DE212022000336U1

DE212022000336U1 - Energieerzeugungssystem für eine nicht-traditionelle Quelle eines brennbaren Fluids

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Publication number: DE212022000336U1
Application number: DE212022000336.5U
Authority: DE
Original assignee: Trane International Inc
Current assignee: Trane International Inc
Priority date: 2021-11-29
Filing date: 2022-11-22
Publication date: 2024-08-12
Anticipated expiration: 2032-11-23
Also published as: US11643949B1; US12110812B2; WO2023094991A1; US20250137389A1; US20230212961A1; CN222121612U

Abstract

Energieerzeugungssystem, umfassend:
eine Pumpe, die so konfiguriert ist, dass sie ein brennbares Fluid von einer Quelle für brennbares Fluid zu einem Fluidspeichersystem befördert;
das Fluidspeichersystem, umfassend:
einen Verdichter.
einen ersten Satz von einem oder mehreren Speichertanks, wobei der erste Satz von einem oder mehreren Speichertanks so konfiguriert ist, dass er das brennbare Fluid von der Pumpe aufnimmt und das brennbare Fluid unter einem ersten Druck speichert, und
einen zweiten Satz von einem oder mehreren Speichertanks, wobei der Verdichter eingerichtet ist, um das brennbare Fluid von dem ersten Satz von einem oder mehreren Speichertanks zu einem zweiten Druck zur Speicherung in dem zweiten Satz von einem oder mehreren Speichertanks mit Druck zu beaufschlagen; und
ein Energierückgewinnungssystem, das eingerichtet ist, um das brennbare Fluid aus dem zweiten Satz von einem oder mehreren Speichertanks aufzunehmen, wobei das Energierückgewinnungssystem aufweist:
einen Expander, der eingerichtet ist, druckloses brennbares Fluid zu erzeugen, indem der Druck des aus dem zweiten Satz von einem oder mehreren Speichertanks erhaltenen brennbaren Fluids herabgesetzt wird; und
einen Motor-Generator, der eingerichtet ist, um das drucklose brennbare Fluid einzuspeisen und elektrische Energie aus dem drucklosen brennbaren Fluid zu erzeugen.

Description

TECHNOLOGISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen ein verbessertes Energieerzeugungssystem, das nutzbare Energie von einer Quelle eines brennbaren Fluids, möglicherweise einer nicht-traditionellen Quelle eines brennbaren Fluids, erzeugt.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Es gibt verschiedene unterschiedliche Verfahren und Systeme zum Sammeln, Speichern und Umwandeln von Energie aus Quellen brennbarer Fluide. In den letzten Jahren wurden einige Systeme so konzipiert, dass sie Energie aus nicht-traditionellen Quellen wie Deponien oder Biomethanquellen, z. B. Fermentern, erzeugen. Bislang haben diese Systeme jedoch mehrere Nachteile und sind nicht in der Lage, die gesammelte Energie wirksam in nutzbare Energieformen umzuwandeln.
Mehrere bestehende Systeme konzentrieren sich auf das Umwandeln der Energie aus diesen brennbaren Quellen in der gleichen Geschwindigkeit, in der das brennbare Fluid von der Quelle geliefert wird. Folglich weisen diese Systeme keine Komponenten für eine wirksame Speicherung von brennbarem Fluid auf, das im Laufe der Zeit langsam anfällt. Anders ausgedrückt: Es gibt nur eine begrenzte Anzahl von bestehenden Systemen für Gasquellen mit kontinuierlicher geringer Abgabe (CLOGS für Continuous Low Output Gas Sources), und die Systeme, die es gibt, weisen keinen Mechanismus zur wirksamen Speicherung des im Laufe der Zeit erzeugten brennbaren Fluids auf.
Darüber hinaus weisen diese Systeme keine Steuerungsmechanismen auf, mit denen die erzeugte Energiemenge variiert werden kann. Daher sind sie oft unpraktisch und werden nicht ausreichend genutzt, weil die vorhandenen nutzbaren Energieversorgungsquellen, z. B. das Stromnetz, unter normalen Betriebsbedingungen effizienter und kostengünstiger sind.
Darüber hinaus sind die bestehenden Systeme im Zusammenhang mit CLOGS häufig darauf beschränkt, die mit dem Gas verbundene chemische Energie allein durch Verbrennung zu nutzen. Folglich werden keine zusätzliche Verfahren zur Energiegewinnung genutzt.
Es besteht also ein Bedarf an einem verbesserten Energieerzeugungssystem. Einem, das Merkmale aufweist, um die Vorteile nicht-traditioneller Quellen brennbarer Fluide zu nutzen und ihren Betrieb zu optimieren, um bestehende Energiequellen wie Versorgungsnetze zu ergänzen.
KURZFASSUNG
Beispielhafte Implementierungen der vorliegenden Offenbarung stellen ein Energieerzeugungssystem bereit, das Energie in Form eines brennbaren Fluids in nutzbare Energie umwandelt, z. B. Elektrizität, gereinigtes Erdgas usw. Das Energieerzeugungssystem nimmt brennbares Fluid von einer Fluidquelle auf und speichert das Fluid wirksam in verschiedenen Speichertanks. Das Energieerzeugungssystem kann dann die Energie des brennbaren Fluids in andere Formen von Energie umwandeln, die außerhalb des Systems genutzt werden können. Insbesondere kann das hierin offenbarte Energieerzeugungssystem mehrere unterschiedliche Vorrichtungen, Motoren und thermodynamische Zyklen verwenden, um auf unterschiedliche Weise elektrische Energie aus dem brennbaren Fluid zu gewinnen. Darüber hinaus kann das System in einigen Beispielen auch gereinigte Formen des brennbaren Fluids erzeugen, die außerhalb des Systems bereitgestellt werden können.
Das offenbarte Energieerzeugungssystem kann auch selektiv Komponenten und/oder Systeme betreiben, um von der Energiepreisgestaltung zu profitieren. Zum Beispiel kann das System das brennbare Fluid speichern, wenn die Energiepreise niedrig sind. In einigen Beispielen kann das System auch brennbares Fluid in dem/den Speichertank(s) mit Druck beaufschlagen, um ferner Energie zu speichern, während die Energiepreise niedrig sind. Wenn die Energiepreise dann höher sind, kann das System die Energie aus dem brennbaren Fluid gewinnen.
Die vorliegende Offenbarung umfasst daher, ohne Einschränkung, die folgenden Beispielimplementierungen.
Einige Beispielimplementierungen umfassen ein Energieerzeugungssystem, umfassend: ein Fluidspeichersystem mit einem Verdichter und mindestens einem Speichertank, wobei der Verdichter eingerichtet ist, um ein brennbares Fluid von einer Quelle eines brennbaren Fluids zur Speicherung in dem einen oder den mehreren Speichertanks mit Druck zu beaufschlagen; und ein Energierückgewinnungssystem, das eingerichtet ist, um das brennbare Fluid von dem mindestens einen Speichertank aufzunehmen, wobei das Energierückgewinnungssystem Folgendes aufweist: einen Turboexpander, der eingerichtet ist, um den Druck des brennbaren Fluids, das aus dem mindestens einen Speichertank aufgenommen wird, zu mindern; einen Motor-Generator, der eingerichtet ist, um das brennbare Fluid, dessen Druck durch den Turboexpander gemindert wird, einzuspeisen und elektrische Energie aus dem brennbaren Fluid zu erzeugen; und ein Organic Rankine Cycle (ORC)-System, das eingerichtet ist, um elektrische Energie basierend auf einer Temperaturdifferenz zwischen dem brennbaren Fluid, das in den Motor-Generator eingespeist wird, und einer Abwärme, die von dem Motor-Generator erzeugt wird, zu erzeugen.
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der Lektüre der folgenden ausführlichen Beschreibung zusammen mit den beigefügten Figuren ersichtlich, die im Folgenden kurz beschrieben werden. Die vorliegende Offenbarung umfasst eine beliebige Kombination von zwei, drei, vier oder mehr Merkmalen oder Elementen, die in dieser Offenbarung dargelegt sind, unabhängig davon, ob diese Merkmale oder Elemente in einem hierin beschriebenen spezifischen Implementierungsbeispiel ausdrücklich kombiniert oder anderweitig erwähnt werden. Diese Offenbarung ist als Ganzes zu verstehen, sodass alle trennbaren Merkmale oder Elemente der Offenbarung in allen ihren Aspekten und Beispielimplementierungen als kombinierbar angesehen werden sollten, sofern der Kontext der Offenbarung nicht eindeutig etwas anderes vorschreibt.
Es ist daher zu verstehen, dass diese Kurzfassung lediglich dazu dient, einige Beispielimplementierungen zusammenzufassen, um ein grundlegendes Verständnis für einige Aspekte der Offenbarung zu vermitteln. Folglich sind die oben beschriebenen Beispielimplementierungen lediglich Beispiele und sollten nicht so ausgelegt werden, dass sie den Umfang oder den Geist der Offenbarung in irgendeiner Weise einschränken. Weitere Beispielimplementierungen, Aspekte und Vorteile werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Figuren ersichtlich, die beispielhaft die Prinzipien einiger beschriebener Beispielimplementierungen veranschaulichen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUR(EN)
Nach dieser allgemeinen Beschreibung von Beispielimplementierungen der Offenbarung wird nun auf die beigefügten Figuren verwiesen, die nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet sind. Es zeigen:

1 ein Blockdiagramm des Energieerzeugungssystems gemäß einigen Beispielimplementierungen der vorliegenden Offenbarung;
2 eine Darstellung des Fluidspeichersystems gemäß einigen Beispielimplementierungen der vorliegenden Offenbarung;
3A eine Darstellung des Energieerzeugungssystems gemäß einigen Beispielimplementierungen der vorliegenden Offenbarung;
3B eine Darstellung des Motor-Generators gemäß einigen Beispielimplementierungen der vorliegenden Offenbarung;
3C eine Darstellung des Organic Ranking Cycle-Systems gemäß einigen Beispielimplementierungen der vorliegenden Offenbarung; und
4A, 4B, 4C, 4D, 4E, 4F, 4G, 4H, 4I, 4J, 4K und 4L Flussdiagramme, die verschiedene Vorgänge in einem Verfahren zum Erzeugen von Energie veranschaulichen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Einige Implementierungen der vorliegenden Offenbarung werden nun im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlicher beschrieben, in denen einige, aber nicht alle Implementierungen der Offenbarung gezeigt sind. In der Tat können verschiedene Implementierungen der Offenbarung in vielen unterschiedlichen Formen ausgeführt werden und sollten nicht so verstanden werden, dass sie auf die hierin dargelegten Implementierungen beschränkt sind; vielmehr werden diese Beispielimplementierungen bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich und vollständig ist und Fachleuten der Umfang der Offenbarung vollständig vermitteln kann. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich durchgehend auf gleiche Elemente.
Sofern nicht anders angegeben oder aus dem Zusammenhang hervorgeht, sind Bezugnahmen auf etwas Erstes, Zweites oder Ähnliches nicht als Hinweis auf eine bestimmte Reihenfolge zu verstehen. Ein Merkmal, das als oberhalb eines anderen Merkmals liegend beschrieben wird (sofern nicht anders angegeben oder aus dem Kontext hervorgeht), kann stattdessen unterhalb liegen und umgekehrt; ebenso können Merkmale, die als links von einem anderen Merkmal liegend beschrieben werden, stattdessen rechts liegen und umgekehrt. Auch wenn hierin auf quantitative Maße, Werte, geometrische Verhältnisse oder Ähnliches Bezug genommen wird, können, sofern nicht anders angegeben, ein oder mehrere, wenn auch nicht alle, absolut oder annähernd sein, um akzeptable Abweichungen zu berücksichtigen, die auftreten können, wie beispielsweise solche, die auf technische Toleranzen oder Ähnliches zurückzuführen sind.
Wie hierin verwendet, ist, sofern nicht anders angegeben oder aus dem Kontext hervorgeht, das „oder“ eines Satzes von Operanden das „einschließende oder“ und damit wahr, wenn und nur wenn einer oder mehrere der Operanden wahr sind, im Gegensatz zu dem „ausschließenden oder“, das falsch ist, wenn alle Operanden wahr sind. So ist zum Beispiel „[A] oder [B]“ wahr, wenn [A] wahr ist, oder wenn [B] wahr ist, oder wenn sowohl [A] als auch [B] wahr sind. Zusätzlich sind die unbestimmten Artikel „ein“ und „eine“ als „ein/e oder mehrere“ zu verstehen, sofern nichts anderes angegeben wird oder aus dem Zusammenhang eindeutig hervorgeht, dass sie sich auf eine Singularform beziehen. Darüber hinaus werden die Begriffe „Daten“, „Inhalt“, „digitaler Inhalt“, „Information“, „Beobachtung“ und ähnliche Begriffe, sofern nicht anders angegeben, mitunter synonym verwendet.
Beispielimplementierungen der vorliegenden Offenbarung stellen ein Energieerzeugungssystem bereit, das Energie in Form eines brennbaren Fluids in Elektrizität umwandelt, und in einigen Beispielen gereinigte Formen des brennbaren Fluids. Das Energieerzeugungssystem nimmt brennbares Fluid von einer Fluidquelle auf und speichert das Fluid wirksam in verschiedenen Speichertanks. Das Energieerzeugungssystem kann dann die Energie des brennbaren Fluids in andere Formen von Energie umwandeln, die außerhalb des Systems genutzt werden können. Zum Beispiel kann das hierin offenbarte Energieerzeugungssystem mehrere unterschiedliche Vorrichtungen, Motoren und thermodynamische Zyklen verwenden, um auf unterschiedliche Weise elektrische Energie aus dem brennbaren Fluid zu gewinnen. Darüber hinaus kann das System in einigen Beispielen auch gereinigte Formen des brennbaren Fluids erzeugen, die außerhalb des Systems bereitgestellt werden können.
Das offenbarte Energieerzeugungssystem kann auch selektiv Komponenten und/oder Systeme betreiben, um von der Energiepreisgestaltung zu profitieren. Zum Beispiel kann das System das brennbare Fluid speichern, wenn die Energiepreise niedrig sind. In einigen Beispielen kann das System auch brennbares Fluid in dem/den Speichertank(s) mit Druck beaufschlagen, um ferner Energie zu speichern, während die Energiepreise niedrig sind. Wenn die Energiepreise dann höher sind, kann das System die Energie aus dem brennbaren Fluid gewinnen.
Das offenbarte Energieerzeugungssystem kann insbesondere zum Umwandeln von Energie aus Gasquellen mit kontinuierlicher geringer Abgabe (CLOGS) wie Deponien und Biomethanquellen, z. B. Fermentern, eingesetzt werden. Sie ist jedoch auch auf eine breite Palette von Quellen brennbarer Fluide anwendbar.
1 ist ein Blockdiagramm des Energieerzeugungssystems 100 gemäß einigen Beispielimplementierungen der vorliegenden Offenbarung. Dieses System weist eine Quelle 102 eines brennbaren Fluids auf, die brennbares Fluid 104 liefert. Eine Fluidkonditionierungseinheit 106 kann verwendet werden, um das brennbare Fluid von der Quelle des brennbaren Fluids zu dem Fluidspeichersystem 108 zu bewegen und zu konditionieren. Das Fluidspeichersystem kann die Energie speichern, die dem brennbaren Fluid zugeordnet ist, und in einigen Beispielen kann es das brennbare Fluid auch mit Druck beaufschlagen, wodurch zusätzliche potenzielle Energie in Form von gespeichertem Druck erzeugt wird.
Das Energierückgewinnungssystem 110 wandelt die in dem brennbaren Fluid gespeicherte Energie in verschiedene nutzbare Energieformen um, die von dem Energieerzeugungssystem selbst genutzt oder außerhalb des Systems bereitgestellt werden können. So kann das Energieerzeugungssystem beispielsweise eine elektrische Energieabgabe 112 und/oder eine Fluidabgabe 114 außerhalb des Systems bereitstellen. In den hierin aufgeführten Beispielen wird die elektrische Energieabgabe und/oder die Energieabgabe von einer Fluidquelle, z. B. gereinigtes Verbrennungsfluid, erörtert; das offenbarte System kann jedoch auch zur Erzeugung mechanischer Energie verwendet werden. Die beschriebenen Systeme können beispielsweise mechanische Energie in Form von Rotationskräften bereitstellen, die von den verschiedenen im Folgenden beschriebenen Turbinen, Motoren und Triebwerken erzeugt werden. In einigen Beispielen kann die erzeugte mechanische Energie verwendet werden, um eine Pumpe oder eine andere mechanische Vorrichtung anzutreiben, anstatt die mechanische Energie für die Erzeugung von elektrischer Energie zu verwenden oder zusätzlich dazu.
Die Quelle 102 des brennbaren Fluids kann eine beliebige Quelle eines brennbaren Fluids sein, z. B. eine Erdgasreserve, eine Pipeline, ein Heizöltank usw. Ebenso kann das brennbare Fluid 104 ein beliebiges Fluid sein, das verbrannt werden kann, z. B. Öl, Erdgas usw. Wie bereits erwähnt, kann das Energieerzeugungssystem 100 besonders vorteilhaft sein, wenn es mit CLOGS verwendet wird, da das offenbarte System in der Lage ist, das erzeugte brennbare Fluid über einen längeren Zeitraum zu aggregieren. Das System ist dann in der Lage, über diesen Zeitraum aggregierte Energie zu liefern, wenn der Energiebedarf hoch ist und/oder die Energiepreise hoch sind. Darüber hinaus kann das System in einigen Beispielen die Vorteile von verschiedenen Steuerungsmerkmalen nutzen, um die Energie in dem Speichersystem zu erhöhen, was es in einigen Fällen ermöglicht, dass das System während der Entladung eine höhere Leistung abgibt.
Das brennbare Fluid 104 kann auf viele unterschiedliche Arten von der Quelle 102 des brennbaren Fluids bereitgestellt werden. In einigen Beispielen wird eine Pumpe 116 verwendet, um brennbares Fluid zu dem Fluidspeichersystem 108 zu bewegen. Das brennbare Fluid kann über ein Fluidrohr von der Quelle des brennbaren Fluids geleitet werden, und in diesen Beispielen kann die Pumpe mit dem Fluidrohr gekoppelt sein. Einige Beispiele weisen eine Konditionierungseinheit 118 auf, die verschiedene Verunreinigungen aus dem brennbaren Fluid entfernt. Bei dem brennbaren Fluid kann es sich beispielsweise um Roh-Erdgas handeln, und die Konditionierungseinheit kann Schwefel, Wasser und andere Verunreinigungen entfernen, die dem an der Quelle des brennbaren Fluids gesammelten Roh-Erdgas zugeordnet sind. Es kann jede herkömmliche Konditionierungsvorrichtung verwendet werden, und in einigen Beispielen werden mehrere unterschiedliche Vorrichtungen zur Konditionierung des brennbaren Fluids vor dem Eintritt in das Fluidspeichersystem eingesetzt.
Das Fluidspeichersystem 108 speichert das brennbare Fluid 104 in mindestens einem Speichertank 120. In einigen Beispielen bewegt die Pumpe 118 das brennbare Fluid in die Speichertanks, und in einigen Beispielen beaufschlagt die Pumpe das brennbare Fluid in einigen oder allen Speichertanks mit Druck. Das Fluidspeichersystem 108 kann auch einen Verdichter 122 aufweisen. Der Verdichter kann das brennbare Fluid in einem oder mehreren Speichertanks mit Druck beaufschlagen, wobei der Verdichter das brennbare Fluid häufig mit einem höheren Druck beaufschlagt als der von der Pumpe bereitgestellte Druck. In einigen Beispielen bewegt der Verdichter das brennbare Fluid zwischen den Speichertanks, wobei das brennbare Fluid zeitweise von einem Speichertank mit einem bestimmten Druckniveau in einen anderen Speichertank mit einem höheren Druckniveau bewegt wird.
Das Energierückgewinnungssystem 110 kann das brennbare Fluid 104 aus mindestens einem der Fluidspeichertanks 116 aufnehmen und die im brennbaren Fluid enthaltene Energie zur Verwendung außerhalb des Systems umwandeln. Die Energie, die von dem Energierückgewinnungssystem bereitgestellt wird, kann in Form einer elektrischen Energieabgabe 112 und/oder einer Fluidabgabe 114 vorliegen.
In einigen Beispielen weist das Energierückgewinnungssystem 110 einen Turboexpander 124 auf, der das brennbare Fluid aus dem Fluidspeichersystem 108 aufnimmt. Der Turboexpander kann den Druck des brennbaren Fluids mindern, und dieser Druckminderungsprozess kann das brennbare Fluid kühlen. Darüber hinaus kann bei einigen Beispielen der Druckminderungsprozess, der durch den Turboexpander durchgeführt wird, elektrische Energie und/oder gereinigtes Methan erzeugen. Das gereinigte Methan kann außerhalb des Systems in Form der Fluidabgabe 114 bereitgestellt werden.
Das Energierückgewinnungssystem 110 kann auch einen Motor-Generator 126 aufweisen, der das brennbare Fluid 104 einspeist, typischerweise nachdem das brennbare Fluid durch den Turboexpander 124 druckgemindert wurde. Der Motor-Generator verbrennt das brennbare Fluid und nutzt den Verbrennungsprozess, um elektrische Energie zu erzeugen. Diese elektrische Energie kann als Teil der elektrischen Energieabgabe 112 außerhalb des Systems bereitgestellt werden. Bei dem Verbrennungsprozess in dem Motor-Generator können auch zusätzliche Verbrennungsnebenprodukte erzeugt werden, einschließlich Abwärme. Diese Verbrennungsnebenprodukte können über einen Abgaskanal aus dem Motor-Generator abgeleitet werden, und das Energieerzeugungssystem 100 kann einen Teil der Energie aus der Abwärme zurückgewinnen.
Das Energierückgewinnungssystem 110 kann auch ein Organic Rankine Cycle (ORC)-System 128 aufweisen, das basierend auf einem Temperaturunterschied, der durch verschiedene Komponenten innerhalb des Systems erzeugt wird, elektrische Energie erzeugt. In einigen Beispielen nutzt das ORC-System die kalte, druckgeminderte Verbrennungseinspeisung in den Motor-Generator als Niedertemperatur-Wärmesenke. Das ORC-System kann auch die Abwärme, die von dem Motor-Generator erzeugt wird, als Hochtemperatur-Wärmequelle nutzen. Das ORC-System kann elektrische Energie erzeugen, indem ein Arbeitsfluid zwischen einer hohen und einer niedrigen Temperatur zirkuliert, wobei die Temperaturdifferenz zwischen der Abwärme und/oder der Einspeisung des Verbrennungsfluids genutzt wird. Die erzeugte elektrische Energie kann als Teil der elektrischen Energieabgabe 112 außerhalb des Systems bereitgestellt werden.
Das Energieerzeugungssystem 100 in 1 weist eine Steuerschaltungsanordnung 130 auf, die mit der Fluidkonditionierungseinheit 106, dem Fluidspeichersystem 108 und dem Energierückgewinnungssystem 110 wirkgekoppelt ist. Die Steuerschaltungsanordnung ist eingerichtet, um diese Komponenten und die mit ihnen verbundenen Vorrichtungen zu steuern. Wie weiter unten erläutert, kann die Steuerschaltungsanordnung diese Komponenten zum Beispiel selektiv steuern, um die Preise der Versorgungsunternehmen vorteilhaft zu nutzen und/oder die Leistung des Systems zu optimieren. In einigen Beispielen ist die Steuerschaltungsanordnung auch mit dem Energienetz gekoppelt, möglicherweise mit einem Netzbetreiber, und in einigen Beispielen ist die Steuerschaltungsanordnung auch mit zusätzlichen Energiegeneratoren gekoppelt.
Die Steuerschaltungsanordnung kann eine oder mehrere von einer Anzahl von Komponenten aufweisen, wie zum Beispiel einen Prozessor 132, der mit einem Speicher 134 verbunden ist. Bei dem Prozessor handelt es sich im Allgemeinen um ein beliebiges Stück von Computerhardware, das in der Lage ist, Informationen wie beispielsweise Daten, Computerprogramme und/oder andere geeignete elektronische Informationen zu verarbeiten. Der Prozessor kann eingerichtet sein, um Computerprogramme wie den computerlesbaren Programmcode 136 auszuführen, der auf dem Prozessor oder anderweitig im Speicher gespeichert sein kann.
Bei dem Speicher 134 kann es sich im Allgemeinen um ein beliebiges Stück von Computerardware handeln, das in der Lage ist, Informationen zu speichern, wie beispielsweise Daten, einen computerlesbaren Programmcode 136 oder andere Computerprogramme und/oder andere geeignete Informationen entweder auf einer temporären Basis und/oder einer dauerhaften Basis. Der Speicher kann einen flüchtigen Speicher, wie etwa einen Direktzugriffsspeicher (RAM), und/oder einen nichtflüchtigen Speicher, wie etwa eine Festplatte, einen Flash-Speicher oder dergleichen, umfassen. Zusätzlich zum Speicher kann der Prozessor 132 auch mit einem oder mehreren Peripheriegeräten wie etwa einem Netzwerkadapter 138, einem oder mehreren Eingabe-/Ausgabegeräten (I/O-Geräten) 140 oder dergleichen verbunden sein. Der Netzwerkadapter ist eine Hardwarekomponente, die eingerichtet ist, um die Steuerschaltungsanordnung 130 mit einem Computernetz zu verbinden, damit die Steuerschaltungsanordnung Informationen über das Computernetz senden und/oder empfangen kann.
2 zeigt eine Veranschaulichung eines beispielhaften Fluidspeichersystems 108, das verwendet werden kann, um das brennbare Fluid 104 von der Quelle 102 des brennbaren Fluids zu speichern. Das Fluidspeichersystem kann einen oder mehrere Fluidspeichertanks 202 und einen Verdichter 204 aufweisen. Die Speichertanks können das brennbare Fluid von der Quelle des brennbaren Fluids aufnehmen und speichern. Der Verdichter kann verwendet werden, um das brennbare Fluid innerhalb des Speichertanks aufzuladen und in einigen Beispielen die gespeicherte Energie zu erhöhen, die dem brennbaren Fluid innerhalb des Speichertanks (der Speichertanks) zugeordnet ist. Wenn Energie aus dem System angefordert wird, kann das Fluidspeichersystem das brennbare Fluid an das Energierückgewinnungssystem 110 liefern, damit es in nutzbare Energie umgewandelt wird.
Das in 2 dargestellte Beispiel ist ein Kaskadensystem und weist mehrere Fluidspeichertanks 202 auf. In diesem Beispiel weist das Fluidspeichersystem 108 einen oder mehrere Niederdruck-Speichertanks 206 auf, die brennbares Fluid 104 von der Quelle 102 des brennbaren Fluids aufnehmen. Das Fluidspeichersystem kann auch einen oder mehrere Hochdruckspeichertanks 208 aufweisen. In einigen Beispielen ist auch ein Zwischendruck-Speichertank 210 vorhanden, der einer der Hochdruck-Speichertanks sein kann.
In einigen Beispielen bewegt die Pumpe 116 (in 1 dargestellt) das brennbare Fluid 104 zu dem Fluidspeichersystem 108 zur Speicherung in mindestens einem Speichertank mit einem ersten Druck. In einigen Beispielen sind die Niederdruck-Speichertanks 206 die Speichertanks, die das brennbare Fluid von der Pumpe erhalten. Die Pumpe kann das brennbare Fluid in diesen Speichertanks mit Druck beaufschlagen.
In manchen Beispielen beaufschlagt der Verdichter 204 das brennbare Fluid 104 mit Druck aus dem mindestens einen ersten Speichertank auf mindestens einen zweiten Druck zur Speicherung in dem mindestens einen zweiten Speichertank. In manchen Beispielen entspricht der mindestens eine zweite Speichertank mehreren zweiten Speichertanks und der mindestens eine zweite Druck entspricht mehreren zweiten Drücken. In diesen Beispielen kann der Verdichter das brennbare Fluid auf die mehreren zweiten Drücke zur Speicherung in unterschiedlichen der mehreren zweiten Speichertanks mit Druck beaufschlagen.
In diesen Beispielen kann der Verdichter 204 verwendet werden, um das brennbare Fluid 104 auf unterschiedliche Art und Weise in die Speichertanks zu bewegen. Dieser Prozess kann beispielsweise die Verwendung des Verdichters umfassen, um das brennbare Fluid von dem/den Niederdruck-Speichertank(s) 206 in die Hochdruck-Speichertanks 208 zu bewegen. Der Verdichter kann auch das brennbare Fluid in den Hochdruck-Speichertanks mit Druck auf einen Speicherdruck beaufschlagen. Der Speicherdruck kann höher sein als der Druck, der in den Niederdrucktanks gehalten wird. In einigen Beispielen ist der Speicherdruck der höchste Druck, bei dem das brennbare Fluid im Fluidspeichersystem 108 gehalten wird, und in einigen Beispielen ist es der höchste Druck, bei dem das brennbare Fluid im gesamten System 100 gehalten wird.
In einigen Beispielen weist das Fluidspeichersystem 108 zwei oder mehr Hochdruck-Speichertanks 208 auf. Der Verdichter 204 kann das brennbare Fluid 104 in diesen Hochdruck-Speichertanks auf unterschiedliche Weise mit Druck beaufschlagen. Beispielsweise kann der Verdichter das brennbare Fluid in einem ersten Hochdruck-Speichertank auf einen ersten Druck, möglicherweise den Speicherdruck, verdichten, bevor er das Fluid in einen anderen Hochdruck-Speichertank bewegt (und mit Druck beaufschlagt). Sobald der erste Hochdruck-Speichertank vollständig mit Druck beaufschlagt ist, kann der Verdichter brennbares Fluid in einen zweiten Hochdruck-Speichertank bewegen und wiederum das brennbare Fluid in dem zweiten Hochdruck-Speichertank mit Druck beaufschlagen, bis dieser Tank vollständig mit Druck beaufschlagt ist. Dieser Prozess kann fortgesetzt werden, wobei jeder unter hohem Druck stehende Speichertank vollständig mit Druck beaufschlagt wird, bis das gesamte brennbare Fluid gespeichert ist oder alle Tanks voll sind.
In einigen Beispielen kann der endgültige Hochdruck-Speichertank, der brennbares Fluid 104 aufnehmen soll, mit Druck auf einen Zwischendruck beaufschlagt werden. Dies kann sich aus der Gesamtmenge des verfügbaren brennbaren Fluids ergeben, z. B. wenn das brennbare Fluid zu diesem Zeitpunkt vollständig gespeichert ist und nicht genügend brennbares Fluid vorhanden ist, um den endgültigen Hochdruck-Speichertank mit Druck beaufschlagen zu können. In diesen Beispielen würde dieser letzte Speichertank als Zwischendruck-Speichertank 210 betrachtet werden. In diesen Beispielen können die Hochdruck-Speichertanks brennbare Fluide bei zwei (oder drei) unterschiedlichen Drücken enthalten. Der vollständig gefüllte Hochdruck-Speichertank bzw. die vollständig gefüllten Hochdruck-Speichertanks 208 halten das brennbare Fluid auf dem Speicherdruck, dem Hochdruck. Der zuletzt gefüllte Speichertank hält das brennbare Fluid auf einem Zwischendruck, und die übrigen Speichertanks sind leer. In einigen Beispielen unterscheidet sich jedes dieser Druckniveaus in den Hochdruck-Speichertanks von dem Druck, der in den Niederdruck-Speichertanks gehalten wird. In einigen Beispielen kann der Verdichter 204 das brennbare Fluid 104 gleichmäßig auf die Hochdruck-Speichertanks verteilen. In einigen Beispielen schafft der Verdichter ein Vakuum in dem/den Niederdrucktank(s) 206, indem er das gesamte oder im Wesentlichen das gesamte brennbare Fluid (und anderes Fluid) aus diesen Tanks entfernt.
Der Verdichter 204 kann ein beliebiger Standardverdichter sein. Der Verdichter kann auch so ausgelegt sein, dass er zyklisch arbeitet, um die Energieeffizienz zu maximieren. In einigen Beispielen bewegt der Verdichter während jedes Betriebszyklus das gesamte oder im Wesentlichen das gesamte brennbare Fluid 104 zu den Hochdruck-Speichertanks 208. Dies kann das Bewegen des gesamten brennbaren Fluids aus dem/den Niederdruck-Speichertank(s) 206 und/oder jedes brennbaren Fluids, das von der Quelle 102 des brennbaren Fluids während des Zyklus erzeugt wird, umfassen.
In einigen Beispielen ist der Verdichter 204 an eine Solarenergiequelle gekoppelt, möglicherweise eine Photovoltaikanlage, die den Verdichter mit Energie versorgt. Die von der Solarenergiequelle bereitgestellte Energie kann gespeichert werden, und in einigen Beispielen arbeitet der Verdichter, wenn die gespeicherte Energie über einem Schwellenwert liegt. In einigen Beispielen arbeitet der Verdichter, wenn die von der Solarenergiequelle gelieferte Energie ausreicht, um den Verdichter zu betreiben. Der Verdichter kann auch mit anderen Komponenten des Systems gekoppelt sein, z. B. mit dem Turboexpander 124, dem Motor-Generator 126, dem ORC-System 128 usw., und Energie von diesen Komponenten erhalten. In einigen Beispielen kann der Verdichter unter Verwendung eines brennbaren Fluids betrieben werden, das möglicherweise von dem Energiespeichersystem kommt.
Das Fluidspeichersystem 108 kann das brennbare Fluid 104 auch an das Energierückgewinnungssystem 110 liefern. In manchen Beispielen bewirkt die Druckdifferenz zwischen einem ersten Druck und mindestens einem zweiten Druck eine Bewegung des brennbaren Fluids aus dem mindestens einen zweiten Speichertank in Richtung des Energierückgewinnungssystems. In diesen Beispielen können die Hochdruck-Speichertanks 208 einen oder mehrere Speichertanks mit hohem Druck, möglicherweise dem Speicherdruck, umfassen. Die Niederdruck-Speichertanks 206 können auf einem anderen, niedrigeren Druck gehalten werden. Um das brennbare Fluid zu bewegen, kann der Fluidspeichertank das System zunächst derart anordnen, dass das Energierückgewinnungssystem mit dem/den Niederdruck-Speichertank(en) fluidgekoppelt und von den Hochdruck-Speichertanks getrennt ist. Die Niederdrucktanks können verwendet werden, um den Leitungsdruck aller Leitungen oder Rohre zu senken, die das brennbare Fluid zu dem (und durch das) Energierückgewinnungssystem leiten. Sobald der Leitungsdruck in Verbindung mit dem Energierückgewinnungssystem gesenkt wurde, wird die Fluidverbindung zwischen dem Energierückgewinnungssystem und dem/den Niederdrucktank(s) geschlossen, um den niedrigen Leitungsdruck zu halten.
In diesen Beispielen kann das Energierückgewinnungssystem 110 dann mit dem/den Hochdruck-Speichertank(s) 208 fluidgekoppelt sein. In einigen Beispielen sind die Hochdruck-Speichertanks während dieses Vorgangs derart fluidtechnisch angeordnet, dass das Energiespeichersystem zu einem bestimmten Zeitpunkt nur mit einem einzigen Hochdruck-Speichertank gekoppelt ist, möglicherweise einem, in dem das brennbare Fluid auf einem hohen Druck, möglicherweise dem Speicherdruck, gehalten wird. Da die Hochdruck-Speichertanks das brennbare Fluid mit einem höheren Druck als die Niederdruck-Speichertanks enthalten, wird das brennbare Fluid durch den Druckunterschied dieser Tanks in das Energierückgewinnungssystem geleitet. Das Energierückgewinnungssystem kann brennbares Fluid aus dem Hochdruck-Speichertank aufnehmen, bis das brennbare Fluid aus diesem Tank vollständig ausgelassen ist und/oder der Druck des brennbaren Fluids in diesem Tank zu niedrig ist, um brennbares Fluid zum Energierückgewinnungssystem zu leiten. Wenn noch mehr brennbares Fluid angefordert wird, kann das Energierückgewinnungssystem mit einem anderen Hochdruck-Speichertank verbunden werden, um brennbares Fluid aufzunehmen. Dieser Prozess kann so lange fortgesetzt werden, bis der Energiebedarf gedeckt ist und/oder das brennbare Fluid aufgebraucht ist.
In einigen Beispielen sind die Hochdruck-Speichertanks ausreichend aufgeladen oder die Druckdifferenz ist ausreichend groß, so dass das brennbare Fluid durch die Energierückgewinnungseinheit strömt, ohne dass der Verdichter oder eine andere Komponente, die Energie benötigt, betrieben werden muss. In einigen Beispielen ist der Speicherdruck, der in einem oder mehreren Hochdruck-Speichertanks 208 gehalten wird, ausreichend hoch, um das brennbare Fluid von einem bestimmten Hochdruck-Speichertank zu dem Energierückgewinnungssystem zu bewegen, ohne dass die Niederdrucktanks 206 verwendet werden müssen. In einigen Beispielen arbeitet der Verdichter, um die Bewegung des brennbaren Fluids zwischen dem Fluidspeichersystem 108 und dem Energierückgewinnungssystem 110 zu unterstützen und/oder zu erleichtern. Es können auch andere Verfahren und Techniken verwendet werden, um das brennbare Fluid von dem Fluidspeichersystem zu dem Energierückgewinnungssystem zu bewegen.
Nachdem das Energierückgewinnungssystem 110 zu einem bestimmten Zeitpunkt ausreichend Verbrennungsfluid 104 aufgenommen hat, kann der Verdichter 204 in Betrieb genommen werden, um das Verbrennungsfluid zwischen den verschiedenen Speichertanks zu bewegen, um das Verbrennungsfluid wirksam zu speichern. Wenn beispielsweise mehr als ein Hochdruck-Speichertank 208 brennbares Fluid auf einem niedrigeren Druckniveau als dem Speicherdruck aufweist, z. B. wenn mehr als ein Hochdruck-Speichertank mit Zwischendruck vorhanden ist, kann der Verdichter das brennbare Fluid in diesen Tanks derart aggregieren, dass es nur einen einzigen Speichertank mit Zwischendruck gibt. Beispielsweise kann der Verdichter das brennbare Fluid in diesen Speichertanks zunächst in einen ersten Speichertank mit Zwischendruck bewegen, bis dieser erste Speichertank den Speicherdruck erreicht oder die anderen Tanks mit Zwischendruck leer sind. Sind noch Speichertanks mit Zwischendruck vorhanden, so kann der Verdichter dann das brennbare Fluid in den verbleibenden Speichertanks mit Zwischendruck in einen zweiten Speichertank leiten. Dieser Prozess kann sich fortsetzen, bis die Hochdruck-Speichertanks wieder über Speichertanks auf nur zwei (oder drei) Druckniveaus verfügen - Speichertanks mit Speicherdruck, ein Speichertank mit Zwischendruck und/oder Speichertanks ohne brennbares Fluid. Dieses System kann auch mit zusätzlichen Druckniveaus ähnlich eingerichtet werden.
Es versteht sich, dass die oben beschriebenen Fluidverbindungen und Ventile durch eine Vielzahl von Modulationswertanordnungen, Rohrleitungsverbindungen, Verdichterkonstruktionen, Steuerungen usw. erreicht werden können. Die in 2 gezeigte Anordnung von Fluidleitungen 212 und modulierenden Ventilen 214 ist nur ein veranschaulichendes Beispiel.
3A zeigt eine Veranschaulichung eines Beispiels eines Energierückgewinnungssystems 110. Das Energierückgewinnungssystem kann brennbares Fluid 104 aus dem Fluidspeichersystem 108 aufnehmen und die Energie, die in dem brennbaren Fluid gespeichert ist, in andere nutzbare Energieformen wie elektrische Energie oder gereinigtes Gas umwandeln. Diese anderen Energieformen können innerhalb des Systems 100 genutzt oder außerhalb des Systems zur Verwendung durch verbundene Vorrichtungen oder Systeme bereitgestellt werden.
Im dargestellten Beispiel weist das Energierückgewinnungssystem 110 einen Turboexpander 124, einen Motor-Generator 126 und ein Organic Rankine (ORC)-System 128 auf. Das brennbare Fluid 104 wird über ein Rohrleitungsnetz 302 zwischen diesen Vorrichtungen weitergeleitet. Diese verschiedenen Vorrichtungen weisen zusätzliche Komponenten auf, die im Folgenden näher erläutert werden, und jede dieser Vorrichtungen ist in der Lage, aus dem brennbaren Fluid 104, das von dem Fluidspeichersystem 108 bereitgestellt wird, elektrische Energie zu erzeugen. Es versteht sich, dass das Energierückgewinnungssystem mehr oder weniger Vorrichtungen und Komponenten aufweisen kann als in 3A gezeigt sind.
In einigen Beispielen nimmt der Turboexpander 124 das brennbare Fluid 104 aus dem Fluidspeichersystem 108 auf und mindert den Druck des brennbaren Fluids. Das brennbare Fluid kann mit einem erhöhten Druck bereitgestellt werden, der sich daraus ergeben kann, dass der Verdichter 204 das brennbare Fluid innerhalb des Fluidspeichersystems mit Druck beaufschlagt. Der Turboexpander kann den Druckminderungsprozess zur Erzeugung elektrischer Energie nutzen. Der Druckminderungsprozess kann auch zusätzliche Vorteile mit sich bringen. Zum Beispiel kann dabei das brennbare Fluid auf eine niedrige Temperatur abgekühlt werden. Durch diesen Abkühlungsprozess kann das brennbare Fluid gereinigt werden, zum Beispiel durch Ermöglichung einer fraktionierten Destillation. Darüber hinaus kann das brennbare Fluid mit niedriger Temperatur, das aus dem Turboexpander austritt, den Wirkungsgrad des Motor-Generators 126 verbessern und/oder eine Wärmesenke für das ORC-System 128 bereitstellen. Auf diese verschiedenen Prozesse und Vorteile wird im Folgenden näher eingegangen.
Der Turboexpander 124, der in dem Energieerzeugungssystem 100 verwendet wird, kann eine beliebige Standard-Turboexpandervorrichtung sein. Er kann das unter hohem Druck stehende brennbare Fluid 104, das in den Turboexpander eintritt, zur Erzeugung mechanischer Kräfte durch Druckminderung nutzen, und die mechanischen Kräfte können zur Energieerzeugung verwendet werden. Beispielsweise kann der Turboexpander eine Expansionsturbine sein, die das Hochdruckfluid zum Drehen einer Turbinenwelle verwendet. Die Turbinenwelle kann selbst eine mechanische Energieabgabe erzeugen, oder die Turbinenwelle ist in einigen Beispielen mit einem elektrischen Generator verbunden, der die Drehbewegung zur Erzeugung elektrischer Energie nutzt. Die erzeugte Energie kann als Turboexpander-Energieabgabe 304 außerhalb des Systems bereitgestellt werden. Diese Energieabgabe 304 kann innerhalb des Systems 100 genutzt oder als Energieabgabe außerhalb des Systems bereitgestellt werden.
Die Druckminderung innerhalb des Turboexpanders 124 kann auch das brennbare Fluid abkühlen. Dies kann sich aus dem Standardprozess der Abkühlung ergeben, der bei der Ausdehnung eines flüssigen Gases auftritt, wodurch die Temperatur des Gases sinkt. Der Abkühlungsprozess kann auch durch einen adiabatischen oder im Wesentlichen adiabatischen Betrieb des Turboexpanders verstärkt und/oder gesteuert werden. In einigen Beispielen wird durch diesen Abkühlungsprozess die Temperatur des brennbaren Fluids erheblich gesenkt.
In einigen Beispielen handelt es sich bei dem brennbaren Fluid 104 um Erdgas, möglicherweise um Roh-Erdgas, das in einer Konditionierungseinheit 118 konditioniert worden sein kann. In einigen Beispielen umfasst das brennbare Fluid Biomethan, das sich aus Methan und verschiedenen Nicht-Methan-Verunreinigungen, z. B. Kohlendioxid (CO2), Wasser (H2O) usw., zusammensetzen kann. Durch den Abkühlungsprozess in dem Turboexpander 124 können einige oder alle Nicht-Methan-Verunreinigungen kondensiert werden, so dass eine gereinigte Form von Methan erzeugt werden kann. In einigen Beispielen wird das Methan bei dem Abkühlungsprozess auch kondensiert, und das gereinigte Methan kann mit Hilfe des Destillationsprozesses gewonnen werden. Bei diesem Destillationsprozess kann es sich um eine fraktionierte Destillation handeln, bei der ein Linde-Verfahren verwendet wird.
In einigen Beispielen weist das Energierückgewinnungssystem 110 ferner einen Fluidauslass 306 auf, der das gereinigte Methan von dem Motor-Generator 126 ableitet, z. B. bevor das Methan verbrannt wird. In dem in 3A dargestellten Beispiel befindet sich der Methanauslass in der Nähe des Auslasses des Turboexpanders 124 und ist unmittelbar nach dem Turboexpander mit dem Rohrleitungsnetz 302 gekoppelt. In einigen Beispielen weist der Turboexpander diesen Methanauslass auf. In anderen Beispielen befindet sich der Auslass weiter stromabwärts in dem Rohrleitungsnetz. In diesen Beispielen kann der Methanauslass das gereinigte Methan als Fluidabgabe 114 außerhalb des Systems bereitstellen. In einigen Beispielen leitet das System nur einen Teil des Methans aus dem Rohrleitungsnetz zu dem Methanauslass, und das restliche Methan wird zu dem Motor-Generator 126 geleitet.
In einigen Beispielen kann der Motor-Generator 126 das druckgeminderte brennbare Fluid 104 von dem Turboexpander 124 einspeisen, um elektrische Energie zu erzeugen. Der Motor-Generator kann das brennbare Fluid verbrennen und die Energie aus dieser Verbrennung in eine elektrische Energieabgabe 308 des Motor-Generators umwandeln, die innerhalb des Systems 100 genutzt oder als elektrische Energieabgabe 112 außerhalb des Systems bereitgestellt werden kann. In einigen Ausführungsformen können auch andere Vorrichtungen zur Erzeugung von elektrischer Energie aus dem brennbaren Fluid verwendet werden, zum Beispiel kann eine Brennstoffzelle eingesetzt werden.
3B zeigt eine beispielhafte Darstellung von Komponenten, die in dem Motor-Generator 126 enthalten sein können. Im dargestellten Beispiel weist der Motor-Generator einen Verbrennungsmotor 310 auf, der mit einem elektrischen Generator 312 gekoppelt ist.
Der Verbrennungsmotor 310 kann ein beliebiger Standardverbrennungsmotor sein, z. B. eine Gasturbine, ein Verbrennungsmotor usw., der das Verbrennungsfluid 104 verbrennt, um mechanische Energie und Verbrennungsnebenprodukte 314 zu erzeugen. Die Verbrennungsnebenprodukte können Abwärme umfassen, die während des Verbrennungsprozesses erzeugt wird. In einigen Beispielen weist der Verbrennungsmotor einen Abgaskanal 316 auf, der die Verbrennungsnebenprodukte von dem Motor-Generator und möglicherweise auch von anderen Komponenten des Systems 100 ableitet.
In dem in 3B dargestellten Beispiel weist der Verbrennungsmotor 310 auch eine Antriebswelle 318 auf, die die mechanische Energie aufnimmt, die von dem Verbrennungsmotor erzeugt wird. Im dargestellten Beispiel ist die Antriebswelle mit dem elektrischen Generator 312 gekoppelt, der die mechanische Energie aufnimmt und in eine elektrische Energieababe 318 umwandelt. Es kann jeder handelsübliche elektrische Generator verwendet werden. Die im elektrischen Generator erzeugte elektrische Energie kann die elektrische Energieabgabe 308 des Motor-Generators sein. In einigen Beispielen wird diese Energieabgabe 308 als elektrische Energieabgabe 112 außerhalb des Systems bereitgestellt.
3C zeigt eine beispielhafte Darstellung des ORC-Systems 128, das Teil des Energierückgewinnungssystems 110 sein kann. Das ORC-System kann eine elektrische Nettoenergieabgabe basierend auf einer Temperaturdifferenz zwischen dem brennbaren Fluid, das in den Motor-Generator eingespeist wird, und einer Abwärme, die von dem Motor-Generator erzeugt wird, erzeugen.
In dem in 3C dargestellten Beispiel weist das ORC-System einen warmseitigen Wärmetauscher 320, eine Turbine 322, einen kaltseitigen Wärmetauscher 324, eine Pumpe 326 und ein Arbeitsfluid 328 auf. Das Arbeitsfluid zirkuliert zwischen hohen und niedrigen Temperaturen, um eine elektrische Energieabgabe 330 zu erzeugen. In einigen Beispielen stellt das kalte, druckgeminderte Verbrennungsfluid 104, das in den Motor-Generator 126 eingespeist wird, die Wärmesenke bereit, die die Temperatur des Arbeitsfluids senkt. In einigen Beispielen stellt die Abwärme, die den Verbrennungsnebenprodukten 314 zugeordnet ist, eine Wärmequelle dar, die die Temperatur des Arbeitsfluids erhöht. Das ORC-System nutzt die Wärmesenke und/oder die Wärmequelle, um eine elektrische Nettoenergieabgabe zu erzeugen.
Um diese Komponenten näher zu erläutern, kann das Arbeitsfluid 328 in einem geschlossenen Kreislauf innerhalb des ORC-Systems 128 zirkulieren. Die Pumpe 326 kann das Arbeitsfluid mit Druck beaufschlagen, um das Fluid innerhalb des geschlossenen Kreislaufs zirkulieren zu lassen. Für den Antrieb der Pumpe und die Zirkulation des Arbeitsfluids ist eine Energiezufuhr, in der Regel eine Zufuhr 332 elektrischer Energie, erforderlich. Diese Energiezufuhr kann durch eine der zuvor besprochenen Komponenten erfolgen, z. B. durch den Turboexpander 124, den Motor-Generator 126, das ORC-System 128 oder durch eine separate Energiequelle. In einigen Beispielen wird anstelle der Pumpe ein Verdichter verwendet, der in ähnlicher Weise arbeitet.
Das mit Druck beaufschlagte Arbeitsfluid 328 kann dann zu einem warmseitigen Wärmetauscher 320 geleitet werden, der Wärme auf das Arbeitsfluid überträgt. Der warmseitige Wärmetauscher kann mit einer separaten Wärmequelle, häufig einem separaten Fluidstrom, gekoppelt sein und überträgt Wärme zwischen diesen Fluidströmen. Der warmseitige Wärmetauscher überträgt Wärme von der Wärmequelle auf das Arbeitsfluid. Diese Wärmeübertragung erhöht die Temperatur des Arbeitsfluids und/oder bringt das Arbeitsfluid zum Verdampfen.
In einigen Beispielen nutzt der warmseitige Wärmetauscher 320 die Abwärme, die dem Motor-Generator 126 zugeordnet ist, als Wärmequelle. Der warmseitige Wärmetauscher kann mit dem Abgaskanal 316 gekoppelt sein und den Fluidstrom der Verbrennungsnebenprodukte 314 als separaten Fluidstrom in den Wärmetauscher nutzen. In diesen Beispielen kann ein Teil oder die gesamte Abwärme in den Verbrennungsnebenprodukten auf das Arbeitsfluid an dem warmseitigen Wärmetauscher übertragen werden.
Das Arbeitsfluid 328 kann dann zu einer Turbine 322 oder einer anderen Vorrichtung geleitet werden, die durch Druckminderung des Arbeitsfluids eine elektrische Energieabgabe 330 erzeugt. Diese elektrische Energie kann innerhalb des Systems genutzt oder als elektrische Energieabgabe 112 außerhalb des Systems bereitgestellt werden.
Das druckgeminderte Arbeitsfluid 328 kann dann zu einem kaltseitigen Wärmetauscher 324 geleitet werden, der Wärme von dem Arbeitsfluid überträgt und Wärme zwischen diesen Fluidströmen überträgt. Der kaltseitige Wärmetauscher kann mit einer separaten Wärmesenke, häufig einem separaten Fluidstrom, gekoppelt sein. Der kaltseitige Wärmetauscher überträgt Wärme von dem Arbeitsfluid auf die Wärmesenke. Diese Wärmeübertragung verringert die Temperatur des Arbeitsfluids und/oder bringt das Arbeitsfluid zum Kondensieren.
In einigen Beispielen verwendet der kaltseitige Wärmetauscher 324 das kalte, druckgeminderte Verbrennungsfluid 104 aus dem Turboexpander 124 als Wärmesenke. Der kaltseitige Wärmetauscher kann mit dem Verbrennungsfluid 104 gekoppelt sein, das in den Motor-Generator 126 eingespeist wird, und er kann den Strom des Verbrennungsfluids als separaten Fluidstrom in den Wärmetauscher verwenden.
In einigen Beispielen wird das ORC-System 128 gesteuert, um sicherzustellen, dass die Temperaturdifferenz ausreicht, um eine Nettoenergieabgabe sicherzustellen, wie im Folgenden näher erläutert.
Wie in 1 gezeigt, kann die Steuerschaltungsanordnung 130 wirkgekoppelt sein mit der Konditionierungseinheit 106, dem Fluidspeichersystem 108 und/oder dem Energierückgewinnungssystem 110 sowie mit den verschiedenen damit verbundenen Vorrichtungen und Komponenten. In einigen Beispielen ist es vorteilhaft, die Komponenten des Systems 100 zu steuern, um von verschiedenen Energiepreisen zu profitieren. Wie bereits erwähnt, kann das hierin offenbarte System beispielsweise besonders nützlich sein, wenn es mit Quellen eines brennbaren Fluids verbunden ist, die über einen langen Zeitraum eine geringe Menge an brennbarem Fluid abgeben, z. B. CLOGS. Durch die Aggregation des brennbaren Fluids über einen bestimmten Zeitraum und die anschließende selektive Umwandlung in nutzbare Energie außerhalb des Systems kann ein effizienteres Energieerzeugungssystem erreicht werden. Darüber hinaus können diese Vorrichtungen so gesteuert werden, dass der Betrieb des Systems oder der Systemkomponenten zu einem bestimmten Zeitpunkt oder über einen bestimmten Zeitraum hinweg optimiert wird.
In einigen Beispielen steuert die Steuerschaltungsanordnung 130 das Fluidspeichersystem 108 zur Speicherung des brennbaren Fluids 104, wenn ein Energiepreis unter einem ersten Schwellenwert liegt. Die Steuerschaltungsanordnung kann auch das Energierückgewinnungssystem 110 so steuern, dass es die elektrische Energieabgabe 112 und/oder die Gasenergieabgabe 114 erzeugt, wenn der Energiepreis über einem zweiten Schwellenwert liegt. In einigen dieser Beispiele handelt es sich bei dem Energiepreis um einen Strom- oder Erdgaspreis, der möglicherweise von einem Versorgungsunternehmen oder einem Verkäufer auf dem Strommarkt angegeben wird.
Die Preisinformationen können mit dem Energieversorgungsunternehmen verbunden sein, das am Standort des Energieerzeugungssystems 100 Energie liefert, und die Steuerschaltungsanordnung 130 kann diese Preisinformationen empfangen. Beispielsweise kann die Steuerschaltungsanordnung mit einem Netzwerk verbunden sein, z. B. dem Internet, einem lokalen Netzwerk usw., in dem regelmäßig Energiepreisinformationen veröffentlicht werden. In einigen Beispielen werden die Preisinformationen in die Steuerschaltungsanordnung geladen und gespeichert, und diese Informationen können regelmäßig aktualisiert werden. In einigen Beispielen werden die Preisinformationen manuell eingegeben. Es können auch andere Verfahren zum Empfangen dieser Informationen verwendet werden.
Die Steuerschaltungsanordnung 130 kann auch Preisschwellenwerte empfangen und/oder speichern. Die Steuerschaltungsanordnung kann zwei oder mehr Preisschwellenwerte aufweisen. In einigen Beispielen sind die zwei oder mehr Preisschwellenwerte gleich, in anderen Beispielen unterscheiden sich diese Werte. In einigen Beispielen ändern sich diese Werte im Laufe der Zeit. In einigen Beispielen stellt einer der Schwellenwerte, möglicherweise der erste Schwellenwert, einen Preis dar, der dem normalen oder erwarteten Energiepreis entspricht. Dieser erste Schwellenwert kann ein durchschnittlicher Energiepreis oder ein mittlerer Energiepreis sein. In einigen Beispielen kann dieser erste Schwellenwert ein Energiepreis sein, der niedriger als der durchschnittliche Energiepreis ist. Ein weiterer Schwellenwert, möglicherweise ein zweiter Schwellenwert, kann einen Preis darstellen, der über dem normalen erwarteten Energiepreis liegt. Dieser zweite Schwellenwert kann zum Beispiel ein Wert sein, der über dem durchschnittlichen Energiepreis oder dem mittleren Energiepreis liegt. In einigen Beispielen kann es sich um einen Spitzenenergiepreis handeln.
In einigen Beispielen steuert die Steuerschaltungsanordnung 130 das Energieerzeugungssystem 100, um verschiedene Komponenten innerhalb des Systems zu betreiben, um brennbares Fluid zu speichern, wenn der Energiepreis kleiner oder gleich dem ersten Schwellenwert ist. Beispielsweise kann die Steuerschaltungsanordnung den Verdichter 122 so betreiben, dass das brennbare Fluid im Speichertank zu diesem Zeitpunkt mit Druck beaufschlagt wird, um von diesem Energiepreis zu profitieren. In einigen Beispielen betreibt die Steuerschaltungsanordnung die Pumpe 116 und/oder die Konditionierungseinheit 118 zu diesem Zeitpunkt.
In einigen Beispielen steuert die Steuerschaltungsanordnung 130 das Energieerzeugungssystem 100, um Energie aus dem brennbaren Fluid 104 zu erzeugen und Energie außerhalb des Systems bereitzustellen, wenn der Energiepreis über einem Schwellenwert liegt. Dieser Schwellenwert kann derselbe sein wie der erste Schwellenwert, oder er kann sich von einem unterschiedlichen Wert unterscheiden, möglicherweise dem zweiten Schwellenwert, der höher sein kann als der erste Schwellenwert. In diesen Beispielen kann die Steuerschaltungsanordnung das Energierückgewinnungssystem 110 zur Energieerzeugung betreiben. Die Steuerschaltungsanordnung kann das Fluidspeichersystem 108 so steuern, dass es das Energieerzeugungssystem mit brennbarem Fluid versorgt, das den Turboexpander 124, den Motor-Generator 126 und/oder das ORC-System 128 betreiben kann, um eine elektrische Energieabgabe 112 zu erzeugen.
In einigen Beispielen kann die Steuerschaltungsanordnung 130 auch basierend auf dem Energiepreis selektiv die Fluidabgabe 114 bereitstellen. In diesen Beispielen kann die Steuerschaltungsanordnung den Preis der elektrischen Energie mit dem Preis des Erdgases zu einem bestimmten Zeitpunkt vergleichen. In einigen Beispielen ist dieser Vergleich ein relativer Vergleich, bei dem der Erdgaspreis zu einem bestimmten Zeitpunkt mit seinem durchschnittlichen oder typischen Preis verglichen wird, um einen relativen Wert des Erdgases zu diesem Zeitpunkt zu bestimmen. Ein ähnlicher relativer Wert von elektrischer Energie kann auch durch Vergleichen des Preises für elektrische Energie zu einem bestimmten Zeitpunkt mit dem durchschnittlichen oder typischen Preis für elektrische Energie bestimmt werden. Sobald die relativen Werte bestimmt sind, kann die Steuerschaltungsanordnung sie vergleichen, um zu bestimmen, welcher Preis im Vergleich zu ihrem Standardwert zu diesem Zeitpunkt höher ist. Wenn bestimmt wird, dass der Erdgaspreis höher ist als der Preis für elektrische Energie, entweder nach einem relativen oder absoluten Standard, kann die Steuerschaltungsanordnung das Energieerzeugungssystem 100 so steuern, dass es eine Fluidabgabe 114 statt einer elektrischen Energieabgabe 112 liefert.
In diesen Beispielen kann die Steuerschaltungsanordnung 130 den Turboexpander 124 so steuern, dass gereinigtes Methan bereitgestellt wird. Die Steuerschaltungsanordnung kann auch den Motor-Generator 126 und/oder das ORC-System 128 abschalten oder nicht betreiben. Die Steuerschaltungsanordnung kann auch Ventile betätigen, um sicherzustellen, dass das brennbare Fluid, das das gereinigte Methan umfasst, zu dem Fluidauslass 306 und weg vo dem Motor-Generator geleitet wird.
Die Steuerschaltungsanordnung 130 kann auch verschiedene Komponenten innerhalb des Energieerzeugungssystems 100 steuern, um die Leistung zu optimieren.
Beispielsweise kann die Steuerschaltungsanordnung das ORC-System 128 steuern, um sicherzustellen, dass die Temperaturdifferenz ausreicht, um eine Nettoenergieabgabe bereitzustellen. So kann das System 100 beispielsweise Wirkungsgradinformationen speichern, die eine Angabe der Energieabgabe 330 und der Energiezufuhr 332 für das ORC-System bei verschiedenen unterschiedlichen Temperaturdifferenzen liefern. Die Steuerschaltungsanordnung kann die Temperatur an der Wärmequelle und/oder der Wärmesenke, die dem ORC-System zugeordnet sind, überwachen, um zu bestimmen, ob die Temperaturdifferenz ausreicht, um eine Energieabgabe zu erzeugen, die größer ist als die Energiezufuhr. In einigen Beispielen umfasst dies die Verwendung eines Temperatursensors, der dem warmseitigen Wärmetauscher 320 und/oder dem kaltseitigen Wärmetauscher 324 hinzugefügt wird.
In einigen Beispielen verwendet die Steuerschaltungsanordnung 130 nur die Temperatur entweder von der Wärmequelle, z. B. dem warmseitigen Wärmetauscher 320, oder der Wärmesenke, z. B. dem kaltseitigen Wärmetauscher 324. In diesen Beispielen betreibt die Steuerschaltungsanordnung das ORC-System 128, wenn die Temperatur der Wärmequelle ausreichend hoch ist, z. B. über einem bestimmten Temperaturwert, oder wenn die Temperatur der Wärmesenke ausreichend niedrig ist, z. B. unter einem bestimmten Wert.
4A - 4L sind Flussdiagramme, die verschiedene Schritte in einem Verfahren 400 zum Erzeugen von Energie von einer Quelle 102 eines brennbaren Fluids veranschaulichen. Das Verfahren umfasst ein Druckbeaufschlagen eines brennbaren Fluids 104 von der Quelle des brennbaren Fluids zur Speicherung in mindestens einem Speichertank 120, wie in Block 402 von 4A gezeigt. Das Verfahren umfasst ein Aufnehmen des brennbaren Fluids aus dem mindestens einen Speichertank an einem Turboexpander 124, wie in Block 404 gezeigt. Die Verfahren umfasst ein Druckmindern des brennbaren Fluids aus dem mindestens einen Speichertank an dem Turboexpander, wie in Block 406 gezeigt. Das Verfahren umfasst ein Verbrennen des druckgeminderten brennbaren Fluids an einem Motor-Generator 126, um elektrische Energie zu erzeugen, wie in Block 408 gezeigt. Und das Verfahren umfasst ein Erzeugen von elektrischer Energie unter Verwendung eines ORC-Systems 128 basierend auf einer Temperaturdifferenz zwischen dem druckgeminderten brennbaren Fluid, das in den Motor-Generator eingespeist wird, und einer Abwärme, die von dem Motor-Generator während der Verbrennung erzeugt wird, wie in Block 410 gezeigt.
In einigen Beispielen umfasst das Druckbeaufschlagen des Verbrennungsfluids in Block 402 ferner ein Druckbeaufschlagen des Verbrennungsfluids von der Quelle des brennbaren Fluids, die eine Deponie oder einen Fermenter umfasst, wie in Block 412 von 4B gezeigt.
In einigen Beispielen umfasst das Verfahren 400 ferner ein Bewegen des brennbaren Fluids von der Quelle des brennbaren Fluids zu dem mindestens einen Speichertank unter Verwendung einer Pumpe, wie in Block 414 von 4C gezeigt.
In einigen Beispielen ist der mindestens eine Speichertank mindestens ein zweiter Speichertank, und das Bewegen des brennbaren Fluids in Block 414 umfasst ferner ein Bewegen des brennbaren Fluids zu mindestens einem ersten Speichertank mit einem ersten Druck, wie in Block 416 von 4D gezeigt. In einigen dieser Beispiele umfasst das Druckbeaufschlagen des brennbaren Fluids in Block 402 ferner ein Druckbeaufschlagen des brennbaren Fluids aus dem mindestens einen ersten Speichertank auf mindestens einen zweiten Druck zur Speicherung in dem mindestens einen zweiten Speichertank, wie in Block 418 gezeigt.
In einigen Beispielen umfasst das Verfahren 400 ferner ein Erzeugen einer Kraft aufgrund einer Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck und dem mindestens einen zweiten Druck, die das brennbare Fluid aus dem mindestens einen zweiten Speichertank in Richtung des Turboexpanders bewegt, wie in Block 420 von 4E gezeigt.
In einigen Beispielen ist der mindestens eine zweite Speichertank mehrere zweite Speichertanks, der mindestens eine zweite Druck ist mehrere zweite Drücke, und das Druckbeaufschlagen des brennbaren Fluids in Block 402 umfasst ferner ein Druckbeaufschlagen des brennbaren Fluids auf die mehreren zweiten Drücke zur Speicherung in unterschiedlichen der mehreren zweiten Speichertanks, wie in Block 422 von 4F gezeigt.
In einigen Beispielen umfasst das Druckmindern des brennbaren Fluids in Block 406 ferner ein Erzeugen von elektrischer Energie durch Druckminderung des brennbaren Fluids, wie in Block 424 von 4G gezeigt.
In einigen Beispielen umfasst das brennbare Fluid Biomethan, das Methan und Nicht-Methan-Verunreinigungen umfasst, und das Druckmindern des brennbaren Fluids in Block 406 umfasst ferner ein Kondensieren der Nicht-Methan-Verunreinigungen, um gereinigtes Methan zu erzeugen, wie in Block 426 von 4H gezeigt. In einigen dieser Beispiele umfasst das Verfahren ferner ein Zuführen des gereinigten Methans unter Verwendung eines Methanauslasses, der das Methan von dem Motor-Generator umlenkt, wie in Block 428 gezeigt.
In einigen Beispielen umfasst das Verbrennen des brennbaren Fluids in Block 424 ferner ein Erzeugen von mechanischer Energie aus der Verbrennung des brennbaren Fluids unter Verwendung eines Verbrennungsmotors und ein Umwandeln der mechanischen Energie in elektrische Energie unter Verwendung eines elektrischen Generators, wie in Block 430 von 41 gezeigt.
In einigen Beispielen umfasst das Erzeugen von elektrischer Energie unter Verwendung des ORC-Systems in Block 410 ferner ein Verwenden eines Arbeitsfluids, das zwischen unterschiedlichen Temperaturen zirkuliert, um elektrische Energie zu erzeugen, und ein Übertragen von Wärme von dem Arbeitsfluid auf das druckgeminderte brennbare Fluid unter Verwendung eines kaltseitigen Wärmetauschers, wie in Block 432 von 4J gezeigt.
In einigen Beispielen umfasst das Verbrennen des druckgeminderten brennbaren Fluids in Block 408 ferner ein Erzeugen von Verbrennungsnebenprodukten einschließlich der Abwärme, wie in Block 434 von 4K gezeigt. In einigen dieser Beispiele umfasst das Erzeugen von elektrischer Energie unter Verwendung des ORC-Systems in Block 410 ferner ein Verwenden eines Arbeitsfluids, das zwischen unterschiedlichen Temperaturen zirkuliert, um elektrische Energie zu erzeugen, und ein Übertragen eines Teils der Abwärme auf das Arbeitsfluid unter Verwendung eines warmseitigen Wärmetauschers, wie in Block 436 gezeigt.
In einigen Beispielen umfasst das Verfahren 400 ferner ein Steuern des Prozesses zur Druckbeaufschlagung eines Verbrennungsfluids, damit er abläuft, wenn ein Energiepreis unter einem ersten Schwellenwert liegt, wie in Block 438 von 4L gezeigt. In einigen dieser Beispiele umfasst das Verfahren auch ein Steuern des Prozesses zur Verbrennung des druckgeminderten brennbaren Fluids, so dass er abläuft, wenn der Energiepreis über einem zweiten Schwellenwert liegt, wie in Block 440 dargestellt. In einigen Beispielen ist der Energiepreis ein Preis für Elektrizität oder Erdgas. In einigen Beispielen unterscheidet sich der erste Schwellenwert von dem zweiten Schwellenwert.
Ein Energieerzeugungssystem zum Umwandeln eines brennbaren Fluids von einer nicht-traditionellen Quelle eines brennbaren Fluids in nutzbare Energie. Das Energieerzeugungssystem weist ein Fluidspeichersystem mit einem Verdichter und mindestens einem Speichertank auf, wobei der Verdichter eingerichtet ist, um ein brennbares Fluid von einer Quelle eines brennbaren Fluids zur Speicherung in dem einen oder den mehreren Speichertanks mit Druck zu beaufschlagen; und ein Energierückgewinnungssystem, das eingerichtet ist, um das brennbare Fluid von dem mindestens einen Speichertank aufzunehmen, wobei das Energierückgewinnungssystem Folgendes aufweist: einen Turboexpander, der eingerichtet ist, um den Druck des brennbaren Fluids, das aus dem mindestens einen Speichertank aufgenommen wird, zu mindern; einen Motor-Generator, der eingerichtet ist, um das brennbare Fluid, dessen Druck durch den Turboexpander gemindert wird, einzuspeisen und elektrische Energie aus dem brennbaren Fluid zu erzeugen; und ein Organic Rankine Cycle (ORC)-System, das eingerichtet ist, um elektrische Energie basierend auf einer Temperaturdifferenz zwischen dem brennbaren Fluid, das in den Motor-Generator eingespeist wird, und einer Abwärme, die von dem Motor-Generator erzeugt wird, zu erzeugen.
Wie oben erläutert und im Folgenden wiederholt, umfasst die vorliegende Offenlegung ohne Einschränkung die folgenden Beispielimplementierungen.
Klausel 1. Energieerzeugungssystem umfassend: ein Fluidspeichersystem mit einem Verdichter und mindestens einem Speichertank, wobei der Verdichter eingerichtet ist, um ein brennbares Fluid von einer Quelle eines brennbaren Fluids zur Speicherung in dem einen oder den mehreren Speichertanks mit Druck zu beaufschlagen; und ein Energierückgewinnungssystem, das eingerichtet ist, um das brennbare Fluid von dem mindestens einen Speichertank aufzunehmen, wobei das Energierückgewinnungssystem Folgendes aufweist: einen Turboexpander, der eingerichtet ist, um den Druck des brennbaren Fluids, das aus dem mindestens einen Speichertank aufgenommen wird, zu mindern; einen Motor-Generator, der eingerichtet ist, um das brennbare Fluid, dessen Druck durch den Turboexpander gemindert wird, einzuspeisen und elektrische Energie aus dem brennbaren Fluid zu erzeugen; und ein Organic Rankine Cycle (ORC)-System, das eingerichtet ist, um elektrische Energie basierend auf einer Temperaturdifferenz zwischen dem brennbaren Fluid, das in den Motor-Generator eingespeist wird, und einer Abwärme, die von dem Motor-Generator erzeugt wird, zu erzeugen.
Klausel 2. Energieerzeugungssystem nach Klausel 1, wobei der Verdichter eingerichtet ist, um das brennbare Fluid von der Quelle des brennbaren Fluids, die eine Deponie oder einen Fermenter umfasst, mit Druck zu beaufschlagen.
Klausel 3. Energieerzeugungssystem nach Klausel 1 oder Klausel 2, ferner umfassend: eine Pumpe, die eingerichtet ist, um das brennbare Fluid von der Quelle des brennbaren Fluids zu dem Fluidspeichersystem zu bewegen.
Klausel 4. Energieerzeugungssystem nach Klausel 3, wobei der mindestens eine Speichertank mindestens ein zweiter Speichertank ist und das Fluidspeichersystem ferner mindestens einen ersten Speichertank aufweist und wobei die Pumpe eingerichtet ist, um das brennbare Fluid zu dem Fluidspeichersystem zur Speicherung in dem mindestens einen ersten Speichertank mit einem ersten Druck zu bewegen, und der Verdichter eingerichtet ist, um das brennbare Fluid aus dem mindestens einen ersten Speichertank mit Druck auf mindestens einen zweiten Druck zur Speicherung in dem mindestens einen zweiten Speichertank zu beaufschlagen.
Klausel 5. Energieerzeugungssystem nach Klausel 4, wobei eine Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck und dem mindestens einen zweiten Druck eine Bewegung des brennbaren Fluids aus dem mindestens einen zweiten Speichertank in Richtung des Energierückgewinnungssystems bewirkt.
Klausel 6. Energieerzeugungssystem nach Klausel 4 oder Klausel 5, wobei der mindestens eine zweite Speichertank mehrere zweite Speichertanks ist, der mindestens eine zweite Druck mehrere zweite Drücke ist und der Verdichter eingerichtet ist, um das brennbare Fluid mit Druck auf die mehreren zweiten Drücke zur Speicherung in unterschiedlichen der mehreren zweiten Speichertanks zu beaufschlagen.
Klausel 7. Energieerzeugungssystem nach einer der Klauseln 1 bis 6, wobei der Turboexpander eingerichtet ist, um elektrische Energie aus der Druckminderung des brennbaren Fluids zu erzeugen.
Klausel 8. Energieerzeugungssystem nach einer der Klauseln 1 bis 7, wobei das brennbare Fluid Biomethan einschließlich Methan und Nicht-Methan-Verunreinigungen umfasst und der Turboexpander ferner eingerichtet ist, um das Biomethan zu kühlen und die Nicht-Methan-Verunreinigungen zu kondensieren und dadurch gereinigtes Methan zu erzeugen, und das Energieerzeugungssystem ferner einen Methanauslass aufweist, der mit dem Energierückgewinnungssystem gekoppelt und eingerichtet ist, um das gereinigte Methan von dem Motor-Generator umzulenken.
Klausel 9. Energieerzeugungssystem nach einer der Klauseln 1 bis 8, wobei der Motor-Generator einen Verbrennungsmotor aufweist, der eingerichtet ist, um mechanische Energie aus einer Verbrennung des brennbaren Fluids zu erzeugen, und einen elektrischen Generator, der eingerichtet ist, um die mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln.
Klausel 10. Energieerzeugungssystem nach einer der Klauseln 1 bis 9, wobei das ORC-System eingerichtet ist, um ein Arbeitsfluid zu verwenden, das zwischen unterschiedlichen Temperaturen zirkuliert, um elektrische Energie zu erzeugen, und das Energieerzeugungssystem ferner einen kaltseitigen Wärmetauscher aufweist, der eingerichtet ist, um Wärme von dem Arbeitsfluid auf das brennbare Fluid zu übertragen, das in den Motor-Generator eingespeist wird.
Klausel 11. Energieerzeugungssystem nach einer der Klauseln 1 bis 10, wobei der Motor-Generator eingerichtet ist, um das brennbare Fluid zu verbrennen, aus dem Verbrennungsnebenprodukte einschließlich Abwärme erzeugt werden, und wobei das ORC-System eingerichtet ist, um ein Arbeitsfluid zu verwenden, das zwischen unterschiedlichen Temperaturen zirkuliert, um elektrische Energie zu erzeugen, und das Energieerzeugungssystem ferner einen Abgaskanal aufweist, der eingerichtet ist, um die Verbrennungsnebenprodukte aus dem Motor-Generator zu leiten, und einen warmseitigen Wärmetauscher, der eingerichtet ist, um einen Teil der Abwärme aus dem Abgaskanal auf das Arbeitsfluid zu übertragen.
Klausel 12. Energieerzeugungssystem nach einer der Klauseln 1 bis 11, ferner umfassend eine Steuerschaltungsanordnung, die eingerichtet ist, um das Fluidspeichersystem bei der Speicherung des brennbaren Fluids zu steuern, wenn ein Energiepreis unter einem ersten Schwellenwert liegt, und das Energierückgewinnungssystem bei der Erzeugung der elektrischen Energie zu steuern, wenn der Energiepreis über einem zweiten Schwellenwert liegt.
Klausel 13. Energieerzeugungssystem nach Klausel 12, wobei der Energiepreis ein Preis für Elektrizität oder Erdgas ist.
Klausel 14. Energieerzeugungssystem nach Klausel 12 oder Klausel 13, wobei sich der erste Schwellenwert von dem zweiten Schwellenwert unterscheidet.
Viele Modifikationen und andere Implementierungen der hierin dargelegten Offenbarung werden Fachleuten einfallen, die sich auf dem Gebiet der Offenbarung auskennen und die Vorteile der in der vorangehenden Beschreibung und den zugehörigen Figuren dargelegten Lehren nutzen. Daher versteht es sich, dass die Offenbarung nicht auf die spezifischen offenbarten Implementierungen begrenzt ist und dass Veränderungen und andere Implementierungen als innerhalb des Umfangs der angehängten Ansprüche auszulegen sind. Obwohl die vorstehende Beschreibung und die zugehörigen Figuren Beispielimplementierungen im Zusammenhang mit bestimmten Beispielkombinationen von Elementen und/oder Funktionen beschreiben, ist zu berücksichtigen, dass sich unterschiedliche Kombinationen von Elementen und/oder Funktionen durch alternative Implementierungen ergeben können, ohne dass der Umfang der beigefügten Ansprüche verlassen wird. In diesem Zusammenhang sind beispielsweise auch unterschiedliche Kombinationen von Elementen und/oder Funktionen als die oben ausdrücklich beschriebenen denkbar, wie sie in einigen der beigefügten Ansprüche dargelegt sein können. Obwohl hierin spezifische Begriffe verwendet werden, werden sie in allgemeiner und beschreibender Hinsicht und nicht zum Zweck der Begrenzung verwendet.

Claims

Energieerzeugungssystem, umfassend: eine Pumpe, die so konfiguriert ist, dass sie ein brennbares Fluid von einer Quelle für brennbares Fluid zu einem Fluidspeichersystem befördert; das Fluidspeichersystem, umfassend: einen Verdichter. einen ersten Satz von einem oder mehreren Speichertanks, wobei der erste Satz von einem oder mehreren Speichertanks so konfiguriert ist, dass er das brennbare Fluid von der Pumpe aufnimmt und das brennbare Fluid unter einem ersten Druck speichert, und einen zweiten Satz von einem oder mehreren Speichertanks, wobei der Verdichter eingerichtet ist, um das brennbare Fluid von dem ersten Satz von einem oder mehreren Speichertanks zu einem zweiten Druck zur Speicherung in dem zweiten Satz von einem oder mehreren Speichertanks mit Druck zu beaufschlagen; und ein Energierückgewinnungssystem, das eingerichtet ist, um das brennbare Fluid aus dem zweiten Satz von einem oder mehreren Speichertanks aufzunehmen, wobei das Energierückgewinnungssystem aufweist: einen Expander, der eingerichtet ist, druckloses brennbares Fluid zu erzeugen, indem der Druck des aus dem zweiten Satz von einem oder mehreren Speichertanks erhaltenen brennbaren Fluids herabgesetzt wird; und einen Motor-Generator, der eingerichtet ist, um das drucklose brennbare Fluid einzuspeisen und elektrische Energie aus dem drucklosen brennbaren Fluid zu erzeugen.
Energieerzeugungssystem nach Anspruch 1, wobei die Pumpe eingerichtet ist, um das brennbare Fluid von der Quelle des brennbaren Fluids, die eine Deponie oder einen Fermenter umfasst, zu bewegen.
Energieerzeugungssystem nach Anspruch 1, wobei eine Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck und dem mindestens einen zweiten Druck eine Bewegung des brennbaren Fluids aus dem mindestens einen zweiten Speichertank in Richtung des Energierückgewinnungssystems bewirkt.
Energieerzeugungssystem nach Anspruch 1, wobei der zweite Satz von einem oder mehreren Speichertanks mehrere zweite Speichertanks ist, der mindestens eine zweite Druck mehrere zweite Drücke ist und der Verdichter eingerichtet ist, um das brennbare Fluid mit Druck auf die mehreren zweiten Drücke zur Speicherung in unterschiedlichen der mehreren zweiten Speichertanks zu beaufschlagen.
Energieerzeugungssystem nach Anspruch 1, wobei der Expander eingerichtet ist, um elektrische Energie aus der Druckminderung des brennbaren Fluids zu erzeugen.
Energieerzeugungssystem nach Anspruch 5, wobei der Expander ein Turboexpander ist.
Energieerzeugungssystem nach Anspruch 6, wobei das brennbare Fluid Biomethan einschließlich Methan und Nicht-Methan-Verunreinigungen umfasst und der Turboexpander ferner eingerichtet ist, um das Biomethan zu kühlen und die Nicht-Methan-Verunreinigungen zu kondensieren und dadurch gereinigtes Methan zu erzeugen, und das Energieerzeugungssystem ferner einen Methanauslass aufweist, der mit dem Energierückgewinnungssystem gekoppelt und eingerichtet ist, um das gereinigte Methan von dem Motor-Generator umzulenken.
Energieerzeugungssystem nach Anspruch 1, wobei der Motor-Generator einen Verbrennungsmotor aufweist, der eingerichtet ist, um mechanische Energie aus einer Verbrennung des drucklosen brennbaren Fluids zu erzeugen, und einen elektrischen Generator, der eingerichtet ist, um die mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln.
Energieerzeugungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Steuerschaltungsanordnung, die eingerichtet ist, um das Fluidspeichersystem bei der Speicherung des brennbaren Fluids zu steuern, wenn ein Energiepreis unter einem ersten Schwellenwert liegt, und das Energierückgewinnungssystem bei der Erzeugung der elektrischen Energie zu steuern, wenn der Energiepreis über einem zweiten Schwellenwert liegt.
Energieerzeugungssystem nach Anspruch 9, wobei der Energiepreis ein Preis für Elektrizität oder Erdgas ist.
Energieerzeugungssystem nach Anspruch 9, wobei der Energiepreis ein Strompreis ist.
Energieerzeugungssystem nach Anspruch 9, wobei der Energiepreis ein Preis für Erdgas ist.
Energieerzeugungssystem nach Anspruch 9, wobei sich der erste Schwellenwert von dem zweiten Schwellenwert unterscheidet.
Energieerzeugungssystem nach Anspruch 9, wobei der erste Schwellenwert niedriger als der durchschnittliche Energiepreis ist und der zweite Schwellenwert über dem durchschnittlichen Energiepreis liegt.
Energieerzeugungssystem nach Anspruch 9, wobei die Steuerschaltung den Energiepreis von einer Netzverbindung erhält, die regelmäßig Energiepreisinformationen veröffentlicht.
Energieerzeugungssystem nach Anspruch 1, wobei das Energierückgewinnungssystem ferner einen Wärmetauscher umfasst, der so konfiguriert ist, dass er Wärme zwischen dem brennbaren Fluid und einem Arbeitsfluid überträgt.
Energieerzeugungssystem nach Anspruch 1, wobei der Wärmetauscher stromabwärts von dem Expander angeordnet ist und der Wärmetauscher so konfiguriert ist, dass er druckloses brennbares Fluid von dem Expander empfängt und Wärme zwischen dem drucklosen brennbaren Fluid und einem Arbeitsfluid überträgt.
Energieerzeugungssystem nach Anspruch 1, wobei der Wärmetauscher stromabwärts vom Expander angeordnet ist und der Wärmetauscher so konfiguriert ist, dass er druckloses brennbares Fluid vom Expander empfängt und Wärme auf druckloses brennbares Fluid von einem Arbeitsfluid überträgt.
Ein Energieerzeugungssystem, umfassend: ein Fluidspeichersystem für ein brennbares Fluid, wobei das Fluidspeichersystem einen Satz von einem oder mehreren Speichertanks zum Speichern des brennbaren Fluids bei einem hohen Druck umfasst, wobei der eine oder die mehreren Speichertanks so konfiguriert sind, dass sie das brennbare Fluid bei dem hohen Druck von einem Kompressor empfangen, wobei der Kompressor so konfiguriert ist, dass er das brennbare Fluid von einer Quelle für brennbares Fluid zur Speicherung in dem Satz von einem oder mehreren Speichertanks unter Druck setzt; ein Energierückgewinnungssystem, das so konfiguriert ist, dass es das brennbare Fluid aus dem Satz von einem oder mehreren Speichertanks empfängt, wobei das Energierückgewinnungssystem umfasst: einen Expander, der so konfiguriert ist, dass er druckloses brennbares Fluid erzeugt, indem er das aus dem Satz von einem oder mehreren Speichertanks erhaltene brennbare Fluid drucklos macht, und einen Motor-Generator, der so konfiguriert ist, dass er das drucklose brennbare Fluid aufnimmt und elektrische Energie aus dem drucklosen brennbaren Fluid erzeugt; und eine Steuerschaltung, die mit dem Fluidspeichersystem und dem Energierückgewinnungssystem gekoppelt und konfiguriert ist, um: das Fluidspeichersystem zu steuern, um das brennbare Fluid zu speichern und den hohen Druck aufrechtzuerhalten, wenn ein Energiepreis unter einem ersten Schwellenwert liegt, und das Energierückgewinnungssystem bei der Erzeugung der elektrischen Energie zu steuern, wenn der Energiepreis über einem zweiten Schwellenwert liegt.
Energieerzeugungssystem nach Anspruch 19, wobei der Energiepreis ein Preis für Elektrizität oder Erdgas ist.
Energieerzeugungssystem nach Anspruch 19, wobei der erste Schwellenwert von dem zweiten Schwellenwert verschieden ist.
Energieerzeugungssystem nach Anspruch 19, wobei der erste Schwellenwert niedriger als der durchschnittliche Energiepreis ist und der zweite Schwellenwert über dem durchschnittlichen Energiepreis liegt.
Energieerzeugungssystem nach Anspruch 19, wobei die Steuerschaltung den Energiepreis von einer Netzverbindung erhält, die regelmäßig Energiepreisinformationen veröffentlicht.
Das Energieerzeugungssystem nach Anspruch 19, wobei der Expander ein Turboexpander ist.
Energieerzeugungssystem nach Anspruch 24, wobei das brennbare Fluid Biomethan einschließlich Methan und Nicht-Methan-Verunreinigungen enthält und der Turboexpander ferner so konfiguriert ist, dass er das Biomethan kühlt und die Nicht-Methan-Verunreinigungen kondensiert und dadurch gereinigtes Methan erzeugt, und das Energieerzeugungssystem ferner einen mit dem Energierückgewinnungssystem gekoppelten Methanauslass enthält, der so konfiguriert ist, dass er das gereinigte Methan vom Motor-Generator wegleitet.
Energieerzeugungssystem nach Anspruch 24, wobei der Motor-Generator einen Verbrennungsmotor umfasst, der so konfiguriert ist, dass er mechanische Energie aus der Verbrennung des drucklosen brennbaren Fluids erzeugt, sowie einen elektrischen Generator, der so konfiguriert ist, dass er die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt.
Energieerzeugungssystem nach Anspruch 19, wobei die Quelle des brennbaren Fluids eine Mülldeponie oder einen Faulbehälter umfasst.