CH329874A - Power plant - Google Patents

Power plant

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CH329874A
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CH
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turbine
compressor
power
air
power plant
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German (de)
Inventor
George Voysey Reginald
Ernest Elliott Douglas
Original Assignee
Power Jets Research And Dev Li
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Publication date
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Publication of CH329874A publication Critical patent/CH329874A/en

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas- turbine plants for special use
    • F02C6/14Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads
    • F02C6/16Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads for storing compressed air
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Description

  

      Kraftanlage       Die üblichen     Ausführungen    von Gastur  binenkraftanlagen mit kontinuierlicher Ver  brennung weisen einen durch die Gasturbine       angetriebenen    Verdichter auf, dem eine Ein  richtung nachgeschaltet ist. - z.

   B. eine     Ein-          riehtung,    in welcher Brennstoff in Luft ver  brannt wird -, um die aus dem Verdichter       ausströmende    Luft zu erhitzen und so das er  hitzte Antriebsmittel für die Turbine zu     lie-          fern.        Übersehlagsmässig    werden dann von  3 PS     Turbinenleistung    ? PS von dem Ver  dichter     verbraucht    und nur 1 PS wird als       \ntzleistung    abgegeben.

   Zusammen macht das  Für die beiden Maschinen 5 PS, und natür  lich muss die     Lufterhitzungseinriehtung    ein       der        Nutzleistung    entsprechendes     Leistungsver-          mögen    haben, das heisst sie muss einen     Ener-          giebetra-    liefern können, der gleich ist der       Nutzenergie    plus sämtliche Verluste, ungeach  tet des effektiven Leistungsvermögens der Ein  heit, die sich ans     Verdichter    und Turbine     zu-          N'aminensetzt.     



  In vielen Kraftanlagen ist die Leistungs  maschine     selten    mehr als einige Stunden wäh  rend des ganzen Tages voll belastet und v     iel-          faeli        während    einigen Stunden überhaupt.

    unbelastet; die Belastung durch Energie  abnahme durch die Industrie dauert zum Bei  spiel meistens nur während acht von     vierund-          s;waii7ig    Stunden.     MTürde    die obenerwähnte  Verbrennungseinrichtung durch einen '#Tärme-         austauscher    ersetzt, mittels welchem die in  einem Atomofen oder einer sonstigen Wärme  quelle mit hohen Anlagekosten produzierte  Wärme an die Luft übertragen würde, so  würde diese Wärmequelle recht unwirtschaft  lich ausgenützt, weil auch sie nur während  den acht Stunden der Energieabnahme, an  statt kontinuierlich während den vierund  zwanzig Stunden in Betrieb genommen wer  den könnte.  



  Vorschläge zur Herabsetzung des Bauvolu  mens und der Anlagekosten der Turbomaschine  gingen dahin, eine Gasturbine mit Treibgasen  zu beliefern, welche man durch Verbrennung  von Brennstoff in Luft erzeugt, welche man  einem unterirdischen Luftreservoir entnimmt,  dem verdichtete Luft durch von der Turbine  unabhängige Mittel zugeführt wird; diese  Turbine treibt also keinen Verdichter an.  



  Die Erfindung bezweckt nun die Schaf  fung einer Anlage zur zeitweisen Lieferung  von Nutzleistung unter Herabsetzung von  Bauvolumen und -kosten. In einer zweck  mässigen     Ausfühxaingsform    können auch das  Bauvolumen und die Anschaffungskosten des       Erhitzers    reduziert werden, indem man die  Turbine längere Zeitperioden laufen lässt, als  die Leistungsabnahme andauert, und zwar vor  zugsweise kontinuierlich.

   Dabei wird die oben  erwähnte Tatsache ausgenützt, dass die zur  Belieferung der Turbine mit Luft aufzuwen-           dende    Energie etwa. das Doppelte der Nutz  leistung beträgt, um dementsprechend die  Turbine während eines Drittels des Tages zur  Abgabe von     Nutzleistung    und während den  restlichen zwei Dritteln zum     Hereinpumpen          der-erforderlichen    Luftmenge in das     Reservoir     arbeiten zu lassen.  



  Gegenstand der Erfindung ist eine Kraft  anlage, die eine aus einem     Druckluftspeieher     mit Druckluft     gespiesene    Gasturbine, eine  Einrichtung zur Erhitzung der zur Gastur  bine strömenden     Lüft    und einen Verdichter  aufweist, wobei die von der Gasturbine ab  gegebene Leistung sowohl von einer variabel  belastbaren     Lastmasehine    als auch vom Ver  dichter     aufgenommen    werden kann.  



  Diese Anlage zeichnet. sich dadurch aus,  dass sowohl die     Lufterhitzungseinrichtung    als  auch die Gasturbine dauernd mit annähernd  gleichbleibender Leistung arbeiten und dass  Mittel vorhanden sind, welche, wenn die  äussere Last der Turbine niedrig ist, die von  der Turbine erzeugte überschüssige Energie  ausnützen, um verdichtete Luft in den Druck  luftspeicher zu fördern.  



  In beiliegender Zeichnung sind zwei Aus  führungsbeispiele der erfindungsgemässen  Kraftanlage schematisch dargestellt, und zwar  in den     Fig.    1 und 2.  



  Zur Kraftanlage gemäss     Fig.        I.    gehören  eine Gasturbine 1, ein durch diese     antreib-          barer    Stromgenerator 2 und ein Stromnetz 3,  das mittels des Schalters 4 an den Stromgene  rator angeschlossen werden kann, um durch  denselben mit von der Turbine 1 erzeugter  Energie beliefert zu werden.

   Ein mit aus der  Anlage genommener - Energie     antreibbarer          Verdiehter    5 dient. dazu, einen     Druekluftspei-          eher    9 und die Turbine 1 mit. verdichteter  Luft. zu     beliefern,    und zwar durch die Leitung  6 und das Regulierventil 7 hindurch und fer  ner für den Speicher durch die Zweigleitung  6a und das Ventil 8     hindurch    und für die  Turbine durch die Zweigleitung 6b hindurch.  Das Ventil 7 ist ein kombiniertes     Rücksehlag-          und    beispielsweise von Hand     bedienbares   <B>Ab-</B>  sperrventil.

   An die Leitung 6 ist auch ein       Ablassventil    angeschlossen,     durch    welches hin-    durch die Druckseite des V     erdiehters    mit der  Atmosphäre in Verbindung gesetzt werden  kann. Die der Turbine zuströmende Luft wird  in einem     Wärmeaustauseher    10 durch die in  einer Leitung 6c von der Turbine wegströ  mende Luft vorgewärmt und dann durch die  nachfolgend beschriebene Einrichtung 1l-12-13  erhitzt. Eine ein- und     ausrüekbare    Kupplung  14 zwischen Turbine 1 und Verdichter 5 er  möglielit es, willkürlich eine ein- und aus  schaltbare Antriebsverbindung zwischen die  sem     Verdiehter    und der Turbine herzustellen.

    Es kann sich dabei im Prinzip um irgendeine  Art von Kupplung, also zum Beispiel eine  Klauen- oder um eine Reibungskupplung oder  auch um eine elektrische oder eine. hydrau  lische Kupplung, handeln.  



  Die Turbine 1 hat ein Leistungsvermögen  (in PS     ausgedrückt),    (las genügt, um den  Stromgenerator 2 bei voller Aussenbelastung  anzutreiben, also etwa. ein Drittel des Lei  stungsvermögens einer Turbine, die     gleiehzei-          tig    auch den     Verdiehter    antreiben muss, wie  dies bei den üblichen     Gasturbinenkraftania-          gen    der Fall ist. Der     Verdiehter    5 ist etwa für  die gleiche Leistung ausgelegt wie die Turbine.

    Wird die Turbine nach Abschaltung der  äussern Last und nach Kupplung mit dem  Verdichter 5 beispielsweise während sechzehn  Stunden     laufengelassen,    so wird ungefähr ein  Drittel der dabei vom     Verdiehter    5 aufge  nommenen Energie dazu benützt, um in den       Druekluftspeieher    9 eine Luftmenge hineinzu  pumpen, die genügt,     tim    hernach während  acht Stunden die Turbine zu betreiben; wäh  rend diesen folgenden acht.

   Stunden ist die       Antriebsverbindung    mit. dem     Verdiehter    5  aufgehoben, hingegen ist der Stromgenerator  2 durch den geschlossenen Schalter 4 an das       S        S        tromnetz    3     angeschlossen;

          es        wird        die        Tur-          binenleistung    in elektrische Energie umgesetzt  und an das Stromnetz abgegeben, und die  dabei zum Betrieb der Turbine erforderliche  Luft wird dann in einer stündlich doppelt so  grossen     Henge    dem     Diiiekluftspeicher    entnom  men, wie sie während den 16 Stunden in die  sen hineingepumpt. wurde.

   Das stündliche  Leistungsvermögen der     Erhitzereinrichtunö              i)rauclit        mir    so gross zu sein, wie für den Be  trieb bei     Luftakkumulierung        erforderlich    ist,       also    etwa gleich einem Drittel der Vollast;  während der achtstündigen Abgabe der Voll  ; last werden die übrigen zwei Drittel der der  Turbine zuzuführenden Energie dem Druck  luftspeicher entnommen, in welchem diese  Energie während sechzehn     Stunden    gespei  chert wurde. Die     Erhitzereinrichtung    setzt.  sich zusammen aus einer     Wärmequelle    11, wie  z.

   B. einem Atomofen, sowie aus einem     Wärme-          austauscher    12, der einesteils in die Luftlei  tung 6b und anderseits zusammen mit dem  .Romofen in den Kreislauf 13 eines     'Wärme-          übertragungsmediums    eingeschaltet ist, wel  ehes     3ledium    zum Beispiel geschmolzenes Me  tall sein     kann.    Eine solche     Erhitzereinrieh-          tung    ist von recht teurer Konstruktion, und  die Reduktion ihres Leistungsvermögens kann       i    vom wirtschaftlichen Standpunkt aus viel  wichtiger sein als selbst.

   die Reduktion des       Bauvolumens    und der Baukosten der Turbo  maschinen 1 und 5. Die Wärmequelle 11  könnte auch aus einer Industrieanlage beste  ;     hen,    welche den ganzen Tag arbeitet und da  bei grosse Energiemengen in Form von Wärme       abgibt.     



  Wenn die Kupplung 14 zwecks Stillsetzung  des Verdichters 5 ausgerückt wird, so wird das       Luftablassventil    19 geöffnet, damit die noch  kurzzeitig vom Verdichter gelieferte Luft in  die Atmosphäre ausströmt, worauf das als       Rüekschlagventil    arbeitende Ventil 7 unter  der Einwirkung des im Speicher 9 herrschen  ; den Druckes von selbst schliesst und dabei die  Verbindung zwischen dem abgestellten Ver  dichter und dem Speicher absperrt, während  die durch die     Erhitzungsmittel    10 und 12  gehende Verbindung zwischen diesem letzte  ren und der Turbine offen bleibt.  



  Der Verdichter 5 ist zweckmässig leistungs  regulierbar, damit. er eine kleinere Luftmenge  an den Speicher 9 liefern kann, wenn die Tur  bine 1. und der Stromgenerator bei Teillast  betrieben werden. Zu diesem Zweck sollen die  Betriebsverhältnisse über einen grossen Be  reich regulierbar sein bis zu eigener Vollast,  wenn die Leistungsabgabe am     Stromgenerator       null ist; eine solche Leistungsregulierung  kann     bekanntlicht    verwirklicht werden z. B. in  Form eines     Mechanismus        5a,    zum Verstellen  der Schaufeln oder in Form eines in die An  triebsverbindung mit der Turbine eingeschal  teten     Drehmomentwandlers    bzw. Schaltgetrie  bes 15.

   In diesem Fall kann ein erster Ver  dichter vorgesehen werden zur direkten Belie  ferung von Erhitzer und Turbine und ein  zweiter zur Speicherung von Luft im Spei  cher. Dieser zweite Verdichter würde vom Rest  der Anlage abgeschlossen durch     Schliessung     des Ventils B. Auch die Turbine 1. ist zweck  mässig leistungsregulierbar, beispielsweise in  der üblichen Art     -und    Weise mittels am Einlass  1     orgesehener    Regelorgane (Füllungsregulie  rung).  



  In der in     Fig.    2 dargestellten Ausführungs  form wird der Verdichter 5 durch die Tur  bine 1. mittels einer elektrischen Übertragung  angetrieben. Die Kupplung 14 ist weggelassen,  und der Elektromotor 18 treibt den daran  <B>-</B>     uppelten    Verdichter 5 an. Dieser     Elek-          t        in,ek     tromotor 18 kann mittels des Schalters 16 und  der Leiter 17 an den Stromgenerator 2     ange-          sehlossen    werden, wobei zur Drehzahlregulie  rung die nachfolgend beschriebenen Mittel  vorgesehen sind.

   Die     Anlageteile    3, 4 und 6  bis 13 sind die gleichen wie im ersten     Aus-          üihrung:sbeispiel.    Der Schalter 16 kann ge  schlossen werden, wenn der Schalter 4 offen  ist, so dass die Turbine 1 den Verdichter 5  antreibt, wenn sie keine Leistung an das Netz  3 abgibt; oder es kann der Motor 18     reguliert     werden, um den Verdichter 5 bei reduzierter  Drehzahl und Teillast anzutreiben, wenn die  Energieabgabe an das Netz 3 einer Teillast  entspricht, so dass auch dann die Turbine und  der Stromgenerator 2 die volle Leistung ab  geben,  Derjenige Teil der Kraftanlage, an wel  <I>chen</I> der Verdichter angeschlossen ist, muss  nicht notwendigerweise die Turbine, sondern  kann auch das Stromnetz 3 sein.

   So ist im  vorliegenden     F,11    der Verdichter 25 ein sol  cher, der durch den drehzahlregulierbaren und  durch den Schalter 34 an das Stromnetz 3 an  schliessbaren Elektromotor<B>9</B> angetrieben      wird. Eine Gasturbine 21 treibt den Genera  tor 22 an, der über den Schalter 24 das Netz 3  speist. Die Leitung 26 verbindet den Verdich  ter 25 mit den den Ventilen 7, 8 und 19 ent  sprechenden Ventilen 27, 28, 29 und dann  durch die Zweigleitung 26a mit dem Speicher       9a    und durch die Zweigleitung 26b und einen  Erhitzer mit der Turbine 21. Dieser letztge  nannte Erhitzer besteht aus einer     Brennkam-          mer    30, deren Brenner 31 durch eine Leitung  32 hindurch mit     staubförmigem,    gasförmigem.

    oder flüssigem Brennstoff     gespiesen    wird. In  dieser Anlage muss die Anzahl der Verdichter  nicht der Anzahl von Turbinen entsprechen,  genügt es doch, dass die Gesamtleistung der  Verdichter gross genug ist, um bei Betrieb der  selben während des     grösseren    Teils des vier  undzwanzigstündigen Tages, wenn jeweils die  Belastung des Stromnetzes gering ist, die  Luftmenge     aufzuspeichern,    die genügt, um  den     Betriebsmittelbedarf    der Turbinen unter  Einbezug der Perioden mit Vollbelastung des  Netzes decken zu können.

   Die Anzahl der je  weils in Betrieb gesetzten Verdichter kann im  Laufe des Tages je nach Belastung der Ge  samtanlage verändert. werden, und zu gewis  sen Zeiten können gewisse, aber nicht alle der  Turbinen zur Stromproduktion betrieben wer  den, während einige, aber nicht sämtliche Ver  dichter, arbeiten.

   Die Schalter 34 und 24 kön  nen gleichzeitig geschlossen werden, so dass  der Generator 22 den Strom zur Speisung des  Motors 33 liefert; aber es kann auch der  Sehalter 24 offen sein, währenddem der Sehal  ter 34 und das Ventil 41 geschlossen sind;  die Energie zur Belieferung des Motors 33  kommt dann von einer andern an das Netz       angeschlossenen    Quelle; es kann zum Beispiel  die     Gasturbinenanlage    mit einer Dampftur  binenanlage parallel geschaltet sein, die wäh  rend der verbrauchsarmen Tageszeit zum An  trieb des     Verdichters    25 zwecks Aufspeiche  rung von Luft herangezogen wird. Diese An  ordnung kann die     Wirtschaftlichkeit    einer mit.

    durch Verbrennung von Schweröl entstan  denen Gasen betriebenen Turbine wie 27. er  höhen, da. ungefähr     zwei    Drittel der von die  ser Turbine abgegebenen Leistung aus Ener-         gie    stammt, die mittels des Verdichters 25 in  der Speicherluft gesammelt wurde, wobei die  ser Verdichter mittels des Motors mit Energie  beliefert wird, die von der an das Stromnetz 3  angeschlossenen     Dampfturbinenanlage        stammt,     also mit Energie, die von der in der Dampf  turbinenanlage verbrannten Kohle geliefert  wird. Es könnte auch     wirtseliaftlieh    ein Kohle  verbrennender indirekter Erhitzer Anwen  dung finden.  



  Da in der Anlage gemäss     Fig.    2 die Ver  dichter 5 und 25 nicht     meehaniseh    mit den,  Turbinen 1. und 2 gekuppelt sind, müssen die  Turbinen nicht     bezüglieli    Drehzahl auf die  Verdichter     abgestimmt    sein, was natürlich  recht     vorteilhaft    ist.  



  Der den Verdichter 5 antreibende Motor  18 kann beispielsweise zwecks     Ermöglichung     der Drehzahlregulierung ein     Drehstrom-Kom-          mutatormotor    sein; die Bürsten 18a. und     1.8b     würden also zur     Drehzahlre;-ulierung    am     Kom-          mutator    18c verstellt. Es könnte- aber auch  eine ähnliche Anordnung getroffen werden  wie beim     Verdieliter    25, dessen     ':Motor    33 über  einen     Frequenzwandler    35     gespiesen    wird.  



  Die     Druekluftreservoire    oder     -speieher    9  und     9a    bilden zweckmässig Teile einer     einzigen     Grossspeicheranlage, unter der     Voraussetzung,     dass die Turbinen 1.     und    21 relativ nahe bei  einander angeordnet. sind. Vorzugsweise ist  in jedem     Reservoir    die Luft bei annähernd  konstantem Druck gespeichert.

   Die Luft kann  zum Beispiel unterirdisch in natürlichen oder  zumindest teilweise künstlichen Kavernen wie  9.     9a.    ... gespeichert werden, und dabei kann  zur Beibehaltung eines     annähernd    konstanten       Speielierdrtiekes    zu einem     Wasserausgleiehs-          reservoir    20,     20a....        Zuflucht    genommen wer  den, wobei die     Querschnitte        ;

  von        Druekluft-          speielier    und     Wasserreservoir    sehr     gross    im  Verhältnis zum     Volumen    sind, damit. kleine       Spiegelschwankungen    auftreten.

   Da es zur  Betätigung des     Rüel@sehlagventils    7     bzw.    27       nur    eines kleinen     Druekuntersehiedes    bedarf,       tun    die Strömung von     Luft.    von jedem Ver  dichter zum Reservoir beginnen oder aufhören  zu lassen, kann diese Luftströmung dadurch  gesteuert     werden,        dass    man mittels einer zur      Förderung in beiden     Richtungen.    geeigneten       Pumpeinrichtung        .23    oder     23a    den Speicher  druck verändert.  



       Durch    Hineinpumpen von Luft mit redu  ziertem Durchsatz bei niedriger Aussenbela  stung ist. es möglich, eine     Reserve    an Luft zu  speichern, die gelegentlich zur Verfügung  steht,     wenn    Spitzenbelastungen zu bewältigen  sind, die über das Leistungsvermögen. der       Wärmequelle    11 hinausgehen. In einem     sol-          ehen    Fall kann eines der Ventile 38, 38a ge  öffnet werden zwecks     Speisung    einer Lufttur  bine 37, die einen Stromgenerator 39 antreibt,  welcher über einen Schalter 40 an das Strom  netz 3     anschliessbar    ist.  



  In die von der Turbine 1 wegführende  Abgasleitung 6c ist zur     Wärmerückgewin-          nung        ein        Vorwärmer    36 eingeschaltet und da  die Turbine 1 eher den ganzen Tag hindurch  läuft, ist es möglich, eine Einrichtung mit  Wärme zu versorgen, die diese Wärme haupt  sächlich oder ausschliesslich nur dann bedarf,  wenn der Generator 2 nicht gerade die Haupt  last trägt.  



  Bei     intermittierendem    Betrieb würde die  Anlage automatisch funktionieren, um den       Druckluftspeicher    zu speisen, Nach Abgabe  von Energie an die Last. während kurzer Zeit  unter Verbrauch von Luft aus dem Speicher  würden Mittel auf die Verminderung des  Speicherdruckes ansprechen und dann die Ab  schaltung der Last. von der Turbine bewirken  sowie die mechanische oder elektrische Kupp  lung von Turbine und Verdichter herstellen;

    die Turbine treibt dann zwecks     Luftaufspei-          cherung    den Verdichter so lange an, bis Mittel,  die auf die Vollspeicherung von Luft im Re  servoir ansprechen, die Turbine abstellen, wor  auf ein Ventil. geschlossen wird zur Verhinde  rung eines Luftabflusses vom Speicher zum  Verdichter und zur     Erhitzereinrichtung.  



      Power plant The usual designs of gas turbine power plants with continuous combustion have a compressor driven by the gas turbine, which is followed by a device. - e.g.

   B. a facility in which fuel is burned in air - in order to heat the air flowing out of the compressor and thus to supply the heated drive means for the turbine. Is there a surplus of 3 HP turbine power? HP consumed by the compressor and only 1 HP is output as power.

   Together that makes 5 HP for the two machines, and of course the air heating unit must have a capacity corresponding to the useful output, that is, it must be able to deliver an energy output that is equal to the useful energy plus all losses, regardless of the effective one Capacity of the unit that is attached to the compressor and turbine.



  In many power plants, the power machine is seldom fully loaded for more than a few hours throughout the day and often for a few hours at all.

    unencumbered; For example, the burden of energy consumption in industry usually only lasts for eight out of four hours. If the above-mentioned incineration device were to be replaced by a heat exchanger, by means of which the heat produced in an atomic furnace or other heat source with high investment costs would be transferred to the air, this heat source would be used quite uneconomically because it would only be used during the eight hours of energy consumption, instead of being put into operation continuously during the twenty-four hours.



  Proposals to reduce the Bauvolu mens and the investment costs of the turbomachine were to supply a gas turbine with propellant gases, which are generated by burning fuel in air, which is taken from an underground air reservoir to which the compressed air is supplied by means independent of the turbine; so this turbine does not drive a compressor.



  The invention now aims to create a system for the temporary delivery of useful power while reducing construction volume and costs. In an expedient Ausfühxaingsform the construction volume and the acquisition costs of the heater can be reduced by allowing the turbine to run for longer periods of time than the decrease in output lasts, preferably continuously.

   The above-mentioned fact is used here that the energy to be used to supply the turbine with air is approximately. twice the useful power, accordingly to let the turbine work for a third of the day to deliver useful power and during the remaining two thirds to pump the required amount of air into the reservoir.



  The invention relates to a power plant that has a gas turbine fed with compressed air from a compressed air reservoir, a device for heating the air flowing to the gas turbine and a compressor, the output from the gas turbine from both a variably loadable load machine and from Ver can be recorded densely.



  This plant draws. are characterized by the fact that both the air heating device and the gas turbine work continuously with approximately constant power and that means are available which, when the external load of the turbine is low, use the excess energy generated by the turbine to compress compressed air promote air storage.



  In the accompanying drawing, two exemplary embodiments of the power plant according to the invention are shown schematically, specifically in FIGS. 1 and 2.



  The power plant according to FIG. I. includes a gas turbine 1, a power generator 2 that can be driven by this, and a power grid 3 which can be connected to the power generator by means of the switch 4 in order to be supplied with the energy generated by the turbine 1 will.

   A drivable condemned person 5, which is taken from the system, serves. in addition, a Druekluftspei- rather 9 and the turbine 1 with. compressed air. to be supplied through the line 6 and the regulating valve 7 and fer ner for the memory through the branch line 6a and valve 8 and for the turbine through the branch line 6b. The valve 7 is a combined backlash and, for example, manually operated shut-off valve.

   A discharge valve is also connected to the line 6, through which the pressure side of the compressor can be connected to the atmosphere. The air flowing into the turbine is preheated in a heat exchanger 10 by the air flowing away from the turbine in a line 6c and then heated by the device 11-12-13 described below. An on and disengageable clutch 14 between turbine 1 and compressor 5, it möglielit to arbitrarily produce a drive connection that can be switched on and off between the sem Verdiehter and the turbine.

    In principle, it can be any type of clutch, for example a claw clutch or a friction clutch or also an electrical or a. hydraulic clutch, act.



  The turbine 1 has a capacity (expressed in horsepower), (which is sufficient to drive the power generator 2 at full external load, i.e. about one third of the capacity of a turbine, which must also drive the twisted at the same time, as is the case with the The twisted element 5 is designed for approximately the same output as the turbine.

    If the turbine is left to run for sixteen hours after the external load has been switched off and after coupling with the compressor 5, for example, about a third of the energy taken up by the condemned person 5 is used to pump an amount of air into the air storage tank 9 which is sufficient tim to operate the turbine for eight hours afterwards; during these next eight.

   Hours is the drive connection with. the Verdiehter 5 canceled, however, the power generator 2 is connected through the closed switch 4 to the S S power network 3;

          The turbine power is converted into electrical energy and transferred to the power grid, and the air required to operate the turbine is then taken from the air storage tank in an hourly double capacity as it was pumped into it during the 16 hours. has been.

   The hourly capacity of the heater unit i) rauclit to be as large as is necessary for operation with air accumulation, ie about a third of full load; during the eight-hour handover of the full; Last, the remaining two thirds of the energy to be supplied to the turbine are taken from the compressed air reservoir, in which this energy was stored for sixteen hours. The heating device sets. together from a heat source 11, such as.

   B. an atomic furnace, as well as a heat exchanger 12, which is switched on one part in the air line 6b and on the other hand together with the .Romofen in the circuit 13 of a 'heat transfer medium, wel before 3ledium, for example, molten metal. Such a heater assembly is quite expensive to construct and the reduction in its performance can be much more important from an economic standpoint than itself.

   the reduction in the construction volume and the construction costs of the turbo machines 1 and 5. The heat source 11 could also best from an industrial plant; hen that works all day and gives off large amounts of energy in the form of heat.



  When the clutch 14 is disengaged for the purpose of stopping the compressor 5, the air release valve 19 is opened so that the air still briefly supplied by the compressor flows out into the atmosphere, whereupon the valve 7 working as a check valve prevail under the action of the memory 9; the pressure closes by itself and thereby closes the connection between the shutdown Ver and the memory, while the connection between the latter and the turbine, which goes through the heating means 10 and 12, remains open.



  The compressor 5 is expediently power adjustable so. it can deliver a smaller amount of air to the memory 9 when the turbine 1. and the power generator are operated at partial load. For this purpose, the operating conditions should be able to be regulated over a large area up to its own full load when the power output at the power generator is zero; Such a power regulation can be realized, as is known, e.g. B. in the form of a mechanism 5a, for adjusting the blades or in the form of a drive connection to the turbine is switched on torque converter or gearbox bes 15.

   In this case, a first compressor can be provided for direct delivery of the heater and turbine and a second for storing air in the memory. This second compressor would be closed off from the rest of the system by closing valve B. The turbine 1. can also be expediently output-regulated, for example in the usual manner by means of regulating elements provided at inlet 1 (filling regulation).



  In the embodiment shown in Fig. 2, the compressor 5 is driven by the tur bine 1. by means of an electrical transmission. The coupling 14 has been omitted, and the electric motor 18 drives the compressor 5, which is connected to it. This electric motor 18 can be connected to the power generator 2 by means of the switch 16 and the conductor 17, the means described below being provided for speed regulation.

   The system parts 3, 4 and 6 to 13 are the same as in the first Ausfüihrung: sbeispiel. The switch 16 can be closed when the switch 4 is open, so that the turbine 1 drives the compressor 5 when it does not deliver any power to the network 3; or the motor 18 can be regulated to drive the compressor 5 at reduced speed and part load, if the energy output to the network 3 corresponds to a part load, so that the turbine and the power generator 2 then also give full power, that part of the The power plant to which the compressor is connected does not necessarily have to be the turbine, but can also be the power grid 3.

   Thus, in the present F, 11 the compressor 25 is one which is driven by the speed-adjustable electric motor 9 that can be connected to the mains 3 by the switch 34. A gas turbine 21 drives the generator 22, which feeds the network 3 via the switch 24. The line 26 connects the compressor 25 with the valves 7, 8 and 19 ent speaking valves 27, 28, 29 and then through the branch line 26a to the memory 9a and through the branch line 26b and a heater to the turbine 21. This last The called heater consists of a combustion chamber 30, the burner 31 of which passes through a line 32 with dusty, gaseous.

    or liquid fuel is fed. In this system, the number of compressors does not have to correspond to the number of turbines, it is sufficient that the total output of the compressors is large enough to operate during the greater part of the twenty-four-hour day when the load on the power grid is low to store the amount of air that is sufficient to cover the turbines' operating resources, taking into account the periods when the network is fully loaded.

   The number of compressors in operation can change during the day, depending on the load on the overall system. and at certain times some, but not all, of the turbines used to produce electricity can be operated while some, but not all, of the compressors are operating.

   The switches 34 and 24 can be closed at the same time, so that the generator 22 supplies the current to feed the motor 33; but the Sehalter 24 can also be open, while the Sehal ter 34 and the valve 41 are closed; the energy for supplying the motor 33 then comes from another source connected to the network; For example, the gas turbine system can be connected in parallel with a steam turbine system, which is used during the low-consumption time of day to drive the compressor 25 for the purpose of accumulating air. This arrangement can improve the economy with one.

    the combustion of heavy oil resulted in gas-powered turbines such as 27. he increase, there. approximately two thirds of the power output by this turbine comes from energy that was collected in the storage air by means of the compressor 25, this compressor being supplied by the motor with energy that comes from the steam turbine system connected to the power grid 3, that is, with energy supplied by the coal burned in the steam turbine system. A coal-burning indirect heater could also be used economically.



  Since in the system according to FIG. 2, the Ver denser 5 and 25 are not meehaniseh coupled with the turbines 1. and 2, the turbines do not have to be adjusted to the compressor with respect to speed, which is of course quite advantageous.



  The motor 18 driving the compressor 5 can, for example, be a three-phase commutator motor in order to enable the speed regulation; the brushes 18a. and 1.8b would therefore be adjusted for speed regulation on commutator 18c. However, a similar arrangement could also be made as in the case of the Verdieliter 25, whose motor 33 is fed via a frequency converter 35.



  The Druekluftreservoire or -speieher 9 and 9a expediently form parts of a single large storage system, provided that the turbines 1 and 21 are arranged relatively close to each other. are. The air is preferably stored in each reservoir at an approximately constant pressure.

   The air can for example be underground in natural or at least partially artificial caverns such as 9. 9a. ... are stored, and to maintain an approximately constant Speielierdrtiekes to a Wasserausgleiehs- reservoir 20, 20a .... resort to who the, the cross sections;

  of Druekluft- spielier and water reservoir are very large in relation to the volume, so. small fluctuations in level occur.

   Since only a small pressure difference is required to operate the Rüel @ sehlagventils 7 or 27, the flow of air do. starting or stopping from each compressor to the reservoir, this air flow can be controlled by means of one for conveying in both directions. suitable pump device .23 or 23a changes the storage pressure.



       By pumping in air with reduced throughput at low external loads. it is possible to store a reserve of air that is occasionally available when peak loads are to be cope with which exceed the performance capability. the heat source 11 go out. In such a case, one of the valves 38, 38a can be opened for the purpose of feeding an air turbine 37, which drives an electricity generator 39, which can be connected to the electricity network 3 via a switch 40.



  In the exhaust gas line 6c leading away from the turbine 1, a preheater 36 is switched on for heat recovery and since the turbine 1 tends to run the whole day, it is possible to supply a device with heat that mainly or exclusively only uses this heat required when the generator 2 is not carrying the main load.



  In the case of intermittent operation, the system would function automatically to feed the compressed air reservoir, after delivering energy to the load. for a short time with the consumption of air from the memory means would respond to the reduction of the memory pressure and then switch off the load. effect of the turbine and establish the mechanical or electrical coupling of the turbine and compressor;

    the turbine then drives the compressor for the purpose of air storage until means that respond to the full storage of air in the reservoir switch off the turbine, causing a valve. is closed to prevent air outflow from the storage tank to the compressor and to the heater.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Kraftanlage, die eine aus einem Druckluft- speicher mit Druckluft gespiesene Gasturbine, eine Einrichtung zur Erhitzung der zur Gas turbine strömenden Luft und einen Verdich ter aufweist, wobei die von der Gasturbine abgegebene Leistung sowohl von einer variabel belastbaren Lastmaschine als auch vom Ver dichter aufgenommen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Lufterhit- 7ungseinrichtung als auch die Gasturbine dauernd mit annähernd gleichbleibender Lei stung arbeiten; PATENT CLAIM Power plant which has a gas turbine fed with compressed air from a compressed air reservoir, a device for heating the air flowing to the gas turbine and a compressor, the power output by the gas turbine being taken up both by a variable load machine and by the compressor can be, characterized in that both the air heating device and the gas turbine work continuously with approximately constant power; und dass Mittel vorhanden sind, welche, wenn die äussere Last der Tur bine niedrig ist, die von der Turbine erzeugte, überschüssige Energie ausnützen, um verdich tete Luft in den Druekluftspeicher zu fördern. UNTERANSPRÜCHE 1. Kraftanlage nach- Patentanspruch, ge kennzeichnet durch eine ein- und ausschalt bare Antriebsverbindung zwischen der Gastur bine und dem Verdichter. 2. Kraftanlage nach Unteranspruch 1, mit einem Stromnetz und einem dieses speisenden, mit ihm die besagte Last bildenden und von der Turbine angetriebenen Stromgenerator, gekennzeichnet durch einen Elektromotor zum Antrieb des Verdichters und einen Schalter zum Anschliessen dieses Motors an den Strom generator. 3. Kraftanlage nach Unteranspruch 1, in. and that means are available which, when the external load on the turbine is low, utilize the excess energy generated by the turbine in order to promote compressed air into the Druekluftspeicher. SUBClaims 1. Power plant according to claim, characterized by a drive connection between the gas turbine and the compressor that can be switched on and off. 2. Power plant according to dependent claim 1, with a power grid and a power supply feeding this, with it forming said load and driven by the turbine power generator, characterized by an electric motor for driving the compressor and a switch for connecting this motor to the power generator. 3. Power plant according to dependent claim 1, in. welcher die Gasturbine nur während ungefähr einem Drittel des Tages von aussen her be lastet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine zur Abgabe :2er vollen äussern Be lastung ausgelegt ist, dass der Verdichter an nähernd für die gleiche Leistung ausgelegt ist wie die Turbine und dass die Wärmequelle ein Atomofen ist, dessen Wärmeabgabever- mögen genügt, um die Turbine bei etwa einem Drittel der vollen äussern Belastung zu betrei ben, so dass Turbine und Wärmequelle wäh ren eines Drittels des Tages bei Vollbelastung und während den übrigen zwei Dritteln zur Speicherung der Luft betrieben werden kön nen. 4. which the gas turbine is only loaded from the outside for about a third of the day, characterized in that the turbine is designed to deliver: 2 full external loading, that the compressor is designed for approximately the same output as the turbine and that The heat source is an atomic furnace whose heat emission capacity is sufficient to operate the turbine at about a third of the full external load, so that the turbine and heat source are at full load for a third of the day and to store the air during the remaining two thirds can be operated. 4th Kraftanlage nach Unteranspruch 1, ge kennzeichnet durch Mittel zum Steuern der Leistungsaufnahme des Verdichters. 5. Kraftanlage nach Unteranspruch 1, ge kennzeichnet durch Ventile, wovon eines ein Ablassventil am Verdichterauslass und eines ein Rückschlagv entil in der Verbindung zwi- sehen Verdichter und Druckluftspeicher ist, derart, dass der Druckluftspeicher von dem Verdichter abgeschaltet werden kann, aber gleichzeitig an die Turbine angeschlossen bleibt. 6. Power plant according to dependent claim 1, characterized by means for controlling the power consumption of the compressor. 5. Power plant according to dependent claim 1, characterized by valves, one of which is a discharge valve at the compressor outlet and one is a check valve in the connection between the compressor and compressed air reservoir, such that the compressed air reservoir can be switched off by the compressor, but at the same time to the Turbine remains connected. 6th Kraftanlage nach Patentanspruch, ge kennzeichnet durch eine zusätzliche Lufttur- bine, welche zeitweise an den Drntckluftspei- cher anschliessbar ist und durch aus letzterem entnommene Luft, gespiesen wird, um zusätz liehe Energie abzugeben. Power plant according to patent claim, characterized by an additional air turbine, which can be temporarily connected to the compressed air storage and is fed by air taken from the latter in order to give off additional energy.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH696979A5 (en) * 2003-11-04 2008-02-29 Alstom Technology Ltd Power unit with gas turbine and compressed air store has stored fluid heat supply unit upstream from the pressure release device
WO2013048268A1 (en) * 2011-09-27 2013-04-04 Piskorz Tomasz Tadeusz Method for the controlling and feeding of a power plant and power plant

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