DE102016217090A1

DE102016217090A1 - Verfahren und System zum Speichern und Rückgewinnen von Wärmeenergie in einer Energieerzeugungsanlage

Info

Publication number: DE102016217090A1
Application number: DE102016217090.2A
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Backasch; Andreas Mucha; Martin Rauße; Mario Rolle; Mathias Schütz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2016-09-08
Filing date: 2016-09-08
Publication date: 2018-03-08
Also published as: WO2018046167A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Speichern und Rückgewinnen von Wärmeenergie (150) in einer Energieerzeugungsanlage (200). Das Verfahren weist auf: i) Bereitstellen von einer Ausgangssubstanz (130) in einem Speicherbereich (110), wobei die Ausgangssubstanz (130) im Wesentlichen in einem festen Aggregatzustand vorliegt; ii) Bereitstellen der Wärmeenergie (150) mittels einer Wärmeenergiequelle (120); iii) Steuern eines Flusses der bereitgestellten Wärmeenergie (150), so dass mittels der Wärmeenergie eine Mindesttemperatur in dem Speicherbereich (110) erreicht wird, wobei die Mindesttemperatur einer Temperatur entspricht, bei welcher die Ausgangssubstanz (130) zumindest teilweise zu einer Wärmespeichersubstanz (140) reagiert, wobei auch die Wärmespeichersubstanz (140) im Wesentlichen in einem festen Aggregatzustand vorliegt; iv) Durchführen einer endothermen Reaktion (1, 2) der Ausgangssubstanz (130) zu der Wärmespeichersubstanz (140) in dem Speicherbereich (110), so dass die Ausgangssubstanz (130) zumindest teilweise zu der Wärmespeichersubstanz (140) reagiert; und v) Rückgewinnen, zumindest teilweise, der Wärmeenergie (150) mittels Durchführens einer exothermen Reaktion (3) der Wärmespeichersubstanz (140) zu der Ausgangssubstanz (130).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der Speicherung von Wärmeenergie, insbesondere der zeitlich unbegrenzten Speicherung von Wärmeenergie, weiter insbesondere der chemischen Speicherung von Wärmeenergie. Die vorliegende Erfindung bezieht sich hierbei auf ein Verfahren zum Speichern und Rückgewinnen von Wärmeenergie in einer Energieerzeugungsanlage. Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein System zum Speichern und Rückgewinnen von Wärmeenergie, einer Energieerzeugungsanlage und einem Verfahren zum Betreiben des Systems oder der Energieerzeugungsanlage.
Hintergrund der Erfindung
Im Allgemeinen produzieren Energieerzeugungsanlagen, wie beispielsweise Kraftwerke, Energie in Form von Wärme und/oder elektrischem Strom. Beispielsweise produziert ein Windkraftwerk aus der, vom Wind verursachten, mechanischen Rotationsenergie mittels eines Generators elektrischen Strom. Weiterhin produziert beispielsweise ein Solarpark elektrischen Strom mittels Solarzellen aus der Einstrahlung, welche von der Sonne bereitgestellt wird. Bei einem Solarthermie-Kraftwerk wird zunächst Wärmeenergie in einem Solarturm erzeugt. Dies geschieht durch das Bündeln von Sonnenstrahlen auf den Solarturm mittels Heliostaten. Die Wärmenergie kann, z.B. über ein Medium, Wasser in Dampf konvertieren, so dass mittels des Dampfes eine Dampfturbine angetrieben werden kann, um elektrische Energie zu erzeugen. Ebenso kann beispielsweise ein Kohlekraftwerk durch das Verbrennen von Kohle Wärmeenergie erzeugen, welche zum Konvertieren von Wasser in Dampf eingesetzt werden kann, so dass eine Dampfturbine mittels des Dampfes angetrieben werden kann, um mittels eines Generators elektrischen Strom zu erzeugen.
Das Erzeugen von elektrischer Energie ist jedoch nur notwendig, wenn in einem Stromversorgungsnetz auch ein Bedarf an dem Einspeisen solcher elektrischer Energie besteht. Während beispielsweise in einem Kohlekraftwerk der Nachschub an Kohle im Allgemeinen vollständig steuerbar ist, sind regenerative Energiequellen, wie beispielsweise Wind und Sonneneinstrahlung, nicht vollständig steuerbar. So kann es beispielsweise zur Mittagszeit zu einer sehr starken Sonneneinstrahlung kommen, während nachts keine Sonne scheint. Ebenso kann zu manchen Zeiten ein starker Wind wehen, während zu anderen Zeiten Windstille herrscht.
Es kann also vorkommen, dass, insbesondere bei regenerativer Energiegewinnung, elektrische Energie erzeugt wird, ohne dass in einem Stromversorgungsnetz ein Bedarf an dem Einspeisen dieser elektrische Energie besteht. In einem solchen Fall wäre es von Vorteil, die besagte Energie zu speichern und zu einem späteren Zeitpunkt zu verwenden, wenn in dem Stromversorgungsnetz wieder ein Bedarf einem Einspeisen von elektrischer Energie besteht. Hierbei kann es durchaus vorteilhaft sein, zunächst nur die produzierte Wärmeenergie zu speichern und diese Wärmeenergie erst zu einem späteren Zeitpunkt in elektrische Energie zu konvertieren, wenn elektrische Energie auch tatsächlich benötigt wird.
Eine Speicherung von Wärmeenergie in einer Energieerzeugungsanlage, insbesondere in einer solarthermischen Energieerzeugungsanlage, wird bislang z.B. mit Salzspeicher-Techniken durchgeführt, beispielsweise in dem spanischen Solarthermie-Kraftwerk Andasol. Auf diese Weise wird produzierte Wärmeenergie in flüssigem Salz gespeichert. Hierfür wird eine Trägersubstanz, z.B. Wasser oder Öl, erhitzt und an einem Salzspeicher vorbeigeführt, wodurch das Salz erhitzt und in flüssige Form gebracht wird. Hierdurch kann dann Energie in dem flüssigen Salz gespeichert werden. Diese Anwendung bringt jedoch einige Nachteile mit sich. Die Speicherung der Wärmeenergie in flüssigem Salz ist nämlich aufgrund von Wärmeleitung zeitlich begrenzt. Um die Speicherung der Wärmeenergie zeitlich etwas zu verlängern, kann eine Wärmeisolierung des flüssigen Salzes angewendet werden. Dies führt jedoch zu hohen Aufwendungen und zusätzlichen Kosten.
Darstellung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine effiziente und zeitlich unbegrenzte Speicherung von Wärmeenergie in einer Energieerzeugungsanlage, insbesondere einer solarthermischen Energieerzeugungsanlage, bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Speichern und Rückgewinnen von Wärmeenergie in einer Energieerzeugungsanlage, einem System zum Speichern und Rückgewinnen von Wärmeenergie, einer Energieerzeugungsanlage und einem Verfahren zum Betreiben des Systems oder der Energieerzeugungsanlage gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt zum Speichern und Rückgewinnen von Wärmeenergie in einer Energieerzeugungsanlage. Das Verfahren weist auf: i) Bereitstellen von einer Ausgangssubstanz in einem Speicherbereich, wobei die Ausgangssubstanz im Wesentlichen in einem festen Aggregatzustand vorliegt; ii) Bereitstellen der Wärmeenergie mittels einer Wärmeenergiequelle; iii) Steuern eines Flusses der bereitgestellten Wärmeenergie, so dass mittels der Wärmeenergie eine Mindesttemperatur in dem Speicherbereich erreicht wird, wobei die Mindesttemperatur einer Temperatur entspricht, bei welcher die Ausgangssubstanz zumindest teilweise zu einer Wärmespeichersubstanz reagiert, wobei auch die Wärmespeichersubstanz im Wesentlichen in einem festen Aggregatzustand vorliegt; iv) Durchführen einer endothermen Reaktion der Ausgangssubstanz zu der Wärmespeichersubstanz in dem Speicherbereich, so dass die Ausgangssubstanz zumindest teilweise zu der Wärmespeichersubstanz reagiert; und v) Rückgewinnen, zumindest teilweise, der Wärmeenergie mittels Durchführens einer exothermen Reaktion der Wärmespeichersubstanz zu der Ausgangssubstanz.
Das beschriebene Verfahren basiert auf der Idee, dass Wärmeenergie in einer Energieerzeugungsanlage gespeichert werden kann, indem produzierte Wärmeenergie zum Durchführen einer endothermen Reaktion genutzt wird, um eine Ausgangssubstanz in eine Wärmespeichersubstanz zu konvertieren, welche Wärmespeichersubstanz dann als chemischer Wärmespeicher für die Wärmeenergie fungiert. Ferner basiert das beschriebene Verfahren auf der Idee, dass Wärmeenergie in einer Energieerzeugungsanlage rückgewonnen werden kann, indem die Wärmespeichersubstanz zurück in die Ausgangssubstanz konvertiert wird, wobei die gespeicherte Wärmeenergie aus der Wärmespeichersubstanz zumindest teilweise zurückerhalten wird. Im Gegensatz zu den bislang bekannten Verfahren liegen hierbei sowohl die Ausgangssubstanz als auch die Wärmespeichersubstanz im Wesentlichen in einem festen Aggregatzustand vor. Dadurch wird die bisherige Notwendigkeit überwunden, durch hohe Aufwendungen und zusätzliche Kosten eine Wärmeisolierung bereitzustellen. Weiterhin ist mit dem beschriebenen Verfahren eine zeitlich unbegrenzte Speicherung der Wärmeenergie möglich, während bei den bislang bekannten Verfahren trotz Kostenintensiver Wärmeisolierung keine zeitlich unbegrenzte Speicherung möglich ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt von der Erfindung wird ein System bereitgestellt zum Speichern und Rückgewinnen von Wärmeenergie. Das System weist einen Speicherbereich auf, welcher konfiguriert ist zum Aufnehmen einer Ausgangssubstanz, wobei die Ausgangssubstanz im Wesentlichen in einem festen Aggregatzustand vorliegt. Das System weist weiterhin eine Steuereinheit auf, welche konfiguriert ist i) zum Steuern eines Flusses einer von einer Wärmequelle bereitgestellten Wärmeenergie, so dass mittels der bereitgestellten Wärmeenergie eine Mindesttemperatur in dem Speicherbereich erreicht wird, wobei die Mindesttemperatur einer Temperatur entspricht, bei welcher die Ausgangssubstanz zumindest teilweise zu einer Wärmespeichersubstanz reagiert, wobei auch die Wärmespeichersubstanz im Wesentlichen in einem festen Aggregatzustand vorliegt, ii) zum Durchführen einer endothermen Reaktion der Ausgangssubstanz zu der Wärmespeichersubstanz in dem Speicherbereich, so dass die Ausgangssubstanz zumindest teilweise zu der Wärmespeichersubstanz reagiert, und iii) zum Rückgewinnen, zumindest teilweise, der Wärmeenergie mittels Durchführens einer exothermen Reaktion der Wärmespeichersubstanz zu der Ausgangssubstanz.
Mittels des beschriebenen Systems kann das oben beschriebene Verfahren ausführt werden. Das System basiert auf derselben Idee wie das Verfahren und kann dieselben Vorteile wie das Verfahren haben.
Gemäß einem weiteren Aspekt von der Erfindung wird eine Energieerzeugungsanlage, insbesondere eine solarthermische Energieerzeugungsanlage bereitgestellt. Die Energieerzeugungsanlage weist hierbei das oben beschriebene System und die Wärmeenergiequelle auf, welche konfiguriert ist zum Bereitstellen der Wärmeenergie.
Mittels der beschriebenen Anlage kann das oben beschriebene Verfahren ausgeführt werden. Die Anlage basiert auf derselben Idee wie das Verfahren und kann dieselben Vorteile wie das Verfahren haben.
Gemäß einem weiteren Aspekt von der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben des oben beschriebenen Systems und/oder der oben beschriebenen Energieerzeugungsanlage bereitgestellt. Das Verfahren weist auf: i) Konvertieren von Wärmeenergie in elektrische Energie, insbesondere mittels einer Dampfturbine, und Einspeisen der elektrischen Energie in ein Stromversorgungsnetz, wenn in dem Stromversorgungsnetz ein Bedarf an einem Einspeisen elektrischer Energie besteht; ii) Durchführen der endothermen Reaktion einer Ausgangssubstanz zu einer Wärmespeichersubstanz, wenn in dem Stromversorgungsnetz kein Bedarf an einem Einspeisen elektrischer Energie besteht, und zeitlich nach dem Schritt des Durchführens, iii) Rückgewinnen, zumindest teilweise, der Wärmeenergie mittels Durchführens der exothermen Reaktion der Wärmespeichersubstanz zu der Ausgangssubstanz, wenn in dem Stromversorgungsnetz ein Bedarf an einem Einspeisen elektrischer Energie besteht.
Mittels des beschriebenen Betriebsverfahrens kann das oben beschriebene System und/oder die oben beschriebene Anlage betrieben werden. Das Betriebsverfahren basiert auf derselben Idee wie das Verfahren und kann dieselben Vorteile wie das Verfahren haben.
In diesem Dokument kann der Begriff “Wärmeenergie” insbesondere die Energie bezeichnen, welche in der ungeordneten Bewegung von Atomen oder Molekülen eines Stoffes vorhanden ist. Wärmeenergie kann auch als thermische Energie bezeichnet werden und ist eine extensive Größe, welche im SI-Einheitssystem in Joule gemessen werden kann. Eine Zufuhr von Wärme kann die Wärmeenergie steigern, während eine Abfuhr von Wärme die Wärmeenergie verringern kann. Wärmeenergie kann hierbei kinetische und potentielle Energie aufweisen. Beispielsweise kann ein Absorber eines Solarturms eine Energieerzeugungsanlage von gebündelten Sonnenstrahlen erhitzt werden. Dadurch steigt die Wärmeenergie an. Befindet sich ein Medium, z.B. Wasser oder Öl, in dem Solarturm nahe des Absorbers, so wird dieses Medium ebenfalls erhitzt und seine Wärmeenergie steigt an. Wird dieses Medium nun transportiert, so kann auch die Wärmeenergie transportiert werden. Weiterhin kann Wärmeenergie auch auf chemische Weise gespeichert werden, beispielsweise mittels Durchführen einer endothermen Reaktion, bei welcher das Produkt eine höhere Bindungsenergie aufweist als das Edukt. Hierbei kann die Wärmeenergie mittels einer exothermen Reaktion rückgewonnen werden.
In diesem Dokument kann der Begriff “Energieerzeugungsanlage” insbesondere eine technische Anlage bezeichnen, welche dazu befähigt ist, Energie zu erzeugen und bereitzustellen. Hierbei kann es sich beispielsweise um thermische Energie oder um elektrische Energie handeln. In einer Energieerzeugungsanlage kann zum Beispiel mechanische Energie mittels Generatoren in elektrische Energie konvertiert werden. Bei einer Energieerzeugungsanlage kann es sich um ein Kraftwerk, zum Beispiel ein Windkraftwerk, ein Geothermie-Kraftwerk oder ein Kohlekraftwerk, handeln. Insbesondere kann der Begriff Energieerzeugungsanlage ein Solarthermie-Kraftwerk bezeichnen. Bei einem solchen wird zunächst mittels Sonneneinstrahlung Wärmeenergie erzeugt, welche in weiteren Schritten in elektrische Energie konvertiert werden kann.
In diesem Dokument kann der Begriff “Ausgangssubstanz” insbesondere eine Substanz bezeichnen, welche geeignet ist, um als Edukt für das Durchführen einer endothermen Reaktion verwendet zu werden. Es muss also Energie, insbesondere Wärmeenergie, zu der Ausgangssubstanz hinzugefügt werden, so dass diese zu einer Wärmespeichersubstanz reagieren kann. Beispielsweise kann Calciumcarbonat unter Zugabe von Wärmeenergie zu Calciumoxid reagieren.
In diesem Dokument kann der Begriff “Wärmespeichersubstanz” insbesondere eine Substanz bezeichnen, welche geeignet ist, das Produkt einer endothermen Reaktion zu sein. Es muss also Energie, insbesondere Wärmeenergie, zu einer Ausgangssubstanz hinzugefügt werden, sodass diese zu der Wärmespeichersubstanz reagieren kann. Die Wärmespeichersubstanz verfügt dann über eine höhere Bindungsenergie als die Ausgangssubstanz. So kann die Wärmespeichersubstanz Wärmeenergie auf chemische Weise speichern. Die Wärmespeichersubstanz ist weiterhin dafür geeignet, dass bei einer exothermen Reaktion die gespeicherte Wärmeenergie zumindest teilweise rückgewinnbar ist. Beispielsweise kann Calciumoxid auf stark exotherme Weise zu Calciumhydroxid reagieren.
In diesem Dokument kann der Begriff “Aggregatzustand” insbesondere die unterschiedlichen Zustände einer Substanz bezeichnen, die sich durch bloße Änderungen von Temperatur oder Druck ineinander umwandeln können. Es können drei klassische Aggregatzustände, nämlich fest, flüssig und gasförmig, unterschieden werden. Der Begriff „im Wesentlichen fester Aggregatzustand“ kann sich auf eine Substanz beziehen, welche sich zu mehr als 50 %, insbesondere mehr als 90 %, weiter insbesondere mehr als 98%, im festen Aggregatzustand befindet. Beispielsweise kann Calciumhydroxid bei sehr starker Wasserzufuhr zu geringen Teilen auch in flüssiger Form vorliegen.
In diesem Dokument kann der Begriff “Mindesttemperatur” insbesondere eine Temperatur bezeichnen, welche zumindest erreicht werden muss, um eine bestimmte chemische Reaktion zu ermöglichen. Beispielsweise beträgt die Mindesttemperatur um Wasser in Dampf umzuwandeln 100°C bei 1 Bar (Atmosphärendruck). Weiterhin beträgt beispielsweise die Mindesttemperatur um Calciumoxid in Calciumhydroxid umzuwandeln 580°C.
In diesem Dokument kann der Begriff “Wärmeenergiequelle” insbesondere prinzipiell jegliche physikalische Struktur bezeichnen, welche in der Lage ist, Wärmeenergie bereitzustellen. Hierbei kann die Wärmeenergiequelle die Wärmeenergie selbst produzieren oder die Wärmeenergiequelle kann Wärmeenergie aufnehmen und weiterleiten. Beispielsweise kann die Sonne als Wärmeenergiequelle angesehen werden. In diesem Fall ist die Sonne die Quelle von Sonnenstrahlung, welche zur Erde gestrahlt wird und dort die Erdoberfläche erwärmt. Weiterhin kann auch ein Heliostat eines Solarthermie-Kraftwerks als Wärmeenergiequelle bezeichnet werden. Der Heliostat empfängt dabei Sonnenstrahlung von der Sonne und leitet es zum Beispiel zu einem Solarturm weiter. Weiterhin kann auch der Solarturm eines Solarthermie-Kraftwerks als Wärmeenergiequelle verstanden werden. Der Solarturm empfängt Sonnenstrahlung, welche von Heliostaten umgeleitet wurde, erhitzt sich, und kann diese Wärmeenergie weitergeben. Insbesondere kann hierbei ein Absorber des Solarturms als Wärmeenergiequelle verstanden werden, welcher das umgeleitete Sonnenlicht absorbiert und in Wärmeenergie konvertiert. Diese Wärmeenergie kann dann weitergeleitet werden. Die Wärmeenergiequelle kann hierbei die Wärmeenergie beispielsweise an eine Ausgangssubstanz weiterleiten, welche sich in einem Speicherbereich befindet.
In diesem Dokument kann der Begriff “exotherme Reaktion” insbesondere eine chemische Reaktion bezeichnen, bei welcher Energie, z. B. in Form von Wärmeenergie, an die Umgebung abgegeben wird. Den Gegensatz dazu bildet eine „endotherme Reaktion“. Bei einer exothermen Reaktion ist die sogenannte Reaktionsenthalpie negativ, während bei der endothermen Reaktion die Reaktionsenthalpie positiv ist. Hierbei wird die Reaktionsenthalpie ΔH in kilo-Joule pro Mol (kJ/mol) angegeben. Beispielsweise ist die Reaktion von Calciumoxid zu Calciumhydroxid eine exotherme Reaktion, bei welcher die Reaktionsenthalpie ΔH = –67 kJ/mol ist.
Im Folgenden werden nun Ausführungsbeispiele des beschriebenen Verfahrens und der beschriebenen Vorrichtung erläutert.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist die Ausgangssubstanz eine Erdalkalimetall-Verbindung, insbesondere eine Calcium-Verbindung, auf, und die Wärmespeichersubstanz weist eine weitere Erdalkalimetall-Verbindung, insbesondere eine weitere Calcium-Verbindung, auf. Dies hat den Vorteil, dass Substanzen, welche mengenmäßig in großem Umfang vorhanden sind, verwendet werden können, so dass Aufwendungen und Kosten deutlich eingespart werden können. Weiterhin weist der technische Umgang mit Erdalkalimetall-Verbindungen im Allgemeinen kein allzu großes Sicherheitsrisiko auf.
Der Begriff Erdalkalimetall bezeichnet die Elemente der zweiten Hauptgruppe des Periodensystems, welche umfasst: Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium und Radium. Als Verbindung, insbesondere chemische Verbindung, kann ein Reinstoff verstanden werden, welcher Atome von zwei oder mehr chemischen Elementen aufweist, wobei die Atomarten zueinander in einem festen Verhältnis stehen. Eine Erdalkalimetall-Verbindung kann beispielsweise Magnesiumoxid, MgO, oder Magnesiumhydroxid, Mg(OH)₂, aufweisen. Insbesondere kann die Erdalkalimetall-Verbindung eine Calcium-Verbindung aufweisen, beispielsweise Calciumoxid oder Calciumcarbonat.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Wärmespeichersubstanz Calciumoxid (CaO) auf. Dies hat den Vorteil, dass eine Wärmespeichersubstanz angewendet wird, welche effizient, zuverlässig und sicher eingelagert werden kann. Weiterhin kann Calciumoxid auf verschiedene Weise mittels Zuführen von Wärme aus anderen Substanzen erhalten werden, wodurch Calciumoxid als Wärmespeichersubstanz sehr flexibel einsetzbar ist.
Calciumoxid kann auch als gebrannter Kalk bezeichnet werden und stellt das Oxid des Calciums dar. Durch Zuführen von Wasser kann Calciumoxid mittels einer stark exothermen Reaktion zu Calciumhydroxid reagieren.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Ausgangssubstanz eine erste Ausgangssubstanzkomponente auf, welche Calciumhydroxid (Ca(OH)₂) aufweist, und/oder die Ausgangssubstanz weist eine zweite Ausgangssubstanzkomponente auf, welche Calciumcarbonat (CaCO₃) aufweist. Dies hat den Vorteil, dass eine Ausgangssubstanz verwendet wird, welche effizient, zuverlässig und sicher gelagert und transportiert werden kann und zudem kostengünstig bereitgestellt werden kann.
Die Ausgangssubstanz kann eine erste Ausgangssubstanzkomponente und eine zweite Ausgangssubstanzkomponente aufweisen. Ebenso kann die Ausgangssubstanz nur die erste Ausgangssubstanzkomponente oder nur die zweite Ausgangssubstanzkomponente aufweisen.
Calciumhydroxid kann auch als gelöschter Kalk bezeichnet werden und kommt in der Natur als das Mineral Portlandit vor. Calciumhydroxid entsteht unter starker Wärmeentwicklung beim Versetzen von Calciumoxid mit Wasser. Dieser Vorgang kann auch als Kalk löschen bezeichnet werden. Die Wärmeentwicklung kann dabei so stark sein, dass das Wasser zum Teil auch verdampft.
Calciumcarbonat kann auch als kohlesaurer Kalk bezeichnet werden und kommt in der Natur als das Mineral Calcit vor. Bei Calciumcarbonat handelt es sich um das Calcium-Salz der Kohlensäure. Calciumcarbonat kann beispielsweise mittels einer Abbinde-Reaktion aus Calciumhydroxid erhalten werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform i) weist die endotherme Reaktion eine erste endotherme Reaktion auf, welche die Reaktion von Calciumhydroxid zu Calciumoxid aufweist, und die Mindesttemperatur entspricht der Temperatur, insbesondere zumindest 500° C, weiter insbesondere zumindest 580° C, bei welcher die erste endotherme Reaktion von Calciumhydroxid zu Calciumoxid ermöglicht ist, und/oder ii) die endotherme Reaktion weist eine zweite endotherme Reaktion auf, welche die Reaktion von Calciumcarbonat zu Calciumoxid aufweist, und die Mindesttemperatur entspricht der Temperatur, insbesondere zumindest 800° C, weiter insbesondere zumindest 898° C, bei welcher die zweite endotherme Reaktion von Calciumcarbonat zu Calciumoxid ermöglicht ist. Dies hat den Vorteil, dass auf effiziente und flexible Weise Wärmeenergie auf chemische Weise in der Wärmespeichersubstanz gespeichert werden kann.
Die endotherme Reaktion kann sowohl die erste endotherme Reaktion als auch die zweite endotherme Reaktion aufweisen. Ebenso kann die endotherme Reaktion nur die erste endotherme Reaktion oder nur die zweite endotherme Reaktion aufweisen. Bei der ersten endothermen Reaktion reagiert Calciumhydroxid unter Abspaltung von Wasser zu Calciumoxid gemäß der Reaktionsgleichung: Ca(OH)₂ -> CaO + H₂O. Diese Reaktion ist Teil des sogenannten technischen Kalk-Kreislaufs. Für diese Reaktion ist eine Temperatur von ungefähr 580°C nötig, welche beispielsweise mittels einer Wärmeenergiequelle bereitgestellt werden kann.
Bei der zweiten endothermen Reaktion reagiert Calciumcarbonat unter Abspaltung von Kohlenstoffdioxid zu Calciumoxid gemäß der Reaktionsgleichung: CaCO₃ -> CaO + CO₂. Diese Reaktion ist Teil des sogenannten technischen Kalk-Kreislaufs. Für diese Reaktion ist eine Temperatur von ungefähr 898°C nötig, welche ebenfalls beispielsweise mittels einer Wärmeenergiequelle bereitgestellt werden kann.
Durch die unterschiedlichen Temperaturen, welche für die erste endotherme Reaktion und die zweite endotherme Reaktion notwendig sind, können diese flexibel eingesetzt werden. Wenn beispielsweise die Wärmeenergiequelle weniger Wärmeenergie bereitstellt, zum Beispiel bei wenig Sonneneinstrahlung, kann die erste endotherme Reaktion bevorzugt sein. Wenn beispielsweise die Wärmequelle viel Wärmeenergie bereitstellt, zum Beispiel bei viel Sonneneinstrahlung, kann die zweite endotherme Reaktion bevorzugt sein.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Verfahren ferner ein Durchführen einer Abbinde-Reaktion auf, insbesondere mittels Zuführens von Kohlenstoffdioxid, CO₂, zu der Ausgangssubstanz, so dass die erste Ausgangssubstanzkomponente zumindest teilweise zu der zweiten Ausgangssubstanzkomponente reagiert, insbesondere wobei Calciumhydroxid zu Calciumcarbonat reagiert. Dies hat ebenfalls den Vorteil, dass das beschriebene Verfahren effizient und flexibel ausgeführt werden kann.
Die beschriebene Abbinde-Reaktion kann auch als Kalk-Mörteln bezeichnet werden und findet gemäß der folgenden Reaktionsgleichung statt: Ca(OH)₂ + CO₂ -> CaCO₃ + H₂O. Diese Reaktion ist Teil des sogenannten technischen Kalk-Kreislaufs. Auf diese Weise kann Calciumhydroxid in Calciumcarbonat umgewandelt werden, welches unter Zugabe von Wärmeenergie erneut zu Calciumoxid reagieren kann. Kalk-Mörteln ist aus dem Bauwesen bekannt, wobei wässriger, gelöschter Kalk mit dem Kohlenstoffdioxid der Luft unter Freisetzung von Wasser zu festem Calciumcarbonat reagiert.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Rückgewinnen ferner ein Durchführen der exothermen Reaktion auf, insbesondere mittels Zuführens von Wasser H₂O zu der Wärmespeichersubstanz, so dass die Wärmespeichersubstanz zumindest teilweise zu der ersten Ausgangssubstanzkomponente reagiert. Dies hat den Vorteil, dass das beschriebene Verfahren besonders effizient und kostengünstig durchgeführt werden kann. Es muss nämlich keine weitere Ausgangssubstanz bereitgestellt werden.
Calciumoxid reagiert bei Zugabe von Wasser stark exotherm zu Calciumhydroxid gemäß der Reaktionsgleichung: CaO + H₂O -> Ca(OH)₂. Diese Reaktion ist Teil des sogenannten technischen Kalk-Kreislaufs dar.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Verfahren ferner die Schritte auf i) Konvertieren von rückgewonnener Wärmeenergie in elektrische Energie, insbesondere mittels einer Turbine, weiter insbesondere mittels einer Dampfturbine, und ii) Bereitstellen der elektrischen Energie an ein Stromversorgungsnetz. Dies hat den Vorteil, dass eine Energieerzeugungsanlage auch in Zeiten, in denen nur wenig Energie erzeugbar ist, effizient und flexibel betrieben werden kann.
Wie oben beschrieben, kann Wärmeenergie auf chemische Weise in der Wärmespeichersubstanz gespeichert werden. Es kann nun passieren, dass ein Einspeisen von elektrischer Energie in ein Stromversorgungsnetz notwendig ist, obwohl keine Wärmeenergie zur Verfügung steht, welche in elektrische Energie konvertiert werden kann. Dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn längere Zeit keine Sonne scheint oder kein Wind weht. In diesem Fall kann nun aus der Wärmespeichersubstanz Wärmeenergie rückgewonnen werden, welche dann in elektrische Energie konvertiert werden kann. Hierbei kann beispielsweise die Wärmeenergie verwendet werden, um Wasser zu erhitzen, so dass Dampf entsteht. Der Dampf kann durch eine Dampfturbine geleitet wird, so dass elektrische Energie erzeugt werden kann und dem Stromversorgungsnetz zur Verfügung gestellt werden kann.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform erzeugt die Wärmeenergiequelle Wärmeenergie auf solarthermische Weise, insbesondere mittels eines Solarturms. Dies hat den Vorteil, dass das beschriebene Verfahren auf einfache Weise in bestehende und erprobte Strukturen implementiert werden kann.
Wie oben bereits beschrieben, kann das beschriebene Verfahren in einer Energieerzeugungsanlage, insbesondere einer solarthermischen Energieerzeugungsanlage verwendet werden. Wie weiter oben beschrieben kann der Solarturm, insbesondere der Absorber des Solarturms, einer solchen solarthermischen Energieerzeugungsanlage als Wärmeenergiequelle verstanden werden. So kann beispielsweise Sonnenlicht über Heliostaten an den Solarturm umgeleitet werden, von welchem dann Wärmeenergie bereitgestellt werden kann.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Verfahren ferner ein Einlagern der Wärmespeichersubstanz nach dem Schritt des Durchführens der endothermen Reaktion in einem Depot auf. Dies hat den Vorteil, dass Wärmeenergie zeitlich unbegrenzt auf robuste und praktische Weise gespeichert werden kann.
Der Begriff Depot kann sich hierbei auf jegliche Möglichkeit beziehen, eine Wärmespeichersubstanz, beispielsweise Calciumoxid, zu lagern bzw. zu speichern. Das Depot kann beispielsweise eine Lagerhalle sein, welche mit einer Energieerzeugungsanlage assoziiert ist. Weiterhin kann das Depot auch eine Lagerhalle sein, welche von der Energieerzeugungsanlage räumlich entfernt ist. Weiterhin kann das Depot auch in einen Solarturm einer Energieerzeugungsanlage integriert sein.
Ebenso kann das Depot auch entfernt von einem Solarturm und nahe an einer Dampfturbine angeordnet sein. Ferner kann das Depot auch unterirdisch angelegt sein, beispielsweise unter einer Energieerzeugungsanlage. In einer weiteren Ausführungsform kann das Depot auch als zumindest ein Teil des Speicherbereichs ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Wärmeenergiequelle der Energieerzeugungsanlage als Solarturm ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass das beschriebene System auf einfache Weise in etablierte und bewährte Strukturen implementiert werden kann.
Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben.
1a zeigt ein System zum Speichern und Rückgewinnen von Wärmeenergie, wenn eine erste endotherme Reaktion durchgeführt wird.
1b zeigt ein System zum Speichern und Rückgewinnen von Wärmeenergie, wenn eine zweite endotherme Reaktion durchgeführt wird.
1c zeigt ein System zum Speichern und Rückgewinnen von Wärmeenergie, wenn eine exotherme Reaktion durchgeführt wird.
2 zeigt eine Energieerzeugungsanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel.
3 zeigt eine Energieerzeugungsanlage gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
4 zeigt die beschriebenen chemischen Reaktionen in Form eines Kreislaufs.
Detaillierte Beschreibung von exemplarischen Ausführungsformen
Gleiche oder ähnliche Komponenten sind in den Figuren mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
1a zeigt ein System 100 zum Speichern und Rückgewinnen von Wärmeenergie 150, wenn eine erste endotherme Reaktion durchgeführt wird. Das System 100 weist einen Speicherbereich 110 auf, welcher konfiguriert ist zum Aufnehmen einer Ausgangssubstanz 130, wobei die Ausgangssubstanz 130 im Wesentlichen in einem festen Aggregatzustand vorliegt. Die Ausgangssubstanz 130 weist hierbei eine erste Ausgangssubstanzkomponente 130a auf, welche Calciumhydroxid, Ca(OH)₂, aufweist.
Das System 100 weist weiterhin eine Steuereinheit 160 auf, welche konfiguriert ist i) zum Steuern eines Flusses einer von einer Wärmequelle 120 bereitgestellten Wärmeenergie 150. Die Wärmequelle 120 kann hierbei Wärmeenergie 150 sowohl dem Speicherbereich 110 als auch einer Turbine (nicht gezeigt) bereitstellen, welche Turbine die Wärmeenergie 150 in elektrische Energie 180 konvertiert, um die elektrische Energie 180 einem Stromversorgungsnetz 181 bereitzustellen. Das Steuern des Flusses einer von einer Wärmequelle 120 bereitgestellten Wärmeenergie 150 mittels der Steuereinheit 160 wird durchgeführt, so dass mittels der bereitgestellten Wärmeenergie 150 eine Mindesttemperatur in dem Speicherbereich 110 erreicht wird, wobei die Mindesttemperatur einer Temperatur entspricht, bei welcher die Ausgangssubstanz 130 zumindest teilweise zu einer Wärmespeichersubstanz 140 reagiert. Die Wärmespeichersubstanz 140 liegt im Wesentlichen in einem festen Aggregatzustand vor und weist Calciumoxid, CaO, auf. Die Steuereinheit 160 ist ferner eingerichtet ii) zum Durchführen einer endothermen Reaktion der Ausgangssubstanz 130 zu der Wärmespeichersubstanz 140 in dem Speicherbereich 110, so dass die Ausgangssubstanz 130 zumindest teilweise zu der Wärmespeichersubstanz 140 reagiert. Hierbei weist die endotherme Reaktion eine erste endotherme Reaktion 1 auf, welche die Reaktion von Calciumhydroxid zu Calciumoxid aufweist, und die Mindesttemperatur entspricht der Temperatur von 580° C, bei welcher die erste endotherme Reaktion 1 von Calciumhydroxid zu Calciumoxid ermöglicht ist. Bei dieser Reaktion wird Wasser, H₂O, frei, welches durch einen Auslass 111 des Speicherbereichs 110 ausgelassen werden kann.
1b zeigt ein System 100 zum Speichern und Rückgewinnen von Wärmeenergie 150, wenn eine zweite endotherme Reaktion durchgeführt wird. Das System 100 weist ebenfalls einen Speicherbereich 110 auf, welcher konfiguriert ist zum Aufnehmen einer Ausgangssubstanz 130, wobei die Ausgangssubstanz 130 im Wesentlichen in einem festen Aggregatzustand vorliegt. Die Ausgangssubstanz 130 weist eine zweite Ausgangssubstanzkomponente 130b auf, welche Calciumcarbonat, CaCO₃, aufweist.
Die Steuereinheit 160 ist, wie in 1a beschrieben, eingerichtet zum Steuern eines Flusses von Wärmeenergie 150. Weiterhin ist die Steuereinheit 160 eingerichtet ii) zum Durchführen einer endothermen Reaktion der Ausgangssubstanz 130 zu der Wärmespeichersubstanz 140 in dem Speicherbereich 110, so dass die Ausgangssubstanz 130 zumindest teilweise zu der Wärmespeichersubstanz 140 reagiert. Hierbei weist die endotherme Reaktion eine zweite endotherme Reaktion 2 auf, welche die Reaktion von Calciumcarbonat zu Calciumoxid aufweist. Die Mindesttemperatur entspricht hierbei der Temperatur von 898° C, bei welcher die zweite endotherme Reaktion 2 von Calciumcarbonat zu Calciumoxid ermöglicht ist. Bei dieser Reaktion wird Kohlenstoffdioxid, CO₂, frei, welches durch den Auslass 111 des Speicherbereichs 110 ausgelassen wird.
1c zeigt ein System 100 zum Speichern und Rückgewinnen von Wärmeenergie 150, wenn eine exotherme Reaktion 3 durchgeführt wird. Das System 100 weist ebenfalls einen Speicherbereich 110 und eine Steuereinheit 160 auf. Die Steuereinheit 160 ist ferner eingerichtet iii) zum Rückgewinnen, zumindest teilweise, der Wärmeenergie 150 mittels Durchführens der exothermen Reaktion 3 der Wärmespeichersubstanz 140 zu der Ausgangssubstanz 130. Das Durchführen der exothermen Reaktion 3 weist das Zuführen von Wasser, H₂O, durch einen Einlass 111 in den Speicherbereich 110 zu der Wärmespeichersubstanz 140 auf, so dass die Wärmespeichersubstanz 140 zumindest teilweise zu der ersten Ausgangssubstanzkomponente 130a reagiert.
Die rückgewonnene Wärmeenergie 155 kann einerseits wieder der Wärmequelle 120 zur Verfügung gestellt werden. Andererseits kann die rückgewonnene Wärmeenergie 155 mittels einer Turbine (nicht gezeigt) in elektrische Energie 180 konvertiert werden, so dass die elektrische Energie 180 an ein Stromversorgungsnetz 181 bereitgestellt werden kann.
2 zeigt eine Energieerzeugungsanlage 200, welche das oben beschriebene System 100 aufweist, welches einen Speicherbereich 110 und eine Steuereinheit 160 aufweist. Die Energieerzeugungsanlage 200 ist hierbei als solarthermische Energieerzeugungsanlage ausgebildet. Die Energieerzeugungsanlage 200 weist einen Solarturm 201 auf, welcher von Heliostaten 202 umgeben ist. Die Heliostaten 202 leiten hierbei empfangenes Sonnenlicht 205 so um, dass das umgeleitete Sonnenlicht 205 von allen Heliostaten 202 an einem Absorber 204 von dem Solarturm 201 konzentriert wird. Der Absorber 204 wird dadurch stark erhitzt und dazu befähigt Wärmeenergie 150 abzugeben. Der Solarturm 201 stellt also eine Wärmeenergiequelle 120 dar. So kann sich in dem oberen Teil des Solarturms 201 ein Medium, beispielsweise Wasser oder Öl, befinden, welches erhitzt werden kann. Ein Fluss des Mediums, welcher die Wärmeenergie 150 aufweist, gesteuert nun in eine vorbestimmte Richtung werden kann. Hierbei wird der Fluss der bereitgestellten Wärmeenergie 150 mittels der Steuereinheit 160 gesteuert, so dass mittels der Wärmeenergie 150 eine Mindesttemperatur in dem Speicherbereich 110 erreicht wird, wobei die Mindesttemperatur einer Temperatur entspricht, bei welcher die Ausgangssubstanz 130, welche die Ausgangssubstanzkomponente Calciumhydroxid 130a aufweist, zumindest teilweise zu einer Wärmespeichersubstanz 140, welche Calciumoxid aufweist, reagiert. Hierbei weist die endotherme Reaktion eine erste endotherme Reaktion 1 auf, welche die Reaktion von Calciumhydroxid zu Calciumoxid aufweist, und die Mindesttemperatur entspricht der Temperatur von 580° C, bei welcher die erste endotherme Reaktion 1 von Calciumhydroxid zu Calciumoxid ermöglicht ist. Das Calciumoxid 140, welches chemisch die Wärmeenergie 150 speichert, wird nach dem Schritt des Durchführens der endothermen Reaktion in einem Depot 203 eingelagert. Die erste Ausgangssubstanzkomponente 130a kann in einer Transportrichtung 211 zu dem Speicherbereich 110 transportiert werden. Ebenso kann die erhaltene Wärmespeichersubstanz 140 in einer weiteren Transportrichtung 212 aus dem Speicherbereich 110 abtransportiert werden.
Die Energieerzeugungsanlage 200 ist ferner eingerichtet zum Rückgewinnen, zumindest teilweise, der Wärmeenergie 150 mittels Durchführens einer exothermen Reaktion 3 der Wärmespeichersubstanz 140 zu der Ausgangssubstanz 130. Das Durchführen der exothermen Reaktion 3 weist das Zuführen von Wasser, H₂O, in den Speicherbereich 110 zu der Wärmespeichersubstanz 140 auf, so dass die Wärmespeichersubstanz 140 zumindest teilweise zu der ersten Ausgangssubstanzkomponente 130a reagiert.
Die Energieerzeugungsanlage 200 ist ferner eingerichtet zum Konvertieren von Wärmeenergie 150 in elektrische Energie 180 mittels einer Dampfturbine 206. Hierbei wird die Wärmeenergie 150 verwendet um Wasser, welches durch eine Wasserleitung 208 zugeführt wird, in einem Durchlauferhitzer zu erhitzen und den Dampf, welcher hierdurch entsteht, mittels einer Dampfleitung 207 abzuführen. Der abgeführte Dampf wird dann einer Dampfturbine 206 zugeführt, um auf diese Weise elektrische Energie 180 zu erzeugen.
Die Energieerzeugungsanlage 200 ist ferner eingerichtet zum Einspeisen der elektrischen Energie 180 in ein Stromversorgungsnetz 181, wenn in dem Stromversorgungsnetz 181 ein Bedarf an einem Einspeisen elektrischer Energie 180 besteht. Weiterhin ist die Energieerzeugungsanlage 200 eingerichtet zum Durchführen, wie oben beschrieben, der endothermen Reaktion 1 einer Ausgangssubstanz 130 zu einer Wärmespeichersubstanz 140, wenn in dem Stromversorgungsnetz 181 kein Bedarf an einem Einspeisen elektrischer Energie 180 besteht. Ferner ist die Energieerzeugungsanlage 200 eingerichtet zum, zeitlich nach dem Schritt des Durchführens, Rückgewinnen, zumindest teilweise, der Wärmeenergie 150 mittels Durchführens der exothermen Reaktion 3 der Wärmespeichersubstanz 140 zu der Ausgangssubstanz 130, wenn in dem Stromversorgungsnetz 181 ein Bedarf an einem Einspeisen elektrischer Energie 180 besteht.
3 zeigt eine Energieerzeugungsanlage 300, welche der Energieerzeugungsanlage 200 gemäß 2 prinzipiell vom Aufbau her entspricht. Die Energieerzeugungsanlage 300 gemäß 3 unterscheidet sich von der Energieerzeugungsanlage 200 gemäß 2 lediglich dadurch, dass die Ausgangssubstanz 130 die Ausgangssubstanzkomponente Calciumcarbonat 130b aufweist. Hierbei weist die endotherme Reaktion eine zweite endotherme Reaktion 2 auf, welche die Reaktion von Calciumcarbonat zu Calciumoxid aufweist, und die Mindesttemperatur entspricht der Temperatur von 898° C, bei welcher die zweite endotherme Reaktion 2 von Calciumcarbonat zu Calciumoxid ermöglicht ist.
Die Energieerzeugungsanlage 300 ist ebenfalls konfiguriert zum Durchführen der exothermen Reaktion 3 mittels Zuführens von Wasser, H₂O, zu der Wärmespeichersubstanz 140, so dass die Wärmespeichersubstanz 140 zumindest teilweise zu der ersten Ausgangssubstanzkomponente 130a reagiert.
Die zweite Ausgangssubstanzkomponente 130b kann in einer Transportrichtung 311 zu dem Speicherbereich 110 transportiert werden. Ebenso kann die erhaltene Wärmespeichersubstanz 140 in einer Transportrichtung 212 aus dem Speicherbereich 110 abtransportiert werden.
Ein weiterer Unterschied zwischen der Energieerzeugungsanlage 300 und der Energieerzeugungslage 200 besteht darin, dass das Calciumoxid, welches bei der exothermen Reaktion 3 erhalten wird, zunächst wieder in Calciumcarbonat umgewandelt werden kann, bevor die zweite endotherme Reaktion 2 erneut durchgeführt werden kann. Hierbei ist die Energieerzeugungsanlage 300 eingerichtet zum Durchführen einer Abbinde-Reaktion 4 mittels Zuführens von Kohlenstoffdioxid, CO₂, zu der Ausgangssubstanz 130, so dass die erste Ausgangssubstanzkomponente 130a zumindest teilweise zu der zweiten Ausgangssubstanzkomponente 130b reagiert, wobei Calciumhydroxid zu Calciumcarbonat reagiert.
4 zeigt die beschriebenen chemischen Reaktionen 1 bis 4 in Form eines Kreislaufs, insbesondere in Form des sogenannten technischen Kalk-Kreislaufs. Calciumhydroxid, Ca(OH)₂, reagiert bei ungefähr 580°C mittels einer ersten endothermen Reaktion 1 unter Abspaltung von Wasser zu Calciumoxid, CaO. Hierbei reagiert die erste Ausgangssubstanzkomponente 130a zu der Wärmespeichersubstanz 140. Calciumcarbonat, CaCO₃, reagiert bei ungefähr 898 °C mittels einer zweiten endothermen Reaktion 2 unter Abspaltung von Kohlenstoffdioxid zu Calciumoxid. Hierbei reagiert die zweite Ausgangssubstanzkomponente 130b zu der Wärmespeichersubstanz 140. Das Calciumoxid, welches mittels der endothermen Reaktion 1, 2 entsteht, dient als chemischer Wärmespeicher und kann mittels einer exothermen Reaktion 3 unter Zugabe von Wasser zu Calciumhydroxid reagieren. Hierbei reagiert die Wärmespeichersubstanz 140 zu der ersten Ausgangssubstanzkomponente 130a. Ferner kann Calciumhydroxid mittels einer Abbinde-Reaktion 4 unter Zugabe von Kohlenstoffdioxid und unter Abspaltung von Wasser zu Calciumcarbonat reagieren. Hierbei reagiert die erste Ausgangssubstanzkomponente 130a zu der zweiten Ausgangssubstanzkomponente 130b. Zusammengefasst können die beschriebenen Reaktionen in Form eines Kreislaufs aufgezeigt werden.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass "umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und "eine" oder "ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

Ein Verfahren zum Speichern und Rückgewinnen von Wärmeenergie (150) in einer Energieerzeugungsanlage (200, 300), das Verfahren aufweisend: Bereitstellen von einer Ausgangssubstanz (130) in einem Speicherbereich (110); wobei die Ausgangssubstanz (130) im Wesentlichen in einem festen Aggregatzustand vorliegt; Bereitstellen der Wärmeenergie (150) mittels einer Wärmeenergiequelle (120); Steuern eines Flusses der bereitgestellten Wärmeenergie (150), so dass mittels der Wärmeenergie (150) eine Mindesttemperatur in dem Speicherbereich (110) erreicht wird, wobei die Mindesttemperatur einer Temperatur entspricht, bei welcher die Ausgangssubstanz (130) zumindest teilweise zu einer Wärmespeichersubstanz (140) reagiert, wobei auch die Wärmespeichersubstanz (140) im Wesentlichen in einem festen Aggregatzustand vorliegt; Durchführen einer endothermen Reaktion (1, 2) der Ausgangssubstanz (130) zu der Wärmespeichersubstanz (140) in dem Speicherbereich (110), so dass die Ausgangssubstanz (130) zumindest teilweise zu der Wärmespeichersubstanz (140) reagiert; und Rückgewinnen, zumindest teilweise, der Wärmeenergie (150) mittels Durchführens einer exothermen Reaktion (3) der Wärmespeichersubstanz (140) zu der Ausgangssubstanz (130).
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Ausgangssubstanz (130) eine Erdalkalimetall-Verbindung, insbesondere eine Calcium-Verbindung, aufweist, und wobei die Wärmespeichersubstanz (140) eine weitere Erdalkalimetall-Verbindung, insbesondere eine weitere Calcium-Verbindung, aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die Wärmespeichersubstanz (140) Calciumoxid, CaO, aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die Ausgangssubstanz (130) eine erste Ausgangssubstanzkomponente (130a) aufweist, welche Calciumhydroxid, Ca(OH)₂, aufweist, und/oder wobei die Ausgangssubstanz (130) eine zweite Ausgangssubstanzkomponente (130b) aufweist, welche Calciumcarbonat, CaCO₃, aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die endotherme Reaktion eine erste endotherme Reaktion (1) aufweist, welche die Reaktion von Calciumhydroxid zu Calciumoxid aufweist, und wobei die Mindesttemperatur der Temperatur entspricht, insbesondere zumindest 580° C, bei welcher die erste endotherme Reaktion (1) von Calciumhydroxid zu Calciumoxid ermöglicht ist, und/oder wobei die endotherme Reaktion eine zweite endotherme Reaktion (2) aufweist, welche die Reaktion von Calciumcarbonat zu Calciumoxid aufweist, und wobei die Mindesttemperatur der Temperatur entspricht, insbesondere zumindest 898° C, bei welcher die zweite endotherme Reaktion (2) von Calciumcarbonat zu Calciumoxid ermöglicht ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei das Verfahren ferner aufweist: Durchführen einer Abbinde-Reaktion (4), insbesondere mittels Zuführens von Kohlenstoffdioxid, CO₂, zu der Ausgangssubstanz (130), so dass die erste Ausgangssubstanzkomponente (130a) zumindest teilweise zu der zweiten Ausgangssubstanzkomponente (130b) reagiert, insbesondere wobei Calciumhydroxid zu Calciumcarbonat reagiert.
Das Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Rückgewinnen ferner aufweist: Durchführen der exothermen Reaktion (3), insbesondere mittels Zuführens von Wasser, H₂O, zu der Wärmespeichersubstanz (140), so dass die Wärmespeichersubstanz (140) zumindest teilweise zu der ersten Ausgangssubstanzkomponente (130a) reagiert.
Das Verfahren gemäß einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, wobei das Verfahren ferner aufweist: Konvertieren von rückgewonnener Wärmeenergie (155) in elektrische Energie (180), insbesondere mittels einer Turbine (206), weiter insbesondere mittels einer Dampfturbine (206), und Bereitstellen der elektrischen Energie (180) an ein Stromversorgungsnetz (181).
Das Verfahren gemäß einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, wobei die Wärmeenergiequelle (120) Wärmeenergie (150) auf solarthermische Weise, insbesondere mittels eines Solarturms (201), erzeugt.
Das Verfahren gemäß einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, wobei das Verfahren ferner aufweist: Einlagern der Wärmespeichersubstanz (140) nach dem Schritt des Durchführens der endothermen Reaktion (1, 2) in einem Depot (203).
Ein System (100) zum Speichern und Rückgewinnen von Wärmeenergie (150), das System (100) aufweisend: einen Speicherbereich (110), welcher konfiguriert ist zum Aufnehmen einer Ausgangssubstanz (130), wobei die Ausgangssubstanz (130) im Wesentlichen in einem festen Aggregatzustand vorliegt; und eine Steuereinheit (160), welche konfiguriert ist zum Steuern eines Flusses einer von einer Wärmequelle (120) bereitgestellten Wärmeenergie (150), so dass mittels der bereitgestellten Wärmeenergie (150) eine Mindesttemperatur in dem Speicherbereich (110) erreicht wird, wobei die Mindesttemperatur einer Temperatur entspricht, bei welcher die Ausgangssubstanz (130) zumindest teilweise zu einer Wärmespeichersubstanz (140) reagiert, wobei auch die Wärmespeichersubstanz (140) im Wesentlichen in einem festen Aggregatzustand vorliegt, zum Durchführen einer endothermen Reaktion (1, 2) der Ausgangssubstanz (130) zu der Wärmespeichersubstanz (140) in dem Speicherbereich (110), so dass die Ausgangssubstanz (130) zumindest teilweise zu der Wärmespeichersubstanz (140) reagiert, und zum Rückgewinnen, zumindest teilweise, der Wärmeenergie (150) mittels Durchführens einer exothermen Reaktion (3) der Wärmespeichersubstanz (140) zu der Ausgangssubstanz (130).
Energieerzeugungsanlage (200, 300), insbesondere eine solarthermische Energieerzeugungsanlage, welche aufweist: ein System gemäß Anspruch 11; und die Wärmeenergiequelle (120), welche konfiguriert ist zum Bereitstellen der Wärmeenergie (150).
Energieerzeugungsanlage (200, 300) gemäß Anspruch 12, wobei die Wärmeenergiequelle (120) als Solarturm (201) ausgebildet ist.
Ein Verfahren zum Betreiben eines Systems (100) gemäß Anspruch 11 und/oder einer Energieerzeugungsanlage (200, 300) gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei das Verfahren aufweist: Konvertieren von Wärmeenergie (150) in elektrische Energie (180), insbesondere mittels einer Dampfturbine (206), und Einspeisen der elektrischen Energie (180) in ein Stromversorgungsnetz (181), wenn in dem Stromversorgungsnetz (181) ein Bedarf an einem Einspeisen elektrischer Energie (180) besteht; Durchführen der endothermen Reaktion (1, 2) einer Ausgangssubstanz (130) zu einer Wärmespeichersubstanz (140), wenn in dem Stromversorgungsnetz (181) kein Bedarf an einem Einspeisen elektrischer Energie (180) besteht, und zeitlich nach dem Schritt des Durchführens, Rückgewinnen, zumindest teilweise, der Wärmeenergie (150) mittels Durchführens der exothermen Reaktion (3) der Wärmespeichersubstanz (140) zu der Ausgangssubstanz (130), wenn in dem Stromversorgungsnetz (181) ein Bedarf an einem Einspeisen elektrischer Energie (180) besteht.