DE202023100781U1

DE202023100781U1 - Kleinspeicherkraftwerke zur Energiespeicherung

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Publication number: DE202023100781U1
Application number: DE202023100781.3U
Authority: DE
Original assignee: Heizkraftwerk Altenstadt & Co Kg GmbH
Current assignee: Heizkraftwerk Altenstadt & Co Kg GmbH
Priority date: 2023-02-17
Filing date: 2023-02-17
Publication date: 2023-03-06
Anticipated expiration: 2033-02-18
Also published as: EP4421308A1

Abstract

Kleinspeicherkraftwerk nach Art eines Wasserspeicherkraftwerks umfassend:
- ein Speicherbecken (SB);
- eine Druckrohrleitung (D), die unten am Speicherbecken (SB) angebracht ist;
- eine Turbine (T), in die die Druckrohrleitung (D) mündet,
- einen Stromgenerator, der an die Turbine (T) angekoppelt ist, wobei der Höhenunterschied zwischen Wassereinlass in die Druckrohrleitung (D) und Turbineneinlass mindestens 40 Meter, bevorzugt mindestens 50 Meter und bevorzugt höchstens 600 Meter, insbesondere bevorzugt höchstens 100 Meter, beträgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Kleinspeicherkraftwerke auf Basis von Wasserspeicherkraftwerken.
Es ist aktuell gewünscht die sogenannte Energiewende in einem möglichst kurzen Zeitraum umzusetzen. Wind und Sonne sollen die Hauptlast tragen. Problematisch dabei ist aber, dass aus Wind und Sonne zwar Strom erzeugt werden kann, zum Beispiel über Windkraftwerke oder Sonnenkollektoren, jedoch diese Energie nur bei (ausreichend) Wind oder Licht überhaupt erst erzeugt werden kann und somit nicht dauerhaft, sondern nur temporär zur Verfügung steht und entsprechende Speichermöglichkeiten erforderlich sind. Da ausreichende Mengen bezahlbarer (Sekundär-)Batterien zur Stromspeicherung fehlen und vermutlich auch in großer Menge die Rohstoffe (ökonomisch und/oder ökologisch vertretbar) nicht vorhanden oder verfügbar sind, müssen andere Wege der Energiespeicherung gefunden beziehungsweise genutzt werden. Eine Möglichkeit zur Energiespeicherung ist das Prinzip der Pumpspeicherwerke. Pumpspeicherwerke setzen große Höhenunterschiede zwischen Speichersee und Turbinenauslauf voraus und sind wegen ihres Eingriffes in die Natur in Deutschland so gut wie nicht durchzusetzen. Außerdem fehlt eine Verteilung in der Fläche, insbesondere sind sie im Flachland technisch nicht umsetzbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, Kleinspeicherkraftwerke zur Verfügung zu stellen, die nahezu in ganz Deutschland installiert werden können.
Gelöst wurde diese Aufgabe durch die in den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegten Gegenstände.
Die erfindungsgemäßen Kleinspeicherkraftwerke sind Kraftwerke nach Art der Wasserspeicherkraftwerke und umfassen:

- ein Speicherbecken;
- eine Druckrohrleitung, die unten an dem Speicherbecken angebracht ist, bevorzugt am tiefsten Punkt des Speicherbeckens;
- eine Turbine, in die die Druckrohrleitung von oben kommend mündet;
- einen Stromgenerator, der an die Turbine angekoppelt ist;

Die erfindungsgemäß eingesetzten Turbinen sind übliche Turbinen, wie sie für den Betrieb mit/Antrieb durch Wasser bekannt und geeignet sind. Sie sind lediglich in ihren Dimensionen an die erfindungsgemäß Kraftwerke anzupassen.
Über die an die Turbinen angekoppelten Generatoren wird aus der durch das Wasser erzeugten Drehung der Turbine in bekannter Art und Weise Strom erzeugt.
Der an die Turbine gekoppelte Stromgenerator wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung überdies bevorzugt mit einem Stromspeicher (Akkumulator/Sekundärbatterie(n)) oder dem Stromnetz verbunden.
Zwischen Generator und Stromnetz kann im manchen Varianten noch ein Transformator zwischengeschaltet sein, um die Ausgabespannung/den Ausgabestrom an Netzspannung/Netzstrom anzupassen.
In bevorzugten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung umfassen die erfindungsgemäßen Kleinspeicherkraftwerke zusätzlich mindestens ein Tiefbecken. Dabei ist es bevorzugt, wenn Tiefbecken und Speicherbecken aufeinander angepasste Volumina aufweisen, das heißt, dass das (Gesamt-)Tiefbeckenvolumen mindestens so groß ist wie das (Gesamt-)Speicherbeckenvolumen.
In weiteren bevorzugten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung umfassen die erfindungsgemäßen Kleinspeicherkraftwerke noch mindestens eine Rücklaufleitung und mindestens eine Rücklaufpumpe. Die Rücklaufleitung ist mit dem Tiefbecken und dem Speicherbecken verbunden. Über die Rücklaufleitung kann das im Tiefbecken befindliche Wasser zurück in das Speicherbecken geleitet werden. Zu diesem Zweck ist die Rücklaufpumpe mit der Rücklaufleitung verbunden, wobei die Rücklaufpumpe so ausgewählt ist, dass sie ausreichend Leistung hat, um das Wasser aus dem Tiefbecken in das höher gelegene Speicherbecken zu pumpen. Anstelle einer Pumpe können auch mehrere Pumpen eingesetzt werden, gegebenenfalls auch an verschiedenen Stellen der Rücklaufleitung. Dies kann zum Beispiel dann von Vorteil sein, wenn die Pumpen über einzelne Stromversorgungselemente, wie zum Beispiel kleinere, lokale Windkraftwerke (Windkrafträder) mit Strom versorgt werden sollen.
Die in den erfindungsgemäßen Kraftwerken eingebauten Druckrohrleitungen und gegebenenfalls Rücklaufleitungen sind im Prinzip übliche für diesen Zweck geeignete Leitungen. Es muss lediglich gewährleistet sein, dass diese den auftretenden (Innen-)Drücken standhalten sowie gegenüber den durchgeleiteten Flüssigkeiten und den Umgebungsbedingungen hinreichend unempfindlich sind. Diese Notwendigkeiten sind dem Fachmann bekannt und die entsprechenden Leitungen können ausgehend von seinem Fachwissen, gegebenenfalls anhand einfacher Vorversuche, ausgewählt werden.
In manchen Varianten der vorliegenden Erfindung ist das Fassungsvermögen des Tiefbeckens größer als das Fassungsvermögen des Speicherbeckens. Dadurch wird erreicht, dass in jedem Falle ausreichend Wasser zur Verfügung steht, um das Speicherbecken zu füllen, auch wenn letzteres noch Wasser ablässt.
In noch weiteren bevorzugten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung wird bei den erfindungsgemäßen Kleinspeicherkraftwerken zwischen Speicherbecken und Tiefbecken ein geschlossener Wasserkreislauf gebildet wird, insbesondere durch Speicherbecken, Druckrohrleitung, Tiefbecken und Rücklaufleitung. In diesem Zusammenhang bedeutet geschlossener Kreislauf zunächst nur, dass das Wasser im Kreis geführt werden kann, die einzelnen Elemente, insbesondere die Becken aber offen (zur Atmosphäre hin geöffnet) sein können. In manchen Varianten der vorliegenden Erfindung ist es jedoch bevorzugt, wenn sowohl die Leitungen als auch die Becken gegenüber der Umwelt verschlossen sind. Dies hat den Vorteil, dass Verschmutzungen des Wassers weitgehend ausgeschlossen sind und somit weniger Reinigungen und Wartungen benötigt werden. Weiterhin wird dadurch ein übermäßiger Wasserverlust, insbesondere durch Verdunstung, vermieden, so dass insbesondere bei höheren Temperaturen weniger (bis gar kein) Wasser nachgefüllt werden muss, um den Wassergehalt auf dem gewünschten Pegel zu erhalten.
Unabhängig davon, ob die Wasserenthaltenden oder -führenden Elemente der erfindungsgemäßen Kraftwerke zur Umgebung hin offen sind, weisen einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit auf, weiteres Wasser zuzuführen oder Wasser abzulassen; zu diesem Zweck weisen die erfindungsgemäßen Kraftwerke in manchen Ausführungsformen Wasserzudosierungsvorrichtungen und/oder Wasserabführungsvorrichtungen auf. Wasserzudosierungsvorrichtungen können insbesondere Anschlüsse an die Wasserversorgung, an Flüssen und/oder Seen sein, so dass das Speicherbecken mit Wasser (auf-)gefüllt werden kann. Wasserabführungsvorrichtungen können insbesondere Anschlüsse an die lokale Wasserentsorgung wie Kanäle, Flüsse und/oder Seen sein, so dass das Tiefbecken geleert werden kann.
In weiteren Varianten kann das Speicherbecken mit einem Wasserüberlauf versehen sein, der idealerweise an örtliche Entwässerungsmöglichkeiten (Kanal, Bäche, Flüsse, Seen) angeschlossen ist.
Zusätzlich können an einzelnen, mehreren oder allen von Druckrohrleitung, Rücklaufleitung und/oder Becken der erfindungsgemäßen Kraftwerke Wasserentnahmestellen (Wasserhähne) vorgesehen sein. Dadurch kann zum Beispiel eine Bewässerung in der Nähe des jeweiligen erfindungsgemäßen Kraftwerks ermöglicht werden, falls die gewünscht ist. Wenn einige oder mehrere (oder alle) dieser Wasserentnahmestellen entsprechend konfiguriert sind, können diese auch mit entsprechenden Schläuchen, zum Beispiel Löschwasserschläuchen, verbunden werden, so dass die erfindungsgemäßen Kraftwerke in dieser Variante im Notfall als Löschwasserversorgung dienen können.
In manchen Varianten der vorliegenden Erfindung wird (werden) die Rücklaufpumpe(n) über kleine, lokale Stromversorgungsvorrichtungen, bevorzugt Windkraftwerke, insbesondere Windkrafträder, oder Solarkollektoren mit Strom versorgt. Dabei können diese Stromversorgungsvorrichtungen auch abschaltbar ausgestaltet sein, so dass die Pumpe wahlweise mit Strom von diesen oder aus dem lokalen Stromnetzt versorgt werden können. Solche lokalen Stromversorgungsvorrichtungen ermöglichen besonders günstiges Zurückpumpen des Wassers aus dem Tiefbecken in das Speicherbecken.
In weiteren bevorzugten Varianten der vorliegenden Erfindung umfassen die Kleinspeicherkraftwerke eine automatische Steuerung, bevorzugt ein Computersystem, umfasst, wobei die Steuerung konfiguriert ist, zumindest

a) den Strompreis zu überwachen, bevorzugt durch kontinuierlichen oder periodischen Abruf von Strompreisinformationen über eine Internetverbindung;
b) bei einem über einem Schwellenwert liegenden Strompreis (Hochpreis) Wasser aus dem Speicherbecken abzulassen und durch die Druckrohrleitung und die Turbine, in der mittels eines angekoppelten Generators aus dem strömenden Wasser Strom erzeugt wird, in das Tiefbecken strömen zu lassen;
c) bei einem unter einem Schwellenwert liegenden Strompreis (Tiefpreis) Wasser aus dem Tiefbecken zurück in das Speicherbecken zu pumpen.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird zwar meist von einem Speicherbecken gesprochen, was bevorzugt ist, jedoch kann dieses in Varianten auch in mehrere Teilbecken beziehungsweise Abschnitte unterteilt sein. Diese Teilbecken oder Abschnitte können dann so konfiguriert sein, dass sie getrennt von anderen, jeweils einzeln abgelassen werden können. Dies ist insbesondere für die Ausgestaltungen, in denen per automatischer Steuerung die Verstromung gezielt erfolgt, von Vorteil sein, da dann eine noch genauere Dosierung der Wassermenge erfolgen kann.
Entsprechend können auch mehrere Tiefbecken oder ein in Abschnitte unterteiltes Tiefbecken eingesetzt werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn nicht bekannt ist, welche Wassermenge durch die Druckrohrleitung/Pumpe fließen wird, zum Beispiel, wenn zwar ein Speicherbecken genutzt wird, dieses aber kontinuierliche mit Wasser speisbar ist (zum Beispiel aus einem Fluss) und aktuell auf Dauerstromerzeugung, also Durchfluss gestellt ist.
In manchen Varianten der vorliegenden Erfindung kann der Wasserkreislauf so konfiguriert sein, dass Wasser aus dem Tiefbecken hochgepumpt wird, aber in dem Speicherbecken nicht gesammelt wird, sondern direkt wieder in die Druckrohrleitung geleitet wird, so dass die Turbine kontinuierlich arbeitet. Diese Variante ist insbesondere dann geeignet, wenn die Rücklaufpumpe vor Ort unabhängig von anderen Stromleitungen mit Strom versorgt wird (wenn zum Beispiel ungewöhnliche geographische Voraussetzungen den Betrieb eines einzelnen lokalen Windkraftrads ermöglichen, generell aber so wenig Windkraft genutzt werden kann, dass der Strompreis im Hochpreissegment liegt.).
Die erfindungsgemäßen Kraftwerke umfassen bevorzugt noch mindestens einen Stromzähler, der die Stromerzeugung durch und den Stromverbrauch von dem jeweiligen erfindungsgemäßen Kraftwerk misst. Dadurch ist eine genaue Überwachung der Strombilanz und der Effizienz möglich.
Das Computersystem der automatischen Steuerung umfasst in bevorzugten Varianten neben dem eigentlichen Computer für die Steuerung und dem darauf ablaufenden Steuerprogramm (oder ablaufenden Steuerprogrammen) noch die notwendige Steuermechanik zur Ansteuerung der verschiedenen notwendigen Bauteile wie Ventilen oder Absperrschiebern sowie notwendige Messeinrichtungen, insbesondere zur Messung von Wasserdurchfluss, Wasserstand und ähnlichem.
Die erfindungsgemäßen Kraftwerke sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen in Zusammenhang mit Wasser beschrieben, könnten aber im Prinzip auch mit anderen Flüssigkeiten betrieben werden.
Bevorzugt werden die erfindungsgemäßen Kraftwerke mit Wasser, zum Beispiel ausgewählt aus Leitungswasser, Flusswasser, Regenwasser, Kraftwerksabwasser, Brauchwasser oder Mischungen davon, betrieben.
Die Druckrohrleitungen der erfindungsgemäßen Kraftwerke sind prinzipbedingt ausgehend vom Speicherbecken zur Turbine hin abfallend ausgestaltet. Der genaue Neigungswinkel wird dabei in der Regel durch die natürlichen Gegebenheiten (zum Beispiel geographisch, landschaftlich) vor Ort bestimmt. Bevorzugt weisen die Druckrohrleitungen dabei Winkel zwischen 0° und 70° zur Lotrechten (jeweils inklusive) auf. In Varianten sind auch Winkel zwischen 30° und 60°, zwischen 40° und 50°, oder auch von etwa 45° zur Lotrechten (jeweils inklusive) möglich. Es ist auch möglich, dass die Druckrohrleitungen über ihren Verlauf gesehen unterschiedliche Neigungen aufweisen, zum Beispiel erst etwas flacherer Verlauf, dann etwas steiler, oder umgekehrt (oder auch mehr als zwei unterschiedliche Neigungen); dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn unterhalb des Kraftwerks teilweise felsiger Boden und teilweise anderer Boden ist. Für die Fälle in denen mehrere Neigungswinkel gegeben sind, ist beziehen sich die obigen bevorzugten Zahlenangaben in Varianten unabhängig voneinander auf den mittleren Neigungswinkel und die jeweils einzelnen.
Im Übrigen können die erfindungsgemäßen Kleinspeicherkraftwerke die für Wasserkraftwerke üblichen Bestandteile aufweisen, falls gewünscht und/oder notwendig, zum Beispiel Rechen/Filter vor dem Wassereinlass in die Druckrohrleitung, Diffusor am Wasserauslass aus der Ableitung
Ebenfalls von der vorliegenden Erfindung umfasst ist ein Verfahren zur Ausnutzung schwankender Strompreise und/oder schwankender Stromverfügbarkeiten unter Verwendung eines Wasserspeicherkraftwerks.
Dieses erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

A) Überwachung des Strompreises, bevorzugt durch kontinuierlichen oder periodischen Abruf von Strompreisinformationen über das Internet;
B) bei einem über einem Schwellenwert liegenden Strompreis (Hochpreis) Ablassen von Wasser aus einem Speicherbecken und Strömenlassen des Wassers durch Druckrohrleitung und Turbine, worin mittels mindestens eines angekoppelten Generators aus dem strömenden Wasser Strom erzeugt wird, in ein Tiefbecken;
C) bei einem unter einem Schwellenwert liegenden Strompreis (Tiefpreis) Rückpumpen von Wasser aus dem Tiefbecken zurück in das Speicherbecken,

Entsprechung ist auch noch Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Kleinspeicherkraftwerke zur Stromerzeugung und/oder zur Ausnutzung schwankender Strompreise und/oder schwankender Stromverfügbarkeiten.
Die erfindungsgemäß bevorzugten Kleinspeicherkraftwerke auf Basis von Pumpspeicherwerken setzen nur einen Höhenunterschied zwischen Speicherbecken und Tiefbecken von mindestens 40 Metern, bevorzugt mindestens 50 Metern, voraus. In manchen Varianten der vorliegenden Erfindung werden die Kleinspeicherkraftwerke auf Basis von Pumpspeicherwerken aus wirtschaftlichen Gründen in der Nähe von Kraftwerken oder vorhandenen Stromleitungen, die die Kapazität aufnehmen können, gegebenenfalls auch großen Stromabnehmern wie Fabriken, angesiedelt.
Insbesondere für solche Fälle, in denen für das Kleinspeicherkraftwerk kein Gewässer (See, Fluss etc.) zur Einleitung des abgeflossenen Wassers zur Verfügung steht, weist das erfindungsgemäße Kleinspeicherkraftwerk mindestens ein zweites, tiefer gelegenes Becken (Tiefbecken) auf.
In diesen Varianten kann mittels eines zweiten Wasserbeckens (Tiefbecken) ein Wechselbetrieb stattfinden. Bei Niedrigstrombedarf wird das hochstehende Becken (Speicherbecken) gefüllt, und bei Strombedarf zur Stromerzeugung geleert.
Dies hat zudem den Vorteil, dass dann dieses Wasser in gereinigter Form zur Verfügung steht. Auch die Schwierigkeiten des Einleitens in bestehende Gewässer wären damit vermieden.
Als Becken (sowohl für Speicherbecken als auch für Tiefbecken) bieten sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung neben den bekannten Bauformen aus Stahl oder Beton auch Leichtbauweisen wie Gitter aus Stahl oder Kunststoff mit Folienauskleidung an. Letztere ist in Varianten der vorliegenden Erfindung bevorzugt. Bei geeignetem Gelände können in manchen Varianten der vorliegenden Erfindung im Prinzip auch teichartige Naturbecken mit wasserdichten Wänden verwendet werden. Unterstellt man, dass in Deutschland tausend solcher Speicherbecken errichtet werden, würde dies bedeuten, dass in kurzer Zeit die Leistung eines großen Atomkraftwerkes ohne großen Eingriff in die Natur und Landschaft abgerufen werden könnte. Außerdem wäre bei besseren Alternativen ein Rückbau ohne großen Aufwand möglich
Die Wirtschaftlichkeit der vorliegenden Erfindung ergibt sich neben den Investitionskosten aus dem Differenzpreis Strom im Niedrigpreissegment zu Strom im Hochpreissegment. Wenn zum Beispiel die Sonne scheint und/oder der Wind weht, ist der Strompreis meist niedrig; umgekehrt, zum Beispiel in der sogenannten Dunkelflaute (kein Wind und/oder keine Sonne) oder meist zutreffend auch in den Wintermonaten, ist der Strompreis zu anderen Zeiten entsprechend hoch. Entsprechende Schwankungen existieren aber auch während des Jahres, der Tag- und Nachtdifferenz, an Wochenenden, Feiertagen, zu Urlaubszeiten usw. Darüber hinaus nimmt auch die Häufigkeit des Stromabrufes einen Einfluss. Generell lässt sich sagen, dass Stromüberschuss niedrigeren Strompreis und Strommangel hohen Strompreis bedeutet.
Wird die Anlage zu Niedrigstromzeiten mit Wasser befüllt (also das Wasser in das Speicherbecken geleitet, zum Beispiel durch Rückpumpen aus einem Tiefbecken), werden entsprechende Mengen Strom „speicherbar“ (durch die dem gegenüber der Turbine erhöht gespeicherten Wasser innewohnenden Energie) und zu Stromhochpreisen abrufbar. Aus dem Differenzpreis, also den (Strom-)Kosten für das Befüllen des Speicherbeckens mit Wasser im Vergleich zu den Verkaufskosten (Einspeisekosten) des durch die Turbine aus diesem Wasser gewonnenem Strom, ergibt sich die besondere Wirtschaftlichkeit der erfindungsgemäßen Kleinspeicherkraftwerke.
Darüber hinaus sind die erfindungsgemäßen Kleinspeicherkraftwerke (zumindest, wenn sie in ausreichender Anzahl betrieben werden) auch für die Netzstabilität von Vorteil: Überschüssiger Strom (viel Sonne, viel Wind) kann zur Befüllung des Wasserreservoirs (also des Speicherbeckens) benutzt und im (Spitzen-)Bedarf abgerufen werden.
Gerade für Kraftwerksbetreiber mit regenerativer Primärenergie kann durch Verwendung der erfindungsgemäß Kleinspeicherkraftwerke eine erhebliche wirtschaftliche Steigerung erzielt werden, da bei Niedrigstrombedarf die Vergütung teilweise bei null liegt und bei Höchststrombedarf die Vergütung auch bei mehreren 100 EURO pro MWh liegen kann.
Der Fachmann kann die genaue Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kraftwerke, sofern diese in dieser Beschreibung nicht explizit beschrieben sind, wie beispielsweise Größe, Wanddicken, Materialien etc. auf die vor Ort herrschenden Gegebenheiten (zum Beispiel verfügbare Fläche, Höhenunterschiede etc.) im Rahmen seines allgemeinen Fachwissens vornehmen.
Sofern bei der Beschreibung der erfindungsgemäßen Kraftwerke Teile oder die ganze Vorrichtung als „bestehend“ aus gekennzeichnet sind, ist darunter zu verstehen, dass sich dies auf die genannten wesentlichen Bestandteile bezieht. Selbstverständliche oder inhärente Teile wie (weitere) Leitungen, Ventile, Schrauben, Gehäuse, Messeinrichtungen etc. sind dadurch nicht ausgeschlossen.
Die einzelnen Teile der Kraftwerke stehen dabei, soweit nicht explizit beschrieben, in fachüblicher und bekannter Art und Weise miteinander in Wirkverbindung.
Die verschiedenen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung, z.B. - aber nicht ausschließlich - diejenigen der verschiedenen abhängigen Ansprüche, können dabei in beliebiger Art und Weise miteinander kombiniert werden, sofern solche Kombinationen sich nicht widersprechen.
Beispiel:
Ein Speicherbecken in Form eines Rundbehälters mit einem Durchmesser von 100 Metern und 15 Metern Höhe ergibt eine Wassermenge von knapp 120000 m³. Bei einem Höhenunterschied von 50 Meter (zwischen Einlass des Wassers in die Druckrohrleitung und dem Eintritt des Wassers in die Turbine) sind etwa 14 MWh Strom „speicherbar“.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen sind dabei nicht limitierend auszulegen und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnungen sind schematisch und enthalten weiterhin nicht alle Merkmale, die übliche Vorrichtungen aufweisen, sondern sind auf die für die vorliegende Erfindung und ihr Verständnis wesentlichen Merkmale reduziert, beispielsweise sind Schrauben, Anschlüsse etc. nicht oder nicht im Detail dargestellt. Gleiche Bezugszeichen zeigen in den Figuren, der Beschreibung und den Ansprüchen gleiche Merkmale.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kleinspeicherkraftwerk nach Art eines Wasserspeicherkraftwerks. Wie man sieht umfasst das Kraftwerk zunächst ein Speicherbecken SB, welches oberhalb der übrigen Bestandteil angeordnet ist und als Energiespeicher fungiert. Bei Energiebedarf kann diese gespeicherte Energie (potentielle Energie) abgerufen werden, indem das in dem Speicherbecken SB gespeicherte Wasser in die Druckrohrleitung D fließen gelassen wird (indem die Verbindung zwischen Speicherbecken und Leitung geöffnet wird). Zwar ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, das Wasser gedrosselt aus dem Speicherbecken SB in die Druckrohrleitung D fließen zu lassen, jedoch ist es (natürlich) effektiver, die Leitung komplett zu öffnen und das Wasser mit vollem Druck und voller Kapazität in die Druckrohrleitung D fließen zu lassen. Die Druckrohrleitung D mündet dabei in eine Turbine T, in welcher die dem fließenden Wasser innewohnende Energie mittels der Turbinenschaufeln in mechanische Energie umgewandelt wird und dann durch mindestens einen angekoppelten Generator (in der Figur nicht extra dargestellt) in Strom umgewandelt wird. In 1 ist die Druckrohrleitung über die Turbine T hinausgehend dargestellt; dies soll die Ableitung des Wassers darstellen. Das so abzuleitende Wasser hat einen signifikanten Teil seiner Energie in der Turbine T abgegeben. Die Ableitung des Wassers ist in der in 1 dargestellten Variante nicht besonders beschränkt und kann zum Bescheid wie üblich in Flüsse, Seen, andere Gewässer oder Vorratsbecken (zum Beispiel Tiefbecken) erfolgen. Weiterhin ist in der Figur dargestellt, dass an die Turbine T mit angekoppeltem Generator eine Stromleitung S angeschlossen ist. Über diese kann der erzeugte Strom entweder in einen Stromspeicher (Akkumulator) gespeichert werden, dieser also geladen werden, oder zum Beispiel auch direkt ins Stromnetz eingespeichert werden, was in der Figur durch den Strommast M (und die daran angeschlossenen Stromleitungen S des Stromnetzes) illustriert wird. Der stromabwärts der Turbine T angeordnete Teil dient in den meisten Varianten der vorliegenden Erfindung nicht mehr der Energiegewinnung (weil zu wenig effektiv), sondern nur der Wasserverteilung/-abführung. Für den Fall, dass das Speicherbecken SB ein geschlossener Behälter ist, kann unter Umständen eine zusätzliche Druckvorrichtung vorgesehen sein, die das gespeicherte Wasser mit zusätzlichem Druck beaufschlagt, so dass insbesondere bei Ableitung durch die Druckrohrleitung D, das Wasser mit größerer Kraft in Richtung Turbine T strömt.
2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung, wobei diese im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt ist. Der grundlegende Aufbau entsprich dabei demjenigen von 1. Im Unterschied zu 1 jedoch umfasst der Aufbau von 2 ein zusätzliches Tiefbecken TB, in welches das abfließende Wasser nach Durchtritt durch die Turbine T fließt und wo es aufgefangen wird. An das Tiefbecken TB ist eine Rücklaufleitung R angeschlossen, welche das Tiefbecken TB mit dem Speicherbecken SB verbindet. Im Wesentlichen dient die Rücklaufleitung R dazu, das im Tiefbecken aufgefangene Wasser zurück in das Speicherbecken zu leiten (mittels Pumpe); allerdings kann die Rücklaufleitung R zusätzlich auch so konfiguriert sein, dass sie als Überlauf fungieren kann, falls das Speicherbecken SB überfüllt wird. Um das Wasser aus dem Tiefbecken TB zurück in das Speicherbecken SB zu leiten ist die Rücklaufleitung R mit einer Pumpe P verbunden. Die Pumpe P kann dabei im Prinzip eine beliebige Pumpe sein, die ausreichend Leistung hat um das Wasser aus dem Tiefbecken unter Überwindung des Höhenunterschiedes zurück in das Speicherbecken SB zu pumpen. Im Prinzip kann das im Tiefbecken TB aufgefangene Wasser sofort zurück in das Speicherbecken SB gepumpt werden, oder aber, was erfindungsgemäß bevorzugt ist, in dem Tiefbecken TB gesammelt werden und dann bei Bedarf zurück in das Speicherbecken SB gepumpt werden.

Bezugszeichenliste

SB: Speicherbecken
TB: Tiefbecken
T: Turbine (mit angekoppeltem Stromgenerator)
D: Druckrohrleitung (für Wasser)
R: Rücklaufleitung (für Wasser)
P: Pumpe (an oder in der Rücklaufleitung angeordnet)
S: Stromleitung
M: (Strom-)Mast
Pfeile: Strömungsrichtung (des Wassers)

Claims

Kleinspeicherkraftwerk nach Art eines Wasserspeicherkraftwerks umfassend: - ein Speicherbecken (SB); - eine Druckrohrleitung (D), die unten am Speicherbecken (SB) angebracht ist; - eine Turbine (T), in die die Druckrohrleitung (D) mündet, - einen Stromgenerator, der an die Turbine (T) angekoppelt ist, wobei der Höhenunterschied zwischen Wassereinlass in die Druckrohrleitung (D) und Turbineneinlass mindestens 40 Meter, bevorzugt mindestens 50 Meter und bevorzugt höchstens 600 Meter, insbesondere bevorzugt höchstens 100 Meter, beträgt.
Kleinspeicherkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich mindestens ein Tiefbecken (TB) umfasst.
Kleinspeicherkraftwerk nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eine Rücklaufleitung (R) und mindestens eine Rücklaufpumpe (P) umfasst.
Kleinspeicherkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Speicherbecken (SB) und Tiefbecken (TB) ein geschlossener Wasserkreislauf gebildet wird.
Kleinspeicherkraftwerk nach einem der Ansprüche 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Rücklaufpumpe oder Rücklaufpumpen (R) über einzelne Stromversorger, bevorzugt Windkraftwerke, insbesondere Windkrafträder, oder Solarkollektoren mit Strom versorgt wird oder werden.
Kleinspeicherkraftwerk nach einem der Ansprüche 3 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass es eine automatische Steuerung umfasst, die konfiguriert ist, zumindest a) den Strompreis zu überwachen, bevorzugt über eine Internetverbindung; b) bei einem über einem Schwellenwert liegenden Strompreis (Hochpreis) Wasser aus dem Speicherbecken (SB) abzulassen und durch die Druckrohrleitung (D) und die Turbine (T), in der mittels eines angekoppelten Generators aus dem strömenden Wasser Strom erzeugt wird, in das Tiefbecken (TB) strömen zu lassen; c) bei einem unter einem Schwellenwert liegenden Strompreis (Tiefpreis) Wasser aus dem Tiefbecken (TB) zurück in das Speicherbecken (SB) zu pumpen.