DE102012011739A1 - Wasserkraft-Energiespeicher - Google Patents

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Abstract

Wasserkraft-Energiespeicher mit mindestens einem oberen Speicher (1), mindestens einem unteren Speicher (2) und mindestens einem die beiden Speicher miteinander verbindenden Strömungsweg (3), innerhalb dessen mindestens eine Wasserturbine (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsweg (3) im Schacht eines Bergwerks, insbesondere eines Steinkohlebergwerks angeordnet ist.

Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wasserkraft-Energiespeicher zur Speicherung und Umwandlung der potenziellen Energie von Wasser in elektrische Energie, mit mindestens einem oberen Speicher, mindestens einem unteren Speicher und mindestens einem die beiden Speicher miteinander verbindenden Strömungsweg, innerhalb dessen mindestens eine Wasserturbine angeordnet ist.
  • Aus der Gebrauchsmusterschrift DE 202 21 214 U1 ist ein Wasserkraftwerk bekannt. Diese Erfindung verfolgt das Ziel, die Wasserkraft unabhängig von der natürlichen Geländetopographie nutzbar zu machen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Wasserkraftwerk eine blockartige bauliche Einheit bildet, indem der obere und der untere Speicher, sowie der Strömungsweg durch Hohlräume eines geschlossenen Bauwerks gebildet sind. Diese Bauweise des Wasserkraftwerks hat den Vorteil flexibel zu sein, was die Lokalisierung von Wasserkraftwerken angeht. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass die Flexibilität mit einem extrem hohen baulichen Aufwand erkauft werden muss.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wasserkraft-Energiespeicher mit niedrigem baulichen Aufwand und großem Energieinhalt bereitzustellen, welcher überschüssige Energie in Stromversorgungsnetzen zwischenspeichern und kurzfristig auftretenden Leistungsbedarf in Stromversorgungsnetzen abdecken kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung
  • Der erfindungsgemäße Wasserkraft-Energiespeicher hat demgegenüber den Vorteil, dass weitestgehend bereits vorhandene Einrichtungen eines stillgelegten Bergwerks z. B. eines Steinkohlebergwerks an der Ruhr oder Saar, zum Aufbau des Wasserkraft-Energiespeichers benutzt werden. Dadurch kann der bauliche Aufwand stark reduziert werden. Die großen Abbautiefen z. B. im saarländischen Steinkohlebergbau von bis zu 1.500 m ermöglichen große Wasser Fallhöhen und somit große Potenzialdifferenzen, so dass ein Energiespeicher mit großem Energieinhalt realisierbar ist.
  • Der Anteil an erneuerbaren Energien oder auch regenerativen Energien an der Energieversorgung in Deutschland nimmt rapide zu. Im Jahr 2010 betrug der Anteil der erneuerbaren Energien noch ca. 9% bis 2050 soll dieser Anteil auf 50% anwachsen. Neben Wasserkraftanlagen haben Windenergieanlagen und Photovoltaik Anlagen, bei denen aus Sonnenlicht direkt elektrische Energie erzeugt wird, einen sehr großen Anteil an den erneuerbaren Energien. Nachteilig ist, dass diese Anlagen nur dann elektrischen Strom liefern, wenn entweder der Wind weht oder die Sonne scheint. Bei idealen Wetterverhältnissen wird heute bereits mehr regenerative Energie erzeugt als temporär benötigt wird. Dies führt zum Teil dazu, dass Anlagen abgeschaltet werden müssen und dadurch umweltfreundliche Energiequellen nicht voll ausgeschöpft werden können. Um das Problem der nicht konstanten Verfügbarkeit von Wind- und Sonnenenergie zu lösen, werden dezentrale Energiespeicher mit großem Energieinhalt benötigt, deren Energieinhalt sehr schnell zur Verfügung stehen kann. Der erfindungsgemäße Wasserkraft-Energiespeicher erfüllt diese Aufgabe und lässt sich mit vergleichsweise niedrigem Aufwand realisieren, da in sehr großem Umfang auf vorhandene Einrichtungen z. B. eines Steinkohlebergwerks zurückgegriffen wird.
  • Ein weiterer Vorteil der Gewinnung von elektrischem Strom aus einem Wasserkraft-Energiespeicher ist die gute Regelbarkeit der Energieerzeugung. Wasserkraft-Energiespeicher können bei einem kurzfristig auftretenden Leistungsbedarf nahezu verzögerungsfrei ans Netz gehen, weshalb sie zur Abdeckung von Spitzenlasten besonders gut geeignet sind.
  • Ein Wasserkraft-Energiespeicher nutzt zur Erzeugung von elektrischem Strom die jeweilige Potenzialdifferenz zwischen einem Oberwasser und einem Unterwasser. Dabei ist der Wirkungsgrad bei der Umwandlung der Lageenergie der Wassermasse im Oberwasser in elektrische Energie vergleichsweise hoch, d. h. dieser liegt bei ca. 80%. Der theoretisch maximale Energieinhalt des Wasserkraft-Energiespeichers ergibt sich als Produkt der Wassermasse „m” [kg] im Oberwasser mit der Erdbeschleunigung „g” [~9,81 m/s2] mit der Fallhöhe „h” [m] des Wassers. Das bedeutet, dass der Energieinhalt linear von der Wassermenge und auch linear von der Fallhöhe abhängig ist. Da Steinkohlebergwerke z. B. an der Saar bis zu 1.500 m tief sind, lassen sich sehr große Fallhöhen und somit große Energieinhalte realisieren. Der Energieinhalt 1 kg·m2/s2 entspricht 1 Joule (1 J). Eine Kilowattstunde (1 kWh) Energie entspricht 3600 kJ oder 3,6 MJ. Bei einer Wassermenge von 200 m3 und einer Fallhöhe vom 1000 m können kurzfristig über 5000 kWh zur Verfügung gestellt werden.
  • Jedes Bergwerk, benötigt eine Wasserhaltung. Aus dem unterirdischen Gebirge fließt stetig Wasser in die Grubenbaue. Dieses Wasser wird auf der untersten Sohle des Bergwerks und auch im Schachtsumpf gesammelt. Ein Teil läuft auf natürlichem Wege dorthin, teilweise wird es auf höheren Sohlen bereits in Sümpfen gesammelt. Aus den Sümpfen wird das Wasser regelmäßig nach über Tage hoch gepumpt und dort über Leitungen in den nächsten Vorfluter eingeleitet. Die Pumpen für die Wasserhaltung sind sehr leistungsfähig und in der Regel in einer Pumpenkammer in der Nähe des Schachtsumpfs untergebracht. Die Bergwerkseinrichtungen zur Wasserhaltung sind in vielen Fällen auch in bereits stillgelegten Bergwerken noch aktiv. Dies ist notwendig, da die Bergwerke eines Abbaugebietes bzw. ehemaligen Abbaugebiets meist unterirdisch miteinander verbunden sind und eine Überflutung des benachbarten Bergwerks verhindert werden soll. Erfindungsgemäß soll das Oberwasser in einem Vorfluter oder in einem Absetzbecken gespeichert werden. Als Absetzbecken werden betonierte Becken oder durch Aufschüttung von Dämmen künstlich angelegte Teiche zur Klärung von Abwässern aus der Aufbereitung mineralischer Rohstoffe bezeichnet. Zur temporären Speicherung des Unterwassers wird erfindungsgemäß der Schachtsumpf und zumindest die unterste Sohle des Bergwerks verwendet. Je nach lokalen Gegebenheiten kann es erforderlich sein, dass gewisse Vorrichtungen, wie z. B. Dämme auf der untersten Sohle errichtet werden müssen, um eine Überflutung benachbarter Bergwerke zu verhindern.
  • Ein Steinkohlebergwerk hat in der Regel mindestens zwei Schächte. Im Betrieb des Bergwerks werden diese unter anderem für die Bewetterung untertage benötigt. Unter Bewetterung oder Grubenbewetterung versteht man alle technischen Maßnahmen zur Versorgung von Bergwerken mit frischer Luft. Die Zuführung frischer Luft (Frischwetter) erfolgt über den Einzugsschacht und die Abführung verbrachter Luft und schädlicher Gase (Abwetter) erfolgt über den Auszugsschacht. Erfindungsgemäß wird mindestens einer dieser Schächte zur Unterbringung der mindesten einen Fallleitung verwendet, durch die das Wasser vom oberen Speicher zum unteren Speicher geleitet wird. Zur Erhöhung des Energieinhalts des Wasserkraft-Energiespeichers können Fallleitungen sowohl im Einzugsschacht als auch im Auszugsschacht installiert sein. Zur Verbesserung des Wirkungsgrads und zur einfacheren Steuerung der Ausgangsleistung des Wasserkraft-Energiespeichers können mehrere parallele Fallleitungen in einem Schacht angeordnet sein. Die Fallleitungen sind in gleicher Weise, wie z. B. auch die Spurlatten, die den Förderkorb führen, an der Wand des Schachts befestigt.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht die Fallleitung, zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Wasserkraft-Energiespeichers, aus mehreren Teilabschnitten. In jedem Teilabschnitt ist mindestens eine Wasserturbine integriert, die mechanisch mit jeweils mindestens einem Generator zur Stromerzeugung verbunden ist. Für die Unterbringung von Wasserturbine und Generator wird in der Regel mehr Raum benötigt, als in einem Schacht von ca. 8 m Durchmesser zur Verfügung steht. Daher sollte erfindungsgemäß auf jeder Sohle in unmittelbarer Nähe zum Schacht ein Maschinenraum vorhanden sein, in dem die Wasserturbine und der Generator untergebracht sind. Da jede Sohle des Bergwerks über Versorgungsleitungen im Schacht mit elektrischer Energie, Druckluft, Frischwasser usw. versorgt wird, kann der vom Generator erzeugte Strom über diese vorhandene Versorgungsleitung in Richtung öffentliches Netz transportiert werden.
  • Die geothermische Tiefenstufe ist die Tiefendifferenz, in der sich die Erdkruste um ein Grad Celsius erwärmt, und steht damit für den Temperaturgradienten derselben. Eine solche Erwärmung erfolgt durchschnittlich alle 33 Meter, so dass oft ein Gradient von 3 Grad pro 100 Meter erreicht wird. Das bedeutet, dass in z. B. 1200 m Tiefe die Erdkruste 36°C wärmer ist als in unmittelbarer Nähe der Erdoberfläche. Diese Temperaturdifferenz kann dazu verwendet werden um elektrischen Strom zu erzeugen. In einem beschriebenen Ausführungsbeispiel werden Wärmekraftmaschinen verwendet, die das hohe lokale Temperaturniveau nutzen, um elektrischen Strom zu erzeugen. Dieser elektrische Strom wird vorzugsweise dazu verwendet, um die Pumpen zu versorgen, die das Wasser vom unteren Speicher in den oberen Speicher fördern.
  • Beschreibung der Zeichnungen
  • Die 1 zeigt eine Querschnitt-Skizze eines Teilbereichs eines Bergwerks. Das Bezugszeichen (1) kennzeichnet den oberen Wasserspeicher, der ein Absetzbecken, ein Vorfluter oder ein anderes vorhandenes Wasserbecken sein kann. Mit dem Bezugszeichen (11) ist ein steuerbares Ventil gekennzeichnet, über das Wasser vom oberen zum unteren Wasserspeicher gelangen kann. Das Bezugszeichen (2) kennzeichnet den unteren Wasserspeicher, der aus dem Schachtsumpf und der untersten Sohle des Bergwerks besteht. Das Bezugszeichen (3) kennzeichnet den Strömungsweg, der den oberen Speicher (1) mit dem unteren Speicher (2) verbindet. Mit dem Bezugszeichen (4) ist der Schacht des Bergwerks gekennzeichnet, in dem der Strömungsweg (3) angeordnet ist.
  • Die 2 zeigt eine Draufsicht auf den oberen Wasserspeicher (1) und den Schacht (4). Im Schacht sind beispielhaft sechs parallele Strömungswege angeordnet, die mit den Bezugszeichen (31), (32), (33), (34), (35) und (36) gekennzeichnet sind. Wasser gelangt vom oberen Wasserspeicher (1) über steuerbare Ventile (11) zu den Strömungswegen, die hier als Fallrohre (31) bis (36) ausgebildet sind.
  • Die 3 zeigt eine Querschnitt-Skizze eines Teilbereichs eines Bergwerks. Dargestellt sind zwei Schächte (41) und (42) mit über Tage angeordneten Förderanlagen (51) und (52). Die Schachtanlagen sind beispielhaft auf der untersten und der darüber liegenden Sohle miteinander verbunden. So können die Frischwetter über den Schacht (51) zum Schacht (52) gelangen und diesen als Abwetter verlassen. Hier nicht dargestellt ist der Lüfter, der auf dem Auszugsschacht angeordnet ist und der den erforderlichen Unterdruck für die Bewetterung erzeugt. Wasser gelangt vom oberen Wasserspeicher 1 über zwei steuerbare Ventile zu der Fallleitung (31), die im Schacht (41) angeordnet ist und der Fallleitung (32), die im Schacht (42) angeordnet ist, zu den unteren Wasserspeichern (21) und (22). In der Fallleitung (31) sind drei Wasserturbinen (311a), (312a) und (313a) angeordnet. Diese treiben im Betrieb die drei Generatoren (311b), (312b) und (313b) an. In der Fallleitung (32) sind vier Wasserturbinen (321a), (322a), (323a) und (324a) angeordnet. Diese treiben im Betrieb die vier Generatoren (321b), (322b), (323b) und (324b) an. Erfindungsgemäß sind die Wasserturbinen und die Generatoren jeweils auf einer Sohle des Schachts angeordnet. Vom Generator aus wird der erzeugte Strom über hier nicht dargestellte Versorgungsleitungen im Schacht zum über Tage angeordneten öffentlichen Versorgungsnetz (6) übertragen. Mit Hilfe der hier nicht dargestellten Pumpen für die Wasserhaltung des Bergwerks und/oder die Fördereinrichtungen (51) und (52) in den Schächten (41) und (42) wird das Wasser wieder zurück von den unteren Wasserspeichern (21) und (22) in den oberen Wasserspeicher (1) gefördert.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von vier bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt die 1 den Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Wasserkraft-Energiespeichers. Der Wasserkraft-Energiespeicher kann in den beiden Betriebszuständen „entladen” und „aufladen” betrieben werden. Im Betriebszustand „entladen” wird die Lageenergie des Wassers im oberen Wasserspeicher in elektrischen Strom umgewandelt. Dieser Betriebszustand wird immer dann aktiviert, wenn temporär zu wenig Energie im öffentlichen Versorgungsnetz zur Verfügung steht. Im Betriebszustand „entladen” wird Wasser vom oberen Wasserspeicher über ein steuerbares Ventil in eine Fallleitung eingeleitet wird. Die Fallleitung ist an der Schachtwand befestigt und kann bei Steinkohlebergwerken im Saarland bis zu 1500 m lang sein. Am Ende der Fallleitung ist mindestens eine Wasserturbine angeordnet, die mechanisch mit einem Generator verbunden ist. Die Strömungsenergie des fallenden Wassers in der Fallleitung oder der hohe Wasserdruck am Ende der Fallleitung, der aufgrund der extrem hohen Wassersäule entsteht, treibt die Wasserturbine an. Vom Ausgang der Wasserturbine fließt das Wasser in den unteren Wasserspeicher. Der untere Wasserspeicher besteht aus dem Schachtsumpf und Teilen der untersten Sohle. Entsprechend der lokalen Verhältnisse kann es erforderlich sein, Bereiche der untersten Sohle durch Dämme vom unteren Wasserspeicher abzutrennen, um dadurch die Überflutung dieser Bereiche zu verhindern. Die Wasserturbine treibt den Generator an und dieser erzeugt elektrischen Strom. Der Strom wird über Versorgungsleitungen im Schacht nach über Tage geleitet, gegebenenfalls auf ein höheres Spannungsniveau transformiert und in das öffentliche Versorgungsnetz eingespeist. Im Betriebszustand „aufladen” des Wasserkraft-Energiespeichers wird das Wasser vom unteren Wasserspeicher wieder zurück in den oberen Wasserspeicher gefördert. Dieser Betriebszustand wird vorzugsweise dann aktiviert, wenn Überkapazitäten im öffentlichen Versorgungsnetz vorhanden sind, z. B. wenn aufgrund der Wetterverhältnisse sehr viel Windenergie oder Sonnenenergie verfügbar ist. Da der Energieverbrauch von Wirtschaft und privaten Haushalten in der Regel tagsüber viel höher ist als in der Nacht, kann der Wasserkraft-Energiespeicher vorzugsweise auch nachts wieder aufgeladen werden, um so zu einer gleichmäßigeren Belastung, d. h. einer konstanteren Grundlast des öffentlichen Versorgungsnetzes beizutragen. Zum Aufladen des Wasserkraft-Energiespeichers werden vorzugsweise vorhandene Einrichtungen des Bergwerks verwendet. Die Einrichtungen zur Wasserhaltung des Bergwerks haben die Aufgabe, wie bereits weiter oben beschrieben, die unterirdischen Grubenbaue vor Überflutungen zu schützen. Mit Hilfe von speziellen Pumpen wird das Wasser im Schachtsumpf über eine Rohrleitung im Schacht nach über Tage gefördert und dort in ein Absetzbecken oder in einen Vorfluter eingeleitet. Um den Vorgang des Aufladens des Wasserkraft-Energiespeichers zu beschleunigen, kann zusätzlich auch die Fördereinrichtung im Schacht verwendet werden. Dazu müssen die mehrstöckigen Förderkörbe durch spezielle Vorrichtungen ersetzt werden, die zumindest auf der untersten Förderkorb Ebene Wasser aufnehmen können. Bei jeder Fahrt der Fördereinrichtung, die eine Geschwindigkeit von ca. 9 m pro Sekunde erreicht, können mindestens 10 m3 Wasser gehoben werden. Die Fördereinrichtung besitzt in der Regel zwei Förderkörbe, die gegenläufig miteinander gekoppelt sind. Während ein Förderkorb sich in Richtung über Tage bewegt, fährt der andere in Richtung Schachtsumpf. Auf diese Weise können alle ca. 3 bis 4 Minuten mindestens 10 m3 Wasser gehoben werden. Die eingangs beispielhaft genannte Wassermenge von 200 m3 kann auf diese Weise in etwas mehr als einer Stunde gehoben werden.
  • Bei einer speziellen Variante dieser Ausführungsform ist der Wasserkraft-Energiespeicher als Pumpspeicherkraftwerk realisiert. Die Besonderheit des Pumpspeicherkraftwerkes ist der reversible Anlagenbetrieb. Eine Turbine, ein Generator und eine Pumpe sind auf einer Welle montiert und bilden eine Einheit, die zwei Betriebsarten hat. Bei Strombedarf arbeitet der Motorgenerator als Generator und liefert, von der Turbine angetrieben, elektrischen Strom. Bei Überschuss an elektrischer Leistung im öffentlichen Versorgungsnetz arbeitet der Motorgenerator als Elektromotor und treibt die Pumpe an, welche das Wasser wieder in den oberen Wasserspeicher pumpt. Der Vorteil dieser Variante ist, dass nur eine Fallleitung im Schacht benötigt wird. Erfindungsgemäß kann die Steigleitung der Wasserhaltung dazu verwendet werden um ein Pumpspeicherkraftwerk zu realisieren.
  • In der 2 ist eine modifizierte Ausführungsform des Wasserkraft-Energiespeichers dargestellt. Bei dieser Ausführungsform werden mehrere parallel im Schacht angeordnete Fallleitungen verwendet. Die Umsetzung dieses Konzepts erfordert zwar einen höheren Aufwand, bietet aber Vorteile bezüglich des Wirkungsgrads und der Steuerbarkeit der Stromerzeugung. Über die steuerbaren Ventile (11) besteht die Möglichkeit einzelne Fallleitungen in Betrieb zu nehmen, so dass auch kleinere Leistungen über längere Zeit erzeugt werden können.
  • In der 3 sind zwei weitere modifizierte Ausführungsformen des Wasserkraft-Energiespeichers dargestellt. Bei Fallhöhen von bis zu 1500 m oder einer Wassersäule von 1500 m Höhe sind die Strömungsenergie des Wassers oder der Wasserdruck so hoch, dass Rohrleitungen und Turbinen speziell dafür ausgelegt sein müssen und es schwierig ist einen hohen Wirkungsgrad bei der Umwandlung der Lageenergie des Wasser in elektrischen Strom zu erzeugen. Ein Meter Wassersäule entspricht einem Druck „p” von 9,807 kPa (1 Pa = 1 N/m2), was ungefähr 0,1 bar entspricht. Bei einer Wassersäule von 1500 m Höhe muss die Rohrleitung am Fuß der Wassersäule mindestens einen Druck von 150 bar aushalten können. Zur Lösung dieses Problems wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die maximale Fallhöhe in mehrere Teilabschnitte aufgeteilt wird, so dass das Wasser in mehreren Kaskaden vom oberen Wasserspeicher zum unteren Wasserspeicher gelangt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Teilabschnitte jeweils von einer Sohle des Bergwerks zu einer der darunter liegenden Sohlen reichen und die entsprechenden Einrichtungen zur Stromerzeugung, d. h. die Wasserturbine und der Generator auf der jeweils unteren Sohle, in unmittelbarer Nähe zum Schacht angeordnet sind. Die zweite in 3 dargestellte modifizierte Ausführungsform betrifft die eher ganzheitliche Nutzung eines ehemaligen Bergwerks als Energiespeicher und Erzeuger von regenerativer Energie. Ehemalige Bergwerke können nicht unbeaufsichtigt bleiben. So sind in regelmäßigen Abständen CH4 (Methan) Konzentrationen in der Luft zu messen und Wasserstände in den Grubenbauten zu überprüfen. Wenn das ehemalige Bergwerk zum Wasserkraft-Energiespeicher umgebaut und als aktives Element in einem dezentralen Energieversorgungsnetz betrieben wird, dann wäre auch eine aufwandsarme regelmäßige Überwachung der unterirdischen Grubenbauten sichergestellt. Wie in 3 dargestellt kann die Kapazität des Wasserkraft-Energiespeichers erhöht werden, indem ein oder mehrere weitere Schächte des Bergwerks dazu verwendet werden, um weitere Fallleitungen zur Stromerzeugung zu installieren. Ein Bergwerk hat neben den unterirdischen Grubenbauten auch zahlreiche Einrichtungen über Tage, die zum Teil sehr große Flächen belegen. So besitzt jedes Bergwerk eine Bergehalde, d. h. einen künstlich aufgeschütteten Berg, auf dem das beim Ausbau des Bergwerks und bei der Förderung von Kohle anfallende taube Gestein (die Berge) deponiert wurde. Die Südhänge dieser Bergehalden sind optimal geeignet Flächen um hier großflächige Photovoltaik Anlagen zu platzieren. Aufgrund der räumlichen Nähe der Bergehalde zu den Schachtanlagen kann der Solarstrom ideal zum Aufladen des Wasserkraft-Energiespeichers verwendet werden. Wie bereits weiter oben ausgeführt, existiert eine große Temperaturdifferenz im Gestein zwischen der untersten Sohle des Bergwerks in 1000 bis 1500 m Tiefe und den Oberflächen nahen Schichten der Erdkruste. Mit zunehmender Tiefe steigt die Temperatur des Gesteins ca. alle 33 m um 1 Grad Celsius. Das bedeutet, dass in z. B. in 1200 m Tiefe die Erdkruste 36°C wärmer ist als in unmittelbarer Nähe der Erdoberfläche. Diese Temperaturdifferenz kann dazu verwendet werden, um mit Hilfe von Wärmekraftmaschinen elektrischen Strom zu erzeugen. Dieser elektrische Strom wird vorzugsweise dazu verwendet um die Pumpen zu versorgen, die das Wasser vom unteren Speicher in den oberen Speicher fördern.
  • Zusammenfassung
  • Die Erfindung betrifft einen Wasserkraft-Energiespeicher zur Speicherung und Umwandlung der potenziellen Energie von Wasser in elektrische Energie, mit mindestens einem oberen Speicher, mindestens einem unteren Speicher und mindestens einem die beiden Speicher miteinander verbindenden Strömungsweg, innerhalb dessen mindestens eine Wasserturbine angeordnet ist. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Wasserkraft-Energiespeicher mit niedrigem baulichen Aufwand und großem Energieinhalt bereitzustellen, welcher überschüssige Energie in Stromversorgungsnetzen zwischenspeichern und kurzfristig auftretenden Leistungsbedarf in Stromversorgungsnetzen abdecken kann. Diese Aufgabe wird gelöst, indem weitestgehend bereits vorhandene Einrichtungen eines stillgelegten Bergwerks z. B. eines Steinkohlebergwerks an der Ruhr oder Saar, zum Aufbau des Wasserkraft-Energiespeichers benutzt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 20221214 U1 [0002]

Claims (10)

  1. Wasserkraft-Energiespeicher mit mindestens einem oberen Speicher (1), mindestens einem unteren Speicher (2) und mindestens einem die beiden Speicher miteinander verbindenden Strömungsweg (3), innerhalb dessen mindestens eine Wasserturbine (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsweg (3) im Schacht eines Bergwerks, insbesondere eines Steinkohlebergwerks angeordnet ist.
  2. Wasserkraft-Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Bergbau künstlich angelegte Absetzbecken, sogenannte Schlammweiher und/oder vorhandene Vorfluter oder andere vorhandene Wasserbecken als oberer Speicher (1) verwendet werden.
  3. Wasserkraft-Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schachtsumpf und zumindest Teilbereiche der untersten Sohle des Bergwerks als unterer Speicher (2) verwendet werden.
  4. Wasserkraft-Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Strömungswege (3) vorgesehen sind, die parallel im selben Schacht angeordnet sind.
  5. Wasserkraft-Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Strömungswege (3) vorgesehen sind, die in verschieden Schächten desselben Bergwerks angeordnet sind.
  6. Wasserkraft-Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsweg (3) aus mindestens zwei Teilabschnitten besteht und mindestens ein Teilabschnitt von einer Sohle des Bergwerks zu einer der darunter liegenden Sohlen des Bergwerks reicht und je Teilabschnitt mindestens eine Wasserturbine vorgesehen ist die mechanisch mit mindestens einem Generator gekoppelt ist.
  7. Wasserkraft-Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserkraft-Energiespeicher als Pumpspeicherkraftwerk realisiert ist und die Steigleitung der Wasserhaltung im Bergwerk als Strömungsweg (3) benutzt wird und auch dazu verwendet wird, um Wasser vom unteren Speicher (2) in den oberen Speicher (1) zu befördern.
  8. Wasserkraft-Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Wasserhaltung im Bergwerk dazu verwendet werden um Wasser vom unteren Speicher (2) in den oberen Speicher (1) zu befördern.
  9. Wasserkraft-Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung des Bergwerks dazu verwendet wird, um Wasser vom unteren Speicher (2) in den oberen Speicher (1) zu befördern.
  10. Wasserkraft-Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Stromversorgung des Bergwerks dazu verwendet werden, um den erzeugten Wasserkraft-Strom in das öffentliche Stromnetz einzuspeisen.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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NL2027210B1 (en) * 2020-12-23 2022-07-20 Tree Energy Solutions B V Energy storage system

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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DE20221214U1 (de) 2002-11-11 2005-06-30 Quittmann Gmbh & Co Kg Randdämmstreifen

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