特許 7207881 熱併給形コンバインド発電プラントを有する発電システム及び発電のための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-10

(45)【発行日】2023-01-18

(54)【発明の名称】熱併給形コンバインド発電プラントを有する発電システム及び発電のための方法

(51)【国際特許分類】

   F23G 5/46 20060101AFI20230111BHJP

   H02P 9/04 20060101ALI20230111BHJP

   C12M 1/107 20060101ALN20230111BHJP

【ＦＩ】

F23G5/46 Z

H02P9/04 P

C12M1/107

【請求項の数】 17

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2018130034

(22)【出願日】2018-07-09

(65)【公開番号】P2019037121

(43)【公開日】2019-03-07

【審査請求日】2021-05-06

(31)【優先権主張番号】10 2017 007 547.6

(32)【優先日】2017-08-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】518205379

【氏名又は名称】マルチン ゲーエムベーハー フュア ウムヴェルト ウント エネルギーテヒニーク

(74)【代理人】

【識別番号】100091683

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼川 俊雄

(74)【代理人】

【識別番号】100179316

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 寛奈

(72)【発明者】

【氏名】ロバート フォン ラーヴェン

(72)【発明者】

【氏名】ウルリッヒ，マルチン

(72)【発明者】

【氏名】マックス，ヨーゼフ シェーンシュタイナー

【審査官】岩▲崎▼ 則昌

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－２３２５２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１７０１４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１２０９８３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２３Ｇ ５／４６

Ｈ０２Ｐ ９／０４

Ｃ１２Ｍ １／１０７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発酵プラント（３）のために熱併給形コンバインド発電プラント（２）の熱を使用するため、管路（４）によって互いに連結される熱併給形コンバインド発電プラント（２）及び発酵プラント（３）を有する発電システム（１）であって、前記発電システム（１）が、前記熱併給形コンバインド発電プラント（２）及び前記発酵プラント（３）の両方に管路（６、７、８、９、１０）によって連結される電解プラント（５）を有し、前記電解プラント（５）及び前記熱併給形コンバインド発電プラント（２）は、前記熱併給形コンバインド発電プラント（２）のために電解の間に生成された酸素を使用するため、ガスのための前記管路（８）によって互いに連結されることを特徴とする、発電システム（１）。

【請求項2】

前記熱併給形コンバインド発電プラント（２）が廃棄物焼却プラントであることを特徴とする、請求項１に記載の発電システム。

【請求項3】

前記発酵プラント（３）が乾燥発酵（１２）のためのプラントを有することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の発電システム。

【請求項4】

前記熱併給形コンバインド発電プラント（２）及び前記発酵プラント（３）が、前記発酵プラント（３）のために前記熱併給形コンバインド発電プラント（２）で生成された電力を使用するため、送電線（１１）によって互いに直接連結されることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発電システム。

【請求項5】

前記電解プラント（５）及び前記発酵プラント（３）が、前記発酵プラント（３）のために電解の間に生成された熱を使用するため、熱のための前記管路（９）によって、互いに連結されることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発電システム。

【請求項6】

前記電解プラント（５）及び前記発酵プラント（３）が、前記発酵プラント（３）のために電解の間に生成された水素を使用するため、ガスのための前記管路（１０）によって互いに連結されることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発電システム。

【請求項7】

前記電解プラント（５）及び前記発酵プラント（３）が、電解の間に生成された水素と前記発酵プラント（３）において生成されたガスをガス精製プラント（１３）で混合するため、ガスのための管路（１４）によって互いに連結されることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の発電システム。

【請求項8】

前記電解プラント（５）及び前記熱併給形コンバインド発電プラント（２）が、前記電解プラント（５）のために前記熱併給形コンバインド発電プラント（２）で生成された電力を使用するため、送電線（７）によって互いに直接連結されることを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の発電システム。

【請求項9】

前記電解プラント（５）及び前記熱併給形コンバインド発電プラント（２）が、前記電解プラント（５）のために前記熱併給形コンバインド発電プラント（２）で生成された蒸気又は熱を使用するため、前記管路（６）によって互いに連結されることを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の発電システム。

【請求項10】

前記発電システムが、５０ｍ^３以上の体積の少なくとも１つのガス貯蔵装置（３４、３５、３６、３７、３８）を有することを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の発電システム。

【請求項11】

前記発電システム（１）が、二酸化炭素のための管路（２５、２６）によって前記熱併給形コンバインド発電プラント（２）及び／又は前記発酵プラント（３）に連結され、水素のための管路（２７）によって前記電解プラント（５）に連結されるメタンガス製造プラント（２４）を有することを特徴とする、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の発電システム。

【請求項12】

前記メタンガス製造プラント（２４）が、熱のための管路（２９）によって前記熱併給形コンバインド発電プラント（２）に及び／又は前記電解プラント（５）に連結されることを特徴とする、請求項１１に記載の発電システム。

【請求項13】

前記メタンガス製造プラント（２４）が、前記メタンガス製造プラント（２４）のために前記熱併給形コンバインド発電プラント（２）で生成された電力を使用するため、送電線（３３）によって、前記熱併給形コンバインド発電プラント（２）に直接連結されることを特徴とする、請求項１１又は請求項１２に記載の発電システム。

【請求項14】

請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載のシステムを使用し、前記熱併給形コンバインド発電プラント（２）の熱が前記発酵プラント（３）のために用いられる発電のための方法であって、前記電解プラント（５）の熱が前記発酵プラント（３）のために更に使われ、前記電解プラント（５）の酸素が前記熱併給形コンバインド発電プラント（２）のために使われることを特徴とする、発電のための方法。

【請求項15】

前記電解プラント（５）の水素が発酵からの二酸化炭素を使用してメタンに変換されることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記発電システム（１）において生成された少なくとも１つのガス流が貯蔵されることを特徴とする、請求項１４又は請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

生成されかつ貯蔵されたガスが、制御された方法で更なる使用のために供給されることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発酵プラントのための熱併給形コンバインド発電プラントからの熱を使用するために管路によって互いに連結される熱併給形コンバインド発電プラント及び発酵プラントを有する発電システムに関する。このタイプのプラントは、とりわけ、発酵プラントにおいて用いるのに低いエネルギー準位の廃熱が特に適切であるので、非常に好都合である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0002】

本発明は、このタイプの発電システムを開発する目的に基づくものである。この目的は、特許請求項１の特徴を有する発電システムを用いて達成される。請求項１５の特徴を有する発電のための方法は、結果として生じる力を特によく使用するための好都合な手順を示す。

【0003】

好都合な展開は、従属請求項の主題である。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明によると、発電システムは、熱併給形コンバインド発電プラント及び発酵プラントの両方に管路によって連結される電解プラントを有する。これにより、発電システムの効率を向上することができる。

【0005】

熱併給形コンバインド発電プラントが廃棄物焼却プラントである場合、廃棄物の一部が発酵プラントにおいて処理される間に、他の部分を焼却することができる。

【0006】

実際には、発酵プラントが乾燥発酵のためのプラントである場合、好都合であることが特定された。

【0007】

好都合な実施態様では、熱併給形コンバインド発電プラント及び発酵プラントはまた、発酵プラントのために熱併給形コンバインド発電プラントで生成された電力を使用するため、送電線によって互いに直接連結される。すなわち、加熱器を使用して生成されるその電力の一部は公共の送電網には供給されないが、むしろ、発酵プラントを作動させるために直接使用されるということである。

【0008】

電解プラント及び発酵プラントが、発酵プラントのために電解の間に生成された熱を使用するため、熱のための管路による熱で互いに連結される場合、特に好都合である。

【0009】

加えて、電解プラント及び発酵プラントは、発酵プラントの電解の間に生成された水素を使用するためにガスの管路によって互いに連結されてもよい。この場合、水素が発酵の間にすでに供給されているので、メタン製造を増やすために発酵において水素を使用することができる。

【0010】

代わりに又は累積的に、電解プラント及び発酵プラントは、電解の間に生成された水素と、発酵の間に生成されたガスを混合するためにガスの管路によって互いに連結されてもよい。その結果として、ガス精製が達成される。

【0011】

熱併給形コンバインド発電プラントで生成される電力は、発酵の用途のみではなく、電解のためにも使われてもよい。それゆえに、電解プラント及び熱併給形コンバインド発電プラントは、電解プラントのために熱併給形コンバインド発電プラントで生成された電力を使用するため、送電線によって互いに直接連結されることが提案される。電力はそれゆえに、電解のためにそこから使用されるために最初は公共の送電網には送られず、むしろ、熱併給形コンバインド発電プラント及び電解プラント間の直接の管路が、電解のために熱併給形コンバインド発電プラントで生成された電力の使用を可能にする。

【0012】

従って、電解プラント及び熱併給形コンバインド発電プラントはまた、電解プラントのために熱併給形コンバインド発電プラントで作成された蒸気又は熱を使用するため、管路によって互いに連結されることができる。管路は、それゆえに、例えば蒸気又は温水管路であってもよい。

【0013】

熱併給形コンバインド発電プラントの電解の間に生成された酸素を使用するために、電解プラント及び熱併給形コンバインド発電プラントがガスのための管路によって互いに連結される場合、それは好都合である。

【0014】

異なるプラントにおいて用いられるべきガスを蓄積させる個々のプラントは、当然、その中にガスを蓄積させる特定のガス貯蔵装置を備えている。発電システムの構成要素間のガス交換を制御する及び／又はガスを第三者に提供するために、発電システムは、５０ｍ^３以上のガス貯蔵装置を有することが提案される。

【0015】

発電システムの特定の開発により、発電システムは、二酸化炭素のための管路によって熱併給形コンバインド発電プラント及び／又は発酵プラントに連結され、水素のための管路によって電解プラントに連結されたメタンガス製造プラントを有することが提供される。これにより、特に好都合な方法でメタンガス製造プラントを発電システムに一体化することが可能になる。

【0016】

この場合、メタンガス製造プラントが、熱のための管路によって熱併給形コンバインド発電プラント及び／又は電解プラントに連結されていることが好都合である。その結果、内部で生成された熱でさえ、メタンガス製造プラントのために用いることができる。

【0017】

従って、メタンガス製造プラントのための熱併給形コンバインド発電プラントで生成された電力を使用するために、メタンガス製造プラントが直接電力管路によって熱併給形コンバインド発電プラントに連結される場合、内部で生成された電力もまた、メタンガス製造プラントのために用いることができる。

【0018】

それゆえに、発酵プラントのための熱併給形コンバインド発電プラントからの熱を使用し、発酵プラントのための電解プラントからの熱を更に使用する発電のための方法が提供され、そこにおいて、電解からの酸素が、熱併給形コンバインド発電プラントのために用いられる。この方法は特に、本発明による電力製造システムに適している。

【0019】

この場合、電解プラントからの水素が、乾燥発酵からの二酸化炭素を使用してメタンに変換される時に好都合である。

【0020】

更なる使用のためにその方法の間に生成されたガスを供給するように、発電システムにおいて生成された少なくとも１つのガス流が貯蔵されることが提案される。このガス流は、二酸化炭素、水素、酸素、メタン及び／又はバイオガスであってもよい。貯蔵装置が少なくとも限られた範囲での一時的連結を可能にするので、これにより、プラントの個々の構成要素におけるガス製造及びガス消費をより容易に制御することができる。

【0021】

好都合な例示的な実施態様は、図面において示され、以下において更に詳細に説明される。図面の説明は以下の通りである。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１は、熱併給形コンバインド発電プラント、発酵プラント及び電解プラントを有する発電システムを示すものである。

【図2】図２は、メタンガス製造プラントを有する図１による発電システムを示すものである。

【図3】図３は、ガス貯蔵装置を有する図２による発電システムを示すものである。

【発明を実施するための形態】

【0023】

図１において示される発電システム１は、熱併給形コンバインド発電プラント２として廃棄物焼却プラントを有する。この廃棄物焼却プラントは、乾燥発酵プラントとして構成される発酵プラント３のための電力を供給する。管路４は、この目的のため、熱併給形コンバインド発電プラント２及び発酵プラント３の間で配置されるので、熱併給形コンバインド発電プラント２からの熱は発酵プラント３のために用いることができる。

【0024】

更に、発電システム１は、管路６から１０によって、熱併給形コンバインド発電プラント２及び発酵プラント３の両方に連結される電解プラント５を有する。

【0025】

送電線１１は、発酵プラント３のための熱併給形コンバインド発電プラント２で生成された電力を使用するために、熱併給形コンバインド発電プラント２を発酵プラント３に直接連結する。

【0026】

電解プラント５及び発酵プラント３は、電解の間に生成される熱、及び、発酵プラント３のための電解の間に生成された水素を使用するために、熱の管路９及びガスの管路１０によって互いに連結される。発酵プラント３は、乾燥発酵１２のためのプラント及びガス精製プラント１３を有する。これにより、電解プラント５及び発酵プラント３の間の管路１４によって、ガス精製プラント１３における発酵プラント３の電解の間に生成された水素を混合することが可能になる。

【0027】

電解プラント及び熱併給形コンバインド発電プラント２は、電解プラント５のために熱併給形コンバインド発電プラント２で生成された蒸気又は熱を使用するため、管路６によって互いに連結することができる。電解プラント５及び熱併給形コンバインド発電プラント２の間の送電線７によって、直接電解プラントのための熱併給形コンバインド発電プラント２で生成された電力を使用することが可能になり、電解プラント５及び熱併給形コンバインド発電プラント２の間のガスの管路８により、熱併給形コンバインド発電プラント２のための電解の間に生成された酸素を使用することが可能になる。

【0028】

この発電システム１は、送電線１５によって送電網１６に連結される。管路１７は発電システム１を加熱網１８に連結し、管路１９は発酵プラント３をガス供給部２０に連結する。これにより、管路１５を通じて、管路１７を経て熱を放出し、発電システムから管路１９を経てガスを放出することができる。

【0029】

管路２１は、送電網１６から電解プラント５に電力を更に供給することを可能にする。加えて、ガス精製プラント１３には、熱併給形コンバインド発電プラント２から送電線２２を経て電力を、及び、熱併給形コンバインド発電プラント２から管路２３を経て熱を供給することができる。

【0030】

図２は、図１に示される発電システム１へのメタンガス製造プラント２４の集積を示す。ここでは全ての構成要素が、同一の参照番号を備える。メタンガス製造プラント２４は、Ｐ２Ｇ（パワートゥーガス：電力からガスへ）プラントとして構成され、熱併給形コンバインド発電プラント２からの管路２５によりＣＯ_２、及び、発酵プラント３のガス精製プラント１３からの管路２６によりＣＯ_２を受容する。電解プラント５から管路２７によって供給される水素を用いて、メタンガス製造プラントは、管路２８によってガス補給部２０に供給されるメタンを生成する。管路２９はメタンガス製造プラント２４に熱併給形コンバインド発電プラント２から熱を提供し、管路３０はメタンガス製造プラント２４に電解プラント５から熱を提供する。

【0031】

メタンガス製造プラント２４において生成されたガスは、管路２８によって直接ガス供給部に供給されることも、あるいは、管路３１によってガス精製プラント１３に最初に供給されることもできる。このガス精製プラント１３は、一体化されたガス処理を受けて乾燥発酵プラント１２から管路３２によってバイオメタンガスを受容する。

【0032】

管路３３は、熱併給形コンバインド発電プラント２からメタンガス製造プラント２４に電力を供給する送電線として使われる。

【0033】

熱併給形コンバインド発電プラント２、乾燥発酵プラント１２及び電解プラント５の組合せにより、乾燥発酵プラント１２及び電解プラント５に熱併給形コンバインド発電プラントから電力を供給するのが可能になる。電解プラント５は、結果的に熱併給形コンバインド発電プラント２及び乾燥発酵プラント１２の効率を向上させ、発酵プラント３において生成されるガスの発熱量を増やす。加えて、電解は、電流シンクとして回路を送電網から分離する。

【0034】

メタンガス製造プラント２４の更なる集積のために、このプラントはＣＯ_２シンクとして使用され、乾燥発酵プラント１２において生成された生物起源ＣＯ_２（炭素回収、負のＣＯ_２バランス）の使用を可能にする。加えて、メタンガス製造プラントは、水素シンクとして送電網からの更なる分離を可能にする。

【0035】

図３は、どのように乾燥発酵プラント１２がバイオガスの貯蔵装置３４に連結されているか、及び、どのようにガス精製プラント１３がＣＯ_２の貯蔵装置３５及びバイオメタンガスの貯蔵装置３６に連結されているかを示すものである。電解プラント５は水素の貯蔵装置３７に連結され、メタンガス製造プラント２４はメタンガスの貯蔵装置３８に連結される。この貯蔵装置は主に、送電網１６からの分離を強化することを可能にする。

【図1】

【図2】

【図3】