[发明专利]用于使发电站高效且低排放地运行以及用于储存能量和转换能量的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于改善地利用发电站及其周围环境的热势的方法和装置以及与此相关的用于降低二氧化碳和NOx向环境排放以及中间储存和再利用电流的设备。

背景技术

本发明是一个复杂的系统，借助该系统应该能找到针对目前能源方面的目前要求的答案。具体地说，设备设计必须满足下列目标：

●利用过剩发电能力创建大容量储存器以及将其用于以高效率重新获得电能；

●创建无排放的发电站；

●利用减压能量及与此相关的不同热势来产生能量；

●最佳地利用低温热来发电；

●利用连接的设备的热力学能势来提高整个设备的电效率；和

●利用设备的周围环境的热力学能势。

尽管进行了大量的调查研究，但尚未发现与所建议相类似的紧凑且联网的设备结构的指示。因此，调查研究只各自单独地在上述各点提出的任务范围内进行。

对于电能的中间储存，抽水蓄能电站已经被证明是最有效的方法。这种设备技术的优点是效率高以及技术构型相对简单。这种技术的缺点是，占地面积大、局限于非常少的适当厂址以及由于蒸发而耗水较高。在要求储存来自风力发电设备的电流时，它特别是有许多负面的影响，因为抽水蓄能电站只能在山区建立，而风能的中心却主要处于平原和近海处。从而，电网无法借助于中间储存卸载。

作为第二种中间储存电能的可能性，在美国设立了地下的压力空气储存器，该压力空气储存器被填充过剩的能量并且在额外的能量需求时允许通过带有发电机的膨胀机来利用该压力能。在此有利的还是技术构型简单和利用空气作为工作介质。缺点是压缩损失大、强烈地向环境放热和设备效率低下。

压力空气储存的另一种可能性在于，压力空气在压力增高的情况下储存之后被直接供应给燃烧器支持的透平机械(CAES方案)，其中，省去了燃烧用空气的压缩并提高了总效率。为了进一步提高储存能力，例如在出版物WO 01/33150 A1中类似于所提出的解决方案的子要点(Teilaspekten)：从断续地填充的压力空气储存器中使连续工作的空气分离设备运行，其中，可以降低工业气体的制造成本。因为在这里工业气体的制造成本是重点，所以通过排出压缩热造成的损失是计划内的损失，在这个专利中没有考虑其可能的利用。

电能中间储存的其他尝试，例如通过蓄电池和借助于其他处于开发中的方法对于当前的任务是不适用的。

目前对于温室效应和气候变化的讨论，对发电站运营者要求发电站设备的尽可能无排放地运行。因为在世界范围内目前能源供给仍旧在利用化石燃料的情况下进行，所以存在大量的项目忙于进行二氧化碳的分离和最终储存。二氧化碳以及烟气的分离原则上可以用已知的冷凝、吸收和吸附方法进行。对于最终储存目前有不同的脚本，并对其各自对周围环境以及将来可能的潜在危害的影响进行研究。因此，人们在考虑把二氧化碳储存在深海、地下岩层和以前的天然气和石油储藏处水平中的可能性。关于所提出的方法的观点非常对立地被讨论而且在近的将来仅仅初步地被作为解决方案。所述方法的经济性通常未被给出，因为发电站的选址和适宜贮藏的选址彼此相距数千公里，而且输送的先决条件是二氧化碳的液化或固化。

为了减少NOx排放有一系列已知的方法和现有技术。无NOx的运行只有使用无氮伴生气体的纯氧的情况下进行燃烧才可行。为此，目前德国黑泵电站的Vattenfall企业负责进行一个项目。在此，借助于Oxyfuel技术进行二氧化碳的分离。发起人估计，该方法是非常耗能的而且具有非常低的效率。适宜的贮藏地点目前尚在寻找中。

利用减压能来产生能量是已知的并已被应用，例如在空气分离时应用、在天然气减压时应用和在利用压力空气储存器获取能量时应用。在此，在天然气减压和压力空气减压时出现的强烈的冷却效应在大多情况下是不希望的，并且在可能的情况下通过对处于压力下的介质事先加热进行缓和。与此相反，在空气分离设备的情况下却利用冷却效应来液化和分离空气。

对于燃烧过程产生的低能热的利用至今基本上有两种方法。

在ORC(有机朗肯循环)方法的情况下，热量通过热交换器被从处理介质中取出并且被利用来产生蒸汽，该蒸汽通过蒸汽透平作功地减压并且驱动发电机，其中，减压后的蒸汽被利用来预热并且然后被冷凝。将冷凝热排放到周围环境。在此，工作效率依所用的工作介质而由冷凝温度(环境温度)和可达到的约300K至625K的蒸发温度来确定。ORC设备的可达到的效率在约373K的温度水平下大致为6.5％，而在473K的温度水平下大致为13-14％。