AT16742U1

AT16742U1 - Massespeicher als Energiespeicher

Info

Publication number: AT16742U1
Application number: ATGM62/2019U
Authority: AT
Inventors: Heller Sylvester
Original assignee: Heller Sylvester
Priority date: 2019-06-13
Filing date: 2019-06-13
Publication date: 2020-07-15

Abstract

Vorrichtung zur Speicherung von Energie aus nicht grundlastfähigen Energiequellen und auftretenden Überschüssen aus Stromnetzen mittels mehreren Gewichten (1). Während ein Gewicht (1) über ein Getriebe (2) und/oder einen Flaschenzug (3) von einem Elektromotor (4) an Seilen, Bändern oder Ketten (5) angehoben wird, steht die potentielle Energie von je nach Bedarf einem Gewicht oder mehreren Gewichten zur Rückgewinnung durch einen jeweils eigenen Elektromotor (6) zur Verfügung.

Description

Beschreibung

[0001] Redundanter universeller Massespeicher zur Speicherung von Energie aus nicht grundlastfähigen Energiequellen und auftretenden UÜberschüssen aus Stromnetzen mittels mehreren Gewichten (1). Während eines über ein Getriebe (2) und/oder einen Flaschenzug (3) von einem Elektromotor (4) an Seilen, Bändern oder Ketten (5) angehoben wird, steht die potentielle Energie von je nach Bedarf einem Gewicht oder mehreren Gewichten zur Rückgewinnung durch einen jeweils eigenen Elektromotor (6) zur Verfügung.

[0002] Die Erfindung betrifft Massespeicher, die auch als Lageenergiespeicher bezeichnet werden, zur Speicherung und bedarfsgerechter Abgabe von jeglicher Energie, die zum Zeitpunkt der Erzeugung nicht benötigt wird.

[0003] Die meiste Energie, die nicht zielgerichtet dann produziert werden kann, wenn sie gebraucht wird, ist Energie aus nicht grundlastfähigen Quellen. Als Formen der Energiegewinnung die nicht grundlastfähig sind bezeichnet man solche, deren Energieausbeute von nicht steuerbaren Faktoren wie Windstärke oder Intensität der Sonneneinstrahlung abhängig ist. Um mit diesen eine bedarfsgerechte Versorgung gewährleisten zu können, muß die Energie gespeichert werden, und jederzeit nach Bedarf zu entnehmen sein.

[0004] Die bekanntesten Anlagen dieser Art sind Pumpspeicher. Diese benötigen jedoch unverantwortliche Eingriffe in Landschaften und Natur. Außerdem sind sie nur dort möglich, wo die nötige Topographie und ausreichend Wasser vorhanden sind. Es geht aber in Zukunft vorrangig um die Speicherung von Wind- und Solarstrom möglichst nahe an den bevölkerungsreichen Regionen, und diese sind meist nicht in der Nähe von Stauwerken oder aufgelassenen Bergwerken. Hydraulische Massespeicher, die Gewichte mittels Hydrauliköl oder Wasser anheben, und zur Rückgewinnung der Energie die jeweilige Flüssigkeit ablassen, und über eine Turbine Strom erzeugen, benötigen ein Hydrauliksystem, das aufgrund der hohen Materialbelastung durch den extremen Druck, der auf dem System lastet, extrem wartungsintensiv und anfällig ist.

[0005] Bei dem hier beschriebenen Massenspeicher wird ein Gewicht hoher Dichte, meist Fels oder Blei, entweder in Form von massiven stapelbaren Platten, zum Beispiel Ausgleichsgewichten von Staplern oder Kränen, oder als Granulat oder Flüssigkeit in Behältern, mechanisch mittels Untersetzungsgetrieben und/oder Flaschenzügen angehoben, das aufgrund seiner wesentlich höheren Masse wesentlich kleiner sein kann als die Wassermenge eines Pumpspeicherwerkes, um die produzierte Energie zu speichern, und hat auch einen höheren Wirkungsgrad.

[0006] Die Umsetzung ist sowohl oberirdisch, zB in den Türmen, die für Windkraftanlagen ohnedies nötig sind, und nur verstärkt werden müssten, um das zusätzliche Gewicht des Speichers tragen zu können, oder in Aufzugsschächten, als auch teilweise oberirdisch und unterirdisch, zB in Häusern mit Unterkellerung an einer Außenwand hinter einer Verkleidung, aber auch unterirdisch in Schächten möglich. Wenn an Berghängen eine vertikale Anlage nicht möglich ist, ist auch eine schräge Ausführung als Standseilbahn, oder als Zahnradbahn, mit Stromabnehmern wie sie von U-Bahnen bekannt sind, möglich.

[0007] Dies ist praktisch überall und in jeder Größe umsetzbar, und wird bald für die dezentrale Energieerzeugung eine zentrale Rolle spielen.

[0008] Im Gegensatz zu Massespeichern wie bei DE102005051929A1 beschrieben, gibt es keine Probleme beim Umschalten von der Speicherung auf die Entnahme, aufgrund der Verwendung von zwei oder mehr Gewichten mit jeweils einem eigenen Motor, der bei der Entnahme auch als Generator dient. Daher kann auf einen Wechselrichter und Akkus oder Stromentnahme aus dem Netz für Hilfsenergie im Umschaltmoment verzichtet werden. Wenn der zu ladende Speicher seine maximale Höhe erreicht, oder der Speicher aus dem Energie entnommen wird leer ist, hält der Speicher der geladen wird an, der angeschlossene Motor wechselt die Drehrichtung und beginnt so Energie abzugeben. Sobald dieser die benötigte Leistung liefert, wird er an das zu versorgende Netz geschaltet, und der andere Speicher gleichzeitig

abgehängt, um wieder aufgeladen zu werden. So entsteht auch Redundanz, weil im Falle des Ausfalls einer Speichereinheit auf eine andere zurückgegriffen werden kann. Auch für Wartungsarbeiten und Reparaturen kann eine Einheit kurzfristig stillgelegt werden, während andere weiter in Betrieb bleiben können.

[0009] Viele bisher vorgestellte Massespeicher sind auf bestehende Anlagen wie zB Minenschächte angewiesen, und zielen ausschließlich auf die zentrale Speicherung großer Mengen elektrischer Energie, sie werden ausschließlich für bestimmte Anwendungen oder bestimmte Arten der Energiegewinnung entwickelt. Das sind auch die Gründe, weshalb ähnliche Anlagen, obwohl sie schon länger bekannt sind, niemand oder fast niemand baut: sie sind, ganz im Gegensatz zum hier beschriebenen Verfahren, zu wenig flexibel, zu aufwändig zu errichten oder von Voraussetzungen an Topographie oder bestehende Anlagen abhängig, die es kaum wo gibt.

[0010] Weitere Redundanz kann für die Gesamtversorgung erreicht werden, durch die Kombination kleiner lokaler Speicher mit größeren regionalen Speichern, die Uberschüsse der lokalen Speicher aufnehmen. So können als Ergänzung zum Hauptnetz eigeständige regionale Netze entstehen, die bei Ausfällen des Hauptnetzes von diesem getrennt werden, und so die weitere Stromversorgung der Region eigeständig sicherstellen können.

[0011] Der hier vorgestellte Lageenergiespeicher (Massenspeicher) ist ein Konzept, mit dem Strom aus beliebigen Quellen in beliebiger Menge über beliebige Zeiträume gespeichert und ganz nach Bedarf wieder zur Verfügung gestellt werden kann. Lageenergie ist grundlastfähig, das heißt in planbarer Menge bei beliebig regelbarer Spannung verfügbar. Bei nicht grundlastfähigen Energieerzeugungsformen wie Wind- und Solarstrom fallen nicht nur in der Regel in kurzer Zeit hohe Energiemengen an, die aber meist zu ganz anderen Zeiten benötigt werden, es gibt auch naturgemäß immer Schwankungen bei der Windstärke und der Stärke der Sonneneinstrahlung.

[0012] Wenn mehrere Speicher zur Verfügung stehen, kann immer einer aufgeladen werden, während ein anderer die gespeicherte Energie ohne Schwankungen und Nachbearbeitung, also grundlastfähig, abgibt. Die Menge an Energie die gespeichert werden kann ist abhängig von der Hubhöhe, der Anzahl und Masse der verwendeten Gewichte, der Leistungsfähigkeit der Motoren, der Belastbarkeit von Materialien wie zB Seilen oder Gurten, die auf einander abgestimmt werden müssen, und lokalen Begebenheiten wie der Tragfähigkeit des Untergrundes oder dem Vorhandensein von Schächten.

[0013] Hier ist eine Rechnung mit einem Wassertank in 30m Höhe. Die Zahlen habe ich für das Beispiel willkürlich angenommen.

3m x 3m x 3m Wassertank, das sind 27 Tonnen Wasser, die man anheben kann.

In Joule: 30m * 9.81 * 27000 = 8.1 Megajoule, d.h. ca. 2 Kilowattstunden.

[0014] Reibungsverluste müssen abgezogen werden, sind aber im Vergleich der Verluste bei zB Pumpspeicherwerken, deren Wirkungsgrad unter 50% liegt, wesentlich geringer.

[0015] Eine 4 kWh Anlage kann im Schnitt drei Haushalte versorgen. Macht man diese Rechnung mit Granit (Dichte 2,8) oder Stapler- oder Krangewichten (Dichte 8) oder billigem Bleierz (Dichte 7,6) oder gar reinem Blei (Dichte 11,3) statt Wasser und zwei Blöcken in der benötigten Größe, die in einem 15m Turm hängen, der beispielsweise für ein Windrad sowieso gebraucht wird, sieht die Bilanz ganz anders aus. Je höher die Dichte des verwendeten Mediums, desto kompakter ist natürlich das Gewicht. Da ist dann nurmehr die Frage, wieviel man ausgeben will, Gold hat Dichte 19,32.

Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Speicherung und bedarfsgerechter Abgabe von jeglicher Energie, die zum Zeitpunkt der Erzeugung nicht benötigt wird, gekennzeichnet dadurch, dass die zu speichernde Energie Elektromotoren (4) + (6) antreibt, die mittels Untersetzungsgetrieben (2) die Lageenergie mehrerer Massen (1) erhöhen.

2. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 ist gekennzeichnet dadurch, dass die Massen (1) durch die Erdbeschleunigung nach unten gezogen werden, wodurch die gespeicherte Energie wieder entnommen, und zur Stromerzeugung genutzt werden kann.

3. Die Vorrichtung nach Anspruch 2 ist gekennzeichnet dadurch, dass die Massen (1) von Seilen, Bändern oder Ketten (6) angehoben und abgesenkt werden, die an der Achse aufund abgewickelt werden.

4. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 ist gekennzeichnet durch den Einsatz von Untersetzungsgetrieben, die sowohl Getriebe an Achsen (2) als auch Flaschenzüge (3) oder eine Kombination von beidem sein können, die Leistungsfähigkeit der Motoren (4) + (6) auf das verwendbare Gewicht abstimmen.

5. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 ist gekennzeichnet durch die Redundanz, die durch die Verwendung von mehr als einem Gewicht mit einem jeweils eigenen Motor mit dazugeh6rigem Untersetzungsgetriebe sichergestellt wird.

6. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 ist gekennzeichnet durch die Möglichkeit, die speicherbare Strommenge durch die Variabilität von Gewicht, Hubhöhe und Untersetzung dem jeweiligen Bedarf anpassen zu können.

7. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 ist gekennzeichnet durch die Verwendung von Motoren (4) + (6), die bei der Energieentnahme als Generatoren fungieren.

8. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 ist gekennzeichnet durch die Verwendbarkeit zur Speicherung von Energieüberschüssen sowohl von eigenen Anlagen als auch aus lokalen, regionalen oder überregionalen Versorgungsnetzen.

9. Die Vorrichtung nach Anspruch 2 ist gekennzeichnet dadurch, dass die Massen (1) aus festen, flüssigen oder granularen Medien bestehen können, die gestapelt oder in Behälter gefüllt werden können.

10. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 ist gekennzeichnet durch die Möglichkeit lokale, regionale und überregionale Speicher zu kombinieren, und so redundante, eigenständige Versorgungsstrukturen einzurichten.

11. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 ist gekennzeichnet durch die Möglichkeit, bei geeigneter Topographie die Anlagen auch als Standseilbahnen oder Zahnradbahnen zu konstruieren.

12. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 ist gekennzeichnet dadurch, dass sowohl vorhandene Strukturen wie stillgelegte Minenschächte, als auch eigens angelegte Strukturen genutzt werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen