DE10239757A1 - Verfahren zur Herstellung von Trinkwasser und elektrischer Energie mittels Windenergie - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Trinkwasser und elektrischer Energie mittels Windenergie Download PDF

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Abstract

Mittels eines Windrades wird ein Kompressor oder mehrere Kompressoren betrieben, um angesogene Umgebungsluft zu verdichten. Die durch den Wind übertragene Energie verrichtet in einem Kompressor (Verdichter) Kompressionsarbeit, die dabei in Wärme umgewandelt wird. Die Wärme wird durch ein Kühlsystem abgeführt und erwärmt dabei direkt oder indirekt einen Vorratsbehälter mit verunreinigtem oder salzigem Wasser. Die komprimierte Luft wird in einen Vorratsbehälter eingeleitet. Diese Vorratsbehälter sind derart konzipiert, dass auch diese Wärme der Umgebung aufnehmen können, um die abgekühlte entspannte Luft zu erwärmen. DOLLAR A Das erwärmte Schmutzwasser bzw. Salzwasser wird von oben über eine Kolonne, die mit Füllkörpern gefüllt ist, gepumpt. Im Gegenstrom wird von unten Luft eingeleitet. Die nun mit Wasser beladene Luft wird zu einem Kondensator geleitet. Als Kondensator dient ein Wärmetauscher, der mit der Luft aus den Vorratsbehältern gespeist wird. Durch Entspannen der Luft kühlt diese stark ab, so dass diese dazu verwendet werden kann, das verdunstete Wasser wieder zu kondensieren. Die Luft wird im Kreislauf wieder dem Verdunster zugeführt. Das Kondensat wird in einem weiteren Vorratsbehälter gesammelt und ggf. noch weiter behandelt. DOLLAR A Während die Luft die Energie des kondensierenden Wassers aufnimmt, erfährt es eine starke Expansion. Diese Volumenarbeit gegen den Umgebungsdruck wird dazu verwendet, einen Stromgenerator, z. B. in Form eines Turbinenaggregats, zu betreiben.

Description

  • Als Energiequelle zur Herstellung von Trinkwasser und elektrischer Energie wird die Energie des Windes durch ein herkömmliches Windrad (1) übertragen. Durch die Drehbewegung des Windrades wird die dadurch gewonnene Energie zur Komprimierung von Luft verwendet. Dies geschieht durch die mechanische Verbindung der Drehachse (2) mit einem oder mehreren geeigneten Verdichtern (3) im Einstufen- oder auch Mehrstufenbetrieb. Zwischen dem Verdichter kann je nach Art des verwendeten Verdichters eine Vorrichtung zur mechanischen Übertragung z.B. in Form eines Getriebes (4) zur Drehzahlregelung des Verdichters geschaltet sein. Im Falle der Entstehung von Reibungswärme wird diese dem System zugeführt.
  • Die durch die Kompression der Luft erzeugte Wärme wird durch einen geeigneten Wärmetauscher (5) direkt am Kompressor und/oder einem nachgeschalteten Wärmetauscher (5) mittels eines Wärmeträgers, bevorzugt Wasser, der Luft entzogen und auf das aufzubereitende Schmutzwasser, dass in einem Vorratsbehälter (6) vorgehalten wird, mittels eines Wärmetauschers (7) übertragen. Es wird eine Wassertemperatur des Kühlmittels im Bereich von 90 bis 100°C bevorzugt. Höhere und niedrigere Temperatwen sind auch möglich. Um die vom Wind erzeugte Arbeit optimal zu nutzen, ist eine möglichst isotherme Verfahrensweise anzustreben. Optimal ist ein Überdruck im Bereich von 5 bar und eine Lufttemperatur von 90 bis 100 °C. Andere Überdrücke und Lufttemperatwen der komprimierten Luft sind auch möglich.
  • Die abgekühlte komprimierte Luft wird an einen Druckbehälter oder ein Druckbehälterbündel (8) über ein Mindestdruck-Rückschlagventil (9) weitergeleitet und gespeichert.
  • Das aufgeheizte aufzubereitende Schmutzwasser wird mittels einer Pumpe (10) von oben über eine Kolonne (11), die mit geeigneten Füllkörpern gefallt ist, geleitet. Im Gegenstrom zur Fließrichtung des Schmutzwassers wird Luft geleitet. Diese Luft erwärmt sich und ist mit Wasserdampf gesättigt. Der mit Wasserdampf gesättigte Luftstrom wird durch einen geeigneten Wärmetauscher (12) geleitet. Dort gibt die Luft durch Abkühlung seine Wasserfracht ab. Als Kühlmittel wird die komprimierte Luft aus dem Druckbehälter (8) mittels druckgeregelter Ventile (13) in den Wärmetauscher (12) einströmen lassen. Durch die Entspannung kühlt die Luft stark ab und kann zur Kühlung der mit Wasser gesättigten Luft herangezogen werden. Das kondensierte Wasser wird in einem Gas-flüssig-Separator (14) vom Luftstrom getrennt und in einen Vorratsbehälter (15) geleitet. Dieser Vorratsbehälter ist mit einer Mineralisierungsvonichtung (16) und einer Vorrichtung zw Konservierung (17) des erhaltenen Trinkwassers ausgestattet. Die Remineralisierung wird durch Überleiten des erhaltenen Wassers über vorzugsweise natürlich vorkommende Mineralien z.B. Marmor oder Feldspat erreicht. Die Konservierung ist mit Silbersalzen , die auf einer Silberwolle aus feinem Silberdraht haften zu erreichen.
  • Die abgekühlte von Wasser entfrachtete Luft wird wieder der Verdunsteranlage zugeführt um sich erneut mit Wasserdampf zu beladen. Die Luftströmung wird durch einen Ventilator (18) erzeugt Die aus den Luftvonatsbehältern (8) strömende kalte Luft erwärmt sich dabei und dehnt sich stark aus. Die durch diese Ausdehnung resultierende Volumenarbeit wird zum Betreiben einer Gasturbine (19) zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet.
  • Die Speicherkapazität der Druckluftbehälter (8) für die abgekühlte Luft sollte so groß sein, dass bei Windstille auch weiterhin einige Stunden Strom erzeugt werden kann bzw. dass die Anlage auch in der Nacht, wenn kaum Strombedarf entsteht, Energie speichern und dadurch effektiv arbeiten kann. Die notwendige Wärme wird in einem Wärmespeichersystem (20) bestehend aus Wasser als Speicher oder einem Paraffin-Latentwärmespeicher bereitgehalten.
  • Um eine optimale Energienutzung zu erreichen, ist nach dem Generator (19) ein Wärmetauscher (21) installiert, der der warmen Luft, die aus dem Generator strömt, die Energie zur Vorwärmung des Vorlagenwassers entzieht. Dies kann direkt durch das Durchleiten des Schmutzwassers durch den Wärmetauscher geschehen oder auch indirekt durch einen geschlossenen Kühlmittelkreislauf wie es in dem Ablaufschema dargestellt ist, ausgeführt werden.
    • 1
    Windrad
    2
    Drehachse
    3
    Verdichter
    4
    mechanische Übertragungseinheit
    5
    Wärmetauscher
    6
    Vorratsbehälter
    7
    Warmetauscher
    8
    Druckbehälter
    9
    Mindestdruck-Rückschlagventil
    10
    Pumpe
    11
    Kolonne
    12
    Wärmetauscher
    13
    Druckgeregelte Ventile
    14
    Gas-flüssig-Separator
    15
    Vorratsbehälter
    16
    Mineralisierungsvorrichtung
    17
    Konservierungsvorrichtung
    18
    Ventilator
    19
    Gasturbine
    20
    Wärmespeichersystem
    21
    Wärmetauscher
    22
    Wärmetauscher

Claims (13)

  1. Verfahren zur Herstellung von Trinkwasser aus verunreinigtem, salzigem Grund- oder Oberflächenwasser und elektrischer Energie mittels Windenergie, wobei das Verfahren aus den Teil 1 aus einem Windrad, Teil II einer mechanischen Übertrageeinheit, Teil III einem Luftverdichter und Wärmetauscher, Teil IV einem Gasspeicher, Teil V einem Wärmespeicher mit Wärmetauscher, Teil VI einer Trinkwasseraufbereitungsanlage mit Wärmetauschern, Teil VII aus einem Kondensator mit Gas-flüssig-Abscheider, Teil VIII einem Generator besteht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Teil I zur Gewinnung der Energie zum Betrieb der Anlage aus einem Windrad und einer mechanischen Übertragungseinheit besteht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Teil II eine mechanische Übertragungseinheit derart konstruiert ist, dass die eventuell anfallende Abwärme durch Reibungsverluste mittels eines geeigneten Wärmetauschers nutzbar gemacht und dem System zur Verfügung gestellt werden kann
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Teil III zur Komprimierung der Luft aus einem oder mehreren Luftverdichtern und Wärmetauschern zur Kühlung besteht.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Teil IV aus einem Gasspeicher aus Druckbehältern besteht, in die die gekühlte Luft über Mindestdruck-Rückschlagventile aus dem Lufverdichter eingeleitet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Teil V aus einem Wärmespeicher zur Speicherung überschüssiger Wärme aus den Wärmetauschern zur Kühlung der Luftverdichter besteht.
  7. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherung der Wärme mit einem geeigneten Wärmespeichersystem durchgeführt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Teil VI aus einer Trinkwasseraufbereitunganlage besteht
  9. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass Teil VI aus einer Zuleitung mit Wärmetauscher, einem Vorratsbehälter, einer Füllkörperkolonne und einer Zu- und Ableitung für die Luft; die in Verbindung mit Teil VII stehen, besteht.
  10. Verfahren nach Anspuch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Teil VII aus einem Kondensator und einem Gas-flüssig-Separator zur Gewinnung des Trinkwassers besteht.
  11. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, das das Kühlmedium entspannte Luft aus Teil IV ist.
  12. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die entspannte Luft aus Teil IV sich erwärmt und die daraus resultierende Volumenarbeit zum Betrieb eines Gasgenerators genutzt wird.
  13. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Restwärme der Luft aus dem Generator zum Vorheizen der Vorlage genutzt wird.
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