DE102012021909A1 - Verfahren zur Transformation und Speicherung von regenerativer Energie und Abwärme - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Transformation und Speicherung von solar-regenerativer Energie und/oder Abwärme aus der Energieumwandlung und -anwendung in chemische und physikalische Energie, deren Speicherung und geregelte Umwandlung in Elektroenergie, Heiz- und Prozesswärme, und/oder Trinkwasser.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Transformation und Speicherung von solar-regenerativer Energie und/oder Abwärme aus der Energieumwandlung und -anwendung in chemische und physikalische Energie, deren Speicherung und geregelte Umwandlung in Elektroenergie, Heiz- und Prozesswärme, und/oder Trinkwasser.
  • Das Einsatzgebiet der Erfindung ist die Energie- und Trinkwasserversorgung in Kommunen, Industrie, Gewerbe und im Verkehrswesen.
  • Die Hauptaufgabe der Energieversorgung im 21. Jahrhundert ist die Ablösung der fossilen und atomaren Brennstoffe durch solar-regenerative Energie. Der Begriff ”solar-regenerative Energie” soll vorliegend zur Abgrenzung von fossilen und atomaren Brennstoffen dienen, da derzeit auch wiederaufbereitete atomare Brennstoffe in einigen Fällen als ”regenerative” Energie bezeichnet werden. Die bekanntesten Anlagen zur Umwandlung von solar-regenerativer Energie in Elektroenergie sind derzeit Photovoltaik-Wind und Wasserkraftanlagen. In Rahmen der vorliegenden Anmeldung sind die Begriffe solar-regenerative Energie und regenerative Energie synonym im Sinne der obigen Abgrenzung eingesetzt. Die Realisierung dieser Substitution wird beim Stand der Technik durch unzureichende Technologien für die Energiespeicherung erschwert, obwohl es eine Vielzahl von technischen Lösungen und Vorschlägen gibt. Die Notwendigkeit der Energiespeicherung in der heutigen Energiewirtschaft ergibt sich aus dem Verhalten der Energieabnehmer, was sich trotz aller Bemühungen auch in Zukunft nicht wesentlich ändern wird. Gelöst wurde die Aufgabe der Energiespeicherung bisher im Wesentlichen durch Speicherung fossiler und atomarer Brennstoffe vor der Energieumwandlung und -anwendung und in ihrer Leistung regelbare Energieumwandlungsverfahren, die dem Lastgang (auch Lastprofil oder Lastkurve), d. h. dem zeitlichen Verlauf der abgenommenen Leistung (z. B. der elektrischen Leistung oder der Gas-Leistung) über eine zeitliche Periode, der Energieversorgungssysteme folgen können.
  • Energiespeicher zwischen der Umwandlung der fossilen und atomaren Brennstoffe und den Energieabnehmern, wie Pumpspeicherwerke, Wärmespeicher sowie elektrische Akkumulatoren und Batterien, haben demgegenüber gegenwärtig untergeordnete Bedeutung. Da die zukünftig bedeutenden Energiequellen der solar-regenerativen Energiewirtschaft, wie insbesonere Sonnenstrahlung und Windenergie, nur zeitweise zur Verfügung stehen und nicht gespeichert werden können, werden dem gegenüber Speichermethoden, die zwischen der Umwandlung solar-regenerativer Energie und den Energieabnehmern angeordnet sind, das zukünftige Energieversorgungssystem bestimmen.
  • Beim Stand der Technik stehen dafür, insbesondere in Bezug auf die Kosten, Leistungsfähigkeit und Verfügbarkeit, Verfahren und Technologien zur Verfügung, die die Aufgabe nicht zufriedenstellend erfüllen können.
  • Die Ursachen sind darin begründet, dass bei der Speicherung von fühlbarer Wärme neben der Exergie auch Anergie gespeichert werden muss. Mit der EP 1 987 299 wurde deshalb ein reversibler Kreisprozess vorgeschlagen, bei dem durch eine Wärmepumpe Exergie mit Anergie zu fühlbarer Wärme mit Heizwärmeniveau „gemischt” und diese gespeichert wird, bevor die Exergie durch einen Kraftprozess bedarfsgerecht (gemäß Lastgang) wieder abgeschöpft wird. Bei der praktischen Umsetzung hat sich gezeigt, dass die zur Verfügung stehenden Wärmepumpenkompressoren und Expansionsmaschinen nur einen Rückgewinnungsgrad von ca. 50% ermöglichen. Eine Verbesserung wird aus der Entwicklung spezieller Turbomaschinen erwartet.
  • Zu ähnlichen Ergebnissen führen Druckluftspeicher, die letztlich auch fühlbare Wärme speichern, damit das aufgebaute Druckgefälle der Luft effektiv genutzt werden kann.
  • Die höchste Form der Exergiespeicherung kann durch Umwandlung von regenerativer Energie in chemische Energieträger, z. B. Kohlenwasserstoffe, wie Methan, Benzin, Kerosin, Diesel- und Heizöl sowie Alkohole, wie Methanol und Ethanol, die kompatibel zur Infrastruktur sind, erreicht werden, wie sie z. B. in der PCT/EP 2007/005706 beschrieben wird. Demgegenüber ist die Speicherung von regenerativer Energie in Form von reinem Wasserstoff unzweckmäßig. Sie erfordert eine neue Infrastruktur bei niedrigem Rückgewinnungsgrad. Es ist bewiesen, dass die chemische Anbindung von Wasserstoff an Kohlenstoff die effektivste Methode zur Speicherung von Wasserstoff ist. So sind in 1 m3 Diesel 1200 m3 Wasserstoff bei Umgebungsdruck stabil gebunden und nach der PCT/EP 2007/005706 können solche Verfahren einen Rückgewinnungsgrad von bis zu 70% erreichen.
  • Die wahrscheinlich bekannteste Methode der Exergiespeicherung sind die Pumpspeicherwerke, die pro m3 Wasser bei einer Fallhöhe von 400 m eine elektrische Arbeit von ca. 1 kWh/m3 Wasser verrichten können. Der Nachteil dieser Methode ist, dass nicht überall Standorte für Pumpspeicherkraftwerke gegeben sind sowie der hohe Erschließungsaufwand und die drastischen Eingriffe in die Natur.
  • Dieser Mangel wurde mit der EP 2 067 942 behoben, indem die isotherme Änderung des Aggregatzustandes des Kohlendioxides bei Umgebungstemperatur für den Aufbau einer Druckdifferenz zum Umgebungsdruck genutzt wird. Der Vorteil dieser Methode ist die Standortunabhängigkeit. Nachteilig ist der hohe Materialaufwand für die Speicher des Wassers unter Druck, bezogen auf das Arbeitsvermögen des gespeicherten Wassers, das bei Nutzung von Umgebungswärme für die Verdampfung und Kondensation des Kohlendioxides ebenfalls mit 1 kWh/m3 Wasser angegeben werden kann.
  • Die Zielstellung der vorliegenden Erfindung ist deshalb eine standortunabhängige Methode zur Umwandlung, Speicherung und Rückgewinnung von Energie, die mit solar-regenerativer Energie und/oder Abwärme, darunter ggfs. auch Abwärme aus der Energieumwandlung aus fossilen und atomaren Brennstoffen, bevorzugt jedoch Abwärme aus der Energieumwandlung solar-regenerativer Energie, einschließlich aus Wärmepumpen, betrieben werden kann und es ermöglicht, den Materialaufwand stark zu reduzieren.
  • Bekannt ist das deutsche Patent Nummer 24993 vom 8.5.1883 von Moritz Honigmann mit dem Titel „Verfahren zur Entwicklung gespannten Dampfes durch Absorbtion des abgehenden Maschinendampfes in Aetznatron oder Aetzkali”. Das Arbeitsvermögen des Wassers je m3 erreicht bei diesem Verfahren über 600 kWh thermisch und in Form von technischer Arbeit damals bereits 50 kWh.
  • Honigmann nutzt für den Betrieb einer feuerlosen Lok die Tatsache, dass die Siedetemperatur dieser Laugen über der des Wassers liegt und mit zunehmender Konzentration der wässrigen Lösung steigt und dass solche Lösungen Wasserdampf unter Freisetzung von Wärme absorbieren und durch Wärmezuführung unter Freisetzung von Wasserdampf desorbieren. Die Lok bzw. Dampfmaschine nach Honigmann hatte zwei Kessel, einen für angereicherte, heiße Lauge und einen für Wasser. Die heiße Lauge gab fühlbare Wärme unter Bildung von Wasserdampf an den Dampfkessel ab, der nach verrichteter Arbeit in einer Expansionsmaschine in die Lauge geleitet und dort unter Abgabe von Wärme absorbiert wurde, die an den Dampfkessel abgeführt wurde, was die Dampfproduktion steigerte und die Lösung abmagerte. Aufgeladen wurde die Lok durch einen konventionellen stationären Dampfkessel, der die Desorbtionswärme lieferte und die Lauge durch Zuführung von Wärme durch Desorbtion wieder anreicherte, bevor diese mit hoher Temperatur wieder in den Lokkessel gefüllt wurde. Die Lok bzw. Dampfmaschine wurde also im Batch-Betrieb gefahren.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Umwandlungsmethode vorzuschlagen, die in der Nähe des Umgebungsdrucks arbeitet, den Aufwand an Druckgefäßen signifikant reduziert sowie kontinuierlich und geregelt unter Einkopplung von solar-regenerativer Energie und/oder Abwärme betrieben werden kann und die gekennzeichnet ist durch ein hohes spezifisches Arbeitsvermögen der als Energieträger verwendeten Arbeitsmittel.
  • Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Transformation und Speicherung von solar-regenerativer Energie und Abwärme aus der Energieumwandlung und -anwendung in chemische und physikalische Energie, deren Speicherung und geregelte Umwandlung in Elektroenergie, Heiz- und Prozesswärme sowie ggf. Trinkwasser.
  • Das Verfahren nutzt in einer ersten Stufe solar-regenerative Energie zur thermischen Trennung einer basischen wässrigen Lösung niedriger Konzentration, vorzugsweise der Natron- oder Kalilauge, in Lösung höherer Konzentration und Wasserdampf, der durch Abführung seiner Kondensationswärme an ein (Wärmepumpen)Arbeitsmittel oder die Umgebung kondensiert und als Wasser mit Trinkwasserqualität zur Verfügung steht.
  • Das Wasser wird, gegebenenfalls nach Vorwärmung, einem Druckwasserkreislauf zugeführt, der in einem Absorber die Wärme aus der Reaktion von Wasserdampf mit Lauge höherer Konzentration aufnimmt und danach durch Flashverdampfung den Dampf für Technische Arbeit und die Absorbtion bereitstellt, während das durch die Flashverdampfung in der Temperatur abgesenkte Wasser, im Bedarfsfall nach Auskopplung von Wärme für eine Prozess-, Heizwärme- und Warmwasserversorgung, durch Druckerhöhung in den Druckwasserkreislauf zurückgeführt wird.
  • Die Auskopplung von Wasser mit Trinkwasserqualität wird möglich durch die Einkopplung von externem Dampf, der erfindungsgemäß durch Flashverdampfung von Umgebungswasser unter Vakuum bereitgestellt wird.
  • Das für die bedarfsgerechte Versorgung erforderliche Potenzial und die Leistung des Prozesses sowie die von einander unabhängige Verfügbarkeit der Prozessstufen werden durch die Lagerung des Wassers sowie der Lösungen mit niedriger und höherer Konzentration gesichert, indem diese bei Umgebungsdruck in Tanks unabhängig von einander gelagert und aus diesen je nach Verfügbarkeit von regenerativer Energie und Abwärme oder Strom-, Wärme- und Wasserbedarf entnommen werden.
  • Erfindungsgemäß wird daher ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem Wasserdampf aus wässrigen Lösungen, wie z. B. wässrige Lösungen von Laugen, insbesondere der Natron- und/oder Kalilauge, durch Einkopplung regenerativer Energie und/oder Abwärme desorbiert und durch Ableitung von Energie vorzugsweise unter Umgebungsdruck absorbiert wird und die dabei anfallende reiche Lösung und arme Lösung sowie das Wasser unabhängig von einander in Tanks gelagert werden.
  • Erfindungsgemäß wird das Verfahren betrieben, indem bei Verfügbarkeit von solar-regenerativer Energie und/oder Abwärme aus Energieumwandlungs- und Anwendungsprozessen eine arme Lösung dem entsprechenden Tank entnommen und einem Desorber zugeführt wird, der durch einen Wärmeträgerkreislauf, vorzugsweise einen Druckwasserkreislauf, rekuperativ beheizt wird. Dabei durchströmt der Wärmeträger unter Abgabe von Wärme den Rekuperator im Desorber von unten nach oben. Die arme Lauge wird über dem Rekuperator so versprüht, dass diese an den Rekuperatorwänden unter Aufnahme von Wärme und unter Temperaturerhöhung nach unten abfließt, sich am Boden des Desorbers sammelt und von dort als reiche Lösung mit Siedetemperatur dem entsprechenden Tank zugeführt und der Wasserdampf am Kopf des Desorbers abgezogen wird.
  • Der Wärmeträgerkreislauf wird erfindungsgemäß durch eine Wärmepumpe oder Abwärme aus Energieumwandlungs- oder -anwendungsprozessen kontinuierlich auf ein Temperaturniveau aufgeheizt, das die Desorbtion der armen Lauge bis zu einer für den Gesamtprozess optimalen Anreicherung unter Drücken ermöglicht, die eine Kondensation das entstehenden Wasserdampfes bei Umgebungstemperatur gestatten, z. B. 0,025 bar.
  • Bei Beheizung des Wärmeträgerkreislaufes durch eine Wärmepumpe erfolgt die Kondensation des bei der Desorbtion entstehenden Wasserdampfes im Verdampfer der Wärmepumpenanlage. Das Wasserdampfkondensat wird dem entsprechenden Tank und von dort bei Bedarf dem Absorber oder an Dritte, z. B. als Trinkwasser, abgegeben.
  • Erfindungsgemäß wird im Falle eines für die Energieversorgung unzureichenden Angebotes an solar-regenerativer Energie und/oder Abwärme dem entsprechendem Tank eine angereicherte (reiche)Lösung entnommen und einem Absorber zugeführt, der unter einem Dampfdruck zwischen dem Druck des Desorbers und einer Flashverdampfung des die Absorbtion kühlenden Kreislaufwassers Wasserdampf absorbiert. Der für die Absorbtion erforderliche Dampf wird erzeugt durch Flashverdampfung von Kreislaufwasser aus der rekuperativen Absorberkühlung oder unter Vakuum siedendes Umgebungswasser, vorzugsweise Oberflächenwasser der Meere.
  • Die aus einem Tank dem Absorber zugeführte reiche Lösung wird erfindungsgemäß über dem im Absorber installierten Rekuperator zur temperaturgeführten Aufnahme der Absorptionswärme so versprüht, dass diese an den Wänden des Rekuperators unter Abkühlung abfließt und sich am Boden des Absorbers sammelt. Das wird vorteilhaft erreicht, in dem die Flussrichtung des kühlenden Druckwasserkreislaufes entgegen dem Laugefluss gestaltet wird. Die sich am Boden des Absorbers sammelnde arme Lösung wird in Rekuperatoren durch prozessinternes Dampfkondensat aus der Desorbtion und reiche Lösung ausgekühlt, bevor sie dem Tank für die arme Lösung zugeführt wird.
  • Das Druckwasser aus der Absorberkühlung wird erfindungsgemäß einer im Druck geregelten Flashverdampfung zugeführt, die das Druckwasser auskühlt und Prozessdampf bereitstellt. Der Flashdampf wird entweder direkt oder nach Abgabe technischer Arbeit in einer Expansionsmaschine dem Absorber zugeführt, wobei die Expansion in Bezug auf den Gegendruck zum Zwecke der Regelung und Prozessoptimierung variabel gestaltet werden kann.
  • Das heiße Wasser aus der Flashverdampfung wird direkt oder über einen Rekuperator, der eine externe Wärmesenke versorgt, durch Druckerhöhung wieder dem Druckwasserkreislauf zugeführt.
  • Bei Einsatz der Erfindung zur Wasserversorgung ist es erfindungsgemäß, warmes Oberflächenwasser oder über Wärmepumpen, Sonnenkollektoren oder Abwärme erwärmtes Wasser unter Vakuum einer Flashverdampfung zu unterziehen und den Dampf der Absorption zu zuführen. Das so an die Lauge gebundene Wasser kann erfindungsgemäß durch Desorbtion, die erfindungsgemäß unterhalb des Absorbtionsdrucks betrieben wird, und Kondensation des Dampfes als Wasser mit Trinkwasserqualität an Dritte abgegeben werden.
  • Diese Betriebsweise ermöglicht die Verwendung der Absorbtionswärme zur Beheizung der Desorbtion der armen Lösung, was den Energieaufwand, z. B. bei der Entsalzung von Meerwasser, drastisch senken kann.
  • Bei der vorgeschlagenen Kondensation des Desorbtionsdampfes in einem Wärmepumpenverdampfer ist es weiterhin erfindungsgemäß, die Kondensationswärme des Arbeitsmittels des Wärmepumpenprozesses an die Flashverdampfung des Umgebungswassers abzugeben oder einer externen Heizwärme- oder Warmwasserversorgung zuzuführen und somit die Trinkwasserversorgung mit einer Wärmeversorgung zu koppeln.
  • Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik lassen sich aus folgender beispielhafter Abschätzung erkennen.
  • Die getrennte Lagerung von armer und reicher Lösung sowie von Wasser ermöglicht die zeitlich und örtlich unabhängige Nutzung des Verfahrens sowohl in der Energieversorgung als auch in der Mobilität.
  • 1000 t reiche Lösung, mit einer Konzentration von 75%, können durch Absorbtion von 500 t Wasserdampf in 1500 t arme Lösung, mit einer Konzentration von 50% umgewandelt werden. Das so gespeicherte Differenzpotenzial des Absorbtionskreisprozesses entspricht in diesem Falle einem thermischen Potenzial von über 300 MWh, woraus sich bei Anwendung der Erfindung ein elektrisches Potenzial von bis zu 50 MWh ergibt, das vom Prozess in Form von Elektroenergie geregelt abgegeben werden kann. Die beispielhafte Anlage könnte also über 10 Stunden jeweils 30 MW Wärme oder 5 MW Elektroenergie und 25 MW Wärme liefern.
  • Die elektrische Antriebsarbeit einer prozessintegrierten Wärmepumpe wird bei 75 MWh erwartet, so dass ein Rückgewinnungsgrad von 65% erreicht werden kann. Eine beispielhafte Anlage könnte in Zeiten hoher Einspeisung somit über 5 Stunden das elektrische Netz mit 15 MW entlasten.
  • Neben den Dampfturbinenanlagen und den Rekuperatoren sind im Beispiel Niederdrucktanks zur Speicherung von 1000 t reiche Lösung, 1500 t arme Lösung und 500 t Wasser zu errichten. Beim Stand der Technik sind die erforderlichen technischen Ausrüstungen und Tanks jedoch praktisch in jeder Größenordnung verfügbar. In Beton errichtete Tanks, z. B. für 60.000 t arme Lösung und 40.000 t reiche Lösung, ermöglichen die geregelte Bereitstellung von 20.000 t Wasserdampf, was erfindungsgemäß einem elektrischen Speicherpotenzialäquivalent von 2000 MWh entspricht.
  • Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Trinkwassererzeugung können kleine natürliche Temperaturdifferenzen genutzt werden, was den Aufwand an elektrischer Energie und damit die Kosten gegenüber dem Stand der Meerwasserentsalzung drastisch senkt. Da bei dieser Anwendung die Verdampfungswärme des Absorbtionsdampfes durch Umgebungswärme aufgebracht wird, kann die Absorptionswärme als Desorbtionswärme verwendet werden, so dass für die Trinkwassererzeugung nur im geringen Maße Hilfsenergie in Form von elektrischer Energie aufgebracht werden muss. Eine Anlage mit oben genannter Größenordnung könnte bei einem Aufladezyklus durch regenerative Energie von 8 Stunden pro Tag 20.000 m3/d Wasser liefern.
  • Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist, dass die vorgeschlagene Energieumwandlung bei Zuführung von regenerativer Energie ohne Abführung von Anergie an die Umgebung auskommt, sodass keine Wärme in Form von Kühlturmbrüden, Kühlwasser oder Kühlluft an die Umgebung abgegeben werden muss. D. h. im Gegensatz zu atomaren und fossilen Kraftwerken benötigt das vorgeschlagene, durch regenerative Energie angetriebene Kraft-Kraft-Werk kein Kühlwasser.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein System oder eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie beispielsweise in der 1 dargestellt, sowie deren Verwendung.
  • Zusammengefasst kann davon ausgegangen werden, dass die Erfindung einen wesentlichen Beitrag für die bedarfsgerechte Versorgung des Wärme- und Strommarktes, aber auch zur Wasserversorgung durch regenerative Energie sichern kann, die vollständige Substitution der fossilen Brennstoffe ermöglicht und somit einen bedeutender Beitrag zur Reduzierung der Erderwärmung leisten kann.
  • Ausführungsbeispiel
  • Die nachfolgende Beschreibung und 1 geben ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Im Beispiel arbeitet das Verfahren mit wässrigen Lösungen der Natronlaugen unterschiedlicher Konzentration, wobei die gespeicherten Massen der Lösungen mit hoher und niederer Konzentration das Energiepotenzial, entsprechend der Differenz der chemisch gebundenen Energie, bilden.
  • In einer ersten Prozessstufe (A) wird die Konzentration der Natronlauge von 30 bis 60% (arme Lösung) (1) durch rekuperative Zuführung von fühlbarer Wärme über einen Wärmeträgerkreislauf (2), der vorzugsweise Wasser als Wärmeträger verwendet, in einem Desorber (20) auf 60 bis 80% (reiche Lösung) (4) angehoben. Zu diesem Zwecke wird die arme Lösung dem Tank (21) entnommen, über (1) dem Desorber (20) zugeleitet und dort über dem Rekuperator (3) fein versprüht, der die Desorbtionswärme dem Druckwasserkreislaufes (2) entnimmt und an die arme Lösung (1) rekuperativ überträgt, wobei die Übertragung der Wärme an die Lauge im Gegenstrom zur Flussrichtung der Lauge erfolgt.
  • Die dafür erforderliche Wärme für die Desorbtion wird entweder über eine Wärmepumpe (5), die beispielsweise Kohlendioxid als Arbeitsmittel verwendet, das Wärmeenergie aus dem überkritischen Zustand über den Rekuperator (6) an den Wärmeträgerkreislauf (2) überträgt, oder über Sonnenkollektoren bzw. durch Abwärme aus der Energieumwandlung oder -anwendung (7), die den Wärmeträgerkreislauf (2) über den Rekuperator (8) aufheizen, bereitgestellt.
  • Diese erste Prozessstufe wird entsprechend Verfügbarkeit von regenerativer Energie, wie Sonnenstrahlung oder Wind bzw. Abwärme, bei Siedetemperaturen der Lösung von 30 bis 150°C isobar bei einem Dampfdruck, der eine Kondensation des anfallenden Wasserdampfes (9) im Kondensator (10) durch verdampfendes Arbeitsmittel des Wärmepumpenprozesses bei Umgebungstemperatur ermöglicht, z. B. 0,023 bar, betrieben. Im Falle der Beheizung des Wärmeträgerkreislaufes durch solare Strahlung oder Abwärme (7) ist die Kondensationswärme des Dampfes aus der Desorbtion an die Umgebung abzuführen.
  • Das Wasserkondensat (11) wird im Tank (12) und die reiche Lösung (4) im Tank (13) gespeichert.
  • Die erfindungsgemäß zweite Prozessstufe (B) wird betrieben, wenn nicht genügend regenerative Energie, wie solare Strahlung oder Wind, oder Abwärme zur direkten Versorgung mit Elektroenergie und Wärme zur Verfügung stehen, die Versorgung aber aufrechterhalten werden soll.
  • Zu diesem Zwecke wird entsprechend Versorgungsbedarf dem Tank (12) über (14) Wasser und dem Tank (13) über (15) reiche Lösung geregelt entnommen und über die Rekuperatoren (16) über (18) bzw. (17) über (19) dem Absorber (24) zugeführt und dort über dem Rekuperator (22) fein versprüht. Gleichzeitig wird dem Absorber (24) von unten Wasserdampf (25) zugeführt, der dem Druckwasserkreislauf (23) entnommen wurde oder über externe Quellen bereitgestellt wird. Eine solche externe Quelle für Wasserdampf ist erfindungsgemäß ein unter Vakuum stehender Behälter (26), dem Umgebungswasser (27), z. B. warmes Meerwasser zugeführt und aus dem durch Flashverdampfung (28) abgekühltes Meerwasser (29) über (30) abgegeben wird, wobei das für die Flashverdampfung (28) erforderliche Vakuum durch die chemische Reaktion des Flashdampfes mit der reichen Lösung (19) im Absorber (24) aufrechterhalten wird. Die mit dem externen Flashdampf (31) eingetragene Wassermasse kann erfindungsgemäß als Trinkwasser aus dem Tank (12) dem erfindungsgemäßen Verfahren entnommen und einer externen Trinkwasserversorgung zugeführt werden.
  • Die erfindungsgemäße Auskopplung von Elektroenergie erfolgt in diesem Beispiel durch Flashverdampfung von Kreislaufwasser in einer Dampftrommel (32). Aus dieser wird der Flashdampf entnommen und je nach Betriebsweise der zweiten Prozessstufe unter Abgabe von technischer Arbeit in Dampfturbinenanlagen (33) gegebenenfalls zweistufig expandiert.
  • Die Auskopplung von Heiz- und Prozesswärme ist erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, wenn das Druckwasser (23) als Vorlauf einer Wärmeversorgung (34) zugeführt und danach als Rücklauf wieder in den Druckwasserkreislauf eingebunden wird. Zum Zwecke der Auskopplung von Wasser aus dem erfindungsgemäßen Verfahren wird Flashdampf aus Umgebungswasser (31) über die Abdampfsammelschiene (25) dem Absorber (24) zugeführt.
  • Das vorgenannte Beispiel dient der Erläuterung der Erfindung, ohne daß die Erfindung jedoch auf die speziell beschriebene Ausführungsformen beschränkt sein soll.
  • Bezugszeichenliste
    • A
    erste Prozessstufe (Desorbtion)
    B
    zweite Prozessstufe (Absorbtion)
    C
    dritte Prozessstufe (externe Vakuumverdampfung von Umgebungswasser)
    1
    Arme Lösung
    2
    Wärmeträgerkreislauf (Druckwasserkreislauf)
    3
    Rekuperator
    4
    Reiche Lösung
    5
    Wärmepumpe
    6
    Rekuperator
    7
    Solarwärme/Abwärme
    8
    Rekuperator
    9
    Wasserdampf
    10
    Kondensator
    11
    Wasserkondensat
    12
    Tank für Wasser
    13
    Tank für reiche Lösung
    14
    Wasserpumpe
    15
    reiche Lösung
    16
    Rekuperator (Wasservorwärmung)
    17
    Vorwärmung reiche Lösung
    18
    Druckwasserleitung
    19
    Zuführung reiche Lösung
    20
    Desorber
    21
    Tank für arme Lösung
    22
    Rekuperator/Absorberkühlung
    23
    Druckwasserkreislauf
    24
    Absorber
    25
    Zuführung Absorbtionsdampf
    26
    Vakuumverdampfer
    27
    Umgebungswasser
    28
    Flashverdampfung
    29
    ausgekühltes Umgebungswasser
    30
    Ableitung von Umgebungswasser
    31
    Externer Flashdampf
    32
    Dampftrommel
    33
    Dampfturbinenanlage
    34
    Heizwärmeversorgung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • EP 2007/005706 [0008, 0008]
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    • DE 24993 [0012]

Claims (4)

  1. Verfahren zur Transformation und Speicherung von regenerativer Energie und/oder Abwärme durch Umwandlung in chemische und physikalische Energie sowie deren Speicherung und geregelte Freisetzung, dadurch gekennzeichnet, dass a. Wasserdampf aus wässrigen Lösungen der Natron- oder Kalilauge durch Einkopplung regenerativer Energie oder Abwärme desorbiert und durch Ableitung von Energie vorzugsweise unter Umgebungsdruck wieder absorbiert wird und die dabei anfallende reiche und arme Lösung sowie das Wasser unabhängig von einander in Tanks gelagert werden, b. das Verfahren betrieben wird, indem bei Verfügbarkeit von solarregenerativer Energie oder Abwärme aus Energieumwandlungs- und Anwendungsprozessen arme Lösung dem entsprechenden Tank entnommen und einem Desorber zugeführt wird, der durch einen Wärmeträgerkreislauf, vorzugsweise einen Druckwasserkreislauf, rekuperativ beheizt wird, c. der Wärmeträger unter Abgabe von Wärme den Rekuperator im Desorber von unten nach oben durchströmt und die arme Lauge über dem Rekuperator so versprüht wird, dass diese an den Rekuperatorwänden unter Aufnahme von Wärme und unter Temperaturerhöhung nach unten abfließt, sich am Boden des Desorbers sammelt und von dort als reiche Lösung mit Siedetemperatur dem entsprechenden Tank zugeführt wird, d. der Wärmeträgerkreislauf durch eine Wärmepumpe oder Abwärme aus Energieumwandlungs- oder -anwendungsprozessen kontinuierlich auf ein Temperaturniveau aufgeheizt wird, das die Desorbtion der armen Lauge bis zu einer für den Gesamtprozess optimalen Anreicherung unter Drücken ermöglicht, die eine Kondensation das entstehenden Wasserdampfes bei Umgebungstemperatur gestattet, z. B. 0,025 bar, e. bei Beheizung des Wärmeträgerkreislaufes durch eine Wärmepumpe die Kondensation des bei der Desorbtion entstehenden Wasserdampfes im Verdampfer der Wärmepumpenanlage erfolgt und das Wasserdampfkondensat dem entsprechenden Tank und von dort bei Bedarf an den Absorber oder an Dritte, z. B. als Trinkwasser, abgegeben wird, f. im Falle eines für die Energieversorgung unzureichenden Angebotes an solar-regenerativer Energie oder Abwärme dem entsprechendem Tank angereicherte Lösung entnommen und gleichzeitig mit Dampf einem Absorber zugeführt wird, der unter einem Dampfdruck zwischen dem Druck des Desorbers und einer Flashverdampfung des die Absorbtion kühlenden Kreislaufwassers arbeitet, g. der für die Absorbtion erforderliche Dampf durch Flashverdampfung von Kreislaufwasser aus der rekuperativen Absorberkühlung oder unter Vakuum siedendes Umgebungswasser, vorzugsweise Oberflächenwasser der Meere, erzeugt wird, h. die aus einem Tank dem Absorber zugeführte reiche Lösung erfindungsgemäß über dem im Absorber installierten Rekuperator zur temperaturgeführten Aufnahme der Absorptionswärme so versprüht wird, dass diese an den Wänden des Rekuperators unter Abkühlung mit Wasserdampf reagiert, abfließt und sich am Boden des Absorbers als arme Lösung sammelt, i. die sich am Boden des Absorbers sammelnde arme Lösung in Rekuperatoren durch prozessinternes Dampfkondensat aus der Desorbtion und reiche Lösung ausgekühlt wird, bevor sie dem Tank für die arme Lösung zugeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a. das Druckwasser aus der Absorberkühlung einer im Druck geregelten Flashverdampfung zugeführt wird, die das Druckwasser auskühlt und Prozessdampf bereitstellt, b. der Flashdampf entweder direkt oder nach Abgabe technischer Arbeit in einer Expansionsmaschine dem Absorber zugeführt wird, wobei die Expansion in Bezug auf den Gegendruck zum Zwecke der Regelung und Prozessoptimierung variabel gestaltet wird, c. das ausgekühlte aber noch heiße Wasser aus der Flashverdampfung direkt oder über einen Rekuperator, der eine externe Wärmesenke versorgt, durch Druckerhöhung wieder dem Druckwasserkreislauf zugeführt wird,
  3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Einsatz der Erfindung zur Wasserversorgung a. warmes Oberflächenwasser oder über Wärmepumpen, Sonnenkollektoren oder Abwärme erwärmtes Wasser unter Vakuum einer Flashverdampfung unterzogen und der dabei entstehende Dampf der Absorption der zweiten Prozessstufe zugeführt wird und das dem Prozess so zugeführte Wasser durch Desorbtion unterhalb des Absorbtionsdrucks als Wasserdampf aus der armen Lösung ausgetrieben, dieser kondensiert und das Kondensat als Wasser mit Trinkwasserqualität an Dritte abgegeben wird, b. die Absorbtionswärme aus der zweiten Prozessstufe zur Desorbtion der armen Lösung der ersten Prozessstufe verwendet wird, c. die Kondensation des Desorbtionsdampfes in einem Verdampfer einer Wärmepumpenanlage stattfindet, die die Kondensationswärme des Arbeitsmittels an eine Flashverdampfung des Umgebungswassers, einer Heizwärme- oder Warmwasserversorgung zugeführt wird, d. die Trinkwasserversorgung mit einer Wärme- oder Warmwasserversorgung gekoppelt ist.
  4. Verfahren nach 1. und 2. dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Prozessstufe zeitlich und örtlich unabhängig voneinander, sowohl im stationäre als auch im mobilen Betrieb, betrieben werden.
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