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Die Versorgung von elektrischen Ladestationen für e-Fahrzeuge mit erneuerbarer elektrischer Energie erweist sich als Hemmnis bei der Ausbreitung der e-Mobilität.
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Zur Problemlösung werden Anlagen zur Raumheizung als Erdgas betriebene Blockheizkraftwerke verwendet, wobei die freigesetzte Wärmeenergie der Raumheizung und der Aufbereitung von Warmwasser dient und die erzeugte elektrische Energie wird in besagte e-Ladestationen in der Umgebung geleitet.
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Verbindet man eine solche Verfahrensweise mit der bekannten Power to Gas Technologie, bei der bekanntlich Wasserstoff aus der Wasserelektrolyse als solcher oder mit Kohlendioxid zu Methan umgesetzt in das Gasnetz eingeleitet wird und die äquivalente Menge an Erdgas entnommen und in einem Blockheizkraftwerk verbrannt wird, so wird Ökostrom zu den e-Ladestationen in der Umgebung geleitet. Synchron zum Ökostrom kann hierbei auch Ökowärme erzeugt werden. Dieser Effekt wird auch erreicht indem zuvor in das Gasnetz eingeleitetes Biogas als Erdgas entnommen wird.
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Zur eindeutigen Zuordnung der in den e-Ladestationen genutzten elektrische Energie zu dem Blockheizkraftwerk wird diese elektrische Energie durch ein separates, vom Stromnetz unabhängiges Kabel geleitet. So kann zuvor in das Gasnetz eingeleiteter(s)Wasserstoff oder synthetisches Methan oder Biogas bei der Verbrennung der im Blockheizkraftwerk erzeugten und an den e-Ladestationen verbrauchten elektrischen Energie zugeordnet werden und Erdgas wird der erzeugten Wärme zugeordnet.
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Wegen der kurzen Leitungswege bei Wärme und Strom und dem damit verbundenen geringen Leitungsverluste ist der Gesamtwirkungsgrad bei der vorliegenden Kraft-Wärme-Kopplung nahe bei 100%. Und dies gilt auch für den Einzel-Wirkungsgrad bei Wärme oder Strom, wenn man z.B. die Verbrennungsenergie aus zuvor in das Gasnetz eingeleitetem Wasserstoff der an e-Ladestationen genutzten elektrischen Energie zuordnet.
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Erdgas wird hauptsächlich bei der Raumheizung verbraucht und hier besteht ein grosser Modernisierungsbedarf. Daher kann diese Technologie schnell umgesetzt werden und der immer noch schleppend vorangehenden Power to Gas Technologie zum Durchbruch verhelfen.
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Ferner stehen heute Power to Gas Verfahren zur Verfügung, nach welchen erneuerbare Energie im Gasnetz transportiert wird. Als Beispiel sei die Patentschrift
DE102012025722B3 genannt, bei der mit dem vorliegenden Verfahren in einem Kohlendioxid-Kreislauf mit Erdgas stets erneut Ökostrom synchron mit Ökowärme erzeugt wird. Eine bevorzugte Ausführungsform ist in der
DE102015213484A1 beschrieben. Dort wird das Kohlendioxid aus den Rauchgasen durch Druckverflüssigung in einer modifizierten „Wärmepumpe“ abgetrennt.
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Bei der Verfahrensweise nach
DE102012025722B3 ist zu beachten, dass hier bei der Verbrennung von Erdgas Ökoenergie erzeugt wird, weil Kohlendioxid aus den Rauchgasen nicht emittiert, sondern wiederverwendet wird. Wird nun zuvor eingeleitetes Biogas als Erdgas verbrannt, so wird das Kohlendioxid, das die bei der Biogaserzeugung verwendeten Pflanzen der Atmosphäre entnommen haben in einem Methan-Kohlendioxid Kreislauf gebunden und Kohlendioxid in der Atmosphäre wird reduziert.
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Bei den Verfahren, in denen Kohlendioxid wiederverwendet werden soll, muss dieses aus den Rauchgasen abgetrennt werden. Dies erfolgt vorzugsweise durch Druckverflüssigung von Kohlendioxid, welches als Flüssigkeit von den übrigen Rauchgasen getrennt und gesammelt wird. Kohlendioxid kann dann im Druckbehälter vom Ort seiner Bildung im Blockheizkraftwerk zum Ort seiner Wiederverwendung zur Methanisierung von Wasserstoff transportiert werden. Kohlendioxid kann auch in fester Form als „Trockeneis“ in wärmegedämmtem Behälter transportiert werden. Zur besseren Reaktionsfähigkeit wird nach heutigem Stand der Technik Kohlendioxid zur Methanisierung in Kohlenmonoxid umgewandelt.
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Als Nebeneffekt wird fluktuierender Wind und Solarstrom im Erdgasnetz gespeichert und transportiert.
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Es kann auch durch Wasserelektrolyse erzeugter Wasserstoff in das Erdgasnetz eingeleitet werden und als Wasserstoff-Erdgas-Mischung aus dem Erdgasnetz entnommen und verbrannt werden.
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Im Blockheizkraftwerk kann Erdgas beispielsweise in einem Verbrennungsmotor oder in einer Gasturbine oder in einer Feststoffbrennstoffzelle verbrannt werden.
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Nimmt man an, ein innerstädtisches Mietshaus mit 10 Mietparteien hat einen Wärmebedarf von 50KWh. Mit einer Feststoffbrennstoffzelle (SFC) werden bei einem Wirkungsgrad von 50% daneben synchron 50KWh elektrische Energie erzeugt, mit welcher über separate Kabel e-Ladestationen an Park- oder Stellplätzen in der Umgebung des betreffenden Gebäudes mit Ladestrom versorgt werden können. So werden z.B. städtische Parkplätze in e-Ladestationen umgewandelt ohne das vorhandene Stromnetz zu belasten. Dieses Beispiel lässt sich auch auf gewerbliche Gebäude oder Amtsgebäude übertragen. Hier können dann die Parkplätze für Betriebsangehörige oder für Besucher in e-Ladestationen umgewandelt werden. Auch können e-Ladestationen für gewerbliche Fahrzeugen mitversorgt werden. Die umzuwandelnden Park/Stellplätze können sich auch in einem Parkhaus befinden, welches an Gebäude mit Blockheizkraftwerk angrenzt. An Blockheizkraftwerke mit höherer Kapazität können auch Schnellladestationen angeschlossen werden.
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Vor Allem aber kann nach dem vorliegenden Verfahren Wind und Solarstrom als Wasserstoff oder synthetisches Methan im Erdgasnetz transportiert und gespeichert werden und unter Nutzung des Erdgasnetzes und unter Umgehung überlasteter Stromnetze einer CO2-freien E-Mobilität mit hoher Effizienz zur Verfügung gestellt werden. Wegen des hohen Modernisierungsbedarfes bei der Gebäudeheizung mit dem Ziel der Reduktion der Kohlendioxid-Emission sind zusätzliche Impulse für die Erstellung der angestrebten Kapazitäten an e-Ladestationen zu erwarten.
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Würde nach der Kraft-Wärme-Kopplung die für e-Ladestationen zusätzlich benötigte Stromkapazität in einem Gaskraftwerk erzeugt und die bei der Stromerzeugung anfallende Wärme über das Fernheizsystem an Haushalte verteilt, so müsste der Strom über zusätzlich zu errichtende Netzkapazität mit entsprechenden Verlusten zu den e-Ladestationen geleitet werden und bei der Wärmeleitung durch Fernheizrohre würden ebenfalls Energieverluste auftreten. Die besonderen Vorteile bei dem erfindungsgemässen Verfahren gegenüber der heute üblichen Kraft-Wärme Koppelung in Kraftwerken werden erreicht, weil die elektrische Energie und die Heizung-Wärme über kurze Wege geleitet werden und insbesondere die elektrische Energie in unmittelbarer Nähe zu Ihrer Erzeugung verbraucht wird.
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Im Blockheizkraftwerk kann dann auch die elektrische Energie bei der Erzeugung bezüglich Spannung und Stromart auf die Ladestationen abgestimmt werden. Der e-Ladestrom muss dann nicht mehr umgespannt und gleichgerichtet werden.
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Der so erzeugte Strom wird nicht über das Stromnetz, sondern kann in separaten Leitungen auf kurzen Wegen verlustfrei und eindeutig zuordenbar vom Blockheizkraftwerk zu den benachbarten e-Ladestationen geführt werden.
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Die vorliegende Erfindung ist somit eine kombinierte Erzeugung von elektrischer Energie und von Wärme in einem Kraft-Wärme-Verbund durch die Verbrennung von Erdgas in einem Blockheizkraftwerk, dadurch gekennzeichnet, dass das Blockheizkraftwerk sich in oder bei einem zu beheizenden Gebäude befindet und die Wärme aus dem Blockheizkraftwerk zur Raumheizung in dem Gebäude verwendet wird und die elektrische Energie aus dem Blockheizkraftwerk für die Versorgung von e-Ladestationen in der Nähe des beheizten Gebäudes bzw. des Blockheizkraftwerkes verwendet wird und die elektrische Energie nicht über das Stromnetz, sondern über ein separates Kabel von dem Blockheizkraftwerk zu der/den e-Ladestation(en) geleitet wird und zur Bildung eines hohen Wirkungsgrades Wärme für die Raumheizung und elektrische Energie für die e-Ladestationen synchron erzeugt und genutzt werden.
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Bevorzugt wird solches Erdgas aus dem Gasnetz entnommen, bei dem zuvor die äquivalente Menge an Biogas oder Wasserstoff oder synthetisches Methan in das Erdgasnetz eingeleitet worden ist. Dabei wird dann neben Ökostrom auch Ökowärme erzeugt.
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Es besteht auch die Möglichkeit z.B. grünen Wasserstoff aus der Wasserelektrolys in das Erdgasnetz einzuleiten und als „Wasserstoff-Erdgasmischung“ dem Gasnetz zu entnehmen und zu verbrennen. Wird dann die Stromerzeugung der Verbrennung dem zuvor in das Gasnetz eingeleiteten Wasserstoffanteil zugeordnet und die Wärmeerzeugung dem (fossilen) Erdgas, so wird, da der Gesamtwirkungsgrad der Anlage nahe bei 100% liegt, grüner Wasserstoff mit dem Wirkungsgrad der Anlage von nahezu 100% in Grünstrom umgewandelt. Der Erdgasanteil, der der Wärmeerzeugung zugeordnet wird, verbrennt mit Kohlendioxid-Freisetzung. Bei dieser Anordnung wird für die e-Ladestationen Ökostrom erzeugt, aber keine Ökowärme für die dann mit Erdgas betriebene Gebäudeheizung.
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In Deutschland wird die Ein- und Ausspeisung von durch Wasserelektrolyse aus Wind- oder Solarstrom erzeugtem Wasserstoff durch das Energie-Wirtschafts-Gesetz (EnWG) geregelt. In der Praxis erhält der in das Gasnetz eingespeiste Wasserstoff ein Zertifikat, welches die eingespeiste Menge als Heizwert, gemessen in KWh angibt. Die entsprechende/äquivalente Menge an Erdgas wird am Ausspeisepunkt entnommen. Im vorliegenden Fall ist der Ausspeisepunkt die Erdgas-Entnahmestelle am Blockheizkraftwerk. Diese Vorgehensweise, die in Deutschland gesetzlich geregelt ist, lässt sich technisch auch auf andere Länder übertragen.
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Die gezielte Zuordnung der beiden bei der Verbrennung der Gasmischung verwendeten Energieträger erneuerbarer Wasserstoff einerseits und fossiles Erdgas andererseits zur Erzeugung und unmittelbaren Verwendung von elektrischer Energie für e-Ladestationen einerseits und von Wärme zur Raumheizung andererseits wird ermöglicht, indem die Wärme bei oder in dem zu beheizenden Gebäude zur Raumheizung verwendet wird und die elektrische Energie über ein separates Kabel zu den e-Ladestationen geleitet wird und dort der Ladung von Batterie betriebenen e-Fahrzeugen dient. Mit anderen Worten: Wärme für Heizung und Warmwasseraufbereitung wird aus Erdgas und elektrische Energie für e-Ladestationen wird aus grünem Wasserstoff erzeugt. Da der Gesamtwirkungsgrad der Anlage bei nahezu 100% liegt, liegt auch der Einzelwirkungsgrad der beiden Energiearten Wärme und Strom bei jeweils nahezu 100%.
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Zu beachten ist, dass sich die hier vorliegenden Blockheizkraftwerke vorwiegend im privaten Bereich und die mit Strom aus den Blockheizkraftwerken versorgten e-Ladestationen meist an Parkplätzen im öffentlichen Raum befinden. Folglich müssen Nutzer der e-Ladestation(en) an öffentlichen Parkplätzen meist im Privatbesitz befindende Blockheizkraftwerke zur Stromlieferung an die e-Ladestation(en) in Betrieb setzen, bzw. einschalten. Die Verfügbarkeit des e-Ladestroms an öffentlichen Parkplätzen muss gewährleistet bleiben, wenn die e-Ladestation durch ein separates Kabel von dem Blockheizkraftwerk mit elektrischer Energie versorgt werden soll.
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Bei dem Betrieb des Blockheizkraftwerkes wird dann nicht immer ein Einklang zwischen dem Wärmebedarf im zu beheizenden Gebäude und dem Bedarf an elektrischer Energie an den vom Blockheizkraftwerk versorgten e-Ladestationen zu erreichen sein. Als Ausgleich kann von den e-Ladestationen zusätzlich benötigte elektrische Energie aus dem Stromnetz entnommen werden oder vom Blockheizkraftwerk kann überschüssige elektrische Energie an das Stromnetz abgegeben werden. Überschüssige Wärme kann über Wärmetauscher, z.B. im Dachbereich, freigesetzt werden. Dies ist besonders in den Sommermonaten anzuwenden, wenn die Wärme nur zur Warmwasseraufbereitung benötigt wird. Es sei erinnert, dass der erfindungsgemäss hohe Wirkungsgrad bei der Stromerzeugung nur während einer Phase erreicht wird, in der Wärme und Strom synchron erzeugt und synchron genutzt werden.
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Da, wie bereits erwähnt, die Wärmeerzeugung stets synchron zur Erzeugung elektrischer Energie verläuft, der Bedarf und die Nutzung bei dem vorliegenden Blockheizkraftwerk aber asynchron verläuft, empfiehlt sich der Einsatz eines Wärmespeichers. Infrage kommen wegen Ihrer Speicherfähigkeit Fussbodenheizungen. Auch die in der Vergangenheit verbreiteten sog. Nachtspeicherheizungen, bei welchen Gebäudeteile wie Wände oder Decken die Wärme speicherten, könnten eingesetzt werden. Bevorzugt wird überschüssige Wärme im zu beheizenden Gebäude in entsprechend dimensionierten Wassertanks gespeichert. Wasser ist als Wärmespeichermedium bevorzugt, da es eine hohe Wärmekapazität besitzt, in einem Tank einfach zu speichern ist und das Wasser im Tank über einen Kreislauf mit der Heizungsanlage die überschüssige Wärme aufnehmen und wieder abgeben kann. In der Regel ist Wasser auch das Medium für den Heizungskreislauf, in den der Kreislauf zum Speichertank z.B. über Wärmetauscher integriert werden kann. Die gespeicherte Wärme kann dann zeitversetzt an das Gebäude abgegeben und so genutzt werden.
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Wird dem o.g. Gebäude mit 10 Wohneinheiten und einer Wärme- und Strom-Erzeugungskapazität von jeweils 50KWh ein Wasserspeicher eines Inhaltes von 10000 I beigestellt, so können darin bei der Wärmekapazität von Wasser mit 11,63 Wh je °C und Liter in einer Temperaturspanne von 50°C (40° untere und 90°C obere T.) 581KWh Wärme gespeichert werden. Mit dem synchron zur gespeicherten Wärme erzeugten Strom können 11 e-Fahrzeuge mit jeweils 50KWh aufgeladen werden.
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Die Verwendung von Wärmespeichern ist vor Allem bei der Verwendung besagter Blockheizkraftwerke in einer Wohngegend von Bedeutung. Dort trifft ein verminderter Wärmebedarf wegen der für Wohngebäude üblichen Temperatur-Nachtabsenkung auf einen erhöhten Strombedarf für an den Ladestationen zur Aufladung über Nacht abgestellter e-Fahrzeuge.
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Hier sei nochmals darauf hingewiesen: Der bei dieser Erfindung vorhandene Wirkungsgrad von nahezu 100% bei der Erzeugung von Ökostrom für die e-Ladestationen ist nur anzusetzen, wenn die Erzeugung und Nutzung von elektrischer Energie und Wärmeenergie synchron erfolgt. Das gilt insbesondere für die selektive Herstellung von Ökostrom mit zuvor in das Gasnetz eingespeistem Wasserstoff.
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Bei dem erfindungsgemässen Verfahren kann aus dem Gasnetz entnommenes Erdgas verbrannt, Kohlendioxid aus den Rauchgasen abgetrennt, gesammelt und zu einem Ort transportiert werden, wo es zur Methanisierung von vorwiegend aus Windstrom durch Wasserselektrolyse erzeugtem Wasserstoff verwendet wird. Nach diesem Verfahren kann fossiles Erdgas Kohlendioxid frei verbrannt werden. Generell ist die Methanisierung von Elektrolyse-Wasserstoff mit Kohlendioxid oder Kohlenmonoxid stark exotherm und als Nebeneffekt kann die entstehende Wärmeenergie thermisch genutzt werden.
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Hier bietet sich nun an, die bei der Methanisierung anfallende Wärmeenergie in Fernheizsysteme einzuspeisen. Es ergibt sich eine weitere Effizienzsteigerung durch das vorliegende Verfahren, wie am Beispiel Hamburg gezeigt werden kann:
- Hamburg ist für die Fernwärme weitgehend erschlossen. Dort wird im Kraft-Wärme-Verbund Abwärme genutzt, welche gegenwärtig hauptsächlich aus Kohlekraftwerken kommt. Werden nun diese Kohlekraftwerke auf Grund der vor Kurzem verabschiedeten Gesetze abgestellt, so wird zwangsläufig die Wärme für die Fernheizung zumindest teilweise durch Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Erdgas erzeugt werden müssen.
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Die für die Fernheizung erforderliche Wärmeenergie könnte aber auch durch eine Power to Gas Anlage mit angeschlossener Methanisierung erzeugt werden. In Hamburg kann reichlich vorhandener Windstrom aus dem benachbarten Schleswig-Holstein durch Wasserelektrolyse in Wasserstoff umgewandelt werden, welcher mit aus Süddeutschland transportiertem Kohlendioxid, das bei der Erdgasverbrennung aus den Rauchgasen abgetrennt wurde, in exothermer Reaktion zu synthetischem Methan umgesetzt wird. Das synthetische Methan kann dann wieder im Gasnetz zur erneuten Verbrennung im Gasnetz nach Süddeutschland zurückgeleitet und die bei der Methanisierung freiwerdende Wärme kann in das städtische Fernheizsystem eingespeist werden.
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Das Beispiel „Hamburg“ lässt sich auf andere Orte übertragen. Es zeigt, wie das gegenwärtige Stromnetz mit grossem wirtschaftlichem und ökologischem Nutzen von der Zusatzbelastung durch eine Kohlendioxid-freie e-Mobilität befreit werden kann.
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Das vorgenannte Beispiel zeigt auch, wie bei der Methanisierung von Wasserstoff zwangsläufig auftretende Energieverluste ausgeglichen werden können.
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Abschliessend sei nochmals darauf hingewiesen, dass die hohe Effizienz der vorliegenden Kraft-Wärme-Kopplung nur dann vorhanden ist, wenn bei der Verbrennung von Erdgas oder Wasserstoff sowohl elektrische Energie für die e-Ladestationen als auch Wärme für die Raumheizung synchron erzeugt und direkt verwendet wird. Ist der Wärmebedarf bei der Raumheizung gesättigt und die Stromerzeugung für die e-Ladestation(en) wird fortgesetzt, so muss die dabei gebildete Wärme abgeführt werden und der Gesamtwirkungsgrad des Blockheizkraftwerkes wird auf den der im Blockheizkraftwerk vorhandenen Stromerzeugungsanlage reduziert.
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Zur Vermeidung dieser Energieverluste werden Wärmespeicher vorgeschlagen, in welchen für die Raumheizung momentan nicht benötigte Wärme gespeichert werden kann. Als Wärmespeicher bietet sich ein im oder am beheizten Gebäude befindender Wassertank an. Dieser kann durch den Heizungskreislauf mit dem Blockheizkraftwerk verbunden werden. Auch Heizkörper, die über eine grosse Masse verfügen, wie Fussboden- oder Nachtspeicherheizungen können hier eine Speicherfunktion übernehmen.
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Zu beachten ist auch, dass die bei Heizungsanlagen angegebenen Normkapazitäten Maximalleistungen sind. Im Normalbetrieb arbeitet die Heizung meist im Intervallbetrieb, um eine gleichbleibende Raumtemperatur kontrolliert zu halten. Bei einem Dauerbetrieb der Heizungsanlage würde die zwangsläufig erzeugte Wärme zur Überheizung der Räume führen. Dies allein macht den Einbau eines Wärmespeichers in oder an dem Gebäude erforderlich, wenn, wie im vorliegenden Fall, die Heizung über Kraft-Wärme-Kopplung mit einer Stromerzeugungsanlage verbunden ist und Wärme und Strom zur Ladung von e-Fahrzeugen synchron erzeugt und verwendet werden soll.
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Üblicherweise sind Blockheizkraftwerke als Heizungsanlagen Wärmebedarf-gesteuert. Die elektrische Energie wird als Nebenprodukt der Wärmeerzeugung in das Stromnetz eingespeist. Das dieser Erfindung entsprechende Blockheizkraftwerk ist aber vorwiegend vom Strombedarf an den e-Ladestationen, mit denen das Blockheizkraftwerk durch ein Kabel verbunden ist, gesteuert. Hinzu kommt, dass die Steuerung der Stromerzeugung von aussen durch die Nutzer der e-Ladestationen erfolgt. Zur Überwindung der daraus folgenden zwangsläufigen Asynchronität von Wärmebedarf bei der Raumheizung einerseits und dem Strombedarf an den-e-Ladestationen andererseits gibt es zwei Lösungen:
- 1. Aus dem Blockheizkraftwerk wird beim Anfall überschüssiger elektrischer Energie diese in das Stromnetz abgegeben oder bei Stillstand des Blockheizkraftwerkes nehmen, weil der Wärmebedarf im Gebäude gesättigt ist, die e-Ladestationen elektrische Energie aus dem Stromnetz auf. Mit der erfindungsgemäss hohen Effizienz arbeitet die Anlage dann nur in den Phasen, in denen das Blockheizkraftwerk synchron Strom an die e-Ladestationen und Wärme an die Raumheizung abgeben kann. Wird die e-Ladung auf diese Phasen beschränkt, entstehen längere Ladezeiten für e-Fahrzeuge.
- 2. Für eine hohe Effizienz der Stromerzeugung und durchgehende Ladung sind Wärmespeicher unerlässlich. Dann kann bei Strombedarf an den e-Ladestationen bei gleichzeitig fehlendem Wärmebedarf bei der Raumheizung die anfallende Wärme gespeichert werden und der Wärmespeicher kann die Wärme zeitversetzt an die Heizung abgeben. Das Blockheizkraftwerk schaltet bei fehlendem Strombedarf an den e-Ladesäulen ab und Lieferung der Wärme erfolgt aus dem Wärmespeicher.
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Zusammengefasst werden e-Ladestationen an Parkplätzen für Batterie betriebene Kraftfahrzeuge im dezentralen Kraft-Wärme Verbund
- • durch ein in oder bei einem Gebäude befindendes Blockheizkraftwerk, in welchem aus dem Gasnetz entnommenes Erdgas verbrannt wird, mit elektrischer Energie versorgt und
- • die neben elektrischer Energie erzeugte Wärme zur Beheizung und/oder zur Warmwasseraufbereitung des Gebäudes, bei oder in dem sich das Blockheizkraftwerk befindet, verwendet und
- • die Wärmeabgabe an das Gebäude und die Stromabgabe an e-Ladestationen zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades bei der Stromerzeugung synchron erfolgt und
- • die elektrische Energie vom Blockheizkraftwerk zu e-Ladestation(en) über ein separates, vom allgemeinen Stromnetz unabhängiges, Kabel geleitet wird und
- • der Betrieb des Blockheizkraftwerkes zum Zwecke der Stromerzeugung vom Benutzer der e-Ladestation geschaltet wird und
- • bei Strombedarf an der/den e-Ladestationen und fehlendem Bedarf an Wärme für die Raumheizung das Blockheizkraftwerk weiterläuft und die dabei erzeugte Wärme gespeichert wird und die gespeicherte Wärme bei bedarfsbedingtem Stillstand des Blockheizkraftwerkes zeitversetzt zur Gebäudeheizung verwendet wird und
- • bevorzugt bei synchroner Erzeugung und Nutzung von Wärme zur Gebäude-Heizung und elektrischer Energie zur Versorgung der e-Ladestationen solches Erdgas aus dem Gasnetz entnommen und verbrannt wird, bei dem die äquivalente Menge an Wasserstoff oder Biogas oder synthetischem Methan zuvor in das Gasnetz eingeleitet wird, und für e-Ladestationen bestimmte elektrische Energie solchem Erdgas zugeordnet wird und die Wärme durch fossiles Erdgas erzeugt wird und
- • bei der Verwendung von synthetischem Methan Kohlendioxid aus der Erdgasverbrennung im Blockheizkraftwerk aus den Verbrennungsgasen abgetrennt wird und zur erneuten Erzeugung von synthetischem Methan wiederverwendet wird.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur dezentralen Erdgasverbrennung mit Kraft-Wärme-Kopplung, umfassend
- 1. ein Blockheizkraftwerk, welches synchron sowohl elektrische Energie als auch Wärmeenergie erzeugt und das sich in oder bei einem zu beheizenden Gebäude befindet und
- 2. Heizkörper, vorzugsweise eine Fussbodenheizung oder Nachtspeicherheizung, in welche die Wärmeenergie des Blockheizkraftwerkes zur Raumheizung in das zu beheizenden Gebäude geleitet wird und
- 3. An Parkplätzen befindende e-Ladestationen für Batteriebetriebene e-Fahrzeuge, zu denen die elektrische Energie geleitet wird und
- 4. Kabel, mit welchen die elektrische Energie vom Blockheizkraftwerkes zu der/den e-Ladestation(en) geleitet wird und
- 5. eine Vorrichtung, mit welcher beim Einschalten der e-Ladestation(en) das durch das Kabel verbundene Blockheizkraftwerk eingeschaltet wird und die Leistung im Blockheizkraftwerk dem Strombedarf an der/den e-Ladestation(en) angepasst wird.
- 6. ein Wärmespeicher, vorzugsweise ein Wassertank, im oder am zu beheizenden Gebäude, der die synchron zur Erzeugung von elektrischer Energie für die e-Ladestation(en) anfallende überschüssige Wärme speichert und der die gespeicherte Wärme zeitversetzt über einen Kreislauf, der mit dem Heizungskreislauf über einen Wärmetauscher verbunden ist, an die Heizkörper abgibt.
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Das vorliegende Verfahren soll erneuerbare Energien nach der Power to Gas Technologie mit grosser Effizienz unter Umgehung des Stromnetzes an e-Ladestationen leiten. Dabei erzeugt ein in oder an einem Gebäude befindendes Blockheizkraftwerk durch Verbrennen von Erdgas synchron Wärme zur Heizung des Gebäudes und elektrische Energie für e-Ladestationen in der Nähe des Gebäudes. Wärme zur Gebäudeheizung und elektrische Energie sollen zum Erreichen eines hohen Wirkungsgrades bei der Stromerzeugung synchron verbraucht und genutzt werden und das Blockheizkraftwerk wird durch ein separates Kabel mit der/den e-Ladestation(en) verbunden. Das Blockheizkraftwerk wird zur Stromerzeugung durch die Nutzer der e-Ladestationen geschaltet.
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Das am weitesten fortgeschrittene Power to Gas Verfahren ist die Einspeisung von durch Wasserelektrolyse erzeugtem Wind- und Solarwasserstoff in das Erdgasnetz und die nachfolgende Rückverstromung der entsprechenden Menge an Erdgas nach dessen Ausspeisung. Die Einspeisung von bis zu 5% Wasserstoff in Erdgas ist durch das Energie Wirtschaftsgesetz (EnWG) geregelt.
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Wird nun in dem erfindungsgemässen Blockheizkraftwerk, bei dem Wärme und elektrische Energie synchron erzeugt werden, die Wärme für die Heizung und die elektrische Energie für die e-Ladestationen synchron genutzt/verbraucht, so wird, da der Gesamtwirkungsgrad der Anlage dann nahe bei 100% liegt, auch jede Energieart für sich mit einem Wirkungsgrad von nahezu 100% erzeugt. Ordnet man nun die elektrische Energie für die e-Ladestationen dem ursprünglich in das Gasnetz eingeleiteten Wasserstoff zu, so erfolgt nach dem vorliegenden Verfahren die Erzeugung von Ladestrom für e-Fahrzeuge aus Wind- oder Solar-Wasserstoff mit einem Wirkungsgrad von fast 100%. Dazu muss sowohl die elektrische Energie als auch die Wärme vor Ort mit kurzen Leitungswegen unmittelbar und synchron genutzt/verbraucht werden und die elektrische Energie in einem separaten, vom Stromnetz unabhängigen Kabel zu den e-Ladestationen geleitet werden.
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Wind oder Solarwasserstoff wird im Gasnetz zu e-Ladestationen geleitet und dezentral mit hohem Wirkungsgrad in elektrische Energie umgewandelt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012025722 B3 [0007, 0008]
- DE 102015213484 A1 [0007]