WO2011026633A2 - Verfahren und einrichtung zur energieerzeugung insbesondere aus biomasse oder biomasseenergieträgern - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur energieerzeugung insbesondere aus biomasse oder biomasseenergieträgern Download PDF

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WO2011026633A2
WO2011026633A2 PCT/EP2010/005411 EP2010005411W WO2011026633A2 WO 2011026633 A2 WO2011026633 A2 WO 2011026633A2 EP 2010005411 W EP2010005411 W EP 2010005411W WO 2011026633 A2 WO2011026633 A2 WO 2011026633A2
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]

Definitions

  • ORC means "organic-rankine-eyele”.
  • RC on the other hand, only means Rankine-Cycle, where the same thermodynamic cycle is performed here, but not with an organic working medium.
  • Evaporation of an organic medium are below 100 ° C.
  • Temperature range provide waste heat.
  • the invention is therefore based on the object to further develop a method and a device of the generic type such that overall a greater * overall efficiency arises in the balance of an entire power generation facility.
  • the object is in a method of the generic type according to the invention by the
  • Energy generation method is in which in two thermally coupled but otherwise independent thermodynamic cycle see two different working media are used, and in said first stage in a high-temperature circuit (HT) a relaxation machine or a first turbine is operated with the first working medium with a first electricity generating generator is connected, and that the waste heat in particular by cooling / condensation in
  • HT high-temperature circuit
  • Working media are used. In the simplest case, this is water vapor on one side, operated as a high-temperature side, and an ORC working medium of a known type on the other, as a low-temperature side
  • the high temperature side may be a high temperature ORC cycle, or one
  • High-temperature circuit may also be an ORC cycle, which is operated at a temperature of more than 100 ° C.
  • ORC cycle which is operated at a temperature of more than 100 ° C.
  • Evaporator media for high temperature ORC plants are known and available for temperatures as high as 350 ° C.
  • water / steam is more suitable.
  • the high-temperature circuit is a steam cycle with a
  • Piston engine is. This is suitable
  • the low-temperature ORC cycle i. the
  • Evaporator medium thereof is supplied with heat energy, at a temperature level of less than 100 ° C. This is due to waste heat at the condenser and / or at the cooling interfaces of the high temperature circuit.
  • the integrative process does not carry out any conventional coolers but rather the coolers and / or
  • Capacitors are not connected to conventional heat exchangers for feeding the Niedetempertaur Vietnamese Agriculturees, but the radiator and / or capacitors of the
  • High temperature range are designed directly as a heat exchanger or evaporator of the low temperature range.
  • Groundwater aquifer of the soil is fed, and immediately or at a later date this stored there low-temperature residual heat is used by a heat pump and geothermal or geothermal probes, and is used to operate a building heating or preheating the ORC cycle.
  • This residual heat is not “destroyed” but rather stored as heat storage by the discharge into the soil, where it can be retrieved at a later time and brought to a usable temperature level by means of a heat pump
  • Heat pump achieved heat can optionally as
  • Core of the device according to the invention is that the device a first working media circuit as a high-temperature circuit and another
  • Combustion heat is converted into electrical energy, and that the condenser and / or cooler of the
  • the high-temperature circuit is a high-temperature ORC circuit which can be operated at a temperature of more than 100 ° C. with a corresponding high-temperature ORC working medium.
  • High temperature range is known to be operable with organic working fluids up to 350 ° C.
  • the high-temperature circuit is a steam cycle. This particular in the event that
  • Evaporator temperatures of about 500 ° C can be achieved.
  • steam engines can be used, so that in the high-temperature circuit a
  • Piston engine converts the energy of the working medium.
  • the working medium is operated at a temperature of less than 100 ° C. in the low-temperature ORC cycle.
  • the low-temperature residual heat either directly or after introduction into a heat reservoir eg via ground probes the aquifer can be fed, and there by the
  • FIG. 1 Overview of the integration of high temperature and low temperature circuit
  • FIG. 2 exemplary embodiment with heat reservoir
  • FIG. 1 shows a clear representation of the division into high-temperature circulation . , (HT) 1 and Low temperature circuit (NT) 2.
  • High-temperature cycle is achieved by combustion of particular biomass energy sources such as pellets, dusty biomass and / or biogas, a temperature of up to 1000 ° C in the combustion chamber.
  • biomass energy sources such as pellets, dusty biomass and / or biogas
  • Pressure medium of the high-temperature circuit 1 is vaporized at a temperature up to about 500 ° C.
  • Transfer of the heat of combustion at 1,000 ° C to the working or pressure medium at only 500 ° C includes the enthalpy of vaporization.
  • Working fluid temperatures of well over 500 ° C are thermodynamic
  • Heat of combustion is heated, a turbine-generator arrangement or a work machine-generator arrangement. Included in the circuit is also a condenser, or a heat exchanger combined therewith, which decouples this waste heat from the high-temperature circuit 1 into a second low-temperature circuit 2, i. in a local
  • This low-temperature circuit 2 also contains the said evaporator, as well as a
  • Turbine Generator Arrangement or Work Machine Generator Arrangement.
  • the condenser of the high-temperature circuit 1 is structurally in the evaporator of the low-temperature circuit second
  • the working medium is advantageously organic ORC working medium used. This can typically be used between about 70 ° C to 350 ° C.
  • the said integrated condenser / evaporator unit between the two circuits 1 and 2 is
  • Condensator side flows through the first working medium (water vapor) and the evaporator side of the second
  • Residual heat is virtually no longer verstrombar at this temperature level.
  • Low-temperature circuit 2 is supplied at the temperature level of about 20 ° C a heat storage, where, for example raised by a heat pump, the temperature level and, for example, can serve for heat supply in a building.
  • the cooler 4 may have a thermal transition to a heat storage in the form of the aquifer. This accumulating waste heat would be fed into the soil, and in an existing heat pump 5 back to a usable heating technology
  • Circuits electrical energy As shown in FIG. 2, directly usable heating heat is generated in addition to electrical energy.

Abstract

Verfahren und Einrichtung zur Energieerzeugung insbesondere aus Biomasse oder Biomasse-Energieträgern, gemäß Oberbegrif der Patentansprüche 1 und 9. Um hierbei einen größeren Gesamtwirkungsgrad bei der Bilanz einer gesamten Energieerzeugungseinrichtung zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Verfahren ein INTEGRIERTES 2-stufiges Energieerzeugungsverfahren ist, in welchem in zwei thermisch gekoppelten aber ansonsten unabhängigen thermodynami sehen Kreisprozessen zwei unterschiedliche Arbeitsmedien eingesetzt werden, und in der besagten ersten Stufe in einem Hochtemperatur-Kreislauf (HT) eine Entspannungsmaschine oder eine erste Turbine betrieben mit dem ersten Arbeitmedium wird, die mit einem ersten stromerzeugenden Generator verbunden ist, und dass die Abwärme insbesondere durch Kühlung des Hochtemperatur-Kreislaufes in einem zweiten, als Niedertemperaturkreislauf (NT) arbeitenden Kreisprozess nachverstromt wird.

Description

Verfahren und Einrichtung zur Energieerzeugung insbesondere aus Biomasse oder Biomasseenergietragern
Verfahren und Einrichtung zur Energieerzeugung
insbesondere aus Biomasse oder Biomasse -Energieträgern, gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 9.
Bei der Direktverbrennung von Biomasse oder Biomasse - Energieträgern wie Biogas oder Biotreibstoffen wird Wärmeenergie aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen, die in Strom umgewandelt werden kann. Da die
Primärenergieträger in diesem Falle bis auf ihren
Gestehungsprozess als C02-neutral gelten, gilt dies auch für den daraus produzierten Strom.
Insbesondere wegen der besagten C02-Betrachtung ist es besonders wichtig gerade solche Energie- bzw
Stromerzeugungsprozesse im Wirkungsgrad stets zu
optimieren.
So ist es bekannt, Abwärme aus jeglichen Energieprozessen auch im Fall von anfallender Abwärme mit ORC-Prozessen nachzuverströmen, so wie dies auch aus der DE 10 2006 043 518 AI bekannt ist.
Die Bezeichnung ORC meint „Organic-rankine-eyele" .
Damit sind Verfahren gemeint, die eine Turbine oder eine Arbeitsmaschine mit einem organischen, leicht verdamfenden Arbeitsmedium statt mit Wasserdampf antreiben.
RC dagegen meint nur Rankine-Cycle, wobei hier derselbe thermodynamische Kreisprozess vollzogen wird, jedoch nicht mit einem organischen Arbeitsmedium.
Die Möglichkeit der generellen Abwärmeverstromung kann also mit Hilfe von Niedertemperatur-ORC-Verfahren vorgenommen werden. Die Betriebstemperaturen zur
Verdampfung eines organischen Mediums liegen dabei bei unter 100°C.
So können solche Niedertemperatur-ORC-Anlagen an eine Abwärmequelle angeschlossen werden, die in diesem
Temperaturbereich Abwärme liefern.
Hierbei müssen jedoch weitere Wärmeverluste bei der Ankopplung einer solchen ORC-Einrichtung vermieden werden.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art dahingehend weiter zu entwickeln, dass insgesamt ein größerer *Gesamtwirkungsgrad bei der Bilanz einer gesamten Energieerzeugungseinrichtung entsteht .
Die gestellte Aufgabe ist bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die
kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst .
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 8 angegeben. Im Hinblick auf eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art ist die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 9 gelöst . Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Einrichtung bzw des Systems sind in den übrigen abhängigen Ansprüchen angegeben .
Kern der verfahrensgemäßen Erfindung ist, dass das
Verfahren ein INTEGRIERTES 2 -stufiges
Energieerzeugungsverfahren ist, in welchem in zwei thermisch gekoppelten aber ansonsten unabhängigen thermodynam sehen Kreisprozessen zwei unterschiedliche Arbeitsmedien eingesetzt werden, und in der besagten ersten Stufe in einem Hochtemperatur-Kreislauf (HT) eine Entspannungsmaschine oder eine erste Turbine mit dem ersten Arbeitsmedium betrieben wird, die mit einem ersten stromerzeugenden Generator verbunden ist, und dass die Abwärme insbesondere durch Kühlung/Kondensation im
Hochtemperatur-Kreislauf in einem zweiten, als
Niedertemperaturkreislauf (NT) arbeitenden Kreisprozess nachverstromt wird.
Wesentlich ist hierbei, dass zwei thermodynamisch gekoppelte, aber ansonsten unabhängige Prozesse
integriert werden, bei denen zwei unabhängige
Arbeitsmedien verwendet werden. Im einfachsten Fall ist dies Wasserdampf auf der einen, als Hochtemperaturseite betriebenen Seite, und ein ORC-Arbeitsmedium bekannter Art auf der anderen , als Niedertemperaturseite
betriebenen Seite .
Auf der Hochtemperaturseite wird vom Arbeitsmedium direkt eine Entspannungsmaschine, bspw eine Dampfkolbenmaschine , oder eine Turbine beströmt, die mechanisch mit einem Generator versehen oder gekoppelt ist, welcher aus der Bewegung Strom erzeugt. Dies betrifft die sogenannte Hochtemperaturseite. Die Hochtemperaturseite kann ein Hochtemperatur ORC-Kreislauf sein, oder ein
Wasserdampfkreislauf . In einem nachfolgenden Prozess wird die im Hochtemperatur-Kreislauf anfallende Abwärme, im wesentlichen am Kondensator, für die thermische Speisung eines Verdampfers eines Niedertemperatur-ORC-Kreislaufes genutzt. So wird zweistufig sowohl die
Hochtemperaturwärme als auch die ansonsten abfallende Niedertemperaturwärme verströmt, wobei aber verschiedene Arbeitsmedien verwendet werden.
Dabei entsteht erfindungsgemäß im Ergebnis also ein
INTEGRIERTES 2 -stufiges Energieerzeugungsverf hren. Der Unterschied ist die direkte Ankopplung der nutzbaren Abwärme der ersten Energieerzeugungsstufe.
Intergiertes Verfahren meint letztlich körperhaft, also auch gemäß der struturellen Merkmale der weiter unter noch beschriebenen Einrichtungsmerkmale, dass die
Integration soweit gehen kann, dass bspw der oder die Kühler der ersten (Hochtemperatur-)
Energieerzeugungseinrichtung bzw Verfahren keine
bekannten Kühler als solche mehr sind, sondern
integrierte Verdampfer für einen Zweitkreislauf auf
Niedertemperatur. D.h. die Kühlung einer
Verbrennungsmaschine etc erfolgt dabei nicht über
Luftkühlung. Im Fall der Erfindung sind die Kühler DIREKT durch Verdampfer ersetzt . Diese INTEGRATIVE Lösung ist erheblich energieeffizienter bei der nachgeschalteten Nutzung von Abwärme . In vorteilhafter Weise ist angegeben, dass der
Hochtemperatur-Kreislauf ebenfalls ein ORC-Kreislauf sein kann, der bei einer Temperatur von mehr als 100 °C betrieben wird. Solche Arbeits- d.h. Verdampfermedien für Hochtemperatur-ORC-Anlagen sind für Temperaturen sogar bis 350°C bekannt und verfügbar. Für höhere Temperaturen ist Wasser/Wasserdampf eher geeignet.
Alternativ dazu ist vorgesehen, dass der Hochtemperatur- Kreislauf ein Wasserdampfkreislauf mit einer
Kolbenkraftmaschine ist. Dieser ist geeignet
Verdampfertemperaturen bis 500°C zu fahren, bspw nach dem Vorbild bekannter klassischer Dampfmaschinen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Niedertemperatur-ORC-Kreislauf , d.h. das
Verdampfermedium desselben mit Wärmeenergie gespeist wird, bei einem Temperaturniveau von weniger als 100°C. Dies liegt als Abwärme am Kondensator und oder an den Kühlschnittstellen des Hochtemperatur-Kreislaufes an. Durch das integrative Verfahren werden keine üblichen Kühler ausgeführt, sondern die Kühler und/oder
Kondensatoren sind nicht mit herkömmlichen Wärmetauschern zur Speisung des Niedetempertaurkreislaufes verbunden, sondern die Kühler und/oder Kondensatoren des
Hochtemperaturbereiches sind direkt als Wärmetauscher bzw als Verdampfer des Niedertemperaturbereiches ausgeführt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die Niedertemperatur- Rest- oder -Abwärme des
Niedertemperatur-ORC-Kreislaufes von ca 20°C
ausschließlich an Luft gekühlt wird.
Alternativ dazu kann aber auch eine dreistufige Wärmenutzung erfolgen, indem die Niedertemperatur- Restwärme entweder direkt, oder nach Einleitung in ein Wärmereservoir durch den Einsatz einer Wärmepumpe nachfolgend als Heizwärme genutzt wird.
Dies führt zu einer weiteren Erhöhung der
Wirtschaftlichkeit .
Besonders vorteilhaft ist ausgestaltet, dass die
Restwärme direkt ins Erdreich, oder in den
Grundwasserleiter des Erdreiches eingespeist wird, und sofort oder zu einem späteren Zeitpunkt diese dort gespeicherte Niedertemperaturrestwärme mittels einer Wärmepumpe und Erdkollektoren oder Erdsonden genutzt wird, und zum Betrieb einer Gebäudeheizung oder zur Vorheizung des ORC-Kreislaufes eingesetzt wird.
Diese Restwärme wird dabei nicht „vernichtet" sondern durch die Einleitung ins Erdreich quasi als Wärmespeicher gespeichert. Dort kann sie zu einem späteren Zeitpunkt abgerufen und mittels einer Wärmepumpe auf ein nutzbares Temperaturniveau gebracht werden. Diese von der
Wärmepumpe erzielte Wärme kann dabei wahlweise als
Vorheizung der ORC-Prozesses, und/oder zur direkten Heizung bspw eines Gebäudes herangezogen werden.
Kern der einrichtungsgemäßen Erfindung ist, dass die Einrichtung einen ersten Arbeitsmedien-Kreislauf als Hochtemperaturkreislauf und einen weiteren
Niedertemperaturkreislauf als ORC-Kreislauf aufweist, dass im Hochtemperaturkreislauf insbesondere Biomasse als nachwachsender Rohstoff verbrannt und die
Verbrennungswärme in elektrische Energie umgewandelt wird, und dass der Kondensator und/oder Kühler des
Hochtemperatur-Kreislaufes direkt als Verdampfer des ORC- Kreislaufes betreibbar ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass der Hochtemperatur-Kreislauf ein Hochtemperatur-ORC- Kreislauf ist, der bei einer Temperatur von mehr als 100 °C mit einem entsprechenden Hochtemperatur-ORC- Arbeitsmedium betreibbar ist. Dieser
Hochtemperaturbereich ist mit organischen Arbeitsmedien bekanntermaßen bis 350 °C betreibbar.
Dabei kann alternativ vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Hochtemperatur-Kreislauf ein Wasserdampfkreislauf ist. Dies insbesondere für den Fall, dass
Verdampfertemperaturen von ca 500°C erreicht werden.
Für den Hochtemperaturbereich lassen sich Dampfmaschinen einsetzen, so dass im Hochtemperaturkreislauf eine
Kolbenkraftmaschine die Energie des Arbeitsmediums umsetzt .
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass im
Hochtemperaturkreislauf eine Turbine die Energie des Arbeitmediums umsetzt.
Für die nachrangige Stufe des Niedertemperaturbereiches ist vorgesehen, dass im Niedertemperatur-ORC-Kreislauf das Arbeitsmedium bei einer Temperatur von weniger als 100 °C betrieben wird.
Die baulich integrative Anordnung und Kopplung des
Hochtemperaturbereiches mit dem Niedertemperaturbereich erhöht den Wirkungsgrad enorm, weil die
Wärmekopplungsstelle zwischen Hochtemperatur (HT) und Niedertemperatur (NT) nicht mehr über eine Kopplung von HT-Kondensator mit Wärmetauscher mit NT-Verdampfer erfolgt, sondern stattdessen der HT-Kondensator zugleich der NT-Verdampfer ist. Weiterhin ist ausgestaltet, dass die qua Umwandlung in elektrische Energie nicht mehr nutzbare Niedertemperatur- Rest- oder -Abwärme des Niedertemperatur-ORC-Kreislaufes von ca 20°C mittels eines luftumströmten Kühlers
abgeführt wird.
Alternativ dazu kann aber auch eine dritte
Wärmenutzungsstufe wahrgenommen werden, indem
die Niedertemperatur-Restwärme entweder direkt, oder nach Einleitung in ein Wärmereservoir bspw über Erdsonden dem Grundwasserleiter zuführbar ist, und dort durch den
Einsatz einer Wärmepumpe wieder abrufbar und als
thermisch angehobene Wärme wieder verfügbar ist.
So wird diese mit in ein natürlich vorhandenes Reservoir eingespeist. Das dort angehobene Temperaturniveau wird dann energetisch durch eine angeschlossene Wärmepumpe genutzt, um Wärme zu erzeugen.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher erläutert .
Es zeigt :
Figur 1 : Übersicht über die Einbindung von Hochtemperatur und Niedertemperatur-Kreislauf
Figur 2: Ausführungsbeispiel mit Wärmereservoir
Figur 1 zeigt in einer übersichtlichen Darstellung die Teilung in Hochtemperturkreislauf. , (HT) 1 und Niedertemperaturkreislauf (NT) 2. Im
Hochtemperaturkreislauf wird durch Verbrennung von insbesondere Biomasse-Energieträgern wie Pellets, staubförmige Biomasse und/oder Biogas eine Temperatur von bis zu 1.000 °C im Verbrennungsraum erreicht. Das
Druckmedium des Hochtemperaturkreislaufes 1 wird dabei mit einer Temperatur bis ca 500 °C verdampft. Die
Übertragung der Verbrennungswärme bei 1.000 °C auf das Arbeits- oder Druckmedium bei nur 500°C umfasst die Verdampfungsenthalpie. Arbeitsmedientemperatur von deutlich mehr als 500°C sind aus thermodynamisehen
Gründen nicht praktikabel. Arbeitsmedium für diesen Hochtemperaturkreislauf ist in diesem hohen
Temperaturbereich Wasserdampf. Der nur schematisch dargestellte Hochtemperaturkreislauf 1 besteht in bekannter Weise aus einem Verdampfer, der von der
Verbrennungswärme beheizt wird, eine Turbine-Generator- Anordnung oder eine Arbeitsmaschine-Generator-Anordnung. Im Kreislauf enthalten ist auch ein Kondensator, bzw ein damit kombinierter Wärmetauscher, der diese Abwärme aus dem Hochtemperaturkreislauf 1 auskoppelt in einen zweiten Niedertemperaturkreislauf 2, d.h. in einen dortigen
Verdampfer einspeist. Dieser Niedertemperaturkreislauf 2 enthält ebenso den besagten Verdampfer, sowie eine
Turbine-Generator-Anordnung oder Arbeitsmaschine- Generator-Anordnung .
In vorteilhafter aber nicht zwanghafter Weise ist der Kondensator des Hochtemperatur-Kreislaufes 1 baulich in den Verdampfer des Niedertemperaturkreislaufes 2
integriert, um eine möglichst effektive Übertragung der Niedertemperaturabwärme zu gewährleisten. Im besagten Niedertemperatur-Kreislauf 2 wird in vorteilhafter Weise das Arbeitsmedium organisches ORC-Arbeitsmedium eingesetzt. Dies kann typischerweise zwischen ca 70 °C bis 350°C eingesetzt werden.
Die besagte integrierte Kondensator/Verdampfer-Einheit zwischen den beiden Kreisläufen 1 und 2 wird
kondensatorseitig vom ersten Arbeitsmedium (Wasserdampf) durchströmt und verdampferseitig vom zweiten
Arbeitsmedium ORC-Arbeitsmedium durchströmt. Somit ist diese genannte integrierte Bauweise von
Kondensator/Verdampfer beim erfindungsgemäßen
zweistufigen Erzeugungsprozess von elektrischer Energie eine Art Wärmetauscher zwischen beiden Kreisläufen bzw Kreisprozessen 1 und 2. Dieser ist nach außen hin aber thermisch isoliert. Das Besondere ist hierbei, dass diese kombinierte bzw integrierte Kondensator/Verdampfereinheit von zwei verschiedenen Arbeitsmedien durchströmt werden . Hochtemperaturseitig kann dies Wasserdampf oder
Hochtemperatur-ORC-Medium sein, und sekündarseitig
Niedertemperatur-ORC-Medium .
Die im Niedertemperaturkreislauf anfallende Restwärme am Kondensator, d.h. an einem Kühler 4 wird hingegen zu einem quasi unendlichen Wärmereservoir hin gekühlt, und dies auf einem Temperaturniveau von ca 20°C. Diese
Restwärme ist auf diesem Temperaturniveau quasi nicht mehr verstrombar.
Figur 2 zeigt jedoch ein besonderes
Ausgestaltungsbeispiel, bei welchem die am Kühler 4 bzw am Kondensator anfallende Restwärme des
Niedertemperaturkreislaufes 2 auf dem Temperaturniveau von ca 20°C einem Wärmespeicher zugeführt wird, wo bspw durch eine Wärmepumpe das Temperaturniveau angehoben und bspw zur Wärmespeisung in einem Gebäude dienen kann.
Hierzu kann der Kühler 4 einen thermischen Übergang zu einem Wärmespeicher in Form des Grundwasserleiters haben. Dabei würde diese anfallende Abwärme in das Erdreich eingespeist, und bei einer vorhandenen Wärmepumpe 5 wieder auf ein heiztechnisch verwendbares
Temperaturniveau angehoben werden. Die Darstellung nach Figur 1 erzeugt aus den beiden
Kreisläufen elektrische Energie. Gemäß der Darstellung nach Figur 2 wird außer elektrischer Energie auch noch direkt nutzbare Heizwärme erzeugt.
szeichen
1 Hochtemperaturprozess (HT) , erstes Arbeitsmedi
2 Niedertemperaturprozess (NT) , zweites
Arbeitsmedium
3 Erzeugung elektrische Energie aus Wärme
4 Kühler
5 Wärmepumpe

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren bei welchem durch Verbrennung,
insbesondere von Biomasse als nachwachsender Rohstoff erzeugte Wärme in elektrische Energie umgewandelt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verfahren ein INTEGRIERTES 2-stufiges Energieerzeugungsverfahren ist, in welchem in zwei thermisch gekoppelten aber ansonsten unabhängigen thermodynamisehen Kreisprozessen zwei unterschiedliche Arbeitsmedien eingesetzt werden, und in der besagten ersten Stufe in einem Hochtemperatur-Kreislauf (HT) eine
Entspannungsmaschine oder eine erste Turbine mit dem ersten Arbeitmedium betrieben wird, die mit einem ersten stromerzeugenden Generator
verbunden ist, und dass die Abwärme insbesondere durch Kühlung des Hochtemperatur-Kreislaufes in einem zweiten, als Niedertemperaturkreislauf (NT) arbeitenden Kreisprozess nachverstromt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kühlung oder Kondensation im HT- Kreislauf und die Verdampfung im NT-Kreislauf in einer gemeinsamen kombinierten
Kondesator/Verdampfer-Einheit vorgenommen wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Hochtemperatur-Kreislauf ebenfalls ein ORC-Kreislauf ist, der bei einer Temperatur von mehr als 100 °C betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperatur- Kreislauf ein Wasserdampfkreislauf mit einer Dampfkolbenmaschine ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Niedertemperatur-ORC-Kreislauf bei einer Temperatur von weniger als 100 °C
betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Niedertemperatur- Rest- oder -Abwärme des Niedertemperatur-ORC-Kreislaufes von ca 20°C an Luft ausschließlich an Luft gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 , 4 oder 5 ,:
dadurch gekennzeichnet,
dass die Niedertemperatur-Restwärme entweder direkt, oder nach Einleitung in ein
Wärmereservoir durch den Einsatz einer
Wärmepumpe als Heizwärme genutzt wird. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Restwärme direkt ins Erdreich, oder in den Grundwasserleiter des Erdreiches eingespeist wird, und sofort oder zu einem späteren
Zeitpunkt diese dort gespeicherte
Niedertemperaturrestwärme mittels einer
Wärmepumpe mit Erdkollektoren oder Erdsonden genutzt wird, und zum Betrieb einer
Gebäudeheizung oder zur Vorheizung des ORC- Kreislaufes eingesetzt wird.
Einrichtung zur Erzeugung von elektrischer
Energie aus Verbrennung, insbesondere bei
Verbrennung von Biomasse oder Energieträgern aus Biomasse ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Einrichtung einen ersten Arbeitsmedien- Kreislauf als Hochtemperaturkreislauf und einen weiteren Niedertemperaturkreislauf als ORC- Kreislauf aufweist, und dass in beiden thermisch gekoppelten, aber ansonsten unabhängigen
Kreisprozesse unterschiedliche Arbeitsmedien aufweisen.
10. Einrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Hochtemperaturkreislauf (1) insbesondere Biomasse als nachwachsender Rohstoff verbrannt und die Verbrennungswärme in elektrische Energie umgewandelt wird, und dass der Kondensator und/oder Kühler des Hochtemperatur-Kreislaufes (1) direkt als Wärmetauscher ausgebildet ist, über welchen der Verdampfer des
Niedertemperatur-ORC-Kreislaufes (2) direkt betreibbar ist.
11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Hochtemperatur-Kreislauf ein
Hochtemperatur-ORC-Kreislauf ist, der bei einer Temperatur von mehr als 100 °C mit einem
entsprechenden Hochtemperatur-ORC-Arbeitsmedium betreibbar ist .
12. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Hochtemperatur-Kreislauf ein
" Wasserdampfkreislauf .
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
dass im Hochtemperaturkreislauf eine
Kolbenkraftmaschine die Energie des
Arbeitsmediums umsetzt.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
dass im Hochtemperaturkreislauf eine Turbine die Energie des Arbeitsmediums umsetzt.
15. Einrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche ,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Niedertemperatur-O C-Kreislauf das Arbeitmedium bei einer Temperatur von weniger als 100 °C betrieben wird.
16. Einrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass die Niedertemperatur- Rest- oder -Abwärme des Niedertemperatur-ORC-Kreislaufes von ca 20°C mittels eines luftumströmten Kühlers abgeführt wird.
17. Einrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche ,
dadurch gekennzeichnet,
'dass die Niedertemperatur-Restwärme 1 entweder direkt, oder nach Einleitung in ein
Wärmereservoir bspw über Erdsonden dem
Grundwasserleiter zuführbar ist, und dort durch den Einsatz einer Wärmepumpe wieder abrufbar und als thermisch angehobene Wärme wieder verfübgbar ist .
PCT/EP2010/005411 2009-09-04 2010-09-03 Verfahren und einrichtung zur energieerzeugung insbesondere aus biomasse oder biomasseenergieträgern WO2011026633A2 (de)

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