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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dampfturbinenkraftwerk, welches typischerweise zur Energieerzeugung vorgesehen ist. Derartige kraftwerkstechnische Einrichtungen unterliegen zunehmend starken wirtschaftlichen Anforderungen wie auch umweltpolitischen Auflagen. Die wirtschaftlichen Anforderungen betreffen nicht nur eine effiziente Bereitstellung von elektrischer Energie, sondern müssen auch die Ressourcenverfügbarkeit über die Lebensdauer eines Kraftwerks berücksichtigen. Hierbei zeichnet sich ab, dass fossile Energieträger zukünftig auch weiterhin als kraftwerkstechnischer Rohstoff zur Energiegewinnung betrachtet werden können. Bei Verbrennung derartiger fossiler Energieträger ist jedoch darauf zu achten, dass bestehende CO2-Emissionsgrenzwerte nicht überschritten werden dürfen oder zu unverhältnismäßigen Zusatzkosten führen. Zwar gibt es technische Konzepte zur nachträglichen Verminderung des in einem Abgas befindlichen Kohlendioxids, jedoch erweisen sich diese technischen Konzepte nur bei weitgehend kontinuierlichem Betrieb des Kraftwerks als wirtschaftlich sinnvoll. Wird jedoch das Kraftwerk intermittierend an- und abgefahren, kann eine nachträgliche CO2-Reduzierung in wirtschaftlichem Maßstab nicht mehr sinnvoll eingesetzt werden.
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Insofern stellt sich die Aufgabe, ein Kraftwerkskonzept vorzuschlagen, welches die Nutzung fossiler Energieträger weiterhin ermöglicht, jedoch auch eine verminderte Emission von Schadstoffen und Schadgasen gewährleisten kann. Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch ein Dampfturbinenkraftwerk gemäß Anspruch 1.
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Insbesondere wird die der Erfindung zugrundliegende Aufgabe gelöst durch ein Dampfturbinenkraftwerk, umfassend eine Dampfturbine, sowie eine mit dieser fluidtechnisch verschaltete Brennkammer, so dass die Abgase aus der Brennkammer in die Dampfturbine eingeleitet werden können. Weiterhin umfassend eine Vergasungseinrichtung zur Bereitstellung von wasserstoffhaltigem Brenngas, wobei die Vergasungseinrichtung mit der Brennkammer ebenfalls fluidtechnisch verschaltet ist, so dass das wasserstoffhaltige Brenngas der Brennkammer zugeführt werden kann.
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Dieses Kraftwerkskonzept ermöglicht weiterhin die energietechnische Nutzung von fossilen Rohstoffen in einer Vergasungseinrichtung, in welcher die fossilen Energieträger in geeignete energiehaltige Gase, welche einer nachträglichen Verbrennung zugeführt werden, umgesetzt werden. Vorliegend dient die Vergasungseinrichtung zur Bereitstellung von wasserstoffhaltigem Brenngas, welches einer Brennkammer zur Verbrennung zugeführt wird. In der Brennkammer wird der Wasserstoff entweder mit Sauerstoff, einem Sauerstoff angereicherten Gas oder mit Luft verbrannt und die Verbrennungsprodukte, vor allem dampfförmiges Wasser, einer Dampfturbine zugeführt. In dieser Dampfturbine kann insbesondere das dampfförmige Wasser entspannt werden, um so thermische Energie in drehmechanische Energie umzusetzen. In einem nachfolgenden Schritt wird diese drehmechanische Energie, typischerweise mittels eines Generators, in elektrische Energie überführt.
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Das betreffende Kraftwerkskonzept der vorliegenden Erfindung macht also eine nachträgliche CO2-Wäsche überflüssig, da bei der Wasserstoffverbrennung in erster Linie Wasser als Abgas freigesetzt wird. Da bei der Wasserstoffverbrennung praktisch keine kohlenstoffhaltigen Gase zur Verbrennung gelangen, ist eine nachträgliche CO2-Wäsche nicht erforderlich.
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Das dennoch bei der Vergasung von fossilen Energieträgern frei werdende Kohlendioxid, kann durch geeignete Verfahren abgetrennt und einer zukünftigen Nutzung zugeführt werden. So ist Kohlendioxid insbesondere ein Rohstoff bei der Herstellung von Methan bzw. Methanol. Ebenso kann der Rohrstoff Kohlendioxid in unterirdische Kavernen verpresst werden, um etwa einer zukünftigen Nutzung zugeführt zu werden, bzw. in geologischen Prozessen weitgehend unschädlich gemacht zu werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vergasungseinrichtung eine Kohlevergasungseinrichtung. Zur optimalen Energieausbeute kann zudem mit der Vergasungseinrichtung eine Niedertemperaturquelle verschaltet sein, um etwa die Kohletrocknung thermisch zu versorgen. Eine derartige Niedertemperaturquelle kann bspw. durch die Zwischenkühlung eines Verdichters bereitgestellt werden. Ebenfalls kann die Kohletrocknung auch durch eine Verdichterzwischenkühlung einer GmR-Anlage realisiert werden, die etwa ebenfalls auf dem Gelände der Kohlevergasungseinrichtung vorgesehen ist. Daneben kann auch noch die Abgasrestwärme zur Kohletrocknung genutzt werden.
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Die Brennkammer der vorliege201516691DE-nden Erfindung ist zudem dazu geeignet, Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser zu verbrennen. Die Brennkammer ist damit bevorzugt als Wasserstoffbrennkammer mit einem Wasserstoffbrenner ausgebildet. Hierbei kann in der Brennkammer eine reine und ausschließliche Wasserstoffverbrennung erfolgen, nämlich dann, wenn Wasserstoff mit Sauerstoff in geeigneten stöchiometrischen Mengen verbrannt wird oder auch eine nur teilweise Wasserstoffverbrennungen erfolgen, wenn etwa weitere Gase bzw. die Hauptbrenngase nicht in stöchiometrischem Verhältnis zueinander zur Reaktion gebracht werden. Typischerweise wird der Brennkammer auch Wasser in dampfförmigem Aggregatzustand als Moderator zugeführt. Der Wasserdampf kann vor Zuleitung an die Brennkammer auch mit dem Sauerstoff gemischt werden. Ebenfalls kann auch vorgesehen sein, dass ein Teil des Sauerstoffs dem Dampf zugemischt und der verbleibende Teil des Sauerstoffs direkt der Brennkammer zugeführt wird.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen die Vergasungseinrichtung und die Brennkammer eine Trennvorrichtung fluidtechnisch geschaltet ist, welche eine Abtrennung von wasserstoffhaltigem Brenngas aus dem Produktgas der Vergasungseinrichtung erreicht. Der aus der Vergasungseinrichtung abgehende Produktgasstrom umfasst hierbei große Mengen an Wasserstoff und Kohlendioxid neben möglicherweise anderen Stoffen, und Partikeln, welche in geeigneten Trennverfahren ebenfalls abgetrennt werden können. Durch aus dem Stand der Technik bekannte Trennvorrichtungen, bspw. eine Membrantrennvorrichtung, kann der niedermolekulare Wasserstoff von den höher molekularen Stoffen abgetrennt werden. Der so abgetrennte Wasserstoff wiederum kann der Brennkammer nachfolgend zur Versorgung der Wasserstoffverbrennung zugeführt werden. Die ausführungsgemäße Trennvorrichtung erlaubt somit eine kontrollierbare Wasserstoffverbrennung in der Brennkammer zu unterhalten.
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Gemäß einer alternativen bzw. Weiterführung dieser ausführungsgemäßen Idee ist vorgesehen, dass zwischen die Vergasungseinrichtung und die Brennkammer eine Trennvorrichtung fluidtechnisch geschaltet ist, welche eine Abtrennung von Kohlendioxid aus dem Produktgas der Vergasungseinrichtung vornimmt. Das verbleibende Produktgas, aus welchem Kohlendioxid abgetrennt wurde, umfasst hierbei einen hohen Anteil an Wasserstoff und Kohlenmonoxid und kann ebenfalls der Brennkammer zur Unterhaltung der Wasserstoffverbrennung zugeführt werden. In Weiterführung dieser Idee kann auch vorgesehen sein, dass das so abgetrennte Kohlendioxid einem Speicher und möglicherweise anschließend einer Methanisierungsanlage, bzw. auch unter Umgehung des Speichers, der Methanisierungsanlage direkt zugeleitet wird, um diese mit dem Rohstoff Kohlendioxid zu versorgen. Ganz besonders bevorzugt dient die Trennvorrichtung dazu, Kohlendioxid und gleichzeitig wasserstoffhaltiges Gas aus dem Produktgas zu entfernen. Da in der Vergasungseinrichtung typischerweise das Produktgas aus einem Gemisch aus wasserstoffhaltigem Gas und Kohlendioxid entsteht, kann durch die gleichzeitige Abtrennung beider Rohrstoffe eine besonders effiziente Nutzung aller Stoffe in dem Produktgas erreicht werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen Vergasungseinrichtung und die Brennkammer ein Anschlusspunkt zu einem Gasleitungsnetzwerk fluidtechnisch geschaltet ist, so dass Wasserstoff in dieses eingespeist und aus diesem auch möglicherweise wieder entnommen werden kann. Das Gasleitungsnetzwerk dient insofern in erster Linie zur Zwischenspeicherung des erzeugten Wasserstoffs, um dann möglicherweise auch zukünftig dieses aus dem Gasleitungsnetzwerk zu entnehmen. Das Gasleitungsnetzwerk kann bspw. ein Wasserstoffleitungsnetzwerk sein, in welches Gas eingespeichert, und aus welchem auch wieder Gas entnommen werden kann. Alternativ kann das Gasleitungsnetzwerk auch ein Erdgasleitungsnetzwerk sein, in welchem aufgrund der Zusammensetzung von Erdgas typischerweise auch ein verhältnismäßig geringer Anteil an Wasserstoff anzutreffen ist. Die Erhöhung dieses Anteils an Wasserstoff in dem Erdgas des Gasleitungsnetzwerks darf hierbei nur bis zu gewissen Obergrenzen erfolgen, um die Funktionstätigkeit andere Vorrichtungen, welche aus dem Gasleitungsnetzwerk gespeist werden, nicht zu gefährden. Ist das Gasleitungsnetzwerk ein Erdgasleitungsnetzwerk, ist eine Entnahme von Erdgas aus diesem Gasleitungsnetzwerk nicht mehr möglich im Rahmen der vorliegenden Erfindung, da in der Brennkammer keine Wasserstoffverbrennung mehr möglich wäre, sondern eine Erdgasverbrennung wenigstens zum Teil erfolgen würde. Dennoch ist der Wasserstoff als energiereicher Rohstoff dazu geeignet, die chemische Gesamtenergie in dem Gasleitungsnetzwerk zu erhöhen. Ist das Gasleitungsnetzwerk ein Erdgasleitungsnetzwerk, sollte lediglich ein Teil des Wasserstoffs in dieses ausgespeichert werden, so dass ein Restteil noch für die Verbrennung in der Brennkammer zur Verfügung steht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen Vergasungseinrichtung und die Brennkammer eine Speichervorrichtung fluidtechnisch geschaltet ist, welche für eine zeitliche Speicherung von wasserstoffhaltigem Brenngas aus der Vergasungseinrichtung ausgelegt ist. Eine zeitliche Speicherung ist dann gegeben, wenn das wasserstoffhaltige Brenngas für mindestens eine Stunde bevorratet werden kann. Insofern sind Leitungsabschnitte, welche in erster Linie zur strömenden Leitung von Gas vorgesehen sind, nicht eine Speicherung im ausführungsgemäßen Sinn. Die Bevorratung von Gas in der Speichervorrichtung erfolgt insofern auch ohne eine von außen aufgeprägte Strömung unter statischen Verhältnissen.
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Die Speichervorrichtung erlaubt die zeitlich unabhängige Unterhaltung der Wasserstoffverbrennung, nämlich auch dann, wenn etwa die Vergasungseinrichtung kein wasserstoffhaltiges Brenngas mehr fördert. Die Speichervorrichtung dient also der zeitlichen Flexibilisierung des Betriebs des vorliegenden Dampfturbinenkraftwerks. Zudem kann die Speichervorrichtung auch durch unterschiedliche Quellen von wasserstoffhaltigem Gas gespeist werden und erlaubt damit auch bei nicht ausreichender Versorgung mit wasserstoffhaltigem Brenngas, etwa aus der Vergasungseinrichtung, die Mischung mit wasserstoffhaltigem Brenngas aus anderen Quellen. Die Speichervorrichtung dient somit als prozesstechnischer Puffer.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass weiterhin eine Elektrolyseanlage vorgesehen ist, welche zur Zersetzung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff ausgebildet ist, und welche ebenfalls mit der Brennkammer fluidtechnisch verschaltet ist, um an diese Sauerstoff zu leiten. Bevorzugt wird die Elektrolyseanlage zu Zeiten betrieben, zu welchen Stromspitzen im elektrischen Versorgungsnetzwerk bestehen, und der Strom verhältnismäßig günstig abgenommen werden kann. Die Elektrolyseanlage wird hierbei insbesondere mit Überschussenergie auch aus Windkraftanlage bzw. Photovoltaikanlagen betrieben. Da die Vergasung in der Vergasungseinrichtung Sauerstoff als Eduktgas erfordert, ist dieses weitgehend rein herzustellen. Die Elektrolyse in einer Elektrolyseanlage kann hierbei Sauerstoff von guter Reinheit bereitstellen, um damit den Vergasungsprozess in der Vergasungseinrichtung zu versorgen.
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Da die Elektrolyseanlage bevorzugt zeitlich betrieben wird, wenn Überschussenergie im elektrischen Versorgungsnetzwerk besteht, kann es dazu kommen, dass die Elektrolyseanlage zu Zeiten betrieben werden muss, zu welchen das Dampfturbinenkraftwerk ruht. Um dennoch für die Vergasungseinrichtung ausreichend Sauerstoff bereitstellen zu können, ist vorgesehen, dass zwischen Elektrolyseanlage und Brennkammer ein Zwischenspeicher fluidtechnisch verschaltet sein kann, welcher dazu ausgebildet ist, Sauerstoff, welcher von der Elektrolyseanlage erzeugt wurde, zeitlich zwischen zu speichern. Bevorzugt ist der Zwischenspeicher als Membranschichtenspeicher ausgebildet, in welchem etwa zwei volumetrisch miteinander gekoppelte Speicherräume vorliegen, die durch eine verschiebliche Membran getrennt sind. Alternativ kann der Trennboden auch verschiebbar ausgebildet sein, wobei der Trennboden nicht vollständig gasdicht sein muss und auch keine Membran ist. In einem solchen Zwischenspeicher können somit zwei unterschiedliche Gase zeitlich zwischengespeichert werden, wobei die Speicherdrücke der jeweiligen Gase miteinander gekoppelt sind. Ausführungsgemäß ist ein solcher zweiter Speicherraum in dem Zwischenspeicher bevorzugt durch Kohlendioxid eingenommen, welches mittels der Trennvorrichtung abgetrennt wurde. Das Vorsehen eines solchen Zwischenspeichers erlaubt die Speicherung von zwei unterschiedlichen Gasen und ersetzt damit die Vorhaltung von zwei getrennten Speichern.
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In Weiterführung dieser Idee kann auch vorgesehen sein, dass der Zwischenspeicher ebenfalls fluidtechnisch mit der Vergasungseinrichtung verschaltet ist, so dass die Vergasungseinrichtung mit dem Zwischenspeicher mit Sauerstoff versorgt werden kann. Die Versorgung der Vergasungseinrichtung mittels Sauerstoff aus dem Zwischenspeicher erlaubt somit auch eine Vergasung zu Zeiten, zu welchen etwa die Elektrolyseanlage selbst nicht betrieben wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dampfturbinenkraftwerks ist vorgesehen, dass die Elektrolyseanlage mit der Speichervorrichtung fluidtechnisch verschaltet ist, so dass Wasserstoff, welcher in der Elektrolyseanlage erzeugt wurde, der Speichervorrichtung zugeleitet werden kann. Wie weiter oben bereits erklärt, dient die Speichervorrichtung der zeitlichen Zwischenspeicherung von wasserstoffhaltigem Brenngas, welches der Brennkammer nachfolgend zugeführt wird. Das wasserstoffhaltige Brenngas entstand hierbei zum Großteil zunächst aus der Vergasungseinrichtung. Sollte diese jedoch nicht ausreichende Mengen an Wasserstoff bereitstellen können, kann der Wasserstoff auch aus der Elektrolyseanlage zusätzlich genutzt werden. Ebenfalls ist im Rahmen des vorliegenden Kraftwerkskonzepts keine andere Nutzung des Wasserstoffs aus der Elektrolyseanlage vorgesehen, so dass dieser aus energetischen Gründen zusätzlich auch der Speichervorrichtung vorteilhaft zugeleitet werden kann. Dennoch ist darauf hinzuweisen, dass der in der Elektrolyseanlage gewonnene Wasserstoff typischerweise von hoher Reinheit ist, und auch möglicherweise für andere Verfahren vorgesehen werden kann, welche eine hohe Anforderung an die Reinheit des Wasserstoffs stellen. Alternativ kann die Elektrolyseanlage auch mit einem Gasleitungsnetzwerk verschaltet sein, so dass diesem der Wasserstoff aus der Elektrolyseanlage zugeführt werden kann. Dieser könnte dann wieder anschließend für die Verbrennung in der Brennkammer entnommen werden. Das Gasleitungsnetzwerk kann ein Wasserstoffleitungsnetzwerk oder ähnliches sein, wie weiter oben bereits erklärt.
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Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dampfturbinenkraftwerks ist zudem eine Luftzerlegungsanlage umfasst, welche dazu ausgebildet ist, Sauerstoff aus der Luft abzutrennen, und die Luftzerlegungsanlage mit der Vergasungseinrichtung fluidtechnisch verschaltet ist, und diesen Sauerstoff an die Vergasungseinrichtung weiterzuleiten. Bevorzugt wird diese Luftzerlegungsanlage, ähnlich wie die Elektrolyseanlage zu Zeiten betrieben, zu welchen Stromspitzen im elektrischen Versorgungsnetzwerk bestehen. Ebenfalls sollte die Luftzerlegungsanlage, wenn sie elektrisch mit Strom aus dem Versorgungsnetzwerk versorgt wird, zu Zeiten betrieben werden, zu welchen der Strom verhältnismäßig günstig abgenommen werden kann. Weiterhin kann die Luftzerlegungsanlage fluidtechnisch mit dem Zwischenspeicher verschaltet sein, so dass der mittels der Luftzerlegungsanlage erzeugte Sauerstoff in den Zwischenspeicher überführt werden kann. Folglich dient die Luftzerlegungsanlage zur Unterstützung der Bereitstellung von Sauerstoff für die Vergasungseinrichtung, etwa, wenn dieser nicht in ausreichenden Mengen durch die Elektrolyseanlage bereitgestellt werden kann. Die Luftzerlegungsanlage kann hierbei auch bspw. nach Bedarf des bereitzustellenden Sauerstoffs betrieben werden.
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Weiterhin kann entsprechend einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dampfturbinenkraftwerks vorgesehen sein, dass ein Wärmespeicher umfasst ist, welcher mit dem Ausgang der Dampfturbine fluidtechnisch verschaltet ist, und der Wärmespeicher dazu ausgebildet ist, Wärme auf aus der Dampfturbine abgeführtes Wasser zu übertragen. Bevorzugt wird dieses so thermisch wieder aufbereitete Wasser dem Sauerstoffstrom zugegeben, welcher der Brennkammer zugeführt wird. Das Wasser dient hierbei als Moderator, um die Verbrennung in der Brennkammer in einem kontrolliertem Verbrennungsregime zu halten. Ist die Dampfturbine zudem etwa mehrteilig ausgebildet, kann der Wärmespeicher auch zur thermischen Konditionierung (speziell zur Zwischenüberhitzung) des Wasserdampfes genutzt werden, bevor dieser dem nächsten Teil der Dampfturbine zugeleitet wird. Der Wärmespeicher kann auch zusätzlich noch durch eine elektrische Heizvorrichtung mit Wärme beschickt werden. Das Aufladen des Wärmespeichers sollte dann insbesondere zu Zeiten des Stand-by-Betriebs des Dampfturbinenkraftwerks erfolgen. Ausführungsgemäß kann auch durch die Rückführung des Wassers aus der Dampfturbine in die Brennkammer ein geschlossener, bzw. weitgehend geschlossener Abgaskreislauf erzeugt werden.
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Gemäß einer Weiterführung dieser Idee ist vorgesehen, dass der Wärmespeicher derart mit der Vergasungseinrichtung wärmetechnisch verschaltet ist, dass Wärme aus der Vergasungseinrichtung dem Wärmespeicher zugeführt werden kann. Diese ohnehin anfallende Wärme kann somit wieder durch die Dampfbereitung nutzbar gemacht werden, wobei die thermische Energie wenigstens teilweise wieder der Verbrennung in der Brennkammer zugeführt wird. Diese Form der Nutzung der thermischen Energie aus der Vergasungseinrichtung erhöht damit die Effizienz des Dampfturbinenkraftwerks signifikant. Gleichzeitig kann natürlich der Wärmespeicher auch andere Prozesse, welche im Rahmen eines Kraftwerkbetriebs bzw. Industrieprozesse ausgeführt werden, mit Wärme versorgen.
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Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass der Ausgang der Dampfturbine mit der Brennkammer fluidtechnisch verschaltet ist, so dass Wasser aus dem Ausgang der Dampfturbine in die Brennkammer erneut geleitet werden kann. Ausführungsgemäß kann hierbei auch eine Speisepumpe für den Strömungstransport des Wassers sorgen, wobei die Speisepumpe etwa am Ausgang der Dampfturbine nach einem Kondensator vorgesehen ist. Entsprechend einer Weiterbildung kann auch aus dem Abgasstrom der Dampfturbine vor Zuleitung in die Brennkammer der Sauerstoff zugemischt werden, so dass nur ein Gesamtstrom der Brennkammer zugeleitet werden muss. Das Wasser dient hierbei, wie oben schon ausgeführt, als Moderator der Verbrennung in der Brennkammer. Die erneute Einleitung von aus dem aus der Dampfturbine abgeführten Wasser ist somit rohstoffschonend und erlaubt eine effiziente Nutzung der im Rahmen des Kraftwerkskonzepts anfallenden thermischen Energien.
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Wie weiter oben bereits ausgeführt, kann auch in einer besonderen Ausführungsform der Erfindung eine Methanolisierungseinrichtung vorgesehen sein, welche sowohl mit der Speisevorrichtung als auch mit dem Zwischenspeicher fluidtechnisch verschaltet ist. Die Methanolisierungseinrichtung kann ebenfalls als Methanisierungseinrichtung ausgebildet sein. Weitere Formen der Brennstoffherstellung sind ebenfalls denkbar und dem Fachmann bekannt. Ausführungsgemäß kann das Dampfturbinenkraftwerk auch derart ausgebildet sein, dass Abwärme aus der Methanolisierungseinrichtung dem Wärmespeicher zugeleitet wird. Die Methanolisierungseinrichtung wird vorzugsweise nur zu Zeiten des Stand-by des Dampfturbinenkraftwerks mit voller Leistung betrieben. Die Methanolisierungseinrichtung ermöglicht die Herstellung eines weiteren Wertstoffes, welcher etwa in der chemischen Industrie bzw. in der kraftwerkstechnischen Industrie genutzt werden kann. Methan bzw. Methanol eignen sich hierbei auch als Brennstoffe etwa für Gasturbinen besonders gut. Noch viel vorteilhafter kann der Brennstoff bei Brennstoffzellen zum Einsatz kommen, da in diesen Methanol direkt verbrannt werden kann und diese einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Da im Rahmen des vorliegenden Kraftwerkkonzepts ohnehin die Ausgangsstoffe für die Methanolisierung vorliegen, kann eine solche auch besonders wirtschaftlich betrieben werden unter Einbindung dieser Ausgangsstoffe. Die hierbei frei werdende Wärme kann auch erneut in das vorliegende Dampfturbinenkraftwerk eingebunden werden, um somit eine besonders effiziente Form des Kraftwerkbetriebs zu erreichen. Die Versorgung der Methanolisierungseinrichtung aus der Speichervorrichtung bzw. dem Zwischenspeicher ermöglicht zudem einen zeitlich weitgehend unabhängigen Betrieb der Methanolisierungseinrichtung.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand einer Figur im Detail näher beschrieben werden. Hierbei ist darauf hinzuweisen, dass die Figur lediglich schematisch zu verstehen ist, und insbesondere keine Einschränkung hinsichtlich der Ausführbarkeit der Erfindung daraus resultieren kann.
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Weiterhin soll darauf hingewiesen werden, dass die nachfolgend aufgeführten technischen Merkmale in beliebiger Kombination miteinander wie auch in beliebiger Kombination mit den vorab beschriebenen Merkmalen beansprucht werden soll, soweit diese Kombination die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe lösen kann.
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Fernerhin ist darauf hinzuweisen, dass die nachfolgenden technischen Merkmale, welche durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet sind, gleiche technische Wirkung aufweisen.
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Hierbei zeigt die einzige Figur eine schematische Schaltansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dampfturbinenkraftwerks 1.
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Genauer zeigt die Figur eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dampfturbinenkraftwerks 1, welches neben einer zweiteiligen Dampfturbine 10 auch eine mit dieser fluidtechnisch verschaltete Brennkammer 11 aufweist. Die wasserhaltigen Abgase 15 der Brennkammer 10 werden hierbei der Dampfturbine 10 zugeleitet und dienen dort der Umsetzung von thermischer Energie in drehmechanische Energie. Die elektrische Energieerzeugung wird mittels eines Generators (G, vorliegend nicht mit Bezugszeichen versehen) erreicht. Um die Brennkammer 11 mit den notwendigen Ausgangsstoffen für eine Wasserstoffverbrennung, d.h. auch eine teilweise Wasserstoffverbrennung beschicken zu können, wird ein wasserstoffhaltiges Brenngas 25 aus einer Speichervorrichtung 22 entnommen. Ebenso wird Sauerstoff aus einem Zwischenspeicher 31 entnommen, wobei dem Sauerstoff kurz vor Zuleiten in die Brennkammer 11 dampfförmiges Wasser zugeführt wird, welches mittels Wärme aus einem Wärmespeicher 60 thermisch aufbereitet wurde. Ebenfalls ist es denkbar, dass nur einem Teil des Sauerstoffstroms dampfförmiges Wasser zugeleitet wird und der andere Teil unvermischt der Brennkammer 11 zugeführt wird. Das Gemisch aus wasserstoffhaltigem Brenngas 25 und Sauerstoff 24 in Verbindung mit dem dampfförmigen Wasser, welches als Moderator in der Brennkammer 11 dient, wird in dieser Brennkammer 11 verbrannt und erzeugt eine große Menge an thermischer Wärme, welche in dem wasserhaltigen Abgas 15 vorliegt. Diese thermische Wärme wird entsprechend mit der Dampfturbine 10 in drehmechanische Energie wenigstens teilweise umgesetzt. Bei der Umsetzung der thermischen Wärme ist vorliegend auch vorgesehen, dass das wasserhaltige Abgas 15 nach Austritt aus dem ersten Teil der Dampfturbine 10 dem Wärmespeicher 60 zugeführt wird, der für eine Zwischenüberhitzung des wasserhaltigen Abgases 15 sorgt. Nach erneuter Überführung an die Dampfturbine 10 (in das zweite Teil der Dampfturbine 10) wird das aus diesem Teil abgeleitete wasserhaltige Abgas 15 einem Kondensator 16 zugeleitet, der als Kältequelle zur Absenkung des Turbinendrucks dient.
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Das mittels im Kondensator 16 erzeugte flüssige Wasser kann mit Hilfe einer Speisepumpe 17 zur erneuten thermischen Konditionierung dem Wärmespeicher 60 zugeführt werden, welcher dampfförmiges Wasser herzustellen erlaubt.
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Die Speichervorrichtung 22, welche zur zeitlichen Zwischenspeicherung von wasserstoffhaltigem Brenngas dient, kann durch unterschiedliche Quellen mit Wasserstoff bzw. wasserstoffhaltigem Brenngas versorgt werden. So kann einerseits Wasserstoff aus einer Elektrolyseanlage 30 in diese Speichervorrichtung 22 überführt werden, wie auch Wasserstoff aus einer Vergasungseinrichtung 20. Um jedoch den Wasserstoff aus der Vergasungseinrichtung 20 in ausreichend reiner Form vorliegen zu haben, ist dieser mittels einer Trennvorrichtung entsprechend abzutrennen. Zwischen Trennvorrichtung 21 und Speichervorrichtung 22 kann alternativ oder auch zusätzlich ein Anschlusspunkt zu einem Gasleitungsnetzwerk 50 vorgesehen sein, wobei das aus der Vergasungseinrichtung 20 entnommene wasserstoffhaltige Brenngas dem Gasleitungsnetzwerk zur zeitlichen Zwischenspeicherung zugeführt werden kann. Ebenfalls kann auch aus diesem Gasleitungsnetzwerk bei Bedarf wiederum ein entsprechendes Gas entnommen werden, welches der Speichervorrichtung 22 zugeführt werden kann. Die Speichervorrichtung 22 wie auch der Anschlusspunkt zu dem Gasleitungsnetzwerk 50 können hierbei zusätzlich oder auch alternativ zueinander vorgesehen sein.
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Der Zwischenspeicher 31, aus welchem der Sauerstoff 24 entnommen wird, und mit welchem die Brennkammer 11 versorgt wird, kann ebenfalls aus unterschiedlichen Quellen gespeist werden. So ist einerseits der Sauerstoff aus der Elektrolyse in der Elektrolyseanlage 30 sinnvoll in diesen einzuspeichern, wie auch Sauerstoff aus einer Luftzerlegungsanlage 40, welche mittels elektrischer Energie Luft 41 in seine Bestandteile zerlegt und auch Sauerstoff bereitstellen kann. Ist der Zwischenspeicher 31, wie vorliegend der Fall, als Membranschichtenspeicher ausgebildet, so steht auch ein weiterer Speicherraum zur Verfügung, welcher mit dem für Sauerstoff vorgesehenen ersten Speicherraum drucktechnisch korrespondiert. Dieser zweite Speicherraum ist vorliegend für die Bevorratung von Kohlendioxid CO2 vorgesehen, welches ebenfalls mittels der Trennvorrichtung 21 abgetrennt und bereitgestellt werden kann. Sollte der Zwischenspeicher 31 etwa ausreichend gefüllt sein, kann das dennoch weiterhin erzeugte überschüssige CO2 möglicherweise über einen Kamin 26 in die Umwelt entlassen werden, bzw. bevorzugt in unterirdische Speicher verpresst werden (vorliegend nicht gezeigt).
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Die Vergasungseinrichtung 20 erfordert ihrerseits zur Durchführung der Vergasung von fossilen Energieträgern Sauerstoff 24, welcher in ausreichenden Mengen bereitzustellen ist. Dieser kann etwa direkt über die Luftzerlegungsanlage 40 bzw. über die Elektrolyseanlage 30 bereitgestellt werden, oder indirekt über den Zwischenspeicher 31.
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Die bei der Vergasung in der Vergasungseinrichtung 20 entstehende thermische Energie (Q) kann aus dem Produktgas 23 der Vergasungseinrichtung abgeführt werden und zur zeitlichen Zwischenspeicherung in den Wärmespeicher 60 eingebracht werden. Zusätzlich kann der Wärmespeicher auch noch mit thermischer Energie aus einer Methanolisierungseinrichtung 70 versorgt sein, welche zusätzlich vorgesehen sein kann und aus den Rohstoffen Wasserstoff und Kohlendioxid in geeigneten katalytischen Verfahren den Rohstoff Methanol herzustellen erlaubt.
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Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
