WO2013163979A2

WO2013163979A2 - Off-shore pumped-storage power plant

Info

Publication number: WO2013163979A2
Application number: PCT/DE2013/000237
Authority: WO
Inventors: Siegfried Sumser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-05-01
Filing date: 2013-04-28
Publication date: 2013-11-07
Anticipated expiration: 2014-11-01
Also published as: DE112013002285B4; DE112013002285A5; WO2013163979A3; DE102012008876A1

Description

Off-Shore-Pumpspeicher-Kraftwerk Offshore pumped storage power plant

Die Erfindung betrifft ein Pumpspeicher-Kraftwerk nach Patentanspruch 1 und den folgenden Ansprüchen, das in Gewässern, vorwiegend in den Meeren angeordnet wird und als Energiespeicher, z. B. für Windkraftparks und auch Solarkraftwerken jeglicher Art dienen kann. The invention relates to a pumped storage power plant according to claim 1 and the following claims, which is placed in waters, mainly in the seas and as energy storage, for. B. can serve for wind farms and solar power plants of any kind.

Pumspeicher-Kraftwerke auf dem Lande sind seit mehr als einem Jahrhundert als Stand der Technik bekannt, um Überschüsse der Stromerzeugung in potenzielle Energie mittels dem Medium Wasser für eine spätere Nutzung mit einem gewissen Wirkungsgradabschlag zu speichern. Das Wasser wird dazu durch Pumpen auf eine höhere geodätische Höhe in einen Speicher, bzw. in einen höher liegenden See gepumpt. Besteht ein hoher Strombedarf, der von den aktiven Kraftwerken nicht unmittelbar gedeckt werden kann, steht dem Verbraucher diese potenzielle Energie über die Fallhöhe des Wassers zur Umwandlung in den Wasserturbinen in mechanische Arbeit und den daran gekoppelten elektrischen Generatoren für einen schnelle Stromabruf zur Verfügung. Pumped-storage power plants in the country have been known as state of the art for more than a century in order to store surpluses of power generation in potential energy by means of the medium of water for later use at a certain efficiency discount. The water is pumped by pumping to a higher geodetic altitude in a memory, or in a higher-lying lake. If there is a high demand for electricity, which can not be covered directly by the active power plants, the consumer has this potential energy through the fall of the water for conversion in the water turbines into mechanical work and the electrical generators coupled to it for a quick power retrieval available.

Ein gewichtiger Nachteil der bekannten Pumpspeicher-Kraftwerken ist der erhebliche Platzbedarf, falls es sich um ein vollsynthetisch erstelltes Kraftwerk handelt. Desweiteren korreliert die Realisierung eines Pumpspeicher-Kraftwerks häufig nicht mit den Interessen vieler Gruppierungen, insbesondere nicht mit den Belangen der Naturschutzverbände. A significant disadvantage of the known pumped storage power plants is the considerable space required, if it is a fully synthetic power plant. Furthermore, the realization of a pumped storage power plant often does not correlate with the interests of many groupings, in particular not with the interests of conservation organizations.

Trotz dem wachsenden Strombedarf und dem geplanten Ersatz der Atomkraftwerke durch alternative Kraftwerke, insbesondere durch Wind- und Sonnenkraftwerke aller Art, gibt es aus politischer Sicht erhebliche Probleme die notwendigen Speichertechnologien für eine vorteilhafte Netzstabilisierung durchzusetzen. Despite the growing demand for electricity and the planned replacement of nuclear power plants by alternative power plants, in particular by wind and solar power plants of all kinds, there are considerable problems from a political point of view to enforce the necessary storage technologies for an advantageous grid stabilization.

Auch besteht eine große Abhängigkeit der vorliegenden Wasser-Speicher- Kraftwerke vom Geschehen des Wetters, bzw. von den Ereignissen der Regen- häufigkeit. Da in heißen Wetterphasen eine nicht unerhebliche Verdampfungsrate vorliegt und die betreffenden Gewässer auch für die Trinkwasserversorgung meist eine wesentliche Rolle spielen, kann es zu ernsthaften Wasser-Knappheiten kommen, die den Speicherprozess stören, bzw. sogar temporär unmöglich machen. Bewegen wir uns aus dem europäischen Raum in die Bereiche, die weiträumig um den Äquator liegen, finden wir riesige Land-Zonen, die ein hohes Potenzial an Wind- und Sonnenenergie für die Stromerzeugung aufweisen. Eine einfache Speicherung der Energie mittels der herkömmlichen Pumpspeicher-Technologien kann jedoch wegen dem fehlenden Wasser als Speichermedium und den fehlenden notwendigen Erhebungen in den wenigsten Fällen erfolgen. There is also a great dependence of the available water-storage power plants on the weather, or on the events of the rain- frequency. Since in hot weather phases a not inconsiderable evaporation rate is present and the waters concerned also play an essential role for the drinking water supply, it can lead to serious water shortages that disturb the storage process, or even temporarily make impossible. Moving from Europe to the areas that surround the equator, we find huge land zones that have high wind and solar energy potential for power generation. However, a simple storage of energy by means of the conventional pumped storage technologies can be done because of the lack of water as a storage medium and the lack of necessary surveys in the fewest cases.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Typ von Pumpspeicher-Kraftwerken zu konzipieren, der auf dem bekannten, einfachen und herkömmlichen It is therefore an object of the invention to conceive a type of pumped storage power plants based on the known, simple and conventional

physikalischen Prinzip basiert und weder Platzprobleme mit sich bringt noch in absehbarer Zeit Knappheit des Hauptmediums Wasser aufweisen wird. physical principle is based and neither space problems brings itself or will have any shortage of the main medium of water in the foreseeable future.

Neben den übersichtlichen physikalischen Gegebenheiten, dürften dann die politischen Bedingungen für die Umsetzungen des Speichertyps weltweit nicht ungünstig sein. Der Energieumwandlung mit alternativen Kraftwerken wird somit eine weitere Ausgangsbasis geboten, die mit dieser einfachen Speichertechnologie in Verbindung steht. Es ist zu erwarten, dass unter neuen günstigen Randbedingungen mit der Entwickelbarkeit der einfachen Speichertechnologie ein Durchbruch der alternativen Stromversorgung ohne größere politischen Widerstände wahrscheinlicher wird. In addition to the clear physical conditions, then the political conditions for the implementation of the memory type worldwide should not be unfavorable. Energy conversion with alternative power plants is thus provided with a further starting point associated with this simple storage technology. It is to be expected that under new favorable constraints with the developability of simple memory technology, a breakthrough of the alternative power supply becomes more likely without greater political resistance.

Die Aufgabenstellungen werden durch den erfindungsgemäßen Pumpspeicher- Kraftwerkstyp mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 , zusammen mit den Ansprüchen 2 und 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der alternativen Kraftwerke mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, im Besonderen auch mit Anspruch 9 gegeben. The objects are achieved by the pumped storage power plant type according to the invention with the features of claim 1, together with claims 2 and 3. Advantageous embodiments of the alternative power plants with expedient and non-trivial developments of the invention are given in the dependent claims, in particular with claim 9.

Das wesentliche Merkmal der vertikal übereinander angeordneten Kammern, die durch Strömungskanäle verbunden sind, ist die Platzierung innerhalb von Gewässern, im Besonderen innerhalb von Meeren als Kern von Off-Shore-Speicher- Kraftwerken. Mittels der beiden übereinander liegenden Kammern besteht die Basis für die Erzeugung des Fallhöhen-Potenzials des dazu benötigten Wassers. Da sich das Pumpspeicher-Kraftwerk vorzugsweise innerhalb des Meeres befindet, gibt es praktisch zu keinem Zeitpunkt Knappheiten an dem zentralen Medium Wasser, das hier für die Energiespeicherung notwendig ist. The essential feature of the vertically stacked chambers connected by flow channels is placement within waters, especially within seas, as the core of offshore storage power plants. By means of the two superimposed chambers, the basis for generating the fall height potential of the water required for this purpose. Since the pumped storage power plant is preferably located within the sea, There are virtually no shortages of the central medium of water, which is necessary here for energy storage.

Die Örtlichkeit des Speicherkraftwerks würde man üblicherweise zur Kleinhaltung der Übertragungsverluste in der Nähe von alternativen Kraftwerken beheimaten, wo die Speicherung der überschüssigen Energie dann als Zwischen- Puffer wirkungsgradgünstig direkt erfolgen kann.. The locality of the storage power plant would usually be home to the low maintenance losses in the vicinity of alternative power plants, where the storage of excess energy can then be done directly as an intermediate buffer efficiency.

In den unteren Kammern wird die Anordnung der Wasserpumpen mit den Elektromotoren getätigt, die mittels dem von den betreffenden Kraftwerken gelieferten Überschussströmen angetrieben werden. Die Wasserpumpen fördern das Wasser aus den unteren Kammern über ihren Austrittskanal in die Meeresumgebung, um somit Platz zu schaffen für die Energieumwandlung des geodätisch höher liegenden Wassers aus der oberen Kammer. In the lower chambers, the arrangement of the water pump is made with the electric motors, which are driven by means of the excess power supplied by the respective power plants. The water pumps deliver the water from the lower chambers via their exit channel into the marine environment, thus making room for the energy conversion of the geodesically higher water from the upper chamber.

Die oberen Kammern würde man in der einen Version vorteilhafterweise als geringwertige Voluminas ausbilden, in dem die regelbaren Öffnungen und Strömungszuführungen und die -Verteilung zu den Fallkanälen, die mit den unteren großvolumigen Kammern verbunden sind, untergebracht sind. Somit könnte man bei dem wichtigen Parameter der Fallhöhe in den Betriebsphasen, in denen man vom Speicherkraftwerk Energie in Form von Strom abruft, nahezu immer von der Oberfläche des Gewässers, bzw. der Meeresoberfläche ausgehen. In den unteren großvolumigen Kammern steigt die Wasseroberfläche mit den Wassermengen an, die durch die Fallkanäle über die Wasserturbinen einströmen, wodurch sich eine Minderung der Fallhöhe während der Nutzung der Speicherenergie ergibt, was ein wesentlicher Parameter bei der Auslegung des Kraftwerkstyps bedeutet. The upper chambers would, in one version, advantageously be designed as low volume bulbs in which the controllable orifices and flow ducts and distribution are housed in the downcomers connected to the lower bulky chambers. Thus, one could almost always start from the surface of the water, or the sea surface in the important parameter of the height of fall in the operating phases, in which one retrieves energy from the storage power plant in the form of electricity. In the lower large volume chambers, the water surface increases with the amounts of water flowing through the drop channels via the water turbines, resulting in a reduction in the height of fall during the use of storage energy, which is an essential parameter in the design of the power plant type.

Die zu speichernde Überschussenergien der betreffenden Kraftwerke, betreffen also die Stromzuführungen zu den Elektromotoren, die die Wasserpumpen in den unteren Kammern antreiben und dadurch zur Schaffung des Höhenpotenzials des Wassers genutzt werden, das dann aus dem Meer durch von Schiebern oder Ventilen kontrollierten Öffnungen auf dem geodätisch höheren Niveau in die oberen Kammern einströmt, The surplus energy of the power plants concerned, ie the power supply to the electric motors that drive the water pumps in the lower chambers and thereby used to create the height potential of the water, which then from the sea through valves or valves controlled by openings on the geodesic higher level flows into the upper chambers,

Findet nun die Anforderung statt, dass der Speicher Energie in Form einer Stromlieferung abgeben soll, werden die Wasserturbinen, die ebenfalls in den unteren Kammern positioniert sind, durch das Wasser der oberen Kammer über die Verbindungskanäle bei der aktuell vorliegenden Fallhöhe beaufschlagt. Die If the request now takes place that the storage unit is to deliver energy in the form of a power supply, the water turbines, which are likewise positioned in the lower chambers, are acted upon by the water of the upper chamber via the connection channels at the currently existing fall height. The

Wasserturbinen sind an die elektrischen Generatoren gekoppelt, die die mechanische Leistung der Turbinen in elektrische Energie umwandeln. Der Transport der elektrischen Energie der Generatoren erfolgt über Leitungen zu verschie- denen Wandlern in das oder die Netze, bzw. wird den Verbrauchern mit den betreffenden Spannungen zugeführt. Hydro turbines are coupled to the electric generators, which convert the mechanical power of the turbines into electrical energy. The electrical energy of the generators is transported via lines which converters in the network or, is supplied to the consumers with the relevant voltages.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen mehrerer Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegeben Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die Figuren zeigen in: Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following descriptions of several embodiments and from the drawings. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone are usable not only in the respectively indicated combination but also in other combinations or alone, without the scope of the invention to leave. The figures show in:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Hauptkomponenten des Off-Shore-1 is a schematic diagram of the main components of the off-shore

Pumpspeicher-Kraftwerks, wobei die offene, obere Kammer kleinvolu- mig gestaltet ist und die regelbaren Öffnungs- und Verteilungsvorrichtungen für das einströmende Wasser enthält; Pumped storage power plant, the open, upper chamber is designed small volume and contains the controllable opening and distribution devices for the incoming water;

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung der Hauptkomponenten des Off-Shore-2 is a schematic diagram of the main components of the off-shore

Pumpspeicher-Kraftwerks, wobei die offene, obere Kammer großvolu- mig als Zwischen-Wasserspeicher ausgebildet ist; Pumped storage power plant, the open, upper chamber is large volume designed as an intermediate water reservoir;

Fig. 3 ein gegenständlich skizziertes Off-Shore-Pumpspeicher-Kraftwerk, in dem das Wasser in den Zwischen-Wasserspeicher der oberen Fig. 3 is a representational sketched off-shore pumped storage power plant in which the water in the intermediate water storage of the upper

Kammer bei geschlossenem Ventil des Verbindungskanals strömt und simultan Wasser zur„Speicherfüllung" aus der unteren Kammer in das Meer gepumpt wird; Chamber with closed valve of the connecting channel flows and simultaneously water is pumped to the "storage filling" from the lower chamber into the sea;

Fig. 4 ein gegenständlich skizziertes Off-Shore-Pumpspeicher-Kraftwerk, in dem der Zwischen-Wasserspeicher der oberen Kammer wie auch die untere Kammer in der noch laufenden Beaufschlagungsphase der Wasserturbine schon weitgehend mit Wasser gefüllt ist, was nahezu den Leer-Zustand des Speichers anzeigt; Fig. 4 is a representational sketched off-shore pumped storage power plant, in which the intermediate water tank of the upper chamber as well as the lower chamber in the still running Beaufschlagungsphase the water turbine is already largely filled with water, which is almost the empty state of the memory displays;

Fig. 5 ein gegenständlich skizziertes Off-Shore-Pumpspeicher-Kraftwerk, in dem der Zwischen-Wasserspeicher der oberen Kammer voll ist und die untere Kammer eine geringe Wasserbeladung enthält und praktisch die maximale Energiespeicherung an potenzieller Wasser-Energie anzeigt. Fig. 5 is a representational sketched off-shore pumped storage power plant in which the intermediate water storage of the upper chamber is full and the lower chamber contains a low water load and practically the indicates maximum energy storage of potential water energy.

Die Fig. 1 zeigt prinzipiell das Pumpspeicher-Kraftwerkl mit den z. B. nach oben offenen Kammern 2, die die regelbaren Öffnungen 8 mit z. B. regelbaren Fig. 1 shows in principle the pumped storage power plant with the z. B. upwardly open chambers 2, the controllable openings 8 with z. B. controllable

Schiebern 9 beinhalten. Die Kammern 2 haben die wesentliche Aufgabe ihre Wasser-Oberflächen 23 nahe zur geodätische Höhe der Meeresoberfläche 22 als obere Potenziafläche für die aktuelle Fallhöhe weitgehend konstant zu halten. Das bedeutet, daß der Wasserdurchsatz aus dem Meer durch die regelbaren Öffnungen 8, bzw. den Ventilen und Schiebern 9 in die offenen Kammern 2 nur geringe Abschläge an der Fallhöhe bewirken und somit die Wasseroberfläche 23 nur geringfügig von der Meeresoberfläche 22 abweicht. Sliders 9 include. The chambers 2 have the essential task to keep their water surfaces 23 close to the geodetic height of the sea surface 22 as upper potency surface for the current drop height largely constant. This means that the water flow from the sea through the controllable openings 8, and the valves and slides 9 in the open chambers 2 cause only small deductions at the height of fall and thus the water surface 23 deviates only slightly from the sea surface 22.

Wird das regelbare Ventil 7 des Verbindungskanals 4 geöffnet, findet die Beaufschlagung der Wasserturbinen 10 mit einer Fallhöhe 6 statt. Das Regieventil 7 Nesse sich einsparen, falls das Regelung für den Wasserturbinebetrieb durch die regelbaren Öffnungen 8 der relativ kleinvolumingen Kammer 2 bewerkstelligt werden würde. If the controllable valve 7 of the connecting channel 4 is opened, the admission of the water turbines 10 takes place with a fall height 6. The directing valve 7 Nesse save if the regulation for the water turbine operation would be accomplished by the controllable openings 8 of the relatively small-volume chamber 2.

Das Wasser der oberen Kammer 2 durchströmt also die Wasserturbine 10 und gelangt über den Turbinenaustritt in die untere großvolumige Kammer 3, die über deren Längen-Dimensionierungen im wesentlichen die Speicherkapazität des Pumpspeicher-Kraftwerks 1 festlegt. The water of the upper chamber 2 thus flows through the water turbine 10 and passes through the turbine outlet into the lower large-volume chamber 3, which defines the storage capacity of the pumped storage power plant 1 via the length dimensions thereof substantially.

Möchte man eine Speicherkapazität von z. B. 100 MWh realisieren, wird man bei einer vorgesehenen mittlere Fallhöhe 6 von z. B. 10 m und einer unteren Would you like a storage capacity of z. B. realize 100 MWh, one is at a proposed average height of fall of 6 z. B. 10 m and a lower

Kammerhöhe von ebenfalls 10 m eine Fläche von über 3.7 x 10 ^ m ^ benötigen, was einer Quadratlänge von ca. 610 m entspricht. Sind die Randbedingungen für eine sehr grosse Fallhöhe 6 mit 100 m bei gleicher Kammerhöhe gegeben, lässt Chamber height of 10 m also require an area of about 3.7 x 10 ^ m ^, which corresponds to a square length of about 610 m. Are the boundary conditions for a very large fall height 6 with 100 m given the same chamber height leaves

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sich das Speichervolumen und der Flächenbedarf auf 3.7 x 10 m zehntein, was dann einer Quadratlänge von weniger als 200 m für einen 100 MWh-Speicher enspricht. the storage volume and the space requirement tenthin 3.7 x 10 m, which then corresponds to a square length of less than 200 m for a 100 MWh memory.

Die Aufwendungen pro MWh für das Pumpspeicher-Kraftwerk im Meer ist bei vorgegebenem Speichervolumen sehr stark abhängig von den Dimensionierungs- möglichkeiten der zu realisierenden Fallhöhen 6, die durch die Erstreckung von der Meeresoberfläche 22 bis zur mittleren Wasseroberfläche 24 in der unteren Kammer 3 gegeben ist. The expenditure per MWh for the pumped storage power plant in the sea is very much dependent on the dimensioning possibilities of the falling heights 6 to be realized for a given storage volume, which is given by the extension from the sea surface 22 to the central water surface 24 in the lower chamber 3.

Je höher die spezifische Leistung der Wasserturbinen 10 über die erhöhte Fallhöhen sich darstellen, je geringer wird der Flächenbedarf des Kraftwerks 1 sein. Zum Andern werden die tief angeordneten Speicherkammern 3 bis auf den Verbindungskanal 4 zum Zulauf in Kammer 2 dann kaum eine Störung für den Schiffsverkehr darstellen können. The higher the specific power of the water turbines 10 represent over the increased fall heights, the lower will be the area required by the power plant 1. On the other hand, the deeply arranged storage chambers 3 up to the connecting channel 4 to the inlet in chamber 2 then hardly a fault for the Can represent shipping traffic.

Zu Berücksichtigen sind für die beschriebene Kaftwerksversion der Fig. 1 jedoch die Beherrschung der enormen Auftriebskräfte bei der Nennspeicher-Energie (Kammer 3 weitgehend ausgepumpt) durch die verdrängten Wassermassen der Außenabmessungen der unteren Kammer 3 zusammen mit dem Turm der Verbindungskanäle 4 und den weiteren Vorrichtungen, die über die Gewichte der Wandungen 19, dem Inventar, wie Pumpen 12, Elektromotoren 13, Turbinen 10 und Generatoren 11 und den ggf. zusätzliche Kräften, die anhand von notwendigen Verankerungen 21 im Meeresboden 30 zu kompensieren sind, um die Position des oberen Zulauf des Wassers in die Kammern 2 bzgl. der Meeresoberfläche in gewissen Grenzen zu gewährleisten. 1, however, the control of the enormous buoyancy forces at the nominal storage energy (chamber 3 largely evacuated) by the displaced water masses of the outer dimensions of the lower chamber 3 together with the tower of the connection channels 4 and the other devices, the over the weights of the walls 19, the inventory, such as pumps 12, electric motors 13, turbines 10 and generators 11 and the possibly additional forces to be compensated by means of necessary anchors 21 in the seabed 30 to the position of the upper inlet of the To ensure water in the chambers 2 with respect. The sea surface within certain limits.

Es ist auch vorstellbar, dass das Pumpspeicherkraftwerk der Fig. 1 im Abstand gegenüber dem Meeresboden über Vorrichtungen und Verfahren veränderbar gestaltet wird, damit der Wasserkreislauf des Speicherkraftwerks in all den Betriebsphasen des„Füllens" wie„Entleerens" und den sich ändernden Bedingungen des Meeres anpassbar ist. Hierzu sind auch nicht dargestellte regelbare Öffnungen 8 im Verbindungskanal 4 zur Meeresumgebung denkbar, die bei den Höhenänderungen des Kraftwerks für den Turbinenbetrieb aktiviert werden müßten. It is also conceivable that the pumped storage power plant of Fig. 1 is made variable in the distance from the seabed via devices and methods, so that the water cycle of the storage power plant in all the operating phases of the "filling" such as "emptying" and the changing conditions of the sea adaptable is. For this purpose, not shown controllable openings 8 in the connecting channel 4 to the marine environment are conceivable, which would have to be activated at the height changes of the power plant for turbine operation.

Wie schon erwähnt, wird die potenzielle Energie in den Wasserturbinen 10 mit den angekoppelten elektrischen Generatoren 11 unter Berücksichtigung der As already mentioned, the potential energy in the water turbines 10 with the coupled electric generators 11, taking into account the

Komponentenwirkungsgrade in elektrische Energie umgewandelt. Der erzeugte Strom wird dann über die Leitungen 27 an das Netz für die Verteilung an die Verbraucher abgeführt. Component efficiencies converted into electrical energy. The generated power is then dissipated via the lines 27 to the network for distribution to the consumers.

Besteht von den alternativen Kraftwerken oder über das Netz ein Stromüberschuß wird der Strom über die Leitungen 26 den Elektromotoren 13 der Wasserpumpen 12 in der unteren Kammer 3 zum„Füllen" des Energiespeichers durch ein Herauspumpen des Wassers aus der Kammer 3 bewerkstelligt. If there is an excess of electricity from the alternative power stations or via the grid, the power is supplied via the lines 26 to the electric motors 13 of the water pumps 12 in the lower chamber 3 for "filling" the energy store by pumping out the water from the chamber 3.

Das Pumpspeicher-Kraftwerk wird entsprechend der Bedürfnisse und Randbedingungen -„Energie Speichern",„Strom in vorgegebener Menge liefen" und -weitere Prozessanforderungen - die der Kraftwerksregelung 25 über die Signale 29 mitgeteilt werden, die betreffenden Signale 28 an die Vorrichtungen, bzw. Aktuato- ren der maßgebenden Komponenten , wie z. B. Ventile 7, 9, 14, Pumpen und Elektromotoren 12, 13 oder Wasserturbinen und Generatoren 10, 11 aussenden. The pumped storage power plant will be informed according to the needs and constraints - "energy storage", "electricity in a predetermined amount" and - further process requirements - the power plant control 25 are communicated via the signals 29, the respective signals 28 to the devices, or Aktuato - of the relevant components, such as B. valves 7, 9, 14, pumps and electric motors 12, 13 or water turbines and generators 10, 11 emit.

Während die Schwimmbarkeit des Pumpspeicherkraftwerk nach den Merkmalen in der Fig. 1 aufgrund der kleinvolumigen Kammer 2 nur bedingt in wenigen Phasen der Betriebsweise sinnvoll ist und ggf. größere Kräfte über Verankerungen und AbStützungen 21 im Meeresboden aufgebracht werden müssen, sind im Beispiel einer Konzeption, die auf Fig. 2 grob im Prinzip dargelegt ist, die Schwimmfähigkeit der Pumpspeicher- Kraftwerksversion in vielen Phasen der Betriebsweisen aufgrund der größeren Kammern 2 bedeutend und vorteilhaft. While the floatability of the pumped storage power plant according to the features in 1 due to the small volume chamber 2 is only conditionally useful in a few phases of operation and possibly larger forces must be applied via anchors and Abstützungen 21 in the seabed, in the example of a concept, which is set out in Fig. 2 roughly in principle , the buoyancy of the pumped storage power plant version in many phases of operations due to the larger chambers 2 significant and advantageous.

Über die Anpassbarkeit der resultierenden Kraft des Auftriebs durch die verdrängten Wassermassen mit der entgegenwirkenden Kraft des Kraftwerksgewichtes, das sich durch die inneren Wassermengen in den Kammern 2 und 3 verändern lässt, bestehen nun hier für das Kraftwerk 1 die Optionen der Schwimmfähigkeit, der kräftefreie Schwebezustand oder die des Sinkzustandes mit einem definierten resultierenden Kraftbetrag. Diese Möglichkeiten lassen sich mittels der Regelungseinrichtung 25 durch die Regelung der inneren Wassermengen über die Zu- und Abläufe mittels der beeinflussbaren Öffnungen 8 und 14 bewerkstelligen. Es wird bei diesen Regelungsprozessen der Abgleich der mittleren Dichte des Gesamtkraftwerks zur Dichte des umgebenden Gewässers durchgeführt, wie wir ihn vergleichsweise bei den Unterseeboten schon sehr lange kennen. On the adaptability of the resulting force of buoyancy by the displaced masses of water with the counteracting force of the power plant weight, which can be changed by the inner water volumes in the chambers 2 and 3, now exist for the power plant 1, the options of buoyancy, the force-free floating state or that of the sinking condition with a defined resulting amount of force. These possibilities can be accomplished by means of the control device 25 by controlling the inner water quantities via the inlets and outlets by means of the influenceable openings 8 and 14. In these control processes, the comparison of the average density of the entire power plant to the density of the surrounding water is carried out, as we have known for a relatively long time in comparison to the submarines.

Das Kraftwerk 1 muss in seinen Bewegungsfreiheitsgraden durch Führungs-, Ab- stützungspfeiler und Dämpfungsvorrichtungen 20, 21 trotz der Regelbarkeit wesentlicher Kräfte aufgrund der oft rauhen Wetterbedingungen in seinem Ortsbereich genau definiert werden. The power plant 1 must be precisely defined in terms of its degrees of freedom of movement by guide, support pillars and damping devices 20, 21 despite the controllability of essential forces due to the often harsh weather conditions in its local area.

Die großen Kammern 2 können gegenüber der Meersumgebung als Zwischenspeicher aufgefasst werden, deren Wasseroberflächen 23 von der Meeresoberfläche 22, bezogen auf die absolute Fallhöhe 6, prozential merklich differieren können. The large chambers 2 can be regarded as a buffer against the sea environment, the water surfaces 23 of the sea surface 22, based on the absolute drop height 6, can differ significantly per cent.

Das große Volumen der Kammern 2 bietet über die Wasser-Füllrate den Vorteil zur breiten Nutzung der erwähnt Optionen hinsichtlich der Schwimm- oder Schwebefähigkeit des Kraftwerks 1 . Desweiteren können dadurch die resultierenden Kräfte aus der Gravitation und dem Auftrieb auf die AbStützungen und Dämpfer 20, 21 einstellbar klein gehalten werden. The large volume of the chambers 2 offers over the water filling rate the advantage for wide use of the mentioned options with regard to the floating or floating capability of the power plant. 1 Furthermore, this allows the resulting forces from the gravity and the lift on the Abstützungen and dampers 20, 21 are kept adjustable small.

Das Kraftwerk 1 lässt sich aus vielen autarken Modulen montierbar zusammenstellen. Ein Speicherkraftwerk 1 mit einer Speicherkapazität von 100 MWh Nesse sich z. B. aus 100 autarken Modulen, von jeweils 1 MWh zusammengestellen, bzw. zusammengeschalten. Hierdurch ließen sich„Speicherparks" im Meer über viele Jahrzehnte von immensen Größen schrittweise entwickeln, die sich an den wachsenden Speicherbedarf der alternativen oder ggf. auch der konventionellen Kraftwerke ohne Platzprobleme anpassen können. Die Fig. 3, Fig. 4 und Fig.5 zeigen eine gegenständlich skizzierte Darstellung eines Pumpspeicher-Kraftwerks 1 , bzw. eines Kraftwerk- Moduls in verschiedenen Betriebsphasen des Speichers mit den Kernaggregaten Wasserpumpen mit Elektromotoren 12, 13 und Wasserturbinen und Generatoren 10,1 1 , die Ventile 7,8, 14 und Schiebern 9, die über die Regelung 25 kontrolliert werden. The power plant 1 can be assembled from many self-sufficient modules mountable. A storage power plant 1 with a storage capacity of 100 MWh Nesse z. B. from 100 self-sufficient modules, each composed of 1 MWh, or interconnected. As a result, "storage parks" in the sea could be gradually developed over many decades of immense sizes, which can adapt to the growing storage requirements of alternative or even conventional power plants without space problems. 3, 4 and 5 show an objectively outlined representation of a pumped storage power plant 1, or a power plant module in different operating phases of the memory with the core units water pumps with electric motors 12, 13 and water turbines and generators 10.1 1, the valves 7,8, 14 and sliders 9, which are controlled by the control 25.

Der„Füllvorgang" des Speichers wird aus der Fig. 3 bei geschlossenem Ventil 7 des Verbindungskanals 4 sichtbar. Die Wasserpumpen 12 werden durch den Kraftwerksüberschussstrom, z. B. aus dem benachbarten Windkraftpark, mittels der Leitungen 26 von den Elektromotoren 13 angetrieben und pumpen das Wasser der Kammern 3 über die Auslasskanäle 14 entgegen dem Wasserdruck in das Meer. Somit bewirkt die Energie dieses Überschussstromes, gemindert durch die Komponenten- und Systemwirkungsgrade, eine Potenzialtransformation der Wassermenge in den Kammern 2 über das geschaffene Fallhöhenpotenzial 6 zwischen den Wasseroberflächen 23 und 24 im Speicher. Das Volumen des herausgepumpten Wassers in Kammer 3 wird durch die Umgebungsluft, die durch den Belüftungskanal 5 einströmt, ersetzt. Wie der Abstand des Kraftwerks 1 zu den Stütz- und Führungspfeiler 20 und den Dämpfungsvorrichtungen sichtbar macht, befindet sich das gesamte Kraftwerk 1 im Schwimmzustand, da die Wassermenge in der Kammer 2 noch nicht sein Sollvolumen eingenommen hat. Dazu sind die regelbaren Öffnungen 8 durch die Schieber 9 in Richtung„auf" eingestellt, wodurch das Einströmen des Meereswassers stattfindet. 3 with the valve 7 of the connecting channel 4 closed, the water pumps 12 being driven by the power plant excess current, eg from the neighboring wind power park, by the electric motors 13 by means of the lines 26 and pumping the same Thus, the energy of this surplus stream, reduced by the component and system efficiencies, effects a potential transformation of the amount of water in the compartments 2 over the created drop height potential 6 between the water surfaces 23 and 24 in the water The volume of the pumped-out water in chamber 3 is replaced by the ambient air flowing in through the ventilation channel 5. As the distance of the power plant 1 to the support and guide pillars 20 and the damping devices makes visible, the entire power plant 1 is in Floating state, since the amount of water in the Ka 2 has not yet taken its nominal volume. For this purpose, the controllable openings 8 are set by the slide 9 in the direction "on", whereby the influx of seawater takes place.

Im Prinzipbeispiel befindet sich unterhalb der beiden Kammern 2, 3 der Kontrollraum 15 des Kraftwerks 1 , in dem Stromleitungen 16 und 17 der Elektromotoren 13 und Generatoren 1 1 , zusammen mit den Regelungseinrichtungen 18 der Verbindungskanäle 4 für die Regelung 25 gegenständlich auch mit den nichtdarge- stellten Zuführ- und Abführleitungen 26 und 27 verschaltbar sind. In the basic example, located below the two chambers 2, 3 of the control room 15 of the power plant 1, in the power lines 16 and 17 of the electric motors 13 and generators 1 1, together with the control devices 18 of the connection channels 4 for the control 25 objectively also with the nichtdarge- supply and discharge lines 26 and 27 are interconnected.

Die Fig. 4 zeigt den Speicher des Kraftwerks 1 , durch das gefüllte Volumen der Kammer 3 kurz vor seinem„Leerzustand". Die Wasserturbine 10 kann wohl noch über eine vorhandene Fallhöhe 6 den Generator 1 1 bei offenem Ventil 7 eine gewisse Zeit mit niederer spezifischer Leistung antreiben. Würde das Wasser der Kammern bis in die Entlüftungsverrohrungen 5 ansteigen können, würde sich die Fallhöhe 6 bis auf den Wert 0 bewegen, was jedoch in der realen Betriebsweise durch Toleranzvorgaben der unteren Fallhöhe 6 nicht stattfinden würde. Fig. 4 shows the memory of the power plant 1, by the filled volume of the chamber 3 just before its "empty state." The water turbine 10 may well over an existing drop height 6 the generator 1 1 with open valve 7 for a certain time with lower specific If the water in the chambers could rise into the ventilation piping 5, the drop height 6 would move to the value 0, which, however, would not take place in the real operating mode due to tolerance specifications of the lower drop height 6.

Durch die großen Wassermassen in den Kammern 2 und 3 stellt sich eine hohe mittlere Dichte des Gesamtkraftwerks 1 ein, die über der Dichte des Meerwassers liegt. Aufgrund der dadurch verursachten Sinkneigung des Kraftwerks 1 werden die AbStützungen und Führungen 20, 21 über entsprechende Pfeiler, die im Meeresboden verankert sind, als Auflage für das Kraftwerk 1 für die Höhenstabilisierung aktiv. Due to the large volumes of water in the chambers 2 and 3, a high average density of the total power plant 1, which is above the density of the seawater. Due to the sinking tendency of the power plant 1 caused thereby, the supports and guides 20, 21 are activated via corresponding pillars which are anchored in the seabed as a support for the power plant 1 for height stabilization.

Ein fast voller Speicherzustand, der aus den weitgehend leeren unteren Kammern 3 erkennbar ist, zeigt die Fig. 5. Die oberen Kammern 2 sind für eine hohe Fallhöhe 6 im gezeigten Beispiel ebenfalls nahezu vollständig gefüllt. Dennoch ist die mittlere Dichte des Gesamtkraftwerks noch unterhalb der Meereswasserdichte. Der Tiefgang des Kraftwerks 1 wurde hier durch die innere Gesamtwassermenge so eingeregelt, dass sich die Lage des Kraftwerks 1 noch mit geringfügigem Abstand zur Auflage der Abstützung- und Dämpfungsvorrichtungen 20, 21 im häufig optimalen Schwimmzustand einstellt. Zur Abgabe von elektrischem Strom werden die Ventile 7 vor den Wasserturbinen geöffnet, wodurch der Antrieb des Generatoren zur Stromproduktion ermöglicht wird. An almost full memory state, which can be seen from the largely empty lower chambers 3, shows the Fig. 5. The upper chambers 2 are also almost completely filled for a high drop height 6 in the example shown. Nevertheless, the average density of the entire power plant is still below the seawater density. The draft of the power plant 1 was adjusted here by the total amount of water so that the position of the power plant 1 still adjusts with a slight distance to the support of the support and damping devices 20, 21 in the often optimal floating state. For the delivery of electric current, the valves 7 are opened in front of the water turbines, whereby the drive of the generators for power production is made possible.

Im Falle, dass die innere Wassermasse, bzw. das Gesamtgewicht des Pumpspeicher-Kraftwerks 1 auf einen konstanten Wert durch den gleiche Zu-, wie auch gleichen Abfluss des Wassers während der„Füllphase" des Speichers geregelt wird, ergibt sich die ggf. angestrebte feste Zuordnung der mittleren Dichte des Gesamtkraftwerks zur Dichte des Meerwassers. Es lässt sich also über die Regelung 25 der inneren Wassermenge mit den betreffenden notwendigen Komponenten der Schwimm- wie auch der Sinkzustand des Pumpspeicher- Kraftwerks in gewünschter Weise bewirken. In the event that the internal body of water, or the total weight of the pumped storage power plant 1 is regulated to a constant value by the same supply, as well as the same outflow of water during the "filling phase" of the memory, the possibly desired fixed results Allocation of the average density of the entire power plant to the density of the seawater It is thus possible, via the control 25 of the internal water quantity with the necessary components in question, to effect the floating as well as the sinking state of the pumped storage power plant in the desired manner.

Generell dienen der Volumenwerte der leegepumpten Kammern 3 hauptsächlich für die Dimensionierung der zu speichernden Soll-Energie-Menge und die Volumenwerte der Kammern 2 für den Abgleich der Betriebsweisen des gesamten Pumpspeicher-Kraftwerks 1 auf einem schwimmenden, ggf. schwebenden oder sinkenden Zustand hin mit einem hohen oder niederen Kraftbedarf an die Ab- stützungs- und Dämpfungsvorrichtungen 20, 21 , der von entsprechenden Pfeilern, und deren Meeresboden-Fundamenten aufgenommen werden muss. In general, the volume values of the leegepumpten chambers 3 mainly for the dimensioning of the stored target energy amount and the volume values of the chambers 2 for the adjustment of the modes of operation of the entire pumped storage power plant 1 on a floating, possibly floating or sinking state with a high or low power requirement on the support and damping devices 20, 21, which must be received by corresponding pillars, and their seabed foundations.

Zumindest Teile der Wandungen 19 der Kammern 2, 3 und 15, bzw. der At least parts of the walls 19 of the chambers 2, 3 and 15, and the

Pumpspeicher-Kraftwerksmodule 1 werden vorzugsweise aus Stahl und formbarem Beton an Land gefertigt, wobei auch Herstellungsverfahren der herkömmlichen Schiffwerften eine nicht geringe Rolle spielen werden. Bezugszeichen Pumped-storage power plant modules 1 are preferably made of steel and malleable concrete on land, whereby also manufacturing methods of conventional shipyards will play a significant role. reference numeral

1 Pumpspeicher-Kraftwerk 1 pumped storage power plant

2 Obere Kammern (ggf. zur Luftatmosphäre offen, bzw. keine Decke) 2 Upper chambers (possibly open to the air atmosphere, or no ceiling)

3 Untere Kammern 3 lower chambers

4 Verbindungskanäle 4 connection channels

5 Be- und Entlüftungskanäle der unteren Kammern 5 ventilation channels of the lower chambers

6 Fallhöhe 6 drop height

7 Regelbare Ventile der Verbindungskanäle 7 Adjustable valves of the connection channels

8 Regelbare Öffnungen der oberen Kammern 8 Adjustable openings of the upper chambers

9 Verschließvorrichtungen, z. B. Schieber 9 closing devices, z. B. slide

10 Wasserturbinen 10 water turbines

1 1 el. Generatoren mit Wasserturbinen verbunden 1 1 el. Generators connected to water turbines

12 Wasserpumpen 12 water pumps

13 Elektromotoren mit Wasserpumpen verbunden 13 electric motors connected to water pumps

14 verschliessbare Austrittskanäle stromab Wasserpumpen 14 closable outlet channels downstream of water pumps

15 Kontrollraum Kraftwerk 15 control room power plant

16 Stromleitungen für el. Motoren der Wasserpumpen 16 power lines for el. Motors of the water pumps

17 Stromleitungen von den el. Generatoren 17 power lines from the el. Generators

18 Vorrichtungen zur Regelung des Verbindungskanals 18 devices for controlling the connection channel

19 Kraftwerkswandungen 19 power station walls

20 Stütz- und Führungspfeiler 20 supporting and guiding pillars

21 Dämpfungsvorrichtungen, Verankerungen 21 damping devices, anchorages

22 Gewässeroberfläche (Meeresoberfläche) 22 water surface (sea surface)

23 Wasseroberfläche obere Kammer 2 23 water surface upper chamber 2

24 Wasseroberfläche untere Kammer 3 24 water surface lower chamber 3

25 Kraftwerksregelung 25 power plant control

26 Stromzuführleitungen, z. B. von Wind- oder Photovoltaik-Kraftwerken 26 power supply lines, z. B. of wind or photovoltaic power plants

27 Stromabführleitungen des Pumpspeicher-Kraftwerks 27 Stromabführleitungen the pumped storage power plant

28 Regelungssignale der Vorrichtungen 28 control signals of the devices

29 Anforderungsignale: Stromlieferung/Energiespeicherung 29 Request signals: power supply / energy storage

30 Gewässerboden (Meeresboden) 30 water bottom (seabed)

Claims

claims

1. Pumped storage power plant (1)

characterized in that

it is arranged inside waters and consists of at least one upper chamber (2) and at least one lower chamber (3), which are mainly vertically connected by flow channels (4).

Second pumped storage power plant (1) according to claim 1

characterized in that

in the lower chambers (3) electrically driven water pumps (12, 13) and water turbines with coupled electric generators (10, 1 1), which are connected with electrical lines (26, 27) directly or indirectly to external power plants and consumers.

3. pumped storage power plant (1) according to claims 1 and 2

characterized in that

with the pumping device (12, 13) water from the lower chamber (3) in the closable outlet channel (14), which is surrounded by the water, is conveyed and that via the controllable openings (8) water from the waters of the power plant environment in the upper chambers (2) can be flowed.

4. pumped storage power plant (1) according to claims 1, 2 and 3

characterized in that

the water from the upper chambers (2) through the connecting channels (4) via controllable valve devices (7) to the water turbines (10) can be fed.

5. pumped storage power plant (1) according to the above claims

characterized in that a control device (25) the manipulated variables which are in communication with the components of the lower chamber (3), such as the controllable outlet channels (14), the water pumps (12) with their drives (13) and those of the water turbines (10) with their generators (1 1), furthermore the valve devices (7) of the connection channels (4) and the Verschliessvorrich- lines (9) of the upper chambers (2), makes the signal lines (28) to the requirement requirement (29) adjustable.

Pumped storage power plant (1) according to the above claims,

characterized in that

the mean density of the pumped storage power plant (1) together with its water content in the upper and lower chambers (2, 3) is smaller, equal to or greater than the density of the surrounding water by a control device (25) einregelbar.

Pumped storage power plant (1) according to the above claims,

characterized in that

the pumped-storage power plant (1) can be built up from self-assembled units (2, 3, 4, 5, 7, 8, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) which are arranged in parallel or in series are switchable.

Pumped storage power plant (1) according to the above claims,

characterized in that

from the lower chamber (3) waterproof ventilation ducts (5) are guided over the water surface (22).

Pumped storage power plant (1) according to claim 1,

characterized in that

the upper chambers (2) are predominantly designed as inflow devices to the connecting channels (4), which include the controllable openings (8) and closing devices (9) to the surrounding water and the surface of the water (22).

10. pumped storage power plant (1) according to the above claims,

characterized in that

the power station walls (19) are made predominantly of concrete and steel.