DE3142979A1 - "verfahren und vorrichtung zur speicherung von solarenergie" - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Speicherung von Solarenergie
• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Speicherung von Solarenergie.
• Die bekannten Verfahren zur Nutzbarmachung der Sonnenenergie bestehen darin, die Strahlen in Elektroenergie, Wärmeenergie mittels Wasser oder potentielle Energie umzuwandeln.
• Die Elektro- bzw. die Wärmeenergie ist nur bedingt speicherfähig, so daß deren Versorgung den starken Schwankungen des Angebots und der Nachfrage unterliegt. Die Speicherfähigkeit läßt sich dagegen im Falle der Umwandlung in potentielle Energie durch Anhebung von Wasser auf ein höheres Niveau dadurch erreichen, daß ein entsprechend großes Reservoirvolumen gewählt wird, nämlich durch Verwendung von gebirgigem Gelände. Dieses Verfahren hat jedoch aufgrund der bestehenden Topographie nur geringe Anwendungsmöglichkeiten.
• Außerdem sind die Anlagen dazu sehr kostspielig.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem die Solarenergie mit Pufferwirkung und damit das Angebot und die Nachfrage ausgleichend gespeichert werden kann.
• Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Solarenergie chemisch gespeichert wird.
• Das durch die Aufnahme von Energie auf ein höheres Energieniveau gebrachte chemische Produkt ist unter entsprechenden Bedingungen, wie Temperatur, Druck, beständig, so daß die in dem Produkt gespeicherte Energie langzeitig erhalten werden kann und außerdem mit dem Produkt beliebig weit transportabel ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird somit erreicht, daß die Sonnenenergie nach Maßgabe des Angebotes kontinuierlich umgewandelt und gespeichert werden kann, und daß diese gespeicherte Energie unabhängig vom Standort der Solaranlage verwendet werden kann.
• Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Solarenergie in Wärmeenergie umgewandelt und von einem chemischen Cemisch aufgenommen, indem dieses zur Reaktion gebracht wird.
• Die Durchführung dieses Verfahrens läßt sich durch einfache technische Maßnahmen ermöglichen, indem die Umwandlung der Strahlenenergie in Wärme direkt durch die BehältnisXse, in denen das chemische Gemisch geführt wird, erfolgt.
• Es ist vorteilhaft, wenn die chemische Reaktion reversibel ist.
• Hierdurch wird erreicht, daß das Reaktionsprodukt auch als transportable Wärmequelle bzw. Speicher verwendet werden kann, indem am Verbraucherprt durch Umkehrung der Reaktion die gespeicherte Energie als Wärmeenergie frei wird und dem Verbraucher zugeführt wird.
• Die Reaktionsprodukte können zeitlich unabhängig und auch unabhängig vom Ort deren Rückgewinnung der Solaranlage wieder zurückgeführt werden.
• In Weiterbildung der Erfindung wird vorgesehen, daß als Reaktionsausgangsgemisch Methan (CH4) und Wasserdampf verwendet wird.
• Methan und Wasserdampf sind weltweit vorhanden, so daß hiermit die Versorgungsschwierigkeiten nicht über die normalen Vorkehrungen hinausgreifen. Mit diesem Reaktionsgemisch ist außerdem ein Prozeß mit sehr gutem Wirkungsgrad möglich. Das als Speicher dienende Reaktionsprodukt hat zudem eine vielseitige Verwendung. Durch Rückbildung der Ausgangsprodukte, nämlich Methan und Wasserdampf, kann die freiwerdende Wärmeenergie genutzt werden.
• In der Dampfreformierung von Methan wird das Methan in Wasserstoff und Kohlenoxid gespalten. Der hierbei erzeugte Wasserstoff hat seinerseits weite Verwendungsmöglichkeiten, sowie bei der Herstellung von Ammoniak, Methanol , hydrierende Vergasung von Kohle, Direktreduktion von Eisenerz, usw.
• Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird als Vorrichtung zur chemischen Speicherung von Solarenergie ein Sol art rum vorgesehen, der hochkonzentrierte Solarenergie empfängt und im Strahlenbereich einen Wärmetauscher für das Reaktionsgemisch aufweist.
• Auf einem Solarturmkopf lassen sich die gebündelten Strahlen projezieren, die von einem sehr großen Reflektorenfeld reflektiert werden, so daß im Brennpunkt Wärme hohen Temperaturniveaus erzeugt werden kann.
• Für die Dampfreformierung von CH4 ist es vorteilhaft, wenn der Temperaturbereich zwischen 760 und 900'C liegt.
• Für diesen Prozeß ist ferner ein Wärmetauscher vorgesehen, indem unter Nutzung der Abwärme des Reaktionsproduktes der für die Reaktion erforderliche Dampf erzeugt wird.
• In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.
• In Fig. 1 ist ein Solarturm (Solartower) gezeigt, der einen auf einem Turm 10 aufgebauten Strahlungsempfänger 11 hat. Von auf dem Boden aufgestellten Reflektoren, sogenannten Heliostaten 12 werden die Sonnenstrahlen 13 auf Uffnungen 14 des Strahlungsempfängers 11 gebündelt reflektiert.
• Der gebündelte hochenergetische Strahl 15 trifft auf einen hinter der Cffnung 14 vorgesehenen Wärmetauscher 16, dessen Außenwand 17 als Solarabsorber ausgebildet ist, indem die Außenfläche z.B. mit einer Schwarzschicht überzogen ist. In den Wärmetauscher 16 wird über eine Leitung 20 ein Gemisch aus CH4, das aus einem Vorrat 19 entnommen wird, und aus einem anderen Vorrat Wasser-Wasserdampf zugeführt. Mit Hilfe eines beispielsweise Nickelkatalysators und der Wärmezufuhr auf einem Temperaturniveau von etwa 800.C wird das Methan gemäß der nachfolgenden Formel umgesetzt.

  CH4 + H20 pf + Wärme3H +CO

  Dampf 2

  oder CH4 + H2 0 + Wårme ffi +CO

  Dampf 2 2

  Das heiße Reaktionsgemisch wird durch einen Wärmetauscher 21 geführt, in dem unter Erzeugung von Dampf das Reaktion gemisch abgekühlt wird. Das Reaktionsgemisch gelangt schließlich in Behältern 22, in denen es an den Verbraucherort transportiert wird. Der Transport ist auch durch ein rohrsystem möglich.
• Für die Dampferzeugung ist eine Frischwasserzufuhr 23 vorgesehen, die in den Wärmetauscher 21 mündet. Im Wärmetauscher 21 wird das Wasser unter Aufnahme der Wärme des Reaktionsproduktes verdampft und über eine Leitung 24 der Gemischleitung 20 zugefü-hrt.
• Die oben angegebene Reaktion ist reversibel. Durch Rückbildung des Reaktionsproduktes zu Methan und Wasserdampf wird Wärme frei, die bis zur Umkehrreaktion im Reaktionsprodukt gespeichert ist. Die gespeicherte Wärme kann dann am Verbraucherort nach Einleitung der Umkehrreaktion abgeführt werden.
• Es kann aber auch aus dem Reaktionsprodukt der Wasserstoff vom Kohlenoxid getrennt werden und zur Herstellung von Produkten, wie Ammoniak, Methanol, verwendet werden.
• Mit der oben beschriebenen Speicherung der Solarenergie kann die mit den Reflektoren 12, dem Strahlungsempfänger 11 zugeführte Sonnenenergie maximal genutzt werden, indem die Anlage unabhängig von einer Energienachfrage auf Höchstleistung betrieben wird.
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Claims (7)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Speicherung von Solarenergie, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarenergie chemisch gespeichert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarenergie in Wärmeenergie umgewandelt wird, und daß ein chemisches Gemisch durch Aufnahme der Wärmeenergie zur Reaktion gebracht wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die chemische Reaktion reversibel ist.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsprodukt aus einer entsprechenden Rückreaktion zur Solaranlage zurückgeführt wird.
5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktionsausgangsgemisch CH4 und Wasserdampf verwendet wird.
6. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Solarturm (10, 11) vorgesehen ist, der hochkonzentrierte Solarenergie empfängt und der im Strahlenbereich (14, 15) einen als Strahlungsabsorber ausgebildeten Wärmetauscher (16) für ein Reaktionsgemisch aufweist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 zur Dampfreformierung von Methan, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Wärmetauscher (21) zur Dampferzeugung vorgesehen ist.