Patent DE-102020000131-B4 (DE)
Title: Verfahren zur CO2-Verflüssigung und -Speicherung in einem CO2-Kraftwerk
IPC: F01K25/10
Filed: 2020-01-10
Granted: 2021-12-30
Abstract: Verfahren zur CO2-Verftüssigung und -Speicherung in einem CO2-Kraftwerk, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren auf einem Anlagensystem ausgeführt wird, welches die folgenden drei Anlagen enthält:1.1 S-Speicheranlage, die aus mehreren S-Speichern mit folgenden Merkmalen besteht:1.1.1 Drei Behälter unterschiedlicher Größe, die ineinander mit bestimmten Abständen gebaut werden. Sie haben Zylindergestalt, und1.1.2 der innerste Zylinder wird Zylinder 1 genannt, der Raum innerhalb des Zylinders 1 wird als Raum 1 bezeichnet. Der nächstgrößere Zylinder wird Zylinder 2 genannt, der Raum zwischen Zylindern 1 und 2 wird als Raum 2 bezeichnet. Der nächstgrößere und äußerste Zylinder wird Zylinder 3 genannt, der Raum zwischen Zylindern 2 und 3 wird als Raum 3 bezeichnet, und1.1.3 die drei Zylinderbehälter können jeweils eine eigene Decke und einen eigenen Boden aufweisen, oder eine gemeinsame Decke und/oder einen gemeinsamen Boden besitzen. Im Fall der Gemeinsamkeit ist die Decke oder der Boden wärmeisoliert gegen die Außenseiten, und1.1.4 der Raum 1 dient zum Speichern der CO2-Flüssigkeit von der Kaltzeit wie Winter bis zur Warmzeit wie Sommer und zum Speichern von Warmwasser von der Warmzeit wie Sommer bis zur Kaltzeit wie Winter, und1.1.5 der Raum 2 dient zum Speichern von Wassereis von der Kaltzeit wie Winter bis zur Warmzeit wie Sommer und zum Speichern von Warmwasser von der Warmzeit wie Sommer bis zur Kaltzeit wie Winter, und1.1.6 der Raum 3 dient zur Wärmeisolierung gegen die Außenseiten, er ist mit Wärmedämmstoffen gefüllt, und1.1.7 der Zylinder 1 bzw. 2 bzw. 3 kann aus Stahlbeton mit oder ohne Edelstahlauskleidung bestehen, und1.1.8 der Raum 1 bzw. 2 bzw. 3 hat mindestens einen Eintritt von außen und einen Austritt nach Außen oder einen Kanal, der schaltbar in den beiden Richtungen mit dem Außen verbunden ist, und1.1.9 im Raum 1 bzw. 2 sind Wärmetauscher installiert, um mit dem Außen die Wärme- oder Kälteübertragung auszuführen, und1.1.10 in den drei Räumen 1, 2 und 3 bestehen jeweils die Mess- und Sicherheitseinrichtungen wie z.B. Feuchtigkeitsmesser im Raum 3, Manometer, Thermometer und Sicherheitsventile in den Räumen 1 und 2;1.2 C-Speicheranlage, die aus mehreren C-Speichern mit folgenden Merkmalen besteht:1.2.1 C-Speicher ist eine Variante eines S-Speichers, nämlich wenn der Durchmesser des Zylinders 1 des S-Speichers gleich null ist und der Zylinder 2 und der Raum 2 mit der Decke und dem Boden bestehen. Er dient zum Speichern von Wasser und CO2-Gas, und1.2.2 wenn ein C-Speicher keinen Raum 3 und keinen Zylinder 3 mit der zugehörigen Decke und dem zugehörigen Boden hat, so wird er zum Speichern vom CO2-Gas verwendet. Dies kann der Fall sein, wenn z.B. ein Wüstengebiet zum Bau der CO2-Speicher nämlich C- oder S-Speicher vorliegt;1.3 Eine CO2-Kraftwerkanlage mit folgenden Merkmalen:1.3.1 Eine Gruppe der mit elektrischen Generatoren vorgesehenen Wärmekraftmaschinen, die z.B. Kolbenkraftmaschinen oder Turbinen sein können und miteinander in serieller oder paralleler Weise zu verbinden sind und zwischen denen sich Zwischenerhitzungsgeräte wie z.B. Wärmetauscher oder Heizkessel zum CO2-Heizen einschließen lassen, und1.3.2 eine Gruppe von Behältern, die zum Heizen der CO2-Fluide für ihre Entspannung in den Wärmekraftmaschinen und/oder zum Mischen von verschiedenen CO2-Strömen und/oder zur CO2-Zwischenspeicherung dienen, in denen die Wärmetauscher installiert werden, welche wiederum mit unterschiedlichen Wärmequellen schaltbar verbunden sind, und1.3.3 mindestens ein CO2-Verdampfer, in dem die CO2-Flüssigkeit von einem S-Speicher aufgenommen wird und sie verdampft, so dass diese Verdampfungskälte über Wärmetauscher zur CO2-Gaskondensation ausgenutzt wird, und1.3.4 ein oder mehrere CO2-Kondensatoren, zu denen ein Teil der entspannten CO2-Fluide aus den Wärmekraftmaschinen geleitet wird, um es dort mit der Kälte aus dem gespeicherten Wassereis in der Warmzeit wie Sommer oder aus der Kaltluft in der Kaltzeit wie Winter zu kondensieren. Die so verflüssigten Kohlendioxide werden zu einem Behälter der Behältergruppe oder zu Raum 1 der S-Speicher geleitet, und1.3.5 eine oder mehrere Venturi-Düsen (4), durch die ein Teil der entspannten CO2-Fluide aus den Wärmekraftmaschinen so durchfließt, dass das in einem C-Speicher aufbewahrte CO2-Gas über eine Rohrleitung in Winterzeiten angesaugt wird, wo es durch winterliche Kälte verflüssigt und dann in Raum 1 der S-Speicher aufbewahrt wird, und1.3.6 eine Gruppe von CO2-Kondensatoren und Behältern, die zur Verflüssigung der CO2-Gase dienen. Die dazu notwendigen Kältequellen in der Warmzeit wie Sommer sind neben der o.g. gespeicherten Wassereiskälte z.B. die CO2-Verdampfungskälte, die CO2-Entspannungskälte, die in den Kolbenkraftmaschinen oder Kältemaschinen erzeugte Kälte, die Flusswasserkälte oder andere Naturkälte, und1.3.7 eine optionale Gruppe von Heizkesseln zur Verbrennung der CO2-neutralen Brennstoffe wie Pflanzenstroh und Abholz z.B. in Winterzeiten, um CO2-Fluide vor dem Eintritt in die Wärmekraftmaschinen durch ihre Verbrennungswärme zu heizen, und1.3.8 Rohrleitungen, welche die unterschiedlichen Bauteile des CO2-Kraftwerks wie z.B.Behälter, Speicher, Wärmetauscher und Wärmekraftmaschinen verbinden und mit geeigneten Ventilen und Messgeräten ausgestattet werden, z.B. Durchflussmesser, Manometer, Thermometer, Sperrventile, Rückschlagventile und Reduzierventile, und1.3.9 ein Zentralkontrollsystem, unter dessen Kontrolle die Ventile, Wärmetauscher, Mess- und Steuerungsgeräte und andere kontrollierbaren Einrichtungen stehen, um flexible Anpassungen von CO2-Speicherung in S- oder C-Speichern, der Leistungshöhe der Wärmekraftmaschinengruppe und/oder anderen Eigenschaften der Bestandskomponenten des CO2-Kraftwerks an die änderbaren Bedingungen wie z.B. laufende Wetterbedingungen und elektrische Leistungsanspruchsänderungen zu ermöglichen;Wobei gilt,1.4 dass zum CO2-Heizen neben der Abwärme und/oder Geotherme, Solarwärme oder anderer Naturwärme auch die in S-Speichern und eventuell in C-Speichern aufbewahrte Warmwasserwärme und eventuell die Wärme aus Verbrennung der CO2-neutralen Brennstoffe wie Pflanzenstroh und Abholz beispielsweise in der Kaltzeit wie Winter genutzt werden, und1.5 dass zum CO2-Kühlen neben der Naturkälte aus Flusswasser, tiefer Erde, tiefem Seewasser oder anderen natürlichen Kühlmitteln auch die in S-Speichern und eventuell in C-Speichern gespeicherte Wassereiskälte z.B. in der Warmzeit wie Sommer genutzt wird. Dazu verwendet werden können ebenfalls die Verdampfungskälte von CO2-Flüssigkeiten, die Entspannungskälte der CO2-Fluide aus Turbinen oder die in Kolbenkraftmaschinen, Kältemaschinen oder anderen Maschinen erzeugte Kälte, und1.6 dass zum CO2-Gasspeichern die C-Speicheranlage verwendet wird, die ein Teil der entspannten CO2-Fluide aus den Wärmekraftmaschinen z.B. in der Warmzeit wie Sommer empfängt und dann so lange speichert, bis eine Kaltzeit wie Winter erreicht wird, wo es verflüssigt wird und dann in Raum 1 der S-Speicher aufzubewahren ist, und1.7 dass zum CO2-Flüssigkeitspeichern die S-Speicheranlage verwendet wird, um die in der Kaltzeit wie Winter aus CO2-Gasen kondensierten CO2-Flüssigkeiten aufzunehmen, welche aufgrund der Wärmeisolierschichten von den S-Speichern gegen die Außenseiten wärmeisoliert sind und sich unter niedrigen Drücken eventuell bis zur Warmzeit wie Sommer stabil speichern lassen, und1.8 dass zur Wärme- bzw. Kälteübertragung mit Warmwasser bzw. Wassereis als Arbeitsmedium die S-Speicheranlage und auch die C-Speicheranlage benutzt werden, die eine Rolle für die Wärme- bzw. Kältespeicherung z.B. von Sommer- bis zu Winterzeiten bzw. von Winter- bis zu Sommerzeiten spielen, um Kohlendioxid in den Winterzeiten bzw. Sommerzeiten zu heizen bzw. zu kühlen.