DE2807075A1 - Verfahren zum betrieb eines heizkraftwerkes und geeignetes heizkraftwerk - Google Patents

Verfahren zum betrieb eines heizkraftwerkes und geeignetes heizkraftwerk

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Description

Daimler-Benz Akt iengese 1 1 «(.Ί-ί ft
Stuttgart-Untertürkheim 9 Q Π 7 Ί 7 K
Verfahren beim Betrieb eines Heizkraftwerkes und geeignetes Fleizkraftwerk
Die Erfindung betrifft ein Verfahren beim Betrieb eines Heizkraftwerkes ,nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Heizkraftwerk selber nach dem Oberbegriff von Anspruch 8.
Weil bei Wärmekraftmaschinen bzw. Wärmekraftanlagen wie z. B. Gasmotoren oder Gasturbinenanlagen oder auch Dampfturbinenanlagen der Wirkungsgrad bei der Erzeugung mechanischer Eneigie nur sehr gering ist, fällt ein hoher Anteil der hineingesteckten Primärenergie in Form von Abwärme an. Dies2r Abwärmeanteil bezogen auf die hineingesteckte Primärenergie beträgt größenordnungsmäßig etwa zwei Drittel. Es ist bekannt, diese Abwärme" zu Heizzwecken auszunutzen. Auch bei stationären Heizkraftwerken, deren primäre Aufgabe darin besteht, Heizenergie zentral zu erzeugen, ist'man dazu übergegangen, eine Wärmekraftanlage zu installieren, deren mechanische Antriebsenergie zur Stromerzeugung und deren Abwärmeenergie zu Heizzwecken zu verwenden. Dadurch kann insgesamt ein sehr hoher Ausnutzungsgrad der hineingesteckten Primärenergie erzielt werden fvgl. "Kommunalwirtschaft" 19 76, 63 ff).
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Dai in 12 ο 16/4
Trotz des geschilderten Vorteils einer hohen Energieausnutzung bei der Umwandlung der Primärenergie haftet der dort geschilderten Möglichkeit zur wirtschaftlichen Wärmeversorgung von Siedlungen oder größeren Einzel Objekten eine Reihe von Nachteilen an.. Ein Nachteil ist, daß die Wärmekraftanlage wegen eines auch nachts bestehenden Bedarfes an Wärme zumindest mit einer gewissen Teillast nachtsüber betrieben werden muß. Da aber die Lärmschutzbestimmungen nachts wesentlich schärfer sind als tagsüber, können bei Nachtbetrieb der Wärmekraftanlage gewisse Sch.all-Emissionswerte nur mit. unvertretbar hohem Aufwand an iaäiermaßnahmen unterschritten 'werden. Außerdem liegen die Bedarfsspitzen für elektrische Energie zum einen und für Wärmeenergie zum anderen zeitlich innerhalb eines 24-Stunden-Ablaufes unterschiedlich. Wegen dieser Zeitverschiebung der Bedarfsspitzen der beiden Energieformen kann die Anlage kaum in ihrem Optimalpunkt betrieben werden. Optimal .wäre es,wenndas Verhältnis von elektrischen Energiebedarf zu Wärmeenergiebedarf etwa dem Verhältnis von ausnützbarer mechanischer^Energie zu ausnützbarer Abwärmeenergie, also größenordnungsmäßig, etwa im Verhältnis eins zu zwei liegt. Diese Relation ist aber innerhalb eines Tagesablaufes relativ selten und nur während relativ kurzer Zeiträume gegeben.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit aufzuzeigen, wie die geschilderten Nachteile vermieden werden können, d. h., wie das ■, kombinierte Strom- und Heizkraftwerk trotz zeitlich unterschiedlich liegender Bedarfsspitzen für Strom bzw. Wärme optimal im Hinblick auf die Energieausnutzung betrieben werden kann.
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O φ Da im 12 ο 16/4
Diese Aufgabe wi.rd erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 bzw. die von Anspruch 8 gelöst.
Durch die Erfindung wird eine Speicherung von Wärmeenergie zu Zeiten relativ geringen Wärmebedarfes und eine Freigabe der gespeicherten Wärmemenge zu Zeiten höheren Wärmebedarfes gelehrt. Die dazu vorgeschlagenen Meta 11hydridspeicher haben eine sehr hohe-spezifische Speicherkapazität, die um Größenordnungen höher liegt als die spezifische Speicherkapazität herkömmlicher Speichersysteme. Wegen der hohen realisierbaren Speicherdichten ist die Verschiebung von Erzeugerspitzen auch höherer Leistungsblöcke innerhalb eines Ta.geszyklus ohne weiteres mit vertretbarem Aufwand möglich.
Metallhydridspeicher sind an sich bekannt. Es handelt sich dabei um ein verpreßtes Granulat aus Körnern bestimmter Metalle, die die Eigenschaft haben, Wasserstoff chemisch vollreversibel zu binden bzw. wieder freizugeben. Bei der Bindung von Wasserstoff wird Wärme freigesetzt und umgekehrt wird bei der Freisetzung von Wasserstoff Wärmeenergie benötigt. Das verpreßte Granulat muß genügend Hohlräume zum Durchtritt von Wasserstoff aufweisen. Zur Begünstigung des Wärmeflusses innerhalb des Preßlings können Drähte oder Metallspäne mitverpreßt sein; in hydriertem Zustand ist das Granulat nämlich ein .schlechter Wärmeleiter. Die mitverpreßten Metallspäne dürfen jedoch nicht hydrierbar sein; geeignet wären beispielsweise Kupfer oder Aluminium.
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Da im 12 ο 16/4
Die Energiespeicherung kann bei rein passiver Beteiligung des Wasserstoffes vorgenommen werden, wobei der beim Entleeren des Speichers von Wasserstoff bzw. Einspeisen von Energie der daraus freigesetzte Wasserstorr in Gasform in einem Behälter zwischenzuspeichern wäre, aus dein er bei Wassersto f fbefüllung und energetischer Entleerung des Speichers wieder entnommen werden könnte.
Die geschilderte Energieshiftung kann auch unter aktiver Beteiligung des Wasserstoffs erfolgen, indem 'der aus den Energiespeichern freigesetzte Wasserstoff in der Wärmekraftanlage verbrannt wird. Hierbei kann als Primärenergieträger ohne weiteres auch ein Kraftstoffgas verwendet werden, das Wasserstoff lediglich enthält. Aus dem in die Metallhydridspeicher einzuleitendem Gasgemisch entnimmt das speicheraktive Metall selektiv nur den Wasserstoff und läßt die übrigen Bestandteile des Gasgemisches völlig unbeteiligt wieder hindurch. Während der Ladezeit der Speicher mit Wasserstoff - Energieentleerung - kann die Wärmekraftanlage mit einem an Wasserstoff verarmten Gasgemisch als Kraftstoffgas betrieben werden. Während der Entleerung der Speicher von Wasserstoff - Energiespeicherung - kann die Wärmekraftanlage entweder mit reinem Wasserstoff oder mit Wasserstoff-angereichertem Gasgemisch betrieben werden. ■
Da Abwärme von Wärmekraftanlagcn innerhalb eines sehr breiten Temperaturspektrunis anfällt, ist es zweckmäßig, verschiedene MetallhydridspeLcher gleichzeitig zu verwenden, deren Tempe-.raturniveau unterschiedlich/liegt. Beispielsweise kann zur Ausnützung der Wärme, die im Kühlwasser einer Brennkraf tmasrhine enthalten ist, ein Niedcrtcmpcraturspeicher verwendet werden, der mit einem "Granulat lic i'spie Lsweise aus Titaneisen ge-
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-iQ. Da im 12 o1d/4
füllt ist, dessen Temperaturniveau je nach Höhe des Wasserstoffdruckes zwischen -2o und +4o C liegt. Für die Ausnutzung der im Abgas enthaltenen Abwärme der Brennkraftmaschine kann ein Hochtemperaturspeicher mit einem Granulat aus Nickelmagnesium verwendet werden, dessen Temperaturniveau im Bereich zwischen 25o und 4oo 0C liegt.
Bei der Mitverbrennung von Wasserstoff in der Wärmekraftanlage wird laufend Wasserstoffgas benötigt, welches aus anderen Primärenergieträgern, wie Kohle oder Erdgas durch Steamreforming, Kohlevergasung oder Spaltvergasung erzeugt werden muß. Dies sind exotherm ablaufende Umwandlungsprozesse. Bezogen auf die bei der Wasserstofferzeugung hineingesteckte Primärenergie ist die im erzeugten Wasserstoff enthaltene Energie je nach Art des Verfahrens bei der Wasserstofferzeugung um 15 bis 3o Prozent geringer. Diese Umwandlungsverluste belasten vom Standpunkt einer Energiebilanzierung aus das vorgeschlagene wasserstoffverbrauchende Energie-Shiftungsverfahren. Durch die finergie-Shiftung wird aber dank der stets optimal möglichen Betriebsweise des Kraftwerkes auch Energie im Vergleich zum vorbekannten kombinierten Strom-Wärme/Kraftwerk eingespart, so daß die Umwandlungsverluste bei der Wasserstofferzeugung zu-, mindest ausgeglichen werden.
Um - im volkswirtschaftlichen Rahmen gesehen - auch diese Umwandlungsverluste zu beseitigen, ist es zweckmäßig, die bei der Wasserstofferzeugung anfallende Abwärme ebenfalls zu Heizzwecken auszunutzen. Dabei können Nachfragespitzen innerhalb eines Tagesablaufes aus Wärmespeichern der geschilderten Art gedeckt werden, die zu Zeiten geringen Wärmebedarfs aus dem mit etwa konstanter Auslastung durchfahrenden Wassersto'T-Erzeugungsbetrieb wieder aufgefüllt werden. ,
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ι a Maim 12 old/4
Die Erfindung ist anhand circs in der Zeichnung dargestellten AusführungsbeiSpieles nachfolgend noch kurz erläutert; dabei zeigt die Figur nach Art eines B1ockdiagrammes schematisch ein kombiniertes Strom-Wärme-KTaftwerk mit einer Energiespeicher- und -Verschiebemöglichkeit nach der Erfindung.
Das mit einer strichpunktierten Linie umgrenzte Heizkraftwerk weist folgende wesentlichen Bestandteile auf: einen Gasmotor als Ausführungsbeispiel einer Wärmekraftanlage, ein mit ihm mechanisch gekoppelter elektrischer Generator 3, ein Gasspeicher 4, ein Spitzenlast-Heizkessel 5, mehrere Sammler für Niedertemperaturwasser (6), für Heißwasser (7), für Sattdampf (8) und fur Heißdampf (9) sowie wenigstens einen Wärmetauscher Io für das Heizwännenetζ 1 1 . Der Stromgenerator speist in das öffentliche Stromnetz 12. Die Abfuhr von elektrischer Energie bzw. von Heizwärmeenergie soll durch die Pfeile 29 bzw. 3o symbolisiert sein.
Die Brennkraftmaschine 2 ist der Wärmeerzeuger des Kraftwerkes. Rund ein Drittel der dem Motor zugeführten Primärenergie ist in dem durch die wärmeisolierte Leitung 19 abgeführten Abgas. enthalten. Rund ein weiteres Drittel der eingesetzten Primärenergie ist in dem Kühlwasserkreislauf der Brennkraftmaschine enthalten; es muß zjjr Aufrechterhaltung eines gleichbleibenden Temperaturniveaus des Gasmotors aus dem Kühlwasser laufend abgeführt werden. Zur Vermeidung von Wärmeverlusten ist auch der Vorlauf 21 des Kühlwasserkreislaufes wärmeisoliert. Der Vorlauf des Kühlwasserkreislaufes ist noch durch einen Ölwär-
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metauscher 18 der Brennkraftmaschine hindurchgeführt, um auch die im Schmieröl des Motors enthaltene Wärme noch mit ausnützen zu können.
Die heißen Abgase der Brennkraftmaschine werden durch einen Abgaswärmetauscher 15 geleitet, der wärmeaufnahmeseitig von einem Medium aus dem Sattdampfsammler 8 durchströmt wird; der wärmeaufnahmeseitige Abfluß dieses Wärmetauschers ist auf den Heißdampfsammler 9 geschaltet. Zur Ausnützung der nach Durchtritt durch den Wärmetauscher 15 noch im Abgas enthaltenen Restwärme ist ein weiterer Abgas-Restwärmetauschcr 17 vorgesehen, in dem dem·Abgas der überwiegende Teil der Restwärme entzogen wird. Das Abgas gelangt dann über den Abgaskamin 2o ins Freie; die Abgasabfuhr soll durch den Pfeil 32 symbolisiert sein. Der Restwärmetauscher 17 wird wärmeaufnahmeseitig von Wasser durchströmt, welches auf der Niedertemperaturseite mit dem Niedertemperaturwasser-Sammler 6 und auf der anderen Säte mit dem Heißwassersammler 7 verbunden ist.
In ähnlicher Weise ist der Kühlkreislauf 21/22 der Brennkraftmaschine durch einen Wärmetauscher 16 hindurchgeführt, an welchem das Kühlwasser seine Wärme ebenfalls an Wasser abgibt, welches wärmeaufnahmeseitig auf den Niedertemperaturwasser-Sammler Ci bzw. an den Ileißwasser-Sammler 7 angeschlossen ist.
Über die drei genannten Wärmetauscher für Abgas - Wärmetauscher 15 und 17 - bzw. für Kühlwasser - Wärmetauscher 16 - kann die Abwärme der Brennkraftmaschine 2 wenigstens mittelbar jedoch zeitlich unvcrzögert in das Heizwärmenetz 11 eingespeist wer-
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Da im 12 old/'l
den. Durch geeignete Anordnung von Lcitungsschaltern, die jedoch nicht dargestellt sind, kann das würmcaufnahmeseitig durch den Wärmetauscher 15 zirkulierende Medium auch durch die Wärmetauscherschlange 33 h i !!durchgeführt werden. Diese WärmetäuseherSch lange ist im Innern eines Ilochtcmperaturspcichcrs 13 angeordnet. Dank dieser Anordnung kann die im Wärmetauscher 15 vom Abgas -abgegebene Wärmemenge vollständig oder teilweise in den Metallhydridspeicher 13 überführt und darin gespeichert werden. Gasseitig ist der Metallhydridspeicher an den Gasspeicher 4 zum Befüllen mit Wasserstoff anschließbar oder er kann zum Entleeren von Wasserstoff auch gasaufnahmeseitig mit der Brennkraftmaschine 2 verbunden werden. Aufnahmefähig für Abwärme ist der Speicher, wenn ihm zugleich Wasserstoff entnommen wird.
Die .Energiespeicherdichten- von Metallhydriden, insbesondere von Hochtcmperatur-Metal1 hydriden sind sehr groß; die Werte liegen etwa bei 1,ο bis 1,8 kWh/kg Metallhydrid.
Auch die .am Wärmetauscher 16 vom Kühlwasser abgegebene Wärmemenge kann ganz oder teilweise in einem weiteren und zwar auf niedrigerem Temperaturniveau arbeitenden Metallhydridspeicher 14 aufgenommen und gespeichert werden. Die Wärme gelangt ebenfalls über eine Wärmetauscherschlange 34 in das Innere des Speichers..Die Speicherdichten von Niedertemperatur-Metallhydriden sind nicht ganz so hoch wie die von Metalihydriden des hohen Temperaturniveaus, jedoch liegen die entsprechenden Werte - etwa o,(i5 bis l,o kWh/kg Metallhydrid im Vergleich zu Speicherdichten anderer Systeme ebenfalls noch sehr hoch.
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'AU
Du im Μ ο 16/1
Die Wirkungsweise der geschilderten Anordnung ist nun kurz folgende: Überwiegt der Bedarf an elektrischer Hnergie gegenüber dem Bedarf an Wärmeenergie, so werden die Wärmetauscherschlangen 33 und 34 allein-e oder zum überwiegenden Teil an die Wärmetauscher 15 bzw. 16 angeschlossen und nur ein geringer oder gar kein Abwärmeanteil der Brennkraftmaschine gelangt auf die Sammler 6 bis 9. Dadurch wird Abwärme in den Speichern 13 bzw. 14 gespeichert und zugleich aus ihnen Wasserstoff freigesetzt, der in der Brennkraftmaschine 2 als Kraftstoffgas mit verbrannt werden kann. Bei einem Überwiegen von Wärmeenergiebedarf gegenüber dem Bedarf an elektrischer Energie kann die Brennkraftmaschine auf einen zur Deckung des elektrischen Energiebedarfs entsprechenden Tei1 lastbetrieb zurückgefahren oder ganz abgeschaltet werden. Der Wärmebedarf kann nun aus der verbleibenden geringen Abwärme des reduzierten Motorbetriebes und vor allen Dingen aus den beiden Speichern 13 und 14 heraus gedeckt werden. Dazu ist eine Zufuhr von Wasserstoff in die Speicher erforderlich, der darin reversibel gebunden wird und wobei gleichzeitig die Bindungsenthalpie■freigesetzt wird. Bei Hochtemperaturspeichern, die aus Magnesiumlegierungen bestehen, liegt diese Wärmemenge etwa bei 63 bis 8o kJ/mol II·.,. Bei einem beispielsweise aus Titaneisen bestehenden Niedertemperaturspeicher Hegen die entsprechenden Werte beispielsweise bei 31 kJ/mol Ih7 · Hank der geschilderten Speichertechnik kann das Verhältnis von momentan abgegebener elektrischer Energie zu momentan abgegebener Wärmeenergie in weiten Grenzen beliebig innerhalb eines Tagesaablaufes variiert werden. Innerhalb von Zeiträumen, die einem Vielfachen der zeitlichen Speichermöglichkeit der installierten Speicher entspricht,
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ist das zeitlich gemittclte Verhältnis von elektrischer Energie zu Wärmeenergie durch das von der Brennkraftmaschine 2 vorgegebene Verhältnis von ausnützbarer mechanischer Energie zu; ausnützbarer Abwärmcenergic bestimmt. An diesem längerfristig gemi.ttelten Verbaltnis der linergiearten kann nur in sehr beschränktem Umfang etwas geändert werden.
Durch Umfüllen von Wasserstoff zwischen den beiden Speichern 13 und 14, und zwar vom Uochtemperaturspeicher 1o in den Niedertemperaturspeichcr 14 kann ebenfalls Heizenergie nach aussen abgeführt werden, ohne daß Primärener-gie verbraucht werden muß. Die in dem wasscrsto ITaufnahmefähigen Hochtemperaturspei-cher beim Umfüllen freiwerdende Bindungsenthalpie (z.B. 63 kJ/mql fU·} ist nämlich größer als die im Niedertemperaturspeicher zum Freisetzen des Wasserstoffes erforderliche Freisetzungsenthälpie (z. B. 3 1 kJ/mol H2). Dieser Unterschied der Enthalpien kann nach außen abgeführt werden. Die im Niedertemperaturspeicher erforderliche Freisetzungsenthaipie kann bei gleichzeitigem elektrischen Energiebedarf durch Motorabwärme beispielsweise aus dem Kühlwasserkreislauf aufgebracht: werden. Da hierbei die Abgasabwärme im Hochtemperaturspeidier nicht benötigt wird - dieser produziert im Gegen- " teil selber Wärme -,.kann bei Aufrechterhaltung des Motorbetriebes während einer Speicherumfüllung die Abgasabwärme ohne Zwischenspeicherung gleich zu Heizzwecken ebenfalls nach außen abgeführt werden. Sollte während des Umfüll Vorganges keine elektrische Energiejbenötigt werden, so kann die Brennkraftmaschine abgeschaltet werden. Die im Niedertemperaturspeicher erforderliche Freisetzungsenthalpie müßte dann aus der im Hochtemperaturspeicher freiwerdende Bindungsenthalpie mit gedeckt werden. Der nach außen abführbare Gesamtbetrag
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j, na im 12 o16/4
-/IIP·
an Heizenergie ist- dann im wesentlichen auf den Unterschied der Enthalpien beschränkt.
Es sei hier der Vollständigkeit h-alber noch erwähnt, daß der Hochfemper'aturspeicher aus kaltem bzw. raumwarmem Zustand heraus durch Wärmezufuhr auf eine bestimmte, etwa bei 25o bis 3oo °C liegende Aktivierungstemperatur gebracht werden muß, bevor eine Wasserstoffaufnahme bzw. Wasserstoffabgabe mit einer praktisch brauchbaren Reaktiongeschwindigkeit erfolgen kann. Beim Befüllen des Hochtemperaturspeichers mit Wasserstoff kann die Wärmezufuhr für die Aktivierung abgesetzt werden, sobald die Aktivierungstemperatur erreicht ist.1 Durch weitere Wasserstoffzufuhr hält der Speicher dann dank der hohen Reaktionskinetik diese Temperatur selber aufrecht und ist dabei überdies in der Lage, Wärmeenergie nach außen abzuführen. Beim Entleeren des Hochtemperaturspeichers von Wasserstoff - thermisches Befüllen - muß selbstverständlich auch über die Aktivierungsphase hinaus die Wärmezufuhr afrechterhalten warden. Die Niedertemperaturspeicher haben bereits bei Raumtemperatur eine ausreichend hohe Reaktionskinetik, so daß bei ihnen eine Aktivierung entbehrlich ist.
Die Wärmezufuhr zum Hochtemperaturspeicher während der Aktivierungszeit kann aus der Abgasabwärme der Brennkraftmaschine erfolgen, was insbesondere dann angezeigt ist, wenn im Kraftwerk sonst keine Wärmeträger einer ausreichend hohen Temperatur und in ausreichend großer Menge zur Verfügung stehen. Es wäre aber auch denkbar, den Hochtemperaturspeicher aus dem Heißdampfsammler des Kraftwerkes zu aktivieren, der seinerseits im Falle un:u reichender Kapazität laufend aus der Abgasabwärme gespeist würde.
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In diesem Fall würde die Aktivierung mittelbar aus der Motorabwärme erfolgen.
Außer einer Verwendung von Abwärme der Brennkraftmaschine 2 kann'noch eine Ausnutzung der Wärme der Umgebungsluft in Betracht kommen. Zu diesem Zweck ist ein weiterer Niedertemperaturspeicher 23 im dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen, in den wärmeaufhahmcseitig bzw. wärmeabgabesei tig zwei Wärmeaustauscherschlangen 35 und 36 hineingeführt sind. Die eine Wärmeaustauscherschlange 35 ist mit einem Luftkühler 25 verbunden, dem Umgebungsluft 28 über einen Ventilator 26 zugeführt werden kann. Die andere Wärmeaustauscherschlange 36 ist "auf einen Wärmetauscher 24 geschaltet, über den während des Befüllens des Speichers mit Wasserstoff die freiwerdende Bindungsenthalpie an den Hcißwasscrsammler 7 abgeführt und zu Hei ζ zwecken ausgenützt werden kann. In dem den Luftwärmetauscher 25 verlassenden Luftstrom ist ein weiterer Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher 25a angeordnet, über den einem nach außen geführten Kältemittelkreislauf Kälteenergie zugeführt werden kann, was durch den nach außen geführten Pfeil 31 symbolisiert sein soll. Der weitere Niedertemperaturspeicher 23 ist gassei-., tig sowohl mit dem Gasspeicher 4 zum Auffüllen mit Wasserstoff" als auch mit dem Motor 2 zum Entleeren von Wasserstoff verbindbar.
Die Wirkungsweise dieser zuletzt geschilderten zusätzlichen Anordnung ist nun kurz folgende: Der Niedertemperaturspeicher 23 arbeitet bei einem solchen Wasserstoffdruck, bei dem das Temperaturniveau dieses Speichers in Gefrierpunktnähe oder sogar darunter liegt. Hin derartig niedriges Temperaturniveau ist
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mit einem Titaneisenspeicher und einem Wasserstoffdruck im Bereich von 1 bar ohne weiteres realisierbar. Dank des niedrigen Temperaturniveaus kann der Speicher 23 während der Ladezeit, in
in der er mit Wasserstoff aufgefüllt und/der Bindungsenthalpie freigesetzt wird, durch Ausnutzen dieser Energie über den Wärmetauscher 24 und die Wärmeaustauschschlange 36 zu Heizzwecken auf gleicher Temperatur gehalten werden. Dieser Betriebszustand ist dann angezeigt, wenn nur wenig Kälte oder Klimatisierungsenergie benötigt wird, z. B. nachts. Zu Zeiten eines erhöhten Kälteenergiebedarfes, beispielsweise tagsüber, wird der Speicher 23 von Wasserstoff entleert. Dabei muß Freisetzungsenthalpie aigeführt werden, die sich das Metall des Speichers aus der unmittelbaren Umgebung selber holt. D. h., der Speicher hat während der Entleerungszeit das Bestreben, sich sehr stark abzukühlen; er wirjct als Kältequelle. Diese Kälteenergie kann über die Wärmetauscherschlange 35 und den Wärmetauscher 25 zunächst an die Umgebungsluft abgegeben werden, die sich auf etwa -6 r>is +6 0C abkühlt. Mit der Kälteenergie dieser kalten Luft kann über den Wärmetauscher 25a ein nach außen führender Kältemittelkreislauf gespeist werden. Die abgeführte Kälteenergie (Pfeil 31) kann zu Zwecken der Raumklimatisierung, zur Kälteerzeugung in Kalthäusern oder für Kunsteisbahnen verwendet werden. Es wäre ■ auch eine Abuhr der Kälteenergie aus dem Speicher 23 während der Wasserstoffentleerung ohne den Umweg über die Umgebungsluft denkbar. Der nach außen führende Kühlkreislauf könnte unmittelbar an die Kühlschlange 35 anschließen.
Die dem Kraftwerk 1 in Gasform zugeführte Primärenergie (Pfeil 27) gelangt über Gasleitungen von einer Wasserstofferzeugungsanlage zu dem Kraftwerk. Die bei der Wasserstofferzeugung anfallende Abwärme
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Da im 12 ο 10/4
kann in ähnlicher-Weise wie im Kraftwerk 1 ebenfalls in Metal 1-hydriden hoher Speicherdichte zwischengcspcichcrt und entsprechend dem Bedarf von Heizenergie aus den Speichern wieder abgegeben werden. Dadurch kann einerseits ein konstanter Retrieb bei der Wasserstofferzeugung aufrechterhalten werden, andererseits kann jedoch die anfallende Abwärme voll nutzbringend zu Heizzweeken ausgenützt werden. Dadurch können die Vorteile der an Wasserstoff gebundenenKnergieshiftung in dem kombinierten Strom-Warme-Kraftwerk voll zur Geltung kommen; die in \rolkswirtschaftlichem Rahmen gezogene Energiebilanz von Energieeintrag und Energieausnutzung ist dabei optimal.
Durch zusätzliche Installation einer Wärmepumpe 37 einschließlich der dazu erforderlichen nicht dargestellten Anlagenteile in dem Heizkraftwerk kann auch in längerfristigem Rahmen von mehreren Speicherzyklen ein Verhältnis elektrischer zu Heizenergie von weniger als eins zu zwei, z. B. eins zu fünf oder noch geringer gefahren werden, ja es kann auf ausschließliche Heizenergieerzeugüng übergegangen werden. Dabei können die Vorteile einer .Wärmepumpenanlage , näml ich die Ausnutzung der Umgebungswärme und Gewinnung von nutzbarer Heizenergie daraus mit relativ geringem Energieeinsatz , voll zur Geltung gebracht werden. Die Abwärmemengen aus dem Antrieb der Wärmepumpe werden dabei ja weitestgehend ebenfalls nutzbringen verwertet.
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Claims (1)

  1. i);i i in I e r-BcMi". Ak t i (.muu'm- ι 1 μ li.i ft
    St ut t ga rt -Un t c rt Γι ι kiio i in Da im IJ old/1
    Ansprüche
    T) Verfahren heim Betrieb eines Heizkraftwerkes, welches eine sowohl mechanische Antriebsenergie als auch Abwärme erzeugende Wärmekraftanlage, insbesondere eine Brennkraftmaschine enthält, welche mechanische Antriebsenergie zum Antreiben von Arbeitsmaschinen der Energieversorgung, insbesondere von elektrischen Generatoren und welche Abwärme zu Heizzwecken ausgenutzt wird, gekennzeichnet 'du r Ch die Kombination folgender Maßnahmen:
    a) Während Zeiten geringen Energiebedarfes, insbesondere nachts, wird die Wärmekraftanlage (2) stillgesetzt oder bei geringer Teillast gefahren, Wasserstoff in einen wassersto ffaufnähme fähigen Metal 1hydridspeicher (15 oder 14) geleitet, darin chemisch reversibel gebunden und die dabei freigesetzte Bindungsenthalpie zu Heizzwecken ausgenutzt (Ladezeit);
    b) während Zeiten höheren linergiebedarfes, insbesondere tagsüber, wird^die Wärmekraftanlage (2) bei höheren Lastzuständen in Betrieb gehalten, Wasserstoff aus einem uassersto ffabgabefähigen Metal 1hydridspeicher (13 oder 14) entnommen und die dafür erforderliche Preisetzungsentha1 pie durch Abwärme der Wärmekraftanlage (2) oder durch Umgebungsluft (28) aufgebracht (fintleerungszeit).
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    Da im 12 οίο/Ι
    2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet , daß die Wärmekraftanlage (2) mit einem Wasserstoff wenigstens enthaltenden gasförmigen Kraftstoffgas betrieben wird, daß dicse.r dem Metallhydridspeicher f T oder H) während der Ladezeit zugeleitet wird, welcher aus dem Kraftstoffgas selektiv den Wasserstoff bindet und daß der während der Ent 1eerungszeit des Metallhydridspeichers C 7 3 oder 14) freigesetzte Wasserstoff zum Betrieb der Wärmekraftanlage (2) als Kraftstoffgas verwendet oder mitverwendet wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e .kennzeichnet , daß Metallhydridspeicher (13 und 14) unterschiedlicher Temperaturniveaus gleichzeitig verwendet werden und damit ein breiteres Temperaturspektrum beim Anfall von Abwärme (19, 21) der Wärmekraftanlage (2) abgedeckt wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 3,- dadurch gekennzeichnet , daß die Freisetzungsenthalpie eines Metallhydridspeichers (23) mit niedrigem Temperaturniveau (Niedertemperaturspeicher) während der Entleerungszeit durch Umgebungsluft (28) aufgebracht wird und daß die dabei unter Umgebungstemperatur abgekühlte Luft wenigstens mittelbar zum Kühleji von Räumen oder Gütern unter Umgebungstemperatur genutet wird (3o.
    909834/035S
    Da im IJ olo/l
    5". Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch g e kennzei chnet , daß während Zeiten geringen Energiebedarfes die Wärmekraftanlage (2) stillgesetzt oder bei niedriger Teillast betrieben wird und daß Wasserstoff von einem wasserstoffabgabefähigen Niedertemperaturspeicher (14) in einen wasserstoffaufnahme fähigen Hochtemperaturspeicher (13) umgefüllt wird, wobei wenigstens der den" Betrag der im Niedertemperaturspeicher (14) benötigten Freisetzungsenthalpie übersteigende Betrag an im Hochtemperaturspeicher (13) freigesetzter Bindungsenthalpie zu Heizzwecken ausgenutzt wird.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer gegebenenfalls örtlich getrennt angeordneten Wasserstofferzeugung ζ. B. in Form von Steamreforming, Kohlevergasung oder Spaltvergasung, dadurch gekennzeichnet , daß die bei der Wasserstofferzeugung anfallende Abwärme zu Heizzwecken ausgenützt wird.
    7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Abwärme ebenfalls in Metallhydridspeichern zwischengespeichert und zeitlich nach Maß-" gäbe des Bedarfes an Wärmeverbraucher abgegeben wird.
    8. Heizkraftwerk mit einer sowohl mechanische Antriebsenergie als auch Abwärme erzeugenden Wärmekraftanlage, insbesondere einer Brennkraftmaschine, welche antriebsmäßig mit einer Arbeitsmaschine der Pinergieversorgung, insbesondere mit
    09834/0356
    naim 12 o16/4 .
    einem elektrischen Generator gekoppelt ist und deren Abwärme erzeugende Stelle in wärmeaustauschender Verbindung wenigstens mittelbar an Wärmeverbraucher gekoppelt sind, d a d ü r c h g c k e η η ζ c i c h η e t , daß wenigstens ein kühl- und heizbarer wasserstoffdicht gekapselter Metallhydridspcicher (13 oder 14) mit Gaszu- bzw. -abfuhr vorgesehen ist, an den wahlweise die Wärmeverbraucher (11) oder die Abwärme erzeugenden Stellen (19, 21) der Kraftanlage (2) wärmeübertragend anschließbar sind und daß die Metallhydridspeicher (15, 14) gasseitig wahlweise entweder mit einer Wasserstoff wenigstens enthaltenden Gasquelle (4) oder mit einem Verbraucher (2) von Wasserstoff anschließbar sind.
    9. Heizkraftwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Wärmekraftanlage (2) auf Gasbetrieb ausgelegt und der Wasserstoff-Verbraucher bzw. ein Verbraucher von Wasserstoff wenigstens enthaltendem Gas ist.
    1o. Heizkraftwerk nach Anspruch 8 oder 9 mit einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens ein Metallhydridspeicher (14) mit niedrigem Temperaturniveau (Niedertemperaturspeicher) und ein Metallhydridspeicher (13) mit hohem Temperaturniveau (Hochtemperaturspeicher) vorgesehen ist und daß der Kühlkreislauf C21, 22) der Brennkraftmaschine (2) wärmeaustauschend an den Niedertemperaturspeicher (14) und der Abgasstrom (19) der Brennkraftmaschine (2) wärmeaustauschend an den Hochtcmperaturspeichcr (13) ankoppelbar ist.
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    •C. üaim 12 o16/4
    11. Heizkraftwerk nach Anspruch lo, dadurch g e k e ii η zeichnet , daß der oder ein Niedertemperaturspeicher (23) wenigstens.mittelbar mit Umgebungsluft (28) im Wärmeaustausch schaltbar ist.
    12. Heizkraftwerk nach Anspruch Io oder 11, dadurch gekennzeichnet , daß der Niederteniperaturspcieher (14) und der Hochteinperaturspe Icher (13) gasseitig miteinander koppel bar sind.
    13. Heizkraftwerk nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle oder zusätzlich zu einem elektrischen Generator (3) auch eine Wärmepumpe (37) an die Wärmekraftanlage (2) ankoppelbar ist.
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß zu Zeiten geringen oder gar keines elektrischen Finergiebedarfes die mechanische Antriebsenergie der Wärmekraftanlage (2) zum Antreiben einer Wärmepumpe (37) und somit zur Gewinnung von Wärmeenergie aus der Umgebungswärme ausgenutzt wird.
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