Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Energiezwischenspeicher und ein Verfahren zur Zwischenspeicherung von Energie, und insbesondere auf ein hybrides Osmose-Pumpspeicher-System für Windkraftanlagen oder für Photo- voltaikanlagen oder anderen Stromerzeugungsanlagen aus zeitlich veränderli chen Energieformen.

HINTERGRUND

Es besteht ein großes Interesse, Strom und Wärme zukünftig zu 100 % aus er neuerbaren Energien zu gewinnen. Diese Energieformen fluktuieren jedoch in Ort und Zeit, was den Ausbau an Energiespeichern befördert und nötig macht, um eine Glättung bei der Energiebereitstellung zu erreichen.

Energiespeicher können als chemisch, thermisch, mechanisch oder elektrisch klassifiziert werden. Hybride Energiespeicher sind Speicher, die zwei oder mehr der vier Kategorien zugeordnet werden können. Die meisten Speicher weisen so- wohl Vor- als auch Nachteile hinsichtlich der Eigenschaften von Speichern auf, wie z.B. Kapazität, Rückverstromungs-/Speicherwirkungsgrad, Wirtschaftlich keit, Aus- und Einspeicherzeit, Eignung als Langzeitspeicher, Zyklusstabilität, Ortsabhängigkeit, Lebensdauer, gravimetrische und volumetrische Speicher dichte und die Ökobilanz. Trotz der jüngsten Fortschritte der Akkumulatoren (wiederaufladbare Batterien) beschränken die spezifischen Kosten solcher Speichersysteme diese immer noch auf Anwendungen im kleinen Maßstab, insbesondere für längere Speicherdau ern. Thermische Speicher sind fast immer mit Verlusten verbunden, da einmal erzeugte Wärme nicht mehr vollständig in elektrische Arbeit zurückverwandelt werden kann. Gleiches trifft zu für chemische Speicher, da auch die chemischen Reaktionen Wärme erzeugen, die zumindest zum Teil verloren ist. Daher besteht ein Bedarf nach alternativen Energiespeichersystemen und insbe sondere nach hybriden Systemen, die verschieden Konzepte miteinander kombi nieren, um so spezifische Nachteile einzelner Konzepte zu vermeiden.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG Zumindest ein Teil der oben genannten Probleme wird durch einen Energiezwi schenspeicher nach Anspruch l und durch die Verfahren Anspruch 13 und An spruch 14 überwunden. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Energiezwischenspeicher für zumindest eine Stromerzeugungsanlage aus einer zeitlich veränderlichen Ener giequelle. Der Zwischenspeicher umfasst: eine Osmose-Einrichtung, einen Per meat-Speicher, einen Konzentrat-Speicher und eine Steuereinrichtung. Die Os mose-Einrichtung ist ausgebildet, um, in einem Beladevorgang, eine Mischflüs sigkeit mit einem Ladedruck in ein Permeat und ein Konzentrat zu trennen und/oder, in einem Entladevorgang, das Permeat mit dem Konzentrat unter Be reitstellung eines osmotischen Druckes zu der Mischflüssigkeit zu vermischen. Der Permeat-Speicher steht fluid mit der Osmose-Einrichtung in Verbindung und ist ausgebildet, um das Permeat zu speichern. Der Konzentrat-Speicher steht fluid mit der Osmose-Einrichtung in Verbindung und ist ausgebildet, um das Konzentrat zu speichern. Die Steuereinrichtung ist ausgebildet, um folgende Funktionen zu steuern: den Beladevorgang unter Nutzung von elektrischer Energie der zumindest einen Stromerzeugungsanlage und/oder den Entladevor gang unter Bereitstellung von elektrischer Energie. Der bereitgestellte osmoti sche Druck kann z.B. zur Stromerzeugung genutzt werden. Die genutzte Energie kann auch aus einem Stromnetz kommen.

Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Stromerzeugungsanlage eine Windkraftan lage oder eine Photovoltaikanlage oder eine Wasserkraftanlagen oder eine durch Geothermie angetriebene Wärmekraftanlage oder eine Kombination daraus. Eine Kombination aus Windkraftanlagen und Photovoltaikanlagen kann bei spielsweise genutzt werden, um Schwankungsbreite der zeitlich veränderlichen Energie zu verringern.

In dem Beladevorgang wird das Mischwasser (insbesondere Salzwasser) bei- spielsweise aus einem Vorratsbehälter mit dem Ladedruck zu der Osmose- Ein richtung unter Nutzung der Energie der Stromerzeugungsanlage (oder dem Stromnetz) gepumpt, die dann in einem Umkehrosmose-Modus betrieben wird. In dem Entladevorgang wird die Anlage in Vorwärtsosmose betrieben und der osmotischen Druck des vermischten Konzentrats und Permeats für eine Energie- erzeugung bereitgestellt.

Optional umfasst der Energiezwischenspeicher einen Druckaustauscher, der ausgebildet ist, um einen Auslassdruck der Osmose-Einrichtung für das Kon zentrat zum Erzeugen des Ladedrucks der Osmose-Einrichtung teilweise zu nut zen. Optional ist der Konzentrat-Speicher oberhalb des Permeat-Speichers angeord net, um einen hydrostatischen Druck des Permeat geringer zu halten als einen hydrostatischen Druck des Konzentrats. Es ist von Vorteil, wenn der Konzentrat- Speicher so hoch wie möglich gelegen ist, da auf diese Weise eine hohe Energie dichte erreicht werden kann oder möglichst viel vom Ladedruck zum Hochpum- pen genutzt werden kann.

Optional umfasst der Energiezwischenspeicher zumindest eines aus dem Folgen den: eine erste Pumpe, eine zweite Pumpe, eine dritte Pumpe, eine oder mehrere Ventileinrichtungen, einen Vorratsbehälter. Die erste und/oder die dritte Pumpe sind ausgebildet, um beim Beladevorgang den Ladedruck an der Osmose-Ein- richtung für die Mischflüssigkeit auf einen vorbestimmten Wert oberhalb des os motischen Druckes zu bringen. Die zweite Pumpe ist ausgebildet, um beim Ent ladevorgang das Konzentrat aus dem Konzentrat-Speicher mit einem vorbe stimmten Konzentratdruck der Osmose-Einrichtung zuzuführen. Die eine oder mehreren Ventileinrichtungen sind ausgebildet, um einen oder mehrere der fol- genden Flüsse zu steuern: Fluss der Mischflüssigkeit, Fluss des Permeats, Fluss des Konzentrates. Der Vorratsbehälter speichert die Mischflüssigkeit, um einen geschlossenen Flüssigkeitskreislauf zu ermöglichen.

Optional ist die Steuereinrichtung weiter ausgebildet, um zumindest eine der folgenden Funktionen zu steuern: Starten des Beladevorganges auf ein Beladesignal, das einen Überschuss an elektrischer Energie anzeigt;

Starten des Entladevorganges auf ein Entladesignal, das einen Mangel an elektrischer Energie anzeigt;

Betätigen der ersten Pumpe und/oder der zweiten Pumpe und/oder der dritten Pumpe und/ oder der Ventil einrichtungen, um den vorbestimm ten Ladedruck und/oder den vorbestimmten Konzentratdruck zu errei chen.

Der Überschuss/Mangel an elektrischer Energie kann von der fluktuierenden Stromerzeugungsanlage selber stammen oder von anderen Anlagen kommen o- der aus dem Stromnetz kommen und wird durch die Ausgabe entsprechender Signale (Beladesignal, Entladesignal) gesteuert. Insbesondere können mehrere Energiespeicher miteinander kombiniert werden. Ziel ist es, dass die eine oder die mehreren Stromerzeugungsanlagen möglichst konstant elektrische Energie liefern. Bei dem Beladevorgang kann die erste Pumpe und/oder die dritte Pumpe ange steuert werden, um den Ladedruck zu erzeugen. Der Ladedruck sollte höher he gen als der osmotische Druck, um eine Trennung von Konzentrat und Permeat zu erreichen. Bei dem Entladevorgang stellt sich bedingt durch die Vor wärtsosmose auf der Konzentratseite ein Überdruck ein, der durch den osmoti- sehen Druck definiert ist und in Abhängigkeit der Konzentrationsdifferenz z.B. über eine Membran einen erheblichen Wert aufweisen kann. Um einen Rück fluss zu verhindern und einen effektiven Flüssigkeitsfluss durch die Osmose- Einrichtung zu erreichen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass der Konzent ratdruck eine Mindestwert überschreitet (z.B. die Hälfte des osmotischen Dru- ckes beim Entladen). Es versteht sich, dass der osmotische Druck sich im We sentlichen physikalisch-chemisch ergibt, z.B. aus der Konzentration, der Flüssig keit, den Inhaltsstoffen, der Temperatur. In Abhängigkeit von den konkreten Be dingungen kann der Konzentratdruck durch eine Optimierung hinsichtlich der Energiebereitstellung ermittelt werden.

Die Osmose-Einrichtung kann zumindest eine Membran aufweisen, die ausge bildet ist, um die Mischflüssigkeit in einer Konzentration von zumindest 3% o- der zumindest 5% in das Permeat und das Konzentrat zu trennen. Die Osmose- Einrichtung kann auch mehrere Stufen aufweisen, um schrittweise die Trennung durchzuführen. Durch das stufenweise Vorgehen, kann beispielsweise der me chanische Druck auf der Membrane begrenzt werden.

Optional ist die (zumindest eine) Membran ausgebildet, um einen Betrieb mit ei ner Konzentration des Konzentrates von zumindest 10% oder von zumindest 20% zu ermöglichen. Optional ist die Mischflüssigkeit eine reine Salzlösung (z.B. Wasser, H2O, mit Kochsalz, NaCl) und der Energiezwischenspeicher ist ein geschlossenes System ohne Stoffaustausch mit der Umgebung. Die Erfindung soll aber nicht auf be stimmte Mischflüssigkeiten eingeschränkt werden. Im Prinzip kann auch Zucker oder andere Flüssigkeiten als reines Wasser genommen werden. Es ist aber von Vorteil, wenn die Mischflüssigkeit möglichst rein ist.

Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Stromerzeugungsanlage wie z.B. eine Windkraftanlage, eine Photovoltaikanlage, eine Wasserkraftanlage, eine durch Geothermie angetriebene Wärmekraftanlage oder einer Kombination daraus, die einen Energiezwischenspeicher, wie er zuvor beschrieben wurde, aufweist.

Optional ist der Energiezwischenspeicher in der beispielhaften Windkraftanlage ein Hybridspeicher, bei dem der Permeat-Speicher optional unterhalb des Kon zentrat-Speichers in einem Turm der Windkraftanlage untergebracht ist, und der Vorratsbehälter für die Mischflüssigkeit auf oder unterhalb einer Erdoberflä che oder Wasseroberfläche angeordnet ist. Damit wird ein Hybridenergiespei cher als Kombination aus osmotischer Energiespeicherung mit einer mechani schen Pumpspeicherung erreicht. Das gleiche Konzept ist auch für Photovoltaik- anlagen umsetzbar. Wenn beispielsweise die Photovoltaikanlage auf einem Haus installiert ist, können die Höhenunterschiede (z.B. des Daches im Vergleich mit dem Keller) wie der Turm von Windkraftanlagen genutzt werden.

Optional umfasst die Stromerzeugungsanlage oder der Energiezwischenspeicher eine Turbine, die ausgebildet ist, um den durch die Osmose-Einrichtung erzeug- ten osmotischen Druck der Mischflüssigkeit zur elektrischen Energieerzeugung zu nutzen.

Optional ist die Steuereinrichtung weiter ausgebildet, um ein Steuersignal zu empfangen und, basierend darauf, den Beladevorgang und/oder den Entlade vorgang zu starten. Das Steuersignal kann eine Phase von Windmangel (oder Strommangel im Netz) oder eine Phase von Windüberschuss (oder Stromüber schuss im Netz) anzeigen. Dieses Steuersignal kann das Belade- oder Entladesig nal sein und kann auch von anderen Anlagen kommen, z.B. wenn diese windab hängig dort zu wenig oder zu viel Strom erzeugen. Insgesamt soll ein Ausgleich bei der Stromerzeugung erreicht werden, wobei die Erfindung nicht auf eine ein- zelne Stromerzeugungsanlage eingeschränkt sein soll, sondern ebenfalls einen ganzen Park von Anlagen (z.B. einen Windpark oder Photovoltaikpark oder eine Vielzahl von Häusern mit Photovoltaikanlagen bzw. das ganze Stromnetz) mit umfassen soll.

Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf ein Verfahren zur Zwischenspei- cherung von Energie für zumindest eine Stromerzeugungsanlage. Das Verfahren umfasst:

Betreiben einer Osmose-Einrichtung in einem Beladevorgang, bei dem durch Umkehrosmose eine Mischflüssigkeit mit einem Ladedruck in ein Permeat und ein Konzentrat getrennt wird;

Speichern des Permeats in einem Permeat-Speicher; Speichern des Konzentrats in einem Konzentrat-Speicher, wobei elektrische Energie (z.B. Überschussenergie) aus dem Stromnetz oder die elektrische Energie der zumindest einen Stromerzeugungsanlage genutzt wird.

Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf ein Verfahren zum Ausgleich eines Mangels an produzierter elektrischer Energie von zumindest einer Stromerzeu gungsanlage (oder eines Mangels an Strom im Stromnetz). Das Verfahren um fasst:

Betreiben einer Osmose-Einrichtung in einem Entladevorgang, bei dem durch Vorwärtsosmose ein Permeat und ein Konzentrat zu einer Misch- flüssigkeit vermischt werden;

Antreiben einer Turbine mit der Mischflüssigkeit aus der Osmose-Ein richtung;

Erzeugen und Bereitstellen von elektrischem Strom durch einen Genera tor, der durch die Turbine angetrieben wird. Ausführungsbeispiele weisen eine Vielzahl von Vorteilen auf:

Sie erfüllen insbesondere durch ihre inhärenten Eigenschaften alle Anforderun gen, die an einen Energiespeicher in modernen Strommärkten gestellt werden. Ausführungsbeispiele der hier vorgestellten Art ermöglichen eine große Hürde auf dem Weg zur klimaneutralen Gesellschaft zu überwinden. Ausführungsbei- spiele können beispielsweise als Netzdienstleister (d.h. zum Ausgleich von Last- und Angebotsspitzen) oder zur dezentralen Energiespeicherung eingesetzt wer den.

Ausführungsbeispiele kombinieren drei Technologien: zwei Speichertechnolo gien und die erneuerbare Wind-, Sonnen-, Wasser- oder Geothermiekraft. Die zwei Speichertechnologien sind die mechanische Pumpspeicherung und die che mische Speicherung durch Ausnutzung des Osmose-Effekts von gelösten Stoffen in einem Lösungsmittel (Druckdifferenz durch eine semipermeable Membran). Beide Speichertechnologien werden zu einem hybriden Speicher kombiniert und sind vorteilhafterweise örtlich im Turm einer Windkraftanlage oder in Häusern mit Photovoltaikanlagen integriert. Ebenso können ein vorhandener Staudamm oder unterirdische Hohlräume als natürliche Höheunterschiede genutzt werden. Es wird kein neuer, zusätzlicher Platz benötigt. Bei Integration im Turm der Windkraftanlage ist nur die Kapazität durch die

Größe der Windkraftanlage limitiert. Durch die Summe aller Windkraftanlagen, in denen das Speicherkonzept installiert werden kann, ist die Speicherkapazität insgesamt jedoch groß genug. Beispielhaft sind zwei Vorteile dieses Hybridspei chers, dass: (i) die Speicherung in unmittelbare Nähe zum Ort der Stromerzeu- gung erfolgt, was Transportverluste minimiert, sowie (ii) die sinnvolle Ausnut zung von bisher ungenutztem Raum im Inneren des Windkraftturms. Der bisher ungenutzte Raum stellt wiederum einerseits die Infrastruktur für den Hybrid speicher bereit, weshalb die Investitionskosten des Speichersystems gering sind. Andererseits wird durch die Installation des Speichersystems nicht zusätzlich in die N atur eingegriffen.

Das Gleiche trifft zu für Photovoltaikanlagen, die auf Häusern montiert sind. Auch hier kann die Integration innerhalb des vorhandenen Platzes auf dem Dach bzw. im Keller erfolgen, sodass die natürlich vorhandenen Höhenunterschiede für den gewünschten Druckaufbau bei der Nutzung des Osmose-Effektes zur Verfügung stehen.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung und durch die beiliegenden Zeichnungen der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele, die jedoch nicht so verstanden werden sollten, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Ausfüh rungsformen einschränken, sondern lediglich der Erklärung und dem Verständ nis dienen. Fig. i zeigt einen Energiezwischenspeicher für eine Windkraftanlage gemäß ei nem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2A,2B zeigen schematische Darstellungen des Beladevorganges und des Entladevorganges, wie sie gemäß Ausführungsbeispiele durch die Steu ereinrichtung steuerbar sind.

Fig. 3A,3B zeigen den Beladevorgang und den Entladevorgang in der beispiel haften Windkraftanlage.

Fig. 4A,4B zeigen Schritte von Verfahren gemäß Ausführungsbeispielen. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Fig. l zeigt einen Energiezwischenspeicher für eine Stromerzeugungsanlage 50 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Energiezwi schenspeicher umfasst eine Osmose-Einrichtung 110, einen Permeat-Speicher 120, einen Konzentrat-Speicher 130 und eine Steuereinrichtung 140. Die Os mose-Einrichtung 110 umfasst eine Membran 115 und ist ausgebildet, eine Mischflüssigkeit 10 in ein Permeat 20 und ein Konzentrat 30 zu trennen. Der Permeat-Speicher 120 steht fluid mit der Osmose-Einrichtung 110 in Verbin dung und ist ausgebildet, um das Permeat 20 zu speichern. Der Konzentrat- Speicher 130 steht fluid mit der Osmose-Einrichtung 110 in Verbindung und ist ausgebildet, um das Konzentrat 30 zu speichern.

In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung anhand einer Windkraftan lage erläutert. Es versteht sich, dass dies nur eine Ausführungsform darstellt. Anstatt der Windkraftanlage kann auch jede andere Stromerzeugungsanlage zum Einsatz kommen - insbesondere eine oder mehrere Photovoltaikanalgen, Wasserkraftanlagen oder Geothermieanlagen. Um die Verständlichkeit der Be schreibung zu erleichtert, wird hierauf nicht weiter hingewiesen.

Die Steuereinrichtung 140 steuert den Betrieb des Energiezwischenspeichers, z.B. ob die Osmose-Einrichtung 110 im Vorwärtsosmose-Modus oder im Umkeh rosmose-Modus betrieben wird. Bei der Vorwärtsosmose (Entladevorgang) er- folgt eine Vermischung von Konzentrat 30 und Permeat 20 zu der Mischflüssig keit 10 unter Nutzung/Erzeugung des osmotischen Druckes, während bei der Umkehrosmose (Beladevorgang) deren Trennung unter Druckaufbringung er folgt. Dieses Aufbringen von Druck stellt die Energie dar, die gespeichert wird und im Vorwärtsosmose-Modus zurückgewonnen werden kann.

Der gezeigte Energiezwischenspeicher umfasst einen Vorratsbehälter 180 für die Mischflüssigkeit 10 und eine Turbine 200. Die Turbine 200 ist beispielsweise eine Wasserturbine, die an einen Stromgenerator 210 koppelt, um elektrischen Strom basierend auf dem Überdruck in der Mischflüssigkeit 10 beim Entladevor- gang zu erzeugen.

Die Mischflüssigkeit 10 umfasst zum Beispiel eine möglichst reine Salzwasserlö sung (Natriumchlorid gelöst in reinem Wasser) oder eine andere, möglichst reine Salzflüssigkeit. Anstatt Salz kann auch Zucker oder ein anderer lösbarer Stoff genutzt werden. Die Erfindung soll auch nicht zwingend auf Wasser als Lö- sungsmittel eingeschränkt sein. Es ist vorteilhaft, wenn ein möglichst hoher os motischer Druck erreicht wird, wobei die Membran 115 möglichst langlebig sein soll und sich möglichst nicht verstopfen soll (z.B. durch Verunreinigungen im Wasser). Aus diesem Grund ist natürliches Wasser wie z.B. Meerwasser als Mischflüssigkeit 10 oder Süßwasser als Permeat 20 vermutlich ungeeignet. Die Osmose-Einrichtung 110 umfasst einen Einlass 111, einen Permeat-Auslass 112 und einen Konzentrat-Auslass 113. Der Einlass 111 steht über einen Druck austauscher 150, eine erste Pumpe 161, eine dritte Pumpe 163 und die Turbine 200 fluid in Verbindung mit dem Vorratsbehälter 180. Bei den Elementen M handelt es sich um Motoren, die die Pumpen antreiben. Der Vorratsbehälter 180 umfasst einen Einlass 181 und einen Auslass 182. Der Permeat-Auslass 112 der Osmose-Einrichtung 110 steht fluid mit einem Einlass 121 und dem Auslass 122 des Permeat-Speicher 120 in Verbindung. Der Konzentrat-Speicher 130 umfasst einen Einlass 131 und einen Auslass 132. Der Einlass 131 steht über einen Ver zweigungspunkt Vi fluid in Verbindung mit dem Konzentrat-Auslass 113 der Os- mose-Einrichtung 110. Der Auslass 132 des Konzentrat-Speichers 130 steht über den Verzweigungspunkt Vi ebenfalls fluid in Verbindung mit dem Konzentrat- Auslass 113 der Osmose-Einrichtung 110.

Der Energiezwischenspeicher umfasst weiter einen Druckaustauscher 150. Der Druckaustauscher 150 umfasst einen Einlass 151 für die Mischflüssigkeit 10 und einen Auslass 152 für die Mischflüssigkeit 10. Außerdem umfasst der Druckaus tauscher 150 einen Einlass 153 für das Konzentrat 30 und einen Auslass 154 für das Konzentrat 30. Der Druckaustauscher 150 steht mit seinem Einlass 151 über die erste Pumpe 161 fluid in Verbindung mit dem Auslass 182 des Vorratsbehäl ter 180. Zwischen dem Auslass 182 des Vorratsbehälters 180 und der ersten Pumpe 161 wird die Mischflüssigkeit 10 an einer Verzweigung V3 (Trennungs punkt) zu beliebigen Teilen zur Mischflüssigkeit 11 und zur Mischflüssigkeit 12 getrennt. Dabei durchläuft die Mischflüssigkeit 11 die dritte Pumpe 163 und die Mischflüssigkeit 12 durchläuft die erste Pumpe 161 und den Druckaustauscher 150. Die Mischflüssigkeit 11 und die Mischflüssigkeit 12 werden an der Verzwei- gung V4 (Mischungspunkt) bei dem Ladedruck Pi zusammengeführt. Der Aus lass 152 für die Mischflüssigkeit 10 steht über den Mischungspunkt V4 fluid in Verbindung mit dem Einlass 111 der Osmose-Einrichtung 110. Der Konzentrat- Auslass 113 der Osmose-Einrichtung 110 steht fluid in Verbindung mit dem Ein lass 153 des Druckaustauschers 150 für das Konzentrat 30. Der Auslass 154 für das Konzentrat 30 des Druckaustauschers 150 steht fluid in Verbindung mit dem Einlass 131 des Konzentrat-Speichers 130.

Zwischen dem Trennungspunkt V3 und dem Einlass 151 des Druckaustauschers 150 befindet sich die erste Pumpe 161, die ausgebildet ist, um einen vorbestimm ten Ladedruck Pi an dem Einlass 111 der Osmose-Einrichtung 110 bereitzustel- len. Im Druckaustauscher 150 wird ein Druck P3 auf das Konzentrat 30 und ein Teil des Ladedruckes Pi auf die Mischungsflüssigkeit 12 übertragen.

Zwischen dem Auslass 132 des Konzentrat-Speichers 130 und dem Konzentrat- Auslass 113 der Osmose-Einrichtung 110 befindet sich eine zweite Pumpe 162, die ausgebildet ist, einen vorbestimmten Konzentrat-Druck P4 an dem Konzent rat-Auslass 113 der Osmose-Einrichtung 110 (bei dem Entladevorgang) bereitzu stellen. Zwischen dem Trennungspunkt V3 und dem Mischungspunkt V4 befindet sich eine dritte Pumpe 163, die ausgebildet ist, um (auch) den Ladedruck Pi für die Mischungsflüssigkeit 11 bereitzustellen.

Entlang der fluiden Verbindungen zwischen den genannten Komponenten des Energiezwischenspeichers sind eine Vielzahl von Ventileinrichtungen 170 (171, 172, ...) vorgesehen, die entweder die entsprechenden Verbindungen schließen oder öffnen oder auch teilweise drosseln, um den Fluss der entsprechenden Flüssigkeiten zu kontrollieren.

So ist eine erste Ventileinrichtung 171 an dem Auslass 132 des Konzentrat-Spei- chers 130 ausgebildet. Eine zweite Ventileinrichtung 172 ist zwischen dem Ein lass 131 des Konzentrat-Speicher 130 und dem Auslass 154 für Konzentrat des Druckaustauschers 150 ausgebildet. Eine dritte Ventileinrichtung 173 ist zwi schen dem Konzentrat-Auslass 113 der Osmose-Einrichtung 110 und dem Aus lass 132 des Konzentrat-Speichers 130 ausgebildet. Eine vierte Ventil einrichtung 174 ist zwischen dem Konzentrat-Auslass 113 der Osmose-Einrichtung 110 und dem Einlass 151 des Konzentrats am Druckaustauscher 150 ausgebildet. Eine fünfte Ventileinrichtung 175 ist am Einlass 121 des Permeat-Speichers 120 aus gebildet. Eine sechste Ventileinrichtung 176 ist am Auslass 122 des Permeat- Speichers 120 ausgebildet. Eine siebte Ventileinrichtung 177 ist zwischen dem Auslass 152 für Mischflüssigkeit 10 des Druckaustauschers 150 und dem Einlass 111 der Osmose-Einrichtung 110 ausgebildet. Eine achte Ventileinrichtung 178 ist zwischen dem Einlass 111 der Osmose-Einrichtung 110 und der Turbine 200 ausgebildet. Eine neunte Ventil einrichtung 179 ist zwischen der Trennungspunkt V3 und der ersten Pumpe 161 ausgebildet. Eine zehnte Ventileinrichtung 1710 ist zwischen der Trennungspunkt V3 und der dritten Pumpe 163 ausgebildet.

Es versteht sich, dass alle Ventileinrichtungen 170 derart angeordnet sind, dass die entsprechenden Flusspfade gesteuert werden. Auch wenn mehrere Verzwei gungen möglich sind, braucht entlang eines Flusspfades nur eine Ventileinrich tung 170 vorhanden zu sein. Optional kann an einem Kreuzungspunkt ein Drei wegeventil ausgebildet sein. So kann ein Drei Wegeventil an einem ersten Verzei- gungspunkt Vi vorhanden sein, um optional den Konzentrat-Auslass 113 der Os mose-Einrichtung 110 mit dem Einlass 131 oder mit dem Auslass 132 des Kon zentrat-Speichers 130 zu verbinden. Ein weiteres optionales Dreiwegeventil kann an einem zweiten Verzweigungspunkt V2 vorhanden sein, um optional den Einlass 113 der Osmose-Einrichtung 110 mit dem Vorratsbehälter 180 oder mit der Turbine 200 zu verbinden. Ein weiteres Dreiwegeventil kann am Trennungs punkt V3 vorhanden sein, um das Mischwasser 10 auf die erste bzw. dritte Pumpe 161, 163 aufzuteilen. Ein viertes Dreiwegeventil kann am Mischungs punkt V4 vorhanden sein, um das Mischwasser aus dem Drucktauscherauslass 152 und das Mischwasser 11 aus der dritten Pumpe 163 zu vereinen.

Der erste und der zweite Verzweigungspunkt Vi, V2 stellen Bypass(Sicherheits)- Leitungen bereit. Der erste Verzweigungspunkt Vi ermöglicht es, dass ein Teil oder das gesamte Konzentrat 30 direkt zwischen der Osmose-Einrichtung 110 und dem Konzentrat-Speicher 130 fließen kann (z.B. unter Umgehung des Druckaustauschers 150). In ähnlicher Weise ermöglicht der zweite Verzwei gungspunkt V2, dass ein Teil oder die gesamte Mischflüssigkeit 10 direkt zwi schen der Osmose-Einrichtung 110 und dem Vorratsbehälter 180 fließen kann (z.B. unter Umgehung der Turbine 200 oder des Druckaustauschers 150). Daher können die Dreiwegeventile an dem ersten bzw. zweiten Verzweigungspunkt Vi, V2 zur genauen Steuerung der Druckverhältnisse genutzt werden, d.h. um eine möglichst genaue Einstellung des Ladedruckes Pi und des Konzentratdruckes P4 zu erreichen und um sicherheitsgefährdende Drucküberhöhungen des Ladedru ckes Pi und des Konzentratdruckes P4 abbauen zu können.

Der optionale Druckaustauscher 150 ist ausgebildet, um einen Auslassdruck P2 am Konzentrat-Auslass 113 der Osmose-Einrichtung 110 teilweise oder vollstän dig dafür zu nutzen, um einen Druck der Mischflüssigkeit 10 aus dem Vorratsbe hälter 180 auf den Ladedruck Pi am Einlass 111 der Osmose-Einrichtung 110 zu bringen. Somit dient dieser Druckaustauscher 150 dazu, um die Energie in dem Auslassdruck P2 am Konzentrat-Auslass 113 der Osmose-Einrichtung 110 dafür zu nutzen, um die erste oder die dritte Pumpe 161, 163 zu entlasten. Mit anderen Worten, die erste oder die dritte Pumpe 161, 163 braucht weniger Energie, da sie den vorbestimmten Ladedruck Pi an dem Einlass m-nicht für die gesamte Mi schungsflüssigkeit 10 bereitstellen muss.

Die erste Pumpe 161 kann zwischen dem Trennungspunkt V3 und dem Einlass 151 für Mischflüssigkeit des Druckaustauschers 150 ausgebildet sein. Die zweite Pumpe 162 kann zwischen dem Auslass 132 des Konzentrat-Speichers 130 und dem ersten Verzweigungspunkt Vi ausgebildet sein. Die dritte Pumpe 163 kann zwischen dem Trennungspunkt V3 und dem Mischungspunkt V4 ausgebildet sein.

Optional umfasst der Energiezwischenspeicher weitere Sensoren 190 wie bei- spielsweise Volumenmesssensoren zur Erfassung der Flüssigkeitsströme entlang der Flusspfade oder Niveausensoren zur Erfassung der Flüssigkeitsstände in den verschiedenen Behältern (Permeat-Speicher 120, Konzentrat-Speicher 130, Vor ratsbehälter 180). Der Permeat-Speicher 120, der Konzentrat-Speicher 130 und der Vorratsbehälter 180 umfassen außerdem Ventile, um Luft währende des Be- triebes ein- und ausströmen zu lassen.

Die Steuereinrichtung 140 ist ausgebildet, um zumindest einige oder alle Venti leinrichtungen 170 zu steuern und über die weiteren Sensoren 190 Sensordaten zu empfangen, die zur Überwachung und Optimierung genutzt werden können. Außerdem kann die Steuereinrichtung 140 ausgebildet sein, um beim Beladevor- gang die erste Pumpe 161 bzw. die dritte Pumpe 163 anzusteuern und so den Hö hendruck P3 (verringerter Auslassdruck) bzw. den Ladedruck Pi am Einlass 111 der Osmose-Einrichtung 110 zu steuern und beim Entladevorgang die zweite Pumpe 162 den Konzentrat-Druck P4 an dem Konzentrat-Auslass 113 der Os mose-Einrichtung 110 zu steuern. Es versteht sich, dass die Komponenten des Energiezwischenspeichers über

Rohrverbindungen miteinander verbunden sind und die Ventile, Mess-, Rege- lungs- und Sicherheitseinrichtungen ausgebildet sind, um eine permanente Steuerung zu ermöglichen. Fig. 2A zeigt eine schematische Darstellung des Beladevorganges, der gemäß Ausführungsbeispiele durch die Steuereinrichtung 140 steuerbar ist.

Beim Beladevorgang wird über die erste Pumpe 161 oder die dritte Pumpe 163 und optional durch den Druckaustauscher 150 unterstützt Mischflüssigkeit 10 aus dem Vorratsbehälter 180 entnommen und mit dem Ladedruck Pi dem Ein lass 111 der Osmose-Einrichtung 110 zugeführt. In der Osmose-Einrichtung 110 erfolgt eine Trennung unter Nutzung der Membran 115 des Konzentrat 30, wel ches über den Konzentrat-Auslass 113 ausgelassen wird, von dem Permeat 20, welches über den Permeat-Auslass 112 ausgelassen wird. Das Permeat 20 wird über den Permeat-Auslass 112 dem Permeat-Behälter 120 zugeführt. Das Kon zentrat 30 gelangt von dem Konzentrat-Auslass 113 mit einem Auslass-Druck P2 zu dem Druckaustauscher 150. Der Druckaustauscher 150 verringert den Aus lass-Druck P2 auf einen verringerten Auslassdruck P3, wobei gleichzeitig der Druck (bzw. die entsprechende Energie) genutzt wird, um die erste Pumpe 161 und/ oder die dritte Pumpe 163 zu entlasten, sodass teilweise der Auslassdruck

P2 genutzt wird, um den Ladedruck Pi für die Mischflüssigkeit 12 aufzubauen. Nach dem Druckaustauscher 150 gelangt das Konzentrat 30 mit dem verringer ten Auslassdruck P3 zu dem Einlass 131 des Konzentrat-Behälters 130.

Die Steuerung erfolgt wieder basierend auf Sensoren 190, wie sie in der Fig. 1 dargestellt wurden, durch die Steuereinrichtung 140. Die Steuereinrichtung 140 löst den Beladevorgang insbesondere dann aus, wenn ein Überangebot an Ener gie zur Verfügung steht (z.B. als Energiespitzen), um eine Glättung der Produk tion von elektrischer Energie durch die Windkraftanlage oder durch andere Stromerzeuger zu erreichen. Fig. 2B zeigt eine schematische Darstellung des Entladevorganges, der gemäß Ausführungsbeispiele durch die Steuereinrichtung 140 steuerbar ist. Hier sind die Flussrichtungen umgekehrt. Das Konzentrat 30 wird aus dem Auslass 132 des Konzentrat-Speichers 130 über die zweite Pumpe 162 zu dem Konzentrat- Auslass 113 der Osmose-Einrichtung 110 mit einem Konzentratdruck P4 ge- pumpt. Außerdem wird das Permeat 20 aus dem Permeat-Speicher 120 zu dem Per meat-Auslass 112 der Osmose-Einrichtung 110 geführt. In der Osmose-Einrich tung 110 erfolgt über die Vorwärts-Osmose eine Vermischung des Permeats 20 und des Konzentrats 30, wobei der osmotische Druck genutzt wird. Daher ver- lässt die Mischflüssigkeit 10 die Osmose-Einrichtung 110 mit einem Überdruck (Turbinendruck P5), der anschließend die Turbine 200 antreibt. Über die Tur bine 200 wird ein Generator 210 zur Stromerzeugung angetrieben. Nach der Turbine 200 wird die entspannte Mischflüssigkeit 10 zu dem Vorratsbehälter 180 geführt. Die Steuerung des Entladevorganges erfolgt wie auch des Beladevorganges über die Steuereinrichtung 140. Die Steuereinrichtung 140 steuert hierzu entspre chend die zweite Pumpe 162, die Turbine 200 bzw. die verschiedenen Ventilein richtung 171, 172, ... (siehe Fig. 1) an, um einen entsprechenden Fluss mit vorbe stimmten Drücken Pi, P2, ... in die entsprechenden Richtungen zu erzeugen. Die Pfeile in den Figuren zeigen die Flussrichtungen an.

Fig. 3A zeigt den Beladevorgang in der beispielhaften Windkraftanlage 50, wie er in der Fig. 2A bereits schematisch dargestellt wurde. Die Linien mit den Pfei len zeigen dabei die freigeschalteten Leitungen beim Beladevorgang, während die dünneren Linien geschlossene Leitungen darstellen. Die dazu geöffneten Ventile sind nicht gefüllt, während die geschlossenen Ventile schwarz ausgefüllt sind. Konkret können beim Beladen die folgenden Ventileinrichtungen geschlos sen sein: die erste Ventileinrichtung 171, die dritte Ventileinrichtung 173, die sechste Ventileinrichtung 176, die achte Ventil einrichtung 178 und Ver- zweigungspunkt V2.

Dementsprechend sind die folgenden Ventileinrichtungen geöffnet: die zweite Ventileinrichtung 172, die vierte Ventileinrichtung 174, die fünfte Ventileinrichtung 175, die siebente Ventil einrichtung 177, die neunte Ventil einrichtung 179 und die zehnte Ventileinrichtung 1710. Der Fluss der Mischflüssigkeit 10, des Permeats 20 und des Konzentrats 30 wird durch die erste Pumpe 161 und die dritte Pumpe 163 bewirkt, während die zweite Pumpe 162 ausgeschaltet sein kann. Wie bereits beschrieben kann der Druck austauscher 150 zur Energierückgewinnung genutzt werden, sodass der verrin- gerte Auslassdruck P3 gerade so hoch ist, dass das Konzentrat 30 in den Kon zentrat-Speicher 130 gelangen kann.

Das Öffnen bzw. Schließen der Ventil einrichtungen 171, 172, ... und das Betrei ben der ersten/zweiten/dritten Pumpe 161, 162, 163 wird, wie bereits dargelegt, durch die Steuereinrichtung 140 gesteuert. Die entsprechenden Steuerleitungen oder Steuersignale sind übersichtshalber in den Figuren nicht gezeigt.

Fig. 3B zeigt den Entladevorgang, wie er in der Fig. 2B bereits schematisch dar gestellt wurde, konkret in der beispielhaften Windkraftanlage 50. Die Linien mit den Pfeilen zeigen dabei wiederum die geöffneten Leitungen beim Entladevor gang, während die dünnen Linien geschlossene Verbindungen zeigen. Die dazu geöffneten Ventile sind nicht gefüllt gezeichnet, während die geschlossenen Ven tile schwarz ausgefüllt sind. Dementsprechend sind in dieser Betriebsweise die folgenden Ventil einrichtungen geschlossen: die zweite Ventileinrichtung 172, die vierte Ventileinrichtung 174, die fünfte Ventileinrichtung 175, die siebente Ventileinrichtung 177 und der V erzweigungspunkt V 2.

Die folgenden Ventileinrichtungen sind geöffnet: die erste Ventileinrichtung 171, die dritte Ventileinrichtung 173, die sechste Ventileinrichtung 176, die achte Ventil einrichtung 178.

Die neunte Ventileinrichtung 179 und die zehnte Ventileinrichtung 1710 können geöffnet oder geschlossen sein. Da die erste Pumpe 161 und die dritte Pumpe 163 in diesem Modus nicht pumpen, fließt kein Mischwasser 10 zwischen dem Vor ratsbehälter 180 und dem Druckaustauscher 150. Dementsprechend ist ebenfalls an dem Verzweigungspunkt Vi der Durchfluss von dem Auslass 132 des Konzentrat-Speichers 130 auf Durchlass geschaltet worden, das heißt hin zu dem Konzentrat-Auslass 113 der Osmose-Einrichtung 110. Daher wird bei dem Entladevorgang das Konzentrat 30 aus dem Konzent- rat-Behälter 130 durch die zweite Pumpe 162 mit dem Konzentratdruck P4 zu dem Konzentrat-Auslass 113 der Osmose-Einrichtung 110 gepumpt. Gleichzeitig wird das Permeat 20 aus dem Permeat-Speicher 120 durch die Schwerkraft zu dem Permeat-Auslass 112 der Osmose-Einrichtung 110 geführt. In der Osmose- Einrichtung 110 erfolgt eine Mischung des Konzentrats 30 und des Permeats 20, wobei sich der osmotische Druck und der Konzentratdruck P4 zum Turbinen druck P5 aus der Osmose-Einrichtung 110 vereinen. Die Mischung wird zu der Turbine 200 geleitet und dort zur Energieerzeugung (z.B. Stromerzeugung mit tels eines Generators) genutzt wird. Danach wird die Mischflüssigkeit 10 im Vor ratsbehälter 180 wieder gespeichert. Fig. 4A zeigt ein schematisches Flussdiagramm für ein Verfahren zur Zwischen speicherung von Energie für die zumindest eine Windkraftanlage 50. Das Ver fahren umfasst:

Betreiben S110 einer Osmose-Einrichtung 110 in einem Beladevorgang, bei dem durch Umkehrosmose eine Mischflüssigkeit 10 mit einem Lade- druck Pi in ein Permeat 20 und ein Konzentrat 30 getrennt wird;

Speichern S120 des Permeats 20 in einem Permeat-Speicher 120;

Speichern S130 des Konzentrats 30 in einem Konzentrat-Speicher 130, wobei Überschussenergie aus dem Stromnetz oder die elektrische Energie der zumindest einen Windkraftanlage 50 genutzt wird. Fig. 4B zeigt ein schematisches Flussdiagramm für ein Verfahren zum Aus gleich eines Mangels an produzierter elektrischer Energie im Stromnetz oder von zumindest einer Windkraftanlage 50. Dieses Verfahren umfasst: Betreiben S210 einer Osmose-Einrichtung 110 in einem Entladevorgang, bei dem durch Vorwärtsosmose ein Permeat 20 und ein Konzentrat 30 zu einer Mischflüssigkeit 10 vermischt werden;

Antreiben S220 einer Turbine 200 mit der Mischflüssigkeit 10 aus der Os- mose-Einrichtung 110;

Erzeugen und Bereitstellen S230 von elektrischem Strom durch einen Ge nerator 210, der durch die Turbine 200 angetrieben wird.

Als Mischflüssigkeit 10 kann, wie bereits geschrieben, insbesondere Salzwasser genutzt werden, wobei möglichst reines Wasser mit Natriumchlorid versetzt wird. Im Folgenden wird beispielhaft angenommen, dass die Mischflüssigkeit 10 Salzwasser ist. Beispielsweise kann die Mischflüssigkeit 10 in dem Vorratsbehäl ter 180 eine Salzkonzentration von zumindest 3 % oder mehr 5 % aufweisen und in dem Konzentrat-Speicher 130 eine Konzentration von zumindest 20 % oder bis 30 % aufweisen (in Masseprozenten), während in dem Permeat-Speicher 110 nahezu reines Wasser vorhanden ist. Die Obergrenze ergibt sich aus der Bedin gung, dass das Konzentrat 30 das Salz immer noch lösen sollte. Verstopfungen durch ausfallendes Salz sollten vermieden werden. Dies hängt aber maßgeblich vom verwendeten Salz und von den Umgebungsbedingungen (z.B. Temperatur) ab. Der Beladevorgang und Entladevorgang des Energiezwischenspeichers kann ge mäß Ausführungsbeispielen auch wie folgt zusammengefasst werden:

A. Beladevorgang

Beim Beladevorgang fördert die erste Pumpe 161 und/oder die dritte Pumpe 163 das beispielhafte Salzwasser 10 in die Osmose- Einrichtung 110 mit der Membran 115. Das Druckverhältnis in der ersten und/ oder der dritten Pumpe 161, 163 wird in Abhängigkeit der Membran(festigkeit) gewählt und kann zwischen o und 1000 bar liegen. Die Membran 115 trennt das eintretende Salzwasser 10 in zwei Ströme auf, einen Strom sehr reinen Wassers (Permeat 20) und einen Strom mit hoher Konzentration der löslichen Komponenten (Konzentrat 30). Die Membran 115 weist eine für die erste und/ oder dritte Pumpe 161, 163 zu überwindende Druckdifferenz auf. Diese beruht auf dem Osmose-Prinzip. Die Membran 115 ist semipermeabel, d.h. idealerweise nur für das Wasser in beide Richtungen durch- lässig. Liegt auf der einen Seite der Membran 115 das Permeat 20 und auf der anderen Seite das Konzentrat 30 vor, so ist das Permeat 20 bestrebt, durch die Membran 115 hindurchzutreten und sich mit dem Konzentrat 30 zu vermischen. Dieses Bestreben verursacht eine Druckdifferenz, den sogenannten osmotischen Druck. Dieser Druck wird von der ersten und/ oder dritten Pumpe 161, 163 über- wunden, um das Salzwasser 10 in Permeat 20 und Konzentrat 30 aufzutrennen.

Das aus der Membran 115 austretende Konzentrat 30 durchströmt den Druck austauscher 150, der den Druck des Konzentrats 30 reduziert und dabei den Druck der Mischungsflüssigkeit 12 erhöht. Der Druck des Konzentrats 30 wird genutzt, um den Druck der Mischflüssigkeit 12 vom Einlass 151 bis zum Auslass 152 der Osmose-Einrichtung 150 zu erhöhen. Der Druck des Konzentrats 30 wird so weit reduziert, dass das Konzentrat 30 nach dem Durchströmen des Druckaustauschers 150 noch die Höhendifferenz bis zum Konzentrat-Speicher 130 überwinden kann.

Diese Höhendifferenz zwischen Vorratsspeicher 180 und dem Konzentrat-Spei- eher 130 bedingt einen hydrostatischen Druck. Die erste Pumpe 161 in Verbin dung mit dem Druckaustauscher 150 sowie die dritte Pumpe 163 überwinden diese Druckdifferenz zusätzlich zur Druckdifferenz in der Membran 115. Die Hö henspeicherung des Konzentrats 30 entspricht dem Prinzip eines Pumpspeicher kraftwerks. Da Ausführungsbeispiele gezielt die Höhendifferenz in der Wind- kraftanlage 50 ausnutzen, kann der Energiezwischenspeicher als ein hybrider Energiespeicher angesehen werden, der nicht nur eine osmotische Energiespei cherung ermöglicht, sondern auch die Vorteile einer Pumpspeicheranlage aus nutzt. Das durch die Membran 115 tretende Permeat 20 wird im Permeat-Speicher 120 gespeichert. Befindet sich der Permeat-Speicher 120 ebenfalls am Kopf des Tur mes, so wird eine weitere Pumpe genutzt (nicht eingezeichnet in Fig. 3A), um das Permeat 20 in die Höhe zu fördern. Zum Regeln der Pumpen 161, 162, 163 der Ventile 171, 172 ... und sonstiger zu re gelnder Armaturen und Komponenten beim Beladevorgang ist die Steuerein richtung 140 im Turminneren vorhanden (siehe Fig. 3A).

Der Beladevorgang ist beendet, wenn der Konzentratbehälter 130 und der Per meatbehälter 120 gefüllt sind. Der beschriebene Beladevorgang mit den genannten Komponenten stellt eine mögliche Konfiguration des Hybridspeichers dar. Bei weiteren Ausführungsbei spielen werden durch Ergänzen von weiteren Membranen, Pumpen, Druckaus tauschern, Ventilen etc. sowie durch eine geeignete Verschaltung dieser Kompo nenten u.a. die benötigte Beladeleistung und -zeit reduziert. B. Entladevorgang

Beim Entladen des Energiezwischenspeichers fördert die zweite Pumpe 162 das Konzentrat 30 aus dem Konzentrat-Speicher 130 zur Osmose-Einrichtung 110. Der Förderdruck kann zwischen o bar und dem osmotischen Druck liegen. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, beispielsweise die Hälfte des osmotischen Drucks zu nutzen, wobei der osmotische Druck beispielsweise von den gewähl ten Konzentrationen abhängt.

Das Permeat 20 aus dem Permeat-Speicher 120 strömt ebenfalls zur Membran 115 und gelangt aufgrund des osmotischen Druckgefälles an der Membran 115 auf die Konzentratseite, vermischt sich dort mit dem Konzentrat 30 und verlässt als Salzwasser 10 die Osmose-Einrichtung 110. Anschließend wird das Salzwas ser 10 in der Turbine 200 entspannt und erneut im Vorratsbehälter 180 gespei chert. Die Turbine 200 treibt den Generator 210 an, welcher Strom erzeugt. Der Entladevorgang ist beendet, wenn der Vorratsbehälter 180 gefüllt ist.

Zum Regeln der Pumpen, Ventile, der Turbine, des Generators, etc. und sonsti ger zu regelnder Armaturen und Komponenten beim Entladevorgang dient wie derum die Steuereinrichtung 140. Der beschriebene Entladevorgang mit den genannten Komponenten stellt die einfachste Konfiguration des Hybridspeichers dar. Durch Ergänzen von weiteren Membranen, Pumpen, Druckaustauschern, Turbinen, Generatoren, Ventilen, etc. sowie durch eine geeignete Verschaltung dieser Komponenten können u.a. die gewonnene Entladeleistung und -zeit erhöht werden. Die durch die Steuereinrichtung 140 eingestellten Drücke sind insbesondere durch den osmotischen Druck definiert. Beim Beladevorgang wird zumindest der osmotische Druck als Ladedruck Pi durch die erste Pumpe 161 in Verbin dung mit dem Druckaustauscher 150 und durch die dritte Pumpe 163 erzeugt. Beim Entladevorgang wird beispielsweise die Hälfte des osmotischen Druckes als Konzentratdruck P4 durch die zweite Pumpe 162 erzeugt. Für ein Konzentrat 30 mit einer lediglich 3,5 prozentigen Salzkonzentration ist gegenüber Süßwas ser der osmotische Druck bei io°C beispielsweise ca. 28 bis 32 bar. Bei höheren Konzentrationen ist er deutlich höher. Wenn andererseits das Mischwasser 10 eine 35 prozentige Salzlösung ist, dann wird zur Trennung zumindest ein osmo- tischer Druck von 200-500 bar benötigt. In Abhängigkeit vom Volumendurch satz wird dementsprechend viel Energie benötigt bzw. kann bei Vorwärtsosmose gewonnen werden. Somit kann die Steuereinrichtung 140 flexibel auf Energie spitzen/Energieeinbrüche reagieren.

Beispielsweise beim Beladevorgang bei einer Mischwasserkonzentration von ca. 3,5 %, einer Permeatkonzentration von ca. o % und einer Konzentratkonzentra tion von 20 % betragen der Ladedruck Pi und Auslassdruck P2 zwischen 150 und 250 bar und der verringerte Auslassdruck P3 zwischen o und 50 bar. Beispielsweise beim Beladevorgang bei einer Mischwasserkonzentration von ca. 3,5 %, einer Permeatkonzentration von ca. o % und einer Konzentratkonzentra tion von 30 % betragen der Ladedruck Pi und der Auslassdruck P2 zwischen 200 und 500 bar und der verringerte Auslassdruck P3 zwischen o und 50 bar. Beispielsweise beim Entladevorgang bei einer Mischwasserkonzentration von ca. 3,5 %, einer Permeatkonzentration von ca. o % und einer Konzentratkonzentra tion von 20 % betragen der Konzentratdruck P4 und Turbineneintrittsdruck P5 zwischen o und 250 bar.

Beispielsweise beim Entladevorgang bei einer Mischwasserkonzentration von ca. 3 _» 5 % _> einer Permeatkonzentration von ca. o % und einer Konzentratkonzentra tion von 30 % betragen der Konzentratdruck P4 und der Turbineneintrittsdruck P5 zwischen o und 500 bar.

Ausführungsbeispiele sollen nicht auf bestimmte Druckverhältnisse einge schränkt werden. Sie können auch anders gewählt werden und hängen einerseits von der gewählten Flüssigkeit oder den Konzentrationen ab, aber auch von der genutzten Membrane 115 und der vorhandenen Höhe für die Speicher 120, 130. Der Konzentrat-Behälter 130 liegt optional oberhalb des Permeat-Behälters 120 und sollte soweit wie möglich im oberen Bereich der Windkraftanlage 50 instal liert werden. Die Größe des Permeat-Behälters 120 kann beispielsweise zwischen 90 % und 10 % der Größe des Vorratsbehälters 180 sein und der Konzentratbe hälter 130 kann dementsprechend beispielsweise zwischen 10 % und 90 % der Größe des Vorratsbehälters 180 betragen.

Ein großer Vorteil des hybriden Energiespeichers liegt in der Tatsache, dass je des bar an zusätzlichen Druck einer Wassersäule von ca. 10 m entspricht (d.h. 100 bar entspricht einer Höhe von ca. 1.000 m). Wenn die gleiche Speicherkapa zität in einem reinen Wasserpumpspeicher erreicht werden soll, müsste dieser ein Vielfaches der Höhe der größten zur Verfügung stehenden Windkraftanlagen aufweisen. Oder anders ausgedrückt, es können große Energiemengen mit rela tiv kleinen Flüssigkeitsvolumina gespeichert werden. Ausführungsbeispiele kombinieren die hohe Speicherkapazität mit einer flexib len Steuerung, wobei die Steuerung auch für mehrere Windkraftanlagen (oder einem Windpark oder dem Stromnetz) koordiniert ausgeführt werden kann. So ist es gemäß Ausführungsbeispielen möglich, dass die Steuereinheit 140 entspre- chende Signale von anderen Windkraftanlagen erhält, um deren Überschuss an Energie mittels inverser Osmose zu speichern. Auf diese Weise kann der Ener giezwischenspeicher nicht nur durch Energie der jeweiligen Windkraftanlage selbst, sondern auch über eine externe Energiezuführung (von anderen Windrä dern oder auch anderen Elektrizitätsquellen, d.h. dem Stromnetz) betrieben werden.

Hierzu kann die Steuereinrichtung 140 ein (externes) Steuersignal empfangen, welches anzeigt, ob ein Bedarf an Stromspeicherung oder ein Strommangel im Stromversorgungssystem besteht. Basierend auf diesem (externen) Signal be treibt die Steuereinrichtung 140 den Energiezwischenspeicher entweder im Ent- ladevorgang oder im Beladevorgang bzw. schaltet den Speicher ganz ab (z.B. durch Schließen aller Ventile), um ihn bei Bedarf wieder in Betrieb zu nehmen.

Die Windkraftanlage kann an Land oder im Meer (Offshore) stehen, wobei im letzteren Fall, der Vorratsbehälter 180 z.B. auch unterhalb der Wasseroberfläche oder auf dem Meeresboden angeordnet sein kann. Auf diese Weise kann der Hö- henunterschied noch weiter vergrößert werden. Die Turbine 200 kann beispiels weise auf annähernd gleichem Niveau wie der Vorratsbehälter 180 liegen, um ei nen möglichst hohen Einlassdruck P5 für die Mischflüssigkeit 10 zu erreichen.

Wie bereits dargelegt, kann anstatt oder zusätzlich zu der beschriebenen Wind kraftanlagen eine andere Stromerzeugungsanlagen genutzt werden Es können auch beliebige Stromerzeugungsanlagen kombiniert werden.

Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merk male der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein. BEZUGSZEICHENLISTE

IO Mischflüssigkeit

20 Permeat

30 Konzentrat (Retentat)

50 Windkraftanlage

110 Osmose-Einrichtung

111 Einlass der Osmose-Einrichtung

112 Permeat-Auslass

113 Konzentrat-Auslass

120 Permeat-Speicher

121,122 Einlass, Auslass des Permeat-Speichers

130 Konzentrat-Speicher

131, 132 Einlass, Auslass des Konzentrat-Speichers

140 Steuereinrichtung

150 Druckaustauscher

151, 152 Einlass, Auslass für Mischflüssigkeit beim Druckaustauscher 153, 154 Einlass, Auslass für das Konzentrat beim Druckaustauscher 161, 162, 163 Pumpen

170, 171, ..., 1710 Ventileinrichtung(en), Ventile 180 Vorratsbehälter

190 Sensoren (zur Messung von Volumina, Druck, Niveau etc.)

200 Turbine

210 Generator

Pi Ladedruck

P2 Auslassdruck der Membran des Konzentrats beim Beladen P3 verringerter Auslassdruck des Konzentrats nach Durchströmen des Druckaustauschers

P4 Konzentratdruck beim Membraneintritt beim Entladen

P5 Turbineneintrittsdruck

Vi Sicherheits(dreiwegeventil) beim Entladen

V2 Sicherheits(dreiwegeventil) beim Beladen V3 Trennungspunkt von Mischungsflüssigkeit 10 zu Mischungsflüssigkeit

11 und zu Mischungsflüssigkeit 12

V4 Mischungspunkt von Mischungsflüssigkeit 11 und Mischungsflüssigkeit

12 zu Mischungsflüssigkeit 10