf F i g. 2 näher erläutert wird.

Eine Ausführungsform dieser einseitig wirkenden Verbindungseinrichtung 30 ist in F i g. ' näher gezeigt.

F i g. 2 zeigt eine Schnittansicht durch den Schacht 24 in Höhe der einseitig wirkenden Verbindungseinrichtung 30, und mit ungeradzahligen Ziffern versehene Pfeile erläutern die Wirkungsweise dieser einseitig wirkenden Verbindungseinrichtung 30, die an die Wände des Wasserverdrängungskanals 20 angebaut ist Das aus dem Gleichdruckspeicher 10 verdrängte Wasser beginnt in Höhe der einseitig wirkenden Verbindungseinrichtung 30 bei der nach oben gerichteten Strömung in dem Wasserverdrängungskanal 20 Gas freizusetzen, wie dies mit einem Pfeil 21 angedeutet ist. In dieser Höhe bewirkt der Druckunterschied, der zwischen der Wassersäule im Innern des Wasserverdrängungskanals 20 und der Wassersäule zwischen dem Wasserverdrängungskanal 20 und dem Schacht 24 vorhanden ist, und der Dichteunterschied des leichteren, in gelöster Form Luft enthaltenden Wassers in dem Wasserverdrängungskanal 20, und des wenig lufthaltigen, aus dem hochgelegenen Wasservorrat 22 kommenden Wassers, daß eine Kraft erzeugt wird, die in Richtung eines Pfeils 25 auf die Klappen 32 der einseitig wirkenden Verbindungseinrichtung 30 wirkt Die Klappen 32 öffnen sich daher proportional mit dieser in Richtung des Pfeils 25 wirkenden Ki&it und ein Strom wenig lufthaltigen Wassers dringt über deti zusätzlichen Kanal 23 infolge des Druckunterschiedes in den Wasserverdrängungskanal 20 ein. Dieser eindringende Wasserstrom ist umso größer, je größer der nach oben gerichtete Strom des in gelöster Form Luft enthaltenden Wassers in dem Wasserverdrängungskanal 20 ist, so daß sich eine Selbstregulierung einstellt

In Fig. 3 ist als Beispiel für diese einseitig wirkende Verbindungseinrichtung 30 ein Einweg-Klappenventil gezeigt wobei der Wasserverdrängungskanal 20 im Bereich der einseitig wirkenden Verbindungseinrichtung 30 einen rechteckigen Querschnitt hat Das Einweg-Klappenventil als einseitig wirkende Verbindungseinrichtung 30 hat Klappen 32, die schwenkbar auf Lagerlaschen 34 gelagert sind, die am oberen Bereich der Öffnungen an den Wänden des Wasserverdrängungskanals angebracht sind. Selbstverständlich lassen sich auch andere Formen von Ventilklappen verwenden. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform wird die einseitig wirkende Verbindungseinrichtung 30 von einer ringförmigen Unterbrechung des Wasserverdrängungskanals 20 gebildet, wobei der obere Teil des Wasserverdrängungskanals 20 in seinem unteren Bereich trichterartig erweitert is» und der untere ^Teil in diesen trichterartig erweiterten Teil ragt. Über diese trichterartige Erweiterung wird das gelöste Luft enthaltende Wasser beim Hochsteigen in den unteren Teil geleitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

J. Anlage zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie, mit einem untenliegenden Gleichdruckspeicher, der durch eine Leitung mit einer Druckgasquelle oder einer Entspannungsarbeitsmaschine verbindbar ist und über einen Wasserverdrängungskanal mit einem hoch gelegenen Wasservorrat in Verbindung steht, dessen Volumen wesentlich größer als jenes des untenliegenden Speichers ist, wobei das Wasser im Gleichdruckspeicher Gas in gelöster Form enthält, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Kanal (23), der sich vom Wasservorrat (22) wenigstens bis zum unteren Teil des Wasserverdrängungskanals (20) erstreckt und is der mit dem unteren Teil des Wasserverdrängungskanals (20) über eine einseitig wirkende Verbindungseinrichtung (30) zum Durchleiten einer Wasserströmung vom Kanal (23) in den Wasserverdrängungskanal (20) verbunden ist
2. Anlag«" nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einseitig wirkende Verbindungseinrichtung (30) von Einweg-Klappenventilen gebildet wird.
3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einseitig wirkende Verbindungseinrichtung (30) durch eine ringförmige Unterbrechung im Wasserverdrängungskanal (26) gebildet wird, wobei der obere Teil des Wasserverdrängungskanals (20) in seinem unteren Bereich trichterartig erweitert ist und der untere Teil in diesen Trichter ragt