(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素燃焼バーナおよび／またはガスタービンを備える大型の蒸気発生装置（１）を有し、少なくとも１つの接続された発電機（７０）を有する少なくとも１つの蒸気が供給されるターボ発電機（５８）を備える接続された水／蒸気回路（５４）を有し、二酸化炭素を含むオフガス流（５３）が、前記炭素燃焼バーナを備える前記大型の蒸気発生装置（１）で生成される、電力プラント（５１）であって、
前記電力プラント（５１）が、二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニットを備え、
前記電力プラント（５１）が、前記少なくとも１つの発電機（７０）を備える発電構成要素によって、制御電力を供給する公共の送電系統（７１）に接続され、前記電力プラント（５１）の発電構成要素による電力の前記公共の送電系統（７１）への放出が、送電系統側の電力制御に従う、電力プラント（５１）において、
前記電力プラント（５１）が、水素（Ｈ２）を調製するための少なくとも１つの電解プラント（６１）、および前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも二酸化炭素成分および前記電解プラント（６１）で生成された水素からメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラント（６０）を備え、前記電力プラント（５１）の運転中に前記電力プラント側で生成された電力が、前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニット、前記水素（Ｈ２）を調製するための少なくとも１つの電解プラント（６１）、および前記メタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラント（６０）からなるこのグループのユニットおよびプラントの１つの、１つより多くの、または全ての運転のために、必要とされるときに、全体的にまたは部分的に利用可能であるように、前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニット、および水素（Ｈ２）を調製するための前記少なくとも１つの電解プラント（６１）、および前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも二酸化炭素成分および前記電解プラント（６１）で生成された水素からメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための前記少なくとも１つの合成プラント（６０）が、電流を伝導するライン、および媒体を伝導するラインによる伝導に関して、物理的かつ電気的に互いに接続され、
前記水素（Ｈ２）を調製するための前記少なくとも１つの電解プラント（６１）、または前記水素（Ｈ２）を調製するための複数の電解プラント（６１）、および、前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニット、もしくは二酸化炭素に富んだガス流を生成するための複数のユニット、および、前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラント（６０）、もしくは前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための複数の合成プラント（６０）が、それぞれの電流／電力消費、および、それぞれの生成または変換出力に関して、個々に作動され、制御され得るように構成され、且つ、前記電力プラント（５１）での送電系統側電力制御需要に応じて、前記電解プラント（６１）、前記ユニットおよび前記合成プラント（６０）のそれぞれの電流／電力消費および生成または変換出力を、直ちに急上昇または急降下させることができるように制御可能であるように、前記電解プラント（６１）、前記ユニットおよび前記合成プラント（６０）の電流／電力消費能力、および、前記電解プラント（６１）、前記ユニットおよび前記合成プラント（６０）の生成または変換能力に関して、電力プラント側で設計され、調整され、
前記電力プラント（５１）は、送電系統側電力制御需要のケースにおいて、３〜３０％／分の範囲の負荷変更勾配での負荷変更のための出力に関して変更される電力需要に調整させることができることを特徴とする、電力プラント。
【請求項２】
前記水素（Ｈ２）を調製するための少なくとも１つの電解プラント（６１）、もしくは水素（Ｈ２）を調製するための複数の電解プラント（６１）、および前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニット、もしくは前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための複数のユニット、および前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラント（６０）、もしくは前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための複数の合成プラント（６０）が、前記電解プラント（６１）、前記ユニット、および前記合成プラント（６０）を、３０分以下の期間にわたって、特定のプラント（６０，６１）またはユニットに対する標準設計値または標準運転値の１００〜３００％の電流／電力消費に従わせることができるように、前記電解プラント（６１）、前記ユニット、および前記合成プラント（６０）のそれぞれの電流／電力消費および／または前記電解プラント（６１）、前記ユニット、および前記合成プラント（６０）の生成または変換出力に関して、設計されていることを特徴とする、請求項１に記載の電力プラント。
【請求項３】
前記ユニット、および前記合成プラント（６０）のそれぞれの電流／電力消費および／または前記電解プラント（６１）、前記ユニット、および前記合成プラント（６０）の生成または変換出力に関して、特定のプラント（６０，６１）またはユニットに対する標準設計値または標準運転値の１５０〜２００％の電流／電力消費に従わせることができるように、設計されていることを特徴とする、請求項２に記載の電力プラント。
【請求項４】
前記メタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラント（６０）、またはメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための複数の合成プラント（６０）は、前記合成プラント（６０）が、前記電力プラント（５１）の全負荷で生成し二酸化炭素を含むオフガス流（５３）に存在する二酸化炭素の、重量で１０〜５０％をメタノールおよび／またはメタノール変換生成物に変換するように使用することができるような能力に関して、全体的に設計されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力プラント。
【請求項５】
前記電力プラント（５１）の全負荷で生成し二酸化炭素を含むオフガス流（５３）に存在する二酸化炭素の、重量で３０〜４０％をメタノールおよび／またはメタノール変換生成物に変換するように使用することができるような能力に関して、全体的に設計されていることを特徴とする、請求項４に記載の電力プラント。
【請求項６】
前記電力プラント（５１）の全負荷で生成し二酸化炭素を含むオフガス流（５３）に存在する二酸化炭素の、重量で３５％をメタノールおよび／またはメタノール変換生成物に変換するように使用することができるような能力に関して、全体的に設計されていることを特徴とする、請求項４又は５に記載の電力プラント。
【請求項７】
前記メタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラント（６０）、またはメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための複数の合成プラント（６０）が、前記電力プラント（５１）の全負荷および／または最大出力で前記電力プラント（５１）によって生成することができる電力の最大で全量までの電力をメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するために利用することができるような能力に関して、それぞれのケースで考えられる前記合成プラント（６０）の電流／電力消費能力および生成または変換出力に関して、全体的に設計されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電力プラント。
【請求項８】
前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニット、または二酸化炭素に富んだガス流を生成するための複数のユニットが、少なくとも１つの二酸化炭素分離プラント、および／または専用の二酸化炭素分離プラントを有する前記大型の蒸気発生装置（１）のオキシ燃料プロセスによって運転される１つ以上のバーナまたはバーナ装置を備えるか、または該１つ以上のバーナまたはバーナ装置からなっていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の電力プラント。
【請求項９】
前記二酸化炭素分離プラントが燃焼後回収（ＰＣＣ）プラント（５）であることを特徴とする、請求項８に記載の電力プラント。
【請求項１０】
前記水素（Ｈ２）を調製するための少なくとも１つの電解プラント（６１）、もしくは水素（Ｈ２）を調製するための複数の電解プラント（６１）、および前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニット、もしくは前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための複数のユニット、および前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラント（６０）、もしくは前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための複数の合成プラント（６０）が、前記電解プラント（６１）、前記ユニット、および前記合成プラント（６０）の運転中に、前記送電系統（７１）に給電することなしに前記電力プラント（５１）のために必要な前記電力プラント（５１）の最小限の負荷によって前記電力プラント（５１）を運転できるように、前記電解プラント（６１）、前記ユニット、および前記合成プラント（６０）の電流／電力消費および生成または変換出力に関して、全体的に設計されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の電力プラント。
【請求項１１】
前記水素（Ｈ２）を調製するための少なくとも１つの電解プラント（６１）、もしくは水素（Ｈ２）を調製するための複数の電解プラント（６１）、および前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニット、もしくは前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための複数のユニット、および前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラント（６０）、もしくは前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための複数の合成プラント（６０）が、スイッチを切ることができる負荷として、前記公共の送電系統（７１）に物理的かつ電気的に接続されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電力プラント。
【請求項１２】
前記水素（Ｈ２）を調製するための少なくとも１つの電解プラント（６１）、もしくは水素（Ｈ２）を調製するための複数の電解プラント（６１）、および前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニット、もしくは前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための複数のユニット、および前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラント（６０）、もしくは前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための複数の合成プラント（６０）が、前記水／蒸気回路（５４）の供給水のプレヒータ、および／または二酸化炭素分離プラントのプレヒータ、および／または前記電力プラント（５１）で使用される反応物質、および／または前記電力プラント（５１）で生成される生成物の少なくとも１つのプレヒータへ廃熱を伝導する少なくとも１つの導管によって、３０〜４００℃の範囲の前記少なくとも１つの電解プラント（６１）および前記少なくとも１つの合成プラント（６０）のプラント（６０，６１）および／またはユニットの運転で生じる廃熱に関して、伝導的に接続されていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電力プラント。
【請求項１３】
前記二酸化炭素分離プラントは、燃焼後回収（ＰＣＣ）プラント（５）であり、および／または、前記プラント（６０，６１）および／または前記ユニットの運転で生じる廃熱は３０〜１５０℃の範囲であることを特徴とする、請求項１２に記載の電力プラント。
【請求項１４】
前記水素（Ｈ２）を調製するための少なくとも１つの電解プラント（６１）、または水素（Ｈ２）を調製するための複数の電解プラント（６１）が、炭素燃料（５０）の燃焼中に前記大型の蒸気発生装置（１）のバーナで生成する前記オフガス流（５３）の二酸化炭素実体物全体、および／または少なくとも１つの二酸化炭素分離プラント（５）で分離される全量の二酸化炭素を、メタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための前記合成プラント（６０）でのメタノールまたはメタノール変換生成物に変換するために、生成できる量の水素を使用することができるように、前記電解プラント（６１）の生成および／または変換能力に関して、設計されていることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の電力プラント。
【請求項１５】
前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニット、前記水素（Ｈ２）を調製するための少なくとも１つの電解プラント（６１）、および前記メタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラント（６０）のグループのユニットまたはプラントのそれぞれが、少なくとも１つの専用の反応物質貯蔵手段および／または生成物貯蔵手段を有することを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の電力プラント。
【請求項１６】
前記電解プラント（６１）が、専用の水素貯蔵手段（２４）および／または酸素貯蔵手段（７９）を有し、および／または、前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するためのユニットが、専用の二酸化炭素貯蔵手段（１８）を有することを特徴とする、請求項１５に記載の電力プラント。
【請求項１７】
前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニット、および前記水素（Ｈ２）を調製するための少なくとも１つの電解プラント（６１）、および前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも二酸化炭素成分および前記電解プラント（６１）で生成された水素からメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラント（６０）は、前記電力プラント（５１）の運転中に前記電力プラント側で生成された電力が、前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するためのユニット、前記水素（Ｈ２）を調製するための電解プラント（６１）、および前記メタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための合成プラント（６０）からなるこのグループのユニットおよびプラントの１つの、１つより多くの、または全ての運転のために、必要とされるときに、全体的にまたは部分的に利用されるように、電流を伝導するラインおよび媒体を伝導するラインによる伝導に関して、物理的かつ電気的に互いに接続されており、かつ接続され、
前記水素（Ｈ２）を調製するための前記少なくとも１つの電解プラント（６１）、または前記水素（Ｈ２）を調製するための複数の電解プラント（６１）、および、前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニット、もしくは二酸化炭素に富んだガス流を生成するための複数のユニット、および、前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラント（６０）、もしくは前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための複数の合成プラント（６０）が、それぞれの電流／電力消費、および、それぞれの生成または変換出力に関して、個々に作動され、制御され得るように構成され、且つ、前記電力プラント（５１）での送電系統側電力制御需要に応じて、前記ユニットおよび前記合成プラント（６０）のそれぞれの電流／電力消費および生成または変換出力を、直ちに急上昇または急降下させることができるように制御可能であるように、前記ユニットおよび前記合成プラント（６０）の電流／電力消費能力、および前記ユニットおよび前記合成プラント（６０）の生成または変換能力に関して、電力プラント側で設計され、調整され、
前記電力プラント（５１）は、送電系統側電力制御需要のケースにおいて、３〜３０％／分の範囲の負荷変更勾配での負荷変更のための出力に関して変更される電力需要に調整させることができることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の電力プラントを柔軟に運転する方法。
【請求項１８】
前記水素（Ｈ２）を調製するための少なくとも１つの電解プラント（６１）、もしくは水素（Ｈ２）を調製するための複数の電解プラント（６１）、および前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニット、もしくは前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための複数のユニット、および前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラント（６０）、もしくは前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための複数の合成プラント（６０）が、スイッチを切ることができる前記公共の送電系統（７１）に物理的かつ電気的に接続された負荷として運転されることを特徴とする、請求項１７に記載の電力プラントを柔軟に運転する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素燃焼バーナおよび／またはガスタービンを備える大型の蒸気発生装置を有し、少なくとも１つの接続された発電機を有する少なくとも１つの蒸気が供給されるターボ発電機を備える接続された水／蒸気回路を有し、二酸化炭素を含むオフガス流は、前記炭素燃焼バーナを備える前記大型の蒸気発生装置で生成され、かつ、二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニットを備え、かつ、前記少なくとも１つの発電機を備える電力プラントの発電構成要素によって、制御電力を供給する公共の送電系統に接続され、前記電力プラントの発電構成要素による電力の送電系統への放出が、送電系統側の電力制御、特に第１制御および／または第２制御および／または第３制御および／または第４制御に従う、電力プラントを対象とする。本発明は、さらに、前記電力プラントを柔軟に運転する方法を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
再生可能なエネルギーを増加させ、高い優先順位で供給するため、再生可能なエネルギーの対応する高い供給がある場合、電力プラントの回転数を急降下させなければならないので、電力プラントは、最近、送電系統への電力の生成および供給のための貴重な期間を失っている。生成の観点から生成可能な電力よりも少ない電力しか販売できないので、これは、電力プラントの経済的な実行可能性に影響を及ぼす。同時に、余剰電力が送電系統に存在するとき、その後も、電力プラントは、供給される最小限の電力の消費または十分な報酬なしに、送電系統にサービスを提供するために運転されなければならず、交換の電力価格は、生成の限界収益のコストよりも低い。このため、再生可能なエネルギーの調整と同様に、工業プラントの需要側管理および大型の太陽光電力プラントおよび風力電力プラントの調整は、送電系統安定化のために現在既に使用されている。
【０００３】
電力供給における再生可能なエネルギーの比率の上昇によって、再生可能なエネルギーの供給が優先されるので、利用可能な火力電力プラントが火力電力プラントの負荷を大きく下げなければならない状況がしばしば生じる。これにより、火力電力プラントからの年間の電力販売が減少する。さらに、電力の部分的な過剰生成は、実行不可能になるまで前記従来の電力プラントの収入を減少させる、交換の電力価格を低下させている。
【０００４】
火力電力プラントは、例えば第１制御のために送電系統で常に必要とされるが、火力電力プラントの電力または負荷制御の点での電力生成に関して、技術的な理由で存在するいわゆる最小限の負荷によって制限されるということによって、過剰生成はさらに悪化する。大型の褐炭電力プラントのケースでのこの最小限の負荷は、例えば、３０〜５０％であり、無煙炭電力プラントのケースでは基準出力の１５〜３０％である。したがって、電力プラントは、送電系統安定化のためのサービスを提供するが、過度に低い交換価格の結果として、電力供給の結果としての金銭を失う。
【０００５】
本明細書で改善法を提供するために、余剰電力が電気的高温水または蒸気の発生装置で使用される、「電力を熱にする」利用が知られている。余剰電力は、後の地域熱供給のための住宅の加熱システム、または電力プラントの大型の熱貯蔵手段で直接貯蔵することができる。余剰電力の利用は、極めて低い資本コストの利点を有する。余剰電力の利用での不利益は、熱損失によって、せいぜい２、３日の範囲の短い時間しか熱を貯蔵できないことである。さらに、この方法では、熱は、高い値のエネルギーの形（純粋なエクセルギー）である、電力からの低いエクセルギーレベルで生成される。
【０００６】
電力プラントの柔軟化および最小限の負荷を下げることへの別の代替の可能性は、電力プラントの蒸気回路で直接生成された熱エネルギーを貯蔵することである。これは、電力プラントの蒸気回路のいわゆるルス蓄熱器（Ｒｕｔｈｓ  ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒｓ）で蒸気の形で行うことができる。しかしながら、詳細には６０分未満の範囲である、エネルギーの貯蔵可能な量および貯蔵期間は極めて低い。
【０００７】
別の代替の可能性は、電力プラントの蒸気回路の予熱領域での高温水の形での熱貯蔵である。しかし、この熱貯蔵でも、エネルギーの貯蔵可能な量は少ない。代替案は、高温の液体の塩（温度変化）の形での、または塩または他の固体の相変化エネルギーとしての、比較的高温での熱貯蔵である。しかしながら、この熱貯蔵で、システムは、未検査であり、実施することは難しい。
【０００８】
発電のための適した構造が与えられたガスタービン電力プラントに接続することもできるいわゆる燃料気化プラントの水素および／またはメタンおよび／または化学変換生成物の後の調製による合成ガスの調製の実用的な知識がある。しかしながら、燃料気化プラントの「組み込まれた気化を組み合わせたサイクル」（ＩＧＣＣ）プラントは、極めて複雑であり、高価であり、柔軟性がない。より詳細には、燃料気化装置と同様に、ガス精製／ガス処理運転または二酸化炭素分離のような必然的に存在する構成要素が遅いプロセスおよびプラントでもあるので、「組み込まれた気化を組み合わせたサイクル」（ＩＧＣＣ）プラントは、電力生成および化学生成物（例えばメタノール）の運転モード間の変更時、および使用される燃料の変更時に遅い。
【０００９】
さらに、個々のプロセスの必要とされる利用可能性または技術的特殊性が実際に高く動的な運転を完全に不可能にしない場合、プラント利用可能性は、前記プラントの動的な運転で減少される。さらに、これらのプロセスでは、燃料から生じる炭素に基づいて調製される化学変換生成物は、通常、高い炭素変換効率、したがって高いエネルギー変換レベルにつながる、直接の化学的なルートによって生成される。例えば、最大で５０％より多くの燃料炭素は、メタン生成物に変換することができる。しかしながら、同時に、導入された電力の電力ｋＷ当たりの資本コストは、標準的な火力発電プラントの資本コストを上回る５０〜１００％の間である。さらに、世界中で「組み込まれた気化を組み合わせたサイクル」（ＩＧＣＣ）プラントは極めて少ない。これらの理由のために、燃料気化は、燃料または肥料のような高い価値の化学生成物が、固体炭素燃料、通常、ベース負荷運転で効率的に運転されるプラントの石炭から生成されるケースでのみ、今日まで世界的で採用されてきた。
【００１０】
二酸化炭素が、地球環境の加熱の原因の１つであると考えられている温室効果ガスの１つであるということも知られている。それゆえに、二酸化炭素出力を減少させるために、環境保護のポリシーおよび技術における多数の努力がある。環境保護のポリシーおよび技術における多数の努力の概念の１つは、二酸化炭素のメタンガスへの変換による二酸化炭素の貯蔵に関係しており、例えば、論文「地球温暖化を抑制するための二酸化炭素の分離、固定、および変換のための新規技術」（Ｈｉｔａｃｈｉ，ｖｏｌ．４２（１９９３），ｎｏ．６，ｐａｇｅｓ  ２５５−２６０）で説明される。この論文の場合、化石燃料の燃焼中に生成する二酸化炭素は、煙道ガスから分離され、合成天然ガス（メタン）が生成するメタネーションに送られる。メタネーションは、一酸化炭素（ＣＯ）または二酸化炭素（ＣＯ２）がメタン（ＣＨ４）に変換される化学反応である。メタンを与える二酸化炭素の反応は、サバティエ（Ｓａｂａｔｉｅｒ）プロセスとしても参照され、ポール・サバティエおよびＪ．Ｂ．センダーセンス（Ｓｅｎｄｅｒｓｅｎｓ）によって、１９０２年に発見された。このメタンを与える二酸化炭素の反応では、一酸化炭素または二酸化炭素は、メタンおよび水を与えるように３００〜７００℃の温度で水素と反応する。反応は、発熱であるが、触媒によって加速されなければならない。
【００１１】
さらに、風力または太陽光線を利用したエネルギーによる再生可能なエネルギーの生成に関連して、現在要求される電力よりも多くの電力が頻繁に送電系統に供給されるという問題が生じる。この問題は、送電系統安定性を保証するために、消費されなければならないか、または貯蔵されなければならない「余剰電力」の量につながる。再生可能なエネルギー源から生成された電力の送電系統への供給から独立して、基本的な問題は、いつでも風力または太陽光線を利用したエネルギーを利用することができるようにするために、必要な場合、生成された電力を貯蔵することができることについて生じる。
【００１２】
これに関連して、エネルギーがメタネーションによって化学的に変換され、メタン（ＣＨ４）として貯蔵される「電力をガスに」という概念は、有利であることが見出された。この場合、メタンの生成に必要とされる水素は、特に、風力タービンまたは太陽電池のような再生可能なエネルギー源から必要とされる電力を得る電気分解によって生成される。考えられる二酸化炭素または一酸化炭素源は、炭素燃料または炭素の原料が二酸化炭素または一酸化炭素を含むガス雰囲気に変換される、電力プラントまたは工業プラントから煙道ガス流に処理される。
【００１３】
メタネーションで生成されたメタン生成物（ＣＨ４）が、既存のインフラ設備（パイプライン、天然ガスタンク）で合成天然ガスとして、数ヶ月の期間にわたって、長期間貯蔵することができるので、「電力をガスに」という概念は、長期的なエネルギー貯蔵、および大気への直接的な二酸化炭素排出の回避の実行可能な方法である。水素は、電気分解によって調製することができる。代案として、水素は、他の代替の源から生じてもよい。二酸化炭素は、二酸化炭素に富んだ気流、例えば電力プラントからの煙道ガス流からの分離によって生じてもよい。電気分解や煙道ガス流からの分離のような方法で得られた水素および二酸化炭素成分は、合成によって、メタネーションプラントまたはメタネータで水およびメタンに変換される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、柔軟な運転方法または炭素燃料を燃焼させる電力プラントの運転モードを提供し、特に送電系統側電力需要への電力プラント出力を適時に調整できるようにする解決策を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この目的は、本発明に従って、請求項１の特徴を有する電力プラントおよび請求項１６に記載の前記電力プラントを運転する方法によって達成される。
【００１６】
本発明の適切な構造および有利な開発は、特定の従属請求項の主題である。
【００１７】
したがって、上記目的は、前記電力プラントは、水素（Ｈ２）を調製するための少なくとも１つの電解プラント、および前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも二酸化炭素成分、および前記電解プラントで生成された水素からのメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラントを備え、かつ、前記電力プラントの運転中に前記電力プラント側で生成された電力が、前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニット、前記水素（Ｈ２）を調製するための少なくとも１つの電解プラント、および前記メタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラントからなるこのグループのユニットおよびプラントの１つの、１つより多くの、または全ての運転のために、必要とされるときに、全体的にまたは部分的に利用可能であるように、前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニット、および水素（Ｈ２）を調製するための前記少なくとも１つの電解プラント、および前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも二酸化炭素成分、および前記電解プラントで生成された水素からのメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための前記少なくとも１つの合成プラントが、電流を伝導するライン、および媒体を伝導するラインによる伝導に関して、物理的かつ電気的に互いに接続されているという点で、最初により詳細に特定したタイプの電力プラントにおいて達成される。
【００１８】
請求項１から１５のいずれか一項に記載の電力プラントを柔軟に運転する方法では、上記目的は、前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニット、および前記水素（Ｈ２）を調製するための少なくとも１つの電解プラント、および前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも二酸化炭素成分および前記電解プラントで生成された水素からのメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラントは、前記電力プラントの運転中に前記電力プラント側で生成された電力が、前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するためのユニット、前記水素（Ｈ２）を調製するための電解プラント、および前記メタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための合成プラントからなるこのグループの１つの、１つより多くの、または全ての運転のために、必要とされるときに、全体的にまたは部分的に利用可能であるような、電流を伝導するラインおよび媒体を伝導するラインによる伝導に関して、物理的かつ電気的に互いに接続されてきており、かつ接続されている点で、達成される。
【００１９】
第１の態様では、本発明の出発点は、二酸化炭素に富んだガス流の生成、特に二酸化炭素分離の組み込み、水素を生成する電気分解、およびメタノールおよび／またはメタノール変換生成物、例えばジメチルエーテル（ＤＭＥ）またはガソリンを調製するための化学合成によって、炭素燃料を燃焼させる電力プラントを柔軟化することである。
【００２０】
柔軟化は、電力プラントが、電力の生成物および送電系統へのサービス、例えば、第１制御および第２制御だけでなく、化学産業または石油化学産業または輸送産業のための別の生成物、例えば、メタノール、ジメチルエーテル、ガソリン、または別の原材料も（定期的に）生成するということを意味することが本明細書では理解される。これに加えて、需要側管理（すなわち、プロセス電力需要の減少によって送電系統負荷を下げることができること）の生成物もある。
【００２１】
さらに、柔軟化は、前記プロセスの組み合わせは、電力プラントまたは電力プラント現場の最小限の供給をさらに下げることができ、電力プラントを停止しなければならなくなることなく、最小限の供給を負の値に減少させることができるということを意味するように理解される。これは、電力プラントが送電系統で利用可能な十分な電力生成体であるにもかかわらず、例えば、抑制しなければならない再生可能な電力発電機が、さらに、送電系統の制御および安定化に接続されたままであるとき、特に有利である。
【００２２】
本発明は、有機物から発生した炭素の再生可能な原材料、無煙炭、褐炭、工業からの炭素の廃棄材料、天然ガス、バイオガス、または化学工業または鉄の生産から副次的に生成されるガスのような炭素ガスの混合物のような炭素の気体の燃料によって、炭素燃焼バーナが運転される電力プラントを包含する。本発明は、液体または気体の炭素燃料を燃焼させる、ガスタービンプラントまたはガスエンジンの蒸気発生装置または他のもので燃料を燃焼させる蒸気電力プラント、またはこれらの電力プラント、例えば組み合わせたサイクル電力プラントと称される、ガスタービンおよび蒸気タービン電力プラントの他の組み合わせで採用可能である。本発明は、対応のプラント／設備が、発電のための廃熱の少なくともいくらかを利用するための、下流の蒸気生成、および蒸気タービンを含む場合、高炉セメント、製紙業でのプラント、および他の燃焼プロセスからのオフガスに適用することもできる。
【００２３】
電力プラントの最小限の負荷が、本発明に従って、「電力を燃料に」（ＰｔＦ）のプロセスで電力プラント側で生成された電力の内部使用によってさらに減少するか、または余剰電力が送電系統から引き込まれた場合、水電気分解（または代案として、塩素アルカリ電気分解による他のもの）で水素（Ｈ２）を調製すること、およびさらに発電を減少させる、煙道ガスから二酸化炭素（ＣＯ２）を分離することが、電力を用いて可能である。この二酸化炭素および水素は、本発明に従って、例えば、その後、さらに処理することができるメタノールを調製するために、触媒プロセスによる化学合成で使用される。
【００２４】
これは、生成物の範囲（メタノールまたはメタノール変換生成物の調製）の拡大によって、電力プラント運転での電力プラントの長い年間利用時間を達成する可能性、および実行可能な運転を（再度）達成する可能性を生じさせる。これは、送電系統安定性を促進するために、スタンバイ運転のための実行不可能な電力プラントを支援する、すなわち、電力プラントオペレータへの特別な報酬によって実行不可能な電力プラント設備の運転を支援する「容量メカニズム」を必要とすることなく実行できる。
【００２５】
したがって、本発明は、メタノールまたはメタノール変換生成物の形で生成される余剰電力を送電系統および蒸気回路の外部の物質の化学エネルギーに貯蔵し、その後、他の目的のために電力プラントでまたは外部で適した方法でメタノールまたはメタノール変換生成物を使用するアイデアに由来する。
【００２６】
したがって、電力プラントの柔軟化は、第１に、生成物の柔軟化によって達成される。これは、電力プラントが「電力」の生成物の生成に関して調整されるだけではなく、さらに、「メタノールおよび／またはメタノール変換生成物」の生成物の生成に関しても調整されるということを意味する。この文脈では、電力プラントは、さらに、それぞれのケースで生成される電力量とメタノールまたはメタノールの変換生成物との間の柔軟なバリエーションが考えられるように構成されている。これは、個々のプラントまたはユニット間に、適切な電流を伝導する接続、および媒体を伝導する接続を挿入すること、および特定のプラントまたはユニットで生成される生成物または処理される反応物質のための貯蔵手段または中間貯蔵手段を任意に配置することによって容易に達成することができる。第２に、柔軟化は、運転の柔軟化、すなわち、本発明の電力プラントの考えられる運転モードの柔軟化に関する。水素を生成する電気分解である、電力プラントシステムの構成要素、または電力プラントシステム全体によって、電力プラント側で生成された電力の、接続された公共の送電系統への供給への代替として、電力プラント側で生成された電力によって運転することができる標準的でない電力消費体が存在する。水素を調製するための電解プラントは、電力消費に比較的素早く反応し、それゆえに、電解プラントの電流／電力消費および電解プラントの生成または変換出力に関して、急上昇−または急降下−させることができるという利点を有する。電解プラントで、接続された公共の送電系統に存在する余剰電力を使用することも考えられる。本発明のプラントおよびユニットは、同様に、速やかに電力を消費することができる別の電力消費体を備えている。したがって、より詳細には、水素を調製するための電解プラント、および／またはメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための合成プラント、および／または二酸化炭素に富んだガス流を生成するためのユニットの電流／電力消費の変更、および生成または変換出力は、直ちに、望ましくは数分の範囲で達成することができる。
【００２７】
それゆえに、前記水素（Ｈ２）を調製するための少なくとも１つの電解プラント、または水素（Ｈ２）を調製するための複数の電解プラントは、前記電力プラントでの送電系統側電力制御需要に応じて、前記電解プラントの電流／電力消費および水素生成を、直ちに、望ましくは微小な範囲で、急上昇または急降下させることができるように制御可能となるように、前記電解プラントの電流／電力消費能力、および前記電解プラントの水素生成能力に関して、電力プラント側で設計され、調整されていることが、電力プラントの構造に関して、本発明の特徴である。類似した方法で、前記水素（Ｈ２）を調製するための少なくとも１つの電解プラントまたは水素（Ｈ２）を調製するための複数の電解プラントでの電流／電力消費および水素生成は、前記電力プラントでの送電系統側電力制御需要に応じて、前記電力プラント側で、直ちに、望ましくは微小な範囲で、急上昇または急降下させることが、構造に関して、本発明の方法の特徴である。
【００２８】
電解プラントだけでなく二酸化炭素に富んだガス流を生成するためのユニットおよびメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための合成プラントが電力プラントの柔軟な運転方法または運転モードを促進するとき、有利である。それゆえに、前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニット、または二酸化炭素に富んだガス流を生成するための複数のユニット、および／または前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からのメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラント、または前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からのメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための複数の合成プラントは、前記電力プラントでの送電系統側電力制御需要に応じて、前記電解プラントのそれぞれの電流／電力消費および生成または変換出力を、直ちに、望ましくは微小な範囲で、急上昇または急降下させることができるように制御可能となるように、前記電解プラントの電流／電力消費能力、および前記電解プラントの生成または変換能力に関して、電力プラント側で設計され、調整されていることが、電力プラントの開発の特徴である。
【００２９】
以下では、個々のケースでいかなる異なる仕様も説明されていない場合、電力プラントの個々のまたは数セットのプラントまたはユニットを、直ちに、望ましくは微小な範囲で、回転数の急上昇または回転数の急降下させることは、送電系統側第１制御需要への反応として３０秒以内に、かつ送電系統側第２制御需要への反応として５分以内に達成されるということを意味するために、本出願の文脈で以上および以下で理解される。
【００３０】
同じ方法で、本発明の方法の開発では、前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニット、または前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための複数のユニット、および／または前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からのメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラント、または前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からのメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための複数の合成プラントのそれぞれの電流／電力消費および生成または変換出力は、前記電力プラントでの送電系統側電力制御需要に応じて、前記電力プラント側で、直ちに、望ましくは微小な範囲で、急上昇または急降下させる。
【００３１】
本発明の電力プラントでは、本発明に従って、少なくとも１つの発電機によって生成された電力を極めて速やかにかつ直ちに、接続された送電系統に供給するだけでなく、存在するプラントおよびユニット間で、少なくとも１つの発電機によって生成された電力を分配することも考えられるので、本発明の電力プラントは、負荷を急速に変更することができる。それゆえに、前記水素（Ｈ２）を調製するための少なくとも１つの電解プラント、または水素（Ｈ２）を調製するための複数の電解プラント、および前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニット、または前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための複数のユニット、および前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からのメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラント、または前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からのメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための複数の合成プラントは、組み込まれたシステムの前記電力プラントでの送電系統側電力制御需要に応じて、前記少なくとも１つの電解プラント、前記少なくとも１つのユニット、および前記少なくとも１つの合成プラントを、前記少なくとも１つの電解プラント、前記少なくとも１つのユニット、および前記少なくとも１つの合成プラントのそれぞれの電流／電力消費および生成または変換出力に関してそれぞれ、前記直ちに、望ましくは微小な範囲で、急上昇または急降下させることができ、前記電力プラントが、送電系統側電力制御需要のケースでは、電力プラントが３〜３０％／分の範囲の負荷変更勾配での負荷変更のための出力に関して変更される電力需要に調整することができるように、前記少なくとも１つの電解プラント、前記少なくとも１つのユニット、および前記少なくとも１つの合成プラントのそれぞれの電流／電力消費能力および前記少なくとも１つの電解プラント、前記少なくとも１つのユニット、および前記少なくとも１つの合成プラントのそれぞれの生成または変換出力に関して、前記電力プラント側の制御目的のために、設計され、互いに接続されていることが、本発明の別の特徴である。
【００３２】
個々のプラント／プラント構成要素またはユニットの電流／電力消費を特に急速かつ直ちに調整できるようにするために、個々のプラント／プラント構成要素またはユニットが、長続きする基準負荷または標準的な設計値または標準的な運転値のために設計されているが、比較によって、はるかに高いピーク負荷で直ちに運転することができるとき、適切である。それゆえに、構造に関して、前記水素（Ｈ２）を調製するための少なくとも１つの電解プラント、または水素（Ｈ２）を調製するための複数の電解プラント、および前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニット、または前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための複数のユニット、および前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からのメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラント、または前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からのメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための複数の合成プラントは、前記少なくとも１つの電解プラント、前記少なくとも１つのユニット、および前記少なくとも１つの合成プラントの１つ／前記少なくとも１つの電解プラント、前記少なくとも１つのユニット、および前記少なくとも１つの合成プラントを、特に、前記電力プラントでの送電系統側電力制御需要に応じて、微小な範囲内の短期間の間、望ましくは３０分以下の期間にわたって、特定のプラントまたはユニットに対する標準設計値または標準運転値の１００〜３００％、望ましくは１５０〜２００％の電流／電力消費に従わせることができるように、前記少なくとも１つの電解プラント、前記少なくとも１つのユニット、および前記少なくとも１つの合成プラントのそれぞれの電流／電力消費および／または前記少なくとも１つの電解プラント、前記少なくとも１つのユニット、および前記少なくとも１つの合成プラントの生成または変換出力に関して、設計されていることが、電力プラントに対する本発明の別の特徴である。
【００３３】
電力プラントの特に良好な柔軟化を達成するために、個々のプラントまたはユニットを単独でかつ個々に電力プラントの異なる運転モードに調整することができるか、または個々のプラントまたはユニットの電力消費または電流／電力消費に関して、かつ個々のプラントまたはユニットの生成出力または変換出力に関して、個々のプラントまたはユニットを調整することができるとき、有益である。それゆえに、前記水素（Ｈ２）を調製するための少なくとも１つの電解プラント、または水素（Ｈ２）を調製するための複数の電解プラント、および前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニット、または前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための複数のユニット、および前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からのメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラント、または前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からのメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための複数の合成プラントは、前記少なくとも１つの電解プラント、前記少なくとも１つのユニット、および前記少なくとも１つの合成プラントのそれぞれの電流／電力消費、および前記少なくとも１つの電解プラント、前記少なくとも１つのユニット、および前記少なくとも１つの合成プラントのそれぞれの生成または変換出力に関して、個々に作動させ、制御できることも、電力プラントの別の構造において、本発明の特徴である。類似した方法では、本発明の方法の形態で、前記水素（Ｈ２）を調製するための少なくとも１つの電解プラント、または水素（Ｈ２）を調製するための複数の電解プラント、および前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニット、または前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための複数のユニット、および前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からのメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラント、または前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からのメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための複数の合成プラントは、前記少なくとも１つの電解プラント、前記少なくとも１つのユニット、および前記少なくとも１つの合成プラントのそれぞれの電流／電力消費、および前記少なくとも１つの電解プラント、前記少なくとも１つのユニット、および前記少なくとも１つの合成プラントのそれぞれの生成または変換出力に関して、個々に作動させ、制御される。
【００３４】
本発明の文脈で二酸化炭素を含むオフガスが生成される電力プラントを柔軟に運転することができるようにするために、前記メタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラント、またはメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための複数の合成プラントは、前記少なくとも１つの合成プラントの１つ／前記少なくとも１つの合成プラントが、前記電力プラントの全負荷で生成され二酸化炭素を含むオフガス流に存在する二酸化炭素の、重量で１０〜５０％、特に、重量で３０〜４０％、望ましくは重量で３５％をメタノールおよび／またはメタノール変換生成物に変換するように使用することができるような能力に関して、全体的に設計されているとき、有利かつ適切であり、これは、本発明によって同様に想定される。
【００３５】
前記メタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラント、またはメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための複数の合成プラントは、前記電力プラントの全負荷および／または前記電力プラントの最大出力で前記電力プラントによって生成することができる電力の最大で全量までの電力をメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するために利用することができるような能力に関して、それぞれのケースで考えられる前記合成プラントの電流／電力消費能力および生成または変換出力に関して、全体的に設計されていることは、さらに適切かつ有利であり、これは、同様に、構造に関して、電力プラントの特徴である。
【００３６】
二酸化炭素ガス流を生成するためのユニットは、特に、炭素燃料の燃焼で生成されたオフガスから二酸化炭素（ＣＯ２）をスクラブするかまたはろ過する、または炭素燃料の燃焼で生成されたオフガスから二酸化炭素（ＣＯ２）を得る二酸化炭素分離プラントを備えていてもよい。それゆえに、前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニット、または二酸化炭素に富んだガス流を生成するための複数のユニットは、少なくとも１つの二酸化炭素分離プラント、特に燃焼後回収（ＰＣＣ）プラント、および／または専用の二酸化炭素分離プラントを有する前記大型の蒸気発生装置のオキシ燃料プロセスによって運転される１つ以上のバーナまたはバーナ装置を備えるか、または少なくとも１つの二酸化炭素分離プラント、特に燃焼後回収（ＰＣＣ）プラント、および／または専用の二酸化炭素分離プラントを有する前記大型の蒸気発生装置のオキシ燃料プロセスによって運転される１つ以上のバーナまたはバーナ装置からなっていることも、別の構造において、電力プラントの特徴である。バーナのオキシ燃料運転のケースでは、目的に必要とされる酸素も、好適には、特に、水が酸素（Ｏ２）の生成を伴って水素（Ｈ２）に変換される、水素の調製／生成のための電解プラント（または電解プラントの１つ）から生じてもよい。
【００３７】
送電系統に給電することなく、プラントに必要な電力プラントの最小限の負荷によって電力プラントを運転することができ、そのときに生じる全ての電力が、生成物の柔軟化に役立つ対応のプラントおよび／またはユニットに流れるように、プラントの電流／電力消費およびプラントの生成または変換出力に関して、生成物の柔軟化を可能にし作用するプラントが、全体的に設計されているとき、さらに有利である。それゆえに、本発明は、前記水素（Ｈ２）を調製するための少なくとも１つの電解プラント、または水素（Ｈ２）を調製するための複数の電解プラント、および前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニット、または前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための複数のユニット、および前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からのメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラント、または前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からのメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための複数の合成プラントは、前記少なくとも１つの電解プラント、前記少なくとも１つのユニット、および前記少なくとも１つの合成プラントの運転中に、前記送電系統に給電することなく、前記電力プラントのために必要な前記電力プラントの最小限の負荷によって、前記電力プラントを運転時に運転できるように、前記少なくとも１つの電解プラント、前記少なくとも１つのユニット、および前記少なくとも１つの合成プラントの電流／電力消費および生成または変換出力に関して、全体的に設計されている電力プラントをさらに想定する。
【００３８】
代替のバージョンでは、電力プラントは、接続された送電系統から余剰電力によって運転可能である。それゆえに、前記水素（Ｈ２）を調製するための少なくとも１つの電解プラント、または水素（Ｈ２）を調製するための複数の電解プラント、および前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニット、または前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための複数のユニット、および前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からのメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラント、または前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からのメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための複数の合成プラントは、前記送電系統から引き込まれた余剰電力によって前記少なくとも１つの電解プラント、前記少なくとも１つのユニット、および前記少なくとも１つの合成プラントを運転することができるように、前記少なくとも１つの電解プラント、前記少なくとも１つのユニット、および前記少なくとも１つの合成プラントの電流／電力消費および生成または変換出力に関して、全体的に設計され、前記送電系統に接続されているケースでは、前記電力プラントは、接続された前記公共の送電系統のための電力シンクの形を取ることも、構造に関して、本発明の電力プラントの特徴である。
【００３９】
公共の送電系統の電力制御に貢献できるようにするために、本発明の別の構造では、前記水素（Ｈ２）を調製するための少なくとも１つの電解プラント、または水素（Ｈ２）を調製するための複数の電解プラント、および前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニット、または前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための複数のユニット、および前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からのメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラント、または前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からのメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための複数の合成プラントは、スイッチを切ることができる負荷として、前記公共の送電系統に物理的かつ公共的に接続されている。
【００４０】
本発明の方法の構造では、類似した方法で、前記水素（Ｈ２）を調製するための少なくとも１つの電解プラント、または水素（Ｈ２）を調製するための複数の電解プラント、および前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニット、または前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための複数のユニット、および前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からのメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラント、または前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からのメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための複数の合成プラントは、スイッチを切ることができる前記公共の送電系統に物理的かつ電気的に接続された負荷として運転される。
【００４１】
本発明に従う提案された電力プラントの柔軟化のケースでは、熱を運び込む方法、および／または熱を運び去る方法で、電力プラントの内部で生じる熱を組み合わせることは、さらに有利かつ適切であってもよい。１つの本発明のオプションは、本発明の開発では、前記水素（Ｈ２）を調製するための少なくとも１つの電解プラント、または水素（Ｈ２）を調製するための複数の電解プラント、および前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニット、または前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための複数のユニット、および前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からのメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラント、または前記二酸化炭素に富んだガス流の少なくとも一部分からのメタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための複数の合成プラントは、前記水／蒸気回路の供給水のプレヒータ、および／または二酸化炭素分離プラント、特に燃焼後回収（ＰＣＣ）プラントのプレヒータ、および／または前記電力プラントで使用される反応物質、および／または前記電力プラントで生成される生成物の少なくとも１つのプレヒータへの少なくとも１つの廃熱を伝導する導管によって、３０〜４００℃の範囲の、望ましくは３０〜１５０℃の範囲の、前記少なくとも１つの電解プラントおよび前記少なくとも１つの合成プラントのプラントおよび／またはユニットの運転で生じる廃熱に関して、伝導的に接続されていることである。
【００４２】
プラント技術に関して、電解プラントによって生成できる水素が、電力プラント運転で生成されたか、または分離された全ての二酸化炭素（ＣＯ２）をメタノールおよび／または１つ以上のメタノール変換生成物に変換するのに十分であるとき、さらに有利である。それゆえに、本発明は、電力プラントの別の構造において、前記水素（Ｈ２）を調製するための少なくとも１つの電解プラント、または水素（Ｈ２）を調製するための複数の電解プラントは、炭素燃料の燃焼中に前記大型の蒸気発生装置のバーナで生成する前記オフガス流の二酸化炭素実体物全体、および／または少なくとも１つの二酸化炭素分離プラントで分離される全量の二酸化炭素を、メタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための前記合成プラントでのメタノールまたはメタノール変換生成物に変換するために、生成できる量の水素を使用することができるように、前記少なくとも１つの電解プラントの生成および／または変換能力に関して、設計されていることを想定する。
【００４３】
最後に、前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するための少なくとも１つのユニット、前記水素（Ｈ２）を調製するための少なくとも１つの電解プラント、および前記メタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための少なくとも１つの合成プラントのグループのユニットまたはプラントのそれぞれは、少なくとも１つの専用の反応物質貯蔵手段および／または生成物貯蔵手段を有し、前記電解プラントは、特に、専用の水素貯蔵手段および／または酸素貯蔵手段を有し、前記二酸化炭素に富んだガス流を生成するためのユニットは、特に、専用の二酸化炭素貯蔵手段を有することも、本発明の特徴である。  個々のプラント／ユニットで進行するプロセスを互いに独立して運転でき、個々のプロセスの動特性の障害がないように、水素貯蔵手段および／または酸素貯蔵手段および／または二酸化炭素貯蔵手段は、望ましくは、緩衝貯蔵手段の形を取る。この点において、貯蔵手段は、運転の柔軟化または電力プラントを運転する方法に貢献する。それぞれのケースで電力プラントで進行する個々のプラント／ユニットおよびプロセスまたは方法の重み付けの優先順位は、メタノールおよび／またはメタノール変換生成物の調製によって所有される。特に二酸化炭素分離プラントおよび電解プラントの能力および出力は、それぞれのケースで二酸化炭素分離プラントおよび電解プラントに対して調整される。
【００４４】
プラント運転の柔軟性に関して、ここでかつ以下で説明される、下流の二酸化炭素分離（燃焼後回収，ＰＣＣ）または組み込まれた二酸化炭素分離（オキシ燃料）を有する、炭素燃料を燃焼させる電力プラントにおける本発明の発電は、電力プラントプロセスを、発電量に関して幅広く柔軟に運転できる利点を提供する。本方法は、新しく建設される火力電力プラント、または既存の電力プラント設備に組み込むことができる拡張としての他のものと組み合わせることができる。発電および電気分解による変換経路は、エクセルギーに関して最適ではないが、この方法の組み合わせのエネルギーおよびエクセルギーの欠点は、プロセスの特に有利なエネルギー接続によって、再度、少なくとも部分的に相殺することができる。炭素のエネルギーキャリア（メタノールまたはメタノール変換生成物）の生成によって、電力プラントの最小限の負荷を負の値（０％より小さく、−１０．０％より大きい値）に調整することは、炭素燃料を燃焼させる電力プラントのケースでは考えられる。比較的小型の電力プラントユニットのケースでさえ、第１制御能力を、１分当たり１００ＭＷｅｌよりも多い電力に増加させることが、同様に考えられる。
【００４５】
したがって、様々な利点は、燃焼後回収成分の下流の二酸化炭素分離の熱接続、および水素電気分解の熱接続、および下流のメタノールまたはメタノール変換生成物調製の熱接続のような方法構成要素の下流の熱接続から生じる。
【００４６】
例えば、二酸化炭素分離またはリアクタ（メタノール調製または変換）のようなプラント構成要素からの廃熱は、エネルギー的に好ましい方法で、電力プラントの高圧プレヒータまたは低圧プレヒータ、またはリアクタの上流の反応物質の予熱のために使用される他のものの中に取り入れることができる。
【００４７】
燃焼後回収プロセスでの脱離または生成物のいかなる任意の下流の精留または蒸留のようなプラント構成要素を運転するために必要とされる熱は、リアクタ（メタノール調製または変換）の反応の廃熱から取り出すことができるか、または蒸気を生成するプロセスからの流れ出る蒸気としてエネルギー的に効率的な方法で取り出すことができるか、または生成物および中間体の冷却から少なくとも部分的に得ることができる。結果として、それぞれの化学生成物への電力の変換効率は、前記エネルギー統合を有しないプラントのケースの６０％未満と比較して、７０％より大きな値に、大幅に増加する。
【００４８】
二酸化炭素分離が燃焼後回収方法によって行われる場合、効率性が高い方法で、かつ最小限のスクラブ剤消費（通常、アミン水溶液）によって、二酸化炭素分離を行うためにも、化学吸収が、必要な場合、上流の煙道ガス脱硫および／または煙道ガス冷却運転を有するべきである。
【００４９】
生成物または中間体の冷却から得られた水は、必要な精製の後、望ましくは、水素電気分解に送り返されるべきである。精製は、望ましくは、電力プラントの供給水プロセス用プラント、および／または目的のために特別に設計された水プロセスシステムで達成することができる。
【００５０】
電力プラントの、または需要側管理の文脈の範囲内での制御能力を支援するために、電気分解負荷の全速度の変更を使用することができるようにするために、数秒から最大で数時間までの範囲の化学リアクタまたは二酸化炭素分離の負荷の変更を遅延させることができる、水および／または水素および／または二酸化炭素および／または酸素のための貯蔵手段を、プロセス全体に組み込むことは適切である。貯蔵手段は、例えば、加圧貯蔵手段（圧力容器または空洞）または液体の貯蔵手段であってもよい。したがって、二酸化炭素分離および下流のリアクタが負荷の変更のために時間が長くかかる一方で、加えられる電力によって数秒の範囲内で最大１００％まで、電気分解の負荷を変更することが考えられる。
【００５１】
プラント全体（電力プラント、水素電気分解、二酸化炭素分離、及びリアクタのプラント複合体）の構成要素は、送電系統における電力需要に対して反比例的に運転させることができ、すなわち、特に、電力プラント自体は可能な限り低い負荷で運転される間の送電系統における電力需要が小さいときに、電気分解、二酸化炭素分離及び／またはリアクタ（メタノール調整及びメタノール変化生成物への変換）に対して高負荷を与えることができ、また、水素電気分解、二酸化炭分離及び反応器は、一般的に最大負荷で運転されて、送電系統からの正負荷要求がある場合のみ絞られるように、すなわち、電流／電力消費（需要側管理、ＤＳＭ）の観点では減少するように、分離方式で制御されることができる。
【００５２】
水素電気分解の瞬間的なかつ即時の停止によって、追加の大きな電力の供給を極めて迅速に達成することができるので、電気分解、二酸化炭素分離および／またはリアクタ（メタノール調製およびメタノール変換生成物への変換）での高い負荷に対して切り離される、プラントまたは電力プラントを運転する方法は、特に、電力交換の価格レベルが極めて低く、かつ／または負荷勾配（供給）が頻繁に運転されなければならないとき、実行可能である。
【００５３】
電気分解、二酸化炭素分離および／またはリアクタ（メタノール調製およびメタノール変換生成物への変換）での高い負荷に対して反比例的に運転するケースでは、現在のプラント出力に従って、水素電気分解の極めて急速な負荷の上昇または負荷の降下によって、（正または負の）いずれかの方向での電力プラント出力の負荷勾配を支援することが考えられる。
【００５４】
システムの全体の動特性は、さらに、水素電気分解と平行に低電圧レベルで適切に組み込むことができる、バッテリシステムの平行な接続によって、支援することができる。前記バッテリの大きさおよび構造は、電力プラントの期待された電力価格レベルおよび能力利用、および送電系統の安定化のための期待された制御介入を参照して達成することができる。
【００５５】
蒸気回路での、または電気的な熱の生成からの熱を貯蔵する前述の方法は、本発明の方法と好適には組み合わせることもできる。
【００５６】
電力プラントが、酸素が必要とされる工業プラント、例えば製鉄工業または化学工業の近くである場合、酸素が必要とされる工業プラントの水の電気分解の実行で生成された酸素を使用し、かつ同時に、電力プラントに存在するいかなる空気分別プラントの出力を減少させることも適切である。
【００５７】
それ以外には、酸素は、オフガス体積流量の減少によって、または燃焼後回収二酸化炭素分離に対する代替案として組み込まれた二酸化炭素分離で燃焼させる純粋なオキシ燃料で、ボイラ効率を向上させるように、電力プラントの燃焼を促進するために、完全にまたは部分的に使用することもできる。
【００５８】
隣接する工業の運転での使用、または酸素を強化した燃焼での使用が考えられない、または望まれない場合、酸素は、必要な精製および乾燥の後、より高いレベルに圧縮することもでき、圧縮酸素として、または、液化後、液体酸素として、市場で販売することもできる。前記下流のプロセスの実行は、さらに、プロセス全体の電力消費を増加させ、電力プラントまたは工業の場所の負の電力供給（＝電力消費）に対して負荷制御範囲を下に広げるように、上手に利用することができる。
【００５９】
電力プラントの柔軟化のために本明細書で説明された方法では、使用される構造および燃料に従って、内部発電全ての利用によって、負荷範囲に関係なく、定常状態で、燃料または煙道ガスに存在する炭素の約１０〜３５％をメタノールおよびメタノール変換生成物に変換することができる。送電系統からさらに引き込まれる電力の使用は、送電系統からさらに引き込まれる電力の比率を最大で９０％よりも多い比率にさらに増加させることができる。さらに、二酸化炭素、水素、酸素の中間体のための貯蔵手段を使用するケースでは、電力プラントで発電から運転を切り離すことが一時的に考えられる。さらに、より多くの電力を消費し、この負の勾配による電力供給での負荷の変更を支援するために、電気分解の出力を一時的に、かつ直ちに、通常の運転の最大で２００％よりも多い値に大幅に増加させることが、通常の運転での低い電流密度のための水素電気分解の設計によっても考えられる。
【００６０】
本発明は、図面を参照して、以下で例のために詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】概略的な形での本発明の電力プラントのプラントフローダイアグラムである。
【図２】同様の概略的な形での専用の構成要素を有する本発明の電力プラントの相互接続である。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
図１は、概略的な形での接続された水／蒸気回路５４を有する大型の蒸気発生装置１を備える、褐炭５０を燃焼させる電力プラント５１を示す。大型の蒸気発生装置１のバーナで褐炭５０の燃焼で生成された煙道ガス５３は、導管を通って供給され、空気プレヒータ２で予熱される燃焼空気５２が対向流で供給される空気プレヒータ２への導管に供給される。その後、煙道ガス５３は、熱移動システム３に供給され、煙道ガス５３から抽出された熱は、水／蒸気回路５４の供給水プレヒータに供給される。その後、煙道ガス５３は、伝導に関して、二酸化硫黄（ＳＯ２）および三酸化硫黄（ＳＯ３）が十分に除かれる煙道ガス脱硫プラント４の中に通される。このようにして浄化された煙道ガス５３は、４０〜９０℃の温度で煙道ガス脱硫プラント４を出ていく。蒸気発生装置１の下流に接続された燃焼後回収（ＰＣＣ）二酸化炭素分離プラント５での高い利用可能性および高い分離速度を達成し保証するために、煙道ガス５３は、最初に、高精製プラント６の高精製に通される。高精製プラント６は、水酸化ナトリウム溶液による煙道ガス５３のスクラビングが行われ、煙道ガス５３が３０〜５０℃の温度に冷却される、専用の水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）プレスクラバを有する煙道ガス冷却器の形を取る。同時に、煙道ガス５３の二酸化硫黄／三酸化硫黄濃度は、さらに下げられる。
【００６３】
高精製プラント６からは、冷却された煙道ガス５３は、燃焼後回収（ＰＣＣ）プラント５の吸収器７の中に導入され、ガス流から二酸化炭素を取り出すスクラブ剤と対向流で吸収器７の中で接する。実施例の二酸化炭素スクラブ剤は、脱離器８の中の下流の脱離で除去される二酸化炭素のエネルギー要求が３．２〜３．８ＭＪ／ｋｇであるように、単一のモノエタノールアミン水溶液の形を取る含水アミン水溶液である。代案として、２．４〜２．８ＭＪ／ｋｇの範囲の除去される二酸化炭素のエネルギー要求のみが脱離器８で必要とされるような、脱離で必要なエネルギー要求に関して最適化された二酸化炭素スクラブ剤を使用することも考えられる。１番目に、浄化されたガス５５が、そして、２番目に、同様に燃焼後回収（ＰＣＣ）プラント５の構成要素の形を取る脱離器８に導管５６によって供給される、二酸化炭素を飽和させた二酸化炭素スクラブ剤水溶液が、吸収器から出ていく。脱離器８での脱離に必要とされる熱は、リボイラ９で慣習的な方法で蒸気の形で提供され、供給される。実施例では、リボイラ９で提供され供給される蒸気は、水／蒸気回路５４に配置されたターボ発電機５８の中圧タービン１０と低圧タービン１１との間で、流れ出る蒸気１２として、１１０℃および２００℃の温度で水／蒸気回路５４から取り出され、導管５７によってリボイラ９に供給される。リボイラ加熱でリボイラ９で生じる凝縮物は、導管１３によって水／蒸気回路５４の予熱領域の中に再循環される。１番目に、二酸化炭素が除かれ大体は吸収器７への回路で再循環されるスクラブ剤が、２番目に、二酸化炭素（ＣＯ２）と蒸気との混合物が、脱離器８から出ていく。この二酸化炭素／蒸気混合物は、脱離器８の出口領域に配置された冷却および再スクラブ運転１４の後、圧縮機ステージ１５に供給される。脱離器８の最上領域での冷却は、熱交換器１６ｂを用いて達成され、再スクラブ１４は、望ましくは酸性の媒体を用いて達成される。圧縮機ステージ１５では、二酸化炭素／蒸気混合物は、２０バールよりも上の、望ましくは３０〜６０バールの圧力に圧縮される。脱離器８および圧縮機ステージ１５を出ていく二酸化炭素／蒸気混合物の触知できる熱、および二酸化炭素／蒸気混合物に存在する水の凝縮熱のいくらかは、圧縮機ステージの下流で接続され、二酸化炭素／蒸気混合物が流れる熱交換器１６ａおよび脱離器８の出口領域の専用の熱交換器１６ｂで引き出され、または切り離される。熱交換器１６ｂで引き出され、または切り離された熱エネルギーは、例えば、水／蒸気回路５４の低圧プレヒータ（１７ｂ）のための、燃焼空気プレヒータ（１７ａ）のための、またはメタノールおよび／メタノール変換生成物の調製のための合成プラント６０のメタノール合成および蒸留のためのリアクタ（２７，３１）の領域での反応物質プレヒータ（１７ｃ，１７ｄ）のための、熱交換器１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄによって供給される。実施例で数箇所の圧縮機ステージ１５を備える圧縮機プラントでは、熱交換器１６ａは、第１の圧縮機ステージと最後の圧縮機ステージ１５との間に配置されている。最後の圧縮機ステージ１５を出ていく二酸化炭素に富んだガス流５９は、貯蔵手段１８に、それゆえに、メタノールおよび／またはメタノール変換生成物を調製するための合成プラント６０に供給される。貯蔵手段１８への入口の上流で、二酸化炭素に富んだガス流は、再度、このガス流がさらに冷却される熱交換器１９を通り抜ける。貯蔵手段１８を出た後、合成プラント６０のメタノール合成リアクタ２７に入る前に、二酸化炭素に富んだガス流は、反応物質としてメタノール合成リアクタ２７に入る二酸化炭素に富んだガス流を、１００〜４００℃、望ましくは１５０〜３００℃の範囲のリアクタまたは反応温度にするために、熱が二酸化炭素に富んだガス流の中に導入される別の熱交換器２０を通って流れる。目的のために必要とされる熱は、ターボ発電機５８から、または他のプロセスで生じる廃熱の形で取り出される流れ出る蒸気として熱交換器２０に供給される。
【００６４】
メタノール合成リアクタでは、二酸化炭素に富んだガス流で供給された二酸化炭素は、メタノールを与えるように水素と反応する。水素は、実施例では、アルカリ水電解である電解プラント６１で調製される。代替のオプションは、ポリマー電解質膜（ＰＥＭ）電解槽、または固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）、または塩素アルカリ電気分解のような他の電解槽タイプを採用することである。
【００６５】
実施例のアルカリ水電解は、供給される水３４が５０〜１００℃の温度、望ましくは７０〜９０℃の温度で電解で水３４の水素および酸素成分に分解される電解セル２１を備える。この電気分解では、いかなる時間の電気分解も最適な運転温度範囲内にあり、負荷の変更を速やかに、より詳細には変更を高い負荷に含めて受けることができるように、電解セル２１それ自体の温度は、熱交換器２２ｂによって、かつ熱交換器２２ａによって供給される水の温度によって制御される。アルカリ電解は、広い圧力範囲内の、特に１５バールよりも高い圧力、望ましくは２０〜６０バールの範囲の圧力を採用して運転することができる。代案として、またはさらに、合成プラント６０は、電解セル２１で生成された水素がメタノール合成リアクタ２７の中へ入る前に供給される水素圧縮機２３を備えている。前記水素圧縮機２３は、生成された水素を貯蔵することができる専用の水素貯蔵手段２４を有するので、特に適切である。電解プラント６１によって生成された水素が中間貯蔵手段２４で貯蔵されるので、中間貯蔵手段２４は、まず第１に、生成物貯蔵手段である。しかしながら、第２に、中間貯蔵手段２４で貯蔵された水素はメタノール合成のための１つの開始材料を構成するので、中間貯蔵手段２４は反応物質貯蔵手段でもある。水素の中間貯蔵より前に水素圧縮機２３で圧縮された水素を冷却するために、水素圧縮機２３と中間貯蔵手段２４との間に配置された熱交換器２５は、水素流から熱エネルギーを抽出するか、または引き抜くために使用することができる。中間貯蔵手段２４を出る水素流がメタノール合成リアクタ２７の中へ入る前に、後の方のステージで中間貯蔵手段２４を出る水素流を十分に高い反応温度にするために、必要とされる熱を、水／蒸気回路５４から生じさせるかまたはメタノール合成リアクタ２７からの廃熱から生じる流れ出る蒸気から生じさせることができ、熱が水素流の中に再度導入される別の熱交換器２６が設けられている。メタノール合成で生じる廃熱の残りの部分は、メタノール合成リアクタ２７の下流に接続されているか、またはメタノール合成リアクタ２７に組み込まれた熱交換器または冷却ユニット２８ａ，２８ｂ，２８ｃによって除去することができる。熱交換器２８ａは、燃焼後回収（ＰＣＣ）プラント５のリボイラ９、および／または様々な反応物質プレヒータ、すなわち処理される／変換される開始材料を与えるための本発明の電力プラントでの予熱に移動させる熱を伝導することも考えられるが、熱交換器２８ａの熱を水／蒸気回路５４の予熱領域に伝導する。メタノール合成リアクタ２７で達成される供給される二酸化炭素（ＣＯ２）および水素（Ｈ２）反応物質の変換は、大して高くはないが、１０〜３５％の範囲のみであるので、実施例では、下流に接続され、熱交換器／冷却ユニットを備える冷却器２８ａ，２８ｂ，２８ｃは、メタノール合成リアクタ２７で生成されるメタノール生成物の相分離が容器２９で達成され、除去される気体の成分がメタノール合成リアクタ２７に戻されるように再循環ライン３０によって全体的にまたは部分的に再循環されるように設計されている。再循環ライン３０では、熱は、熱交換器１７ｃによって再循環される気体の成分に再度供給される。
【００６６】
容器２９で除去される液相は、水、しかし望まれる場合、生成される比較的高純度のメタノール生成物が望まれるときには、より高温で沸騰するアルコールが液相から分離される蒸留または精留リアクタ３１に供給される。蒸留または精留に必要とされる熱は、水／蒸気回路５４からの低い値の流れ出る蒸気によって、かつ／またはリボイラ９の廃熱、または他のプロセスステップから抽出される他の熱エネルギーから供給することができる熱交換器によって適切に供給される。気体のメタノール（ＣＨ３ＯＨ）流３５は、蒸留および／または精留リアクタ３１から出ていき、特別な可能性は、２つの後の冷却ステップ（３２ａ，３２ｂ）でメタノール（ＣＨ３ＯＨ）流３５の蒸発熱を熱交換器３２ａ，３２ｂによって、水／蒸気回路５４および／または反応物質プレヒータの予熱領域に抽出する可能性である。
【００６７】
蒸留および／または精留リアクタ３１から除去された水３３は、水／蒸気回路５４の特別水プロセスプラントおよび／または供給水プロセスプラントに供給することができ、電解プラント６１に反応物質（水３４）として供給することができる。
【００６８】
電気分解で生成された酸素は、望まれる場合、圧縮して液化し、使用に送ることができる。
【００６９】
図２は、本発明の電力プラントの個々のユニットおよびプラントの割り当ておよび相互接続の概略図を示す。
【００７０】
電力プラント５１で任意の専用の変圧器と一緒になった発電機７０によって生成された電力は、第１に、接続された公共の送電系統７１に、または代案として電解プラント６１に供給することができ、電解プラント６１は、さらに、供給される電力の貯蔵および変圧を可能にする専用のバッテリ７２および変圧器７３を有する。代案として、発電機７０によって生成された電力は、例えば、地域熱配管網７５に供給することができる地域熱を生成する電気加熱の熱貯蔵手段７４に供給するために使用することもできる。熱貯蔵手段７４は、さらに、水／蒸気回路５４から生じる蒸気７６または蒸気７６から抽出される熱エネルギーを供給することができる。代案として、発電機７０によって生成された電力は、電気分解６１で生成された酸素７８が処理される酸素圧縮または液化プラント７７に供給することができる。圧縮されたまたは液化した酸素は、酸素貯蔵手段７９で貯蔵することができるか、または代案として別の使用８０に送ることができる。代案として、電解プラント６１で生成された酸素７８は、酸化剤として蒸気発生装置１に供給することができる。代案として、発電機７０によって生成された電力が供給される個々のプラントまたはユニット６１，７２，７４，７７，８０は全て、これは図２に示していないが、特に送電系統７１が余剰電力を供給するとき、送電系統７１から引き込まれた電力を供給することができる。より詳細には、示されたユニット／プラントは、発電機７０によって生成された、または送電系統７１から引き込まれた電力を、個々のユニット／プラント構成要素間に柔軟に分配することができるように、互いに相互接続されている。しかしながら、優先は、メタノール生成に、特に合成プラント６０によるメタノール生成にあり、電解プラント６１は、基本的に、柔軟な、適時の、かつ急速な方法で負荷の変更によって送電系統側電力制御需要に反応するプラントである。
【００７１】
電解プラント６１および合成プラント６０は、電解プラント６１および合成プラント６０に供給される水が所望の要求に従って事前に精製される専用の浄水装置８１を有する。
【００７２】
メタノール合成リアクタ２７によるメタノール生成、およびメタノール変換生成物８２を生成するための生成プラントの両方は、専用の貯蔵手段、専用のメタノール貯蔵手段８３を有する合成プラント６０、および専用のメタノール変換生成物貯蔵手段８４を有する生成プラント８２を備える。合成プラント６０のメタノール生成で生じる廃熱、および燃焼後回収プラント５での二酸化炭素分離で生じる廃熱は、矢印８５，８６によって示されるように、水／蒸気回路５４に戻すように導入される。
【００７３】
全体として、本発明の電力プラント５１は、図１および図２に示す、電流を伝導する接続導管および媒体を伝導する接続導管によって、したがって、実現することができる運転モード、または、確立することができる生成または変換出力、または生成することができる生成物または変換生成物に関して柔軟化される。個々のプラント構成要素の、特に電解プラント６１の電流消費または電流／電力消費も、柔軟化のための異なる電力需要および電力制御需要に調整することができる電力プラント５１の運転方法または運転モードを可能にすることによって、柔軟化に貢献する。例えば、燃焼後回収プラント５による二酸化炭素分離および／または電解プラント６１による水素生成は、電力プラント５１の最小限の負荷および送電系統７１への電力供給を０ＭＷｅｌに減少させることができるように、制御することができる。電力が、さらに、送電系統７１から引き込まれる場合、電力プラント５１の送電系統供給は、全体として、負になることもある。
【００７４】
電解プラント６１は、さらに、水素生成のために引き込まれる電力が、電力プラント５１のそれぞれの現在の負荷状態で、発電機７０の電流出力よりも５〜１０倍高くなるように設計することができる。
【００７５】
二酸化炭素分離プラント５が、煙道ガス５３によって生成される二酸化炭素または二酸化炭素流の最大で９５％が分離され、同時にまたは二酸化炭素貯蔵手段１８での中間貯蔵後の時間遅延とともに、化学リアクタ、特にメタノールまたはメタノール変換生成物を調製するためのメタノール合成リアクタ２７に供給されるように設計されることも考えられる。
【００７６】
設けられた貯蔵手段、二酸化炭素貯蔵手段１８、水素貯蔵手段２４、メタノール貯蔵手段８３、酸素貯蔵手段７９、およびメタノール変換生成物貯蔵手段８４は、下流の別のプロセスのための反応物質として、設けられた貯蔵手段、二酸化炭素貯蔵手段１８、水素貯蔵手段２４、メタノール貯蔵手段８３、酸素貯蔵手段７９、およびメタノール変換生成物貯蔵手段８４で貯蔵される生成物を中間に存在して貯蔵できるようにするために、緩衝貯蔵手段の形を取る。このケースでは、別のプロセスに必要とされる量の生成物を短期間または長期間貯蔵することができるが、望まれる場合、割り当てられた生成プロセスに直ちに供給できるように、水素貯蔵手段２４および／または二酸化炭素貯蔵手段１８および／または酸素貯蔵手段７９は、望ましくは、加圧貯蔵手段の形を取り、全ての貯蔵手段は、別のプロセスに必要とされる量の生成物を貯蔵するための能力を備えている。
【００７７】
さらに、電解プラント６１および／または二酸化炭素分離プラント５または二酸化炭素に富んだガス流を生成するためのユニットおよび／または化学リアクタ、特に、メタノール合成リアクタ２７は、制御能力全体、特に電力プラントの第１および第２制御が、電力供給または電力消費に関して向上させるように、負荷の急速な変更の提供によって、電力プラントの柔軟な運転を促進する。電解プラント６１および／または二酸化炭素分離プラント５のプラント、しかし、特に電解プラント６１によって提供される負荷変更能力の効果は、電力プラント５１が、３％／ｍから１０％／ｍ、３〜２０％／ｍより多くまでの値の負荷変更勾配によって運転することができることである。もちろん、さらに、同様に生成された電力をプロセス全体に供給する、太陽光電力プラントまたは風力電力プラントのような、再生可能なエネルギーを生成させる電力プラントのプラントを設けることも考えられる。
【００７８】
個々のプロセスで詳述したプラントのそれぞれで生じるプロセス熱または必要とされるプロセス熱は、個々のプラントまたはプロセス構成要素の適切な導管相互接続によって供給することができる。例えば、電解槽のために、特に電解プラント６１のために、かつ／または電解プラント６１の事後加熱のために、かつ／またはメタノール合成リアクタ２７で変換される反応物質の予熱のために、かつ／または水／蒸気回路５４および／または蒸留および／または精留リアクタ３１での供給水予熱のためのプロセス流の予熱のために、燃焼後回収プラント５からの廃熱として、かつ／または水／蒸気回路５４からの流れ出る蒸気として引き出された、特に３０〜１５０℃の範囲のプロセス熱を使用することが考えられる。プロセス全体に戻すように、生成物のリアクタまたは精製から、電気分解のための反応物質予熱で生成物の冷却から生じる廃熱を供給することも考えられる。望ましくは浄水装置８１での処理後、電解プラント６１に戻すように、蒸留または精留で得られる水３３またはプロセス全体の他の場所で得られるいかなる水も供給することも考えられる。水の電気分解で生成された酸素は、隣接した工業の運転に少なくとも部分的に供給することができ、工業の運転での空気分別プラントの能力利用を減少させることができる。代案として、水の電気分解で生成された酸素を少なくとも部分的に圧縮し、圧力容器にまたは少なくとも酸素貯蔵手段７９に水の電気分解で生成された酸素を分配し、かつ／または冷却プロセスによって、水の電気分解で生成された酸素を液化することが考えられる。
【００７９】
水素生成および／または他のプラント構成要素、特に電気プラント構成要素は、設計値の１００％よりも多く、望ましくは１２０〜２００％よりも多く、少なくとも数分の範囲の短期間にわたって、望ましくは３０分よりも長くまで、電気消費を増加させることが考えられるような寸法である。さらに、付加的に設置されるバッテリ７２は、設計値の１００％よりも多く、望ましくは１５０〜３００％よりも多く、少なくとも数秒の範囲の短期間にわたって、望ましくは１５分よりも長くまで、電気消費または電気供給を増加させることが考えられるような寸法である。
【００８０】
さらに、プロセス全体または電力プラント５１で設置された電気の水ヒータおよび／または蒸気発生装置が、第１に、電気の水ヒータおよび／または蒸気発生装置の電力消費に関して電力プラントの柔軟化に貢献し、電気の水ヒータおよび／または蒸気発生装置によって生成された熱（高温水または蒸気）を１つ以上の熱貯蔵手段に供給することができるというケースがあってもよい。より詳細には、それゆえに、水、蒸気、または塩のような固体または液体の形での熱貯蔵が電力プラントの内部に組み込まれるケースもある。生成されたまたは貯蔵された熱が、褐炭または他の燃料の乾燥のための構成要素のプロセスまたは抽気タービン（ターボ発電機）からの廃熱を使用することによって、使用される燃料、特に、実施例で想定される褐炭の乾燥のために利用されることも考えられる。
【００８１】
図１は、以下の略語、すなわち、ＧＰ＝気相、ＦＰ＝液相、ＨＤＶ＝高圧プレヒータ、ＮＤＶ＝低圧プレヒータ、ＨＤ＝高圧タービン、ＭＤ＝中圧タービン、およびＮＤ＝低圧タービンを含む。
【００８２】
最後に、特に合成プラント６０によって生成される反応生成物、すなわちメタノールまたはメタノール変換生成物のいくらかは、電力プラントの場所に貯蔵され、蒸気発生装置１のバーナへの始動燃料として、かつ／または補助燃料として、かつ／または主燃料として、少なくとも一時的に供給され、蒸気発生装置１で燃焼するというケースがあってもよい。
【００８３】
この出願の文脈での二酸化炭素に富んだガス流は、二酸化炭素の少なくとも１２重量パーセント、特に少なくとも３０重量パーセント、または少なくとも１２体積パーセント、特に少なくとも３０体積パーセントの比率を有するものを意味することが理解される。
【００８４】
要約すると、本発明は、急降下されなければならない電力プラントのケースでは、二酸化炭素分離５（特にリボイラ９の加熱のための蒸気の需要）、および、合成プラント６０（電気分解のための電力の需要）によるメタノール調製によるエネルギーに対する内部需要の増加は、純粋な発電に必要になる需要よりも需要が少ない期間でさえ、電力プラントを高い負荷で運転できるようにすることによって、既存の電力プラント能力の利用を増加させることができるという考えに由来するということを述べることができる。電力プラントが電力生成のためだけではなく、メタノール生成またはメタノール変換生成物の生成のためにも設計されているので、最終的な結果は、電力プラントが、全負荷時間の数を多くして運転することができる点である。さらに、本発明は、電力プラントの負荷の実行可能な変更速度と比べて、より高い、電解プラント６１の負荷の変更速度を、接続された公共の送電系統へのかなり素早い制御サービスを提供するために利用することができるという考えに基づいている。送電系統側からの電力制御または電力制御需要がある場合、電解プラント６１は、蒸気発生装置または電力プラント全体が負荷の変更を引き受けるためのより多くの時間を与えられるか、または実際の電力プラント構成要素の負荷の変更、すなわち蒸気発生装置１の出力の調整のための必要性を回避するように、比較的素早く、かつ直ちに、急上昇させることができるか、または急降下させることができる。最後に、本発明は、低需要の時期に、電力プラントを完全に停止する必要性を回避することが本発明によって可能であるという考えに由来する。電力プラントは、電解プラント６１およびメタノール生成６０が、電力プラントの最小限の負荷で十分な電力を引き込むか、または消費し、かつ、送電系統への電力放出が必要とならないように、さらに設計することができる。
【００８５】
本発明の設計の電力プラントのための限界収益のケースは、第１に、現在（もなお）、電力を極めて安価に生成する褐炭電力プラントである。送電系統が電力の形で生成された電力を消費しないときでさえ、前記電力プラントは、本発明によって、１００％負荷（全負荷）で、さらに運転することができる。消費されていない電力は、水素を生成するための電解プラント６１で利用することができる。他の限界収益のケースは、無煙炭電力プラントを再始動するのに長くかかりすぎるので、最近は最小限の負荷で運転されなければならないか、または制御目的のために利用可能な特有の発電機出力を維持しなければならない無煙炭電力プラントのケースである。本発明に従って装備された無煙炭電力プラントのケースでは、無煙炭電力プラントの高慣性回転質量（特に発電機の高慣性回転質量）が、制御支援のために送電系統にさらに利用可能であるように、最小限の負荷は、（過剰に）吸収することができ、生成された電力は、送電系統から電力プラントを除去するためのいかなる必要性もなく、電解プラント６１で水素生成のために利用することができる。
【００８６】
この点において、実際の電力プラント５１は、実際の電力プラント５１の負荷を徐々に変更することができるが、電解プラント６１および合成プラント６０によって利用される負荷は、制御に利用可能であるので、電力プラントの運転モードの柔軟化は、可能である。
【００８７】
全体として、前述の制御オプションは、電力プラントの経済的な実行可能性（より長い全負荷時間、常に利用可能な送電系統サービス、付加的な「燃料」生成物（メタノールおよびメタノール変換生成物））を向上させることができる。
【００８８】
メタノールまたはメタノール変換生成物を調製するための生成物を事前に気化する必要がないことが、本発明のケースでは有利である。それよりむしろ、電力プラント５１の蒸気発生装置１での炭素燃料の燃焼が利用される。本発明は、既存の電力プラントの改造での低い資本コスト、改造のケースでの既存のプラントの経済的な実行可能性の向上、および高い運転安全性、および蒸気発生装置１での燃焼で生成される二酸化炭素および電気分解によって生成される水素を使用するメタノール合成の高い信頼性を特徴付ける。新しい構造物のケースでさえ、本発明の解決策は、柔軟性、プラント利用時間、および経済的実行可能性の向上を構成する。
【００８９】
図１で概略的な形で示された電力プラントでは、例えば、３０％負荷の６７０ＭＷｅｌ電力プラントの運転では、４５ｋｇ／秒の燃料（発熱量１０．５ＭＪ／ｋｇ）が必要とされ、１９０Ｍｅｌの電力が生成され、煙道ガスに存在する二酸化炭素の１５％が分離され、１．１ｋｇ／秒の水素が電解で生成される。１．１ｋｇ／秒の水素から、約２７％の、燃料のメタノール生成物への炭素変換効率、および６０％よりも高い効率（メタノールの発熱量に対する電力）に対応する約６ｋｇ／秒のメタノールが生成される。
【００９０】
メタノール生成物体積が、それぞれ前記電力プラントの年間運転時間の９０％で生成された場合、メタノールの１０ユーロ／トンの燃料費用および４００ユーロ／トンの販売を想定し、６０００万ユーロの売上高を達成することが考えられる。さらに、電力プラントは、実質的に１年中の多量の電力生成および第１／第２制御を通して追加の販売を生み出してもよい。最後に、販売は、電解プラント６１によって、需要側管理を通しても可能である。より詳細には、電解プラント６１それ自体は、いつでも、０から２００ＭＷよりも大きい値まで、いくつかのケースでは４００ＭＷ（短時間のみの過負荷）まで、電力プラントよりもはるかに素早く、負荷を運転することができ、追加の送電系統サービスを提供することが考えられる。
【００９１】
本発明の電力プラント５１の柔軟化が技術的条件および経済的条件の両方において電力プラント５１の運転に好ましい影響を有することは、これから明らかである。
【図１】
0006611013.tif 000002
【図２】
0006611013.tif 000003