DE102011013922A1 - Verfahren zur Speicherung von Überschussenergie - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Speicherung von elektrischer Überschussenergie aus elektrischen Energieerzeugungsanlagen, mit: – einer Wasserstofferzeugungseinrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff unter Verwendung von elektrischem Strom, – einer Methanisierungseinrichtung zur Erzeugung eines methanhaltigen Gases aus dem erzeugten Wasserstoff und aus zugeführtem aus Rauchgasen einer Verbrennung abgeschiedenen Kohlendioxid, – einem Gasspeicher, in welchem das erzeugte methanhaltige Gas eingespeist wird, – einer Verstromungseinrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie durch die Verbrennung des erzeugten methanhaltigen Gases aus dem Gasspeicher. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid aus dem Rauchgas der Verbrennung in der Verstromungseinrichtung abgeschieden wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Speicherung von Überschussenergie aus elektrischen Energieerzeugungsanlagen nach der im Oberbegriff von Patentanspruch 1 näher definierten Art.
  • Die Speicherung von elektrischer Überschussenergie, welche beispielsweise aus regenerativen Energiequellen mit fluktuierend anfallender Primärenergie, beispielsweise Wind oder Photovoltaikanlagen anfällt, lässt sich über herkömmliche Methoden nicht oder nur sehr schlecht über einen längeren Zeitraum speichern. Vergleichbares gilt für Überschussenergie, welche beispielsweise in Grundlastkraftwerken, wie insbesondere Kernkraftwerken, oder auch in Wasserkraftwerken erzeugt wird oder erzeugt werden könnte, zu Zeiten, in denen ein niedriger elektrischer Energieverbrauch vorherrscht.
  • Eine kommerziell verfügbare Methode zur Langzeitspeicherung von Energie besteht in der Nutzung von sogenannten Pumpspeicherkraftwerken, welche jedoch in ihrer Kapazität aufgrund der erforderlichen geologischen Verhältnisse vergleichsweise eingeschränkt und örtlich an entsprechende Regionen mit geeigneten Höhenunterschieden gebunden sind.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den überschüssigen, zum gegenwärtigen Zeitpunkt nicht benötigten elektrischen Strom über Wasserstofferzeugungseinrichtungen, wie beispielsweise Elektrolyseanlagen, zu nutzen, um aus Wasser Wasserstoff und Sauerstoff herzustellen. Der dabei entstandene Wasserstoff lässt sich dann speichern und bei Bedarf verstromen, beispielsweise in einer Brennstoffzelle, oder verbrennen. Die Problematik beim Wasserstoff liegt dabei neben seiner in Bezug auf das Volumen sehr geringen Energiedichte insbesondere darin, dass Wasserstoff nicht oder nur sehr schwer zu speichern beziehungsweise zu transportieren ist, da er sehr leicht flüchtig ist und durch die meisten Materialien hindurchdiffundiert.
  • Grundsätzlich ist es aus Überlegungen zu der sogenannten „Wasserstoffwirtschaft” seit langem bekannt, dass Wasserstoff zusammen mit Kohlendioxid (CO2) zu Alkoholen und insbesondere zu Methan beziehungsweise einem methanhaltigen Gas methanisiert werden kann. Dieses Gas ist dann vergleichbar zu Erdgas deutlich einfacher zu speichern und zu transportieren, als es der Wasserstoff ist. Außerdem weist dieses Gas eine entsprechend höhere Energiedichte auf. Die Problematik bei derartigen Überlegungen zur „Wasserstoffwirtschaft” liegen darin, dass der Grundgedanke, das benötigte CO2 aus der Luft zu gewinnen, in der Praxis nicht funktioniert, da für eine derartige Methanisierung sehr große Mengen an CO2 erforderlich sind.
  • Die WO 2010/115983 A1 zeigt, basierend auf derartigen Überlegungen aus den frühen Gedanken zur „Wasserstoffwirtschaft”, entsprechende Lösungskonzepte auf, indem sie Kohlendioxid verwendet, welches aus entsprechenden Anlagen, beispielsweise aus Biogasanlagen, oder durch die an sich bekannte Abscheidung von Kohlendioxid aus den Rauchgasen einer Verbrennung, beispielsweise den Rauchgasen aus mit fossilen Energieträgern befeuerten Kraftwerken, stammt. In der oben genannten internationalen Patentanmeldung werden dafür verschiedene Kreislaufkonzepte beschrieben, welche im Wesentlichen dazu dienen, durch die Methanisierung und durch die geeignete Mischung des über die Methanisierung hergestellten Gases mit Zusatzgasen und Austauschgasen eine Gasmischung bereitzustellen, welche leicht und ohne größere Probleme in einem herkömmlichen Gasnetz, wie es beispielsweise in Deutschland sehr gut ausgebaut über die gesamte Bundesrepublik vorhanden ist, als Alternative zu Erdgas eingesetzt werden kann. Die Energie kann dabei in bestehenden Gasspeichern, beispielsweise Gasspeicherkavernen, zwischengespeichert werden. Bei Bedarf lässt sich das Gas auch über eine Verstromungseinrichtung, beispielsweise ein Gas- und Dampfkraftwerk (GuD), in elektrische Energie zurückwandeln. Die Bereitstellung eines Zusatzgases oder Austauschgases zur Erzeugung der erforderlichen Gasqualität ist dabei vergleichsweise aufwändig.
  • Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, die beschriebenen Energieversorgungssysteme zu nutzen und ein Verfahren zur Speicherung von Überschussenergie aus elektrischen Energieerzeugungsanlagen anzugeben, welches eine bestmögliche energiewirtschaftliche Nutzung ermöglicht und eine Langzeitspeicherung von elektrischer Überschussenergie gewährleistet.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den restlichen hiervon abhängigen Ansprüchen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der Lage, elektrische Überschussenergie beispielsweise aus Windkraft oder Photovoltaik, aber auch aus kontinuierlich produzierenden Kraftwerken in Zeiten geringer Leistungsabnahme, zwischenzuspeichern, um diese zu einem späteren Zeitpunkt in Form von elektrischer Energie bei Bedarf wieder zur Verfügung zu stellen. Dabei werden durch die Speicherung keine zusätzlichen Emissionen an Kohlendioxid verursacht. Das zur Methanisierung genutzte Kohlendioxid wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren aus den Rauchgasen einer Verstromungseinrichtung abgeschieden. Das Kohlendioxid wird dann vollständig zur Methanisierung zusammen mit dem durch den elektrischen Überschussstrom erzeugten Wasserstoff eingesetzt. Das so entstehende methanhaltige Gas wird dann zwischengespeichert. Je nach Speicherkapazität kann die Zwischenspeicherung dabei annähernd ohne Gasverluste über einen vergleichsweise großen Zeitraum hinweg erfolgen. Die Verstromung des Gases erfolgt dann wieder über die Verbrennung des erzeugten methanhaltigen Gases aus dem Gasspeicher. Das im Rauchgas dieser Verbrennung anfallende Kohlendioxid wird wiederum abgeschieden und dem Kohlendioxidkreislauf erneut zugeführt.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Verstromungseinrichtung ein Gas- und Dampfkraftwerk benutzt. Ein solches Gas- und Dampfkraftwerk, welches auch als „Combined Cycle”-Kraftwerk bezeichnet wird, nutzt dabei das methanhaltige Gas zum Antreiben einer Gasturbine, welche wiederum einen Generator zumindest mittelbar antreibt. Die Abwärme der Gasturbine lässt sich nutzen, um ein flüssiges Medium, insbesondere Wasser, zu verdampfen und so wie bei einem herkömmlichen Kraftwerk über einen Dampfkreislauf und eine geeignete Dampfturbine einen weiteren Generator anzutreiben. Ein solches Gas- und Dampfkraftwerk erzielt dabei einen vergleichsweise hohe Wirkungsgrad in der Größenordnung von mehr als 50% und ist daher sehr gut zur Verstromung des gespeicherten methanhaltigen Gases geeignet. Bei der Verbrennung des methanhaltigen Gases in der Gasturbine entstehen dabei unweigerlich Emissionen, welche einen hohen Anteil an Kohlendioxid aufweisen. Dieses Kohlendioxid kann aus dem Rauchgas des Gas- und Dampfkraftwerks dann wieder abgeschieden und dem erfindungsgemäßen Kreislauf des Kohlendioxids zugeführt werden.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es außerdem vorgesehen sein, dass zusätzlich Kohlendioxid aus Rauchgas von Kraftwerken mit fossiler Befeuerung abgeschieden und der Methanisierung zugeführt wird. In den Rauchgasen von Kraftwerken mit fossiler Befeuerung fällt vergleichsweise viel Kohlendioxid an. Dieses kann ebenfalls abgeschieden und der Methanisierung zugeführt werden.
  • In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung hiervon wird dann methanhaltiges Gas aus dem Gasspeicher teilweise in ein Gasversorgungsnetz eingespeist. Durch die Verwendung von zusätzlichem Kohlendioxid aus den Rauchgasen von Kraftwerken mit fossiler Befeuerung lässt sich bei Bedarf zusätzliches methanhaltiges Gas herstellen, welches nicht mit CO2 aus der Kreislaufführung zwischen der Verstromungseinrichtung und der Methanisierungseinrichtung methanisiert worden ist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist es dann vorgesehen, dass dieses methanhaltige Gas, und bevorzugt nur in dem Maße, indem dieses mit CO2 aus fossil befeuerten Kraftwerken erzeugt worden ist, in ein Gasversorgungsnetz eingespeist wird. Damit lässt sich die Energie einfach und ohne zusätzliche elektrische Fernleitungen zu benötigen, über das bestehende gut ausgebaute dort vorhandene oder nicht weit entfernte Gasversorgungsnetz über vergleichsweise große Strecken, zumindest innerhalb der Bundesrepublik Deutschland, transportieren und bei Bedarf dann entweder zur Erzeugung von Wärme, bevorzugt in Gasbrennwerttechnik, oder zur Verstromung, bevorzugt wiederum in Gas- oder Dampfkraftwerken oder in Anlagen der Kraftwärmekopplung, wie beispielsweise dezentralen Blockheizkraftwerken, einsetzen.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es außerdem vorgesehen, dass die Energieerzeugungsanlagen, aus denen die elektrische Überschussenergie stammt, regenerative Energieerzeugungsanlagen sind. Diese können beispielsweise eine oder mehrere Windkraftanlagen, Photovoltaikanlagen, Geothermiekraftwerke, Biomassekraftwerke, Wasserkraftwerke, Wellen- und gezeitenströmungskraftwerke und/oder Solarthermiekraftwerke jeweils „sortenrein” oder in beliebiger Kombination untereinander umfassen.
  • In einer vorzugsweisen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dabei als Wasserstofferzeugungseinrichtung eine Anlage zur Elektrolyse von Wasser zu Sauerstoff und Wasserstoff verwendet. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung hiervon ist es vorgesehen, dass der Sauerstoff aus der Elektrolyseeinrichtung zur Verbrennung in der Verstromungseinrichtung und/oder dem Kraftwerk mit fossiler Befeuerung eingesetzt wird. Dadurch, dass in der Verstromungseinrichtung und/oder dem Kraftwerk mit fossiler Befeuerung, sofern dieses vorhanden ist, der Sauerstoff aus der Elektrolyseanlage zur Verstromung verwendet wird, entsteht der besondere Vorteil, dass die Verbrennung entweder alleine oder typischerweise mit einem größeren Anteil an Sauerstoff als in der Luft vorliegt, verwendet wird. Die Verbrennung wird dadurch verbessert, die Energieausbeute erhöht und schädliche Emissionen, insbesondere in Form von Stickoxiden, werden in den Rauchgasen reduziert. Dies reduziert wiederum den Aufwand zur Reinigung der Rauchgase und erhöht damit nicht nur die Energieausbeute, sondern spart auch Betriebskosten zur Rauchgasreinigung der Verstromungseinrichtung und/oder des Kraftwerks.
  • In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es außerdem vorgesehen, dass anfallendes Wasser aus der Verstromungseinrichtung, dem Kraftwerk und/oder der Methanisierungseinrichtung für die Elektrolyse von Wasser zu Wasserstoff verwendet wird. Das Wasser, welches als Kondensat in der Verstromungseinrichtung, dem Kraftwerk und/oder der Methanisierungseinrichtung anfällt, ist sehr rein. Dieses ist ideal geeignet, um im Kreislauf zur Elektrolyseanlage geführt zu werden, um dort wiederum in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt zu werden. Die Verwendung des reinen Wassers in der Elektrolyseeinrichtung ermöglicht es, dass diese über einen vergleichsweise langen Zeitraum hinweg betrieben werden kann, ohne durch im Wasser ansonsten vorhandene Zusatzstoffe verschmutzt zu werden. Außerdem kann durch die Kreislaufführung des Wassers auf die Zufuhr von Frischwasser ganz oder weitgehend verzichtet werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es außerdem vorgesehen, dass Abwärme aus der Verstromungseinrichtung, der Methanisierungseinrichtung, der Wasserstofferzeugungseinrichtung und/oder dem Kraftwerk mit fossiler Befeuerung genutzt wird, um den Prozess des Abscheidens des Kohlendioxids in der Verstromungseinrichtung und gegebenenfalls in dem Kraftwerk zu unterstützen. Dieser an sich bekannte und in der Praxis mittlerweile häufig eingesetzte Prozess der Kohlendioxidabscheidung, wie er beispielsweise von der Firma Siemens kommerziell angeboten wird, ist typischerweise ein endothermer Prozess, welcher eine zusätzliche Wärmequelle benötigt. Da bei der Methanisierung, der Wasserstofferzeugung sowie bei der Verstromung und gegebenenfalls dem fossilen Kraftwerk Abwärme anfällt, kann diese vorzugsweise dazu genutzt werden, die benötigte Wärme zur Kohlendioxidabscheidung im Bereich der Verstromungseinrichtung und/oder des Kraftwerks bereitzustellen.
  • Die anfallende Abwärme, sofern diese nicht gänzlich für die CO2-Abscheidung benötigt wird, kann anderweitig genutzt werden. Beispielsweise über Wärmepumpenanlagen, einen weiteren Dampfprozess, welcher insbesondere mit geeigneten Kältemitteln, welche bereits bei niedrigen Temperaturen verdampfen, betrieben wird. Ferner ist es selbstverständlich denkbar, die Abwärme direkt als thermische Energie beispielsweise für Heizprozesse oder dergleichen über Fernwärmeleitungen oder geeignete, in unmittelbarer Umgebung aufgebaute wärmebenötigende Industrie einzusetzen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich außerdem aus dem nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiel, welches unter Bezugnahme auf die einzige beigefügte Figur näher beschrieben wird.
  • Die einzige beigefügte Figur zeigt eine sehr komplexe Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit allen beschriebenen möglichen Ausgestaltungen. Dabei ist es selbstverständlich klar, dass in einer unter den Gedanken der vorliegenden Beschreibung für eine Anlage nicht alle diese Eventualitäten mit realisiert sein müssen, sondern dass es ausreicht, die in den Ansprüchen beschriebenen Kernaspekte jeweils alleine umzusetzen, um den erfindungsgemäßen hauptsächlichen Vorteil zu erzielen.
  • In der Figur ist mit der Box 1 eine Ansammlung von elektrischen Energieerzeugungsanlagen 1 symbolisiert. Diese können insbesondere regenerative Energieanlagen sein, welche aus fluktuierender Primärenergie, wie beispielsweise Wind oder Sonne, elektrische Energie erzeugen und somit entsprechend dem Bedarf an elektrischer Energie in einem mit 2 bezeichneten elektrischen Energieversorgungsnetz überschüssige elektrische Energie erzeugen. Über den mit 3 bezeichneten Zweig der Stromverteilung gelangt diese regulär im elektrischen Energieversorgungsnetz 2 benötigte elektrische Energie zum Netz. Der mit 4 bezeichnete Zweig symbolisiert die überschüssige elektrische Energie, welche in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zu einer Wasserstofferzeugungseinrichtung 5 geleitet wird. Diese kann insbesondere als Elektrolyseanlage ausgebildet sein, welche über eine mit 6 bezeichnete Leitung Wasser (H2O) zugeführt wird. In der Elektrolyseanlage wird aus der elektrischen Überschussenergie aus dem Zweig 4 der Stromverteilung und dem über die Leitung 6 zugeführten Wasser dann einerseits Wasserstoff (H2) und andererseits Sauerstoff (O2) gewonnen. Der Wasserstoff wird entsprechend der mit 7 bezeichneten Leitung einer Methanisierungseinrichtung 8 zugeführt. In einer derartigen Methanisierungseinrichtung 8 lässt sich aus dem Wasserstoff sowie Kohlendioxid (CO2), welches aus einem CO2-Speicher 9 der Methanisierungseinrichtung 8 zugeführt wird, ein methanhaltiges Gas (CH4) gewinnen. Dieses methanhaltige Gas lässt sich dann in einem Gasspeicher 10 in an sich bekannter Art und Weise speichern.
  • Die Speicherung des methanhaltigen Gases ist dabei einfacher zu bewerkstelligen als die Speicherung von Wasserstoff, da einerseits die auf das Volumen bezogene Energiedichte des methanhaltigen Gases deutlich höher ist, und da dieses im Vergleich zum Wasserstoff sehr viel besser in geeigneten Speichern eingespeichert werden kann, da Wasserstoff extrem leicht flüchtig ist. Das in dem Gasspeicher 10 gespeicherte Gas kann bei Bedarf dann in einer Verstromungseinrichtung 11, welche vorzugsweise als Gas- und Dampfkraftwerk 11 ausgebildet ist, verbrennen, wobei die dabei entstehende thermische Energie zum Antreiben einer Gasturbine und die anfallende Abwärme zum Antreiben eines Dampfkreislaufs genutzt wird. Dampfkreislauf und Gasturbine treiben wiederum Generatoren an, welche elektrische Energie bereitstellen. Diese gelangt über den mit 12 bezeichneten Zweig der Stromverteilung zum elektrischen Energieversorgungsnetz 2. Um die Verbrennung in dem Gas- und Dampfkraftwerk 11 zu verbessern, um so mehr thermische Energie aus dem methanhaltigen Gas zu gewinnen und weniger schädliche Emissionen, insbesondere weniger Stickoxide zu verursachen, wird bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel dem Gas- und Dampfkraftwerk als Verstromungseinrichtung 11 außerdem der in der Elektrolyseanlage 5 entstehende Sauerstoff zur Verbrennung zugeführt. Dieser kann entweder alleine zur Verbrennung genutzt werden oder insbesondere dazu, die Verbrennungsluft mit Sauerstoff anzureichern.
  • Sowohl in der Verstromungseinrichtung 11 als auch in der Methanisierungseinrichtung 8 fällt dabei Wasser in Form von Kondensat beziehungsweise Produktwasser an. Dieses deionisierte und hochreine Wasser ist hervorragend für die Elektrolyseanlage 5 geeignet und wird bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über die Leitung 6 der Elektrolyseanlage 5 wieder zugeführt.
  • In der Verstromungseinrichtung 11 entsteht außerdem Rauchgas, welches durch den mit dem Bezugszeichen 13 bezeichneten Pfeil angedeutet ist. Dieses Rauchgas gelangt in einen Kohlendioxidabscheider 14, in welchem das Kohlendioxid in dem Rauchgas 13 in an sich bekannter Art und Weise abgeschieden wird. Das Kohlendioxid gelangt dann in den Bereich des bereits beschriebenen Kohlendioxidspeichers 9, das verbleibende Rauchgas gelangt, gegebenenfalls über vor- oder nachgeschaltete Reinigungsstufen in an sich bekannter Art und Weise in die Umgebung.
  • Nun ist es so, dass sowohl im Bereich der Elektrolyseanlage 5 als auch im Bereich der Methanisierungseinrichtung 8 und insbesondere im Bereich der Verstromungseinrichtung 11 Abwärme anfällt. Diese Abwärme wird gesammelt und gelangt durch die mit 15 bezeichneten Pfeile in den Bereich des Kohlendioxidabscheiders 14, welcher typischerweise endotherm arbeitet und so die ohnehin vorhandene Abwärme zur Kohlendioxidabscheidung nutzt. Gegebenenfalls vorhandene überschüssige Abwärme kann dann, wie durch die mit 16 bezeichnete Box prinzipmäßig angedeutet, über ein thermisches Versorgungsnetzwerk (Fernwärmeleitung) oder einen weiteren Dampfprozess, insbesondere einen Rankine oder Kalina Prozess, genutzt und in thermische Nutzenergie und/oder Strom umgesetzt werden.
  • Der bisher beschriebene Aufbau ist CO2 neutral, da das gesamte in den Rauchgasen 13 der Verstromungseinrichtung 11 anfallende CO2 zwischengespeichert und in der Methanisierungseinrichtung 8 wiederverwendet wird. Es entsteht ein quasi- geschlossener CO2-Kreislauf bei der Zwischenspeicherung der angefallenen elektrischen Überschussenergie aus den elektrischen Energieerzeugungsanlagen 1.
  • Betrachtet man nun zusätzlich die untere Hälfte der einzigen beigefügten Figur, so ist zu erkennen, dass sich dort dieselbe Technologie nochmals befindet. Sie funktioniert vergleichbar, wobei das in einer Methanisierungseinrichtung 18 in der unteren Hälfte der Figur erzeugte methanhaltige Gas dem in der oberen Hälfte der Figur dargestellten Gasspeicher 10 zugeführt wird. Anstelle der Verstromungseinrichtung 11 in der oberen Hälfte der dargestellten Figur tritt in der unteren Hälfte der dargestellten Figur ein Kraftwerk 17, welches mit fossilen Energieträgern 19, beispielsweise Kohle, befeuert wird. Auch hier wird in einem Kohlendioxidabscheider 20 aus Rauchgasen 21 des Kraftwerks 17 das Kohlendioxid abgeschieden und in einem Kohlendioxidspeicher 22 zwischengespeichert. Auch hier wird das Kohlendioxid der Methanisierung zugeführt, welche zusätzlich Wasserstoff aus einer weiteren Elektrolyseanlage 23, welche ebenfalls mit elektrischer Überschussenergie aus den elektrischen Energieerzeugungsanlagen 1 betrieben wird, erhält. Auch hier ist eine vergleichbare Verwendung des anfallenden Wassers in der Leitung 24 und der anfallenden Abwärme durch die mit 25 bezeichneten Pfeile möglich und sinnvoll. Die in der einzigen beigefügten Figur getrennt dargestellten Einrichtungen 5 und 23, 8 und 18, 9 und 22, 14 und 20 können jeweils aufgeteilt oder auch in jeweils einem Aufbau integriert realisiert sein.
  • Da mit dem zusätzlichen Kohlendioxid, welches aus den Rauchgasen 23 des fossil befeuerten Kraftwerks 17 entsteht, zusätzliches methanhaltiges Gas erzeugt werden kann, kann dieses bei entsprechendem Überschuss in den Gasspeicher 10 oder bei Bedarf einem mit 26 bezeichneten externen Gasversorgungsnetz zugeführt werden, um beispielsweise über größere Strecken transportiert und dort als thermischer Energieträger genutzt zu werden. Auch eine Nutzung in Verstromungseinrichtungen, Blockheizkraftwerken oder dergleichen, welche mit dem Gasversorgungsnetz 26 verbunden sind, ist möglich.
  • Auch eine Vermischung des hergestellten methanhaltigen Gases, beispielsweise mit Erdgas, ist möglich und für die Weiterverwendung unbedenklich.
  • Der Vorteil dieses Aufbaus in der unteren Hälfte der dargestellten Figur besteht dann darin, dass mit vorhandener elektrischer Überschussenergie zusätzlich methanhaltiges Gas erzeugt wird, welches die Abhängigkeit von einer Erdgasversorgung, welche beispielsweise aus Nachbarstaaten erfolgen muss, entsprechend verringert. Das dabei gebundene CO2 wird später bei der Verbrennung des erzeugten methanhaltigen Gases wieder freigesetzt und kann je nach Typ der Verbrennung gegebenenfalls wieder abgeschieden werden, es entsteht durch die Verwendung des erzeugten methanhaltigen Gases jedoch keine zusätzliche CO2-Emission. Vielmehr kann durch die Reduzierung des Verbrauchs von Erdgas aufgrund des erzeugten methanhaltigen Gases die Gesamtemission an Kohlendioxid insgesamt verringert werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2010/115983 A1 [0006]

Claims (11)

  1. Verfahren zur Speicherung von elektrischer Überschussenergie aus elektrischen Energieerzeugungsanlagen (1), mit: 1.1 wenigstens einer Wasserstofferzeugungseinrichtung (5, 23) zur Erzeugung von Wasserstoff (H2) unter Verwendung von elektrischem Strom, 1.2 wenigstens einer Methanisierungseinrichtung (8, 18) zur Erzeugung eines methanhaltigen Gases (CH4) aus dem erzeugten Wasserstoff (H2) und aus zugeführtem aus Rauchgasen (13, 21) einer Verbrennung abgeschiedenen Kohlendioxid (CO2), 1.3 einem Gasspeicher (10), in welchem das erzeugte methanhaltige Gas (CH4) eingespeist wird, 1.4 einer Verstromungseinrichtung (11) zur Erzeugung von elektrischer Energie durch die Verbrennung des erzeugten methanhaltigen Gases (CH4) aus dem Gasspeicher (10), dadurch gekennzeichnet, dass 1.5 das Kohlendioxid (CO2) aus dem Rauchgas (13) der Verbrennung in der Verstromungseinrichtung (11) abgeschieden wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Verstromungseinrichtung (11) ein Gas- und Dampfkraftwerk genutzt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Kohlendioxid (CO2) aus Rauchgasen (21) von Kraftwerken (17) mit fossiler Befeuerung abgeschieden und einer Methanisierungseinrichtung (8, 18) zugeführt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass methanhaltiges Gas (CH4) aus dem Gasspeicher (10) teilweise in ein Gasversorgungsnetz (26) eingespeist wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass methanhaltiges Gas (CH4) nur in dem Maße in das Gasversorgungsnetzwerk (26) eingespeist wird, indem es mit Kohlendioxid (CO2) aus fossil befeuerten Kraftwerken (17) erzeugt worden ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Energieerzeugungsanlagen (1) regenerative Energieerzeugungsanlagen genutzt werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Wasserstofferzeugungseinrichtung (5, 23) eine Elektrolyseanlage zur Elektrolyse von Wasser (H2O) zu Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) verwendet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff (O2) aus der Elektrolyseanlage (5, 23) zur Verbrennung in der Verstromungseinrichtung (11) und/oder dem Kraftwerk (17) eingesetzt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass anfallendes Wasser (H2O) aus der Verstromungseinrichtung (11), dem Kraftwerk (17) und/oder der Methanisierungseinrichtung (8, 18) für die Elektrolyse von Wasser (H2O) zu Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) verwendet wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Abwärme aus der Verstromungseinrichtung (11), dem Kraftwerk (17), der Methanisierungseinrichtung (8, 18) und/oder der Wasserstofferzeugungseinrichtung (5, 23) zumindest teilweise im Bereich des Kohlendioxidabscheiders (14, 20) verwendet wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Abwärme aus der Verstromungseinrichtung (11), dem Kraftwerk (17), der Methanisierungseinrichtung (8, 18) und/oder der Wasserstofferzeugungseinrichtung (5, 23) als thermische Energie und/oder in einem Dampfkreislauf genutzt wird.
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