BR112016000475B1

BR112016000475B1 - Usina elétrica e processo para sua operação

Info

Publication number: BR112016000475B1
Application number: BR112016000475-2A
Authority: BR
Inventors: Christian Bergins; Torsten Buddenberg; Efthymia-Ioanna Koytsoumpa
Original assignee: Mitsubishi Power Europe Gmbh
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2014-07-08
Publication date: 2022-05-10
Also published as: ZA201600781B; CY1119656T1; CN105518113B; EP3019582A1; KR102225779B1; ES2646094T3; JP2016531973A; WO2015010895A1; US10227901B2; EP3019582B1; EP3019581B1; CA2917738C; JP6611013B2; ZA201600780B; KR102243776B1; CN105518112A; US20160153316A1; WO2015004143A1; CN105518112B; KR20160028479A

Abstract

USINA ELÉTRICA E PROCESSO PARA SUA OPERAÇÃO. Em uma usina elétrica, que apresenta um produtor de vapor (1) de grande porte, equipado com queimadores alimentados a carbono e/ou uma turbina a gás, com circuito de água/vapor (54) conectado, e que compreende ao menos um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2 , e que está conectada com sua parte produtora de corrente, compreendendo o, ao menos, um gerador (70 ), a uma rede de corrente (71) pública, que disponibiliza potência regulada, estando a emissão de potência elétrica da parte produtora de corrente da usina elétrica à rede de corrente sujeita a uma regulagem de potência controlada por parte da rede de corrente deve ser provida uma solução, que possibilite uma adaptação oportuna à potência da usina elétrica a requisitos de potência por parte da rede . Isso é alcançado pelo fato de que o, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2 e a, ao menos, uma instalação de eletrólise (61) para produção de hidrogênio (H2 ) e a, ao menos, uma instalação de síntese (60) para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos frações de CO2 da corrente de gás rica em (...).

Description

[001] A presente invenção refere-se a uma usina elétrica, que apresenta um produtor de vapor de grande porte, equipado com queimadores alimentados a carbono e/ou uma turbina a gás, com circuito de água/vapor conectado, que compreende ao menos um jogo turbo ativado a vapor com ao menos um gerador conectado, sendo que no produtor de vapor de grande porte equipado com os queimadores alimentados a carbono é produzida uma corrente de gás residual contendo CO2, e que compreende ao menos um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2, e que está conectada com sua parte produtora de corrente, compreendendo o, ao menos, um gerador, a uma rede de corrente pública, que disponibiliza potência regulada, estando a emissão de potência elétrica da parte produtora de corrente da usina elétrica à rede de corrente sujeita a uma regulagem de potência controlada por parte da rede de corrente, especialmente uma regulagem primária e/ou regulagem secundária e/ou regulagem terciária e/ou regulagem quaternária. A invenção se refere, ainda, a um processo para operação flexível dessa usina elétrica.

[002] Devido a crescente e predominante alimentação de energias renováveis perdem-se valiosos tempos para produção e alimentação de corrente nas redes de linha, pois devem ser desligadas com alimentação correspondentemente alta de energias renováveis. Isso afeta a economicidade das usinas elétricas, pois menos corrente pode ser vendida do que poderia ser produzida. Simultaneamente, as usinas elétricas devem ser operadas para fornecerem potências de serviço de rede, sem que a potência mínima alimentada seja utilizada ou adequadamente para, uma vez que, com presença de excedente de corrente na rede os preços de corrente em bolsa são mais baixos do que os custos limite da produção. Além da regulagem de energias renováveis, portanto, hoje já se emprega a “Demand Side Management” em instalações industriais e a regulagem de grandes usinas elétricas solares e parques eólicos para a estabilização da rede.

[003] Devido à crescente fração de energias renováveis no suprimento de corrente resultam frequentemente situações, em que usinas elétricas térmicas existentes devem reduzir fortemente sua carga, pois as energias renováveis têm prioridade de alimentação. Com isso, visto ao longo do ano, reduz-se a venda de corrente das usinas elétricas térmicas. Ademais, devido ao parcial excesso de produção de corrente tem havido uma expiração de preço para corrente elétrica nas bolsas, que reduz as receitas dessas usinas elétricas convencionais, chegando até a não rentabilidade.

[004] O excesso de produção é ademais reforçado pelo fato de que usinas elétricas térmicas, não obstante, continuam sendo necessárias na rede, por exemplo, para a regulagem primária, mas no que concerne à produção de corrente são limitadas em sua regulagem de potência ou carga devido à assim chamada carga mínima tecnicamente condicionada. Ela se situa, no caso de grandes usinas elétricas de linhita, por exemplo, em torno de 30-50%, em usinas elétricas de hulha em torno de 15 a 30 % da potência nominal. Assim, as usinas elétricas de fato prestam serviços para a estabilização da rede, mas perdem dinheiro pela alimentação de corrente devido a baixos preços na bolsa.

[005] Para sanar isso, são conhecidas assim chamadas aplicações “Power to Heat”, em que corrente excedente é empregada em geradores elétricos de água quente ou de vapor. Ele pode ser alimentado diretamente na instalação de calefação de residências ou em grandes armazenadores de calor em usinas elétricas para o posterior suprimento de calor à distância. Essa aplicação tem a vantagem de um investimento muito baixo. A desvantagem então é que, devido às perdas de calor, é possível apenas um curto tempo de armazenagem na faixa de no máximo alguns dias. Ademais, com esse processo, da forma de energia de alto valor corrente (exergia pura) é produzido calor em um baixo nível de exergia.

[006] Para a flexibilização e redução de carga mínima na usina elétrica seria possível também armazenar a energia térmica produzida já no circuito de vapor da usina elétrica. Isso poderia ser feito na forma de vapor em assim chamados armazenadores Ruths no circuito de vapor da usina elétrica. Mas as quantidades de energia armazenáveis e os tempos dessa armazenagem, que se situam especialmente na faixa de menos de 60 min, são absolutamente pequenos.

[007] Alternativamente é também possível a armazenagem de calor na forma de água quente no trecho de pré- aquecimento do circuito de vapor de usinas elétricas. Mas também aqui são pequenas as quantidades de energia armazenáveis. Alternativamente, é possível a armazenagem de calor a temperatura mais alta na forma de sais quentes, líquidos (variação de temperatura) ou como energia alternada de fases de sais ou outros sólidos. Todavia os sistemas aí não são provados e de difícil implementação. Da prática é conhecida a produção de gás de síntese com subsequente produção de hidrogênio e/ou metano e/ou produtos químicos derivados em assim chamadas instalações de gaseificação de combustível, que, com configuração apropriada para produção de corrente, podem ser acopladas também com usinas elétricas de turbina de gás. Essas assim chamadas instalações “Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC)” são, todavia, absolutamente complexas, intensivas em custos e não flexíveis. Especialmente, elas são lentas quando da troca das modalidades operacionais entre uma produção de corrente e uma produção de produtos químicos (p.ex. metanol) e quando da troca dos combustíveis empregados, pois, além do gaseificador de combustível, componentes necessariamente presentes, como uma purificação de gás/tratamento de gás ou uma separação de CO2, representam instalações e processos lentos. Ademais, reduz- se a disponibilidade de instalação na operação dinâmica dessas instalações, quando até mesmo a requerida disponibilidade ou as particularidades tecnológicas dos processos individuais tornam totalmente impossível a operação dinâmica em alto grau. Ademais nesses processos os produtos derivados químicos, produzidos com base no carbono proveniente do combustível, são produzidos por via química direta, o que em geral conduz a maiores graus de efeito de conversão de carbono e, com isso, também graus de conversão energética. Assim, p.ex. até mais de 50 % do carbono combustível podem ser convertidos no produto metano. Simultaneamente, contudo, os custos de investimento por KWel de potência instalada se situam entre 50 e 100 % acima daqueles de uma usina elétrica térmica convencional. Além disso, em âmbito mundial existem apenas bem poucas instalações IGCC. Por esses motivos, a gaseificação de combustível é empregada até agora mundialmente apenas nos casos, em que são produzidos produtos químicos de alto valor como propelentes ou fertilizantes de combustíveis sólidos, contendo carbono, em geral carvões, em instalações, que são operadas praticamente na operação de carga básica.

[008] É ainda sabido que CO2 é um dos gases de efeito estufa, que são considerados como uma das causas do aquecimento do clima da Terra. Por isso há numerosos empenhos tecnológicos e de política ambiental para reduzir a emissão de CO2. Uma dessas concepções se ocupa com a armazenagem de CO2 pela conversão de CO2 em gás metano e é descrita, por exemplo, no artigo ”New technologies for Separation, fixation and conversion of carbon dioxide to mitigate global warming“ (Hitachi, Vol. 42 (1993), No. 6, páginas 255- 260). Aí o CO2 resultante durante a combustão de combustíveis fósseis é separado do gás de combustão e aduzido a uma metanação, em que resulta gás natural sintético (metano). A metanação é uma reação química, em que monóxido de carbono (CO) ou dióxido de carbono (CO2) é convertido em metano (CH4). A reação de dióxido de carbono em metano é também chamada de processo Sabatier e foi descoberta em 1902 por Paul Sabatier e J.B. Sendersens. Nessa reação, monóxido de carbono ou dióxido de carbono reage a temperaturas de 300-700°C com hidrogênio para metano e água. A reação é exotérmica, mas deve ser acelerada por um catalisador.

[009] Ademais, em conexão com a produção de energia renovável por meio de força eólica ou energia solar se coloca o problema de que frequentemente é alimentada na rede mais corrente do que realmente requerida. Isso leva a uma quantidade de assim chamada “corrente excedente”, que deve ser consumida ou armazenada, para garantir a estabilidade da rede. Também independentemente da alimentação de corrente produzida de uma fonte de energia regenerativa em uma rede, coloca-se o problema básico de se poder eventualmente armazenar corrente produzida, para se poder utilizar essa energia em um momento qualquer desejado.

[010] Com relação a isso se comprovou vantajosa a assim chamada concepção “Power to Gas”, em que a energia é quimicamente convertida por meio de metanação e armazenada como metal (CH4). O hidrogênio necessário para a formação do metano é então produzido especialmente por meio de uma eletrólise, que obtém a corrente requerida de uma fonte de energia renovável, como rodas de energia eólica ou células solares. Como fonte de CO2 ou CO se oferecem correntes de gás de combustão preparadas de usinas elétricas ou instalações industriais, em que combustível contendo carbono ou insumos contendo carbono são convertidos em uma atmosfera de gás contendo CO2 ou CO.

[011] A concepção “Power to Gas” é um método conveniente para a armazenagem de energia por um prazo mais longo e para se evitar a emissão direta de CO2 na atmosfera, pois o produto resultante quando da metanação metano (CH4) pode ser armazenado como gás natural sinteticamente produzido em instalações de infraestrutura existentes (pipelines, armazenador de gás natural) ao longo de meses. A produção de hidrogênio pode ocorrer por eletrólise. Mas o hidrogênio também pode ser proveniente de outras fontes alternativas. O CO2 pode provir de uma separação de uma corrente rica em CO2, p.ex. da corrente de gás de combustão de uma usina elétrica. Os componentes H2 e CO2 assim obtidos são convertidos em uma instalação de metanação ou um metanador por síntese em H2O e CH4.

[012] A invenção tem por objetivo prover uma solução, que disponibilize uma modalidade de funcionamento ou de operação de uma usina elétrica alimentada com combustível contendo carbono e que possibilite especialmente uma oportuna adaptação da potência de usina elétrica a requisitos de potência por parte da rede.

[013] Esse objetivo é alcançado por uma usina elétrica com as características da reivindicação 1 bem como um processo para operação dessa usina elétrica conforme reivindicação 16.

[014] Configurações convenientes e outras execuções vantajosas da invenção são objeto das respectivas sub- reivindicações.

[015] O objetivo anterior é alcançado em uma usina elétrica do tipo mais detalhadamente designado no início pelo fato de que a usina elétrica compreende ao menos uma instalação de eletrólise para produção de hidrogênio e ao menos uma instalação de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos frações de CO2 da corrente de gás rica em CO2 e do hidrogênio produzido na instalação de eletrólise, e que o, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2 e a, ao menos, uma instalação de eletrólise para produção de hidrogênio (H2) e a, ao menos, uma instalação de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos frações de CO2 da corrente de gás rica em CO2 e do hidrogênio produto na instalação de eletrólise por meio de linhas conduzindo corrente e por meio de linhas conduzindo meio estão de tal maneira unidas entre si por linha e interconectadas que a corrente produzida por parte da usina elétrica quando da operação da usina elétrica pode ser utilizada total ou parcialmente, opcionalmente, para operação de um, de vários ou de todos esses grupos de instalações e dispositivos consistindo na, ao menos, uma instalação para produção de uma corrente de gás rica em CO2, na, ao menos, uma instalação de eletrólise para produção de hidrogênio (H2) e na, ao menos, uma instalação de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol.

[016] Em um processo para operação flexível de uma usina elétrica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-15, o objetivo anterior é alcançado pelo fato de que o, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2 e a, ao menos, uma instalação de eletrólise para produção de hidrogênio (H2) e a, ao menos, uma instalação de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos frações de CO2 da corrente de gás rica em CO2 e do hidrogênio produzido na instalação de eletrólise são ligados entre si em linha e interconectados com linhas condutoras de corrente e condutoras de meio, de modo que a corrente produzida por parte da usina elétrica quando da operação da usina elétrica pode ser utilizada total ou parcialmente, opcionalmente, para operação de um, de vários ou de todos esses grupos de instalações e dispositivos consistindo no, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2, na, ao menos, uma instalação de eletrólise para produção de hidrogênio (H2) e na, ao menos, uma instalação de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol.

[017] Em um primeiro aspecto, a invenção pressupõe flexibilizar uma usina elétrica alimentada com combustível contendo carbono pela integração de uma produção de um gás rico em CO2, especialmente de uma separação de CO2, de uma eletrólise produzindo hidrogênio bem como de uma síntese química para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol, como p.ex. dimetileter (DME) ou gasolina.

[018] Por flexibilização deve ser entendido então que pela usina elétrica, além dos produtos corrente e prestação de serviços de rede, como p.ex. a regulagem primária e a regulagem secundária, são produzidos (regularmente) outros produtos como p.ex. metanol, DME, gasolina ou outras matérias primas para a indústria química ou petroquímica ou o transporte. A isso também acresce o produto “Demand Side Management” (portanto a possibilitação da queda da carga de rede mediante redução da demanda de corrente de processo).

[019] Além disso, por flexibilização deve ser entendido que pela combinação desses processos pode ser ainda mais baixada e reduzida a valores negativos a alimentação mínima de uma usina elétrica ou de localização da usina elétrica, sem que a usina elétrica precise ser desligada. Isso é especialmente vantajoso quando a usina elétrica, apesar de produções de corrente suficientemente existentes na rede, p.ex. produtores de corrente renováveis, que devessem ser ademais regulados (“Curtailment“), deva permanecer ainda ligada com a rede para regulagem da rede e estabilização.

[020] A invenção compreende usinas elétricas, cujos queimadores alimentados a carbono são operados com matérias primas renováveis, biogênicas, contendo carbono, hulha, linhita, materiais residuais da indústria contendo carbono, combustíveis em forma de gás contendo carbono como gás natural, biogás ou misturas de gases contendo carbono como gases de alto-forno da indústria química ou da produção de aço. A invenção é aplicável em usinas elétricas a vapor, em que os combustíveis são queimados em um produtor de vapor ou também em instalações de turbina a gás ou motores a gás, em que são queimados combustíveis líquidos ou gasosos contendo carbono, ou também combinações dessas usinas elétricas, p.ex. usinas elétricas de turbinas a gás e turbinas a vapor, assim chamadas instalações GuD. A invenção é aplicável também aos gases residuais de fornos de cimento, instalações de indústria de papel e demais processos de combustão, na medida em que na correspondente instalação/dispositivo esteja contida uma produção de vapor e turbina a vapor pós-conectadas para aproveitamento de ao menos uma parte do calor residual para produção de corrente.

[021] Quando então a carga mínima da usina elétrica é ainda mais reduzida pelo emprego próprio por parte da usina elétrica da corrente produzida, de acordo com a invenção, em um assim chamado processo “Power to Fuel” (PtF), ou até mesmo ainda corrente excedente é tomada da rede, com auxílio da corrente em uma eletrólise de água pode ser produzido hidrogênio (H2) (alternativamente também por uma eletrólise cloro-álcalis) e, ademais, separado dióxido de carbono (CO2) dos gases de combustão, o que reduz ainda mais a produção de corrente. Desse CO2 e H2 é produzido, de acordo com a invenção, em uma síntese química, por um processo catalítico, p.ex. metanol, que pode ser em seguida ulteriormente processado.

[022] Resulta assim a possibilidade de atingir na operação da usina elétrica uma duração de utilização anual maior da usina elétrica e, pela ampliação da palheta de produto (produção de metal ou produtos derivados de metanol), também (novamente) uma operação rentável. Isso se torna possível sem que sejam necessários assim chamados “mecanismos de capacidade”, que subvencionam uma usina elétrica não rentável para a operação “stand-by”, isto é, por pagamento especial ao operador da usina elétrica para alimentar a operação de uma instalação de usina elétrica ademais não rentável, para sustentação da estabilidade da rede.

[023] A invenção pressupõe, portanto, a ideia de armazenar a corrente excedente produzida na forma de metanol ou produtos derivados de metanol fora da rede de corrente e do circuito de vapor na energia química dos materiais e, em seguida, de maneira apropriada empregá-la na usina elétrica ou fora da mesma para outras finalidades.

[024] A flexibilização da usina elétrica é, portanto, de um lado, obtida por uma flexibilização de produto. Isso significa que a usina elétrica é orientada não apenas à produção do produto “corrente”, mas sim também, ademais, à produção dos produtos “metanol ou produtos derivados de metanol”. A usina elétrica é então, ademais, de tal maneira configurada, que pode variar flexivelmente entre a quantidade de corrente e metanol ou produtos derivados de metanol respectivamente produzidos. Isso pode ser facilmente obtido na medida em que são conectadas correspondentes ligações condutoras de corre e condutoras e meio entre os distintos dispositivos e instalações e executados eventualmente armazenadores ou armazenadores intermediários para o produto produzido no respectivo dispositivo ou instalação ou eduto a ser processado. De outro lado, a flexibilização se refere à flexibilização da operação, isto é, uma flexibilização da possível modalidade operacional de uma usina elétrica de acordo com a invenção. Devido ao fato de que parte integrante da usina elétrica ou de toda a instalação de usina elétrica é uma eletrólise produtora de hidrogênio, há um consumidor ademais não usual, que pode ser operado alternativamente à alimentação da corrente produzida por parte da usina elétrica na rede de corrente pública conectada com corrente produzida por parte da usina elétrica. As instalações de eletrólise para produção de hidrogênio têm a vantagem de que reagem relativamente rápido a um consumo de corrente e, com isso, com relação a seu consumo de (potência) de corrente e à sua potência de produção ou conversão podem ser rapidamente inicializadas ou desligadas. Também é possível empregar na ou nas instalações de eletrólise corrente excedente existente na rede de corrente pública conectada. As instalações e dispositivos de acordo com a invenção estão igualmente equipados com outros consumidores de corrente, que podem consumir rapidamente corrente. Assim pode ser obtida especialmente uma variação em curto prazo, de preferência na faixa de minutos, do consumo de (potência) de corrente e da potência de produção ou conversão das instalações de eletrólise para produção de hidrogênio e/ou das instalações de síntese para produção de metanol ou produtos derivados de metanol e/ou dispositivos para produção de uma corrente de gás rica em CO2.

[025] A invenção se caracteriza, portanto, em configuração da usina elétrica, pelo fato de que a, ao menos, uma instalação de eletrólise para produção de hidrogênio (H2) ou várias instalações de eletrólise para produção de hidrogênio (H2) são de tal maneira projetadas e de tal maneira implementadas reguláveis por parte da usina elétrica com relação à sua capacidade de consumo de (potência) de corrente e à sua capacidade de produção de hidrogênio, em resposta a uma requisição de regulagem de potência por parte da rede que seu consumo de (potência) de corrente e produção de hidrogênio pode ser inicializado ou desligado em resposta a uma requisição de regulagem de potência por parte da rede à usina elétrica em curto tempo, de preferência na faixa de minutos. De maneira análoga, o processo de acordo com a invenção se caracteriza em configuração pelo fato de que o consumo de (potência) de corrente e a produção de hidrogênio da, ao menos, uma instalação de eletrólise para produção de hidrogênio (H2) ou das várias instalações de eletrólise para produção de hidrogênio (H2) pode ser inicializado ou desligado por parte da usina elétrica em resposta a uma requisição de regulagem de potência por parte da rede à usina elétrica em curto tempo, de preferência na faixa de minutos.

[026] É então vantajoso que não apenas a instalação de eletrólise, mas sim também o (s) dispositivo(s) para produção de corrente de gás rica em CO2 e a instalação de síntese para produção de metanol ou produtos derivados de metanol auxiliam a modalidade flexível de funcionamento ou operação da usina elétrica. Uma outra execução da usina elétrica se caracteriza, portanto, pelo fato de que o, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2 ou vários dispositivos para produção de uma corrente de gás rica em CO2 e/ou a, ao menos, uma instalação de síntese para produção metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 ou várias instalações de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 por parte da usina elétrica com relação a sua capacidade de consumo de (potência) corrente e sua capacidade de produção ou conversão é/são de tal maneira projetadas e instaladas reguláveis que seu respectivo consumo de (potência) corrente e potência de produção ou conversão em resposta a uma requisição de regulagem de potência por parte da rede à usina pode ser inicializado ou desligado em curto tempo, de preferência na faixa de minutos.

[027] Por uma inicialização ou desligamento em curto tempo, situando-se de preferência na faixa de minutos, de distintas ou várias instalações ou dispositivos da usina elétrica se entende acima e a seguir, no âmbito deste pedido, que como reação a uma requisição de regulagem primária por parte da rede ocorre uma inicialização ou desligamento dentro de 30 s e como reação a uma requisição de regulagem secundária por parte da rede uma inicialização ou desligamento dentro de 5 min, na medida em que no caso específico não sejam feitas outras indicações na descrição a seguir.

[028] De igual maneira, em outra execução do processo de acordo com a invenção é previsto que o respectivo consumo de (potência) corrente e potência de produção ou conversão do, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2 ou de vários dispositivos para produção de uma corrente de gás rica em CO2 e/ou da, ao menos, uma instalação de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 ou várias instalações de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 por parte da usina elétrica em resposta a uma requisição de regulagem de potência por parte da rede à usina elétrica é inicializado ou desligado em curto tempo, de preferência na faixa de minutos.

[029] Como na usina elétrica de acordo com a invenção a corrente produzida por meio de ao menos um gerador pode ser alimentada muito rapidamente e em curto prazo não apenas à rede de corrente conectada, mas sim também distribuída pelas instalações e dispositivos existentes de acordo com a invenção, uma usina elétrica de acordo com a invenção pode proceder a uma rápida variação de carga. A invenção se caracteriza ainda, portanto, pelo fato de que a, ao menos, uma instalação de eletrólise para produção de hidrogênio (H2) ou as várias instalações de eletrólise para produção de hidrogênio (H2) e o, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2 ou os vários dispositivos para produção de uma corrente de gás rica em CO2 e a, ao menos, uma instalação de síntese para produção de metanol e/ou de produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 ou as várias instalações de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 por parte da usina elétrica relativamente a sua respectiva capacidade de consumo de (potência) corrente e sua respectiva potência de produção ou conversão são de tal maneira projetadas e unidas entre si em técnica de regulagem que em resposta a uma requisição de regulagem de potência por parte da rede à usina no composto respectivamente com relação a seu respectivo consumo de (potência) corrente e potência de produção ou conversão são de tal maneira inicializáveis ou desligáveis em curto prazo, de preferência na faixa de minutos, que a usina elétrica, no caso de uma requisição de regulagem de potência por parte da rede é adaptável à requisição de potência variada em termos de potência por via de uma variação de carga com gradiente de variação de carga na faixa de 3 %/min-30%/min.

[030] Para possibilitar uma adaptação especialmente rápida e em curto prazo do consumo de (potência) corrente das distintas instalações/partes de instalações ou dispositivos, é conveniente que estas sejam projetadas com valor de projeção normal ou valor de operação normal para uma carga nominal duradoura, mas possam ser operadas em curto prazo com uma carga de pico nitidamente maior. Em uma configuração, prevê a invenção para a ainda para a usina elétrica que a, ao menos, uma instalação de eletrólise para produção de hidrogênio (H2) ou as várias instalações de eletrólise para produção de hidrogênio (H2) e o, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2 ou os vários dispositivos para produção de uma corrente de gás rica em CO2 e a, ao menos, uma instalação de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 ou as várias instalações de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 com relação a seu respectivo consumo de (potência) corrente e/ou sua respectiva potência de produção ou conversão seja/sejam de tal maneira projetados que, especialmente em resposta a uma requisição de regulagem de potência por parte da rede à usina elétrica, seja/m ativáveis em curto tempo na faixa de minutos, de preferência por um período de até 30 minutos, com um consumo de (potência) corrente, que importa em 100300 %, de preferência 150-200 %, do valor de projeção normal ou operação normal da respectiva instalação ou dispositivo.

[031] Para se obter uma flexibilização da usina elétrica particularmente boa, é conveniente que as distintas instalações ou dispositivos sejam adaptáveis especificamente e individualmente tanto com relação a seu consumo de corrente ou consumo de (potência) de corrente como também com relação a sua potência de produção ou potência de conversão a distintas modalidades operacionais da usina elétrica, ou permitam essas adaptações. A invenção se caracteriza, portanto, em outra configuração da usina elétrica também pelo fato de que a, ao menos, uma instalação de eletrólise para produção de hidrogênio (H2) e o, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2 ou os vários dispositivos para produção de uma corrente de gás rica em CO2 e a, ao menos, uma instalação de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 ou as várias instalações de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 com relação a seu respectivo consumo de (potência) corrente e sua respectiva potência de produção ou conversão são executados individualmente ativáveis e reguláveis. De modo análogo, em uma configuração do processo de acordo com a invenção é previsto que a, ao menos, uma instalação de eletrólise para produção de hidrogênio (H2) ou as várias instalações de eletrólise para produção de hidrogênio (H2) e o, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2 ou os vários dispositivos para produção de uma corrente de gás rica em CO2 e a, ao menos, uma instalação de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 ou as várias instalações de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 com relação a seu respectivo consumo de (potência) corrente e sua respectiva potência de produção ou conversão são ativados e regulados individualmente.

[032] Para se poder operar flexivelmente uma usina elétrica, em que é produzido um gás residual contendo CO2, no sentido da presente invenção, é vantajoso e conveniente que a, ao menos, uma instalação de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol ou as várias instalações de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol seja/sejam capacitivamente projetadas no total de tal maneira que com isso 10-50 % em peso, especialmente 30-40 % em peso, de preferência 35 % em peso, do CO2 contido na corrente de gás residual (53) contendo CO2 e resultante com carga total da usina elétrica seja conversível em metanol e/ou produtos derivados de metanol, o que a invenção igualmente prevê.

[033] É ademais também conveniente e vantajoso que a, ao menos, uma instalação de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol ou as várias instalações de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol seja/sejam capacitivamente projetadas no total de tal maneira que o máximo da corrente elétrica, que pode ser produzida com carga plena e/ou potência máxima da usina elétrica, no total, possa ser utilizada para a produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol, com o que se destaca igualmente a usina elétrica em uma configuração.

[034] No dispositivo para produção de uma corrente de gás CO2 pode se tratar especialmente de instalações de separação de CO2, que extraem por lavagem ou filtragem ou obtêm o CO2 (dióxido de carbono) do gás residual resultante quando da combustão de combustível contendo carbono. A usina elétrica se caracteriza, portanto, em outra configuração também pelo fato de que o, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2 ou os vários dispositivos para produção de uma corrente de gás rica em CO2 compreende/m uma instalação de separação de CO2, especialmente uma instalação “Post Combustion Capture (PCC)” e/ou um ou vários queimadores ou dispositivos de queimadores operados pelo processo “oxyfuel” com instalação de separação de CO2 associada, ou consiste/m dos mesmos. Com uma operação “oxyfuel” dos queimadores, o oxigênio para isso necessário pode prover vantajosamente, especialmente, também de uma ou das instalações de eletrólise para produção de hidrogênio, em que água é convertida em hidrogênio (H2) com produção de oxigênio (O2).

[035] É ainda vantajoso que as instalações afetando e possibilitando a flexibilização do produto sejam projetadas no total, com relação a seu consumo de (potência) corrente e sua potência de produção ou conversão de tal maneira, que a usina elétrica seja operável com sua carga mínima necessária em técnica de instalação sem alimentação de corrente na rede de corrente, portanto fluindo toda a corrente então resultante para as instalações e/ou dispositivos correspondentes, servindo à flexibilização do produto. A invenção prevê, portanto, ainda, uma usina elétrica em que a, ao menos, uma instalação de eletrólise para produção de hidrogênio (H2) ou as várias instalações de eletrólise para produção de hidrogênio (H2) e o, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2 ou os vários dispositivos para produção de uma corrente de gás rica em CO2 e a, ao menos, uma instalação de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 ou as várias instalações de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 com relação a seu consumo de (potência) corrente e potência de produção ou conversão são de tal maneira projetados no total que quando de sua operação a usina elétrica é operada em uma operação com sua carga mínima necessária em termos de técnica de instalação sem alimentação de corrente na rede de corrente.

[036] Mas também deve ser previsto que a usina elétrica possa ser operada com corrente excedente da rede de corrente conectada. A rede elétrica de acordo com a invenção se caracteriza, portanto, em uma configuração, também pelo fato de que a rede elétrica é executada como queda de corrente para a rede de corrente pública conectada, sendo que a, ao menos, uma instalação de eletrólise para produção de hidrogênio (H2) ou as várias instalações de eletrólise para produção de hidrogênio (H2) e o, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2 ou os vários dispositivos para produção de uma corrente de gás rica em CO2 e a, ao menos, uma instalação de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente rica em CO2 ou as várias instalações de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente rica em CO2 com relação a seu consumo de (potência) corrente e potência de produção ou conversão são no total, de tal maneira, projetados e interligados com a rede de corrente que são operáveis com corrente excedente adquirida da rede de corrente.

[037] Para poder contribuir para a regulagem de potência da rede de corrente pública, em uma configuração da invenção é ainda previsto que a, ao menos, uma instalação de eletrólise para produção de hidrogênio (H2) ou as várias instalações de eletrólise para produção de hidrogênio (H2) e o, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2 ou os vários dispositivos para produção de uma corrente de gás rica em CO2 e a, ao menos, uma instalação de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 ou as várias instalações de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 são operados como carga desligável ligada e interconectada com a rede de corrente (71) pública.

[038] Em uma configuração do processo de acordo com a invenção, de modo análogo é previsto que a, ao menos, uma instalação de eletrólise para produção de hidrogênio (H2) ou as várias instalações de eletrólise para produção de hidrogênio (H2) e o, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2 ou os vários dispositivos para produção de uma corrente de gás rica em CO2 e a, ao menos, uma instalação de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 ou as várias instalações de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 são operados como carga desligável, ligada e interconectada com a rede pública.

[039] Quando da proposta flexibilização da usina elétrica de acordo com a invenção pode ser ainda vantajoso e conveniente que também calores resultantes dentro da usina elétrica sejam conectados entre si de maneira acoplando e/ou desacoplando calor. Uma possibilidade de acordo com a invenção consiste, segundo outra execução da invenção, em que a, ao menos, uma instalação de eletrólise para produção de hidrogênio (H2) ou as várias instalações de eletrólise para produção de hidrogênio (H2) e o, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2 ou os vários dispositivos para produção de uma corrente de gás rica em CO2 e a, ao menos, uma instalação de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 ou as várias instalações de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol, calor resultante quando da operação dessas instalações e/ou dispositivos na faixa de calor residual resultante de 30400°C, de preferência na faixa de 30-150°C, esteja unido em linha por ao menos uma linha condutora de calor residual, com um pré-aquecimento da água de alimentação do circuito água/vapor e/ou um pré-aquecimento de uma instalação de separação de CO2, especialmente uma instalação “Post Combustion Capture (PCC)” e/ou um pré-aquecimento de ao menos um dos edutos empregados e/ou produtos produzidos na usina elétrica.

[040] Em termos de técnica de instalação é ainda vantajoso que o hidrogênio que pode ser produzido com a instalação de eletrólise baste para converter todo o dióxido de carbono (CO2) produzido ou separado quando da operação da usina elétrica em metanol e/ou um dos produtos derivados de metanol. A invenção prevê, portanto, em outra configuração da usina elétrica, que a, ao menos, uma instalação de eletrólise para produção de hidrogênio (H2) ou as várias instalações de eletrólise para produção de hidrogênio (H2)com relação a sua capacidade de produção e/ou conversão seja(m) de tal maneira projetada(s) que com a quantidade de hidrogênio que pode ser produzida toda a fração de CO2 da corrente de gás residual (53) resultante quando da combustão de combustível contendo carbono nos queimadores do produtor de vapor de grande porte e/ou todo o CO2 separado na, ao menos, uma instalação de separação de CO2 na ou nas instalações de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol possa ser convertida em metanol ou um produto derivado de metanol.

[041] Finalmente, a invenção se caracteriza ainda pelo fato de que a cada um dos dispositivos ou instalações do grupo do, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2, da, ao menos, uma instalação de eletrólise para produção de hidrogênio (H2) e da, ao menos, uma instalação de síntese para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol está associado um armazenador de hidrogênio e/ou um armazenador de oxigênio e ao dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2 um armazenador de CO2. Esses armazenadores são executados de preferência como armazenadores tampão, de modo que os processos decorrendo nas distintas instalações/dispositivos podem funcionar independentemente entre si e não constituem obstáculo à dinâmica dos distintos processos. Nessa medida, os armazenadores também contribuem para a flexibilização da operação ou o funcionamento da usina elétrica. Prioridade quando da ponderação das distintas instalações/dispositivos e dos processos neles respectivamente decorrendo é então a produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol. A isso são respectivamente ajustadas as capacidades e potências especialmente da ou das instalações de separação e instalações de eletrólise.

[042] No tocante à flexibilidade da operação da instalação, a invenção, apresentada aqui e a seguir, da produção de corrente em uma usina elétrica alimentada com combustíveis contendo carbono com separação de CO2 pós- conectada (“Post Combustion Capture PCC”) ou separação de CO2 integrada (“Oxyfuel”) apresenta a vantagem de que o processo da usina elétrica pode ser operado de modo altamente flexível com relação à quantidade de produção de corrente. O processo é combinável com usinas elétricas térmicas de nova construção ou também como ampliação de instalações de usina elétrica existentes. De fato, a via de conversão pela produção de corrente e eletrólise exergeticamente não é ótima, mas as desvantagens energéticas e exergéticas dessa combinação de processo pode ao menos em parte ser novamente compensada por interconexão energética, especialmente vantajosa, dos processos. Por meio da produção de portadores de energia contendo carbono (metanol ou produtos derivados de metanol) em usinas elétricas alimentadas com combustíveis contendo carbono pode ser ajustada sua carga mínima até mesmo para valores negativos (0 a > 10,0 %). Igualmente é possível um aumento da capacidade de regulagem primária para mais de MWel por minuto mesmo em unidades de usina elétrica menores.

[043] São disponibilizadas assim diversas vantagens pela interconexão térmica de partes de processo pós- conectadas como a separação de CO2 pelo “Post Combustion Capture Prinzip” e a produção de metanol ou produtos derivados de metanol pós-conectada.

[044] O calor residual de partes de instalação como da separação de CO2 ou dos reatores (produção ou conversão de metanol) pode então energeticamente ser convenientemente integrado ao pré-aquecimento à alta pressão ou pré- aquecimento à baixa pressão da usina elétrica ou também empregado para o pré-aquecimento de edutos de reação antes dos reatores.

[045] Calor necessário para a operação das partes de instalação como a dessorção do processo PCC ou da retificação ou destilação dos produtos eventualmente opcionalmente pós-conectada pode ser retirado do vapor residual de reação dos reatores (produção ou conversão de metanol) ou energeticamente eficientemente retirado como vapor de derivação do processo de vapor ou ao menos também parcialmente obtido do resfriamento de produtos e produtos intermediários. Com isso é essencialmente aumentado até mais de 70 % o grau de efeito de conversão de corrente para os respectivos produtos químicos em comparação com menos de 60 % em instalações que não possuem essa integração de energia.

[046] Tendo lugar a separação de CO2 pelo processo PCC, à absorção química deveria estar pré-conectada, quando necessário, uma dessulfurização de gás de combustão e/ou resfriamento de gás de combustão, para também executar a separação de CO2 com máxima eficiência e mínimo consumo de agente de lavagem (em geral soluções de amina).

[047] Água incidente do resfriamento de produtos ou produtos intermediários, após uma purificação eventualmente necessária, deve ser aduzida de preferência de novo à eletrólise de hidrogênio. A purificação pode ocorre, de preferência, nas instalações para tratamento de água de alimentação da usina elétrica e/ou também em um tratamento de água para isso especialmente projetado.

[048] Para que a plena velocidade de variação de carga da eletrólise possa ser empregada para auxiliar a regulabilidade da usina elétrica ou um âmbito de um “Demand Side Management” é conveniente integrar no processo total armazenadores para água e/ou hidrogênio e/ou CO2 e/ou oxigênio, que permitam uma variação de carga retardada na faixa de segundos a horas dos reatores químicos ou da separação de CO2. Podem ser p.ex. armazenadores de pressão (recipientes de pressão ou cavernas) ou também armazenadores de líquido. Assim a carga da eletrólise pode ser variada pela potência elétrica aplicada na faixa de poucos segundos em até 100 %, enquanto que a separação de CO2 e os reatores pós-conectados podem empregar tempo mais longo para a variação de carga.

[049] Os componentes parciais de instalações totais (complexos de instalação usina elétrica + eletrólise de hidrogênio + separação de CO2 + reatores) podem ou ser operados anti-proporcionalmente à demanda de corrente na rede, isto é, alta carga da eletrólise, separação de CO2 e/ou dos reatores (produção de metanol e conversão para produtos derivados de metanol) especialmente quando predomina baixa demanda de corrente na rede, enquanto que a própria usina elétrica é operada a uma carga tão baixa quanto possível, ou também regulados desacoplados de tal maneira que a eletrólise de hidrogênio, a separação de CO2 e os reatores funcionam via de regra com carga máxima e são regulados apenas com demanda positiva de carga da rede de corrente, isto é, desligados com relação a seu consumo de corrente (potência) “(Demand Side Management DSM)”.

[050] Esse tipo da operação de instalação ou operação da usina elétrica por último mencionado é então especialmente conveniente quando o nível de preço na bolsa de corrente é muito baixo e/ou frequentemente se deve operar com gradientes de carga positivos (alimentação), pois por um momentâneo ou imediato desligamento da eletrólise de hidrogênio pode ser muito rapidamente provida uma elevada alimentação de corrente adicional.

[051] No primeiro caso mencionado, dependendo da potência de instalação momentânea, por rapidíssimo aumento de carga ou queda de carga da eletrólise de hidrogênio podem ser apoiados gradientes de carga da potência da usina elétrica em ambas as direções (positivamente ou negativamente).

[052] A dinâmica total do sistema pode ademais ser apoiada pela ligação paralela de sistemas de bateria, que podem ser integrados convenientemente em plano de tensão inferior paralelamente a eletrólises de hidrogênio. A magnitude e projeção desse armazenador de bateria pode ocorrer com base no nível de preço de corrente esperado e da descarga da usina elétrica bem como das interferências de regulagem esperadas para a estabilização da rede de corrente.

[053] Também os processos anteriormente mencionados para armazenagem de calor em circuito de vapor ou de produção elétrica de calor podem ser vantajosamente combinados com o processo de acordo com a invenção.

[054] Encontrando-se a usina elétrica próxima a uma instalação industrial, em que é necessário oxigênio, como p.ex. na indústria de aço ou na indústria química, é conveniente empregar o oxigênio resultando quando da realização de uma eletrólise de água nessas instalações industriais e simultaneamente reduzir a potência de eventuais instalações de decomposição de ar ali eventualmente existentes.

[055] Caso contrário, o oxigênio pode ser empregado, parcialmente ou totalmente, também para apoio da alimentação da usina elétrica para aumento do grau de efeito de caldeira pela redução da corrente volumétrica de gás residual ou em uma mera alimentação “oxyfuel” com separação de CO2 integrada como alternativa à separação de CO2 PCC.

[056] Não sendo possível ou desejado o emprego em uma operação industrial próxima nem o emprego em uma alimentação enriquecida de oxigênio, o oxigênio pode ser levado ao mercado após eventual purificação eventualmente necessária e secagem para mais compactação e como oxigênio a pressão ou após fluidificação como oxigênio líquido. A implementação desses processos pós-conectados aumenta ainda mais o consumo de corrente do processo total e pode ser utilizada convenientemente para ampliação da faixa de regulagem de carga até alimentações negativas (= consumo de corrente) da usina elétrica ou posto industrial.

[057] No processo aqui descrito para a flexibilização de uma usina elétrica, dependendo da configuração e do combustível empregado quando da utilização da plena produção de corrente própria independentemente da faixa de carga na operação estacionária cerca de 10-35 % do carbono, contudo no combustível ou gás de combustão são convertidos em metanol e produtos derivados de metanol. Pelo emprego de corrente adicionalmente adquirida da rede, essa fração pode ainda aumentar até mais de 90 %. Além disso, quando do emprego de armazenadores para os produtos intermediários CO2, H2, O2, a operação da produção de corrente na usina elétrica pode ser temporariamente desacoplada. Além disso, também é possível, pela projeção da eletrólise de hidrogênio para densidades de corrente mais baixas na operação normal, aumentar temporariamente por curto prazo a potência da eletrólise acentuadamente até valores acima de 200 % da operação normal, para consumir mais corrente e apoiar as variações de carga da alimentação de corrente com esse gradiente negativo.

[058] A invenção será mais detalhadamente explicada a seguir a título de exemplo com base em um desenho. Nele mostram: Fig. 1-em representação esquemática, um esquema de ligação de instalação de uma usina elétrica de acordo com a invenção; e Fig. 2-em representação igualmente esquemática, a interconexão de uma usina elétrica de acordo com a invenção com componentes associados.

[059] A fig. 1 mostra, em representação esquemática, uma usina elétrica 51 alimentada com linhita, que compreende um produtor de vapor de grande porte 1 com circuito de água/vapor 54 conectado. O gás de combustão 53 resultante quando da alimentação da linhita 50 nos queimadores do produtor de vapor de grande porte 1 é aduzido a uma linha de um pré-aquecedor de ar 2, ao qual em contracorrente é aduzido um ar de combustão 52 aduzido pela linha, que é pré-aquecido no pré-aquecedor de ar 2. Em seguida, o gás de combustão 53 é aduzido a um sistema de deslocamento de calor 3 e do gás de combustão 53 é desacoplado calor, que é colocado à disposição do pré- aqueciemnto de água de alimentação do circuito de água/vapor 54. Em seguida, o gás de combustão 53 é conduzido em linha para uma instalação de dessulfurização de gás de combustão 4, onde é amplamente liberado de SO2 (dióxido de enxofre) e SO3 (trióxido de enxofre). O gás de combustão 53 assim purificado deixa a instalação de dessulfurização de gás de combustão 4 com uma temperatura de 40-90°C. Para se obter e garantir uma elevada disponibilidade e altas taxas de separação na instalação de separação de CO2 “Post Combustion Capture (PCC)” pós- conectada, o gás de combustão 53 é inicialmente submetido ainda a uma purificação fina em uma instalação de purificação fina 6. A instalação de purificação fina 6 é ainda executada como resfriador de gás de combustão com pré-lavador de NaOH (hidróxido de sódio) associado, em que tem lugar uma lavagem do gás de combustão 53 com uma solução de NaOH e o gás de combustão 53 é resfriada para uma temperatura de 30-50°C. Simultaneamente, é ainda mais reduzida a concentração de SO2/SO3 do gás de combustão 53.

[060] Da instalação de purificação fina 6 o gás de combustão 53 resfriado é introduzido em um absorvedor 7 da instalação “Post Combustion Capture (PCC)” 5 e aí colocado em contato em contracorrente com um agente de lavagem desprendendo CO2 da corrente de gás. Quanto ao agente de lavagem de CO2 se trata, no exemplo de execução, de uma solução de amina aquosa, que é executada como solução de monoetanolamina simples, de modo que a demanda de energia quando da dessorção subsequente no dessorvedor 8 importa em 3,2-3,8 MJ/kg de dióxido de carbono removido. Mas também é possível empregar um agente de lavagem de CO2, que seja, de tal maneira, otimizado com relação à demanda de energia necessária quando da dessorção que ali seja necessária apenas anda uma demanda de energia na faixa de 2,4-2,8 MJ/kg de dióxido de carbono removido. De um lado, deixa o adsorvedor um gás 55 purificado e, de outro lado, a solução de agente de lavagem de CO2 saturada com CO2, que é aduzida por uma linha 56 ao dessorvedor 8 igualmente constituindo parte integrante da instalação “Post Combustion Capture (PCC)” 5. O calor necessário para a dessorção no dessorvedor 8 é preparado e aduzido de maneira usual a um refervedor 9 em forma de vapor. Esse vapor, no exemplo de execução, é retirado, como vapor de derivação 12 entre uma turbina de pressão média 10 e uma turbina de pressão baixa 11 do jogo turbo 58 disposto no circuito de água/vapor 54 a uma temperatura de 110°C e 200°C do circuito de água/vapor e aduzido por uma linha 57 ao refervedor 9. O condensado resultante no refervedor 9 quando do aquecimento do refervedor é reconduzido por uma linha 13 ao trecho de pré- aquecimento do circuito de água/vapor 54. De um lado, deixa o dessorvedor 8 o agente de lavagem liberado de CO2, que é de maneira usual reconduzido no circuito ao adsorvedor 7 e, de outro lado, uma mistura de dióxido de carbono (CO2) e vapor de água. Essa mistura de dióxido de carbono/vapor de água é conduzida a um estágio compressor 15 depois de um resfriamento e pós-lavagem 14 disposto na região de saída do dessorvedor 8. O resfriamento na região de topo do dessorvedor 8 ocorre com auxílio de um trocador de calor 16b e a pós-lavagem 14 ocorre, de preferência, por meio de um agente ácido. No estágio compressor 15, a mistura de dióxido de carbono/vapor de água é comprimida para uma pressão acima de 20 bar (2 MPa), de preferência para uma pressão entre 30-60 bar (3-6 MPa). O calor sensível da mistura de dióxido de carbono/vapor de água deixando o dessorvedor 8 e o estágio compressor 15 e parcialmente também o calor de condensação da água nele contida é retirado ou desacoplado em um trocador de calor 16a pós- conectado e atravessado em fluxo pela mistura de dióxido de carbono/vapor de água bem como no trocador de calor 16b associado à região de saída do dessorvedor 8. A energia térmica aí retirada ou desacoplada é aduzida, por exemplo, por trocadores de calor 17a, 17b, 17c, 17d do pré- aquecimento de baixa pressão (17b) do circuito de água/vapor 54, do pré-aquecimento de ar de combustão (17a) ou pré-aquecimentos de eduto (17c, 17d), na região dos reatores (27, 31) para a síntese de metanol e a destilação a uma instalação de síntese 60 para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol. Na instalação de compressor compreendendo vários estágios compressores 15 no exemplo de execução, o trocador de calor 16a fica disposto entre o primeiro e o último estágio compressor 15. A corrente de gás 59 rica em CO2, deixando o último estágio compressor 15, é aduzida a um armazenador 18 e daí à instalação de síntese 60 para a produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol. Antes da entrada no armazenador 18, a corrente de gás rica em CO2 atravessa novamente um trocador de calor 19, em que essa corrente de gás é ainda mais resfriada. Também após sua saída do armazenador 18 e antes de sua entrada no reator de síntese de metanol 27 da instalação de síntese 60, a corrente de gás rica em CO2 atravessa um outro trocador de calor 20, por meio do qual calor é acoplado à corrente de gás rica em CO2, para levar a corrente de gás rica em CO2 entrando como eduto no reator de síntese de metanol 27 a uma temperatura de reator ou de reação na faixa de 100-400°C, de preferência de 150-300°C. O calor para isso necessário é aduzido ao trocador de calor 20 como vapor de derivação, que é retirado do jogo turbo 58, ou em forma de calor residual resultante em outros processos.

[061] No reator de síntese de metanol, o CO2 aduzido da corrente rica em CO2 é convertido com hidrogênio em metanol. O hidrogênio é produzido em uma instalação de eletrólise 61, em que se trata no exemplo de execução de uma eletrólise de água alcalina. Mas também é possível aplicar outros eletrolisadores, como “Polymerelektrolyt Membran Elektrolyseure (PEM)” ou “Solid Oxide Electrolyzer Cell (SOEC)” ou uma eletrólise de cloreto alcalino.

[062] A eletrólise aquosa alcalina do exemplo de execução compreende uma célula de eletrólise 21, em que água 34 aduzida é decomposta a uma temperatura entre 50 e 100°C, de preferência entre 70 e 90°C, eletroliticamente em seus componentes hidrogênio e oxigênio. A própria célula de eletrólise 21 é temperada por meio de um trocador de calor 22b e a água aduzida por meio de um trocador de calor 22a, de modo que a eletrólise se encontra a todo tempo na faixa de temperatura operacional ótima e pode haver rapidamente variações de carga, especialmente aquelas para cargas mais altas. A eletrólise alcalina pode ser operada em amplas faixas de pressão, sendo aplicadas especialmente pressões acima de 15 bar (1,5 MPa), de preferência pressões na faixa de 20 bar até 60 bar (2 a 6 MPa). Alternativamente ou adicionalmente, a instalação de síntese 61 é equipada com um compressor de hidrogênio 23, ao qual o hidrogênio produzido na célula de eletrólise 21 é conduzido antes de sua entrada no reator de síntese de metanol 27. Um tal compressor de hidrogênio 23 é especialmente conveniente porque ao mesmo está associado um armazenador de hidrogênio 24, em que pode ser armazenado hidrogênio produzido. O armazenador intermediário 24 é, de um lado, um armazenador de produto, pois aí é armazenado o hidrogênio produzido por meio da instalação de eletrólise 61. De outro lado, contudo, ele representa também um armazenador de eduto, pois o hidrogênio nele armazenado representa um material de entrada para a síntese de metanol. Para resfriar o hidrogênio comprimido no compressor de hidrogênio 23 antes de sua armazenagem intermediária, entre o compressor de hidrogênio 23 e o armazenador intermediário 24 está disposto um trocador de calor 25, por meio do qual energia térmica pode ser desacoplada e retirada da corrente de hidrogênio. Para posteriormente levar a corrente de hidrogênio deixando o armazenador intermediário 24 antes de sua entrada no reator de síntese de metanol 27 a uma temperatura de reação suficientemente alta, está previsto um outro trocador de calor 26, por meio do qual na corrente de hidrogênio de novo é acoplado calor, sendo o calor para isso necessário proveniente do vapor de derivação proveniente do circuito de água/vapor 54 ou do calor residual do reator de síntese de metanol 27. Quanto ao mais, o calor residual resultante quando da síntese de metanol pode ser descarregado por trocadores de calor ou dispositivos de resfriamento 28a, 28b, 28c pós conectados ao reator de síntese de metanol 27 ou integrados no mesmo. O trocador de calor 28a conduz então seu calor ao trecho de pré-aquecimento do circuito de água/vapor 54, podendo então, contudo, também ser descarregada a emissão de calor no refervedor 9 da instalação “Post Combustion Capture (PCC)” 5 e/ou diversos pré-aquecimentos de eduto, isto é, no pré-aquecimento na usina elétrica de acordo com a invenção para produtos de saída a serem processados/convertidos. Como no reator de síntese de metanol 27 não é alcançada um volume muito alto dos edutos aduzidos dióxido de carbono (CO2) e hidrogênio (H2), mas sim o volume se situa apenas na faixa de 10-35 %, no exemplo de execução o resfriamento 28a, 28b, 28c pós- conectado, compreendendo os trocadores de calor/dispositivos de resfriamento são de tal maneira projetados que em um recipiente 29 ocorre uma separação de fases do produto metanol produzido no reator de síntese de metanol 27, e os componentes em forma de gás separados são reconduzidos por uma recondução 30 total ou parcialmente de novo ao reator de síntese de metanol 27. Na recondução 30 calor é de novo aduzido ao componente em forma de gás reconduzido por meio do trocador de calor 17c.

[063] A fase líquida separada no recipiente 29 é aduzida a um reator de destilação ou retificação 31, em que da fase líquida é separada água, se desejado, contudo também álcoois de difícil ebulição, quando se deseja uma pureza maior do produto metanol a ser produzido. A demanda de calor necessária para a destilação ou retificação é coberta convenientemente por trocadores de calor, aos quais é aduzido vapor de derivação de menor valor do circuito de água/vapor 54 e/ou energia térmica desacoplada do calor residual do refervedor 9 ou então também de outras etapas do processo. Uma corrente de metanol (CH3-OH) 35 em forma de gás deixa o reator de destilação e/ou retificação, podendo especialmente seu valor de vaporização ser desacoplado em duas etapas de resfriamento finais (32a, 32b) por meio de trocadores de calor 32a, 32b para o treco de pré-aquecimento do circuito de água/vapor 54 e/ou de um pré-aquecimento de eduto.

[064] A água 33 descarregada do reator de destilação e/ou retificação pode ser aduzida a uma instalação especial de tratamento de água e/ou instalação de tratamento de água de alimentação do circuito de água/vapor 54 e, depois, aduzida à instalação de eletrólise 61 como eduto (água 34).

[065] O oxigênio resultante quando da eletrólise pode ser comprimido/compactado, caso desejado fluidificado e aduzido a um emprego.

[066] Da fig. 2 pode ser depreendida esquematicamente a associação e interconexão dos distintos dispositivos e instalações da usina elétrica de acordo com a invenção.

[067] A corrente produzida por meio de um gerador 70 com transformador eventualmente associado na usina elétrica 51 pode, de um lado, ser aduzida à rede de corrente 71 pública conectada, mas também à instalação de eletrólise 61, estando à instalação de eletrólise 61 ademais associadas baterias 72 e transformadores 73, que possibilitam uma armazenagem e transformação da corrente aduzida. Com a corrente produzida pelo gerador 70, contudo, pode ser suprido também um armazenador de calor 74 eletricamente aquecido, que produz, por exemplo, calor à distância, que pode ser emitido a uma rede de calor distante 75. Ao armazenador de calor 74 pode ademais ser aduzido vapor 76 proveniente do circuito de água/vapor 54 ou energia térmica dele desacoplada. A corrente produzida por meio do gerador 70 pode, contudo, também ser aduzida a uma instalação de compressão ou fluidificação de oxigênio 77, em que é processado oxigênio 79 resultante quando da eletrólise 61. O oxigênio comprimido ou fluidificado pode então ser armazenado em um armazenador de oxigênio 79, mas também aduzido a um emprego 80 ulterior. O oxigênio 78 produzido na instalação de eletrólise 61 pode, contudo, também ser aduzida ao produtor de vapor 1 como agente de oxidação. As distintas instalações ou dispositivos 61, 72, 74, 77 e 80 supridas com a corrente produzida pelo gerador 70 podem, contudo, também-ainda que isso não esteja representado na fig. 2-ser todas supridas com a corrente adquirida da rede de corrente 71, especialmente quando disponibilizada essa assim chamada corrente excedente. Especialmente, os dispositivos/instalações representados são de tal maneira interconectados entre si que a corrente produzida por meio do gerador 70 ou adquirida da rede de corrente 71 ser flexivelmente distribuída às distintas partes de dispositivo/instalação. A prioridade reside, contudo, então na produção de metanol, especialmente na produção de metanol por meio da instalação de síntese 60, de modo que a instalação de eletrólise 61 representa no cerne a instalação que reage de modo flexível, oportuno e rápido com variações de carga a requisições de regulagem de potência por parte da rede.

[068] À instalação de eletrólise 61 e à instalação de síntese 60 está associada uma purificação de água 81, em que a água a ser aduzida à instalação de eletrólise 61 e à instalação de síntese 60 é previamente purificada em correspondência aos requisitos desejados.

[069] Tanto à produção de metanol por meio do reator de síntese de metanol 27 como também à instalação de produção para produção de produtos derivados de metanol 82 estão respectivamente associados armazenadores, a saber, à instalação de síntese 60 um armazenador de metanol 83 e à instalação de produção 82 um armazenador de produto derivado de metanol 84. O calor residual resultante quando da produção de metanol na instalação de síntese 60 e quando da separação de CO2 na instalação de “Post Combustion Capture” 5 é novamente acoplado ao circuito de água/vapor 54, como indicado pelas setas 85 e 86.

[070] No total, a usina elétrica 51 de acordo com a invenção é flexibilizada pelas ligações de linha condutoras de corrente e condutoras de meio representadas nas figuras 1 e 2 com a modalidades operacionais com isso relacionadas e potências de produção ou conversão ajustáveis ou produtos de produção ou conversão produzíveis. Também os consumos de corrente ou consumos de potência de corrente das distintas partes de instalação, especialmente da instalação de eletrólise 61, contribuem para isso, na medida em que possibilitam funcionamentos ou modalidades operacionais da usina elétrica 51 adaptáveis à flexibilidade a distintos requisitos de potência e requisitos de regulagem de potência. Assim, a separação de CO2 pode de tal maneira ser regulada por meio da instalação PCC 5 e/ou da produção de hidrogênio por meio da instalação de eletrólise 61 que a carga mínima da usina elétrica 51 e da alimentação de corrente na rede de corrente 71 pode ser reduzida até 0 NWel. Quando para tanto, ademais, é ainda adquirida corrente adicional da rede de corrente 71, a alimentação da rede da usina elétrica 51 se torna então até mesmo negativa no total.

[071] A instalação de eletrólise 61 pode ademais ser de tal maneira projetada que a aquisição de corrente para a produção de hidrogênio seja de cinco a dez vezes maior do que a potência respectivamente atual do gerador 70 no estado de carga atual da usina de força 51.

[072] A instalação de separação de CO2 pode também ser projetada de tal maneira que até 95 % do dióxido de carbono ou corrente de dióxido de carbono produzida com o gás de combustão 43 seja separado e simultaneamente ou após uma separação intermediária em um armazenador de CO2 18 seja aduzido com retardamento de tempo a reatores químicos, especialmente ao reator de síntese de metanol 27 para produção de metanol ou produtos derivados de metanol.

[073] Os armazenadores previstos, armazenador de CO2, armazenador de hidrogênio 24, armazenador de metanol 83, armazenador de oxigênio 79 e armazenador de produto derivado de metanol 84 são executados como assim chamados armazenadores tampão, para se poder empregar os produtos aí armazenados como edutos para o subsequente processamento ulterior. O armazenador de hidrogênio 24 e/ou o armazenador de CO2 18 e/ou o armazenador de oxigênio 79 são executados de preferência como armazenadores de pressão e todos os armazenadores são equipados com uma capacidade, que armazenam as quantidades de produto necessárias para o ulterior processamento, de modo que os mesmos são armazenados por prazo curto ou mais longo, mas também podem ser, caso desejado, disponibilizados a curto prazo ao processo de produção associado.

[074] Ademais, a instalação de eletrólise 61 e/ou a instalação de separação de CO2 ou a instalação para produção de uma corrente de gás rica em CO2 e/ou os reatores químicos, especialmente o reator de síntese de metanol 27 apoiam a operação flexível da usina elétrica pela disponibilização de uma variação de carga rápida de tal maneira que é melhorada toda a capacidade de regulagem, especialmente a regulagem primária e secundária da usina elétrica com relação à alimentação de corrente ou a uma aquisição de corrente. A capacidade de variação de carga disponibilizada por essas instalações, especialmente, contudo pela instalação de eletrólise 61, leva a que a usina elétrica 51 possa ser então operada com um gradiente de variação de carga de 3 %/m até 10 até mais de 20%/m. Naturalmente também é possível prever adicionalmente ainda na usina elétrica produzir a energia renovável, como instalações fotovoltaicas ou instalações eólicas, que disponibilizem então igualmente a corrente produzida ao processo total.

[075] O calor respectivamente resultante ou requerido nos distintos processos nas instalações especificadas pode ser disponibilizado por correspondente interconexão de linha das distintas instalações ou processos parciais. Assim, é possível empregar calor de processo, especialmente na faixa de 30 a 150°C, que é retirado como calor residual da instalação “Post Combustion Capture” 5 e/ou como vapor de derivação do circuito de água/vapor 54, para pré- aquecimento de correntes de processo de um eletrolisador, especialmente da instalação de eletrólise 61, e/ou para aquecimento concomitante das mesmas e/ou para pré- aquecimento de edutos a serem convertidos no reator de síntese de metanol 27 e/ou para pré-aquecimento de água de alimentação no circuito de água/vapor 54 e/ou no reator de destilação e/ou de retificação. Calor residual proveniente do resfriamento de produtos no pré-aqueciemnto de eduto da eletrólise, de reatores ou da purificação de produtos, pode também ser de novo aduzido ao processo total. Também a água 33 obtida quando da destilação ou da retificação ou eventualmente água obtida em outro local do processo total de preferência após tratamento em uma purificação de água 81 pode ser aduzida de novo à instalação de eletrólise 61. O oxigênio resultante quando da eletrólise de água pode ser aduzida, ao menos, parcialmente a uma operação industrial vizinha e ali reduzir a descarga de instalações de decomposição de ar. Mas também é possível comprimir ao menos em parte o oxigênio resultante quando da eletrólise de água e enchê-lo em recipiente de pressão ou ao menos um armazenador de oxigênio 79 e/ou fluidificá-lo por um processo de resfriamento.

[076] A produção de hidrogênio e/ou outras partes de instalação, especialmente as partes de instalações elétricas, são de tal maneira dimensionadas que ao menos por curto tempo na faixa de minutos, de preferência até mais de 30 minutos, pode ser aumentado o consumo elétrico para mais de 100 % do valor de projeção, de preferência até mais de 120 a 200 %. Além disso, as baterias 72 adicionalmente instaladas são de tal maneira dimensionadas que ao menos por curto tempo na faixa de segundos, de preferência também até mais de minutos, o consumo elétrico ou a alimentação elétrica pode ser aumentada para mais de 100 % do valor projetado, de preferência até mais de 150 a 300 %.

[077] Pode ainda ser previsto que seja instalado um aquecimento de água elétrico e/ou produção de vapor no processo total ou na usina elétrica 51, que, de um lado, com relação a seu consumo de corrente, contribua para a flexibilização da usina elétrica 15 e cujo calor produzido (água quente ou vapor) possa ser aduzido a um ou vários armazenadores de calor. Especialmente, portanto, na usina elétrica é também previsto que esteja integrada uma armazenagem de calor em forma de água, vapor ou sólidos ou líquidos como sais. O calor produzido ou armazenado pode ser aproveitado para a secagem do combustível empregado, especialmente da linhita prevista no exemplo de execução, na medida em que calor residual dos processos parciais ou de uma derivação de turbina (jogo turbo) é empregado para secagem de linhita ou outros combustíveis.

[078] Na figura 1 estão contidas as seguintes abreviaturas:: GO = fase gasosa, FP = fase líquida, HDV = pré-aquecimento de alta pressão, NDV = pré-aquecimento de baixa pressão, Hd = turbina de alta pressão, MD = turbina de pressão média e Nd = turbina de baixa pressão.

[079] Finalmente também pode ser previsto que uma parte dos produtos de reação produzidos especialmente com a instalação de síntese 60, isto é, metanol ou um produto derivado de metanol, seja armazenada no local da usina elétrica e aduzida como combustível de partida e/ou como combustível de apoio e/ou como combustível principal ao menos temporariamente aos queimadores do produtor de vapor 1 e ali queimada.

[080] Um uma corrente de gás rica em CO2 no âmbito deste pedido se entende uma corrente de gás que apresenta uma fração de ao menos 12, especialmente ao menos 30, por cento em peso ou por cento em volume de CO2.

[081] Resumindo se pode constatar que a invenção parte da consideração de que em usinas de força, que ademais deveriam ser desligadas, pelo aumento da própria demanda de energia por meio da separação de CO2 (especialmente demanda de vapor para o aquecimento do reaquecendo (9) e por meio de uma produção de metanol por uma instalação de síntese 60 (demanda de corrente para a eletrólise), pode ser aumentado o aproveitamento das capacidades de usina elétrica existentes na medida em que também em tempos de fraca demanda a usina elétrica pode ser operada com uma carga maior do que seria necessário para a mera produção de corrente. No resultado final, a usina elétrica pode então ser operada com um número maior de horas de carga plena, pois é projetada precisamente não apenas para a produção de corrente, mas sim também para a produção de metanol ou para a produção de produtos derivados de metanol. A invenção parte ainda da consideração de que a maior velocidade de variação de carga da instalação de eletrólise 61, em comparação com a velocidade de variação de carga possível da usina elétrica, pode ser aproveitada para oferecer um serviço de regulagem nitidamente mais rápido em comparação com a rede de corrente pública conectada. Com uma regulagem de potência controlada ou requerida por parte da rede de corrente a instalação de eletrólise 41 pode ser inicializada ou desligada relativamente rápido e em curto prazo, de modo que assim ao produtor de vapor ou à usina elétrica é dado ao todo mais tempo para proceder a uma variação de carga, ou até mesmo é evitado que seja necessária uma variação de carga da parte de usina elétrica propriamente dita, isto é, uma adaptação de potência do produtor de vapor 1. Finalmente, a invenção parte da consideração de que com a invenção é possível evitar que em tempos de fraca demanda a usina elétrica precise ser totalmente desligada. Sempre pode ser ainda projetado para que a instalação de eletrólise 61 e a produção de metanol 60 com carga mínima da usina elétrica adquiram ou consumam corrente suficiente e não seja necessária uma emissão de corrente para a rede.

[082] Casos limite da projeção de acordo com a invenção de uma usina elétrica são, de um lado, usinas elétricas de linhita, que atualmente produzem potência elétrica (ainda) muito favorável em custos. Uma tal usina elétrica sempre pode funcionar com a invenção para 100 % de carga (carga plena), mesmo quando a rede de corrente não consuma a potência elétrica produzida em forma de corrente. A corrente não consumida pode ser utilizada na instalação de eletrólise para a produção de hidrogênio. O outro caso limite é constituído por usinas elétricas de hulha, que hoje em dia precisam ser operadas com uma carga mínima, pois senão seria necessário um tempo demasiado longo para uma reinicialização, ou que devem manter disponível uma potência de gerador especial para fins de regulagem. Em usinas elétricas de hulha equipadas de acordo com a invenção a carga mínima pode então ser (super) absorvida e a corrente produzida utilizada par a produção de hidrogênio na instalação de eletrólise 61, sem que a usina elétrica precise ser tomada da rede, de modo à rede continua disponível para apoio de regulagem sua massa inerte, rotativa (especialmente a do gerador).

[083] Nessa medida é possibilitada uma flexibilização da operação de uma usina elétrica, pois a usina elétrica 51 propriamente dita pode continuar variando lentamente sua carga, mas a carga utilizada pela instalação de eletrólise 61 e pela instalação de síntese 60 se encontra disponível para a regulagem.

[084] No total, pelas possibilidades de regulagem anteriormente mencionadas pode ser melhorada a economicidade de uma usina elétrica (mais horas de plena carga, prestação de serviços de rede sempre disponibilizada, produto adicional “combustível” (metanol e produtos derivados de metanol)).

[085] Na presente invenção é então vantajoso que não ocorra uma gaseificação precedente de produtos para a produção de metanol ou produtos derivados de metanol, mas sim para isso seja utilizada a combustão de combustível contendo carbono no produtor de vapor 1 de uma/da usina elétrica 51. A invenção ser caracteriza por pequenos custos de investimento quando da reequipagem de usinas elétricas já existentes, pelo aumento da economicidade de instalações existentes quando da reequipagem bem como por uma elevada segurança operacional e confiabilidade da síntese de metanol, que é empregada quando da combustão de CO2 resultante no produto de vapor 1 e H2 produzido por uma eletrólise. Também em instalações novas a solução de acordo com a invenção representa uma melhora da flexibilidade, do tempo de aproveitamento da instalação e da economicidade.

[086] Na usina elétrica esquematicamente representada na fig. 1, por exemplo, quando da operação de uma usina elétrica de 670 MWel a 30 % de carga são necessários 45 kg/s de combustível (poder calorífico 10,5 MJ/kg), produzida 190 Mel de corrente, separado 15% do CO2 contido no gás de combustão e produzido 1,1 kg/s de hidrogênio eletroliticamente. Disso são produzidos cerca de 6 kg/s de metanol o que corresponde a uma eficiência de conversão de carbono do combustível para o produto metanol de cerca de 27 % e um grande de eficácia de mais de 60 % (corrente para poder calorífico do metanol).

[087] Se essas quantidades de produto fossem produzidas respectivamente em 90 % das horas de operação por ano dessa usina elétrica, a custos de combustível subordinados no montante de 10 €/t bem como receita de 400 €/t de metanol, se poderia obter faturamento de 60 milhões de Euros. Além disso, a usina elétrica pode gerar receitas adicionais por uma maior produção de corrente, uma regulagem primária/secundária quase o ano todo. Finalmente, também são possíveis receitas por “Demand Side-Management” por meio da instalação de eletrólise. Especialmente, a própria instalação de eletrólise 61 pode funcionar essencialmente mais rápida do que a usina elétrica em todo tempo a cargas entre 0 e até mais de 200 MW, eventualmente até 400 MW (sobrecarga apenas por curto tempo), de modo que podem ser prestados serviços de rede adicionais.

[088] Disso resulta que a flexibilização de acordo com a invenção da usina elétrica 51 tem uma influência positiva sobre a operação da usina elétrica 51 tecnicamente como economicamente.

Claims

1. Usina elétrica (51), que apresenta um produtor de vapor de grande porte (1), equipado com queimadores alimentados a combustível contendo carbono e/ou com uma turbina a gás, e conectado a um circuito de água/vapor (54), o referido gerador compreendendo ao menos um jogo turbo (58) ativado a vapor com ao menos um gerador (70) conectado, sendo que uma corrente de gás residual (53) contendo CO2 é produzida no gerador de vapor de grande porte (1) equipado com os queimadores alimentados a combustível contendo carbono, e a referida usina compreende ao menos um dispositivo para geração de uma corrente de gás rica em CO2, e que a referida usina está conectada a uma rede de corrente pública (71) com sua parte geradora de corrente, compreendendo o, ao menos, um gerador (70), e disponibilizando a potência regulada, em que a emissão de potência elétrica da parte geradora de corrente da usina elétrica (51) à rede de corrente (71) é sujeita a uma regulagem de potência controlada por parte da rede de corrente, especialmente uma regulagem primária e/ou regulagem secundária e/ou regulagem terciária e/ou regulagem quaternária, CARACTERIZADA pelo fato de que a usina elétrica (51) compreende ao menos uma instalação de eletrólise (61) para produção de hidrogênio (H2) e ao menos uma instalação de síntese (60) para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos frações de CO2 da corrente de gás rica em CO2 e do hidrogênio produzido na instalação de eletrólise (61), e que o, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2 e a, ao menos, uma instalação de eletrólise (61) para produção de hidrogênio (H2) e a, ao menos, uma instalação de síntese (60) para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos frações de CO2 da corrente de gás rica em CO2 e do hidrogênio produzido na instalação de eletrólise (61) são conectados e interconectados entre si em termos de circuitos por meio de linhas conduzindo corrente e por meio de linhas conduzindo meio de tal maneira que a corrente produzida pela usina elétrica (51) enquanto a usina elétrica (51) é operada pode ser utilizada total ou parcialmente, opcionalmente, para operação de um, de vários ou de todos esses grupos de dispositivos e instalações consistindo no, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2, na, ao menos, uma instalação de eletrólise (61) para produção de hidrogênio (H2) e na, ao menos, uma instalação de síntese (60) para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol.

2. Usina elétrica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a, ao menos, uma instalação de eletrólise (61) para produção de hidrogênio (H2) ou uma pluralidade de instalações de eletrólise (61) para produção de hidrogênio (H2) e/ou o ao menos um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2, ou uma pluralidade de dispositivos para produção de corrente de gás rica em CO2 e/ou o ao menos uma instalação de síntese (60) para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos frações da corrente de gás rica em CO2 ou uma pluralidade de instalações de síntese (60) para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos frações da corrente de gás rica em CO2 com relação à sua respectiva capacidade de consumo de potência ou corrente e à sua capacidade de produção de hidrogênio ou em relação à sua capacidade de consumo de corrente ou potência e à sua potência de produção ou conversão é/são projetadas e instaladas na usina elétrica em termos de regulagem de tal forma que seu consumo de potência ou de corrente e produção de hidrogênio pode ser inicializado ou desligado em curto tempo, de preferência na faixa de minutos, em resposta a uma requisição de regulagem de potência por parte na usina elétrica (51) da rede de corrente.

3. Usina elétrica, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADA pelo fato de que a, ao menos, uma instalação de eletrólise (61) para produção de hidrogênio (H2) ou a pluralidade de instalações de eletrólise (61) para produção de hidrogênio (H2) e o ao menos um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2 ou a pluralidade de dispositivos para produção de uma corrente de gás rica em CO2 e a, ao menos, uma instalação de síntese (60) para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 ou a pluralidade de instalações de síntese (60) para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 com relação a sua respectiva capacidade de consumo de potência ou de corrente e sua respectiva capacidade de produção ou conversão é/são projetadas e unidas entre si em técnica de regulagem na usina elétrica de tal maneira que pode ser inicializado ou desligado em curto prazo, de preferência na faixa de minutos, em resposta a uma requisição de regulagem de potência na usina elétrica (51) da rede de corrente ligada em cada caso à sua respectiva capacidade de consumo de corrente ou potência e sua potência de produção ou conversão, e que a usina elétrica (51) é adaptável à requisição de potência variada em termos de uma requisição de potência da rede de corrente, em que o gradiente de variação de carga pode ser na faixa de 3 %/min-30%/min.

4. Usina elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADA pelo fato de que a, ao menos, uma instalação de eletrólise (61) para produção de hidrogênio (H2) ou a pluralidade de instalações de eletrólise (61) para produção de hidrogênio (H2) e o, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2 ou a pluralidade de dispositivos para produção de uma corrente de gás rica em CO2 e a, ao menos, uma instalação de síntese (60) para produção de metanol e/ou de produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 ou a pluralidade de instalações de síntese (60) para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 relativamente a sua respectiva capacidade de consumo de potência ou corrente e sua respectiva potência de produção ou conversão são projetadas para serem individualmente reguláveis e ajustáveis e/ou relativamente a seu respectivo consumo de potência ou corrente e/ou sua respectiva potência de produção ou conversão é/são projetadas, especialmente em resposta a uma requisição de regulagem de potência por parte da rede à usina elétrica (51), de tal maneira que são sujeitadas a uma requisição de capacidade de consumo de potência ou corrente, em um curto tempo, na faixa de minutos, de preferência por um período de até 30 minutos, em que a referida requisição de consumo é 100-300 %, de preferência 150-200 %, do valor de projeção normal ou operação normal da respectiva instalação (60, 61) ou dispositivo.

5. Usina elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADA pelo fato de que a, ao menos, uma instalação de síntese (60) para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol ou a pluralidade de instalações de síntese (60) para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol é/são capacitivamente projetadas no total de tal maneira que com isso 10-50 % em peso, especialmente 30-40 % em peso, de preferência 35 % em peso, do CO2 resultante com carga total da usina elétrica (51) e contido na corrente de gás residual rica em CO2 (53) pode ser convertido em metanol e/ou um produto derivado de metanol e/ou relativamente a seu respectivo consumo de potência ou corrente e a respectiva potência de produção ou conversão são capacitivamente projetadas de tal maneira que o máximo de corrente elétrica que pode ser produzida com carga plena e/ou potência máxima da usina elétrica (51) possa ser utilizada para a produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol.

6. Usina elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADA pelo fato de que o, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2 ou a pluralidade de dispositivos para produção de uma corrente de gás rica em CO2 compreende(m) ou consiste(m) em ao menos uma instalação de separação de CO2, especialmente uma instalação “Post Combustion Capture (PCC)” (5) e/ou um ou vários queimadores ou dispositivos de queimadores, operados pelo processo “oxyfuel”, do produtor de vapor de grande porte (1) com instalação de separação de CO2 associada.

7. Usina elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADA pelo fato de que a, ao menos, uma instalação de eletrólise (61) para produção de hidrogênio (H2) ou a pluralidade de instalações de eletrólise (61) para produção de hidrogênio (H2) e o, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2 ou a pluralidade de dispositivos para produção de uma corrente de gás rica em CO2 e a, ao menos, uma instalação de síntese (60) para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 ou a pluralidade de instalações de síntese (60) para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 com relação a sua capacidade de consumo de potência ou corrente e sua potência de produção ou conversão são de tal maneira projetados, como eles são operados, a usina elétrica (51) pode ser operada em uma operação com sua carga mínima necessária sem alimentação de corrente na rede de corrente (71).

8. Usina elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADA pelo fato de que a usina elétrica (51) é executada como uma queda de corrente para a rede de corrente pública (71) conectada, sendo que a, ao menos, uma instalação de eletrólise (61) para produção de hidrogênio (H2) ou a pluralidade de instalações de eletrólise (61) para produção de hidrogênio (H2) e o, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2 ou a pluralidade de dispositivos para produção de uma corrente de gás rica em CO2 e a, ao menos, uma instalação de síntese (60) para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente rica em CO2 ou a pluralidade de instalações de síntese (60) para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente rica em CO2 com relação a seu consumo de potência ou corrente e sua potência de produção ou conversão são no total, de tal maneira, projetados e interligados com a rede de corrente (71) de tal maneira que eles podem ser operados com corrente excedente adquirida da rede de corrente (71).

9. Usina elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADA pelo fato de que a, ao menos, uma instalação de eletrólise (61) para produção de hidrogênio (H2) ou a pluralidade de instalações de eletrólise (61) para produção de hidrogênio (H2) e o, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2 ou a pluralidade de dispositivos para produção de uma corrente de gás rica em CO2 e a, ao menos, uma instalação de síntese (60) para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 ou as várias instalações de síntese (60) para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 estão ligados e interconectados com a rede de corrente pública (71) como uma carga desligável.

10. Usina elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, CARACTERIZADA pelo fato de que a, ao menos, uma instalação de eletrólise (61) para produção de hidrogênio (H2) ou a pluralidade de instalações de eletrólise (61) para produção de hidrogênio (H2) e o, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2 ou a pluralidade de dispositivos para produção de uma corrente de gás rica em CO2 e a, ao menos, uma instalação de síntese (60) para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 ou as várias instalações de síntese (60) para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 na faixa de calor residual resultante de 30400°C, de preferência na faixa de 30-150°C, ocorrendo enquanto esta/estas instalações (60, 61) e/ou dispositivo(s) está/estão operando, está/estão unido(s) em linha por ao menos uma linha condutora de calor residual, com um pré-aquecimento da água de alimentação do circuito água/vapor (54) e/ou um pré-aquecimento de uma instalação de separação de CO2, especialmente uma instalação “Post Combustion Capture (PCC)” (5) e/ou um pré-aquecimento de ao menos um dos edutos empregados e/ou produtos produzidos na usina elétrica (51).

11. Usina elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, CARACTERIZADA pelo fato de que a, ao menos, uma instalação de eletrólise (61) para produção de hidrogênio (H2) ou a pluralidade de instalações de eletrólise (61) para produção de hidrogênio (H2) com relação a sua capacidade de produção e/ou conversão é/são de tal maneira projetada(s) que com a quantidade de hidrogênio que pode ser produzida toda a fração de CO2 da corrente de gás residual (53) resultante durante a combustão de combustível (50) contendo carbono nos queimadores do produtor de vapor de grande porte (1) e/ou todo o CO2 separado na, ao menos, uma instalação de separação de CO2 (5) na ou nas instalações de síntese (60) para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol pode ser convertida em metanol ou um produto derivado de metanol.

12. Usina elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, CARACTERIZADA pelo fato de que um armazenador de eduto e/ou produto está associado a cada um dos dispositivos ou instalações do grupo que consiste em ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2, a, ao menos, uma instalação de eletrólise (61) para produção de hidrogênio (H2) e a, ao menos, uma instalação de síntese (60) para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol, especialmente um armazenador de hidrogênio (24) e/ou um armazenador de oxigênio (79) é/são associados à instalação de eletrólise (61) e o dispositivo armazenador de CO2 (18) é associado ao dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2

13. Processo para a operação flexível de uma usina elétrica (51), conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 12, CARACTERIZADO pelo fato de que o, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2 e a, ao menos, uma instalação de eletrólise (61) para produção de hidrogênio (H2) e a, ao menos, uma instalação de síntese (60) para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos frações de CO2 da corrente de gás rica em CO2 e do hidrogênio produzido na instalação de eletrólise (61) são ligados e interconectados entre si com linhas condutoras de corrente e condutoras de meio, de modo que a corrente produzida por parte da usina elétrica (51) quando da operação da usina elétrica pode ser utilizada total ou parcialmente, opcionalmente, para operação de um, de vários ou de todos esses grupos de instalações e dispositivos consistindo no, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2, na, ao menos, uma instalação de eletrólise (61) para produção de hidrogênio (H2) e na, ao menos, uma instalação de síntese (60) para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol.

14. Processo, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que o consumo de potência ou corrente e a produção de hidrogênio da, ao menos, uma instalação de eletrólise (61) para a produção de hidrogênio (H2) ou a pluralidade de instalações de eletrólise (61) para a produção de hidrogênio (H2) é/são inicializados ou desligados por curto tempo, de preferência na faixa de minutos, em resposta a uma requisição de regulagem/ajuste de potência na usina elétrica (51) da rede de corrente.

15. Processo, de acordo com reivindicação 13 ou 14, CARACTERIZADO pelo fato de que a respectiva capacidade de consumo de potência/corrente e potência de produção ou conversão do, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2 ou da pluralidade de dispositivos para produção de uma corrente de gás rica em CO2 e/ou da, ao menos, uma instalação de síntese (60) para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 ou a pluralidade de instalações de síntese (60) para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 é/são inicializados ou desligados em curto tempo, de preferência na faixa de minutos, em resposta a uma requisição de regulagem de potência na usina elétrica (51) da rede de corrente.

16. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 15, CARACTERIZADO pelo fato de que a, ao menos, uma instalação de eletrólise (61) para produção de hidrogênio (H2) ou a pluralidade de instalações de eletrólise (61) para produção de hidrogênio (H2) e o, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2 ou a pluralidade de dispositivos para produção de uma corrente de gás rica em CO2 e a, ao menos, uma instalação de síntese (60) para produção de metanol e/ou de produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 ou as várias instalações de síntese (60) para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 relativamente a sua respectiva capacidade de consumo de potência ou corrente e sua respectiva potência de produção ou conversão são individualmente ativadas e controladas.

17. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 16, CARACTERIZADO pelo fato de que a, ao menos, uma instalação de eletrólise (61) para produção de hidrogênio (H2) ou a pluralidade de instalações de eletrólise (61) para produção de hidrogênio (H2) e o, ao menos, um dispositivo para produção de uma corrente de gás rica em CO2 ou uma pluralidade de dispositivos para produção de uma corrente de gás rica em CO2 e a, ao menos, uma instalação de síntese (60) para produção de metanol e/ou de produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 ou a pluralidade de instalações de síntese (60) para produção de metanol e/ou produtos derivados de metanol de ao menos partes da corrente de gás rica em CO2 são conectadas e interconectadas com a rede de corrente pública (71) como um carga desligável.