灵活运用电力的集成系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及集成工厂，其包括电热生产乙炔的工厂和发电厂，所述电热生产乙炔的工厂通过导管和所述发电厂连接，从所述电热生产乙炔的工厂获得的产物气体用于在所述发电厂中发电。所述集成工厂提供灵活使用电力的方法，其中，在电力供应量高时，操作所述电热生产乙炔的工厂，并且除了乙炔之外至少部分得到的氢和/或气态烃被储存，并且在电力供应量低时，储存的氢和/或气态烃被送入所述发电厂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及灵活运用电力的集成工厂和方法。
技术介绍
利用可再生能源，如风能、太阳能和水力发电，对于发电的重要性日益增加。典型地，电能通过长距离的、跨区域和跨国联接的电力供应网络(简称为电力网络)提供给众多用户。由于电能不能在电力网络本身内或在没有额外装置的情况下大量存储，因此必须使供给到电力网络的电能与用户方的电力需求(已知为负荷)相匹配。如大家所知，负荷随时间，特别是根据一天中的时间、一周中的日期以及一年中的时间而波动。传统地，该负荷变化被分为三个范围:基本负荷、中等负荷和峰值负荷，发电机根据其类型适当地在这三个负荷范围内使用。发电量和电力消耗的连续平衡对稳定可靠的电力供应是必要的。可能发生的短期偏差由所谓的正向或反向能量控制或功率控制来平衡。在可再生发电装置的情况下，会产生这样的困难:在诸如风能和太阳能的某些类型的情况下，发电能力并不是在所有时间都具备，也不能以特定的方式控制，而是受到例如当日时间和天气相关的波动的影响，这些仅在某些情况下可预测，并且一般不与在该特定时刻的能量需求相一致。在给定时间，波动的可再生能源的发电量和消耗量之间的差异通常必须由其他发电工厂来消除，例如燃气发电厂、燃煤发电厂和核电厂。随着波动的可再生能源正日益扩大并且占据电力供应的比重越来越大，特定时间其输出和消耗量之间的越来越大的波动必须被平衡掉。因此，即使在今天，不仅是燃气发电厂，而且越来越多的烟煤发电厂也在部分负荷运转或被关闭，以便平衡这些波动。由于发电厂的这类可变操作涉及相当多的额外费用，开发替代措施的研宄已经进行了一段时间。作为改变发电厂输出的替代或附加手段，一种方法是适应一位或多位用户所需的功率(例如需求侧管理，智能电网)。另一种方法是在可再生能源发电的高电量输出时储存部分的功率输出并在低电量输出或高消耗时取回。为此目的，即使在今天，例如抽水蓄能电站也还在使用中。另外，通过水的电解分裂以氢的形式储存电能的概念也正在开发中。此处所描述的这些措施全部涉及大量的额外成本和效率相关的能量损失。在此背景下，正在进行越来越多的尝试，以寻找平衡由于使用可再生能源(尤其是风能和太阳能)而出现的电力供应和电力消耗之间差异的更佳的可能方式。从在电弧反应器中制备乙炔的工厂可知，通过电弧的打开或关闭，其可以非常好地适应高度波动的电力供应。然而，这里存在的问题是，在这种情况下，这些工厂只有相对较低水平的利用率，因此，如果该工厂仅在有电力过剩时运转，则相对于该工厂制备的乙炔的年平均量，其投资成本非常高。基于最大可能的连续使用，至多20%的预计运行时间导致不可接受的漫长的回报时间，从而这些工厂只有在国家干预或采用不寻常的商业模式时才能有收益。这一预计是基于该工厂仅在有来自可再生能源的过剩能量时才运行的假设。此外，应当说明的是，对于可再生能源在相对长时间内供应量低的情况下，必须提供能够确保满足基本需求的发电厂。所必需的发电厂容量的提供作为商业模式必须在经济上可行，或可能由国家提供资助，因为在这种情况下，同样一方面有比较高的固定成本，另一方面有相对较短的运行时间。传统的发电厂，即基于化石能或生物能载体或核能的发电厂，可以在长时间内有计划地提供电能。然而，出于政治原因，特别是可持续发展和环境保护的原因，使用基于化石能载体或核能的工厂越来越多地被减少，而偏向于基于可再生能源的发电机。但是，这些发电机必须相对于要求进行安装，并且从其自身来讲应该在经济上可操作。从基于可再生能源的装机容量的一定程度的角度，在经济上是更可取的是安装存储容量，而不是进一步增加可再生能源的容量，从而在存在来自可再生能源的过量电力的时候，可以适当地使用和储存，当电力短缺时，电力可以由能量储存或常规发电厂来提供。如果能耗可方便地变得更加灵活，可以在此推测，显著的电力过剩或短缺的时间将变得更短。对于这些短的时期，尽管必须不顾一切地保障电力供应，但同时尽可能经济地实现这一点。
技术实现思路
因此，考虑到现有技术，本专利技术的目的是提供不受常规方法缺点影响的改进的工厂。尤其是，本专利技术的目的是发现与现有技术相比可以提高关于电能存储和利用的灵活性的方法。此外，该工厂应允许灵活操作，以便它能够特别灵活地应对在电力供应和/或需求中的任何改变，以便例如实现经济优势。与此同时，工厂应该可以用于即使在高或低电力供应的相对长的期间内存储或者提供电能。此外，本专利技术应该对供应的安全性加以改进。该工厂与该方法还应该具有尽可能高的效率。此外，根据本专利技术的方法应该允许采用传统的、广泛可用的基础设施来实现。此外，该方法应该允许以尽可能少的方法步骤来实现，但它们应该是简单和可重复的。未明确提及的其他目的可以由下文的说明书和权利要求书的总体内容看出。未明确提及的以及在本文开始部分所讨论的情形下出现的这些和其他目的通过集成工厂来实现，其通过导管连接工厂而集成了电热生产乙炔的工厂和发电厂，从而电热生产乙炔的工厂中获得的产物气体可以在发电厂中用于发电。相应地，本专利技术的主题是集成工厂，其包括电热生产乙炔的工厂和发电厂，其特征在于该电热生产乙炔的工厂和发电厂通过导管连接，并且该导管将电热生产乙炔的工厂中获得的产物气体送入发电厂。本专利技术的主题还涉及灵活用电的方法，其中，在根据本专利技术的集成工厂中，在电力供应量高的时候，操作该电热生产乙炔的工厂，并且除乙炔之外的至少部分获得的氢和/或气态烃被存储，并在电力供应量低的时候，将存储的氢和/或气态烃送至该发电厂。根据本专利技术的集成工厂和根据本专利技术的方法具有特别良好的特性范围，而常规方法和工厂的缺点可以显著地减少。特别是，已出乎意料地发现，由此可以高利用度地运行电热生产乙炔的工厂，并且在存在电能过剩的时候可经济地使用可再生能源。此外，该工厂允许可再生能源(包括风能或太阳能光电)的电力的过剩部分转换成可存储的形式。此外，在可再生能源的低供应量存在相对较长时期的时候，电能也能够以特别低成本的方式提供。电热生产乙炔的工厂可以高度动态地运行，并且因此可以可变地适应于电力供应。与此同时，该集成工厂甚至可用于在高或低电力供应量相对长的时期内存储或者提供电能。同时，可以实现集成工厂的所有部件出乎意料的长时间运行，使其可以非常经济地运行。也可以提供该电热生产乙炔的工厂的可控设计，根据电力供应来执行该控制。在根据本专利技术的方法的优选实施方案中，来自可再生能源的电力被用于电热生产乙炔。此外，该方法可以用相对较少的方法步骤来进行，这些步骤是简单且可重复的。来自可再生能源的电力使用使本专利技术的集成工厂能够提供化学衍生物而很少释放二氧化碳，因为得到的乙炔能够以极高转化率转化成许多重要的化学衍生物，并且，与替代原料相比，需要较少的额外能量供给或释放较多的热量。根据本专利技术的集成工厂用于电能的方便灵活的利用，“电能”在本文中还同义地称为电力。该集成工厂在电力供应量高时可以存储电能，特别是在电力供应量低时将电能回供入电力网络。术语“存储”在本文中是指在电力供应量高时工厂将电力转化成可存储形式，在本申请中为化学能的能力，而在电力供应较低时，此化学能可以转化为电能。在这种情况下，存储能够以共产物氢的形式发生，氢气在由甲烷或高级烃类的电热法生产乙炔时不可避免地产生。存储也能够以电热生产乙炔中所得产物的形式发生，形成乙炔时本文档来自技高网...

【技术保护点】
集成工厂(10)，其包括电热生产乙炔的工厂(12)和发电厂(14)，其特征在于，所述电热生产乙炔的工厂(12)通过导管(26，28)被连接到所述发电厂(14)，并且所述导管将在所述电热生产乙炔的工厂(12)中获得的产物气体供给至所述发电厂(14)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·马尔科夫兹，J·E·朗，R·许特，
申请(专利权)人：赢创德固赛有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE