DE102020000131A1 - Process for CO2 liquefaction and storage in a CO2 power plant - Google Patents

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Abstract

Das CO2-Kraftwerk im Niedertemperaturbereich benötigt eine große Menge Kohlendioxid mit hohem Druck und passender Temperatur für seine Entspannung in den Wärmekraftmaschinen zur Energieumwandlung der Naturwärme in Arbeit. Nach seiner Entspannung wird aber auch eine große Menge Kälte für seine Verflüssigung gebraucht.Dazu liefert neben den im Patent DE10 2017 003 238 erklärten zeitlichen und örtlichen Überbrückungen die Speicherung von Wassereis, Warmwasser und Kohlendioxid in unterschiedlichen Jahreszeiten eine große Menge Kälte, Wärme und flüssiger Kohlendioxide, welche sich unter niedrigen Drücken stabil speichern lassen und Kälte bei ihrer Verdampfung erzeugen. Außerdem sind im CO2-Kraftwerk Kolbenkraftmaschinen einzusetzen, derer Vorteile sind: Kälteerzeugung, CO2-Hochdrucknutzung und flexibles CO2-Dichteverhältnis zwischen seinen Vor- und Nachentspannungen. In Warmzeiten wie Sommer lassen sich zudem die Kältemaschinen z.B. mit Ammoniak-Wasser-Gemisch als Arbeitsmedium verwenden. In Kaltzeiten wie Winter ist die winterliche Kälte zur Erzeugung von Elektrizität durch die Wärmekraftmaschinen und damit zur Erzeugung von Wasserstoff ausgiebig auszunutzen, wobei die Verbrennungswärme der CO2-neutralen Brennstoffe wie Pflanzstrohe und Abholze zum CO2-Heizen genutzt werden kann, um den CO2-Gehalt der Atmosphäre durch den Einsatz des aus ihrem Verbrennungsrauchgas getrennten Kohlendioxids in CO2-Kraftwerken schnell zu reduzieren.Somit bilden die vorliegende Erfindung und das o.g. Patent ein wirtschaftliches Lösungspaket für die Probleme Klimawandel und Energiemangel.The CO2 power plant in the low temperature range requires a large amount of carbon dioxide with high pressure and a suitable temperature for its relaxation in the heat engines to convert the natural heat into energy. After its relaxation, however, a large amount of cold is also required for its liquefaction. In addition to the temporal and spatial bridges explained in patent DE10 2017 003 238, the storage of water ice, hot water and carbon dioxide in different seasons provides a large amount of cold, heat and liquid carbon dioxide which can be stored stably under low pressures and generate cold when they evaporate. In addition, piston engines are to be used in the CO2 power plant, the advantages of which are: cold generation, CO2 high pressure use and flexible CO2 density ratio between its pre- and post-expansion. In warm periods such as summer, the cooling machines can also be used, for example, with an ammonia-water mixture as the working medium. In cold periods such as winter, the winter cold is to be used extensively for the generation of electricity by the heat engines and thus for the generation of hydrogen, whereby the heat of combustion of the CO2-neutral fuels such as plant straw and logs can be used for CO2 heating in order to reduce the CO2 content of the To reduce the atmosphere quickly by using the carbon dioxide separated from its combustion flue gas in CO2 power plants. Thus, the present invention and the above-mentioned patent form an economical solution package for the problems of climate change and energy shortages.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verflüssigung und Speicherung von Kohlendioxid als Energieträger und als Arbeitsmedium für die Umwandlung von Naturwärmeenergie in Arbeit durch Wärmekraftmaschinen in einem CO2-Kraftwerk. Dabei wird eine große Menge Kohlendioxid mit hohem Druck und passender Temperatur benötigt. Nach seiner Entspannung wird aber auch eine große Menge Kälte zu seiner Verflüssigung gebraucht. Dazu werden die zeitlichen bzw. örtlichen Überbrückungen mittels CO2-Speicherung bzw. CO2-Transportsystem beitragen, siehe hierfür die Beschreibung des Patents DE10 2017 003 238 . Dort ist ein neues Kreislaufmodell aufgestellt, welches den Clausius-Rankine-Kreislauf erweitert und sich diskreter und speicherbarer Kreislauf mit der Abkürzung DSK nennt. DSK ist deswegen diskret bzw. speicherbar, weil er batchweise und parallel mit mehreren CO2-Strömen arbeitet bzw. weil seine CO2-Behälter Kohlendioxid beliebig lange speichern können.The invention relates to a method for liquefying and storing carbon dioxide as an energy carrier and as a working medium for converting natural thermal energy into work by means of thermal engines in a CO 2 power plant. This requires a large amount of carbon dioxide at high pressure and at the right temperature. After its relaxation, however, a large amount of cold is also required to liquefy it. The temporal or local bridging by means of CO 2 storage or CO 2 transport system will contribute to this, see the description of the patent DE10 2017 003 238 . A new cycle model has been set up there, which expands the Clausius-Rankine cycle and is called a discrete and storable cycle with the abbreviation DSK. DSK is therefore discreet or storable because it works batchwise and in parallel with several CO 2 streams or because its CO 2 containers can store carbon dioxide for any length of time.

Im o.g. Patent sind die relevanten Patente mit Kurzbeschreibungen genannt, um den Stand der Technik darzustellen. Zudem wird hier auf die saisonalen Wärmespeicher unter http://www.saisonalspeicher.de verwiesen. Dort kann beispielsweise Solarwärme während Sommerzeiten gespeichert und dann in Winterzeiten genutzt werden. Es wird betont, dass ihre Wirtschaftlichkeit durch ihre Volumengröße als einen der wichtigsten Faktoren mitbestimmt wird. Zum Beispiel ist dort ein saisonaler Wärmespeicher mit einer Größe ab 1000 Kubikmeter gefordert, um die Wärmeverluste durch die Oberfläche des Wärmespeichers im Vergleich zur im Volumen gespeicherten Energiemenge zu minimieren. Die für CO2- bzw. WasserSpeicherung gebauten Speicher sind im Vergleich dazu vielfach größer und besitzen zwei Typen. Der erste Typ wird als S-Speicher bezeichnet, der zur Speicherung von Warmwasser, Wassereis und CO2-Flüssigkeit in unterschiedlichen Jahreszeiten dient. Der zweite Typ wird C-Speicher genannt und dient z.B. der Speicherung von CO2-Gas. Er kann eventuell sehr große Volumen besitzen und sich unter Umständen auch zur Speicherung von Warmwasser, Wassereis oder anderen Speichermedien verwenden lassen. Später werden die S- bzw. C-Speicher mithilfe von Diagramm 1 noch detaillierter erläutert.In the above-mentioned patent, the relevant patents are named with brief descriptions in order to represent the state of the art. In addition, reference is made to the seasonal heat storage at http://www.saisonalspeicher.de. For example, solar heat can be stored there during summer and then used in winter. It is emphasized that their profitability is determined by their volume size as one of the most important factors. For example, a seasonal heat storage system with a size of 1000 cubic meters or more is required in order to minimize the heat losses through the surface of the heat storage unit compared to the amount of energy stored in the volume. The storage tanks built for CO 2 or water storage are in comparison many times larger and of two types. The first type is called S-storage, which is used to store hot water, water ice and CO 2 liquid in different seasons. The second type is called C storage and is used, for example, to store CO 2 gas. It can possibly have a very large volume and under certain circumstances can also be used to store hot water, water ice or other storage media. The S and C storage tanks will be explained in more detail later using Diagram 1.

Im CO2-Kraftwerk lassen sich neben der o.g. gespeicherten Wärme und Kälte auch andere Arten der Wärme oder Kälte verwenden, wie z.B. die Luftwärme, Abwärme, Erdwärme, Wärme aus Verbrennung der CO2-neutralen Brennstoffe wie Pflanzstrohe und Abholze, oder CO2-Verdampfungskälte, CO2-Expansionskälte von Wärmekraftmaschinen, die Kälte von Kaltwasser, winterlicher Luft oder anderen Kältemitteln. Zur Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden angenommen, dass die Lufttemperatur minus 30 °C in Winterzeiten und plus 30 °C in Sommerzeiten erreichen kann. Dann sieht das Verfahren der vorliegenden Erfindung wie folgt aus:

  • Schritt 1 für die Wärmespeicherung in Warmzeiten: Wärme, wie etwa Solarwärme in der Warmzeit wie Sommer mit einer Temperatur z.B. über 90 °C jedoch unter 100 °C, wird mit einem flüssigen Speichermedium wie zum Beispiel Wasser in Raum 1 und 2 der S-Speicher und eventuell auch in C-Speichern aufbewahrt. Siehe später die Erklärung zum Diagramm 1 für S-Speicher und Erklärung für C-Speicher.
  • Schritt 2 für CO2-Heizen in Kaltzeiten: Das durch Schritt 1 gespeicherte Warmwasser im Raum 1 wird zum CO2-Heizen in der Kaltzeit wie Winter aus dem Raum 1 ganz ausgeleitet. Die Wasserwärme im Raum 2 und eventuell in C-Speichern kann ebenfalls zum CO2-Heizen benutzt werden. Ebenso benutzt werden können die o.g. anderen Arten der Wärme, um die CO2-Temperatur auf etwa 90 °C zu erhöhen. Ob CO2 noch weiter über 90 °C oder darunter zu heizen ist, hängt von den jeweiligen Umständen ab, z.B. abhängig vom Einsatz einer Solartherme-Anlage oder abhängig vom Einsatz eines Heizkessels zur Verbrennung der CO2-neutralen Brennstoffe.
  • Schritt 3 für CO2-Entspannung: Die geheizten CO2-Frischfluide z.B. in Schritt 2 werden sich in den Wärmekraftmaschinen des CO2-Kraftwerks entspannen und dabei Arbeit an eine Welle übertragen, um Elektrizität zu erzeugen.
  • Schritt 4 für CO2-Gaskondensation oder -speicherung: Die in Schritt 3 entspannten CO2-Fluide haben einen Druck zwischen 1 bis 60 bar. Sie können in einen C-Speicher zur Speicherung geleitet werden oder man führt sie in einen Kondensator ein, um sie dort mittels verschiedener Kälte zu verflüssigen, wie z.B. Wasser- und insbesondere Wassereiskälte, Luftkälte, CO2-Expansionskälte aus Wärmekraftmaschinen oder CO2-Verdampfungskälte. Das in C-Speichern aufbewahrte CO2-Gas kann in der Kaltzeit wie Winter mit winterlicher Luftkälte wieder verflüssigt werden.
  • Schritt 5 für CO2-Flüssigkeitspeicherung in Kaltzeiten: Die verflüssigten CO2-Fluide können in der Kaltzeit wie Winter in Raum 1 der S-Speicher gespeichert werden, welcher zuvor in Schritt 2 mit dem Ausfluss von Warmwasser zum CO2-Heizen leer geworden ist. Oder sie können auch wie in Schritt 2 zum CO2-Heizen geführt werden. Schritt 6 für Wassereis-Speicherung in Kaltzeiten: Das durch Schritt 2 kalt gewordene Wasser im Raum 2 lässt sich mit winterlicher Kälte sukzessiv erstarren und dabei wird eventuell eine zusätzliche Wassermenge eingelassen. Somit ist er mit Wassereis vollgefüllt, durch welches die durch Schritt 5 im Raum 1 gespeicherte CO2-Flüssigkeit umgeben wird, die sich dann mit einem niedrigen Druck von etwa 15 bar bis zur kommenden Sommerzeit speichern lässt, denn sie ist durch die Wärmeisolierschicht im Raum 3 der S-Speicher gegen die Außenseiten wärmeisoliert (Siehe Diagramm 1). Zudem lässt sich Wassereis eventuell auch in C-Speichern aufbewahren, denn das Wasser dort, falls existiert, ist durch Schritt 2 im Raum 2 ebenfalls kalt geworden und kann weiter durch winterliche Kälte erstarrt werden, wobei eventuell eine zusätzliche Wassermenge einzulassen ist.
  • Schritt 7 für CO2-Heizen in Warmzeiten: In der Warmzeit wie Sommer wird die durch Schritt 5 gespeicherte CO2-Flüssigkeit aus dem Raum 1 ausgeleitet und durch die o.g. verschiedenen Arten der Wärme geheizt und zu den Wärmkraftmaschinen des CO2-Kraftwerks geführt. Schließlich ist der Raum 1 leer geworden.
  • Schritt 8 für die Wassereis-Verwendung in Warmzeiten: Das in Schritt 6 gespeicherte Wassereis wird über Wärmetauscher zur Kondensation der CO2-Gase aus den Wärmekraftmaschinen beispielsweise in der Warmzeit wie Sommer komplett verwendet. Dadurch ist das geschmolzene Wasser im Raum 2 und eventuell in C-Speichern zur Wärmeaufnahme z.B. bis über 90 °C wieder bereit, eventuell können der Raum 2 und die C-Speicher mit frischem Warmwasser wieder voll befüllt werden. Der in Schritt 7 entleerte Raum 1 kann z.B. in Sommerzeiten erneut zur Wärmespeicherung benutzt werden. Somit kann der Schritt 1 erneut beginnen. Hierbei sieht man, dass ein S-Speicher sowohl als Wärmespeicher mit Wasser als Arbeitsmedium von Sommerzeiten bis zu Winterzeiten wie auch als Eisspeicher mit CO2-Flüssigkeit und Wasser als Arbeitsmedien von Winterzeiten bis zu Sommerzeiten fungieren kann. Im Folgenden werden seine Konstruktionsprinzipien beschrieben.
In the CO 2 power plant, in addition to the above-mentioned stored heat and cold, other types of heat or cold can also be used, such as air heat, waste heat, geothermal heat, heat from the combustion of CO 2 -neutral fuels such as plant straw and deforestation, or CO 2 - Evaporation cold, CO 2 expansion cold from heat engines, the cold from cold water, wintry air or other refrigerants. To describe the present invention, it is assumed in the following that the air temperature can reach minus 30 ° C. in winter times and plus 30 ° C. in summer times. Then the method of the present invention is as follows:
  • Step 1 for heat storage in warm periods: Heat, such as solar heat in warm periods such as summer with a temperature above 90 ° C but below 100 ° C, is stored with a liquid storage medium such as water in the room 1 and 2 the S storages and possibly also in C storages. See the explanation of the diagram later 1 for S memory and explanation for C memory.
  • Step 2 for CO 2 heating in cold times: The hot water stored in the room in step 1 1 is used for CO 2 heating in the cold period and in winter from the room 1 wholly diverted. The warmth of water in the room 2 and possibly in C storage tanks can also be used for CO 2 heating. The other types of heat mentioned above can also be used to raise the CO 2 temperature to around 90 ° C. Whether CO 2 has to be heated further above 90 ° C or below depends on the respective circumstances, e.g. depending on the use of a solar thermal system or depending on the use of a boiler to burn the CO 2 -neutral fuels.
  • Step 3 for CO 2 relaxation: The heated CO 2 fresh fluids, for example in step 2, will relax in the heat engines of the CO 2 power plant and thereby transfer work to a shaft in order to generate electricity.
  • Step 4 for CO 2 -Gaskondensation or storage: The relaxed in step 3 CO 2 -Fluide have a pressure between 1 and 60 bar. They can be fed into a C storage tank for storage or they can be fed into a condenser in order to liquefy them there by means of various types of cold, such as water and especially water ice cold, air cold, CO 2 expansion cold from heat engines or CO 2 evaporation cold . The CO 2 gas stored in C storage tanks can be liquefied again during cold periods and winter with winter air cold.
  • Step 5 for CO 2 liquid storage in cold periods: The liquefied CO 2 fluids can be in the room during cold periods like winter 1 the S storage tank, which was previously empty in step 2 with the outflow of hot water for CO 2 heating. Or, as in step 2, they can also be used for CO 2 heating. Step 6 for water ice storage in cold times: The one that became cold in step 2 Water in space 2 can gradually solidify with winter cold and an additional amount of water may be let in. Thus, it is full of water ice, through which the through step 5 in the room 1 stored CO 2 liquid is surrounded, which can then be stored at a low pressure of around 15 bar until the coming summer time, because it is in the room through the thermal insulation layer 3 the S storage tank is thermally insulated from the outside (see diagram 1). In addition, water ice can possibly also be stored in C-storages, because the water there, if it exists, is in the room through step 2 2 has also become cold and can be further frozen by winter cold, whereby an additional amount of water may have to be let in.
  • Step 7 for CO 2 heating in warm periods: In warm periods such as summer, the CO 2 liquid stored in step 5 is removed from the room 1 discharged and heated by the various types of heat mentioned above and fed to the heat engines of the CO 2 power plant. After all, there is space 1 become empty.
  • Step 8 for water ice use in warm periods: The water ice stored in step 6 is used in its entirety via heat exchangers to condense the CO 2 gases from the heat engines, for example in warm periods such as summer. This means that the melted water is in the room 2 and possibly in C storage tanks for heat absorption, e.g. up to over 90 ° C, and the room may be able to 2 and the C storage tanks are fully refilled with fresh hot water. The space emptied in step 7 1 can, for example, be used again for heat storage in summer. Step 1 can thus begin again. Here you can see that an S storage tank can function both as a heat store with water as the working medium from summer to winter times and as an ice store with CO 2 liquid and water as working media from winter times to summer times. Its design principles are described below.

Erklärung zum Diagramm 1 für S-SpeicherExplanation of diagram 1 for S storage tanks

S-Speicher können verschiedene Gestalten besitzen, eine davon ist die der Kreiszylinder, welcher hier zur Erläuterung der Konstruktionsprinzipien für alle anderen Gestalten angenommen wird. Es gibt hier drei Kreiszylinder unterschiedlicher Größen, die ineinander in bestimmten Abständen gebaut werden. Die drei Kreiszylinder haben jeweils eine Decke und einen Boden oder eine gemeinsame Decke und/oder einen gemeinsamen Boden. Im Folgenden beschreibt man nur den Fall für die jeweiligen Decken und Böden, für die anderen Fälle sind sie analog zu beschreiben.S storage tanks can have different shapes, one of which is the circular cylinder, which is assumed here for the explanation of the construction principles for all other shapes. There are three circular cylinders of different sizes that are built into each other at certain intervals. The three circular cylinders each have a ceiling and a floor or a common ceiling and / or a common floor. In the following, only the case for the respective ceilings and floors is described, for the other cases they are to be described analogously.

Der innerste Kreiszylinderraum dient zur Speicherung der CO2-Flüssigkeit bzw. des Warmwassers in unterschiedlichen Zeiträumen, so z.B. in Winterzeiten zur Speicherung von CO2-Flüssigkeit bis zu Sommerzeiten bzw. in Sommerzeiten zur Speicherung von Warmwasser bis zu Winterzeiten. Der innerste Kreiszylinder wird als Zylinder 1 und der Raum innerhalb des Zylinders 1 als Raum 1 bezeichnet, in welchem Wärmetauscher unter Umständen installiert werden könnten. Der Zylinder 1 kann aus Stahlbeton mit oder ohne Edelstahlauskleidung bestehen.The innermost circular cylinder space is used to store the CO 2 liquid or the hot water in different periods of time, for example in winter times for storing CO 2 liquid up to summer times or in summer times for storing hot water up to winter times. The innermost circular cylinder is called the cylinder 1 and the space inside the cylinder 1 as space 1 indicates in which heat exchanger could possibly be installed. The cylinder 1 can be made of reinforced concrete with or without a stainless steel lining.

Der nächstgrößere Zylinder wird Zylinder 2 genannt. Der zwischen den Zylindern 1 und 2 liegende Raum lässt sich zur Speicherung von Warmwasser bzw. Wassereis in unterschiedlichen Zeiten verwenden, so z.B. in Sommerzeiten für die Speicherung von Warmwasser bis zu Winterzeiten bzw. in Winterzeiten für die Speicherung von Wassereis bis zu Sommerzeiten. Dieser Raum wird Raum 2 genannt, in dem Wärmetauscher installiert werden können.The next larger cylinder becomes a cylinder 2 called. The one between the cylinders 1 and 2 The lying room can be used to store hot water or water ice at different times, for example in summer times for storing hot water up to winter times or in winter times for storing water ice up to summer times. This space becomes space 2 called, in which heat exchangers can be installed.

Der zwischen Zylinder 2 und dem nächstgrößeren und als Zylinder 3 bezeichneten Kreiszylinder liegende Raum dient zur Wärmeisolierung gegen die Außenseiten und wird Raum 3 genannt. Er wird möglicherweise mit Wärmedämmstoffen gefüllt. Dessen Abstand nach Außen und die möglichen Wärmedämmstoffe darin sind so zu bestimmen, dass die Anforderung an den gewünschten Wärmeleitwiderstand erfüllt wird. Dabei kann man sich an den Konstruktionsdaten der saisonalen Wärmespeicher orientieren. Außerdem besitzen die drei Räume 1, 2 und 3 jeweils mindestens eine Ein- und Ausfuhrverbindung zum Außen des S-Speichers, die übersichtshalber nicht im Diagramm gezeichnet sind. Ebenso nicht im Diagramm gezeichnet sind die Stützen zwischen den Zylindern und andere Bestandskomponenten in den drei Räumen wie z.B. Wärmetauscher.The one between the cylinder 2 and the next larger and as a cylinder 3 designated circular cylinder is used for thermal insulation against the outside and becomes space 3 called. It may be filled with thermal insulation material. Its distance to the outside and the possible thermal insulation materials in it must be determined in such a way that the requirement for the desired thermal resistance is met. You can orientate yourself on the construction data of the seasonal heat storage. They also have three rooms 1 , 2 and 3 at least one import and export connection to the outside of the S-tank, which are not shown in the diagram for the sake of clarity. The supports between the cylinders and other existing components in the three rooms, such as heat exchangers, are also not shown in the diagram.

Die Arbeitsvorgänge eines S-Speichers sehen wie folgt aus: Zuerst ohne Einschränkung der Allgemeinheit sei der S-Speicher leer und der Betriebsbeginn sei am Anfang eines Sommers.

  • Vorgang 1: Mit Warmwasser von etwa 95 °C werden die Räume 1 und 2 vollgefüllt und dann zugemacht und gegen Kälte isoliert.
  • Vorgang 2: In der Kaltzeit wie Winter lässt man das gespeicherte Warmwasser aus dem Raum 1 zum CO2-Heizen ganz ausfließen. Die Wärme vom Warmwasser im Raum 2 kann zum CO2-Heizen außerdem über Wärmetauscher im Raum 2 genutzt werden.
  • Vorgang 3: In der Kaltzeit wie Winter wird CO2-Fluid aus den Wärmekraftmaschinen oder aus den C-Speichern (Siehe später die Erklärung für C-Speicher) mit winterlicher Kälte verflüssigt. Das verflüssigte Kohlendioxid wird in den durch Vorgang 2 leer gewordenen Raum 1 geleitet und abgefüllt. Außerdem ist flüssiges Kaltwasser in den durch Vorgang 2 möglicherweise leer gewordenen Raum 2 zu leiten und lässt sich dort sukzessiv frieren, oder dort eventuell befindliches Wasser ist über die dort installierten Wärmetauscher durch winterliche Luftkälte allmählich zu erstarren, oder er kann auch direkt mit Wassereis befüllt werden. Somit ist der Raum 2 mit Wassereis vollgefüllt.
  • Vorgang 4: Nach der Füllung des Raums 1 bzw. 2 mit CO2-Flüssigkeit bzw. Wassereis wird der S-Speicher zugemacht. Dann sind die CO2-Flüssigkeit und das Wassereis aufgrund der Wärmeisolierschicht im Raum 3 gegen die Außenseiten wärmeisoliert und sie haben jetzt eine Temperatur von unter/gleich minus 30 °C. Vorgang 5: In der Warmzeit wie Sommer lässt man die CO2-Flüssigkeit im Raum 1 zu ihrem Heizen ganz ausfließen, und das im Raum 2 befindliche Wassereis wird zur Kondensation der aus Wärmekraftmaschinen ausströmenden CO2-Gase verwendet. Dadurch wird der Raum 1 wieder leer und kehrt zum Initialzustand zurück. Der Raum 2 ist eventuell durch Ausfließen des geschmolzenen Wassers leer geworden oder die dort verbliebene geschmolzene Wasser ist über den dort installierten Wärmetauscher wieder wärmeaufnahmefähig geworden. Damit beginnt erneut Vorgang 1.
The work processes of an S storage tank are as follows: First, without loss of generality, the S storage tank is empty and the start of operation is at the beginning of summer.
  • Process 1: The rooms are heated with hot water of around 95 ° C 1 and 2 filled up and then closed and insulated against the cold.
  • Process 2: In the cold period such as winter, the stored hot water is let out of the room 1 flow out completely for CO 2 heating. The warmth from the hot water in the room 2 can also be used for CO 2 heating via heat exchangers in the room 2 be used.
  • Process 3: In the cold period such as winter, CO 2 fluid from the heat engines or from the C-storage (see later the explanation for C-storage) is liquefied with winter cold. The liquefied carbon dioxide is in the space that was emptied by process 2 1 directed and bottled. In addition, liquid cold water is in the through process 2 possibly empty space 2 and can be gradually frozen there, or any water that may be there must gradually solidify through the winter air cold via the heat exchangers installed there, or it can also be filled directly with water ice. So is the room 2 filled with water ice.
  • Operation 4: After filling the room 1 or. 2 the S storage tank is closed with CO 2 liquid or water ice. Then the CO 2 liquid and the water ice are in the room due to the thermal insulation layer 3 Thermally insulated from the outside and they now have a temperature of below / equal to minus 30 ° C. Process 5: In the warm period such as summer, the CO 2 liquid is left in the room 1 flow out completely to heat it, and that in the room 2 The water ice is used to condense the CO 2 gases emitted from heat engines. This creates the space 1 again empty and returns to the initial state. The space 2 has possibly become empty due to the outflow of the molten water or the molten water remaining there has become heat-absorbing again via the heat exchanger installed there. This starts process 1 again.

Erklärung für C-SpeicherExplanation for C memory

Der C-Speicher ist eine Variante eines S-Speichers, nämlich wenn der Durchmesser des Zylinders 1 des S-Speichers gleich null angesetzt wird und eventuell nur der Zylinder 2 und der Raum 2 mit der Decke und dem Boden bestehen.The C-memory is a variant of an S-memory, namely if the diameter of the cylinder 1 of the S-accumulator is set to zero and possibly only the cylinder 2 and the space 2 with the ceiling and the floor.

Der C-Speicher dient der Speicherung von CO2-Gas oder Wasser und kann unter Umständen wärmeisoliert gegen die Außenseiten sein. An dem Baustandort wie z.B. einem Wüstengebiet sollte er keine Wärmeisolierung aufweisen. Falls er aber wärmeisoliert gegen die Außenseiten ist, kann er zum Speichern von Warmwasser, Wassereis oder CO2-Flüssigkeit benutzt werden. Seine Arbeitsvorgänge sehen wie folgt aus: Zuerst ohne Einschränkung der Allgemeinheit sei der C-Speicher zu einem Sommerbeginn leer.The carbon storage tank is used to store CO 2 gas or water and can, under certain circumstances, be thermally insulated from the outside. At the construction site, such as a desert area, it should not have any thermal insulation. However, if it is thermally insulated from the outside, it can be used to store hot water, water ice or CO 2 liquid. Its work processes are as follows: First, without loss of generality, the C memory is empty at the beginning of summer.

Vorgang 1: In der Warmzeit wie Sommer wird der C-Speicher mit CO2-Fluid aus den Wärmekraftmaschinen mit einem bestimmten Gasdruck z.B. 6 bar vollgefüllt und zugemacht. Mit dem Sinken der Lufttemperatur im Zeitablauf von Sommerzeiten nach Winterzeiten sollte er aber automatisch nachgefüllt werden, falls der Druck darin sinkt.Process 1: In the warm period such as summer, the carbon storage tank is filled with CO 2 fluid from the heat engines with a certain gas pressure, for example 6 bar, and closed. As the air temperature drops over time from summer to winter, it should be refilled automatically if the pressure in it drops.

Vorgang 2: In der Kaltzeit wie Winter wird CO2-Fluid aus dem C-Speicher zur Verflüssigung ausgeleitet, indem z.B. der Entspannungsdruck mancher Wärmekraftmaschinen auf einer Druckhöhe von über 16 bar angesetzt wird und die entsprechenden CO2-Fluidströme aus ihnen durch eine Venturi-Düse durchfließen, wo der CO2-Druck sinkt und das CO2-Fluid aus dem C-Speicher möglicherweise in die Düse über eine Rohrleitung angesaugt wird, in welcher ein Ventilator installiert werden kann, um CO2-Gas beschleunigt aus dem C-Speicher zur Düse oder zu einem CO2-Kondensator auszuschicken.Process 2: In the cold period like winter, CO 2 fluid is diverted from the C storage tank for liquefaction, for example by setting the expansion pressure of some heat engines at a pressure level of over 16 bar and the corresponding CO 2 fluid flows from them through a venturi Flow through the nozzle, where the CO 2 pressure drops and the CO 2 fluid from the C storage tank is possibly sucked into the nozzle via a pipe in which a fan can be installed to accelerate the CO 2 gas from the C storage tank to the nozzle or to a CO 2 condenser.

Vorgang 3: Falls der C-Speicher eine Wärmeisolierungsschicht hat, kann er zum Speichern von Wassereis in Winterzeiten benutzt werden.Process 3: If the C-storage tank has a layer of thermal insulation, it can be used to store water ice in winter times.

Vorgang 4: Das eventuell gespeicherte Wassereis im Vorgang 3 wird in Sommerzeiten zur CO2-Verflüssigung verwendet. Das dadurch geschmolzene Wasser kann man aus dem C-Speicher ausfließen lassen, damit wird er wieder bereit zum Speichern von CO2-Gas.Process 4: The possibly stored water ice in process 3 is used in summer to liquefy CO 2. The water that is melted in this way can be let flow out of the C-storage tank, so that it is ready again to store CO 2 gas.

Falls ein C-Speicher eine Wärmeisolierungsschicht hat, kann er auch zum Speichern von Warmwasser in Sommerzeiten benutzt werden, hierzu siehe die oben beschriebenen Vorgänge in Raum 2 der S-Speicher. Falls er geeignet wärmeisoliert gegen die Außenseiten für die Speicherung der CO2-Flüssigkeiten ist, so lässt er sich auch zur Speicherung der CO2-Flüssigkeiten in Kaltzeiten wie Winter verwenden, hierzu siehe die oben beschriebenen Vorgänge in Raum 1 der S-Speicher.If a C storage tank has a thermal insulation layer, it can also be used to store hot water in summer, see the processes in room described above 2 the S memory. If it is suitably thermally insulated from the outside for storing the CO 2 liquids, it can also be used to store the CO 2 liquids in cold periods such as winter, see the processes in room described above 1 the S memory.

Alle oben genannten C- oder S-Speicher können in einer stehenden und/oder liegenden Weise gebaut werden und sollen mit geeigneten Messgeräten und Sicherheitsventilen ausgestattet werden. Die Messdaten werden an das Zentralsteuerungssystem des CO2-Kraftwerks übertragen. An den geeigneten Stellen der verschiedenen Rohrleitungen zwischen unterschiedlichen Bauteilen des CO2-Kraftwerks werden die passenden Ventile installiert, so z.B. die Sicherheitsventile, Rückschlagventile, Absperrventile, Reduzierventile, Wechsel- und Zweidruckventile und andere Arten der Ventile. Übersichtshalber sind sie aber in allen Diagrammen der vorliegenden Beschreibung nicht gezeichnet. Für alle S- bzw. C-Speicher könnte jeweils mindestens eine Gruppe gebildet werden. Jede Gruppe davon kann ein oder zwei Sammelleitungen haben, durch welche das Kohlendioxid oder Wasser zum bzw. vom jeweiligen Zielobjekt bzw. Quellobjekt ein- bzw. ausgeführt wird. Dabei kann ein Zielobjekt bzw. Quellobjekt z.B. ein Betriebsbehälter, eine Wärmekraftmaschine, ein Speicher, ein Wärmetauscher oder irgendein Bauteil im CO2-Kraftwerk sein. Alle in Behältern oder Speichern möglicherweise installierten Wärmetauscher sind sinngemäß vorhanden und mit bestimmten Wärmeübertragungsleistungen vorgesehen. Sie sind übersichtshalber ebenfalls nicht gezeichnet.All of the above C or S storage tanks can be built in a standing and / or lying manner and should be equipped with suitable measuring devices and safety valves. The measurement data are transmitted to the central control system of the CO 2 power plant. The appropriate valves are installed at the appropriate points in the various pipelines between different components of the CO 2 power plant, such as safety valves, check valves, shut-off valves, reducing valves, two-way and two-pressure valves and other types of valves. For the sake of clarity, however, they are not shown in any of the diagrams in the present description. At least one group could be formed for all S and C storage units. Each group of these can have one or two collecting lines through which the carbon dioxide or water is introduced or carried out to or from the respective target object or source object. A target object or source object can be, for example, an operating tank, a heat engine, a storage tank, a heat exchanger or any component in the CO 2 power plant. All heat exchangers possibly installed in tanks or storage tanks are available accordingly and provided with specific heat transfer capacities. For the sake of clarity, they are also not shown.

Erklärung zum Diagramm 2 für CO2-KraftwerkExplanation of diagram 2 for CO 2 power plant

Die Naturwärme und -kälte von minus 30 °C bis plus 30 °C ist in CO2-Kraftwerken zur Energieumwandlung ausgiebig auszunutzen. Die Naturwärme dient beispielsweise zum CO2-Heizen von minus 30 °C bis plus 30 °C und die Naturkälte von 20 °C bis minus 30 °C lässt sich zur CO2-Verflüssigung verwenden. Dabei spielen die Wärme- und Kältespeicher mit Wasser als Arbeitsmedium eine wichtige Rolle für den Transfer von Wärme und Kälte zwischen den unterschiedlichen Jahreszeiten. Die Heiz- und Kühlvorgänge des Kohlendioxids können aufgrund der Speicherungsfähigkeit des CO2-Kraftwerks stufenweise und zeitlich versetzt bis zu den gewünschten Betriebstemperaturen in den Betriebsbehältern oder CO2-Speichern stattfinden.The natural warmth and cold of minus 30 ° C to plus 30 ° C must be used extensively in CO 2 power plants for energy conversion. Natural heat is used, for example, to heat CO 2 from minus 30 ° C to plus 30 ° C and natural cold from 20 ° C to minus 30 ° C can be used to liquefy CO 2. The heat and cold stores with water as the working medium play an important role in the transfer of heat and cold between the different seasons. Due to the storage capacity of the CO 2 power plant, the heating and cooling processes of the carbon dioxide can take place in stages and at different times up to the desired operating temperatures in the operating tanks or CO 2 stores.

Zur Erklärung des Diagramms 3 möge der Betrieb eines CO2-Kraftwerks in einem Sommerbeginn starten, alle S-Speicher seien durch CO2-Flüssigkeit bzw. Wassereis mit der Temperatur von minus 30 °C vollgefüllt, alle C-Speicher seien durch Wassereis voll befüllt oder leer. Für die einzelnen Wärmekraftmaschinen in der Wärmekraftmaschinengruppe seien die geeigneten Betriebstemperaturen und - drücke ausgelegt. Das Arbeitsverfahren dazu sieht dann folgendermaßen aus: Vorgang 1: CO2-Flüssigkeit wird aus Raum 1 eines S-Speichers ausgeleitet, und fließt eventuell zu einem Verdampfungsbehälter mit einer Verdampfungstemperatur von minus 4 °C als Beispiel. Die durch Verdampfung erzeugte Kälte kann zur CO2-Gaskondensation in einem Kondensationsbehälter ausgenutzt werden, welcher direkt mit dem Verdampfungsbehälter durch einen Wärmetauscher verbunden ist. Der Verdampfungsbehälter und der Kondensationsbehälter können auch eine und dieselbe Einrichtung sein. Die Verdampfungskälte kann jedoch in der Regel nur einen Teil der CO2-Gaskondensationswärme kompensieren. Die hier im Diagramm 2 dargestellte Kombination des Verdampfungsbehälters mit dem Kondensationsbehälter ist nur ein Exemplar, es kann mehrere solcher Kombinationen in einem CO2-Kraftwerk geben.To explain Diagram 3, let the operation of a CO 2 power plant start at the beginning of summer, all S storage tanks are fully filled with CO 2 liquid or water ice with a temperature of minus 30 ° C, all C storage tanks are fully filled with water ice or empty. The appropriate operating temperatures and pressures are designed for the individual heat engines in the heat engine group. The working procedure for this is as follows: Process 1: CO 2 -liquid becomes from space 1 of an S-storage tank, and possibly flows to an evaporation tank with an evaporation temperature of minus 4 ° C as an example. The cold generated by evaporation can be used for CO 2 gas condensation in a condensation tank, which is connected directly to the evaporation tank through a heat exchanger. The evaporation vessel and the condensation vessel can also be one and the same device. As a rule, however, the evaporation cooling can only compensate for part of the heat of CO 2 gas condensation. The combination of the evaporation tank with the condensation tank shown here in diagram 2 is only one example; there can be several such combinations in a CO 2 power plant.

Vorgang 2: Das CO2-Verdampfungsfluid wird aus dem Verdampfungsbehälter ausgeleitet und zu einem Betriebsbehälter der im Diagramm 2 summarisch dargestellten Behältergruppe geführt.Process 2: The CO 2 evaporation fluid is discharged from the evaporation container and led to an operating container of the container group summarized in diagram 2.

Vorgang 3: Ein weiterer Teil von CO2-Flüssigkeit kann ebenfalls aus einem S-Speicher ausgeleitet und in einen Betriebsbehälter der Gruppe eingeleitet werden, welcher eventuell der im Vorgang 2 genannte Betriebsbehälter ist. Beim eventuellen Mischen des im Vorgang 2 genannten CO2-Verdampfungsfluids mit der eingeleiteten CO2-Flüssigkeit im Betriebsbehälter ist dort die dem jeweiligen Betriebsdruck und - temperatur entsprechende CO2-Dichte zu beachten. Dabei kann auch das gerade aus dem Kondensationsbehälter verflüssigte Kohlendioxid in den Betriebsbehälter eingeleitet werden. Nachdem die entsprechende CO2-Dichte in dem Betriebsbehälter erreicht wurde, wird er zugemacht und die dabei eventuell entstandene Expansionskälte wird zur weiteren Nutzung abgeführt. Somit wird das CO2-Heizen fortgesetzt, bis die gewünschten Betriebszustandsgrößen des CO2-Fluids erreicht werden. Der geheizte CO2-Fluidstrom wird anschließend zu einer Eingangs-Wärmekraftmaschine der Wärmekraftmaschinengruppe weiterfließen und dort entspannen. Die CO2-Flüssigkeit aus S-Speichern oder das gerade aus dem Kondensationsbehälter verflüssigte Kohlendioxid muss nicht über den Verdampfungsbehälter, sondern kann auch direkt zu einem Betriebsbehälter zum CO2-Heizen geleitet werden.Process 3: Another part of the CO 2 liquid can also be discharged from an S-storage tank and introduced into an operating container of the group, which may be the operating container mentioned in process 2. When any mixing said in operation 2 CO 2 -Verdampfungsfluids with the introduced CO2 fluid in the operating container is there the the respective operating pressure and - to consider appropriate temperature CO 2 density. The carbon dioxide that has just been liquefied from the condensation container can also be introduced into the operating container. After the corresponding CO 2 density has been reached in the operating tank, it is closed and any expansion cold that may have arisen is discharged for further use. The CO 2 heating is thus continued until the desired operating state variables of the CO 2 fluid are reached. The heated CO 2 fluid flow will then continue to flow to an input heat engine of the heat engine group and relax there. The CO 2 liquid from S storage tanks or the carbon dioxide that has just been liquefied from the condensation tank does not have to be passed through the evaporation tank, but can also be routed directly to an operating tank for CO 2 heating.

Vorgang 4: Es kann mehrere Eingangs-Wärmekraftmaschinen in der Wärmekraftmaschinengruppe geben, die parallel in der Wärmekraftmaschinengruppe angeordnet sind, damit der CO2-Durchsatz durch die Gruppe vergrößert werden kann. Insbesondere kann eine Eingangs-Wärmekraftmaschine eine Kolbenkraftmaschine sein, welche die folgenden Vorteile aufweist: Kälteerzeugung, Nutzung der hohen CO2-Betriebsdruck und flexible Dichteverhältnisse zwischen den Betriebs- und Entspannungsdichten der CO2-Fluidströme. Nach einer Eingangs-Wärmekraftmaschine kann eine weitere Wärmekraftmaschine in serieller Weise angeschlossen werden und zwischen den seriell angeschlossenen Wärmekraftmaschinen kann ein Wärmetauscher oder ein Heizkessel installiert werden, um den CO2-Fluidstrom hinter der vorderen Wärmekraftmaschine erneut zu heizen. Durch den seriellen Anschluss lässt sich die Enthalpie-Differenz der Wärmekraftmaschinengruppe vergrößern. Man sieht hierbei, dass durch die parallelen und seriellen Anschlussweisen von Wärmekraftmaschinen innerhalb der Wärmekraftmaschinengruppe eine flexible Skalierung der Leistungen des Kraftwerks sowie eine dynamische Leistungsteuerung ermöglicht werden können. Nach der CO2-Entspannung in den Wärmekraftmaschinen der im Diagramm 2 summarisch dargestellten Wärmekraftmaschinengruppe werden die entspannten CO2-Fluide zu C-Speichern für ihre Speicherung oder zu einem Kondensationsbehälter für ihre Verflüssigung oder über eine Venturi-Düse zu einem Kondensator geleitet. Im Diagramm 2 ist nur eine Kombination einer Venturi-Düse mit einem angeschlossenen Kondensator gezeichnet. Es kann aber mehrere solcher Kombinationen oder Kondensatoren geben, welche die entspannten CO2-Fluide aus den Wärmekraftmaschinen ohne zwischengeschaltete Venturi-Düsen direkt empfangen und welche im Diagramm 2 übersichtshalber nicht gezeichnet sind.Process 4: There can be several input heat engines in the heat engine group, which are arranged in parallel in the heat engine group, so that the CO 2 throughput through the group can be increased. In particular, an input heat engine can be a piston engine, which has the following advantages: cold generation, use of the high CO 2 operating pressure and flexible density relationships between the operating and expansion densities of the CO 2 fluid flows. To An additional heat engine can be connected in series to an input heat engine and a heat exchanger or a boiler can be installed between the heat engines connected in series in order to re-heat the CO 2 fluid flow behind the front heat engine. The serial connection allows the enthalpy difference of the heat engine group to be increased. It can be seen here that the parallel and serial connection methods of heat engines within the heat engine group enable flexible scaling of the power plant's output as well as dynamic power control. After the CO 2 expansion in the heat engines of the heat engine group summarized in Diagram 2, the expanded CO 2 fluids are directed to carbon stores for their storage or to a condensation container for their liquefaction or via a Venturi nozzle to a condenser. In diagram 2, only a combination of a Venturi nozzle with a connected condenser is shown. However, there can be several such combinations or condensers which receive the relaxed CO 2 fluids from the heat engines directly without interposed Venturi nozzles and which are not shown in diagram 2 for the sake of clarity.

Vorgang 5: In der Kaltzeit wie Winter lässt sich das in C-Speichern aufbewahrte CO2-Gas über eine Rohrleitung zur im Diagramm 2 dargestellten Venturi-Düse ansaugen, durch welche zum Teil das aus den Wärmekraftmaschinen ausströmenden CO2-Fluid durchfließt. Ggfs. wird in der Rohrleitung ein Ventilator installiert, um das CO2-Gas beschleunigt zur Venturi-Düse und dann zum CO2-Kondensator oder direkt zu einem Kondensator zu leiten. Dann kann es mit dem aus Wärmekraftmaschinen ausfließenden CO2-Fluid zusammen im Kondensator unter minus 30°C mit entsprechender Druckhöhe beispielsweise 16 bar verflüssigt werden.Process 5: In cold periods like winter, the CO 2 gas stored in C-storage tanks can be sucked in via a pipe to the Venturi nozzle shown in diagram 2, through which the CO 2 fluid flowing out of the heat engines partially flows through. Possibly. a fan is installed in the pipeline to accelerate the CO 2 gas to the venturi nozzle and then to the CO 2 condenser or directly to a condenser. Then it can be liquefied together with the CO 2 fluid flowing out of the heat engines in the condenser below minus 30 ° C with a corresponding pressure level, for example 16 bar.

Vorgang 6: Die aus den Wärmekraftmaschinen ausströmenden CO2-Fluide können auch in einen Kondensationsbehälter fließen und durch die Verdampfungskälte über den Wärmetauscher abgekühlt werden. Der Kondensationsbehälter kann auch mit weiteren Wärmeaustauschern installiert werden, welche mit den weiteren Kältequellen verbunden sind. In Sommerzeiten kann die Kältequelle z.B. Kaltwasser, die in Kolbenkraftmaschinen erzeugte Kälte oder das in Raum 2 der S-Speicher und eventuell in C-Speichern aufbewahrte Wassereis sein. Dabei kann die Kondensationstemperatur beispielsweise auf 4 °C ausgelegt werden und die CO2-Gaskondensationswärme lässt sich zum Teil durch die Schmelzenthalpie vom Wassereis kompensieren. In Winterzeiten können die Kältequellen Kaltwasser oder Kaltluft sein. Für andere Jahreszeiten Herbst und Frühling kann man unter Umständen ähnlich verfahren. Process 6: The CO 2 fluids flowing out of the heat engines can also flow into a condensation container and be cooled by the evaporation cold via the heat exchanger. The condensation tank can also be installed with further heat exchangers, which are connected to the other cold sources. In summer, the cold source can be cold water, the cold generated in piston engines or that in the room 2 be the S storage tank and possibly water ice stored in C storage tanks. The condensation temperature can be set at 4 ° C, for example, and the heat of CO 2 gas condensation can be partially compensated for by the melting enthalpy of the water ice. In winter, the cold sources can be cold water or cold air. For other seasons, autumn and spring, you can proceed in a similar way.

Vorgang 7: In der Kaltzeit wie Winter kann die Wärme vom Warmwasser in den S-Speichern und eventuell auch in C-Speichern zum Heizen der CO2-Fluide vor ihrem Eintritt in die Wärmekraftmaschinen verwendet werden. Dadurch ist der Raum 1 der S-Speicher durch Ausfließen von Warmwasser leer geworden.Process 7: In the cold period such as winter, the heat from the hot water in the S storage tanks and possibly also in C storage tanks can be used to heat the CO 2 fluids before they enter the heat engines. This is the space 1 the S-storage tank has become empty due to the outflow of hot water.

Vorgang 8: Die in Winterzeiten verflüssigten Kohlendioxide können wieder in Raum 1 der S-Speicher geleitet und dort aufbewahrt werden. Die wärmeisolierten C-Speicher und der Raum 2 der S-Speicher lassen sich erneut mit Wassereis in Winterzeiten durch unterschiedliche Methoden füllen, zum Beispiel Erstarrung von Wasser darin, oder Transport von Eis dorthin. Damit kommt es dann zum Initialzustand der S- und C-Speicher und der Vorgang 1 beginnt erneut.Process 8: The carbon dioxide liquefied in winter can return to the room 1 the S-memory are directed and kept there. The thermally insulated C storage tank and the room 2 The S-reservoirs can be refilled with water ice in winter times using different methods, for example the solidification of water in them or the transport of ice there. This then results in the initial state of the S and C memories and process 1 begins again.

Implementierungsbeispiel für CO2-KraftwerkImplementation example for a CO 2 power plant

Oben ist das Arbeitsverfahren beschrieben, jetzt wird ein CO2-Kraftwerk mit konkreten Prozessdaten dargestellt. Da der DSK-Prozess im Niedertemperatur-Bereich stattfindet, sind alle Standardtechniken normalerweise bei Bedarf einsetzbar. Der Niedertemperatur-Bereich ist hier mit dem Bereich von minus 60 °C bis 150 °C gemeint. Die natürliche Wärme und Kälte in diesem Temperaturbereich lässt sich über die DSK-Eigenschaften Speicherungsfähigkeit und Diskretheit zur Energieumwandlung ausnutzen. Die obere Temperaturgrenze von 150 °C kann durchaus auch erhöht werden, wenn z.B. ein Stoff mit einer höheren Festigkeit und zugleich die Wirtschaftlichkeit seines Einsatzes vorliegt. Derzeit können die gängigen großen Turbinen eine Temperatur gegen 500 °C mit circa 400 bar aushalten. Daraus folgt, dass die entsprechenden Mess- und Steuerungsgeräte auch für CO2-Kraftwerke verfügbar sind. Mit den günstigen Solarthermenanlagen oder mit Einsatz von CO2-neutralen Brennstoffen lässt sich die CO2-Temperatur von 150 °C leicht erreichen. Welche Temperaturhöhe als Betriebstemperatur angesetzt wird, hängt sowohl von der Wirtschaftlichkeit des Einsatzes von Solarwärme oder von der Verbrennungswärme der CO2-neutralen Brennstoffe als auch von der Rentabilität der Anwendung von bekannten Stoffen zur Herstellung der neuen Maschinen und Geräte ab.The working procedure is described above, now a CO 2 power plant is shown with specific process data. Since the DSK process takes place in the low temperature range, all standard techniques can normally be used if required. The low temperature range is meant here with the range from minus 60 ° C to 150 ° C. The natural warmth and cold in this temperature range can be used for energy conversion via the DSK properties of storage capacity and discretion. The upper temperature limit of 150 ° C can certainly also be increased if, for example, a material with a higher strength and at the same time the economic efficiency of its use is present. Currently, the large turbines commonly used can withstand a temperature of around 500 ° C with around 400 bar. It follows that the corresponding measuring and control devices are also available for CO 2 power plants. The CO 2 temperature of 150 ° C can easily be reached with the inexpensive solar thermal systems or with the use of CO 2 -neutral fuels. Which temperature level is set as the operating temperature depends both on the economic efficiency of the use of solar heat or on the heat of combustion of the CO 2 -neutral fuels and on the profitability of the use of known substances for the production of the new machines and devices.

Im vorliegenden Implementierungsbeispiel für ein CO2-Kraftwerk sei ohne Einschränkung der Allgemeinheit seine Elektrizitätsleistung für 350 KW angenommen und

  • a. Das CO2-Kraftwerk hat eine Wärmekraftmaschinengruppe, die aus zwei Wärmekraftmaschinen besteht, die erste ist eine Kolbenkraftmaschine als Eingangs-Wärmekraftmaschine, die zweite ist eine Turbine, die seriell mit der Kolbenkraftmaschine verbunden ist.
  • b. Die Betriebstemperatur bzw. -druck sei 90 °C bzw. 1000 bar für die Kolbenkraftmaschine, ihre Entspannungstemperatur bzw. -druck ist minus 4 °C bzw. 31,303 bar. Daraus folgt, dass das entspannte CO2-Fluid eine spezifische Dichte von 268,324 Kilogramm pro Kubikmeter hat und die Enthalpie-Differenz einen Wert von 109,435 KJ/KG aufweist. An der Kolbenkraftmaschine wird direkt ein Wärmetauscher angeschlossen, um das entspannte CO2-Fluid daraus wieder bis zu 90 °C zu heizen. Aus der o.g. Dichte und der Temperatur 90 °C folgt, dass das CO2-Fluid eine Druckhöhe von 118,126 bar hat. Dann wird es zur Turbine geleitet, in der es sich entspannt. Dabei sei die Entspannungstemperatur bzw. -druck 4 °C bzw. 38,688 bar.Die Enthalpie-Differenz dazu beträgt dann 42,863 KJ/KG. Da die Kolbenkraftmaschine und die Turbine in der seriellen Weise verbunden sind, beträgt die gesamte Enthalpie-Differenz 152,298 KJ/KG für die Wärmekraftmaschinengruppe. Mit der angesetzten elektrischen Leistungshöhe von 350 KW und einem angesetzten durchschnittlichen 70%-Wirkungsgrad der beiden Kraftmaschinen wird für den CO2-Fluidstrom ein Durchsatz von 3,283 Kilogramm pro Sekunde abgeleitet.
  • c. Der Betriebsstart sei in einem Sommerbeginn.
  • d. Alle S-Speicher seien mit CO2-Flüssigkeit bzw. mit Wassereis im Raum 1 bzw. 2 gefüllt, und sie haben eine Temperaturhöhe von minus 30 °C.
  • e. Alle C-Speicher seien mit Wassereis der Temperatur von minus 30 °C gefüllt, falls sie wärmeisoliert sind. Ansonsten seien sie leer.
  • f. Wasser sei vor Ort verfügbar.
  • g. Die ausreichenden Wärmeübertragungsleistungen seien in jeweiligen Behältern bzw. Speichern installiert, z.B. in den Betriebsbehältern bzw. in S-Speichern.
  • h. Der Standort des CO2-Kraftwerks sei die Stadt Harbin in China. Dort kann die Lufttemperatur in Winter- bzw. Sommerzeit minus 30 °C bzw. plus 30 °C erreichen und außerdem gibt es in einem Jahr circa die Hälfte davon, in welcher die niedrigste Lufttemperatur eines jeden Tages unter/gleich 0 °C liegt.
In the present implementation example for a CO 2 power plant, its electricity output for 350 KW is assumed and without restriction of the general public
  • a. The CO 2 power plant has a heat engine group consisting of two heat engines, the first is a piston engine as an input heat engine, the second is a turbine that is connected in series with the piston engine.
  • b. The operating temperature or pressure is 90 ° C or 1000 bar for the piston engine, its expansion temperature or pressure is minus 4 ° C or 31.303 bar. It follows that the relaxed CO 2 fluid has a specific density of 268.324 kilograms per cubic meter and the enthalpy difference has a value of 109.435 KJ / KG. A heat exchanger is connected directly to the piston engine in order to heat the relaxed CO 2 fluid up to 90 ° C again. From the above density and the temperature 90 ° C it follows that the CO 2 fluid has a pressure of 118.126 bar. Then it is directed to the turbine, where it relaxes. The relaxation temperature or pressure is 4 ° C or 38.688 bar. The enthalpy difference to this is then 42.863 KJ / KG. Since the reciprocating engine and the turbine are connected in series, the total enthalpy difference is 152.298 KJ / KG for the heat engine group. With the assumed electrical power level of 350 KW and an assumed average 70% efficiency of the two engines, a throughput of 3.283 kilograms per second is derived for the CO 2 fluid flow.
  • c. The start of operations is in the beginning of summer.
  • d. All S-storage tanks are said to be with CO 2 liquid or with water ice in the room 1 or. 2 filled and they have a temperature of minus 30 ° C.
  • e. All C storage tanks are filled with water ice at a temperature of minus 30 ° C if they are thermally insulated. Otherwise they are empty.
  • f. water is available on site.
  • G. The sufficient heat transfer capacities are installed in the respective tanks or storage facilities, for example in the operating tanks or in S storage tanks.
  • H. The location of the CO 2 power plant is the city of Harbin in China. There the air temperature can reach minus 30 ° C or plus 30 ° C in winter or summer time and in addition there are around half of them in a year in which the lowest air temperature of each day is below / equal to 0 ° C.

Aus den o.g. Annahmen folgen dann die Größen für S- und C-Speicher des CO2-Kraftwerks, wobei die Ausnutzung der im CO2-Kraftwerk erzeugten Kälte zur CO2-Verflüssigung noch nicht berücksichtigt ist.

  1. 1) Aus dem bekannten CO2-Durchsatz 3,283 KG pro Sekunde und der Sommerzeit von Juni, Juli und August folgt eine gesamte durchgeflossene CO2-Masse 26.096.262 KG, davon sind 25.892.194 KG in Gas-Phase nach der Entspannung in der Turbine. Dann muss es ein Speichervolumen von 24.231 Kubikmeter geben, um diese Masse mit der Temperatur von minus 30 °C und der CO2-Dichte 1077 KG pro Kubikmeter in Raum 1 der S-Speicher aufzubewahren.
  2. 2) Zur Verflüssigung der CO2-Gasmasse 25.892.194 KG bei 0 °C braucht man in Sommerzeiten die Kondensationskälte von 5.515.963.102 Kilojoule. Dann beträgt die durchschnittliche Kälteleistung 712 KW in den o.g. drei Monaten. Die verfügbare Kälte liegt hier meist im gespeicherten Wassereis, welches eine Schmelzenthalpie 333,5 KJ/KG gegenüber der CO2-Kondensationsenthalpie 218,3 KJ/KG bei 0 °C hat. Die andere Kältequelle ist z.B. der entspannte CO2-Gasstrom von minus 4 °C aus der Kolbenkraftmaschine, sie ist hier aber zur Berechnung des Speichervolumen für Wassereis noch nicht berücksichtigt. Man benötigt daher circa ein Volumen von 15.287 Kubikmetern von Wassereis mit der Temperatur von minus 30 °C in den S- und/oder C-Speichern.
  3. 3) In Kaltzeiten von sechs Monaten in einem Jahr benötigt man zum CO2-Heizen vom Zustand 5 °C und 1077 KG pro Kubikmeter bis zum Zustand 90 °C und 1000 bar die Wärmeenergiemenge von 8.015.456.432 KJ. Daher soll es circa das Volumen 22.723 Kubikmeter der S- und/oder C-Speicher zum Speichern vom Warmwasser mit 90 °C geben. Dabei noch nicht berücksichtigt sind alle Arten anderer Wärme wie z.B. Solarwärme oder Verbrennungswärme aus den CO2-neutralen Brennstoffen wie Pflanzstrohe und Abholze.
The parameters for S and C storage of the CO 2 power plant then follow from the above assumptions, whereby the utilization of the cold generated in the CO 2 power plant for CO 2 liquefaction is not yet taken into account.
  1. 1) From the known CO 2 throughput of 3.283 KG per second and the summer time of June, July and August, the total CO 2 mass that has flowed through is 26.096.262 KG, of which 25.892.194 KG are in the gas phase after the relaxation in the Turbine. Then there has to be a storage volume of 24,231 cubic meters to store this mass with a temperature of minus 30 ° C and a CO 2 density of 1077 KG per cubic meter in space 1 to keep the S-memory.
  2. 2) To liquefy the CO 2 gas mass 25,892,194 KG at 0 ° C, the condensation cold of 5,515,963,102 kilojoules is required in summer. Then the average cooling capacity is 712 KW in the above three months. The available cold is mostly in the stored water ice, which has a melting enthalpy of 333.5 KJ / KG compared to the CO 2 enthalpy of condensation 218.3 KJ / KG at 0 ° C. The other cold source is, for example, the relaxed CO 2 gas flow of minus 4 ° C from the piston engine, but it is not yet taken into account here for the calculation of the storage volume for water ice. You therefore need around 15,287 cubic meters of water ice with a temperature of minus 30 ° C in the S and / or C storage tanks.
  3. 3) In cold periods of six months in a year, CO 2 heating from a state of 5 ° C and 1077 KG per cubic meter to a state of 90 ° C and 1000 bar requires the amount of thermal energy of 8,015,456,432 KJ. Therefore, there should be around 22,723 cubic meters of S and / or C storage tanks for storing hot water at 90 ° C. All types of other heat such as solar heat or combustion heat from CO 2 -neutral fuels such as plant straws and logs are not yet taken into account.

Oben sind jeweils die Volumina der S- und C-Speicher zum Speichern von CO2, Wassereis und Warmwasser angegeben, um den DSK des CO2-Kraftwerks ununterbrochen unter den angegebenen Voraussetzungen laufen zu lassen. Wenn die im CO2-Kraftwerk erzeugte Kälte zur CO2-Verflüssigung genutzt wird, kann noch ein guter Teil des Speichervolumens gespart werden.Above are the volumes of the S and C storage tanks for storing CO 2 , water ice and hot water in order to allow the DSK of the CO 2 power plant to run continuously under the specified conditions. If the cold generated in the CO 2 power plant is used to liquefy CO 2 , a good part of the storage volume can be saved.

Jetzt soll die Wirtschaftlichkeit des DSK-Implementierungsbeispiels unter den o.g. Bedingungen betrachtet werden. Die dafür nötigen Investitionskosten liegen hauptsächlich im Bau von CO2- und Wasserspeichern mit den entsprechenden Equipments wie zum Beispiel Wärmetauschern. Anhand der Baukosten der saisonalen Wärmespeicher in Deutschland und der Preise für Stahlbeton und Edelstahlblech in China kann man die Baukosten für diese S- und C-Speichergrößen durchschnittlich mit 200 Yuan Renminbi pro Kubikmeter in China ansetzen. Somit betragen die Investitionskosten hier für circa 7,39 Mio. Yuan Renminbi.Now the economic viability of the DSK implementation example is to be considered under the above conditions. The investment costs required for this are mainly in the construction of CO 2 and water storage tanks with the corresponding equipment, such as heat exchangers. Based on the construction costs of the seasonal heat storage in Germany and the prices for reinforced concrete and stainless steel sheet in China, the construction costs for these S and C storage sizes can be set at an average of 200 yuan renminbi per cubic meter in China. Thus, the investment costs here are approximately 7.39 million yuan renminbi.

Aus der oben angesetzten elektrischen Leistung 350KW werden 3.066.000 kWh Elektrizität pro Jahr produziert. Der Umweltschutz-Strompreis beträgt derzeit circa 0,65 Yuan Renminbi in China. Der Erlös davon beträgt dann 1,99 Mio. Yuan Renminbi. Der gegenwärtige CO2-Emissionspreis in EU an der Börse ist circa 25 Euro pro Tonne Kohlendioxid. In China ist ein ähnliches Handelssystem zur CO2-Emission im Aufbau. Der Preis dazu wird auf 150 Yuan Renminbi pro Tonne abgeschätzt. Mit Einsatz von 26.096.262 KG Kohlendioxid im CO2-Kraftwerk erhält man die Einnahme von 3,91 Mio. Yuan Renminbi. Daher erhält man im ersten Produktionsjahr des CO2-Kraftwerks den gesamten Erlös von 5,90 Mio. Yuan Renminbi. In den weiteren Produktionsjahren erhält man dann nur den Stromerlös von 1,99 Mio. Yuan Renminbi pro Jahr. Dies ist profitabel gegenüber der Investition von 7,39 Mio. Yuan Renminbi.From the electrical output of 350KW stated above, 3,066,000 kWh of electricity are produced per year. The environmental protection electricity price is currently around 0.65 yuan renminbi in China. The proceeds from this amount to 1.99 million yuan renminbi. The current CO 2 emission price in the EU on the stock exchange is around 25 euros per ton of carbon dioxide. A similar trading system for CO 2 emissions is being set up in China. The price for this is estimated at 150 yuan renminbi per ton. With the use of 26,096,262 KG of carbon dioxide in the CO 2 power plant, the income is 3.91 million yuan renminbi. Therefore, in the first year of production of the CO 2 power plant, one receives the total proceeds of 5.90 million yuan renminbi. In the subsequent years of production, you will only receive the electricity revenue of 1.99 million yuan renminbi per year. This is profitable against the investment of 7.39 million yuan renminbi.

Anmerkungen:

  1. 1) Die Wirtschaftlichkeit eines CO2-Kraftwerks hängt von einigen Faktoren ab, wie z.B. Bauort des CO2-Kraftwerks, lokale Wetterbedingungen, verfügbare Abwärme und Existenz von Wasser und Pflanzstrohe. Daher ist vor dessen Bau eine gute Planung anhand der lokalen Bedingungen durchzuführen, um die maximale Profitabilität zu erzielen.
  2. 2) CO2-neutale Brennstoffe: In Winterzeiten ist viel Naturkälte verfügbar, aber wenig Naturwärme. Daher kann die Verbrennungswärme der CO2-neutralen Brennstoffe wie Pflanzstrohe, Abholze und Energiepflanzen die Wärmequelle zum CO2-Heizen sein. Durch CO2-Separation von deren Verbrennungsrauchgas und den Einsatz der daraus separierten Kohlendioxide in CO2-Kraftwerken lässt sich der CO2-Gehalt der Atmosphäre schnell reduzieren. Zum Beispiel, ein Hektar vom Winterweizenanbau kann ca. 10 Tonnen Strohe hervorbringen, bei deren Verbrennung ungefähr 25 Tonnen von CO2 nach ihrer Separation entstehen, derer Einsatz in CO2-Kraftwerken deren Entnahme aus der Atmosphäre gleichsetzt.
  3. 3) Kälteerzeugung: In Sommerzeiten ist viel Naturwärme verfügbar, aber wenig Naturkälte. Die Kolbenkraftmaschinen mit CO2 als Arbeitsmedium können jedoch viel Kälte erzeugen, die zur CO2-Verflüssigung ausgenutzt werden kann. Sie können aber zugleich auch große Volumina entspannter CO2-Gase hervorbringen, die bis zur kommenden Winterzeit zu deren Verflüssigung aufbewahrt werden sollten, was großflächige Grundstücke zum Bau von C-Speichern mit sich bringen kann. Es wäre vorteilhaft, wenn ein Wüstengebiet oder ähnliches dazu vorliegen würde!
  4. 4) Die Verbindungen von Wärmekraftmaschinen wie etwa Kolbenkraftmaschinen und Turbinen mit CO2 als Arbeitsmedium können in serieller und/oder paralleler Weise mit Zwischenerhitzung erfolgen. Die seriellen Verbindungen können die CO2-Enthalpie-Differenz der Wärmekraftmaschinengruppe erhöhen, während die parallelen Verbindungen deren CO2-Durchsatz möglicherweise steigern. Darüber hinaus können die CO2-Ströme dazwischen mit Ventilen und Schaltern gesteuert werden, um deren Anpassungsfähigkeit an konkrete und sich ändernde Verhältnisse der Jahreszeiten wie z.B. Lufttemperaturänderungen zu steigern. Das erfordert dann ein dementsprechendes Zentralsteuerungssystem für CO2-Kraftwerke.
  5. 5) Mit der Speicherung der Kohlendioxide sowie der Naturwärme und -kälte in S- und C-Speichern lindert man das Problem des Bedarfs an Naturwärme und -kälte in unterschiedlichen Jahreszeiten für CO2-Kraftwerke. Wenn aber viel Wärme in Winterzeiten wirtschaftlich und umweltfreundlich genutzt werden kann, lässt sich damit viel Elektrizität in Winterzeiten mit Kohlendioxid als Arbeitsmedium erzeugen, die zur Produktion gewisser Energieträger wie etwa Wasserstoff ausgenutzt werden kann. Umgekehrt wenn in Sommerzeiten viel Kälte zur CO2-Kondensation verfügbar ist. Darüber hinaus kann man viele Vorteile der Kolbenkraftmaschinen zur Geltung bringen: Beispielsweise können sie mit hohem CO2-Druck wie etwa über 1000 bar und mit großem CO2-Dichteverhältnis vor und nach der CO2-Entspannung wie etwa über 100 arbeiten sowie viel Kälte neben mechanischer Arbeit erzeugen.
  6. 6) Die vorhandenen Atom- oder Kohlekraftwerke können auf CO2-Kraftwerke umgebaut werden, weil sich fast alle Bauteile davon weiterverwenden lassen. Insbesondere in deren Umgebung kann eine große Menge von Brachländern bestehen, welche sich zum Bau von CO2-Speichern ausnutzen lassen; Wasserquellen sind dort fast immer vorhanden; die Hoch- bzw. -Tiefbaurechte sind dort genehmigt worden. Übrigens können die Müllverbrennungsanlagen dazu dienen, CO2 aus deren Rauchgas zu trennen und in CO2-Kraftwerke einzusetzen, somit wird der Umweltschutz für die umliegenden Gebiete noch mal verbessert.
  7. 7) Zu erwähnen sind dabei die möglichen Investitionskosten beispielsweise zum Bau einer Solartherme-Anlage, oder eines Heizkessels zur Verbrennung von CO2-neutralen Brennstoffen und notfalls auch von fossilen Brennstoffen. Nach einer Marktpreisermittlung in den jeweiligen Ländern kann man dann die Investitionskosten dafür gut abschätzen, so z.B. den Durchschnittspreis pro MW einer Wärmekraftmaschine von Siemens, oder den pro KW eines Wärmetauschers von Buderus, oder den Durchschnittspreis pro Kubikmeter von CO2-Speichern oder Betriebsbehältern in China.
  8. 8) Es lassen sich ggfs. Kältemaschinen einsetzen, die durch die sommerliche Hitze betrieben werden können, zum Beispiel Kältemaschinen mit Wasser-Ammoniak-Gemisch als Arbeitsmedium. Der Einsatz solcher Maschinen hängt allein von der Wirtschaftlichkeit ihres Einsatzes ab, die wiederum von den lokalen Verhältnissen wie Wetterbedingungen abhängt.
  9. 9) Mit Anhebung der Betriebstemperatur von 90 °C auf 150 °C als Beispiel kann man eine höhere Flexibilität zur Skalierung des CO2-Kraftwerks und seiner dynamischen Leistungsteuerung erhalten.
  10. 10) Die CO2-Verdampfungskälte ist zur CO2-Kondensation verwendbar, aber dadurch ist eventuell nur ein Anteil des entspannten CO2-Gases aus den Wärmekraftmaschinen zu kondensieren, denn die CO2-Verdampfung steht direkt im Konflikt zu der aus dem Betriebsdruck und -temperatur abgeleiteten Betriebsdichte des CO2-Fluids. Je tiefer die Lufttemperatur in Winter, desto höher der kondensierbare Anteil.
Remarks:
  1. 1) The profitability of a CO 2 power plant depends on a number of factors, such as the location of the CO 2 power plant, local weather conditions, available waste heat and the existence of water and plant straw. Therefore, prior to its construction, good planning based on local conditions must be carried out in order to achieve maximum profitability.
  2. 2) CO 2 -neutral fuels: In winter, a lot of natural cold is available, but little natural heat. Therefore, the heat of combustion of the CO 2 -neutral fuels such as plant straws, logs and energy crops can be the heat source for CO 2 heating. By separating CO 2 from their combustion flue gas and using the carbon dioxide separated from it in CO 2 power plants, the CO 2 content of the atmosphere can be reduced quickly. For example, one hectare of winter wheat cultivation can produce around 10 tons of straw, which when burned produces about 25 tons of CO 2 after it has been separated, the use of which in CO 2 power plants equates to its extraction from the atmosphere.
  3. 3) Cold generation: In summer there is a lot of natural heat available, but little natural cold. The piston engines with CO 2 as the working medium can, however, generate a lot of cold that can be used to liquefy CO 2. At the same time, however, they can also produce large volumes of relaxed CO 2 gases, which should be kept until the coming winter to liquefy them, which can result in large plots of land for the construction of C storage tanks. It would be advantageous if there was a desert area or something similar!
  4. 4) The connections of heat engines such as piston engines and turbines with CO 2 as the working medium can take place in a serial and / or parallel manner with intermediate heating. The serial connections can increase the CO 2 enthalpy difference of the heat engine group, while the parallel connections may increase its CO 2 throughput. In addition, the CO 2 flows in between can be controlled with valves and switches in order to increase their adaptability to specific and changing conditions of the seasons, such as changes in air temperature. This then requires a corresponding central control system for CO 2 power plants.
  5. 5) By storing carbon dioxide and natural heat and cold in S and C storage tanks, the problem of the need for natural heat and cold in different seasons for CO 2 power plants is alleviated. If, however, a lot of heat can be used economically and environmentally friendly in winter, a lot of electricity can be generated in winter with carbon dioxide as the working medium, which can be used to produce certain energy carriers such as hydrogen. Conversely, if a lot of cold is available for CO 2 condensation in summer. In addition, you can bring out many advantages of the piston engine: For example, they can work with a high CO 2 pressure such as over 1000 bar and with a high CO 2 density ratio before and after the CO 2 expansion, such as over 100, as well as a lot of cold alongside generate mechanical work.
  6. 6) The existing nuclear or coal-fired power plants can be converted to CO 2 power plants because almost all of the components can be reused. In particular in their surroundings there can be a large number of fallow lands that can be used to build CO 2 stores; Water sources are almost always available there; the civil engineering rights have been approved there. Incidentally, the waste incineration plants can be used to separate CO 2 from their flue gas and use it in CO 2 power plants, thus further improving environmental protection for the surrounding areas.
  7. 7) The possible investment costs, for example for building a solar thermal system or a boiler for burning CO 2 -neutral fuels and, if necessary, fossil fuels, should be mentioned. After determining the market price in the respective countries, you can then estimate the investment costs for this, e.g. the average price per MW of a Siemens heat engine, or the average price per KW of a Buderus heat exchanger, or the average price per cubic meter of CO 2 storage tanks or operating tanks in China .
  8. 8) If necessary, cooling machines can be used that can be operated by the summer heat, for example cooling machines with a water-ammonia mixture as the working medium. The use of such machines depends solely on the economic efficiency of their use, which in turn depends on local conditions such as weather conditions.
  9. 9) By increasing the operating temperature from 90 ° C to 150 ° C as an example, you can get greater flexibility for scaling the CO 2 power plant and its dynamic power control.
  10. 10) The CO2 evaporation cooling can be used for CO 2 condensation, but this may mean that only a portion of the relaxed CO 2 gas from the heat engines has to be condensed, because the CO 2 evaporation is in direct conflict with that from the operating pressure and - temperature-derived operating density of the CO 2 fluid. The lower the air temperature in winter, the higher the condensable fraction.

Mit den S-Speichern wird der Speicherdruck der CO2-Flüssigkeiten erheblich gesenkt und stabil gehalten; Mit der kombinierten Wärme- und Kältespeicherung in S- oder C-Speichern per Wasser lässt sich eine große Energiemenge zwischen den unterschiedlichen Jahreszeiten transferieren; Mit dem Einsatz der Kolbenkraftmaschinen wird der hohe CO2-Druck für gute Zwecke ausgenutzt und viel Kälte neben Elektrizität miterzeugt sowie die Einschränkung der CO2-Dichteverhältnisse zwischen den Betriebs- und Entspannungsdichten des Kohlendioxids aufgelöst; Mit Nutzung der CO2-Verdampfungskälte und der Venturi-Düsen lässt sich der Energieverbrauch für die CO2-Gaskondensation weiter senken; Schließlich kann durch die Anwendung der Kältemaschinen in der Warmzeit wie Sommer die Einschränkung lokaler Wetterbedingungen gelockert werden. Zusammen mit dem Patent DE10 2017 003 238 bildet die vorliegende Erfindung ein wirtschaftlich effizientes Lösungspaket für die Probleme Klimawandel und Energiemangel.With the S-accumulators, the accumulator pressure of the CO 2 liquids is considerably reduced and kept stable; With the combined heat and cold storage in S or C storage tanks using water, a large amount of energy can be transferred between the different seasons; With the use of the piston engine, the high CO 2 pressure is used for good purposes and a lot of cold is generated in addition to electricity and the restriction of the CO 2 density ratios between the operating and expansion densities of the carbon dioxide is dissolved; With the use of CO 2 evaporation cooling and the Venturi nozzles, the energy consumption for CO 2 gas condensation can be further reduced; Finally, the use of the chillers in warm periods such as summer can ease the restriction of local weather conditions. Together with the patent DE10 2017 003 238 the present invention forms an economically efficient solution package for the problems of climate change and energy shortages.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1 -1 -
Kreiszylinder 1 und Raum 1: Zur Speicherung von CO2-Flüssigkeit und Warmwasser in unterschiedlichen JahreszeitenCircular cylinder 1 and room 1: For storing CO 2 liquid and hot water in different seasons
2 -2 -
Kreiszylinder 2 und Raum 2: zur Speicherung von Wassereis und Warmwasser in verschiedenen JahreszeitenCircular cylinder 2 and space 2: for storing water ice and hot water in different seasons
3 -3 -
Kreiszylinder 3 und Raum 3: für Wärmisolierschicht gegen die AußenseitenCircular cylinder 3 and space 3: for a thermal insulation layer against the outside
4 -4 -
Venturi-DüseVenturi nozzle

Patentliteratur Patent Publicationsdatum Antragsteller Titel DE10 2017 003238 27.12.2018 Zhenhua Xi Verfahren und Anlagensystem zur Energieumwandlung mittels Kohlendioxid DE 10 2009 057 613 A1 16.06.2011 Kipp, Jens-Werner Kraft-/Kältekopplung zur Energiegewinnung DE 38 71 538 T2 03.12.1992 Crawford, John T.; Kraftanlage mit CO2 als Lewis, Oak Brook; Arbeitsfluidum Fischer, Harry C.; Coers, Donald H. US020120090352A1 19.04.2012 Bruno Klaus US; Methods and Apparatus Gatewood Jason T. US; for an oxy-Fuel based Moore JamesJ. US; power cycle Nored Marybeth G. US; Southwest Res inst, US Patent literature patent Publication date applicant title DE10 2017 003238 December 27, 2018 Zhenhua Xi Process and plant system for energy conversion using carbon dioxide DE 10 2009 057 613 A1 06/16/2011 Kipp, Jens-Werner Power / cold coupling for energy generation DE 38 71 538 T2 12/03/1992 Crawford, John T .; Power plant with CO 2 as Lewis, Oak Brook; Working fluid Fischer, Harry C .; Coers, Donald H. US020120090352A1 04/19/2012 Bruno Klaus US; Methods and Apparatus Gatewood Jason T. US; for an oxy-fuel based Moore JamesJ. US; power cycle Nored Marybeth G. US; Southwest Res inst, US

Literatur

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  2. 2. Energiespeicher, 2. Auflage 2017, Springer Vieweg, Hrsg. Michael Sterner, Ingo Stadler
  3. 3. www.saisonalspeicher.de
  4. 4. Wärmespeicher, 5. Auflage, Fraunhofer IRB Verlag 2013, Andreas Hauer, Stefan Hiebler, Manfred Reuß
  5. 5. Wärmetausch-Fibel I und II, Essen Vulkan-Verlag 2012/2013, Manfred Nitsche
  6. 6. Thermodynamik, 6. Auflage, Springer Verlag 2007, Klaus Lucas
  7. 7. VDI-Wärmeatlas, 11. Auflage, Springer Vieweg Verlag 2013
  8. 8. Fundamental Equations of State, Shaker Verlag 1998, Reiner Tillner-Roth
  9. 9. Grundlagen der Pneumatik, 3. Auflage, Verlag Hanser 2012, Horst-W. Grollius
  10. 10. Taschenbuch der Kältetechnik, 19. Auflage, Verlag C.F. Müller Heidelberg 2008, Walther Pohlmann
  11. 11. CCS-Technologie, Springer Vieweg 2015, Hrsg. Manfred Fischedick, Klaus Görner, Margit Thomeczek
literature
  1. 1. CO 2 engines and their use, Villingen-Schwenningen Neckar-Verlag, 1992, Klaus-Jörg Hammerschmidt
  2. 2. Energy storage, 2nd edition 2017, Springer Vieweg, ed. Michael Sterner, Ingo Stadler
  3. 3. www.saisonalspeicher.de
  4. 4th heat storage, 5th edition, Fraunhofer IRB Verlag 2013, Andreas Hauer, Stefan Hiebler, Manfred Reuss
  5. 5. Heat exchange primers I and II, Essen Vulkan-Verlag 2012/2013, Manfred Nitsche
  6. 6. Thermodynamik, 6th edition, Springer Verlag 2007, Klaus Lucas
  7. 7th VDI Heat Atlas, 11th edition, Springer Vieweg Verlag 2013
  8. 8. Fundamental Equations of State, Shaker Verlag 1998, Reiner Tillner-Roth
  9. 9. Basics of Pneumatics, 3rd edition, Verlag Hanser 2012, Horst-W. Grollius
  10. 10. Taschenbuch der Kältetechnik, 19th edition, Verlag CF Müller Heidelberg 2008, Walther Pohlmann
  11. 11. CCS technology, Springer Vieweg 2015, eds. Manfred Fischedick, Klaus Görner, Margit Thomeczek

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102017003238 [0001, 0033]DE 102017003238 [0001, 0033]
  • DE 102009057613 A1 [0033]DE 102009057613 A1 [0033]
  • DE 3871538 T2 [0033]DE 3871538 T2 [0033]
  • US 020120090352 A1 [0033]US 020120090352 A1 [0033]

Claims (10)

Verfahren zur CO2-Verflüssigung 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 können verschiedene Gestalt haben, zur Formulierung wird hier die Zylindergestalt angenommen, und 1.1.2 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, und 1.1.3 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, und 1.1.4 der Raum 1 dient beispielsweise 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, und 1.1.5 der Raum 2 dient beispielsweise 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, und 1.1.6 der Raum 3 dient beispielsweise zur Wärmeisolierung gegen die Außenseiten, er kann mit Wärmedämmstoffen gefüllt werden, und 1.1.7 der Zylinder 1 bzw. 2 bzw. 3 kann aus Stahlbeton mit oder ohne Edelstahlauskleidung bestehen, und 1.1.8 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, und 1.1.9 im Raum 1 bzw. 2 können Wärmetauscher installiert werden, um mit dem Außen die Wärme- oder Kälteübertragung auszuführen, und 1.1.10 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 eventuell nur der Zylinder 2 und der Raum 2 mit der Decke und dem Boden bestehen. Er dient z.B. zum Speichern von Wasser und CO2-Gas, und 1.2.2 wenn ein C-Speicher keinen Raum 3 und keinen Zylinder 3 mit der zugehörigen Decke und dem zugehörigen Boden hat, so wird er beispielsweise 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 eventuell mit elektrischen Generatoren vorgesehenen Wärmekraftmaschinen, die z.B. Kolbenkraftmaschinen oder Turbinen sein können und z.B. miteinander in serieller oder paralleler Weise zu verbinden sind und zwischen denen sich die Zwischenerhitzungsgeräte wie z.B. Wärmetauscher oder Heizkessel zum CO2-Heizen einschließen lassen, und 1.3.2 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 können, welche wiederum mit unterschiedlichen Wärmequellen schaltbar verbunden sind, und 1.3.3 mindestens ein CO2-Verdampfer, in dem die CO2-Flüssigkeit beispielsweise von einem S-Speicher aufgenommen wird und sie verdampft, so dass diese Verdampfungskälte über Wärmetauscher zur CO2-Gaskondensation ausgenutzt werden kann, und/oder 1.3.4 ein oder mehrere CO2-Kondensatoren, zu denen ein Teil der entspannten CO2-Fluide aus den Wärmekraftmaschinen geleitet werden kann, 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 können zu einem Behälter der Behältergruppe oder zu Raum 1 der S-Speicher geleitet werden, und/oder 1.3.5 eine oder mehrere Venturi-Düsen, 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 werden kann, wo es durch winterliche Kälte verflüssigt und dann eventuell in Raum 1 der S-Speicher aufbewahrt wird, und/oder 1.3.6 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, und 1.3.7 eine optionale Gruppe von Heizkesseln zur Verbrennung der CO2-neutralen Brennstoffe wie Pflanzstrohe und Abholze z.B. in Winterzeiten, um CO2-Fluide vor dem Eintritt in die Wärmekraftmaschinen durch ihre Verbrennungswärme zu heizen, und 1.3.8 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, und 1.3.9 ein Zentralkontrollsystem, unter dessen Kontrolle z. B. die Ventile, Wärmetauscher, Mess- und Steuerungsgeräte und andere kontrollierbaren Einrichtungen stehen können, um flexible Anpassungen von beispielsweise 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 Pflanzstrohe und Abholze beispielsweise in der Kaltzeit wie Winter genutzt werden können, und 1.5 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, und 1.6 dass zum CO2-Gasspeichern die C-Speicheranlage verwendet werden kann, 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 werden kann und dann eventuell in Raum 1 der S-Speicher aufzubewahren ist, und 1.7 dass zum CO2-Flüssigkeitspeichern die S-Speicheranlage verwendet werden kann, 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, und 1.8 dass zur Wärme- bzw. Kälteübertragung mit Warmwasser bzw. Wassereis als Arbeitsmedium die S-Speicheranlage und eventuell auch die C-Speicheranlage benutzt werden können, die eine Rolle für die Wärme- bzw. Kältespeicherung z.B. von Sommerbis zu Winterzeiten bzw. von Winter- bis zu Sommerzeiten spielen, um Kohlendioxid in den Winterzeiten bzw. Sommerzeiten zu heizen bzw. zu kühlen.Process for CO2 liquefaction and storage in a CO2 power plant, characterized in that the process is carried out on a plant system which contains the following three systems: 1.1 S storage system, which consists of several S storage systems with the following features: 1.1 .1 three containers of different sizes, which are built into each other with certain distances. They can have different shapes, the shape of a cylinder is assumed here, and 1.1.2 the innermost cylinder is called cylinder 1, the space within cylinder 1 is called space 1. The next larger cylinder is called cylinder 2, the space between cylinders 1 and 2 is called space 2. The next largest and outermost cylinder is called cylinder 3, the space between cylinders 2 and 3 is called space 3, and 1.1.3 the three cylinder containers can each have their own ceiling and floor, or a common ceiling and / or a common one Own soil. In the case of commonality, the ceiling or floor is thermally insulated from the outside, and 1.1.4 Room 1 is used, for example, to store the CO2 liquid from the cold period such as winter to the warm period such as summer and to store hot water from the warm period such as summer up to the cold period such as winter, and 1.1.5 room 2 is used, for example, to store water ice from the cold period such as winter to the warm period such as summer and to store hot water from the warm period such as summer to the cold period such as winter, and 1.1.6 of the Room 3 is used, for example, for thermal insulation against the outside, it can be filled with thermal insulation materials, and 1.1.7 the cylinder 1 or 2 or 3 can be made of reinforced concrete with or without a stainless steel lining, and 1.1.8 the room 1 or 2 or 3 has at least one inlet from the outside and one outlet to the outside or a channel that is switchable in both directions with the outside, and 1.1.9 in room 1 or 2 can heat exchange it can be installed to carry out the heat or cold transfer with the outside, and 1.1.10 in the three rooms 1, 2 and 3 there are measuring and safety devices such as humidity meters in room 3, pressure gauges, thermometers and safety valves in the rooms 1 and 2; 1.2 C storage system, which consists of several C storage systems with the following features: 1.2.1 C storage system is a variant of an S storage system, namely when the diameter of cylinder 1 of the S storage system is zero and possibly only cylinder 2 and the room 2 with the ceiling and the floor. It is used, for example, to store water and CO2 gas, and 1.2.2 if a C storage tank has no room 3 and no cylinder 3 with the associated ceiling and floor, it is used, for example, to store CO2 gas. This can be the case if, for example, there is a desert area for the construction of CO2 storage facilities, namely C or S storage facilities; 1.3 A CO2 power plant with the following features: 1.3.1 A group of heat engines that may be provided with electrical generators, which can be piston engines or turbines, for example, and are to be connected to one another in a serial or parallel manner and between which the reheating devices such as heat exchangers or Include boilers for CO2 heating, and 1.3.2 a group of containers that are used to heat the CO2 fluids for their expansion in the heat engines and / or for mixing different CO2 streams and / or for intermediate CO2 storage, in where the heat exchangers can be installed, which in turn are connected to different heat sources in a switchable manner, and 1.3.3 at least one CO2 evaporator, in which the CO2 liquid is absorbed, for example, by an S-storage tank and it evaporates, so that this evaporation cold via heat exchangers can be used for CO2 gas condensation, and / or 1.3.4 a or several CO2 condensers, to which part of the relaxed CO2 fluids from the heat engines can be conducted in order to condense it there with the cold from the stored water ice in the warm period such as summer or from the cold air in the cold period such as winter. The carbon dioxide liquefied in this way can be directed to a container of the container group or to room 1 of the S-storage tank, and / or 1.3.5 one or more Venturi nozzles through which some of the expanded CO2 fluids from the heat engines flow in such a way that the CO2 gas stored in a C storage tank can be sucked in via a pipe in winter times, where it is liquefied by the winter cold and then possibly stored in room 1 of the S storage tank, and / or 1.3.6 a group of CO2 condensers and containers that are used to liquefy the CO2 gases. The cold sources necessary for this in the warm period such as summer are stored in addition to the above Water ice cold, e.g. CO2 evaporation cooling, CO2 expansion cooling, the cold generated in the piston engines or refrigeration machines, river water cooling or other natural cooling, and 1.3.7 an optional group of boilers for burning CO2-neutral fuels such as plant straws and logs, e.g. in winter times in order to heat CO2 fluids with their combustion heat before they enter the heat engines, and 1.3.8 pipelines that connect the various components of the CO2 power plant such as containers, storage tanks, heat exchangers and heat engines and are equipped with suitable valves and measuring devices, eg flow meters, pressure gauges, thermometers, shut-off valves, check valves and reducing valves, and 1.3.9 a central control system under whose control z. B. the valves, heat exchangers, measuring and control devices and other controllable devices can be used to make flexible adjustments to, for example, CO2 storage in S or C storage, the power level of the heat engine group and / or other properties of the existing components of the CO2 power plant to enable changeable conditions such as current weather conditions and electrical power requirement changes; Whereby, 1.4 that for CO2 heating, in addition to waste heat and / or geothermal energy, solar heat or other natural heat, also the hot water heat stored in S-storage tanks and possibly in C-storage tanks and possibly the heat from the combustion of CO2-neutral fuels such as plant straw and deforestation for example, can be used in the cold period such as winter, and 1.5 that for CO2 cooling in addition to the natural cold from river water, deep earth, deep lake water or other natural coolants, the water ice cold stored in S-storage tanks and possibly in C-storage tanks, e.g. in the warm period how summer is used. The evaporation cooling of CO2 liquids, the expansion cooling of the CO2 fluids from turbines or the cooling generated in piston engines, refrigerating machines or other machines can also be used for this purpose, and 1.6 that the C storage system can be used for CO2 gas storage, which is a part receives the relaxed CO2 fluids from the heat engines, e.g. in the warm period such as summer, and then stores it until a cold period such as winter is reached, where it can be liquefied and then the S-storage tank may have to be stored in room 1, and 1.7 that The S storage system can be used to store CO2 liquids in order to absorb the CO2 liquids condensed from CO2 gases during the cold period and in winter, which are thermally insulated from the outside of the S storage tanks due to the thermal insulation layers and which may be up to can be stored in a stable manner during warm periods such as summer, and 1.8 that for heat or cold transfer with Hot water or water ice can be used as the working medium, the S storage system and possibly also the C storage system, which play a role for heat or cold storage, e.g. from summer to winter or from winter to summer to reduce carbon dioxide in the To heat or cool winter or summer times. Verfahren zur CO2-Verflüssigung und -Speicherung in einem CO2-Kraftwerk nach dem Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass CO2-Flüssigkeit so in der folgenden Reihenfolge von 2.1 bis 2.4 gespeichert oder genutzt werden kann: 2.1 Indem in der Kaltzeit wie Winter die CO2-Flüssigkeit in Raum 1 eines S-Speichers abgefüllt und der Raum 2 des S-Speichers mit Wassereis vollgefüllt und gespeichert wird sowie aufgrund der Wärmeisolierschicht im Raum 3 des S-Speichers das Wassereis gegen die Außenseiten wärmeisoliert wird und demzufolge die CO2-Flüssigkeit unter niedrigen Drücken eventuell bis zur Warmzeit wie Sommer stabil gespeichert werden kann, und 2.2 indem in der Warmzeit wie Sommer die durch Schritt 2.1 im Raum 1 gespeicherte CO2-Flüssigkeit zu ihrem Heizen aus dem Raum 1 ausgeleitet und dann in einen Behälter der Behältergruppe oder einen Verdampfer des CO2-Kraftwerks eingeleitet wird, wo sie verdampft und die dabei entstandene Verdampfungskälte zur Verflüssigung eines Teils vom entspannten CO2-Gas aus den Wärmekraftmaschinen ausgenutzt wird, sowie zugleich das Wassereis im Raum 2 zur CO2-Gaskondensation mittels Wärmetauscher verwendet wird, und schließlich der Raum 1 entleert und das Wassereis im Raum 2 komplett geschmolzen wird, und 2.3 indem in der Warmzeit wie Sommer der durch Schritt 2.2 leer gewordene Raum 1 zum Speichern von Warmwasser mit z.B. 95 °C verwendet wird und das geschmolzene Wasser im Raum 2 über Wärmetauscher zu Warmwasser bis zu z.B. 95 °C erwärmt und gespeichert wird, und 2.4 indem in der Kaltzeit wie Winter zum CO2-Heizen die durch Schritt 2.3 im Raum 1 gespeicherte Wärme vom Warmwasser durch dessen Ausfuhr und dann mittels Wärmetauscher genutzt und die Wärme vom Warmwasser im Raum 2 über Wärmetauscher ebenfalls zum CO2-Heizen verwendet wird, schließlich der Raum 1 entleert und das Warmwasser kalt wird. Dann beginnt der Schritt 2.1 erneut, und 2.5 falls die Wärmeisolierschicht im Raum 3 eines S-Speichers mit einem hinreichend großen Wärmeleitwiderstand ausgelegt wird, kann das Volumen von dem Raum 2 und Zylinder 2 des S-Speichers gleich null angesetzt werden, so dass sich die o.g. Schritte von 2.1 bis 2.4 in Bezug auf die Speicherung und Nutzung von CO2-Flüssigkeit und Warmwasser im Raum 1 gleicherweise prozessieren lassen.Process for CO2 liquefaction and storage in a CO2 power plant according to the Claim 1 , characterized in that CO2 liquid can be stored or used in the following order from 2.1 to 2.4: 2.1 By filling the CO2 liquid in room 1 of an S-storage tank and room 2 of the S-storage tank during cold periods and winter is fully filled with water ice and stored and due to the thermal insulation layer in room 3 of the S-storage the water ice is thermally insulated from the outside and therefore the CO2 liquid can be stored stably under low pressures until the warm period such as summer, and 2.2 by in the warm period like summer, the CO2 liquid stored in step 2.1 in room 1 is discharged from room 1 for heating and then fed into a container of the container group or an evaporator of the CO2 power plant, where it evaporates and the resulting evaporation cold to liquefy part is used by the relaxed CO2 gas from the heat engines, as well as the water ice in the Ra around 2 is used for CO2 gas condensation by means of a heat exchanger, and finally room 1 is emptied and the water ice in room 2 is completely melted, and 2.3 by using room 1, which has become empty through step 2.2, to store hot water with e.g. 95 ° C is used and the melted water in room 2 is heated and stored via heat exchangers to make hot water up to e.g. 95 ° C, and 2.4 by using the warm water stored in room 1 in step 2.3 in room 1 during cold periods and winter for CO2 heating its export and then used by means of a heat exchanger and the heat from the hot water in room 2 is also used for CO2 heating via heat exchangers, finally room 1 is emptied and the hot water becomes cold. Then step 2.1 begins again, and 2.5 if the thermal insulation layer in space 3 of an S-store is designed with a sufficiently large thermal resistance, the volume of space 2 and cylinder 2 of the S-store can be zero so that the above-mentioned steps from 2.1 to 2.4 with regard to the storage and use of CO2 liquid and hot water in room 1 can be processed in the same way. Verfahren zur CO2-Verflüssigung und -Speicherung in einem CO2-Kraftwerk nach dem Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Wassereis so in der folgenden Reihenfolge von 3.1 bis 3.4 gespeichert oder genutzt werden kann: 3.1 Indem in der Kaltzeit wie Winter das Wassereis in Raum 2 eines S-Speichers durch unterschiedliche Methoden abfüllt wird, beispielsweise durch Eistransport und/oder durch die Erstarrung von dort schon vorhandener oder noch einzulassender Wasserflüssigkeit, und aufgrund der Wärmeisolierschicht im Raum 3 des S-Speichers gegen die Außenseiten wärmeisoliert und aufzubewahren ist sowie zugleich der o.g. Schritt 2.1 in Bezug auf die Speicherung von CO2-Flüssigkeit im Raum 1 des S-Speichers zu beachten ist, und 3.2 indem in der Warmzeit wie Sommer das durch Schritt 3.1 im Raum 2 aufbewahrte Wassereis zur Verflüssigung von einem Teil der entspannten CO2-Gase aus den Wärmekraftmaschinen durch Wärmetauscher und seine Schmelzenthalpie komplett ausgenutzt wird und zugleich der o.g. Schritt 2.2 in Bezug auf die Nutzung der CO2-Flüssigkeit im Raum 1 zu beachten ist, und 3.3 indem in der Warmzeit wie Sommer das durch Schritt 3.2 im Raum 2 geschmolzene Wasser mittels Wärmetauscher zu Warmwasser bis zu z.B. 95 °C erwärmt und gespeichert wird und eventuell eine gewisse Menge von Warmwasser mit z.B. 95 °C in den Raum 2 einzulassen ist sowie zugleich der o.g. Schritt 2.3 in Bezug auf Speicherung von Warmwasser im Raum 1 zu beachten ist, und 3.4 indem in der Kaltzeit wie Winter das durch Schritt 3.3 im Raum 2 gespeicherte Warmwasser zum Heizen der CO2-Fluide vor dem Eintritt in die Wärmekraftmaschinen mittels Wärmetauscher ganz ausgenutzt wird und zugleich der Schritt 2.4 in Bezug auf die Nutzung vom Warmwasser im Raum 1 zu beachten ist. Dann beginnt der Schritt 3.1 erneut, und 3.5 falls der Durchmesser vom Zylinder 1 eines S-Speichers gleich null angesetzt, nämlich der S-Speicher zu einem C-Speicher abgewandelt wird, dann lassen sich die o.g. Schritte von 3.1 bis 3.4 in Bezug auf die Speicherung und Nutzung von Wassereis und Warmwasser im Raum 2 des S-Speichers gleicherweise prozessieren. Falls zusätzlich das Volumen von Raum 3 und Zylinder 3 des C-Speichers gleich null ausgelegt wird, kann z.B. CO2-Gas in der Warmzeit wie Sommer im C-Speicher gespeichert und in der Kaltzeit wie Winter mit winterlicher Kälte verflüssigt werden.Process for CO2 liquefaction and storage in a CO2 power plant according to the Claim 1 , characterized in that water ice can be stored or used in the following order from 3.1 to 3.4: 3.1 By filling the water ice in room 2 of an S-storage system in space 2 of an S-storage system by different methods, for example by ice transport and / or by the solidification of water liquid already present there or still to be admitted, and due to the heat insulating layer in room 3 of the S storage tank, it is heat-insulated from the outside and must be kept and at the same time the above step 2.1 with regard to the storage of CO2 liquid in room 1 of the S-tank Storage tank is to be observed, and 3.2 by fully utilizing the water ice stored by step 3.1 in room 2 for the liquefaction of part of the relaxed CO2 gases from the heat engines through heat exchangers and its melting enthalpy during the warm period and summer and at the same time the above step 2.2 in Regarding the use of the CO2 liquid in room 1 is to be observed, and 3.3 by heating and storing the water melted in step 3.2 in room 2 by means of a heat exchanger to warm water up to e.g. 95 ° C and possibly a certain amount of warm water with e.g. 95 ° C in room 2 and at the same time the The above step 2.3 must be observed with regard to the storage of hot water in room 1, and 3.4 by fully utilizing the hot water stored in step 3.3 in room 2 to heat the CO2 fluids before entering the heat engines by means of a heat exchanger during cold periods and winter and at the same time step 2.4 with regard to the use of hot water in room 1 must be observed. Then step 3.1 begins again, and 3.5 if the diameter of cylinder 1 of an S-memory is set to zero, namely the S-memory is modified to a C-memory, then the above-mentioned steps from 3.1 to 3.4 with respect to the Process storage and use of water ice and hot water in room 2 of the S storage tank in the same way. If, in addition, the volume of room 3 and cylinder 3 of the C storage tank is designed to be zero, CO2 gas can be stored in the C storage tank during warm periods such as summer and liquefied with winter cold in cold periods such as winter. Verfahren zur CO2-Verflüssigung und -Speicherung in einem CO2-Kraftwerk nach dem Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in Raum 1 der S-Speicher kühlgespeicherte CO2-Flüssigkeit zur Kälteproduktion durch ihre Verdampfung in einem Verdampfer verwendet werden kann, welcher mit einem CO2-Gaskondensator so verbunden ist, dass die Verdampfungskälte zur Verflüssigung eines Teils des entspannten CO2-Gases aus den Wärmekraftmaschinen im Kondensator verwendet wird. Dabei können der Verdampfer und der Kondensator eine und dieselbe Wärmeübertragungseinrichtung sein.Process for CO2 liquefaction and storage in a CO2 power plant according to the Claim 1 , characterized in that the CO2 liquid stored in room 1 of the S-storage tank can be used for cold production through its evaporation in an evaporator, which is connected to a CO2 gas condenser in such a way that the evaporative cold is used to liquefy part of the expanded CO2 Gas from the heat engines is used in the condenser. The evaporator and the condenser can be one and the same heat transfer device. Verfahren zur CO2-Verflüssigung und -Speicherung in einem CO2-Kraftwerk nach dem Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kälte, die durch die CO2-Druckminderung in den Kolbenkraftmaschinen des CO2-Kraftwerks erzeugt wird, zur Verflüssigung des CO2-Gases aus einer der restlichen Wärmekraftmaschinen des CO2-Kraftwerks mittels Wärmetauscher ausnutzen lässt.Process for CO2 liquefaction and storage in a CO2 power plant according to the Claim 1 , characterized in that the cold generated by the CO2 pressure reduction in the piston engines of the CO2 power plant can be used to liquefy the CO2 gas from one of the remaining heat engines of the CO2 power plant by means of a heat exchanger. Verfahren zur CO2-Verflüssigung und -Speicherung in einem CO2-Kraftwerk nach dem Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch CO2-Entspannung in einer Teilgruppe der Wärmekraftmaschinen des CO2-Kraftwerks entstandene Kälte zur Verflüssigung des CO2-Gases aus einer der restlichen Wärmekraftmaschinen des CO2-Kraftwerks mittels Wärmetauscher verwendet werden kann.Process for CO2 liquefaction and storage in a CO2 power plant according to the Claim 1 , characterized in that the cold created by CO2 expansion in a subgroup of the heat engines of the CO2 power plant can be used to liquefy the CO2 gas from one of the remaining heat engines of the CO2 power plant by means of a heat exchanger. Verfahren zur CO2-Verflüssigung und -Speicherung in einem CO2-Kraftwerk nach dem Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich zur CO2-Verflüssigung die Kältemaschinen z.B. mit Wasser-Ammoniak-Gemisch als Arbeitsmedium in der Warmzeit wie Sommer einsetzen lassen, die z.B. durch Solarwärme betrieben werden können.Process for CO2 liquefaction and storage in a CO2 power plant according to the Claim 1 , characterized in that the refrigeration machines can be used for CO2 liquefaction, for example with a water-ammonia mixture as a working medium in warm periods such as summer, which can be operated using solar heat, for example. Verfahren zur CO2-Verflüssigung und -Speicherung in einem CO2-Kraftwerk nach dem Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Venturi-Düse, an derer engsten Stelle durch eine Rohrleitung mit einem C-Speicher verbunden ist und durch die ein Teil der entspannten CO2-Fluide aus den Wärmekraftmaschinen durchfließt, zum Ansaugen des CO2-Gases aus dem C-Speicher eingesetzt werden kann, um den Energieverbrauch zur Verflüssigung von angesaugtem CO2-Gas in einem CO2-Kondensator zu senken. Dabei kann in der Rohrleitung ein Ventilator installiert werden, welcher das CO2-Gas aus dem C-Speicher zur Düse oder zum Kondensator befördern kann.Process for CO2 liquefaction and storage in a CO2 power plant according to the Claim 1 , characterized in that a Venturi nozzle, at the narrowest point of which is connected by a pipe to a C-store and through which some of the relaxed CO2 fluids from the heat engines flows, to suck in the CO2 gas from the C-store can be used to reduce the energy consumption for liquefying sucked-in CO2 gas in a CO2 condenser. A fan can be installed in the pipeline, which can transport the CO2 gas from the C storage tank to the nozzle or the condenser. Verfahren zur CO2-Verflüssigung und -Speicherung in einem CO2-Kraftwerk nach den Patentansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich Atomkraftwerke oder Kohlekraftwerke auf CO2-Kraftwerke umbauen lassen, wenn man zum Beispiel die folgenden Maßnahmen durchführt, 9.1 dass dort die Heizkessel für die Verbrennung von CO2-neutralen Brennstoffen wie Pflanzstrohe und Abholze oder notfalls auch von Kohlen zum CO2-Heizen unter Umständen aufgebaut werden, 9.2 dass dort eine CO2-Trennungsanlage zur CO2-Separierung aus dem Rauchgas, das durch die im Punkt 9.1 genannte Verbrennung entsteht, aufgebaut werden kann, um das dadurch getrennte Kohlendioxid in die CO2-Kraftwerke einzusetzen, 9.3 dass die sie umgebenden Brachländer und ihre genehmigten Hoch- und Tiefbaurechte zum Bau der S- und C-Speicheranlagen sowie zum Bau der CO2-Behälter genutzt werden, 9.4 dass neue CO2-Kondensationseinrichtungen unter Umständen dort aufgestellt werden, 9.5 dass ihre genehmigten Wasserrechte genutzt werden, um Kohlendioxid durch Wärme- bzw. Kälteübertragung mit Wasser als Arbeitsmedium zu heizen bzw. zu kühlen, 9.6 dass ihre eventuell vorliegenden Kühltürme zum CO2-Kühlen ausgenutzt werden, 9.7 dass ihre Wärmekraftmaschinen mit Kohlendioxid anstatt Wasser als Arbeitsmedium unter geeigneten CO2-Drücken und mit passenden CO2-Temperaturen zur Energieumwandlung weiter eingesetzt werden können, obwohl sie im Vergleich zu CO2-speziefischen Wärmekraftmaschinen unter den gleichen Bedingungen von ihrem CO2-Eingangsdruck und -temperatur sowie ihrem CO2-Ausgangsdruck und -temperatur einen niedrigeren Wirkungsgrad der Energieumwandlung aufweisen könnten, 9.8 dass ihre vorliegenden Elektroanlagen, Druckbehälter, Messgeräte, Kontroll- und Steuerungssysteme und ihre ähnlichen Bestandskomponenten umgerüstet und weiterverwendet werden.Process for CO2 liquefaction and storage in a CO2 power plant according to the Claims 1 to 8th , characterized in that nuclear power plants or coal-fired power plants can be converted to CO2 power plants if, for example, the following measures are carried out, 9.1 that there the boilers for the combustion of CO2-neutral fuels such as plant straw and wood or, if necessary, from coal to CO2 Heating can be set up under certain circumstances, 9.2 that a CO2 separation system can be set up there for the separation of CO2 from the flue gas, which is produced by the combustion mentioned in point 9.1, in order to use the separated carbon dioxide in the CO2 power plants, 9.3 that the they surrounding fallow land and their approved building and civil engineering rights are used for the construction of the S and C storage facilities as well as for the construction of the CO2 containers, 9.4 that new CO2 condensation facilities may be set up there, 9.5 that their approved water rights are used in order to To heat or cool carbon dioxide through heat or cold transfer with water as the working medium, 9.6 that any existing cooling towers can be used for CO2 cooling, 9.7 that their heat engines with carbon dioxide instead of water as the working medium under suitable CO2 pressures and with suitable CO2 temperatures can continue to be used for energy conversion, even though they are compared to CO2-specific heat engines under the same conditions of their CO2 inlet pressure and temperature as well as their CO2 outlet pressure and temperature could have a lower efficiency of energy conversion, 9.8 that their existing electrical systems, pressure vessels, measuring devices, control and control systems and their similar existing components are converted and used further . Anlagensystem für CO2-Verflüssigung und -Speicherung zur Energieumwandlung mit Kohlendioxid als Arbeitsmedium und als Energieträger, dadurch gekennzeichnet, dass das Anlagensystem eingerichtet ist zur Energieerzeugung nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-9.Plant system for CO2 liquefaction and storage for energy conversion with carbon dioxide as a working medium and as an energy carrier, characterized in that the plant system is set up to generate energy according to a method according to one of the Claims 1 - 9 .
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