DD230895A1 - Verfahren und einrichtung zur gewinnung und speicherung von energie aus abwaerme, insbesondere in kraftwerken - Google Patents

Abstract

Verfahren und Einrichtung zur Gewinnung und Speicherung von Energie aus Abwaerme, insbesondere in Kraftwerken. Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Gewinnung und Speicherung von Elektroenergie aus Abwaerme, insbesondere in Kraftwerken, bei dem im Gegendruckbetrieb Abwaerme ueber Thermogeneratoren in Energie umgewandelt wird. Ziel der Erfindung ist es, eine bessere Ausnutzung der eingesetzten Brennstoffe durch Energiedirektumwandlung zu erreichen. Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, Abwaerme mit einem moeglichst hohen Wirkungsgrad ueber Thermogeneratoren in Energie umzuwandeln, die sich auf einfache Weise zur vielseitigen und umweltfreundlichen Nutzung speichern laesst. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass die ueber Thermogeneratoren gewonnene elektrische Energie durch Wasserelektrolyseure in chemische Energie umgewandelt und gespeichert wird. Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich vorzugsweise auf Kraftwerke. Figur

Description

Titel der Erfindung

Verfahren und Einrichtung zur Gewinnung und Speicherung von Energie aus Abwärme, insbesondere in Kraftwerken

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Anwendungsgebiet erstreckt sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Gewinnung und Speicherung von Energie aus Abwärme, insbesondere in Kraftwerken, bei denen im Ge-' gendruckbetrieb Abwärme über Thermogeneratoren in Energie umgewandelt wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösung

Gegenwärtig wird noch der größte Teil aller auf der Welt erzeugten Elektroenergie aus Wärmeenergie gewonnen. Die Stromerzeugung in den Kraftwerken erfolgt vorwiegend auf der Basis sich aufbrauchender Brennstoffe, wie Kohle, Erdöl oder Erdgas und geschieht vorzugsweise mittels Dampfturbinen im Kondensationsbetrieb.

Bei dieser Betriebsart muß aber der größte Teil der Verdampfungswärme nutzlos an die Umgebung abgeführt v/erden, so daß große Energieverluste zu verzeichnen sind. Dies ist auch in Kernkraftwerken, die unter gleichen Bedingungen arbeiten, der Fall.

Eine bessere Ausnutzung der Brennstoffe wird durch Einsatz der Kraft-Wärmekupplung, das heißt im Gegendruckbetrieb

angestrebt. Hier können die im Kondensationsbetrieb nutzlos abgeführten Wärmemengen für entsprechende angeschlossene Tfärmeverbraucher genutzt werden.

Der Gegendruckbetrieb kann aber nur dort ökonomisch und sinnvoll eingesetzt werden, wo an Ort und Stelle entsprechende Wärmeverbraucher vorhanden sind.

Deshalb wurde im WP 47 016 ein Verfahren zur Speicherung von Wärme und Kälte in Verbindung mit Thermostromerzeugern vorgeschlagen, bei dem Thermobatterien als Energie- . direktumwandler den Gegendruckbetrieb ermöglichen und aus Abwärme hochwertige Elektroenergie gewonnen werden kann. Bei diesem Verfahren wird Abwärme in Porm von Dampf niederer Temperatur auf eine höhere Temperatur gebracht als heißes Wasser und die im Gegendruckbetrieb über den Frischdampf erzeugte Kälte als Kühlsole gespeichert und über einen Thermοgenerator in elektrische Energie umgewandelt und ins Netz gespeist.

Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist so aufgebaut, daß der aus einem Kessel strömende Dampf einer Turbine zugeführt wird, die einen Generator antreibt, der den erzeugten Strom an beliebige Verbraucher abgibt. In der Turbine wird der Dampf auf den vorgesehenen Druck entspannt.

Der Abdampf der Turbine gelangt in eine Wärmepumpe und der Abdampf einer weiteren Turbine wird als Treibdampf für die genannte Wärmepumpe und zur Aufheizung des Abdampfes benutzt. Die von der Wärmepumpe auf ein höheres Temperaturniveau gebrachten Abdampfmengen werden einem Wärmeaustauscher zugeführt. Während die im Dampf enthaltene Wärme, abzüglich der Kondensatwärme, dem Dampf entzogen und in einem Heißwasserspeicher gespeichert wird, gelangt das im Wärmeaustauscher anfallende Kondensat in den Kessel zurück. Die im Heißwasserspeicher gespeicherte 7/ärme wird der zu beheizenden Seite eines Thermostromerzeugers zugeführt.

Gleichzeitig müssen aber auch, der zu kühlenden Seite des Thermostromerzeugers größere Wärmemengen entzogen werden. Dies geschieht, indem von der Gegendruckturbine eine mechanische Wärmepumpe angetrieben wird, die einem Verdampfer laufend Wärme entzieht. Diese Wärmemengen werden auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und einem Kondensator zugeführt. Durch den Wärmeentzug im Verdampfer wird in einem Kühlsolespeicher Kälte gespeichert, die für die zu kühlende Seite des Thermostromerzeugers zur Verfügung steht. Der im Thermostromerzeuger erzeugte Gleichstrom wird durch einen Stromrichter in Drehstrom umgeformt und dem Stromnetz zugeführt ·

Obwohl durch das vorgenannte Verfahren und die zur Durchführung desselben aufgezeigte Einrichtung eine wesentlich bessere Ausnutzung der Brennstoffe ermöglicht, indem dur'ch Speicherung von Wärme und Kälte über einen Thermostromer-. zeuger dem Stromnetz wieder Energie zugeführt werden kann, besitzt es noch einige wesentliche Nachteile. Die Speicherung von Wärme und Kälte erfordert hohe Kosten, was die Speichermöglichkeit begrenzt. Außerdem hat sich die Anwendung von Thermοgeneratoren als Energiedirektumwandler in Kraftwerken noch nicht durchgesetzt, da die bekannten Thermoelemente eine zu geringe Spannung bringen und damit noch nicht leistungsfähig genug sind. Zur Speisung der auf diese Art zurückgewonnenen Energie in das Stromnetz ist deshalb ein zu hoher Aufwand für · die Thermogeneratoren erforderlich.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine bessere Ausnutzung der, .insbesondere in Kraftwerken anfallenden Abwärme durch Snergiedirektumwandlung zu erzielen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

- Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Gewinnung und Speicherung von Energie aus Abwärme, insbesondere in Kraftwerken, bei denen im Gegendruckbetrieb Abwärme über Thermogeneratoren. in Energie umgewandelt wird, zu schaffen, mit dem die Abwärme mit einem hohen Wirkungsgrad über Thermogeneratoren in Energie umgewandelt wird, die sich auf einfache Weise speichern läßt.

- Merkmale der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die über dem Ihermogenerator gewonnene elektrische Energie durch Wasserelektrolyse in chemische Energie umgewandelt und zur vielseitigen Weiterverwendung gespeichert wird. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens so aufgebaut, daß der Ihermogenerator mit einem Wasserelektrolyse^: verbunden ist, dem, neben einem Wasserzufuhrbehälter, ein Wasserstoffspeicher, ein Sauerstoffspeicher und ein Speicher für schweres Wasser zugeordnet ist.

Vorzugsweise kann dem Thermogenerator auch ein Gleichstrom- . verteiler zugeordnet sein, an dem sich mehrere Wasserelektrolyseure anschließen lassen.

Durch das erfindungsgernäße Verfahren und die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird, insbesondere in Kraftwerken, eine wesentlich bessere Ausnutzung der eingesetzten Brennstoffe erreicht. Da die Zellenspannung für die Wasserelektrolyse sehr niedrig sein kann, ergibt sich, bei sehr hoher Stromausbeute, ein einfacher Aufbau des Thermogenerators mit.einer verhältnismäßig geringen Zahl an Thermoelementen. Darüber hinaus läßt sich die aus der Wasserelektro-

lyse gewonnene Energie in Druckbehältern oder Gasometern für einen späteren Verbrauch auch sehr wirtschaftlich speichern.

Dadurch können aus Gasometern große Mengen von Hg und Og und aus Druckbehältern kleinere Mengen al3 Flüssiggas, Druckgas oder angereichertes Druckgas abgegeben werden. Auch für Heizzwecke ist eine Nutzung möglich. Die Verbrennung von H₂ und O₂ geschieht ohne Schadstoffentwicklung und somit ohne Umweltverschmutzung. Verbrennungsrückstand ist dabei Trinkwasser. Das außerdem gewonnene schwere Wasser DgO kann preisgünstig an Kernkraftwerke abgegeben v/erden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

In der zugehörigen Zeichnung ist der Aufbau der Einrichtung aufgezeigt.

In der Erläuterung der Wirkungsweise der Einrichtung wird im folgenden auch der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.

Aus einem Dampfkessel 1, dem der entsprechende Brennstoff zugeführt wird, strömt nach der einen Seite Dampf in eine Gegendruckturbine 2. Die Gegendruckturbine 2 treibt einen Drehstromgenerator 3 an, der den erzeugten Strom direkt in das Hetz abgibt. Gleichzeitig strömt vom Dampfkessel 1 aus nach der anderen Seite Dampf in eine Gegendruckturbine 4. Die Gegendruckturbine 4 dient zum Antrieb einer Wärmepumpe 5· Der Abdampf aus der Gegendruckturbine 2 gelangt in einen Wärmeaustauscher 5. Von der Gegendruckturbine 4 strömt Abdampf, dessen Temperatur höher ist als die des Abdampfes, von der Gegendruckturbine 2 ebenfalls in den Wärmeaustauscher 6 und bewirkt dort eine Temperaturerhöhung des von der Gegendruckturbine 2 kommenden Ab-

dampfes. Tom Y/ärmeaustauscher 6 gelangt das auf höhere Arbeitstemperatur gebrachte Arbeitsmittel zur' heißen Seite 7 eines Thermogenerators 8 und von da aus in den Wärmeaustauscher 6 zurück. Die Heizung der heißen Seite 7 des Therxnogenerators 8 erfolgt in einem geschlossenen, wärmeisolie-'renden Kreislauf. Die Wärmepumpe 5 steht mit der zu kühlenden Seite 9 des Thermogenerators 8 in Verbindung. Auch die Kühlung der zu kühlenden Seite 9 des Thermogenerators 8 läuft in einem kälteisolierenden-Kreislauf ab. Durch die Temperaturdifferenz zwischen der heißen Seite 7 und der kalten Seite 9 des Thermogenerators 8 entsteht in den Thermoelementen des Thermogenerators 8 Gleichstrom, dessen Spannung und Stromstärke vom konstruktiven Aufbau des Thermogenerators 8 abhängt. Der im Thermogenerator 8 erzeugte Gleichstrom gelangt direkt oder über einen Gleichstromverteiler 10 in einen Wasserelektrolyse^ 11. Das Zwischenschalten eines Gleichstromverteilers 10 ermöglicht den Anschluß mehrerer 7/asserelektrolyseure 11.Im Ausführungsbeispiel ist zur Erläuterung der Einrichtung nur ein Wassereiektrolyseur 11 angeschlossen. Zur Durchführung der Wasserelektrolyse wird dem Wasserelektrolyseur 11 das erforderliche Wasser aus einem Wasserzuführbehälter 12 zugeführt. Nach Durchführung der Wasserelektrolyse im Wasserelektrolyseur 11, für die nur eine geringe Spannung benötigt und bei der die elektrische in chemische Energie umgewandelt wird, erfolgt die Speicherung der neu gewonnenen Energieträger in einen Wasserstoffspeicher 13» einen Sauerstoffspeicher 14 und einen Speicher 15 für schweres.Wasser. Aus diesen Speichern kann zu beliebiger Zeit und für verschiedene Zwecke Energie entnommen werden.

Claims (3)

Srfindungsanspruch

1. Verfahren zur Gewinnung und Speicherung von Energie aus Abwärme, insbesondere in Kraftwerken, bei dem im Gegendruckbetrieb Abwärme über Thermogeneratoren in Energie umgewandelt wird, gekennzeichnet dadurch, daß die über dem Thermogenerator gewonnene elektrische Energie durch Wasserelektrolyse in chemische Energie umgewandelt und zur vielseitigen Verwendung gespeichert wird.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, bei der vom Dampfkessel einmal Dampf in eine Gegendruckturbine gelangt, die über einen Generator Elektroenergie direkt ins Netz abgibt und zum anderen Dampf an eine weitere Gegendruckturbine abgegeben wird, die zum Antrieb einer Wärmepumpe dient, die mit dem Kühlkreislauf der kalten Seite des Thermogenerators verbunden ist und deren Abdampf in einen Wärmeaustauscher strömt, der außerdem Abdampf von der ersten Gegendruckturbine aufnimmt und in einem Wärmekreislauf eingeordnet ist, der eine Verbindung zur heißen Seite des Ihermogenerators besitzt, gekennzeichnet dadurch,

daß"der Thermogenerator (3) mit einem Wasserelektrolyseur (11) verbunden ist, dem, neben einem Wasserzufuhrbehälter (12), ein Wasserstoffspeicher (13)> ein Sauerstoffspeicher (14) und ein Speicher (15) für schweres Wasser zugeordnet ist.

3· Einrichtung nach Punkt 2,
gekennzeichnet dadurch,

daß dem Thermogenerator (S) ein Gleichstromverteiler (10) zugeordnet ist, an dem mehrere Wasserelektrolyseure (11) angeschlossen werden können.

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