DE102011115822B4

DE102011115822B4 - Verfahren zum Betreiben einer Ver- und Entsorgungszelle auf Wasser, Wasserstoff- und Sonnenenergiebasis zur Energieversorgung von Immobilien und Automobilen

Info

Publication number: DE102011115822B4
Application number: DE102011115822.0A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-11-18
Filing date: 2011-11-18
Publication date: 2016-02-18
Anticipated expiration: 2031-11-19
Also published as: DE102011115822A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Ver- und Entsorgungszelle auf Wasser, Wasserstoff- und Sonnenenergiebasis zur Energieversorgung von Immobilien und Automobilen bei dem • in der Immobilie anfallendes Abwasser in der Zelle gereinigt wird; • der Feststoffanteil des Abwassers getrocknet, gelagert und dann einer speziellen Deponie zugeführt wird; • der Flüssiganteil des Abwassers auf Trinkwasserqualität gereinigt und für die Wasserstoffproduktion mittels Elektrolyse verwendet wird, wobei der dabei anfallende Rest einer Versickerung zugeführt wird; • mit Hilfe von in elektrische Energie gewandelter Sonnenenergie durch Elektrolyse Wasserstoff produziert wird; • der erzeugte Wasserstoff mittels Wasserstoffverdichter verdichtet und in einem Wasserstofftank gelagert wird; • ein mit Wasserstoff betriebenes Blockheizkraftwerk Wärme für die Immobilie und elektrische Energie für die Immobilie und das Automobil erzeugt, wobei die erzeugte Wärme in einen Speicher geleitet wird; • die elektrische Energie in ein Stadtkraftwerknetz über einen Plus-Minuszähler eingespeist wird, wobei das Stadtkraftwerknetz die Energie der Ver- und Entsorgungszelle computerprogrammgesteuert anfordert und verteilt; dadurch gekennzeichnet, dass die Energie in straßengeführte Leitungen zur induktiven Energieversorgung des Automobilverkehrs gespeist wird.

Description

1 Die neue Energieversorgung basiert auf einem einfachen Prinzip. 2 Die Umkehr von großen Energieproduzenten zu Kleinen. 3 Dieser Vorgang in der Energiewirtschaft ist gleichzusetzen mit dem Entwicklungsprozess in der Computerindustrie in den 50ziger; 60ziger und 70ziger Jahren des letzten Jahrhunderts. 4 Niemand der Großcomputeranlagenbauer in der damaligen Zeit glaubte an die Revolution der Mikrocomputer. 5 War Konrad Zuses Computer noch mehrere Zimmer groß, hat ein heutiger Personalcomputer Aktentaschengröße und ist mehrere Tausendmal leistungsfähiger. 6 So müssen wir die Kraftwerke der Zukunft denken und entsprechend entwickeln. 7 So wie beim Groß-Computer sind auch die einzelnen benötigten Komponenten im Stand der Technik der Energiewirtschaft vorhanden. 8 Es gilt die Stadt, bzw. die kleinsten Elemente der Stadt, also die Einfamilienhäuser, zu einem Kraftwerk intelligent zusammenzuführen, so dass nur der Strom produziert wird, den man auch benötigt, nur mit einem bedeutenden besseren Wirkungsgrad. 9 Die Zuführung von Sonnenenergie, Wasser und Schwachstrom, sollen die einzigen Größen sein die von außen für das Kleinkraftwerk benötigt werden. 10 Die VEZ löst in der Menge, also als Feld zusammengeführt, das Großkraftwerk ab. 11 Die jeweiligen Stadtwerke sind das Gehirn also die Steuerungszentrale der Energieverteilung, und damit auch der Produktion. Sie rufen bei Bedarf von den VEZ die Energie ab. 12 Die Stadtwerke sind die Schaltzentrale. 13 Ob Groß- Mittel- oder Kleinstadt oder Weiler, das örtliche städtische Netz ist mit anderen Stadtenergienetzen durch Straßenverkabelung verwoben. 14 In der Zukunft wird eine in der Straße geführte Energieverteilung dafür sorgen, dass eine sichtbare Stromführung nicht mehr nötig ist. 15 Gleichzeitig dient das straßengeführte Netz zur Versorgung des Verkehrs mit Energie, das berührungslos übertragen wird. 16 Technisch ist eine berührungslose Energieübertragung möglich, so dass elektrische Autos ohne teueren Batterieentwicklung und -ladung auskommen. 17 Der Verkehr kann computerunterstützt bei aufkommender Dichte gesteuert werden.

B.) Dies ist für manche Vision, für andere mögliche Realität.!
C.) 1 Die kleinste Einheit des der Stadtenergieanlage der Zukunft, ist ein Einfamilienhaus mit einer Energie- Ver- und Entsorgungseinheit (VEZ), die ausschließlich mit selbst hergestelltem Wasserstoff den eigenen Energiebedarf deckt, wenn nötig auch darüber hinaus, ausschließlichen mit der Zuführung von Wasser und Sonnenenergie auskommt und wenn nötig Energie produziert. 3 Gleichzeitig sorgt diese kleinste Einheit für die gesamte Entsorgung, der jeweiligen Einheit. 4 Die Addition dieser Kleinkraftwerke (Einfamilienhaus), oder Mittelkraftwerke (Gewerbebetrieb), oder Großkraftwerke (Industrieanlage) ersetzt den Einsatz von umweltbeeinflußenden Großeinheiten wie die Atomkraftwerke. 5 Windenergieanlagen sind in ihrer Größe so ausgerichtet, dass sie durch den Einzelnen nur schwer betrieben werden können und lange Zuführleitungen besitzen. 6 Die momentane Sonnenenergienutzung hat den Nachteil, dass sie subventioniert werden muss und dass sie nicht Grundlastunabhängig betrieben werden kann. 7 Eine solche Grundlastunabhängigkeit bedarf eines Ressourcenspeichers, der wiederum für große Anlagen, beim Wasserstoff, Sicherheitsbedenken in sich birgt. 8 Daraus folgt, dass für einen Wasserstoffspeicher, nur kleine Einheiten in Betracht kommen, auch und gerade, um gewisse Vorurteile beim Betreiber abzubauen. Dies leistet ein VEZ.
D.) 1 Die VEZ'S verbrauchen zukünftig nur in erster Linie Wasser, und welches gereinigt wieder auf dem Grundstück versickert, oder im Regenwasserkanal abgeführt wird. 2 In Ballungsgebieten, dort wo es keine Grünanlagen gibt, werden die bestehenden Wassernetze dazu genutzt, die gereinigten Wässer in Vorfluter einzuleiten, oder auf Versickerungsflächen einzubringen. 3 Die aus dem Wasser gereinigten Stoffe bzw. Schwebestoffe, werden durch Energieüberschüsse getrocknet und dem Bio-Müll zugeführt. 4 Dafür entfällt, das gesamte Abwassernetz und die Kläranlagen. 5 Bis auf die Wasserversorgung ist die gesamte Wassernutzung, Entsorgung und Energieproduktion private Sache. 6 Allerdings mit der Verpflichtung, dass die Stadtenergieanlagen ein Nutzungsrecht an der Anlage haben zur notwendigen und intelligenten Aufschaltung zur Energiepoduktion durch mehrere VEZ bei notwendigem Bedarf und der notwendigen Verteilung.
E.) 1 Der für die Wasserstofferzeugung notwendige Elektrolyseur wird mit dem gereinigten Abwasser des Hauses gespeist. 2 Die zweite Verbrauchseinheit ist elektrische Energie, deren Verbrauch/Überschuss über einen Plus-Minus Stromzähler zwischen VEZ und der jeweiligen Stadtenergieanlage ermittelt wird. 3 Die Sonne ist Energielieferant! 4 Die überschüssige Sommerenergie wird für die benötigte Winterenergie durch eine Wasserstoffspeicherung sichergestellt. 5 Herkömmliche Photovoltaikanlagen produzieren elektrische Energie. 6 Mit dieser elektrischen Energie wird Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. 7 Der Wasserstoff gelangt in einen Verdichter, der den verdichteten Wasserstoff in einen Tank abgibt. 8 Der Tank hat ein Fassungsvermögen für ein 1 Jahr eines VEZ. 9 Mit dem Wasserstoff wird ein Kleinst-Blockheiz-Kraftwerk betrieben, welches vorwiegend zum Wärmeverbrauch im Winter, aber auch zum elektrischen Verbrauch im Sommer dient. 10 Die elektrischen Energien der Blockheitzkraftwerke, werden durch die Stadtenergieanlagen bei Bedarf „intelligent” mittels Datenleitung abgerufen. 11 Die elektrisch produzierte Energie wird bei Bedarf nicht „runter” sondern „hoch” transformiert. 12 Die Wärme dient der Heizung dem Warmwasser und der Entsorgungsstofftrocknung. 13 Die Energieerzeugung des VEZ schließt den Verbrauch des Verkehrs mit ein.
F.) 1 Entsprechend dem beiliegenden Organigramm soll das neue Energiekonzept, einerseits für den Eigenheimbesitzer (Firma, Bürogebäude, Schule etc.) dargestellt werden. 2 Die benötigten Komponenten sind vorhanden aber noch nicht maßstabsgerecht. 3 Für die Anpassung der Komponenten an die jeweilige Größe, bedarf es Partner die in der Lage sind entsprechend viele Kraftwerke der Zukunft (VEZ) zu generieren, um den Stand der Technik der Komponenten so zu ändern, dass eine Umsetzung für eine kleinste Einheit sichergestellt wäre, aus der die industriell produktiven Einheiten hergestellt werden können.
G.) 1 Die möglichen Einsparungen zwischen großen Einheiten und den summarischen gleichen Energiegrößen aus den VEZ ist erheblich. Kohlekraftwerke die noch häufigste verwendete Energieerzeugung haben einen Wirkungsgrad von 25–45%, Erdgaskraftwerke liegen bei 55–60%, Atomkraftwerke bei 33% und Kraftwärmekupplungsanlagen liegen bei bis zu 98%. 2 Allein bei der Verwendung des kleinsten Energieträgers sind 40% an Energieeinsparungen möglich, wenn die Umsetzung von der großen zur kleinen Einheit mit einer intelligienten Energieverteilung umgesetzt würde.
H.) Beschreibung nach Diagramm 1
I,) Ver- und Entsorgungszelle, auf Wasser- und Sonnenenergiebasis, als induktive, vernetzbare und abrufbare Energiegröße für Stadtenergieanlage zur Energieversorgung (z. B. Immobilien und Automobile) der entsprechenden Gebietskörperschaft

Wasser wird üblicherweise durch die Stadtwerke für entsprechende zu versorgende Einheiten zur Verfügung gestellt.

1.) Die Nutzung der Einheiten ist vielfältig. In der Regel wird Wasser vielfältigst genutzt, so dass verschiedene Verschmutzungsgrade anfallen. Diese Vielfalt der Verschmutzungsgrade wird i. d. R sozialisiert. Zukünftig, soll jeder für sein Abwasser verantwortlich sein, um es auf den Stand zu reinigen, so wie er es erhalten hat.
2.) Das Abwasser ist in Feststoffe (4.)) und flüssige Bestandteile (7.)) zu trennen.
5.) Die aus dem Abwasser stammenden Feststoffe sind einer Trocknung zuzuführen.
6.) Danach gelangen diese Stoffe durch die Eigentümer auf Deponien (Bio-Müll)
8.) Die flüssigen Abwässer werden gereinigt
9.) Eine nochmalige Trennung findet statt.
10.) Das gereinigte Wasser wird für die Elektrolyse verwendet
11.) Nicht benötigtes Wasser (Trinkwasserqualität 100%) wird der Versickerung auf dem Grundstück zugeführt (§ 83 Wassergesetz) oder in die Regenwasserleitung mit Direkteinleitung in einen Vorfluter.
12.) Bei der Elektrolyse entsteht Sauerstoff, der an den Raum des Aufstellortes abgegeben wird.

A.) Die Sonne ist Energielieferant
B.) Mittels Photovoltaikanlagen wird Licht zu elektrischem Strom
C.) Durch eine Elektrolyse wird das gereinigte Wasser aufgespalten in Wasserstoff und Sauerstoff.
D.) Wasserstoff ist der Energieträger der Zukunft. Wasserstoff benötigt Wasser und Energie zur Erzeugung. Die benötigte Energie wird durch die Sonne bereitgestellt. Die Bereitstellung der vorhandenen notwendigen Komponenten liegt in der möglichen Massenproduktion.
E.) Mit einem Verdichter wird Wasserstoff in den sonnenreichen Monaten auf ein Maß komprimiert, so dass ein jährlicher Bedarf und darüberhinaus sichergestellt ist.
F.) Zur Sicherstellung des Energiebedarfes in den Wintermonaten ist ein Tank notwendig, der den verdichteten Wasserstoff aufnehmen kann.
G.) Das Blockheizkraftwerk dient der Wärmeproduktion und der Produktion von elektrischer Energie. Die Wärme benötigt man für die Heizung des Warmwasser, der Trocknung und eines Wärmespeicher. Die elektrische Energie wird benötigt um die summarische Grundlast der Verbrauchseinheiten sicherzustellen. Dieser Abruf der Grundlast, die Grundlast wird dann definiert als das Zusammenschalten von mehreren VEZ, aber auch weitere benötigte Energiemengen, müssen durch die örtlichen Stadtwerke abrufbereit und sichergestellt sein. Benachbarte Stadtwerke (Städte, Dörfer) müssen Energiemengen jederzeit von den örtlichen Stadtwerken abrufen können. Die intelligente zur Verfügung zu stellende Energie von Kleinkraftwerken in der „Masse” wird die zukünftige Aufgabe der Stadtwerke sein. Keine großen Energietransporte mit entsprechenden Verlusten, sondern die örtliche Produktion von summierten Kleinkraftwerken, je nach dem wie der Bedarf, die Energie benötigt wird. Energieinseln von VEZ um Großverbraucher, die den Bedarf am Ort sicherstellen und damit eine Einsparung gewährleisten. Der Anreiz des Kleinkraftwerkbesitzers bessere und neuere Energieerzeugungen auf dieser Basis zu nutzen und zu investieren, sorgt für eine weitaus größere Innovation auf dem Energiemarkt, als mit großen Einheiten.
H.) Die Wärme wird einerseits zur Heizung, für das Warmwasser, für die Trocknung und für die Speicherung verwendet.
I.) Der Wärmespeicher wird über ein hochwärmegedämmtes Becken sichergestellt.
J.) siehe H.)
K.) Die elektrische Energie wird in das Netz der Stadtwerke eingespeist, welches durch sie intelligent verteilt oder abgerufen wird. Die Produktion der Energie und der Verbrauch der Energie, wird über einen Plus-Minus Zähler erfasst
L.) Das Netz der Stadtwerke wird zukünftig nicht mehr durch eine Grundlast sichergestellt, sondern der Bedarf wird über ein computergesteuertes Netzinformationssystem am Bedarfsort und dessen produktionsbedingter Umgebung sichergestellt. Die Straße wird der Verteilort der Energie weil große Streckenüberwindungen wie bei den großen Einheiten nicht mehr notwendig sind. Durch die Berührungslose Stromübertragung ist damit auch ein Verkehr möglich der elektrisch gespeist wird. Die energetische Zusammenführung von der Immobilie und des Automobil ist damit sichergestellt. Der Kleinststromproduzent ist damit autark in verantwortungsvoller Zusammenarbeit mit seinen Stadtwerken. Eine Abhängigkeit durch Großkonzerne wäre damit in dieser Größenordnung nicht mehr gegeben, da das Produktionssystem umgekehrt wurde.
M.) Plus-Minus Verbrauch zwischen VEZ und Stadtwerken.
N.) Der Ausbau einer Straße zur berührungslosen Energieübertragung wäre für Neubaustrecken marginal im Verhältnis zum Nutzen.
O.) Elektroautos sind vorhanden und können der Überbrückung dienen. Autos mit berührungsloser Energieübertragung sind vorhanden und können wie bei den anderen Komponenten mittels Massenproduktion sichergestellt werden.

I.) Die eigentliche Idee liegt neben dem VEZ am Zusammenführen einzelner VEZ's die auch mit verschiedenen Energieträgern betrieben werden können. Die VEZ's werden wie beschriebn intelligent mittels Datenleitung bei Bedarf zusammengeführt, um einen notwendigen Energiebedarf sicherzustellen. Die Stadtenergieanlage muss das einzelne VEZ starten und steuern können. Dies ist vertraglich zu regeln, so dass aus mehreren kleinen Einheiten eine verlässliche Großeinheit entstehen kann, die das Großkraftwerk ersetzen kann.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Ver- und Entsorgungszelle auf Wasser, Wasserstoff- und Sonnenenergiebasis zur Energieversorgung von Immobilien und Automobilen bei dem • in der Immobilie anfallendes Abwasser in der Zelle gereinigt wird; • der Feststoffanteil des Abwassers getrocknet, gelagert und dann einer speziellen Deponie zugeführt wird; • der Flüssiganteil des Abwassers auf Trinkwasserqualität gereinigt und für die Wasserstoffproduktion mittels Elektrolyse verwendet wird, wobei der dabei anfallende Rest einer Versickerung zugeführt wird; • mit Hilfe von in elektrische Energie gewandelter Sonnenenergie durch Elektrolyse Wasserstoff produziert wird; • der erzeugte Wasserstoff mittels Wasserstoffverdichter verdichtet und in einem Wasserstofftank gelagert wird; • ein mit Wasserstoff betriebenes Blockheizkraftwerk Wärme für die Immobilie und elektrische Energie für die Immobilie und das Automobil erzeugt, wobei die erzeugte Wärme in einen Speicher geleitet wird; • die elektrische Energie in ein Stadtkraftwerknetz über einen Plus-Minuszähler eingespeist wird, wobei das Stadtkraftwerknetz die Energie der Ver- und Entsorgungszelle computerprogrammgesteuert anfordert und verteilt; dadurch gekennzeichnet, dass die Energie in straßengeführte Leitungen zur induktiven Energieversorgung des Automobilverkehrs gespeist wird.