DE102004030717A1

DE102004030717A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Speicherung von geothermer und regenerativer Energie durch die Umwandlung in chemische Energie

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Publication number: DE102004030717A1
Application number: DE102004030717A
Authority: DE
Inventors: Guenter Mayer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-06-25
Filing date: 2004-06-25
Publication date: 2006-01-19

Abstract

In einem Verfahren und einer Vorrichtung wird geotherme und regenerative Energie in elektrische Energie umgewandelt und in ein Stromnetz eingespeist, wobei ein Überschuss an elektrisch erzeugter Energie mithilfe von Kohlendioxid in einen Kohlenwasserstoff und in einen Alkohol gewandelt, als chemische Energie in einem Behältnis gespeichert wird. Die im Behältnis gespeicherte Energie wird zur bedarfsabhängigen Regelung in einem Verstromungsprozess in elektrische Energie zurückgewandelt, während mit dem Überschuss an chemisch gespeicherter Energie eine Erdgas-Pipeline mit synthetisch hergestelltem Methan gespeist und mit dem Überschuss aus zurückgewandelter elektrischer Energie Wasserstoff für eine Abfüllvorrichtung erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Umwandlung und Speicherung von Energie, beispielsweise der aus regenerativen und geothermen Energiequellen, zum Beispiel die Wasserkraftenergie, Windenergie, Sonnenenergie, Gezeitenenergie und Geothermieenergie, wie beispielsweise aus Wasserkraftwerken, Windkraft-Anlagen, Photovoltaik-Anlagen, Gezeiten-Kraftwerken und Geothermie-Kraftwerken durch die Wandlung in chemische Energie mit Hilfe von Elektrizität und Kohlendioxid, welche bedarfsabhängig als chemische und als elektrische Energie wieder abgegeben wird.

Die Erschließung und die Nutzbarmachung alternativer, geothermer und regenerativer Energiequellen, wie beispielsweise der Erdwärme, der Wind- und Gezeitenenergie parallel zur konventionellen Energieerzeugung gewinnt vor dem Hintergrund sich langfristig erschöpfender fossiler Brennstoffe und der Erderwärmung durch Klimagase immer mehr an Bedeutung.

Da im Bereich der geothermen und der regenerativen Energiequellen, insbesondere der Erdwärme, der Wind-, Strömungs- und Gezeiten-Energie sowie der Solar- und der Sonnenenergie, die Energiewandlung jedoch stets unabhängig vom jeweiligen Bedarf erfolgt, besteht hier der Bedarf nach einem wirtschaftlichen und effizienten Verfahren zur Energiezwischenspeicherung.

Reicht beispielsweise bei Standortbedingten Witterungsverhältnissen eine Blattwinkelverstellung der Rotorblätter einer Windkraftanlage nicht mehr aus, um auf tretende Windstärkeunterschiede auszugleichen, so kann für gewöhnlich nicht die volle zur Verfügung stehende Leistung umgewandelt werden, wodurch eine vergleichsweise große Energiemenge nicht gewonnen werden kann.

Bei einem Geothermie-Kraftwerk ist die Stromproduktion hingegen weitgehend konstant, wogegen die Nachfrage durch den Verbraucher tageszeitabhängig schwankt, so dass in Zeiten geringer Nachfrage ein Teil der Energie ungenutzt bleibt.

Um Schwankungen zwischen der Energieerzeugung und der Energieverwertung besser ausgleichen zu können, ist ein Speichermedium erforderlich, das eine zeitweilig überschüssige Energiemenge für einen begrenzten Zeitraum aufnehmen kann, um sie dann bei Bedarf, beispielsweise bei Spitzenlast, wieder abzugeben.

Für die Energiespeicherung sind verschiedene Verfahren bekannt, wie beispielsweise Schwungmassenspeicher, supraleitende magnetische Energiespeicher, Batteriespeicherungsanlagen sowie chemische Energiespeicher auf Wasserstoffbasis.

Die DE 101 07 559 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur bedarfsgerechten Regelung der Ausgangsleistung eines küstennahen Hochsee-Kraftwerks. Zur Glättung der Ausgangsleistung eines derartigen Kraftwerks wird vorgeschlagen, die Überschüsse aus der regenerativen Energieerzeugung durch Wasserelektrolyse in Form von Wasserstoff und Sauerstoff zu erzeugen und in jeweils gasförmigen Zustand zu speichern. Im Bedarfsfall werden der gespeicherte Wasserstoff und der Sauerstoff einer Brennstoffzelle zugeführt und verstromt.

Ein solches Konzept zeigt jedoch Schwächen in der Praxis. Beispielsweise der Drucktank für das Speichern des Wasserstoffs hat den Nachteil, dass er aus Stabilitätsgründen keine beliebig großen Ausmaße annehmen kann und aufgrund seines dicken Gehäusemantels große Mengen an Material beansprucht. Bei der Speicherung des Wasserstoffs in Drucktanks, deren Ladedruck üblicherweise den Wert von ca. 200bar nicht übersteigt, schlägt sich die erforderliche Wandstärke der Drucktanks stark auf der Kostenseite nieder. Um einen Verbrauchszyklus mit Wasserstoff als Energiespeicher für regenerative Energie nachbilden zu können, sind Speichervolumen mit sehr großem Fassungsvermögen erforderlich. Wird der Wasserstoff wie vorgeschlagen, in Behältern druckbeladen gespeichert, so sind in der Praxis große Mengen an Drucktank-Batterien erforderlich, welche ihrerseits wieder aus einer Vielzahl von einzelnen Drucktanks bestehen und damit ein sehr verästeltes Rohrleitungs-System bilden. Ein solches System ist aufgrund seiner Verzweigungen jedoch sehr leckageanfällig und damit sehr wartungsintensiv, wodurch es nur bedingt praxistauglich ist.

Eine Verflüssigung des Wasserstoffs ist ebenso möglich, jedoch ist hierfür sehr viel Energie aufzuwenden, um ihn derart zu kühlen, dass er verflüssigt. Zudem ist durch den zeitlich versetzten Massenstrom zwischen der Speicherung und der Entnahme, die Rückgewinnung der im Wasserstoff gespeicherten Enthalpie mangels eines korrespondierenden Massenstroms nicht gegeben, so dass die im Wasserstoff gespeicherte Enthalpie bei der Entnahme desselben ungenutzt verloren geht.

Auch ist eine Speicherung des Wasserstoffs in Kavernen und Aquiferen möglich. Gegenüber einem Kohlenwasserstoff, wie beispielsweise dem Methan, wirkt sich jedoch die vergleichsweise niedrige Energiedichte des Wasserstoffs nachteilig aus. Dieser besitzt bei atmosphärischem Druck und gleichem Volumen nämlich nur rund 30% der Energie, wie jene, die im Methan enthalten ist. Für die Verpressung in Kavernen und Aquiferen wirkt sich dies in einem um das dreifach höheren Energieaufwand aus. Das bedeutet nicht nur mehr Energie, sondern auch größere Rohrdurch messer und leistungsfähigere Pump-Aggregate.

Eine weitere Alternative zum Flüssigwasserstoff und zum gasförmigen und druckbeladenen Wasserstoff stellt der hydrierte Wasserstoff in einem Metall-Hydrid-Speicher dar. Ein solcher Metall-Hydrid-Speicher hat gegenüber dem Drucktank den Vorteil, dass er mit einem vergleichsweise niedrigen Ladedruck, welcher je nach Legierung zwischen 30 und 50 bar liegt, Wasserstoff in einer Menge zwischen 1 und 2% seines Eigengewichtes speichern kann, was einem Kompressionsdruck von ca. 1.000 bar entspricht. Derartige Legierungen haben jedoch einen gravierenden Nachteil derart, dass sie im Hinblick auf eine lange Verfügbarkeit auf einen extrem reinen Wasserstoff angewiesen sind. Verunreinigungen, wie beispielsweise Feuchte, Schwefel, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, belasten den Metall-Hydrid-Speicher in seiner Funktion sehr. Teilchenkonzentrationen von beispielsweise 50 ppm verringern schon nach wenigen Zyklen die Speicherkapazität sehr deutlich. Nach ca. 100 Zyklen liegt in aller Regel noch eine Speicherkapazität von ca. 50% vor. Bei durchschnittlich mindestens drei Zyklen je Tag wird die Unwirtschaftlichkeit des Metall-Hydrid-Speichers nach spätestens einem Monat erreicht und der Speicher muss voll regeneriert werden. Dazu sind Austriebstemperaturen von ca. 400 bis 500°C erforderlich, durch welche die Verunreinigungen aus der Legierung entfernt und welche für die Dauer von mindestens einer halben bis 2 Stunden gehalten werden müssen. Neben dem Energieaufwand ist es die Regenerationszeit, welche den kontinuierlichen Betrieb einschränkt. Hierbei ist es nicht nur die reine Regenerationszeit, sondern auch die Anwärm- und Abkühlzeit vor und nach der Regenration, in welcher eine Speicherung von regenerativer Energie unmöglich ist und ungenutzt verloren geht.

In der DE 103 07 112 A1 wird ein Speicher-System offenbart, welches aus einer erneuerbaren Energiequelle elektrische Energie bezieht, welche mit einer Vorrichtung zur Erzeugung sowie zur Speicherung von Wasserstoff verbunden ist, wobei der Ausgang des Speichers mit einer Brennstoffzelle als Stromgenerator oder einer Verbrennungsmaschine als Generatorantrieb verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Ausgang des Speichers und dem Eingang der Brennstoffzelle besteht hierbei aus einem Druckregler, welcher den Druck des Speichers auf den des Betriebsdrucks der Brennstoffzelle abregelt.

Obwohl die Aufgabe der Speicherung regenerativer Energie in Form von Wasserstoff im Einzelfall grundsätzlich als gelöst gilt, sind die bekannten Speicher-Verfahren am Beispiel eines küstennahen Kraftwerkes, nur bedingt geeignet und es entstehen bei der Rückwandlung nicht unerhebliche Wandlungsverluste.

Zusammen mit einem zur Elektrolyse eingesetzten Elektrolyseur erreicht beispielsweise eine derartige Brennstoffzellenanordnung einen elektrischen Wirkungsgrad, welcher von den Belastungen des elektrochemischen Wandlers und seiner Gattung abhängt und deutlich unter dem Wert von eins liegt. Der maßgebliche Teil der Energiedifferenz zwischen ausgangsseitig genutzter und eingangsseitig hineingesteckter Energie fällt dabei als Wärme an, welche sowohl der Elektrolyseur als auch die Brennstoffzelle bei der Energiewandlung in Wärme freisetzen und welche an die Umgebung abgegeben wird.

Die Brennstoffzellen, wie beispielsweise die PEM, die AFC und die PAFC erreichen im Volllastbetrieb einen elektrischen Wirkungsgrad, wie er heute von konventionellen Steinkohlekraftwerken erreicht und schon übertroffen wird.

Dagegen weisen Hochtemperatur-Brennstoffzellen, wie beispielsweise die MCFC und die SOFC, welche auf reinen Wasserstoff nicht angewiesen sind, einen elektrischen Wirkungsgrad auf, welcher deutlich über dem eines heutigen Steinkohle-Kraftwerkes liegt. Zusätzlich liefern derartige Brennstoffzellen eine Nutzwärme mit hohem Temperaturgefälle. Diese lässt sich jedoch in einem küstennahen Kraftwerk in aller Regel mangels Abnehmer nicht absetzen und muss daher ungenutzt an die Umgebung abgegeben werden. Weiterhin ist für die Brennstoffzelle im „Stand by"-Betrieb durch eine Heizvorrichtung Wärme vorzuhalten, um sie bei einsetzendem Lastbetrieb rasch wieder als Stromerzeuger betreiben und ans Netz nehmen zu können.

Es besteht daher die Aufgabenstellung nach einem Verfahren und einer Vorrichtung, mit welchem die regenerative Energie, beispielsweise aus einem Wasserkraftwerk, einem Windkraftwerk oder einer Solar-Anlage gespeichert und in Zeiten, in welchen die regenerative Energie nachlässt und eine erhöhte Nachfrage nach elektrischer Energie besteht, als solche wieder abgegeben werden kann und in Zeiten, in welchen die Nachfrage nach elektrischer Energie unzureichend ist und eine erhöhte Nachfrage nach chemischer Energie besteht, die gespeicherte Energie in chemischer Form abgegeben wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung derart gelöst, dass die geotherme und die regenerative Energie in eine elektrische sowie in eine chemische Energie umgewandelt wird, wobei der chemischen Energie Kohlenstoff zugeführt wird, durch welchen die chemische Energie als Gas und als Flüssigkeit gegenüber dem Wasserstoff sowohl eine geringere Flüchtigkeit als auch eine höhere Energiedichte erhält, welche in Behältnissen gespeichert und bei Bedarf diesen wieder entnommen werden kann.

Erfindungsgemäß besteht das Verfahren aus einem im Kreislauf geführten Wandlungs-Prozess, in welchem die geotherme und die regenerative Energie auf die Ebene der elektrischen Energie angehoben und von dort in eine chemische Energie überführt wird, welche im Weiteren als Speichermedium wirkt und durch einen im Kreislauf geführten Kohlenstoff geschärft wird.

In einem ersten Abschnitt des Wandlungs-Prozesses wird beispielsweise die Geothermie in einem Geothermie-Kraftwerk, die Wasserkraft in einer Wasserkraft-Anlage, die Windkraft in einer Windkraft-Anlage, die Gezeitenströmung in einer Gezeiten-Anlage, das Sonnenlicht in einer Voltaik-Anlage und die Solarenergie in einer Solar-Anlage in elektrische Energie umgewandelt. Eine Teilmenge der elektrischen Energie wird beispielsweise in das Stromnetz und eine andere Teilmenge durch einen Wandlungs-Prozess in chemische Energie gewandelt und in einem Behältnis gespeichert.

Die in elektrische Energie umgewandelte geotherme und regenerative Energie wird in einen Elektrolyse-Prozess eingespeist. In einem derartigen Prozess wird Wasser mit Hilfe des Stroms in einem Elektrolyseur oder einer mit Wasser gespeisten PEM-Brennstoffzelle in eine chemische Energie umgewandelt, indem das zugeführte Wasser an den Elektroden der elektrochemischen Zelle in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. An der Anode bildet sich Sauerstoff und an der Kathode Wasserstoff. Die Reaktion der Elektrolyse lautet: Anode: 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e^– Kathode: 2H₂O + 2e^– → H₂ + 2OH^–

Die aus dem Elektrolyse-Prozess resultierenden Spaltprodukte, Wasserstoff und Sauerstoff werden über getrennte Ausgänge aus dem Elektrolyse-Prozess abgeführt.

Die der chemischen Energie des Wasserstoffs innewohnende Energiedichte wird zum Zweck einer effizienteren Speicherung in einem dritten Prozessabschnitt geschärft, indem man den aus der Elektrolyse stammenden Wasserstoff in einem Synthesegas-Prozess mit dem Element Kohlenstoff in einen Kohlenwasserstoff und mit den Elementen Kohlenstoff und Sauerstoff in einen Alkohol wandelt, indem man ihm beispielsweise aus einem Verbrennungs-Prozess Kohlenmonoxid und Kohlendioxid und besonders bevorzugt Kohlendioxid zuführt.

Das Kohlendioxid wird bei dem vorgeschlagenen Verfahren aus einem Vorratsbehälter entnommen, in welchem es vorzugsweise unter Druck eingelagert ist.

Die in Wasserstoff gewandelte Energie wird zusammen mit dem Kohlendioxid aus dem Kohlendioxid-Speicher in einem Synthesegas-Prozess zu einem Kohlenwasserstoff, wie beispielsweise Methan, Oktan, Propan und Butan oder in einen Alkohol, wie beispielsweise Methanol oder Ethanol, umgewandelt.

Stellvertretend für andere Kohlenwasserstoffe und Alkohole wird am Beispiel Methan der Synthesegas-Prozess beschrieben. Die Reaktion lautet: CO + 3H₂ → CH₄ + H₂O und CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O

Das aus dem Synthesegas-Prozess resultierende Produkt Methan wird wahlweise oberirdisch in einem Gasometer, in einem Druckbehälter oder unterirdisch in einer Kaverne oder Aquifere gespeichert, während das anfallende Wasser dem Vorratsbehälter für die Elektrolyse zugeführt wird. Andere Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Oktan, Propan und Butan und die Alkohole, wie beispielsweise Methanol und Ethanol, welche in Flüssigphase vorliegen, werden vorzugsweise oberirdisch in Flüssigtanks gespeichert. Hierzu verfügen die Behältnisse über jeweils eine Zu- und eine Ableitung, welche im Wechsel betrieben werden.

Der Synthesegas-Prozess läuft am Beispiel von Methan beispielsweise in einem adiabaten Reaktor unter stark exothermer Reaktion ab. Über eine den Reaktor umschlingenden und als Wärmetauscher ausgebildeten Kühlschlange wird durch zuströmendes Wasser der Reaktor auf Betriebstemperatur herabgekühlt und die Hitze abgeführt, indem das Wasser die exotherme Energie aufnimmt und verdampft. Die im Dampf gespeicherte Energie wird beispielsweise einer Dampfturbine zugeführt, welche durch den Dampf gespeist, einen Generator antreibt, welcher seinerseits elektrische Energie in das Stromnetz und in den Elektrolyse-Prozess abgibt, durch welchen der Elektrolyse-Prozess weiteren Wasserstoff erzeugt.

Mit der Umwandlung der exothermen Energie aus dem Synthesegas-Prozess in elektrische Energie wird erreicht, dass zumindest ein Teil der Wandlungsverluste aus dem Elektrolyse- und dem Synthesegas-Prozess ausgeglichen wird.

Die Rückwandlung der chemischen in elektrische Energie erfolgt in einem Verstromungs-Prozess, welcher beispielsweise als Brennstoffzellen- oder als thermodynamischer Prozess abläuft.

Die elektrische Energie aus dem Verstromungs-Prozess wird vorzugsweise in das Stromnetz und in den Elektrolyse-Prozess zur Erzeugung von zusätzlichem Wasserstoff für einen zu betreibenden Wasserstoff-Speicher und eines zu betreibenden Wasserstoff-Netzes eingespeist.

Die Rückwandlung der chemischen Energie erfolgt beispielsweise durch eine Brennstoffzelle, wie beispielsweise eine MCFC oder SOFC-Brennstoffzelle, welche beispielsweise direkt mit Methan gespeist werden kann und den für die Verstromung erforderlichen Wasserstoff durch eine interne Reformierung selbst erzeugt sowie durch ein Gas- und Dampf- oder IGCC-Kraftwerk, wobei eine Kombination zwischen dem Gas- und Dampf- oder dem IGCC-Kraftwerk einerseits und der Brennstoffzelle andererseits eine Anhebung des elektrischen Wirkungsgrades bewirkt, indem die in den Abgasströmen der Brennstoffzelle enthaltene Enthalpie in dem Gas- und Dampf- oder IGCC-Kraftwerk ebenfalls verstromt wird, welche ansonsten ungenutzt verloren ginge.

Während man die Kathode der Brennstoffzelle vorzugsweise mit Luft speist und am Anoden-Ausgang ein mit Wasserdampf gesättigtes Kohlendioxidgas erhält, ist es beim Gas- und Dampf-Kraftwerk von Vorteil, wenn es anstelle mit Luft mit reinem Sauerstoff gespeist wird. Mit dem reinen Sauerstoff wird das Methangas, vorzugsweise in einer katalytischen Verbrennung zu einem Gasgemisch aus Kohlendioxid und Wasserdampf umgesetzt, welches nach der Verstromung in einem Kondensator durch Niederschlagung des Wasserdampfes in seine Einzelkomponenten zerlegt wird. Das dem Gas- und Dampf- oder IGCC-Kraftwerk aus der Brennstoffzelle zugeführte Gemisch aus Kohlendioxid und Wasserdampf hat den Vorteil, dass es einerseits die Abwärme der Brennstoffzelle als Enthalpie nebst dem Brenngasschlupf dem Gas- und Dampf- oder IGCC-Kraftwerk zur Verstromung zuführt und andererseits als Kühlmittel dient und eine ansonsten unzulässig hohe Temperatur für die Turbine verhindert.

Das Kondensat erhält der Elektrolyse- und das Kohlendioxid der Synthesegas-Prozess, wobei Letzterer für den Elektrolyse-Prozess weiteres Kondensat als Spaltprodukt liefert, welches vorzugsweise mit Destillationskolonnen dem rohen Koh lenwasserstoff und dem rohen Alkohohl entzogen wird. Damit arbeitet der Verstromungs-Prozess gegenüber der Umwelt emissionsfrei.

Die Rückgewinnung des Kondensats aus beiden Prozessen hat den Vorteil, dass nur kleinste Mengen für das Ausgleichen der Verluste notwendig sind, um den Elektrolyse-Prozesses aufrecht zu halten. Dies begünstigt beispielsweise auch solche Standorte, an welchen ansonsten wegen des Fehlens von ausreichendem Süßwasser ein Betrieb nicht denkbar wäre und in Off-shore und küstennahen Regionen auf kostspielige Meerwasser-Entsalzungs-Anlagen zurückgegriffen werden müsste.

Besteht durch die Verstromung der chemisch gespeicherten Energie ein erhöhter Bedarf an Sauerstoff, beispielsweise dadurch bedingt, dass Teile der zu verstromenden Energie aus einem anderen Prozess stammen, so wird vorgeschlagen, den Mehrbedarf aus der Luft zu decken. Dies kann beispielsweise durch einen Druckwechsel-Adsorptions-, einen Membran- oder einen Kryogen-Prozess erfolgen, welcher beispielsweise mit einer PSA-, Membran- oder Kryogen-Anlage durchgeführt wird.

Während mit zunehmender Auslastung der Brennstoffzelle deren Wirkung nachgibt, ist dies beim Gas- und Dampf- sowie dem IGCC-Kraftwerk gerade umgekehrt der Fall. Die Brennstoffzelle wird daher mit dem Kraftwerk vorzugsweise im Wechsel bzw. mit unterschiedlicher Auslastung betrieben, wobei die Brennstoffzelle vorzugsweise im unteren und das Kraftwerk bevorzugt im oberen Leistungsbereich arbeitet. Dies hat den Vorteil, dass wenn beide Energiewandler aufeinander abgestimmt sind, elektrische Wirkungsgrade von ca. 65 bis zu 75% erreicht werden.

Mit der thermischen Abwärme aus dem Verstromungs-Prozess wird vorzugsweise der Synthesegas-Prozess bei ruhendem Prozess auf Temperatur gehalten.

Dies ist dann angezeigt, wenn der Elektrolyse-Prozess mangels regenerativer Energie eingestellt und im Synthesegas-Prozess kein Energieumsatz an Wasserstoff und Kohlendioxid stattfindet und somit auch keine exotherme Wärme erzeugt wird, durch welche sich der Reaktor auf Temperatur halten kann.

Umgekehrt hält der Synthesegas-Prozess mit seiner auf hohem Temperatur-Niveau bereitstehende Abwärme den Dampf-Teil des Kraftwerks-Prozess zu einem wesentlichen Teil aufrecht, wenn beispielsweise die Windkraft-Anlage die elektrische Energie vollständig an das Stromnetz abgibt und gleichzeitig das Kraftwerk keine zusätzliche Energie abgeben und vom Netz genommen werden kann.

Mit der elektrischen Energie aus dem Verstromungs-Prozess wird der Elektrolyse-Prozess aufrechterhalten, indem man mindestens eine Teilmenge der elektrischen Energie aus dem Verstromungs-Prozess dem Elektrolyse-Prozess zuführt und Wasserstoff erzeugt. Damit ist es möglich, drei verschiedene Energieträger dem Verbraucher gleichzeitig bereit zu stellen, nämlich geschärfte Energie in Form eines Kohlenwasserstoffs und eines Alkohols, als Wasserstoff sowie als elektrischer Strom.

Das erfindungsgemäße Verfahren und seine Vorrichtung hat des Weiteren den Vorteil, dass mit ihm nicht nur die drei Energieträger simultan darstellbar sind, sondern der einzelne Energieträger darüber hinaus in seiner Menge auch derart rückwirkungsfrei einstellbar ist, dass er an anderer Stelle keine Mehr- oder Minderproduktion auslöst.

Damit ist es beispielsweise möglich, nicht nur die gesamte Energie zu speichern, sondern sie auch in verschiedenen Energieformen der Nachfrage angepasst abzugeben. Dies ist dann von Vorteil, wenn beispielsweise keine elektrische Verbind ung zum Verbraucher besteht und die Heranführung einer derartigen Verbindung eine unverhältnismäßig große Investition bedeuten würde. In diesem Falle kann man beispielsweise bei einem Off-shore-Kraftwerk die regenerative Energie anstelle als Wechselstrom als Gleichstrom zur landgestützten Elektrolyseur- und Synthesegas-Anlage übertragen, wodurch wesentliche Einsparungen durch den Austausch eines Wechselstrom-Seekabels durch ein Gleichstrom-Seekabel sowie dem Wegfall eines Gleichrichters vor der Elektrolyse-Anlage erreicht werden.

Die chemische Energie substituiert in diesem Falle als Energieträger die elektrische Energie vollständig. Während man das Methan und den Wasserstoff vorzugsweise über eine Pipeline zum Verbraucher transportiert, werden die flüssigen Kohlenwasserstoffe und die Alkohole vorzugsweise in Behältnissen abgefüllt und per LKW oder Kesselwagen zum Verbraucher gebracht.

Des Weiteren besteht für den Wasserstoff die Möglichkeit, diesen in einer Abfüll-Anlage als Gas in einem Drucktank oder in einem Metall-Hydrid-Speicher sowie als Flüssiggas in einem Isoliertank als Transportmedium abzufüllen.

Schließlich lässt sich eine Nachfrage nach beispielsweise Wasserstoff und Methan individuell derart bedienen, dass man mit der regenerativen Energie einerseits und der gespeicherten Energie andererseits mengenmäßig gerade soviel Wasserstoff und Methan bereitstellt, wie diese beispielsweise in Behältnissen zeitnah für den Verbraucher abgefüllt werden können.

Als weiter vorteilhaft kann angesehen werden, dass der Sauerstoff wie der Wasserstoff aus der Elektrolyse in gleicher Weise abgefüllt werden kann. Während man den aus der Elektrolyseur-Anlage anfallenden Sauerstoff in einer Abfüll-Anlage in Druckflaschen abfüllt, kann man den für den Verstromungs-Prozess erforderlichen Sauerstoff durch einen weniger reinen Sauerstoff aus einer Sauerstoff Gewinnungs-Anlage substituieren. Die Substitution hat den Vorteil, dass der zwangsweise aus dem Elektrolyse-Prozess anfallende Sauerstoff mit einem wesentlich geringerem Aufwand gereinigt und zu einem hochwertigen Produktgas verarbeitet werden kann, als dies mit den ansonsten bekannten Verfahren, wie beispielsweise dem PSA- und dem Kryogen-Verfahren, der Fall wäre. Hierbei ist der im Sauerstoff enthaltene Wasserstoff durch eine katalytische Verbrennung in Wasser umzuwandeln, welches anschließend in einem Adsorptions-Prozess nur noch entzogen werden muss.

Der Wasserstoff und der Sauerstoff aus dem Elektrolyseur oder der PEM-Brennstoffzelle werden vorzugsweise unbehandelt in einem Druckbehälter oder einem Gasometer gespeichert. Die Reinigung und Aufkonzentrierung der beiden Spaltprodukte erfolgt dann vorzugsweise erst kurz vor dem Abfüllprozess. Dies hat den Vorteil, dass der Reinigungs-, der Konzentrations- und der Abfüll-Prozess von dem Wandlungsprozess losgelöst, während des Abfüll-Prozesses kontinuierlich betrieben werden kann.

Das Kohlendioxid für den Synthesegas-Prozess und den Vorratsbehälter liefert beispielsweise eine Pipeline oder ein Kohlenstoff umsetzender Prozess, wie beispielsweise der mit einem mit Methan betriebenen Verstromungs-Prozess, wie beispielsweise der mit einer SOFC oder MCFC-Brennstoffzelle sowie der mit einem Gas- und Dampf-Kraftwerk.

Ein Vorratsbehälter für das Kohlendioxid kann beispielsweise aus einem oberirdischen Druckbehälter bestehen, welcher mit oder ohne Isolation betrieben wird und das Kohlendioxid vorzugsweise im gekühlten Zustand rasch unter seine kritische Temperatur bringt, wodurch es bei Überschreitung des kritischen Drucks verflüssigt. Oder das Kohlendioxid wird unter Druck in einem unterirdischen Behältnis, wie beispielsweise einer Kaverne oder Aquifere, bevorratet. Der Kohlendioxid-Speicher wird vorzugsweise über die Abgasleitung eines Brenners und über eine Pipeline mit Kohlendioxid gespeist, welches über eine Entnahmeleitung wieder entnommen werden kann. Hierzu verfügt das als Kohlendioxid-Speicher ausgebildete Behältnis über mindestens eine Zu- und eine Ableitung, welche im Wechsel mit Kohlendioxid betrieben werden.

Außer der mit Kohlenmonoxid und Kohlendioxid unterhaltenen Verbindung zwischen dem Ausgang des Verstromungs- und dem Eingang des Synthesegas-Prozesses sind zusätzliche Verbindungen mit dem Kohlendioxid-Speicher möglich, welche beispielsweise aus anderen Prozessen weiteres Kohlendioxid liefern. Derartige Verbindungen können beispielsweise Pipelines sein, welche beispielsweise das Kohlendioxid aus Prozess- und Rauchgasen, Kavernen und Aquiferen, natürlichen Kohlendioxid-Quellen, Erdgas- und Erdöl-Lagerstätten herbeiführen.

Durch einen derartig stattfindenden Import ist es beispielsweise möglich, die geotherme und die regenerative Energie nicht nur in eine chemische Energie, wie beispielsweise Methan, zu wandeln, sondern man kann sie dann darüber hinaus auch über große Entfernungen, beispielsweise als Erdgas-Substitut durch Pipelines direkt zum Verbraucher transportieren, wo sie nach bekannter Art wieder gewandelt wird, ohne dass an der Quelle, an welcher die Energiewandlung von regenerativer in chemische Energie stattfand, ein Mangel an Kohlenstoff entsteht.

Die Umwandlung der regenerativen Energie in einen Kohlenwasserstoff oder Alkohol als Speichermedium hat den Vorteil, dass das Speichermedium gegenüber dem Wasserstoff eine wesentlich höhere Energiedichte besitzt. Aufgrund seiner geringen Flüchtigkeit ist beispielsweise Methan das ideale Medium für eine Speicherung in Kavernen und Aquiferen. Des Weiteren lässt es sich problemlos über große Strecken in Pipelines transportieren.

Der alles entscheidende Vorteil liegt jedoch darin, dass insbesondere Methan und Oktan weltweit die bewährtesten und universellsten Energiespeicher mit der größten Verbreitung sind, womit die Verwendung der chemisch gespeicherten Energie ohne speziell zu entwickelnde Rückwandlung direkt erfolgen kann und keiner Anpassung bedarf, wie dies beispielsweise bei Wasserstoff wegen seiner geringeren Energiedichte der Fall ist.

Die Lösung hat außerdem noch einen die Umwelt entlastenden Vorteil derart, dass mit ihr ein weiterer, auf bewährten Energieformen basierender Energiekreislauf aufgebaut werden kann, indem man Kohlendioxid, beispielsweise aus Verbrennungsprozessen, welchem man bis dato keinen besonderen Wert zumaß, zukünftig als Wertstoff verwendet werden kann. Es ist damit beispielsweise möglich, das Kohlendioxid in Energiekreisläufe als Schärfungsmittel einzubinden. Hierzu sind Kohlendioxid-Speicher mit entsprechender Kapazität vorzuhalten. Derartige Kohlendioxid-Speicher werden vorzugsweise über Pipelines mit den Kohlendioxid-Quellen, wie beispielsweise Kraftwerke, Chemiewerken, Stahl-, Keramik- und Zement-Werken verbunden. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass sie nahezu konstant große Mengen an Kohlendioxid emittieren. Diese sind dafür prädestiniert, die Pipeline permanent mit Kohlendioxid zu speisen, indem sie eine Teilmenge des von ihnen ausgestoßenen Rauchgases vor dem Eintritt in die Atmosphäre behandeln und dabei dem Rauchgas eine Teilmenge des beiwohnenden Kohlendioxids entziehen. Damit erreichen die Unternehmen drei Ziele gleichzeitig. Zum einen entziehen sie sich einer CO₂-Straf steuer, wenn ihre Geschäfte gut gehen und sie mehr CO₂ emittieren als ihnen aus einem nationalen Allokationsplan zugeteilt sind. Gleichzeitig können sie CO₂-Rechte verkaufen, wenn sie mehr CO₂ zurückhalten als von ihnen verlangt wird und schließlich stellt das bis dato wertlose Kohlendioxid einen wichtigen Wertstoff für die Zukunft dar, für welchen sich Erlöse erwirtschaften lassen. Die Nachfrage nach Kohlendioxid wird zukünftig umso mehr steigen, je knapper die Erdöl- und Erdgas-Ressourcen werden, da die aus regenerativer Energie bereitgestellten Energieträger verstärkt geschärft werden müssen.

Für die Rückgewinnung von Kohlendioxid aus Prozess- und Rauchgasen bieten sich mehrere Verfahren an, wie beispielsweise der Druck-Wechsel-Adsorptions-Prozess mit einer PSA-Anlage, der Absorptions-Prozess mit einer MEA-Anlage, der Membran-, Permeations- und der Kryogen-Prozess.

Für die Entfeuchtung eines stark mit Wasserdampf gesättigten Kohlendioxids bietet sich beispielsweise eine MCFC-Brennstoffzelle an, mit welcher man das Kohlendioxid aus dem Gasstrom entzieht, indem man das Kohlendioxid unterhaltende Gas der Kathoden-Kammer zuführt. Den Ausgang der Kathoden-Kammer verlässt danach nur ein heißer Wasserdampf, welchen man an einer kühlen Stelle als Kondensat niederschlägt und in einem Wasser-Behälter für den Elektrolyse-Prozess bevorratet.

Auch ist eine Entfeuchtung des Kohlendioxids mit einer Extraktivdestillation mit Hilfe von beispielsweise Glykol möglich.

Die Entfeuchtung des Kohlendioxids hat zwei Vorteile, die sind: a) Das Kohlendioxid im Speicher wird nicht über Gebühr feucht, wodurch sich im Kohlendioxid-Speicher keine größeren Wassermassen ansammeln und die Korrosionsneigung in Metallbehältern technisch beherrschbar bleibt und b) das zurück gewonnene Kondensat eine größere Entnahme von Brunnenwasser für den Elektrolyse-Prozess überflüssig macht. Bei einem Hochsee-Windpark kommt als weiterer wichtiger Vorteil hinzu, dass die erforderliche Meerwasserentsalzungs-Anlage auf ein Minimum zurückgebaut werden kann, da sie nur noch den Schlupf ausgleichen muss.

Die bei der Wandlung anfallenden Verluste, wie beispielsweise die der Abwärme der Elektrolyseur-Anlage und die der Brennstoffzelle werden beispielsweise in einem Links-Prozess mit Hilfe einer Wärmepumpe in Kälte umgewandelt, womit beispielsweise ein für die Bevorratung der chemisch gespeicherten Energie frei aufgestelltes und der direkten Sonneneinstrahlung ausgesetztes Behältnis gekühlt und damit vor einer Überhitzung des Inhalts geschützt werden kann.

Mit einer Teilmenge an Wasser aus dem Wasserbehälter, welche im wesentlichen für den Elektrolyse-Prozess bestimmt ist, lässt sich beispielsweise der Kondensator des Dampfteils vom Gas- und Dampfkraftwerk betreiben, indem beispielsweise das Wasser zur Erzeugung von Verdunstungskälte verwandt wird. Dies hat den Vorteil, dass das Kraftwerk auch fernab von Gewässern und unabhängig von der Jahreszeit ganzjährig betrieben werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Figurenbeschreibungen und den anhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Die weitere Erläuterung und Darlegung der Erfindung erfolgt anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
Die 1 zeigt ein Verfahrensschema zur Energiegewinnung aus einer regenerativen Quelle, welche die regenerative Energie in eine elektrische Energie wandelt und in das Stromnetz einspeist sowie den Überschuss an elektrischer Energie in chemische Energie umwandelt und speichert, welche bei einer Nachfrage als Methan aus dem Speicher entnommen und durch Rückwandlung in Wasserstoff und elektrischer Strom bereitgestellt wird.
Die 2 zeigt einen Teil der Vorrichtung, mit welcher die Energiegewinnung mit einer Windkraft-Anlage und die der Einspeisung in ein Stromnetz sowie die Umwandlung der elektrischen in eine chemische Energie nebst deren Speicherung in einem Behältnis durchgeführt werden.
Die 3 zeigt einen weiteren Teil der Vorrichtung, mit welcher eine Effizienzsteigerung des Umwandlungs-Prozesses von elektrischer in chemische Energie stattfindet, indem die im Dampf gespeicherte exotherme Energie des Synthesegas-Prozesses verstromt und zur weiteren Wasserstoff Erzeugung genutzt wird.
Die 4 zeigt eine Teilansicht der Vorrichtung, in welcher ein Gas- und Dampf-Kraftwerk mit der chemisch gespeicherten Energie gespeist wird und diese für das Stromnetz in elektrische Energie umwandelt, während die Verbrennungsrückstände in einem Kohlendioxid-Speicher und in einem Wasserbehälter gespeichert werden.
Die 5 zeigt einen Teil der Vorrichtung, in welcher die gespeicherte chemische Energie einerseits in Wasserstoff zurückgewandelt und andererseits die chemisch gespeicherte Energie ohne Rückwandlung in ein Erdgas-Netz eingespeist wird, wobei die aus der Rückwandlung resultierenden Verbrennungsprodukte Kohlen dioxid und Wasser zurück gewonnen und gespeichert werden.
Die 6 zeigt schließlich einen Teil der Vorrichtung, mit welcher ein oberirdischer mit Methan gefüllter Drucktank mit einem Kältemittel bei starker Sonneneinstrahlung gekühlt wird.
Die 7 zeigt einen Teil der Vorrichtung, mit welcher Wasserstoff und Sauerstoff für den Verbraucher in Behältnissen abgefüllt wird.
Im Einzelnen zeigt die 1 eine regenerative Energie-Quelle (1a), einen Energie-Wandlungs-Prozess (1c) für die regenerative Energie, einen elektrischen Verbraucher (3), einen Elektrolyse-Prozess (6), einen Wasserstoff-Verbraucher (8), einen Sauerstoff Speicher (10), einen Verbrennungs- und Heiz-Prozess (12), einem thermodynamischen-Prozess (15), einen Methan-Synthesegas-Prozess (18), einen Erdgas-Speicher (20), einen Erdgas-Verbraucher (23), einen verbraucherseitigen Kohlendioxid-Rückgewinnungs-Prozess (25) und einen Kohlendioxid-Speicher (27).
Die regenerative Energie-Quelle (1a) speist über die Verbindung (1b) einen Energie-Wandlungs-Prozess (1c), welcher die regenerative Energie in eine elektrische Energie umwandelt und diese über die Verbindung (2) in einen elektrischen Verbraucher (3) und über die Verbindung (4) in einen Elektrolyse-Prozesses (6) einspeist.
Im Elektrolyse-Prozess (6) wird Wasser durch die zugeführte elektrische Energie in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Der Elektrolyse-Prozess (6) hat drei Ausgänge, wovon über einen Ausgang (9) der Sauerstoff und über die Ausgänge (7 und 17) der Wasserstoff abgeführt wird. Der Elektrolyse-Prozess (6) speist über die Verbindung (9) den Sauerstoff-Speicher (10) mit Sauerstoff und über die Verbindung (17) den Methan-Synthesegas-Prozess (18) mit Wasserstoff. Des Weiteren speist der Wasserstoff-Ausgang des Elektrolyse-Prozesses (6) den Wasserstoff-Abnehmer (8) über die Verbindung (7) mit Wasserstoff.
Der Kohlenstoff für den Synthesegas-Prozess (18) wird demselben in Form von Kohlendioxid zugeführt. Hierzu ist der Eingang des Synthesegas-Prozesses (18) über die Verbindung (28) mit der Entnahmestelle des Kohlendioxid-Speichers (27) verbunden, über welche der Synthesegas-Prozess (18) mit Kohlendioxid gespeist wird.
Der Ausgang des Synthesegas-Prozesses (18) ist über die Verbindung (19) mit dem Erdgas-Speicher (20) verbunden, in welchem das im Synthesegas-Prozess (18) erzeugte Methan gespeichert wird.
In einem Verbrennungs- und Heiz-Prozess (12), welcher zwei Ein- und zwei Ausgänge besitzt, wird Methan mit Sauerstoff verbrannt, wobei die bei der Verbrennung umgewandelte Energie mit Hilfe einer Heizung im Dampf gespeichert wird. Hierzu werden die Eingänge des Verbrennungs- und Heiz-Prozesses (12) über die Verbindung (21) mit Methan aus dem Erdgas-Speicher (20) und über die Verbindung (11) mit Sauerstoff aus dem Sauerstoff-Speicher (10) gespeist.
Beide, Methan und Sauerstoff, verbrennen im Verbrennungs- und Heiz-Prozess (12) zu Kohlendioxid, welches über die Verbindung (13) abgeführt wird. Diese ist mit dem Eingang des Kohlendioxid-Speichers (27) verbunden, in welchem das Kohlendioxid gespeichert wird, während über den zweiten Ausgang die Energie in Form von vorgespanntem Dampf für den thermodynamischen Prozess (15) bereitgestellt wird.
Der thermodynamische Prozess (15) besitzt einen Eingang und zwei Ausgänge. Über den Eingang erhält der thermodynamische Prozess (15) über die Verbindung (14) den vorgespannten Dampf aus dem Verbrennungs- und Heiz-Prozess (12), durch welchen mit Hilfe einer Turbine und eines Generators Strom erzeugt wird. Mit dem elektrischen Strom aus dem thermodynamischen Prozess (15) werden der Elektrolyse-Prozess (6) über die Verbindung (5) und der elektrische Verbraucher (3) über die Verbindung (16) gespeist.
Der Erdgas-Speicher (20) besitzt eine weitere Entnahmestelle, an welche die Verbindung (22) anschließt und durch welche ein Erdgas-Verbraucher (23) mit Erdgas gespeist wird.
Dieser liefert an seinem Ausgang ein an Kohlendioxid reiches Abgas, welches über die Verbindung (24) mit dem Eingang eines Kohlendioxid-Gewinnungs-Prozesses (25) verbunden ist, durch welchen das Kohlendioxid dem Abgas entzogen wird. Der Ausgang des Kohlendioxid-Prozesses (25) ist über die Verbindung (26) mit dem zweiten Eingang des Kohlendioxid-Speichers (27) verbunden, in welchen das Kohlendioxid eingespeist wird.
Die 2 zeigt ein Grundschema der Energie-Gewinnung, der Speicherung, der Energie-Umwandlung und der Lieferung regenerativ erzeugter elektrischer Energie mit einer Windkraft-Anlage, einem Energie-Wandler für die Wandlung der regenerativ erzeugten elektrischen in eine chemische Energie und einen Wandler für die Rückwandlung derselben in elektrische Energie sowie einen Speicher, in welchem die regenerative Energie als chemische Energie gespeichert wird.
Im Einzelnen zeigt die 2 eine Windkraft-Anlage (29), eine Elektrolyseur-Anlage (35), eine Synthesegas-Anlage (39), einen Sauerstoff-Speicher (37), einen Wasser-Behälter (33), einen Erdgas-Speicher (42), einen Kohlendioxid-Speicher (55) sowie einen elektrischen Verbraucher (32).
Die Windkraft-Anlage (29) ist über eine Stromleitung (30) mit der Elektrolyseur-Anlage (35) und über die Stromleitung (31) mit einem elektrischen Verbraucher (32) verbunden.
Zwischen der Stromeinspeisung durch die Verbindung (30) und dem Elektrolyseur in der Elektrolyseur-Anlage (35) ist ein Gleichrichter geschaltet, welcher den Wechselstrom der Windkraft-Anlage (29) in einen Gleichstrom gleichrichtet. Das Wasser für die Elektrolyse wird über eine Wasserleitung (34) der Elektrolyseur-Anlage (35) aus dem Wasser-Behälter (33) zugeführt.
Über die Verbindung (36) wird der Sauerstoff-Speicher (37) mit dem Spaltgas Sauerstoff aus der Anoden-Kammer des Elektrolyseurs gespeist, während über die Verbindung (38) die Synthesegas-Anlage (39) aus der Kathoden-Kammer des Elektrolyseurs mit dem Spaltgas Wasserstoff gespeist wird.
Die Synthesegas-Anlage (39) wird des Weiteren über die Verbindung (57) mit Kohlendioxid gespeist. Diese Verbindung wird über Verbindung (56) mit Kohlendioxid aus dem Kohlendioxid-Speicher (55) unterhalten.
In der Synthesegas-Anlage (39) werden der zugeführte Wasserstoff und das zugeführte Kohlendioxid zu Methan umgewandelt, welches über die Verbindung (41) in den Erdgas-Speicher (42) eingefüllt wird.
Das bei der Methan-Synthese anfallende Wasser wird in der Synthesegas-Anlage (39) durch eine Destillation aus dem Methan entfernt und über die Verbindung (71) in den Wasser-Behälter (33) abgeführt.
Die 3 zeigt im Einzelnen den Wasser-Behälter (33), die Elektrolyseur-Anlage (35), den Sauerstoff-Speicher (37), die Synthesegas-Anlage (39) mit einer Dampfturbine (68) und einem damit fest verkoppeltem Stromgenerator (70), einen Erdgas-Speicher (42), ein Gas- und Dampf-Kraftwerk (46) sowie einen Kohlendioxid-Speicher (55).
Durch die im Reaktor der Synthesegas-Anlage (39) stattfindende Synthese wird exotherme Energie freigesetzt, welche zu einem wesentlichen Teil von der Reaktorwand aufgenommen wird. Diese wird über einen Kühlschlangen-Wärmetauscher abgeführt, welcher die Reaktorwand umschlingt. Als Wärmeträgermedium ist Wasser vorgesehen, welches in der Kühlschlange durch die exotherme Energie erhitzt und verdampft wird. Mit der im Dampf gespeicherten Energie wird eine Dampfturbine (68) über die Verbindung (40a) gespeist, welche über eine starre Verbindung (69) einen Stromgenerator (70) antreibt, welcher die thermodynamische Energie der Dampfturbine in elektrische Energie umwandelt, während der abgespannte Dampf über die Verbindung (40b) von der Dampfturbine ab- und einem Kondensator in der Synthesegas-Anlage (39) zugeführt wird, in welchem er kondensiert und dem Wärmetauscher erneut als Kondensat zufließt.
Mit der elektrischen Energie aus dem Stromgenerator (70) wird die Elektrolyseur-Anlage (35) über die Verbindung (49a) mit elektrischer Energie gespeist, durch welche weiteres, über die Verbindung (34) aus dem Wasser-Behälter (33) zugeführtes Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird.
Während der Sauerstoff aus der Elektrolyseur-Anlage dem Sauerstoff-Speicher (37) über die Verbindung (36) zugeführt und gespeichert wird, werden über die Verbindung (38) der Wasserstoff aus der Elektrolyseur-Anlage (35) und über die Verbindung (56) und (57) das Kohlendioxid aus dem Kohlendioxid-Speicher (55) dem Eingang der Synthesegas-Anlage (39) zur Methan-Synthese zugeführt.
Das Produkt Methan aus der Synthesegas-Anlage (39) wird daraufhin über die Verbindung (41) in den Erdgas-Speicher (42) transportiert und gespeichert.
Bei ruhender Produktion wird der Reaktor der Synthesegas-Analge (39) von außen beheizt, damit er bei einer Wiederaufnahme sofort einsatzfähig ist. Hierzu wird er über die Verbindung (45) mit Dampf und über die Verbindung (47) mit der Abwärme heißen Rauchgases aus dem Gas- und Dampf-Kraftwerk (46) mit thermischer Energie gespeist.
Die 4 zeigt im Einzelnen den elektrischen Verbraucher (32), den Wasser-Behälter (33), den Sauerstoff-Speicher (37), den Erdgas-Speicher (42), das Gas- und Dampf-Kraftwerk (46), eine PSA-Anlage (50), eine Entfeuchtungs-Anlage (53) und den Kohlendioxid-Speicher (55).
Das Stromnetz (31) und der daran angeschlossene Verbraucher (32) werden über die Verbindung (48) mit elektrischer Energie aus dem Gas- und Dampf-Kraftwerk (46) gespeist.
Hierzu wird das Gas- und Dampf-Kraftwerk (46) über die Verbindung (43) mit der chemisch gespeicherten Energie, dem Brennstoff Methan aus dem Erdgas-Speicher (42) sowie über die Verbindung (51) und (65) mit Sauerstoff aus dem Sauer stoff-Speicher (37) und der PSA-Anlage (50) gespeist.
Die vollständige Verbrennung des Methans mit dem Sauerstoff im Gas- und Dampf-Kraftwerk (46) bewirkt ein Gasgemisch, welches aus den Komponenten Kohlendioxid und Wasser besteht und als Abgas abgeführt wird. Die Abführung des Abgases erfolgt über die Verbindung (52), welche mit dem Eingang einer Entfeuchtungs-Anlage (53) verbunden ist. In der Entfeuchungs-Anlage (53) wird der Wasserdampf dem Abgasstrom durch Kondensation entzogen. Das getrocknete Kohlendioxid wird über die Verbindung (54) in den Kohlendioxid-Speicher (55) und das Kondensat über die Verbindung (72) in den Wasser-Behälter (33) transportiert.
Die 5 zeigt einen Teilausschnitt der Vorrichtung, welche aus der Windkraft-Anlage (29), dem Wasser-Behälter (33), der Elektrolyseur-Anlage (35), dem Sauerstoff-Speicher (37), dem Erdgas-Speicher (42), dem Gas- und Dampf-Kraftwerk (46), der Entfeuchtungs-Anlage (53), dem Kohlendioxid-Speicher (55), dem Erdgas-Verbraucher (59), der Kohlendioxid-Rückgewinnungs-Anlage (61), der Pump-Station (63) und dem Wasserstoff-Abnehmer (67) besteht.
Der Erdgas-Speicher (42) speist über die Verbindung (58) einen Erdgas-Verbraucher (59) mit Methan.
Den Ausgang des Erdgas-Verbrauchers (59) verlässt ein mit Kohlendioxid angereichertes Abgas, welches über die Verbindung (60) einer Kohlendioxid-Rückgewinnungs-Anlage (61) zugeführt wird. In dieser wird das Kohlendioxid von den übrigen Komponenten des Abgases getrennt und über die Verbindung (62) einer Pump-Station (63) zugeführt, durch welche das Kohlendioxid über die Verbindung (64) zum Kohlendioxid-Speicher (55) transportiert wird.
Der Erdgas-Speicher (42) speist des Weiteren das Gas- und Dampf-Kraftwerk (46) über die Verbindung (43) mit Methan. Gleichzeitig erhält es über die Verbindung (65) Sauerstoff aus dem Sauerstoff-Speicher (37), mit welchem die Verbrennung und die Erzeugung von Wasserdampf für die Verstromung stattfinden.
Die verstromte Energie aus dem Gas- und Dampf-Kraftwerk (46) wird daraufhin über die Verbindung (49) der Elektrolyseur-Anlage (35) zugeführt, welche ihrerseits über die Verbindung (34) mit Wasser aus dem Wasser-Behälter (33) gespeist wird. Mit der elektrischen Energie wird im Elektrolyseur das Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Während der Sauerstoff über die Verbindung (36) in den Sauerstoff-Speicher transportiert und gespeichert wird, gelangt der Wasserstoff über die Verbindung (38) und (66) zum Wasserstoff-Verbraucher (67).
Weitere Energie wird der Elektrolyseur-Anlage (35) über die Verbindung (30) aus der Windkraft-Anlage (29) zugeführt.
Die vollständige Verbrennung des Methans mit dem Sauerstoff im Gas- und Dampf-Kraftwerk (46) bewirkt ein Verbrennungs-Produkt, welches aus den Komponenten Kohlendioxid und Wasser besteht und als Abgas abgeführt wird. Die Abführung des Abgases erfolgt über die Verbindung (52), welche mit dem Eingang einer Entfeuchtungs-Anlage (53) verbunden ist. In der Entfeuchungs-Anlage (53) wird der Wasserdampf dem Abgasstrom entzogen. Das getrocknete Kohlendioxid wird über die Verbindung (54) in den Kohlendioxid-Speicher (55) und die Feuchte über die Verbindung (72) in den Wasser-Behälter (33) transportiert, nachdem sie zuvor in der Entfeuchtungs-Anlage (53) als Kondensat niedergeschlagen wurde.
Die 6 zeigt das Gas- und Dampf-Kraftwerk (46), die Entfeuchtungs- Anlage (53), eine Wärmepumpen-Anlage (66), den Sauerstoff-Speicher (37), den Erdgas-Speicher (42) und den Kohlendioxid-Speicher (55).
Die Abwärme des Gas- und Dampf-Kraftwerkes (46) wird über die Verbindung (65) ab- und einer Wärmepumpen-Anlage (66) als Antriebs-Energie zugeführt. Mit der in der Wärmepumpen-Anlage (66) bereitgestellten Kälte werden der Sauerstoff-Speicher (37), der Erdgas-Speicher (42), der Kohlendioxid-Speicher (42) und die Entfeuchtungs-Anlage (53) über die Verbindung (67) mit Kühlmittel gespeist und gekühlt.
Die 7 zeigt im Detail die Abfüll-Anlage, welche aus dem Sauerstoff-Speicher (37) mit Sauerstoff und aus dem Wasserstoff-Speicher (35a) mit Wasserstoff aus der Elektrolyseur-Anlage (35) gespeist werden und im Einzelnen aus den katalytischen Brennern (75) und (89), den Adsorptionstrocknern (77) und (91), den Kryogen-Anlagen (82) und (96) sowie aus den Absperrhähnen (79), (84), (93), (98), (102) und (106) besteht.
Der Sauerstoff aus dem Sauerstoff-Speicher (37) wird in den Gasflaschen (81) und (86) unter Druck abgefüllt, nachdem ihm zuvor im katalytischen Brenner (75) der Wasserstoff durch Verbrennung und die aus der Verbrennung und der Elektrolyse resultierenden Feuchte durch eine Adsorption im Adsorptionstrockner (77) entzogen wurde. Hierzu ist der Ausgang des Sauerstoff-Speichers (37) über die Verbindung (73) mit dem Eingang des katalytischen Brenners (75), der Ausgang des katalytischen Brenners (75) über die Verbindung (76) mit dem Eingang des Adsorptionstrockners (77) und der Ausgang des Adsorptionstrockners (77) über die Verbindung (78) mit dem Absperrhahn (79) verbunden, welcher im geöffneten Zustand ausgangsseitig über die Verbindung (80) die Gasflasche (81) mit Sauerstoff füllt.
Des Weiteren wird der Sauerstoff in der Kryogen-Anlage (82) von Feuchte und Wasserstoff befreit, indem durch die zugeführte Kälte die Feuchte frostet und der Sauerstoff verflüssigt, wodurch der Wasserstoff als Gas über den Ablass (83a) aus der Anlage als Gas entfernt wird. Hierzu ist der Ausgang des Sauerstoff-Speichers (37) über die Verbindung (74) mit dem Eingang der Kryogen-Anlage (82) und der Ausgang der Kryogen-Anlage (82) über die Verbindung (83) mit dem Absperrhahn (84) verbunden, welcher im geöffneten Zustand ausgangsseitig über die Verbindung (85) die Gasflasche (86) mit Sauerstoff füllt.
Der Wasserstoff aus der Elektrolyseur-Anlage (35) wird über die Verbindung (38a) dem Wasserstoff-Speicher (35a) zugeführt, in welchem der Wasserstoff zur weiteren Abfüllung in den Gasflaschen (95) und (100) sowie im Metall-Hydrid-Speicher (104) als Gas druckbeladen nebst als tiefgekühlte Flüssigkeit drucklos in den Isolierbehälter (108) gespeichert wird. Die Abfüllung erfolgt, nachdem dem Wasserstoff im katalytischen Brenner (89) der Sauerstoff durch Verbrennung und die aus der Verbrennung und der Elektrolyse resultierende Feuchte durch eine Adsorption im Adsorptionstrockner (91) entzogen wurde. Hierzu ist der Ausgang des Wasserstoff-Speichers (35a) über die Verbindung (87) mit dem Eingang des katalytischen Brenners (89), der Ausgang des katalytischen Brenners (89) über die Verbindung (90) mit dem Eingang des Adsorptionstrockners (91) und der Ausgang des Adsorptionstrockners (91) über die Verbindung (92) mit dem Absperrhahn (93) verbunden, welcher im geöffneten Zustand ausgangsseitig über die Verbindung (94) die Gasflasche (95) mit Wasserstoff füllt.
Des Weiteren wird der Wasserstoff in der Kryogen-Anlage (96) von Feuchte und Sauerstoff befreit, indem durch die zugeführte Kälte die Feuchte frostet und der Sauerstoff verflüssigt, wodurch der verflüssigte Sauerstoff über den Ablass (97a) aus der Anlage als Flüssigkeit entfernt wird. Hierzu ist der Ausgang der Elektrolyseur-Anlage (35) über die Verbindung (88) mit dem Eingang der Kryogen-Anlage (96) und der Ausgang der Kryogen-Anlage (96) über die Verbindung (97) mit dem Absperrhahn (98) verbunden, welcher im geöffneten Zustand ausgangsseitig über die Verbindung (99) die Gasflasche (100) mit Wasserstoff füllt. Weiterhin ist der Ausgang der Kryogen-Anlage (96) über die Verbindung (101) und (105) mit den Absperrhähnen (102) und (106) verbunden, welche im geöffneten Zustand ausgangsseitig über die Verbindungen (103) und (107) den Metall-Hydrid-Speicher (104) mit Wasserstoffgas druckbeladen und den Isolierbehälter (108) drucklos mit flüssigem Wasserstoff füllt.

1

1a: Regenerative Enegie-
: Quelle
1b: Verbindung
1c: Regenerativer Energie-
: Wandlungs-Prozess
2: Verbindung
3: Elektrischer Verbraucher
4: Verbindung
5: Verbindung
6: Elektrolyse-Prozess
7: Verbindung
8: Wasserstoff-Abnehmer
9: Verbindung
10: Sauerstoff-Speicher
11: Verbindung
12: Verbrennungs- und Heiz-
: Prozess
13: Verbindung
14: Verbindung
15: Thermodynamischer
: Prozess
16: Verbindung
17: Verbindung
18: Synthesegas-Prozess
19: Verbindung
20: Erdgas-Speicher
21: Verbindung
22: Verbindung
23: Erdgas-Verbraucher
24: Verbindung
25: Kohlendioxid-
: Rückgewinnungs-Prozess
26: Verbindung
27: Kohlendioxid-Speicher
28: Verbindung

2 bis 6

29: Windkraft-Anlage
30: Verbindung
31: Stromnetz
32: Elektrischer Verbraucher
33: Wasser-Behälter
34: Verbindung
35: Elektrolyseur-Anlage
36: Verbindung
37: Sauerstoff-Speicher
38: Verbindung
39: Synthesegas-Anlage
40a: Verbindung
40b: Verbindung
41: Verbindung
42: Erdgas-Speicher
43: Verbindung
44: Verbindung
45: Verbindung
46: Gas- und Dampf-
: Kraftwerk
47: Verbindung
48: Verbindung
49: Verbindung
49a: Verbindung
50: PSA-Anlage
51: Verbindung
52: Verbindung
53: Trocknungs-Anlage
54: Verbindung
55: Kohlendioxid-Speicher
56: Verbindung
57: Verbindung
58: Verbindung
59: Erdgas-Verbraucher
60: Verbindung
61: Kohlendioxid-
: Rückgewinnungs-Anlage
62: Verbindung
63: Pump-Station
36: Verbindung
64: Verbindung
65: Verbindung
66: Verbindung
67: Wasserstoff-Abnehmer
68: Dampfturbine
69: Starre Verbindung
70: Stromgenerator
71: Verbindung
72: Verbindung

7

35: Elektrolyseur-Anlage
35a: Wasserstoff-Speicher
37: Sauerstoff-Speicher
38a: Verbindung
73: Verbindung
74: Verbindung
75: Katalytischer Brenner
76: Verbindung
77: Adsorptionstrockner
78: Verbindung
79: Abfüllhahn
80: Verbindung
81: Gasflasche
82: Kryogen-Anlage
83: Verbindung
83a: Ablass
84: Absperrhahn
85: Verbindung
85: Gasflasche
87: Verbindung
88: Verbindung
89: Katalytischer Brenner
90: Verbindung
91: Adsorptionstrockner
92: Verbindung
93: Absperrhahn
94: Verbindung
95: Gasflasche
96: Kryogen-Anlage
97: Verbindung
97a: Ablass
98: Absperrhahn
99: Verbindung
100: Gasflasche
101: Verbindung
102: Absperrhahn
103: Verbindung
104: Metall-Hydrid-Speicher
105: Verbindung
106: Absperrhahn
107: Verbindung
108: Isolierbehälter

Claims

Verfahren zur bedarfsabhängigen Regelung und Glättung der Ausgangsleistung eines mit geothermer und regenerativer Energie betriebenen Energie-Wandlers, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren aus einer geothermen und regenerativen Quelle (1a) mit Energie gespeist und in einem Wandlungs-Prozess (1c) in elektrische Energie umgewandelt und einem Verbraucher (3) nebst einem mit Wasser gespeisten Elektrolyse-Prozess (6) zugeführt wird, wobei die elektrische Energie im Elektrolyse-Prozess in Wasserstoff umgewandelt und Sauerstoff als Spaltprodukt freigesetzt wird, welcher eine Sauerstoff-Quelle (10) speist, während mit dem Wasserstoff ein Wasserstoff-Verbraucher (8) zu einem Teil und mit einem anderen Teil ein Synthesegas-Prozess (18) gespeist wird, in welchem der Wasserstoff zusammen mit Kohlendioxid aus einem Kohlendioxid-Speicher (27) zu einem Kohlenwasserstoff und zu einem Alkohol umgewandelt und in einem Speicher (20) gespeichert wird, welcher zu einem Teil einen Verbraucher (23) und zu einem anderen Teil einen Verbrennungs- und Heiz-Prozess (12), welcher aus einer Sauerstoff-Quelle (10) Sauerstoff zugeführt bekommt, gespeist wird und die im Dampf gespeicherte Energie aus dem Verbrennungs- und Heiz-Prozess (12) einen thermodynamischen Prozess (15) antreibt und in elektrische Energie umwandelt, welche zu einem Teil dem elektrischen Verbraucher (3) und zu einem anderen Teil dem Elektrolyse-Prozess (6) zur Wasserstoff-Erzeugung zufließt, während der Verbrennungs- und Heiz-Prozess (12) den aus dem Speicher (20) entnommenen Energieträger zusammen mit dem Sauerstoff aus der Sauerstoff-Quelle (10) zu Kohlendioxid umwandelt, welcher in einem Speicher (27) ebenso gespeichert wird wie das Kohlendioxid aus einem Kohlendioxid-Rückgewinnungs-Prozess (25), welcher seinerseits mit Kohlendioxid aus einem Verbraucher (23) gespeist wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor der Synthesegas-Anlage (39) mit Wasser gekühlt und die dabei anfallende Prozesswärme in einen vorgespannten Dampf als Energieträger umgewandelt sowie über eine Verbindung (40a) einer Dampfturbine (68) zugeführt wird, welche einen Generator (70) zur Stromerzeugung antreibt, welcher über die Verbindung (49) die Elektrolyseur-Anlage (35) mit Strom speist, durch welchen die Elektrolyseur-Anlage (35) die elektrische Energie in Wasserstoff umwandelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas- und Dampf-Kraftwerk und das IGCC-Kraftwerk (46) über die Verbindung (45) und (47) mit Dampf und mit heißem Abgas die Reaktoren der Synthesegas-Anlage (39) bei ruhendem Prozess mit thermischer Energie speist und damit die Reaktortemperatur aufrechterhält, welche notwendig ist, um den Synthesegas-Prozess verzögerungsfrei wieder aufnehmen zu können.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Sauerstoff-Quelle (10) um ein durch den Elektrolyse-Prozess (6) gespeistes Behältnis (37) und eine Sauerstoff-Gewinnungs-Anlage (50) handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Speicher (20) und (42) für die Speicherung des Kohlenwasserstoffs und des Alkohols um einen Gasometer, einen Flüssigtank, einen Druckbehälter, eine Kaverne und um eine Aquifere handelt, welcher über eine Pipeline (58) mit einem Verbraucher (59) und weiteren Speichern verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Speicher (55) für die Speicherung des Kohlendioxids um einen Druckbehälter, eine Kaverne und eine Aquifere handelt, welcher über die Verbindungen (54) und (64) mit Kohlendioxid aus der Entfeuchtungs-Anlage (53) und der Kohlendioxid-Rückgewinnungs-Anlage (63) gespeist wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (20) über die Verbindung (21) einen Verbrennungs- und Heiz-Prozess (12) mit anschließendem thermodynamischen Prozess (15) und darauf folgend einen Elektrolyse-Prozess (6) und parallel dazu über die Verbindung (22) einen Verbrennungs-Prozess (23) und einen Kohlendioxid-Abreicherungs-Prozess (25) mit chemischer Energie antreibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen (5), (9), (11) und (14) ebenso wie die Verbindungen (5), (17), (19), (21) und (14) sowie die Verbindungen (19), (22), (24), (26) und (28) nebst die Verbindungen (13), (28), (19) und (21) aneinander gekettet im Kreis führen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anoden-Ausgang der Elektrolyseur-Anlage (35) über die Verbindung (38) mit dem Eingang der Synthesegas-Anlage (39), über die Verbindung (38a) mit dem Eingang eines Wasserstoff-Speichers (35a) und über die Verbindung (38) und (66) mit dem Eingang eines Wasserstoff-Verbrauchers (67) verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Wasserstoff-Speichers (35a) über die Verbindung (87) mit dem Eingang des katalytischen Brenners (89) und über die Verbindung (88) mit dem Eingang einer Kryogen-Anlage (96) verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des katalytischen Brenners (89) über die Verbindung (90) mit dem Eingang des Trockners (91), der Ausgang des Trockners (91) über die Verbindung (92) mit dem Zugang eines Absperrhahns (93) und der Abgang des Absperrhahns (93) über die Verbindung (94) mit einem Behältnis und einem Verbraucher (95) verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der Kryogen-Anlage (96) über die Verbindung (97), (101) und (102) mit dem Zugang eines Absperrhahns (98), (102) und (106) sowie der Abgang des Absperrhahns (98), (102) und (106) über die Verbindung (99), (103) und (107) mit einem Behältnis und einem Verbraucher (100), (104) und (108) verbunden ist, wobei es sich bei dem Behältnis (100) um einen Drucktank, bei dem Behältnis (104) um einen Metall-Hydrid-Speicher und bei dem Behältnis (108) um ein Isoliergefäß handelt, in welches im Gegensatz zu den übrigen Behältnissen der Wasserstoff als Flüssigkeit und nicht als Gas eingefüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kathoden-Ausgang der Elektrolyseur-Anlage (35) über die Verbindung (36) mit dem Eingang eines Sauerstoff-Speichers (37) verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Sauerstoff-Speichers (37) über die Verbindung (65) mit dem Eingang des Gas- und Dampf-Kraftwerkes (46) und über die Verbindung (51) mit dem Ausgang der Sauerstoff-Gewinnungs-Anlage (50) sowie über die Verbindung (73) mit dem Eingang eines katalytischen Brenners (75) nebst über die Verbindung (74) mit dem Eingang einer Kryogen-Anlage (82) verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Wasserstoff-Speichers (35a) über die Verbindung (87) mit dem Eingang eines katalytischen Brenners (89) und über die Verbindung (88) mit dem Eingang einer Kryogen-Anlage (96) verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des katalytischen Brenners (75) über die Verbindung (76) mit dem Eingang des Trockners (77), der Ausgang des Trockners (77) über die Verbindung (78) mit dem Zugang eines Absperrhahns (79) und der Abgang des Absperrhahns (79) über die Verbindung (80) mit einem Behältnis und einem Verbraucher (81) verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der Kryogen-Anlage (82) über die Verbindung (83) mit dem Zugang eines Absperrhahns (84) und der Abgang des Absperrhahns (84) über die Verbindung (85) mit einem Behältnis und einem Verbraucher (86) verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas- und Dampf-Kraftwerk und das IGCC-Kraftwerk (46) mit einer MCFC- und einer SOFC-Brennstoffzelle verbunden, elektrischen Strom erzeugt und diesen über die Verbindung (48) und (49) an das Stromnetz und an die Elektrolyseur-Anlage (35) abgibt, wobei sich die Brennstoffzelle aus dem zugeführten Kohlenwasserstoff und dem Alkohol über die Verbindung (43) durch eine innterne Reformierung das Brenngas für die kalte Verbrennung selbst erzeugt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Gas- und Dampf-Kraftwerk und dem IGCC-Kraftwerk (46) ver bundenen Brennstoffzelle den Synthesegas-Prozess (39) auf Prozesstemperatur hält, indem sie die bei der Verstromung frei werdende Wärme an einen Wärmetauscher abgibt und die Energie im Wasserdampf speichert, mit welcher der Reaktor des Synthesegas-Prozesses (39) über die Verbindung (45) gespeist wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstromungsvorrichtung (46) eine Wärmepumpe (66) über die Verbindung (65) antreibt und mit der erzeugten Wärme aus der Verstromungsvorrichtung Kälte erzeugt wird, mit welcher die von direkter Sonneneinstrahlung erhitzten oberirdischen Behältnisse (37), (42) und (55) sowie der Kondensator des Gas- und Dampf-Kraftwerkes nebst dem IGCC-Kraftwerk (46) über die Verbindung (67) gekühlt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid für den Synthesegas-Prozess (39) durch einen Absorptions-, Adsorptions-, Membran-, Permeations-, Kryogen- und MCFC-Brennstoffzellen-Prozess aus Prozess- und Rauchgas, Natur-, Erdgas- und Erdöl-Quelle gewonnen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Teilmenge des Wassers aus dem Wasser-Behälter (33) zur Kühlung des Kondensators im Gas- und Dampf-Kraftwerk und des IGCC-Kraftwerkes verwandt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die geotherme und regenerative Energie (1a) mit einem Geothermie-Kraftwerk, mit einer Wasserkraft-Anlage, einer Windkraft-Anlage, einer Gezeiten-Kraftwerks-Anlage, einer Wellen-Kraftwerks-Anlage, einer Solar-Anlage und einer Photovoltaik-Anlage gewonnen und in elektrische Energie umge wandelt wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Geothermie-Kraftwerk, die Wasserkraft-Anlage, die Windkraft-Anlage, die Gezeiten-Kraftwerks-Anlage, die Wellen-Kraftwerks-Anlage und die Solar-Anlage für die Umwandlung der geothermen und regerativen Energie mit einem Gleichstromgenerator, einem Wechselstromgenerator und einem Drehstromgenerator als Energiewandler ausgestattet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Elektrolyseur-Anlage (35) um eine elektrochemische Zelle und um eine PEM-Brennstoffzelle handelt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Synthesegas-Prozess (18) um eine Anlage handelt, welche aus den Edukten Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid die Produkte Methan, Oktan, Butan, Propan, Methanol und Ethanol herstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuchte aus dem Synthesegas-Prozess (18) mit einer Destillationskolonne entfernt und über eine Verbindung in den Wasser-Behälter (33) geführt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstromung der chemischen Energie aus dem Speicher (42) mit einem Gas- und Dampf-Kraftwerk, einem IGCC-Kraftwerk, einer MCFC-Brennstoffzelle und einer SOFC-Brennstoffzelle durchgeführt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Entfeuchtungs-Anlage (53) um eine MCFC-Brennstoffzelle, einen durch eine Absorptionswärmepumpe gekühlten Kondensator und um einen Extraktivdestillations-Trockner handelt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der Elektrolyseur-Anlage (35) mit dem Eingang einer Wasserstoff- und einer Sauerstoff-Abfüll-Anlage und einem Wasserstoff-Verbraucher (67) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der Wasserstoff- und der Sauerstoff-Abfüll-Anlage über die Verbindung (80), (85), (94), (99), (103) und (107) mit Behältnissen und Verbrauchern (81), (86), (95), (100), (104) und (108) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Behältnissen (81), (86), (95), (100), (104) und (108) um Druckbehälter, Metall-Hydrid-Speicher und Flüssigtanks handelt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Trocknern (77) und (91) um einen Adsorptionstrockner, einen Permeations-Trockner und um einen Extraktivdestillations-Trockner handelt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Verbindungen (58), (60), (62), (64) und (66) um Pipelines handelt, durch welche Methan, Oktan, Butan, Propan, Methanol, Ethanol, Wasserstoff und Kohlendioxid transportiert wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Verbindungen (30), (31), (48) und (49) um mit Gleichstrom-, Wechselstrom- und Drehstrom gespeiste Leitungen handelt.