DE102006035764A1

DE102006035764A1 - Verfahren für ein Kraftwerk mit Energielieferung aus der Umwelt

Info

Publication number: DE102006035764A1
Application number: DE200610035764
Authority: DE
Inventors: Klaus Palme
Original assignee: Palme Klaus Dipl-Ing
Current assignee: Palme Klaus Dipl-Ing
Priority date: 2006-08-01
Filing date: 2006-08-01
Publication date: 2008-02-14

Abstract

Derzeitige Kraftwerke gewinnen die Energie aus der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen oder aus Uran. Hier wird ein Verfahren vorgestellt, das seine Energie zur Stromgewinnung aus der Energie der Umwelt bezieht.

Description

Die derzeitigen Kraftwerke arbeiten nach dem Prinzip der Erzeugung der Antriebskraft für die Generatoren aus der Nutzung der chemischen Energie der Kohlenwasserstoffe oder der Nutzung der Kernspaltung. Beide Antriebsarten haben den Nachteil endlicher Resourcen und der Produktion von Abfallprodukten, deren Entsorgung (zum Beispiel von CO2) problematisch ist.
Ein erster Ausweg ist die Nutzung von Erdwärme zur Speisung des Heizkessels der Kraftwerke.
Erfindungsgemäß wird ein Kraftwerk vorgestellt, daß einen anderen Weg der Kraft- und Energiegewinnung geht. Es bezieht seine Energie aus der Umwelt (Luft) und der Erde.
Dieses Kraftwerk besteht aus drei bekannten Komponenten:

– Komponente 1: Kollektoren zur Sammlung von Strom und Wärme aus den Wirkungen von Sonnenstrahlung und Erdwärme
– Komponente 2: eine Wärmepumpe, die diese gewonnene Wärme der Komponente 1 und die Umweltwärme auf ein höheres Temperaturniveau anhebt und dazu den gewonnenen Strom der Komponente 1 als Antriebsmittel der Wärmepumpe nutzt. Seebeckelemente nutzen die Temperaturdifferenz zwischen Umgebungstemperatur und dem gekühlten Medium der Wärmepumpe.
– Komponente 3: eine Stromerzeugungseinrichtung, die nach dem Kalina- oder ORC-Prinzip oder einem ähnlich gearteten Prinzip arbeitet und einen Großteil dieser Kühlenergie des Wärmeprozesses der Komponente 2 (oder der Komponente 3) wieder zurückführt und erneut nutzt.

Für die Komponente 1 werden bekannte Bauteile verwendet:

– Solarzellen
– Sonnenkollektoren (z. B. Spiegel) und -rinnen
– Solarthermiebauteile
– Erdwärmesammler
– Windgeneratoren
– Wärmespeicher zur Speicherung von Prozeß- und Umweltwärme
– Feuchtespeicher zur Wassergewinnung
– Seebeck – elemente mit den Medien Luft/Sole/Wasser/Gase
– Heißluftmotor-Generator
– Stirlingmotor
– Ruthskessel

Diese Bauteile werden kombiniert und speisen über spezifische Anpaßschaltungen:

– eine Speicherbatterie für die Strom – erzeugenden Bauteile und
– einen Wärmespeicher für die Wärme – erzeugenden Bauteile.

Solarzellen, Heißluftmotoren und Windgeneratoren erzeugen direkt elektrische Energie.
Stirlingmotor und Seebeckelemente formen die gesammelte Wärme – Energie in elektrische Energie um. Die übrigen Bauteile der Komponente 1 dienen der Wärmesammlung und – speicherung.
Bauteile der Komponente 2 sind ebenfalls bekannte Bauteile:

– Wärmepumpe in den Ausführungen als
– Kompressionspumpe
– Absorptionspumpe
– thermoelektrische Wärmepumpe
– Wärmetauscher für Transport und Kombination der Wärmeströme
– Pumpeinrichtungen
– Seebeckelemente

Die strombetriebene Wärmepumpenvariante wird aus der Speicherbatterie der Komponente 1 gespeist.
Die wärmebetriebene Wärmepumpenvariante wird aus dem Wärmespeicher der Komponente 1 oder 3 gespeist.
Das abgekühlte Medium der Wärmepumpe wird durch die Seebeckelemente von der Umgebungsluft wieder erwärmt.
Die Wärmepumpe speist die Komponente 3 mit der Energie der Umgebungsluft, dem erwärmten Wärmemedium der Komponente 1 und der rückgewonnenen Prozeßwärme der Komponente 3.
Komponente 3 erzeugt aus dieser Wärmeenergie mechanische Kraft und elektrischen Strom. Bauteile der Komponente 3 sind bekannte Zweikomponenten-verfahren wie:

– ORC-Prozess
– Kalina-Prozeß

Sie erhalten ihre Wärmeenergie einerseits über die Wämepumpe der Komponente 2 aus der Komponente 1 und andererseits aus der Umgebungsluft. Außerdem werden die Abwärmeverluste des Antriebs-Prozesses in den Prozeß zurückgeführt:

– entweder direkt in den Wärmekreislauf der Komponente 3
– oder über die Wärmepumpe der Komponente 2

1 zeigt ein Prinzipschaltbild der Anlage.
Die Anlage besteht aus den drei Komponenten:
Komponente 1 (A):
Bauteile zur Sammlung elektrischer und thermischer Energien;
sie besteht aus den Untergruppen:

– elektrischer Sammelteil (A1)
– thermischer Sammelteil (A2)

Der elektrische Sammelteil (A1) ist wie folgt aufgebaut.
Die nachstehenden Energiesammelquellen speisen über einzelne Anpaßschaltungen D1 und die Adapterschaltung D2 die Speicherbatterie E6:

– ein isolierter Wärmespeicher E1, der mit Seebeckelementen E3 versehen ist und die Temperaturunterschiede zwischen dem (z. B. aus dem temperierten) Speicher K1 (z. B. Helium oder PCM-materialien) und der Umgebungsluft F, dem Kühlwasser G8 oder der Kühle aus der Wärmepumpe G3 nutzt (teilweise nicht dargestellt)
– eine Kombination G1, bestehend aus Solarzelle E2 und Seebeckelement E3, die mit Kühlluft F gekühlt wird
– Seebeckelemente E3, an Wärmekollektoren G4 sowie an Fassadenteilen und Fenstern angebracht, und mit Kühlluft F gekühlt
– Verlustwärmegeneratoren E4, die die Verlustwärme der Geräte der Komponenten 1, 2 und 3 mittels der Seebeckelemente E3 und der Kühlluft F nutzen
– Windgeneratoren E7 erzeugen Energie aus den Windeinflüssen
– Erhitzte Druckluft aus G4 und G7 erzeugt Strom mittels des Heißluftmotorgenerators G5.

Aus der Speicherbatterie E6 werden auch die Hilfsbetriebe HB und die Hilfsbetriebepumpen P in dem Teil 2 in bekannter Form gespeist, ebenso die Wärmepumpe G3 zur Speisung des Kraftwerkspeichers K2.
Der thermische Sammelteil (A2) ist wie folgt aufgebaut.
Die Wärmeenergie wird in dem Wärmespeicher K1 gespeichert.
Der Wärmespeicher K1 erhält die Wärmeenergie aus:
der Erdwärmesonde G7,
den Solarthermiebauteilen E5 und G4
dem Speicher G9 und
die erwärmte Kühlluft der Geräte E1, G1 und G4 zugeführt.
Der Heißluftmotor G5 wird aus der Wärmequellen G4 und G7 gespeist. Der Generator erzeugt bei Bedarf elektrischen Strom, der über D1 und D2 der Speicherbatterie E6 zugeführt wird. Der Feuchtesammler G8 sammelt Wasser für die Kühlung von G5, K4.
Komponente 2.
Bei Betrieb der Anlage wird die Wärmeenergie mittels des Wärmemediums aus dem Speicher K1 durch die Pumpe P der Komponente 2 zugeführt und diese gespeist. Komponente 2 enthält den Wärmetauscher G6 mit seiner Pumpe P und die Wärmepumpe G3. Mit diesen Komponenten wird die Wärmeenergie in bekannter Form auf ein höheres Niveau gebracht und der Komponente 3 zugeführt.
Komponente 3:
Komponente 3 umfaßt die Teile:

– Wärmekraftprozeß K2 (Kalina, ORC, andere Prozesse)
– Elektrische Nachheizung und Starthilfe K3 mit Steuerung D3
– Antrieb M1 mit angeschlossenem Generator M2
– Kühler K4 mit Luft- und/oder Wasserrückkühlung
– die Pumpen P als Prozess- und Umwälzpumpe

Komponente 3 erzeugt die elektrische Energie, die aus der Energie der Umwelt über die Komponenten 1 und 2 aufbereitet und gesammelt worden ist.

A1: elektrischer Teil der Energiesammlung
A2: thermischer Teil der Energiesammlung
D1: Anpaßschaltung
D2: Adapterschaltung
D3: Zusatzheizsteuerung
E1: isolierter Wärmespeicher (auch
: umweltbeheizt)
E2: Solarzelle
E3: Seebeckelemente
E4: (Verlust)Wärmegenerator
E5: Solarthermieanlagen
E6: Speicherbatterie
E7: Windgenerator
F: Kühlluft
G1: Kombination von E2 und E3
G2: Solaraufheizung von K1
G3: Wärmepumpe
G4: Solarkollektor, mit E3 ausgestattet und
: mit F gekühlt
G5: Heißluftmotorgenerator
G6: Wärmetauscher
G7: Erdwärmegewinnungsanlage
G8: Feuchtegewinnung und Speicherung
G9: Feststoff- oder Aggregatespeicher
HB: Hilfsbetriebe
K1: Wärmespeicher in Komponente 1
K2: Wärmespeicher in Komponente 2
K3: Heizstab
K4: Kühler
M1: Generatorantrieb (u.a. auch Zweitakt, Wankel Gasturbine, Stirling)
P: Pumpe

Claims

Verfahren für ein Kraftwerkskonzept zur Erzeugung elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, daß Umweltenergie mit bekannten Verfahren dazu genutzt werden, um sowohl Elektroenergie als auch Wärmeenergie in bekannter Form in der Anlage zu speichern und als Antriebsenergie für den Elektrogenerator zu nutzen, wobei die beiden Energieformen nun erfindungsgemäß in Antriebsenergie für den Motor des Elektrogenerators umgewandelt werden, indem die gesammelten Umweltenergien erfindungsgemäß in drei Schritten zum Antrieb des Generators kombiniert werden: – wobei in einem ersten Schritt Wärme- und – Elektroenergie in Speichern gesammelt werden, – wobei in einem zweiten Schritt diese Energien über eine Wärmepumpe geführt werden und – wobei in einem dritten Schritt die Energie mit einem bekannten Wärmeprozeß in elektrische Energie umgeformt und genutzt wird.