Wellenkraftwerk

Bisher wird bei OWC-Wellkraftwerken mit Hilfe der pneumatischen Schächten die anfallende Druckluft sofort mittels einer Wells-Turbine in elektrische Energie umgewandelt und in das Netz eingespeist.

Neu an diesem Konzept ist, dass die Wellenenergie nicht sofort mittels einer Wellsturbine in elektrische Energie umgewandelt wird, sondern in Form von Druckluft in einem Druckluftspeicher eingelagert wird. Das hat den Vorteil, dass die Druckluftenergie erst bei Bedarf abgerufen wird.

Bei Starklastzeiten wird die Druckluft in Druckwasser transformiert und mittels einer Wasserturbine, die einen Wirkungsgrad von über 90 % hat, in das Netz eingespeist.

Dieses OWC-Wellenkraftwerk dient als Beitrag zu ökonomischen und ökologischerem Wirtschaft mit Energie. Mit diesem revolutionären Kraftwerk werden potenzielle Gefahren für die Umwelt vermieden und sind durch nachhaltige Technologie im Rahmen von Umweltmanagementsysteme implementiert. Das Energiespeicherkraftwerk wird mit den unbedenklichen Medien Druckluft und Wasser betrieben.

Mit diesem System wird gegenüber allen, derzeit angewendeten Systemen die höchste Energieeffizienz bei der Ein- und Ausspeicherung von Energie garantiert.

Dieses hybride OWC-Wellendruckluftwasserkraftwerk weist folgende Vorteile gegenüber bekannten Systemen auf

• Ausgelegt für kontinuierliche Energieerzeugung 24/7,

• Problemlose und verlustfreie Rückverwandlung der Druckluft mittels Wasserturbinen in elektrische Energie, mit einem Wirkungsgrad von über 90 % gegenüber Wells-Turbinen,

• Lange, verlustfreie Lagerung der Druckluft, die nach einem Blackout einen Neustart sicherstellt und somit Schwarzstartfähig ist,

• Die aus dem Druckluftspeicher kommende Druckluft wird auf den vorgesehenen Betriebsdruck geregelt. Damit wird ein gleichmäßiger Wasserdruck für die Turbinen sichergestellt, was eine gleichmäßige Energieeinspeisung in das Netz garantiert. 

• Zyklenfest, da die Medien Druckluft und Wasser keiner Abnützung oder Kapazitätsverlust unterliegen, sind sie wartungsfrei. Es müssen nur Verluste, die durch Leckage, Verdunstung oder Diffusion entstehen, ergänzt werden. Bei allen anderen, bekannten Energiespeicher-systemen sinkt mit der Anzahl der Zyklen die Kapazität. Dadurch entstehen speziell bei chemischen Batteriespeicher intensive Wartungs- und Recyclingkosten ein, die einen wirtschaftlichen Betrieb verhindern.

Bei meiner Forschung auf dem Gebiet der Energiespeicherung bemerkte ich, dass bei

OWC-Wellenkraftwerke bei der Erzeugung von elektrische Energie ausschließlich Wells-Turbinen (Gasturbinen) zum Einsatz kommen. Der Wirkungsgrad von Gasturbinen ist sehr ineffizient.

Die Druckluft darf nicht direkt zur Umwandlung von Druckluftenergie in elektrische Energie verwendet werden, da die Masse der Druckluft sehr gering ist und dadurch physikalisch bedingt, keine hohen Wirkungsgrad bei der Rückverwandlung der Druckluft in elektrische Energie zulässt.

Um den Wirkungsgrad von Druckluft effizient zu erhöhen, muss das massenarme Medium Druckluft, dass eine Masse von 1 Gramm/l aufweist, in ein massenreiches Medium, wie zum Beispiel Wasser, mit einer Masse von 1000 Gramm/l transformiert werden. Mit einer Wasserkraftturbine erreicht man bei der Rückverwandlung der Druckluftenergie in elektrische Energie einen Wirkungsgrad von bis zu 96% gegenüber einer Wellsturbine mit ca. 0,3 – 0,7 %. Die Druckluft ist ideal für Speicherung wegen seiner Komprimierbarkeit. Das Wasser ist ideal auf Grund seiner Masse und Trägheit für den Antrieb von Wasserturbinen, die dadurch einen wesentlich höheren Wirkungsgrad besitzen.

Weiters besteht die Möglichkeit, bei schwachen Wellengang das Wellenkraftwerk auf ein Speicherkraftwerk umzustellen. Anstelle die Drucklufterzeugung aus dem Meer zu gewinnen,

wird die Drucklufterzeugung mit überschüssiger, regenerativen Energie wie z.B. mit Windkraft- oder PV-Anlagen erzeugt. Hier wird bei Schwachlastzeiten im Netz die überschüssige Energie mittels eines Verdichter in Form von Druckluft in den Druckluftspeicher eingespeist.

Bei der Drucklufterzeugung mit der Energie aus dem Netz sollte man eine adiabate Druckluftproduktion betreiben, indem man die entstehende Wärme bei der Druckluftproduktion über einen Wärmetauscher in den jeweiligen, mit Wasser gefüllten Wasserbehälter überträgt und einspeichert. Man erspart sich dadurch die Bau- und Wartungskosten eines externen Wärmespeicher, da das Wasser in diesem Fall eine Doppelfunktion übernimmt.

Bei der Stromproduktion wird die, aus dem Druckluftlager kommende, kalte Luft, mittels der Wärme, die sich im Wasserbehälter befindet, wieder aufgeheizt. Mit dieser Anordnung werden die ansonst entstehenden Volumens- und Druckverluste bei der Druckluft kompensiert.

Ein weiteres Novum ist, dass die, quasi verbrauchte Druckluft, die nach einem Energieerzeugungszyklus im druckfesten Wasserbehälter verbleibt, mit den halben Energieaufwand dem Verdichter wieder zugeführt wird, um den Druckluftspeicher wieder aufzuladen für einen neuen Energieerzeugungszyklus.

Als Beweis, dass das Druckluftwasserkraftwerk funktioniert, wurde ein kleines

Druckluftwasserkraftwerk errichtet, mit einem Output von 5 kW.

Stromproduktion

Für eine kontinuierliche Stromproduktion braucht man drei druckfeste Wasserbehälter. Man befüllt den ersten Wasserbehälter komplett mit Wasser. Von einem zentralen Druckluftlager oder z.B. einer unterirdischen Kaverne, leitet man Druckluft in den Wasserbehälter ein. Die kalte Druckluft wird mit dem im Wasserbehälter befindlichen, heißen Wasser wieder aufgeheizt. Die Druckluft wird dadurch auf sein ursprüngliches Volumen ausgedehnt. Mittels einer Druckluftregelung baut sich im Wasserbehälter z.B. ein Druck von 40 Bar auf. Die Druckluft wird verlustfrei in Wasserdruck transformiert. Durch das Öffnen eines Ventils in der Verbindungsleitung vom Wasserbehälter zur Wasserturbine wird die kinetische Energie mittels Turbine und Generator in elektrische Energie umgewandelt. Eine Pelton-Turbine mit einem Schluckvermögen von 10 m³/s und einem Druck von 40 Bar, der einer Wassersäule von 400 Meter entspricht, erzielt man eine Leistung von ca. 31764.71 kW. Das sind gerundet ca. 32 MW. Der Wirkungsgrad einer Peltonturbine beträgt nach heutigem Stand der Technik ca. 92 %. Und das Geniale dabei, es können nur so viele Kubikmeter Druckluft vom Druckluftlager mit konstantem Druck von 40 Bar in den druckfesten Wasserbehälter nachfließen, als Wasser nach der Energieabgabe aus der Turbine abfließt. Dadurch entsteht in der Zuleitung kein Druckabfall – was ein Einfrieren der Druckluft verhindert – da ja immer ein konstanter Gegendruck vorherrscht, im Gegensatz zu Gasturbinen mit den allseits bekannten Problemen.

Das System kann theoretisch als Energieerzeugungskraftwerk für Grundlast- und/oder Spitzenstrom ohne Unterbrechung das ganze Jahr betrieben werden. Mit drei druckfesten Wasserbehältern wird eine kontinuierliche Stromproduktion garantiert. Die Druckluft und das Wasser können als ein geschlossene System betrieben werden.

Adiabate Druckluftproduktion

Ein höherer Wirkungsgrad wird erzielt, indem man die Abwärme, die bei der Druckluftproduktion anfällt, über einen Wärmetauscher in den jeweiligen, mit Wasser gefüllten Wasserbehälter überträgt und einspeichert. Bei der Stromproduktion wird die, aus dem Druckluftlager kommende, kalte Luft mittels der Wärme, die sich im Wasserbehälter befindet, wieder aufgeheizt. Damit werden die ansonst entstehenden Volumens- und Druckverluste bei der Druckluft kompensiert.

Energiebonus

Bei diesem Duckluftwasserkraftwerk gibt es einen zusätzlichen Bonus. Denn nach Ablauf des ersten Stromerzeugungszyklus und anschließenden zweiten Stromerzeugungszyklus befindet sich in dem vom Wasser entleerten Behälter Druckluft mit dem jeweiligen Betriebsdruck z. B. 10 Bar, die nicht ungenützt in die Umgebung abgelassen wird, sondern mit wesentlich geringeren Energieaufwand dem Verdichterkreislauf wieder zugeführt wird um es auf ein höheres Drucklevel z.B. 20 Bar zu bringen für den nächsten Energieerzeugungszyklus, was zusätzlich ca. 50 % Energie bei der Drucklufterzeugung einspart.

Weiters könnte man auch Dampfkraftwerke auf mein System umbauen.

Der Dampfdruck könnte in Wasserdruck transformiert werden und mittels einer Wasserturbinen Strom erzeugt werden. Damit könnte mit wesentlich weniger Energieaufwand wie z. B. Gas, wesentlich mehr elektrischer Energie generiert werden.