DE4139734A1 - Verfahren zur gewinnung alternativer elektro-energie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung alternativer Elektro-Energie unter Ausnutzung vor­ handener unterirdischer Hohlräume, beispielsweise stillgelegter Bergwerke.

Gegenwärtig stellt es sich als ein globales Problem dar, die Elektro-Energieerzeugung auch für einen weiteren Zeitraum unter Beachtung der immer mehr in den Vordergrund tretenden, durch die Energieerzeu­ gung hervorgerufenen Umweltbelastungen umfassend abzusichern. Alle bisher bekannten im größeren Maß­ stab Elektroenergie erzeugenden Kraftwerke, bei­ spielsweise Kohlekraftwerke, Atomkraftwerke oder auch Wasserkraftwerke, bringen neben dem großen In­ vestitionsbedarf ein nicht abschätzbares Umweltri­ siko mit sich.

Bereits in der Vergangenheit ist versucht worden, durch die Erzeugung alternativer Elektroenergie, die Energieerzeugung zu dezentralisieren und vor­ handene Naturressourcen auszunutzen. Im Ergebnis dieser Bemühungen entstanden Kraftwerke auf Basis von Sonnenenergie, Windenergie oder auch Gezeiten­ kraftwerke. Es ist hierbei nachteilig, daß aufgrund der mit diesen Primärenergiequellen verbundenen kon­ tinuierlichen Bereitstellungsprobleme noch keine einen großen Energiebedarf abdeckenden Lösungen ge­ funden wurden und diese sich noch in der großtech­ nischen Erprobungsphase befinden.

Darüber hinaus bereitet es Probleme, aufgrund des schwankenden Energiebedarfs in Schwachlastzeiten überschüssige Energie speichern zu können, um diese in Spitzenlastzeiten zusätzlich einspeisen zu kön­ nen.

Dazu ist unter anderem in der DE OS 30 20 213 die Ausnutzung unterirdischer Druckspeicher, z. B. ein ausgesohlter Salzstock, erwähnt. Es wird jedoch gleichzeitig richtigerweise nachteilig ausgeführt, daß dieser zur Speicherung von Energie in Form von eingeführter Druckluft ungeeignet sei.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren zu entwickeln, mit dem mit relativ geringem technischem Aufwand unter Ausnutzung vorhandener unterirdischer Hohlräume, z. B. stillgelegter Berg­ werke, alternative Elektroenergie erzeugt werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in diesen unterirdischen Hohlräumen eine Luft­ verdichtung derart vorgenommen wird, daß die sich komprimierende Luft vom Hohlraumende zur Aus­ trittsöffnung hin zwangsgeführt wird und dort zum Antrieb einer oder mehrerer Gasturbinen dient. Diese Luftverdichtung wird dadurch erreicht, daß in den in stillgelegten Bergwerken bereits vorhandenen Strecken und/oder Stollen nach dem Luftpumpenprin­ zip mit der Stollenwandung luftdicht abschließende Kolben geführt werden, wobei diese durch die Schub­ bewegung gegen die aus dem Bergwerksschacht beste­ hende Austrittsöffnung die Luft komprimieren.

Dort wird die Luft durch entsprechende Düsen und/oder Drosseln definiert auf die Schaufeln der die Generatoren antreibenden Gasturbinen geführt. Da stillgelegte Bergwerke in der Regel über ein weitverzweigtes Stollensystem verfügen, können erfindungsgemäß eine Vielzahl der erwähnten Kolben eingesetzt werden, die aufeinander optimal abgestimmt sein können, um z. B. beim notwendigen Zurückfahren eines Kolbens keinen Druck- und damit Leistungsabfall an der Austrittsöffnung zu erleiden.

Das gesamte System funktioniert nun auf folgende Weise.

Das gesamte Tunnel-System wird gereinigt, um Staub­ bildung weitgehend auszuschließen. Die Kolben wer­ den in die Ausgangsstellung gebracht. Wenn es mög­ lich und wirtschaftlich ist, dann werden die Hohl­ räume des gesamten Systems zunächst mit Frischluft versorgt. Das könnte über das Belüftungssystem - (Wetterführungsanlagen), das für die Bergwerke vor­ handen ist, geschehen. Vielleicht könnte auch schon über zwei Ventile, die im Düsenvorraum anzubringen wären, eine Vorverdichtung erfolgen. Das ist eine Frage des Verhältnisses der Auffüllmenge zum gege­ benen Gesamtluftmassenvolumen. Möglicherweise setzt man dieses Mittel aber auch erst dann ein, wenn ein gewisses Maß an Vorverdichtung durch das Anfahren der Anlage erreicht worden ist.

Die Anlage wird dann angefahren, und zwar so, daß erst in den Seitenschächten mit dem Schub begonnen wird, nach dem Prinzip: die geringsten und die am weitesten entfernt liegenden Hohlräume werden zu­ erst vom Verdichtungsvorgang erfaßt.

Für die Seitenräume ist dieser dann abgeschlossen, wenn die in diesen laufenden Kolben mit ihrer Vorderseite mit der Wandung der Hauptstrecke abschließen und mit ihr eine Ebene bilden. Wenn jetzt ein noch höherer Druck für die Schlußschubphase erforderlich sein sollte, dann könnte mittels Ventilpumpen noch Luft zugeführt werden. Dann wird der Hauptkolben in Bewegung gesetzt. Durch Computereinsatz ist eine exakte Steuerung des Schubes möglich und eine dement­ sprechend gleichmäßige Kraftleistung der Düse oder der Düsen. Wie gesagt, kann im Gleitsystem der Übergang zum gegenüberliegenden Drucksystem einpro­ grammiert werden. Damit wird ein hoher Stabili­ tätsgrad der Energieerzeugung gewährleistet. Auch die Drehzahl der Anlage ist auf diese Weise exakt gleichmäßig zu halten. Nachdem der Hauptkolben sei­ nen Anschlag am Düsenraum erreicht hat, ist der Leistungsvorgang im Drucksystem abgeschlossen und die Kolben werden nach Öffnung der Luftklappen zu ihren Ausgangsstellungen zurückgefahren.

Die erfindungsgemäße Erzeugung alternativer Elektro­ energie bietet eine Reihe von Vorteilen, die im folgenden zusammenfassend aufgeführt sind:

• - Sehr geringe Investitionskosten für einen hohen, langlebigen Leistungsgrad und relativ schneller Aufbau und Einsatz der neuen Anlagen.
• - Nutzbarmachung bewährter Systeme und Inanspruch­ nahme qualifizierter Fachkenntnisse des Bergbaus.
• - Sehr hohe Druckbelastungsmöglichkeiten.
• - Große Verdichtungsmassen, die eine langsame Lei­ stungsabfolge ermöglichen.
• - Möglichkeit der Anpassung des Leistungssystems an die periodisch unterschiedliche Leistungsinan­ spruchnahme. Also keine Notwendigkeit mehr Nacht­ strom anbieten zu müssen, um wenigstens einen Teil der nicht abschaltbaren Anlagen rentabel zu halten.
• - Geringer Gefährdungsgrad, daher geringe Kosten für die Sicherung der Gesamtanlage.
• - Häufig günstige Ortslage zu den Energie-Großab­ nehmern; daher geringe Stromtransportleistung.
• - Völlige Unabhängigkeit von Witterungseinflüssen.
• - Keine Gefährdung der Anlagen durch Naturkatastro­ phen, (z. B. durch Erdbeben oder Großunfälle, z. B. durch Flugzeugabstürze).
• - Keinerlei Belastung der Umwelt.
• - Einsatz von immer erneuerbarer Antriebsenergie, die nicht "verbraucht" wird.
• - Keine Lärmbelästigung.
• - Ein hoher Verwendungsgrad der von Menschenhand bereits geleisteten Arbeit, also gesamtgesell­ schaftliche Anerkennung der Lebensleistung von Generationen von Bergleuten durch Anwendung des Prinzips von der Erhaltung der Energie; daher Würdigung eines Berufsstandes auch durch den Rückgriff auf die Generationenleistung des gesam­ ten Standes.
• - Enorme Senkung der Elektro-Energiekosten, dadurch Möglichkeit der Verbilligung des Strompreises und dadurch Verbilligung aller Industrieprodukte.
• - Erhöhung der Leistungsfähigkeit der gesamten Industrie, denn die Anlagen können in vielen Bergwerken zum Einsatz kommen. Dadurch könnte Elektro-Energie in großem Umfang, also billiger als bisher, angeboten werden.
• - Schnelle Ermöglichung der Stillegung von gefähr­ lichen, umweltgefährdenden, teuren oder veral­ teten und unrentablen Kraftwerken.

Die Erfindung soll nachfolgend in einem Ausfüh­ rungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnung nä­ her erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 schematisch das erfindungsgemäße Prinzip der Luftverdichtung zur Energieerzeugung.

In Fig. 1 ist andeutungsweise ein stillgelegter Bergwerksschacht 1 mit von diesem abgehenden seit­ lichen Stollen 2 gezeigt. In den Stollen 2 sind zwangsgeführte Kolben 3 angeordnet. Innerhalb des Bergwerksschachtes 1 ist ein weiterer Kolben 4 vor­ gesehen. Oberhalb der Austrittsöffnung des Schachtes 1 ist eine Düsenanordnung 5 angeordnet, die mit einer angedeuteten Turbine 6 in Wirkverbin­ dung steht. Die Turbine 6 wiederum wirkt auf einen Generator 7.

Das Verfahren zur Elektroenergieerzeugung arbeitet nun auf folgende Weise.

Die in den Stollen 2 befindlichen Kolben 3 werden von ihrer Ausgangslage 7 in Richtung Bergwerks­ schacht 1 verfahren. Als Fortbewegungsmittel können etwa vorhandene Schienensysteme aus Bergwerkszeiten genutzt werden. Die Kolben 3 werden so lange be­ wegt, bis sie mit der Wandung 8 des Schachtes 1 ab­ schließen. Durch diese Kolbenbewegungen wird die Luft im Schacht 1 komprimiert und drängt in Rich­ tung Austrittsöffnung 9. Dort wird die komprimierte Luft durch die Düsenanordnung 5 auf die Schaufelrä­ der der Turbine 6 geführt, die wiederum den Genera­ tor 7 antreibt.

Es ist selbstverständlich, daß sich die Bewegung der einzelnen Kolben 2 abgestimmt aufeinander durchführen läßt. Es ist zum Beispiel denkbar, daß die Kolben 2 zu unterschiedlichen Zeitpunkten die Wandung 8 erreichen, um so einen kontinuierlichen Druck auf die Düsenanordnung zu gewährleisten. Die gesamte Steuerung und Regelung der Verfahrensab­ folge wird über eine Rechneranlage realisiert. Durch unterschiedliche Einstellwerte kann auf den schwankenden Energiebedarf eingegangen werden, in­ dem beispielsweise mehrere Turbinen über die Düsen­ anordnung 5 zu- bzw. abschaltbar sind. Hierzu ist dann auch der Einsatz des Kolbens 4 denkbar. Eine bevorzugte Ausführungsform beinhaltet, daß an jeden Stollen 2 eigene entsprechend geringer dimensio­ nierte Turbinen-Generator- Anlagen vorgesehen wer­ den, die je nach Bedarf in Betrieb genommen werden können.

Claims (3)

1. Verfahren zur Gewinnung von Elektroenergie un­ ter Ausnutzung vorhandener unterirdischer Hohl­ räume, beispielsweise stillgelegter Bergwerke, da­ durch gekennzeichnet, daß in den unterirdischen Hohlräumen eine Luftverdichtung derart vorgenommen wird, daß die sich komprimierende Luft vom Hohlraumende zur Austrittsöffnung hin zwangsgeführt wird und dort zum Antrieb einer oder mehrerer Tur­ binen dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in den Hohlräumen mehrere getrennt, aber aufeinander abgestimmt wirkende luftver­ dichtende Einrichtungen arbeiten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in innerhalb des unterirdischen Hohlraumes getrennt voneinander angeordneten Ein­ zelhohlräumen eine separate Luftverdichtung durch­ geführt wird und diese zur Einzelerzeugung von Elektroenergie genutzt wird.