DE19805119A1 - Verfahren zur alternativ-energietechnischen Weiternutzung von Dampfkraftwerkseinheiten nach Stillegung von Atommeilern oder Feuerungsanlagen von Brennstoffkraftwerken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem Kraftwerkskapazitäten - insbesondere von stillgelegten oder nicht ans Netz gegangenen Kernkraftwerken - zur Stromerzeugung wieder- oder weitergenutzt werden und ganz allgemein - bauzeit- und kapitalintensive Kraftwerkseinheiten durch Umrüstung auf schadstoffarme bzw. brennstofffreie Dampfversorgung für die Energieproduktion erhalten bleiben.

Die Prozeßdampfversorgung der aus sicherheits- oder umwelttechnischen Gründen stillgelegten Kernreaktoren oder Feuerungsanlagen wird nach dieser Erfindung kurzfristig von herkömmlichen Gasturbinen mit Luftverbrennung oder vorzüglich durch neuartige Gas-Direkt-Dampferzeuger mit Erdgas/Sauerstoffverbrennung übernommen, wobei letztere als mobile Einheiten einfach nachzurüsten sind und bei minimaler Schadstoff­ emission mit einem Wirkungsgrad von bis zu 99,5% ihre chemische Energie direkt in Prozeßdampf umsetzen.

Mittel- und langfristig bietet diese Erfindung auch eine globale Umrüstung vorhandener Dampfkraftwerkskapazitäten auf geothermen Prozeßdampf aus Hochtemperatur- Geothermanlagen, die aus dem allerorts verfügbaren Prozeßdampfspeicher der Erde gespeist werden, der das mittlere Drittel unserer Kontinentalkruste mit einer Mächtigkeit von 20 km durchzieht (siehe EP 0 444 170 B1).

Bislang wurden derartig stillgelegte Kraftwerkskapazitäten einfach demontiert oder eingemottet, wie die Anlagen des Hochtemperatur-Reaktors in Hamm-Uentrop, die des Kernkraftwerks in Greifswald oder als Groteske die Verramschung der teuersten deutschen Industrieanlage "Schneller Brüter Kalkar", samt einer kompletten 300 MW Kraftwerksanlage, an einem Spaß-Unternehmen zur Umfunktionierung als Ereignis- und Vergnügungspark. Diese wahnwitzige Vernichtung von Kapital und hochwertiger Industrieressourcen ist nur aus den gegenwärtigen Überkapazitäten und der Monopol­ stellung der Energieunternehmen zu verstehen.

Für die Nutzung dieser Überkapazitäten und o. g. brachliegenden Kraftwerksanlagen weltweit schafft das erfindungsgemäße Verfahren seinen eigenen Markt mit Einsatz von neuartigen Gas-Direkt-Dampferzeugern, die innerhalb weniger Sekunden auf Vollast hochgefahren werden können und damit als "Sofortreserve" zur Vermeidung von Netz­ zusammenbrüchen und zur Abdeckung des Spitzenbedarfs kurzfristig bereitstehen. Der eigentlich neue Absatzmarkt ist die Stromversorgung von SUPER-AKKUMULATOREN zur Betreibung von Sero-Emission-Car's. Die Energiedichte dieses Hochtemperatur- Super-Akkumulators (P 197 34 733.9) ist doppelt so groß wie bei unseren Automobil­ treibstoffen, was die Elektrifizierung sämtlicher Transportmittel vom Auto bis zum Flugzeug ermöglicht. Damit könnte künftig über 50% des gesamten Energiebedarfs mit Strom abgedeckt werden. Zur Deckung dieses künftigen Bedarfs werden alle verfügbaren Kraftwerksanlagen durch die erfindungsgemäße Nachrüstung auf eine optimale Nutzungsdauer ausgerichtet.

Gegenwartig stehen wir weltweit vor dem Problem, die CO₂-Emissionen zur Abwendung der drohenden Klimakatastrophe zu stoppen. Die Lösung dazu ist die brennstofffreie Energieversorgung aus dem unerschöpflichen Hochtemperaturspeicher unserer Erde, der über die innovative Schmelzbohrtechnologie (DE-C-25 54 101, US-A-5168940) allerorts dort erschlossen werden kann, wo entsprechende Mengen Kraft- oder Wärmeenergie benötigt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber anderen Alternativ­ energien, wie beispielsweise die Sonnenenergie, den Vorteil, daß keine völlig neuen Energietransport- und Versorgungsstrukturen aufgebaut werden müssen, da Dampf als Sekundär- oder Primärenergielieferant erhalten bleibt und so vorhandene Strukturen nahtlos weiter genutzt werden können.

Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur alternativ-energietechnischen Weiternutzung von Dampfkraftwerksanlagen ist es, in der Übergangsphase von der archaischen Verbrennungstechnologie auf globale brennstofffreie Energieversorgung und emissionsfreie Transportmittel, die Weiternutzung vorhandener Dampfkraftanlagen ohne Vernichtung gewaltiger Kapitalressourcen durchzuführen, was notwendige Investitions­ mittel für neuartige Stromerzeuger erspart und die Umstellung auf verbrennungsfreie Energieversorgung und emissionsfreie Transportmittel insgesamt beschleunigt.

Diese Aufgabe wird bis zur Verfügbarkeit von Hochtemperatur-Geothermanlagen dadurch gelöst, in dem Gas-Direkt-Dampferzeuger mit kurzer Nachrüstzeit zum Einsatz kommen, die unter hohem Wirkungsgrad die im Brenngas gespeicherte chemische Energie direkt in Dampf umsetzen.

Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt diese Innovation der direkten Dampferzeugung aus Brenngasen, wie sie beispielhaft in H₂/O₂-Dampferzeuger abläuft, weil dieser Dampf­ erzeuger kompakt, kostengünstig in Herstellung und Betrieb ist und mit Erdgas aus der Ferngasleitung direkt bedient werden kann, womit nach dem neuen europäischen Durchleitungsrecht der günstigste Gasanbieter ausgewählt werden kann. Die Verbrennung mit Hilfe von reinem Sauerstoff minimiert Schadstoffe im Dampfkreislauf, erhöht den energetischen Wirkungsgrad und reduziert den Massendurchsatz um das 5fache gegenüber Luft als Verbrennungsagens. Durch die Wassereinspritzung in den Brennraum des Dampferzeugers wird die Strahlungsenergie der über 2500°C heißen Gasflamme direkt in Dampf umgesetzt, so daß die Wandung des Dampferzeugers keiner höheren Temperatur­ belastung ausgesetzt ist, als die der Dampfspitzentemperatur. Durch computergestützte, stöchiometrische Verbrennung wird immer nur gerade die Dampfmenge mit der erforderlicher Dampftemperatur bereitgestellt und direkt in die Turbine eingespeist die benötigt wird.

Der Gas-Direkt-Dampferzeuger läßt sich in Sekundenschnelle hoch- und runterfahren, so daß die Anlage nicht unnötig Brennstoff verbraucht, andererseits aber als Sofortreserve die Aufgabe von teueren Speicherkraftwerken erfüllt, so daß Anlagen mit Gas-Direkt- Dampferzeuger hohe Strompreise während Spitzenabnahmezeiten erzielen können und Investitionen für Speicherkraftwerke überflüssig machen.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Weiternutzung von Dampfkraftwerkseinheiten nach Stillegung von Atommeilern oder Feuerungsanlagen liegen somit auf der Hand, ob nun auf kurze Sicht durch Nachrüstung von Gas-Direkt-Dampferzeuger oder zu einer späteren Zeit durch brennstofffreien, geothermen Prozeßdampf.

Claims (7)

1. Verfahren zur alternativ-energietechnischen Weiternutzung von Dampfkraftwerks­ einheiten nach Stillegung von Atommeilern oder Feuerungsanlagen von Brennstoff­ kraftwerken, dadurch gekennzeichnet, daß inakzeptabel gewordene Brennstoffquellen wie Kernenergie oder Kohle durch hocheffektive, umweltfreundliche Gas beheizte Dampferzeuger ersetzt werden, bis diese ihrerseits durch eine brennstofffreie Prozeßdampfversorgung aus dem allerorts verfügbaren Hochtemperaturspeicher im mittleren Drittel unserer Kontinentalkruste ersetzt werden, derart, daß auf kurzfristige Sicht Gasturbinen oder Gas-Direkt-Dampferzeuger die stillgelegten Dampferzeuger ersetzen und die Dampfversorgung der betreffenden Kraft- oder Wärmeanlagen übernehmen und langfristig die Prozeßdampfversorgung emissions- und brennstofffrei über Hochtemperatur-Geothermanlagen vor Ort erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kombination von Innovationen mit neuestem Stand der Technik, wie Gas-Direkt-Dampferzeuger, Hochtemperatur-Geothermanlagen und Hochtemperatur-Super-Akkumulatoren, die vorhandenen Dampfkraftwerkskapazitäten voll für den Übergang in eine globale brennstofffreie Energieversorgung nutzen, dadurch bedingt, daß Erdgas/Sauerstoff betriebene Gas-Direkt-Dampferzeugereinheiten wegen ihrer einfachen Konstruktion und kompakten Bauweise schnell, kostengünstig und problemlos nachzurüsten sind und in wenigen Sekunden auf Vollast hochgefahren werden können, da in diesen sogenannten "Dampfkanonen" die direkte Umsetzung der in den Brenngasen gespeicherten chemischen Energie in Prozeßdampf mit Wirkungsgrad von über 99% erfolgt und eine unmittelbare Dampfbeaufschlagung der Turbinen gegeben ist.

3. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Gas- Direkt-Dampferzeuger wegen ihrer kompakten Bauweise als mobile Autoklaven im Leistungsbereich von einigen kW bis 100 MW) verfügbar sind und dadurch bedingt, die benötigte Dampfleistung nicht über eine große Anlage bereitgestellt wird, sondern über eine Reihe mobiler Direkt-Dampferzeuger, die nach späterer Umrüstung der Gesamtanlage auf brennstofffreien geothermen Prozeßdampf als Einzelaggregate an anderer Stelle ihre Aufgabe in Form von Kraft- und Wärmeerzeuger weiter erfüllen.

4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die weltweit vorhandenen Dampfkraftwerkskapazitäten stillgelegter oder nicht ans Netz gegangener Atommeiler mit nachgerüsteten Gas-Direkt-Dampferzeugern innerhalb kurzer Zeit und mit geringem Investitionsaufwand als Sofortreserve-Kraftwerke zur Abdeckung des Stromspitzenbedarfs und zur Vermeidung von Netzzusammenbrüchen eingesetzt werden können und damit hohe Kosten für den Aufbau und die Vorhaltung von Speicherkraftwerken ersparen, weiter dadurch bedingt, daß außerhalb der Strom­ spitzenbedarfszeiten die gegenwärtig in den Industrieländern vorhandenen Kraftwerks­ überkapazitäten zur Aufladung von Hochtemperatur-Akkumulatoren eingesetzt werden können, wenn sie in Kürze mit ihrer hohen Leistungsdichte für den Aufbau eines emissionsfreien Transportsystem zu Lande, zu Wasser und in der Luft bereit stehen und damit bereits ausreichend Kraftwerkskapazitäten zur Bedienung des erforderlichen Strombedarfs bei Markteinführung von Hochtemperatur-Superakkumulatoren zu niedrigen Strompreisen zur Verfügung stehen, wodurch die allseitige Elektrifizierung unserer Transportmittel gefördert und nicht um ein Jahrzehnt verzögert würde, wenn derartige Kraftwerkskapazitäten erst geplant, gebaut und finanziert werden müßten.

5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nicht nur H₂/O₂-Dampferzeuger mit direkter Prozeßdampfumsetzung arbeiten, sondern auch Gas-Direkt-Dampferzeuger mit Synthese- oder Erdgas, wobei die Volumen bezogene Energiedichte bei Erdgas fünffach höher ist als beim Wasserstoff. Dadurch bedingt, ist, kein eigenes Ferngasnetz mit 5facher Auslegung im Volumen oder in der Druckfestigkeit wie beim Wasserstoff, nötig. Unter Einsatz von Sauerstoff anstatt Luft wird so erreicht, daß sehr hohe Dampftemperaturen bei Bedarf verfügbar sind, wobei nur geringe NO_x-Schadstoffegehalte auftreten. Weiter, dadurch bedingt, daß durch die zusätzliche Einspritzung von Wasser in die Brennkammer zur Erhöhung der Dampfmenge die hohe Verbrennungstemperatur von über 2500°C bis auf die gewünschte Prozeßdampftemperatur reduziert wird, reduziert sich auch die Materialbelastung des Dampferzeugers und die Schadstoffbildung auf ein Minimum.

6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Weiternutzung von Kraftwerkseinheiten nach Stillegung ihrer Reaktoren oder Feuerungsanlagen durch die Nachrüstung von emissionsschwachen oder brennstoff­ freien Dampferzeugern Industrieressourcen in Milliardenhöhe erhalten bleiben und durch die weitere Energieproduktion dieser Anlagen eine Wertschöpfung vom vielfachen ihres Investitionsvolumens geschaffen wird und dadurch bedingt, nicht nur den nahtlosen Übergang von der Brennstoff- und Verbrennungstechnologie in die globale brennstofffreie Energieversorgung aus dem unerschöpflichen Prozeßdampf- Hochtemperaturspeicher unserer Erde ermöglicht, sondern auch deren Finanzierung.

7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das bei Gas-Direkt-Dampferzeuger entstehende CO₂ dem Dampfkreislauf als Industriegas entzogen wird, bzw. nach einem neuen Verfahren für die Produktion von Baustoffen und hochfesten Werkstoffen genutzt wird.