实施耗热程序的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于实施吸热程序的方法，其特征在于该吸热程序一年平均所需的总能量源自至少两种不同能源。一种能源为功率在所需总功率的0-100％范围内变化的电能源，且三种不同能量模式可各自提供该耗热程序所需的总功率：(i)仅电能，(ii)电能与至少一种其他非电能源的混合，或(iii)仅非电能。完成由一种能量模式变化为另一能量模式的转换时间不超过30分钟。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种实施耗热程序的方法，其中有效利用具有时间依赖性输出的电能。由于化石能源载体的成本提高且市场调节措施使得基于可再生能源的发电技术在经济上具有吸引力，因此可再生能源在整个发电中的比例(2011年在德国已为20％)将在随后几年内显著提高，且该情况将保持。与进一步技术开发相关的比资金成本的降低也将对此有促进作用。问题在于太阳、风和水的可用性随时间推移并非恒定，此外，其可用性难以预测。自二十世纪八十年代以来，储存且因此利用可再生能源的问题即成为讨论的主题。尽管使用可再生能源，但为了能为能量使用者(例如化学工业)提供恒定电压的电功率，能量供应者尤其考虑以下内容：US4,776,171描述了一种能量产生及管理系统，其由多个可再生能源和多个能量储存源以及多个控制及配电站组成以满足工业需求。在US4,776,171中，未使用传统能源且因此未描述电能源与非电能源的组合。同样，US2011/0081586描述了一种可再生能源与电化学或电解电池的组合，其中电化学或电解电池可补偿可再生能源的波动，从而使后者可持续使用。因此未公开电能源与非电能源的组合。US2008/0303348公开了仅基于可再生能源的发电站，然而其使需求依赖性控制成为可能。US2008/0303348描述了风能、太阳能和源自生物质燃烧的能量的组合。据称该发电站可在三种能源之间平稳且自发地变化以在任何时间廉价地满足相应需求。然而，问题在于仅使用可再生能源是否可满足例如化学高温程序的全年需求。也考虑在化学程序中直接利用太阳能而不预先在发电站中使太阳能波动变平稳。US4,668,494描述了一种利用太阳能制备氨的方法，包括烃的蒸汽重整或含碳燃料的气化且使产物与氨合成气反应以及将氨合成气转化成氨。烃蒸汽重整或含碳燃料气化所需的热量由传热流体提供；当太阳能可用时，首先由太阳能加热传热流体，其次作为太阳能功率的函数通过燃烧一部分氨来提供所需的热量总量。据称在太阳能输入达最大的白天中间时段，氨燃烧器在最低可能的燃烧率下操作。此外，据称尽管太阳能理论上可满足氨合成的全部能量需求，但氨燃烧器的停机和重启是完全不实际的。与现有技术相比，US4,668,494中所述方法的优点为节省用于均衡太阳能波动的发电站。此外，将反应室与热源去耦是有利的。此外，灵活使用各种热源及整个程序的简单可调性是有利的。除上文所述的无法在可接受时间内使氨燃烧器停止运转和再启动之外，缺点在于使用传热流体时与其相关的昂贵处理以及尤其在高温范围内产生的热输送阻力所造成的损耗。此外，US4,668,494中所述的方法具有以下缺点：在无太阳辐射时，必须燃烧目标产物氨以保持整个方法运转。例如，在Mannheim(德国第八大阳光充足城市)，US4,668,494方法的重整器被太阳能加热至约18％的程度；这对应于需要燃烧约35％所产生的氨。在不久的将来，由于向电力网引入愈来愈高比例的来自太阳、风和水的可再生能源所产生的功率尖峰将甚至更频繁地出现，且仅可被功率消费者不完全接受，因此在功率市场上作为过剩功率以远低于发电成本或以能量含量计以低于具有相同焦耳值的化石燃料的价格或零价格(即不考虑)或甚至以负价格提供。为了防止发生电压和频率波动或者甚至电力网故障，必须使馈送至电力网的功率量始终对应于电流消耗，因为否则的话，与电力网连接的电负载可被破坏。目前，短期功率波动由作为电力网操作者系统服务的一部分的尖峰负载发电站补偿。合适的尖峰负载发电站例如为抽水或压缩空气储能发电站。这些发电站可在发电与功率消耗之间迅速调节且可在数分钟内变化以将可用的过剩电能转化成另一形式的能量。在抽水储能发电站的情况下，从较低水平抽水至较高水平以用于该目的，而在压缩空气储能的情况下，借助压缩机提高所蓄空气的压力。减去转化损耗的该能量可在功率需求超过来自基本负载和中间负载的当前功率产生时再次用于功率产生。压缩空气储能具有以下优点：其可长时间吸收功率且可在极短时间内向电力网再次释放多份其所吸收的功率。例如，可在周末夜间时间内吸收功率，且该能量可在周间晚高峰1-2小时内以多份所吸收功率的形式释放。然而，由于仅在少数地方才存在必要地理和地质条件以及需要官方批准，因此仅可以以有限数量和有限容量提供该类发电站。此外，压缩空气储能发电站具有约40-50％的较低效率。在德国，可再生能源法保证可再生能源生产者优先输入电力网。因此，例如，当所有快速可用功率储存可能性已满载且中等负载发电站的负载降低过于迟滞时，短暂的高发风可能导致功率过度供应。在这种情况下，该过剩功率在功率市场上以极低，有时甚至为负的价格提供。这意味着有时卖方支付给获得该功率的买方。2012年欧洲能源交易所EEX单日市场上的最低价格为约200€/MWh。与此相比，例如当大型发电站关闭时，也可出现极高的价格。因此，2012年EEX现货市场上的最高价格为约550€/MWh。尽管已采取所有电力网优化和电力网扩展措施，但仍存在由于超容量或缺乏输送容量而导致不可避免地下调可再生发电厂的情况，且这必须由电力网中导致该下调原因的电力网业者支付。在2010年，127GWh受这些输入管理措施的影响，且必须支付约10百万€作为补偿(联邦电力网管理局2011年监测报告)。将具有不同速度的调节电路用于电网中的频率调节：一级调节具有小于30秒的响应时间，二级调节具有小于7.5分钟的响应时间，且最后三级调节允许更长的响应时间。一级和二级调节自动触发且直接作用于发电站运转的操作状态。三级调节(或分钟备用)通常由组织措施启动。分钟响应可为正(在功率需求增加的情况下)或负(在功率需求降低的情况下)的。正分钟备用通常通过开启备用发电站而启动。负分钟备用需要能量消费者。根据现有技术，为此使用抽水储能发电站以及大型发电站中的容量变化和耦合热电厂以及最终消费者(例如电弧炉或冷冻库)。然而，其容量在不同区域分配不均(参见IDOS报告)。另外，可设想由于可再生能源扩展，负分钟备用的需求将增加。在2010年，由四位德国电力网业者号召的负分钟备用总计为约850GWh(参见IDOS报告，图1)。这大致对应于具有200 000居民的城市的平均年功耗。上述问题可通过充分利用可迅速充电和放电的能量储存器来克服。然而，目前研究的储存技术(例如电池组、飞轮、电容器、高温储存器)迄今为止尚未在市场上确立，因为首先，比资金成本过高，其次，尚未解决诸...

【技术保护点】
一种实施耗热程序的方法，其中该耗热程序一年平均所需的总能量源自至少两种不同的能源，其中一种能源为功率在该所需总功率的0‑100％范围内变化的电能源，且三种的不同能量模式可各自提供该耗热程序所需的总功率：(i)仅电能，(ii)电能与至少一种其他非电能源的混合，或(iii)仅非电能，其中完成自一种能量模式变化为另一能量模式的转换时间不超过30分钟。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.12.13 DE 102012024387.1;2012.12.18 EP 12197731.一种实施耗热程序的方法，其中该耗热程序一年平均所需的总能量
源自至少两种不同的能源，其中一种能源为功率在该所需总功率的0-100％
范围内变化的电能源，且三种的不同能量模式可各自提供该耗热程序所需
的总功率：(i)仅电能，(ii)电能与至少一种其他非电能源的混合，或(iii)仅
非电能，其中完成自一种能量模式变化为另一能量模式的转换时间不超过
30分钟。
2.如权利要求1的方法，其中功率在所需总功率的0-100％范围内变化
的电能源的效率大于90％。
3.如权利要求1或2的方法，其中所用电能的至少75％由过剩功率和/
或夜间功率提供。
4.如权利要求1-3中任一项的方法，其中平均一年，该耗热程序所需总
能量的至少10％获自具有波动功率输出的电能源。
5.如权利要求1或4的方法，其中借助电功率加热一个或多个工艺流，
该工艺流的热量随后用于该耗...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·马赫哈默，W·A·霍尔穆特，C·施耐德，A·伯德，V·戈克，HJ·马斯，M·科恩，D·克林勒，R·柯尼格，P·布吕格曼，J·贝尔纳特，G·科利欧斯，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，林德股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE