EP3204144A1 - Power plant - Google Patents

Power plant

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EP3204144A1
EP3204144A1 EP15800762.5A EP15800762A EP3204144A1 EP 3204144 A1 EP3204144 A1 EP 3204144A1 EP 15800762 A EP15800762 A EP 15800762A EP 3204144 A1 EP3204144 A1 EP 3204144A1
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EP
European Patent Office
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power plant
carbon dioxide
electrolysis
electricity price
electrical energy
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15800762.5A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Maximilian Fleischer
Michael Weinhold
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
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Abstract

The invention relates to a power plant for generating electrical energy, comprising: means for generating electrical energy from fossil fuel, biomass or biogas, means for extracting and saving carbon dioxide from flue gas generated in the power plant, characterized by an electrolysis apparatus for converting the stored carbon dioxide to other substances, a control apparatus for controlling the electrolysis apparatus, designed such that the control apparatus obtains current electricity price data and, when the electricity price falls below an electricity price threshold, causes the electrolysis apparatus to operate and, when the electricity price exceeds the electricity price threshold, shuts down the electrolysis apparatus.

Description

Beschreibung description
Kraftwerk Die Erfindung betrifft ein Kraftwerk zur Erzeugung elektrischer Energie aus fossilem Brennstoff, Biomasse oder Biogas mit Mitteln zur Extraktion und Speicherung von Kohlendioxid aus im Kraftwerk erzeugtem Rauchgas sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Kraftwerks. The invention relates to a power plant for generating electrical energy from fossil fuel, biomass or biogas with means for the extraction and storage of carbon dioxide produced in the power plant flue gas and a method for operating such a power plant.
Herkömmliche Kraftwerke verbrennen fossile Brennstoffe wie Kohle und erzeugen dabei elektrische Energie, also Strom. Der Fokus beim Aufbau dieser Kraftwerke liegt auf einer möglichst hohen Effizienz beim Betrieb, womit die Menge an erzeugtem Abgas, das u.a. das triebhauswirksame Kohlendioxid enthält, für eine gegebene Leistung minimiert wird. Nichtsdestotrotz entstehen beim Betrieb hohe Mengen an Kohlendioxid und es wird nach Methoden gesucht, damit umzugehen. Bei einer solchen Methode, dem sog. Carbon Capture and Se¬ questration (CCS) , wird das Kohlendioxid eingefangen und bei¬ spielsweise zur endgültigen umweltverträglichen Lagerung in unterirdische Lagerstätten gepumpt. Der hierfür nötige Ener¬ gieaufwand ist aber nicht unerheblich im Vergleich zum Ener- gieertrag des jeweiligen Kraftwerks. Conventional power plants burn fossil fuels like coal and generate electrical energy, ie electricity. The focus in building these power plants is on the highest possible efficiency in operation, which minimizes the amount of exhaust gas generated, including the greenhouse gas carbon dioxide, for a given performance is minimized. Nonetheless, high levels of carbon dioxide are generated during operation and methods are sought to deal with them. In such a method, the so-called. Carbon Capture and Se ¬ quest ration (CCS), the carbon dioxide is captured and play pumped at ¬ final environmentally compatible storage in underground storage facilities. But necessary to do so Ener ¬ gieaufwand is not negligible compared to the energy gieertrag of each power plant.
Den fossilen Kraftwerken, die in vielen Ländern neben Atomkraftwerken für eine stabile Grundversorgung mit Energie sorgen, gegenüber stehen die Kraftwerke, die mit erneuerbaren Energiequellen arbeiten. Diese produzieren keine Abgase, sind aber im Falle von Wind- und Sonnenenergie in ihrem Energieer¬ trag nicht stabil und auch nicht vorhersagbar. Fossil power plants, which in many countries provide nuclear power plants with a stable supply of basic energy, are opposed by power plants that use renewable energy sources. These produce no exhaust gases, but in the case of wind and solar energy in their Energieer ¬ contract not stable and unpredictable.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftwerk zur Erzeugung elektrischer Energie aus fossilem Brennstoff, Biomasse oder Biogas sowie ein Verfahren zum Betrieb eines sol¬ chen Kraftwerks anzugeben, mit denen eine verbesserte Behand¬ lung der Emission von Kohlendioxid ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird durch ein Kraftwerk mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen von Kraftwerk und Verfahren. It is an object of the present invention to provide a power plant for generating electrical energy from fossil fuel, biomass or biogas and a method for operating a sol ¬ chen power plant, with which an improved treatment of the emission of carbon dioxide ¬ allows. This object is achieved by a power plant having the features of claim 1 and a method having the features of claim 10. The dependent claims relate to advantageous embodiments of power plant and method.
Das erfindungsgemäße Kraftwerk zur Erzeugung elektrischer Energie umfasst Mittel zur Erzeugung elektrischer Energie aus fossilem Brennstoff, Biomasse oder Biogas, beispielsweise entsprechende Brenneranlagen und Mittel zur Extraktion und Speicherung von Kohlendioxid aus im Kraftwerk erzeugtem The power plant according to the invention for generating electrical energy comprises means for generating electrical energy from fossil fuel, biomass or biogas, for example, corresponding burner systems and means for extraction and storage of carbon dioxide generated in the power plant
Rauchgas, beispielsweise eine Aminwäscheanlage . Weiterhin um¬ fasst das Kraftwerk eine Elektrolyseeinrichtung zur Wandlung des gespeicherten Kohlendioxids in andere Stoffe. Flue gas, for example an amine scrubber. Furthermore, the power plant ¬ summarizes an electrolysis device for converting the stored carbon dioxide into other substances.
Ferner umfasst das Kraftwerk eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Elektrolyseeinrichtung, derart ausgestaltet, dass die Steuereinrichtung aktuelle Daten zum Strompreis bezieht, und wenn der Strompreis eine Strompreisschwelle unterschrei- tet, einen Betrieb der Elektrolyseeinrichtung bewirkt und wenn der Strompreis die Strompreisschwelle überschreitet, die Elektrolyseeinrichtung stilllegt. Furthermore, the power plant comprises a control device for controlling the electrolysis device configured such that the control device obtains current data on the electricity price and if the electricity price undershoots an electricity price threshold, causes the electrolysis device to operate and if the electricity price exceeds the electricity price threshold, the electrolysis device is shut down.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Kraft- werks zur Erzeugung von elektrischer Energie wird das Kraft¬ werk in zwei sich wechselseitig ausschließenden Betriebsmodi betrieben, wobei in einem ersten Betriebsmodus elektrische Energie aus fossilem Brennstoff, Biomasse oder Biogas erzeugt wird, und Kohlendioxid aus im Kraftwerk erzeugtem Rauchgas extrahiert und gespeichert wird, und wobei in einem zweiten Betriebsmodus aus dem gespeicherten Kohlendioxid Kohlenwas¬ serstoffe erzeugt werden, wobei dafür von außerhalb des In the inventive method for operating a power station for generating electric energy, the force ¬ factory operates in two mutually exclusive modes, wherein electrical energy is generated from fossil fuel, biomass or biogas in a first operating mode, and carbon dioxide from the power plant produced flue gas is extracted and stored, and wherein in a second operating mode from the stored carbon dioxide Kohlenwas ¬ serstoffe are generated, for which from outside the
Kraftwerks zugeführte elektrische Energie verwendet wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines solchen Kraftwerks zur Erzeugung elektrischer Energie wird elektrische Energie aus fossilem Brennstoff, Biomasse oder Biogas erzeugt und Kohlendioxid aus im Kraftwerk erzeugtem Rauchgas extrahiert und gespeichert. Weiterhin bezieht eine Steuerein¬ richtung aktuelle Daten zum Strompreis und vergleicht diese mit einer Strompreisschwelle. Wenn der Strompreis die Strom¬ preisschwelle unterschreitet, wird eine Elektrolyseeinrich- tung betrieben und damit das gespeicherte Kohlendioxid in an¬ dere Stoffe gewandelt. Überschreitet dagegen der Strompreis die Strompreisschwelle, wird die Elektrolyseeinrichtung stillgelegt und nicht betrieben. Für die Erfindung wurde erkannt, dass die Erzeugung wertvol¬ ler Stoffe wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe oder andere nutzbare Produkte wie z.B. CO oder Alkohole aus dem im Kraft¬ werk anfallenden Kohlendioxid am besten nicht im laufenden Betrieb stattfindet, während dem die nötige Energie zur Ver- arbeitung des energiearmen Kohlendioxid die Energiebilanz des Kraftwerks verschlechtert, sondern vorteilhaft zu Zeiten stattfindet, in denen die vom Kraftwerk erzeugte elektrische Energie nicht oder nur mit Einschränkungen hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit verkauft werden kann. Solche Zeiten sind durch stark fluktuierende Strompreise mit zeitweisem Überan¬ gebot zunehmend gegeben. Power plant supplied electrical energy is used. In the method according to the invention for operating such a power plant for generating electrical energy, electrical energy is generated from fossil fuel, biomass or biogas and carbon dioxide from flue gas produced in the power plant extracted and saved. Furthermore, a Steuerein ¬ direction obtains current data on the price of electricity and compares this with a current price threshold. If the price of electricity is below the current ¬ price threshold, a Elektrolyseeinrich- tung is operated, and thus converted the stored carbon dioxide in particular in ¬ substances. If, however, the electricity price exceeds the electricity price threshold, the electrolysis device is shut down and not operated. For the invention, it was recognized that the generation wertvol ¬ ler substances such as hydrocarbons or other useful products such as CO or alcohols best not take place from the resulting in the motor ¬ factory carbon dioxide during operation, during which the energy necessary for encryption processing the low-energy carbon dioxide deteriorates the energy balance of the power plant, but advantageously takes place at times when the electrical energy generated by the power plant can not be sold or only with restrictions in terms of cost-effectiveness. Such times are increasingly given by strongly fluctuating electricity prices with temporary Überan ¬ bid.
Bei den Mitteln zur Erzeugung elektrischer Energie aus fossilem Brennstoff, Biomasse oder Biogas handelt es sich um die kraftwerkstypischen Zusammenstellungen von Verbrennungseinrichtungen, also zweckmäßig gespeisten Brennern zusammen mit umgebenden Einrichtungen wie Turbinen, in denen die in der Verbrennung erzeugte Wärme in eine Drehbewegung umgesetzt wird. Weiterhin umfassen die Mittel zur Erzeugung elektri- scher Energie aus fossilem Brennstoff, Biomasse oder Biogas einen oder mehrere Generatoren, die aus der Drehbewegung elektrische Spannung erzeugen. In the means for generating electrical energy from fossil fuel, biomass or biogas are the power plant typical compilations of combustion equipment, so appropriately fed burners together with surrounding facilities such as turbines in which the heat generated in the combustion is converted into a rotational movement. Furthermore, the means for generating electrical energy from fossil fuel, biomass or biogas comprise one or more generators which generate electrical voltage from the rotational movement.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Energie für den Be- trieb der Elektrolyseeinrichtung von außerhalb des Kraftwerks bezogen wird und insbesondere aus erneuerbaren Energiequellen stammt. Dabei kann die Energie auch ausschließlich aus erneu¬ erbaren Energiequellen bezogen werden. Die Menge an Energie aus erneuerbaren Quellen hat keinen Bezug zum tatsächlichen Bedarf an elektrischer Energie, weshalb jetzt schon und bei weiterem Ausbau erneuerbaren Energie in Zukunft noch verstärkt die Situation entsteht, dass die erzeugte Energie aus erneuerbaren Quellen - und natürlich auch jede anderweitig erzeuge Energie zu diesem Zeitpunkt - kostenlos oder sogar mit negativem Preis abgegeben werden muss. Gemäß der Erfindung wird jedoch genau dann, wenn ein Überschuss an erneuerbaren Energien zur Verfügung steht, eine Verwendung dieser Energien im Kraftwerk ermöglicht. It is particularly advantageous if the energy for the operation of the electrolysis device is obtained from outside the power plant and in particular comes from renewable energy sources. The energy can also be purchased exclusively from RETRY ¬ trollable energy sources. The amount of energy From renewable sources has no relation to the actual demand for electrical energy, which is why now and with further expansion of renewable energy in the future even more the situation arises that the generated energy from renewable sources - and of course any other energy at this time - free or even with a negative price. However, according to the invention, if and when there is a surplus of renewable energy, use of these energies in the power plant becomes possible.
Dabei kann vorteilhaft der gewöhnliche Betrieb des Kraftwerks ausgesetzt werden, d.h. dort kein Strom erzeugt werden und der überschüssige Strom von außerhalb des Kraftwerks verwen¬ det werden, um das Kohlendioxid in wertvollere Stoffe wie beispielsweise Methan oder Methanol umzusetzen. Dabei wird das Kraftwerk dann also insbesondere in zwei Betriebsmodi ge¬ steuert, wobei in einem ersten Betriebsmodus die Mittel zur Erzeugung elektrischer Energie und die Mittel zur Extraktion betrieben werden und die Elektrolyseeinrichtung stillliegt und in einem zweiten Betriebsmodus die Mittel zur Erzeugung elektrischer Energie und die Mittel zur Extraktion stillliegen und die Elektrolyseeinrichtung betrieben wird, wobei die Betriebsmodi sich bevorzugt gegenseitig ausschließen. In this case, the usual operation of the power plant can be advantageously suspended, ie there no electricity is generated and the excess power from outside the power plant verwen ¬ det to implement the carbon dioxide into more valuable substances such as methane or methanol. In this case, the power plant is then in particular ge ¬ controls in two modes of operation, in a first operating mode, the means for generating electrical energy and the means for extraction are operated and the electrolysis device is inoperative and in a second mode of operation, the means for generating electrical energy and the means stand still for extraction and the electrolysis device is operated, the operating modes are preferably mutually exclusive.
Bei dem Kraftwerk handelt es sich bevorzugt um ein Gaskraft¬ werk, da bei diesen ein verhältnismäßig schnelles Umschalten zwischen den Betriebsmodi möglich ist. Bevorzugt handelt es sich um ein kombiniertes Gaskraftwerk, beispielsweise ein gasgefeuertes Dampfkraftwerk oder ein Gas-und-Dampf-Kombi¬ kraftwerk . In the power plant is preferably a gas-fired power plant ¬, since with these, a relatively fast switching between the operating modes is possible. It is preferably a combined gas power plant, for example, a gas-fired steam power plant or a gas and steam combined ¬ power plant.
In einer alternativen Ausgestaltung schließen sich die Betriebsmodi nicht gegenseitig aus, sondern die Aktivität des Kraftwerks zur Erzeugung von elektrischer Energie wird auch in Zeiten geringen Strompreises fortgesetzt. Das ist bei¬ spielsweise sinnvoll, wenn es sich bei dem Kraftwerk um ein Kohlekraftwerk handelt, da diese nicht innerhalb kurzer Zeit zwischen Betrieb und Stillstand umschalten können. Sofern das Kraftwerk stets weiterarbeitet, kann der für die Elektrolyse verwendete Strom auch der Erzeugungsleistung des Kraftwerks selbst entnommen werden. In an alternative embodiment, the operating modes are not mutually exclusive, but the activity of the power plant for the production of electrical energy is continued even in times of low electricity price. This is play as useful for ¬ if it is in the power plant to a coal power plant, as these are not within a short time can switch between operation and standstill. If the power plant continues to work, the electricity used for the electrolysis can also be taken from the power of the power plant itself.
Die Elektrolyseeinrichtung kann eine Einrichtung für die Wasserelektrolyse sein oder - besonders vorteilhaft - eine Ein¬ richtung für die Kohlendioxidelektrolyse. Die letztere kann bei geringen Drücken und niedrigen Temperaturen arbeiten und stellt somit eine vergleichsweise energieeffiziente und auf¬ wandsarme Lösung dar. Eine vorteilhafte Möglichkeit, das Koh¬ lendioxid zu speichern und wieder freizugeben, ist eine Einrichtung zur Aminwäsche. Bei der Elektrolyse entstehender Sauerstoff kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung gespeichert werden. Der gespeicherte Sauerstoff kann ebenfalls als werthaltiger Rohstoff verwendet werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird aus dem Rauchgas zusätzlich zum Kohlendioxid Wasser extrahiert. Die¬ ses Wasser kann beispielsweise als zusätzliches Edukt für die Umsetzung des Kohlendioxids verwendet werden. Dadurch wird die Menge an Frischwasser verringert, das von außen zugeführt werden muss. The electrolysis device may be a device for water electrolysis or - particularly advantageously - a one ¬ direction for carbon dioxide electrolysis. The latter can operate at low pressures and low temperatures, and thus represents a relatively energy-efficient and low wall on ¬ solution. An advantageous way, which is to save Koh ¬ dioxide and release again a device for amine scrubbing. In the electrolysis resulting oxygen can be stored according to an advantageous embodiment. The stored oxygen can also be used as a valuable raw material. According to a further advantageous embodiment, water is extracted from the flue gas in addition to the carbon dioxide. The ¬ ses water can for example be used as an additional reactant for the conversion of carbon dioxide. This reduces the amount of fresh water that needs to be supplied from the outside.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Mittel zur Reaktion so gestaltet sein, dass sie den für das Kraftwerk nötigen Brennstoff erzeugen. In diesem Fall kann auch dieser Brennstoff nach Erzeugung gespeichert werden und bei Betrieb der Verbrennung, also im ersten Betriebsmodus verwendet werden. In diesem Fall agiert das Kraftwerk als große Batterie für überschüssige Energie, insbesondere aus erneuerbaren Quellen . In an advantageous embodiment, the means for the reaction can be designed so that they generate the necessary fuel for the power plant. In this case, this fuel can also be stored after generation and used in combustion operation, ie in the first operating mode. In this case, the power plant acts as a large battery for excess energy, especially from renewable sources.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die einzige Figur noch weiter erläutert. Die Figur zeigt stark schematisiert ein Ausführungsbeispiel für ein Gaskraftwerk 10 gemäß der Erfindung. Das Gaskraftwerk 10 umfasst eine Zuführung 11 für Erdgas, die das Erdgas zu einer Brennkammer 22 führt. Nicht dargestellt, aber bekannt sind weiterhin ein Speicherbereich für flüssigen Brennstoff, beispielsweise Heizöl und eine entsprechende Zuführung zur Brennkammer 22. Die Brennkammer 22 ist zwischen einem Kompressor 13, der mit einer Luftzufuhr 12 versehen ist und einer Turbine 14 angeordnet, die beide auf einer gemeinsamen Welle 21 mit einem Generator 17 verbunden sind. Der Austritt der Turbine 14 ist mit einer Abgasabführung 24 verbunden. Der Generator 17 wird über die Welle 21 angetrieben und ist ausgangsseitig mit ei¬ nem Transformator 18 verbunden, der für eine Abführung erzeugter elektrischer Energie an das allgemeine Stromnetz sorgt . Die Abgasabführung 24 weist eine Kohlendioxid-Einfangeinrichtung 15 auf, die mit einem Kohlendioxidspeicher 16 verbunden ist und aufgefangenes C02 dorthin leitet. Beispielsweise kön¬ nen die Kohlendioxid-Einfangeinrichtung 15 und der Kohlendioxidspeicher 16 als Aminwäsche-Einrichtung ausgestaltet sein. Zusätzlich zu bekannten Schritten der Reinigung des Rauchgases kann in der Kohlendioxid-Einfangeinrichtung 15 eine Einrichtung für zusätzliche Reinigungsschritte angeordnet sein. Diese Einrichtung kann ausgestaltet sein zur Entfernung von Stickstoffoxiden, Schwefeloxiden und/oder Phosphoroxiden. The invention will be explained below with reference to preferred embodiments with reference to the single figure even further. The figure shows a highly schematic of an embodiment of a gas power plant 10 according to the invention. The gas power plant 10 includes a supply 11 for natural gas, which leads the natural gas to a combustion chamber 22. Not shown, but are still known a storage area for liquid fuel, such as fuel oil and a corresponding supply to the combustion chamber 22. The combustion chamber 22 is disposed between a compressor 13 which is provided with an air supply 12 and a turbine 14, both on a common Shaft 21 are connected to a generator 17. The outlet of the turbine 14 is connected to an exhaust discharge 24. The generator 17 is driven via the shaft 21 and the output side is connected to egg ¬ nem transformer 18, which provides for a discharge of electrical energy generated to the general power grid. The exhaust gas removal 24 has a carbon dioxide capture device 15 which is connected to a carbon dioxide storage 16 and passes trapped CO 2 thereto. For example, Kings ¬ NEN the carbon dioxide trapping device be 15 and the carbon dioxide reservoir 16 configured as amine scrubbing device. In addition to known steps of purifying the flue gas, a means for additional purification steps can be arranged in the carbon dioxide capture device 15. This device may be designed to remove nitrogen oxides, sulfur oxides and / or phosphorus oxides.
Mit dem Kohlendioxidspeicher 16 verbunden ist wiederum eine Elektrolyseanlage 19, die als Kohlendioxid-Elektrolyseur aus¬ gestaltet ist. Zur elektrischen Versorgung ist die Elektroly¬ seanlage 19 ebenfalls mit dem Transformator 18 verbunden. Al- ternativ kann die Elektrolyseanlage 19 auch mit einem eigens dafür vorgesehenem eigenen Stromanschluss verbunden sein, der der Anlieferung von Strom von außerhalb des Gaskraftwerks 10 dient und in Fig. 1 nicht dargestellt ist. Die Elektrolysean- läge 19 ist ausgestaltet, aus dem Kohlendioxid, das dem Koh¬ lendioxidspeicher 16 entnommen wird, beispielsweise Kohlenmo- noxid und Sauerstoff oder Methanol (CH30H) zu erzeugen. Wei¬ tere Ausgangsstoffe beispielsweise für die chemische Indust- rie, die von der Elektrolyseanlage 19 erzeugt werden können, sind HCOOH (Ameisensäure) , C2H2 (Ethin) , oder C2H4 (Ethen) . Es ist auch möglich, chemische Energieträger zu erzeugen, beispielsweise Methan (CH4) oder Ethan (C2H6) . Die Elektroly¬ seanlage 19 kann vorteilhaft auch eine Einrichtung zur Tren- nung der Elektrolyseprodukte umfassen. Damit werden die An¬ teile an nicht erwünschtem Elektrolyseprodukt von dem eigent¬ lich gewünschten Produkt abgetrennt und somit die Reinheit und damit der Wert und die technische Verwendbarkeit des Pro¬ dukts erhöht. Connected to the carbon dioxide memory 16 in turn is an electrolysis plant 19, which is designed as a carbon dioxide electrolyzer from ¬. For electrical supply, the electroly ¬ seanlage 19 is also connected to the transformer 18. Alternatively, the electrolysis system 19 can also be connected to a separate power connection provided for this purpose, which serves to supply power from outside the gas power plant 10 and is not shown in FIG. 1. The electrolysis lay 19 is configured to generate from the carbon dioxide, which is taken from the Koh ¬ lendioxidspeicher 16, for example Kohlenmo- monoxide and oxygen, or methanol (CH30H). Wei ¬ tere starting materials, for example, for the chemical indus- rie that can be produced by the electrolysis plant 19, HCOOH (formic acid), C2H2 (acetylene) or C2H4 (ethylene). It is also possible to produce chemical energy carriers, for example methane (CH4) or ethane (C2H6). The electroly ¬ seanlage 19 may advantageously also comprise a device for separating the electrolysis products. In order for the to be ¬ share of non erwünschtem electrolysis product of the Eigent ¬ Lich desired product is separated, thus increasing the purity and thus the value and the technical usability of the Pro ¬ domestic product.
Eine Steuereinrichtung 20 steuert die einzelnen Anlagen des Gaskraftwerks 10. Die Steuereinrichtung 20 ist ausgestaltet, Informationen über den aktuellen Preis von erzeugtem Strom einzuholen und in regelmäßigen Abständen, beispielsweise minütlich oder halbstündlich mit einer festlegbaren Preisschwelle zu vergleichen. A control device 20 controls the individual systems of the gas power plant 10. The control device 20 is configured to collect information about the current price of electricity generated and to compare at regular intervals, for example, every minute or half-hourly with a definable price threshold.
Ist der Strompreis oberhalb der Preisschwelle, wird das Gas¬ kraftwerk 10 in einem ersten Betriebsmodus als Kraftwerk be- trieben und liefert in herkömmlicher Weise Strom. In diesem Fall wird also fossiler Brennstoff oder Biogas oder Biomasse verbrannt und daraus im Generator 17 Strom erzeugt und in das Netz eingespeist. Das bei der Verbrennung anfallende Kohlen¬ dioxid wird mittels der Kohlendioxid-Einfangeinrichtung 15 im Kohlendioxid-Speicher 16 eingespeichert. Die Elektrolyseanla¬ ge 19 arbeitet in diesem ersten Betriebsmodus nicht. If the electricity price is above the price threshold, the gas ¬ power plant 10 is exaggerated, and loading in a first operating mode as a power plant delivers electricity in a conventional manner. In this case, so fossil fuel or biogas or biomass is burned and used in the generator 17 generates electricity and fed into the grid. The resulting during the combustion of coal ¬ dioxide is stored by means of the carbon dioxide trapping device 15 in the carbon dioxide storing sixteenth The electrolysis system 19 does not operate in this first operating mode.
Sinkt der Strompreis unter die Preisschwelle, schaltet die Steuereinrichtung 20 das Gaskraftwerk 10 in einen zweiten Be- triebsmodus um. In diesem Betriebsmodus wird das Gaskraftwerk 10 nicht mehr als solches betrieben, d.h. Kompressor 13 und Turbine 14 werden heruntergefahren und das Gaskraftwerk 10 produziert keinen Strom mehr. In diesem zweiten Betriebsmodus 20 wird die Elektrolyseanlage 19 betrieben. Die Elektrolyse¬ anlage 19 entnimmt dem Kohlendioxidspeicher 16 das gespei¬ cherte Kohlendioxid und wandelt es in einen energiehaltigeren Stoff wie beispielsweise Erdgas oder Ameisensäure. Die dazu nötige elektrische Energie wird dabei von außerhalb des Gas¬ kraftwerks 10 bezogen. Sie kann beispielsweise aus erneuerba¬ ren Quellen wie Windkraftwerken o.ä. stammen. Da dieser Betriebsmodus bei geringen Strompreisen verwendet wird, exis¬ tiert üblicherweise ein Überangebot an Strom aus erneuerbaren Quellen, was sogar zu negativen Strompreisen führen kann und den Betrieb im zweiten Betriebsmodus sehr vorteilhaft gestal¬ tet. Die elektrische Energie kann auch aus Stromspeichern stammen, die außerhalb des Gaskraftwerks 10 angeordnet sind. In der Elektrolyseanlage 19 fällt bei der Elektrolyse des Kohlendioxids Sauerstoff an. Es ist möglich, diesen Sauer¬ stoff in einem SauerstoffSpeicher, der in Fig. 1 nicht gezeigt ist, zu speichern. Der Sauerstoff wird somit im zweiten Betriebsmodus erzeugt. Schaltet das Gaskraftwerk 10 wieder in den ersten Betriebsmodus, in dem der Betrieb der Elektrolyse¬ anlage 19 gestoppt wird und das Gaskraftwerk 10 wieder als solches arbeitet, so kann der gespeicherte Sauerstoff bei¬ spielsweise vorteilhaft zur Optimierung der Verbrennung des fossilen Brennstoffs verwendet werden. If the price of electricity falls below the price threshold, the control device 20 switches the gas power plant 10 into a second operating mode. In this operating mode, the gas power plant 10 is no longer operated as such, ie compressor 13 and turbine 14 are shut down and the gas power plant 10 no longer produces electricity. In this second operating mode 20, the electrolysis plant 19 is operated. The electrolysis plant 19 removes the carbon dioxide ¬ memory 16, the vomit ¬-assured carbon dioxide and converts it into a energiehaltigeren material such as natural gas or formic acid. The necessary electrical energy is obtained from outside the gas power plant 10 ¬ . You may for example consist erneuerba ¬ ren sources such as wind power plants, etc. come. Since this mode of operation is used at low flow rates, exis ¬ advantage usually an oversupply of electricity from renewable sources, which may lead to negative electricity prices even and operation in the second mode very beneficial decor with dark ¬ tet. The electrical energy can also come from power storage, which are arranged outside of the gas power plant 10. In the electrolysis plant 19, oxygen is produced during the electrolysis of the carbon dioxide. It is possible to store these Sauer ¬ material in an oxygen reservoir, which is not shown in Fig. 1,. The oxygen is thus generated in the second operating mode. Switches the gas power plant 10 back into the first mode of operation, in which the operation of the electrolysis ¬ system 19 is stopped and the gas power plant 10 again works as such, the stored oxygen can be used ¬ example advantageous for optimizing the combustion of fossil fuel.
Eine besondere Betriebsform für das Gaskraftwerk 10 ergibt sich, wenn der fossile Brennstoff, der für die Energieerzeu¬ gung verwendet wird, von der Elektrolyseanlage 19 erzeugt und im Gaskraftwerk 10 gespeichert wird. Verwendet das Gaskraft- werk 10 beispielsweise Erdgas als Energieträger für die Ver¬ brennung, so ist in dieser Ausführungsform die Elektrolyseanlage 19 ausgestaltet, Methan zu produzieren, sobald das Gas¬ kraftwerk 10 im zweiten Betriebsmodus arbeitet. Das Methan wird in einen kraftwerkseigenen, in Fig. 1 nicht dargestell- ten Erdgasspeicher eingefüllt. Arbeitet das Gaskraftwerk 10 wieder im ersten Betriebsmodus, so wird das gespeicherte Me¬ than als Brennstoff anstelle des oder zusätzlich zum von au¬ ßen bezogenen Erdgas verwendet, solange der Vorrat ausreicht. In dieser Ausführungsform stellt das Gaskraftwerk 10 zusätzlich zu seiner Kraftwerksfunktion eine Batterie, also einen Speicher für elektrischen Strom dar. Besteht ein Überangebot an elektrischem Strom, das typischerweise durch ein hohes Angebot aus erneuerbaren Quellen verursacht wird, so wandelt das Gaskraftwerk 10 diesen typischerweise billigen Strom unter Verwendung des bereits gespeicherten Kohlendioxids in den Energieträger, der im Gaskraftwerk 10 zur Verbrennung genutzt wird. Später, wenn das Überangebot an Strom verebbt ist und daher der Strompreis wieder angestiegen ist, wird dieser Energieträger wieder in Strom gewandelt. A special operating form for the gas power plant 10 results when the fossil fuel, which is used for the Energieerzeu ¬ tion, generated by the electrolysis plant 19 and stored in the gas power plant 10. Uses the gas power plant 10, for example, natural gas as an energy carrier for the Ver ¬ incineration, so in this embodiment, the electrolysis plant 19 is designed to produce methane as soon as the gas ¬ power plant 10 is operating in the second operating mode. The methane is introduced into a natural gas storage facility not shown in FIG. 1. Operates the gas power plant 10 is again in the first operating mode, the stored Me ¬ than is used as fuel in place of or in addition to Au ¬ SEN related natural gas, while supplies sufficient. In this embodiment, gas power plant 10, in addition to its power plant function, is a battery, that is, a storage for electrical power. If there is an oversupply of electrical power, typically caused by a high supply of renewable sources, then gas power plant 10 converts this typically cheap electricity using the already stored carbon dioxide in the energy carrier, which is used in the gas power plant 10 for combustion. Later, when the excess supply of electricity has subsided and therefore the electricity price has risen again, this energy source will be converted back into electricity.
Eine andere, alternative Ausführungsform für die Erfindung ergibt sich durch ein entsprechend ausgestattetes Kohlekraft¬ werk. Das Kohlekraftwerk umfasst demnach neben den bekannten Elementen zur Erzeugung von Energie eine Kohlendioxid-Einfangeinrichtung 15, die mit einem Kohlendioxidspeicher 16 verbunden ist und aufgefangenes C02 dorthin leitet. Bei- spielsweise können die Kohlendioxid-Einfangeinrichtung 15 und der Kohlendioxidspeicher 16 als Aminwäsche-Einrichtung ausgestaltet sein. Zusätzlich zu bekannten Schritten der Reinigung des Rauchgases kann in der Kohlendioxid-Einfangeinrichtung 15 eine Einrichtung für zusätzliche Reinigungsschritte angeord- net sein. Diese Einrichtung kann ausgestaltet sein zur Entfernung von Stickstoffoxiden, Schwefeloxiden und/oder Phosphoroxiden . Another, alternative embodiment of the invention results from a correspondingly equipped coal power plant ¬ . The coal-fired power plant thus comprises, in addition to the known elements for generating energy, a carbon dioxide capture device 15 which is connected to a carbon dioxide storage 16 and conducts trapped CO 2 thereto. For example, the carbon dioxide capture device 15 and the carbon dioxide storage 16 may be configured as an amine wash device. In addition to known steps of purifying the flue gas, a device for additional purification steps can be arranged in the carbon dioxide capture device 15. This device may be designed to remove nitrogen oxides, sulfur oxides and / or phosphorus oxides.
Mit dem Kohlendioxidspeicher 16 verbunden ist wiederum eine Elektrolyseanlage 19, die als Kohlendioxid-Elektrolyseur aus¬ gestaltet ist. Zur elektrischen Versorgung ist die Elektroly¬ seanlage 19 ebenfalls mit dem Transformator 18 verbunden. Die Elektrolyseanlage 19 ist ausgestaltet, aus dem Kohlendioxid, das dem Kohlendioxidspeicher 16 entnommen wird, beispielswei- se Kohlenmonoxid und Sauerstoff oder Methanol (CH30H) zu er¬ zeugen. Weitere Ausgangsstoffe beispielsweise für die chemi¬ sche Industrie, die von der Elektrolyseanlage 19 erzeugt wer¬ den können, sind HCOOH (Ameisensäure) , C2H2 (Ethin) , oder C2H4 (Ethen) . Es ist auch möglich, chemische Energieträger zu erzeugen, beispielsweise Methan (CH4) oder Ethan (C2H6) . Die Elektrolyseanlage 19 kann vorteilhaft auch eine Einrichtung zur Trennung der Elektrolyseprodukte umfassen. Damit werden die Anteile an nicht erwünschtem Elektrolyseprodukt von dem eigentlich gewünschten Produkt abgetrennt und somit die Rein¬ heit und damit der Wert und die technische Verwendbarkeit des Produkts erhöht. Connected to the carbon dioxide memory 16 in turn is an electrolysis plant 19, which is designed as a carbon dioxide electrolyzer from ¬. For electrical supply, the electroly ¬ seanlage 19 is also connected to the transformer 18. The electrolysis plant 19 is configured testify ¬ from the carbon dioxide, the carbon dioxide is removed from the memory 16, beispielswei- se carbon monoxide and oxygen, or methanol (CH30H) to it. Other starting materials, for example, for the chemi cal ¬ industry, produced by the electrolysis plant 19 can ¬ are HCOOH (formic acid), C2H2 (acetylene), or C2H4 (ethene). It is also possible to produce chemical energy carriers, for example methane (CH4) or ethane (C2H6). The electrolysis plant 19 can also advantageously comprise a device for separating the electrolysis products. In order for the shares to be separated not erwünschtem electrolysis product of the actual desired product, thus increasing the net ¬ ness and thus the value and the technical usability of the product.
Eine Steuereinrichtung 20 steuert die einzelnen Anlagen des Kohlekraftwerks. Die Steuereinrichtung 20 ist ausgestaltet, Informationen über den aktuellen Preis von erzeugtem Strom einzuholen und in regelmäßigen Abständen, beispielsweise minütlich oder halbstündlich mit einer festlegbaren Preisschwelle zu vergleichen. Ist der Strompreis oberhalb der Preisschwelle, wird das Kohlekraftwerk als Kraftwerk betrie¬ ben und liefert in herkömmlicher Weise Strom. In diesem Fall wird also fossiler Brennstoff oder Biogas oder Biomasse ver¬ brannt und daraus im Generator 17 Strom erzeugt und in das Netz eingespeist. Das bei der Verbrennung anfallende Kohlen¬ dioxid wird mittels der Kohlendioxid-Einfangeinrichtung 15 im Kohlendioxid-Speicher 16 eingespeichert. Die Elektrolyseanla¬ ge 19 arbeitet in diesem ersten Betriebsmodus nicht. Sinkt der Strompreis unter die Preisschwelle, schaltet die Steuereinrichtung 20 das Kohlekraftwerk ebenfalls in einen zweiten Betriebsmodus um. In diesem Betriebsmodus wird das Kohlekraftwerk weiterhin betrieben. Kohlekraftwerke eignen sich zumeist nicht zum kurzfristigen Herunterfahren und Star- ten, weshalb ein unveränderter Betrieb oder ein leicht veränderter Betrieb während einer Phase geringen Strompreises vor¬ teilhaft ist. Zusätzlich wird nun aber die Elektrolyseanlage 19 betrieben. Die Elektrolyseanlage 19 entnimmt dem Kohlendi¬ oxidspeicher 16 das gespeicherte Kohlendioxid und wandelt es in einen energiehaltigeren Stoff wie beispielsweise Erdgas oder Ameisensäure. Die dazu nötige elektrische Energie wird dabei vom Kohlekraftwerk selbst bezogen. Da dieser Betriebsmodus bei geringen Strompreisen verwendet wird, ist ein Ein- speisen des Stroms in das Netz wirtschaftlich ungünstig, was die Herstellung von werthaltigen Stoffen in der Elektrolyseanlage 19 begünstigt und somit den Betrieb im zweiten Be¬ triebsmodus sehr vorteilhaft gestaltet. A control device 20 controls the individual plants of the coal-fired power plant. The control device 20 is configured to obtain information about the current price of electricity generated and to compare it at regular intervals, for example every minute or every half hour with a definable price threshold. If the electricity price is above the price threshold, the coal power plant as a power plant Betrie ¬ ben and provides current in a conventional manner. In this case, fossil fuel or biomass and biogas is ver ¬ burned and generates current in the generator 17 and fed into the grid. The resulting during the combustion of coal ¬ dioxide is stored by means of the carbon dioxide trapping device 15 in the carbon dioxide storing sixteenth The electrolysis system 19 does not operate in this first operating mode. If the price of electricity falls below the price threshold, the control device 20 also switches the coal-fired power plant into a second operating mode. In this mode of operation, the coal-fired power plant will continue to operate. Coal-fired power plants are usually not suitable for short-term shutdown and start, which is why an unchanged operation or a slightly different operation during a phase of low electricity price before ¬ geous. In addition, however, now the electrolysis plant 19 is operated. The electrolysis plant 19 removes the stored carbon dioxide to the Kohlendi ¬ oxidspeicher 16 and converts it into a energiehaltigeren material such as natural gas or formic acid. The necessary electrical energy is obtained from the coal-fired power plant itself. Since this operating mode is used at low electricity prices, a feeding the current in the power economically unfavorable, which favors the production of valuable materials in the electrolysis plant 19 and thus designed to operate in the second operating mode Be ¬ very advantageous.

Claims

Patentansprüche claims
1. Kraftwerk (10) zur Erzeugung elektrischer Energie, umfassend : A power plant (10) for generating electrical energy, comprising:
- Mittel zur Erzeugung (12, 14, 22, 17) elektrischer Energie aus fossilem Brennstoff, Biomasse oder Biogas, - means for generating (12, 14, 22, 17) electrical energy from fossil fuel, biomass or biogas,
- Mittel zur Extraktion (15, 16) und Speicherung von Kohlendioxid aus im Kraftwerk (10) erzeugtem Rauchgas,  Means for extraction (15, 16) and storage of carbon dioxide from flue gas produced in the power plant (10),
gekennzeichnet durch marked by
- eine Elektrolyseeinrichtung (19) zur Wandlung des gespeicherten Kohlendioxids in andere Stoffe, an electrolysis device (19) for converting the stored carbon dioxide into other substances,
- eine Steuereinrichtung (20) zur Steuerung der Elektrolyseeinrichtung (19), derart ausgestaltet, dass die Steuerein¬ richtung aktuelle Daten zum Strompreis bezieht, und wenn der Strompreis eine Strompreisschwelle unterschreitet, einen Be¬ trieb der Elektrolyseeinrichtung (19) bewirkt und wenn der Strompreis die Strompreisschwelle überschreitet, die Elektro¬ lyseeinrichtung (19) stilllegt. - A control device (20) for controlling the electrolysis device (19), designed such that the Steuerein ¬ direction current data to the electricity price, and if the electricity price falls below a current price threshold, a Be ¬ drive the electrolysis device (19) causes and if the electricity price exceeds the electricity price threshold, the electro ¬ lysis device (19) shut down.
2. Kraftwerk (10) gemäß Anspruch 1, bei dem 2. Power plant (10) according to claim 1, wherein
- die Elektrolyseeinrichtung (19) zur Wandlung des gespeicherten Kohlendioxids unter Verwendung von von außerhalb des Kraftwerks (10) zugeführter elektrischer Energie ausgestaltet ist .  - The electrolysis device (19) is configured to convert the stored carbon dioxide using from outside the power plant (10) supplied electrical energy.
3. Kraftwerk (10) gemäß Anspruch 2, bei dem die Elektrolyse¬ einrichtung (19) ausgestaltet ist, unter Verwendung von ausschließlich von außerhalb des Kraftwerks (10) zugeführter elektrischer Energie aus erneuerbaren Energiequellen betrie- ben zu werden. 3. Power plant (10) according to claim 2, wherein the electrolysis ¬ device (19) is configured to be operated using exclusively from outside the power plant (10) supplied electrical energy from renewable energy sources.
4. Kraftwerk (10) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Steuereinrichtung (20) ausgestaltet ist zur Steu¬ erung des Kraftwerks (10) in zwei Betriebsmodi, wobei 4. Power plant (10) according to one of the preceding claims, wherein the control device (20) is designed for STEU ¬ tion of the power plant (10) in two operating modes, wherein
- in einem ersten Betriebsmodus die Mittel zur Erzeugung (12, 14, 22, 17) elektrischer Energie und die Mittel zur Extrakti¬ on (15, 16) betrieben werden und die Elektrolyseeinrichtung (19) stillliegt und - in einem zweiten Betriebsmodus die Mittel zur Erzeugung (12, 14, 22, 17) elektrischer Energie und die Mittel zur Extraktion (15, 16) stillliegen und die Elektrolyseeinrichtung (19) betrieben wird. - In a first mode of operation, the means for generating (12, 14, 22, 17) electrical energy and the means for extract ¬ on (15, 16) are operated and the electrolysis device (19) is at rest and - In a second mode of operation, the means for generating (12, 14, 22, 17) of electrical energy and the means for extraction (15, 16) lie still and the electrolysis device (19) is operated.
5. Kraftwerk (10) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem bei einem Betrieb der Elektrolyseeinrichtung (19) der dafür nötige Strom aus dem vom Kraftwerk (10) erzeugten Strom entnommen wird. 5. Power plant (10) according to one of the preceding claims, wherein in an operation of the electrolysis device (19) of the necessary power from the power plant (10) generated power is removed.
6. Kraftwerk (10) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Elektrolyseeinrichtung (19) eine Kohlendioxid- Elektrolyseeinrichtung (19) umfasst. 6. Power plant (10) according to one of the preceding claims, wherein the electrolysis device (19) comprises a carbon dioxide electrolysis device (19).
7. Kraftwerk (10) gemäß Anspruch 6 mit Mitteln zur Speicherung von Sauerstoff aus der Kohlenstoffdioxid-Elektrolyse . 7. Power plant (10) according to claim 6 with means for storing oxygen from the carbon dioxide electrolysis.
8. Kraftwerk (10) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Mittel zur Extraktion (15, 16) und Speicherung von Kohlendioxid eine Aminwäsche-Einrichtung umfassen. A power plant (10) according to any one of the preceding claims, wherein the means for extraction (15, 16) and storage of carbon dioxide comprises an amine scrubber.
9. Kraftwerk (10) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche mit Mitteln zur Extraktion von Wasser aus dem erzeugten Rauchgas. 9. Power plant (10) according to one of the preceding claims with means for extraction of water from the generated flue gas.
10. Verfahren zum Betrieb eines Kraftwerks (10) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche zur Erzeugung (12, 14, 22, 17) elektrischer Energie, bei dem 10. A method of operating a power plant (10) according to one of the preceding claims for generating (12, 14, 22, 17) electrical energy, in which
- elektrische Energie aus fossilem Brennstoff, Biomasse oder Biogas erzeugt wird, und Kohlendioxid aus im Kraftwerk er- zeugtem Rauchgas extrahiert und gespeichert wird,  - electric energy is generated from fossil fuel, biomass or biogas, and carbon dioxide is extracted and stored from flue gas produced in the power plant,
- eine Steuereinrichtung (20) aktuelle Daten zum Strompreis bezieht und mit einer Strompreisschwelle vergleicht und  - A control device (20) obtains current data on the price of electricity and compares with an electricity price threshold and
- wenn der Strompreis die Strompreisschwelle unterschreitet, eine Elektrolyseeinrichtung (19) betrieben wird, die das ge- speicherte Kohlendioxid in andere Stoffe wandelt,  - if the electricity price falls below the electricity price threshold, an electrolysis device (19) is operated, which converts the stored carbon dioxide into other substances,
- wenn der Strompreis die Strompreisschwelle überschreitet, die Elektrolyseeinrichtung (19) stilllegt.  - When the electricity price exceeds the electricity price threshold, the electrolysis device (19) shut down.
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