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Verfahren zur besseren Ausnutzung der elektrischen Überschußenergie
von Kraftwerken durch Erzeugung von Wasserstoff Es ist bekannt, daß sich die Wirtschaftlichkeit
von Kraftwerken aller Art durch Ausnutzung ihrer zeitweise freien Spitzenleistung
zur elektrolytischen Gaserzeugung erheblich verbessern läßt und daß man durch volle
Ausnutzung dieser mit dem größten Teil ihres Leistungsvermögens brachliegenden Anlagen
sowie durch Verwendung von Strom aus Wasser- und Windkraftwerken mit Hilfe der Elektrolyse
Brenngas zum äußerst niedrigen Preis gewinnen kann. Di@ elektrolytische Gasfabrikation
arbeitet aber erst dann mit .höchstem Wirkungsgrad, wenn die dafür vorgesehene Anlage
während des ganzen Jahres voll ausgenutzt wird und den gesamten überschuß an freier
Spitzenleistung der Kraftwerke verarbeiten kann. Nun ist aber einerseits die zur
Verfügung stehende überschußenergi-e der Kraftwerke im Sommer besonders groß, während
andererseits der Bedarf an Wasserstoff bzw. Brenngas im Winter um ein Vielfaches
höher ist als im Sommer, besonders dann, wenn man dazu übergeht, zur Beheizung von
Gebäuden in erhöhtem Maße Gas an Stelle fester Brennstoffe zu benutzen.
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C; m trotz gleichmäßiger Jahreserzeugung der elektrolytischen Anlage
diesen Mehrbedarf decken zu können und zugleich den im Sommer vorhandenen Energieüberschuß
der Kraftwerke voll .auszunutzen, ist es notwendig, .den im Sommer anfallenden Wasserstoffüberschuß
für den Winter zu speichern. Eine Niederdruckspeicherung von Wasserstoffgas würde
indessen einen so hohen Platzbedarf und Ausgabenaufwand für Gasometer und Leitungen
erfordern, daß sie schon aus diesem Grund uniwirtschaftlich wäre. Zwecks Erzielung
besserer Wirtschaftlichkeit der Speicherung hat man die Anwendung elektrolytischer
Druckzersetzer empfohlen. Die Druckelektrolyse ist jedoch teuer, und da die zur
Spitzendeckung im Winter erforderliche Gasmenge nur einen Bruchteil der jährlichen
Gesamtgasmenge ausmacht, für die ein ständig gleichbleibender Absatz gesichert ist,
so lohnt es sich nicht, die .gesamte elektrolytische Gasgewinnung mit Druckzersetzern
durchzuführen.
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Die vorliegende Erfindung will auf andere Weise eine Deckung des Spitzenbedarfes
für den Winter bei der ,elektrolytischen Gaserzeugung ermöglichen. Man hat bereits
vorgeschlagen, den elektrolytischen Wasserstoff zur Synthese von Ammoniak oder zur
Reduktion von Erzen zu verwenden. Die vorliegende Erfindung benutzt diese an sich
bekannten Verfahren für die Deckung des Spitzenbedarfes an Brenngas bzw. Wasserstoff
aus dem zu anderer Zeit anfallenden Wasserstoffüberschuß. Sie kennzeichnet sich
dadurch, daß der elektrolytische `Vasserstoff, soweit er nicht sofort in gasförmigem
Zustande an Abnehmer geliefert oder gespeichert wird, zur Erzeugung eines flüssigen
oder festen Stoffes dient, der im Kraft- oder Gaswerk gespeichert und bei
anfallendem
ylehrbedarf an Brenngas, der durch den .erzeugten oder als Gas gespeicherten elektrolytischen
Wasserstoff nicht gedeckt werden kann, zur zusätzlichen Gewinnung von Brenngas benutzt
wird. Zur Deckung des:: Spitzenbedarfes an Brenngas wird dabei also' nicht der elektrolytisch
erzeugte Wasserstof`-in das Versorgungsnetz geleitet, wie das bei der Niederdruck-'oder
Hochdruckspeicherung von Wasserstoff der Fall ist, sondern der Spitzenbedarf an
Gas wird durch Verarbeitung der flüssigen oder festen Stoffe gewonnen, die mit Hilfe
des elektrolytisch erzeugten Wasserstoffes herzustellen sind. Das Spitzendekkungsgas
wird daher vor seiner Benutzung erst neu gebildet und ist ein anderes Gas als dasjenige,
welches in der elektrolytischen Zersetzungsanlage erzeugt wurde.
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Von der bekannten Anwendung des elektrolytischen @Ä'asserstoffes zur
Synthese von Ammoniak oder zur Reduktion von Erzen unterscheidet sich das erfindungsgemäße
Verfahren dadurch, daß die flüssigen oder festen Stoffe nicht verkauft, sondern
im Kraft- oder Gaswerk gespeichert und hier später zur Erzeugung zusätzlicher Brenngase
benutzt werden. Die für diese Speicherung erforderlichen Behälter sind hinsichtlich
des Raumbedarfes und der Ausführung ganz bedeutend billiger als die zur Gasspeicherung
benötigten Behälter, so daß die Wirtschaftlichkeit einer langfristigen Speicherung
gesichert ist. Sowohl für die Umwandlung des elektrolytischen Wasserstoffes in die
Energie flüssiger oder fester Stoffe als auch für die nachfolgende Erzeugung von
Brenngas aus diesen Stoffen ist zwar ein zusätzlicher Energiebedarf erforderlich,
der aber nur verhältnismäßig gering ist im Vergleich zu den neuen Energiemengen,
die durch die volle Ausnutzung der elektrischen LTberschußenergie zu äußerst geringen
Preisen verfügbar gemacht «-erden.
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Die Art des Gases, welches aus den mit Hilfe des elektrolytischen
Wasserstoffes erzeugten flüssigen oder festen Stoffen hergestellt wird, ist an sich
beliebig. An Stelle von Wasserstoffgas können .auch andere brennbare Gase daraus
hergestellt werden. Die Erzeugung des Spitzendeckungsgases ist auch nicht .an die
Erzeugungsstätten der festen oder flüssigen Stoffe gebunden; vielmehr können diese
Stoffe ,auch transportiert und an anderen Stellen zur Gaserzeugung verwendet werden.
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Ausführungsbeispiel 1 Metalloxyde, vorzugsweise Eisenoxyde, werden
erhitzt und in festem oder geschmolzenem Zustande durch Einblasen des überschüssigen
elektrolytischen Wasserstoffes in Metall reduziert. Das Metall wird gespeichert.
Reicht die Wasserstoffgasgewinnungsanlage zur Dekkung des Gasbedarfes nicht mehr
aus, so wird das Metall erhitzt und durch Einleitung von Wasserdampf zur Erzeugung
von Wasserstoff benutzt, der als Spitzendeckungsgas an die #Va.:rbraucher zu Heizzwecken
abgegeben wird. bas oxydierte -Metall kann wiederholt benutzt werden, besonders
dann, wenn die Reaktionen in geschmolzenem Zustande durchgeführt werden.
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Ausführungsbeispiel 11
Der überschüssig erzeugte Wasserstoff
wird in geeigneten Verhältnissen mit Stickstoff gemischt und zwecks Erzeugung von
Ammoniak in an sich bekannter Weise über geeignete Katalysatoren geleitet. ` Das
Ammoniak wird verflüssigt oder in Wasser gelöst und die Flüssigkeit in Tanks gelagert.
Wenn der Gasbedarf die Erzeugungsmenge in den elektrolytischen Zellen übersteigt,
wird das Ammoniak vergast und über geeignete Katalysatoren geleitet, wobei .ein
Gasgemisch von etwa 75@%o Wasserstoff und 25% Stickstoff entsteht, das zur Deckung
des Spitzenbedarfes izi das Gasversorgungsnetz geleitet wird. Es ist nicht etwa
notwendig, den Stickstoff aus dem Brenngas zu entfernen, da .er das spezifische
Gewicht des Brenngases erhöht und den Wasserstoff für die Benutzung in den üblichen
Gasbrennern besser geeignet macht. Es kann sogar erwünscht sein, Stickstoff in gleichen
Mengenverhältnissen dem Wasserstoff beizufügen, der unmittelbar aus den elektrolytischen
Zersetzungsgeräten an das Versorgungsnetz abgegeben wird, so daß das Verhältnis
von Wasserstoff zu Stickstoff stets gleichmäßig bleibt.
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Vorteilhaft wird der bei der elektrolytischen Wasserstoffgewinnung
nebenbei anfallende elektrolytische Sauerstoff ebenfalls in Rohrnetze geleitet und
an industrielle Abnehmer zwecks Erhöhung der Höchsttemperaturen industrieller Feuerungen
abgegeben. Die Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff mittels freier Spitzenenergie
von Kraftwerken und die getrennte Verteilung beider Gase in wirtschaftlicher Art
macht es möglich, das für die Erzeugung der Spitzenleistung von Kraftwerken investierte
Mehrkapital während des ganzen Jahres auszunutzen und dadurch auch die Erzeugungskosten
für die sonstigen Abnehmer des Spitzenstromes zu verringern.
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Die Zeichnung zeigt schematisch ein Beispiel für die praktische Verwirklichung
eines Kraftwerkes, das nach dem der Erfindung zugrunde liegenden Verfahren arbeitet.
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i ist ein Wasser- oder Wärmekraftwerk, das über eine zeitweise freie
Spitzenleistung oder über eine auf Zukunft berechnete Mehrleistung
verfügt,
die als elektrische Leitungsenergie erzeugt oder in sie umgewandelt wird.
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i und 2 - sind die positiven bzw. negativen elektrischen Verbindungsleitungen
zu einer Zellenbatterie 3 zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff beliebigen
Druckes. Die Rohrleitungen .l leiten Sauerstoff aus den Zellen in einen Sammler
5 und von dort in ein Rohrnetz 6, das Sauerstoffspeicherbehälter 7 enthält. Die
Rohrleitung 8 leitet den Wasserstoff aus den Zellen in einen Sammler 9 und von dort
in ein Rohrnetz i o, das Wasserstoffspeicherbehälter i i enthält. Diejenige Wasserstoffmenge,
für die im Augenblick kein Bedarf zur Wärmeerzeugung vorhanden ist, wird zu Speicherungszwecken
umgesetzt. Zu diesem Zweck wird in dem Stickstoffwerk 12 nach bekannten Verfahren
Stickstoff aus der Luft gewonnen. 13 stellt eine Ammoniakgewinnungsanlage dar, in
welche durch eine Zweigleitung 1 4. der überschüssige Wasserstoff und durch eine
Leitung 15 der Stickstoff aus dem Stickstoffwerk 12 geleitet wird. Das Wasserstoff-
und das Stickstoffgas werden in geeigneten Verhältnissen gemischt und unter Druck
in der Anlage 13 zu flüssigem Ammoniak oder Ammoniaklösüngen in Wasser umgewandelt.
Das Rohr 16 dient zur Weiterleitung der Ammoniakflüssigkeit oder -lösung in einen
Tank 17, wo sie solange als notwendig unter Druck gelagert wird.
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Wenn der Heizgasbedarf im Rohrnetz io das Lieferungsvermögen der Zellen
3 übersteigt und auch durch den Speicherbehälter i i kein Ausgleich mehr geschaffen
werden kann, wird die gespeicherte Ammoniakflüssigkeit zur zuschüssigen Wasserstoffgaslieferung
herangezogen. Zu diesem Zweck sind an geeigneten Stellen des Versorgungsgebietes
ein oder mehrere Zersetzungsanlagen 18 aufgestellt, in denen das Ammoniakgas in
Wasserstoff und Stickstoff zerlegt wird. Die Ammoniakzersetzungsanlage ist durch
eine Rohrleitung i 9 mit dem Tank 17 verbunden, deren Ventil 2o bei auftretendem
Zuschußbedarf an Wasserstoffgas geöffnet wird. Das in der Zersetzungsanlage 18 erzeugte
Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch wird durch die Rohrleitung 21 in das Rohrnetz i o
übergeleitet.
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Falls ein Gas mit konstantem Stickstoffgehalt geliefert werden soll,
wird das Stickstoffwerk i2 mittels einer Rohrleitung 22 an das Versorgungsnetz io
angeschlossen und das Stickstoffgas dem in den Zellen 3 erzeugten Wasserstoffgas
in dem gewünschten Verhältnis beigemischt. Soll das Wasserstoff-Stickstoff-Gas noch
angereichert werden, so kann eine Gaserzeugungsanlage 23, beispielsweise eine Gasölanlage,
eine Kohlengasanlage, eine Koksofenanlage, eine \aturgasquelle o. dgl., mittels
einer Leitung 24. an das Rohrnetz io angeschlossen werden.
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25 stellt einen Industrieofen irgendwelcher Art dar, in dem der elektrolytische
Wasserstoff verbrannt wird, gegebenenfalls in Mischung mit anderen Gasen. Der Brenner
27 ist sowohl an das Wasserstoffgasrohrnetz 1o als auch mittels einer Leitung 26
an das Sauerstoffgasrohrnetz 6 angeschlossen. Beide Leitungen enthalten Absperrglieder,
mittels denen die an die Brenner gelieferten Gasmengen eingeregelt werden können.
Das Sauerstoffgas kann natürlich auch für alle geeigneten anderen Zwecke verwendet
werden.
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An Stelle der beschriebenen Ammoniakspeicherung zur Erzeugung des
Wasserstoffgaszuschusses können natürlich auch andere, der Ausführung nach an sich
bekannte Verfahren benutzt werden, vorzugsweise das schon oben angegebene Verfahren
der Reduktion und nachfolgenden Oxydation von Metalloxyden.