WO2001015240A2 - Kraft-wärme-kälte-kopplungsverfahren und kraftwerkeinrichtung zur durchführung dieses verfahrens - Google Patents

Kraft-wärme-kälte-kopplungsverfahren und kraftwerkeinrichtung zur durchführung dieses verfahrens Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a combined heat and power process and a power plant device, in particular a combined heat and power plant, with a combined heat and power device for converting the usable waste heat or residual heat generated during power generation into heating or process heat.
  • Combined heat and power systems are used to better utilize energy when generating electricity in a power plant by using the power plant waste heat usually generated in larger quantities anyway for heating purposes or as process heat in industry.
  • other power processes such as the gas turbine power process or the engine power process, suitable for heat recovery.
  • the exhaust gas heat of a motor generator is essentially used for supplying heat to a larger building complex or residential area from a so-called combined heat and power plant, while the electrical energy generated by the motor generator is made available to consumers via suitable electrical devices.
  • a combined heat and power system can achieve considerable energy savings of up to about 25%, which is associated with a corresponding reduction in costs and a noticeable environmental benefit.
  • the object of the present invention is to provide a method which, even in times of low heat requirement, enables the use of the primary thermal energy used as optimally as possible through an economically and ecologically sensible use of the excess thermal energy generated in the generation of electricity.
  • the task also consists in creating a power plant facility for carrying out this method.
  • This object is achieved according to the invention by means of a power-heat-cold coupling method, in which the usable waste heat or residual heat of a power plant or a power plant device that arises during power generation is not only in the conventional manner by means of a power-heat coupling as heating or process heat made usable, but according to the invention at the same time also used at sufficiently high ambient temperatures for cooling at least one associated photovoltaic device since the efficiency of the photovoltaic or solar cell devices decreases noticeably with increasing temperature, this measure allows an increase in the electrical output power compared to a non-cooled photovoltaic device achieve up to 70% without requiring additional additional energy energy associated with higher costs.
  • the method according to the invention is even with a power-heat coupling used to generate process heat without a corresponding seasonal fluctuation in the heat requirement, it can also be used economically.
  • a pure "power-cold coupling" is also conceivable, in which no heating or process heat is generated and the usable resultant Exhaust gas heat of the Power plant device is used completely for cooling the associated Photovoltaikeinnchtung.
  • an absorption cooling device thermally coupled to the power station device is preferably used, which is connected to the photovoltaic device via a coolant circuit with a coolant buffer store.
  • a suitable coolant for example, brine or a glassythine / water mixture with a Glysanthi ⁇ content of preferably about 50% and a temperature of about 5 ° C can be used.
  • other coolants are also conceivable.
  • the method according to the invention is particularly suitable for combined heat and power plants with a motor generator comprising a suitable exhaust device as a current / heat source.
  • a steam power process, a gas turbine power process or even a nuclear power plant can be used as a heat energy source for the combined heat, power and cooling system, for example, in which there is sufficient usable waste heat.
  • the thermal energy of the exhaust gas flowing through the exhaust gas device is transferred via a heat exchange device coupled to the exhaust gas device into a first heat transfer medium circuit with a heat transfer medium buffer storage and made usable as heating heat for consumers via a second heat transfer medium circuit connected to the heat transfer medium buffer storage.
  • the absorption cold device used to cool the photovoltaic device can in this case be thermally coupled to the exhaust gas device, the heat transfer buffer store or one of the heat transfer circuits mentioned
  • the electrical energy generated by the power plant, in particular the motor generator, and / or the photovoltaic device is supplied to a buffer battery via a charging unit and can be used by customers via an associated inverter device connected to the buffer battery
  • the power-heat-cold coupling method according to the invention is preferably controlled via a central control device
  • a power plant device for carrying out this method additionally includes a cooling device for an associated photovoltaic device.
  • the cooling device preferably comprises an absorption cold device which is connected to a coolant circuit with a coolant Buffer memory connected to the photovoltaic device and thermally coupled to the power plant device or the power-heat coupling device by a suitable coupling device, such as a heat transfer circuit with a heat exchanger device
  • the Kraftwerkeinnchtung preferably comprises a motor generator with an exhaust gas device, which is thermally coupled to the cooling device or the power-heat coupling device or this in turn comprises, in particular, a suitable heat exchange device coupled to the exhaust gas device, a first heat carrier circuit Puff connected to the heat exchanger device and a heat storage medium if necessary, also a second heat transfer circuit connected to the heat transfer buffer storage for heating heat supply of consumers
  • the power plant device preferably also comprises a buffer battery with an upstream charging unit and an associated inverter device. In particular, it also includes a central control unit for optimal control of the above-described combined heat and power coupling method.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a combined heat, power and cold coupling method based on a combined heat and power plant
  • FIG. 2 shows a block diagram of a combined heat, power and cold
  • Coupling device for carrying out the method according to FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a combined heat and power plant 10, in which both electrical energy and heating energy for supplying a larger building complex or residential area are generated by means of a motor generator (not shown).
  • the usable heat is obtained from the exhaust gas heat generated by the engine generator.
  • the cogeneration unit 10 is assigned a photovoltaic or solar cell device 12 for generating electrical energy from solar energy, which is connected to an absorption cooling device 16 via a coolant circuit 14. This in turn is thermally coupled to the exhaust gas or heating heat flow of the combined heat and power plant 10 via a suitable coupling device 18, such as a heat transfer circuit with heat exchangers.
  • a suitable coupling device 18 such as a heat transfer circuit with heat exchangers.
  • the electrical energy generated in the cogeneration unit 10 or the photovoltaic device 12 is used for the operation of the absorption refrigeration system 16. However, the electrical connections required for this are not shown in order to simplify the illustration
  • the usable thermal energy generated by the combined heat and power plant 10 is used exclusively for heating purposes, as in a conventional combined heat and power process, since at these ambient temperatures there is no cooling of the solar cells 12 is necessary in order to be able to guarantee the maximum possible feed-in power of the photovoltaic device 12.
  • the heating heat supply of the consumers is thus achieved by the power-warm e-cold- Coupling is not adversely affected, since it is only required and used in times of low heating demand with a corresponding excess of heating energy generated.
  • the combined heat and power plant 10 comprises the motor generator 20, 22 already mentioned with a motor 20 and a generator 22 for generating electrical energy, which is fed into a buffer battery 26 via a charging unit 24 and via a connected inverter 28 for consumers is made usable.
  • the already mentioned assigned photovoltaic device 12 is also connected to the charging unit 24, so that the electrical energy generated by the photovoltaic device 12 can also be used by consumers via the inverter 28.
  • the electrical power of the combined heat and power plant 10 is 12 kVA (3 x 4 kVA), while the feed-in power of the photovoltaic device 12 is 4.5 kW.
  • the engine 20 comprises an exhaust gas device 30 for the released exhaust gas, which is passed through a heat exchange device 32 to utilize the exhaust gas heat, which can also be bypassed via a bypass line 34 as required.
  • the heat exchanger device 32 is thermally coupled to a first heat transfer or hot water circuit 36, which is connected via a hydraulic switch 38 to a heat transfer or hot water buffer store 40 which serves to hold about 1000 l of hot water at a temperature of about 90 ° C.
  • the first hot water circuit 36 also includes a first pump 42 for pumping around the hot water.
  • the hot water buffer memory 40 is connected to a second heat transfer or hot water circuit 44 with a second pump 46, which serves to supply consumers 48 with hot water which has a temperature of approximately 40 to 50 ° C.
  • the absorption cold device 16 is in turn connected via a refrigerant or cooling water circuit 14 to a fourth pump 54 with the photovoltaic device 12, which are provided with a corresponding cooling coil (not shown) for cooling purposes through which the cooling water flows in the circuit via the photovoltaic device 12.
  • the cooling water circuit 14 comprises a cooling water buffer store (not shown) for about 1000 l of brine water or a corresponding amount of a glysanthin / water mixture with a glysantin content of about 50%, which has a temperature of about 5 ° C
  • the motor 20, the backup battery 26, the inverter 28, the photovoltaic device 12 and the four pumps 42, 46, 52 and 54 are connected via control lines 56 to a central control unit 58 for optimal control of the power-heat-cold coupling method according to the invention
  • the connected devices are set via predetermined limit parameters according to the respective requirements so that the photovoltaic device 12 is automatically cooled when a certain ambient temperature is exceeded in order to optimize its efficiency by utilizing the excess heat generated by the motor 20.
  • This not only gives one up to about 70% higher electrical energy yield through the photovoltaic device 12, but also a reduction in the engine mileage to about 1/3 of the total mileage, which with a price advantage of up to 62% compared to one operated without a corresponding power-warmth-cold coupling conventional method is connected

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 hoen Umgebungstemperaturen erfindungsgemäß auch zur Kühlung einer zugeordneten Photovoltaikeinrichtung (12) verwendet wird. Bei dieser Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung erfolgt die Kühlung vorzugsweise durch eine mit der Kraftwerkeinrichtung (10) thermisch gekoppelte (18) Absorptionskälteeinrichtung (16), die über einen 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

Kraft-Wärme-Kälte-Koppiuπgverfahren und Kraftwerkeinrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraft-Wärme-Kopplungsverfahren und eine Kraftwerkeinrichtung, insbesondere ein Blockheizkraftwerk, mit einer Kraft-Wärme- Kopplungseinrichtuπg 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 Kosteπverringerung 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 erfindungsgemaß durch ein Kraft-Warme-Kalte- Kopplungsverfahren gelost, bei dem die bei der Stromerzeugung anfallende nutzbare Abwarme oder Restwarme eines Kraftwerks oder einer Kraftwerkeinrichtung nicht nur auf herkömmliche Art und Weise durch eine Kraft- Warme-Kopplung als Heiz- oder Prozeßwarme nutzbar gemacht, sondern erfindungsgemaß gleichzeitig auch noch bei hinreichend hohen Umgebungstemperaturen zur Kühlung zumindest einer zugeordneten Photovoltaikeinnchtung verwendet wird Da der Wirkungsgrad vom Photovoltaik- oder Solarzelleneinrichtungen mit steigender Temperatur merklich abnimmt, laßt sich durch diese Maßnahme im Vergleich zu einer uπgekuhlten Photovoltaikeinnchtung eine Steigerung der elektrischen Ausgangsleistung von bis zu 70 % erzielen, ohne daß hierfür ein mit höheren Kosten verbundener zusätzlicher Pπmarenergiebedarf erforderlich wäre Entsprechend hohe Umgebungstemperaturen, wie sie insbesondere im Sommer erreicht werden, sind naturgemäß mit einem entsprechend niedrigen Heizwarmebedarf verbunden, so daß bei einem zu Heizzwecken eingesetzten Kraft-Warme-Kopplungsverfahren überschüssige Heizwarme praktisch kostenlos für die zusätzliche erfindungsgemaße "Kalte-Kopplung" zur Kühlung der Photovoltaikeinnchtung zur Verfugung steht Die erfindungsgemaß vorgeschlagene thermische Kopplung einer für ein Kraft-Warme-Kopplungsverfahren geeigneten Kraftwerkeinrichtung mit zumindest einer Photovoltaikeinnchtung und die automatische Kühlung dieser Photovoltaikeinnchtung bei hinreichend hohen Temperaturen unter Ausnutzung der von der Kraftwerkeinrichtung erzeugten überschüssigen Abwarme ermöglicht somit unter optimaler Ausnutzung der in der Kraftwerkeinrichtung eingesetzten Pπmarenergie eine praktisch kostenfreie Steigerung der erzeugten elektrischen Leistung durch gezielte Anhebung des Wirkungsgrades der Photovoltaikeinnchtung bis zur Grenze des technisch maximal möglichen Das erfindungsgemaße Verfahren ist jedoch auch bei einer zur Erzeugung von Prozeßwarme eingesetzten Kraft-Warme-Koppluπg ohne eine entsprechend stark jahreszeitlich bedingte Schwankung des Wärmebedarfs wirtschaftlich einsetzbar Es ist auch eine reine "Kraft-Kalte-Kopplung" denkbar, bei der keine Heiz- oder Prozeßwarme erzeugt und die nutzbare anfallende Abgaswarme der Kraftwerkeinrichtung vollständig zur Kühlung der zugeordneten Photovoltaikeinnchtung verwendet wird.
Bei hinreichend niedrigen Umgebungstemperaturen hingegen, wie sie insbesondere im Winter erreicht werden, ist zur Erreichung eines maximal möglichen Wirkungsgrades der Photovoltaikeinrichtuπg keinerlei Kühlung erforderiich, 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 Absorptionskälteeinrichtuπg verwendet, die über einen Kuhlmittelkreislauf mit einem Kühlmittel-Pufferspeicher mit der Photovoltaikeinnchtung verbunden ist. Als geeignetes Kühlmittel kann hierbei beispielsweise Solewasser oder ein Glasyπthin/Wasser-Gemisch mit einem Glysanthiπ-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-Koppluπg 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 Photovoltaikeinnchtung verwendete Absorptionskalteeinnchtung kann hierbei mit der Abgaseinrichtung, dem Warmetrager-Pufferspeicher oder einem der genannte Warmtragerkreislaufe thermisch gekoppelt sein
Die von der Kraftwerkeinnchtung, insbesondere dem Motorgenerator, und/oder der Photovoltaikeinnchtung erzeugte elektrische Energie wird über eine Ladeeiπheit einer Pufferbatterie zugeführt und über eine mit der Pufferbatterie verbundene zugeordnete Wechselrichtereinrichtung für Abnehmer nutzbar gemacht
Das erfindungsgemaße Kraft-Warme-Kalte-Kopplungsverfahren wird vorzugsweise über eine zentrale Steuereinrichtung gesteuert
Eine Kraftwerkeinnchtung zur Durchführung dieses Verfahrens umfaßt neben einer herkömmlichen Kraft-Warme-Kopplungseinπchtung zur Umwandlung der anfallenden nutzbaren Abwarme in Heiz- oder Prozeßwarme erfindungsgemaß zusatzlich noch eine Kuhleinrichtung für eine zugeordnete Photovoltaikeinnchtung Die Kuhleinrichtung umfaßt hierbei vorzugsweise eine Absorptionskalteeinnchtung, die über einen Kuhlmittelkreislauf mit einem Kühlmittel-Pufferspeicher mit der Photovoltaikeinnchtung verbunden und durch eine geeignete Kopplungsvorrichtung, wie zum Beispiel einen Warmetragerkreislauf mit einer Warmetauschereinπchtung, thermisch mit der Kraftwerkeinnchtung bzw der Kraft- Warme-Kopplungseinπchtung gekoppelt ist
Die Kraftwerkeinnchtung umfaßt vorzugsweise einen Motorgenerator mit einer Abgaseinrichtung, die thermisch mit der Kuhleinrichtung bzw der Kraft-Warme- Kopplungseinπchtung bzw gekoppelt ist Diese wiederum umfaßt insbesondere eine mit der Abgasemrichtuπg gekoppelte geeignete Warmetauschereiππchtuπg, einen mit der Warmetauschereinnchtung verbundenen ersten Warmetragerkreislauf mit einem Warmetrager-Pufferspeicher und gegebenenfalls noch einen mit dem Warmetrager-Pufferspeicher verbundenen zweiten Warmetragerkreislauf zur Heizwarmeversorguπg von Verbrauchern Zur Nutzbarmachung der von der Kraftwerkeiπrichtung und der zugeordneten Photovoltaikeiπrichtung erzeugten elektrischen Energie umfaßt die Kraftwerkeinrichtung vorzugsweise noch eine Pufferbatterie mit einer vorgeschalteten Ladeeiπheit und einer zugeordneten Wechselrichtereinrichtuπg. Sie umfaßt insbesondere zudem noch eine zentrale Steuereinheit zur optimalen Steuerung des oben beschriebenen erfinduπgsgemäßen 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 Ausführungsbeispieis in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines auf einem Blockheizkraftwerk basierenden erfindungsgemäßen Kraft-Wärme-Kälte- Kopplungsverfahrens; und
Figur 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Kraft- Wärm e-Kälte-
Koppluπgseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Figur 1.
Figur 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 Kuhlmittelkreislauf 14 mit einer Absorptionskälteeinrichtung 16 verbunden ist. Diese wiederum ist über eine geeignete Kopplungseiπrichtung 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 Photovoltaikeinnchtung 12 erzeugte elektrische Energie genutzt Die hierfür erforderlichen elektrischen Verbindungen sind jedoch zur Vereinfachung der Darstellung nicht eingezeichnet
BeKaπntermaßen ist eine Erwärmung oder Aufheizung von Solar- oder Photovoltaikzeilen mit einer merklichen Leistungsabsenkuπg der von ihnen erzeugten elektrischen Einspeiseleistung verbunden, so daß beim Betrieb der Photovoltaikeinnchtung 12 mit entsprechend starken jahreszeitlich- und witterungsbedingteπ Schwankungen der nutzbaren elektrischen Energie zu rechnen ist Bei hinreichend hohen Umgebungstemperaturen mit einem entsprechend niedrigen Heizwarmebedarf, wie sie insbesondere im Sommer erreicht werden, wird daher die Photovoltaikeinnchtung 12 erfindungsgemaß mittels der Absorptionskalteinnchtung 16 unter Ausnutzung der Abgas- bzw Heizwarme des Blockheizkraftwerks 10 gekühlt, was mit einer entsprechenden Leistungserhohung der Solarzellen 12 von bis zu 70 % verbunden ist Durch die erfindungsgemaße Ausnutzung überschüssiger Wärmeenergie des Blockheizkraftwerks 10 in Zeiten hoher Umgebungstemperaturen, sei es direkt als ohnehin entstehende Abgaswarme oder indirekt als aus der Abgaswarme gewonnene und nicht benotigte Heizwarme zur Kühlung der Photovoltaikeinnchtung 12, laßt 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 Heizwarmebedarf, wie sie insbesondere im Winter vorliegen, wird die durch das Blockheizkraftwerk 10 erzeugte nutzbare Wärmeenergie wie bei einem herkömmlichen Kraft-Warme-Kopplungsverfahren ausschließlich zu Heizzwecken eingesetzt, da bei diesen Umgebungstemperaturen keine Kühlung der Solarzellen 12 erforderlich ist, um eine maximal mögliche Einspeiseleistung der Photovoltaikeinnchtung 12 gewährleisten zu können Die Heizwarmeversorguπg der Verbraucher wird somit durch die erfindungsgemaße Kraft- Warm e-Kalte- 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 Figur 2 ausführlicher dargestellt ist, umfaßt das Blockheizkraftwerk 10 den bereits erwähnten Motorgeπerator 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 Ladeeiπheit 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 x 4 kVA), während die Einspeiseleistung der Photovoltaikeinrichtung 12 4,5 kW beträgt.
Der Motor 20 umfaßt eine Abgaseiπrichtung 30 für das freiwerdende Abgas, das zur Nutzbarmachung der Abgaswärme über eine Wärmetauschereiπrichtung 32 geleitet wird, die je nach Bedarf auch über eine Bypassleitung 34 umgangen werden kann. Die Wärmetauschereiπrichtung 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 I Warmwasser mit einer Temperatur von etwa 90° C dient. Der erste Warmwasserkreislauf 36 umfaßt auch eine erste Pumpe 42 zum Umpumpeπ 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 Absorptionskalteeinnchtung 16 verbundener dritter Warmetrager- oder Warmwasserkreislauf 50 mit einer dritten Pumpe 52 Die Absorptionskalteeinnchtung 16 ist umgekehrt wiederum über einen Kaltemittel- oder Kuhlwasserkreislauf 14 mit einer vierten Pumpe 54 mit der Photovoltaikeinnchtung 12 verbunden, die zu Kuhlzwecken mit einer entsprechenden (nicht dargestellten) Kuhlschlange versehen ist, durch die das Kuhlwasser im Kreislauf über die Photovoltaikeinnchtung 12 strömt Der Kühlwasserkreislauf 14 umfaßt einen (nicht dargestellten) Kühlwasser- Pufferspeicher für etwa 1000 I 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 Steuerleituπgen 56 mit einer zentralen Steuereinheit 58 zur optimalen Steuerung der erfindungsgemaßen Kraft-Warme-Kalte-Kopplungsverfahrens verbunden, durch die die angeschlossenen Vorrichtungen über vorgegebene Grenzparameter nach den jeweiligen Erfordernissen so eingestellt werden, daß die Photovoltaikeinnchtung 12 bei Überschreitung einer bestimmten Umgebungstemperatur zur Optimierung ihres Wirkungsgrades unter Ausnutzung der anfallenden überschüssigen Abwarme des Motors 20 automatisch gekühlt wird Hierdurch erhalt 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- Warme-Kalte-Koppluπg betriebenen herkömmlichen Verfahren verbunden ist
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend anhand einer Kraft-Warme-Kalte- Kopplung für ein Blockheizkraftwerk beispielhaft beschrieben Zur Erreichung der erwähnten erfindungsgemaßen Vorteile können jedoch auch andere Kraftprozesse mit einer ausreichend hohen nutzbaren Abwarme- oder Restwarmemenge, wie zum Beispiel der Dampfkraftprozeß oder der Dampfturbinenkraftprozeß, die auch bereits jetzt für herkömmliche Kraft-Warme-Kopplungsverfahren eingesetzt werden, erfolgreich für das erfindungsgemaße Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungsverfahren genutzt werden. Denkbar ist auch die erfindungsgemaße Ausnutzung der in einem Kernkraftwerk zwangsläufig in großen Mengen entstehenden Abwärme.

Claims

Patentansprüche
1. Kraft-Wärme-Kopplungsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die anfallende nutzbare Abwärme einer Kraftwerkeiπrichtuπg (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 Absorptionskälteiπrichtung (16) gekühlt wird, die über einen Kuhlmittelkreislauf (14) mit der Photovoltaikeinrichtung (12) verbunden ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel des Kühlmittelkreisiaufes (14) über einen Kühlmittel- Pufferspeicher geführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Kraftwerkeinrichtung (10) ein Motorgeπerator (20, 22) mit einer Abgaseiπrichtung (30) verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeenergie des durch die Abgaseiπrichtuπg (30) strömenden Abgases des Motorgenerators (20, 22) über eine mit der Abgaseinrichtung (30) gekoppelte Wärmetauschereiπrichtuπg (32) in einen ersten Wärmeträgerkreislauf (36) mit einem Wärmeträger-Pufferspeicher (40) überfuhrt und nutzbar gemacht wird
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutzbarmachung über zumindest einen mit dem Warmetrager- Pufferspeicher (40) verbundenen zweiten Warmetragerkreislauf (44) erfolgt
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionskalteeinnchtung (16) mit der Abgaseinnchtung (30), dem Warmetrager-Pufferspeicher (40) oder einem der Warmetragerkreislaufe (36, 44) thermisch gekoppelt ist
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Kraftwerkeinnchtung (10) und/oder der Photvoltaikemrichtung (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
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft-Warme-Kalte-Kopplung über eine zentrale Steuereinrichtung (58) gesteuert wird
Kraftwerkeinnchtung (10) mit einer Kraft-Warme-Kopplungseinnchtung (32, 36 bis 46) zur Umwandlung der anfallenden nutzbaren Abwarme in Heizoder Prozeßwarme, gekennzeichnet, durch eine Kuhleinrichtung (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 Kuhlmittelkreislauf (14) mit der Photovoltaikeinrichtung (12) verbunden ist.
12. Kraftwerkeiπrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß der Kuhlmittelkreislauf (14) einen Kühlmittel-Pufferspeicher umfaßt.
13. Kraftwerkeinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftwerkeiπrichtung (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 Wärmetauschereinrichtuπg (32) verbundenen ersten Wärmeträgerkreislauf (36) mit einem Wärmeträger-Pufferspeicher (40) umfaßt.
15. Kraftwerkeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft-Wärme-Kopplungseiπrichtung (32, 36 - 46) zudem zumindest einen mit dem Wärmeträger-Pufferspeicher (40) verbundenen zweiten Wärmeträgerkreislauf (44) zur Heizwärmeversorgung von Verbrauchern umfaßt.
16. Kraftwerkeiπrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtuπg (14, 16, 18 bzw. 50 bis 54) einen dritten Wärmeträgerkreislauf (50) zum thermischen Ankoppeln der Absorptioπskälteeiπrichtung (16) an die Abgaseinrichtung (30), den Wärmeträger-Pufferspeicher (40), den ersten Wärmeträgerkreislauf (36) oder den zumindest einen zweiten Wärmeträgerkreislauf (44) umfaßt.
17. Kraftwerkeinrichtuπg 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. Kraftwerkeiπrichtuπg nach einem der Ansprüche 10 bis 17, gekennzeichnet durch eine zentrale Steuereinheit (58) zur Steuerung der Kraft-Wärme-Kälte- Kopplung.
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