CN105518113A - 可灵活操作的发电装置及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

在具有大型蒸汽发生器(1)的发电装置中，该大型蒸汽发生器(1)配备了燃烧烃的燃烧器和/或燃气涡轮机并具有连接至此的水/蒸汽回路(54)，并且该发电装置包含用于产生富CO2气流的至少一个设备，其中，发电装置(51)的发电部分向电网(71)的电力输出接受在电网侧控制的电力调控，这旨在实现以下方案：提供用于燃烧含烃燃料的发电装置的灵活化操作方法，该操作方法特别是使得发电装置输出能够快速适应于来自电网的电力需求。这因为如下而实现：将用于产生富CO2气流的至少一个设备、用于生产氢气(H2)的至少一个电解设施(61)、以及用于由富CO2气流的至少CO2部分和在电解设施(61)中生产的氢气生产甲醇或甲醇次级产物的至少一个合成设施(60)借助于电流传导和介质传导管线连接并彼此互连，从而在发电装置(51)的操作期间由发电装置生成的电力可被全部或部分选择性地用来操作由如下构成的设备和设施的所述组中的一个、多个或全部：用于生产富CO2气流的至少一个设备、用于生产氢气(H2)的至少一个电解设施(61)、以及用于生产甲醇和/或甲醇的次级产物的至少一个合成设施(60)。

Description

可灵活操作的发电装置及其操作方法
技术领域
本发明针对的是发电装置，该发电装置具有大型蒸汽发生器，该大型蒸汽发生器配备了燃烧碳的燃烧器和/或燃气涡轮机，并具有包含至少一个蒸汽-充入的汽轮发电机的相连的水/蒸汽回路，该蒸汽-充入的汽轮发电机具有至少一个相连的发电机，其中，在配备了燃烧碳的燃烧器的大型蒸汽发生器中产生含CO2废气流；并且发电装置包含用于生产富CO2气流的至少一个单元；发电装置通过该装置的包含至少一个发电机的发电组件连接至提供控制权的公共电网，其中，发电组件向电网的电力释放接受在电网侧的电力控制，特别是接受初级控制和/或二级控制和/或三级控制和/或四级控制。本发明进一步针对的是灵活操作此类发电装置的方法。
背景技术
由于可再生能源的增加和更高优先级的输入，发电装置目前失去了生产并向电网中输入电力的宝贵时期，因为如果相应的可再生能源高供给，则它们不得不被调低。这影响了发电装置的经济可行性，因为从生产的角度来看，可售的电力要少于可生产的电力。同时，不得不对发电装置进行操作以向电网提供服务，而无需耗费或适当地支付最小电力输入，因为当电网上存在过剩电力时，市场上的电力价格将低于发电的边际成本。出于这个原因以及可再生能源的节流，工业装置中的需求侧管理以及大型太阳能发电装置和风电场的节流目前已被用于电网稳定。
由于电力供给中的升高比例的可再生能源，经常出现可用的热力发电装置必须大幅降低它们的负荷的情况，因为可再生能源具有输入的优选权。这减少了来自热力发电装置的年度电力销售。此外，电力的局部生产过剩已引起市场上的电力价格的下降，这降低了此类常规发电装置的收入至无法生存的程度。
通过如下事实另外加重了生产过剩：虽然电网仍不断地对热力发电装置有所需求，例如用于初级控制，但对于电力生产而言，热力发电装置在它们的功率或负荷调节方面受到了所谓的最小负荷的限制，所述最小负荷出于技术原因而存在。例如，在大型褐煤发电装置的情况下，这种最小负荷为标称输出的30％-50％，并且在硬燃煤发电装置的情况下，这种最小负荷为标称输出的15％-30％。因此，该发电装置对电网稳定提供服务，但由于过低的市场价格而导致电力输入赔钱。
这里为了提供补救，已知“电力转热”的应用，其中，将过剩电力用于电热水或蒸汽发生器。这可直接储存在住宅建筑的加热***或发电装置的大型热储存装置中，以用于以后的集中供热供给。这种应用具有非常低的基本投资的优势。其缺点在于，由于热量损失，仅能够至多数天的短的储存时间。此外，在该方法中，由电力以低放射本能(exergy)水平产生热，而电力为高价值能量形式(纯的放射本能)。
灵活化和降低发电装置中的最小负荷的另一可能途径是将所生成的热能直接储存在发电装置的蒸汽回路中。这可在发电装置的蒸汽回路中的所谓的Ruths蓄积器中以蒸汽形式完成。然而，能量的可储存量和储存时间相当低，尤其是低于60分钟。
另一备选的可能是在发电装置的蒸汽回路的预热区中以热水的形式储存热量。但是这里，能源的可储存量也很小。另一备选是在相对高的温度下以热液态盐(温度变化)的形式、或者作为盐或其它固体的相变能储存热量。然而这里，这些***均未经测试，并且均难以实施。
存在以在所谓的燃料气化装置中随后制备的氢气和/或甲烷和/或化学转化产物制备合成气的实际知识，其还可被关联至给出用于发电的合适结构的燃气涡轮机发电装置。然而，这些“整合的气化联合循环(IGCC)”装置相当复杂、昂贵且不灵活。具体而言，由于必须存在的组件(例如气体纯化/气体加工操作或CO2分离)也是迟滞的工艺和装置，该“整合的气化联合循环(IGCC)”装置在电力生产与化学品生产(如甲醇)的操作模式之间、并在所使用的燃料以及燃料气化器之间的切换缓慢。此外，如果单个工艺的技术特性或所需的可用性并不会在实际上使高度动态的操作完全不可能，则在此类装置的动态操作中装置利用率降低。此外，在这些工艺中，基于来源于燃料的碳制备的化学转化产物通过直接化学途径生产，这通常会引起较高的碳转化效率，并因此还会引起较高的能量转化水平。例如，可将高达多于50％的燃料碳转化为甲烷产品。但是同时，每kWel装机功率的基本投资高于标准热力发电装置的50％-100％。此外，全世界只有极少数的IGCC装置。由于这些原因，迄今为止，仅在以下情况全局使用燃料气化，其中，在以基本负荷操作有效运行的装置中，由固体含碳燃料(通常为煤)生产高价值化学产品，例如燃料或肥料。
还已知CO2是温室气体之一，而温室气体被认为是全球气候变暖的原因之一。因此，存在众多的环境政策和技术努力以减少CO2的排放。这些构思中的一种关注通过将CO2转化为甲烷气体而储存CO2，例如，在论文“Newtechnologiesforseparation,fixationandconversionofcarbondioxidetomitigateglobalwarming”(Hitachi，Vol.42(1993)，No.6，第255-260页)中进行了描述。在这一情况下，将化石燃料燃烧期间形成的CO2从烟气中分离出并送去甲烷化，其中，形成合成的天然气(甲烷)。甲烷化是将一氧化碳(CO)或二氧化碳(CO2)转化成甲烷(CH4)的化学反应。二氧化碳生成甲烷的反应也被称为Sabatier工艺，该工艺由PaulSabatier和J.B.Sendersens在1902年发现。在该反应中，一氧化碳或二氧化碳在300℃-700℃的温度下与氢气反应生成甲烷和水。该反应是放热的，但需要通过催化剂促进。
此外，关于依靠风力或太阳能的可再生能源发电，会出现频繁地将超过当前所需的过多电力输送至电网的问题。这将导致大量的“过剩电力”，必须将其消耗或储存以确保电网的稳定。甚至，独立于将由可再生能源产生的电力输送至电网，所出现的基本问题为如果需要如何能够对所产生的电力进行存储，以能够在任何期望的时间点使用该能量。
就此而言，发现“电能转气”的构思是有利的，其中，以甲烷化的方式对能量进行化学转化并储存为甲烷(CH4)。在这一情况下，尤其是以电解的方式产生形成甲烷所需的氢气，其从可再生能源(例如风力涡轮机或太阳能电池)获得所需的电力。CO2或CO的可能来源为来自发电装置或工业装置的经加工的烟气流，其中，含碳燃料或含碳原料被转化成含CO2或含CO的气氛。
“电能转气”构思是长期储存能量并避免CO2直接排放到大气中的可行的方法，这是因为在甲烷化中形成的甲烷(CH4)产品能够长期作为合成天然气储存在现有的基础设施(管道、天然气仓储)中数个月。可通过电解制备氢气。或者，氢气还可源自其它可选的来源。CO2可源自从富CO2流中的分离，例如来自发电装置的烟气流。在甲烷化装置或甲烷转化器中，通过合成将以这一方式获得的H2和CO2组分转化为H2O和CH4。
发明内容
本发明的目的是提供如下方案，该方案提供了燃烧含碳燃料的发电装置的灵活的运行方式或操作模式，并且该方案尤其是使得能够及时将发电装置的输出调整至电网侧的电力需求。
根据本发明，通过具有权利要求1的特征的发电装置以及权利要求16中所请求保护的操作此类发电装置的方法实现了这一目的。
本发明的有利发展和合适的配置是特定从属权利要求的主题。
由此，以在开始详细指定类型的发电装置实现上述目的，其中，该发电装置包含用于制备氢气的至少一个电解装置、以及用于由富CO2气流的至少CO2组分和在电解装置中生产的氢气制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置，并且其中，就传导而言，用于生产富CO2气流的至少一个单元、用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置、以及用于由富CO2气流的至少CO2组分和在电解装置中生产的氢气制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置借助于电流传导和介质传导管线以使得在发电装置的操作过程中在发电装置侧生成的电力可根据需要全部或部分用来操作由如下所组成的单元和装置的组中的一个、多于一个或全部的方式在物理学上和电学上彼此相连：用于生产富CO2气流的至少一个单元、用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置、以及用于制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置。
在对权利要求1-15中任一项所请求保护的发电装置进行灵活操作的方法中，实现了上述目的，其中，就传导而言，用于生产富CO2气流的至少一个单元、用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置以及用于由富CO2气流的至少CO2组分和在电解装置中产生的氢气制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置通过电流传导和介质传导管线在物理学上和电学上彼此相连，从而使在发电装置的操作过程中在发电装置侧生成的电力根据需要全部或部分用来操作由如下所组成的单元和装置的组中的一个、多于一个或全部：用于生产富CO2气流的单元、用于制备氢气(H2)的电解装置、以及用于制备甲醇和/或甲醇转化产物的合成装置。
在第一方面，本发明的出发点是通过整合富CO2气流的生产(特别是CO2分离)、产氢气电解以及制备甲醇和/或甲醇转化产物(例如二甲醚(DME)或汽油)的化学合成，使燃烧含碳燃料的发电装置灵活化。
在本文中，灵活化被理解为是指发电装置不仅(常规地)产生电力产品以及对电网的服务(例如初级控制和二级控制)，而且还生产了另外的产品(例如甲醇、DME、汽油或者用于化工或石化行业或运输行业的其它原料)。除此之外，还存在需求侧管理的产品(即，通过降低工艺电力需求而使得能够降低电网负荷)。
此外，灵活化被理解为是指此类方法的组合可进一步降低发电装置或发电装置站点的最少供给，并且可将其降低到负值而不必关闭发电装置。尽管在电网上具有足够的可用的电力生产器(例如可再生发电机)，当发电装置仍然保持连接至电网以用于电网控制和稳定时(否则将不得不削减发电装置)，这特别有利。
本发明涵盖发电装置，其中，用含碳的生物源可再生原料、硬煤、褐煤、来自工业的含碳废弃材料、含碳气态燃料(如天然气、沼气或含碳气体(例如来自化工行业或钢铁生产的副产物气体)的混合物)操作燃烧碳的燃烧器。可将本发明用于蒸汽发电装置中，其中，燃料在蒸汽发生器、或者液态或气态含碳燃料在其中燃烧的燃气涡轮机装置或燃气发动机、或者这些发电装置(例如燃气涡轮机和蒸汽涡轮机发电装置)的组合(称为联合循环发电装置)中燃烧。还可将本发明应用于来自水泥炉、造纸行业和其它燃烧工艺中的装置的废气，条件是相应的装置/设施包含下游的蒸汽产生和蒸汽涡轮机以利用至少一些用于发电的废热。
根据本发明，如果通过内部使用在“电力转燃料”(PtF)工艺中在发电装置侧生成的电力或甚至是来自电网的过剩电力而进一步降低发电装置的发电装置最小负荷，则可能在电力的帮助下在水电解中(或者可替代地通过氯碱电解)制备氢气(H2)以及另外从烟气中分离出二氧化碳(CO2)，从而进一步降低了电力生成。根据本发明，将这种CO2和H2通过催化工艺用于化学合成中以制备甲醇，例如可随后对甲醇进行进一步处理。
这使得可能实现发电装置在发电装置操作中的更高的年利用时间，并且还通过产品范围(制备甲醇或甲醇转化产物)的扩展(再次)实现可行的操作。这变得可能而不需要补贴用于备用操作的难以为继(unviable)的发电装置的“能力机制”，即，通过向发电装置的经营者给予特别支付而支持另外的难以为继的发电装置设施的操作，以促进电网的稳定。
因此，本发明从如下想法着手：将所生产的剩余电力以电网和蒸汽回路外的物质的化学能中的甲醇或甲醇转化产物的形式储存，并随后将它们以合适的方式用于发电装置或在外部用于其它目的。
因此，首先通过产品的灵活化实现发电装置的灵活化。这意味着，发电装置的设置不仅与“电力”产品的生产有关，而且另外其设置还与“甲醇和/或甲醇转化产物”产品的生产有关。在这一背景下，还可将发电装置以使得在各情况下甲醇或其转化产物与电力的量之间能够灵活变化的方式进行配置。通过在各个装置或单元同用于所生产的产品或待在特定装置或单元中加工的反应物的任选设置的储存装置或中间体储存装置之间***合适的电流传导和介质传导连接，这可容易地实现。其次，灵活化涉及操作的灵活化，即，本发明发电装置的可能的操作模式的灵活化。由于发电装置或整个发电装置***的组成是产氢电解，存在另外的非标准电力用户，其可用在发电装置侧生成的电力作为替代物进行操作，以将在发电装置侧生成的电力输入相连的公共电网。用于制备氢气的电解装置具有以下优点，它们相对快地反应以消耗电力，并因此可根据它们的电流/电力消耗和它们的生产或转化输出快速地将它们调高或调低。还可使用存在于电解装置中的相连的公共电网中的剩余电力。本发明的装置和单元同样配备了可迅速消耗电力的另外的电力用户。因此，具体而言，可在短时间内、优选在数分钟的范围内，实现在用于制备氢气的电解装置和/或用于制备甲醇和/或甲醇转化产物的合成装置和/或用于生产富CO2气流的单元的生产或转化输出以及电流/电力消耗方面的变化。
因此，就发电装置的配置而言，本发明的特征为：就电解装置的电流/电力消耗能力以及电解装置的氢气生产能力而言，将用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置或者用于制备氢气(H2)的多个电解装置设计并设置在发电装置侧，从而使得其以如下方式变得可控：响应于电网侧对发电装置的电力控制需求，可在短时间内、优选在数分钟的范围内将电解装置的电流/电力消耗和氢气生产调高或调低。以类似的方式，就配置而言，本发明的方法的特征为：响应于电网侧对发电装置的电力控制需求，可在短时间内、优选在数分钟的范围内将用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置或用于制备氢气(H2)的多个电解装置中的电流/电力消耗和氢气生产调高或调低。
当不仅电解装置、而且用于生产富CO2气流的单元和用于制备甲醇和/或甲醇转化产物的合成装置也促进了发电装置运行方式或操作模式的灵活化，本文是有利的。因此，发电装置的进展的特征为：就单元和合成装置的电流/电力消耗能力以及单元和合成装置的生产或转化能力而言，将用于生产富CO2气流的至少一个单元或用于生产富CO2气流的多个单元、和/或用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置或用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置设计并设置在发电装置侧，从而使得单元和所述合成装置以如下方式变得可控：响应于电网侧对发电装置的电力控制需求，可在短时间内、优选在数分钟的范围内将它们各自的电流/电力消耗以及生产或转化输出调高或调低。
在本申请的上下文中，除非在下文描述中在个别情况下作出的任何不同的说明，在短时间内、优选在数分钟的范围内调高或调低发电装置的单个或多个装置或单元被理解为是指作为对电网侧初级控制的反应，调高或调低在30秒内起效，以及作为对电网侧二级控制的反应，调高或调低在5分钟内起效。
以同样的方式，在本发明方法的进展中，响应于电网侧对发电装置的电力控制需求，在短时间内、优选在数分钟的范围内，在电网侧调高或调低用于生产富CO2气流的至少一个单元或用于生产富CO2气流的多个单元、和/或用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置或用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置的各自的电流/电力消耗以及生产或转化输出。
在本发明的发电装置中，由于不仅能够将借助于至少一个发电机生成的电力非常快速且在短时间内供给至相连的电网、而且能够将其分配在本发明所述的装置和单元之间，因此，本发明的发电装置可经受负荷的快速变化。因此，本发明进一步的特征为：就电解装置、单元和合成装置各自的电流/电力消耗能力以及电解装置、单元和合成装置各自的生产或转化输出而言，对用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置或用于制备氢气(H2)的多个电解装置、用于生产富CO2气流的至少一个单元或用于生产富CO2气流的多个单元、以及用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置或用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置以如下方式进行设计并使其在发电装置侧彼此相连以用于控制的目的：响应于电网侧对发电装置的电力控制需求，就电解装置、单元和合成装置各自的电流/电力消耗能力以及生产或转化输出而言，能够在短时间内、优选在数分钟的范围内将电解装置、单元和合成装置调高或调低；在电网侧电力控制需求的情况下，就输出而言，可通过具有在3％/min-30％/min范围内的负荷变化梯度的负荷变化，将发电装置调节至变化的电力需求。
为了使单独的装置/装置组件或单元的电流/电力消耗能够特别迅速且在短时间内调整，当将它们设计用于持久的标称负荷或标准设计值或标准操作值，但可在短时间内以相较而言更高的峰值负荷进行操作时，是适当的。因此，就配置而言，本发明发电装置的进一步特征为：就电解装置、单元和合成装置各自的电流/电力消耗和/或电解装置、单元和合成装置各自的生产或转化输出而言，对用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置或用于制备氢气(H2)的多个电解装置、用于生产富CO2气流的至少一个单元或用于生产富CO2气流的多个单元、以及用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置或用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置以如下方式进行设计：尤其是响应于电网侧对发电装置的电力控制需求，在数分钟范围的短时间内、优选至多30分钟内，使电解装置、单元和合成装置能够经受对于特定装置或单元而言的标准设计或标准操作值的100％-300％、优选150％-200％的电流/电力消耗。
为了实现发电装置的特别好的灵活化，当可单独且个别地将单个的装置或单元调整至发电装置的不同操作模式、或者使它们同时涉及它们的电力消耗或电流/电力消耗且涉及它们的产品输出或转化输出时，这是有帮助的。因此，在发电装置的进一步配置中，本发明的特征还为：就电解装置、单元和合成装置各自的电流/电力消耗以及电解装置、单元和合成装置各自的生产或转化输出而言，可将用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置或用于制备氢气(H2)的多个电解装置、用于生产富CO2气流的至少一个单元或用于生产富CO2气流的多个单元、以及用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置或用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置单独致动并控制。以类似的方式，在本发明方法的配置中，就电解装置、单元和合成装置各自的电流/电力消耗以及电解装置、单元和合成装置各自的生产或转化输出而言，将用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置或用于制备氢气(H2)的多个电解装置、用于生产富CO2气流的至少一个单元或用于生产富CO2气流的多个单元、以及用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置或用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置单独致动并控制。
为了能够灵活地操作本发明上下文中的在其中生产含CO2废气的发电装置，同样如本发明所预期的，将用于制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置或用于制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置根据能力在整体上进行设计，从而使得它/它们可被用于将CO2(在发电装置满负荷时形成并存在于含CO2废气流中)的10wt％-50wt％、尤其是30wt％-40wt％、优选35wt％转化为甲醇和/或甲醇转化产物时，是有利且适当的。
另外也适当且有利的是，就在各情况下可能的合成装置的电流/电力消耗能力以及合成装置的生产或转化输出而言，将用于制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置或用于制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置就能力而言在整体上进行设计，从而使得可将不超过可由发电装置在满负荷时生成的电力总量或其最大电力用于制备甲醇和/或甲醇转化产物，就配置而言这同样是发电装置的特征。
尤其是，用于生产CO2气流的单元可包含CO2分离装置，该CO2分离装置从在含碳燃料的燃烧中形成或由其获得的废气中洗涤或滤出CO2(二氧化碳)。因此，在进一步的配置中，该发电装置的另外特征为，用于生产富CO2气流的至少一个单元或用于生产富CO2气流的多个单元包含如下或由如下组成：至少一个CO2分离设备、特别是燃烧后捕获(PCC)装置，和/或具有专用的CO2分离装置的大型蒸汽发生器的一个或多个燃烧器或燃烧器设备，该燃烧器或燃烧器设备通过氧燃料工艺进行操作。在氧燃料操作燃烧器的情况下，该目的所需的氧气还可有利地、特别是源自用于制备/生产氢气的电解装置(或电解装置之一)，其中，将水转化为氢气(H2)，同时生产氧气(O2)。
另外有利的是，当就电解装置、单元和合成装置的电流/电力消耗以及电解装置、单元和合成装置的生产或转化输出而言，将使得产品能够灵活化且影响产品灵活化的装置以如下方式在整体上进行设计：能够以该装置所需的最小负荷来操作发电装置，而不向电网中供给电力，并从而使随后生成的全部电力流入相应的用于产品灵活化的装置或单元。因此，本发明进一步预期如下发电装置，其中，就电解装置、单元和合成装置的电流/电力消耗以及生产或转化输出而言，将用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置或用于制备氢气(H2)的多个电解装置、用于生产富CO2气流的至少一个单元或用于生产富CO2气流的多个单元、以及用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置或由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置以如下方式在整体上进行设计：在其操作过程中，能够以该装置所需的最小负荷来操作在运行的所述发电装置，而不向电网中供给电力。
在替代的版本中，可用来自相连的电网的过剩电力操作发电装置。因此，就配置而言，本发明的发电装置的特征还为，发电装置采用用于相连的公共电网的电力槽(powersink)的形式，在这种情况下，就电解装置、单元和合成装置的电流/电力消耗以及生产或转化输出而言，将用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置或用于制备氢气(H2)的多个电解装置、用于生产富CO2气流的至少一个单元或用于生产富CO2气流的多个单元、以及用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置或用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置在整体上进行设计并以如下方式连接至电网：可将电解装置、单元和合成装置用来自电网的过剩电力进行操作。
为了能够对公共电网的电力控制作出贡献，在本发明进一步的配置中，将用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置或用于制备氢气(H2)的多个电解装置、用于生产富CO2气流的至少一个单元或用于生产富CO2气流的多个单元、以及用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置或用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置作为可被关闭的负荷在物理学上和电学上连接至公共电网。
在本发明方法的配置中，以类似的方式，将用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置或用于制备氢气(H2)的多个电解装置、用于生产富CO2气流的至少一个单元或用于生产富CO2气流的多个单元、以及用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置或用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置作为可被关闭的在物理学上和电学上连接至公共电网的负荷进行操作。
在本发明所述的发电装置的推荐的灵活化的情况下，以热输入和/或热输出的方式结合至在发电装置中产生的热也可能另外有利且适当。在本发明的进展中，一种创造性选择为：就在这些装置和/或单元的操作中产生的30℃-400℃、优选30℃-150℃范围内的废热而言，将用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置或用于制备氢气(H2)的多个电解装置、用于生产富CO2气流的至少一个单元或用于生产富CO2气流的多个单元、以及用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置或用于制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置经由至少一个废热传导导管传导性地连接至水/蒸汽回路的进水的预热器、和/或CO2分离装置(尤其是燃烧后捕获(PCC)装置)的预热器、和/或发电装置中使用的反应物和/或生成的产物中的至少一者的预热器。
根据装置技术，当可用电解装置生产的氢气足以将在发电装置操作中产生或分离出的全部二氧化碳(CO2)转化为甲醇和/或一种或多种甲醇转化产物时，这将额外有利。因此，在发电装置的进一步配置中，本发明预期：就电解装置的生产和/或转化能力而言，将用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置或用于制备氢气(H2)的多个电解装置以如下方式设计：在用于制备甲醇或甲醇转化产物的合成装置中，能够将可生产出的氢气量用于将在含碳燃料燃烧过程中于大型蒸汽发生器的燃烧器中形成的废气流的全部含量的CO2和/或在至少一个CO2分离装置中分离出的全部量的CO2转化为甲醇或甲醇转化产物。
最后，本发明的特征还为：来自用于生产富CO2气流的至少一个单元、用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置以及用于制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置的组中的各单元或装置具有至少一个专用的反应物和/或产物储存工具，并且尤其是，电解装置具有专用的氢气储存工具和/或氧储存工具，并且尤其是，用于生产富CO2气流的单元具有专用的CO2储存工具。这些储存工具优选采用缓冲储存工具的形式，从而使在单个的装置/单元中进行的工艺可彼此独立地运行，并且单个工艺的动力学无中断。在这方面，储存工具还有助于发电装置的操作或运行方式的灵活化。单独的装置/单元以及在各种情况下在其中进行的工艺或方法的权重中的优选权通过甲醇和/或甲醇转化产物的制备来支配。在各种情况下，相对于它们自身，对能力和输出、特别是CO2分离装置和电解装置的能力和输出进行调整。
对于装置操作的灵活性，在本文此处和下文所述的，在燃烧含碳燃料并具有下游的CO2分离(燃烧后捕获，PCC)或整合的CO2分离(氧燃料)的发电装置中的发电的发明提供了如下优点，相对于发电量，发电装置工艺可高度灵活地运行。该方法可与新建造的热发电装置组合、或者作为可改造至已有的发电装置设施上的扩展。尽管就放射本能而言通过发电和电解的转化途径并非是最佳的，但可通过工艺的特别有利的能源连接而再次至少部分地对该方法组合的能量和放射本能缺点进行补偿。借助于含碳能量载体(甲醇或甲醇转化产物)的生产，在燃烧含碳燃料的发电装置的情况下，甚至有可能将其最小负荷调节至负值(0至>-10.0％)。甚至在相对较小的发电装置单元的情况下，同样能够将初级控制能力增高至超过每分钟100MWel。
因此，由下游方法组件的热连接产生了多种优点，例如燃烧后捕获原理(principle)下游的CO2分离以及氢气电解和下游的甲醇或甲醇转化产物制备的热连接。
例如，能够将来自装置组件如CO2分离或反应器(甲醇制备或转化)的废热以在能量上以有利的方式并入发电装置的高压预热器或低压预热器中，或者用于对反应器上游的反应物进行预热。
操作装置组件(例如PCC工艺中的解吸或产品的任何可选的下游精馏或蒸馏)所需的热可获取自反应器的反应(甲醇制备或转化)废热、或者作为来自蒸汽生成工艺的排出的蒸汽(bleedsteam)以能量上高效的方式获取、或者至少部分获得自产品和中间体的冷却。作为结果，电力向各化学产品的转化效率显著增高至超过70％，相比之下，在不具有此类能量整合的装置的情况下小于60％。
如果通过PCC方法进行CO2分离，如果需要的话，化学吸收应合理地具有上游烟气脱硫和/或烟气冷却操作，也为了以高效率方式以及最小洗涤剂消耗(通常是胺溶液)进行CO2分离。
在任何必要的纯化之后，从产品或中间体的冷却中获得的水优选应送回至氢气电解。优选在用于发电装置的进水加工的装置中和/或其它专门为此目的设计的水处理***中进行纯化。
为了可将电解负荷方面的全速变化用于支持发电装置的控制能力或在需求侧管理的范围内使用，将用于水和/或氢气和/或CO2和/或氧的储存工具整合入整体工艺中是适当的，这使得在化学反应器或CO2分离的负荷变化方面能够有数秒乃到数小时的延迟。例如，这些可为加压的储存工具(压力容器或腔洞物)或液体储存工具。因此，在数秒钟的范围内，通过所施加的电力，能够将电解上的负荷变化高达100％，而CO2分离和下游反应器可花费较长的时间用于负荷的变化。
整体装置(发电装置+氢气电解+CO2分离+反应器的装置复合体)的组件可相对于电网的电力需求反比例运行，即，在电解、CO2分离和/或反应器(甲醇的制备以及转化成甲醇转化产物)上的高负荷，尤其是当电网具有低的电力需求而发电装置本身以最低可能负荷操作时；或者能够以脱离合的模式以如下方式控制，从而使得氢气电解、CO2分离和反应器大体上在最大负荷下运行并且仅在来自电网的正负荷需求的情况下节流，即，根据它们的电流/电力消耗将它们调低(需求侧管理，DSM)。
这后一操作装置或发电装置的方式是可行的，特别是当电力交换的价格水平非常低和/或必须经常运行正负荷梯度(输入)时，因为通过氢气电解的瞬时关机和立即关机可非常快地实现高的另外的电力输入。
在前者情况下，根据当前的装置输出，通过非常迅速地提升氢气电解的负荷或降低氢气电解的负荷，能够以任何方向(正或负)支持发电装置输出中的负荷梯度。
可另外通过电池***的并联来支持***的整体动力学，该电池***可被适当地以低电压水平并联地整合至氢气电解。此类电池的大小和设计可受到预期电力价格水平和发电装置的能力利用的影响，并且还受到对于电网稳定化的预期控制干预的影响。
还可有利地将在蒸汽电路中或从电发热储存热量的前述方法与本发明的方法结合。
如果发电装置靠近工业装置(其中需要氧)，例如在钢铁行业或化工行业中，使用在这些工业装置中进行水的电解而形成的氧并同时降低其中存在的任何空气分馏装置的输出是适当的。
否则，还可全部或部分使用氧气以促进发电装置的点火，从而通过降低废气体积流率而提高锅炉效率，或者用于具有作为PCCCO2分离的替代的经整合的CO2分离的纯的氧燃料燃烧。
如果既不用于邻近的工业操作、也不用于富氧燃烧是可能的或期望的，在任何必需的纯化和干燥之后，还可将氧压缩至更高的水平，并作为压缩氧气、或者液化后作为液态氧在市场上销售。此类下游工艺的实施进一步增加了整个工艺的电力消耗，并且可被合理地用于向下扩展负荷控制范围至发电装置或工业站点的负电力输入(＝耗电量)。
在本文所述的用于发电装置灵活化的方法中，根据所使用的配置和燃料，随着开发所有的内部发电(而不管负荷范围)，在稳定状态下，能够将存在于燃料或烟气中的碳的约10％-35％的转化为甲醇和甲醇转化产物。使用另外取自电网的电力使得这一比例能够进一步提高至大于90％。此外，在使用CO2、H2、O2中间体的储存工具的情况下，暂时能够将操作与发电装置中的电力生成脱离合。此外，还能够通过用于正常操作中的较低电流密度的氢气电解的设计，暂时并在短时间内，将电解的输出显著增加至大于正常运行的200％，为了消耗更多的电力并支持在具有该负梯度的电力输入方面的负荷变化。
附图说明
通过下文实施例，参照附图对本发明进行详细阐明。其中：
图1，以示意图的形式示出了本发明的发电装置的装置框图，以及
图2，同样以示意图的形式示出了本发明的发电装置与专用组件的互连。
具体实施方式
图1以示意图的形式示出了燃烧褐煤50的发电装置51，其包含具有相连的水/蒸汽回路54的大型蒸汽发生器1。将在大型蒸汽发生器1的燃烧器中的褐煤50燃烧中形成的烟气53以导管进料至空气预热器2，以逆流的方向，将通过导管供给并在空气预热器2中预热的燃烧空气52进料至空气预热器2。之后，将烟气53进料至热位移***(heatdisplacementsystem)3，并将抽取自烟气53的热提供至水/蒸汽回路54的进水的预热器。之后，就传导而言，使烟气53通入烟气脱硫装置4中，在其中基本上脱除SO2(二氧化硫)和SO3(三氧化硫)。通过这一方式净化的烟气53以40℃-90℃的温度离开烟气脱硫装置4。为了实现并确保在蒸汽产生器1下游连接的燃烧后捕获(PCC)CO2分离装置5中的高利用率和高分离率，使烟气53首先接受精细纯化装置6中的精细纯化。精细纯化装置6采用了具有专用的NaOH(氢氧化钠)预洗涤器的烟气冷却器的形式，其中，用NaOH溶液对烟气53进行洗涤，并将烟气53冷却至30℃-50℃的温度。同时，烟气53的SO2/SO3浓度进一步降低。
将经冷却的烟气53从精细纯化装置6引入至燃烧后捕获(PCC)装置5的吸收器7中，并在其中与洗涤剂以逆流方向接触，所述洗涤剂将CO2从气流中浸出。工作实例中的CO2洗涤剂是采用简单的单乙醇胺溶液形式的水性胺溶液，从而使解吸器8中的下游解吸的能量需求为3.2-3.8MJ/kg移出的二氧化碳。或者，还可使用在解吸所必需的能量需求方面优化的CO2洗涤剂，从而使得其中目前所需的能量需求仅为2.4-2.8MJ/kg移出的CO2。首先从吸收器离开的是经净化的气体55，其次是经CO2饱和的CO2洗涤剂溶液，其通过导管56进料至解吸器8，解吸器8同样采用燃烧后捕获(PCC)装置5的组成的形式。在再沸器9中以常规方式以蒸汽的形式提供并供给解吸器8中的解吸所需的热。在工作实例中，作为设置在水/蒸汽回路54中的汽轮发电机58的中压涡轮机10和低压涡轮11之间的排出的蒸汽12，该蒸汽在110℃和200℃下取自水/蒸汽回路54，并通过导管57进料至再沸器9。在再沸器9中于再沸器加热中生成的冷凝物经导管13再循环入水/蒸汽回路54的预热区。首先从解吸器8离开的是已脱除CO2的洗涤剂，并且该洗涤剂通常在回路中再循环至吸收器7，其次离开的是二氧化碳(CO2)和蒸汽的混合物。在设置于解吸器8的出口区域的冷却和再洗涤操作14之后，将该二氧化碳/蒸汽混合物进料至压缩机平台(compressorstage)15。在热交换器16b的帮助下，解吸器8的顶部区域中的冷却起效，并且优选在酸性介质的帮助下，再洗涤14起效。在压缩机平台15中，将二氧化碳/蒸汽混合物压缩至压力高于20bar、优选30-60bar。使离开解吸器8和压缩机平台15的二氧化碳/蒸汽混合物的可感受到的热(tangibleheat)以及其中存在的水的冷凝热的一部分在下游连接压缩机平台的热交换器16a以及解吸器8出口区域的专用热交换器16b中收取或脱离，二氧化碳/蒸汽混合物经热交换器16a流动。例如，通过热交换器17a、17b、17c、17d，将在此处收取或脱离的热能供给于水/蒸汽回路54的低压预热器(17b)、燃烧空气的预热器(17a)、或者用于制备甲醇和/或甲醇转化产物的合成装置60的用于甲醇合成和蒸馏的反应器(27、31)的区域中的反应物预热器(17c、17d)。在工作实例中，在包含多个压缩机平台15的压缩机装置中，将热交换器16a设置在第一压缩机平台和最后一个压缩机平台15之间。将离开最后一个压缩机平台15的富CO2气流59进料至储存工具18，并由此进料至用于制备甲醇和/或甲醇转化产物的合成装置60。在进入储存工具18的上游，富CO2气流再次通过热交换器19，在其中该气体流被进一步冷却。在离开储存工具18之后并在进入合成装置60的甲醇合成反应器27之前，富CO2气流流经另外的热交换器20，借助于该热交换器20将热量引入富CO2气流中，以将进入甲醇合成反应器27的富CO2气流作为反应物送至反应器或者100℃-400℃、优选150℃-300℃的反应温度下。将该目的所需的热作为取自汽轮发电机58的排出的蒸汽、或者以在其它工艺中生成的废热的形式供给至热交换器20。
在甲醇合成反应器中，使以富CO2气流供给的CO2与氢气反应，以产生甲醇。将氢气在电解装置61中制备，在工作实例中，电解装置为碱性水电解。替代的选择是采用其它电解器类型，例如聚合物电解质膜(PEM)电解器或固体氧化物电解器池(SOEC)或氯碱电解。
在工作实例中的碱性水电解包括电解池21，其中，所供给的水34在50℃-100℃、优选70℃-90℃的温度下电解分解为氢气成分和氧成分。在该电解中，电解池21自身的温度通过热交换器22b控制，而水的温度通过热交换器22a供给，从而使得在任意时刻，电解均在最佳操作温度范围内，并可经受负荷方面的迅速变化、尤其是包括直到更高的负荷的变化。碱性电解可在宽的压力范围下操作，特别是采用高于15bar的压力、优选处于20bar-60bar范围内的压力。可替换地或另外地，合成装置61配备有氢气压缩机23，在电解池21中生产的氢气进入甲醇合成反应器27之前，将其进料至氢气压缩机23。此类氢气压缩机23是适当的，特别是由于它具有在其中可储存所生产的氢气的专用的氢气储存工具24。由于通过电解装置61生产的氢气储存在其中，中间体储存工具24首先是产品储存工具。然而其次，由于储存在其中的氢气构成了用于甲醇合成的一种原料，它也是反应物储存工具。为了在其中间体储存之前冷却氢气压缩机23中压缩的氢气，可将氢气压缩机23与中间体储存工具24之间的热交换器25用于抽提或收取来自氢气流的热能。为了使在稍后阶段离开中间体储存工具24的氢气流在进入甲醇合成反应器27之前达到足够高的反应温度，提供另外的热交换器26，通过热交换器26将热再次引入氢气流中，出于该目的，所需的热可来源于来自水/蒸汽回路54的排出的蒸汽、或来源于来自甲醇合成反应器27的废热。可通过热交换器或冷却单元28a、28b、28c移除在甲醇合成产生的废热的剩余部分，热交换器或冷却单元28a、28b、28c连接至或整合入甲醇合成反应器27的下游。热交换器28a将其热传导至水/蒸汽回路54的预热区，虽然还能够将热传导至燃烧后捕获(PCC)装置5的再沸器9和/或多种反应物预热器，即，本发明的发电装置中给予待处理/转化的原料的预热。由于在甲醇合成反应器27中实现的所供给的二氧化碳(CO2)和氢气(H2)反应物的转化不是很高，而仅为10％-35％，在工作实例中，在下游连接且包含热交换器/冷却单元的冷却器28a、28b、28c以如下方式设计：在甲醇合成反应器27中生产的甲醇产物的相的分离在容器29中起效，并且移除的气态组分经由再循环管线30全部或部分地再循环回甲醇合成反应器27中。在再循环管线30中，借助于热交换器17c将热再次供给至再循环的气态组分。
将在容器29中移除的液相进料至蒸馏或精馏反应器31，其中，将水、但是如果期望的话还将高沸点醇(当期望待生产的甲醇产品具有相对高的纯度时)从液相中分离。通过热交换器适当地提供蒸馏或精馏所需的热，可向该热交换器供给来自水/蒸汽回路54和/或来自再沸器9的废热的低值的排出的蒸汽、或者从其它工艺步骤抽提的热能。离开蒸馏和/或精馏反应器31的是气态甲醇(CH3OH)流35，特别可能的是将其蒸发热借助于热交换器32a、32b在随后的两个冷却步骤(32a、32b)中抽提入水/蒸汽回路54和/或反应物预热器的预热区。
可将从蒸馏和/或精馏反应器31中移除的水33进料至专门的水加工装置和/或水/蒸汽回路54的进水加工装置，然后作为反应物(水34)进料至电解装置61。
可将在电解中形成的氧气压缩，如果期望的话可进行液化，并送去使用。
图2示出了本发明的发电装置的单个单元和装置的排布及互连的示意图。
可首先将通过发电装置51中的具有任选的专用变压器的发电机70产生的电力送至相连的公共电网71、或者送至电解装置61中，该电解装置61另外具有专用的电池72和变压器73，该电池72和变压器73使得所供给的电力能够得以储存和变换。或者，还可将通过发电机70产生的电力用于供给电加热的热储存工具74，该热储存工具74产生集中热量(districtheat)，例如，可将其供给至集中供热网(districtheatinggrid)75。可另外向热储存工具74供给来源于水/蒸汽回路54的蒸汽76或者从该蒸汽76抽提的热能。或者，可将发电机70产生的电力供给至氧气压缩或液化装置77，其中，对在电解61中形成的氧78进行加工。然后，可将经压缩或液化的氧储存在氧储存工具79中，或者送去进一步使用80。或者，可将电解装置61中产生的氧气78作为氧化剂供给至蒸汽发生器1。或者可向供给有通过发电机70产生的电力的单个装置或单元61、72、74、77和80(尽管这未在图2中示出)全部供给取自电网71的电力，尤其是当电网71提供过剩电力时。尤其是，所示出的单元/装置以如下方式彼此互连，从而使得可灵活地将借助于发电机70产生的电力或取自电网71的电力在单个单元/装置部件之间进行分配。然而，优选甲醇生产，特别是借助于合成装置60的甲醇生产，因此，电解装置61基本上为如下装置，以灵活、及时且快速的方式对随负荷变化的电网侧电力控制需求作出反应。
电解装置61和合成装置60具有专用的净化器81，其中，按照所期望的要求，预先对待供给至电解装置61和合成装置60的水进行纯化。
借助于甲醇合成反应器27的甲醇生产以及用于生产甲醇转化产物82的生产装置均具有专用的储存工具，合成装置60具有专用的甲醇储存工具83且生产装置82具有专用的甲醇转化产物储存工具84。如箭头85和86所示，将在合成装置60中的甲醇生产中生成的废热以及在燃烧后捕获装置5中的CO2分离中生成的废热引回至水/蒸汽回路54。
总体而言，凭借在图1和2中所示的电流传导和介质传导连接导管，相对于可由此实现的操作模式以及可建立的生产或转化输出或者可生产的生产或转化产物，将本发明的发电装置51灵活化。通过使可调节至不同的电力需求和电力控制需求调节的发电装置51的操作模式或运行方式能够灵活化，单独的装置组件、特别是电解装置61的电流/电力消耗或电流消耗也有助于这一点。例如，借助于PCC装置5的CO2分离和/或借助于电解装置61的氢气生产能够以如下方式得以控制，从而使得可将发电装置51的最小负荷以及输入电网71中的电力降低至0MWel。如果随后另外从电网71中取得电力，那么发电装置51的电网输入甚至整体变为负值。
另外，电解装置61能够以如下方式进行设计：在电力装置51的各现有负荷状态下，用于氢气生产的取得的电力比起发电机70的电流输出高五倍至十倍。
还能够对CO2分离装置5进行设计，使得用烟气53生产的二氧化碳或二氧化碳流的高达95％被分离出来，并在同一时间或在将中间体储存在CO2储存工具18中之后的延迟的时间被供给至化学反应器、尤其是用于制备甲醇或甲醇转化产物的甲醇合成反应器27。
所提供的储存工具(CO2储存工具18、氢气储存工具24、甲醇储存工具83、氧储存工具79和甲醇转化产物储存工具84)采用缓冲储存工具的形式，以便能够即时储存在其中作为下游的进一步工艺的反应物储存的产物。在这种情况下，氢气储存工具24和/或CO2储存工具18和/或氧储存工具79优选采用加压储存工具的形式，并且所有的储存工具均具备储存进一步的工艺所需的产品量的能力，从而使得它们可短期储存或长期储存，而且如果期望的话，还可在短时间内被提供至所指定的生产工艺。
此外，电解装置61和/或CO2分离装置5或用于生产富CO2气流的单元和/或化学反应器(尤其是甲醇合成反应器27)通过提供负荷的迅速变化促进了发电装置的灵活操作，以该方式使得整体控制能力(尤其是发电装置的初级控制和二级控制)相对于电力输入或电力消耗而改善。通过这些装置(但特别是电解装置61)提供的负荷变化能力的作用为随后能够以3％/m至10％/m、至高于20％/m的负荷变化梯度操作发电装置51。当然，还能够另外向发电装置提供生成可再生能源的装置(例如光伏装置或风力发电装置)，然后同样将所生成的电力提供给整个工艺。
在单个工艺中详述的各装置所需的工艺热或所产生的工艺热可通过适当的导管提供，该导管与单个装置或工艺组件互连。例如能够使用工艺热、特别是30℃-150℃范围内的工艺热，该工艺热作为废热从燃烧后捕获装置5中取得、和/或作为排出的蒸汽来自水/蒸汽回路54，用于电解器(特别是电解装置61)的工艺流的预热和/或用于其附带加热(Begleitheizung)、和/或用于甲醇合成反应器27中的待转化的反应物的预热、和/或用于水/蒸汽回路54和/或蒸馏和/或精馏反应器31中的进水的预热。还能够将来源于用于电解的反应物预热中的产物的冷却的废热、来源于反应器的废热、或来源于产物纯化的废热反馈回整个工艺。还能够将在蒸馏或精馏中获得的水33、或者在整个工艺中的其它地方获得的任何水(优选在水净化器81中处理后)反馈回电解装置61。可将在水电解中形成的氧气至少部分进料至相邻的工业操作中，并降低其中的空气分馏装置的容量利用。或者，能够至少部分压缩在水电解中形成的氧气，并将其分配入压力容器或至少分配入氧储存工具79、和/或通过制冷工艺将其液化。
至少在数分钟的短时间内(优选至多高于30分钟)，氢气生产和/或其它装置组件(尤其是电气装置组件)的尺寸达到如下程度，使得能够将电力消耗增加至超过设计值的100％、优选超过120％至200％。此外，至少在数秒的短时间内(优选至多高于15分钟)，另外安装的电池72的尺寸达到如下程度，能够将电力消耗或电力输入增加至超过设计值的100％、优选超过150％至300％。
此外，它可为如下的情况，安装在整个工艺或发电装置51中的蒸汽发生器和/或电热水器首先使得相对于其电力消耗对发电装置的灵活化作出贡献，并可将由此(热水或蒸汽)生成的热供给至一个或多个热储存工具。具体而言，因此，还为如下的情况，将处于水、蒸汽或固体或液体(例如盐)形式的热储存整合入发电装置内。另外，通过利用来自用于干燥褐煤或其它燃料的涡轮排汽(汽轮发电机)或组件工艺(componentprocesses)的废热，还能够用于待用来干燥所使用的燃料(尤其是在工作实例中所预期的褐煤)的生成或储存的热。
图1包括下列缩写：GP＝气相、FP＝液相、HDV＝高压预热器、NDV＝低压预热器、HD＝高压涡轮机、MD＝中等压涡轮机和ND＝低压涡轮机。
最后，还可为如下情况，将所生产的反应产物的一部分、尤其是用合成装置60生产的反应产物(即，甲醇或甲醇转化产物)的一部分储存在发电装置站点，并至少暂时地作为起动机燃料和/或作为支持燃料和/或作为主燃料供给至蒸汽发生器1的燃烧器，且在其中燃烧。
在本申请的上下文中，富CO2气流被理解为是指以重量百分比或体积百分比计，具有至少12％、特别是至少30％的CO2的气流。
综上所述，可以说基于如下考虑进行本发明，在另外不得不调低发电装置的情况下，通过使得能够以更高负荷对发电装置进行操作(甚至在弱于对于纯的发电而言必要的需求期间)，借助于CO2分离5(尤其是用于加热再沸器9的蒸汽需求)以及借助于合成装置60的甲醇制备(用于电解的电力需求)的内部能量需求的增高可增加现有发电装置容量的开发。最终的结果是发电装置可随后在更多小时的满负荷下操作，这是因为发电装置不仅被设计用于电力生产，而且还用于甲醇生产或甲醇转化产物的生产。此外，本发明基于如下考虑：可使用将比起发电装置的负荷方面可能的变化速度而言的电解装置61的负荷方面更高的变化速度，以将更快的控制服务提供至相连的公共电网。在电力控制、或者在电网侧所需的电力控制的事件中，可相对快速且在短时间内将电解装置61调高或调低，从而使得在整体上给予蒸汽发生器或发电装置更多的时间以承担负荷方面的变化，或者甚至避免实际发电装置组件的负荷方面变化的任何需要，即，蒸汽发生器1的输出的调节。最终，基于如下考虑进行本发明，能够用本发明避免在弱的需求时关闭整个发电装置的要求。仍可进行如下设计：在发电装置的最小负荷下，电解装置61和甲醇生产60取得或消耗足够的电力，且不将电力释放至电网变得必要。
发电装置的创造性设计的边际情况首先是目前(仍然)非常便宜地产生电力的褐煤发电装置。甚至当电网不消耗以电力的形式产生的电力时，此类发电装置仍然能够以100％负荷(满负荷)运行本发明。仍可将未消耗的电力用于电解装置61生产氢气。另外的边际情况是硬煤发电装置，由于它们需要很长时间才能重新启动，或必须保持可用于控制目的的特定的发电机输出，硬煤发电装置目前必须以最小负荷运行。在根据本发明配置的硬煤发电装置的情况下，目前可将最小负荷(过度)吸收，并可将所生成的电力用于在电解装置61中生产氢气，而不需要从电网移除发电装置，从而使得其高惯性旋转体(尤其是发电机)仍可用于电网的控制支持。
在这方面，使得发电装置的操作模式灵活化，因为实际发电装置51仍然可逐渐改变其负荷，但电解装置61和合成装置60所使用的负荷可用于控制。
总体而言，上述控制选择可改善发电装置的经济可行性(更多小时的满负荷、时刻可用的电网服务、另外的“燃料”产物(甲醇和甲醇转化产物))。
在本发明的情况下，有利的是，没有必要对用于制备甲醇或甲醇转化产物的产品进行事先气化；作为替代，利用发电装置51的蒸汽发生器1中的含碳燃料的燃烧。本发明特征在于降低的改造现有发电装置的基本投资，增高的在改造的情况下的现有装置的经济可行性，以及高的操作安全性和甲醇合成的可靠性，该甲醇合成利用在蒸汽发生器1的燃烧中形成的CO2以及通过电解生产的H2。甚至在新结构的情况下，本发明的方案构成了改善的灵活性、装置开发时间和经济可行性。
在图1中以示意形式示出的发电装置中，例如，在670MWel发电装置以30％负荷进行的操作中，需要45kg/s(热值10.5MJ/kg)的燃料，生成190Mel电力，分离出烟气中存在的15％的CO2，并以电解生产1.1kg/s的氢气。由后者产生约6kg/s的甲醇，这相当于约27％的燃料向甲醇产物的碳转化率，并且高于60％的效率(电力比起甲醇的热值)。
如果这些产品的量产自于此类发电站的各自90％的年运行小时数，假设燃料成本为10€/吨且甲醇销售为400€/吨，将有可能实现6千万欧元的营业额。此外，该发电装置可通过更高的电力生产和几乎全年的初级控制/二级控制而产生另外的销售额。最后，还能够通过电解装置61的需求侧管理进行销售。具体而言，电解装置61本身可在任何时间运行0至最多不超过200MW的负荷，在一些情况下运行高达400MW(仅暂时过载)的负荷，远远快于发电装置，并因此可提供另外的电网服务。
由此显然的是，无论是在技术方面还是在经济方面，本发明的发电装置51的灵活化对发电装置51的操作具有积极影响。

Claims (20)

1.一种发电装置(51)，所述发电装置(51)具有大型蒸汽发生器(1)，所述大型蒸汽发生器(1)配备了燃烧碳的燃烧器和/或燃气涡轮机，并具有包含至少一个蒸汽-充入的汽轮发电机(58)的相连的水/蒸汽回路(54)，所述蒸汽-充入的汽轮发电机(58)具有至少一个相连的发电机(70)，其中，在配备了所述燃烧碳的燃烧器的所述大型蒸汽发生器(1)中产生含CO2废气流(53)；并且
所述发电装置(51)包含用于生产富CO2气流的至少一个单元；并且
所述发电装置(51)通过其包含至少一个发电机(70)的发电组件连接至提供控制权的公共电网(71)，其中，使通过所述发电装置(51)的发电组件向所述电网(71)的电力释放接受所述电网侧的电力控制，特别是接受初级控制和/或二级控制和/或三级控制和/或四级控制，
其特征在于，
所述发电装置(51)包含用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置(61)、以及用于由富CO2气流的至少CO2组分和在所述电解装置(61)中生产的氢气制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置(60)；
并且其特征在于，就传导而言，所述用于生产富CO2气流的至少一个单元、所述用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置(61)、以及所述用于由富CO2气流的至少CO2组分和在所述电解装置(61)中生产的氢气制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置(60)借助于电流传导和介质传导管线以使得在所述发电装置(51)的操作过程中在所述发电装置侧生成的电力根据需要全部或部分用来操作由如下所组成的单元和装置的组中的一个、多于一个或全部的方式在物理学上和电学上彼此相连：所述用于生产富CO2气流的至少一个单元、所述用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置(61)、以及所述用于制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置(60)。
2.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，就所述电解装置(61)的电流/电力消耗能力以及所述电解装置(61)的氢气生产能力而言，将所述用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置(61)或用于制备氢气(H2)的多个电解装置(61)设计并设置在所述发电装置侧，从而使得所述电解装置(61)以如下方式变得可控：响应于电网侧对所述发电装置(51)的电力控制需求，能够在短时间内、优选在数分钟的范围内将所述电解装置(61)的电流/电力消耗以及氢气生产调高或调低。
3.如权利要求1或2所述的发电装置，其特征在于，就所述单元和所述合成装置(60)的电流/电力消耗能力以及所述单元和所述合成装置(60)的生产或转化能力而言，将所述用于生产富CO2气流的至少一个单元或用于生产富CO2气流的多个单元、和/或用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置(60)或用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置(60)设计并设置在所述发电装置侧，从而使得所述单元和所述合成装置(60)以如下方式变得可控：响应于电网侧对所述发电装置(51)的电力控制需求，能够在短时间内、优选在数分钟的范围内将所述单元和所述合成装置(60)各自的电流/电力消耗以及生产或转化输出调高或调低。
4.如前述权利要求中任一项所述的发电装置，其特征在于，就所述电解装置(61)、所述单元和所述合成装置(60)各自的电流/电力消耗能力以及所述电解装置(61)、所述单元和所述合成装置(60)各自的生产或转化输出而言，对所述用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置(61)或用于制备氢气(H2)的多个电解装置(61)、所述用于生产富CO2气流的至少一个单元或用于生产富CO2气流的多个单元、以及用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置(60)或用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置(60)以如下方式进行设计并使其在所述发电装置侧彼此相连以用于控制目的：响应于整合的***中的电网侧对所述发电装置(51)的电力控制需求，分别就所述电解装置(61)、所述单元和所述合成装置(60)各自的电流/电力消耗以及生产或转化输出而言，能够在短时间内、优选在数分钟的范围内将所述电解装置(61)、所述单元和所述合成装置(60)调高或调低；在电网侧电力控制需求的情况下，就输出而言，能够通过具有在3％/min-30％/min范围内的负荷变化梯度的负荷变化，将所述发电装置(51)调节至变化的电力需求。
5.如前述权利要求中任一项所述的发电装置，其特征在于，就所述所述电解装置(61)、所述单元和所述合成装置(60)各自的电流/电力消耗和/或所述电解装置(61)、所述单元和所述合成装置(60)各自的生产或转化输出而言，对所述用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置(61)或用于制备氢气(H2)的多个电解装置(61)、所述用于生产富CO2气流的至少一个单元或用于生产富CO2气流的多个单元、以及用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置(60)或用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置(60)进行设计：尤其是响应于电网侧对所述发电装置(51)的电力控制需求，在数分钟范围的短时间内、优选至多30min内，使所述电解装置(61)、所述单元和所述合成装置(60)能够经受对于特定装置(60、61)或单元而言的标准设计或标准操作值的100％-300％、优选150％-200％的电流/电力消耗。
6.如前述权利要求中任一项所述的发电装置，其特征在于，就所述电解装置(61)、所述单元和所述合成装置(60)各自的电流/电力消耗以及所述电解装置(61)、所述单元和所述合成装置(60)各自的生产或转化输出而言，将所述用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置(61)或用于制备氢气(H2)的多个电解装置(61)、所述用于生产富CO2气流的至少一个单元或用于生产富CO2气流的多个单元、以及用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置(60)或用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置(60)配置为能够单独致动并控制。
7.如前述权利要求中任一项所述的发电装置，其特征在于，将所述用于制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置(60)或用于制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置(60)就能力而言在整体上进行设计，从而使得所述合成装置(60)能够被用于将在发电装置(51)满负荷时形成并存在于含CO2废气流(53)中的CO2的10wt％-50wt％、尤其是30wt％-40wt％、优选35wt％转化为甲醇和/或甲醇转化产物。
8.如前述权利要求中任一项所述的发电装置，其特征在于，就在各种情况下可能的所述合成装置(60)的电流/电力消耗能力以及可能的所述合成装置(60)的生产或转化输出而言，将所述用于制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置(60)或用于制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置(60)就能力而言在整体上进行设计，从而使得能够将不超过能由所述发电装置(51)在满负荷时生成的电力总量和/或其最大电力用于制备甲醇和/或甲醇转化产物。
9.如前述权利要求中任一项所述的发电装置，其特征在于，所述用于生产富CO2气流的至少一个单元或用于生产富CO2气流的多个单元包含如下或由如下组成：至少一个CO2分离装置、特别是燃烧后捕获(PCC)装置(5)；和/或具有专用的CO2分离装置的大型蒸汽发生器(1)的一个或多个燃烧器或燃烧器设备，所述燃烧器或燃烧器设备通过氧燃料工艺进行操作。
10.如前述权利要求中任一项所述的发电装置，其特征在于，就所述电解装置(61)、所述单元和所述合成装置(60)的电流/电力消耗以及生产或转化输出而言，将所述用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置(61)或用于制备氢气(H2)的多个电解装置(61)、所述用于生产富CO2气流的至少一个单元或用于生产富CO2气流的多个单元、以及用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置(60)或用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置(60)以如下方式在整体上进行设计：在其操作过程中，能够以所述装置所需的最小负荷来操作在运行的所述发电装置(51)，而不向电网(71)中供给电力。
11.如前述权利要求中任一项所述的发电装置，其特征在于，所述发电装置(51)采用用于相连的公共电网(71)的电力槽形式，在这种情况下，就所述电解装置(61)、所述单元和所述合成装置(60)的电流/电力消耗以及生产或转化输出而言，将所述用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置(61)或用于制备氢气(H2)的多个电解装置(61)、所述用于生产富CO2气流的至少一个单元或用于生产富CO2气流的多个单元、以及用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置(60)或用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置(60)在整体上进行设计并以如下方式连接至所述电网(71)：能够将所述电解装置(61)、所述单元和所述合成装置(60)用来自所述电网(71)的过剩电力进行操作。
12.如前述权利要求中任一项所述的发电装置，其特征在于，将所述用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置(61)或用于制备氢气(H2)的多个电解装置(61)、所述用于生产富CO2气流的至少一个单元或用于生产富CO2气流的多个单元、以及用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置(60)或用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置(60)作为可被关闭的负荷在物理学上和电学上连接至所述公共电网(71)。
13.如前述权利要求中任一项所述的发电装置，其特征在于，就在这些装置(60、61)和/或单元的操作中产生的30℃-400℃、优选30℃-150℃范围内的废热而言，将所述用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置(61)或用于制备氢气(H2)的多个电解装置(61)、所述用于生产富CO2气流的至少一个单元或用于生产富CO2气流的多个单元、以及用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置(60)或用于制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置(60)经由至少一个废热传导导管传导性地连接至所述水/蒸汽回路(54)的进水的预热器、和/或CO2分离装置尤其是燃烧后捕获(PCC)装置(5)的预热器、和/或所述发电装置(51)中使用的反应物和/或生成的产物中的至少一者的预热器。
14.如前述权利要求中任一项所述的发电装置，其特征在于，就所述电解装置(61)的生产和/或转化能力而言，将所述用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置(61)或用于制备氢气(H2)的多个电解装置(61)以如下方式设计：在用于制备甲醇和/或甲醇转化产物的合成装置(60)中，能够将可生产出的氢气量用于将在含碳燃料(50)的燃烧过程中于所述大型蒸汽发生器(1)的燃烧器中形成的废气流(53)的全部含量的CO2和/或在至少一个CO2分离装置(5)中分离出的全部量的CO2转化为甲醇或甲醇转化产物。
15.如前述权利要求中任一项所述的发电装置，其特征在于，来自所述用于生产富CO2气流的至少一个单元、所述用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置(61)以及所述用于制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置(60)的组中的各单元或装置具有至少一个专用的反应物和/或产物储存工具，并且尤其是，所述电解装置(61)具有专用的氢气储存工具(24)和/或氧储存工具(79)，并且尤其是，用于生产富CO2气流的单元具有专用的CO2储存工具(18)。
16.一种对权利要求1-15中任一项所述的发电装置(51)进行灵活操作的方法，其特征在于，就传导而言，将所述用于生产富CO2气流的至少一个单元、所述用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置(61)以及用于由富CO2气流的至少CO2组分和在所述电解装置(61)中生产的氢气制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置(60)通过电流传导和介质传导管线在物理学上和电学上彼此相连，从而使得在所述发电装置(51)的操作过程中在所述发电装置侧生成的电力根据需要全部或部分用来操作由如下所组成的单元和装置的组中的一个、多于一个或全部：用于生产富CO2气流的单元、用于制备氢气(H2)的电解装置(61)、以及用于制备甲醇和/或甲醇转化产物的合成装置(60)。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，响应于电网侧对所述发电装置(51)的电力控制需求，在短时间内、优选在数分钟的范围内，在所述发电装置侧调高或调低所述用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置(61)或用于制备氢气(H2)的多个电解装置(61)中的电流/电力消耗以及氢气的生产。
18.如权利要求16或17所述的方法，其特征在于，响应于电网侧对所述发电装置(51)的电力控制需求，在短时间内、优选在数分钟的范围内，在所述发电装置侧调高或调低所述用于生产富CO2气流的至少一个单元或用于生产富CO2气流的多个单元、和/或用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置(60)或用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置(60)的各自的电流/电力消耗以及生产或转化输出。
19.如权利要求16-18中任一项所述的方法，其特征在于，就所述电解装置(61)、所述单元和所述合成装置(60)各自的电流/电力消耗以及所述电解装置(61)、所述单元和所述合成装置(60)各自的生产或转化输出而言，将所述用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置(61)或用于制备氢气(H2)的多个电解装置(61)、所述用于生产富CO2气流的至少一个单元或用于生产富CO2气流的多个单元、以及用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置(60)或用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置(60)单独致动并控制。
20.如权利要求16-19中任一项所述的方法，其特征在于，将所述用于制备氢气(H2)的至少一个电解装置(61)或用于制备氢气(H2)的多个电解装置(61)、所述用于生产富CO2气流的至少一个单元或用于生产富CO2气流的多个单元、以及用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的至少一个合成装置(60)或用于由至少部分富CO2气流制备甲醇和/或甲醇转化产物的多个合成装置(60)作为能够被关闭的在物理学上和电学上连接至所述公共电网(71)的负荷进行操作。
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