DE102019126520B4 - Use of a biogas plant for storing electrical energy and conversion of a biogas plant for design as an energy store - Google Patents

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Abstract

Verwendung eines Reaktors einer Biogasanlage (1) als Elektrolytspeicher eines Redox-Flow-Akkumulators bei einem Verfahren zum Speichern von elektrischer Energie, wobei bei dem Verfahren elektrische Energie erzeugt wird, und in dem Redox-Flow-Akkumulator gespeichert wird, und in das öffentliche Spannungsnetz (9) eingespeist wird.Use of a reactor of a biogas plant (1) as an electrolyte store of a redox flow accumulator in a method for storing electrical energy, wherein in the method electrical energy is generated and stored in the redox flow accumulator, and in the public voltage network (9) is fed.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Biogasanlage und die Umrüstung einer Biogasanlage zum Speichern elektrischer Energie.The invention relates to the use of a biogas plant and the retrofitting of a biogas plant for storing electrical energy.

Elektrische Energie kann entweder durch den Betrieb von konventionellen Kraftwerken, die auf einer Verwendung von fossilen Energieträgern beruhen, oder durch die Nutzung regenerativer Energieträger erzeugt werden. Im Allgemeinen hat der Anteil am Energiemix regenerativ erzeugten Stroms durch den intensiven Ausbau der erneuerbaren Energien, beispielsweise von Solar- und Windkraftanlagen sowie von Biomassekraftwerken, in den letzten Jahren global stark zugenommen und wird auch in Zukunft weiter steigen, da die Verwendung fossiler Energieträger infolge der Rohstoffendlichkeit und die mit der Verwendung einhergehende Umweltbelastung reduziert werden muss.Electrical energy can either be generated through the operation of conventional power plants, which are based on the use of fossil fuels, or through the use of renewable energy sources. In general, the share of electricity generated from renewable sources in the energy mix through the intensive expansion of renewable energies, for example solar and wind power plants as well as biomass power plants, has increased sharply globally in recent years and will continue to increase in the future, as the use of fossil fuels as a result of the The availability of raw materials and the environmental impact associated with their use must be reduced.

Durch den Betrieb von konventionellen Kraftwerken kann elektrische Energie kontinuierlich und einer auf Erfahrung basierenden Nachfrage entsprechend erzeugt und bereitgestellt werden. Im Gegensatz dazu ist die Kalkulierbarkeit des Angebots elektrischer Energie, die aus regenerativen Energieträgern erzeugt wird, begrenzt, da zum einen die Energieerzeugung unmittelbar mit den Wetterlagen bzw. mit dem Anfall von Biomasse verknüpft ist. Zum anderen ist eine bedarfsgerechte Anpassung der Energiemenge bei der Energieerzeugung nicht ohne weiteres umsetzbar. Energienetze sind daher immer häufiger Spannungsschwankungen unterworfen, die die Versorgungssicherheit gefährden.By operating conventional power plants, electrical energy can be generated and provided continuously and based on experience. In contrast to this, the calculability of the supply of electrical energy that is generated from renewable energy sources is limited because, on the one hand, the generation of energy is directly linked to the weather conditions or the accumulation of biomass. On the other hand, a needs-based adjustment of the amount of energy in energy generation cannot be easily implemented. Energy networks are therefore increasingly subject to voltage fluctuations that endanger the security of supply.

Um derartige Netzschwankungen zu minimieren, können Energiespeicher eingesetzt werden, die mehrfach aufgeladen beziehungsweise entladen werden können. Diesen diversen in der Praxis zunehmend relevanten Energiespeichern in Form von Akkumulatoren liegt die Aufgabe zugrunde, elektrische Energie bereitzustellen, wenn die Nachfrage das Angebot kurzfristig übersteigt. Ferner soll elektrische Energie, die erzeugt wurde, zu einem bestimmten Zeitpunkt jedoch nicht abgenommen werden kann, gespeichert werden, sodass auf eine Übertragung der elektrischen Energie in andere Spannungsnetze, was mit einem wirtschaftlichen Verlust einhergeht, vermieden wird.In order to minimize such network fluctuations, energy storage devices can be used that can be charged or discharged several times. These various energy storage devices in the form of accumulators, which are increasingly relevant in practice, are based on the task of providing electrical energy when demand exceeds supply for a short time. Furthermore, electrical energy that has been generated but cannot be consumed at a certain point in time is to be stored, so that a transfer of the electrical energy to other voltage networks, which is associated with an economic loss, is avoided.

In der Praxis sind unterschiedliche Verfahren zur Speicherung von elektrischer Energie bekannt. Da eine unmittelbare Speicherung elektrischer Energie nur in sehr geringen Mengen möglich ist, wird die erzeugte elektrische Energie zunächst umgewandelt, sodass sich die bekannten Verfahren hinsichtlich der gespeicherten Energieform unterscheiden lassen.In practice, different methods for storing electrical energy are known. Since direct storage of electrical energy is only possible in very small quantities, the electrical energy generated is first converted so that the known methods can be differentiated with regard to the stored form of energy.

Sehr weit verbreitet sind Akkumulatoren auf Basis von Lithiumverbindungen, die elektrische Energie in chemische Energie umwandeln. In Abhängigkeit der verwendeten Materialkombinationen für die Anode, die Kathode, den Separator und das Elektrolyt, ist unter anderem eine hohe Energiedichte realisierbar. Jedoch ist die Haltbarkeit, die über die Anzahl der (Ent- )Ladungszyklen quantifizierbar ist, begrenzt. Darüber hinaus ist die Verwendung von Akkumulatoren auf Basis von Lithiumverbindungen mit einem ausgeprägten Sicherheitsrisiko verbunden, das in der hohen Brandgefahr, beispielsweise bei einer Havarie des Akkumulators, begründet ist.Batteries based on lithium compounds, which convert electrical energy into chemical energy, are very widespread. Depending on the material combinations used for the anode, the cathode, the separator and the electrolyte, a high energy density can be achieved, among other things. However, the shelf life, which can be quantified via the number of (discharge) charging cycles, is limited. In addition, the use of rechargeable batteries based on lithium compounds is associated with a pronounced safety risk, which is based on the high risk of fire, for example in the event of a damage to the rechargeable battery.

Eine weitere Möglichkeit, elektrische Energie nach einer Umwandlung in Form chemischer Energie zu speichern, eröffnet Wasserstoff. Als Träger elektrischer Energie muss Wasserstoff zunächst durch eine energieintensive Verfahrenstechnik hergestellt werden. Zudem ist die Energiedichte relativ gering, sodass großvolumige Wasserstoffspeicher erforderlich sind. Technologien zur Speicherung von Wasserstoff sind in der Praxis hinlänglich bekannt.Hydrogen opens up another possibility of storing electrical energy in the form of chemical energy after it has been converted. As a carrier of electrical energy, hydrogen must first be produced using an energy-intensive process technology. In addition, the energy density is relatively low, so that large-volume hydrogen storage systems are required. Technologies for storing hydrogen are well known in practice.

So offenbart EP 3 415 609 A1 ein Verfahren zum Speichern und Lagern von Wasserstoff, wobei der Wasserstoff zunächst mit einem Trägermedium in Kontakt gebracht und anschließend einer Speichervorrichtung zugeführt wird. Vorgeschlagen wird, als Speichervorrichtung eine Biogasanlage, deren ursprüngliche Funktion auf die Produktion von Biogas durch Vergärung von Biomasse und damit verbunden auf die Produktion von elektrischer Energie durch die Verbrennung des Biogases in einem Gasmotor ausgerichtet ist, derart umzurüsten, dass einige Bestandteile der Biogasanlage zum Speichern und Lagern von Wasserstoff genutzt werden können.So revealed EP 3 415 609 A1 a method for storing and storing hydrogen, wherein the hydrogen is first brought into contact with a carrier medium and then fed to a storage device. The proposed storage device is a biogas plant, the original function of which is geared towards the production of biogas through fermentation of biomass and the associated production of electrical energy through the combustion of the biogas in a gas engine, in such a way that some components of the biogas plant can be stored and storage of hydrogen can be used.

Eine gattungsgemäße Biogasanlage im ursprünglichen Sinn kann unter anderem die folgenden technischen Anlagen umfassen: einen oder mehrere Behälter (Fermenter, Nachgärer, Lagerbehälter, etc.), Rührwerke, Heizsysteme zur Temperierung der Behälter, zentralgesteuerte Pump- und Regeltechnik, Walleinlagen zur Eindämmung von austretenden Flüssigkeiten im Fall des Berstens eines Behälters, einen oder mehrere Gasspeicher, Sicherheitseinrichtungen zur Vermeidung von austretendem Gas, sensorisches Instrumentarium, Einrichtungen zum Anschluss an das öffentliche Spannungs- und/oder Gasnetz, eine zentrale Kontroll- und Überwachungseinheit sowie Einrichtungen einer Netz-Management-Regelungsfunktion als Zugriffsmöglichkeit für den Netzbetreiber.A generic biogas plant in the original sense can include the following technical systems, among other things: one or more containers (fermenter, post-fermenter, storage container, etc.), agitators, heating systems for temperature control of the containers, centrally controlled pumping and control technology, whale inserts to contain escaping liquids in the event of a container bursting, one or more gas storage facilities, safety devices to prevent gas leaks, sensory instruments, devices for connection to the public voltage and / or gas network, a central control and monitoring unit and devices for a network management control function as Access option for the network operator.

Die Speicherung von elektrischer Energie in Form von gebundenem Wasserstoff ist jedoch nicht unproblematisch, da Wasserstoff leicht brennbar ist und somit ein erhebliches Sicherheitsrisiko darstellen kann. Zudem ist die Herstellung energieintensiv und die Anforderungen an eine vorhergehende Reinigung der ursprünglich für die Produktion von Biogas genutzten Anlage sowie der Umrüstungsaufwand sind sehr hoch.However, the storage of electrical energy in the form of bound hydrogen is not without problems, since hydrogen is easily combustible and can therefore represent a considerable safety risk. In addition, the production is energy-intensive and The requirements for a previous cleaning of the plant originally used for the production of biogas as well as the conversion costs are very high.

Die DE 10 2007 016 280 A1 offenbart eine Hybridanlage, zur Bereitstellung von elektrischer Energie. Vorgeschlagen wird, mit einem ersten Generator einer Biogasanlage elektrische Energie zugewinnen, durch das Verbrennen von Biogas. Mittels eines weiteren Energiewandlers wird elektrische Energie bereitstellt und zwar abrufbar in Abhängigkeit von externen Einflussfaktoren, insbesondere dem Windangebot und/oder der Sonneneinstrahlung.the DE 10 2007 016 280 A1 discloses a hybrid system for providing electrical energy. It is proposed to use a first generator in a biogas plant to generate electrical energy by burning biogas. By means of a further energy converter, electrical energy is made available and can be called up as a function of external influencing factors, in particular the available wind and / or solar radiation.

Aus der DE 10 2016 116 154 A1 sind Redox-Flow-Batterien bekannt, die elektrische Energie in chemischen Verbindungen einer Flüssigkeit speichern. In der Flüssigkeit gelöst sind anorganische oder organische Salze. Ein derartiger Elektrolyt kann in Flüssigkeitsbehältern vorgehalten werden. Zum Auf- und Entladen mit elektrischer Energie wird der Elektrolyt an Elektroden vorbei geführt. Die WO 2009 / 003 795 A1 lehrt beispielsweise eine Redox-Durchfluss-Batterie, die einen störungs- und funktionssicheren Betrieb eines Energieversorgungssystems durch die Speicherung von elektrischer Energie sicherstellen soll. Zur Speicherung adäquater Mengen elektrischer Energie sind große Flüssigkeitsbehälter zur Aufnahme eines Elektrolyts notwendig. Zudem ist eine aufwändige Anlagentechnik erforderlich, die Speichervorrichtungen, Leitungselemente und Fördereinrichtungen umfasst.From the DE 10 2016 116 154 A1 Redox flow batteries are known that store electrical energy in chemical compounds of a liquid. Inorganic or organic salts are dissolved in the liquid. Such an electrolyte can be kept in liquid containers. The electrolyte is passed past electrodes for charging and discharging with electrical energy. WO 2009/003 795 A1 teaches, for example, a redox flow-through battery which is intended to ensure failure-free and functionally reliable operation of an energy supply system by storing electrical energy. To store adequate amounts of electrical energy, large liquid containers for holding an electrolyte are necessary. In addition, complex system technology is required, which includes storage devices, line elements and conveying devices.

Im Allgemeinen ist die Errichtung von Energiespeichern mit einer entsprechend hohen elektrischen Kapazität, bedingt durch die aufwendige Organisation und Infrastruktur, sehr kostenintensiv. Viele technische Lösungen von Energiespeichern eint zudem das Problem, dass die Reaktionszeiten, d.h. von einer zentralen Erkennung von Netzschwankungen, über die Steuerung des Energiespeichers bis zum eigentlichen Einspeisen der gespeicherten elektrischen Energie in das Spannungsnetz, vergleichsweise lang sein können. Eine Erhöhung der Versorgungssicherheit kann demnach nicht unter allen Umständen gewährleistet werden.In general, the construction of energy storage systems with a correspondingly high electrical capacity is very cost-intensive due to the complex organization and infrastructure. Many technical solutions for energy storage systems also have the problem that the response times, i.e. from a central detection of network fluctuations through the control of the energy storage system to the actual feeding of the stored electrical energy into the voltage network, can be comparatively long. An increase in security of supply cannot therefore be guaranteed under all circumstances.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Netzschwankungen zu reduzieren und dadurch die Versorgungssicherheit mit elektrischer Energie zu erhöhen, indem elektrische Energie durch dezentrale Energiespeicher bereitgestellt wird. Die Energiespeicher kennzeichnet eine kurze Reaktionszeit zur Aufnahme bzw. Abgabe elektrischer Energie, wobei die Investitionskosten vergleichsweise gering sind.The invention is based on the object of reducing network fluctuations and thereby increasing the security of supply with electrical energy by providing electrical energy through decentralized energy stores. The energy storage system is characterized by a short response time to the intake or output of electrical energy, with the investment costs being comparatively low.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Verwendung einer Biogasanlage zum Speichern elektrischer Energie und Umrüstung einer Biogasanlage zur Ausgestaltung als Energiespeicher mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 2.The object is achieved by using a biogas plant for storing electrical energy and retrofitting a biogas plant for design as an energy store with the features of claims 1 and 2.

Die Erfindung schlägt mit anderen Worten vor, einen Elektrolyt mit elektrischer Energie aufzuladen bzw. zu entladen und den Elektrolyt in einem Flüssigkeitsbehälter zu speichern, der ursprünglich als Reaktor einer Biogasanlage genutzt wurde. In den vergangenen Jahren wurden sowohl in der Bundesrepublik Deutschland als auch darüber hinausgehend Biogasanlagen mit unterschiedlichen Kapazitäten in großer Anzahl errichtet. Ursächlich für die große Verbreitung sind insbesondere staatliche Subventionsprogramme, deren Ziel es war, dezentrale Einrichtungen zur Produktion von elektrischer Energie auf Basis regenerativer Energieträger in Form von Biomasse zu fördern. Mit dem Auslaufen der Förderprogramme ist ein wirtschaftlicher Betrieb der Biogasanlagen zukünftig deutlich erschwert, sodass die vorschlagsgemäße Verwendung der Biogasanlage eine wirtschaftliche Anschlusstechnologie darstellt, die zudem nur einen begrenzten zusätzlichen Ressourcenaufwand erfordert, um die Biogasanlage der erfindungsgemäßen Verwendung entsprechend umzurüsten.In other words, the invention proposes charging or discharging an electrolyte with electrical energy and storing the electrolyte in a liquid container that was originally used as a reactor in a biogas plant. In the past few years, large numbers of biogas plants with different capacities have been built both in the Federal Republic of Germany and beyond. The main reasons for the widespread use are state subsidy programs, the aim of which was to promote decentralized facilities for the production of electrical energy on the basis of renewable energy sources in the form of biomass. With the expiry of the funding programs, economic operation of the biogas plants will be made significantly more difficult in the future, so that the proposed use of the biogas plant represents an economical connection technology that also only requires limited additional resources to convert the biogas plant to the use according to the invention.

Die elektrische Energie, die in dem vorschlagsgemäßen Energiespeicher gebunden werden kann, kann aus externen Energiequellen stammend über das öffentliche Spannungsnetz zugeführt werden. Alternativ kann der vorgeschlagene Energiespeicher unmittelbar mit einem oder mehreren Kraftwerken gekoppelt sein. Die Erzeugung der elektrischen Energie kann dabei sowohl auf konventionellem Weg durch Atom- und/oder Kohlekraftwerke erfolgen, als auch besonders vorteilhaft auf regenerativen Verfahrenstechnologien, beispielsweise Windkraft, Sonnenenergie, Wasserkraft, Geothermie oder einer Energiegewinnung aus Biomasse, beruhen. Ausschlaggebend für die Herkunft der zugeführten elektrischen Energie ist die geographische Lage der bereits existierenden Biogasanlage und die daraus resultierende Nähe oder Ferne zu Erzeugeranlagen elektrischer Energie.The electrical energy that can be tied up in the proposed energy store can be supplied from external energy sources via the public voltage network. Alternatively, the proposed energy store can be coupled directly to one or more power plants. The generation of electrical energy can take place both conventionally by nuclear and / or coal-fired power plants, and particularly advantageously based on regenerative process technologies, for example wind power, solar energy, water power, geothermal energy or energy generation from biomass. The geographic location of the existing biogas plant and the resulting proximity or distance to generating plants for electrical energy are decisive for the origin of the electrical energy supplied.

Vorschlagsgemäß erfolgt die Speicherung der elektrischen Energie auf Basis des Prinzips eines Redox-Flow-Akkumulators. Dabei wird die elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt und in den chemischen Verbindungen eines Elektrolyts gespeichert. Vorteilhaft ist, dass der Elektrolyt in Flüssigkeitsbehältern ohne größeren Aufwand gelagert werden kann. Über die Lagerkapazitäten kann unmittelbar die gespeicherte Energiemenge beeinflusst werden, sodass große Volumina der Flüssigkeitsbehälter mit einer hohen Speicherkapazität einhergehen.According to the proposal, the electrical energy is stored on the basis of the principle of a redox flow accumulator. The electrical energy is converted into chemical energy and stored in the chemical compounds of an electrolyte. It is advantageous that the electrolyte can be stored in liquid containers with little effort. The stored amount of energy can be influenced directly via the storage capacities, so that large volumes of the liquid containers are associated with a high storage capacity.

Darüber hinaus können für den Elektrolyt sowohl anorganische als auch organische Salze berücksichtigt werden. Vorschlagsgemäß ist der Energiespeicher daher nicht auf einen bestimmten Typus eines Elektrolyts beschränkt, sondern ermöglicht durch Anpassung der Salze auch zukünftigen Entwicklungen gerecht werden zu können. Werden zwei Elektrolyte verwendet, erfolgt an einer Membran der lonentransfer zum Auf- und Entladen des Elektrolyts mit elektrischer Energie. Unter anderem über die Größe der Membranoberfläche wird die Leistung der Anlage quantifiziert, sodass eine individuelle Anpassung der Konfiguration zur Definition der Leistung eines vorschlagsgemäßen Energiespeichers in Abhängigkeit lokaler bzw. regionaler Rahmenbedingungen erfolgen kann.In addition, both inorganic and organic salts can be taken into account for the electrolyte. According to the proposal, the Energy storage is therefore not limited to a certain type of electrolyte, but also enables future developments to be met by adapting the salts. If two electrolytes are used, the ion transfer takes place on a membrane to charge and discharge the electrolyte with electrical energy. Among other things, the performance of the system is quantified via the size of the membrane surface, so that the configuration can be individually adapted to define the performance of a proposed energy storage device depending on local or regional framework conditions.

Die vorschlagsgemäßen Biogasanlagen verfügen über eine Infrastruktur, die die Biogasanlage mit dem öffentlichen Spannungsnetz verbindet. Sowohl das Einspeisen als auch das Aufnehmen elektrischer Energie kann im Wesentlichen über die bereits installierten Leitungen realisiert werden. Auf kostenintensive Anschaffungen in Form von Transformatoren oder auf die Neuinstallation von Umspannwerken kann überwiegend verzichtet werden.The proposed biogas plants have an infrastructure that connects the biogas plant with the public power grid. Both feeding in and taking in electrical energy can essentially be implemented via the lines that have already been installed. Cost-intensive purchases in the form of transformers or the installation of new substations can be largely dispensed with.

Vorschlagsgemäß sind Biogasanlagen variabler Größe Ausgangspunkt für die Erfindung. Besonders vorteilhaft sind Biogasanlagen, die in der Vergangenheit bereits in einer großen Anzahl flächendeckend sowohl in der Bundesrepublik Deutschland als auch darüber hinausgehend errichtet worden sind, um einen wirtschaftlichen Anschlussbetrieb der Biogasanlagen nach dem Auslaufen der Förderperioden realisieren zu können. Jedoch auch zukünftig noch zu errichtende Biogasanlagen können für eine vorschlagsgemäße Verwendung, beispielsweise als Anschlusstechnologie, berücksichtigt werden.According to the proposal, biogas plants of variable size are the starting point for the invention. Particularly advantageous are biogas plants that have already been built in large numbers in the past, both in the Federal Republic of Germany and beyond, in order to be able to realize an economical connection operation of the biogas plants after the end of the subsidy periods. However, biogas plants still to be built in the future can be taken into account for use as proposed, for example as connection technology.

Im Allgemeinen ist eine Biogasanlage durch hohe Investitionskosten gekennzeichnet. Dabei sind nicht nur die unmittelbaren technischen Einrichtungen einer Biogasanlage zu berücksichtigen, sondern insbesondere auch die preisintensive Infrastruktur, um die Biogasanlage an das öffentliche Spannungs- und/oder Gasnetz anzuschließen. Allen Biogasanlagen gemein ist mindestens ein Reaktor, der auch als Fermenter bezeichnet wird, in dem die Biomasse durch biochemische Prozesse umgesetzt wird. Produkt ist ein energiereiches Gas, das in einem Gasmotor, der einen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie antreibt, verbrannt wird. Die Energieerzeugung erfolgt entweder am Standort der Biogasanlage oder das Gas wird zu einem entfernten Blockheizkraftwerk transportiert, um die Abwärme des Verbrennungsprozesses effizienter nutzen zu können. Grundsätzlich ist eine Anschlusseinrichtung erforderlich, die die Biogasanlage und/oder den Generator mit dem öffentlichen Spannungsnetz verbindet und das Einspeisen von elektrischer Energie ermöglicht.In general, a biogas plant is characterized by high investment costs. Not only the direct technical facilities of a biogas plant have to be taken into account, but also, in particular, the price-intensive infrastructure in order to connect the biogas plant to the public voltage and / or gas network. All biogas plants have at least one reactor in common, also known as a fermenter, in which the biomass is converted through biochemical processes. The product is a high-energy gas that is burned in a gas engine that drives a generator to produce electrical energy. The energy is either generated at the site of the biogas plant or the gas is transported to a remote combined heat and power plant in order to be able to use the waste heat from the combustion process more efficiently. Basically, a connection device is required that connects the biogas plant and / or the generator to the public voltage network and enables electrical energy to be fed in.

Vorschlagsgemäß weist die Biogasanlage mindestens einen Reaktor auf, der den Elektrolyt aufnimmt und als Flüssigkeitsbehälter fungiert. In Abhängigkeit der für den chemischen Prozess erforderlichen Elektrolyte kann eine zusätzliche bauliche Trennung in einem Flüssigkeitsbehälter erforderlich sein, die Elektrolyte divergierender Natur und/oder gegensätzlicher Ladungszustände voneinander trennt. Durch die einzusetzenden Konstruktionen wird das Innenraumvolumen eines Flüssigkeitsbehälters in separate Abschnitte unterteilt, die jeweils geeignet sind, einen Elektrolyt aufzunehmen.According to the proposal, the biogas plant has at least one reactor that receives the electrolyte and functions as a liquid container. Depending on the electrolytes required for the chemical process, an additional structural separation in a liquid container may be necessary, which separates electrolytes of diverging nature and / or opposing charge states from one another. Due to the constructions to be used, the interior volume of a liquid container is divided into separate sections, each of which is suitable for receiving an electrolyte.

Im Allgemeinen handelt es sich bei den Reaktoren einer Biogasanlage um großvolumige Behälter. Eine effiziente Speicherung elektrischer Energie auf der technologischen Basis eines Redox-Flow-Akkumulators erfordert große Elektrolytmengen, um Schwankungen im Spannungsnetz effizient ausgleichen zu können. Die Nutzung eines großvolumigen Behälters einer Biogasanlage, die geographisch bereits großflächig verteilt sind, ist als Elektrolytspeicher daher besonders vorteilhaft.In general, the reactors in a biogas plant are large-volume containers. An efficient storage of electrical energy on the technological basis of a redox flow accumulator requires large amounts of electrolyte in order to be able to efficiently compensate for fluctuations in the voltage network. The use of a large-volume tank of a biogas plant that is already geographically distributed over a large area is therefore particularly advantageous as an electrolyte storage device.

Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, einen ursprünglichen Biogasreaktor zu ertüchtigen zur Aufnahme des Elektrolyts , beispielsweise in Form einer Innenauskleidung, da der Elektrolyt besonders korrosiv wirken kann. Einer Ertüchtigung vorausgehend kann zunächst eine umfassende Reinigung des Biogasreaktors umgesetzt werden, bevor dieser als Flüssigkeitsbehälter für den Elektrolyt eingesetzt werden kann. Um die Funktionsfähigkeit einer neuen Innenauskleidung zu erhöhen, kann es vorteilhaft sein, zunächst eine gegebenenfalls durch das ursprüngliche Gärsubstrat stark angegriffene Korrosionsschicht von der Innenoberfläche des Reaktors abzutragen. Eine dem Elektrolyt entsprechend beständige Innenauskleidung muss zum einen gewährleisten, dass die Bauteile des zukünftigen Flüssigkeitsbehälters vor der gegebenenfalls korrosiven Wirkung des Elektrolyts geschützt werden. Zum anderen muss das Risiko reduziert werden, dass der Elektrolyt aus dem Flüssigkeitsbehälter in die Umwelt gelangt.The invention also provides for an original biogas reactor to be upgraded to accommodate the electrolyte, for example in the form of an inner lining, since the electrolyte can have a particularly corrosive effect. Before upgrading, a comprehensive cleaning of the biogas reactor can be implemented before it can be used as a liquid container for the electrolyte. In order to increase the functionality of a new inner lining, it can be advantageous to first remove a corrosion layer from the inner surface of the reactor, which may have been heavily attacked by the original fermentation substrate. An inner lining that is resistant to the electrolyte must, on the one hand, ensure that the components of the future liquid container are protected from the possibly corrosive effects of the electrolyte. On the other hand, the risk of the electrolyte escaping from the liquid container into the environment must be reduced.

Für eine Verwendung einer Biogasanalage als erfindungsgemä-ßer Energiespeicher ist zudem vorteilhaft, dass bestehende Biogasanlagen vorschriftenbedingt bereits über Wallanlagen verfügen, die die Betriebsfläche der Biogasanlage umschließen und ein zusätzliches Sicherheitsmerkmal darstellen, indem die Ausbreitung einer potentiell umweltgefährdenden Flüssigkeit nach dem Bersten eines Behälters eingedämmt werden könnte.For the use of a biogas plant as an energy storage device according to the invention, it is also advantageous that existing biogas plants, due to regulations, already have ramparts that enclose the operating area of the biogas plant and represent an additional safety feature in that the spread of a potentially environmentally hazardous liquid could be contained after a container burst .

Wesentliche Bestandteile einer Biogasanlage sind zudem die Förder- und Transportmittel, welche beispielsweise Leitungssysteme und Pumpanlagen umfassen, die sowohl auf die Manipulation von festen als auch von flüssigen Substraten ausgerichtet sind und die die individuellen Einrichtungen einer Biogasanlage miteinander verbinden. Vorschlagsgemäß können die ursprünglichen Förder- und Transportmittel der Biogasanlage dazu verwendet werden, den Elektrolyt zu fördern bzw. zu transportieren. Es ist besonders vorteilhaft, dass im Rahmen der Erfindung auf die vorhandene Fördertechnik zurückgegriffen werden kann, sodass eine Neuinstallation kostenintensiver Leitungen und Pumpen verzichtbar ist. Lediglich eine vorhergehende Reinigung, beispielsweise des Leitungssystems und der Pumpenanlagen, könnte erforderlich sein. Je nach Ausführung des Förder- und Transportmittelsystems kann zudem eine Ertüchtigung derselben notwendig sein, sofern eine adäquate Beständigkeit gegenüber dem Elektrolyt nicht ausgewiesen ist. Jedoch sind bereits diese Anlagenbestandteile von Biogasanlagen in der ursprünglichen Nutzung starken organischen Säuren ausgesetzt, sodass im Allgemeinen bereits bei der Errichtung von Biogasanlagen auf einen entsprechend ausgeprägten Korrosionsschutz Wert gelegt wird und eine zusätzliche Ertüchtigung u.U. vernachlässigt werden kann.Essential components of a biogas plant are also the means of conveyance and transport, which include, for example, pipeline systems and pumping systems that target the manipulation of solid as well as liquid substrates are aligned and which connect the individual facilities of a biogas plant with each other. According to the proposal, the original conveying and transport means of the biogas plant can be used to convey or transport the electrolyte. It is particularly advantageous that the existing conveyor technology can be used within the scope of the invention, so that new installation of cost-intensive lines and pumps can be dispensed with. Only a previous cleaning, for example the pipe system and the pump systems, could be necessary. Depending on the design of the conveyor and transport system, it may also be necessary to upgrade it, unless adequate resistance to the electrolyte has been proven. However, these plant components of biogas plants are already exposed to strong organic acids in their original use, so that, in general, value is placed on a correspondingly pronounced corrosion protection during the construction of biogas plants and additional upgrading can possibly be neglected.

Entgegen der ursprünglichen Verwendung soll die Biogasanlage nicht mehr ausschließlich als Quelle sondern auch oder primär als Speicher elektrischer Energie fungieren. Daher ist ein erster Generator vorschlagsgemäß als Redox-Flow-Zelle ausgestaltet. Als Energiewandler hat die Redox-Flow-Zelle beim Speichern die Funktion, elektrische Energie in chemische Energie umzuwandeln, sodass der Elektrolyt aufgeladen wird. Soll elektrische Energie in ein Spannungsnetz eingespeist werden, wird über die Redox-Flow-Zelle die chemische Energie umgewandelt, der Elektrolyt entladen und elektrische Energie zur Verfügung gestellt. Über die Anzahl der Redox-Flow-Zellen, die in einem sogenannten Stack gebündelt werden, ist die Leistung des Systems definierbar. Ohne kostenintensive Umbaumaßnahmen kann die Konfiguration des Stacks an lokale und/oder regionale Leistungsanforderungen angepasst werden. Die realisierbaren Reaktionszeiten sind bei der Redox-Flow-Zelle im Millisekundenbereich, sodass kurzfristig Schwankungen im öffentlichen Spannungsnetz ausgeglichen werden können.Contrary to the original use, the biogas plant should no longer function exclusively as a source but also or primarily as a storage device for electrical energy. Therefore, according to the proposal, a first generator is designed as a redox flow cell. As an energy converter, the redox flow cell has the function of converting electrical energy into chemical energy during storage, so that the electrolyte is charged. If electrical energy is to be fed into a voltage network, the chemical energy is converted via the redox flow cell, the electrolyte is discharged and electrical energy is made available. The performance of the system can be defined via the number of redox flow cells that are bundled in a so-called stack. The configuration of the stack can be adapted to local and / or regional performance requirements without costly conversion measures. The realizable reaction times for the redox flow cell are in the millisecond range, so that fluctuations in the public voltage network can be compensated for at short notice.

Zur Unterbringung der Redox-Flow-Zelle könnte vorschlagsgemäß das ursprüngliche Generatorgebäude umfunktioniert werden. Dazu ist es erforderlich, das vorinstallierte Leitungssystem anzupassen, indem eine Zuleitung ausgehend von einem Flüssigkeitsbehälter zu dem Generatorgebäude als auch eine weitere Ableitung zu einem Flüssigkeitsbehälter installiert wird. Ein derartiger Installationsschritt ist notwendig, da der Elektrolyt zwischen dem Flüssigkeitsbehälter und der Redox-Flow-Zelle zirkulieren können muss.According to the proposal, the original generator building could be converted to accommodate the redox flow cell. To do this, it is necessary to adapt the preinstalled line system by installing a feed line starting from a liquid container to the generator building as well as a further discharge line to a liquid container. Such an installation step is necessary because the electrolyte must be able to circulate between the liquid container and the redox flow cell.

Insbesondere vorteilhaft ist auch eine Unterbringung der Redox-Flow-Zelle im zentralen Pumpen und Verteilerraum der Biogasanalage, da alle wesentlichen Rohr- und Kabelleitungen in diesem Raum zentral zusammen laufen.It is also particularly advantageous to accommodate the redox flow cell in the central pump and distribution room of the biogas plant, since all the main pipe and cable lines converge centrally in this room.

Zudem kann vorschlagsgemäß auf einen bereits vorinstallierten Anschluss an das öffentliche Spannungsnetz zurückgegriffen werden, um entweder elektrische Energie, beispielsweise aus dem öffentlichen Spannungsnetz, zu entnehmen oder um elektrische Energie einzuleiten. Eine für diese Vorgänge notwendige Steuerungselektronik ist ebenfalls in Biogasanlagen bereits vorinstalliert, was die Vorteilhaftigkeit der erfindungsgemäßen Verwendung zusätzlich steigert, da eine zentrale Steuerung, beispielsweise über eine zentrale Netz-Management-Regelung, ohne größere Investitionskosten aufbringen zu müssen, realisierbar ist.In addition, according to the proposal, an already preinstalled connection to the public voltage network can be used in order to either draw electrical energy, for example from the public voltage network, or to introduce electrical energy. Control electronics required for these processes are also preinstalled in biogas plants, which further increases the advantages of the use according to the invention, since central control, for example via a central network management system, can be implemented without having to raise major investment costs.

Zudem weist die Biogasanlage vorschlagsgemäß eine Anschlusseinrichtung auf, über die elektrische Energie aus dem Energiespeicher in das öffentliche Spannungsnetz übertragen werden kann. Über einen Einspeisepunkt kann vorschlagsgemäß ein zweiter Generator mit dem erfindungsgemäßen Energiespeicher verbunden werden. Der zweite Generator kann entweder direkt oder über das öffentliche Spannungsnetz an den Energiespeicher angeschlossen werden.In addition, according to the proposal, the biogas plant has a connection device via which electrical energy can be transferred from the energy store into the public voltage network. According to the proposal, a second generator can be connected to the energy store according to the invention via a feed point. The second generator can be connected to the energy storage either directly or via the public voltage network.

Ein direkter Anschluss ist insbesondere dann vorgesehen, wenn die ursprüngliche Biogasanlage bereits mit einer weiteren Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie gekoppelt ist, beispielsweise in Form von weiteren regenerativen Energieerzeugern, wie Windkraft- oder Solaranlagen, im Umfeld der Biogasanlage. Vorausgesetzt die Biogasanlage hält entsprechende Kapazitäten bereit, könnte auch ein Parallelbetrieb umsetzbar sein, bei dem ein Teil der Biogasanlage die Biogasproduktion fortsetzt und das Biogas zur Erzeugung elektrischer Energie umgesetzt wird. Ein weiterer Teil der Biogasanlage könnte zu dem erfindungsgemäßen Energiespeicher umgerüstet werden. Alternativ und/oder zusätzlich kann vorschlagsgemäß ein Anschluss über das öffentliche Spannungsnetz erforderlich sein, wenn elektrische Energie aus weit entfernten Kraftwerken, beispielsweise in Form von Offshore-Windparks, eingespeist werden soll.A direct connection is provided in particular if the original biogas plant is already coupled to a further device for generating electrical energy, for example in the form of further regenerative energy generators, such as wind power or solar plants, in the vicinity of the biogas plant. Provided the biogas plant has the appropriate capacities available, parallel operation could also be feasible, in which part of the biogas plant continues biogas production and the biogas is converted to generate electrical energy. Another part of the biogas plant could be converted to the energy storage device according to the invention. Alternatively and / or additionally, according to the proposal, a connection via the public voltage network may be required if electrical energy is to be fed in from distant power plants, for example in the form of offshore wind farms.

Vorteilhafterweise umfasst die Biogasanlage zwei Behälter, beispielsweise in Form eines Fermenters oder eines Nachgärers, die als Flüssigkeitsbehälter für den Elektrolyt verwendet werden können. In Abhängigkeit von der ursprünglichen, korrosiven Beanspruchung der Behälter kann eine Reinigung mit einer anschließenden Ertüchtigung der Innenoberflächen in Form einer korrosionsbeständigen Innenauskleidung erforderlich sein. Werden zwei Elektrolyte für die Speicherung der elektrischen Energie verwendet, kann jeder Elektrolyt einem spezifischen Flüssigkeitsbehälter zugeführt werden. Auf eine bauliche Trennung innerhalb der Flüssigkeitsbehälter kann in diesem Fall verzichtet werden. Über die Anzahl der großvolumigen Behälter, die erfindungsgemäß als Flüssigkeitsbehälter genutzt werden können, ist die Kapazität des vorgeschlagenen Energiespeichers beeinflussbar. Weist die Biogasanlage weitere Behälter auf, beispielsweise in Form von Lagerbehältern, können vorteilhafterweise auch diese nach einer gegebenenfalls notwendigen Reinigung und einer entsprechenden Ertüchtigung der Korrosionsbeständigkeit als Flüssigkeitsbehälter verwendet werden, um dadurch die Kapazität des Energiespeichers zu erhöhen.The biogas plant advantageously comprises two containers, for example in the form of a fermenter or a secondary fermenter, which can be used as a liquid container for the electrolyte. Depending on the original, corrosive stress on the container, cleaning and subsequent upgrading of the inner surfaces in the form of a corrosion-resistant inner lining may be necessary. Become two Electrolytes used for storing electrical energy, each electrolyte can be fed to a specific liquid container. A structural separation within the liquid container can be dispensed with in this case. The capacity of the proposed energy store can be influenced via the number of large-volume containers that can be used according to the invention as liquid containers. If the biogas plant has further containers, for example in the form of storage containers, these can also advantageously be used as liquid containers after cleaning and a corresponding improvement in corrosion resistance, in order to increase the capacity of the energy storage device.

Eine primär als Korrosionsschutz und als Abdichtung wirkende Innenauskleidung eines Reaktors beziehungsweise eines Flüssigkeitsbehälters basiert vorteilhafterweise auf einer Kunststoffbeschichtung. Insbesondere vorteilhaft ist eine Beschichtung auf Basis von Polyurethan, die auf die Innenoberfläche, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als Reaktorinnenwand bezeichnet wird, mittels Sprühen und/oder Streichen appliziert werden kann. Derartige Applikationsverfahren sind kostengünstig, da sie schnell und ohne einen großen logistischen Aufwand umsetzbar sind. Das Sprühen beinhaltet zudem den Vorteil, dass Kavitäten und Risse in der Innenwand eines Behälters der Biogasanlage gefüllt und Materialausbrüche stabilisiert werden können, sodass eine langlebige, elektrolytstabile Abdichtung der Innenoberflächen gewährleistet werden kann.An inner lining of a reactor or a liquid container, which acts primarily as corrosion protection and as a seal, is advantageously based on a plastic coating. A coating based on polyurethane, which can be applied to the inner surface, which in the context of the present invention is also referred to as the reactor inner wall, by means of spraying and / or brushing, is particularly advantageous. Such application methods are inexpensive because they can be implemented quickly and without great logistical effort. Spraying also has the advantage that cavities and cracks in the inner wall of a tank of the biogas plant can be filled and material outbreaks can be stabilized, so that a long-lasting, electrolyte-stable sealing of the inner surfaces can be guaranteed.

Ein wesentliches konstruktives Merkmal einer Biogasanlage sind Vorrichtungen in den Wänden der Behälter, die das Beheizen des Innenraums ermöglichen. Vorteilhafterweise können die Vorrichtungen in der Behälterwand des Flüssigkeitsbehälters für den Energiespeicher dazu genutzt werden, um eine optimale Temperierung des Elektrolyts einzustellen. Neben einer Stabilisierung des Elektrolyts könnte eine temperaturinduzierte Entladung des Elektrolyts weitestgehend verhindert werden, sodass der Wirkungsgrad des vorschlagsgemäßen Energiespeichers deutlich verbessert werden könnte.An essential design feature of a biogas plant are devices in the walls of the containers that enable the interior to be heated. The devices in the container wall of the liquid container for the energy store can advantageously be used to set an optimal temperature control of the electrolyte. In addition to stabilizing the electrolyte, a temperature-induced discharge of the electrolyte could be largely prevented, so that the efficiency of the proposed energy store could be significantly improved.

Investitionskosten können zusätzlich minimiert werden, wenn der Einspeisepunkt vorteilhafterweise in die Anschlusseinrichtung integriert ist, sodass das System des erfindungsgemäßen Energiespeichers über ein Gateway mit weiteren Systemen, beispielsweise in Form des öffentlichen Spannungsnetzes, verbunden ist. Zum einen könnte dadurch der Hardwareaufwand reduziert werden. Zum anderen ist eine einfachere Softwaresteuerung realisierbar. Eine zentrale Zugriffsoption auf den Energiespeicher in Form einer Netz-Management-Fernsteuerung ist dabei besonders vorteilhaft, um aus einer zentralen Position das überregionale Aufkommen elektrischer Energie über die Regulierung dezentraler Energiespeicher koordinieren zu können. Infolgedessen, wird zusätzlich die Versorgungssicherheit erhöht.Investment costs can also be minimized if the feed point is advantageously integrated into the connection device, so that the system of the energy store according to the invention is connected to other systems, for example in the form of the public voltage network, via a gateway. On the one hand, this could reduce the amount of hardware required. On the other hand, a simpler software control can be implemented. A central access option to the energy storage in the form of a network management remote control is particularly advantageous in order to be able to coordinate the supra-regional generation of electrical energy from a central position via the regulation of decentralized energy storage. As a result, the security of supply is also increased.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand rein schematischer Darstellungen erläutert. Dabei zeigt

  • 1 eine Systemskizze einer Biogasanlage als Energiespeichervariante mit einem separaten Anschluss eines zweiten Generators und
  • 2 eine Systemskizze einer Biogasanlage als Energiespeichervariante, die über ein Gateway mit dem öffentlichen Spannungsnetz verbunden ist.
Embodiments of the invention are explained using purely schematic representations. It shows
  • 1 a system sketch of a biogas plant as an energy storage variant with a separate connection of a second generator and
  • 2 a system sketch of a biogas plant as an energy storage variant, which is connected to the public power grid via a gateway.

In 1 ist die Systemskizze einer Biogasanlage 1 dargestellt, die als erfindungsgemäßer Energiespeicher ausgestaltet ist. Als Behälter der Biogasanlage 1 wurden die Flüssigkeitsbehälter 10 ursprünglich als Reaktor (Fermenter und/oder Nachgärer) oder als Lagerbehälter genutzt. Nach einer gegebenenfalls notwendigen Reinigung sowie einer Ertüchtigung der Behälter durch den Auftrag einer korrosionsbeständigen Innenauskleidung, dienen die Flüssigkeitsbehälter 10 für die erfindungsgemäße Verwendung zur Aufnahme und Lagerung des Elektrolyts. Da für einen Energiespeicher auf Basis der Redox-Flow-Technologie große Flüssigkeitsmengen erforderlich sind, sind die großvolumigen Behälter für die erfindungsgemäße Verwendung einer Biogasanlage 1 besonders vorteilhaft. Hohe Kapazitäten eines Energiespeichers sind dadurch bereits mit geringen Investitionskosten realisierbar.In 1 is the system sketch of a biogas plant 1 shown, which is designed as an energy storage device according to the invention. As a container for the biogas plant 1 became the liquid containers 10 originally used as a reactor (fermenter and / or post digester) or as a storage container. The liquid containers are used after any cleaning that may be necessary and after the containers have been upgraded by applying a corrosion-resistant inner lining 10 for the use according to the invention for receiving and storing the electrolyte. Since large amounts of liquid are required for an energy store based on redox flow technology, the large-volume containers are for the use according to the invention of a biogas plant 1 particularly advantageous. As a result, high capacities of an energy store can be achieved with low investment costs.

Angetrieben durch Pumpsysteme, die jede Biogasanlage 1 als wesentliche originäre Bauteile aufweist, zirkuliert der Elektrolyt über Rohrleitungen 5 zwischen einem Flüssigkeitsbehälter 10 und der Redox-Flow-Zelle 11. Eine Membran in der Redox-Flow-Zelle 11 verhindert das Vermischen der Elektrolyte, gewährleistet jedoch einen lonentransfer, sodass die Elektrolyte aufgeladen bzw. entladen werden.Driven by pump systems that every biogas plant 1 exhibits as essential original components, the electrolyte circulates via pipes 5 between a liquid container 10 and the redox flow cell 11 . A membrane in the redox flow cell 11 prevents the electrolytes from mixing, but ensures ion transfer so that the electrolytes are charged or discharged.

Wie aus 1 ersichtlich wird, ist die Biogasanlage 1 über eine Anschlusseinrichtung 7 mit dem öffentlichen Spannungsnetz 9 verbunden. Ursprünglich konnte dadurch die erzeugte elektrische Energie in das öffentliche Spannungsnetz 9 eingespeist werden. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Biogasanlage 1 einen separaten Einspeisepunkt 8 auf, über den die elektrische Energie in den Energiespeicher eingespeist werden kann und der unmittelbar mit einem Generator 4 gekoppelt ist. Bevorzugt wird elektrische Energie eingespeist, die durch regenerative Verfahrenstechnologien erzeugt wird, beispielsweise durch einen biomasseverwertenden Reaktor, Windkraftanlagen oder Sonnenenergiekollektoren.How out 1 can be seen is the biogas plant 1 via a connection device 7th with the public power grid 9 tied together. Originally, this enabled the electrical energy generated to be fed into the public voltage network 9 be fed in. In this exemplary embodiment, the biogas plant 1 a separate entry point 8th via which the electrical energy can be fed into the energy store and which is directly connected to a generator 4th is coupled. Electrical energy is preferably fed in, which is generated by regenerative process technologies, for example by a biomass-utilizing reactor, wind power plants or solar energy collectors.

Der Anfall elektrischer Energie auf Basis regenerativer Energieträger ist jedoch nur in Grenzen kalkulierbar, da maßgebliche Produktionsfaktoren nicht beeinflussbar sind. Durch die Zwischenspeicherung kann die elektrische Energie bedarfsgerecht an das öffentliche Spannungsnetz 9 abgegeben werden. Infolgedessen wird das Spannungsverhalten im öffentlichen Spannungsnetz 9 kalkulierbarer, wodurch die Versorgungssicherheit gesteigert werden kann. Im Besonderen vorteilhaft ist zudem, dass in der Situation, in der nur wenig elektrische Energie aus dem öffentlichen Spannungsnetz 9 abgeführt wird, keine Abschaltung von elektrische Energie erzeugenden Anlagen mehr notwendig ist. Stattdessen kann das gesamte Leistungsspektrum vorzugsweise von Anlagen auf Basis einer regenerativen Energieerzeugung genutzt werden, wodurch die Effizienz derartiger Anlagen um ein Vielfaches verbessert werden kann.The generation of electrical energy based on regenerative energy sources can only be calculated within limits, however, as the relevant production factors cannot be influenced. Through the intermediate storage, the electrical energy can be fed to the public voltage network as required 9 be delivered. As a result, the voltage behavior in the public voltage network 9 more calculable, whereby the security of supply can be increased. It is also particularly advantageous that in the situation in which only little electrical energy comes from the public voltage network 9 is removed, no shutdown of electrical energy generating systems is necessary. Instead, the entire range of services can preferably be used by systems based on regenerative energy generation, whereby the efficiency of such systems can be improved many times over.

Grundsätzlich können jedoch sowohl regenerative als auch konventionelle Kraftwerkstechnologien an den erfindungsgemäßen Energiespeicher angeschlossen werden. Ausschlaggebend ist, welche Verfahren zur Erzeugung der elektrischen Energie im unmittelbaren Umfeld der ursprünglichen Biogasanlage 1 umgesetzt werden.In principle, however, both regenerative and conventional power plant technologies can be connected to the energy storage device according to the invention. The decisive factor is which process is used to generate the electrical energy in the immediate vicinity of the original biogas plant 1 implemented.

Sofern eine Einspeisung elektrischer Energie in das öffentliche Spannungsnetz 9 nicht möglich ist, wird die vom Generator 4 erzeugte elektrische Energie über die Anschlusseinrichtung 7 der Redox-Flow-Zelle 11 zugeführt, sodass eine Speicherung der elektrischen Energie durch eine Umwandlung in chemische Energie erfolgen kann. Ist der Energiespeicher geladen und besteht für das öffentliche Spannungsnetz 9 das Risiko einer Unterversorgung, kann die im Elektrolyt gespeicherte chemische Energie über die Redox-Flow-Zelle 11 wieder in elektrische Energie umgewandelt und dem öffentlichen Spannungsnetz 9 über die Anschlusseinrichtung 7 zugeführt werden.Provided that electrical energy is fed into the public voltage network 9 is not possible, the generator 4th generated electrical energy via the connection device 7th the redox flow cell 11 supplied so that the electrical energy can be stored by converting it into chemical energy. Is the energy storage charged and available for the public voltage network 9 the risk of an undersupply, the chemical energy stored in the electrolyte can be transferred via the redox flow cell 11 converted back into electrical energy and the public voltage network 9 via the connection device 7th are fed.

Um die vom Generator 4 erzeugte elektrische Energie direkt in das öffentliche Spannungsnetz 9 einzuspeisen, wird die erzeugte elektrische Energie nicht in den Energiespeicher sondern über die Anschlusseinrichtung 7 direkt in das öffentliche Spannungsnetz 9 eingespeist.To the ones from the generator 4th generated electrical energy directly into the public voltage network 9 feed, the generated electrical energy is not in the energy store but via the connection device 7th directly into the public power grid 9 fed in.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Biogasanlage 1 als Energiespeicher ist in 2 dargestellt. In Flüssigkeitsbehältern 10 wird der Elektrolyt gelagert und durch Rohrleitungen 5 zirkuliert der Elektrolyt zwischen einer Redox-Flow-Zelle 11 und Flüssigkeitsbehältern 10. Die Redox-Flow-Zelle 11 ist an einen Gateway 12 angeschlossen, das funktional sowohl eine Anschlusseinrichtung 7 als auch einen Einspeisepunkt 8 umfasst und den Energiespeicher mit dem öffentlichen Spannungsnetz 9 verbindet. Zur Versorgung mit elektrischer Energie können unterschiedliche Erzeuger, als Generator 4 dargestellt, an das öffentliche Spannungsnetz 9 angeschlossen sein. Eine unmittelbare geographische Nähe der Energieerzeuger an den Energiespeicher ist nicht notwendig. Infolgedessen sind auch solche Biogasanlagen für eine Nutzung als vorschlagsgemäßer Energiespeicher in Betracht zu ziehen, die über keine Kopplung mit einem Generator 4 verfügen.Another embodiment of a biogas plant 1 as energy storage is in 2 shown. In liquid containers 10 the electrolyte is stored and through pipelines 5 the electrolyte circulates between a redox flow cell 11 and liquid containers 10 . The redox flow cell 11 is to a gateway 12th connected, which is functionally both a connection device 7th as well as an entry point 8th includes and the energy storage with the public voltage network 9 connects. Different generators can be used as a generator to supply electrical energy 4th shown, to the public voltage network 9 be connected. A direct geographical proximity of the energy generator to the energy storage is not necessary. As a result, biogas plants that are not coupled to a generator are also to be considered for use as a proposed energy store 4th feature.

Der Gateway 12 stellt eine zentrale Steuerungseinrichtung dar, über die auf den Energiespeicher zugegriffen werden kann. Vorzugsweise in Form einer Netz-Management-Fernsteuerung kann so zentral auf Schwankungen im Spannungsnetz reagiert werden, indem elektrische Energie aus dem Energiespeicher in das öffentliche Spannungsnetz 9 eingespeist wird oder indem elektrische Energie aus dem öffentlichen Spannungsnetz 9 entnommen und dem Energiespeicher zugeführt wird. Eine zentrale Fernsteuerung in Verbindung mit den sehr kurzen Reaktionszeiten, die mit einem Energiespeicher auf Basis der Redox-Flow-Technologie verbunden sind, können auch sehr kurzfristige Schwankungen im öffentlichen Spannungsnetz 9 kompensiert werden.The gateway 12th represents a central control device via which the energy store can be accessed. Preferably in the form of a network management remote control, it is possible to react centrally to fluctuations in the voltage network by transferring electrical energy from the energy store into the public voltage network 9 is fed in or by taking electrical energy from the public voltage network 9 is removed and fed to the energy store. A central remote control in connection with the very short reaction times, which are connected with an energy storage based on the redox flow technology, can also handle very short-term fluctuations in the public voltage network 9 be compensated.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
BiogasanlageBiogas plant
44th
Generatorgenerator
55
RohrleitungPipeline
66th
Leitung elektrischer EnergieElectrical energy conduction
77th
AnschlusseinrichtungConnection device
88th
EinspeisepunktEntry point
99
Öffentliches SpannungsnetzPublic voltage network
1010
FlüssigkeitsbehälterLiquid container
1111
Redox-Flow-ZelleRedox flow cell
1212th
GatewayGateway

Claims (7)

Verwendung eines Reaktors einer Biogasanlage (1) als Elektrolytspeicher eines Redox-Flow-Akkumulators bei einem Verfahren zum Speichern von elektrischer Energie, wobei bei dem Verfahren elektrische Energie erzeugt wird, und in dem Redox-Flow-Akkumulator gespeichert wird, und in das öffentliche Spannungsnetz (9) eingespeist wird.Use of a reactor of a biogas plant (1) as an electrolyte store of a redox flow accumulator in a method for storing electrical energy, wherein in the method electrical energy is generated and stored in the redox flow accumulator, and in the public voltage network (9) is fed. Umrüsten einer Biogasanlage (1), mit einem als Reaktor bezeichneten Flüssigkeitsbehälter (10), der dazu bestimmt ist, einen Redox-Flow-Elektrolyt aufzunehmen, wobei der Reaktor ertüchtigt wird, derart, dass der Reaktor beständig gegen das Redox-Flow-Elektrolyt ausgestaltet ist, und einem ersten Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie, wobei der erste Generator als Redox-Flow-Zelle (11) ausgestaltet ist, und einer Anschlusseinrichtung (7) zum Einspeisen der elektrischen Energie in das öffentliche Spannungsnetz (9), und wobei Förder- und Transportmittel beständig gegen ein Redox-Flow-Elektrolyt ausgestaltet sind, und wobei die Biogasanlage (1) einen Einspeisepunkt (8) zum Anschluss eines zweiten elektrische Energie erzeugenden Generators (4) aufweist, wobei der Einspeisepunkt (8) an die Redox-Flow-Zelle (11) angeschlossen ist. derart, dass das Redox-Flow-Elektrolyt mit elektrischer Energie beladbar ist.Retrofitting a biogas plant (1) with a liquid container (10) called a reactor, which is intended to receive a redox flow electrolyte, the reactor being upgraded in such a way that that the reactor is designed to be resistant to the redox flow electrolyte, and a first generator for generating electrical energy, the first generator being designed as a redox flow cell (11), and a connection device (7) for feeding in the electrical energy Energy in the public voltage network (9), and wherein conveying and transport means are designed to be resistant to a redox flow electrolyte, and wherein the biogas plant (1) has a feed point (8) for connecting a second generator (4) producing electrical energy , wherein the feed point (8) is connected to the redox flow cell (11). such that the redox flow electrolyte can be charged with electrical energy. Umrüsten nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Biogasanlage (1) den Reaktor und mindestens einen weiteren Behälter zur Elektrolytspeicherung aufweist.Retrofitting Claim 2 , characterized in that the biogas plant (1) has the reactor and at least one further container for electrolyte storage. Umrüsten nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktorinnenwand eine auf Polyurethan basierende Beschichtung aufweist.Retrofitting Claim 2 or 3 , characterized in that the inner wall of the reactor has a polyurethane-based coating. Umrüsten nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Behälterwand des Reaktors eine Temperierungsvorrichtung aufweist.Retrofitting Claim 2 or 3 , characterized in that a container wall of the reactor has a temperature control device. Umrüsten nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspeisepunkt (8) in die Anschlusseinrichtung (7) integriert ist.Retrofitting Claim 2 , characterized in that the feed point (8) is integrated into the connection device (7). Umrüsten nach Anspruch 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspeisepunkt (8) und die Anschlusseinrichtung (7) zentral steuerbar sind.Retrofitting Claim 2 and 6th , characterized in that the feed point (8) and the connection device (7) are centrally controllable.
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