(57)【要約】  本発明は、エネルギを一時的に貯蔵する方法に関し、鉄鉱が水素によって還元され、これによって得られる還元鉄鉱の中間生成物とオプションの付随物質とが冶金処理され、前記水素は水の電気分解によって得られ、この電気分解に必要な電気エネルギは、水力および／又は風力および／又は光発電又はその他の再生エネルギ形態から由来する再生エネルギである。前記水素および／又は前記中間製品は、十分な再生生成電気エネルギが利用可能である時にはいつでも、現在の需要とは独立して製造される。需要されない量の中間製品はすべて、需要又は使用されるまで、貯蔵され、それにより、その中に蓄積される前記再生エネルギも貯蔵される。本発明は、又、不連続に生成されるエネルギを貯蔵する方法にも関し、この不連続に生成されたエネルギは、利用可能な時、又は、その生成時に、貯蔵可能な中間生成物が出発材料から作り出され前記貯蔵可能中間生成物が最終製品の製造のために必要とされるまで又は需要されるまで貯蔵される処理に供給される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不連続に作り出されるエネルギを、それが存在する時、又は、それが作り出された後に貯蔵する方法であって、
前記不連続に作り出されるエネルギが、貯蔵可能な中間生成物が原料から作られる処理に供給され、前記貯蔵可能な中間生成物が、それが最終製品の製造のために必要とされて取り出されるまで貯蔵する方法。
【請求項２】
存在する不連続に作り出されたエネルギ量が許す限りたくさんの中間生成物が作り出され、この中間生成物が、当該中間生成物に対する需要と無関係に貯蔵される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記中間生成物は、電気エネルギを使用して製錬又は変換される製品、および／又は、電気エネルギを使用する機械的処理によって原材料から作られる製品、および／又は、電気エネルギを使用して作り出されたガスによって変換される製品である請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記中間生成物が直接還元法によって得られる鉄材料であり、前記原材料が水素含有および／又は炭素含有ガス流を使用して直接還元された鉄鉱であり、前記水素は再生的に作り出された電気エネルギによる水の電気分解によって得られる請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
鉄鉱が水素および／又は炭素含有又は水素含有ガス流によって還元され、それによって得られる還元鉄鉱の中間生成物およびオプションの付随物質が更なる冶金処理されるものにおいて、前記水素が水の電気分解によって作り出され、この電気分解のために必要な前記電気エネルギが、水力発電および／又は風力および／又は太陽光源又は、その他の再生形態のエネルギからの再生エネルギであり、
前記水素および／又は前記中間生成物が、十分な再生生成電気エネルギが利用可能である時にはいつでも、現在の需要とは無関係に作り出され、そして、
必要とされない中間生成物が需要が生じるまで、または、使用されるまで、貯蔵され、それによって、その中に貯蔵された前記再生エネルギも又貯蔵される請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記中間生成物を作り出すための前記鉄鉱の還元において、当該還元処理において前記中間生成物に対して炭素を組み込むために、炭素含有又は水素含有ガスが、種々の態様で前記水素に添加される請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記炭素含有又は水素含有ガスは、工業処理又はバイオマス製造又は再生可能資源の熱分解からのメタン又はその他の炭素含有ガスである請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記還元のための前記水素には、少なくとも前記中間生成物中の炭素含有率を０．０００５質量％〜６．３質量％、好ましくは１質量％〜３質量％にするのに十分な炭素含有又は水素含有ガスが種々の態様で添加されている請求項１〜７の何れか一項に記載の方法。
【請求項９】
水素と、オプションとしての炭素含有又は水素含有ガスとから成る前記還元ガスは、４５０℃〜１２００℃、好ましくは６００℃〜１２００℃、特に７００℃〜９００℃の温度で、前記還元処理に導入される請求項１〜８の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記還元における過剰圧は、０ｂａｒ〜１５ｂａｒである請求項１〜９の何れか一項に記載の方法。
【請求項１１】
再生生成由来の水素と、炭素含有又は水素含有ガス流との間の比率が、利用可能性の関数として連続的に変化され、十分な再生エネルギがある場合には、再生エネルギで生成された水素が使用され、不連続に作り出される再生エネルギが不在の場合には、前記システムは、連続的に作り出される再生エネルギから炭素含有又は水素含有ガス流に切り替える請求項１〜１０の何れか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ガス流全体における水素および／又は炭素含有又は水素含有ガス流の含有率の調節が予測制御によって行われ、前記予測制御を使用して、水素および／又は再生エネルギおよび／又はバイオガス製造から又は再生可能エネルギのガス化からの炭素含有又は水素含有ガス流、および／又は、再生エネルギの推定への予想流、そして、前記処理への外部消費者の需要予想を判定し、それによって、再生源からの電気エネルギの流通を最適化し最も経済的にする請求項１〜１１の何れか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記直接還元システムを出るガス流のほぼ全部が、炭素含有又は水素含有ガス流として前記処理に搬入される請求項１〜１２の何れか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不連続に作り出されるエネルギの貯蔵方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
再生可能エネルギの割合を、グローバルに増大させなければならない。再生可能エネルギは、再生可能資源からのエネルギのみならず、水力発電、太陽光、および風から作り出されるエネルギも含む。多くの場合、再生可能資源は、たとえば、バイオマス発電所やバイオマス製造プラント等におけるように、エネルギを連続的に作り出すために使用することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、太陽エネルギや風力エネルギが使用される場合、エネルギは、その天気に対する依存性の故、不連続的に作り出される。この不連続に作り出されたエネルギは、それが実際に必要とされる時に必ずしも利用可能なものではなく、それによって、このエネルギを貯蔵し、それを必要な時に利用可能とするという問題がある。
【０００４】
特に、この不連続に作られたエネルギを、小売り消費者に対して即座に利用可能とする、又は、小売り消費者のためのネットワークに供給する形態で貯蔵することは困難である。
【０００５】
本発明の課題は、不連続に作り出されるエネルギの貯蔵方法を創造することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題は、請求項１１の特徴構成を有する方法によって達成される。その有利な改造構成は従属項に開示される。
【０００７】
本発明に依れば、その目的は、不連続に作り出されるエネルギをその最初に作り出された形態において使用するのではなく、このエネルギを容易に貯蔵可能で、世界中で必要とされる製品としての、中間生成物を作るために使用し、それによって、前記エネルギを前記中間生成物に組み込むことにある。不連続なエネルギが存在する時、この中間生成物は、当該中間生成物に対する需要に関係無く、製造され貯蔵され、その後、必要に応じて更なる処理のために供給される。前記中間生成物の製造にはいずれにせよ大量のエネルギが必要とされるので、その製造において既に生じるエネルギ消費が時間と場所に関してシフトされることになる。
【０００８】
本発明に依れば、金属、特にスチール、が最終生成物として製造される。基本的に、本発明による前記方法は、貯蔵可能な中間生成物が作り出されるすべての形態の工業製造に適している。
【０００９】
この点に関して、このケースにおいて不連続に作り出されるエネルギの貯蔵には、いかなるタイプのものであれ貯蔵容器から元のエネルギへ戻すことが必要とされず、元のエネルギが中間製品中に実用的に使用、貯蔵され、最終製品の製造場所において前記中間製品を作るために追加のエネルギを費やす必要がない、という利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例（アーク炉）における本発明の方法の概観を示す図である。
【図２】第２の実施例（ＬＤ法）における本発明の方法の概観を示す図である。
【図３】材料とエネルギとの流れを略示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明について説明する。
本発明に依れば、前記中間生成物は、その製造に極めて高いエネルギの消費を必要とする中間生成物、特に、電気を使用して、たとえば、電気炉を使用して行われる、溶融処理および／又は還元処理がそのために必要な中間生成物である。但し、具体的には、この中間生成物は、たとえば、海綿鉄又は所謂熱間ブリケット鉄（ＨＢＩ）、の形態の酸化鉄キャリアから主として直接還元される鉄から構成されるものとすることも可能である。前記不連続生成再生エネルギの使用と前記中間生成物中におけるその貯蔵とは、天候に対してニュートラル（無関係）に操業することが可能であるという利点もある。
【００１２】
スチール製造は、現在、様々な方法で行われている。古典的なスチール製造は、熱炉処理において、主として、酸化鉄キャリアから、銑鉄を作り出すことによって行われている。この方法において、銑鉄毎メートルトンあたり約４５０〜６００ｋｇの還元剤、通常コークが消費され、この方法は、石炭からのコークの製造と、銑鉄の製造との両方において、大量のＣＯ２を放出する。更に、所謂「直接還元法」も知られ（ＭＩＤＲＥＸ，ＦＩＮＭＥＴ，ＥＮＥＲＧＩＲＯＮ／ＨＹＬ等の商標名の方法）、そこでは、主としてＨＤＲＩ（熱間直接還元鉄）、ＣＤＲＩ（冷間直接還元鉄）、又はいわゆるＨＢＩ（熱間ブリケット鉄）、から海綿鉄が作られる。
【００１３】
又、所謂、溶融還元法もあるが、そこでは、溶融処理と、還元ガスの製造と、直接還元とが互いに組み合わされる（例えばＣＯＲＥＸ，ＦＩＮＥＸ，ＨｉＳｍｅｌｔ又はＨｉＳａｒｎａの商標名の方法）。
【００１４】
ＨＤＲＩ，ＣＤＲＩおよびＨＢＩの形態の海綿鉄は、電気炉で更に処理されるが、これは極めてエネルギ集約的である。直接還元は、メタンからの水素と一酸化炭素、そして必要な場合は合成ガス、を使用して行われる。例えば、所謂ＭＩＤＲＥＸ法では、まず、以下の反応によってメタンを変換する。
【００１５】
ＣＨ４＋ＣＯ２＝２ＣＯ＋２Ｈ２
【００１６】
そして、たとえば下記の式に従って、酸化鉄が還元ガスと反応する。
【００１７】
Ｆｅ２Ｏ３＋６ＣＯ（Ｈ２）＝２Ｆｅ＋３ＣＯ２（Ｈ２Ｏ）＋３ＣＯ（Ｈ２）
【００１８】
この方法もＣＯ２を放出する。
【００１９】
ドイツ登録特許１９８５３７４７号明細書は、還元が、水素又は別の還元ガスと、水平乱流層（horizontal turbulence layer）で行われる粉鉱の直接還元のための統合方法を開示している。
【００２０】
ドイツ公開特許１９７１４５１２号明細書は、太陽発電、電解装置、工業冶金処理を含む発電所を開示し、この工業処理はボーキサイトからのアルミニウムの電力集約的な金属製造に関連するか、もしくは、タングステン、モリブデン、ニッケル等の非鉄金属の製造における還元剤としての水素による冶金処理を意図するものであるか、もしくは、鉄金属の製造に直接還元法を使用する、還元剤としての水素による冶金処理を意図するものである。しかしながら、上に挙げた文献はこのことについて詳細に説明していない。
【００２１】
国際公開第２０１１／０１８１２４号は、二酸化炭素を使用し、再生電気エネルギと化石燃料とを使用する、貯蔵可能で、輸送可能な炭素性エネルギ源を作り出すための方法とシステムを開示している。この場合、再生的に作られたメタノール部分が、非再生的電気エネルギおよび／又は直接還元および／又は部分酸化および／又は改質、によって製造されたメタノール部分と共に作られる。
【００２２】
本発明に依れば、前記スチール製造のための中間生成物は、熱炉とその後のＬＤ処理又は再生エネルギでアーク炉を使用して作り出され、それによって貯蔵される。その具体的利点は、再生エネルギによって作り出された前記中間生成物を、それが更に処理されるまで貯蔵することが可能であることにあり、このことは、本発明による方法は再生エネルギの貯蔵を可能にするということを意味する。今日まで、この正に再生エネルギの貯蔵には、風又は太陽から生成される電気エネルギが常に同じであるとは限らない気候条件に依存するという非常に大きな問題があった。水力発電される電気エネルギでさえも常に利用可能であるとは限らない。多くの場合、消費者は再生エネルギの製造と同じ場所にはいない。この貯蔵の問題と貯蔵されたエネルギのその後の輸送性の問題は、本発明に依れば、本発明によって作り出された中間生成物はたとえば、海上輸送によって、任意の場所へ小さな単位で任意の量、効率的に輸送することが可能であることによって、解決される。
【００２３】
本発明による方法における前記エネルギは、実際には、誰にでもアクセス可能で、そして、貯蔵容器からの一般的利用のための形態で貯蔵されるのではない。しかしながら、ある種の中間生成物に対するグローバルな需要が非常に高いために、本発明に依れば、前記中間生成物が、例えば小売り電気消費者に他のソース又は他の貯蔵容器からの電気エネルギを提供する他の形態のエネルギ需要に対するエネルギ貯蔵を構成し、それによって全体としてのエネルギバランスのより良好な管理とプランニングを可能にするというものである。
【００２４】
特に、本発明の方法は、前記中間生成物のための原材料と、対応の不連続に作り出される再生エネルギとが同じ場所に存在する世界の地域において使用することができる。これの一例は、溶融マグネシア（例えば難燃剤産業に使用される）の製造のためのマグネシア貯蔵設備が、たとえばカナダ又は中国に存在し、それに対応して、水力発電又は風力発電エネルギ又は（中国）太陽エネルギが使用される場合である。直接還元法によって対応の中間生成物へと変換される鉄鉱において、スウェーデンやノルウェー（水力発電）又はオーストラリア（太陽エネルギ）などの場所で対応の原材料、即ち、鉄鉱を機械的に処理し（特に破壊、破砕、凝集）、更に、対応の炭素含有又は水素含有ガス流を作りだすために、直接還元用又は例えば木材の熱分解用の水素を作るために再生エネルギを使用する。
【００２５】
本発明の方法において、風、水又は太陽エネルギから作り出されるこの電気エネルギが、電気分解によって水から水素を作るために使用される。好ましくは、前記水素製造の場所において、直接還元が行われ、これは同様に特に好適には同じようにして電気エネルギから完全に作り出される鉄鉱を還元するために使用される。このようにして得られる中間生成物、具体的には、熱間ブリケット鉄ＨＢＩ、ＨＤＲＩ又はＣＤＲＩ、は、この再生エネルギを貯蔵するための理想的な方法であって、制約無く大量に貯蔵可能であり、特に、それがそこで必要となった時に、それを更に処理するためのシステムへ任意の態様の輸送によってアクセス可能である。特に、この中間生成物は、その製造場所において、対応の電気エネルギが十分な量利用可能となった時に、現在の必要を超えて多量に製造することができる。このエネルギが利用可能でない場合には、その必要を満たすために、十分な量の前記中間生成物と、貯蔵形態の前記エネルギとが存在することになる。
【００２６】
同様に風、水力発電、又は太陽エネルギから作り出されたエネルギのみを使用して対応のアーク炉を運転すれば、ＣＯ２の無いスチール製造又は精練（たとえば溶融マグネシア）と、更に、再生エネルギの貯蔵が達成される。
【００２７】
本発明に依れば、前記再生処理からの水素は、直接還元システムにおいて、ＣＨ４、ＣＯＧ、合成ガス等の炭素含有又は水素含有ガス流と併用することができる。炭素含有又は水素含有ガス流に対する再生処理由来の水素の比率は、利用可能性の関数として連続的に変化させることができる。例えば、非常に大きな量の水素ガスが利用可能である場合は、これを、前記直接還元のほとんど１００％まで使用することができるが、必要な場合、純粋に炭素含有又は水素含有ガス流（例えば天然ガス、バイオガス、熱分解・再生可能資源由来のガス）にスイッチングすることも可能である。
【００２８】
但し、好ましくは、前記方法は、それが存在する時には、再生エネルギが、その存在するエネルギが許す限りたくさんの水素を作りだすために使用されるように実行され、この水素が直接還元に利用される。炭素含有又は水素含有ガス流は、バイオガス製造からのガス流と、バイオマス、即ち、再生可能資源からの熱分解又は合成ガスも含むことは言うまでもない。
【００２９】
すぐに利用することのできない余剰水素は一時的に貯蔵することができる。
【００３０】
この水素の一時的貯蔵は、たとえば、ガスタンクを使用して行うことができ、炭素含有又は水素含有ガス流の内容物の調節は、予測制御によって行うことができる。この予測制御は、水素または再生エネルギの予想産出量／製造量を測定することが可能であるが、但し、これは、例えば天気予報に基づいて再生エネルギの製造量を推定するためにも利用可能である。他の外部消費者の需要予測も、この予測制御に組み入れることができ、それによって、再生エネルギから作り出される電気エネルギは最も経済的な方法で最適利用される。
【００３１】
この場合に主要な前記ガス流の温度は、例えば改質器、ヒータ、又は部分酸化による加熱によって、４５０℃〜１２００℃、好ましくは６００℃〜１２００℃、特に７００℃〜９００℃に調節され、その後、そこで化学反応を行うために前記直接還元法に導入される。更に、前記直接還元法から出るガス流を、炭素含有又は水素含有ガス流として前記処理に戻し供給することも可能である。
【００３２】
本発明による結果得られる可能性のある中間生成物としては、ＨＢＩ，ＨＤＲＩ又はＣＤＲＩがある。
【００３３】
この場合、０ｂａｒ〜１５ｂａｒの過剰圧力が調節される。例えばＭＩＤＲＥＸ法においては約１．５ｂａｒの過剰圧力が好適であり、Energiron法において約９ｂａｒの過剰圧力が好適である。
【００３４】
再生式に作り出された水素が炭素含有又は水素含有ガス流と混合される場合、炭素含有率を理想的に調節することが可能であり、実際には０．０００５％〜６．３％、好ましくは１％〜３％に調節し、これをＣ又はＦｅ３Ｃとして前記中間生成物に組み込むことができる。この種の中間生成物は、炭素含有率に関して理想的に調節され、それは冶金処理のために必要とされる炭素含有率に寄与するため、その後の処理に特に適している。
【００３５】
好適実施例において、再生可能エネルギ製造における温度変動を相殺するために、その余剰が存在する場合、このエネルギを、水素の形態で貯蔵することができる。この貯蔵は、例えばガスタンク内に行うことができる。そして、その貯蔵を、変動があった時に使用することができる。一時的変動は、例えば太陽設備においては夜間は予想可能であり、もしくは例えば風力エネルギプラントにおける風の強度の変動のように予想不能である。
【００３６】
とりわけ季節の違いによって生じうるより長期的変動を、好ましくは、ＨＢＩ形態でのエネルギ貯蔵に考慮に入れることができる。
【００３７】
変動を相殺するためのもう一つの可能性は、天然ガスの可変的利用にある。これにより、プラントの熱状態を好適に安定に保つことが可能となる。
【００３８】
本発明のもう一つの利点は、再生エネルギの製造場所と、このエネルギの使用場所との間の空間的な切り離しにある。例えば製鉄工場は多くの場合、川や海の近くに見られるのに対して、太陽エネルギ発電所を、太陽光線が豊富に入手可能なより暖かい地域に建設することが可能となる。
【００３９】
作り出されるエネルギが例えばＨＢＩに貯蔵されるので、それを容易かつ効率よく輸送することができる。
【図１】
2015534604.tif 000003
【図２】
2015534604.tif 000004
【図３】
2015534604.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成26年10月28日(2014.10.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不連続に作り出されるエネルギを、それが存在する時、又は、それが作り出された後に貯蔵する方法であって、
前記不連続に作り出されるエネルギが、貯蔵可能な中間生成物が原料から作られる処理に供給され、前記貯蔵可能な中間生成物が、それが最終製品の製造のために必要とされて取り出されるまで貯蔵され、
前記中間生成物が直接還元法によって得られる鉄材料であり、前記原材料が水素および／又は水素含有又は炭素含有ガス流を使用して直接還元された鉄鉱であり、前記水素は再生的に作り出された電気エネルギによる水の電気分解によって得られ、
前記還元のための前記水素には、少なくとも前記中間生成物中の炭素含有率を０．０００５質量％〜６．３質量％、好ましくは１質量％〜３質量％にするのに十分な炭素含有又は水素含有ガスが種々の態様で添加されている方法。
【請求項２】
存在する不連続に作り出されたエネルギ量が許す限りたくさんの中間生成物が作り出され、この中間生成物が、当該中間生成物に対する需要と無関係に貯蔵される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記中間生成物は、電気エネルギを使用して製錬又は変換される製品、および／又は、電気エネルギを使用する機械的処理によって原材料から作られる製品、および／又は、電気エネルギを使用して作り出されたガスによって変換される製品である請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
鉄鉱が水素および／又は炭素含有又は水素含有ガス流によって還元され、それによって得られる還元鉄鉱の中間生成物およびオプションの付随物質が更なる冶金処理されるものにおいて、前記水素が水の電気分解によって作り出され、この電気分解のために必要な前記電気エネルギが、水力発電および／又は風力および／又は太陽光源又は、その他の再生形態のエネルギからの再生エネルギであり、
前記水素および／又は前記中間生成物が、十分な再生生成電気エネルギが利用可能である時にはいつでも、現在の需要とは無関係に作り出され、そして、
必要とされない中間生成物が需要が生じるまで、または、使用されるまで、貯蔵され、それによって、その中に貯蔵された前記再生エネルギも又貯蔵される請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記中間生成物を作り出すための前記鉄鉱の還元において、当該還元処理において前記中間生成物に対して炭素を組み込むために、炭素含有又は水素含有ガスが、種々の態様で前記水素に添加される請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記炭素含有又は水素含有ガスは、工業処理又はバイオマス製造又は再生可能資源の熱分解からのメタン又はその他の炭素含有ガスである請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記還元のための前記水素には、少なくとも前記中間生成物中の炭素含有率を１質量％〜３質量％にするのに十分な炭素含有又は水素含有ガスが種々の態様で添加されている請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
【請求項８】
水素と、オプションとしての炭素含有又は水素含有ガスとから成る前記還元ガスは、４５０℃〜１２００℃、好ましくは６００℃〜１２００℃、特に７００℃〜９００℃の温度で、前記還元処理に導入される請求項１〜７の何れか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記還元における過剰圧は、０ｂａｒ〜１５ｂａｒである請求項１〜８の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
再生生成由来の水素と、炭素含有又は水素含有ガス流との間の比率が、利用可能性の関数として連続的に変化され、十分な再生エネルギがある場合には、再生エネルギで生成された水素が使用され、不連続に作り出される再生エネルギが不在の場合には、前記システムは、連続的に作り出される再生エネルギから炭素含有又は水素含有ガス流に切り替える請求項１〜９の何れか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ガス流全体における水素および／又は炭素含有又は水素含有ガス流の含有率の調節が予測制御によって行われ、前記予測制御を使用して、水素および／又は再生エネルギおよび／又はバイオガス製造から又は再生可能エネルギのガス化からの炭素含有又は水素含有ガス流、および／又は、再生エネルギの推定への予想流、そして、前記処理への外部消費者の需要予想を判定し、それによって、再生源からの電気エネルギの流通を最適化し最も経済的にする請求項１〜１０の何れか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記直接還元システムを出るガス流のほぼ全部が前記処理に搬入される請求項４〜１１の何れか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
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