WO2020200370A1 - Windenergieanlage mit co2 sammler und windenergieanlagen-co2-sammler-steuerungs- bzw. betriebsverfahren - Google Patents

Windenergieanlage mit co2 sammler und windenergieanlagen-co2-sammler-steuerungs- bzw. betriebsverfahren Download PDF

Info

Publication number
WO2020200370A1
WO2020200370A1 PCT/DE2020/100276 DE2020100276W WO2020200370A1 WO 2020200370 A1 WO2020200370 A1 WO 2020200370A1 DE 2020100276 W DE2020100276 W DE 2020100276W WO 2020200370 A1 WO2020200370 A1 WO 2020200370A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
collector
heat
carbon dioxide
dioxide recovery
recovery device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2020/100276
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg Spitzner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Clean Energy One GmbH
Original Assignee
Clean Energy One GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Clean Energy One GmbH filed Critical Clean Energy One GmbH
Publication of WO2020200370A1 publication Critical patent/WO2020200370A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/10—Combinations of wind motors with apparatus storing energy
    • F03D9/19—Combinations of wind motors with apparatus storing energy storing chemical energy, e.g. using electrolysis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1425—Regeneration of liquid absorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1456—Removing acid components
    • B01D53/1475—Removing carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
    • C10G2/50—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon dioxide with hydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/06—Polluted air
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/65—Employing advanced heat integration, e.g. Pinch technology
    • B01D2259/655—Employing advanced heat integration, e.g. Pinch technology using heat storage materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/60—Application making use of surplus or waste energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/61—Application for hydrogen and/or oxygen production
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Definitions

  • the invention relates generally to the field of renewable energy generation by means of wind turbines, both in the onshore and offshore areas, and additionally to the area of C02 outside air filtration and C02 collection, namely the area of
  • the invention relates to a wind turbine with a CO 2 collector with a machine house with a generator and electrical components, the generator and the electrical components producing heat in the form of waste heat for operational reasons and a thermally regenerable carbon dioxide recovery device
  • Adsorption collector is formed.
  • the invention also relates to a wind turbine - C02 collector - control /
  • DE 10 2017 125 415 B8 discloses a wind power plant with a CO2 collector, in particular with a fanless outside air intake device for drawing in the outside air into the wind power plant, an outside air duct for guiding the outside air drawn in through the wind power plant or at least through parts of the wind power plant up to the wind power plant rotor blades , wherein air outlets for blowing out the sucked in and guided outside air are provided in the wind turbine rotor blades and a
  • Carbon dioxide separation and / or recovery / collection device / C02 collector for carbon dioxide separation and / or recovery from the outside air with fanless air supply, the outside air being sucked in and guided through the
  • Carbon dioxide separation and / or recovery / collecting device / C02 collector is guided by means of an air duct and is guided out of the air outlets of the rotor blades, with a suction effect caused by the rotation of the wind turbine rotor blades an air flow is caused when blowing out and this ultimately causes the air flow of the outside air. Furthermore, a wind energy installation - C02 collector - control / operating method with a corresponding wind energy installation with C02
  • Wind turbine system components namely a central hub at which the two or three, currently there are essentially three, wind turbine rotor blades are combined to form a central assembly, a nacelle, which is also referred to as a nacelle, in which the mechanical drive train, namely the machine train , which includes the rotating parts such as hub, rotor shaft, possibly gearbox and corresponding bearings and seals, and furthermore the generator arranged thereon belongs to it. All of these components, in particular the electrical components, the generator and any transmission upstream of the generator generate operational heat, also referred to in this disclosure as waste heat, which has to be dissipated in some way, with corresponding heat being generated for this purpose.
  • the environment-emitting heat exchangers or cooling devices or ventilation systems for air conditioning the machine house or the nacelle have been identified as a solution and are known in the prior art.
  • Sea air which means that the wind turbine generators are at great risk of corrosion, has become more or less standard, including the use of seawater-resistant materials, the improvement of corrosion protection, the complete encapsulation of certain assemblies and the use of machine houses and towers equipped with outside air intake devices, which in turn the problem of cooling the inside of the
  • Wind turbine components are further tightened.
  • the related problem of the prior art can essentially be represented in such a way that the operationally produced heat and the waste heat without any further Use must be released into the environment, since any intermediate storage or even use would be pointless due to a lack of consumers. This release to the environment must take place, otherwise these components would be damaged if they were not cooled.
  • the object of the present invention is to use the operationally generated heat sensibly in such a way that it is not simply given off into the environment and, at the same time, synergies are created or created for both the wind turbine itself and for the CO2 collectors , whereby overall the aspects of durability,
  • Energy sources is obtained and at the same time at least C02 is filtered from the air and at least collected.
  • the essential aspect here should be the maximum CO2 yield, taking into account the energy efficiency of the entire system.
  • the wind energy installation which is equipped with a CO 2 collector, has as essential components a machine house with a generator and electrical components, the generator and the electrical components producing operationally heat in the form of waste heat, and furthermore a thermally regenerable one
  • Carbon dioxide separation and / or C02 recovery from the ambient air the carbon dioxide recovery device / the C02 collector being designed as an adsorption collector with regeneration phases and / or as a cycle-guided adsorption collector.
  • Such a wind turbine is characterized by the features essential to the invention, namely that:
  • a regeneration heat exchanger device is provided in and / or on and / or in the area of the carbon dioxide recovery device / the C02 collector
  • Heat transfer liquid are provided between the waste heat heat exchanger device and the regeneration heat exchanger device, a feed pump being provided in which circulates the heat transfer medium and / or the heat transfer liquid in a circuit between the heat exchangers,
  • the extracted operationally generated waste heat can be transported via the heat transport lines to the regeneration heat exchanger device and by means of the
  • the carbon dioxide recovery device / the C02 collector have ventilators operated with regeneratively generated electrical energy for supplying air.
  • Wind turbine on the one hand can be brought out and on the other hand useful and
  • a highly efficient regeneration of the C02 collector can be carried out, which in the prior art would otherwise have had to be regenerated with resource-wasting effort or by means of waste heat from external systems that do not belong to the wind turbine, for example through heat generated specially for the regeneration process.
  • the additional energy required for the regeneration is therefore dispensed with and the waste heat from the generator and from the machine house of the wind energy installation is also removed and used.
  • the wind energy installation with the CO 2 collector as such is operated energetically and with a synergetic effect without the need for further additional external energy, for example from a downstream synthesis installation.
  • the C02 yield is maximized, since it was recognized for the C02 collectors overall that the energy requirement for the regeneration process is higher than the energy requirement for the additional one Supply of air to the CO2 collector.
  • the wind power plant can also be designed in such a way that an electrical storage device is provided for the electrical energy generated regeneratively by the wind energy plant, this electrical storage device being able to continue to operate the fans operated with regeneratively generated electrical energy in times of power shortage, and alternatively or alternatively also complementary to the previous one
  • Design variant can be a thermal and / or chemical storage for the
  • Intermediate storage of the waste heat can be provided, whereby the operationally generated waste heat can be temporarily stored in the heat accumulator and can be used for regeneration with a time delay, so that even in times of calm wind, the C02 collectors can continue to flow with air through the correspondingly arranged fans and, in particular, can be regenerated , for example if the electrical components or the generator are none
  • Potassium carbonate at approx. 80 ° C or, in the case of an amine, at approx. 100 ° C, whereby this is fed to the wind turbine through the waste heat. If necessary, by means of
  • a corresponding temperature can be achieved than the temperature of the waste heat, but these are also in the range of 80 ° C to 100 ° C.
  • the generator of the wind energy installation can technically also be equipped with a higher Temperature can be controlled in order to be able to withdraw a higher amount of heat from the generator or to reach higher temperatures, e.g. up to 105 ° C.
  • the carbon dioxide recovery device / the C02 collector can be formed from at least two individually controllable units, the operating mode of which can be controlled individually, namely “C02 collection” and “regeneration”, so that at least one unit is run in collector mode while the other Unit is either being operated in collector mode or is being regenerated, which means that a
  • a supplementary transmission waste heat heat exchanger device for extracting operationally generated waste heat from the transmission in and / or on a transmission assigned to the generator can be provided to increase the amount of heat, at least if the system has a transmission that is connected upstream of the generator , whereby this can be controlled in parallel or as required in addition or as an alternative to the generator heat exchanger device.
  • a storage arrangement and / or a storage system can be used at the CO 2 withdrawal of the carbon dioxide recovery device / the CO 2 collector
  • a reprocessing device for C02 can be provided, which either stores or forwards the C02 or at least processes it further, with C02 and H20 being too synthetic, in particular in a particularly preferred embodiment variant
  • methane / gaseous and / or liquid hydrocarbons can be processed in a methane or Fischer-Tropsch synthesis or other suitable hydrocarbon synthesis, whereby ultimately liquid and / or gaseous fuels are artificially produced and these can be transported away via existing transport routes, such as the natural gas network or corresponding pipelines or tank trucks.
  • Hydrocarbon synthesis can also be used in addition, but by no means necessarily, any waste heat to regenerate the adsorber material, although it is very likely that not every wind energy installation in a wind farm has a corresponding one
  • Synthesis arrangement will be provided, but a central synthesis arrangement could preferably be provided which, with appropriate supply lines, processes the CO 2 collected in the many wind turbines of a wind park into liquid and / or gaseous fuels.
  • excess regeneratively generated electrical energy from the wind power plant can be used at times to operate the synthesis processes of hydrocarbon synthesis or any associated water electrolysis.
  • Synthesis processors can be operated with regenerative energy, which can be provided by the wind turbines.
  • the carbon dioxide recovery device / the C02 collector can be used as an adsorption collector with regeneration phases and / or as
  • this C02 collector could be on the
  • carbon dioxide recovery devices or C02 collectors can be arranged horizontally or vertically.
  • a vertically arranged column could be mounted outside or inside of the tower with appropriate air supply by fans operated with regeneratively generated electrical energy, so that a long adsorber path is realized.
  • the tower of a wind power installation is therefore suitable, since this structure also withstands corresponding loads from the weight.
  • the air duct can in particular be arranged at least in partial areas of the tower and / or the foundation area so that, depending on the design or arrangement of the CO 2 collector, a corresponding air supply is ensured by the fans operated with regeneratively generated electrical energy.
  • the air duct can also be implemented in large parts via pipes, for example via plastic pipes, or the fans operated with regeneratively generated electrical energy are arranged directly in front of the adsorber sections.
  • the C02 can be used in the production of synthetically produced fuels or for fertilization, fertilizers for agriculture and food production, or the like, such as mineral water production, packaging of meat products (preservation), production of dry ice or the production of plastics.
  • the ambient air is quasi-C02-filtered and the C02 is thus extracted.
  • the collector filters are saturated with C02 via an adsorption-desorption process, which can in particular be a catalytic process.
  • Heat (approx. 100 ° C) is required for desorption, which is supplied by supplying the waste heat by means of the heat transfer fluid.
  • the C02 is dissolved in gaseous form from the filter and transported away and collected or further processed.
  • a central C02 collection point is particularly useful, with this being fed via a pipeline system.
  • Wind turbine with C02 collector has the essential steps, namely:
  • Waste heat is carried out, whereby released C02 is collected and / or
  • a method that synergistically combines the CO 2 collection with the optimized generation of electricity by means of a wind energy installation or the operation of a wind energy installation.
  • Unused operational heat from the electrical components or the generator, or waste heat for short, as well as any other operationally generated supplementary or additional optional heat from any other system components such as gear or electronics can now be used from the machine house for the regeneration of the C02 collectors and does not have to be via additionally provided in the prior art
  • Ventilation and / or air conditioning systems or heat exchangers are senselessly discharged to the environment or are not generated specifically for regeneration by means of electrical heating using electricity. Complex ventilation of the machine house, especially the
  • Generators can be omitted, whereby the valuable operational waste heat is used for regeneration at the same time. It is, as it were, a synergetic process for operating a wind turbine in combination with a C02 collector.
  • controllable units is formed, with at least one unit being operated in the "C02 collecting” operating mode and at least one unit being operated at least temporarily in the "Regenerating” operating mode, or alternatively the units are continuously and simultaneously C02 collecting and thermally regenerated, with a The cycle process of the C02 collector desorbent is driven.
  • the waste heat in normal operation can be stored internally at least in certain times and / or immediately or offset in time
  • Ambient air can penetrate into the nacelle.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit CO2 Sammler mit einem Maschinenbaus mit einem Generator und elektrischen Komponenten, wobei der Generator und die elektrischen Komponenten betriebsbedingt Wärme in Form von Abwärme produzieren und einer thermisch regenerierbaren Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / einem CO2-Sammler zur Kohlenstoffdioxidabscheidung und/oder CO2-gewinnung aus der Umgebungsluft, wobei die Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / der CO2-Sammler als Adsorptionssammler mit Regenerationsphasen und /oder als kreislaufgeführter Adsorptionssammler ausgebildet ist, wobei eine Abwärme-Wärmetauschervorrichtung zur Entnahme betriebsbedingt-erzeugten Wärme in und/oder bei den elektrischen Komponenten und/oder im und/oder am Generator und/oder im Bereich des Generators vorgesehen ist und eine Regenerations-Wärmetauschervorrichtung in und/oder an und/oder im Bereich der Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / des CO2-Sammlers vorgesehen ist und Wärmetransportleitungen mit einem Wärmetransportmittel oder einer Wärmetransportflüssigkeit zwischen der Abwärme-Wärmetauschervorrichtung und der Regenerations-Wärmetauschervorrichtung vorgesehen sind, wobei eine Förderpumpe in vorgesehen ist, die das Wärmetransportmittel und/oder die Wärmetransportflüssigkeit in einem Kreis zwischen den Wärmetauschern zirkuliert, wobei die entnommene betriebsbedingt-erzeugte Abwärme über die Wärmetransportleitungen zu der Regenerations-Wärmetauschervorrichtung transportierbar ist und mittels der betriebsbedingt-erzeugten Abwärme die thermische Regeneration / CO2-Desorption der Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / des CO2-Sammlers betreibbar ist und die Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / der CO2-Sammler mit regenerativ erzeugter Elektroenergie betriebene Ventilatoren zur Luftzuführung aufweisen. Ferner betrifft die Erfindung ein Windenergieanlagen-CO2-Sammler-Steuerungs-/Betriebsverfahren mit einer Windenergieanlage mit CO2 Sammler.

Description

Windenergieanlage mit C02 Sammler und Windenergieanlagen-C02-Sammler-
Steuerungs- bzw. Betriebsverfahren
Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der erneuerbaren Energieerzeugung mittels Windenergieanlagen sowohl im Onshore- als auch im Offshore-Bereich sowie zusätzlich das Gebiet der C02 Außenluftfilterung und C02 Sammlung, nämlich den Bereich des
Environmental Engineerings (insbesondere F03D9/19).
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Windenergieanlage mit C02 Sammler mit einem Maschinenhaus mit einem Generator und elektrischen Komponenten, wobei der Generator und die elektrischen Komponenten betriebsbedingt Wärme in Form von Abwärme produzieren und einer thermisch regenerierbaren Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / einem
C02-Sammler zur Kohlenstoffdioxidabscheidung und/oder C02-gewinnung aus der
Umgebungsluft, wobei die Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / der C02-Sammler als Adsorptionssammler mit Regenerationsphasen und /oder als kreislaufgeführter
Adsorptionssammler ausgebildet ist.
Ferner betrifft die Erfindung ein Windenergieanlagen - C02-Sammler - Steuerungs- /
Betriebsverfahren mit einer Windenergieanlage mit C02 Sammler.
In den Ausführungen des Standes der Technik lässt der bereits anmelderseitig in der
Druckschrift DE 10 2017 125 415 B8 ausführlich gewürdigte Stand der Technik festhalten, auf den diesseits verwiesen wird, wobei der Inhalt dieser Druckschrift explizit mit einbezogen wird und der Erläuterung des allgemeinen Standes der Technik in Bezug auf Windenergieanlagen mit C02-Sammlern dient.
Die DE 10 2017 125 415 B8 offenbart eine Windenergieanlage mit C02 Sammler insbesondere mit einer gebläselosen Außenluft-Ansaugvorrichtung zum Ansaugen der Außenluft in die Windenergieanlage, eine Außenluft-Luftführung zur Leitung der angesaugten Außenluft durch die Windenergieanlage oder wenigstens durch Teilbereiche der Windenergieanlage bis in die Windenergieanlagenrotorblättern, wobei in den Windenergieanlagenrotorblättern Luftauslässe zum Ausblasen der angesaugten und geführten Außenluft vorgesehen sind und eine
Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / -Sammelvorrichtung / C02-Sammler zur Kohlenstoffdioxidabscheidung und/oder -gewinnung aus der Außenluft mit gebläseloser Luftzuführung, wobei die angesaugte und geführte Außenluft durch die
Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / -Sammelvorrichtung / C02-Sammler mittels einer Luftführung geführt ist und aus den Luftauslässen der Rotorblätter herausgeleitet wird, wobei eine durch Rotation der Windenergieanlagenrotorblättern bedingte Sogwirkung beim Ausblasen eine Luftströmung bewirkt wird und wobei diese die Luftströmung der Außenluft letztendlich bewirkt. Ferner wird in der Druckschrift ein Windenergieanlagen - C02-Sammler - Steuerungs- / Betriebsverfahren mit einer entsprechenden Wndenergieanlage mit C02
Sammler beschrieben.
Neben den bekannten Rotorblättern einer Wndenergieanlage gehören ferner die folgenden Komponenten zu den unter den Standortbedingungen leidenden
Windenergieanlagensystemkomponenten, nämlich eine zentrale Nabe, an der die zwei oder drei, derzeit sind es im Wesentlichen drei, Wndenergieanlagen-Rotorblätter zu einem zentralen Verband zusammengeschlossen sind, ein Maschinenhaus, das auch als Gondel bezeichnet wird, in dem der mechanische Triebstrang, nämlich der Maschinenstrang, der die drehenden Teile wie Nabe, Rotorwelle, gegebenenfalls Getriebe und entsprechende Lagerungen und Abdichtungen umfasst, angeordnet sind, und ferner gehört weiter der daran angeordnete Generator dazu. All diese Komponenten, insbesondere die elektrischen Komponenten, der Generator und ein etwaig vorhandenes dem Generator vorgeschaltetes Getriebe erzeugen eine betriebsbedingte Wärme, auch in dieser Offenbarung als Abwärme bezeichnet, die auf irgendeine Art und Weise abgeführt werden muss, wobei sich hierzu entsprechende Wärme-an- die-Umwelt-abgebende Wärmetauscher bzw. Kühlvorrichtungen bzw. Lüftungsanlagen zur Klimatisierung des Maschinenhauses bzw. der Gondel als Lösung herausgestellt haben und im Stand der Technik bekannt sind.
Ferner besteht die Möglichkeit der Ausgestaltung alternativer Antriebsstrangkonzepte, wobei beispielsweise über fluidtechnische Antriebe und Steuerungen die Leistung aus der Nabe in ein im Maschinenhaus der, im Turm der oder in einem speziellen Anbau an der Wndenergieanlage vorgesehenen Generator übertragen wird. Hierbei muss zum einen der Generator bzw. dessen Raum entsprechend belüftet und zum anderen die weiteren Systemkomponenten geschützt werden, um Schäden durch die standortbedingten Umweltbedingungen zu vermeiden.
Im Stand der Technik ist es quasi aufgrund der aggressiven, oftmals auch salzhaltigen
Meeresluft, die bewirkt, dass die Wndenergieanlagen stark korrosionsgefährdet sind, quasi Standard geworden, dass unter anderem die Verwendung meerwasserbeständiger Werkstoffe, die Verbesserung des Korrosionsschutzes, die vollständige Kapselung bestimmter Baugruppen sowie die Verwendung von mit Außenluft-Ansaugvorrichtung ausgestatteten Maschinenhäusern und Türmen erfolgt, was wiederum das Problem der Kühlung der innerhalb der
Windenergieanlage befindlichen Komponenten weiter verschärft.
Das diesbezügliche Problem des Standes der Technik lässt sich im Wesentlichen derart darstellen, dass die betriebsbedingt produzierte Wärme, die Abwärme ohne weitere Verwendung an die Umwelt abgegeben werden muss, da eine etwaige Zwischenspeicherung oder gar Nutzung auf Grund fehlender Verbraucher sinnlos wäre. Diese Abgabe an die Umwelt muss erfolgen, da diese Komponenten sonst Schaden nehmen würden, wenn diese nicht gekühlt werden würden.
Aufgabe der nunmehr darzustellenden Erfindung ist es, die betriebsbedingt erzeugte Wärme sinnvoll derart zu nutzen, dass diese nicht einfach an die Umwelt abgegeben wird und hierbei gleichzeitig Synergien sowohl für die Windenergieanlage an sich als auch für die C02-Sammler im Weiteren gebildet werden bzw. entstehen, wobei insgesamt die Aspekte Durabilität,
Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit Ziel der Erfindung sind. Es sollen nunmehr die zwei Technologien des C02-Sammelns und der Energieerzeugung mit Windenergieanlagen auf eine neuartige Weise synergetisch miteinander gekoppelt werden, um die Gesamteffizienz zu steigern, einen im Wesentlichen kontinuierlichen und harmonisierten Betrieb insbesondere der C02 Sammler zu gewährleisten, wobei gleichzeitig sauberer Strom aus erneuerbaren
Energiequellen gewonnen wird und gleichzeitig wenigstens C02 aus der Luft gefiltert und wenigstens gesammelt wird. Der wesentliche Aspekt soll hierbei der maximale C02-Ertrag unter Berücksichtigung der Energieeffizienz der Gesamtanlage sein.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Windenergieanlage mit C02 Sammler gemäß
Hauptanspruch sowie weiter mit einem Windenergieanlagen-C02-Sammler- Steuerungsverfahren gemäß dem nebengeordneten Anspruch.
Erfindungsgemäß weißt die Windenergieanlage, die mit einem C02 Sammler ausgestattet ist als wesentliche Komponenten ein Maschinenhaus mit einem Generator und elektrischen Komponenten auf, wobei der Generator und die elektrischen Komponenten betriebsbedingt Wärme in Form von Abwärme produzieren, und weiter eine thermisch regenerierbare
Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / einem C02-Sammler zur
Kohlenstoffdioxidabscheidung und/oder C02-Gewinnung aus der Umgebungsluft, wobei die Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / der C02-Sammler als Adsorptionssammler mit Regenerationsphasen und /oder als kreislaufgeführter Adsorptionssammler ausgebildet ist, auf. Gekennzeichnet ist eine derartige Windenergieanlage durch die erfindungswesentlichen Merkmale, nämlich dass :
- eine Abwärme-Wärmetauschervorrichtung zur Entnahme betriebsbedingt-erzeugten Wärme
- in und/oder bei den elektrischen Komponenten
und/oder
- im und/oder am Generator und/oder im Bereich des Generators
vorgesehen ist;
und - eine Regenerations-Wärmetauschervorrichtung in und/oder an und/oder im Bereich der Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / des C02-Sammlers vorgesehen ist
und
- Wärmetransportleitungen mit einem Wärmetransportmittel oder einer
Wärmetransportflüssigkeit zwischen der Abwärme-Wärmetauschervorrichtung und der Regenerations-Wärmetauschervorrichtung vorgesehen sind, wobei eine Förderpumpe in vorgesehen ist, die das Wärmetransportmittel und/oder die Wärmetransportflüssigkeit in einem Kreis zwischen den Wärmetauschern zirkuliert,
wobei die entnommene betriebsbedingt-erzeugte Abwärme über die Wärmetransportleitungen zu der Regenerations- Wärmetauschervorrichtung transportierbar ist und mittels der
betriebsbedingt-erzeugten Abwärme die thermische Regeneration / C02-Desorption der Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / des C02-Sammlers betreibbar ist
und
die Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / der C02-Sammler mit regenerativ erzeugter Elektroenergie betriebene Ventilatoren zur Luftzuführung aufweisen.
Durch diese Ausgestaltungsvariante kann synergetisch die Abwärme aus der
Windenergieanlage zum einen herausgeführt werden und zum anderen sinnvoll und
hocheffizient eine Regeneration des C02-Sammlers durchgeführt werden, der im Stand der Technik ansonsten mit ressourcenverschwendenden Aufwand oder mittels Abwärme aus externen nicht zur Windenergieanlage gehörenden Anlagen hätte regeneriert werden müssen, beispielsweise durch extra für den Regenerationsprozess erzeugte Wärme. Es wird also auf zusätzlich notwendige Energie für die Regeneration verzichtet und zudem die Abwärme des Generators und aus dem Maschinenhaus der Windenergieanlage entfernt und genutzt. Somit wird die Windenergieanlage mit dem C02-Sammler als solches energetisch und mit synergetischem Effekt betrieben ohne dass es weiterer zusätzlicher externer Energie, bspw. aus einer nachgeschalteten Syntheseanlage bedarf. Gerade diese lokale interne
Wärmenutzung ist energetisch besonders interessant, da nur kurze Leitungswege nötig sind und der Bedarf an Energie für die thermische Regeneration / C02-Desorption gedeckt wird, wobei gleichzeitig eine Kühlung des Generators bzw. der Komponenten effizient erfolgt und insgesamt Energie eingespart wird.
Weiter wird durch die Nutzung der regenerativ erzeugten Elektroenergie für die Luftzufuhr zu den C02-Sammlern mittels elektrischer Ventilatoren die C02-Ausbeute maximiert, da für die C02-Sammler insgesamt erkannt wurde, dass der Energiebedarf für den Regenerationsprozess höher ist als der Energiebedarf für das zusätzliche Zuführen von Luft an den C02-Sammler. Es wurde insbesondere diesseits erkannt, dass bei den im Stand der Technik befindlichen Windenergieanlagen ein großes Potential der Verbesserung in Bezug auf die Nutzung von betriebsbedingter wärme, also der Abwärme möglich ist, wobei gleichzeitig eine Erhöhung der Lebensdauer der Gesamtanlage möglich wird, da besonderes Augenmerk nunmehr auf die im Stand der Technik ungenutzte betriebsbedingte Wärme der elektrischen Komponenten sowie des Generators als auch in einer Unterausführungsvariante des etwaig vorhandenen Getriebes in dem Maschinenhaus von Windenergieanlagen gelegt wurde und diese Abwärme nun dauerhaft dem System entzogen werden kann und wird, so dass die elektrischen Komponenten und der Generator effizienter und langlebiger ihre Arbeit verrichten.
Insgesamt ergibt sich dabei eine synergetische Kombination dieser wenigstens zwei unterschiedlichen Technologien, durch deren Kombination zum Einen saubere Elektrizität hergestellt wird und zum Anderen C02 aus der Luft gewaschen bzw. gefiltert oder gesammelt wird. Beide Vorrichtungen in Kombination miteinander und entsprechend ausgestaltete
Verfahren im Weiteren sparen daher Energie ein bzw. nutzen sinnvoll die vorhandene Energie für weitere Zwecke.
In einer ersten Ausgestaltungsvariante kann die Windenergieanlage zusätzlich derart ausgestaltet sein, dass ein elektrischer Speicher für die durch die Windenergieanlage regenerativ erzeugte Elektroenergie vorgesehen ist, wobei dieser elektrische Speicher die mit regenerativ erzeugter Elektroenergie betriebenen Ventilatoren in Zeiten von Strommangel weiter betreiben kann, und alternativ oder aber auch ergänzend zu der vorherigen
Ausgestaltungsvariante kann ein thermischer und/oder chemischer Speicher für die
Zwischenspeicherung der Abwärme vorgesehen sein, wobei die betriebsbedingt-erzeugte Abwärme in dem Wärmespeicher zwischenspeicherbar ist und zeitversetzt für die Regeneration verwendbar ist, so dass auch in Zeiten von Windflauten die C02-Sammler weiter mit Luft durch die entsprechend angeordneten Ventilatoren beströmt und insbesondere regeneriert werden können, beispielsweise wenn die elektrischen Komponenten oder der Generator keine
Abwärme bzw. Strom liefert und so auf die Speicher zurückgegriffen werden kann.
An dieser Stelle sei nochmals angemerkt, dass das Regenerieren des Adsorptionsmittels durch Wärmezugabe, in der Regel abhängig vom Material und beispielsweise bei einem
KaliumCarbonat bei ca. 80°C oder bei einem Amin bei ca. 100°C, erfolgt, wobei diese durch die Abwärme der Windenergieanlage zugeführt wird. Bedarfsweise kann mittels
zwischengeschalteten Wärme-Kraft-Maschinen eine entsprechende Temperatur erzielt werden, als die Temperatur der Abwärme, wobei diese aber ebenfalls im Bereich von 80°C bis zu 100°C liegen. Alternativ kann der Generator der Windenergieanlage technisch auch mit einer höheren Temperatur angesteuert werden, um so noch eine höhere Wärmemenge dem Generator entziehen zu können bzw. höhere Temperaturen zu erreichen, bspw. bis 105°C.
Weiter kann die Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / der C02-Sammler aus wenigstens zwei einzeln ansteuerbaren Einheiten gebildet ist, wobei deren Betriebsmodus einzeln ansteuerbar ist, nämlich„C02-Sammeln“ und„Regenerieren“, so dass hierdurch wenigstens eine Einheit im Sammlerbetrieb gefahren wird, während die andere Einheit entweder auch gerade im Sammlerbetrieb gefahren wird oder eben regeneriert wird, wodurch ein
kontinuierlicher C02 Sammelprozess gewährleistet wird.
Als weitere Ausgestaltung kann zur Erhöhung der Wärmemenge eine ergänzende Getriebe- Abwärme-Wärmetauschervorrichtung zur Entnahme betriebsbedingt-erzeugter Abwärme des Getriebes im und/oder am einem dem Generator zugeordneten Getriebe vorgesehen sein, zumindest wenn die Anlage über ein Getriebe verfügt, das dem Generator vorgeschaltet ist, wobei diese parallel oder bedarfsweise ergänzend oder alternativ zu der Generator- Wärmetauschervorrichtung ansteuerbar ist.
In einer weiteren Ausgestaltungsvariante kann an der C02 Entnahme der Kohlenstoffdioxidge winnungsvorrichtung / des C02-Sammlers eine Speicheranordnung und / oder eine
Wiederaufarbeitungsvorrichtung von C02 vorgesehen werden, die entweder das C02 speichert oder weiterleitet oder zumindest weiterverarbeitet bzw. prozessiert, wobei hierbei C02 und H20 insbesondere in einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante zu synthetisch
hergestelltem Methan / gasförmigen und/oder flüssigen Kohlenwasserstoffen in einer Methan oder Fischer-Tropsch-Synthese oder anderen geeigneten Kohlenwasserstoffsynthese prozessiert werden können, wodurch letztendlich flüssige und / oder gasförmige Kraftstoffe künstlich hergestellt werden und diese über bestehende Transportwege abtransportiert werden können, wie beispielsweise das Erdgasnetz oder entsprechende Pipelines oder aber auch Tanklastwagen.
Bei Kombination der C02-Sammler mit einer entsprechend ausgestalteten
Kohlenwasserstoffsynthese kann zudem noch ergänzend, jedoch keinesfalls notwendigerweise, etwaige Abwärme zur Regeneration des Adsorbermaterials verwendet werden, wobei in einem Windpark sehr wahrscheinlich nicht jede Windenergieanlage mit einer entsprechenden
Syntheseanordnung versehen sein wird, sondern bevorzugt eine zentrale Syntheseanordnung vorgesehen werden könnte, die mit entsprechenden Versorgungsleitungen das in den vielen Windenergieanlagen eines Windparks gesammelte C02 zu flüssigen und/oder gasförmigen Kraftstoffen prozessiert. Zudem kann überschüssige regenerativ erzeugte Elektroenergie der Windenergieanlage in Zeiten dafür verwendet werden, die Syntheseprozesse der Kohlenwasserstoffsynthese oder etwaig zugehöriger Wasserelektrolysen zu betreiben.
Weiter betrachtet ist eine derartige Ausgestaltung mit einem in einem Windpark angeordneten Syntheseprozessor zur Kohlenwasserstoffherstellung durchaus sinnvoll und effizient betreibbar, so dass dezentrale Kraftstoffherstellungsmöglichkeiten gegeben sind, da diese
Syntheseprozessoren eben mit regenerativer Energie betrieben werden können, die gerade durch die Windenergieanlagen bereit gestellt werden kann.
Ferner kann in einer Ausführungsvariante die Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / der C02-Sammler als Adsorptionssammler mit Regenerationsphasen und / oder als
kreislaufgeführter Adsorptionssammler vorteilhafterweise ausgebildet, so dass je nach
Ausgestaltung quasi einerseits im Batchbetrieb zunächst ein Sammeln von C02 erfolgt und im Anschluss durch Regeneration, beispielsweise durch Temperaturzugabe, ein Abführen des gesammelten C02 erfolgt, so dass im Weiteren nach der Regeneration weiter C02 gesammelt werden kann, bzw. bei Ausgestaltung als kreislaufgeführtes Adsorbermaterial, bspw. einer Flüssigkeit, kann kontinuierlich C02 gesammelt werden und aus dem Prozess ausgebracht und weiterprozessiert werden.
Bei der Ausgestaltung der Anordnung der Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / der C02-Sammler können diese innerhalb und auch außerhalb der Windenergieanlage platziert werden. In der einfachsten Ausgestaltung könnten diese C02-Sammler auf dem
Maschinenhaus oder um den Turm herum aufgebaut werden oder aber am Fuße des Turms im Fundamentbereich vorgesehen sein, wobei sinnvollerweise eine Mehrfachanordnung sinnvoll ist, da so viele einzelne C02-Sammler vorgesehen werden können, die auch einzeln zumindest nicht unbedingt zeitgleich regeneriert werden können, so dass einzelne Sammler gerade regeneriert werden während andere Sammler noch im Sammelbetrieb arbeiten.
Diesbezüglich können Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtungen bzw. C02-Sammler horizontal oder vertikal angeordnet werden. Hierbei könnte insbesondere vielmehr außerhalb oder aber auch innerhalb, bei entsprechender Luftzuführung durch mit regenerativ erzeugter elektrischer Energie betriebenen Ventilatoren, des Turms eine vertikal angeordnete Kolonne montiert werden, so dass eine lange Adsorberstrecke realisiert wird. Insbesondere könnte hierbei mit einer Flüssigkeit gearbeitet werden, die an unterschiedlichen Höhenabschnitten in diese Reaktionsstrecke eingebracht wird und so schwerkraftbedingt nach erfolgter Adsorption nach unten tropft bzw. fließt oder vielmehr geleitet wird. Insgesamt bietet sich daher der Turm einer Windenergieanlage an, da auch diese Struktur entsprechenden Belastungen seitens des Gewichts standhält. Bei der Anordnung im oder am Turm können etliche einzelne Sammler zu einer übereinander angeordneten Sammlereinheit verschaltet werden, wodurch der normalerweise leere und nutzlose Turm eine Funktion bekommt, nämlich das Aufnehmen der C02 Sammler und deren Schutz vor Witterungseinflüssen, so dass das Adsorbieren von C02 unabhängig von den Wetterbedingungen stattfinden kann. Hierzu kann insbesondere die Luftführung wenigstens in Teilbereichen des Turms und / oder des Fundamentbereiches angeordnet sein, so dass je nach Ausgestaltung bzw. Anordnung der C02-Sammler eine entsprechende Luftzuführung durch die mit regenerativ erzeugter elektrischer Energie betriebenen Ventilatoren gewährleistet ist.
Die Luftführung kann in großen Teilen über Rohre, bspw. über Kunststoffrohre zusätzlich realisiert werden oder aber die mit regenerativ erzeugter elektrischer Energie betriebenen Ventilatoren sind unmittelbar vor den Adsorberstrecken angeordnet.
Insgesamt lässt sich das C02 für die Nutzung in der Erzeugung von synthetisch hergestellten Kraftstoffen oder zur Düngung, Dünger für die Landwirtschaft und Nahrungsherstellung, oder dgl., wie Mineralwasserherstellung, Verpackung von Fleischprodukten (Konservierung), Herstellung von Trockeneis oder Kunststoffherstellung einsetzen.
Zur Funktionsweise eines C02-Sammlers sei exemplarisch ausgeführt, dass Umgebungsluft quasi C02-gefiltert wird und so das C02 entzogen wird. Die Sammler-Filter werden über einen Adsorptions-Desorptions-Prozess mit C02 gesättigt, wobei dies insbesondere ein katalytischer Prozess sein kann. Zur Desorption wird Wärme (ca. 100°C) benötigt, die durch Zufuhr der Abwärme mittels der Wärmeüberträgerflüssigkeit zugeführt wird. Dabei wird das C02 gasförmig vom Filter gelöst und abtransportiert und gesammelt bzw. weiter prozessiert.
Durch die großflächige Verteilung der Windenergieanlagen in einem Windpark, ist eine zentrale C02 Sammelstelle besonders sinnvoll, wobei diese über ein Rohrleitungssystem gespeist wird.
Das Windenergieanlagen - C02-Sammler - Steuerungs- / Betriebsverfahren mit einer
Windenergieanlage mit C02 Sammler weist die wesentlichen Schritte auf, nämlich:
- das Erzeugen von regenerativ erzeugter elektrischer Energie durch den bestimmungsge mäßen Betrieb der Windenergieanlage;
- das parallele betriebsbedingte Erzeugen von Wärme durch wenigstens die elektrischen Komponenten und den Generator der Windenergieanlage;
- das Kühlen der elektrischen Komponenten und des Generators durch Wärmeentzug / Wärmeabtransport der betriebsbedingt-erzeugten Wärme / Abwärme und Weiterleiten der Abwärme an die Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / den C02-Sammler
wobei ein thermisches Regenerieren / C02-Desorption der Kohlenstoffdioxidge winnungsvorrichtung / der C02-Sammler mit der betriebsbedingt-erzeugten Wärme /
Abwärme durchgeführt wird, wobei freiwerdendes C02 gesammelt und/oder
weiterverarbeitet wird
und
- das Hinzuführen der Umgebungsluft zu der Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / dem C02-Sammler mit regenerativ erzeugter Elektroenergie betriebenen Ventilatoren.
Hierdurch wird in einer minimalistischen Ausgestaltung ein Verfahren angegeben, das synergetisch das C02-Sammeln mit der optimierten Elektrizitätserzeugung mittels einer Windenergieanlage bzw. dem Betrieb einer Windenergieanlage kombiniert. Ungenutzte betriebsbedingte Wärme der elektrischen Komponenten oder des Generators, kurz auch Abwärme, sowie etwaiger weiterer betriebsbedingt erzeugter ergänzender bzw. zusätzlicher optionaler Wärme von etwaig weiteren Systemkomponenten wie Getriebe oder Elektronik kann nunmehr aus dem Maschinenhauses heraus für die Regeneration der C02 Sammler genutzt werden und muss nicht über zusätzlich im bisherigen Stand der Technik vorgesehene
Belüftungs- und/oder Klimatisierungsanlagen bzw. Wärmetauscher sinnlos an die Umgebung abgeführt werden bzw. nicht extra für die Regeneration durch elektrisches Heizen mittels Strom erzeugt werden. Ein Aufwendiges Belüften des Maschinenhauses, insbesondere des
Generators kann unterbleiben, wobei gleichzeitig die kostbare betriebsbedingte Abwärme für die Regeneration verwendet wird. Es ist quasi ein synergetisch arbeitendes Verfahren zum Betrieb einer Windenergieanlage in Kombination mit einem C02-Sammler.
Es sei angemerkt, dass die entsprechende Nutzung der betriebsbedingten Abwärme der weiteren Komponenten ebenso jeweils betrachtet von besonderer ergänzender Bedeutung sein können und eben für die Regeneration der C02-Sammler verwendet werden können.
Eine weitere besondere optionale Ausgestaltung des Verfahrens ist gegeben, wenn die Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / der C02-Sammler aus wenigstens zwei
ansteuerbaren Einheiten gebildet ist, wobei wenigstens eine Einheit im Betriebsmodus„C02- Sammeln“ gefahren wird und wenigstens eine Einheit wenigstens zeitweise im Betriebsmodus „Regenerieren“ gefahren wird, oder alternativ dazu die Einheiten kontinuierlich zeitlich parallel C02-Sammeln und thermisch regeneriert werden, wobei ein Kreislaufprozess des C02- Sammler-Desorptionsmittels gefahren wird.
Im Zuge der weiteren Erfindungsverbesserung kann die Abwärme im Normalbetrieb zumindest in bestimmten Zeiten intern gespeichert und/oder unmittelbar oder zeitlich versetzt zur
Regeneration der Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / der C02-Sammler verwendet wird. Die Vorteile ergeben sich insgesamt:
- Kombination von C02-Filterung bei gleichzeitiger Stromerzeugung durch Windnutzung;
- Verzicht auf zusätzlich üblicherweise notwendige Energiequellen wie elektrische Heizer zur Regeneration der Adsorbermaterialien;
- Kühlung des Innenraums innerhalb des Maschinenraums durch Entzug der Abwärme;
- Erhöhung der Lebensdauer der Gesamtanlage, sowohl der Wndenergieanlage als auch der , C02-Sammler;
- Verzicht auf Kompressorleistung eines etwaig vorgesehenen Kompressors zur Belüftung des Maschinenhauses, da dieses entsprechend gekühlt auch hermetisch abgedichtet werden kann, so dass auch in aggressiven Umgebungen z.B. im Offshore-Bereich keine
Umgebungsluft in das Maschinenhaus eindringen kann.

Claims

A N S P R Ü C H E
1. Windenergieanlage mit C02 Sammler mit:
- einem Maschinenhaus mit einem Generator und elektrischen Komponenten, wobei der Generator und die elektrischen Komponenten betriebsbedingt Wärme in Form von Abwärme produzieren und
- einer thermisch regenerierbaren Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / einem C02- Sammler zur Kohlenstoffdioxidabscheidung und/oder C02-gewinnung aus der
Umgebungsluft,
wobei die Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / der C02-Sammler als
Adsorptionssammler mit Regenerationsphasen und /oder als kreislaufgeführter
Adsorptionssammler ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
- eine Abwärme- Wärmetauschervorrichtung zur Entnahme betriebsbedingt-erzeugten Wärme
- in und/oder bei den elektrischen Komponenten
und/oder
- im und/oder am Generator und/oder im Bereich des Generators
vorgesehen ist;
und
- eine Regenerations-Wärmetauschervorrichtung in und/oder an und/oder im Bereich der Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / des C02-Sammlers vorgesehen ist und
- Wärmetransportleitungen mit einem Wärmetransportmittel oder einer
Wärmetransportflüssigkeit zwischen der Abwärme-Wärmetauschervorrichtung und der Regenerations-Wärmetauschervorrichtung vorgesehen sind, wobei eine Förderpumpe in vorgesehen ist, die das Wärmetransportmittel und/oder die Wärmetransportflüssigkeit in einem Kreis zwischen den Wärmetauschern zirkuliert,
wobei
die entnommene betriebsbedingt-erzeugte Abwärme über die Wärmetransportleitungen zu der Regenerations- Wärmetauschervorrichtung transportierbar ist und mittels der betriebsbedingt-erzeugten Abwärme die thermische Regeneration / C02-Desorption der Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / des C02-Sammlers betreibbar ist
und
die Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / der C02-Sammler mit regenerativ erzeugter Elektroenergie betriebene Ventilatoren zur Luftzuführung aufweisen.
2. Windenergieanlage mit C02 Sammler nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
- ein elektrischer Speicher für die durch die Wndenergieanlage regenerativ erzeugte Elektroenergie vorgesehen ist, wobei dieser elektrische Speicher die mit regenerativ erzeugter Elektroenergie betriebenen Ventilatoren in Zeiten von Strommangel weiter betreiben kann
und/oder
- ein thermischer und/oder chemischer Speicher für die Zwischenspeicherung der Abwärme vorgesehen ist, wobei die betriebsbedingt-erzeugte Abwärme in dem
Wärmespeicher zwischenspeicherbar ist und zeitversetzt für die Regeneration verwendbar ist.
3. Wndenergieanlage mit C02 Sammler nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / der C02-Sammler aus wenigstens zwei einzeln ansteuerbaren Einheiten gebildet ist, wobei deren Betriebsmodus einzeln ansteuerbar ist, nämlich„C02-Sammeln“ und„Regenerieren“.
4. Wndenergieanlage mit C02 Sammler nach Anspruch 1 , 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine ergänzende Getriebe-Abwärme- Wärmetauschervorrichtung zur Entnahme betriebsbedingt-erzeugter Abwärme des Getriebes im und/oder am einem dem Generator zugeordneten Getriebe vorgesehen ist, wobei diese parallel oder bedarfsweise ergänzend oder alternativ zu der Generator-Wärmetauschervorrichtung ansteuerbar ist.
5. Wndenergieanlage mit C02 Sammler nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
an der C02 Entnahme der Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / des C02-Sammlers
- eine Speicheranordnung
und / oder
- eine Wederaufarbeitungsvorrichtung von C02 vorgesehen ist, wobei hierbei C02 und H20 ZU synthetisch hergestelltem Methan / gasförmigen und/oder flüssigen
Kohlenwasserstoffen in einer Methan- oder Fischer-Tropsch-Synthese oder anderen geeigneten Kohlenwasserstoffsynthese prozessierbar sind
angeordnet ist.
6. Windenergieanlagen - C02-Sammler - Steuerungs- / Betriebsverfahren mit einer Wndenergieanlage mit C02 Sammler nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweisend:
- das Erzeugen von regenerativ erzeugter elektrischer Energie durch den
bestimmungsgemäßen Betrieb der Windenergieanlage;
- das parallele betriebsbedingte Erzeugen von Wärme durch wenigstens die elektrischen Komponenten und den Generator der Windenergieanlage;
- das Kühlen der elektrischen Komponenten und des Generators durch Wärmeentzug / Wärmeabtransport der betriebsbedingt-erzeugten Wärme / Abwärme und Weiterleiten der Abwärme an die Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / den C02-Sammler wobei ein thermisches Regenerieren / C02-Desorption der Kohlenstoffdioxidge winnungsvorrichtung / der C02-Sammler mit der betriebsbedingt-erzeugten Wärme / Abwärme durchgeführt wird, wobei freiwerdendes C02 gesammelt und/oder weiterverarbeitet wird
und
- das Hinzuführen der Umgebungsluft zu der Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / dem C02-Sammler mit regenerativ erzeugter Elektroenergie betriebenen Ventilatoren.
7. Wndenergieanlagen - C02-Sammler - Steuerungs- / Betriebsverfahren nach dem
vorangehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass
Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / der C02-Sammler aus wenigstens zwei ansteuerbaren Einheiten gebildet ist, wobei
- wenigstens eine Einheit im Betriebsmodus„C02-Sammeln“ gefahren wird und wenigstens eine Einheit wenigstens zeitweise im Betriebsmodus„Regenerieren“ gefahren wird;
oder
- die Einheiten kontinuierlich zeitlich parallel C02-Sammeln und thermisch regeneriert werden, wobei ein Kreislaufprozess des C02-Sammler-Desorptionsmittels gefahren wird.
8. Wndenergieanlagen - C02-Sammler - Steuerungs- / Betriebsverfahren nach einem der zwei vorangehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
die Abwärme im Normalbetrieb zumindest intern gespeichert und/oder unmittelbar oder zeitlich versetzt zur Regeneration der Kohlenstoffdioxidgewinnungsvorrichtung / der C02-Sammler verwendet wird.
PCT/DE2020/100276 2019-04-05 2020-04-02 Windenergieanlage mit co2 sammler und windenergieanlagen-co2-sammler-steuerungs- bzw. betriebsverfahren Ceased WO2020200370A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019108991.3A DE102019108991A1 (de) 2019-04-05 2019-04-05 Windenergieanlage mit CO2 Sammler und Windenergieanlagen-CO2-Sammler-Steuerungs- bzw. Betriebsverfahren
DE102019108991.3 2019-04-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020200370A1 true WO2020200370A1 (de) 2020-10-08

Family

ID=70779399

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2020/100276 Ceased WO2020200370A1 (de) 2019-04-05 2020-04-02 Windenergieanlage mit co2 sammler und windenergieanlagen-co2-sammler-steuerungs- bzw. betriebsverfahren

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102019108991A1 (de)
WO (1) WO2020200370A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7992409B1 (en) * 2010-07-21 2011-08-09 Willard Cooper Cryogenic process for separation of carbon dioxide from the atmosphere using a superconducting wind turbine
WO2016161998A1 (de) * 2015-04-08 2016-10-13 Sunfire Gmbh Herstellungsverfahren sowie herstellungsanlage zur herstellung von methan / gasförmigen und/oder flüssigen kohlenwasserstoffen
DE102017125415B8 (de) 2017-10-30 2018-10-25 clean energy one gmbh Windenergieanlage mit CO2 Sammler und Windenergieanlagen-CO2-Sammler-Steuerungs- bzw. Betriebsverfahren

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006035893A1 (de) * 2006-07-31 2008-02-07 Wolf, Bodo M., Dr. Verfahren zur Wiederaufarbeitung von Verbrennungsprodukten fossiler Brennstoffe

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7992409B1 (en) * 2010-07-21 2011-08-09 Willard Cooper Cryogenic process for separation of carbon dioxide from the atmosphere using a superconducting wind turbine
WO2016161998A1 (de) * 2015-04-08 2016-10-13 Sunfire Gmbh Herstellungsverfahren sowie herstellungsanlage zur herstellung von methan / gasförmigen und/oder flüssigen kohlenwasserstoffen
DE102017125415B8 (de) 2017-10-30 2018-10-25 clean energy one gmbh Windenergieanlage mit CO2 Sammler und Windenergieanlagen-CO2-Sammler-Steuerungs- bzw. Betriebsverfahren

Also Published As

Publication number Publication date
DE102019108991A1 (de) 2020-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012214907B4 (de) Dampfkraftanlage zur Erzeugung von elektrischer Energie nach dem Oxyfuel-Verfahren
DE102014105237B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Speichern und Rückgewinnen von Energie
EP3280512B1 (de) Herstellungsverfahren sowie herstellungsanlage zur herstellung von methan / gasförmigen und/oder flüssigen kohlenwasserstoffen
DE112007000149T5 (de) Verfahren und Anlage zum Entfernen von Kohlendioxid aus Abgas von Feuerungen
DE102012103458B4 (de) Anlage und Verfahren zur ökologischen Erzeugung und Speicherung von Strom
DE102021104746B3 (de) Anlage und Verfahren zur Reduktion des Kohlenstoffdioxidanteils in atmosphärischer Luft
DE102020113447B3 (de) Kohlenstoffdioxid-Umgebungsluft-Direktsammlervorrichtung sowie Kohlenstoffdioxid-Umgebungsluft-Direktsammelverfahren
DE102015118736A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Energieversorgung und Luftkonditionierung und stationäre oder mobile Anwendung hierzu
DE102010013660A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Speicherung von Energie
DE102017125415B3 (de) Windenergieanlage mit CO2 Sammler und Windenergieanlagen-CO2-Sammler-Steuerungs- bzw. Betriebsverfahren
WO2022096614A1 (de) Anlage und verfahren zum erhalt eines vorbestimmten kohlenstoffdioxid/sauerstoff-verhältnisses in der atmosphäre
WO2020200370A1 (de) Windenergieanlage mit co2 sammler und windenergieanlagen-co2-sammler-steuerungs- bzw. betriebsverfahren
EP2805113B1 (de) Verfahren zum nachrüsten eines gasturbinenkraftwerks
DE102011117785A1 (de) Verfahren zu Energiespeicherung in unterirdischen Hohlräumen, sog. Kavernenspeicherwasserkraftwerk
DE202011004421U1 (de) Energieversorgungseinheit auf Basis Biogas zur Energieversorgung mehrerer Verbraucher
DE2751530A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur erzeugung elektrischer energie
EP4605579A2 (de) Verfahren zur erzeugung thermischer und/oder elektrischer energie
EP2932054B1 (de) Gasturbinenkraftwerk mit verbesserter flexibilisierung
EP2980371A1 (de) Verfahren zur energieumwandlung mit brennstoffregenerierung in einem cyclischen verfahren einer wärmekraftmaschine
EP4043720A1 (de) Umweltkraftwerk
WO2025125447A1 (de) Verfahren zum betreiben einer anlage zur herstellung von alkoholen und/oder kohlenwasserstoffen
DE102014202190A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von elektrischer Energie durch Vergasung von Feststoffen, insbesondere Biomasse
DE102013200101A1 (de) Gasturbinenanlage als flexibles Ausgleichskraftwerk
WO2016042073A1 (de) Kraftwerksanordnung mit einem thermalwasseraustritt am meeresboden und arbeitsverfahren dafür
DE102014003502A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Speichern und Wiedergewinnen von elektrischer Energie

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20727138

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20727138

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1