DE102004046701A1 - Regeneratives Energiesystem - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein regeneratives Energiesystem, bestehend aus einem ersten Energieerzeuger und einem zweiten Energieerzeuger. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, die Umweltverträglichkeit von elektrischen Inselnetzwerken zu verbessern. DOLLAR A Es wird ein regeneratives Energiesystem, mit einem ersten Energieerzeuger, dessen Energieerzeugung vom Wetter und/oder Sonnenstand abhängig ist, wobei der erste Energieerzeuger einen Generator aufweist, mittels dem elektrische Energie erzeugt wird, welche in ein elektrisches Netz gespeist wird, an dem mehrere Verbraucher angeschlossen sind, und einem zweiten Energieerzeuger, der einen Generator und einen damit verbundenen Verbrennungsmotor aufweist, wobei der zweite Energieerzeuger einen Tank mit Brennstoff aufweist, der dem Verbrennungsmotor bei Bedarf zuführbar ist, wobei eine Anlage zur Erzeugung des Brennstoffs aus nachwachsenden Rohstoffen ausgebildet ist und die Brennstofferzeugungsanlage elektrische Energie zu ihrem Betrieb von dem ersten Energieerzeuger bezieht, insbesondere dann, wenn der erste Energieerzeuger mehr elektrische Energie erzeugen kann als die am Netz angeschlossenen Verbraucher verbrauchen, vorgesehen.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein regeneratives Energiesystem, bestehend aus einem ersten Energieerzeuger und einem zweiten Energieerzeuger.
  • Grundsätzlich sind zwar schon elektrische Inselnetze bekannt, bei welchen wie in DE 100 44 096.7 oder 102 10 099.3 ein regenerativer Energieerzeuger, z. B. ein Windpark, ausgebildet ist und auch ein Verbrennungsmotor als zweiter Energieerzeuger vorgesehen ist, aber dort bezieht der Verbrennungsmotor seinen Brennstoff von einer externen Quelle, z. B. aus einer üblichen Dieselproduktion, bei der aus einem fossilen Brennstoff z. B. Erdöl oder Diesel produziert wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Umweltverträglichkeit von elektrischen Inselnetzwerken zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch ein regeneratives Energiesystem mit einem ersten und zweiten Energieerzeuger gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Im Gegensatz zu den bisher vorgeschlagenen Lösungen schlägt die Erfindung ein regeneratives Energiesystem vor, welches die Energie zum Betrieb entweder aus der Natur direkt bezieht, also den Wind oder die Sonne nutzt und landwirtschaftlich nachwachsende Rohstoffe, z. B. Raps, Hanf, Sonnenblumen, Leinsa men, bevorzugt jeweils heimische Arten von Ölpflanzen o. dgl., verarbeitet, um somit einen entsprechenden Brennstoff, z. B. Rapsöl, Leinsamenöl, Sonnenblumenöl, Biogas o. dgl. zu gewinnen, welcher von dem Verbrennungsmotor verbraucht wird und mittels dem dann der Verbrennungsmotor im Bedarfsfall einen Generator antreibt, so dass elektrische Energie in das Netz eingespeist werden kann, wenn vom Netz mehr Energie benötigt wird als durch den ersten Energieerzeuger erzeugt und geliefert werden kann.
  • Da sowohl der erste Energieerzeuger als auch der zweite Energieerzeuger aus regenerativen Energiequellen gespeist werden, kann erstmals von einem echten regenerativen Energiesystem gesprochen werden, welches darüber hinaus noch den besonderen Vorteil hat, dass der Rohstoff für den zweiten Energieerzeuger, also z. B. Raps, in der Umgebung des ersten Energieerzeugers, also auf den umgebenden landwirtschaftlichen Flächen angebaut werden kann und somit die Transportwege und die Energiekosten zur Beschaffung des Rohstoffs für den zweiten Energieerzeuger äußerst gering sind.
  • Ist die Anlage zur Verarbeitung des nachwachsenden Rohstoffes für den Brennstoff eine Rapsmühle, so benötigt diese z. B. zum Pressen und zur Extraktion des Rapsöls aus den Rapskörnern (elektrische) Energie, um beispielsweise die Rapspresse und eventuell Pumpen oder die Fördereinrichtungen oder andere Aggregate o. dgl. zu betreiben. Die elektrische Energie hierfür wird entweder aus dem Netz bezogen oder direkt vom ersten Energieerzeuger, so dass dieser dann elektrische Energie erzeugt, die nicht den anderen Verbrauchern im Netz selbst zur Verfügung gestellt wird.
  • Gerade zu Zeiten schwacher Last in einem Netz, Z. B. während der Nachtstunden, kann es bei gleichzeitig hohen Windgeschwindigkeiten zu einem Überangebot an regenerativer, nämlich Wind-Energie kommen. Wenn diese dann zum Betrieb der Pressen verwendet wird, erfolgt die Ölgewinnung immer noch mit regenerativer Energie trotz des Bezuges aus dem Netz. Damit kann auch das Überangebot von Windenergie äußerst sinnvoll sowohl für den Betreiber wie auch umweltfreundlich genutzt werden.
  • Besonders bevorzugt ist die Ausbildung des erfindungsgemäßen regenerativen Energiesystems in einem Inselnetz, so dass die elektrische Energieerzeugung mit einem größtmöglichen Anteil allen Ansprüchen der regenerativen Energieerzeugung entspricht und ein besonderer Vorteil ist dabei, dass diese Erzeugung auch den Vorschriften des deutschen EEG (Erneuerbare Energien-Gesetz) genügt und somit sämtliche in das Netz eingespeiste elektrische Energie auch nach dem EEG vergütet werden kann.
  • Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
  • 1 zeigt als ersten Energieerzeuger 1 eine Windenergieanlage, die auch stellvertretend steht für einen ganzen Windpark stehen kann. Die einzelnen Bauteile der Windenergieanlage sind hier nicht weiter ausgeführt. Die von dem Generator (nicht dargestellt) der Windenergieanlage erzeugte Energie wird mittels eines Gleichrichters (20) gleichgerichtet und in eine Gleichstromschiene 2 (Gleichstromzwischenkreis) eingespeist, welche an ihrem Ausgang mit einer Umrichtereinrichtung 3 abgeschlossen ist, welche den Gleichstrom in einen Wechselstrom (Drehstrom) umwandelt und dieser Wechselstrom wird durch einen (nicht dargestellten) Transformator in das Netz 5 eingespeist.
  • Ferner ist eine Rapsmühle 6 als Anlage zur Verarbeitung aus landwirtschaftlicher Produktion stammender nachwachsender Rohstoffe ausgebildet. Die Rapsmühle 6 bezieht die elektrische Energie zu ihrem eigenen Betrieb aus dem Erzeugerstrang der Windenergieanlage 1 und somit direkt von der Windenergieanlage 1 oder aus dem Netz 5.
  • Die Rapsmühle weist ein Rapssilo 7 auf, in welchem sich geernteter Raps befindet und der im Rapssilo 7 befindliche Raps wird bei Bedarf einer Rapspresse in der Rapsmühle 6 zugeführt, so dass bei Betrieb der Rapspresse einerseits Rapsöl 8 und andererseits Rapsschrot 9 erzeugt wird. Das Rapsöl 8 kann bei Bedarf gefiltert bzw. gereinigt werden (Filter- und Reinigungsstufe sind nicht dargestellt) und dann direkt einem Verbrennungsmotor 10 zugeführt werden, so dass der Motor 10 mit Rapsöl betrieben wird. Der Motor ist mit einem Generator 11 gekoppelt, welcher vom Motor 10 angetrieben wird (im Bedarfsfall kann auch eine Kupplung zwischen Motor und Generator vorgesehen sein), so dass ebenfalls elektrische Energie in das Netz 5 direkt oder über Einspeisung in den Gleichstromzwischenkreis eingespeist werden kann.
  • Das Rapsschrot 9 kann automatisch einer Biogasanlage 12 zugeführt werden, welche aus dem Rapsschrot – und im Bedarfsfall aus anderen biologischen Abbauprodukten der Landwirtschaft, z.B. Gülle, Mist o. dgl. – Biogas 13 erzeugt. Dieses Biogas kann von einem Tank 14 aufgenommen werden und von diesem Tank direkt entweder dem ersten Motor 10 oder von einem weiteren Verbrennungsmotor 14 zugeführt werden, wobei dieser weitere Motor 14 entweder mit einem eigenen Generator (nicht dargestellt) oder mit dem Generator 11 koppelbar ist, um diesen ebenfalls anzutreiben, um dann somit über den Biogasbetrieb allein oder zusammen mit der Verbrennung des Rapsöls elektrische Energie zu erzeugen, die dem Netz zugeführt wird.
  • Eine Vielzahl von Varianten der Erfindung ist möglich und bevorzugt ist der Rapsöltank bzw. der Biogastank so ausgelegt, dass mit größtmöglicher Sicherheit dem Netz ständig elektrische Energie angeboten werden kann, und zwar auch dann, wenn für einen längeren Zeitraum einmal die Windenergieanlagen aufgrund schwachen Windes keine Energie erzeugen können. In jedem Fall sollten die Brennstoffreserven für das Rapsöl und/oder Biogas so ausgelegt sein, dass ein Netzbetrieb auch ohne den ersten Energieerzeuger 1 über sieben bis 14 Tage sicher möglich ist.
  • Soweit wie vorbeschrieben eine Rapsmühle erwähnt ist, so sei darauf verwiesen, dass natürlich auch andere landwirtschaftliche anbaubare und nachwachsende Rohstoffe verwendet werden können wie beispielsweise Leinsamen (Hanf), Sonnenblumenkerne oder andere ölhaltige landwirtschaftliche Früchte, wobei diese Früchte regelmäßig auch eine Schale aufweisen, die wiederum als Schrot einer Biogasanlage zuführbar ist.
  • Bei der Auslegung des erfindungsgemäßen regenerativen Energiesystems liegt die Nennleistung des zweiten Energieerzeugers wenigstens etwa im Bereich von 10 bis 40% der Nennleistung des ersten Energieerzeugers, bevorzugt etwa im Bereich von 20 bis 35% der Nennleistung des Energieerzeugers und maximal im Bereich der Nennleistung des ersten Energieerzeugers.
  • Die Nennleistung des ersten Energieerzeugers liegt etwa im Bereich zwischen 50 und 250 MW (oder darüber), bevorzugt etwa im Bereich von 80 bis 150 MW (oder darunter). Im Fall einer einzelnen Windenergieanlage kann die Nennleistung auch im Bereich einiger hundert kW bis einiger MW liegen.
  • Selbstverständlich ist es auch möglich, die in den vorgenannten Patentanmeldungen DE 100 44 096.7 bzw. 102 10 099.3 beschriebenen und offenbarten weiteren elektrischen Zwischenspeicher mit in das Energieversorgungssystem einzubeziehen, also z.B. chemische oder elektrische oder mechanische Zwischenspeicher so an den Gleichstromzwischenkreis anzuschließen, so dass im Bedarfsfall auch auf die in diesen Speichern gespeicherte Energie zurückgegriffen werden kann, um einerseits eine ausreichende Netzeinspeisung vornehmen zu können oder andererseits auch die Rapsmühle zu betreiben.
  • Ferner kann wie beschrieben nicht nur das Rapsöl allein einem Verbrennungsmotor zugeführt werden, sondern ergänzend oder auch rein alternativ dazu das erzeugte Biogas. Wird nur das Biogas dem Verbrennungsmotor zugeführt und damit für die elektrische Energieproduktion verwendet, so kann das erzeugte Rapsöl separat weiter verwendet werden, z.B. einer Biodieselproduktion zugeführt werden. Andererseits kann dann, wenn bevorzugt das Rapsöl für den Verbrennungsmotor und damit für die elektrische Energieproduktion verwendet wird, das erzeugte Biogas auch einer Wärmekraftkopplung zugeführt werden, um beispielsweise Häuser oder landwirtschaftliche Produktionsanlagen mit Wärme zu versorgen.
  • Wie in 1 ferner dargestellt, ist auch eine Steuerung 16 vorgesehen, mittels derer die einzelnen Teile des gesamten Energiesystems sinnvoll gesteuert wer den können. Die Steuerung kann auch den Verbrauch im Netz erfassen und bei Bedarf über die Steuerung des Wechselrichters die gewünschten Anteile von Blindleistung in das Netz einspeisen. Durch die Überwachung des Netzverbrauchs einerseits und auch der Erzeugerkapazität des ersten Energieerzeugers 1 andererseits können auch Entscheidungen durch die Steuerung getroffen werden, inwieweit die Erzeugung über den Verbrennungsmotor, also den zweiten Energieerzeuger zugeschaltet wird und/oder auch die Rapspresse in Gang gesetzt wird, um insbesondere dann, wenn die Erzeugerleistung des ersten Energieerzeugers größer ist als der Verbrauch im Netz diese "überschüssige" Erzeugerleistung der Rapsmühle zuzuführen und somit auch einen weiteren größeren gesteuerten Verbrauch auf der gesamten Verbraucherseite also auch dem Verbrauchernetz zu haben, wobei dieser gesteuerte Verbraucher also die Rapsmühle und die daran hängenden Aggregate nicht alleine passive Verbraucher sind, sondern auch in der Lage sind, Brennstoff selbst zu erzeugen, welcher dann im Bedarfsfalle in den Verbrennungsmotoren wiederum in Energie umgesetzt wird, welche durch den Generator 11 dem Netz zugeführt werden kann.
  • Durch die Steuerung 16 kann auch eine Entscheidung dahingehend getroffen werden, ob "überschüssige" elektrische Energie auf der Erzeugerseite gleich in der Rapsmühle verbraucht wird oder zunächst einmal in anderen vorliegenden elektrischen Speichern zwischengespeichert wird, z.B. den elektrochemischen, elektrischen (Kondensatoren) oder mechanischen (Schwungrädern) Speichern insbesondere dann sinnvoll ist, wenn der "überschüssige" Betrag auf der Erzeugerseite nur etwas über dem liegt, was auf der Verbraucherseite benötigt wird. Die Steuerung kann auch dafür sorgen, dass dann, wenn die Rapsmühle sich im Betrieb befindet und dann der Verbrauch im Netz ansteigt, zunächst auch Energie aus den Zwischenspeichern dazu verwendet wird, die Rapsmühle weiter am Laufen zu halten, um damit ein gegebenenfalls kurzfristiges Abschalten der Rapsmühle zu verhindern.
  • Ferner kann die Steuerung dafür sorgen, dass dann, wenn größere am Netz hängende Verbraucher einen zukünftigen Verbrauch anmelden (dies kann auch durch elektronische Stellsignale, die übers Netz übertragen werden, geschehen) rechtzeitig die Verbrennungsmotoren in Betrieb genommen werden, um ein mögliches Netzproblem durch den stark ansteigenden Verbrauch zu antizipieren.
  • Durch die Steuerung wird auch gewährleistet, eine gesamte Dokumentation über die Inbetriebnahme der einzelnen Anlagen und Teile des gesamten regenerativen Energiesystems vorzunehmen und insbesondere wird durch die Steuerung ermöglicht, dass bei Ausfall einzelner Bestandteile, z.B. einer Windenergieanlage aufgrund von Wartung, andere Anlagenteile, z.B. Verbrennungsmotoren, diese ausgefallenen Anlagenteile "ersetzen", so dass auf der Verbraucherseite der Ausfall eines Subsystems nicht zu Netzproblemen führt.

Claims (11)

  1. Regeneratives Energiesystem, mit – einem ersten Energieerzeuger, dessen Energieerzeugung vom Wetter und/oder Sonnenstand abhängig ist, wobei der erste Energieerzeuger einen Generator aufweist, mittels dem elektrische Energie erzeugt wird, welche in ein elektrisches Netz gespeist wird, an dem mehrere Verbraucher angeschlossen sind, und – einem zweiten Energieerzeuger, der einen Generator und einen damit verbundenen Verbrennungsmotor aufweist, wobei der zweite Energieerzeuger einen Tank mit Brennstoff aufweist, der dem Verbrennungsmotor bei Bedarf zuführbar ist, wobei eine Anlage zur Erzeugung des Brennstoffs aus nachwachsenden Rohstoffen ausgebildet ist und die Brennstofferzeugungsanlage elektrische Energie zu ihrem Betrieb von dem ersten Energieerzeuger bezieht, insbesondere dann, wenn der erste Energieerzeuger mehr elektrische Energie erzeugen kann als die am Netz angeschlossenen Verbraucher verbrauchen.
  2. Regeneratives Energiesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Verbrennungsmotor Brennstoff zugeführt und elektrische Energie in das Netz eingespeist wird, wenn der erste Energieerzeuger weniger elektrische Energie erzeugt als im Netz verbraucht wird.
  3. Regeneratives Energiesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Energieerzeuger eine einzelne Windenergieanlage oder ein Windpark und/oder eine Photovoltaik-Anlage ist.
  4. Regeneratives Energiesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage zur Erzeugung von Brennstoff aus nachwachsenden Rohstoffen eine Ölmühle (6) ist, welche aus dem Rohstoff den Brennstoff Öl (8) und/oder Schrot gewinnt.
  5. Regeneratives Energiesystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das gewonnene Öl (8) vor der Zuführung zum Verbrennungsmotor eine Reinigungsstufe durchläuft und/oder gegebenenfalls mit Methanol versetzt wird, um aus dem Öl (8) Ölmethylester (Biodiesel) zu gewinnen, welcher in einem Tank (14) gelagert wird.
  6. Regeneratives Energiesystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schrot (9) einer Biogasanlage zugeführt wird, welche das Schrot (9) verarbeitet und hieraus Biogas (13) gewinnt und das gewonnene Biogas (13) alleine oder ggf. zusammen mit dem Öl (8) oder Biodiesel zusammen einem Verbrennungsmotor zugeführt wird, welcher ebenfalls einen hiermit verbundenen Generator antreiben kann.
  7. Regeneratives Energiesystem nach einem der Ansprüche 4-6, wobei die nachwachsenden Rohstoffe Raps, Hanf, Sonnenblumen und/oder Leinsamen darstellen.
  8. Regeneratives Energiesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Energieerzeuger eine Nennleistung hat, welche im Bereich von 10 bis 40% der Nennleistung des ersten Energieerzeugers liegt, bevorzugt im Bereich von 20 bis 35% der Nennleistung des ersten Energieerzeugers liegt.
  9. Regeneratives Energiesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nennleistung des ersten Energieerzeugers im Bereich von 50 bis 250 MW liegt, bevorzugt im Bereich von 80 bis 150MW liegt.
  10. Regeneratives Energiesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinrichtung (16) vorgesehen ist, welche die einzelnen Subsysteme des regenerativen Energiesystems steuert und auch überwacht, insbesondere auch den Verbrauch am elektrischen Netz überwacht und abhängig von der Überwachung des Verbrauchs im Netz und der erzeugten Energie die einzelnen Subsysteme steuert, insbesondere in dem Sinne, dass möglichst viel der durch den ersten Erzeuger erzeugbaren Energie für das gesamte System genutzt werden kann.
  11. Elektrisches Inselnetz mit einem regenerativen Energiesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche auf der Erzeugerseite.
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