DE102018219258A1

DE102018219258A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Bereitstellen von aus agglomerierter Wärme gewonnener elektrischer Energie und zum Erzeugen von Gas mittels der elektrischen Energie

Info

Publication number: DE102018219258A1
Application number: DE102018219258.8A
Authority: DE
Inventors: Christopher Seibel
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2018-11-12
Filing date: 2018-11-12
Publication date: 2020-05-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Exzessexergiekonversionsanordnung (100) zum Bereitstellen von aus agglomerierter Wärme gewonnener elektrischer Energie und zum Erzeugen von Gas mittels der elektrischen Energie, insbesondere zur Erzeugung von Wasserstoff, mit: einer an wenigstens ein Wärmenetz (2) koppelbaren Exergiekonversionsvorrichtung (10), und mit einer an die Exergiekonversionsvorrichtung gekoppelten Strom konversionsvorrichtung (4) eingerichtet zum Erzeugen von Gas, insbesondere Wasserstoff, aus dem umgewandelten Strom; wobei die Exergiekonversionsvorrichtung (10) derart zwischen das wenigstens eine Wärmenetz und eine Gasnachbehandlungsvorrichtung (30) oder einen Gasverbraucher (40) koppelbar ist, dass die Exzessexergiekonversionsanordnung eingerichtet ist zur Konversion der agglomerierten Exzessexergie aus dem wenigstens einen Wärmenetz (2) in einem ersten Konversionsschritt in Strom und in einem zweiten Konversionsschritt in das Gas zur Bereitstellung für die Gasnachbehandlungsvorrichtung oder den Gasverbraucher, wobei die beiden Konversionsschritte aufeinanderfolgend in einem kombinierten Prozess ausführbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bereitstellen von aus agglomerierter Wärme gewonnener elektrischer Energie und zum Erzeugen von Gas mittels der elektrischen Energie (Heat2Power2Gas; H2P2G). Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des jeweiligen unabhängigen Anspruchs.
Für Power-to-X-(P2X-)Konzepte ist kostengünstig verfügbare Energie eine Grundvoraussetzung eines wirtschaftlich selbsttragenden Konzepts. Diesbezüglich bestehen bereits Bestrebungen hinsichtlich einer Nutzung volatiler Angebote des Strommarkts; diese Art und Weise der Nutzung von Energiequellen ist jedoch risikobehaftet und unzuverlässig, insbesondere wenn es um die Energieversorgung für Prozesse mit kontinuierlich hohem Energiebedarf geht.
Neben Strom (elektrische Energie) als verfügbare und nutzbare Energieform kann auch Wärme(-Energie) für P2X-Anwedungen von Nutzen sein, möglicherweise auch für Power-to-Gas-Anwendungen. Sowohl bei Nahwärmenetzen als auch in Regionen mit ausgebautem Fernwärmenetz kann über saisonal schwankende Wärmeabnahmemengen bzw. Wärmebereitstellungsmengen Exzessexergie für P2X-Anwendungen genutzt werden.
Insbesondere nicht integrierbare Abwärmemengen industrieller Produktionsprozesse lassen sich über die Wärmeeinspeisung in Wärmenetzen agglomerieren. Die durch Wärme transportierte Exergie kann beispielsweise über eine Wärmekraftmaschine nutzbar gemacht werden. Bei Medientemperaturen zwischen etwa 100 °C und 400 °C spiegelt der Organic-Rankine-Prozess (engl. Organic Rankine Cycle, ORC) den Stand der Technik wider.
Es besteht Bedarf an einem Energienutzungskonzept, welches eine effiziente Nutzung von überschüssiger Wärmeenergie in regionalen oder überregionalen Infrastrukturen ermöglicht.
GB 2455773 B beschreibt ein Energienutzungskonzept, bei welchem in einem Gewächsaus gewonnene Sonnenenergie in mechanische Energie gewandelt wird.
EP 2 876 150 A1 beschreibt ein kombiniertes Energienetzwerk mit einem ersten Energieversorgungsnetzwerk in Form eines Stromnetzes und einem zweiten Energieversorgungsnetzwerk mit einem Transportsystem für fluide Betriebsstoffe.
Hiervon ausgehend besteht insbesondere auch Bedarf an einem Abwärmenutzungskonzept an industriellen Standorten, welches dezentral bei guter Effizienz verwendbar ist, insbesondere auch zum Bereitstellen von Energie zur Erzeugung von Wasserstoff.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den eingangs beschriebenen Merkmalen zur Verfügung zu stellen, womit Exzessexergie, insbesondere Exergie gewonnen aus industrieller Abwärme und/oder agglomeriert aus einer Mehrzahl von Prozessen, insbesondere Exergie aus wenigstens einem Nah- und/oder Fernwärmenetz, auf möglichst effiziente oder variable Weise zum Bereitstellen von elektrischer Energie genutzt werden kann, insbesondere auch weiter bereitgestellt werden kann zur Gaserzeugung, insbesondere zur Wasserstoffherstellung. Bevorzugt soll das Verfahren auch besonders ökonomisch sein und eine effiziente bzw. wirtschaftliche Nutzung des Abwärmepotentials von regionaler oder überregionaler Industrie-Infrastruktur ermöglichen, insbesondere in Konkurrenz zum Strommarkt bzw. entkoppelt vom Strommarkt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Exzessexergiekonversionsanordnung eingerichtet zum Bereitstellen von aus agglomerierter Wärme gewonnener elektrischer Energie und zum Erzeugen von Gas mittels der elektrischen Energie, insbesondere zur Erzeugung von Wasserstoff, mit: einer an wenigstens ein Wärmenetz gekoppelten/koppelbaren Exergiekonversionsvorrichtung (H2P), umfassend eine Exergieagglomerationseinrichtung eingerichtet zum zentralen Zusammenführen oder wahlweise auch Zwischenspeichern von überschüssiger Wärmeenergie in Form von Exzessexergie aus dem wenigstens einen Wärmenetz, und ferner umfassend eine an die Exergieagglomerationseinrichtung gekoppelte/koppelbare Exergieverstromungseinrichtung (H2P) eingerichtet zum Umwandeln der agglomerierten Exergie in Strom;
und mit einer an die Exergiekonversionsvorrichtung gekoppelten Stromkonversionsvorrichtung (P2G) eingerichtet zum Erzeugen von Gas, insbesondere Wasserstoff, aus dem umgewandelten Strom; wobei die Exergiekonversionsvorrichtung derart zwischen das wenigstens eine Wärmenetz, ausgestaltet als (internes) Nahwärmenetz und/oder als Fernwärmenetz, und eine Gasnachbehandlungsvorrichtung oder einen Gasverbraucher gekoppelt/koppelbar ist, dass die Exzessexergiekonversionsanordnung eingerichtet ist zur Konversion der agglomerierten Exzessexergie aus dem wenigstens einen Wärmenetz in einem ersten Konversionsschritt in Strom und in einem zweiten Konversionsschritt in das Gas (H2P2G) zur Bereitstellung für die Gasnachbehandlungsvorrichtung oder den Gasverbraucher, wobei die beiden Konversionsschritte aufeinanderfolgend in einem kombinierten Prozess miteinander ausführbar sind, insbesondere wahlweise auch durch Abwärmerückführung, insbesondere in zeitlicher und/oder energiebilanzieller Abhängigkeit voneinander. Diese Art und Weise der Verstromung von Exzessabwärme, insbesondere in Kombination mit elektrochemischen Synthesekonzepten, liefert ein effizientes Wärmenutzungskonzept und erweitert auch die Möglichkeiten nachhaltiger und wirtschaftlicher Prozessintegration.
Für die Energiebilanz sind folgende Aspekte von Bedeutung: Bereits bei Abwärmetemperaturen von 100 °C (Umgebungstemperatur 25 °C) setzt sich die Wärmeenergie aus ca. 20 % Exergie und 80 % Anergie zusammen und weist hiermit einen nicht zu vernachlässigenden Anteil theoretisch nutzbarer Energie auf (Exergie). Primärnetze weisen in vielen Fällen sogar deutlich höhere Arbeitstemperaturen auf, z.B. im Bereich von 180 °C oder 130 °C. Beispielsweise liegt der Exergieanteil der transportierbaren Wärme bei ca. 26 % für eine Primärnetztemperatur von 130 °C, oder bei sogar ca. 34 % für eine Primärnetztemperatur von 180 °C. Diese Abhängigkeit der Exergie der Wärme vom Temperaturniveau lässt sich grafisch auf einfache Weise darstellen und ist ein bekannter Zusammenhang.
In Bezug auf das vorliegend beschriebene Nutzungskonzept lässt sich Folgendes feststellen: Unter der Annahme, dass zur Abwärmeeinspeisung in ein Fernwärmenetz eine treibende Temperaturdifferenz von minimal 10 K vorliegt, lassen sich notwendige Abwärmetemperaturen von ca. 140°C bzw. ca. 190 °C deduzieren, wobei im Vergleich zum Wärmeenergiegehalt in Primärnetzen jeweils mit etwa um 2 % erhöhten Exergiegehalten gerechnet werden kann.
Agglomerierte Wärme lässt sich bei ausbleibenden Wärmeabnehmern zur Stromerzeugung verwenden. In den vornehmlich relevanten Temperaturbereichen bietet sich für das vorliegend beschriebene Nutzungskonzept insbesondere (insb.) der so genannte ORC-Prozess an. Wahlweise können auch andere Niedertemperatur-Verstromungsmöglichkeiten zur Anwendung kommen, insbesondere der so genannte Kalina- oder der so genannte Stirling-Prozess.
Der ORC-Prozess ähnelt dem Clausius-Rankine-Prozess, welcher oftmals zur Stromerzeugung bei Dampfkraftwerken zur Anwendung kommt. Beim ORC-Prozess wird anstelle von Wasser ein organisches Arbeitsmedium verwendet, um thermodynamisch die niedrigeren Temperaturen der zur Verfügung stehenden Wärme berücksichtigen zu können, und um komplexe (konstruktive) Anforderungen (wie z.B. im Großkraftwerkbau), insb. resultierend aus den thermodynamischen Eigenschaften des Wassers, vermeiden zu können.
Die insb. über den ORC-Prozess generierte elektrische Energie kann erfindungsgemäß für unterschiedliche Power-to-Gas-Anwendungen (P2G) genutzt werden, insbesondere zur Wasserstoff-Erzeugung. Der erzeugte Wasserstoff kann im Nachgang stromab vom erfindungsgemäßen Prozess, je nach Anwendungsfall, einerseits direkt z.B. chemischen Synthesen zugeführt werden, andererseits auch über eine Vor- und Nachreinigung mittels Druckwechseladsorption (Pressure Swing Adsorption, PSA) eingespeichert bzw. ausgespeichert werden.
Die über einen oder mehrere Generatoren erzeugte elektrische Energie verlässt die Systemgrenze des Prozesses, insb. des ORC-Prozesses, und steht für eine oder mehrere P2G-Anwendungen zur Verfügung. Insbesondere kann über eine elektrisch induzierte Dissoziation des Wasserstoff-führenden Edukts molekularer Wasserstoff und ein entsprechendes Nebenprodukt erzeugt werden. Freiwerdende Exzesswärme bzw. Exzessexergie lässt sich über wenigstens einen Wärmetauscher direkt am Prozess, insb. direkt am ORC-Prozess, oder auch in Verbindung mit dem Wärmenetz wieder nutzbar machen.
Erfindungsgemäß erzeugter Wasserstoff steht insb. für folgende Prozessschritte oder deren Kombination zur Verfügung: direkte Nutzung (durch wenigstens einen Gasverbraucher); Vorreinigung durch PSA und Nutzung; Speicherung, Ausspeicherung, Nachreinigung durch PSA und Nutzung; Vorreinigung durch PSA, Speicherung, Ausspeicherung, Nachreinigung durch PSA und Nutzung.
Erfindungsgemäß konnte ermittelt werden, dass bzw. wie ein großer Überschuss an bisher ungenutzter Abwärme auf effiziente wirkungsvolle Weise zur Speicherung und Konversion genutzt werden kann. Beispielhaft können Hüttenwerke als Energiequelle genannt werden: Erfindungsgemäß können allein bei einem einzigen Hüttenwerk die Abwärmenutzungs-Potentiale im Bereich von vielen Hundert oder sogar Tausend GWh,th/a ausgeschöpft werden.
Die Abwärme kann z.B. einem internen Nahwärmenetz zugeführt werden, z.B. einem Nahwärmenetz, in welchem (vergleichbar zu Primär-Fernwärmenetzen) als Arbeitsmedium Hochdruckwasser bei ca. 20 bara und bei ca. 180 °C genutzt wird. Eine Auskopplung von Wärme für die Fernwärmeversorgung kann z.B. über Plattenwärmetauscher erfolgen. Die agglomerierte Wärme kann z.B. einem ORC-Prozess zugeführt werden. Der erzielbare Wärmeübertragungs-Wirkungsgrad liegt (grob rechnerisch) im Bereich von 80%.
Bei ORC-Prozesstemperaturen im Bereich von 180 °C kann als Arbeitsmedium auch n-Butan zum Einsatz kommen. Der Prozess kann luftgekühlt sein. Der erzielbare thermische Wirkungsgrad liegt (grob rechnerisch) im Bereich von ca. 14% oder 15% (Kühlmedium = Wasser).
Die umgewandelte Energie kann z.B. einem alkalischen Wasserelektrolyse-Prozess zugeführt werden. Der erzielbare Konversions-Wirkungsgrad liegt (grob rechnerisch) im Bereich von 80%, ausgehend von elektrischer Energie in elektrochemisch für die Wasserstoffherstellung nutzbare Energie.
Unter der Annahme eines Wärmeübertragerwirkungsgrads an das Wärmenetz von 80 % (inkl. Transportverlusten) und eines thermischen Wirkungsgrads des ORC-Prozesses von 15 % stehen einer P2G-Anwendung erfindungsgemäß Energiemengen zur Verfügung. Mittels dieser elektrischen Energie, einem beispielhaften Wirkungsgrad von 80 % für einen Wasserelektrolyseprozess und einer beispielhaften Produktionsrate von etwa 200 Nm³ H2/MWh,el ließen sich pro Jahr beispielsweise 20 Mio. Nm³ Wasserstoff erzeugen, unter Bezugnahme auf ein Abwärmepotential im Bereich von 1.000 GWh, th/a. Ein solches Abwärmepotential liegt beispielsweise in einem Großraum mit drei bis fünf Millionen Einwohnern und entsprechender industrieller Infrastruktur vor. Hierdurch ergeben sich auch beträchtliche finanzielle Potentiale im Bereich von mehreren Millionen Euro pro Jahr. Weitere Vorteile bezüglich Planungssicherheit (insb. auch dank weniger politischer oder behördlicher Regulierungen von Fernwärmenetzen).
Für die deutsche Industrie insgesamt mag ein technisches-wirtschaftliches Abwärmepotential bei Temperaturen größer 140°C geschätzt im Bereich von ca. 70.000 GWh/a oder 12 % des industriellen Endenergieeinsatzes vorliegen (Quelle: ifeu - Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg: Dr. Martin Pehnt et al.: Die Nutzung industrieller Abwärme; 2010). Basierend auf diesen Schätzungen beträgt das Potential zur Erzeugung von Wasserstoff geschätzt ca. 1,7 Mrd. Nm³/a.
Ferner hat sich gezeigt, dass eine saisonale Ausnutzung der Energietransportkapazitäten weitere Vorteile liefern kann. Der Anteil der Wärmeabnahme von Haushalten und der sozialen Infrastruktur beträgt beispielhaft etwa 45 bis 80 %. Da der Heizbedarf für diese beiden aufgeführten, nichtproduzierenden Wärmeabnehmer in den Sommermonaten nahezu gegen Null konvergiert, werden in diesen Perioden sowohl große Kapazitäten des Fernwärmenetzes nicht genutzt als auch bestehende Wärmequellen (neben den reagierenden Heizkraftwerken) nicht in das Fernwärmenetz eingespeist. Hiermit ergibt sich sowohl für die Erzeuger- als auch für die Transportseite ein nicht zu vernachlässigendes ungenutztes Potential, welches erfindungsgemäß zumindest teilweise genutzt werden kann.
Dabei kann mittels der Exergieagglomerationseinrichtung insbesondere ein ORC-Prozess bedient werden.
Bevorzugt wird ein/das Fernwärmenetz als Transportnetz zum Transportieren und Agglomerieren der Wärmeenergie genutzt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Exergieverstromungseinrichtung wenigstens eine Wärmekraftmaschine auf.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Exergieverstromungseinrichtung als Arbeitsmedium ein organisches Arbeitsmedium ungleich Wasser auf.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Exergieverstromungseinrichtung eingerichtet zur Durchführung eines Organic-Rankine-Prozesses. Dies begünstigt jeweils auch eine Implementierung im Niedrigtemperaturbereich.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist stromab von der Stromkonversionsvorrichtung eine Splittung des Massenstroms (Gas) in zwei oder drei Teilströme zur Gasnachbehandlung vorgesehen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Exzessexergiekonversionsanordnung eingerichtet zum Zuführen des erzeugten Gases stromab von der Stromkonversionsvorrichtung zu wenigstens einem der nachfolgenden Prozessschritte aus der Gruppe: Gasspeicherung, Druckwechseladsorption, direkte Gasnutzung (durch wenigstens einen Gasverbraucher) insbesondere zur chemischen Synthese. Hierdurch kann jeweils auch eine vorteilhafte Prozess-Variabilität geliefert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine/die Gasnachbehandlung stromab von der Stromkonversionsvorrichtung eine Gasspeicherung und/oder eine Druckwechseladsorption. Hierdurch können weitere Schritte in das Nutzungskonzept integriert werden, insbesondere zwecks noch variablerer Nutzung des erzeugten Produktes bzw. Gases.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Exzessexergiekonversionsanordnung eine Abwärmerückführung aus der Stromkonversionsvorrichtung zurück in die Exergieverstromungseinrichtung und/oder zurück in das Wärmenetz. Hierdurch kann auch hohe Energieeffizienz sichergestellt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird als Gas Wasserstoff durch die beiden aufeinanderfolgenden Konversionsschritte erzeugt und mittels der Exzessexergiekonversionsanordnung als Produkt bereitgestellt, beispielsweise zur stofflichen Verwertung in der chemischen Grundstoffindustrie. Anders ausgedrückt: Wasserstoffgas wird nicht als Intermediat im Konversionsprozess genutzt, sondern ist das Produkt des zweistufigen Konversionsprozesses. Hierdurch kann das Nutzungskonzept auch als Alternative zu etablierten Prozessen an bereits bestehenden Prozess-Schnittstellen implementiert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Exergieverstromungseinrichtung eingerichtet zur Verstromung bei einer Temperatur des Arbeitsmediums im Bereich von 100 bis 200 °C, insbesondere 100 bis 150 °C, insbesondere kleiner 125 °C. Hierdurch kann die verfügbare Energie auch auf besonders nachhaltige Weise durch zusätzliche Nutzungskonzepte konserviert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Exzessexergiekonversionsanordnung ausgestaltet als kombinierte Anlage umfassend eine erste Anlagenkomponente mit wenigstens einer/der Exergiekonversionsvorrichtung für den ersten Konversionsschritt und eine zweite Anlagenkomponente mit wenigstens einer/der Stromkonversionsvorrichtung, wobei die erste und zweite Anlagen durch eine Abwärmerückführung aneinander gekoppelt sind und wahlweise auch zurück an das Wärmenetz gekoppelt sind. Hierdurch lassen sich insbesondere an einem industriellen Standort oder in einem einzelnen Produktionswerk beträchtliche Synergieeffekte erzielen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Exzessexergiekonversionsanordnung ferner eine Steuerungseinrichtung eingerichtet zum Steuern und Regeln eines Verfahrens zum Bereitstellen von mittels Exzessexergie erzeugtem Wasserstoff-Gas, insbesondere eines zuvor beschriebenen Verfahrens. Hierdurch wird auch eine prozessübergreifende Überwachung und Regelung vereinfacht, im Sinne eines Leitstandes zum Vorgeben aller erforderlichen Konversionsschritte.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Verfahren zum Bereitstellen von aus agglomerierter Wärme gewonnener elektrischer Energie und zur Erzeugung von Gas mittels der elektrischen Energie, insbesondere zur Erzeugung von Wasserstoff, insbesondere durch eine zuvor beschriebenen Exzessexergiekonversionsanordnung, wobei Exzessexergie aus wenigstens einem Wärmenetz zusammengeführt oder wahlweise auch zwischengespeichert wird, und dass die agglomerierte Exzessexergie in Strom umgewandelt wird (H2P), wobei aus dem umgewandelten Strom Gas erzeugt wird, insbesondere Wasserstoff; wobei die Exergiekonversionsvorrichtung derart zwischen das wenigstens eine Wärmenetz und eine Gasnachbehandlungsvorrichtung oder einen Gasverbraucher gekoppelt wird, dass durch Konversion der agglomerierten Exzessexergie aus dem wenigstens einen Wärmenetz in einem ersten Konversionsschritt (H2P) in Strom und in einem zweiten Konversionsschritt in das Gas (P2G) durch zwei aufeinanderfolgende Konversionsschritte in einem kombinierten Prozess eine Bereitstellung des Gases als Endprodukt oder für Gasnachbehandlungsprozesse erfolgt, insbesondere wahlweise auch in Kombination mit Abwärmerückführung vom zweiten Konversionsschritt zum ersten Konversionsschritt. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Wärmestrom von dem wenigstens einen Wärmenetz mit einem Wärmestrom aus einer Abwärmerückführung und/oder mit einem Wärmestrom aus einer Nutzwärmeausspeisung gekoppelt. Hierdurch ist auch ein besonders energieeffizienter Prozess realisierbar.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Stromkonversionsvorrichtung ein Edukt mit chemisch gebundenem Wasserstoff zugeführt und als Gas wird Wasserstoff auf elektrochemische Weise erzeugt.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Stromkonversionsvorrichtung ein Nebenprodukt entnommen.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Gasstrom stromab von der Stromkonversion (P2G) in zwei oder drei Teilströme gesplittet, insbesondere in einen ersten Teilstrom zur Gasspeicherung und/oder in einen zweiten Teilstrom zur Druckwechseladsorption und/oder in einen dritten Teilstrom zur direkten Gasnutzung. Dies erhöht auch die Variabilität des Nutzungskonzeptes.
Gemäß einer Ausführungsform wird als Gas Wasserstoff erzeugt, wobei der Wasserstoff durch Wasserelektrolyse erzeugt wird, insbesondere durch alkalische Wasserelektrolyse. Hierdurch kann der erzeugte Strom auf besonders vorteilhafte Weise im Zusammenhang mit Wasserstoff-verbrauchenden Prozessen oder Anlagen genutzt werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird der erzeugte Wasserstoff für wenigstens eine der folgenden Anwendungen bereitgestellt: direkte Nutzung; Vorreinigung durch Druckwechseladsorption; Speicherung, Ausspeicherung und Nachreinigung durch Druckwechseladsorption; Vorreinigung, Speicherung, Ausspeicherung und Nachreinigung durch Druckwechseladsorption. Hierdurch kann auch eine hohe Variabilität stromab vom zweiten Konversionsschritt sichergestellt werden, insbesondere möglichst individuell für nachgelagerte Prozesse.
Gemäß einer Ausführungsform wird die elektrische Energie in einem Organic-Rankine-Prozess aus der Wärmeenergie erzeugt, oder in einem Kalina-Prozess oder in einem Stirling-Prozess. Diese Prozess-Variationen können im Einzelfall jeweils besonders vorteilhaft implementiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform beträgt die Temperatur des Arbeitsmediums beim Verstromen mindestens 100 °C oder mindestens 140 °C, und/oder maximal 200 °C oder maximal 125 °C. Hierdurch kann das erfindungsgemäße Energienutzungskonzept auch bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen zum Einsatz kommen.
Gemäß einer Ausführungsform wird ausschließlich industrielle Abwärme als Exergiequelle genutzt, insbesondere Abwärme aus Produktionsprozessen, insbesondere Abwärme aus Hochtemperaturprozessen, insbesondere Abwärme aus Hüttenwerken. Hierdurch können speziell die bisher wenig ausgeschöpften Energiequellen vorteilhaft genutzt werden.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch eine Steuerungseinrichtung eingerichtet zum Ausführen eines zuvor beschriebenen Verfahrens, wobei die Steuerungseinrichtung eingerichtet ist zum Steuern und Regeln zumindest der Konversionsschritte Exergiekonversion (H2P) und Stromkonversion (P2G), insbesondere in zeitlicher und/oder energiebilanzieller Abhängigkeit voneinander, insbesondere in Abhängigkeit vom Gas-Bedarf. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch Verwendung einer Exzessexergiekonversionsanordnung, insbesondere einer zuvor beschriebenen Exzessexergiekonversionsanordnung, zum Bereitstellen von Gas, insbesondere Wasserstoff-Gas, aus aufeinanderfolgenden aufeinander abgestimmten Konversionsschritten umfassend einen ersten Konversionsschritt (H2P) zum Umwandeln der Exzessexergie in Strom und einen zweiten Konversionsschritt zum Erzeugen des Gases aus dem Strom (P2G), wobei als Exergiequelle industrielle Abwärme verwendet wird und im ersten Konversionsschritt in eine Niedertemperatur-Prozess eingespeist und für ein Arbeitsmedium bei Temperaturen unter 200 °C, insbesondere unter 150 °C genutzt wird, insbesondere ausschließlich industrielle Abwärme aus wenigstens einem Fernwärmenetz. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch Verwendung einer Exzessexergiekonversionsanordnung, insbesondere einer zuvor beschriebenen Exzessexergiekonversionsanordnung, zum Bereitstellen von Gas, insbesondere Wasserstoff-Gas, aus aufeinanderfolgenden aufeinander abgestimmten Konversionsschritten umfassend einen ersten Konversionsschritt (H2P) zum Umwandeln der Exzessexergie in Strom und einen zweiten Konversionsschritt zum Erzeugen des Gases aus dem Strom (P2G), wobei das erzeugte Wasserstoff-Gas zur stofflichen Verwertung für die chemische Grundstoffindustrie bereitgestellt wird. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch Verwendung einer Exzessexergiekonversionsanordnung, insbesondere einer zuvor beschriebenen Exzessexergiekonversionsanordnung, zum Bereitstellen von Gas, insbesondere Wasserstoff-Gas, aus aufeinanderfolgenden aufeinander abgestimmten Konversionsschritten umfassend einen ersten Konversionsschritt (H2P) zum Umwandeln der Exzessexergie in Strom und einen zweiten Konversionsschritt zum Erzeugen des Gases aus dem Strom (P2G), wobei in einem ersten Konversionsschritt, stromauf von einem zweiten Konversionsschritt zur Erzeugung von Wasserstoff, der Strom in einem Organic-Rankine-Prozess aus Exzessexergie aus wenigstens einem Wärmenetz erzeugt wird. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch Verwendung einer Exzessexergiekonversionsanordnung, insbesondere einer zuvor beschriebenen Exzessexergiekonversionsanordnung, zum Bereitstellen von Gas, insbesondere Wasserstoff-Gas, aus aufeinanderfolgenden aufeinander abgestimmten Konversionsschritten umfassend einen ersten Konversionsschritt (H2P) zum Umwandeln der Exzessexergie in Strom und einen zweiten Konversionsschritt zum Erzeugen des Gases aus dem Strom (P2G), wobei die Exzessexergiekonversionsanordnung im Sommer beziehungsweise in einer Saison mit vergleichsweise hohen Umgebungs-Temperaturen und vergleichsweise geringem Wärmebedarf, zumindest in Haushalten und/oder sozialen Infrastrukturen geringem Wärmebedarf, genutzt wird. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch Verwendung einer Exzessexergiekonversionsanordnung, insbesondere einer zuvor beschriebenen Exzessexergiekonversionsanordnung, zum Erzeugen und Bereitstellen von Wasserstoff-Gas aus aufeinanderfolgenden aufeinander abgestimmten Konversionsschritten umfassend einen ersten Konversionsschritt (H2P) zum Umwandeln der Exzessexergie in Strom und einen zweiten Konversionsschritt zum Erzeugen des Gases aus dem Strom (P2G), wobei die Exzessexergiekonversionsanordnung zwischen wenigstens einem Hüttenwerk und einem Prozess der chemische Grundstoffindustrie eingesetzt wird. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung wenigstens eines Ausführungsbeispiels anhand von Zeichnungen, sowie aus den Zeichnungen selbst. Dabei zeigt

1 in schematischer Darstellung eine Exzessexergiekonversionsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 in schematischer Darstellung eine Exergieverstromungseinrichtung zur Prozessintegration in eine Exzessexergiekonversionsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
3 in schematischer Darstellung Medienströme in einer Exzessexergiekonversionsanordnung gemäß einer Ausführungsform, und
4 in schematischer Darstellung das Konzept interagierender Konversionsprozesse gemäß einer Ausführungsform.

Bei Bezugszeichen, die nicht explizit in Bezug auf eine einzelne Figur beschrieben werden, wird auf die anderen Figuren verwiesen.
Die 1 zeigt schematisch eine Produktionsanlage oder einen Produktionsstandort 1, z.B. Hüttenwerk, an welches ein Wärmenetz 2, insbesondere Fernwärmenetz, gekoppelt ist, an welches eine Exergiekonversionsvorrichtung 10 (Heat to Power; H2P) gekoppelt ist, insbesondere für einen Verstromungsprozess mit Exzessexergie, an welche eine Stromkonversionsvorrichtung 20 (Power to Gas, P2G) gekoppelt ist, zur Nutzung von Strom zur Erzeugung von Gas. Stromab von der Stromkonversionsvorrichtung 20 ist ein Gasabnehmer bzw. eine Gasnachbehandlungsvorrichtung 30 vorgesehen.
Eine Exzessexergiekonversionsanordnung 100 umfasst insbesondere wenigstens eine Exergiekonversionsvorrichtung 10 und wenigstens eine Stromkonversionsvorrichtung 20 und ist eingerichtet zum Bereitstellen von aus agglomerierter Exzessexergie gewonnener elektrischer Energie und zum Erzeugen von Gas mittels der elektrischen Energie (Heat2Power2Gas; H2P2G).
Eine Exergiekonversionsvorrichtung 10 eingerichtet zur Verstromung von Wärmeenergie (Heat2Power; H2P) umfasst insbesondere die folgenden Komponenten (vgl. 2): Exergieagglomerationseinrichtung 2a (beispielsweise in Ausgestaltung als Wärmezwischenspeicher), Exergieverstromungseinrichtung 3, Wärmekraftmaschine 3a, Einrichtung zur Fernwärmeeinspeisung 3.1, Kondensator 3.2, Generator 3.3.
Eine Stromkonversionsvorrichtung 20 eingerichtet zum Erzeugen von Gas aus dem Strom der verstromten Wärmeenergie (Power2Gas; P2G) umfasst wenigstens die folgende Komponente: Stromkonversionsvorrichtung 4.
Eine Gasnachbehandlungsvorrichtung 30 eingerichtet zum Nachbehandeln des erzeugten Gases, beispielsweise auch lediglich durch Speichern, umfasst insbesondere die folgenden Komponenten: Gas-Speicherung 5, Druckwechseladsorption (PSA) 6, Einheit/Anlage 7 zur Gas-Nutzung.
Arbeitsströme sind hier allgemein mit dem Bezugszeichen A bezeichnet. Massenströme sind hier allgemein mit dem Bezugszeichen M bezeichnet. Wärmeströme sind hier allgemein mit dem Bezugszeichen Q bezeichnet.
Ein erster Arbeitsstrom A1 liegt eingangsseitig am Produktionsstandort 1 vor. Ein zweiter Arbeitsstrom A2 liegt eingangsseitig an der Stromkonversionsvorrichtung 4 vor.
Ein Edukt M1 und ein erster Wärmestrom Q1 werden in der Produktionsanlage 1 zugeführt, welche ein Produkt M2 erzeugt. Ein Edukt M3 mit chemischen Bestandteilen, insbesondere mit chemisch gebundenem Wasserstoff, kann optional der Stromkonversionsvorrichtung 4 zugeführt werden. Ein Nebenprodukt M4 kann der Stromkonversionsvorrichtung 4 entnommen werden.
Durch die beiden Konversionsschritte 3 und 4 erzeugtes Gas M5, insbesondere Wasserstoff, kann als Produkt aus dem Prozess ausgeleitet und/oder einer Nachbehandlung (beispielsweise Speicherung 5) zugeführt werden.
Direkt in den PSA-Prozess 6 eingespeistes Gas M5a kann von dem Gasstrom M5 abgezweigt werden. Ebenso kann direkt zur weiteren Nutzung 7 weitergeleitetes Gas M5b von dem Gasstrom M5 abgezweigt werden.
Gas bzw. ein Gasstrom M6 kann nach erfolgter Speicherung z.B. zum -Prozess 6 weitergeleitet werden. Gas bzw. ein Gasstrom M7 kann nach erfolgtem PSA-Prozess 6 zur Nutzung durch einen Verbraucher 40 weitergeleitet werden.
Ein zweiter Wärmestrom Q2 wird von der Produktionsanlage 1 in wenigstens ein Wärmenetz 2 eingespeist, und als ein dritter Wärmestrom Q3 als Nutzwärme ausgespeist (Exzessexergie). Ein vierter Wärmestrom Q4 wird als Abwärmerückführung aus der Stromkonversionsvorrichtung 4 zurück in die Exergieverstromungseinrichtung 3 und/oder zurück in das Wärmenetz 2 geführt.
Die 2 veranschaulicht die Bereitstellung elektrischer Leistung Pel durch den zweiten Konversionsschritt 20 für nachgeschaltete Prozesse oder Verbraucher.
Die 3 veranschaulicht in vereinfachter Darstellung die einzelnen Medienströme, wobei die Konversionsprozesse und wahlweise auch nachgeschaltete Schritte 30 mittels einer Steuerungseinrichtung 101 gesteuert und geregelt werden können.
Die 4 zeigt eine erste Konversionsschrittfolge S10 zur Verstromung (Heat2Power; H2P), eine damit interagierende zweite Konversionsschrittfolge S20 zum Erzeugen von Gas (P2G), und ferner optional nachgeschaltete Schrittfolgen S30 zur Gasnachbehandlung bzw. zur Weiterleitung von Gas zu wenigstens einem Verbraucher.
Bezugszeichenliste

1: Produktionsanlage oder Produktionsstandort, z.B. Hüttenwerk
2: Wärmenetz, insbesondere Fernwärmenetz
2a: Exergieagglomerationseinrichtung
3: Exergieverstromungseinrichtung (Heat to Power; H2P), insbesondere für Verstromungsprozess
3a: Wärmekraftmaschine
3.1: Prozess oder Einrichtung zur Fernwärmeeinspeisung
3.2: Kondensator
3.3: Generator
4: Stromkonversionsvorrichtung (Power to Gas, P2G); Nutzung von Strom zur Erzeugung von Gas
5: Gas-Speicherung
6: Druckwechseladsorption; PSA
7: Einheit/Anlage zur Gas-Nutzung
10: Exergiekonversionsvorrichtung eingerichtet zur Verstromung (Heat2Power; H2P)
20: Stromkonversionsvorrichtung eingerichtet zum Erzeugen von Gas (P2G)
30: Gasnachbehandlungsvorrichtung
40: Gasverbraucher
100: Exzessexergiekonversionsanordnung
101: Steuerungseinrichtung
A: Arbeitsstrom
M: Massenstrom
Q: Wärmestrom
A1: erster Arbeitsstrom
A2: zweiter Arbeitsstrom
M1: Edukt
M2: Produkt
M3: Edukt mit chemischen Bestandteilen, insbesondere chemisch gebundenem Wasserstoff
M4: Nebenprodukt
M5: Gas, insbesondere Wasserstoff
M5a: Gas, direkt eingespeist in PSA-Prozess 6
M5b: Gas, direkt weitergeleitet zur weiteren Nutzung 7
M6: Gas bzw. Gasstrom nach Speicherung
M7: Gas bzw. Gasstrom nach PSA-Prozess 6
Q1: erster Wärmestrom
Q2: zweiter Wärmestrom
Q3: dritter Wärmestrom
Q4: vierter Wärmestrom
Pel: elektrische Leistung
S10: Konversionsschrittfolge zur Verstromung (Heat2Power; H2P)
S20: Konversionsschrittfolge zum Erzeugen von Gas (P2G)
S30: optionale Schrittfolgen zur Gasnachbehandlung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

GB 2455773 B [0006]
EP 2876150 A1 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Quelle: ifeu - Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg: Dr. Martin Pehnt et al.: Die Nutzung industrieller Abwärme; 2010 [0023]

Claims

Exzessexergiekonversionsanordnung (100) eingerichtet zum Bereitstellen von aus agglomerierter Wärme gewonnener elektrischer Energie und zum Erzeugen von Gas mittels der elektrischen Energie, insbesondere zur Erzeugung von Wasserstoff, mit: einer an wenigstens ein Wärmenetz (2) koppelbaren Exergiekonversionsvorrichtung (10), umfassend eine Exergieagglomerationseinrichtung (2a) eingerichtet zum zentralen Zusammenführen oder wahlweise auch Zwischenspeichern von überschüssiger Wärmeenergie in Form von Exzessexergie aus dem wenigstens einen Wärmenetz, und ferner umfassend eine an die Exergieagglomerationseinrichtung (2a) koppelbare Exergieverstromungseinrichtung (3) eingerichtet zum Umwandeln der agglomerierten Exergie in Strom; und mit einer an die Exergiekonversionsvorrichtung gekoppelten Stromkonversionsvorrichtung (4) eingerichtet zum Erzeugen von Gas, insbesondere Wasserstoff, aus dem umgewandelten Strom; dadurch gekennzeichnet, dass die Exergiekonversionsvorrichtung (10) derart zwischen das wenigstens eine Wärmenetz, ausgestaltet als Nahwärmenetz und/oder als Fernwärmenetz, und eine Gasnachbehandlungsvorrichtung (30) oder einen Gasverbraucher (40) koppelbar ist, dass die Exzessexergiekonversionsanordnung eingerichtet ist zur Konversion der agglomerierten Exzessexergie aus dem wenigstens einen Wärmenetz (2) in einem ersten Konversionsschritt in Strom und in einem zweiten Konversionsschritt in das Gas zur Bereitstellung für die Gasnachbehandlungsvorrichtung oder den Gasverbraucher, wobei die beiden Konversionsschritte aufeinanderfolgend in einem kombinierten Prozess ausführbar sind, insbesondere wahlweise auch durch Abwärmerückführung, insbesondere in zeitlicher und/oder energiebilanzieller Abhängigkeit voneinander.
Exzessexergiekonversionsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Exergieverstromungsanordnung (3) wenigstens eine Wärmekraftmaschine (3a) aufweist; und/oder wobei die Exergieverstromungseinrichtung als Arbeitsmedium ein organisches Arbeitsmedium aufweist; und/oder wobei die Exergieverstromungseinrichtung eingerichtet ist zur Durchführung eines Organic-Rankine-P rozesses.
Exzessexergiekonversionsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei stromab von der Stromkonversionsvorrichtung (4) eine Splittung des Massenstroms (M) in zwei oder drei Teilströme (M5a, M5b) zur Gasnachbehandlung vorgesehen ist; und/oder wobei die Exzessexergiekonversionsanordnung eingerichtet ist zum Zuführen des erzeugten Gases stromab von der Stromkonversionsvorrichtung zu wenigstens einem der nachfolgenden Prozessschritte aus der Gruppe: Gasspeicherung (5), Druckwechseladsorption (6), direkte Gasnutzung (7) insbesondere zur chemischen Synthese.
Exzessexergiekonversionsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine/die Gasnachbehandlung (30) stromab von der Stromkonversionsvorrichtung eine Gasspeicherung (5) und/oder eine Druckwechseladsorption (6) umfasst.
Exzessexergiekonversionsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Exzessexergiekonversionsanordnung (100) eine Abwärmerückführung aus der Stromkonversionsvorrichtung (4) zurück in die Exergieverstromungseinrichtung und/oder zurück in das Wärmenetz (2) umfasst.
Exzessexergiekonversionsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Gas Wasserstoff durch die beiden aufeinanderfolgenden Konversionsschritte erzeugt wird und mittels der Exzessexergiekonversionsanordnung als Produkt bereitgestellt wird, beispielsweise zur stofflichen Verwertung in der chemischen Grundstoffindustrie.
Exzessexergiekonversionsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Exergieverstromungseinrichtung (4) eingerichtet ist zur Verstromung bei einer Temperatur des Arbeitsmediums im Bereich von 100 bis 200 °C, insbesondere 100 bis 150 °C, insbesondere kleiner 125 °C.
Exzessexergiekonversionsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ausgestaltet als kombinierte Anlage umfassend eine erste Anlagenkomponente mit wenigstens einer/der Exergiekonversionsvorrichtung (10) für den ersten Konversionsschritt und eine zweite Anlagenkomponente mit wenigstens einer/der Stromkonversionsvorrichtung (20), wobei die erste und zweite Anlagen durch eine Abwärmerückführung aneinander gekoppelt sind und wahlweise auch zurück an das Wärmenetz (2) gekoppelt sind.
Exzessexergiekonversionsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Steuerungseinrichtung (101) eingerichtet zum Steuern und Regeln eines Verfahrens zum Bereitstellen von mittels Exzessexergie erzeugtem Wasserstoff-Gas, insbesondere eines Verfahrens nach einem der nachfolgenden Verfahrensansprüche.
Verfahren zum Bereitstellen von aus agglomerierter Wärme gewonnener elektrischer Energie und zur Erzeugung von Gas mittels der elektrischen Energie, insbesondere zur Erzeugung von Wasserstoff, insbesondere durch eine Exzessexergiekonversionsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Exzessexergie aus wenigstens einem Wärmenetz zusammengeführt oder wahlweise auch zwischengespeichert wird, und dass die agglomerierte Exzessexergie in Strom umgewandelt wird (H2P), wobei aus dem umgewandelten Strom Gas erzeugt wird, insbesondere Wasserstoff; wobei die Exergiekonversionsvorrichtung derart zwischen das wenigstens eine Wärmenetz und eine Gasnachbehandlungsvorrichtung oder einen Gasverbraucher gekoppelt wird, dass durch Konversion der agglomerierten Exzessexergie aus dem wenigstens einen Wärmenetz in einem ersten Konversionsschritt (H2P) in Strom und in einem zweiten Konversionsschritt in das Gas (P2G) durch zwei aufeinanderfolgende Konversionsschritte in einem kombinierten Prozess eine Bereitstellung des Gases als Endprodukt oder für Gasnachbehandlungsprozesse erfolgt, insbesondere wahlweise auch in Kombination mit Abwärmerückführung vom zweiten Konversionsschritt zum ersten Konversionsschritt.
Verfahren nach dem vorhergehenden Verfahrensanspruch, wobei ein Wärmestrom von dem wenigstens einen Wärmenetz mit einem Wärmestrom aus einer Abwärmerückführung und/oder mit einem Wärmestrom aus einer Nutzwärmeausspeisung gekoppelt wird; und/oder wobei der Stromkonversionsvorrichtung ein Edukt mit chemisch gebundenem Wasserstoff zugeführt wird und wobei als Gas Wasserstoff auf elektrochemische Weise erzeugt wird; und/oder wobei der Stromkonversionsvorrichtung ein Nebenprodukt entnommen wird; und/oder wobei stromab von der Stromkonversion (P2G) der Gasstrom in zwei oder drei Teilströme gesplittet wird, insbesondere in einen ersten Teilstrom zur Gasspeicherung und/oder in einen zweiten Teilstrom zur Druckwechseladsorption und/oder in einen dritten Teilstrom zur direkten Gasnutzung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei als Gas Wasserstoff erzeugt wird, wobei der Wasserstoff durch Wasserelektrolyse erzeugt wird, insbesondere durch alkalische Wasserelektrolyse; und/oder wobei der erzeugte Wasserstoff für wenigstens eine der folgenden Anwendungen bereitgestellt wird: direkte Nutzung; Vorreinigung durch Druckwechseladsorption; Speicherung, Ausspeicherung und Nachreinigung durch Druckwechseladsorption; Vorreinigung, Speicherung, Ausspeicherung und Nachreinigung durch Druckwechseladsorption.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei die elektrische Energie in einem Organic-Rankine-Prozess aus der Wärmeenergie erzeugt wird, oder in einem Kalina-Prozess oder in einem Stirling-Prozess; und/oder wobei die Temperatur des Arbeitsmediums beim Verstromen mindestens 100 °C beträgt oder mindestens 140 °C beträgt, und/oder maximal 200 °C beträgt oder maximal 125 °C beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei ausschließlich industrielle Abwärme als Exergiequelle genutzt wird, insbesondere Abwärme aus Produktionsprozessen, insbesondere Abwärme aus Hochtemperaturprozessen, insbesondere Abwärme aus Hüttenwerken.
Steuerungseinrichtung (101) eingerichtet zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei die Steuerungseinrichtung eingerichtet ist zum Steuern und Regeln zumindest der Konversionsschritte Exergiekonversion (H2P) und Stromkonversion (P2G), insbesondere in zeitlicher und/oder energiebilanzieller Abhängigkeit voneinander, insbesondere in Abhängigkeit vom Gas-Bedarf.
Verwendung einer Exzessexergiekonversionsanordnung, insbesondere einer Exzessexergiekonversionsanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zum Bereitstellen von Gas, insbesondere Wasserstoff-Gas, aus aufeinanderfolgenden aufeinander abgestimmten Konversionsschritten umfassend einen ersten Konversionsschritt (H2P) zum Umwandeln der Exzessexergie in Strom und einen zweiten Konversionsschritt zum Erzeugen des Gases aus dem Strom (P2G), wobei als Exergiequelle industrielle Abwärme verwendet wird und im ersten Konversionsschritt in eine Niedertemperatur-Prozess eingespeist und für ein Arbeitsmedium bei Temperaturen unter 200 °C, insbesondere unter 150 °C genutzt wird, insbesondere ausschließlich industrielle Abwärme aus wenigstens einem Fernwärmenetz.
Verwendung einer Exzessexergiekonversionsanordnung, insbesondere einer Exzessexergiekonversionsanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zum Bereitstellen von Gas, insbesondere Wasserstoff-Gas, aus aufeinanderfolgenden aufeinander abgestimmten Konversionsschritten umfassend einen ersten Konversionsschritt (H2P) zum Umwandeln der Exzessexergie in Strom und einen zweiten Konversionsschritt zum Erzeugen des Gases aus dem Strom (P2G), wobei das erzeugte Wasserstoff-Gas zur stofflichen Verwertung für die chemische Grundstoffindustrie bereitgestellt wird.
Verwendung einer Exzessexergiekonversionsanordnung, insbesondere einer Exzessexergiekonversionsanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zum Bereitstellen von Gas, insbesondere Wasserstoff-Gas, aus aufeinanderfolgenden aufeinander abgestimmten Konversionsschritten umfassend einen ersten Konversionsschritt (H2P) zum Umwandeln der Exzessexergie in Strom und einen zweiten Konversionsschritt zum Erzeugen des Gases aus dem Strom (P2G), wobei in einem ersten Konversionsschritt, stromauf von einem zweiten Konversionsschritt zur Erzeugung von Wasserstoff, der Strom in einem Organic-Rankine-Prozess aus Exzessexergie aus wenigstens einem Wärmenetz erzeugt wird.
Verwendung einer Exzessexergiekonversionsanordnung, insbesondere einer Exzessexergiekonversionsanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zum Bereitstellen von Gas, insbesondere Wasserstoff-Gas, aus aufeinanderfolgenden aufeinander abgestimmten Konversionsschritten umfassend einen ersten Konversionsschritt (H2P) zum Umwandeln der Exzessexergie in Strom und einen zweiten Konversionsschritt zum Erzeugen des Gases aus dem Strom (P2G), wobei die Exzessexergiekonversionsanordnung im Sommer beziehungsweise in einer Saison mit vergleichsweise hohen Umgebungs-Temperaturen und vergleichsweise geringem Wärmebedarf, zumindest in Haushalten und/oder sozialen Infrastrukturen geringem Wärmebedarf, genutzt wird.
Verwendung einer Exzessexergiekonversionsanordnung, insbesondere einer Exzessexergiekonversionsanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zum Erzeugen und Bereitstellen von Wasserstoff-Gas aus aufeinanderfolgenden aufeinander abgestimmten Konversionsschritten umfassend einen ersten Konversionsschritt (H2P) zum Umwandeln der Exzessexergie in Strom und einen zweiten Konversionsschritt zum Erzeugen des Gases aus dem Strom (P2G), wobei die Exzessexergiekonversionsanordnung zwischen wenigstens einem Hüttenwerk und einem Prozess der chemische Grundstoffindustrie eingesetzt wird.