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发电厂

阅读：151发布：2020-05-13

IPRDB可以提供发电厂专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种用于产生电能的发电厂，其包括：‑用于从化石燃料、生物质或者沼气产生电能的器件，‑用于从发电厂内产生的烟气中提取和储存二氧化碳的器件，其特征在于，‑用于将储存的二氧化碳转化成其它物质的电解设备，‑用于控制电解设备的控制设备，所述控制设备设计为，使得所述控制设备取得当前的电价数据，并且当电价低于电价阈值时，则运行电解设备，并且当电价超过电价阈值时，则关闭电解设备。，下面是发电厂专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于产生电能的发电厂(10)，其包括：

-用于从化石燃料、生物质或者沼气产生电能的器件，-用于从发电厂(10)内产生的烟气中提取和储存二氧化碳的器件，-用于将储存的二氧化碳转化成其它物质的二氧化碳电解设备(19)，其特征在于，-用于从产生的烟气提取水的器件，和-用于控制二氧化碳电解设备(19)的控制设备(20)，所述控制设备(20)设计为，使得所述控制设备取得当前的电价数据，并且当电价低于电价阈值时，则运行二氧化碳电解设备(19)，并且当电价超过电价阈值时，则关闭二氧化碳电解设备(19)。

2.按照权利要求1所述的发电厂(10)，其中，

-所述二氧化碳电解设备(19)设计用于在使用从发电厂(10)外部供应的电能的情况下转化储存的二氧化碳。

3.按照权利要求2所述的发电厂(10)，其中，所述二氧化碳电解设备(19)设计为，在仅使用从发电厂(10)外部供应的来自可再生能源的电能的情况下运行。

4.按照上述权利要求之一所述的发电厂(10)，其中，所述控制设备(20)设计为，以两种运行模式控制发电厂(10)，其中，-在第一运行模式中，用于产生电能的器件和用于提取的器件运行，并且电解设备(19)停机，-在第二运行模式中，用于产生电能的器件和用于提取的器件停机，并且二氧化碳电解设备(19)运行。

5.按照权利要求1或2所述的发电厂(10)，其中，在运行所述二氧化碳电解设备(19)时，为此所需的电能从发电厂(10)产生的电能中获取。

6.按照权利要求1或2所述的发电厂(10)，其中，所述发电厂(10)具有用于储存来自二氧化碳电解的氧的器件。

7.按照权利要求1或2所述的发电厂(10)，其中，用于提取和储存二氧化碳的器件包括胺洗设备。

8.一种运行如上述权利要求之一所述的用于产生电能的发电厂(10)的方法，所述发电厂包括：-用于从化石燃料、生物质或者沼气产生电能的器件，-用于从发电厂(10)内产生的烟气中提取和储存二氧化碳的器件，-用于将储存的二氧化碳转化成其它物质的二氧化碳电解设备(19)，和-用于从产生的烟气提取水的器件，并且其中，-从化石燃料、生物质或者沼气产生电能，并且从发电厂内产生的烟气中提取和储存二氧化碳，-控制设备(20)取得当前电价数据，并且与电价阈值进行比较，-当电价低于电价阈值时，则运行二氧化碳电解设备(19)，所述二氧化碳电解设备(19)将储存的二氧化碳转化为其他物质，-当电价超过电价阈值时，则关闭二氧化碳电解设备。

说明书全文

发电厂

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于从化石燃料、生物质或者沼气产生电能的发电厂，其具有从发电厂内产生的烟气中提取和储存二氧化碳的器件，以及一种运行这种发电厂的方法。

背景技术

[0002] 传统发电厂燃烧化石燃料、例如煤以产生电能、即电。建造该发电厂的重点是运行时尽可能高的效率，从而在给定的功率下使得所产生的含有温室气体二氧化碳的废气的量最小化。然而在运行中产生大量的二氧化碳，并且需要找到解决该问题的方法。

[0003] 在一种所谓碳捕集与封存(CCS)的方法中，二氧化碳被捕集并且例如被泵送到地下的储存点中以便最终环境上可持续地储存。然而为此所需的能源耗费与相应发电厂的能量产出相比并不是微不足道的。

[0004] 在许多国家中，除了核电厂还使用化石燃料发电厂用于保证稳定的基本能源供应，与此相对的是用可再生能源运行的发电厂。这些发电厂不产生废气，但在风能和太阳能的情况下能量产出不稳定并且也是不可预知的。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于从化石燃料、生物质或者沼气产生电能的发电厂，以及一种运行这种发电厂的方法，通过所述发电厂和所述方法实现二氧化碳排放处理的改进。

[0006] 上述技术问题通过一种发电厂以及运行该发电厂的方法来解决。

[0007] 按照本发明的用于产生电能的发电厂包括用于从化石燃料、生物质或者沼气产生电能的器件、例如相应的燃烧器设备，以及用于从发电厂内产生的烟气中提取和储存二氧化碳的器件、例如胺洗设备。发电厂还包括用于将储存的二氧化碳转化成其它物质的二氧化碳电解设备。

[0008] 此外，发电厂包括用于从产生的烟气提取水的器件，和用于控制电解设备的控制设备，控制设备设计为，使得控制设备取得当前的电价数据，并且当电价低于电价阈值时，则运行二氧化碳电解设备，当电价超过电价阈值时，则关闭二氧化碳电解设备。

[0009] 在按照本发明的运行用于产生电能的发电厂的方法中，以两种互斥的运行模式运行发电厂，其中，在第一运行模式中，从化石燃料、生物质或者沼气产生电能，并且由发电厂内产生的烟气中提取和储存二氧化碳，并且其中，在第二运行模式种，由储存的二氧化碳产生碳氢化合物，其中，为此使用从发电厂外部导入的电能。

[0010] 在按照本发明的运行这种用于产生电能的发电厂的方法中，电能由化石燃料、生物质或者沼气产生，并且从在发电厂内产生的烟气中提取和储存二氧化碳。此外，控制设备取得当前电价数据，并将所述数据与电价阈值进行比较。当电价低于电价阈值时，则运行电解设备并且以此把储存的二氧化碳转化为其他物质。相反地，当电价超过电价阈值时，则电解设备被关闭而不运行。

[0011] 对于本发明已经认识到的是，由发电厂中累积的二氧化碳产生有价值的物质例如碳氢化合物或者其它有用的产物如CO或者酒精，最好不要在发电厂的运行中进行，在发电厂的运行期间，处理低能量的二氧化碳所需的能量对发电厂的能量平衡是有害的，而有利的是在发电厂产生的电能不能被售出或者只能在经济性方面受限的情况下出售时进行。电价随偶尔的过度供应而剧烈波动导致这种时候越来越多。

[0012] 用于从化石燃料、生物质或者沼气产生电能的器件指的是燃烧设备与周边设备的发电厂常见组合，燃烧设备即适宜地供给燃料的燃烧器，周边设备例如涡轮机，在燃烧中产生的热量在涡轮机中转换成旋转运动。此外，用于从化石燃料、生物质或者沼气产生电能的器件包括一个或多个由转动产生电压的发电机。

[0013] 特别有利的是，用于运行电解设备的能量是从发电厂外部取得的，尤其来自可再生能源。在此，能量也可以仅取自可再生能源。来自可再生能源的量与实际的电能需求无关，因此现在已经出现的并且在未来可再生能源进一步扩张的情况下会更多地出现的情况是，由可再生能源产生的能量(当然包括在此刻以任何其他方式产生的能量)必须免费地或者能得到补贴地卖出。按照本发明就正好实现了当提供了过量的可再生能量时在发电厂中使用这些能量。

[0014] 在此有利的是，中断发电厂惯常的运行，即发电厂不产生电，并且使用来自发电厂外部的多余电能，用于把二氧化碳转化成更有价值的物质、例如甲烷或者甲醇。在此尤其在两种运行模式中控制发电厂，其中，在第一运行模式中，用于产生电能的器件和用于提取的器件运行，并且电解设备停机，在第二运行模式中，用于产生电能的器件和用于提取的器件停机，并且电解设备运行，其中，运行模式优选是互斥的。

[0015] 发电厂优选地是燃气发电厂，因为在燃气发电厂中可以实现运行模式之间相对较快的切换。优选地是组合式燃气发电厂、例如燃气热电厂或者燃气和蒸汽组合发电厂。

[0016] 在备选的设计方案中，运行模式不是互斥的，而是在电价低的时候也继续启用用于产生电能的发电厂。例如当发电厂是燃煤电厂时这是合理的，因为这些发电厂不能在短时间内在运行和停机之间切换。在发电厂继续工作的情况下，用于电解的电能也可以取自发电厂本身的发电功率。

[0017] 电解设备可以是用于水电解的设备，或者(尤其有利地)是用于电解二氧化碳的设备。后者能够在低压和低温下工作，因而体现了比较有能效且低耗费的解决方案。有利地，存储二氧化碳并再次释放二氧化碳的设备可以是用于胺洗的设备。

[0018] 按照一种有利的设计方案，可以存储在电解时产生的氧。储存的氧同样可以用作有价值的原料。

[0019] 按照另一种有利的设计方案，相对于二氧化碳附加地，从烟气中提取水。水可作为附加的反应物用于二氧化碳转化。以此减少必须从外部供应的淡水的量。

[0020] 在一种有利的设计方案中，用于反应的器件可以设计为，其产生发电厂所需的燃料。在这种情况下，该燃料也可以在产生之后储存，并且用在燃烧运行中、即第一运行模式中。在这种情况下，发电厂充当用于过量能量、尤其来自可再生能源的能量的大蓄电池。

附图说明

[0021] 下文参照唯一附图根据优选实施例进一步阐述本发明。

[0022] 附图示出按照本发明的燃气发电厂的实施例。

具体实施方式

[0023] 附图高度示意性示出按照本发明的燃气发电厂10的实施例。燃气发电厂10包括用于天然气的供给管路11，其将天然气导至燃烧室22。未示出但是已知的还有用于液体燃料、例如燃油的储存器区域和相应的至燃烧室22的供给管路。

[0024] 燃烧室22布置在配设有空气供给管路12的压缩机13和涡轮机14之间，压缩机13和涡轮机14在共同的轴21上与发电机17连接。涡轮机14的出口与废气导出管24连接。发电机17通过轴21驱动，并且在输出侧与变压器18连接，变压器18用于把产生的电能供给至通用电网。

[0025] 废气导出管24具有二氧化碳捕集装置15，二氧化碳捕集装置15与二氧化碳储存器16连接并将捕集到的CO2导引至此。二氧化碳捕集装置15和二氧化碳储存器16例如可以设计为胺洗设备。相对于净化废气的已知步骤，附加的是，可以在二氧化碳捕集装置15中布置用于附加净化步骤的装置。该装置可以设计为去除氮氧化物、硫氧化物和/或者磷氧化物。

[0026] 二氧化碳储存器16又与设计为二氧化碳电解器的电解设备19连接。电解设备19同样与变压器18连接用于供电。备选地，电解设备19也可以特意与为此配设的自身的电接头连接，该电接头用于从燃气发电厂10外部供应电能，图1中未示出。电解设备19设计为从二氧化碳存储器16中获取的二氧化碳产生例如一氧化碳和氧或者甲醇(CH3OH)。电解设备19能产生的、例如用于化学工业的其他原料是HCOOH(甲酸)、C2H2(乙炔)或者C2H4(乙烯)。还可以生成化学式能源载体，例如甲烷(CH4)或者乙烷(C2H6)。电解设备19还可以有利地包括用于分离电解产物的装置。因此，从真正期望的产物分离不想要的电解产物成份，从而提高了产品的纯度，进而提高了产品的价值和技术可用性。

[0027] 控制设备20控制燃气发电厂10的各个设备。控制设备20设计为取得关于产生的电能的当前价格的信息，并且以定期间隔、例如每分钟或者每半小时地与可确定的价格阈值进行比较。

[0028] 若电价高于价格阈值，则燃气发电厂10在第一运行模式中作为发电厂运行，并且正常供电。因此在这种情况下，化石燃料或者沼气或者生物质被燃烧并且由此在发电机17中产生电能并且馈送至电网。在燃烧时累积的二氧化碳借助二氧化碳捕集装置15储存在二氧化碳储存器16中。在该第一运行模式中，电解设备19不运行。

[0029] 若电价降至价格阈值下，则控制设备20把燃气发电厂10切换成第二运行模式。在此运行模式中，燃气发电厂10不再作为发电厂运行，即压缩机13和涡轮机14关机并且燃气发电厂10不再产生电能。在该第二运行模式20中运行电解设备19。电解设备19从二氧化碳储存器16获取储存的二氧化碳，并将其转化成含能量的物质，例如天然气或者甲酸。为此所需的电能在此从燃气发电厂10的外部取得。该电能例如来自可再生能源例如风力发电厂等。由于这种运行模式是在低电价时使用的，所以通常来自可再生能源的电力供应是过剩的，甚至可能导致有电价补贴，并且使得第二种运行模式中的运行非常有利。电能也可以来自布置于燃气发电厂10外的电存储器。

[0030] 电解二氧化碳时在电解设备19中累积氧。这种氧可以储存在图1中未示出的氧储存器中。氧因而在第二运行模式中产生。若燃气发电厂10又切换为电解设备19停止运行并且燃气发电厂10又作为发电厂运行的第一运行模式，则存储的氧例如可以有利地用于优化化石燃料的燃烧。

[0031] 用于燃气发电厂10的特殊的运行方式在于，用于产生能量的化石燃料由电解设备19产生并且存储在燃气发电厂10中。若燃气发电厂10例如使用天然气作为用于燃烧的能量载体，则在本实施例中电解设备19被设计为，一旦燃气发电厂10在第二运行模式中便制造甲烷。甲烷被填注入发电厂本身的、图1中未示出的天然气储存器中。若燃气发电厂10又在第一运行模式中运行，则只要库存足够，储存的甲烷就被用作取代燃料或者作为从外部取得的天然气的补充的燃料。

[0032] 在本实施例中，燃气发电厂10作为对其发电厂功能的补充地还呈现为蓄电池、即用于电流的存储器。若发生通常由可再生能源供应过多造成的电力供给过剩，则燃气发电厂10把这种通常便宜的电能在使用已存储的二氧化碳的情况下转换成在燃气发电厂10中用于燃烧的能源载体。随后，若电力供给过剩消失并且电价因此再次上涨，则该能源载体又被转为电能。

[0033] 本发明的另一种备选的实施方式是，相应装备的燃煤发电厂。燃煤发电厂据此在包括用于产生能量的已知元件之外，还包括二氧化碳捕集装置15，二氧化碳捕集装置15与二氧化碳储存器16连接并且把捕集的CO2导入所述储存器。二氧化碳捕集装置15和二氧化碳储存器16例如可以设计为胺洗装置。相对于净化烟气的已知步骤，附加的是，可以在二氧化碳捕集装置15中布置用于附加净化步骤的装置。该装置可以设计为去除氮氧化物、硫氧化物和/或者磷氧化物。

[0034] 二氧化碳储存器16又与设计为二氧化碳电解器的电解设备19连接。电解设备19同样与变压器18连接用于供电。电解设备19设计为从二氧化碳存储器16中获取的二氧化碳产生例如一氧化碳和氧或者甲醇(CH3OH)。电解设备19能产生的、例如用于化学工业的其他原料是HCOOH(甲酸)、C2H2(乙炔)或者C2H4(乙烯)。还可以生成化学式能源载体，例如甲烷(CH4)或者乙烷(C2H6)。电解设备19还可以有利地包括用于分离电解产物的装置。以此从真正期望的产物分离不想要的电解产物成份，从而提高了产品的纯度，进而提高了产品的价值和技术可用性。

[0035] 控制设备20控制燃煤发电厂的各个设备。控制设备20设计为取得关于产生的电的当前价格的信息，并且以定期间隔、例如每分钟或者每半小时地与可确定的价格阈值进行比较。若电价高于价格阈值，则燃煤发电厂在第一运行模式中作为发电厂运行，并且正常供电。因此在这种情况下，化石燃料或者沼气或者生物质被燃烧并且由此在发电机17中产生电能并且馈送至电网。在燃烧时累积的二氧化碳借助二氧化碳捕集装置15储存在二氧化碳储存器16中。在该第一运行模式中，电解设备19不运行。

[0036] 若电价降至价格阈值下，则控制设备20同样把燃煤发电厂切换成第二运行模式。在此运行模式中，燃煤发电厂继续作为发电厂运行。燃煤发电厂大多不适于短期停机和启动，因此在较低电价的区间内不变的运行或者变化不大的运行是有利的。附加地运行电解设备19。电解设备19从二氧化碳储存器16获取储存的二氧化碳，并将其转化成含能量的物质，例如天然气或者甲酸。为此所需的电能在此从燃煤发电厂自身取得。因为该运行模式应用在电价低的时候，所以把电馈送至电网是不利的，但有助于在电解设备19中制造含能量的物质，并且因而把在第二运行模式中的运行设计得非常有利。

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