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Patent Searching and Data


Title:
SYSTEM AND METHOD FOR ECOLOGICALLY GENERATING AND STORING ELECTRICITY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/156611
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a system for generating and storing excess energy from renewable power sources in the form of hydrocarbons, which can be used in a closed circuit to produce electricity in an environmentally friendly manner again by recycling the exhaust gas products. The system (1) has a device (2) for generating electricity by combusting hydrocarbons, a device (3) for generating hydrocarbons from hydrogen and carbon dioxide, an accumulator (4) having carbon dioxide, an accumulator (5) having hydrocarbons, the device (2) for generating electricity being connected to the accumulator (4) having carbon dioxide and to the accumulator (5) having hydrocarbons by means of at least one line (6, 7) in each case, and the device (3) for generating combustible hydrocarbons being connected to the accumulator (5) having hydrocarbons by means of at least one line (8). The method is characterized by the following steps: a) generating hydrocarbons such as methane by reacting carbon dioxide with hydrogen, b) combusting the hydrocarbons generated in step a), thereby releasing carbon dioxide, c) returning the carbon dioxide generated in step b) to step a) and/or storing the carbon dioxide in an accumulator intended for storing carbon dioxide.

Inventors:
KUEHN MICHAEL (DE)
Application Number:
PCT/EP2013/058209
Publication Date:
October 24, 2013
Filing Date:
April 19, 2013
Export Citation:
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Assignee:
HELMHOLTZ ZENTRUM POTSDAM DEUTSCHES GEOFORSCHUNGSZENTRUM GFZ STIFTUNG DES OEFFENTLICHEN RECHTS DES L (DE)
International Classes:
C10L3/08; F02C3/34
Domestic Patent References:
WO2009019159A22009-02-12
Foreign References:
DE202010012734U12011-12-05
DE202011005536U12011-08-08
US5711770A1998-01-27
DE102009018126A12010-10-14
DE102009007567A12009-09-17
DE102011013922A12012-09-20
US4189925A1980-02-26
US20090289227A12009-11-26
DE102011013922A12012-09-20
DE202011005536U12011-08-08
DE202010012734U12011-12-05
DE102009018126A12010-10-14
US5505824A1996-04-09
Other References:
See also references of EP 2838980A1
Attorney, Agent or Firm:
MÜLLER & SCHUBERT PATENTANWÄLTE (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Anlage (1), aufweisend

- eine Vorrichtung (2) zur Erzeugung von Strom durch

Verbrennung von Kohlenwasserstoffen,

- eine Vorrichtung (3) zur Erzeugung von Kohlenwasserstoffen aus Wasserstoff und Kohlendioxid

- einen Speicher (4) mit Kohlendioxid

- einen Speicher (5) mit Kohlenwasserstoffen ,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Vorrichtung (2) zur Erzeugung von Strom mit mindestens je einer Leitung (6, 7) mit dem Speicher (4) mit Kohlendioxid und dem Speicher (5) mit Kohlenwas- serstoffen in Verbindung steht, und

die Vorrichtung (3) zur Erzeugung von brennbaren Kohlenwasserstoffen mit mindestens einer Leitung (8) mit dem Speicher (5) mit Kohlenwasserstoffen in Verbindung steht.

2. Anlage (1), gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Speicher (4) oder (5) ein Untergrundspeicher ist. 3. Anlage (1), gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Speicher (4) und (5) jeweils Untergrundspeicher sind.

4. Anlage (1), gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, da¬ durch gekennzeichnet, dass der oder die Untergrund¬ speicher jeweils unabhängig voneinander ausgewählt sind aus Porenspeichern, Aquifierspeichern, ausgeförderten Lagerstätten und Kavernenspeichern.

Anlage (1), nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Vorrichtung (9) zur Erzeugung von Wasserstoff, die mit der Vorrichtung (3) zur Erzeugung von Kohlenwasserstoffen in Verbindung steht.

Anlage (1), gemäß Anspruch 5, ferner aufweisend eine Vorrichtung (10) zur Erzeugung von Strom, die mit der Vorrichtung (9) zur Erzeugung von Wasserstoff in Verbindung steht.

Anlage (1), nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) zur Erzeugung von Strom den Strom aus erneuerbaren Energien wie Wind, Sonne, Wasser oder Erdwärme erzeugt.

Anlage (1), nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) zur Erzeugung von Strom ein Gas- und Dampfturbinenkraft- werk ist.

Anlage (1), nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (1) ferner eine Biogasanlage (11) zur Erzeugung von flüchtigen Kohlenwasserstoffen wie z.B. Methan aus Biomasse aufweist, die mittels einer Leitung (12) mit dem Spei¬ cher (5) für Kohlenwasserstoffe in Verbindung steht.

Anlage (1), nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (4) mit Kohlendioxid mittels einer Leitung (13) mit der Vor¬ richtung (3) zur Erzeugung von Kohlenwasserstoffen aus Wasserstoff und Kohlendioxid in Verbindung steht.

Verfahren, gekennzeichnet durch die folgenden Schrit¬ te

a) Erzeugung von Kohlenwasserstoffen wie z.B. Methan durch Reaktion von Kohlendioxid mit Wasserstoff, b) Verbrennung der in Schritt a) erzeugten Kohlenwas serstoffe unter Freisetzung von Kohlendioxid, c) Zurückführen des in Schritt b) erzeugten Kohlendi oxids zu Schritt a) und/oder Speichern des Kohlen dioxids in einem dafür vorgesehenen Speicher.

Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass man die in Schritt b) frei werdende Energie zur Erzeugung von Strom, vorzugsweise mittels eines Gas- und Dampfturbinenkraftwerks verwendet.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass man den Wasser Stoff in Schritt a) durch Elektrolyse von Wasser er¬ zeugt .

Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass man den Strom für die Elektrolyse durch erneuer bare Energien wie Wind, Sonne, Wasser oder Erdwärme erzeugt .

Description:
Anlage und Verfahren zur ökologischen Erzeugung und Speicherung von Strom Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Erzeugung und Speicherung von Überschussenergie aus regenerativen

Stromquellen in Form von Kohlenwasserstoffen, die in einem geschlossenen Kreislauf zur erneuten umweltfreundlichen Stromproduktion durch Wiederverwertung der Abgaspro- dukte einsetzbar sind.

Das bisherige Stromsystem in Deutschland und Europas ist derart aufgebaut, dass die Lastkurve überwiegend von Großkraftwerken nachgefahren wird, die zum größten Teil aus Wärmekraftwerken bestehen. Das Prinzip der Stromerzeugung in Wärmekraftwerken basiert auf der Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie. Die Wärmeenergie wird durch die Verbrennung organischer Materialien, in der Regel fossile Brennstoffe wie Kohle, Erdöl oder Erd- gas erzeugt, es können jedoch prinzipiell auch andere Ma ¬ terialien benutzt werden, die bei der Verbrennung Wärme freisetzen. Als Beispiel hierfür seien Müllverbrennungs ¬ anlagen genannt. Mit der bei der Verbrennung frei werdenden Wärme wird aus Wasser Wasserdampf erzeugt, mit dem eine Dampfturbine angetrieben wird, die dann die kineti ¬ sche Energie in elektrische Energie umwandelt.

Ein Problem bei der Verbrennung organischer Brennstoffe ist die Bildung von Kohlendioxid (C0 2 ) · CO 2 ist ein Gas, welches die in den Sonnenstrahlen enthaltene Infrarot ¬ strahlung stark absorbiert und für die globale Erwärmung der Erdatmosphäre, der auch als sogenannter „Treibhausef ¬ fekt" bekannt ist, verantwortlich gemacht wird. Ein weiteres Problem ist die Nutzung der fossilen Brennstoffe selbst, da diese aus Abbauprodukten von toten Tie- ren und Pflanzen aus geologischer Vorzeit stammen und sich, im Gegensatz zu nachwachsenden Rohstoffen wie z.B. Holz, im Rahmen des Zeithorizontes des Menschen, nicht ohne Weiteres regenerieren lassen. Ein Ende dieser fossi- len Vorräte ist daher absehbar.

Zunehmend an Bedeutung gewinnen daher Kraftwerke, die mit regenerativen Energien betrieben werden. Unter regenerativen Energien versteht man Energien aus Quellen, die sich entweder kurzfristig von selbst erneuern oder deren Nutzung nicht zur Erschöpfung der Quelle beiträgt. Zu den erneuerbaren Energien zählen insbesondere Windenergie, Sonnenenergie, Wasserkraft, Erdwärme und die durch Gezei ¬ ten erzeugte Energie.

Nachteilig an Solar- und Windkraftwerken ist, dass diese abhängig von der Verfügbarkeit ihrer Energiequelle sind, die starken Fluktuationen unterworfen sein kann. So können Solarkraftwerke - aus ersichtlichen Gründen - nur am Tage bei ausreichender Sonnenstrahlung und Windkraftkraftwerke nur bei Wind nennenswerten Strom produzieren. Die Deckung des Strombedarfes zu jeder Zeit kann allein mit diesen Kraftwerken daher nicht gewährleistet werden. Ein Nachteil von nicht-stofflichen Energieressourcen liegt ferner in ihrer Beschaffenheit selbst, da diese sich wegen ihrer mangelnden Stofflichkeit nicht direkt speichern lassen. Ebenso wenig lässt sich überschüssig erzeugter Strom als solcher direkt speichern. Hierfür be- darf es vielmehr eines stofflichen Speichermediums, das durch die elektrische Energie transformiert wird und da ¬ bei durch die Transformation Energie aufnimmt. Bei der Rückumwandlung in den ursprünglichen Zustand wird die gespeicherte Energie dann wieder frei und kann genutzt wer- den. Für die Speicherung von Sonnen- oder Windenergie bedarf es daher stofflicher Hilfsmittel. Ein Verfahren zur Speicherung von elektrischer Energie ist aus US 4189925 A bekannt. Darin wird ein System be ¬ schrieben, in welchem durch Elektrolyse aus Wasser Was- serstoff hergestellt wird, mit dem mittels einer Kohlen- stoffquelle, wie z.B. Kohlendioxid, Kohlenwasserstoffe wie Methan oder Methanol hergestellt werden. Diese werden dann in einem Behältnis gespeichert und können bei Bedarf wieder zur Stromgewinnung verwendet werden.

Aus US 2009/0289227 AI ist ferner ein Verfahren bekannt, in dem CO 2 , welches als Abgasstrom bei der Nutzung koh ¬ lenstoffhaltiger Substanzen entsteht, zur Erzeugung von Substanzen wie Methan, Methanol oder Kohlenmonoxid be- nutzt wird, die als Brennstoffe Verwendung finden. Dabei wird Strom aus regenerativen Quellen (z.B. Windkraft) zur Herstellung von Wasserstoff verwendet, welcher unter anderem für die Herstellung der organischen Substanzen genutzt wird.

Die DE 10 2011 013 922 AI beschreibt ein Verfahren zur Speicherung von Überschussenergie in einem komplexen System unterschiedlicher Kraftwerksarten. Die DE 20 2011 005 536 Ul offenbart eine Anlage zur Nut ¬ zung von zeitlich variabel anfallendem Kohlendioxid aus verschiedenen Energiequellen.

In der DE 20 2010 012 734 Ul wird eine Energieträger- Erzeugungsanlage zum kohlendioxidneutralen Ausgleich von Erzeugungsspitzen und -tälern beschrieben, wobei als E- nergieträger auch flüssige Brennstoffe wie Methanol ver ¬ wendet werden. Die DE 10 2009 018 126 AI betrifft ein Energieversor ¬ gungssystem und Betriebsverfahren, in welchem das erzeugte Methangas in ein Gasversorgungsnetz eingespeist wird. In der US 5 505 824 A wird eine Vorrichtung und ein Verfahren offenbart, um aus atmosphärischen Kohlendioxid Brennstoffe wie Methan zu erzeugen, welche dann in Rake ¬ tenantrieben oder Verbrennungsmotoren verwendet werden können .

Ein zentraler Nachteil bei der bekannten Nutzung von Kohlenwasserstoffen wie Methan oder Methanol als Energiespeicher ist das bei seiner Rückumwandlung in Strom oder Wärme wieder freiwerdende CO 2 und dessen bereits genann- ten Auswirkungen auf das Klima.

Wünschenswert wäre daher eine auf Kohlenwasserstoffen ba ¬ sierte Energieerzeugung oder -speicherung, welche die o- ben genannten Nachteile vermeidet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein örtlich eng gekoppeltes Verfahren zur Erzeugung von Strom und Speicherung von Beiprodukten wie z.B. CO 2 zur Verfü ¬ gung zu stellen, welches umweltfreundlich und zugleich effizient ist, und bei dem die Atmosphäre durch frei wer ¬ dendes Kohlendioxid möglichst wenig belastet wird.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Anlage gemäß den Merk ¬ malen des Hauptanspruchs und einem Verfahren gemäß des unabhängigen Verfahrensanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit eine Anlage 1, aufweisend

- eine Vorrichtung 2 zur Erzeugung von Strom durch

Verbrennung von Kohlenwasserstoffen, - eine Vorrichtung 3 zur Erzeugung von Kohlenwasserstoffen aus Wasserstoff und Kohlendioxid

- einen Speicher 4 mit Kohlendioxid

- einen Speicher 5 mit Kohlenwasserstoffen ,

wobei die Vorrichtung 2 zur Erzeugung von Strom mit mindestens je einer Leitung 6, 7 mit dem Speicher 4 mit Kohlendioxid und dem Speicher 5 mit Kohlenwasserstoffen in Verbindung steht, und die Vorrichtung 3 zur Erzeugung von brennbaren Kohlenwasserstoffen mit mindestens einer Lei- tung 8 mit dem Speicher 5 mit Kohlenwasserstoffen in Verbindung steht.

Erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist eine Anlage 1, bei der mindestens einer der Speicher 4 oder 5 ein Unter- grundspeicher ist.

Erfindungsgemäß ganz besonders bevorzugt ist eine Anlage 1, bei der die beiden Speicher 4 und 5 jeweils Untergrundspeicher sind.

Besonders bevorzugt sind dabei Untergrundspeicher, die jeweils unabhängig voneinander ausgewählt sind aus Porenspeichern, Aquifierspeichern, ausgeförderten Lagerstätten und Kavernenspeichern.

Erfindungsgemäß bevorzugt ist, dass die Anlage 1, ferner eine Vorrichtung 9 zur Erzeugung von Wasserstoff aufweist, die mit der Vorrichtung 3 zur Erzeugung von Kohlenwasserstoffen in Verbindung steht. Dabei ist weiterhin bevorzugt, dass eine Vorrichtung 10 zur Erzeugung von

Strom, die mit der Vorrichtung 9 zur Erzeugung von Wasserstoff in Verbindung steht, vorgesehen ist. Ferner ist weiterhin besonders bevorzugt, dass die Vorrichtung 10 zur Erzeugung von Strom den Strom aus erneuerbaren Ener- gien wie Wind, Sonne, Wasser oder Erdwärme erzeugt. Besonders bevorzugt ist auch eine Anlage 1, wobei die Vorrichtung 2 zur Erzeugung von Strom ein Gas- und Dampfturbinenkraftwerk (GuD-Kraftwerk) ist. Bevorzugt ist erfindungsgemäß weiterhin eine Anlage 1, wobei mindestens einer der Speicher 4 oder 5 ein Untergrundspeicher ist. Besonders bevorzugt ist es dass beide Speicher 4 und 5 Untergrundspeicher sind. Weiterhin ist besonders bevorzugt, dass die Anlage 1 fer ¬ ner eine Biogasanlage 11 zur Erzeugung von flüchtigen Kohlenwasserstoffen wie z.B. Methan aus Biomasse aufweist, die mittels einer Leitung 12 mit dem Speicher 5 für Kohlenwasserstoffe in Verbindung steht.

Erfindungsgemäß bevorzugt ist ferner eine Anlage 1, wobei der Speicher 4 mit Kohlendioxid mittels einer Leitung 13 mit der Vorrichtung 3 zur Erzeugung von Kohlenwasserstoffen aus Wasserstoff und Kohlendioxid in Verbindung steht.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren, bei dem man die folgenden Schritte ausführt

a) Erzeugung von Kohlenwasserstoffen wie z.B. Methan durch Reaktion von Kohlendioxid mit Wasserstoff,

b) Verbrennung der in Schritt a) erzeugten Kohlenwasserstoffe unter Freisetzung von Kohlendioxid;

c) Zurückführen des in Schritt b) erzeugten Kohlendioxids zu Schritt a) und/oder Speichern des Kohlendioxids in ei ¬ nem dafür vorgesehenen Speicher.

Dabei ist vorgesehen, dass die erzeugten Kohlenwasserstoffe direkt der Verbrennung unterworfen werden, ohne dabei die Kohlenwasserstoffe zwischenzeitlich zu spei ¬ chern . Bevorzugt ist dabei ein Verfahren, wobei man die in

Schritt b) frei werdende Energie zur Erzeugung von Strom, vorzugsweise mittels eines Gas- und Dampfturbinenkraft- werks, verwendet.

Besonders bevorzugt ist ferner ein Verfahren, wobei man den Wasserstoff in Schritt a) durch Elektrolyse von Was ¬ ser erzeugt. Erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist da ¬ bei, dass man den Strom für die Elektrolyse durch erneu- erbare Energien wie Wind, Sonne, Wasser oder Erdwärme er ¬ zeugt .

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, dass bei der Verbrennung freigesetztes CO 2 nicht in die Atmosphäre abgegeben, sondern abgefangen und dann in einem Speicher deponiert wird, von wo es, je nach Bedarf, für die Erzeugung von Kohlenwasserstoffen wie z.B. Methan (Methanisierung) , verwendet wird. Auf diese Weise wird ein Kreislauf erzeugt, in dem CO 2 abwechselnd erzeugt und dann wieder in Kohlenwasserstoffe umgewandelt wird.

Damit wird CO 2 , welches sonst nur ein Abgas darstellt, als Rohstoff für die Herstellung eines stofflichen Ener giespeichers genutzt. Der C0 2 -Kreislauf lässt sich am Beispiel von Methan als Kohlenwasserstoff anhand von Re aktionsgleichungen wie folgt darstellen:

I) Methanisierung:

4 H 2 + C0 2 -> CH 4 + 2 H 2 0 (I)

II) Verbrennung:

CH 4 + 0 2 -> C0 2 + H 2 0 (II)

In Schritt (I) wird aus Wasserstoff und Kohlendioxid Me ¬ than generiert. Dieses wird in Schritt (II) in der Vor ¬ richtung zur Erzeugung von Strom wieder verbrannt und in Kohlendioxid umgewandelt, welches dann entweder gespei- chert, oder wieder direkt zur Methanisierung in Schritt (I) zurückgeführt wird.

Die Methanisierung kann beispielsweise nach dem bekannten Sabatier-Verfahren bei Temperaturen zwischen 300°C und 700°C in Anwesenheit eines Nickelkatalysators durchge ¬ führt werden.

Das CO2 kann beispielsweise im sogenannten Oxyfuel- Verfahren isoliert werden. Dabei werden die Brennstoffe in einer Atmosphäre aus reinem Sauerstoff verbrannt. Der reine Sauerstoff kann wiederum aus der Anlage zur Erzeu ¬ gung von Wasserstoff entnommen werden, da bei der Elektrolyse von Wasser neben Wasserstoff auch Sauerstoff ge- bildet wird. Da im Gegensatz zu Luft bei der Verbrennung kein Stickstoff anwesend ist, bestehen die entstehenden Rauchgase fast zu 100% aus CO2 und Wasserdampf. Der Was ¬ serdampf kann durch Abkühlen leicht kondensiert werden, so dass reines oder hochkonzentriertes CO2 übrig bleibt, welches verdichtet zum Speicher transportiert werden kann .

Dies bedeutet, dass CO2 und CH 4 einen Kreislauf bilden und das Reaktionssystem bzw. die erfindungsgemäße Anlage 1 nicht verlassen. Der für die Methanisierung erforderliche Wasserstoff wird mittels Strom aus regenerativen E- nergiequellen erzeugt und bildet einen Ausgangsstoff für die Herstellung von Methan. Somit steht ein C02 ~ neutrales Energieerzeugungssystem zur Verfügung, welches selbst kein zusätzliches CO2 liefert.

Die auf Kohlenwasserstoffen basierende Energiespeicherung eignet sich insbesondere für Gas- und Dampfturbinenkraft- werke (kurz GuD) Vorort, welche optimal mit der CCS- Technologie kombiniert werden können. CCS steht für Car ¬ bon Dioxide Capture and Storage, worunter man die Spei- cherung von Kohlendioxid in Untergrundspeichern in unterirdischen Gesteinsschichten versteht. Für GuDs eignet sich diese Technologie besonders, weil als Brennstoff in der Regel Methan genutzt wird und GuDs mit einem Wir- kungsgrad von ca. 60% sehr effizient und skalierbar sind.

GuD Kraftwerke haben darüber hinaus den Vorteil schnell angefahren und abgeschaltet zu werden. Dies macht die Kraftwerke rentabel, da sie am Regelenergiemarkt Strom im Bereich der Minutenreserve anbieten können. Außerdem ist die Leistung von GuD Kraftwerken im Bereich zwischen 80 MW und 860 MW je Einheit skalierbar. Dies macht die erfindungsgemäße Verfahren und die Anlage auch für klei ¬ nere Stadtwerke rentabel und trägt zur Delokalisierung und damit zur Regelbarkeit der Stromerzeugung bei.

Der Wasserstoff, der für die Erzeugung der Kohlenwasserstoffe benötigt wird, kann durch Elektrolyse von Wasser nach der folgenden Gleichung erzeugt werden:

2 H 2 0 -> 2 H 2 + 0 2 (III)

Für die Erzeugung des Wasserstoffs wird bei der Elektro ¬ lyse des Wassers in vorteilhafter Weise Strom aus regene- rativen Quellen verwendet. Wie bereits erwähnt, lässt sich überschüssige Energie nicht ohne Weiteres speichern. Es bietet sich daher an, regenerative elektrische Über ¬ schussenergie für die Erzeugung von Kohlenwasserstoffen zu verwenden, da die Überschussenergie auf diese Weise in Form eines stofflichen Energiespeichers genutzt werden kann und nicht verloren geht.

Der hierbei nebenbei erzeugte Sauerstoff kann in vorteil ¬ hafter Weise für die Verbrennung in Reaktion (II) verwen- det werden. Dies bietet sich insbesondere an, wenn die

Verbrennung im Oxyfuel-Verfahren betrieben wird, bei dem, wie bereits erwähnt wurde, reiner Sauerstoff benötigt wird. Auf diese Weise werden auch die gebildeten Nebenprodukte sinnvoll verwertet. Die gebildeten Kohlenwasserstoffe werden entweder direkt in der Vorrichtung zur Erzeugung von Strom verbrannt, o- der aber in einen Kohlenwasserstoff-Speicher gespeichert. Der Kohlenwasserstoff-Speicher ist durch eine Bohrung o- der eine Leitung mit dem Kraftwerk verbunden, so dass die Kohlenwasserstoffe bei Bedarf auch vom Kohlenwasserstoff- Speicher entnommen werden können. Der Kohlenwasserstoff- Speicher dient dazu, überschüssige Kohlenwasserstoffe zu speichern, falls es nicht unmittelbar für die Stromerzeu ¬ gung benötigt wird.

Eine stoffliche Energiespeicherung auf Basis von Kohlenwasserstoffen bietet gegenüber der Wasserstoffspeicherung mehrere wesentliche Vorteile: i) Sie ist zeitnah umsetzbar, da die Wasserstoffspeiche ¬ rung in geologischen Speichern zurzeit noch nicht Stand der Technik ist.

ii) Die Rückumwandlung von Methan in Elektrizität kann auf etablierte Kraftwerkstechnologie zurückgreifen.

iü) Die Kohlenwasserstoffe können das vorhandene Erdgas ¬ netz eingespeist werden.

iv) Im Gegensatz zu Wasserstoff gehört die Speicherung von Kohlenwasserstoffen zum Stand der Technik. Die Speicherung von Methan und anderen Kohlenwasserstoffen sowie die Speicherung von Kohlendioxid in Untergrund ¬ speichern ist im Stand der Technik bekannt. Bei den Untergrundspeichern unterscheidet man zwischen Porenspeichern mit zwei Typen, nämlich Aquiferspeicher und ausge- förderte Lagerstätten (Kohlenwasserstoffe, Erdöl, Öl- schiefer) , und Kavernenspeichern, welche vor allem technisch hergestellte Hohlräume in Salzformationen sind.

Die Untergrundspeicher können in unterschiedlichen geolo- gischen Formationen vorgesehen sein. Diese Formationen kommen auch in Deutschland häufig vor und ermöglichen es, derartige Speicher in unterschiedlichen Tiefen übereinander vorzusehen. Optional kann die erfindungsgemäße Anlage ferner eine

Biogasanlage enthalten. Biogasanlagen dienen der Erzeugung von Biogas durch Vergärung von Biomasse, wobei ebenfalls verwertbare Kohlenwasserstoffe wie Methan gebildet werden. Dieses kann abgefangen und mittels einer Bohrung oder Leitung der Vorrichtung zur Erzeugung von Strom zugeführt werden. Die Biogasanlage stellt damit eine alter ¬ native Methan-Quelle dar, auf die zurückgegriffen werden kann, falls die Erzeugung von Kohlenwasserstoffen aus CO 2 aus irgendeinem Grunde nicht durchgeführt werden kann.

Mit der erfindungsgemäßen Anlage können z.B. Wärmekraftwerk und Solarkraftwerk alternierend betrieben werden. Tagsüber kann bei starker Sonneneinstrahlung überschüssige Sonnenenergie in Form von Methan gespeichert werden, welches dazu genutzt wird, um das Wärmekraftwerk nachts zu betreiben, wenn keine Sonne scheint.

Die Erfindung wird anhand des folgenden Ausführungsbei ¬ spieles näher erläutert. Darin zeigt Fig. 1 eine schema- tische Darstellung der erfindungsgemäßen Anlage.

Die Anlage 1 besteht aus einer Vorrichtung 2 zur Erzeu ¬ gung von Strom, z.B. ein Wärmekraftwerk, einer Vorrichtung 3 zur Erzeugung von Kohlenwasserstoffen, einem Spei- eher 4 für Kohlendioxid sowie einem Speicher 5 für die erzeugten Kohlenwasserstoffe. Der Speicher 4 ist mit ei- ner Leitung 6 mit der Vorrichtung 2 und einer weiteren Leitung 13 mit der Vorrichtung 3 verbunden. Ferner verbindet eine Leitung 7 die Vorrichtung 2 mit dem Speicher für Kohlenwasserstoffe 5.

In der Vorrichtung 9 wird durch Elektrolyse, also mit Hilfe von elektrischem Strom, Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff (H 2 ) und Sauerstoff (0 2 ) zerlegt. Der ge ¬ bildete Wasserstoff wird anschließend in die Vorrichtung 3 gefördert, wo Kohlendioxid mit dem erzeugten Wasser ¬ stoff zu Kohlenwasserstoffen, z.B. Methan reduziert wird.

Die erzeugten Kohlenwasserstoffe werden nun entweder direkt in die Vorrichtung 2 gefördert oder, falls ein Über- schuss an Methan vorhanden ist, in einem dafür vorgesehenen Methan-Speicher 5 gespeichert. Die Möglichkeit der direkten Zuführung der erzeugten Kohlenwasserstoffe zur Vorrichtung 2 ist ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anlage und des erfindungsgemäßen Verfahrens. Damit ist es nämlich möglich, das bei der Verbrennung gebildete Kohlendioxid wieder direkt in die Vorrichtung 3 zur Erzeugung von Kohlenwasserstoffen einzuspeisen. Damit wird das klimarelevante Kohlendioxid in einem Kreislauf geführt und kann nicht in die Atmosphäre entweichen.

In dem Wärmekraftwerk werden die Kohlenwasserstoffe opti ¬ onal mit anderen fossilen Brennstoffen gemischt und verbrannt und die dabei erzeugte Wärme in elektrischen Strom umgewandelt .

Das bei der Verbrennung der Kohlenwasserstoffe frei wer ¬ dende Kohlendioxid wird von den anderen gasförmigen Be ¬ standteilen getrennt und mit Hilfe einer Leitung 6 in den Kohlendioxid-Speicher 4 befördert und dort deponiert. Bei Bedarf kann das Kohlendioxid von dort der Vorrichtung 3 zur Erzeugung von Kohlenwasserstoffen mittels der Leitung 13 zugeführt werden.

Die Vorrichtung 2 zur Erzeugung von Strom, der Kohlendi- oxid-Speicher 4 und die Vorrichtung 3 zur Erzeugung von

Methan bilden ein Kreislauf, in dem das Kohlendioxid zwi ¬ schen der Vorrichtung 2 zur Erzeugung von Strom, dem Speicher 4 für Kohlendioxid und der Vorrichtung 3 zur Erzeugung von Methan zirkuliert. Da das Kohlendioxid nicht in die Umgebung gelangt, wird der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre nicht erhöht. Das Verfahren stellt somit eine umweltschonende Methode zur bedarfsangepassten Ener ¬ giegewinnung bzw. Energiespeicherung dar. Der bei der Erzeugung von Kohlenwasserstoffen benötigte Wasserstoff wird in der Vorrichtung 9 durch Elektrolyse von Wasser erzeugt. Der hierfür benötigte Strom stammt aus der Vorrichtung 10, z.B. einem Windkraftwerk. Der Kohlendioxid-Speicher 4 ist zusätzlich über eine Leitung 12 mit einer Biogasanlage 11 verbunden, in welcher Biomasse vergärt und flüchtige Kohlenwasserstoffe gebil ¬ det werden. Dieses wird abgefangen und mit Hilfe der Lei ¬ tung 12 in den Speicher 5 für Kohlenwasserstoffe trans- portiert. Auf diese Weise werden zusätzlich Kohlenwasserstoffe erzeugt, welche in der Vorrichtung 2 zur Erzeugung von Strom als Brennstoff genutzt werden können.

Zusätzlich ist die Biogasanlage 11 über eine Leitung 14 mit der Vorrichtung zur Erzeugung von Kohlenwasserstoffen 3 verbunden, über die in der Biogasanlage 11 anfallendes CO 2 über eine Leitung 14 in die Vorrichtung zur Erzeugung von Methan geleitet werden kann. Die erfindungsgemäße Anlage und das erfindungsgemäße Ver ¬ fahren eignen sich in besonderer Weise für die Anwendung in örtlich eng gekoppelten Energieerzeugungsanlagen, welche mit erneuerbaren Energieerzeugungsvorrichtungen arbeiten. Die Kombination von Windenergie, Solarenergie und Energie aus Biomasse, gekoppelt mit einem GuD-Kraftwerk, bildet eine von äußerer Energiezufuhr unabhängige Versorgungseinrichtung für kleine bis mittelgroße kommunale Einheiten. Es werden keinerlei fossile Brennstoffe benö ¬ tigt, um die Energieversorgung zuverlässig sicher zu stellen. Neben der direkten Versorgung mit elektrischer Energie können auch Kohlenwasserstoffe über ein Gasver ¬ sorgungsnetz zu den Endverbrauchern geleitet werden. Die Energie wird somit dort erzeugt, wo sie benötigt wird. Der Anschluss an Energiefernleitungen ist nicht erforderlich. Erzeugte Überschussenergie wird in Form von Kohlen ¬ wasserstoffen gespeichert. Diese Kohlenwasserstoffe kön ¬ nen wiederum einfach transportiert oder gespeichert werden .

Bezugs zeichenliste Anlage

Vorrichtung zur Erzeugung von Strom

Vorrichtung zur Erzeugung von Kohlenwasserstoffen

Speicher für Kohlendioxid

Speicher für Kohlenwasserstoffe

Leitung

Leitung

Leitung

Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff

Vorrichtung zur Erzeugung von Strom

Biogasanlage

Leitung

Leitung

Leitung




 
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