Flexible operation of steam power plants by integration of a power to methanol plant
This thesis describes a novel three-vector plant model for sector coupling based on 1.steam power plant producing electric power, 2. heat as steam, and finally 3. as methanol production by exploiting the higher heating value (HHV) of the fuel used. This thesis describes how flue gas condensation working in conjunction with high temperature heat pumps improves fuel utilization, while integration of a power to methanol plant consisting of water electrolysis, carbon capture unit and methanol generation couples power generation to chemical production.
Such a plant will be shown to have to capability to operate with high flexibly over increasingly fluctuating renewable electricity generation demands to provide electric power, heat and methanol production reliably over a wide range. This techno-economic analysis presents a full cycle of one year of operation, using wind and solar renewable generation using Germany as the model based on real data. The operation of the plant is analysed for its carbon footprint for methanol generation by power to methanol (PtX) in this three-vector generation plant. This is compared with other existing low-carbon methanol generation options and their carbon footprint.
In dieser Arbeit wird ein neuartiges Drei-Vektoren-Kraftwerksmodell für die Sektorenkopplung beschrieben, das auf 1. einem Dampfkraftwerk zur Stromerzeugung, 2. der Wärmeerzeugung in Form von Dampf und schließlich 3. der Methanolerzeugung unter Ausnutzung des höheren Heizwertes (HO) des verwendeten Brennstoffs basiert. In dieser Arbeit wird beschrieben, wie die Rauchgaskondensation in Verbindung mit Hochtemperatur-Wärmepumpen die Brennstoffausnutzung verbessert, während die Integration einer Power-to-Methanol-Anlage, bestehend aus Wasserelektrolyse, einer Anlage zur Kohlendioxidabscheidung und einer Methanol-Erzeugungsanlage, die die Stromerzeugung mit der chemischen Produktion koppelt.
Es wird gezeigt, dass eine solche Anlage in der Lage ist, mit hoher Flexibilität bei zunehmend schwankendem Bedarf an erneuerbarer Stromerzeugung zu arbeiten, um Strom, Wärme und Methanol über einen weiten Bereich zuverlässig bereitzustellen. In dieser technisch-wirtschaftlichen Analyse wird ein vollständiger Betriebszyklus von einem Jahr unter Verwendung von Wind- und Solarstrom aus erneuerbaren Energien in Deutschland als Modell auf der Grundlage realer Daten dargestellt. Der Betrieb der Anlage wird auf seinen Kohlenstoff-Fußabdruck für die Methanolerzeugung durch Power-to-Methanol (PtX) in dieser Drei-Vektoren-Anlage analysiert. Dies wird mit anderen bestehenden kohlenstoffarmen Methanol-Erzeugungsoptionen und deren Kohlenstoff-Fußabdruck verglichen.