DE19940465A1 - Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungsverfahren und Kraftwerkeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungsverfahren und Kraftwerkeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number
DE19940465A1
DE19940465A1 DE19940465A DE19940465A DE19940465A1 DE 19940465 A1 DE19940465 A1 DE 19940465A1 DE 19940465 A DE19940465 A DE 19940465A DE 19940465 A DE19940465 A DE 19940465A DE 19940465 A1 DE19940465 A1 DE 19940465A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
power plant
heat
heat transfer
power
cooling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19940465A
Other languages
English (en)
Inventor
Uwe Eggerath
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GESALFINA AG
Original Assignee
GESALFINA AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GESALFINA AG filed Critical GESALFINA AG
Priority to DE19940465A priority Critical patent/DE19940465A1/de
Priority to PCT/DE2000/002928 priority patent/WO2001015240A2/de
Publication of DE19940465A1 publication Critical patent/DE19940465A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D10/00—District heating systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/108—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the Schottky type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/02—Photovoltaic energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/12—Heat pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/16—Waste heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/16—Waste heat
    • F24D2200/26—Internal combustion engine
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/20—Solar thermal
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/70—Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/17—District heating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/52—Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Roof Covering Using Slabs Or Stiff Sheets (AREA)

Abstract

Es wird ein Kraft-Wärme-Kopplungsverfahren beschrieben, bei dem die anfallende nutzbare Abwärme einer Kraftwerkeinrichtung (10), insbesondere eines Blockheizkraftwerkes zur Versorgung eines größeren Gebäudekomplexes oder Wohngebietes mit elektrischer Energie und Heizwärme, bei hinreichend hohen Umgebungstemperaturen erfindungsgemäß auch bei Kühlung einer zugeordneten Photovoltaikeinrichtung (12) verwendet wird. Bei dieser Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung erfolgt die Kühlung vorzugsweise durch eine mit der Krafteinwirkung (10) thermisch gekoppelte (18) Absorptionskälteeinrichtung (16), die über den Kühlmittelkreislauf (14) mit der Photovoltaikeinrichtung (12) verbunden ist. Durch die erfindungsgemäße Ausnutzung der ohnehin anfallenden überschüssigen Wärmeenergie zur Kühlung der Photovoltaikeinrichtung (12) läßt sich eine deutliche Steigerung des Wirkungsgrades dieser Einrichtung mit einer entsprechend höheren Stromausbeute von bis zu 70% erzielen, ohne daß hierfür ein mit höheren Kosten verbundener zusätzlicher Brennstoff- oder Energiebedarf erforderlich wäre. Bei hinreichend niedrigen Umgebungstemperaturen hingegen, bei denen auch ohne Kühlung ein maximaler Wirkungsgrad der Photovoltaikeinrichtung gewährleistet ist, wird die anfallende Abwärme durch eine herkömmliche Kraft-Wärme-Kopplung ausschließlich als Heiz- oder Prozeßwärme genutzt. Es wird auch eine Kraftwerkeinrichtung mit einer Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungseinrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens beschrieben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraft-Wärme-Kopplungsverfahren und eine Kraftwerkeinrichtung, insbesondere ein Blockheizkraftwerk, mit einer Kraft-Wärme- Kopplungseinrichtung zur Umwandlung der bei der Stromerzeugung anfallenden nutzbaren Abwärme oder Restwärme in Heiz- oder Prozeßwärme.
Kraft-Wärme-Kopplungen dienen zur besseren Energieausnutzung bei der Stromerzeugung in einem Kraftwerk durch Verwendung der üblicherweise ohnehin in größeren Mengen anfallenden Kraftwerkabwärme zu Heizzwecken oder als Prozeßwärme in der Industrie, wobei sich neben dem Dampfkraftprozeß auch andere Kraftprozesse, wie der Gasturbinenkraftprozeß oder der Motorenkraftprozeß, zur Wärmegewinnung eignen. Bei letzterem wird im wesentlichen die Abgaswärme eines Motorgenerators zur Wärmeversorgung eines größeren Gebäudekomplexes oder Wohngebietes von einem sogenannten Blockheizkraftwerk aus ausgenutzt, während die von dem Motorgenerator erzeugte elektrische Energie über geeignete elektrische Einrichtungen für Verbraucher nutzbar gemacht wird. Im Vergleich zu einer dezentralen Wärmeversorgung mit einer ungekoppelten Stromerzeugung läßt sich durch eine Kraft-Wärme-Kopplung eine beträchtliche Energieeinsparung von bis zu etwa 25% erzielen, die mit einer entsprechenden Kostenverringerung und einer merklichen Umweltentlastung verbunden ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens, das auch in Zeiten eines geringeren Wärmebedarfes durch eine sowohl ökonomisch als auch ökologisch sinnvolle Nutzung der bei der Stromerzeugung anfallenden überschüssigen Wärmeenergie eine möglichst optimale Ausnutzung der eingesetzten Primärenergie ermöglicht. Die Aufgabe besteht zudem in der Schaffung einer Kraftwerkeinrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kraft-Wärme-Kälte- Kopplungsverfahren gelöst, bei dem die bei der Stromerzeugung anfallende nutzbare Abwärme oder Restwärme eines Kraftwerks oder einer Kraftwerkeinrichtung nicht nur auf herkömmliche Art und Weise durch eine Kraft- Wärme-Kopplung als Heiz- oder Prozeßwärme nutzbar gemacht, sondern erfindungsgemäß gleichzeitig auch noch bei hinreichend hohen Umgebungstemperaturen zur Kühlung zumindest einer zugeordneten Photovoltaikeinrichtung verwendet wird. Da der Wirkungsgrad vom Photovoltaik- oder Solarzelleneinrichtungen mit steigender Temperatur merklich abnimmt, läßt sich durch diese Maßnahme im Vergleich zu einer ungekühlten Photovoltaikeinrichtung eine Steigerung der elektrischen Ausgangsleistung von bis zu 70% erzielen, ohne daß hierfür ein mit höheren Kosten verbundener zusätzlicher Primärenergiebedarf erforderlich wäre. Entsprechend hohe Umgebungstemperaturen, wie sie insbesondere im Sommer erreicht werden, sind naturgemäß mit einem entsprechend niedrigen Heizwärmebedarf verbunden, so daß bei einem zu Heizzwecken eingesetzten Kraft-Wärme-Kopplungsverfahren überschüssige Heizwärme praktisch kostenlos für die zusätzliche erfindungsgemäße "Kälte-Kopplung" zur Kühlung der Photovoltaikeinrichtung zur Verfügung steht. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene thermische Kopplung einer für ein Kraft-Wärme-Kopplungsverfahren geeigneten Kraftwerkeinrichtung mit zumindest einer Photovoltaikeinrichtung und die automatische Kühlung dieser Photovoltaikeinrichtung bei hinreichend hohen Temperaturen unter Ausnutzung der von der Kraftwerkeinrichtung erzeugten überschüssigen Abwärme ermöglicht somit unter optimaler Ausnutzung der in der Kraftwerkeinrichtung eingesetzten Primärenergie eine praktisch kostenfreie Steigerung der erzeugten elektrischen Leistung durch gezielte Anhebung des Wirkungsgrades der Photovoltaikeinrichtung bis zur Grenze des technisch maximal möglichen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch auch bei einer zur Erzeugung von Prozeßwärme eingesetzten Kraft-Wärme-Kopplung ohne eine entsprechend stark jahreszeitlich bedingte Schwankung des Wärmebedarfs wirtschaftlich einsetzbar. Es ist auch eine reine "Kraft-Kälte-Kopplung" denkbar, bei der keine Heiz- oder Prozeßwärme erzeugt und die nutzbare anfallende Abgaswärme der Kraftwerkeinrichtung vollständig zur Kühlung der zugeordneten Photovoltaikeinrichtung verwendet wird.
Bei hinreichend niedrigen Umgebungstemperaturen hingegen, wie sie insbesondere im Winter erreicht werden, ist zur Erreichung eines maximal möglichen Wirkungsgrades der Photovoltaikeinrichtung keinerlei Kühlung erforderlich, so daß diese automatisch unterbleibt und die durch das Kraft-Wärme- Kopplungsverfahren erzeugte Wärmeenergie, wie bei einem herkömmlichen Verfahren auch, vollständig zur Deckung des naturgemäß größeren Heizwärmebedarfs oder des Prozeßwärmebedarfs zur Verfügung steht.
Zur Kühlung der Photovoltaikeinrichtung wird vorzugsweise eine thermisch mit der Kraftwerkeinrichtung gekoppelte Absorptionskälteeinrichtung verwendet, die über einen Kühlmittelkreislauf mit einem Kühlmittel-Pufferspeicher mit der Photovoltaikeinrichtung verbunden ist. Als geeignetes Kühlmittel kann hierbei beispielsweise Solewasser oder ein Glasynthin/Wasser-Gemisch mit einem Glysanthin-Gehalt von vorzugsweise etwa 50% und einer Temperatur von etwa 5°C verwendet werden. Es sind jedoch auch andere Kühlmittel denkbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für Blockheizkraftwerke mit einem eine geeignete Abgaseinrichtung umfassenden Motorgenerator als Strom/Wärmequelle geeignet. Als Wärmeenergiequelle für die erfindungsgemäße Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung kann jedoch beispielsweise auch ein Dampfkraftprozeß, ein Gasturbinenkraftprozeß oder gar ein Kernkraftwerk dienen, bei denen genügend nutzbare Abwärme anfällt.
Bei dem genannten Blockheizkraftwerk wird die Wärmeenergie des durch die Abgaseinrichtung strömende Abgases über eine mit der Abgaseinrichtng gekoppelte Wärmetauscheinrichtung in einen ersten Wärmeträgerkreislauf mit einem Wärmeträger-Pufferspeicher überführt und über einen mit dem Wärmeträger-Pufferspeicher verbundenen zweiten Wärmeträgerkreislauf als Heizwärme für Verbraucher nutzbar gemacht.
Die zur Kühlung der Photovoltaikeinrichtung verwendete Absorptionskälteeinrichtung kann hierbei mit der Abgaseinrichtung, dem Wärmeträger-Pufferspeicher oder einem der genannte Wärmträgerkreisläufe thermisch gekoppelt sein.
Die von der Kraftwerkeinrichtung, insbesondere dem Motorgenerator, und/oder der Photovoltaikeinrichtung erzeugte elektrische Energie wird über eine Ladeeinheit einer Pufferbatterie zugeführt und über eine mit der Pufferbatterie verbundene zugeordnete Wechselrichtereinrichtung für Abnehmer nutzbar gemacht.
Das erfindungsgemäße Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungsverfahren wird vorzugsweise über eine zentrale Steuereinrichtung gesteuert.
Eine Kraftwerkeinrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens umfaßt neben einer herkömmlichen Kraft-Wärme-Kopplungseinrichtung zur Umwandlung der anfallenden nutzbaren Abwärme in Heiz- oder Prozeßwärme erfindungsgemäß zusätzlich noch eine Kühleinrichtung für eine zugeordnete Photovoltaikeinrichtung. Die Kühleinrichtung umfaßt hierbei vorzugsweise eine Absorptionskälteeinrichtung, die über einen Kühlmittelkreislauf mit einem Kühlmittel-Pufferspeicher mit der Photovoltaikeinrichtung verbunden und durch eine geeignete Kopplungsvorrichtung, wie zum Beispiel einen Wärmeträgerkreislauf mit einer Wärmetauschereinrichtung, thermisch mit der Kraftwerkeinrichtung bzw. der Kraft- Wärme-Kopplungseinrichtung gekoppelt ist.
Die Kraftwerkeinrichtung umfaßt vorzugsweise einen Motorgenerator mit einer Abgaseinrichtung, die thermisch mit der Kühleinrichtung bzw. der Kraft-Wärme- Kopplungseinrichtung bzw. gekoppelt ist. Diese wiederum umfaßt insbesondere eine mit der Abgaseinrichtung gekoppelte geeignete Wärmetauschereinrichtung, einen mit der Wärmetauschereinrichtung verbundenen ersten Wärmeträgerkreislauf mit einem Wärmeträger-Pufferspeicher und gegebenenfalls noch einen mit dem Wärmeträger-Pufferspeicher verbundenen zweiten Wärmeträgerkreislauf zur Heizwärmeversorgung von Verbrauchern.
Zur Nutzbarmachung der von der Kraftwerkeinrichtung und der zugeordneten Photovoltaikeinrichtung erzeugten elektrischen Energie umfaßt die Kraftwerkeinrichtung vorzugsweise noch eine Pufferbatterie mit einer vorgeschalteten Ladeeinheit und einer zugeordneten Wechselrichtereinrichtung. Sie umfaßt insbesondere zudem noch eine zentrale Steuereinheit zur optimalen Steuerung des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Kraft-Wärme-Kälte- Kopplungsverfahrens.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich nicht nur aus den zugehörigen Ansprüchen - für sich und/oder in Kombination - sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines auf einem Blockheizkraftwerk basierenden erfindungsgemäßen Kraft-Wärme-Kälte- Kopplungsverfahrens; und
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Kraft-Wärme-Kälte- Kopplungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Fig. 1.
Fig. 1 zeigt ein Blockheizkraftwerk 10, in dem mittels eines (nicht dargestellten) Motorgenerators sowohl elektrische Energie als auch Heizwärme zur Versorgung eines größeren Gebäudekomplexes oder Wohngebietes erzeugt wird. Die nutzbare Heizwärme wird hierbei aus der anfallenden Abgaswärme des Motorgenerators gewonnen. Dem Blockheizkraftwerk 10 ist eine Photovoltaik- oder Solarzelleneinrichtung 12 zur Erzeugung elektrischer Energie aus Sonnenenergie zugeordnet, die über einen Kühlmittelkreislauf 14 mit einer Absorptionskälteeinrichtung 16 verbunden ist. Diese wiederum ist über eine geeignete Kopplungseinrichtung 18, wie zum Beispiel ein Wärmeträgerkreislauf mit Wärmeaustauschern, thermisch mit dem Abgas- bzw. Heizwärmestrom des Blockheizkraftwerkes 10 gekoppelt. Für den Betrieb der Absorptionskälteinrichtung 16 wird die in dem Blockheizkraftwerk 10 oder der Photovoltaikeinrichtung 12 erzeugte elektrische Energie genutzt. Die hierfür erforderlichen elektrischen Verbindungen sind jedoch zur Vereinfachung der Darstellung nicht eingezeichnet.
Bekanntermaßen ist eine Erwärmung oder Aufheizung von Solar- oder Photovoltaikzellen mit einer merklichen Leistungsabsenkung der von ihnen erzeugten elektrischen Einspeiseleistung verbunden, so daß beim Betrieb der Photovoltaikeinrichtung 12 mit entsprechend starken jahreszeitlich- und witterungsbedingten Schwankungen der nutzbaren elektrischen Energie zu rechnen ist. Bei hinreichend hohen Umgebungstemperaturen mit einem entsprechend niedrigen Heizwärmebedarf, wie sie insbesondere im Sommer erreicht werden, wird daher die Photovoltaikeinrichtung 12 erfindungsgemäß mittels der Absorptionskälteinrichtung 16 unter Ausnutzung der Abgas- bzw. Heizwärme des Blockheizkraftwerks 10 gekühlt, was mit einer entsprechenden Leistungserhöhung der Solarzellen 12 von bis zu 70% verbunden ist. Durch die erfindungsgemäße Ausnutzung überschüssiger Wärmeenergie des Blockheizkraftwerks 10 in Zeiten hoher Umgebungstemperaturen, sei es direkt als ohnehin entstehende Abgaswärme oder indirekt als aus der Abgaswärme gewonnene und nicht benötigte Heizwärme zur Kühlung der Photovoltaikeinrichtung 12, läßt sich somit eine deutliche Steigerung des Wirkungsgrades dieser Einrichtung mit einer entsprechend höheren Stromausbeute erzielen, ohne daß hierfür ein mit höheren Kosten verbundener zusätzlicher Brennstoff- oder Energiebedarf erforderlich wäre.
Bei hinreichend niedrigen Umgebungstemperaturen hingegen, mit einem entsprechend hohen Heizwärmebedarf, wie sie insbesondere im Winter vorliegen, wird die durch das Blockheizkraftwerk 10 erzeugte nutzbare Wärmeenergie wie bei einem herkömmlichen Kraft-Wärme-Kopplungsverfahren ausschließlich zu Heizzwecken eingesetzt, da bei diesen Umgebungstemperaturen keine Kühlung der Solarzellen 12 erforderlich ist, um eine maximal mögliche Einspeiseleistung der Photovoltaikeinrichtung 12 gewährleisten zu können. Die Heizwärmeversorgung der Verbraucher wird somit durch die erfindungsgemäße Kraft-Wärme-Kälte- Kopplung nicht nachteilig beeinflußt, da sie lediglich in Zeiten eines geringen Heizwärmebedarfs mit einem entsprechenden Überschuß an erzeugter Heizwärme erforderlich ist und eingesetzt wird.
Wie in Fig. 2 ausführlicher dargestellt ist, umfaßt das Blockheizkraftwerk 10 den bereits erwähnten Motorgenerator 20, 22 mit einem Motor 20 und einem Generator 22 zur Erzeugung elektrischer Energie, die über eine Ladeeinheit 24 in eine Pufferbatterie 26 eingespeist und über einen angeschlossenen Wechselrichter 28 für Verbraucher nutzbar gemacht wird. An die Ladeeinheit 24 ist auch die bereits erwähnte zugeordnete Photovoltaikeinrichtung 12 angeschlossen, so daß auch die von der Photovoltaikeinrichtung 12 erzeugte elektrische Energie über den Wechselrichter 28 für Verbraucher nutzbar ist. Die elektrische Leistung des Blockheizkraftwerkes 10 beträgt 12 kVA (3 × 4 kVA), während die Einspeiseleistung der Photovoltaikeinrichtung 12 4,5 kW beträgt.
Der Motor 20 umfaßt eine Abgaseinrichtung 30 für das freiwerdende Abgas, das zur Nutzbarmachung der Abgaswärme über eine Wärmetauschereinrichtung 32 geleitet wird, die je nach Bedarf auch über eine Bypassleitung 34 umgangen werden kann. Die Wärmetauschereinrichtung 32 ist thermisch mit einem ersten Wärmeträger- oder Warmwasserkreislauf 36 gekoppelt, der über eine hydraulische Weiche 38 mit einem Wärmeträger- oder Warmwasser-Pufferspeicher 40 verbunden ist, der zur Aufnahme von etwa 1000 l Warmwasser mit einer Temperatur von etwa 90°C dient. Der erste Warmwasserkreislauf 36 umfaßt auch eine erste Pumpe 42 zum Umpumpen des Warmwassers.
Der Warmwasser-Pufferspeicher 40 ist mit einem zweiten Wärmeträger- oder Warmwasserkreislauf 44 mit einer zweiten Pumpe 46 verbunden, der zur Versorgung von Verbrauchern 48 mit Warmwasser dient, das eine Temperatur von etwa 40 bis 50°C besitzt.
Von dem zweiten Warmwasserkreislauf 44 aus verläuft ein mit der Absorptionskälteeinrichtung 16 verbundener dritter Wärmeträger- oder Warmwasserkreislauf 50 mit einer dritten Pumpe 52. Die Absorptionskälteeinrichtung 16 ist umgekehrt wiederum über einen Kältemittel- oder Kühlwasserkreislauf 14 mit einer vierten Pumpe 54 mit der Photovoltaikeinrichtung 12 verbunden, die zu Kühlzwecken mit einer entsprechenden (nicht dargestellten) Kühlschlange versehen ist, durch die das Kühlwasser im Kreislauf über die Photovoltaikeinrichtung 12 strömt. Der Kühlwasserkreislauf 14 umfaßt einen (nicht dargestellten) Kühlwasser- Pufferspeicher für etwa 1000 l Solewassser oder einer entsprechenden Menge eines Glysanthin/Wasser-Gemisches mit einem Glysantin-Gehalt von etwa 50%, das eine Temperatur von etwa 5°C besitzt.
Der Motor 20, die Pufferbatterie 26, der Wechselrichter 28, die Photovoltaikeinrichtung 12 und die vier Pumpen 42, 46, 52 und 54 sind über Steuerleitungen 56 mit einer zentralen Steuereinheit 58 zur optimalen Steuerung der erfindungsgemäßen Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungsverfahrens verbunden, durch die die angeschlossenen Vorrichtungen über vorgegebene Grenzparameter nach den jeweiligen Erfordernissen so eingestellt werden, daß die Photovoltaikeinrichtung 12 bei Überschreitung einer bestimmten Umgebungstemperatur zur Optimierung ihres Wirkungsgrades unter Ausnutzung der anfallenden überschüssigen Abwärme des Motors 20 automatisch gekühlt wird. Hierdurch erhält man nicht nur eine um bis zu etwa 70% höhere elektrische Energieausbeute durch die Photovoltaikeinrichtung 12, sondern auch eine Senkung der Motorlaufleistung auf etwa 1/3 der Gesamtlaufleistung, was mit einem Preisvorteil von bis zu 62% im Vergleich zu einem ohne eine entsprechende Kraft- Wärme-Kälte-Kopplung betriebenen herkömmlichen Verfahren verbunden ist.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend anhand einer Kraft-Wärme-Kälte- Kopplung für ein Blockheizkraftwerk beispielhaft beschrieben. Zur Erreichung der erwähnten erfindungsgemäßen Vorteile können jedoch auch andere Kraftprozesse mit einer ausreichend hohen nutzbaren Abwärme- oder Restwärmemenge, wie zum Beispiel der Dampfkraftprozeß oder der Dampfturbinenkraftprozeß, die auch bereits jetzt für herkömmliche Kraft-Wärme-Kopplungsverfahren eingesetzt werden, erfolgreich für das erfindungsgemäße Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungsverfahren genutzt werden. Denkbar ist auch die erfindungsgemäße Ausnutzung der in einem Kernkraftwerk zwangsläufig in großen Mengen entstehenden Abwärme.

Claims (18)

1. Kraft-Wärme-Kopplungsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die anfallende nutzbare Abwärme einer Kraftwerkeinrichtung (10) bei hinreichend hohen Umgebungstemperaturen zur Kühlung einer zugeordneten Photovoltaikeinrichtung (12) verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Photovoltaikeinrichtung (12) durch eine thermisch mit der Kraftwerkeinrichtung (10) gekoppelte Absorptionskälteinrichtung (16) gekühlt wird, die über einen Kühlmittelkreislauf (14) mit der Photovoltaikeinrichtung (12) verbunden ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufes (14) über einen Kühlmittel- Pufferspeicher geführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Kraftwerkeinrichtung (10) ein Motorgenerator (20, 22) mit einer Abgaseinrichtung (30) verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeenergie des durch die Abgaseinrichtung (30) strömenden Abgases des Motorgenerators (20, 22) über eine mit der Abgaseinrichtung (30) gekoppelte Wärmetauschereinrichtung (32) in einen ersten Wärmeträgerkreislauf (36) mit einem Wärmeträger-Pufferspeicher (40) überführt und nutzbar gemacht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutzbarmachung über zumindest einen mit dem Wärmeträger- Pufferspeicher (40) verbundenen zweiten Wärmeträgerkreislauf (44) erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionskälteeinrichtung (16) mit der Abgaseinrichtung (30), dem Wärmeträger-Pufferspeicher (40) oder einem der Wärmeträgerkreisläufe (36, 44) thermisch gekoppelt ist.
8. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Kraftwerkeinrichtung (10) und/oder der Photvoltaikeinrichtung (12) erzeugte elektrische Energie über eine Ladeeinheit (24) einer Pufferbatterie (26) zugeführt und über eine mit der Pufferbatterie (26) verbundene zugeordnete Wechselrichtereinrichtung (28) für Abnehmer nutzbar gemacht wird.
9. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung über eine zentrale Steuereinrichtung (58) gesteuert wird.
10. Kraftwerkeinrichtung (10) mit einer Kraft-Wärme-Kopplungseinrichtung (32, 36 bis 46) zur Umwandlung der anfallenden nutzbaren Abwärme in Heiz- oder Prozeßwärme, gekennzeichnet, durch eine Kühleinrichtung (14, 16, 18 bzw. 50 bis 54) für eine zugeordnete Photovoltaikeinrichtung (12).
11. Kraftwerkeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (14, 16, 18 bzw. 50 bis 54) eine mit der Kraftwerkeinrichtung (30) oder der Kraft-Wärme-Kopplungseinrichtung (32, 36-46) thermisch gekoppelte (18) Absorptionskälteeinrichtung (16) umfaßt, die über einen Kühlmittelkreislauf (14) mit der Photovoltaikeinrichtung (12) verbunden ist.
12. Kraftwerkeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelkreislauf (14) einen Kühlmittel-Pufferspeicher umfaßt.
13. Kraftwerkeinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftwerkeinrichtung (10) einen Motorgenerator (20, 22) mit einer Abgaseinrichtung (30) umfaßt.
14. Kraftwerkeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft-Wärme-Kopplungseinrichtung (32, 36 bis 46) eine mit der Abgaseinrichtung (30) thermisch gekoppelte Wärmetauschereinrichtung (32) und einen mit der Wärmetauschereinrichtung (32) verbundenen ersten Wärmeträgerkreislauf (36) mit einem Wärmeträger-Pufferspeicher (40) umfaßt.
15. Kraftwerkeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft-Wärme-Kopplungseinrichtung (32, 36-46) zudem zumindest einen mit dem Wärmeträger-Pufferspeicher (40) verbundenen zweiten Wärmeträgerkreislauf (44) zur Heizwärmeversorgung von Verbrauchern umfaßt.
16. Kraftwerkeinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (14, 16, 18 bzw. 50 bis 54) einen dritten Wärmeträgerkreislauf (50) zum thermischen Ankoppeln der Absorptionskälteeinrichtung (16) an die Abgaseinrichtung (30), den Wärmeträger-Pufferspeicher (40), den ersten Wärmeträgerkreislauf (36) oder den zumindest einen zweiten Wärmeträgerkreislauf (44) umfaßt.
17. Kraftwerkeinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, gekennzeichnet durch eine Pufferbatterie (26) für die von der Kraftwerkeinrichtung (10) und/oder der Photovoltaikeinrichtung (12) erzeugte elektrische Energie mit einer vorgeschalteten Ladeeinheit (24) und einer zugeordneten Wechselrichtereinrichtung (28).
18. Kraftwerkeinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, gekennzeichnet durch eine zentrale Steuereinheit (58) zur Steuerung der Kraft-Wärme-Kälte- Kopplung.
DE19940465A 1999-08-26 1999-08-26 Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungsverfahren und Kraftwerkeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens Withdrawn DE19940465A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19940465A DE19940465A1 (de) 1999-08-26 1999-08-26 Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungsverfahren und Kraftwerkeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens
PCT/DE2000/002928 WO2001015240A2 (de) 1999-08-26 2000-08-28 Kraft-wärme-kälte-kopplungsverfahren und kraftwerkeinrichtung zur durchführung dieses verfahrens

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19940465A DE19940465A1 (de) 1999-08-26 1999-08-26 Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungsverfahren und Kraftwerkeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE19940465A1 true DE19940465A1 (de) 2001-04-12

Family

ID=7919664

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19940465A Withdrawn DE19940465A1 (de) 1999-08-26 1999-08-26 Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungsverfahren und Kraftwerkeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE19940465A1 (de)
WO (1) WO2001015240A2 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006005477A1 (de) * 2006-02-03 2007-08-09 Veit Wilhelm Vorrichtung zur Erzeugung von Strom, sowie Kraftfahrzeug mit Elektroantrieb und solcher Vorrichtung
DE10240659B4 (de) * 2001-11-30 2011-07-07 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80686 Verfahren und Vorrichtung zur solarthermischen Kälteerzeugung
DE102010015297A1 (de) 2010-04-17 2011-10-20 Volkswagen Ag Block-Kälte-Kraftwerk

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008039449A1 (de) * 2008-08-25 2010-03-04 Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen Emissionsfreies Karftwerk
ES2698773B2 (es) * 2017-08-04 2020-01-20 Amorin Juan Jose Ortega Sistema local de produccion y gestion energetica y procedimiento para funcionamiento de dicho sistema

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3611543A1 (de) * 1986-04-05 1987-10-08 Remscheid Volksbank Solarmodul
DE3611542A1 (de) * 1986-04-05 1987-10-08 Remscheid Volksbank Solarmodul
DE3624509A1 (de) * 1980-09-26 1988-06-30 Maria Gyulai Dr Dobosne Anordnung und verfahren zur erfassung von halogenhaltigen verbindungen
DE19535752A1 (de) * 1995-09-26 1997-03-27 Peter Dipl Ing Mumm Steuerverfahren und Anordnung für ein unabhängiges Energieversorgungssystem
DE19607125A1 (de) * 1995-11-20 1997-05-22 Eder Christian Dipl Betriebsw Verfahren zur Vollversorgung von Gebäudekomplexen mit Strom, Hoch- und Niedertemperaturwärme, Kühl- und Tiefkühlkälte mit einem Motorheizkraftwerk, mit Absorbern, FCKW-freier Kälteverteilung, Abtaueinrichtung auf NT-Wärmebasis
WO1999020884A1 (de) * 1997-10-21 1999-04-29 Bernard Douet Umweltschonendes system zum beheizen und/oder kühlen von gebäuden

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08170863A (ja) * 1994-12-14 1996-07-02 Fujikura Ltd 太陽電池の冷却構造
DE19650183C2 (de) * 1996-12-04 2003-07-17 Technologie Beratungs Inst Gmb Abwärmeverwertungsanlage für höher temperierte Abwärme
DE19740398C2 (de) * 1997-09-09 1999-12-02 Vng Verbundnetz Gas Ag Kraft-Wärme-gekoppelte Einrichtung zur Energieversorgung
DE19740066A1 (de) * 1997-09-12 1999-03-18 Walter Dipl Ing Schlenker Kälteerzeugung in Kraftfahrzeugen, Booten, Wohnmobilen u. ä. durch Absorptionskältemaschinen

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3624509A1 (de) * 1980-09-26 1988-06-30 Maria Gyulai Dr Dobosne Anordnung und verfahren zur erfassung von halogenhaltigen verbindungen
DE3611543A1 (de) * 1986-04-05 1987-10-08 Remscheid Volksbank Solarmodul
DE3611542A1 (de) * 1986-04-05 1987-10-08 Remscheid Volksbank Solarmodul
DE19535752A1 (de) * 1995-09-26 1997-03-27 Peter Dipl Ing Mumm Steuerverfahren und Anordnung für ein unabhängiges Energieversorgungssystem
DE19607125A1 (de) * 1995-11-20 1997-05-22 Eder Christian Dipl Betriebsw Verfahren zur Vollversorgung von Gebäudekomplexen mit Strom, Hoch- und Niedertemperaturwärme, Kühl- und Tiefkühlkälte mit einem Motorheizkraftwerk, mit Absorbern, FCKW-freier Kälteverteilung, Abtaueinrichtung auf NT-Wärmebasis
WO1999020884A1 (de) * 1997-10-21 1999-04-29 Bernard Douet Umweltschonendes system zum beheizen und/oder kühlen von gebäuden

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10240659B4 (de) * 2001-11-30 2011-07-07 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80686 Verfahren und Vorrichtung zur solarthermischen Kälteerzeugung
DE102006005477A1 (de) * 2006-02-03 2007-08-09 Veit Wilhelm Vorrichtung zur Erzeugung von Strom, sowie Kraftfahrzeug mit Elektroantrieb und solcher Vorrichtung
DE102006005477B4 (de) * 2006-02-03 2007-10-11 Veit Wilhelm Vorrichtung zur Erzeugung von Strom, sowie Kraftfahrzeug mit Elektroantrieb und solcher Vorrichtung
DE102010015297A1 (de) 2010-04-17 2011-10-20 Volkswagen Ag Block-Kälte-Kraftwerk

Also Published As

Publication number Publication date
WO2001015240A3 (de) 2001-12-27
WO2001015240A2 (de) 2001-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3381102B1 (de) Hausenergieanlage und betriebsverfahren zum betreiben einer hausenergieanlage
DE3242903C2 (de)
DE69316260T2 (de) Energieversorgungssystem
DE19740398C2 (de) Kraft-Wärme-gekoppelte Einrichtung zur Energieversorgung
EP3138148B1 (de) Kraft-wärme-kopplungsanlage zur dezentralen strom- und wärmeversorgung
DE19535752A1 (de) Steuerverfahren und Anordnung für ein unabhängiges Energieversorgungssystem
EP0008680A2 (de) Verfahren zur Erzeugung von Wärmeenergie durch Kombination der Kraft-Wärme-Kopplung mit der Wärmepumpe
WO2011153971A1 (de) Kraft-wärme-kopplungsanlage
DE19940465A1 (de) Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungsverfahren und Kraftwerkeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens
EP4379875A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur temperierung eines wasserstoffbetriebenen fahrzeuges
WO2015007603A1 (de) Abwärmenutzung von hochtemperaturbatterien
AT512138B1 (de) Anlage zur Kraft-Wärmekopplung mit kombinierten Wärmespeichern
DE29919323U1 (de) Kraftwerkeinrichtung zur Durchführung eines Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungsverfahrens
DE202012102171U1 (de) Photovoltaikanlage
WO2011134784A2 (de) Kopplungssystem für eine hybridenergieanlage
DE102008050244A1 (de) Verfahren und Anordnung zur dezentralen Energieversorgung (DZE) mit Block-Speicher-Kraft-Heiz-Kühl-Funktion (BSKHKWF)
Yurin et al. Efficiency investigation of the combined heat storage system using at NPPs with VVER
WO2020007488A1 (de) Energieversorgungssystem
EP1526338B1 (de) Wärmeversorgungsanlage mit mindestens zwei Wärmeerzeugern für eine Heizungsanlage und Verfahren zur verbrauchsabhängigen Steuerung der Wärmeerzeuger
DE102008064329A1 (de) Anordnung zur erweiterten Bereitstellung von Regelleistung zur Gewährleistung der Systemsicherheit und zur Nutzung im EEG-Ausgleichsenergieverfahren in Elektroenergieverbundsystemen
EP3327361A1 (de) Heizkraftwerk und verfahren zum betrieb eines solchen
DE202022105047U1 (de) Mobile Energieversorgungseinheit
WO2020007492A1 (de) Energieversorgungssystem
EP3818610A1 (de) Energieversorgungssystem
EP0286628A2 (de) Verfahren zur Warm- und/oder Heisswasserbereitung und Speicherwasserkraftwerk zur Durchführung des Verfahrens

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8139 Disposal/non-payment of the annual fee