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WO2015079047A1 - Energiegewinnungssystem zur gewinnung erneuerbarer energie sowie biomassesammelsystem und komponenten dieser systeme - Google Patents

Energiegewinnungssystem zur gewinnung erneuerbarer energie sowie biomassesammelsystem und komponenten dieser systeme Download PDF

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Publication number
WO2015079047A1
WO2015079047A1 PCT/EP2014/076018 EP2014076018W WO2015079047A1 WO 2015079047 A1 WO2015079047 A1 WO 2015079047A1 EP 2014076018 W EP2014076018 W EP 2014076018W WO 2015079047 A1 WO2015079047 A1 WO 2015079047A1
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WO
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plant
biomass
biogas
recovery system
energy
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/076018
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Gallersdörfer
Original Assignee
Peter Gallersdörfer
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Peter Gallersdörfer filed Critical Peter Gallersdörfer
Priority to EP14818897.2A priority Critical patent/EP3074501A1/de
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Definitions

  • the present invention relates to a method and a system for the production of renewable energy as well as a biomass collection system and components thereof.
  • the energy production system of the present invention comprises cultivated areas for the production of renewable biomass, at least one biogas plant for producing biogas, at least one combined heat and power plant for generating heat and electric current, at least one drying plant for drying the sewage sludge and / or digestate of the biogas plant and / or biomass, in particular for the production of mixed briquettes thereof, and at least one synthesis gas plant for the production of synthesis gas.
  • the areas used for planting and growing plants for biomass production are, above all, areas that are not available for food crops, such as the edges of roads or the like.
  • the biomass from the cultivated areas can be used in the biogas plant and / or in the drying plant for the production of mixed briquettes and / or in the synthesis gas plant for the production of synthesis gas.
  • green waste such as clippings of mowing, green plants, leaves or clippings of shrubs and perennials or the like can be used.
  • the biomass used in the biogas plant may include, in addition to the plants that grow on the margins or on contaminated land, such as grass, also biomass that grows on "normal" farmland, such as maize, cereals, rye, Beets, oilseed rape, elephant grass, etc., as well as organic waste, such as biological waste, such as leftovers, manure, liquid manure or grain sludge, but essentially, ie to a high percentage of more than 60%, preferably more than 80%.
  • Cuttings from roadsides can be used to exploit these pollutant contaminated areas due to the use of clippings from road surges, such as those sucked in by suction fans, and therefore
  • Foreign substances such as plastic waste, metal components and sand or soil may include the biomass can be cleaned prior to introduction into the biogas plant, in particular sieved and / or chopped so that at least only small foreign substances can get into the biogas plant.
  • the biomass that can be used in the drying plant for producing mixed briquettes together with sewage sludge and digestate from the biogas plant can be formed in particular by wood or wood-like constituents, such as branches and the like, which can be processed into wood chips.
  • biomass that can be used in the synthesis gas plant for the production of synthesis gas may preferably be wood or woody components.
  • This type of biomass is preferably harvested from roadsides by trees and bushes are cut down on the roadside and shredded into chips. By planting fast-growing woody plants, such as willows and poplars, on acreage at the edges of the road, it is possible to ensure adequate replenishment.
  • Biomass is thus understood to mean organic substances of a biogenic, non-fossil type for energy use, in particular according to the definition which the German see regulation on the production of electricity from biomass (biomass regulation - BiomasseV) from the year 2001 is given.
  • the heat generated in the energy recovery system from the combined heat and power plant is used for a drying plant in which sewage sludge and / or fermentation residues of the biogas plant and / or biomass are dried and processed into mixed briquettes.
  • the constituents mentioned are either at least predried separately in the drying plant and then pressed into mixed briquettes or, depending on the composition and composition, first pressed into mixed briquettes and dried together so that they form a solid in which biomass fractions in the form of, in particular, wood or wood-like constituents in dried sewage sludge and / or digestate are involved.
  • the composition of the mixed briquettes may vary and the amount of separate pre-drying of the individual components and drying after forming the briquette may be adjusted by pressing.
  • the mixed briquettes serve for energy storage, since the burning of e.g. dried sewage sludge yields less energy than is necessary for drying. However, since heat is generated in the energy recovery system when electricity is generated, for example, even in summer, the production of briquettes is used to automatically generate heat that can not otherwise be used. Since the mixed briquettes may be contaminated with pollutants due to the sewage sludge used and the use of biomass from contaminated crops, it may be advantageous to have unloaded ingredients, e.g. Add unencumbered biomass and / or digestate so that the pollutant concentration falls below possible limits.
  • unloaded ingredients e.g. Add unencumbered biomass and / or digestate so that the pollutant concentration falls below possible limits.
  • the mixed briquettes that are produced in the drying plant can be used alone or together with biomass in the form of wood, such as wood chips, in the synthesis gas plant for the production of synthesis gas.
  • the synthesis gas from the synthesis gas plant and the biogas from the biogas plant can be used to operate at least one combined heat and power plant, which can generate heat and electricity, the heat can be used in turn for the drying plant. This provides a coherent and coordinated system in which the various components can be operated efficiently.
  • the energy recovery system may include at least one compressor for generating compressed air, which can be operated with electricity from one of the combined heat and power plants and / or excess energy from the general power grid, so that the electric power or the energy gained in the energy recovery system by means Compressed air can be stored.
  • the compressed air can be used later, for example, to drive a compressed air motor use, for example, to generate electricity again via a generator.
  • a compressed air cylinder filling station in which the compressed air can be filled into compressed air cylinders in order to be stored thereby.
  • the compressed air cylinders have the advantage that they are easy to transport, so that the stored energy can be used flexibly in different places.
  • the compressed air can also be used in a compressed air vehicle for driving an air motor.
  • the aspect of using compressed air to store excess electrical energy and / or use that compressed air in simply replaceable compressed air cylinders to drive vehicles to achieve mobility is desired independently and in combination with other aspects of the present invention.
  • the energy recovery system may also include a district heating network and / or heat storage in order to use the heat generated in the energy recovery system in addition to the drying plant. District heating network means any local distribution of heat.
  • the heat generated by the one or more combined heat and power plants from the biogas and the synthesis gas can also be used directly for heating purposes of apartments and the like.
  • the district heating network is fed by a combined heat and power plant, which processes synthesis gas, since this is due to the lower emissions of Synthe- segasstrom, eg in terms of odors, compared to biogas plants closer to residential areas can be built.
  • the energy recovery system may include underground heat storage facilities for which protection is independently and separately sought by the energy recovery system.
  • a corresponding heat storage comprises a container in the heat storage materials, such as stones, slag stones, basalt, gravel and the like and / or liquids, such as water, may be provided for heat storage.
  • the heat accumulator may be formed as a heat exchanger, in particular as a double heat exchanger with separate heat exchangers for heating and the release of heat, in which a heat exchanger, for example, by a heat storage through the heat supply line, the heat is supplied to the memory, while in the other heat exchanger , For example, by a likewise guided through the heat storage heat dissipation, the heat is dissipated from the memory to the consumer.
  • the heat accumulator may in particular be formed with three shells, with an outer sheath, an inner sheath and an insulating layer arranged therebetween.
  • the outer and / or the inner shell can also be formed liquid-tight, on the one hand to prevent leakage of heat storage fluid and on the other hand, penetration of groundwater.
  • the heat accumulator can have a size of several 1000 m 3 , in particular 2500 m 3 .
  • the energy harvesting system may further comprise a biomass collection system which, in turn, seeks protection independently and in combination with the other aspects of the present invention.
  • the Biomassesammeisystem includes a variety of silo containers, which are designed so that they can store biomass airtight.
  • a silo container can have at least one opening, via which the silo container is filled with biomass and via which the silo container can emit the biomass again.
  • a closure of such a silo container opening may be made airtight, so that the silo container as a whole is airtight sealable. This ensures that the biomass in the silo container after the consumption of the once contained in the silo container can no longer ferment or decompose, but kon is served until the biomass is used in the energy recovery system for energy production, for example by introduction into the biogas plant.
  • the biomass collection system has a multiplicity of silo containers, which can accordingly be kept available or made available there to be loaded on the acreage of the biomass.
  • the silo containers with the stored biomass can be stored temporarily until there is a need for biomass. Emptied silo containers, which have delivered their biomass, for example, to the biogas plant, are then available for refilling.
  • the silo containers can be easily transported, so that the biomass can be easily brought to where there is a need for biomass.
  • silocontainers there is the advantage that biomass can be collected in a larger environment around a biogas plant in a simple manner, so that the biogas plant can be designed in a certain order in which the biogas plant can be operated particularly efficiently.
  • the biomass collection system may further comprise a pressing device with which biomass can be pressed into a silo container in order to improve the ratio of stored biomass to the available atmospheric oxygen and also to increase the utilization rate of the silo container.
  • the pressing device of a corresponding biomass collection system can be arranged on a vehicle in order to be movable and to be moved to corresponding collection points at which a plurality of silo containers can be loaded by means of the pressing device.
  • a corresponding vehicle such as a semitrailer, can be moved both with a towing vehicle and provided with its own drive, so that short distances between individual silo containers can be covered independently, while larger distances are covered by pulling the semitrailer through a tractor becomes.
  • the biomass collection system may accordingly include vehicles for transporting the silo containers, which are usually lorries that can transport conventional shipping containers, since the silo containers are designed to correspond in size and bearing points to those of standardized or internationally used containers. Additionally or alternatively
  • the biomass collection system can use multi-purpose vehicles that can be used to harvest the biomass and can also serve as transport vehicles in addition to their function as mowing vehicles. In particular, when the energy recovery system uses acreage at roadsides, the multi-purpose vehicles can also be used as clearing or gritting vehicles in winter operation.
  • the vehicles of the Biomassesammeisystems can be variably used accordingly and it is possible to keep the vehicles in a rental park ready, so only when needed appropriate vehicles must be rented and the operating times of the vehicles are high, so that the profitability of the entire system is increased.
  • the energy recovery system may further comprise a control and / or regulating device, with which the individual components (such as acreage, biogas plants, Biomassesammeisysteme, silo containers, combined heat and power plants, drying plants, heat storage, district heating networks, synthesis gas plants, compressors, Druck Kunststoffflaschenab colllanlagen) individually for themselves and / or in cooperation be monitored and controlled with each other, so that, for example, data on the type, the location, the amount, the harvest date, the date of loading in silo containers etc. of biomass or the utilization, the demand and / or the production capacity of the biogas plant collected and stored and can be evaluated to ensure efficient control.
  • a control and / or regulating device with which the individual components (such as acreage, biogas plants, Biomassesammeisysteme, silo containers, combined heat and power plants, drying plants, heat storage, district heating networks, synthesis gas plants, compressors, Druck Kunststoffflaschenab colllanlagen) individually for themselves and / or in cooperation be monitored and controlled
  • Fast-growing energy crops can be sown or planted on the acreage, ie a short-rotation plantation can be formed, which enables a high-yield biomass supply.
  • Energy crops are understood here to mean those plants which promise a high energy gain during the utilization.
  • the cultivated areas can be fertilized with fertilizers from the energy recovery system, for example, with fertilizer or fermentation residues from the biogas plant or with ash from the synthesis gas plant and the acreage can be subjected to additional measures to improve the water storage capacity of the soil, for example with water storage materials such as alginite (trademark of TNR GmbH Switzerland), so that the growth conditions for the plants are also good during dry periods.
  • the energy recovery system may be modular, with multiple modules can be linked together or locally next to each other can be realized.
  • a module may in this case comprise one or more components from the group comprising cultivated areas, biogas plants, biomass collecting systems, silo containers, cogeneration plants, drying plants, heat accumulators, district heating networks, synthesis gas plants, compressors, compressed air bottling plants and control and / or regulating devices.
  • FIG. 2 is a sectional view through a heat accumulator, as used in the energy recovery system of Figure 1
  • Figure 3 is a perspective view of a Silocontainers, as it can be used in the energy recovery system of Figure 1
  • FIG. 4 shows a front view of the silo container from FIG. 3 with the lid open and in FIG
  • FIG. 5 shows a side view of a vehicle with a pressing device, as it can be found in the biomass collection system of the energy recovery system of FIG.
  • the system comprises a plurality of cultivated areas 1 for plants, from which the biomass, which is used in the energy recovery system according to the invention, is at least partially recovered.
  • the acreage 1 can be formed in particular by road edges that can not be used meaningfully for other purposes.
  • other acreage such as arable land or other land on which plants can grow, can be used.
  • those surfaces are available that can not be used for the production of foods due to toxic load or the like.
  • fast-growing high-energy plants can be planted on the cultivated areas 1, such as poplars, willows or other energy-rich plants such as oilseed rape, elephant grass or the like.
  • the use of fast growing plants ensures that sufficient biomass is always available.
  • the cultivated areas 1 are harvested regularly, when the plants have reached an appropriate size. If the plants are grasses or other green plants, the biomass is essentially green matter, ie cut green plants, foliage and the like.
  • the cultivated areas may, however, also include shrubs and trees which provide no or only partial green waste as biomass, but wood or woody constituents such as branches and the like. These can be chopped and collected separately, stored and transported.
  • the biomass and in particular the green material from the cultivated areas 1 can be filled after harvesting in silo containers 2, in which the biomass can be kept hermetically sealed.
  • the silo container 2 can be designed such that the biomass, in particular the green material, is pressed into the silo container 2, so that highly compressed material is present in the silo container 2, which is hermetically sealed, so that the incipient fermentation or decomposition process after having used up the product Silocontainer 2 contained oxygen is interrupted.
  • the silo containers 2 may also have a venting system with which the interior of the silo container 2 can be evacuated in order to be able to reduce the oxygen content in the silo container 2.
  • Silocontainern 2 has the advantage that they can be made available at various locations in any way and number, so that the crop of the acreage 1 can be stored directly in corresponding silo container 2.
  • the silo containers 2 can then be temporarily stored either in the area of the acreage 1 or in special intermediate storage until the biomass therein is needed for further use.
  • the silo container 2 is conveyed to a biogas plant 3, where the silo container 2 is emptied and the biomass is filled into the biogas plant.
  • the biomass especially if the proportion of foreign matter, such as grass cuttings on roadsides, is high, can be purified, e.g. be carried out by sieving and / or the material can be crushed in a shredder before it is introduced into the biogas plant 3.
  • the biomass contains clippings from mowing of roadsides, then this clippings are often mixed with sand, since the clippings can be collected, for example, by suction devices.
  • biogas 27 is generated from the biomass, which is fed into a combined heat and power plant 4, so that power 9 and heat 8 can be generated in the combined heat and power plant 4 by combustion of the biogas.
  • the biogas plant 3 can additionally or alternatively supply other biomass from the other sources, such as biowaste from the household or from the gastrono- my, from the cultivated areas 1.
  • Dünngülle 5 and digestate 6 can be removed, which can be separated by a separator at the sampling point from the biogas plant.
  • the Dünngülle 5 can be applied as fertilizer back to the crop 1.
  • the fermentation residues 6 can be supplied to a drying plant 7, in which they can be made into mixed briquettes 14 together with sewage sludge and biomass in the form of wood 13, which can be obtained directly from the cultivated areas 1.
  • the wood 13 can be previously processed into wood chips and sewn be pre-dried. Depending on the state of the sewage sludge and / or the fermentation residues, these can also be pre-dried or pressed directly into the wood to form mixed briquettes.
  • the drying plant comprises a corresponding pressing device.
  • the pressed mixed briquettes 14 can be further dried after pressing as needed.
  • the heat required by the drying plant 7 is provided by the combined heat and power plant 4.
  • the mixed briquettes 14 thus the heat is stored, which inevitably incurs by the cogeneration unit 4 biogas plant 3 in electricity production.
  • the mixed briquettes 14 can be stored until heat demand is again in order to then be burned in the synthesis gas plant 1 6 to operate with the synthesis gas 17 again a cogeneration plant and to use its waste heat.
  • the heat generated by the combined heat and power plant 4 8 can be provided partially or alternatively also a district heating network 10 or a local heating network to meet heating tasks, such as the heating of living spaces.
  • the district heating network 10 may have a plurality of heat storage 1 1, which are fed via the heat 8 of the cogeneration unit 4 and can deliver their heat to the consumer 12 when needed.
  • the mixed briquettes 14 produced in the drying plant 7 from sewage sludge, fermentation residues 6 and wood 13 in the form of wood chips or the like are fed to a synthesis gas plant 16, which can also be referred to as a wood gasifier.
  • synthesis gas 17 is produced, which in turn is supplied to the cogeneration plant 4 and / or to a separate cogeneration plant 20 for the production of electricity 9, 19 or heat 8, 28.
  • the heat 28 of the separate combined heat and power plant 20 can in turn be supplied to the district heating network 10 and in particular the heat accumulators 11 or used in the drying plant 7 (not shown).
  • biomass components in the form of wood 15, which is harvested from the cultivated areas 1 can also be used directly in the synthesis gas plant 16. Accordingly, it is clear that the cultivated areas 1 can provide a green material available, for example in the form of grasses, shrubs, leaves and the like, which can be used in particular in the biogas plant, while still the acreage 1 biomass in shape may provide wood or woody components, which can be used to produce the mixed briquettes 14 in the drying plant 7 or in the synthesis gas plant 1 6 use.
  • the waste of the synthesis plant 16 in the form of ash 18 can in turn be used to fertilize the cultivated areas 1.
  • the stream 9, 19 from the cogeneration plant (s) 4, 20 can be made available to one or a plurality of compressors 21, which generate compressed air to fill compressed air cylinders 22 with compressed air in a compressed air filling system, which then serve as energy storage.
  • the compressed air can be used, for example, for driving compressed air motors.
  • the waste heat 23 of the compressors can be used for heating in the drying plant 7.
  • the energy recovery system illustrated in FIG. 1 thus provides that this system has a multiplicity of different, coordinated components which make it possible to generate energy from renewable raw materials in a skilful manner, the components being linked in a coordinated manner, to enable profitable use of renewable raw materials through high efficiency.
  • Fig. 1 illustrates the system with only a few components, but that such a system in reality may of course have a variety of components, such as multiple biogas plants, several combined heat and power plants, multiple drying plants and / or multiple syngas plants 1 6, which may be modularly summarized into small units, as shown in FIG. 1.
  • FIG. 1 it makes sense to refer to a certain size of the cultivated areas 1 a corresponding Mo- dul with a designed size of the biogas plant 3, the drying plant 7, the synthesis gas plant 1 6 and the cogeneration units 4, 20 provide.
  • the energy recovery system shown can be operated on the one hand as a largely closed system in which the material and energy flows shown, for example, with the exception of the externally sourced sewage sludge and to be discharged to the outside electrical power, largely within the system.
  • the energy recovery system can also be operated as a largely open system in which both substances and amounts of energy can be supplied externally or discharged to the outside, such as the supply of additional biomass, the supply of additional digestate and the like and the release of heat and compressed air.
  • the heat storage 1 1 is provided here below the ground surface 50 and includes an outer shell 51, for example in the form of a concrete shell in which a second shell 52, for example, also made of concrete, is mounted, between outer shell 51 and inner shell 52 a Thermal insulation 53 of a suitable thermal insulation material, such as polystyrene, is provided.
  • the inner sheath 52 and the outer sheath 51 are preferably made watertight, either by using a waterproof concrete or a corresponding waterproof foil, which is placed on the sheath, so that the insulating layer 53 can be kept dry.
  • Heat storage materials for example in the form of slag stones, basalt, gravel and / or water, which can store heat, which is supplied via a supply line 55, can be stored in the heat store 11 or the inner container 53. Accordingly, the heat transport medium, which is guided in the heat supply line 55, such as water or frost-proof alcohol-based liquids or the like, in the heat supply 55 a higher temperature than at the discharge line 56. For removal of heat is in turn a line with a heat transport medium, such as a suitable liquid, provided, wherein the temperature of the heat transfer medium on Inlet 57 is less than at the outlet 58, which transports the heat to the consumers.
  • a heat transport medium such as a suitable liquid
  • Fig. 3 shows a silo container 2, as it can be used for collecting biomass, in particular clippings during mowing, in a Biomassesammeisystem.
  • the silo container 2 is formed from a cylindrical container 30 which has at least one lid 31 at one of its end faces, which can be opened or removed.
  • two frame parts 32 and 33 are provided in the region of the end faces, which serve for storage of the cylindrical container 30 and at the same time provide receiving points for receiving the Silocontainers 2 by a crane or the like and locking points for locking with other containers or carrier vehicles.
  • the receiving points and locking points can be circumferentially provided on the frame on all sides.
  • the frames 32 and 33 have dimensions that correspond to standardized transport containers, so that such silo containers can be transported on each container vehicle or on container trains or ships.
  • FIG. 4 shows a front view of the silocontainer 2 with the circular cross-section of the container 30 and the opened lid 31.
  • a circumferential groove is formed, in which a seal 35 is inserted, wherein the seal 35 may be formed in particular as an inflatable, elastic hose.
  • a plurality of silocontainers 2 can be provided at the respective cultivating areas 1 or in nearby collecting points, where they can immediately pick up and hermetically confine the biomass obtained during the harvest or mowing or the like, so that the biomass without energy loss for the later use in biogas plants is available.
  • the silo containers 2 can then by appropriate
  • FIG. 5 shows a pressing device 60 which serves to load the silo containers 2 with biomass.
  • the pressing device 60 is mounted on a semi-trailer 61 which can be pulled by a tractor 62.
  • the semitrailer 61 has support wheels 65, so that the semitrailer 61 can also be moved independently of the tractor 62.
  • the semitrailer 61 has its own drive (not shown) in order to be able to travel short distances, for example for receiving silo containers 2 or exchanging silo containers 2, independently of the tractor unit 62.
  • a crane 63 is arranged, with the aid of silo container 2 can be charged to the semi-trailer 62 and unloaded from this again.
  • an empty silo container 2 is loaded onto the semitrailer 60 so that the opening which can be closed with the lid 31 rests against the pressing device 60 in the opened state.
  • the pressing device 60 has a biomass filling opening 66 in the form of a filling funnel, via which the biomass, for example, can also be filled with the crane 63.
  • the pressing device 60 has a press ram 64, with which the filled biomass can be pressed into the silo container 2 and pressed there.
  • the silo container 2 is hermetically sealed and unloaded again by the crane 63 from the semi-trailer 61 to be temporarily stored until the biomass is filled into a biogas plant 3.
  • the silo container 2 can be vented with a venting device.
  • the silo containers 2 which are preferably made of stainless steel, it is possible to harvest biomass at arbitrary locations, to store the biomass and to use the biomass, if required, at a remote biogas plant 3.
  • the silo containers 2 can be provided at any location for the collection of biomass. It is also possible to include biomass in the silo containers 2, without compressing the biomass, but only fill the biomass and then complete airtight by means of the lid 31.
  • the energy harvesting system can furthermore have a preferably computer-based control and / or regulating device 25, which comprises a memory unit 26, for various information via the energy harvesting system and to be processed with the control and / or regulating device 25 in such a way that the individual components work together in an effective and efficient manner in order to achieve the best result for energy production.
  • a control and / or regulating device 25 which comprises a memory unit 26, for various information via the energy harvesting system and to be processed with the control and / or regulating device 25 in such a way that the individual components work together in an effective and efficient manner in order to achieve the best result for energy production.
  • the store 26 of the control and / or regulating device 25 it can be stored which crops 1 were last harvested, what the state of growth of the crops is and when, for example, the next harvest can probably take place.
  • data can be stored to the biogas plant 3, to the cogeneration units 4, 20, to the drying plant 7 and to the synthesis gas plant 1 6 and to the compressors 21, which may include, for example, the utilization or other operating data.
  • the biogas plant can record how much biomass can or must be added and how much biogas can be produced.
  • the biogas plant and the other components of the energy recovery system can then be operated optimally depending on the requirements of, for example, the drying plant or the district heating network 10.
  • the operating data and the consumption data for example in the district heating network, during the power take-off or when the compressed air is taken off, the corresponding components can be operated together in a suitable and efficient manner.
  • the power generation system of the present invention may be deployed such that power is output from the system only at times of high demand for power, while at times of low power demand, power is used in the system itself for example, to fill compressed air cylinders 22 with compressed air.
  • the heat generated in the energy recovery system can be used for the drying plant 7 when the demand for heat in the district heating network 10 is low.
  • Energy can also be stored in the system by the production of mixed briquettes 14 since the mixed briquettes 14 produced need only be processed in the synthesis gas plant 16 if there is a corresponding power and / or heat requirement.
  • HARVEST TECHNOLOGY With a verge mower with extraction arm and blower, which is arranged on a multi-function vehicle, road edges are preferably harvested.
  • the vehicles can be used in winter in the change system in winter service.
  • the harvesting speed of such mowers is infinitely between 0 and 15 km / h.
  • 50 cubic meters of biomass can be mowed in 2 hours, the fuel consumption can be 20 liters / h.
  • the carrier vehicles are the property of a rental company.
  • the vehicles are also leased to operators of conventional biogas plants for manure spreading and silage harvesting.
  • Stainless steel silo containers serve as a silo replacement and can be used flexibly in various locations. At composting sites, the crop can be immediately pressed into a silo container with a press attachment on a carrier vehicle.
  • the silo containers have removable lids and are provided with container points at the bottom and top for handling.
  • the seal of the container opening is an inflatable tube.
  • a truck with crane at the rear of the tractor transports 2 silo containers with a length of 6 m to the biogas plant.
  • the biogas plant is designed so that it manages with a filling of a silo container per day. Empty silo containers are immediately returned to the outside composting areas. The locations of full and empty containers are recorded by computer.
  • a carrier vehicle mills the material into a shredder.
  • the fermentation substrate is separated and pressed with wood chips into briquettes or mixed briquettes.
  • SYNTHESIS GAS PLANT The briquettes are burned in a synthesis gas plant.
  • the resulting "wood gas” is converted into electricity and heat in a combined heat and power plant (CHP).
  • CHP combined heat and power plant
  • the briquettes also serve as energy storage. It is thus possible to increase the output of the synthesis gas plant by adding more carburetors in the winter with more heat demand.
  • the material from the "green bin” essentially consists of kitchen waste, but unfortunately the waste is often disposed of together with plastic bags in the bin.
  • the processing in the biogas plant can be done directly together with the processing of the roadside green. It may be useful to use a separate dispenser for the material, so that an exact assembly of the system can take place.
  • the material should also be made small in a shredder.
  • Dünngülle The separation of Dünngülle and plastic loaded goods takes place in the same separator. Dünngülle can be applied after pollutant analysis on the acreage or other fields.
  • the sewage sludge is dried with heat from the synthesis gas plant or a corresponding combined heat and power plant. Subsequently, the material is pressed together with wood chips to briquettes or mixed briquettes. These briquettes are processed depending on the energy requirement in the synthesis gas plant.
  • the ash from the plant can be used together with the fertilizer at the roadside or in general acreage outside the guardrail as fertilizer.
  • FERTILIZER PRODUCTION The process produces two types of fertilizer:
  • the cultivated areas for the plants are to be fertilized in order to increase a high growth rate of the plants.
  • the application of Dünmänülle with or without ash closes this cycle. In the future, sustainable roadside energy can be harvested.
  • a fermenter with a horizontal agitator is equipped as a main fermenter with sand discharge screws.
  • the fermenter is fed from two biomass feeders with a downstream shredder.
  • the biomass dosers can be gas-tight with a high volume.
  • One of the dispensers is fitted with roadside green, the other with the "green bin.”
  • the main fermenter is followed by a gas-tight repository, and a further digestate tank is needed as the manure is separated and the manure is stored separately from other digestate.
  • the separated fermentation residues are dried with the waste heat of the biogas-powered BHWK in a large-scale drying plant.
  • Sewage sludge is dried in a second dryer.
  • a warehouse for wood chips in which the material is stored by trees from the roadside and tree backs of cities and communities, is provided.
  • a heating briquette is produced in a fully automatic system. This briquette consists of the components woodchips plus biomass and plus sewage sludge. Random laboratory tests should monitor a consistent burning quality of the briquettes.
  • the wood gasifier with bunker for heating briquettes and storage tank for hot water can be integrated directly into a house or industrial building.
  • the bunker is equipped with a conveyor system for transporting the briquettes from the logistics truck.
  • the high-temperature reactor is fed by the intermediate bunker.
  • the resulting wood gas is cleaned in the scrubber and cooled down to a temperature of about 60 degrees.
  • the washing substrate located in the scrubber is permanently cooled by means of a heat exchanger. In the heat exchanger, water is heated for the heating circuit of the connected local or district heating network.
  • the resulting wood gas is converted into electricity and further heat in a directly coupled CHP.
  • the heating module is operated by flow or heat. Depending on the weather, it is determined how much heat is required for the local or district heating network. This heat is generated by the wood gasifier and CHP. A sufficiently large heat storage is able to temporarily store the required heat one day. OPERATION OF BLOCKHEIZKRAFTWERKS (CHP)
  • the CHP is operated at the peak current times.
  • the heat is sold to the connected objects in the district heating network.
  • the gasifier location can also be coupled to an energy storage.
  • the electrical energy is stored by means of a high-pressure compressor with connected compressed-air cylinder batteries.
  • the high-pressure compressor generates heat as a by-product, which is stored in the heat accumulator of the district heating network becomes.
  • the compressed air cylinders can be used as fuel for compressed air passenger cars.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energiegewinnung sowie ein Energiegewinnungssystem zur Gewinnung erneuerbarer Energien mit Anbauflächen zur Erzeugung von nachwachsender Biomasse, mindestens einer Biogasanlage zur Erzeugung von Biogas, mindestens einem Blockheizkraftwerk zur Erzeugung vom Wärme und elektrischem Strom, mindestens einer Trocknungsanlage zur Trocknung von Klärschlamm und/oder Gärresten der Biogasanlage und/oder Biomasse zu Mischbriketts und mit mindestens einer Synthesegasanlage zur Erzeugung von Synthesegas, wobei Biomasse von den Anbauflächen in der Biogasanlage zur Erzeugung von Biogas und/oder in der Trocknungsanlage zur Erzeugung von Mischbriketts und/oder in der Synthesegasanlage zur Erzeugung von Synthesegas eingesetzt wird und wobei die von dem mindestens einen Blockheizkraftwerk erzeugte Wärme für die Trocknungsanlage verwendet wird, und wobei das Biogas der Biogasanlage und/oder das Synthesegas der Synthesegasanlage zum Betrieb des oder der Blockheizkraftwerke verwendet wird, und wobei die Mischbriketts der Trocknungsanlage in der Synthesegasanlage zur Erzeugung von Synthesegas eingesetzt werden.

Description

ENERGIEGEWINNUNGSSYSTEM ZUR GEWINNUNG ERNEUERBARER ENERGIE SOWIE BIOMASSESAMMELSYSTEM UND KOMPONENTEN
DIESER SYSTEME
HINTERGRUND DER ERFINDUNG GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Gewinnung erneuerbarer Energie sowie ein Biomassesammeisystem und Komponenten davon.
STAND DER TECHNIK Die umweit- und ressourcenschonende Versorgung mit Energie ist ein drängendes Problem der Menschheit, da durch das Bevölkerungswachstum und die zunehmende Industrialisierung und Erhöhung des Lebensstandards einerseits der Energiebedarf kontinuierlich wächst und andererseits die Energiereserven, wie fossile Brennstoffe und dergleichen, nur begrenzt vorhanden sind. Deshalb gibt es bereits seit einiger Zeit starke Bestrebungen erneuerbare Energie zu gewinnen, also beispielsweise durch Wasserkraft, Windenergie, Solarenergie und Energie über nachwachsende Rohstoffe.
Allerdings sind mit der Gewinnung erneuerbarer Energie gewisse Probleme verbunden, da beispielsweise Windenergie oder Solarenergie nicht immer und vor allem nicht zu den Zeiten, an denen sie benötigt werden, zur Verfügung steht. Außerdem, haben diese Arten der Energiegewinnung, genauso wie die Wasserkraft, Einfluss auf die Umwelt, indem Anlagen gebaut werden müssen, die das Landschaftsbild beeinträchtigen, und daher wenig akzeptiert sind.
Bei Energie aus nachwachsenden Rohstoffen, also Energie aus Biomasse, besteht das Problem darin, dass die entsprechenden Anbauflächen für nachwachsende
Rohstoffe eigentlich für die Lebensmittelproduktion benötigt werden. Außerdem, besteht eine Problematik darin, dass beispielsweise Biogasanlagen unter Umständen Geruchsemissionen erzeugen, die in bewohnten Gebieten nicht toleriert werden. Entsprechend ist es aber schwierig, Wärme, die durch Biogasanlagen erzeugt wird, sinnvoll zu nutzen, da diese aufgrund der Geruchsemissionen für die Beheizung von Wohngebäuden nicht oder nicht im erwünschten Maße zur Verfügung steht. Außerdem, lässt sich der Gärprozess von Biogasanlagen nur bedingt steuern oder unter- brechen, sodass Biogas kontinuierlich erzeugt und verbraucht werden muss, sodass auch Probleme mit der Bereitstellung der erforderlichen Energie zu den gewünschten Zeitpunkten besteht bzw. die Notwendigkeit besteht, das Biogas auch zu Zeiten zu verbrauchen, an denen eigentlich wenig Energiebedarf vorhanden ist. OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Energiegewinnungssystem bzw. ein Verfahren zur Gewinnung erneuerbarer Energie zu Verfügung zu stellen, welches die oben geschilderten Probleme abmildert oder vermeidet und eine effektive und effiziente Nutzung von erneuerbarer Energie ermöglicht. Insbesondere sollen durch das erfindungsgemäße Energiegewinnungssystem und das entsprechende Verfahren hierzu sowie deren Komponente Speicherprobleme für erneuerbare Energie sowie Effizienz und Wirtschaftlichkeitsprobleme gelöst werden und ein schlüssiges Gesamtkonzept zur sicheren Energieversorgung bereitgestellt werden. TECHNISCHE LÖSUNG
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Energiegewinnungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , ein Verfahren zur Gewinnung erneuerbarer Energie mit den Merkmalen des Anspruchs 10, ein Biomassesammeisystem mit den Merkmalen des Anspruchs 15 einen Wärmespeicher mit den Merkmalen des Anspruchs 19 und ein Ver- fahren mit den Merkmalen des Anspruchs 20. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das Energiegewinnungssystem der vorliegenden Erfindung umfasst Anbauflächen zur Erzeugung nachwachsender Biomasse, mindestens eine Biogasanlage zur Erzeugung von Biogas, mindestens ein Blockheizkraftwerk zur Erzeugung von Wärme und elektrischem Strom, mindestens eine Trocknungsanlage zur Trocknung vom Klärschlamm und/oder Gärresten der Biogasanlage und/oder von Biomasse, insbesondere zur Erzeugung von Mischbriketts daraus, und mindestens eine Synthesegasanlage zur Erzeugung von Synthesegas.
Als Anbauflächen für die Anpflanzung und das Wachstum der Pflanzen für die Bio- masseproduktion werden vor allem Flächen eingesetzt, die für Nutzpflanzen für die Nahrungsmittelversorgung nicht zur Verfügung stehen, wie die Ränder von Straßen oder dergleichen. Die Biomasse von den Anbauflächen kann in der Biogasanlage eingesetzt werden und/oder in der Trocknungsanlage zur Erzeugung von Mischbriketts und/oder in der Synthesegasanlage zur Erzeugung von Synthesegas. Für die Biogasanlage kann vor allem Grüngut, wie beispielsweise Schnittgut von Mäharbeiten, Grünpflanzen, Blätter oder Schnittgut von Sträuchern und Stauden oder dergleichen eingesetzt werden. Die Biomasse, die in der Biogasanlage eingesetzt wird, kann neben den Pflanzen, die auf den Anbauflächen an den Straßenrändern oder auf kontaminierten Anbauflächen wachsen, wie Gras, auch Biomasse umfassen, die auf „normalem" Ackerland wächst, wie Mais , Getreide, Roggen, Rüben, Raps, Elefantengras, etc., sowie zu- sätzlich organische Abfallstoffe, wie biologischen Haushaltsabfall, z.B. Essensreste, Mist, Gülle oder Getreideschlempe. Allerdings soll im Wesentlichen, also zu einem hohen Prozentsatz von mehr als 60 %, vorzugsweise mehr als 80 % Schnittgut von Straßenrändern eingesetzt werden, um diese mit Schadstoffen kontaminierten Flächen nutzen zu können. Auf Grund der Verwendung von Schnittgut von Straßenrän- dem, welches beispielsweise durch Sauggebläse eingesaugt wird, und deshalb
Fremdstoffe, wie Kunststoffabfälle, Metallbestandteile und Sand oder Erde umfassen kann, kann die Biomasse vor dem Einbringen in die Biogasanlage gereinigt, insbesondere gesiebt und/oder gehäckselt werden, sodass zumindest nur kleine Fremdstoffe in die Biogasanlage gelangen können. Die Biomasse, die in der Trocknungsanlage zur Erzeugung von Mischbriketts zusammen mit Klärschlamm und Gärresten aus der Biogasanlage verwendet werden kann, kann insbesondere durch Holz oder holzartige Bestandteile gebildet sein, wie Äste und dergleichen, die zur Hackschnitzel verarbeitet werden können.
Das gleiche gilt für die Biomasse, die in der Synthesegasanlage zur Erzeugung von Synthesegas eingesetzt werden kann. Auch hier kann es sich vorzugsweise um Holz bzw. holzartige Bestandteile handeln. Auch diese Art der Biomasse wird vorzugsweise von Straßenrändern geerntet, indem Bäume und Büsche am Straßenrand abgeholzt und zu Hackschnitzel geschreddert werden. Durch Anpflanzung von schnell wachsenden Gehölzen, wie Weiden und Pappeln, auf Anbauflächen an den Straßen- rändern kann entsprechender Nachschub gewährleistet werden.
Unter Biomasse werden somit organische Stoffe biogener, nicht fossiler Art zur energetischen Nutzung verstanden, insbesondere gemäß der Definition, die der deut- sehen Verordnung über die Erzeugung von Strom aus Biomasse (Biomasseverordnung - BiomasseV) aus dem Jahr 2001 gegeben ist.
Die in dem Energiegewinnungssystem von dem Blockheizkraftwerk erzeugte Wärme wird für eine Trocknungsanlage verwendet, in der Klärschlamm und/oder Gärreste der Biogasanlage und/oder Biomasse getrocknet und zu Mischbriketts verarbeitet werden. Die genannten Bestandteile werden in der Trocknungsanlage entweder separat zumindest vorgetrocknet und dann zu Mischbriketts gepresst oder je nach Zusammensetzung und Beschaffenheit zunächst zu Mischbriketts gepresst und zusammen getrocknet, sodass sie einen Feststoff bilden, in dem Biomasseanteile in Form von insbesondere Holz oder holzartigen Bestandteilen in getrocknetem Klärschlamm und/oder Gärresten eingebunden sind. Je nach Bedarf kann die Zusammensetzung der Mischbriketts variieren und es kann der Umfang der separaten Vortrocknung der einzelnen Bestandteile und der Trocknung nach dem Formen des Briketts durch Pressen angepasst werden. Die Mischbriketts dienen der Energiespei- cherung, da das Verbrennen von z.B. getrocknetem Klärschlamm weniger Energie ergibt als zur Trocknung notwendig ist. Da aber im Energiegewinnungssystem Wärme anfällt, wenn Strom erzeugt wird, beispielsweise auch im Sommer, dient die Herstellung der Briketts zur Nutzung von automatisch anfallender Wärme, die ansonsten nicht verwendet werden kann. Da die Mischbriketts auf Grund des verwendeten Klär- Schlamms und der Verwendung von Biomasse aus mit Schadstoffen belasteten Anbauflächen mit Schadstoffen kontaminiert sein können, kann es vorteilhaft sein unbelastete Inhaltsstoffe, also z.B. unbelastete Biomasse und/oder Gärreste zuzusetzen, sodass die Schadstoffkonzentration unter mögliche Grenzwerte sinkt.
Die Mischbriketts, die in der Trocknungsanlage erzeugt werden, können alleine oder zusammen mit Biomasse in Form von Holz, wie Holzhackschnitzel, in der Synthesegasanlage zur Erzeugung von Synthesegas eingesetzt werden. Das Synthesegas aus der Synthesegasanlage sowie das Biogas aus der Biogasanlage können zum Betrieb mindestens eines Blockheizkraftwerks Verwendung finden, welches Wärme und Strom erzeugen kann, wobei die Wärme wiederum für die Trocknungsanlage eingesetzt werden kann. Damit ist ein sich schlüssiges und auf einander abgestimmtes System gegeben, in der die verschiedenen Komponenten effizient betrieben werden können. Um das Synthesegas und das Biogas effizient nutzen zu können, kann es auch vorteilhaft sein, mindestens zwei Blockheizkraftwerke vorzusehen, wobei das eine Blockheizkraftwerke der Biogasanlage zugeordnet sein kann und das Biogas verbrennen kann, während das andere Blockheizkraftwerk der Synthesegasanlage zu- geordnet sein kann und das Synthesegas verbrennen kann.
Darüber hinaus kann das Energiegewinnungssystem mindestens einen Kompressor zur Erzeugung von Druckluft umfassen, der mit elektrischem Strom aus einem der Blockheizkraftwerke und/oder mit überschüssiger Energie aus dem allgemeinen Stromnetz betrieben werden kann, sodass der elektrische Strom bzw. die gewonne- ne Energie im Energiegewinnungssystem mittels Druckluft gespeichert werden kann. Die Druckluft kann später beispielsweise zum Antrieb eines Druckluftmotors Verwendung finden, um beispielsweise wieder elektrischen Strom über einen Generator zu erzeugen.
Im Zusammenhang mit dem oder den Kompressoren kann eine Druckluftflaschenab- füllstation vorgesehen sein, in der die Druckluft in Druckluftflaschen abgefüllt werden kann, um dadurch gespeichert zu werden. Die Druckluftflaschen haben den Vorteil, dass sie leicht transportierbar sind, sodass die darin gespeicherte Energie flexibel an verschiedenen Orten Verwendung finden kann. Beispielsweise kann die Druckluft auch in einem Druckluftauto zum Antrieb eines Druckluftmotors Verwendung finden. Für den Aspekt der Verwendung von Druckluft zur Speicherung von überschüssiger elektrischer Energie und/oder zur Verwendung dieser Druckluft in einfach auswechselbaren Druckluftflaschen zum Antrieb von Fahrzeugen zur Erzielung von Mobilität wird unabhängig und in Kombination mit anderen Aspekten der vorliegenden Erfindung Schutz begehrt. Das Energiegewinnungssystem kann auch ein Fernwärmenetz und/oder Wärmespeicher umfassen, um die im Energiegewinnungssystem erzeugte Wärme zusätzlich zur Trocknungsanlage nutzen zu können. Unter Fernwärmenetz wird eine beliebige örtliche Verteilung der Wärme verstanden. Mit einem Fernwärmenetz lässt sich die von dem oder den Blockheizkraftwerken aus dem Biogas und dem Synthesegas erzeugte Wärme auch direkt für Heizzwecke von Wohnungen und dergleichen einsetzen. Vorzugsweise wird das Fernwärmenetz durch ein Blockheizkraftwerk gespeist, welches Synthesegas verarbeitet, da dieses wegen der geringeren Emissionen des Synthe- segasanlage, z.B. hinsichtlich Gerüchen, im Vergleich zu Biogasanlagen näher an Wohngebiete gebaut werden kann.
Das Energiegewinnungssystem und insbesondere ein darin vorgesehenes Fernwärmenetz können unterirdische Wärmespeicher umfassen, für die unabhängig und se- parat von dem Energiegewinnungssystem schutzbegehrt wird. Ein entsprechender Wärmespeicher umfasst einen Behälter in dem Wärmespeichermaterialen, wie Steine, Schlackesteine, Basalt, Kies und dergleichen und/oder Flüssigkeiten, wie Wasser, zur Wärmespeicherung vorgesehen sein können. Der Wärmespeicher kann als Wärmetauscher ausgebildet sein, insbesondere als zweifacher Wärmetauscher mit getrennten Wärmetauschern für das Aufheizen und die Abgabe der Wärme, wobei bei dem einen Wärmetauscher beispielsweise durch eine durch den Wärmespeicher durchgeführte Wärmezuführleitung die Wärme in den Speicher zugeführt wird, während in dem anderen Wärmetauscher, beispielsweise durch eine ebenfalls durch den Wärmespeicher geführte Wärmeabführleitung, die Wärme aus dem Speicher an die Verbraucher abgeführt wird.
Der Wärmespeicher kann insbesondere dreischalig ausgebildet sein, und zwar mit einer äußeren Hülle, eine innere Hülle und einer dazwischen angeordnete Isolierschicht. Die äußere und/oder die innere Hülle können zudem flüssigkeitsdicht ausgebildet sein, um einerseits ein Austreten von Wärmespeicherflüssigkeit und anderer- seits ein Eindringen von Grundwasser zu vermeiden. Der Wärmespeicher kann eine Größe von mehreren 1000 m3, insbesondere 2500 m3 aufweisen.
Das Energiegewinnungssystem kann weiterhin ein Biomassesammeisystem umfassen, welches wiederum unabhängig und in Kombination mit den anderen Aspekten der vorliegenden Erfindung Schutz begehrt. Das Biomassesammeisystem umfasst eine Vielzahl von Silocontainer, die so aufgebaut sind, dass sie Biomasse luftdicht speichern können. Dazu kann ein Silocontainer mindestens eine Öffnung aufweisen, über die der Silocontainer mit Biomasse befüllt wird und über die der Silocontainer die Biomasse wieder abgeben kann. Ein Verschluss einer derartigen Silocontaineröffnung kann luftdicht ausgebildet sein, so- dass der Silocontainer insgesamt luftdicht abschließbar ist. Dadurch wird erreicht, dass die Biomasse in dem Silocontainer nach dem Verbrauch des einmal im Silocontainer enthaltenen Sauerstoffs nicht weiter gären oder verwesen kann, sondern kon- serviert wird, bis die Biomasse in dem Energiegewinnungssystem zur Energiegewinnung Verwendung findet, beispielsweise durch Einbringung in die Biogasanlage.
Das Biomassesammeisystem weist eine Vielzahl von Silocontainern auf, die entsprechend an den Anbauflächen der Biomasse vorgehalten oder dort bereitgestellt wer- den können, um dort beladen zu werden. Darüber hinaus können die Silocontainer mit der eingelagerten Biomasse zwischengelagert werden, bis ein Bedarf an Biomasse vorliegt. Entleerte Silocontainer, die ihre Biomasse beispielsweise an die Biogasanlage abgegeben haben, stehen dann für eine erneute Befüllung wieder zur Verfügung. Die Silocontainer können einfach transportier werden, sodass die Biomasse in einfacher Weise dorthin gebracht werden kann, wo Bedarf an Biomasse vorliegt. Außerdem ergibt sich mit Silocontainern der Vorteil, dass Biomasse in einer größeren Umgebung um eine Biogasanlage in einfacher Weise gesammelt werden kann, sodass die Biogasanlage in einer bestimmten Größenordnung ausgelegt werden kann, in der die Biogasanlage besonders effizient betrieben werden kann.
Das Biomassesammeisystem kann weiterhin eine Pressvorrichtung umfassen, mit der Biomasse in einem Silocontainer eingepresst werden kann, um das Verhältnis von gespeicherter Biomasse zum vorhandenen Luftsauerstoff zu verbessern und zudem den Nutzungsgrad des Silocontainers zu erhöhen. Die Pressvorrichtung eines entsprechenden Biomassesammeisystems kann auf einem Fahrzeug angeordnet sein, um beweglich zu sein und an entsprechende Sammelstellen bewegt werden zu können, an denen mehrere Silocontainer mittels der Pressvorrichtung beladen werden können. Ein entsprechendes Fahrzeug, wie beispielsweise ein Sattelauflieger, kann sowohl mit einem Zugfahrzeug bewegt werden als auch mit einem eigenen Antrieb versehen sein, sodass kurze Strecken zwischen einzelnen Silocontainern selbständig zurückgelegt werden können, während größere Entfernungen dadurch zurückgelegt werden, dass der Sattelauflieger durch eine Zugmaschine gezogen wird.
Das Biomassesammeisystem kann entsprechend Fahrzeuge für den Transport der Silocontainer umfassen, bei denen es sich üblicherweise um Lastkraftwagen handelt, die übliche Transportcontainer transportieren können, da die Silocontainer so ausgebildet sind, dass sie in ihren Dimensionen und Lagerpunkten denjenigen genormter oder international eingesetzter Container entsprechen. Zusätzlich oder alternativ kann das Biomassesammeisystem Multifunktionsfahrzeuge verwenden, die zur Ernte der Biomasse eingesetzt werden können und neben ihrer Funktion als Mähfahrzeuge auch als Transportfahrzeuge dienen können. Insbesondere wenn das Energiegewinnungssystem Anbauflächen an Straßenrändern verwendet, können die Multifunkti- onsfahrzeuge im Winterbetrieb auch als Räum - oder Streufahrzeuge eingesetzt werden.
Die Fahrzeuge des Biomassesammeisystems können entsprechend variabel eingesetzt werden und es ist möglich die Fahrzeuge in einem Mietpark bereit zu halten, sodass lediglich bei Bedarf entsprechende Fahrzeuge gemietet werden müssen und die Einsatzzeiten der Fahrzeuge hoch sind, sodass die Wirtschaftlichkeit des gesamten Systems erhöht wird.
Das Energiegewinnungssystem kann weiterhin eine Steuerungs - und/oder Regelungseinrichtung aufweisen, mit der die einzelnen Komponenten (wie Anbauflächen, Biogasanlagen, Biomassesammeisysteme, Silocontainer, Blockheizkraftwerke, Trocknungsanlagen, Wärmespeicher, Fernwärmenetze, Synthesegasanlagen, Kompressoren, Druckluftflaschenabfüllanlagen) einzeln für sich und/oder im Zusammenwirken untereinander überwacht und gesteuert werden können, sodass beispielsweise Daten über die Art, den Lagerungsort, die Menge, das Erntedatum, das Datum der Verladung in Silocontainer etc. von Biomasse oder die Auslastung, den Bedarf und/oder die Erzeugungsleistung der Biogasanlage gesammelt und gespeichert sowie ausgewertet werden können, um damit eine effiziente Steuerung zu gewährleisten.
Neben den bereits erwähnten Straßenrändern als Anbaufläche für nachwachsende Pflanzen zur Erzeugung der Biomasse können auch weitere ökologisch bedenkliche Agrarflächen eingesetzt werden, die beispielsweise auf Grund einer Kontamination nicht für die Nutzung zur Erzeugung von Lebensmittel zur Verfügung stehen können. Darüber hinaus sind auch weitere Agrarflächen ohne besondere Merkmale verwendbar.
Auf den Anbauflächen können schnell wachsende Energiepflanzen gesät oder ein- gepflanzt werden, d.h. es kann eine Kurzumtriebsplantage gebildet werden, die eine ergiebige Versorgung mit Biomasse ermöglichen. Unter Energiepflanzen werden hierbei solche Pflanzen verstanden, die einen hohen Energiegewinn bei der Verwertung versprechen. Die Anbauflächen können mit Düngestoffen aus dem Energiegewinnungssystem beispielsweise mit Dünngülle oder Gärresten aus der Biogasanlage oder mit Asche aus der Synthesegasanlage gedüngt werden und die Anbauflächen können zusätzlich Maßnahmen zur Verbesserung der Wasserspeicherfähigkeit des Bodens unterzogen werden, beispielsweise mit Wasserspeicherstoffen, wie Alginit (Marke der TNR GmbH Schweiz), versehen werden, sodass die Wachstumsbedingungen für die Pflanzen auch während trockener Perioden gut gegeben ist.
Das Energiegewinnungssystem kann modulartig aufgebaut sein, wobei mehrere Module miteinander verknüpft oder örtlich nebeneinander realisiert werden können. Ein Modul kann hierbei eine oder mehrere Komponenten aus der Gruppe umfassen, die Anbauflächen, Biogasanlagen, Biomassesammeisysteme, Silocontainer, Blockheizkraftwerke, Trocknungsanlagen, Wärmespeicher, Fernwärmenetze, Synthesegasanlagen, Kompressoren, Druckluftflaschenabfüllanlagen und Steuerungs - und/oder Regelungseinrichtungen umfasst. KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
Fig.1 eine Übersicht über das erfindungsgemäße Energiegewinnungssystem,
Fig.2 eine Schnittansicht durch eine Wärmespeicher, wie er in dem Energiegewinnungssystem aus Figur 1 Verwendung findet, Fig.3 eine perspektivische Darstellung eines Silocontainers, wie er in dem Energiegewinnungssystem aus Figur 1 Verwendung finden kann,
Fig.4 eine Frontansicht des Silocontainers aus Figur 3 mit geöffnetem Deckel und in
Fig.5 eine Seitenansicht eines Fahrzeugs mit einer Pressvorrichtung, wie es im Bi- omassesammelsystem des Energiegewinnungssystems aus Figur 1 Verwen- dung finden kann.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen deutlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Figur 1 zeigt in einer Übersicht die verschiedenen Komponenten des Energiegewinnungssystems sowie das Zusammenwirken dieser Komponenten. Das System umfasst eine Vielzahl von Anbauflächen 1 für Pflanzen, aus denen die Biomasse zumindest teilweise gewonnen wird, die in dem erfindungsgemäßen Energiegewinnungssystem verwendet wird. Die Anbauflächen 1 können insbesondere durch Straßenränder gebildet sein, die für eine anderweitige Nutzung nicht sinnvoll eingesetzt werden können. Darüber hinaus können auch weitere Anbauflächen, wie beispielsweise Ackerflächen oder sonstige Flächen, auf denen Pflanzen wachsen können, eingesetzt werden. Insbesondere bieten sich solche Flächen an, die für die Erzeugung von Nahrungsmitteln wegen toxischer Belastung oder dergleichen nicht eingesetzt werden können. An den Anbauflächen 1 können insbesondere schnellwachsende energiereiche Pflanzen angepflanzt werden, wie beispielsweise Pappeln, Weiden oder sonstige energiereiche Pflanzen wie Raps, Elefantengras oder dergleichen. Durch die Verwendung von schnellwachsenden Pflanzen ist sichergestellt, dass immer wieder ausreichend Biomasse zur Verfügung steht. Bei der Verwendung von Pflanzen, die an Straßenrändern wachsen können bisher ungenutzte Flächen sinnvoll eingesetzt werden. Die Anbauflächen 1 werden regelmäßig abgeerntet, wenn die Pflanzen eine entsprechende Größe erreicht haben. Handelt es sich bei den Pflanzen um Gräser oder andere Grünpflanzen, so handelt es sich bei der Biomasse im Wesentlichen um Grüngut, also geschnittene Grünpflan- zen, Laub und dergleichen. Die Anbauflächen können jedoch auch Sträucher und Bäume umfassen, die kein oder nur teilweise Grüngut als Biomasse liefern, sondern Holz beziehungsweise holzartige Bestandteile, wie Äste und dergleichen. Diese können gehäckselt und separat gesammelt und gelagert sowie transportiert werden.
Die Biomasse und insbesondere das Grüngut aus den Anbauflächen 1 kann nach dem Ernten in Silocontainer 2 verfüllt werden, in denen die Biomasse luftdicht abgeschlossen aufbewahrt werden kann. Insbesondere kann der Silocontainer 2 so ausgebildet sein, dass die Biomasse, insbesondere das Grüngut, in den Silocontainer 2 gepresst wird, sodass hochverdichtetes Material im Silocontainer 2 vorliegt, welches luftdicht abgeschlossen ist, sodass der einsetzende Gär - beziehungsweise Ver- wesungsprozess nach Aufbrauchen des im Silocontainer 2 enthaltenen Sauerstoffs unterbrochen wird. Die Silocontainer 2 können auch eine Entlüftungsanlage aufweisen, mit der das Innere des Silocontainers 2 evakuiert werden kann, um den Sauerstoffgehalt im Silocontainer 2 reduzieren zu können. Die Verwendung von Silocontainern 2 hat den Vorteil, dass diese an verschiedenen Einsatzorten in beliebiger weise und Anzahl zur Verfügung gestellt werden können, sodass die Ernte der Anbaufläche 1 unmittelbar in entsprechende Silocontainer 2 gelagert werden kann. Die Silocontainer 2 können dann entweder im Bereich der Anbauflächen 1 oder in speziellen Zwischenlagern zwischengelagert werden, bis die darin befindliche Biomasse für den weiteren Einsatz benötigt wird.
Wird die Biomasse benötigt, wird der Silocontainer 2 zu einer Biogasanlage 3 befördert, wo der Silocontainer 2 entleert und die Biomasse in die Biogasanlage gefüllt wird. Bei Bedarf kann die Biomasse, insbesondere wenn der Anteil an Fremdstoffen, wie bei Grasschnitten an Straßenrändern, hoch ist, eine Reinigung, z.B. durch Sieben durgeführt werden und/oder das Material kann in einem Schredder zerkleinert werden, bevor es in die Biogasanlage 3 eingeführt wird. Enthält die Biomasse Schnittgut von Mäharbeiten von Straßenrändern, so ist dieses Schnittgut häufig mit Sand versetzt, da das Schnittgut beispielsweise durch Saugeinrichtungen aufge- sammelt werden kann. In diesem Fall empfiehlt es sich zusätzlich in der Biogasanlage eine Einrichtung zur Entfernung von eingebrachtem Sand, wie beispielsweise eine Sandaustragsschnecke in der Biogasanlage vorzusehen, die auch weitere abgesetzte Fremdstoffe, wie Kunststoffe oder Metalle wieder aus der Biogasanlage entfernen kann. In der Biogasanlage wird aus der Biomasse Biogas 27 erzeugt, welches in ein Blockheizkraftwerk 4 eingespeist wird, sodass im Blockheizkraftwerk 4 durch Verbrennung des Biogases Strom 9 und Wärme 8 erzeugt werden kann. Der Biogasanlage 3 kann neben der Biomasse von den Anbauflächen 1 zusätzlich oder alternativ andere Biomasse aus anderen Quellen, wie Bioabfälle aus dem Haushalt oder der Gastrono- mie, zugeführt werden.
Als Abfallstoffe aus der Biogasanlage 3 können Dünngülle 5 und Gärreste 6 entnommen werden, die durch einen Separator an der Entnahmestelle aus der Biogasanlage getrennt werden können. Die Dünngülle 5 kann als Düngemittel wieder auf den Anbauflächen 1 ausgebracht werden. Die Gärreste 6 können einer Trocknungsanlage 7 zugeführt werden, in der sie zusammen mit Klärschlamm und Biomasse in Form von Holz 13, welches direkt von den Anbauflächen 1 erhalten werden kann, zu Mischbriketts 14 gemacht werden können. Das Holz 13 kann vorher zu Holzhackschnitzeln verarbeitet werden und se- parat vorgetrocknet werden. Je nach Zustand des Klärschlamms und/oder der Gärreste können diese ebenfalls vorgetrocknet oder direkt mit dem Holz zu Mischbriketts gepresst werden. Die Trocknungsanlage umfasst eine entsprechende Presseinrichtung. Die gepressten Mischbriketts 14 können nach dem Pressen je nach Bedarf wei- ter getrocknet werden. Die Wärme, die die Trocknungsanlage 7 benötigt, wird durch das Blockheizkraftwerk 4 zur Verfügung gestellt. In den Mischbriketts 14 wird somit die Wärme gespeichert, die durch das Blockheizkraftwerk 4 der Biogasanlage 3 zwangsläufig immer bei der Stromproduktion anfällt. Die Mischbriketts 14 können solange gelagert werden, bis wieder Wärmebedarf vorhanden ist, um dann in der Synthesegasanlage 1 6 verbrannt zu werden, um mit dem Synthesegas 17 wieder ein Blockheizkraftwerk zu betreiben und dessen Abwärme zu nutzen.
Die durch das Blockheizkraftwerk 4 erzeugte Wärme 8 kann teilweise oder alternativ auch einem Fernwärmenetz 10 oder einem Nahwärmenetz zur Verfügung gestellt werden, um damit Heizaufgaben zu erfüllen, wie beispielsweise die Heizung von Wohnräumen. Hierzu kann das Fernwärmenetz 10 mehrere Wärmespeicher 1 1 aufweisen, die über die Wärme 8 von dem Blockheizkraftwerk 4 gespeist werden und ihre Wärme bei Bedarf an die Verbraucher 12 abgeben können.
Die in der Trocknungsanlage 7 aus Klärschlamm, Gärresten 6 und Holz 13 in Form von Hackschnitzeln oder dergleichen erzeugten Mischbriketts 14 werden einer Syn- thesegasanlage 1 6 zugeführt, welche auch als Holzvergaser bezeichnet werden kann. Bei dem in der Synthesegasanlage 1 6 durchgeführten Synthesegasprozess bzw. Holzvergaserprozess wird Synthesegas 17 hergestellt, welches wiederum dem Blockheizkraftwerk 4 und/oder einem separaten Blockheizkraftwerk 20 zur Erzeugung von Strom 9, 19 beziehungsweise Wärme 8, 28 zugeführt wird. Die Wärme 28 des separaten Blockheizkraftwerks 20 kann wiederrum dem Fernwärmenetz 10 und insbesondere den Wärmespeichern 1 1 zugeführt werden oder bei der Trocknungsanlage 7 Verwendung finden (nicht dargestellt).
In der Synthesegasanlage 1 6 können neben den Mischbriketts 14 auch direkt Biomasseanteile in Form von Holz 15 eingesetzt werden, welches von den Anbauflä- chen 1 geerntet wird. Entsprechend wird deutlich, dass die Anbauflächen 1 zum einen Grüngut zur Verfügung stellen können, beispielsweise in Form von Gräsern, Sträuchern, Blättern und dergleichen, welches insbesondere in der Biogasanlage Verwendung finden kann, während weiterhin die Anbauflächen 1 Biomasse in Form von Holz oder holzartigen Bestandteilen bereitstellen können, welche zur Erzeugung der Mischbriketts 14 in der Trocknungsanlage 7 oder in der Synthesegasanlage 1 6 Verwendung finden können.
Der Abfall der Syntheseanlage 1 6 in Form von Asche 18 kann wiederrum zur Dün- gung der Anbauflächen 1 eingesetzt werden.
Der Strom 9, 19 aus den Blockheizkraftwerk(en) 4, 20 kann einem oder einer Vielzahl von Kompressoren 21 zur Verfügung gestellt werden, die Druckluft erzeugen, um in einer Druckluftabfüllanlage Druckluftflaschen 22 mit Druckluft zu füllen, die dann entsprechend als Energiespeicher dienen. Die Druckluft kann beispielsweise zum An- trieb von Druckluftmotoren Verwendung finden. Die Abwärme 23 der Kompressoren kann zur Heizung in der Trocknungsanlage 7 verwendet werden.
Insgesamt ergibt sich somit durch das in Figur 1 dargestellte Energiegewinnungssystem, dass dieses System eine Vielzahl von verschiedenen, aufeinander abgestimmten Komponenten aufweist, die es ermöglichen in geschickter Weise aus nachwach- senden Rohstoffen Energie zu erzeugen, wobei die Komponenten in abgestimmter Weise miteinander verknüpft sind, um durch hohe Effizienz einen gewinnbringenden Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen zu ermöglichen.
Obwohl bei der Fig. 1 zwei Blockheizkraftwerke 4, 20 dargestellt sind, kann in dem System auch lediglich nur ein Blockheizkraftwerk Verwendung finden, welches so- wohl das Biogas der Biogasanlage 3 als auch das Synthesegas 17 der Synthesegasanlage 1 6 verbrennt. Zwei getrennte Blockheizkraftwerke 4, 20 sind auch deshalb vorteilhaft, weil Biogasanlage 3 und Synthesegasanlage 1 6 dann einfacher an getrennten Orten angeordnet werden können, sodass einerseits Geruchsbelästigungen durch die Biogasanlage in Wohngebieten vermieden werden können und anderer- seits die Fernwärme über kürzere Strecken zu den Verbrauchern gelangen kann.
Darüber hinaus ist darauf hinzuweisen, dass die Fig. 1 das System lediglich mit einigen wenigen Komponenten darstellt, dass aber so ein System in Realität natürlich eine Vielzahl von Komponenten aufweisen kann, wie beispielsweise mehrere Biogasanlagen, mehrere Blockheizkraftwerke, mehrere Trocknungsanlagen und/oder mehrere Synthesegasanlagen 1 6, die modulartig zu kleinen Einheiten zusammenge- fasst sein können, wie sie in der Fig. 1 dargestellt sind. Insbesondere bietet es sich an, bezogen auf eine bestimmte Größe der Anbauflächen 1 ein entsprechendes Mo- dul mit einer darauf ausgelegten Größe der Biogasanlage 3, der Trocknungsanlage 7, der Synthesegasanlage 1 6 und der Blockheizkraftwerke 4, 20 vorzusehen.
Darüber hinaus ist darauf hinzuweisen, dass das gezeigte Energiegewinnungssystem einerseits als weitgehend geschlossenes System betrieben werden kann, in dem die gezeigten Stoff- und Energieströme, beispielsweise mit Ausnahme des von außen bezogenen Klärschlamms und des nach außen abzugebenden elektrischen Stroms, weitgehend innerhalb des System verlaufen. Allerdings kann das Energiegewinnungssystem auch als weitgehend offenes System betrieben werden, bei welchem sowohl Stoffe als auch Energiemengen von außen zugeführt werden oder nach außen abgegeben werden können, wie beispielsweise die Zufuhr zusätzlicher Biomasse, die Zufuhr von zusätzlichen Gärresten und dergleichen sowie die Abgabe von Wärme und Druckluft.
Die Fig. 2 zeigt einen Wärmespeicher 1 1 , wie er in dem Wärmenetz 10 des Energiegewinnungssystems aus Fig. 1 eingesetzt werden kann. Der Wärmespeicher 1 1 wird hierbei unterirdisch unter der Erdoberfläche 50 vorgesehen und umfasst eine äußere Hülle 51 , beispielsweise in Form einer Betonhülle, in der eine zweite Hülle 52, beispielsweise ebenfalls aus Beton, gelagert ist, wobei zwischen äußerer Hülle 51 und innerer Hülle 52 eine Wärmeisolierung 53 aus einem geeigneten Wärmedämmmaterial, wie beispielsweise Styropor, vorgesehen ist. Die innere Hülle 52 und die äußere Hülle 51 sind vorzugsweise wasserdicht ausgebildet, entweder durch Verwendung eines wasserdichten Betons oder einer entsprechenden wasserdichten Folie, die an der Hülle angeordnet wird, so dass die Isolierschicht 53 trocken gehalten werden kann.
In dem Wärmespeicher 1 1 bzw. dem inneren Behälter 53 befinden sich Wärmespei- chermaterialien, beispielsweise in Form von Schlackesteinen, Basalt, Kies und/oder Wasser, die Wärme, die über eine Zuführleitung 55 zugeführt wird, gut speichern können. Entsprechend weist das Wärmetransportmedium, welches in der Wärmezuführleitung 55 geführt wird, wie beispielsweise Wasser oder frostsichere Flüssigkeiten auf Alkoholbasis oder dergleichen, in der Wärmezuführleitung 55 eine höhere Temperatur auf als an der Ablaufleitung 56. Zur Entnahme der Wärme ist wiederum eine Leitung mit einem Wärmetransportmedium, wie beispielsweise einer geeigneten Flüssigkeit, vorgesehen, wobei die Temperatur des Wärmetransportmediums am Zulauf 57 geringer ist als am Ablauf 58, welcher die Wärme zu den Verbrauchern transportiert.
Die Fig. 3 zeigt einen Silocontainer 2, wie er zum Sammeln von Biomasse, insbesondere Schnittgut bei Mäharbeiten, in einem Biomassesammeisystem eingesetzt werden kann. Der Silocontainer 2 ist aus einem zylinderförmigen Behälter 30 gebildet, der an einer seiner Stirnseiten mindestens einen Deckel 31 aufweist, der aufgeklappt oder abgenommen werden kann. Um den zylinderförmigen Behälter 30 sind im Bereich der Stirnseiten zwei Rahmenteile 32 und 33 vorgesehen, die zur Lagerung des zylinderförmigen Behälters 30 dienen und gleichzeitig Aufnahmepunkte für die Aufnahme des Silocontainers 2 durch einen Kran oder dergleichen sowie Verriegelungspunkte zur Verriegelung mit anderen Containern oder Trägerfahrzeugen bieten. Die Aufnahmepunkte und Verriegelungspunkte können umlaufend an den Rahmen an allen Seiten vorgesehen werden. Die Rahmen 32 und 33 weisen Dimensionen auf, die genormten Transportcontainern entsprechen, so dass derartige Silocon- tainer auf jedem Containerfahrzeug oder auf Containerzügen oder - schiffen transportiert werden können.
Die Fig. 4 zeigt eine Frontansicht des Silocontainers 2 mit dem kreisrunden Querschnitt des Behälters 30 und dem geöffneten Deckel 31 . An der Anlagefläche 34 des Behälters 30 ist eine umlaufende Nut ausgebildet, in die eine Dichtung 35 eingelegt ist, wobei die Dichtung 35 insbesondere als aufblasbarer, elastischer Schlauch ausgebildet sein kann. Nach dem Befüllen des Silocontainers 2 mit Biomasse kann durch Verschließen des Deckels 31 über die Dichtung 35 gewährleistet werden, dass das Innere des Silocontainers 2 luftdicht abgeschlossen ist, so dass kein Sauerstoffzutritt zu der Biomasse mehr möglich ist. In dem Biomassesammeisystem können eine Vielzahl von Silocontainern 2 an den entsprechenden Anbauflächen 1 oder in der Nähe befindlichen Sammelplätzen bereit gestellt werden, um dort unmittelbar während der Ernte bzw. Mäharbeiten oder dergleichen die gewonnene Biomasse aufzunehmen und luftdicht einzuschließen, so dass die Biomasse ohne Energieverlust für die spätere Verwendung in Biogasanla- gen zur Verfügung steht. Die Silocontainer 2 können dann durch entsprechende
Fahrzeuge bei Bedarf von ihren Lagerplätzen abgeholt und zu den Biogasanlagen 3 befördert werden, um dort die in den Silocontainern 2 gespeicherte Biomasse zu entnehmen. Die Fig. 5 zeigt eine Pressvorrichtung 60, die zur Beladung der Silocontainer 2 mit Biomasse dient. Die Pressvorrichtung 60 ist auf einem Sattelauflieger 61 angeordnet, der von einer Sattelzugmaschine 62 gezogen werden kann. Allerdings weist der Sattelauflieger 61 Stützräder 65 auf, so dass der Sattelauflieger 61 auch unabhängig von der Sattelzugmaschine 62 bewegt werden kann. Insbesondere weist der Sattelauflieger 61 einen eigenen Antrieb (nicht gezeigt) auf, um unabhängig von der Sattelzugmaschine 62 kurze Strecken, beispielsweise zur Aufnahme von Silocontainern 2 bzw. zum Austauschen von Silocontainern 2, zurücklegen zu können.
Auf dem Sattelauflieger 61 ist ein Kran 63 angeordnet, mit dessen Hilfe Silocontainer 2 auf den Sattelauflieger 62 aufgeladen und von diesem wieder abgeladen werden können.
Zur Befüllung eines Silocontainers 2 wird ein leerer Silocontainer 2 auf den Sattelaufleger 60 geladen, so dass die mit dem Deckel 31 verschließbare Öffnung im geöffneten Zustand an der Pressvorrichtung 60 anliegt. Die Pressvorrichtung 60 weist eine Biomasseeinfüllöffnung 66 in Form eines Einfülltrichters auf, über den die Biomasse beispielsweise ebenfalls mit dem Kran 63 eingefüllt werden kann. Zudem weist die Pressvorrichtung 60 einen Pressstempel 64 auf, mit dem die eingefüllte Biomasse in den Silocontainer 2 gedrückt und dort verpresst werden kann. Nach dem Befüllen des Silocontainers 2 mit Biomasse wird der Silocontainer 2 luftdicht verschlossen und mittels des Krans 63 wieder von dem Sattelauflieger 61 entladen, um zwischengelagert zu werden, bis die Biomasse in eine Biogasanlage 3 gefüllt wird. Zusätzlich kann der Silocontainer 2 mit einer Entlüftungseinrichtung entlüftet werden.
Durch das Biomassegewinnungssystem mit den Silocontainern 2, die vorzugsweise aus Edelstahl hergestellt sind, ist es möglich, Biomasse an beliebigen Orten zu ern- ten, die Biomasse zu speichern und die Biomasse bei Bedarf an einer entfernt liegenden Biogasanlage 3 einzusetzen. Außerdem können die Silocontainer 2 an beliebigen Orten zur Sammlung von Biomasse bereitgestellt werden. Dabei ist es auch möglich, Biomasse in den Silocontainern 2 aufzunehmen, ohne die Biomasse zu verdichten, sondern lediglich die Biomasse einzufüllen und dann mittels des Deckels 31 luftdicht abzuschließen.
Wie sich aus der Figur 1 ergibt, kann das Energiegewinnungssystem weiterhin eine vorzugsweise computerbasierte Steuerungs - und/oder Regelungseinrichtung 25 aufweisen, welche eine Speichereinheit 26 umfasst, um verschiedene Informationen über das Energiegewinnungssystem zu speichern und mit der Steuerungs - und/oder Regelungseinrichtung 25 so zu verarbeiten, dass die einzelnen Komponenten in effektiver und effizienter Weise miteinander zusammenarbeiten, um das beste Ergebnis für die Energiegewinnung zu erzielen. So kann beispielsweise in dem Spei- eher 26 der Steuerungs - und/oder Regelungseinrichtung 25 gespeichert werden, welche Anbauflächen 1 wann zuletzt geerntet worden sind, wie der Wachstumszustand der Pflanzen ist und wann beispielsweise die nächste Ernte voraussichtlich erfolgen kann. Darüber hinaus können Daten zu der Biogasanlage 3, zu den Blockheizkraftwerken 4, 20, zur Trocknungsanlage 7 und zur Synthesegasanlage 1 6 sowie zu den Kompressoren 21 gespeichert werden, die beispielsweise die Auslastung o- der sonstige Betriebsdaten umfassen können. Beispielsweise kann zu der Biogasanlage erfasst werden, wie viel Biomasse zugesetzt werden kann oder muss und wie viel Biogas erzeugt werden kann. Auf Basis dieser Daten können dann abhängig von den Erfordernissen beispielsweise der Trocknungsanlage oder des Fernwärmenet- zes 10 die Biogasanlage und die anderen Komponenten des Energiegewinnungssystem optimal betrieben werden. In gleicher weise lassen sich mit den Betriebsdaten und den Verbrauchsdaten, beispielsweise im Fernwärmenetz, bei der Stromabnahme oder bei der Abnahme der Druckluft, die entsprechenden Komponenten in geeigneter und effizienter Weise miteinander betreiben. Insbesondere kann das Energiegewinnungssystem der vorliegenden Erfindung so eingesetzt werden, dass Strom nur zu Zeiten, in denen eine hohe Nachfrage nach Strom vorliegt, aus dem System abgegeben wird, während zu Zeiten, in denen eine geringe Stromnachfrage vorliegt, der Strom im System selbst Verwendung findet, um beispielsweise Druckluftflaschen 22 mit Druckluft zu befüllen. In gleicher weise kann die im Energiegewinnungssystem erzeugte Wärme für die Trocknungsanlage 7 verwendet werden, wenn der Bedarf nach Wärme im Fernwärmenetz 10 gering ist.
Durch die Produktion von Mischbriketts 14 lässt sich im System ebenfalls Energie speichern, da die erzeugten Mischbriketts 14 nur dann in der Synthesegasanlage 1 6 verarbeitet werden müssen, wenn entsprechender Strom - und/oder Wärmebedarf vorliegt.
Somit ergeben sich folgende Aspekte der vorliegenden Erfindung: ERNTETECHNIK Mit einem Randstreifenmäher mit Absaugarm und Gebläse, der auf einem Multifunk- tionsfahrzeug angeordnet ist, werden bevorzugt Straßenränder abgeerntet. Die Fahrzeuge lassen sich im Winter im Wechselsystem im Winterdienst einsetzen. Die Erntegeschwindigkeit derartiger Mäher beträgt stufenlos zwischen 0 und 15 km/h. Bei starkem Bewuchs und günstiger Verkehrszeichenlage können 50 Kubikmeter Biomasse in 2 Stunden gemäht werden, wobei der Kraftstoffverbrauch bei 20 Liter/h liegen kann.
MIETPARK
Die Trägerfahrzeuge sind Eigentum einer Vermietfirma. Die Fahrzeuge werden auch an Betreiber konventioneller Biogasanlagen für Gülleausbringung und Silageernte vermietet.
Im Winter werden die Fahrzeuge für Hackschnitzelernte und Winterdienst eingesetzt. SILAGE IM CONTAINER
Silocontainer aus Edelstahl dienen als Siloersatz und sind flexibel an verschiedenen Orten einsetzbar. An Kompostplätzen kann das Mähgut mit einem Pressaufsatz auf einem Trägerfahrzeug sofort in einen Silocontainer verpresst werden.
Die Silocontainer haben abnehmbare Deckel und sind mit Containerpunkten unten und oben für die Handhabung versehen. Als Dichtung der Containeröffnung dient ein aufblasbarer Schlauch. BIOMASSELOGISTIK
Ein LKW mit Kran am Heck der Zugmaschine befördert 2 Silocontainer mit 6 m Länge zur Biogasanlage. Die Biogasanlage ist so ausgelegt, dass sie mit einer Füllung eines Silocontainers pro Tag auskommt. Leere Silocontainer werden gleich wieder auf den außen liegenden Kompostplätzen abgestellt. Per Computer werden die Standorte voller und leerer Container festgehalten.
BIOGASANLAGE
An der Biogasanlage fräst ein Trägerfahrzeug das Material in einen Schredder. Das Gärsubstrat wird separiert und mit Holzhackschnitzel zu Briketts oder Mischbriketts verpresst. SYNTHESEGASANLAGE Die Briketts werden in einer Synthesegasanlage verbrannt. Das entstehende„Holzgas" wird in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) zu Strom und Wärme gewandelt.
Die Briketts dienen auch als Energiespeicher. So ist es möglich, im Winter bei mehr Wärmebedarf die Leistung der Synthesegasanlage durch Zuschaltung von weiteren Vergasern zu erhöhen.
ENERGIEGEWINNUNG AUS DER„GRÜNEN TONNE" (BIOABFÄLLE)
Das Material aus der„Grünen Tonne" besteht im Wesentlichen aus Küchenabfällen. Leider werden die Abfälle oft zusammen mit Kunststofftüten in der Tonne entsorgt.
Die Verarbeitung in der Biogasanlage kann direkt zusammen mit der Verarbeitung des Straßenbegleitgrüns erfolgen. Es kann sinnvoll sein, einen separaten Dosierer für das Material zu verwenden, damit eine genaue Bestückung für die Anlage erfolgen kann. Das Material sollte ebenfalls in einem Schredder klein gemacht werden.
Die Trennung von Dünngülle und kunststoff belasteter Ware erfolgt im gleichen Separator. Dünngülle kann nach Schadstoffanalyse auf den Anbauflächen oder sonstigen Äckern ausgebracht werden.
ENERGIEGEWINNUNG AUS KLÄRSCHLAMM:
Der Klärschlamm wird mit Wärme aus der Synthesegasanlage bzw. einem entsprechenden Blockheizkraftwerk getrocknet. Anschließend wird das Material zusammen mit Hackschnitzel zu Briketts oder Mischbriketts verpresst. Diese Briketts werden je nach Energiebedarf in der Synthesegasanlage verarbeitet.
Die Asche aus der Anlage kann zusammen mit der Dünngülle am Straßenrand bzw. allgemein Anbauflächen außerhalb der Leitplanke als Dünger verwendet werden.
ERZEUGUNG VON DÜNGEMITTEL Im Prozess entstehen zwei Arten von Düngemittel:
- Dünngülle aus der Biogasanlage
- Asche aus der Synthesegasanlage
Beide Arten können schadstoffbelastet sein. Sie sollten nur nach Analyse in der Landwirtschaft verwendet werden. Beide können durch Zugabe unbelasteter Roh- Stoffe soweit verdünnt werden, dass sie unbedenklich eingesetzt werden können. AUFWERTUNG DER ERNTEFLÄCHEN DÜNGESUBSTRAT
Die Anbauflächen für die Pflanzen, insbesondere die Straßenränder, sollen gedüngt werden, um eine hohe Wachstumsgeschwindigkeit der Pflanzen zu erhöhen. Die Ausbringung von Dünngülle mit oder ohne Asche schließt diesen Kreislauf. So kann in der Zukunft nachhaltig Energie am Straßenrand geerntet werden.
ANSÄEN VON ENERGIEPFLANZEN
Es besteht die Möglichkeit, auf den Anbauflächen und insbesondere am Straßenrand niedrig wachsende Energiepflanzen und Gräser anzusäen. UMSETZUNG DER ENERGIEWENDE DURCH SPEICHERBARE ENERGIE
Ein Ausbau von Wind und Sonnenenergie macht nur Sinn, wenn gleichzeitig speicherbare Energie aus Biomasse weiter ausgebaut wird.
VERRINGERUNG DER KOSTEN FÜR DEN NETZAUSBAU DURCH„VORORTENERGIE" Die mit dem Energiegewinnungssystem gewonnene Energie muss nicht über Energieautobahnen gefördert werden.
BIOGASANLAGE
Wie bereits beschrieben, wird für die Verarbeitung aus den Biomassevorkommen, z.B. Straßenbegleitgrün und„grüne Tonne" eine Biogasanlage benötigt. Kurzbeschreibung der Anlage:
Ein Fermenter mit liegendem Rührwerk wird als Hauptfermenter mit Sandaustrags- schnecken bestückt. Gespeist wird der Fermenter aus zwei Biomassedosierern mit nachgeschaltetem Zerkleinerer. Die Biomassedosierer können gasdicht mit hohem Volumen gestaltet sein. Einer der Dosierer wird mit Straßenbegleitgrün, der andere Dosierer mit der„grünen Tonne" bestückt. Dem Hauptfermenter wird ein gasdichtes Endlager nachgeschaltet. Zudem wird ein weiterer Gärrestbehälter benötigt, da die Gülle separiert wird und die Dünngülle separat von anderen Gärresten gelagert wird.
TROCKNUNGSANLAGE
Die separierten Gärreste werden mit der Abwärme des biogasbetriebenen BHWK in einer groß dimensionierten Trocknungsanlage getrocknet. In derselben Anlage oder einem zweiten Trockner wird Klärschlamm getrocknet. Ferner ist auch eine Lagerhalle für Holzhackschnitzel, in der das Material von Gehölz vom Straßenrand und Baumrückschnitt von Städten und Kommunen gelagert wird, vorgesehen. In einer separaten Halle wird in einer vollautomatischen Anlage ein Heizbrikett erzeugt. Dieses Bri- kett besteht aus den Komponenten Holzhackschnitzel plus Biomasse und plus Klärschlamm. Stichprobenartige Laboruntersuchungen sollen eine gleichbleibende Brennqualität der Briketts überwachen.
FERNWÄRMENETZ IM EINZUGSBEREICH DER SYNTHESEGASANLAGE
Der Holzvergaser mit Bunker für Heizbriketts und Pufferspeicher für Warmwasser kann direkt in ein Haus oder Industriegebäude integriert werden. Der Bunker wird mit einer Fördertechnik für den Transport der Briketts vom Logistik-LKW bestückt. Der Hochtemperaturreaktor wird vom Zwischenbunker gespeist. Das entstehende Holzgas wird im Abgaswäscher gereinigt und auf eine Temperatur von ca. 60 Grad herabgekühlt. Das im Abgaswäscher befindliche Waschsubstrat wird mittels eines Wär- metauschers dauerhaft gekühlt. Im Wärmetauscher wird Wasser für den Heizkreislauf des angeschlossenen Nah - oder Fernwärmenetz geheizt. Das entstehende Holzgas wird in einem direkt angekoppelten BHKW zu Strom und weiterer Wärme gewandelt.
STEUERUNG DER HEIZANLAGE Das Heizmodul wird ström - oder wärmegeführt betrieben. Je nach Witterung wird ermittelt, wieviel Wärme für das Nah - oder Fernwärmenetz benötigt wird. Diese Wärme wird mit dem Holzvergaser und BHKW erzeugt. Ein ausreichend groß dimensionierter Wärmespeicher ist in der Lage die benötigte Wärme eines Tages zwi- schenzuspeichern. BETRIEB DES BLOCKHEIZKRAFTWERKS (BHKW)
Das BHKW wird zu den Spitzenstromzeiten betrieben.
Zudem wird die Wärme an die angeschlossenen Objekte im Nahwärmenetz verkauft. Dem Vergaserstandort kann auch ein Energiespeicher angekoppelt werden.
SPEICHERUNG ELEKTRISCHER ENERGIE Die Speicherung der elektrischen Energie erfolgt mittels Hochdruckkompressor mit angeschlossen Druckluftflaschenbatterien. Im Hochdruckkompressor entsteht als Nebenprodukt Wärme, welche im Wärmespeicher des Nahwärmenetzes gespeichert wird. Die Druckluftflaschen können als Antriebsstoff für Druckluft-Pkw verwendet werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Komponenten weggelassen werden können oder andersartige Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale möglich sind, solange der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht verlassen wird. Insbesondere schließt die Offenbarung der vorliegenden Erfindung sämtliche Kombi- nationen der vorgestellten Einzelmerkmale mit ein, auch wenn sie nicht explizit erwähnt sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Energiegewinnungssystem zur Gewinnung erneuerbarer Energien mit
Anbauflächen zur Erzeugung von nachwachsender Biomasse,
mindestens einer Biogasanlage zur Erzeugung von Biogas,
mindestens einem Blockheizkraftwerk zur Erzeugung vom Wärme und elektrischem Strom,
mindestens einer Trocknungsanlage zur Trocknung von Klärschlamm und/oder Gärresten der Biogasanlage und/oder Biomasse zu Mischbriketts und mit mindestens einer Synthesegasanlage zur Erzeugung von Synthesegas, wobei Biomasse von den Anbauflächen in der Biogasanlage zur Erzeugung von Biogas und/oder in der Trocknungsanlage zur Erzeugung von Mischbriketts und/oder in der Synthesegasanlage zur Erzeugung von Synthesegas eingesetzt wird und
wobei die von dem mindestens einen Blockheizkraftwerk erzeugte Wärme für die Trocknungsanlage verwendet wird, und
wobei das Biogas der Biogasanlage und/oder das Synthesegas der Synthesegasanlage zum Betrieb des oder der Blockheizkraftwerke verwendet wird, und wobei die Mischbriketts der Trocknungsanlage in der Synthesegasanlage zur Er- zeugung von Synthesegas eingesetzt werden.
2. Energiegewinnungssystem nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens zwei Blockheizkraftwerke vorgesehen sind, wobei mindestens ein Blockheizkraftwerk der Biogasanlage zugeordnet ist und mindestens ein Block- heizkraftwerk der Synthesegasanlage zugeordnet ist.
3. Energiegewinnungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Energiegewinnungssystem mindestens einen Kompressor zur Erzeugung von Druckluft umfasst, der mit elektrischem Strom aus einem der Blockheizkraftwerke und/oder einem Energieversorgungsnetz betrieben wird.
4. Energiegewinnungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Energiegewinnungssystem weiterhin eine Druckluftflaschenabfüllstation aufweist, in der Druckluft in mobil einsetzbare Druckluftflaschen abgefüllt wird.
5. Energiegewinnungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Energiegewinnungssystem ein Fernwärmenetz und/oder Wärmespeicher um- fasst.
6. Energiegewinnungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Energiegewinnungssystem ein Biomassesammeisystem umfasst.
7. Energiegewinnungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Energiegewinnungssystem eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung des Energiegewinnungssystem und/oder eines Biomassesammeisystems umfasst.
8. Energiegewinnungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Anbauflächen Straßenränder und/oder ökologisch bedenkliche Agrarflächen eingesetzt werden.
9. Energiegewinnungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Energiegewinnungssystem modulartig aufgebaut ist.
10. Verfahren zur Gewinnung erneuerbaren Energien, insbesondere mit einem System nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
wobei Biomasse in einer Biogasanlage zur Erzeugung von Biogas und/oder in ei- ner Trocknungsanlage zur Erzeugung von Mischbriketts und/oder in der Synthesegasanlage zur Erzeugung von Synthesegas eingesetzt wird, wobei das Biogas und/oder das Synthesegas zur Erzeugung von elektrischem Strom und Wärme mittels eines Blockheizkraftwerks eingesetzt werden und wobei die erzeugte Wärme für den Betrieb einer Trocknungsanlage eingesetzt wird, in der Klär- schlämm und/oder Gärreste der Biogasanlage und/oder Biomasse getrocknet und zu Mischbriketts gepresst werden, die in der Synthesegasanlage zur Erzeugung von Synthesegas eingesetzt werden.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Biomasse Grüngut und/oder Bioabfälle und/oder Holz umfasst, wobei Grüngut und/oder Bioabfälle der Biogasanlage zugeführt werden und/oder Holz der Trock- nungsanlage und/oder der Synthesegasanlage.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Anbauflächen im Wesentlichen oder zum überwiegenden Teil Straßenränder und/oder kontaminierte Agrarflächen verwendet werden und/oder dass die An- bauflächen durch Abfälle aus der Biogasanlage und/oder der Synthesegasanlage gedüngt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf den Anbauflächen schnell wachsende Energiepflanzen gesät oder ange- pflanzt werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Energie mit getrockneter Biomasse, insbesondere Holz und/oder getrocknetem Klärschlamm und/oder getrockneten Gärresten und/oder Mischbriketts und/oder Druckluft gespeichert wird.
15. Biomassesammeisystem, insbesondere zur Verwendung im Energiegewinnungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder im Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
mit einer Vielzahl von Silocontainern, von denen jeder so aufgebaut ist, dass er mindestens eine Öffnung aufweist, über die der Silocontainer mit Biomasse be - und entladbar ist und die luftdicht abschließbar ist, sodass der Silocontainer insgesamt luftdicht abschließbar ist.
1 6. Biomassesammeisystem nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Biomassesammeisystem mindestens eine Pressvorrichtung umfasst, mit der Biomasse in einen Silocontainer pressbar ist, und/oder eine Entlüftungseinrichtung aufweist, mit der der Silocontainer entlüftet werden kann.
17. Biomassesammeisystem nach Anspruch 15 oder 1 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Pressvorrichtung auf einem Fahrzeug angeordnet ist.
18. Biomassesammeisystem nach einem der Ansprüche 15 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Biomassesammeisystem Fahrzeuge für den Transport der Silocontainer und/oder Multifunktionsfahrzeuge zur Ernte von Biomasse und/oder Fahrzeuge zum Transport der Pressvorrichtung umfasst.
19. Wärmespeicher, insbesondere zur Verwendung im Energiegewinnungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit ein einer dreischaligen Hülle aus einem
Innenbehälter, einem Außenbehälter und einer dazwischen angeordneten Dämmschicht, wobei im Inneren Speichersteine und Wasser enthalten sind.
20. Verfahren zur Speicherung und/oder Verwendung überschüssiger Energie, insbesondere im Zusammenhang mit einem Energiegewinnungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei mit der zur Verfügung stehenden Energie mindestens ein Kompressor angetrieben wird, der Druckluft erzeugt, und/oder wobei die Druckluft in mobilen Flaschen abgefüllt wird, die mobil und austauschbar eingesetzt werden.
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