ELEKTRISCHER ENERGIE

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erlangung von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas, umfassend die Erzeugung von Wärme durch das Betreiben einer Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas.

Der Einsatz Erneuerbarer Energien, wie Windkraft, Solarenergie und Wasserkraft, gewinnt eine immer größere Bedeutung für die Stromerzeugung. Elektrische Energie wird typischerweise über langreichweitige, überregionale und länderübergreifend gekoppelte Stromversorgungsnetze, kurz Stromnetze bezeichnet, an eine Vielzahl von Verbrauchern geliefert. Da elektrische Energie als solche nicht in signifikantem Umfang speicherbar ist, muss die in das Stromnetz eingespeiste elektrische Leistung auf den verbraucherseitigen Leistungsbedarf, die sogenannte Last, abgestimmt werden. Die Last schwankt bekanntermaßen zeitabhängig, insbesondere je nach Tageszeit, Wochentag oder auch Jahreszeit. Klassisch wird der Lastverlauf in die drei Bereiche Grundlast, Mittellast und Spitzenlast unterteilt, und elektrische Energieerzeuger werden je nach Typ geeignet in diesen drei Lastbereichen eingesetzt. Für eine stabile und zuverlässige Stromversorgung ist eine kontinuierlich ausgeglichene Bilanz von Stromerzeugung und Stromabnahme notwendig. Eventuell auftretende Abweichungen werden durch sogenannte positive oder negative Regelenergie ausgeglichen. Positive Regelenergie wird benötigt, wenn das normale Stromangebot zu stark hinter dem aktuellen Strombedarf zurückbleibt, um ein unerwünschtes Absinken der Netzfrequenz und einen dadurch verursachten Zusammenbruch der Stromversorgung zu verhindern. Negative Regelenergie wird benötigt, wenn sich ein unerwarteter Überschuss an Stromerzeugungsleistung mit der Folge eines unerwünschten Frequenzanstiegs ergibt. Bei regenerativen Stromerzeugungseinrichtungen tritt die Schwierigkeit auf, dass bei bestimmten Typen, wie Windkraft und Solarenergie, die Energieerzeugungsleistung nicht zu jedem Zeitpunkt vorhanden und in bestimmter Weise steuerbar ist, sondern z. B. tageszeitlichen und witterungsbedingten Schwankungen unterliegt, die nur bedingt vorhersagbar sind. Vor diesem Hintergrund wird verstärkt nach Möglichkeiten gesucht, die durch die Verwendung von Erneuerbaren Energien (EE), insbesondere Windkraft und Solarenergie, auftretenden Diskrepanzen zwischen Energiebereitstellung und Energieabnahme auszugleichen. Die bisher vorgeschlagenen Möglichkeiten, die zeitweise in hohem Überschuss vorhandene elektrische Energie zu speichern, bestehen in einer Umwandlung desselben in chemische Energie, beispielsweise die Elektrolyse von Wasser zu Sauerstoff und Wasserstoff und/oder die Herstellung von Methan aus Kohlendioxid und Wasserstoff, nachfolgend als Methanisierung bezeichnet. Die Offenlegungsschrift DE 10 2009 007 567 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Methanol durch Verwertung von Kohlendioxid aus dem Abgas fossil befeuerter Kraftwerke, Heizkraftwerke oder anderer CO2-Emittenten, wobei das CO2 einer Methanolsynthese mit Wasserstoff unterzogen wird, der vorzugsweise aus einer Elektrolyse mit regenerativ gewonnener elektrischer Energie erzeugt wird, insbesondere in Schwachlastphasen eines zugehörige Stromnetzes. Das synthetisierte Methanol kann in einem Methanolspeicher zwischengespeichert oder als Brennstoff einem Heiz- oder Stromerzeugungskraftwerk zugeführt werden. Eine verfahrensdurchführende Energieerzeugungsanlage beinhaltet ein Heizkraftwerk, ein Wind-, Wasser- und/oder Solarkraftwerk, eine Elektrolyseanlage, je einen Speicher für CO2, O2 und H ₂ , eine Methanolsyntheseanlage, einen Methanolspeicher und eine Steuerung, um diese Anlagenkomponenten zur Energieerzeugung in Abhängigkeit vom Strombedarf auslastungsoptimal zu steuern.

Die Offenlegungsschrift DE 43 32 789 A1 offenbart ein Verfahren zur Speicherung von Wasserstoffenergie durch Umsetzung von z. B. unter Einsatz von Solar- oder Nuklearenergie gewonnenem Wasserstoff mit Kohlendioxid in Methan oder Methanol, das dann z. B. als Treibstoff für Verkehrsmittel oder Verbrennungsanlagen genutzt werden kann.

Die Offenlegungsschrift DE 10 2004 030 717 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Umwandlung und Speicherung von regenerativ gewonnener Energie mittels Wandlung in chemische Energie unter Verwendung von elektrischer Energie und Kohlendioxid, wobei die chemische Energie bedarfsabhängig wieder als chemische und elektrische Energie abgegeben wird. Dazu ist ein Kreislaufprozess vorgesehen, bei dem Energie aus einer geothermen bzw. regenerativen Quelle in elektrische Energie gewandelt wird, die einem Verbraucher und einer Elektrolyseeinrichtung zugeführt wird. Der durch die Elektrolyse gewonnene Wasserstoff wird teils einem Verbraucher zugeführt und teils einer Synthese mit CO2 aus einem CO2-Speicher zu einem Kohlenwasserstoff und einem Alkohol unterzogen. Der Kohlenwasserstoff, z. B. Methan, wird in einem zugehörigen Speicher gespeichert und teils einem Verbraucher, teils einem Verbrennungsheizprozess zugeführt, dem andererseits Sauerstoff aus der Elektrolyse zugeführt wird. Durch einen thermodynamischen Prozess erzeugt der Verbrennungsheizprozess elektrische Energie, welche teils dem elektrischen Verbraucher und teils dem Elektrolyseprozess zugeführt wird. Im Verbrennungsheizprozess erzeugtes CO2 wird ebenso wie CO2 gespeichert, das aus einem CO2- Rückgewinnungsprozess stammt, der mit CO2 aus dem Kohlenwasserstoff- Verbraucher gespeist wird.

Ähnlich den zuvor dargelegten Dokumenten beschreibt auch die Druckschrift WO 2010/1 15983 A1 ein Energieversorgungssystem mit einer Stromerzeugungseinrichtung zur regenerativen Erzeugung von in ein Stromversorgungsnetz einspeisbarer elektrischer Energie, einer Wasserstofferzeugungseinrichtung zur Wasserstofferzeugung unter Verwendung von elektrischer Energie der regenerativen Stromerzeugungseinrichtung, einer Methanisierungseinrichtung zur Umwandlung von durch die Wasserstofferzeugungseinrichtung erzeugtem Wasserstoff und einem zugeführten Kohlenoxidgas in ein methanhaltiges Gas, und einer Gasbereitstellungseinrichtung zur Bereitstellung eines Zusatzgases oder Austauschgases in einer variabel vorgebbaren, zur Einspeisung in ein Gasversorgungsnetz geeigneten Zusatz/Austauschgasqualität unter Verwendung des methanhaltigen Gases aus der Methanisierungseinrichtung und/oder des Wasserstoffs aus der Wasserstofferzeugungseinrichtung. Die zuvor dargelegten Vorschläge erfordern sehr hohe Investitionen, bezogen auf die bereitgestellte Speicherleistung. Diese hohen Investitionen ergeben sich allein aus der Vielzahl von Komponenten zur Durchführung der jeweiligen Verfahren. Ein weiterer großer Nachteil besteht in den hohen Unterhalts- und Wartungskosten, die sich aus der Komplexität der zuvor dargelegten Anlagen ergeben.

Ferner ist der Gesamtwirkungsgrad für diese Anlagen und Verfahren sehr gering, da zur Gewinnung von Methan aus Kohlendioxid und Wasserstoff zumindest zwei Reaktionen notwendig sind, nämlich die Erzeugung von Wasserstoff aus Wasser und die Umsetzung des erhaltenen Wasserstoffs mit Kohlendioxid. Eine weitere Beeinträchtigung ergibt sich aus der Natur des Verwendungszwecks. Die zuvor dargelegten Möglichkeiten der Speicherung von Strom dienen zum Ausgleich von Schwankungen in der Stromerzeugung durch Erneuerbare Energien, die sehr beträchtlich sein können. Wirtschaftlich lassen sich chemische Reaktionen jedoch nur bei einer hohen und dauerhaften Auslastung betreiben. Außerhalb dieser hohen Auslastung sinken die Wirtschaftlichkeit und der Wirkungsgrad ab. Aus diesen Gründen konnten sich die in den Druckschriften dargelegten Techniken nicht etablieren, obwohl das Problem einer effizienten Speicherung von Strom, der aus Erneuerbaren Energien gewonnen wird, mindestens seit 1993 diskutiert wird, wobei in diesem Zusammenhang auf den Prioritätstag der Druckschrift DE 43 32 789 A1 verwiesen wird.

In Anbetracht des Standes der Technik ist es nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Verwendung oder chemischen Speicherung von elektrischer Energie bereitzustellen, das nicht mit den Nachteilen herkömmlicher Verfahren behaftet ist. Insbesondere war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Wege zu finden, die es ermöglichen, den apparativen und betrieblichen Aufwand im Hinblick auf Speicherung, Transport und Nutzung von elektrischer Energie gegenüber dem Stand der Technik zu reduzieren.

Weiterhin sollte das Verfahren skalierbar durchgeführt werden können, so dass relativ kleine Anlagen, die auch modular aufgebaut sein können, zur Durchführung der Verwendung oder der chemischen Speicherung auch von geringen Überschüssen an elektrischer Energie eingesetzt werden können. Ferner sollte ein dezentraler Betrieb der zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Anlagen möglich sein. Das Verfahren sollte weiterhin einen möglichst hohen Wirkungsgrad besitzen. Weiterhin sollte das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung der herkömmlichen und weithin vorhandenen Infrastruktur durchgeführt werden können.

Darüber hinaus sollte das Verfahren mit möglichst wenigen Verfahrensschritten durchgeführt werden können, wobei dieselben einfach und reproduzierbar sein sollten.

Weiterhin sollte die Durchführung des Verfahrens nicht mit einer Gefährdung der Umwelt oder der Gesundheit von Menschen verbunden sein, so dass auf den Einsatz von gesundheitlich bedenklichen Stoffen oder Verbindungen, die mit Nachteilen für die Umwelt verbunden sein könnten, im Wesentlichen verzichtet werden können sollte.

Weitere nicht explizit genannte Aufgaben ergeben sich aus dem Gesamtzusammenhang der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen.

Gelöst werden diese sowie weitere nicht explizit genannte Aufgaben, die jedoch aus den hierin einleitend diskutierten Zusammenhängen ohne weiteres ableitbar oder erschließbar sind, durch ein Verfahren mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 1 . Zweckmäßige Abwandlungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erlangung von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas werden in den Unteransprüchen 2 bis 27 unter Schutz gestellt.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur Erlangung von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas, umfassend die Erzeugung von Wärme durch das Betreiben einer Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass wahlweise eine erforderliche Wärmebereitstellung aus der Oxidation des kohlenwasserstoffhaltigen Gases durch die Wärmebereitstellung aus elektrischer Energie mit einer Apparatur zur Bereitstellung von Wärme durch Nutzung von elektrischem Strom substituiert wird und das nicht oxidierte kohlenwasserstoffhaltige Gas bereitgestellt wird.

Hierdurch gelingt es auf nicht vorhersehbare Weise ein Verfahren der zuvor dargelegten Gattung bereitzustellen, welches ein besonders gutes Eigenschaftsprofil aufweist, wobei die Nachteile herkömmlicher Verfahren im Wesentlichen vermieden werden können.

Insbesondere wurde in überraschender Weise gefunden, dass es hierbei ermöglicht wird elektrische Energie, die beispielsweise aus Erneuerbaren Energien, unter anderem Windkraft oder Photovoltaik erzeugt wurde, mittels des vorliegenden Verfahrens in eine speicherbare Form zu überführen.

Durch das Verfahren kann ein kohlenwasserstoffhaltiges Gas, vorzugsweise Erdgas bereitgestellt werden, ohne dass hierfür teure Großanlagen aufgebaut und unterhalten werden müssten. Aufgrund der geringen Anzahl an Schritten und dem hohen Wirkungsgrad, mit dem elektrische Energie in thermische Energie umgewandelt und effizient eingesetzt werden kann, ist der Gesamtwirkungsgrad des vorliegenden Verfahrens zur Erlangung von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas sehr viel höher als der Gesamtwirkungsgrad der im einleitenden Teil dieser Anmeldung beschriebenen Verfahren des Standes der Technik zur Erlangung von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas, vorzugsweise Methan. Hierbei sind deutlich geringere Investitionskosten notwendig als bei einer Methanisierung.

Weiterhin wird eine Methanisierung bei sehr hohen Temperaturen durchgeführt, so dass zur Steigerung des Wirkungsgrads die entstehende Abwärme zurückgewonnen werden muss. Dies ist jedoch mit einem sehr hohen Aufwand verbunden. Das vorliegende Verfahren kann im Vergleich zur Methanisierung sehr dynamisch betrieben werden, so dass in sehr kurzer Zeit ohne Wirkungsgradverluste ein kohlenwasserstoffhaltiges Gas erlangt werden kann. Weiterhin kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung dezentral durchgeführt werden. Hierdurch kann das Verfahren auch bei Wartungsarbeiten eines Teils der Anlagen, die zur Bereitstellung von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas eingesetzt werden, durchgeführt werden.

Darüber hinaus ist es möglich bestehende Anlagen auf relativ einfache Weise umzurüsten, so dass bei einem geringen Investitionsaufwand große Einsparungen an Erdgas durch zweckmäßige Verwendung von„überschüssigem" Strom möglich sind.

Ferner kann durch das vorliegende Verfahren die Realoptional ität gesteigert werden, da hierdurch Gas und Elektrizität austauschbar werden, so dass sowohl Regelenergie für das Gasnetz als auch Regelenergie für das Stromnetz bereitgestellt werden kann.

Darüber hinaus kann das Verfahren mit relativ wenigen Verfahrensschritten durchgeführt werden, wobei dieselben einfach und reproduzierbar sind.

Weiterhin ist die Durchführung des Verfahrens nicht mit einer Gefährdung der Umwelt oder der Gesundheit von Menschen verbunden, so dass auf den Einsatz von gesundheitlich bedenklichen Stoffen oder Verbindungen, die mit Nachteilen für die Umwelt verbunden sein könnten, im Wesentlichen verzichtet werden kann.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung dient insbesondere zur Erlangung von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas. Unter einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas versteht man gemäß der vorliegenden Erfindung ein Gas, das hohe Anteile an Kohlenwasserstoffen umfasst. Zu diesen gasförmigen Kohlenwasserstoffen zählen insbesondere Methan, Ethan, Propan, Ethen, Propen und Buten. Neben gasförmigen Kohlenwasserstoffen kann das Gas auch andere gasförmige Verbindungen umfassen. Zu den kohlenwasserstoffhaltigen Gasen gehört insbesondere natürliches und/oder synthetisch hergestelltes Erdgas. Im Allgemeinen kann das eingesetzte kohlenwasserstoffhaltige Gas einen Anteil an Methan, Ethan, Propan, Ethen, Propen und Buten, vorzugsweise an Methan von mindestens 50 Vol.-%, bevorzugt mindestens 60 Vol.-% und besonders bevorzugt mindestens 80 Vol.-% aufweisen.

Das vorliegende Verfahren dient zur Erlangung eines kohlenwasserstoffhaltigen Gases. Der Begriff „Erlangung" bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere, dass Herrschaft, Besitz und/oder Eigentum an diesem Gas gewonnen wird. Durch eine reine Nichtentnahme von Gas aus einer Gasleitung wird kein Eigentum an einem Gas erlangt. Vielmehr wird ein kohlenwasserstoffhaltiges Gas erlangt, falls über eingespartes Gas bei einem Nichtverbrauch physikalische und/oder rechtliche Herrschaft, beispielsweise Besitz oder Eigentum erreicht wird. Dies kann beispielsweise gegeben sein, falls ein kohlenwasserstoffhaltiges Gas über langfristige Lieferverträge von einem Lieferanten bereitgestellt wird, welches abgenommen werden muss. Weiterhin umfasst der Begriff Erlangen aber auch ein eingespartes Gas, über welches der Betreiber des erfindungsgemäßen Verfahrens Herrschaft hat oder welches sich zuvor im Besitz und/oder Eigentum desselben befand.

Das vorliegende Verfahren umfasst die Erzeugung von Wärme durch das Betreiben einer Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas. Die Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas unterliegt keinen spezifischen Einschränkungen, so dass Gasbrenner, Gasmotoren und Gasturbinen hierunter fallen. Hierbei können Gasbrenner mit geringer oder hoher Leistung eingesetzt werden, wie zum Beispiel Monoblockbrenner, die im Allgemeinen eine Leistung bis 10 MW aufweisen, oder größere Brenner, die vielfach ein getrennt aufgestelltes Gebläse umfassen. Weiterhin kann der Gasbrenner einen separaten Zündbrenner aufweisen. Demgemäß kann der Gasbrenner in einfachen Gasheizungen oder in Vorrichtungen zur Erzeugung von Dampf unter Verbrennung von Gas eingesetzt werden.

Vorzugsweise kann die Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage umfassen. Weiterhin kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung in einem Blockheizkraftwerk eingesetzt werden. Hierbei kann die Kraft-Wärme- Kopplungsanlage oder das Blockheizkraftwerk ein Gasmotor und/oder eine Gasturbine umfassen.

Durch die Verwendung einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens können überraschende Vorteile, insbesondere hinsichtlich der zur Bereitstellung von Wärme benötigten Energie erzielt werden. Bezogen auf das zur Erzeugung von Wärme und Strom eingesetzte Gas können durch die Verwendung von Strom anstatt Gas Wirkungsgrade von über 100 % erzielt werden, wobei diese hohen Wirkungsgrade insbesondere dadurch erreicht werden, dass selbst bei einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage Abwärme erzeugt wird, die nicht zweckmäßig verwendet werden kann. Weiterhin sind, bezogen auf das gewonnene oder bereitstellbare Gas bei einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage relativ geringe Leistungen zur Wärmeerzeugung notwendig. Da eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage neben Wärme auch Strom erzeugt, kann auch bei einer relativ geringen installierten Leistung der Apparatur zur Bereitstellung von Wärme durch Nutzung von elektrischem Strom viel Gas bereitgestellt werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Gewinnung von Strom durch eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage bei einem hohen Angebot an Strom aus Erneuerbaren Energien nicht zweckmäßig ist, da überschüssiger Strom nicht auf einfache Weise gespeichert werden kann. Bei einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage, die bezogen auf den Energiegehalt des eingesetzten Gases ca. 40 % Strom, 40 % Nutzwärme und 20 % Abwärme erzeugt, genügt die Installation einer Heizleistung der Apparatur zur Bereitstellung von Wärme durch Nutzung von elektrischem Strom von 40 %, um die durch die Kraft-Wärme- Kopplungsanlage bereitgestellte Nutzwärmeleistung zu ersetzen. Andererseits wird jedoch die Leistung von 100 % des hierfür benötigten Gases eingespart und kann bereitgestellt werden.

Vorzugsweise kann daher das Verhältnis von installierter Heizleistung der Apparatur zur Bereitstellung von Wärme durch Nutzung von elektrischem Strom zu Gesamtleistung der Kraft-Wärme-Kopplungsanlage im Bereich von 1 :1 bis 1 :10, bevorzugt 1 :1 ,5 zu 1 :5 und besonders bevorzugt 1 :1 ,8 bis 1 :4 liegen. Die Gesamtleistung der Kraft-Wärme-Kopplungsanlage berechnet sich hierbei aus dem Verbrauch an Gas und stellt somit das Bereitstellungspotential an Gas durch die Verwendung von Strom aus Erneuerbaren Energie dar.

Überraschend bietet das vorliegende Verfahren in Kombination mit dem Einsatz von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen weiterhin den Vorteil, Strom auch in einem Netz mit einem hohen Anteil an Erneuerbaren Energien sicher zur Verfügung stellen zu können. Erneuerbare Energien können nicht planbar bereitgestellt werden. Die notwendigen Speicher sind jedoch relativ teuer, so dass bei einem geringen Angebot an Erneuerbaren Energien, insbesondere an Sonnen- oder Wind kraft, konventionelle Anlagen eingesetzt werden. Bei der Verwendung von Kraft-Wärme- Kopplungsanlagen wird nun in Zeiten eines hohen Angebots an Erneuerbaren Energien sehr viel Gas eingespart, da die Anlage abgeschaltet werden kann, wobei der Wärmebedarf durch den Einsatz von Strom sichergestellt werden kann. Dieses Gas kann in Zeiten eines geringen Angebots an Erneuerbaren Energien jedoch zur Stromerzeugung eingesetzt werden, so dass auf wirtschaftliche Weise der Planungsunsicherheit, mit der der Einsatz von Erneuerbaren Energien verbunden ist, entgegengewirkt werden kann.

Neben der zuvor dargelegten Wärmebereitstellung aus der Oxidation des kohlenwasserstoffhaltigen Gases umfasst das vorliegende Verfahren weiterhin eine Apparatur zur Bereitstellung von Wärme durch Nutzung von elektrischem Strom. Die Apparatur zur Bereitstellung von Wärme durch Nutzung von elektrischem Strom unterliegt keinen spezifischen Begrenzungen. Demgemäß kann die Apparatur zur Bereitstellung von Wärme durch Nutzung von elektrischem Strom beispielsweise elektrische Energie durch eine Widerstandsheizung und/oder eine Induktionsheizung in Wärme überführen. Weiterhin kann elektrische Energie durch Mikrowellen in thermische Energie umgewandelt werden, so dass die Apparatur zur Bereitstellung von Wärme durch Nutzung von elektrischem Strom Mikrowellen generieren kann.

Vorzugsweise kann ein thermoelektrisches Heizsystem in großen Mengen, d. h. zwischen 0,5 MW bis 1 GW, bevorzugt 1 bis 500 MW Leistung aus dem Netz entnehmen. Hierbei kann ein einzelnes Bauelement diese Wärmeleistung erzielen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können diese Leistungen jedoch durch einen Zusammenschluss („Pool") mehrerer teilweise räumlich getrennter Einheiten diese Leistung erbringen, wobei diese getrennten Einheiten vorzugsweise über ein zentrales Steuergerät gesteuert werden.

Ferner kann die Leistungsentnahme aus dem Stromübertragungsnetz oder die Bereitstellung von elektrischer Energie durch eine Energieanlage, beispielsweise eine Windkraft- oder Solarkraftanlage zeitlich und in der Leistung variiert werden, so dass eine sehr kurzfristige Reaktion auf Änderungen im Angebot an Strom oder in der Netzbelastung möglich sind. Es ist hierbei festzuhalten, dass die in einem bestimmten Zeitraum bereitzustellende Wärme gegebenenfalls durch die Oxidation von Gas erbracht werden kann. Hierdurch kann die Versorgungssicherheit für die Endverbraucher oder Großabnehmer sichergestellt werden.

Zur Durchführung der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise Apparate und Vorrichtungen eingesetzt, die einen geringen Verschleiß und einen geringen Wartungsaufwand aufweisen. Ferner werden die Apparate zu Erzeugung von Wärme vorzugsweise so ausgelegt, dass diese keiner Überbeanspruchung unterliegen.

Die Art der Apparatur zur Erzeugung von Wärme durch die Oxidation von kohlenwasserstoffhaltigem Gas oder durch den Einsatz von elektrischer Energie ist nicht kritisch. Wesentlich ist, dass die Wärme, die durch den Strom erhalten wird, die Wärme ersetzen oder substituieren kann, die durch die Oxidation von Gas erhalten wird.

Der Substitutionsgrad, also der Anteil an thermischer Energie, der durch die Verwendung von elektrischer Energie substituiert werden kann, ist hierbei nicht kritisch. So kann das Verhältnis der durch Gas erzielbaren Heizleistung zur Heizleistung, die durch elektrische Energie bereitgestellt wird, im Bereich von 100:1 bis 1 :100, vorzugsweise im Bereich 10:1 bis 1 :10, besonders bevorzugt im Bereich von 5:1 bis 1 :5 und speziell bevorzugt im Bereich von 2:1 bis 1 :2 liegen.

Bei einer sehr ähnlichen Heizleistung beider Apparaturen zur Erzeugung von Wärme lässt sich ein sehr hoher Substitutionsgrad erzielen, so dass überraschende wirtschaftliche Vorteile erzielt werden können. Durch die Möglichkeit eine notwendige thermische Energie wahlweise durch elektrische Energie oder durch die Oxidation eines kohlenwasserstoffhaltigen Gases zu erzeugen, ergibt sich eine gemeinsame Kontrolle der Apparatur zur Bereitstellung von Wärme durch Nutzung von elektrischem Strom und der Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas, so dass eine benötigte Wärmemenge wahlweise durch elektrische Energie oder durch Oxidation von Gas erhalten werden kann.

Der Begriff der Kontrolle ist hierbei umfassend zu verstehen, so dass ein einfaches handgesteuertes Umschalten und/oder Zuschalten der mindestens zwei Aggregate zur Erzeugung von thermischer Energie hierunter zu verstehen ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können zur Ausübung der Kontrolle ein oder mehrere Steuergeräte eingesetzt werden, die besonders bevorzugt über ein gemeinsames Steuerungspanel betrieben werden können. Die Steuerung durch diese Geräte kann hierbei halbautomatisch oder vollautomatisch realisiert sein. Vorzugsweise kann die Steuerung hierbei durch den Einsatz eines Computersystems unterstützt werden. Hierbei können Rücksignale bei der Steuerung berücksichtigt werden, so dass die Steuerung auch als Regelung aufgefasst werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die mindestens zwei Apparaturen zur Erzeugung von Wärme, nämlich die Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas und die Apparatur zur Bereitstellung von Wärme durch Nutzung von elektrischem Strom, vorzugsweise so ausgestaltet, dass diese eine gute Schaltbarkeit aufweisen. Weiterhin zeichnen sich diese Apparaturen durch eine gute Reproduzierbarkeit der Steuerung aus.

Die Steuerung aller Aggregate kann hierbei vorzugsweise gemeinsam, insbesondere zentral vorgenommen werden, so dass die Einbauten zur Steuerung der Aggregate, insbesondere der Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas und der Apparatur zur Bereitstellung von Wärme durch Nutzung von elektrischem Strom, Vorrichtungen aufweisen, die eine Kommunikation ermöglichen. Hierzu können bekannte Schnittstellen und Datenübertragungseinrichtungen eingesetzt werden, wie LAN (Local Area Network), Internet oder andere digitale oder analoge Netze.

Die Steuerung der mindestens zwei Apparaturen zur Erzeugung von Wärme, nämlich mindestens eine Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas und mindestens eine Apparatur zur Bereitstellung von Wärme durch Nutzung von elektrischer Energie, hierin synonym auch als elektrischer Strom bezeichnet, kann in Abhängigkeit vieler verschiedener Faktoren erfolgen. Hierzu gehören unter anderem das Angebot an elektrischer Energie, das Angebot an Gas und die Belastung des Stromübertragungsnetzes.

Üblich wird Gas in langfristigen Verträgen angeboten und gehandelt, so dass das Angebot an Gas vielfach als konstant angesehen werden kann. Allerdings kann in Ausnahmefällen, beispielsweise bei einem technischen Defekt oder in Ausnahmesituationen, beispielsweise politischer Art oder einem enorm hohen Eigenverbrauch der Erzeugerländer, das Gasangebot außerplanmäßig gering ausfallen. Demgemäß führt das Verfahren der vorliegenden Erfindung zu einer Verbesserung der Versorgungssicherheit in Ausnahmesituationen.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Einsatz von Strom vorzugsweise in Abhängigkeit von dem Angebot an elektrischer Energie gewählt. Hierbei ist festzuhalten, dass bei einem hohen Anteil an Erneuerbaren Energien zur Gewinnung von Strom starke Schwankungen im Stromangebot zu erwarten sind, da, wie in der Einleitung näher ausgeführt, Sonnen- und Windenergie nicht über einen längeren Zeithorizont planbar bereitgestellt werden können.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung umfasst folgende Schritte:

a) Bestimmung des Angebots an elektrischer Energie,

b) Verwendung der elektrischen Energie zur Erzeugung von Wärme, falls das Angebot einen vorgegebenen Wert überschreitet,

c) Verwendung von Gas zur Erzeugung von Wärme, falls das Angebot den zuvor dargelegten vorgegebenen Wert unterschreitet. Das Angebot an elektrischer Energie kann beispielsweise über die Frequenz des Wechselstromnetzes festgestellt werden, wobei bei einer zu hohen Frequenz ein Überangebot vorliegt, so dass mit Strom Wärme erzeugt wird. Bei einer zu tiefen Frequenz wird bevorzugt Gas zur Wärmeerzeugung eingesetzt. In Europa arbeitet das Wechselstromnetz bei etwa 50,00 Hz, in Amerika bei 60,00 Hz. Zur Aufrechterhaltung dieser Frequenzen werden in Abhängigkeit einer Frequenzabweichung Regelleistungen oder Regelenergien bereitgestellt, wobei die Verantwortung hierfür der Netzbetreiber trägt, der wiederum Regelleistung oder Regelenergie bei Gesellschaften erwirbt. Eine ausführliche Darstellung hierzu findet sich unter anderem in Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (FNN)„Transmission Code 2007" vom November 2009.

Weiterhin kann das Angebot an Strom über Handelsplattformen und/oder durch OTC-Verfahren und einem dazugehörigen Strompreis ermittelt werden. Bei einem niedrigen Strompreis aufgrund eines hohen Angebots kann demgemäß elektrische Energie zur Wärmeerzeugung eingesetzt werden. Hierbei kann als Schwelle der Preis für Gas herangezogen werden, welches notwendig ist, um eine vergleichbare Wärme zu erzeugen. Zu den einsetzbaren Handelsplattformen gehören insbesondere Strombörsen, wie beispielsweise die European Energy Exchange (EEX). OTC-Verfahren (Over-The-Counter) bezeichnen Handelsverfahren, die außerhalb von Börsen vollzogen werden. Falls der Preis zur Gewinnung einer bestimmten thermischen Energie aus Gas geringer ist, als der Preis für elektrische Energie, wird im Allgemeinen Gas zur Wärmeerzeugung eingesetzt. Ist der Preis zur Gewinnung einer bestimmten thermischen Energie aus elektrischer Energie niedriger als aus Gas, wird Strom zur Wärmeerzeugung eingesetzt. Bei identischem Preis kann mit Gas, mit Strom oder einer Mischung beider Möglichkeiten Wärme gewonnen werden. Bei der Preisbestimmung sind selbstverständlich Nebenkosten zu berücksichtigen, wie beispielsweise Kosten für die Speicherung von Gas, Wartungskosten für die Apparaturen usw.

Vorzugsweise kann eine innerhalb eines bestimmten Zeitraumes oder zu einem bestimmten Zeitpunkt bereitzustellende thermische Energie wahlweise durch Verbrennung von Gas und/oder durch Einsatz von elektrischer Energie bereitgestellt werden. Demgemäß wird vorzugsweise die elektrische Energie nicht lediglich bei einem Überschuss in Wärme umgewandelt, sondern bei einem konkreten Bedarf, der während eines vorgegebenen Zeitraums und/oder zu einem bestimmten Zeitpunkt besteht. Hierdurch kann die Speicherkapazität des Wärmespeichers minimiert werden, wobei in besonders bevorzugten Fällen kein zusätzlicher Speicher aufgrund der Ausführung des vorliegenden Verfahrens eingesetzt werden muss.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der bestimmte Zeitraum, innerhalb der eine thermische Energie bereitzustellen ist, höchstens 24 Stunden, vorzugsweise höchstens 12 Stunden, insbesondere bevorzugt höchstens 6 Stunden und speziell bevorzugt höchstens 1 Stunde beträgt. Hierbei können diese Zeiträume auch mehrfach, gegebenenfalls dauerhaft hintereinander gegeben sein. Wesentlich ist jedoch, dass Wärme lediglich bei einem konkreten Bedarf bereitgestellt wird, wobei die zeitliche Komponente des Bedarfs berücksichtigt wird. Das Angebot an elektrischer Energie kann vorzugsweise zeitnah vor der Bereitstellung von thermischer Energie bestimmt werden. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Entscheidung hinsichtlich der Art der Bereitstellung der thermischen Energie höchstens 12 Stunden, vorzugsweise höchstens 6 Stunden, insbesondere bevorzugt höchstens 2 Stunden und speziell bevorzugt höchstens 1 Stunde vor dem Zeitraum und/oder Zeitpunkt liegt, über den beziehungsweise zu dem die thermische Energie bereitzustellen ist.

Zur Bestimmung des Angebots an elektrischer Energie können übliche Marktanfragen herangezogen werden, so dass von einem konkreten Angebotspreis die Entscheidung abhängig ist, ob eine vorgegebene thermische Energie über elektrische Energie oder die Verbrennung von kohlenwasserstoffhaltigem Gas bereitgestellt wird. Überraschende Vorteile lassen sich jedoch dadurch erzielen, dass Prognosen über das Angebot an Strom erstellt werden. Im Zusammenhang mit den zuvor dargelegten Erneuerbaren Energien, können insbesondere Daten von Wetterprognosen eingesetzt werden. Weiterhin können historische Daten über den Bedarf oder Verbrauch an elektrischer Energie eingesetzt werden, um einen möglichen Überschuss an elektrischer Energie vorherzusagen, der zur Bereitstellung von thermischer Energie herangezogen werden kann.

Die Daten über den historischen Verbrauch können beispielsweise den Tagesverlauf, den Wochenverlauf, den Jahresverlauf und weitere Verläufe über den Strombedarf umfassen. Die Daten über die Verbrauchsprognose können auch spezifische Änderungen berücksichtigen, die beispielsweise in einem Zugang oder einem Wegfall eines Großverbrauchers bestehen.

Die Daten über die Wetterprognose können über einen beliebig großen Zeitraum erstellt werden, wobei jedoch die Zuverlässigkeit der prognostizierten Daten bei größeren Zeiträumen abnimmt. Daher werden die genannten Prognosen üblich für einen Zeitraum von 30 Minuten bis 2 Monate, vorzugsweise 1 Stunde bis 1 Monat, besonders bevorzugt 2 Stunden bis 14 Tage und speziell bevorzugt 24 Stunden bis 7 Tage erstellt.

Die Erstellung der Prognose kann beliebig vor dem zu prognostizierenden Zeitraum erfolgen, wobei jedoch bei einer sehr frühzeitigen Anfertigung derselben die Zuverlässigkeit sinkt. Bei einer sehr späten Erstellung der Vorhersage sinken jedoch die Optionen, um auf eine Änderung Einfluss zu nehmen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden daher viele Prognosen in relativ kurzen Abständen durchgeführt, wobei die jeweiligen Ergebnisse als Handlungsanweisungen für die Zukunft zu verstehen sind, so dass eine quasi kontinuierliche Adaption erzielt werden kann. So kann bei einer Abweichung der tatsächlichen Verbrauchswerte oder der Leistung, die durch die Erneuerbaren Energie bereitgestellt wird, von einer früheren Prognose eine Anpassung der zur Erzeugung einer notwendigen thermischen Energie eingesetzten Energiequelle erfolgen. Hierdurch kann eine sehr kurzfristige Anpassung der zur Erzeugung einer benötigten thermischen Energie zweckmäßig eingesetzten Quelle erzielt werden, ohne dass auf die Vorteile einer frühen Abgabe eines Angebots für den Bezug von elektrischer Energie, die durch den Einsatz von Prognosedaten, insbesondere von Wetterprognosen und/oder Verbrauchsprognosen erzielt werden, verzichtet werden müsste. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann der Einsatz von elektrischer Energie in Abhängigkeit von der Belastung des Stromübertragungsnetzes gewählt werden. Durch diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine effiziente Entlastung der Stromübertragungsnetze möglich, die vorzugsweise bei hohen Spannungen arbeiten. Dieses Problem tritt insbesondere aufgrund der geographischen Gebundenheit von Stromerzeugungsanlagen auf, die auf Wind- oder Sonnenenergie basieren. In diesem Zusammenhang ist insbesondere auf die hohen Kosten und die Genehmigungsverfahren hinzuweisen, die mit dem Aufbau neuer Übertragungsnetze für Strom verbunden sind. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Bestimmung der Belastung des Stromübertragungsnetzes,

b) Verwendung der elektrischen Energie zur Erzeugung von Wärme, falls die Belastung des Stromübertragungsnetzes einen vorgegebenen Wert überschreitet,

c) Verwendung von Gas zur Erzeugung von Wärme, falls die Belastung des Stromübertragungsnetzes den zuvor dargelegten vorgegebenen Wert unterschreitet.

Die Belastung des Stromübertragungsnetzes bezieht sich hierbei insbesondere auf die Belastung der Leitungen, aus denen das Stromübertragungsnetz aufgebaut ist. Hierbei ist die Belastung der Leitungen in Betracht zu ziehen, die Orte einer hohen Stromerzeugung mit den Orten einer hohen Stromnachfrage verbinden. Im Allgemeinen können hierbei mehrere Leitungen zwischen diesen Orten, gegebenenfalls unter Verwendung von mehreren Knotenpunkten vorhanden sein. Wesentlich ist, dass die Belastung aller möglichen Übertragungswege so hoch ist, dass eine elektrische Energie oder eine elektrische Leistung nur unter Inkaufnahme einer temporären Überlastung der Übertragungsleitungen übertragen werden kann. Hierzu ist auszuführen, dass die Übertragungsleitungen für eine bestimmte Strom- und Spannung zugelassen sind, wobei die zulässigen Strom- und Spannungswerte von der Art der Leitung, insbesondere dem Durchmesser und/oder der Isolation der Übertragungsleitung bestimmt werden. Bei einer zu starken Belastung, d. h. einer zu hohen Stromstärke steigt die Temperatur der Leitung an, so dass eine Beschädigung der Leitung zu befürchten ist. Demgemäß werden diese Leitungen für bestimmte Spezifikationen gefertigt, die dem Netzbetreiber, beispielsweise dem Verteilnetzbetreiber und/oder dem Übertragungsnetzbetreiber bekannt sind. Demgemäß kann eine Belastung auf übliche Weise bestimmt werden, wobei beispielsweise die Temperatur der Übertragungsleitung und/oder die vorhandene Stromstärke herangezogen werden kann. Die Stromstärke kann hierbei beispielsweise über Induktion gemessen werden. Der Übertragungsnetzbetreiber kann hierbei kurzfristige Überlastungen zulassen.

Der zuvor dargelegte vorgegebene Wert, der zur Festlegung der Art der Wärmeerzeugung dient, kann hierbei von den Erfordernissen des Netzbetreibers und den Zugriffsmöglichkeiten auf das Stromnetz abhängig sein. Demgemäß kann der vorgegebene Wert in einem weiten Bereich liegen. Vorzugsweise kann dieser Wert bei mindestens 70 %, bevorzugt mindestens 80 %, besonders bevorzugt mindestens 90 % und speziell bevorzugt mindestens 95 %, der maximalen Dauerbelastbarkeit des Stromnetzes liegen. Die maximale Dauerbelastbarkeit des Stromnetzes stellt hierbei die durch die Stromstärke und Spannung der jeweiligen Übertragungsleitung gegebene Belastbarkeit dar, die über einen Zeitraum von mindestens 20 h gegeben ist, ohne dass hierdurch eine messbare und dauerhafte Beschädigung der Übertragungsleitung verursacht wird. Diese maximale Dauerbelastbarkeit ist im Allgemeinen dem Netzbetreiber bekannt und kann von den Witterungsbedingungen abhängig sein. Bei einer hohen Umgebungstemperatur kann die Übertragungsleitung im Allgemeinen eine geringere Stromstärke übertragen. Durch das vorliegende Verfahren gelingt es überraschend ein kohlenwasserstoffhaltiges Gas bereitzustellen, wobei dieses Gas durch eine vermiedene Oxidation erhalten wird. Der Begriff „Bereitstellen" bedeutet in Rahmen der Erfindung, dass das nicht oxidierte Gas für andere Zwecke eingesetzt werden kann. Zu diesen anderen Zwecken gehören unter anderem eine Speicherung des nicht oxidierten Gases, eine Lieferung des nicht oxidierten Gases an andere Abnehmer und der Einsatz des nicht oxidierten Gases als Rohstoff beispielsweise in der Chemieindustrie zur Herstellung von Blausäure (HCN), Kohlenstoffdisulfid (CS ₂ ) und Methylhalogeniden.

Überraschend gelingt durch die vorliegende Erfindung eine Steigerung der Realoptionalität. Unter Realoptionalität wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit verstanden eine bestimmte Leistung oder Energie auf verschiedenste Weise technisch einzusetzen. Durch diese vielfältigen Einsatzmöglichkeiten kann eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der eingesetzten Apparaturen und Anlagen erzielt werden. So kann unter anderem vorgesehen sein, das Verfahren zum Ausgleich oder Abmildern von Schwankungen einzusetzen, die durch Erneuerbare Energien, insbesondere durch die Verwendung von Windkraftanlagen auftreten. Beispielsweise kann einem Abnehmer die Einspeisung einer bestimmten, gleichbleibenden Leistung in das Stromnetz angeboten werden, wobei höhere Leistung, die bei starken Winden auftreten, durch den Einsatz des vorliegenden Verfahrens zur Erzeugung von thermischer Energie durch den Einsatz von Strom herangezogen werden. Hierdurch kann die Planbarkeit der Netzbelastung verbessert werden.

Ferner kann das Verfahren eingesetzt werden, um Regelleistung beziehungsweise Regelenergie den Betreibern von Stromübertragungsnetzen zur Verfügung zu stellen. Wie bereits zuvor dargelegt, hängt die Frequenz eines Wechselstromnetzes von der Bilanz zwischen eingespeister und entnommener Leistung ab. Bei einem Überschuss an eingespeister Leistung steigt die Frequenz an, bei einer zu hohen Entnahme sinkt die Frequenz. Zur Stabilisierung der Netzfrequenz auf eine vorgegebene Sollfrequenz werden demgemäß Ausgleichsleistungen benötigt, falls unvorhergesehene Ereignisse eintreten. Hierzu gehören beispielsweise Kraftwerksausfälle, Unterbrechungen im Stromübertragungsnetz oder ein Ausfall großer Verbraucher aufgrund von unerwarteten Defekten. Diese Sollfrequenz beträgt derzeit in Europa 50,00 Hz und in den USA 60,00 Hz, wobei diese Angaben die vorliegende Erfindung nicht beschränken. Zum Ausgleich einer zu geringen Einspeisung von Energie in das Netz, d. h. einer sinkenden Frequenz, wird positive Regelenergie benötigt, wobei diese durch eine Steigerung der Einspeisung, beispielsweise durch die Erhöhung der Leistung eines Stromkraftwerks, oder durch die Verringerung der Entnahme von bestimmten Verbrauchern, im Allgemeinen größeren Abnehmern erbracht werden kann. Negative Regelenergie, die bei einer zu hohen Frequenzen benötigt wird, kann durch eine Senkung der Einspeisung, beispielsweise durch die Verringerung der Leistung eines Strom kraftwerks, oder durch die Steigerung der Entnahme von bestimmten Verbrauchern, im Allgemeinen größeren Abnehmern erbracht werden. Gegenwärtig werden in Europa drei unterschiedliche Arten von Regelleistungen durch die gültigen Regularien definiert, die insbesondere von der UCTE (Union for the Co-ordination of Transmission of Electricity) oder deren Nachfolgeorganisation ENTSO-E (European Network of Transmission System Operators for Electricity) näher definiert werden. Im gegenwärtig gültigen Regelwerk (UCTE Handbook), sind auch die jeweiligen Anforderungen und die Regelleistungsarten festgelegt. Die Regelleistungsarten weisen beispielsweise unterschiedliche Anforderungen im Hinblick auf die zeitliche Reaktion auf eine Frequenzabweichung auf. Weiterhin unterscheiden sich die bisher definierten Regelleistungsarten in der Dauer der Leistungserbringung. Außerdem gelten verschiedene Randbedingungen hinsichtlich des Einsatzes der Regelleistung.

So werden in Europa durch die zuvor dargelegten Verbände Primärregelleistung, Sekundärregelleistung und Minutenreserveleistung definiert. Primärregelleistung (PRL) wird unabhängig vom Ursprungsort der Störung europaweit von allen eingebundenen Quellen erbracht. Die absolut maximale Leistung ist bei Frequenzabweichungen von minus 200 mHz und (absolut) darunter zu erbringen, die absolut minimale Leistung ist bei Frequenzabweichungen von plus 200 mHz und darüber zu erbringen. Im Bereich zwischen 10 mHz und 200 mHz wird die Primärregelleistung im Wesentlichen proportional zur aktuellen Frequenzabweichung bereitgestellt. Aus dem Ruhezustand muss die jeweils (betragsmäßig) maximale Leistung innerhalb von 30 Sekunden bereitgestellt werden. Die Primärregelleistung wird vom Netzbetreiber üblich über einen Markt beschafft, an dem beispielsweise Kraftwerksbetreiber oder größere Stromabnehmer die entsprechende Primärregelleistung anbieten.

Im Gegensatz zur Primärregelreserve wird die Sekundärregelreserve nicht gemeinsam im europäischen Verbund, sondern separat in jeder Regelzone vom jeweiligen Übertragungsnetzbetreiber bereitgestellt. Sekundärregelleistung (SRL) und Minutenreserveleistung (MRL) sollen Störungen möglichst schnell kompensieren und somit dafür zu sorgen, dass die Frequenz wieder möglichst schnell, vorzugsweise spätestens nach 15 Minuten wieder im Sollbereich liegt. Hinsichtlich der Dynamik werden an die SRL und die MRL geringere Anforderungen gestellt (5 bzw. 15 Minuten bis zur vollen Leistungserbringung nach Aktivierung), gleichzeitig sind diese Leistungen auch über längere Zeiträume bereitzustellen als Primärregelleistung. Nähere Ausführungen hierzu finden sich unter anderen in Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (FNN)„Transmission Code 2007" vom November 2009.

Im Allgemeinen müssen die Anbieter von Regelleistung ein Präqualifikationsverfahren bestehen, in welchem die Anforderungen spezifisch dargelegt sind.

Das vorliegende Verfahren kann unter anderem dazu dienen Primärregelleistung anzubieten. Diese muss gegenwärtig symmetrisch angeboten werden, so dass ein Anbieter sowohl positive als auch negative Regelleistung erbringen muss. Im Zusammenhang mit dem vorliegenden Verfahren kann beispielsweise ein steuerbarer Stromverbraucher in Kombination mit den zuvor dargelegten Aggregaten zur Erzeugung von thermischer Energie eingesetzt werden. Zu den steuerbaren Stromverbrauchern zählen insbesondere Industrieanlagen, deren Stromverbrauch bei einer Bereitstellung von positiver Regelleistung gedrosselt werden kann. Beispielhaft seien unter anderem Aluminiumwerke oder andere Elektrolyseanlagen genannt. Bei einer Bereitstellung von negativer Regelleistung wird vorzugsweise thermische Energie durch Strom anstatt durch Oxidation von Gas eingesetzt. Weiterhin kann auch vorgesehen sein, kontinuierlich eine bestimmte elektrische Leistung zur Erzeugung von Wärme einzusetzen, die gegebenenfalls durch die Verwendung von Gas substituiert wird, falls positive Regelleistung bereitzustellen ist. Bei einer Bereitstellung von negativer Regelleistung wird die durch elektrische Energie bereitgestellte Heizleistung erhöht. Demgemäß zeichnet sich dieses Verfahren vorzugsweise dadurch aus, dass beide Apparaturen gleichzeitig Wärme erzeugen, so dass über einen bestimmten Zeitraum gleichzeitig Wärme durch die Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas und die Verwendung von elektrischer Energie erzeugt wird. Je nach bereitzustellender Regelleistung wird die Oxidation von Gas vermindert (negative Regelleistung) oder erhöht (positive Regelleistung). Die gegenwärtig gültigen Regularien in Europa schreiben beispielsweise ein Angebot von einem Band vor, welches mindestens +/- 1 MW breit ist, wobei diese Leistung für einen Zeitraum von mindestens einer Woche angeboten werden muss. Die genannten Werte lassen sich um ganzzahlige Vielfache erhöhen, so dass beispielsweise auch ein Band von +/- 2 MW angeboten werden kann. Die elektrische Leistung kann wiederum vom Betreiber des Verfahrens selbst erzeugt oder auf dem Energiemarkt eingekauft werden.

Weiterhin kann das vorliegende Verfahren eingesetzt werden um Sekundärregelleistung anzubieten. Sekundärregelleistung wird mit einer geringeren Dynamik angeboten bzw. geleistet. Hierbei übernimmt der Übertragungsnetzbetreiber (Transmission System Operator, kurz TSO) die Steuerung des Systems, mit dem Regelleistung bereitgestellt wird. Gegenwärtig wird beispielsweise in Europa vom Übertragungsnetzbetreiber etwa alle 3 Sekunden ein Sollleistungswert vorgegeben, der vom Anbieter erbracht werden muss. Hinsichtlich der gegenwärtig gültigen Verfahren muss über einen Zeitraum von mindestens einer Woche eine Leistung von 5 MW positiv oder 5 MW negativ anboten werden, wobei selbstverständlich ebenfalls ganzzahlige Vielfache dieser Werte, wie 10 MW, 15 MW oder 30 MW positiver oder negativer Regelleistung angeboten werden können. Es ist festzuhalten, dass diese Werte zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung dargelegt werden, ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll. Hinsichtlich der Erbringung von negativer Regelenergie ist festzuhalten, dass das Aggregat zur Erzeugung von Wärme durch elektrische Energie diese Leistungswerte einzeln oder durch einen Zusammenschluss von mehreren Aggregaten erbringen muss, um diese Leistung anbieten zu können. Bei der Erbringung von negativer Sekundärregelenergie, also der Entnahme von Energie aus dem Netz, wird demgemäß von einer Erzeugung von Wärme durch die Oxidation von Gas auf eine entsprechende Erzeugung von Wärme durch die Verwendung von elektrischer Energie umgeschaltet. Andererseits kann auch positive Sekundärregelenergie erbracht werden, wobei in diesem Fall von einer Erzeugung von Wärme durch Strom auf eine Gasheizung umgestellt wird. Es sei nochmals darauf verwiesen, dass auch eine negative Sekundärregelleistung bereitgestellt und angeboten werden kann, ohne dass ein gleichzeitiges Anbieten von positiver Sekundärregelleistung notwendig wäre. Ferner kann die Bereitstellung von positiver und negativer Sekundärregelleistung gemeinsam angeboten werden.

Weiterhin eignet sich das vorliegende Verfahren auch im Zusammenhang mit der Erbringung von Minutenreserveleistung. Ähnlich wie zuvor im Hinblick auf die Bereitstellung von Sekundärregelleistung dargestellt, kann Minutenreserveleistung als negative Regelleistung unabhängig von positiver Minutenreserveleistung angeboten und erbracht werden. Demgemäß gelten die zuvor hinsichtlich der Sekundärregelleistung dargelegten Ausführungen auch in Bezug auf das Bereitstellen von Minutenreserveleistung.

Unterschiede ergeben sich insbesondere hinsichtlich des Angebotsverfahrens sowie der Dauer der zu erbringenden Leistung. Minutenreserveleistung wird in Zeiträumen von etwa 4 Stunden angeboten, wobei die Auktionen gemäß den gegenwärtigen Verfahren am Vortag erfolgen. Hierbei werden nach den derzeit gültigen Regularien Leistungen von mindestens 5 MW und ganzzahlige Vielfache hiervon angeboten.

Die zuvor dargelegten Ausführungen hinsichtlich der gegenwärtigen Regularien werden zur Veranschaulichung der überraschenden Verbesserungen dargelegt, ohne dass eine Einschränkung hierdurch erfolgen soll.

Die zuvor dargelegten Realoptionalitäten, die durch die vorliegende Erfindung ermöglicht werden, sollen nochmals in abstrahierter Form dargelegt werden.

Überraschend kann durch die vorliegende Erfindung ein Beitrag zur Netzstabilisierung auch bei unerwarteten Schwankungen geleistet werden, der zu einer Entlastung der Umwelt, insbesondere einer Reduktion von Kohlendioxidemissionen führt. Dieser Vorteil wird durch die Bereitstellung oder die Speicherung von elektrischer Energie in Form von kohlenwasserstoffhaltigem Gas ermöglicht, welches ohne das vorliegende Verfahren zu einer Freisetzung von Kohlendioxid geführt hätte. Hierbei ist die Bereitstellung von negativen Regelleistungen bevorzugt, da diese keinen dauerhaften Einsatz von elektrischer Energie notwendig macht. So kann negative Regelleistung ohne die Kombination mit einem großen Verbraucher an elektrischer Energie angeboten und erbracht werden. Positive Regelleistung kann ebenfalls geleistet werden. Diese erfordert jedoch einen dauerhaften Einsatz von elektrischer Energie zur Erzeugung von Wärme oder einen steuerbaren, insbesondere drosselbaren Verbraucher an elektrischer Energie. Zu den drosselbaren Verbrauchern gehören in diesem Zusammenhang insbesondere Industrieanlagen, deren Leistung verringert werden kann, wie beispielsweise Elektrolyseanlagen oder Aluminiumwerke.

Auch im Gasnetz ist die Bereitstellung von Energie notwendig, um Differenzen zwischen prognostiziertem Bedarf und Ist-Bedarf an Gas auszugleichen. Im Allgemeinen versteht man unter Regelenergie im Gasnetz die Energie, die zum physikalischen Ausgleich in einem Gasnetz notwendig ist, wobei der Ausgleich dem Gasnetzbetreiber obliegt. Bilanziell abzurechnende Ungleichgewichte werden im Allgemeinen als Ausgleichsenergie bezeichnet.

Das vorliegende Verfahren kann demgemäß eingesetzt werden, um Regelenergie einem Gasnetzbetreiber zur Verfügung zu stellen. Bei einem Überschuss, d. h. einem sehr hohen Druck im Netz kann gemäß der vorliegenden Erfindung Gas zur Bereitstellung von thermischer Energie eingesetzt werden, während bei einem Unterschuss an Gas im Gasnetz, elektrische Energie zur Gewinnung von Wärme eingesetzt wird. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das bereitgestellte kohlenwasserstoffhaltige Gas gespeichert wird. Durch das Einsetzen eines Gasspeichers können die zuvor dargelegten Realoptionen kombiniert werden, so dass das Verfahren zur Bereitstellung von Regelenergie für das Stromübertragungsnetz und gleichzeitig zur Bereitstellung von Regelenergie für das Gasnetz eingesetzt werden kann. Hierbei können gleichzeitig auftretende Energieabgaben, d. h. eine Einspeisung von Gas in das Gasnetz und elektrischer Leistung in das Stromnetz sichergestellt werden, wobei in diesem Fall Gas aus dem Gasspeicher eingesetzt wird, um die Verpflichtung zu erfüllen. Weiterhin kann bei einer Aufnahme von elektrischer Energie bei Bereitstellung von negativer Regelleistung für das Stromnetz, erlangtes Gas auch bei einem Überangebot an Gas, d. h. einem geringen Gaspreis oder einem Regelbedarf an negativer Regelenergie im Gasnetz sichergestellt werden.

Durch den Einsatz eines Gasspeichers kann demgemäß eine zeitliche Entkopplung zwischen dem Zeitpunkt der Gaserlangung und der Gasverwendung erzielt werden, die zu einer unerwarteten Steigerung der Möglichkeiten führt, die zuvor diskutiert wurden.

Das bereitgestellte kohlenwasserstoffhaltige Gas kann in einem oberirdischen und/oder unterirdischen Speicher gespeichert werden. Hinsichtlich unterirdischer Speicher sind unter anderem Kavernenspeicher und Porenspeicher zu nennen. Porenspeicher sind im Unterhalt sehr kostengünstig, zeigen jedoch Nachteile in der Ein- und Ausspeisung von Gas. Weiterhin kann bei einem unterirdischen Speicher nicht das gesamte eingespeiste Gas unter wirtschaftlichen Bedingungen zurückgewonnen werden, wobei Porenspeicher im Allgemeinen in diesem Punkt, der häufig als Kissengas Berücksichtigung bei den Kosten eines Gasspeichers findet, gegenüber Kavernenspeichern Nachteile aufweisen. Porenspeicher werden vielfach in erschöpften Erdgas- und/oder Ölfeldern angelegt. Weiterhin sind Gesteinsschichten zur Bereitstellung von Porenspeichern geeignet, die wasserhaltig sind und deren Wasser durch Gas verdrängt werden kann (Aquifere). Kavernenspeicher werden in Gesteinsschichten (Felskavernen) und Steinsalzformationen (Salzkavernen) angelegt.

Oberirdische Speicher werden häufig mit Techniken versehen, die den Volumenbedarf verringern. Beispielsweise kann das Gas als Flüssiggas bei tiefen Temperaturen oder unter hohem Druck gespeichert werden. Zu den bekanntesten obenrdischen Speichern zählen Kugelgasbehälter, die bei einem hohen Druck arbeiten. Bei einem Durchmesser der Stahlkugel von 40 m ist eine Auslegung für 10 bar zweckmäßig, wobei auch Drücke bis zu 20 bar bei entsprechend dicker Wandung realisiert werden können. Röhrenspeicher werden in geringer Tiefe unterirdisch angelegt, wobei ein kohlenwasserstoffhaltiges Gas, insbesondere Erdgas mit einem Druck von bis zu 100 bar in Röhren gelagert wird, die vorzugsweise parallel angeordnet sind.

Oberirdische Speicher, zu denen aufgrund der geringen Tiefe auch Röhrenspeicher zu zählen sind, zeichnen sich durch eine sehr hohe Ein- und Ausspeisungsrate aus. Demgemäß sind diese Speicher insbesondere zur Bereitstellung von Regelenergie für das Gasnetz geeignet.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann eine Kombination der zuvor dargelegten Speicher, insbesondere eine Kombination, die mindestens einen oberirdischen und mindestens einen unterirdischen Speicher umfasst, eingesetzt werden, so dass die Vorteile von ober- und unterirdischen Speichern verknüpft werden können.

Die räumliche Entfernung aller Apparaturen und Bestandteile einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unterliegt keinen besonderen Begrenzungen. Allerdings muss, wie bereits dargelegt, die durch das Aggregat zur Erzeugung von thermischer Energie aus elektrischer Energie bereitgestellte Wärme in der Lage sein, die thermische Energie zu substituieren, die durch Oxidation von Gas erhalten wird. Demgemäß ergibt sich hierdurch eine räumliche Nähe, wobei die Aggregate jedoch bei Industrieanlagen durchaus einige Kilometer entfernt sein können. Ferner kann vorgesehen sein, dass das bereitgestellte kohlenwasserstoffhaltige Gas in räumlicher Nähe zur Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas gespeichert wird. Durch diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens gelingt es überraschend eine minimale Belastung des Gasnetzes sicherzustellen, so dass einerseits keine Entry-Exit-Gebühren oder andere Gebühren zur Nutzung des Gasnetzes durch den Minderverbrauch zu zahlen sind. Andererseits kann auch eine physikalische Kontrolle über das erlangte Gas sichergestellt werden. Hierdurch kann die Bereitstellung von Regelgas, d. h. Regelenergie für das Gasnetz, unabhängig von anderen Steuereinrichtungen gewährleistet werden. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass der Gaseinlass zum Speicher höchstens 20000 m, bevorzugt höchstens 10000 m und besonders bevorzugt höchstens 5000 m von dem Gaseinlass der Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas entfernt ist. Bei einem Zusammenschluss von mehreren Apparaturen zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas (Pool von Apparaturen zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas) gilt hierbei die Entfernung der Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas, die zum Speicher die geringste Entfernung aufweist, wobei die Angaben auf die Luftlinie bezogen sind.

Weiterhin kann gemäß einer anderen Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Speicherung des bereitgestellten kohlenwasserstoffhaltigen Gases in räumlicher Entfernung zur Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas erfolgt. Hierdurch können auch Speichereinrichtungen zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens eingesetzt werden, die an geographische Erfordernisse gebunden sind, wie die zuvor dargelegten Poren- und/oder Kavernenspeicher. Vorzugsweise kann demgemäß vorgesehen sein, dass der Gaseinlass zum Speicher mindestens 10000 m, besonders bevorzugt mindestens 20000 m und speziell bevorzugt mindestens 50 km von dem Gaseinlass der Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas entfernt ist. Bei einem Zusammenschluss von mehreren Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas (Pool von Apparaturen zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas) gilt hierbei die Entfernung der Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas, die zum Speicher die geringste Entfernung aufweist, wobei die Angaben auf die Luftlinie bezogen sind.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann mindestens ein Speicher in der Nähe und mindestens ein Speicher in räumlicher Entfernung vorhanden sein. Gemäß dieser Ausgestaltung kann mindestens ein Speicher vorhanden sein, wobei der Gaseinlass zum Speicher höchstens 19000 m, besonders bevorzugt höchstens 10000 m und ganz besonders bevorzugt höchstens 5000 m von dem Gaseinlass der Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas entfernt ist, und mindestens ein Speicher, wobei der Gaseinlass zum Speicher mindestens 20000 m und speziell bevorzugt mindestens 50 km von dem Gaseinlass der Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas entfernt ist. Bei einer derartigen Kombination gilt die kürzeste Entfernung für den Speicher in der Nähe und die größte Entfernung für den Speicher in räumlicher Entfernung, wobei die Angaben auf die Luftlinie bezogen sind.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann das bereitgestellte kohlenwasserstoffhaltige Gas im Erdgasleitungsnetz durch Druckanhebung gespeichert werden.

Die Quelle der elektrischen Energie, die zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens eingesetzt wird, ist nicht kritisch. Demgemäß kann die elektrische Energie durch Atomkraftwerke, Kohlekraftwerke, Gaskraftwerke, Windkraftanlagen und/oder Solarkraftwerke erzeugt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die elektrische Energie, die wahlweise zur Wärmebereitstellung eingesetzt wird, zumindest teilweise aus Erneuerbaren Energien, beispielsweise aus Windkraft und/oder Solarenergie stammen.

Allerdings ist festzuhalten, dass gemäß gegenwärtiger Rechtslage Strom, der durch Erneuerbare Energien gewonnen wurde, auch ohne speziellen Bedarf in das Stromnetz eingespeist werden darf und vergütet werden muss. Konventionell erzeugter Strom kann demgemäß zeitweise als„Überschuss" vorliegen, da für den Kraftwerksbetreiber ein Herunterfahren der Anlage unwirtschaftlicher sein kann, als eine Abgabe von Strom unter dem Selbstkostenpreis. Diese durch den Weiterbetrieb von konventionellen Anlagen erhaltene elektrische Energie kann überraschend zur Erlangung von kohlenwasserstoffhaltigem Gas eingesetzt werden. Die durch eine Apparatur zur Bereitstellung von Wärme durch Nutzung von elektrischem Strom oder eine Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas bereitgestellte thermische Energie kann vielfältig verwendet werden. Vorzugsweise kann hierdurch die Temperatur einer Flüssigkeit erhöht werden. Ferner kann vorgesehen sein, dass die aus elektrischer Energie und/oder durch Oxidation von Gas erzeugte Wärme die Temperatur einer Flüssigkeit um mindestens 10 °C, vorzugsweise mindestens 30 °C, besonders bevorzugt mindestens 60°C erhöht. Hierbei beziehen sich die Temperaturen auf die Differenz zwischen der Einlasstemperatur der Flüssigkeit in die Apparatur und der Auslasstemperatur der Flüssigkeit.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Wärmeenergie zur Erzeugung von Dampf dienen. Hierbei kann insbesondere die Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas eine Vorrichtung umfassen, die Gas bereitstellen kann. Überraschende Vorteile können erzielt werden, falls die Apparatur zur Bereitstellung von Wärme durch Nutzung von elektrischem Strom ebenfalls Dampf erzeugt. Hierdurch können durch überraschend einfache und kostengünstige Umbauten bestehende Anlagen, beispielsweise in der Industrie, insbesondere der Chemieindustrie zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens aufgerüstet werden, ohne dass in die Teilbereiche der Anlagen umfassende Einbauten und Steuerungen eingebaut werden müssten.

Das vorliegende Verfahren kann in allen Bereichen eingesetzt werden, bei denen durch Oxidation von Gas Wärme erzeugt wird. Hierzu gehören Heizungsanlagen in Einfamilien- oder Mehrfamilienhäusern, kommunale Versorgungsanlagen, die beispielsweise Fernwärme bereitstellen, und industrielle Großanlagen, insbesondere Chemieanlagen.

Überraschende Vorteile können insbesondere bei Verfahren erzielt werden, die in Zusammenhang mit der Erzeugung von chemischen Produkten angewandt werden. In vielen Anlagen wird hierbei zentral Dampf aus Oxidation von Gas erzeugt, welcher anschießend zur Erwärmung von Rohrleitungen, Kesseln oder Verdampfern eingesetzt wird. Das vorliegende Verfahren kann bei Verwendung von elektrischer Energie zur Bereitstellung von Wärme dahingehend abgewandelt werden, dass die notwendige Wärme unmittelbar den zu erwärmenden Vorrichtungen oder Bauteilen zugeführt wird, wie zum Beispiel Rohrleitungen, Kesseln oder Verdampfern. Dies kann durch den Einsatz von Mikrowellen, durch Induktion und/oder durch Widerstandsheizung erfolgen. Hierdurch kann überraschend Energie eingespart werden, da durch die Verwendung von Dampfleitungen Wärmeverluste eintreten. Dieser Vorteil ist durch die sehr präzise Temperatureinstellung und die gut steuerbare Wärmeverteilung der durch Strom erwärmten Vorrichtungen oder Bauteile möglich. Weiterhin kann das vorliegende Verfahren insbesondere in Kombination mit einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage, vorzugsweise einem Blockheizkraftwerk durchgeführt werden, wie dies zuvor dargelegt wurde. Hierbei können insbesondere kleinere Stromerzeuger eingesetzt werden, die mit Gas betrieben werden und die verteilt Strom und Wärme für Einfamilienhäuser, Wohngebäude, kleinere Gewerbebetriebe und Hotels erzeugen. Diese Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen weisen vorzugsweise eine Leistung kleiner als 100 kW, besonders bevorzugt kleiner als 75 kW und speziell bevorzugt kleiner als 50 kW auf. Hierbei können diese Anlagen im Verbund von mehreren eingesetzt werden, so dass eine gemeinsame Steuerung vorhanden ist, die zentral oder dezentral realisiert werden kann. Die Gesamtleistung des Verbundes unterliegt hierbei keiner Begrenzung, so dass Gesamtleistungen von mindestens 1 MW, vorzugsweise mindestens 5 MW, besonders bevorzugt mindestens 50 MW und ganz besonders bevorzugt mindestens 100 MW realisiert werden können, wobei diese Leistung die Nennleistung unter Volllast darstellt. Weiterhin ist eine Anlage zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens Gegenstand der vorliegenden Erfindung, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Anlage mindestens einen Verbraucher mit mindestens einer zu erwärmende Vorrichtung, mindestens eine Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas und mindestens eine Apparatur zur Bereitstellung von Wärme durch Nutzung von elektrischem Strom umfasst, wobei die zu erwärmende Vorrichtung sowohl durch die Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas als auch durch die Apparatur zur Bereitstellung von Wärme durch Nutzung von elektrischem Strom erwärmbar ausgestaltet ist, und die Anlage mindestens ein Steuergerät umfasst, welches über Datenleitungen mit den Apparaturen zur Erzeugung von Wärme und einem Mittel zur Bestimmung des Bedarfs an thermischer Energie verbunden ist, wobei das Mittel zur Bestimmung des Bedarfs an thermischer Energie mit der zu erwärmenden Vorrichtung in Verbindung steht.

Der Begriff Verbraucher ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung breit zu verstehen, wobei dies beispielsweise ein Einfamilienhaus, ein Mehrfamilienhaus, ein Kleinbetrieb oder eine Industrieanlage sein kann. Ein Verbraucher umfasst mindestens eine zu erwärmende Vorrichtung. Diese Vorrichtung ist von der Art des Verbrauchers abhängig, wobei die zu erwärmende Vorrichtung mit den beiden Apparaturen zur Erzeugung von Wärme, nämlich mindestens eine Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas und mindestens eine Apparatur zur Bereitstellung von Wärme durch Nutzung von elektrischer Energie, verbunden ist. Die Art der Verbindung kann in Abhängigkeit des Verbrauchers sehr unterschiedlich ausgestaltet sein, so dass diese Apparaturen zur Erzeugung von Wärme unmittelbar in einer zu erwärmenden Vorrichtung ausgebildet sein können oder zumindest eine der Apparaturen zur Erzeugung von Wärme, beispielsweise durch zumindest eine Dampfleitung oder eine andere wärmeführende Leitung, mit einer Vorrichtung zu erwärmenden Vorrichtung verbunden sein kann.

Zu den zu erwärmenden Vorrichtungen zählen unter anderem Heizkessel, die mit einem Gasbrenner und/oder einer Heizspirale erwärmt werden können. In einer Industrieanlage kann beispielsweise ein mit Gas betriebener Dampferzeuger Dampf für verschiedene Anlageteile, beispielsweise Destillen, Reaktoren oder Rohrleitungen bereitstellen, wobei diese Anlagenteile jeweils mit Heizspiralen, durch Mikrowellen oder Induktion erhitzt werden können.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann bevorzugt mit einer Anlage durchgeführt werden, die neben einer Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas und einer Apparatur zur Bereitstellung von Wärme durch Nutzung von elektrischem Strom ein Steuergerät umfasst.

Das Steuergerät ist vorzugsweise unter anderem mit der Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas und der Apparatur zur Bereitstellung von Wärme durch Nutzung von elektrischem Strom verbunden, so dass Daten ausgetauscht werden können. Dieser Datenaustausch kann mit üblichen Mitteln und Verfahren stattfinden, die zuvor genannte wurden. Weiterhin kann das Steuergerät mit einem Sensor, beispielsweise einen Temperaturfühler verbunden sein, der den Wärmebedarf eines Verbrauchers bestimmt. Hierbei kann das Steuergerät mit jeweils einer Leitung mit einzelnen Komponenten der Anlage verbunden sein. Ferner können diese Komponenten jedoch auch über eine einzelne Leitung mit dem Steuergerät verbunden sein kann. In diesem Fall können beispielsweise ein oder mehrere Verteiler vorgesehen sein, die entsprechenden Daten der einzelnen Komponenten sammeln und an das Steuergerät weiterleiten können.

Weitere Eigenschaften des Steuergeräts, insbesondere die Ausgestaltung als Computersystem und die Ausführung, dass das Steuergerät mit Kommunikationsvorrichtungen ausgestattet ist, wurden zuvor dargelegt, so dass hierauf Bezug genommen wird. Vorzugsweise kann die Anlage einen Gasspeicher umfassen. In dieser Ausführungsform kann bevorzugt vorgesehen sein, dass das Steuergerät über eine Datenleitung mit einem Ventil verbunden ist, welches in die Gasleitung eingebaut ist, die die Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas mit Gas versorgt und bei einem Einsatz von Strom zur Erzeugung von Wärme Gas in den Gasspeicher umleiten kann.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann die Anlage der vorliegenden Erfindung mehrere Verbraucher beispielsweise Ein- oder Mehrfamilienhäuser oder Kleingewerbebetriebe umfassen. Die Heizungsanlage der Verbraucher umfasst jeweils eine Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas und eine Apparatur zur Bereitstellung von Wärme durch Nutzung von elektrischem Strom sowie eine zu erwärmende Vorrichtung. Diese Komponenten werden in dieser Ausführungsform vorzugsweise durch eine gemeinsame Steuerung über Datenleitungen gesteuert. Übertragen wird dem Steuergerät insbesondere ein Wärmebedarf, der über einen Sensor, beispielsweise einen Temperaturfühler ermittelt werden kann. Zur Bereitstellung dieser thermischen Energie kann das Steuergerät entsprechende Steuersignale an die Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas, an die Apparatur zur Bereitstellung von Wärme durch Nutzung von elektrischem Strom oder an beide Apparaturen übermitteln. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Anlage ein Mittel zur Bestimmung des Bedarfs an thermischer Energie aufweist, wobei dieses Mittel vorzugsweise mit dem zuvor dargelegten Steuergerät verbunden ist. Weiterhin steht das Mittel zur Bestimmung des Bedarfs an thermischer Energie mit der zu erwärmenden Vorrichtung in Verbindung. Diese Verbindung mit der zu erwärmenden Vorrichtung unterliegt keiner spezifischen Begrenzung, sondern ergibt sich aus der Bestimmungsmethode, mit der das Mittel den Wärmebedarf bestimmt. Zu diesen Mitteln gehören insbesondere Sensoren, beispielsweise Temperaturfühler und Wärmebedarfsmessgeräte oder andere Steuereinheiten zur Einstellung einer vorgegebenen Temperatur oder eines vorgegebenen Temperaturbereichs. Vorzugsweise kann dieses Mittel zur Bestimmung des Bedarfs an thermischer Energie oder die Steuerung mit einer Einheit versehen sein, die aus den Daten, die durch dieses Mittel zur Bestimmung des Bedarfs an thermischer Energie bereitgestellten werden, sowie weiteren Daten, beispielsweise historische Daten über den historischen Verbrauch, Daten über die Wärmekapazität und die zu erzielende Endtemperatur oder Produktionsdaten von chemischen Anlagen, eine bereitzustellende thermische Energie errechnet, die wahlweise über die Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas oder die Verwendung von elektrischer Energie bereitgestellt wird.

Alternativ genügt es, dass das Mittel zur Bestimmung des Bedarfs an thermischer Energie einen Wärmebedarf an die Steuerung übermittelt und bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur dieses Ereignis ebenfalls meldet, wobei hierdurch eine Regelung erzielt werden kann. Die für die Aufheizvorgänge jeweils benötigte thermische Energie kann in jedem Bedarfsfall gezielt durch die Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas und/oder durch Strom bereitgestellt werden.

Durch eine zeitnahe Reaktion auf das Angebot an Strom und die Substituierbarkeit ergeben sich Vorteile, die insbesondere in einer geringen Größe eines eventuellen Wärmespeichers bestehen. So benötigt eine bevorzugte Anlage, mit der das Verfahren durchgeführt wird, keinen Wärmespeicher, der mehr als den Wärmebedarf von einer Woche oder länger speichern kann. Vorzugsweise beträgt die Wärmespeicherkapazität höchstens 200 % des Wärmebedarfs eines Tages, besonders bevorzugt höchstens 100 % und besonders bevorzugt höchstens 50 %.

Weitere Ausgestaltungen der Anlage wurden zuvor in Bezug auf das Verfahren beschrieben, so dass hierauf Bezug genommen wird.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von drei schematisch dargestellten Figuren erläutert, ohne jedoch dabei die Erfindung zu beschränken. Dabei zeigt:

Figur 1 : eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens;

Figur 2: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage zur Durchführung des vorliegenden

Verfahrens und

Figur 3: ein Ablaufdiagramm für eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Figur 1 zeigt einen schematischen Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Anlage umfasst einen Verbraucher 1 , wobei dies beispielsweise eine Industrieanlage sein kann, deren Bedarf an Wärme wahlweise über eine Apparatur 2 zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas und/oder eine Apparatur 3 zur Bereitstellung von Wärme durch Nutzung von elektrischem Strom gedeckt werden kann. Die Apparatur 2 zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas wird durch eine Gasleitung 4 mit Brennstoff versorgt, wohingegen die Apparatur 3 zur Bereitstellung von Wärme durch Nutzung von elektrischem Strom an eine Stromleitung 5 angeschlossen ist. Die Apparaturen zur Erzeugung von thermischer Energie erhitzen eine zu erwärmende Vorrichtung 6, wobei die vorliegende Darstellung sehr schematisch ist. In einem Haushalt kann beispielsweise ein Heizkessel eine zu erwärmende Vorrichtung 6 sein, die mit einem Gasbrenner und/oder einer Heizspirale erwärmt werden kann. In einer Industrieanlage kann beispielsweise ein mit Gas betriebener Dampferzeuger Dampf für verschiedene Anlageteile, beispielsweise Destillen, Reaktoren oder Rohrleitungen bereitstellen, wobei diese Teile der Anlagen jeweils mit Heizspiralen, durch Mikrowellen oder Induktion erhitzt werden können. Die zu erwärmende Vorrichtung 6 ist demgemäß mit den beiden Apparaturen 2, 3 zur Erzeugung von Wärme verbunden, wobei diese Verbindung sehr unterschiedlich ausgestaltet sein kann, so dass diese Apparaturen 2, 3 zur Erzeugung von Wärme unmittelbar in einer Vorrichtung ausgebildet sein können oder diese Apparaturen 2, 3 zur Erzeugung von Wärme, beispielsweise durch Dampfleitungen oder andere wärmeführenden Leitungen, mit der erwärmende Vorrichtung 6 verbunden sein können, wie dies zuvor beispielhaft ausgeführt wurde. Die vorliegende Anlage umfasst des Weiteren ein Steuergerät 7, welches über Datenleitungen 8, 8' und 8" mit den Apparaturen 2, 3 zur Erzeugung von Wärme und einem Mittel zur Bestimmung des Bedarfs an thermischer Energie verbunden ist, welches aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist. Das Mittel zur Bestimmung des Bedarfs an thermischer Energie ist wiederum mit der zu erwärmenden Vorrichtung 6 verbunden. Diese Verbindung ist von der Bestimmungsmethode des Wärmebedarfs abhängig. Das Mittel zur Bestimmung des Bedarfs an thermischer Energie kann unter anderem als Sensor, beispielsweise als Temperaturfühler ausgestaltet sein, der die Temperatur der zu erwärmenden Vorrichtung misst und dieses Messergebnis an das Steuergerät 7 übermittelt.

Die hier dargelegte Ausführungsform zeigt jeweils eine Leitung zu den einzelnen Komponenten, wobei diese Komponenten jedoch auch über eine einzelne Leitung mit dem Steuergerät 7 verbunden sein können. In diesem Fall können beispielsweise ein oder mehrere Verteiler vorgesehen sein, die entsprechenden Daten der einzelnen Komponenten sammeln und an das Steuergerät 7 weiterleiten können. Mit einer weiteren Datenleitung ist das Steuergerät 7 mit einem Ventil 10 verbunden, welches in die Gasleitung 4 eingebaut ist und bei einem Einsatz von Strom zur Erzeugung von Wärme Gas über Leitung 1 1 in einen Gasspeicher 12 umleiten kann.

Üblich wird beispielsweise in langfristigen Verträgen Gas eingekauft und zur Bereitstellung von Wärme eingesetzt, wobei bei einem hohen Angebot an Strom die Heizmethode umgestellt wird, so dass Gas bereitgestellt werden kann. Dieses Gas wird vorliegend in Speicher 12 überführt und kann verschiedenen Zwecken dienen, die zuvor dargelegt wurden. Beispielsweise kann Gas als Regelenergie auf dem Gasmarkt angeboten werden. Weiterhin kann das Gas, insbesondere bei einem hohen Preis, verkauft werden.

In Figur 2 ist eine weitere Ausführungsform einer Anlage zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens schematisch dargelegt, wobei die zuvor näher erläuterten Apparate zur Erzeugung von Wärme aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht beschrieben sind. Die Figur 2 zeigt verschiedene Verbraucher 20, 20' und 20", die jeweils mit einer Gasleitung 24 und einer Stromleitung 25 verbunden sind. Die Verbraucher 20, 20' und 20" können beispielsweise Ein- oder Mehrfamilienhäuser oder Kleingewerbebetriebe sein. Die Heizungsanlage der Verbraucher 20, 20' und 20" weist selbstverständlich zumindest eine in Zusammenhang mit Figur 1 näher beschriebene Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas und eine Apparatur zur Bereitstellung von Wärme durch Nutzung von elektrischem Strom sowie eine zu erwärmende Vorrichtung auf. Diese Komponenten werden durch eine Steuerung 29 über Datenleitungen 30, 30' und 30" gesteuert, die das Steuergerät 29 mit den jeweiligen Verbrauchern 20, 20' und 20" verbindet. Übertragen wird dem Steuergerät 29 insbesondere ein über ein entsprechendes Mittel bestimmter Wärmebedarf, der über einen Sensor, beispielsweise einen Temperaturfühler ermittelt werden kann. Zur Bereitstellung dieser thermischen Energie kann das Steuergerät 29 entsprechende Steuersignale an die Apparatur zur Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas, an die Apparatur zur Bereitstellung von Wärme durch Nutzung von elektrischem Strom oder an beide Apparaturen übermitteln. Die durch die Verwendung von Strom freigestellte Menge an Gas kann dem Gasnetz über Gasleitung 31 entnommen und in Gasspeicher 32 gespeichert und bereitgestellt werden.

In Figur 3 ist ein Ablaufdiagramm für ein bevorzugtes Verfahren der vorliegenden Erfindung dargelegt. In Schritt 1 wird die bereitzustellende thermische Energie bestimmt. Die hierzu einzusetzende Bestimmungsmethode kann sehr einfach gewählt werden, beispielsweise durch die Messung der Temperatur eines Bauteils oder einer Flüssigkeit. Falls die Ist-Temperatur kleiner als die Soll-Temperatur ist, wird thermische Energie benötigt, die in den nachfolgenden Verfahrensschritten bereitgestellt wird. In fortgeschrittenen Ausführungsformen kann hierzu ein Mittel zur Bestimmung oder Prognose einer benötigten Energie eingesetzt werden, beispielsweise ein Computer, der aus der Differenz zwischen Ist-Temperatur und Soll-Temperatur die benötigte thermische Energie berechnet und die jeweils zur Erreichung der vorgesehenen Solltemperatur benötigte elektrische Energie oder chemische Energie in Form von Gas dem Steuergerät übermittelt.

In Schritt 2 wird das Angebot an elektrischer Energie bestimmt. Diese Bestimmung kann über ein Computersystem erfolgen, welches entsprechende Daten in Strombörsen abfragt oder von den Strombörsen entsprechend bereitgestellte Daten berücksichtigt. Weiterhin kann, wie bereits zuvor dargelegt, das Stromangebot auch durch die Bereitstellung von Regelenergie, insbesondere negativer Regelenergie gegeben sein.

Falls das Angebot an elektrischer Energie gering ist, wird die bereitzustellende Energie durch Oxidation von einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas erzeugt, wie dies in Schritt 5 ausgeführt ist. Bei einem hohen Angebot an elektrischer Energie kann in einem optionalen Schritt 4 abgefragt werden, ob ein Ausschlusskriterium für die Verwendung von Strom vorliegt. Dies kann beispielsweise in einem Defekt der Apparatur zur Bereitstellung von Wärme durch Nutzung von elektrischem Strom gegeben sein. Weiterhin kann jedoch eine Überlastung des Stromnetzes für die Nutzung von Gas sprechen. Falls ein Ausschlusskriterium vorliegt, wird gemäß dem vorliegenden Ablaufdiagrannnn gemäß Schritt 5 die bereitzustellende thermische Energie durch die Verwendung von Gas erzeugt.

Falls kein Ausschlusskriterium gegeben ist, wird gemäß dem vorliegenden Ablaufdiagramm die bereitzustellende Wärme durch den Einsatz von elektrischer Energie bewirkt.

Die in der voranstehenden Beschreibung, sowie den Ansprüchen, Figuren und Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln, als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.