DE102010052132A1

DE102010052132A1 - Verfahren zum Betrieb einer Kreisprozessanlage, sowie Kreisprozessanlage selbst

Info

Publication number: DE102010052132A1
Application number: DE102010052132A
Authority: DE
Inventors: Franz Wimmer
Original assignee: Conpower Patente & Co KG GmbH
Current assignee: Conpower Patente & Co KG GmbH
Priority date: 2010-11-22
Filing date: 2010-11-22
Publication date: 2012-05-24
Also published as: WO2012069177A2; WO2012069177A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Kreisprozessanlage, sowie Kreisprozessanlage selbst, gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 9. Um hierbei zu erreichen, dass der Exergieanteil bei der Umwandlung von thermischer in mechanischer Energie unter Beiziehung insbesondere aber nicht ausschließlich nachwachsende Energieträger deutlich besser genutzt wird, ist erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die besagte Abwärme als hochkalorische Abgaswärme des ersten Prozesses einem Wasserdampferzeuger zugeführt wird, die in einem geschlossen sekundären, als Wasserdampfkreislauf betriebenen Kreislauf einem Dampfexpander zugeführt wird, und dass der Dampfexpander mechanisch mit dem selben Generator verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Kreisprozessanlage, sowie Kreisprozessanlage selbst, gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 9.
Aus der US 6,526,754 B1 ist eine Kreisprozessanlage bekannt, bei welcher in einem ersten Prozess ein Vergaser von Biomasse oder Kohle betrieben wird, der in einen ersten thermischen Prozess ein Gas erzeugt, welches einen Diesel- oder Gasmotor antreibt. Dieser Diesel- oder Gasmotor hat dabei eine mechanische Kopplung an einen Generator. Das Abgas des Diesel- oder Gasmotors wiederum speist thermisch einen Wärmetauscher, der ein ORC-Medium erhitzt, welches seinerseits dann einer Turbine zugeführt wird. Diese Turbine ist dann mechanisch an denselben Generator gekoppelt.
Hierbei werden zwar ein Verbrennungsmotor auch abgasmäßig nochmals energetisch genutzt, und zwar in der Weise, dass die aus dem Verbrennungsprozess und aus der Abwärme umwandelbare mechanische Energie über zwei Kraftanschlüsse an ein und demselben Generator ankoppelt.
In der im genannten Stand der Technik offenbarten Weise greifen jedoch ein Verbrennungsmotor/Kolbenmotor und eine Turbine auf eine gemeinsame Welle am selben Generator ein.
Kolbenmotor und Turbine passen jedoch drehzahlmäßig nicht zusammen. So liegen typische Drehzahlen für Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselaggregate bei einigen wenigen tausend Umdrehungen pro Minute, während Turbinendrehzahlen insbesondere im ORC (Organic Rakine Cycle) Verfahren bei mehreren zehntausend Umdrehungen pro Minute liegen. Hierbei sind also Über- bzw Untersetzungsgetriebe notwendig. Diese reduzieren jedoch wiederum die Summenwirkungsgrade, die insbesondere beim Konzept der Abwärmenutzung kontraproduktiv ist. Auch die Energieniveaus des Betriebes dieser bekannten Einrichtung sind nicht optimal, um maximale Energie aus dem Energieträger zu nutzen.
Ebenso sind im Zusammenhang einer wirkungsgradoptimiert angestrebten Kraft-Wärme-Kopplung die Temperaturniveaus zu niedrig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art dahingehend weiter zu entwickeln, dass der Exergieanteil bei der Umwandlung von thermischer in mechanischer Energie unter Beiziehung insbesondere aber nicht ausschließlich nachwachsende Energieträger deutlich besser genutzt wird.
Die gestellte Aufgabe ist bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 8 angegeben.
Im Hinblick auf eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art ist die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 9 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den übrigen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Kern der verfahrensgemäßen Erfindung ist, dass die besagte Abwärme als hochkalorische Abgaswärme des ersten Prozesses einem Wasserdampferzeuger zugeführt wird, die in einem geschlossen sekundären, als Wasserdampfkreislauf betriebenen Kreislauf einem Dampfexpander zugeführt wird, und dass der Dampfexpander mechanisch mit dem selben Generator verbunden ist.
Von besonderer Bedeutung ist hierbei, dass man im Abwärmebereich d. h. im Abgaswärmebereich mit derart hohen Temperaturen arbeitet, dass im sekundären Energieerzeugungsprozess ein geschlossener Wasserkreislauf, anstatt eines ansonsten bekannten ORC-Kreislaufes verwendet wird. Dies hat nach Carnot dann den Vorteil, dass hierbei eine deutliche Wirkungsgradzunahme erfolgt, je höher die im Kreisprozess angenommene Medientemperaturen sind.
Bei bekannten Einrichtung wird im sekundären Kreislauf eine Abwärme im Bereich von nur 100 bis 200°C genutzt. Die dafür notwendigen ORC-Medien sind zum einen teuer, und bergen außerdem eine erhebliche Begrenztheit in Bezug auf die erreichbaren Drücke. Dieser Nachteil wird mit dem Effekt einer schon bei Temperaturen weit unterhalb von 70°C erfolgenden Verdamfung nicht wett gemacht.
Der hier erfindungsgemäß verwendete Wasserdampfkreislauf hingegen ist auch ebenso weit entfernt vom üblichen Betrieb einer Dampfmaschine, weil nämlich im vorliegenden Fall kein Wasserdampf nach außen geschleppt wird, sondern in einem geschlossen Kreislauf verbleibt. Auch dieses Merkmal ist von erheblicher Bedeutung, weil der Wasserdampfkreislauf auch als tatsächlich geschlossener Kreislauf betrieben wird.
Die Erfindung beinhaltet somit nicht nur die Nachverstromung hochkalorischer Abwärme bzw Abgaswärme, sondern umfasst auch methodisch einen primären Energieerzeugungsprozess der in der Temperatur so hochgefahren wird, dass eine Abwärme bei 400 bis 1000°C entsteht, die eine wirkungsgradoptimale Temperatur für eine Wasserdampfnutzung darstellt.
In der technischen Konsequenz wird der Exergieanteil erheblich gesteigert, und damit im Resultat auch die Menge an elektrischer Energie aus dem Prozess weiter optimiert. Darüber hinaus fällt dennoch auch noch relativ niederkalorische Abwärme zur Erzeugung reiner Wärme herangezogen, so dass eine wirkungsgradoptmierte Kraft-Wärme-Kopplung entsteht. Kurz gesagt, aus der eingebrachten Primärenergie wird die maximal mögliche elektrische Energie herausgeholt. Der Rest verbleibt dann auch als tatsächliche nutzbare Restwärme.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass als Energieträger des ersten Energieprozesses Biogas, und oder Pellets, und/oder Stäube und/oder flüssige Biotreibstoffe und/oder Gas, und/oder fossile Energieträger, und/oder Hackschnitzel nachwachsender Biomasse gespeist wird.
Diese einzelnen Primärenergieträger können jeweils einzeln, aber auch teilweise miteinander kombiniert eingebracht werden. So können bspw auch Biogas mit einer Staubfeuerung aus gemahlener Biomasse in einer gemeisamen Verbrennung temperturmaximierend kombiniert werden. Dies wiederum führt dann zu hohen Verbrennungstemperaturen im Primärenergieerzeugungsprozess. Dies wiederum resultiert dann in den eingangs schon genannten Wirkungsgradvorteilen. Und dies selbst bei Feuerung mit nachwachsenden Rohstoffen. In Bezug auf Energiepflanzen sind Verbrennungstemperaturen bis zu, oder oberhalb von 1.000°C nicht trivial. Solche Temperaturen lassen sich leicht mit der neuen Energiepflanze Igniscum^® erreichen, die aufgrund ihres für eine Kurzumtriebpflanze hohen Ligningehaltes auch hohe Ascheschmelzpunkte hat. Insofern ist diese Merkmalkombination besonders wirtschaftlich.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass der Wasserdampfkreislauf über einen im ersten Energieerzeugungsprozess im Abgasstrom implementierten Direktverdampfer erzeugt wird. Dies hat den Vorteil einer integrativen und kompakten Lösung. Außerdem erfolgen keine Wärmeverluste durch wärmevermittelnde Zwischenmedien. Auch hierdurch ist der Exergieanteil deutlich höher.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass der erste Energieerzeugungsprozess hinsichtlich Brennstoff und Luftzufuhr so eingestellt bzw betrieben wird, dass im ersten Energieerzeugungsprozess eine hochkalorische Abwärme bzw Abgaswärme im Bereich von 400°C bis 500°C zur Verfügung steht, und über einen Direktverdampfer einen geschlossenen Wasserdampfkreislauf speist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die übrige, aus der Kondenstation des Wasserdampkreislaufes dann noch anfallende niederkalorische Restabwärme im Bereich vom mindestens 70°C bis höchstens 95°C der Wärmenutzung im Rahmen einer Kraftwärme-Kopplung zur Verfügung steht.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass das Verfahren innerhalb einer zusammenhängenden integrierten kompakten Einrichtung betrieben wird. Das heisst diese Konzept ist hervorragend für Bauheinheiten gemäß Blockheizkraftwerken BHKW geeignet, und bietet bei den erfindungsgemäßen Betriebsbedingungen optimal hohe Wirkungsgrade.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben. dass zumindest zwischen einem der beiden auf den gemeinsamen Generator oder die gemeinsame Generatorwelle eingekoppelte mechanische Energie über eine Freilaufkupplung oder starr angekoppelt wird. Beim erfindungsgemäßen Fall werden sowohl auf der Primärenergieseite als auch auf der Sekundärenergieseite (Abgaswärmeseite) Kolbenkraftmaschinen verwendet. Bei einer Ankopplung beider auf einen gemeinsamen Generator oder eine gemeinsame Generatorwelle hat man so ein drehzahlmäßige bessere Übereinstimmung als bei einer mechanischen Kopplung von Kolbenkraftmaschine und Turbine. Aus diesem Grund ist in dieser erfindungsgemäßen Ankopplung zweier Kolbenkraftmaschinen nur eine Freilaufkupplung notwendig.
Anstatt einer Freilaufkupplung kann auch eine Überöastkupplung oder eine Rutschkupplung vorgesehen sein. Diese ist dabei auf die jeweilige Leistung oder das Drehmoment des Dampfexpanders exakt abgestimmt.
Die Rutschkupplung kann auch schaltend, d. h. mit einer Rampenfunktion ausstattet sein, oder auch nichtschaltend.
Im Falle der nichtschaltenden Kupplung oder eines Freilaufes kann hier auch eine im Bedarfsfall trennende Kupplung, bspw eine Klauenkupplung, Hydrokupplung, oder Reibkupplung vorgesehen sein, als Nottrennvorrichtung.
Ein Vorteil einer schaltenden Überlastkupplung ist, dass der Motor ohne Belastung des Expanders gestartet werden kann, und dieser dann durch Anschleppen, d. h. rampenförmiges Einkuppeln in Startposition gebracht werden kann. Weiterer Vorteil der Rampenfunktion ist ein sanftes Synchronisieren der beiden drehmomentgebenden Komponenten.
In letzter verfahrensgemäßer Ausgestaltung ist angegeben, dass die Kolbenkraftmaschine des BHKW sowie der Dampfexpander als auch der Generator auf einem gemeinsamen Trägerchassis angeordnet, und innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet sind, und so auch die anfallende Restabwärme zur Wärmeverlustreduktion an einem Ort, bzw einem Raum gesammelt und hernach optimal der Wärmenutzung der Kraft-Wärmekopplung zugeführt werden kann. Dies führt zu einem ganz erheblichen Vorteil nun auch in Bezug auf den Wärmeteil der Kraft-Wärme-Kopplung. Dadurch, dass alle im gesamten Prozess anfallende Niedertemperaturabwärme, die nicht mehr verstromt wird, nun in optimaler Weise dem Wärmeteil zur Verfügung steht, werden ansonsten auftretende Wärmeverluste minimiert. Würden dies besagten Restabwärmen auf dem Temperaturnivieau bis 95°C an verschiedenen Stellen von verteilt angeordneten Anlagenteilen anfallen und so JEWEILS eingesammelt, so würde dies erhebliche Wärmeverluste zur Folge haben. Da aber erfindungsgemäß die Anlagen-Komponenten gemäß der anfallenden Restabwärme baulich so zusammengefasst werden, dass im wesentlichen ALLE Abwärme in einem Raum oder Gehäuse oder Gehäusecompartment anfällt, kann diese von dort verlustreduziert dann an dem gewünschten Wärmenutzer angeschlossen werden.
Im Hinblick auf eine erfindungsgemäße Einrichtung, die nach dem genannten erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet, besteht der Kern der Erfindung darin, dass dass die besagte Abwärme als hochkalorische Abgaswärme des ersten Prozesses mittels eines Wasserdampferzeugers aufnehmbar ist, welcher in einem geschlossen sekundären, als Wasserdampfkreislauf betriebenen Kreislauf mit einem Dampfexpander verbunden wird, und dass der Dampfexpander mechanisch an den selben Generator ankoppelt. Auf diese Weise wird mit den angegebenen einrichtungsgemäßen Elementen das erfindungsgemäße Verfahren umgesetzt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass der Wasserdampferzeuger ein im ersten Energieerzeugungsprozess implementierter Direktverdampfer ist. So wird eine effiziente Übertragung der hohen Abgaswärme auf den Wasserdampfkreilauf auf hohem Temperaturniveau erreicht. Dies führt dann zu der Nutzbarkeit des hohen Exergieanteiles, und bewirkt damit einen hohem Wirkungsgrad.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass zumindest eine der beiden mechanischen Ankopplungstellen der gemeinsamen Generatorwelle mit einer zwischen Ankopplung und Generatorwelle angeordneten Kupplung oder Freilaufkupplung versehen ist. Schon der Einsatz von Kolbenkraftmaschine und Dampfexpander bewirkt eine drehzahlähnliche Ankoppelbarkeit. So bedarf es anders als im Stand der Technik keines Getriebes mit welchem ein großer Drehzahlunterschied bei Ankopplung auf eine gemeinsame Generatorwelle auszugleichen wäre, sondern es bedarf erfindungsgemäß hierbei nur noch der besagten verschiedenen Kupplungen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
Es zeigt:
1: Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
2: Carnot-Wirkungsgradverlauf
3: Prozess im Überblick
1 zeigt die prinzipielle Anordnung der Komponenten der erfindungsgemäßen Einrichtung. Innerhalb eines mit BHKW bezeichneten Blockheizkraftwerkes 10 erfolgt die Direktverbrennung von erneuerbaren oder fossilen Energieträgern in einem ersten Energieerzeugungsprozess. Innerhalb des BHKW 10 mit Kolbenkraftmaschine oder Verbrennungsmotor erfolgt eine mechanische Umwandlung der Energie mittels einer hier nicht weiter dargestellten Koblenkraftmaschine nach dem Otto- oder Diesel-Prozess. Die Betriebstemperaturen dort liegen maximal bei den Verbrennungstemperaturen von ca 1.000°C und mehr. Daher ergibt sich ein Abgasstrom, der noch immer auf einem Temperaturniveau von ca 400 bis 1000°C liegt. Damit handelt sich um Hochtemperaturwärme. Diese mittels ORC mittels Wärmetauscher aufzunehmen ist unsinnig, weil dabei die resultierende Medientemperatur auf ca 200°C oder weniger abgesenkt werden müssten.
Erfindungsgemäß wird im Abgasstrom des bereits am Generator 6 über den Kraftanschluss 20 mit der Generatorachse 30 gekoppelten Primärenergieprozesses, nun im hochkalorischen Abgasstrom 11 das dort vorhandene Temperaturniveau durch einen Direktverdampfer 1 in einen Wasserdampfkreislauf eingespeist. Der Direktverdampfer speist nunmehr den Dampfexpander 5 der bspw in Form einer Kolbenkraftmaschine ausgestaltet ist. Dder Dampfexpander bzw dessen mechanischer Abgang ist über eine Kupplung 4 mit dem zweiten Kraftanschluss 22 desselben Generators 6 verbunden. Die Freilaufkupplung kann aber auch durch eine Überlastkupplung oder eine Kupplung mit und ohne Rampenfuktion, wie oben breits beschrieben ersetzt sein. Die beiden Kraftanschlüsse 20 und 22 des Generators 6 liegen dabei vorzugsweise auch auf einer Generatorachse 30. D. h aber auch, dass die Einzelkomponenten BHKW-Kolbenmotor, Generator und Dampfexpander in anderer Reihenfolge auf die Generatorachse 30 eingekoppelt sein können, die von der Darstellung hier abweicht.
Daher ist hier ein weiterer oder alternativer Kraftanschluss am Wellenende 21 dargestellt, wobe dann auch hier die erwähnte Kupplung 4 zu platzieren ist.
Es kommt ja in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung noch hinzu, dass BHKW-Verbrennungsmotor, Generator und Dampfexpander auf einem gemeinsamen, hier nicht weiter dargestellten Chassis montiert und sogar von einem gemeisamen Gehäuse oder Wärmecompartment 100 eingehaust sein können. So werden auch alle Niedertemperaturabwärmen in einem Raum gesammmelt und von dort verlustarm zum Wärmenutzer transportiert werden.
Der dampfseitige Ausgang des Dampfexpanders 5 wird über eine Senke 3 (Kondensator) geführt, und über eine Systempumpe 2 erfolgt die Rückführung im geschlossenen Wasserdampfkreislauf zum Direktverdampfer 1 und so weiter.
Die Abwärme an der Senke 3 (Kondensator) liegt dann im Bereich der niederkalorischen Wärme. Dies dort anfallende Abwärme ist dann einer der Wärmebeiträge im Sinne der im BHWK-System hier nutzbaren Wärme der Kraftwärmekopplung. Diese kann dann zu Heizzwecken eingesetzt werden. Der Hochtemperaturbereich erstreckt sich bei dieser erfindungsgemäßen Einrichtung somit nicht nur auf den primären Erzeugungsprozess elektrischer Energie, sondern zum Hochtemperaturteil gehört nunmehr auch der direkte hochkalorische Abwärmebereich, der NICHT über ORC-Medienkreisläufe nachverstromt wird.
Ein erheblicher Vorteil hierbei ist, dass der wirkungsgradeffektiv maximale Teil der Primärenergie in zwei Verstromungsprozessen umgewandelt wird. Der Rest ist dann auf dem Temperaturniveau gut nutzbarer Wärme.
2 zeigt den Wirkungsgradverlauf thermodynamisch maximal möglicher Carnot-Wirkungsgrade bezogen auf ein unteres Temperaturniveau T_n von 300 K.
Der Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine wird durch den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik beschrieben. Dort, wo der Prozess die Wärme auf hohem Temperaturniveau entnimmt, tritt zwangsweise eine Abnahme der Entropie ein, bei der Abgabe auf niedrigem Temperaturniveau steigt sie. Da die Entropie bei freiwillig ablaufenden Prozessen nicht abnimmt, ist damit der Anteil der Wärmeenergie vorgegeben, der nicht in Arbeit umgewandelt werden kann, sondern als Wärme auf niedrigerem Temperaturniveau abgegeben werden muss.
Genau dies nutzt die Erfindung in der oben beschriebenen Weise optimal aus.
Die Entropie ist also eine Größe für die Nutzbarkeit von Energie bei unterschiedlichen Temperaturniveaus. Energie bei hohem Temperaturniveau besitzt eine niedrige Entropie, Energie bei niedrigem Temperaturniveau eine hohe Entropie. Aus dieser Differenz der beiden Größen und der Wirkungsgradformel nach Carnot, lässt sich die mögliche Energieumwandlung ableiten.
Der Carnot-Wirkungsgrad η berechnet sich aus dem Verhältnis der höchsten (T_h) und der niedrigsten (T_n) Temperatur des Prozesses nach der Formel:
mit T_i der absoluten Temperatur in Kelvin
Der Carnot-Wirkungsgrad ist umso höher, je größer das Temperaturgefälle zwischen T_h und T_n und je kleiner die niedrigere Temperatur T_n ist.
Aus der Darstellung gemäß 2 ergibt sich somit für den auch schon oben ausgeführten Fall, dass bei der erfindungsgemäßen Nutzung der Abgaswärme durch Direktverdampfung auf dem Niveau von 500°C sich ein möglicher Wirkungsgrad von 0,65 ergibt, während dieser bei eine Nutzung wie bspw in ORC-Kreisläufen (ca 100°C) naturbedingt nur noch bei 0,25 liegen kann. Bei der ORC-Verstromung kommt noch der elektrische Wirkungsgrad von 0,35 hinzu und es ergibt sich der für ORC bekannte faktische Gesamtwirkungsgrad bei der Verstromung von 8,7%.
Bei erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Gesamtwirkungsgrad bei der genannten Hochtemperatur – Nachverstromung von 23% heraus. Im Mittel ein um Faktor 3 höherer Wirkungsgrad. Damit wird die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einfache Weise deutlich. Dies folgt im Ergebnis der eingangs gestellten Aufgabe, nämlich dass der Exergieanteil bei der Umwandlung von thermischer in mechanischer Energie unter Beiziehung insbesondere aber nicht ausschließlich nachwachsende Energieträger deutlich besser genutzt wird.
3 zeigt ein gesamtübersichtliche Darstellung des Prozesses. Innerhalb eines primären Energieprozesses (Primärmotor) wird mechanische Energie und HOCHTEMPERATURABWÄRME erzeugt. Die direkte mechanische Leistung wird direkt auf die Generatorachse gespeist, die Hochtemperaturabwärme wird einem Dampfkreislauf mit Dampfexpander zugeführt. Dieser wiederum koppelt auf denselben Generator ein. Die Wärmesenke des Dampfkreislaufes sowie die Wärmesenke des Primärprozesses werden gemeinsam zur Wärmenutzung im Tempertaurbereich bis 95°C in Anlagen und Gebäuden eingespeist.
Die Niedertemperaturabwärmen beider Prozesse, also sowohl des Primärmotors als auch des Dampfexpanders werden gemäß 1 dann in einem Wärmecompartment gesammelt, was bedeutet, dass die beiden Niedertemperaturabwärme abgegeben Komponenten der Einrichtung vorzugeweise auch in einem gemeinsamen Wärmecompartment 100 gemäß 1 platziert sind.
Bezugszeichenliste

1: Direktverdampfer
2: Systempumpe
3: Wärmesenke/Kondesator
4: Freilaufkupplung
5: Dampfexpander
6: Generator
10: BHKW (Blockheizkraftwerk) mit Verbrennungsmotor
11: Heißer Abgastrom
20: erster Kraftanschluss am Generator
21: möglicher Anschluss: offenes Wellenende BHKW
22: möglicher Anschluss: zweiter Kraftanschluss am Generator
30: Wellenachse
100: Gehäuse oder Wärmecompartment

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6526754 B1 [0002]

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Kreisprozessanlage bei welchem in einem ersten Energieprozess mechanische Energie gewonnen wird, entweder durch Direktverbrennung und mittels thermischer Energie betriebener Kolbenkraftmaschine oder durch Betrieb eines Verbrennungsmotors, wobei diese mechanische Energie auf eine Generatorwelle übertragen wird, und in einem zweiten Energieprozess die Abwärme des ersten Energieprozesses genutzt und ebenfalls in mechanische Energie umgewandelt und auf denselben Generator mechanisch eingekoppelt wird wird, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Abwärme als hochkalorische Abgaswärme des ersten Prozesses einem Wasserdampferzeuger zugeführt wird, die in einem geschlossen sekundären, als Wasserdampfkreislauf betriebenen Kreislauf einem Dampfexpander zugeführt wird, und dass der Dampfexpander mechanisch mit dem selben Generator verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Energieträger des ersten Energieprozesses Biogas, und oder Pellets, und/oder Stäube und/oder flüssige Biotreibstoffe und/oder Gas, und/oder fossile Energieträger, und/oder Hackschnitzel nachwachsender Biomasse gespeist wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdampfkreislauf über einen im ersten Energieerzeugungsprozess implementierten Direktverdampfer betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Energieerzeugungsprozess hinsichtlich Brennstoff und Luftzufuhr so eingestellt bzw betrieben wird, dass im ersten Energieerzeugungsprozess eine hochkalorische Abwärme im Bereich von 400°C bis 1000°C entsteht, und über den Direktverdampfer den geschlossenen Wasserdampfkreislauf speist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die übrige niederkalorische Wärme im Bereich vom mindestens 70°C der Wärmeerzeugung im Rahmen einer Kraftwärme-Kopplung zur Verfügung steht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren innerhalb einer zusammenhängenden integrierten kompakten Einrichtung betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der beiden auf den gemeinsamen Generator oder die gemeinsame Generatorwelle eingekoppelte mechanische Energie über eine Kupplung in Form einer Freilaufkupplung, oder über eine Überlastkupplung oder über eine Kupplung mit Rampenfunktion angekoppelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenkraftmaschine des BHKW sowie der Dampfexpander als auch der Generator auf einem gemeinsamen Trägerchassis angeordnet, und innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses oder Wärmecompartments angeordnet sind, und so auch die anfallende Restabwärme zur Wärmeverlustreduktion an einem Ort, bzw einem Raum gesammelt und hernach optimal der Wärmenutzung der Kraft-Wärmekopplung zugeführt werden kann.
Einrichtung mit einer Kreisprozessanlage bei welchem in einem ersten Energieprozess mechanische Energie gewonnen wird, entweder durch Direktverbrennung und mittels thermischer Energie betriebener Kolbenkraftmaschine oder durch Betrieb eines Verbrennungsmotors, wobei diese mechanische Energie auf eine Generatorwelle übertragen wird, und in einem zweiten Energieprozess die Abwärme des ersten Energieprozesses genutzt und ebenfalls in mechanische Energie umgewandelt und auf denselben Generator mechanisch eingekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Abwärme als hochkalorische Abgaswärme des ersten Prozesses mittels eines Wasserdampferzeuger aufnehmbar ist, welcher in einem geschlossen sekundären, als Wasserdampfkreislauf betriebenen Kreislauf mit einem Dampfexpander verbunden wird, und dass der Dampfexpander mechanisch an den selben Generator ankoppelt.
Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdampferzeiger ein im ersten Energieerzeugungsprozess implementierter Direktverdampfer ist.
Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der beiden mechanischen Ankopplungstellen der gemeinsamen Generatorwelle mit einer zwischen Ankopplung und Generatorwelle angeordnete Kupplung oder eine Freilaufkupplung, oder eine Überlastkupplung, oder eine Kupplung mit Rampenfunktion versehen ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenkraftmaschine des BHKW (10) sowie der Dampfexpander (5) als auch der Generator (6) auf einem gemeinsamen Trägerchassis angeordnet ist, und innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses oder Wärmecompartments (100) angeordnet sind.