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Dokumentenidentifikation DE19820379C1 08.07.1999
Titel Verfahren zur Nutzung der Verlustleistung eines Starkstromkabels
Anmelder Felten & Guilleaume AG, 51063 Köln, DE
Erfinder Brakelmann, Heinrich, Prof. Dr.-Ing., 47495 Rheinberg, DE;
Rasquin, Werner, Prof. Dr., 50668 Köln, DE
DE-Anmeldedatum 07.05.1998
DE-Aktenzeichen 19820379
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 08.07.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.07.1999
IPC-Hauptklasse H01B 7/34
IPC-Nebenklasse H02G 3/03   F25B 30/06   
IPC additional class // H01B 9/00,F24D 12/00  
Zusammenfassung Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Abführen der Verlustleistung mindestens eines Starkstromkabels 10 über mindestens ein einen fluiden Wärmeträger führendes Rohr 20, 22 vor, wobei die Verlustleistung direkt oder indirekt in ein Energieliefersystem 52 eines Verbrauchers 50 überführt wird. Unter indirekter Nutzung wird verstanden, wenn die thermische Verlustleistung mittels Erdsonden 24 dem umgebenden Erdreich 30 oder einem benachbarten thermischen Erdenergiespeicher zugeführt wird und von dort bei Bedarf dem Verbraucher 52, 50 zugeführt werden kann.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur regenerativen Nutzung der Verlustleistung mindestens eines Starkstromkabels.

Im Normalbetrieb können Hochleistungskabelanlagen Verlustleistungen bis zu 50 W/m oder mehr entwickeln. Mit zunehmender Verlustleistung ist ohne Kühlung die Leistungsfähigkeit eines Starkstromkabels oder einer Kabelanlage begrenzt. Es sind schon vielfältige Vorrichtungen zur direkten oder indirekten Kühlung von Starkstromkabeln vorgeschlagen worden. Eine gewisse Übersicht über die Möglichkeiten der Wärmeableitung oder der Kühlung ist in einer Broschüre von SIEMENS von 1976 beschrieben (Künstlich gekühlte Kabel bis 420 kV; Best.-Nr. J 113/1057). Ein anderes Anwendungsbeispiel der Kabelkühlung mittels Wärmerohren findet sich in der DE 28 32 881 A1. Diese und andere ähnliche Systeme haben den Nachteil, daß die Verlustleistung ohne weitere Nutzung an die Umgebung abgegeben wird.

Es gibt bereits verschiedene Vorschläge, die thermische Verlustleistung bei der Stromerzeugung regenerativ zu nutzen. Am bekanntesten sind hier Blockheizkraftwerke, bei denen der Stromerzeugung ein Heizkraftwerk nachgeschaltet ist. Andere Maßnahmen beruhen auf dem Einsatz von Wärmepumpensystemen. Wärmepumpen heben die Verlustleistung auf ein höheres Temperatumiveau, wodurch eine weitere thermische Nutzung möglich ist. Wärmepumpen werden auch zur Nutzung der natürlichen Umgebungswärme von Luft, Wasser oder Erdreich für Raumheizzwecke eingesetzt und sind daher ausgereifte technische Anlagen.

Ein Vorschlag, die thermische Verlustleistung elektrischer Energietransportleitungen regenerativ zu nutzen, ist bisher nicht bekannt geworden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Verlustleistung eines Starkstromkabels oder einer Starkstromkabelanlage einer nützlichen Verwendung zuzuführen.

Die Lösung besteht darin, daß die Verlustleistung über mindestens ein einen fluiden Wärmeträger führendes Rohr abgeführt wird und die Verlustleistung direkt oder indirekt in ein Energieliefersystem eines Verbrauchers überführt wird.

Die Vorteile der Erfindung sind je nach Ausgestaltung vielfältig. Besonders eignet sich das Verfahren zur Ergänzung von solarthermischen Anlagen mit thermischen Speichern, insbesondere Erdwärmespeichern. Bei Verwendung des umgebenden Erdreichs für die Speicherung der Verlustleistung oder auch wenn schon Speicher anderer Art (z. B. große unterirdische Wassertanks) bzw. geeignete Verbrauchssysteme bestehen, sind keine gesonderten Investitionen für Errichtung spezieller Zusatzeinrichtung zur Aufnahme der Verlustleistung notwendig.

Die Unterkühlung von vorhandenen Speichern läßt sich vermeiden, da Starkstromkabel in der Regel ganzjährig in Betrieb sind.

Mit der Erfindung kann auch auf gesonderte Kühlstationen für die Starkstromkabelkühlung verzichtet werden.

Unter direkter Zufuhr der Verlustleistung in das Energieliefersystem wird verstanden, wenn die Verlustleistung ohne Zwischenschaltung von thermischer Zwischenspeicherung oder ohne zeitliche Verzögerung direkt einem Verbraucher zugeführt wird. Direkte Zufuhr kann beispielsweise heißen, daß die Wärmeträgerleitung in direkter Verbindung mit dem Heizsystem bzw. dem Heizwärmespeicher in den Räumlichkeiten eines Verbrauchers steht.

Eine andere Art der Wärmezufuhr kann über eine zwischengeschaltete Station erfolgen. Die Zwischenstation kann mindestens eine Umwälzpumpe, mindestens einen Wärmetauscher und/oder mindestens eine Wärmepumpe umfassen. Die unter diesem Aspekt definierte Zwischenstation wird jeweils nach Anwendungsfall oder Auslegung der Anordnung ausgestattet sein.

Im Fall der Zwischenspeicherung bietet sich besonders das Erdreich an, in dem das Starkstromkabel liegt. Auch einem Erdreichwärmespeicher, der in der Nähe vorhanden ist, kann die Verlustleistung zugeführt werden. Das erfindungsgemäße System kann auch so ausgestaltet sein, daß die Erdsonden zur Überführung der Kabelverlustleistung ebenfalls dafür benutzt werden, solare Überschußwärme in das Erdreich oder in einen Erdwärmespeicher zu überführen. Bei dieser Maßnahme wird quasi das erfindungsgemäße System in ein solares Speichersystem integriert. Der Erfindung hat also auch den Vorteil, thermische Solarwärmeanlagen zu ergänzen.

Da in Erdschichten in einigen Metern Tiefe je nach Bodenbeschaffenheit und Wasserführung eine nahezu einheitliche Temperatur von etwa 10 bis 15°C herrscht, kann zu jeder Zeit des Jahres ein Starkstromkabel unter Aufladung eines Erdwärmespeichers gekühlt werden. Bei Hochleistungskabeln ist durchschnittlich mit einer Verlustleistung von bis zu 50 W/m zu rechnen, bei Vollast können die Verluste noch größer sein. Ein Starkstromkabel kann also einen wesentlichen Zusatzbeitrag an Energie für einen Verbraucher liefern.

Die Verlustleistung kann über Erdsonden in das Erdreich geleitet werden. Solche Anordnungen sind bekannt, wobei je nach Bodenbeschaffenheit bzw. -gegebenheit oder auch Lage eines Erdwärmespeichers, die Erdsonden ausgehend vom Kabelgraben senkrecht, schräg oder auch flach in das Erdreich gestoßen werden könne. Vorzugsweise kann auch zusätzlich ein Latentwärmespeicher in der Nähe der Erdsonden eingesetzt werden, wobei dabei der vorteilhafte Effekt eintritt, daß ein scharfer Begrenzung der Temperaturanhebung erreicht wird.

Die elektrische Antriebsenergie einer Umwälzpumpe für den Wärmeträger und/oder einer Wärmepumpe kann aus dem Starkstromkabel bezogen werden. Hierzu können Anordnung herangezogen werden, wie sie beispielsweise in der DE 36 27 149 A1 beschrieben sind.

Gemäß den unterschiedlichen Ausgestaltungen der Erfindung, können vom Fachmann entsprechende Anordnungen von Wärmeträgerrohren, Speichern, Zwischenspeichern, Erdsonden, Pumpen, Übergabestationen usw. entwickelt oder gestaltet werden.

Ein oder mehrere Wärmeträgerrohre können außerhalb des Starkstromkabels liegen oder direkt als Bündelkühlung im Starkstromkabel integriert sein. Als Beispiel für Bündelkühlung sei die DE 42 09 928 C1 zitiert.

Das Wärmeträgerrohr kann in die Nähe thermisch besonders beanspruchter Teile - insbesondere Garnituren - des Starkstromkabels oder der Starkstromkabelanlage gelegt werden. Mit dieser Anordnung können vorzugsweise Endverschlüsse oder Verbindungsmuffen oder sonstige hot-spots in der Kabelanlage thermisch entlastet werden.

Die beschriebene Anordnung oder auch Teile davon können integraler Bestandteil eines Energieliefersystems eines Verbrauchers sein; wobei besonders die Wärmeträgerrohre oder die Erdsonden infrage kommen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird schematisch in der einzigen Figur dargestellt.

Die Figur zeigt ein Starkstromkabel 10 mit einem einen flüssigen Wärmeträger führenden Rohr 20, 22, wobei ein Rohrstrang als Vorlauf und der andere Rohrstrang als Rücklauf zu verstehen ist. Das Wärmeträgerrohr ist an eine Verbindungsmuffe 12 herangeführt. Die Verlustleistung der Starkstromkabelanlage wird dem Energieliefersystem 52 eines Verbraucher 50 unter Einschaltung einer Zwischenstation 25 und weiterer wärmeführender Leitungen 54, 54' zugeführt, wobei in der Zwischenstation 25 ein Zwischenspeicher, eine Umwälzpumpe, ein Wärmetauscher und/oder eine Wärmepumpe untergebracht sein kann. Zwei Erdsonden 24 stehen unter direktem Durchfluß des Wärmeträgers, so daß die Verlustleistung kabelabschnittsweise getauscht wird, bevor es in das Erdreich 30 abgegeben wird. Mit Bezugszeichen 14 sind zwei Kabelendverschlüsse gezeigt, die mit der Anordnung ebenfalls thermisch entlastet werden können.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur regenerativen Nutzung der Verlustleistung mindestens eines Starkstromkabels (10), wobei die Verlustleistung über mindestens ein einen fluiden Wärmeträger führendes Rohr (20,22) abgeführt wird und wobei die Verlustleistung direkt oder indirekt in ein Energieliefersystem (52) eines Verbrauchers (50) überführt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlustleistung unter Einschaltung einer Zwischenstation (25) überführt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlustleistung unter Einschaltung eines Zwischenspeichers (30) überführt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlustleistung einem Latentwärmespeicher überführt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlustleistung dem umgebenden Erdreich (30) zugeführt wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlustleistung über Erdsonden (24) in das Erdreich (30) geführt wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsenergie einer Wärmeträgerumwälzpumpe (25) und/oder einer Wärmpumpe aus dem Starkstromkabel (10) bezogen wird.






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