[發明專利]實施耗熱程序的方法

在審

• 申請號: 201380064204.5
• 申請日: 2013-12-12
• 公開（公告）號: CN104902991A
• 公開（公告）日: 2015-09-09
• 發明（設計）人: O·馬赫哈默;W·A·霍爾穆特;C·施耐德;A·伯德;V·戈克;H-J·馬斯;M·科恩;D·克林勒;R·柯尼格;P·布呂格曼;J·貝爾納特;G·科利歐斯
• 申請（專利權）人: 巴斯夫歐洲公司;林德股份公司
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00;B01J8/00
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 肖威;劉金輝

本發明涉及一種實施耗熱程序的方法，其中有效利用具有時間依賴性輸出的電能。

由于化石能源載體的成本提高且市場調節措施使得基于可再生能源的發電技術在經濟上具有吸引力，因此可再生能源在整個發電中的比例(2011年在德國已為20％)將在隨后幾年內顯著提高，且該情況將保持。與進一步技術開發相關的比資金成本的降低也將對此有促進作用。問題在于太陽、風和水的可用性隨時間推移并非恒定，此外，其可用性難以預測。

自二十世紀八十年代以來，儲存且因此利用可再生能源的問題即成為討論的主題。盡管使用可再生能源，但為了能為能量使用者(例如化學工業)提供恒定電壓的電功率，能量供應者尤其考慮以下內容：

US4,776,171描述了一種能量產生及管理系統，其由多個可再生能源和多個能量儲存源以及多個控制及配電站組成以滿足工業需求。在US4,776,171中，未使用傳統能源且因此未描述電能源與非電能源的組合。

同樣，US2011/0081586描述了一種可再生能源與電化學或電解電池的組合，其中電化學或電解電池可補償可再生能源的波動，從而使后者可持續使用。因此未公開電能源與非電能源的組合。

US2008/0303348公開了僅基于可再生能源的發電站，然而其使需求依賴性控制成為可能。US2008/0303348描述了風能、太陽能和源自生物質燃燒的能量的組合。據稱該發電站可在三種能源之間平穩且自發地變化以在任何時間廉價地滿足相應需求。然而，問題在于僅使用可再生能源是否可滿足例如化學高溫程序的全年需求。

也考慮在化學程序中直接利用太陽能而不預先在發電站中使太陽能波動變平穩。US4,668,494描述了一種利用太陽能制備氨的方法，包括烴的蒸汽重整或含碳燃料的氣化且使產物與氨合成氣反應以及將氨合成氣轉化成氨。烴蒸汽重整或含碳燃料氣化所需的熱量由傳熱流體提供；當太陽能可用時，首先由太陽能加熱傳熱流體，其次作為太陽能功率的函數通過燃燒一部分氨來提供所需的熱量總量。據稱在太陽能輸入達最大的白天中間時段，氨燃燒器在最低可能的燃燒率下操作。此外，據稱盡管太陽能理論上可滿足氨合成的全部能量需求，但氨燃燒器的停機和重啟是完全不實際的。

與現有技術相比，US4,668,494中所述方法的優點為節省用于均衡太陽能波動的發電站。此外，將反應室與熱源去耦是有利的。此外，靈活使用各種熱源及整個程序的簡單可調性是有利的。除上文所述的無法在可接受時間內使氨燃燒器停止運轉和再啟動之外，缺點在于使用傳熱流體時與其相關的昂貴處理以及尤其在高溫范圍內產生的熱輸送阻力所造成的損耗。此外，US4,668,494中所述的方法具有以下缺點：在無太陽輻射時，必須燃燒目標產物氨以保持整個方法運轉。例如，在Mannheim(德國第八大陽光充足城市)，US4,668,494方法的重整器被太陽能加熱至約18％的程度；這對應于需要燃燒約35％所產生的氨。

在不久的將來，由于向電力網引入愈來愈高比例的來自太陽、風和水的可再生能源所產生的功率尖峰將甚至更頻繁地出現，且僅可被功率消費者不完全接受，因此在功率市場上作為過剩功率以遠低于發電成本或以能量含量計以低于具有相同焦耳值的化石燃料的價格或零價格(即不考慮)或甚至以負價格提供。

為了防止發生電壓和頻率波動或者甚至電力網故障，必須使饋送至電力網的功率量始終對應于電流消耗，因為否則的話，與電力網連接的電負載可被破壞。目前，短期功率波動由作為電力網操作者系統服務的一部分的尖峰負載發電站補償。

合適的尖峰負載發電站例如為抽水或壓縮空氣儲能發電站。這些發電站可在發電與功率消耗之間迅速調節且可在數分鐘內變化以將可用的過剩電能轉化成另一形式的能量。在抽水儲能發電站的情況下，從較低水平抽水至較高水平以用于該目的，而在壓縮空氣儲能的情況下，借助壓縮機提高所蓄空氣的壓力。減去轉化損耗的該能量可在功率需求超過來自基本負載和中間負載的當前功率產生時再次用于功率產生。壓縮空氣儲能具有以下優點：其可長時間吸收功率且可在極短時間內向電力網再次釋放多份其所吸收的功率。例如，可在周末夜間時間內吸收功率，且該能量可在周間晚高峰1-2小時內以多份所吸收功率的形式釋放。然而，由于僅在少數地方才存在必要地理和地質條件以及需要官方批準，因此僅可以以有限數量和有限容量提供該類發電站。此外，壓縮空氣儲能發電站具有約40-50％的較低效率。