CH630441A5

CH630441A5 - AIR STORAGE GAS TURBINE POWER PLANT AND METHOD FOR OPERATING IT.

Info

Publication number: CH630441A5
Application number: CH494278A
Authority: CH
Inventors: Paul Zaugg
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1978-05-08
Filing date: 1978-05-08
Publication date: 1982-06-15
Also published as: JPS6339774B2; DE2822575A1; SE443189B; GB2020367A; SE7903913L; DK186579A; GB2020367B; DE2822575C2; JPS54147311A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftspeicher-Gasturbinenkraftwerk gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft ebenfalls ein Verfahren zu dessen Betrieb. The present invention relates to an air storage gas turbine power plant according to the preamble of claim 1. It also relates to a method for its operation.

Die bisher in Betrieb befindlichen Gasturbinenanlagen mit Luftspeichern mussten bei entladenem Luftspeicher zum Anfahren der Verdichtergruppe, welche neben der Versorgung der Gasturbinenbrennkammer mit Luft auch zur Füllung des Luftspeichers dient, ausser einem Generator auch noch eine eigene Antriebsmaschine aufweisen. Um die Verdichtergruppe anzufahren, wurde dieser Generator über eine zusätzliche, vom übrigen Netz getrennte Leitung mit dem Antriebsmotor der Verdichtergruppe elektrisch gekuppelt. Die Verdichtergruppe wurde dann im sogenannten Frequenz-Hochlauf von Drehzahl Null, d. h. vom Stillstand bis zur Netzfrequenz des Generators hochgefahren. Nach Erreichen der Netzfrequenz wurde der Antriebsmotor der Verdichtergruppe an das Netz geschaltet und damit die Antriebsleistung für die Verdichtergruppe aus dem Netz gespeist, wonach der nunmehr freie Generator in das Netz Strom liefern, oder abgestellt werden konnte (siehe BBC-Mittei-lungen Nr. 65/1975, Nr. 7/8). The previously operated gas turbine systems with air accumulators had to have their own drive machine in addition to a generator when the air accumulator was unloaded in order to start up the compressor group, which in addition to supplying the gas turbine combustion chamber with air and also filling the air accumulator. In order to start up the compressor group, this generator was electrically coupled to the drive motor of the compressor group via an additional line, which was separated from the rest of the network. The compressor group was then in the so-called frequency ramp-up from zero speed, i. H. ramped up from standstill to the generator frequency. After reaching the network frequency, the drive motor of the compressor group was switched to the network and thus the drive power for the compressor group was fed from the network, after which the generator, which was now free, could supply the network with power or be switched off (see BBC announcements No. 65 / 1975, No. 7/8).

Bei dieser bekannten Anordnung wirkte sich der grosse technische Aufwand besonders nachteilig aus, da eine Antriebsmaschine mit hoher Leistung vorgesehen werden musste. In this known arrangement, the great technical effort had a particularly disadvantageous effect, since a high-performance drive machine had to be provided.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Luftspeicher-Gasturbinenkraftwerk und ein Verfahren zu dessen Betrieb zu schaffen, bei welchem eine Verdichtergruppe einer Gasturbinenanlage mit Luftspeicher mit relativ geringer Leitung die Gasturbinenanlage mit der erforderlichen Verbrennungsluft versorgenkann, wenn der Luftspeicher entladen ist. It is an object of the present invention to provide an air storage gas turbine power plant and a method for its operation, in which a compressor group of a gas turbine installation with a relatively low-conduction air storage unit can supply the gas turbine installation with the required combustion air when the air storage unit is discharged.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. According to the invention, the aforementioned object is achieved by the characterizing features of patent claim 1.

Durch die Möglichkeit, den Niederdruckteil der Verdichtergruppe so zu schalten, dass dieser allein mit dem Niederdruckteil der Gasturbine verbunden ist und die Mittel- und Hochdruckteile der Verdichtergruppe während des Anfahrens in die Atmosphäre fördern, ergibt sich der Vorteil, dass ein Anwurfmotor mit kleiner Leistung an der Verdichtergruppe verwendet werden kann. The ability to switch the low-pressure part of the compressor group so that it is only connected to the low-pressure part of the gas turbine and to convey the medium and high-pressure parts of the compressor group into the atmosphere during start-up results in the advantage that a starter motor with low output is activated the compressor group can be used.

Das Verfahren zum Betrieb des Luftspeicher-Gasturbinen-kraftwerkes der eingangs genannten Art ist im Anspruch 2 gekennzeichnet. The method for operating the air storage gas turbine power plant of the type mentioned is characterized in claim 2.

Der Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens ist insbesondere darin zu erblicken, dass durch die Auslegung des Anwurf-motors mit niedriger Leistung, wodurch keine besondere Netzleitung benötigt wird, eine besondere Anfahrgruppe nicht erforderlich ist. The advantage of the method according to the invention can be seen in particular in the fact that a special starting group is not required due to the design of the starter motor with low power, as a result of which no special mains cable is required.

Ferner kann zum Ladebetrieb des Luftspeichers die Gasturbine vom Motor-Generator abgekuppelt und der Motor-Generator Leistung aus dem Netz aufnehmen, und entsprechend dem Ladezustand des Luftspeichers nacheinander Mittel- und Hochdruckteil der Verdichtergruppe zugeschaltet werden, und dass bei Generatorbetrieb und entladenem Luftspeicher der Hochdruckteil der Gasturbine gezündet und die Verdichtergruppe die Luftzufuhr zu den Brennkammern der Gasturbine allein übernimmt. Furthermore, the gas turbine can be uncoupled from the motor generator and the motor generator can take power from the network to charge the air accumulator, and the middle and high-pressure parts of the compressor group can be switched on in succession according to the state of charge of the air accumulator, and that during generator operation and discharged air accumulator, the high-pressure part of the Ignited gas turbine and the compressor group alone takes over the air supply to the combustion chambers of the gas turbine.

Weiterhin kann bei einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens beim Anfahren der Gasturbine der Mittel-und Hochdruckteil der Verdichtergruppe Spülluft aus der Atmosphäre entnehmen und in die Atmosphäre zurück fördern. Furthermore, in one embodiment of the method according to the invention, when the gas turbine is started up, the middle and high-pressure part of the compressor group can remove purge air from the atmosphere and convey it back into the atmosphere.

Gemäss einer weiteren Ausbildung des Verfahrens wird der Hochdruckteil der Gasturbine beim Hochfahren mit einem reduzierten Luftstrom beaufschlagt. According to a further embodiment of the method, the high-pressure part of the gas turbine is acted upon by a reduced air flow when it starts up.

Dadurch wird verhindert, dass der Hochdruckteil der Gasturbine, dessen Brennkammer nicht gezündet ist, durch die komprimierte Luft zu stark erhitzt wird. This prevents the high-pressure part of the gas turbine, the combustion chamber of which is not ignited, from being overheated by the compressed air.

In der Zeichnung ist ein Ausfuhrungsbeispiel als Schaltschema dargestellt, wobei mit 1 eine Gasturbine mit einem Hochdruckteil 2 und einer Hochdruckbrennkammer 3, und einem Niederdruckteil 4 mit einer Niederdruckbrennkammer 5 bezeichnet ist. Auf einer gemeinsamen Welle 6 ist mit der Gasturbine 1 ein Verdichterteil 7 mit einem Niederdruckteil 8, einem Mitteldruckteil 9 und einem Hochdruckteil 10 angeordnet. Zwischen einem Anwurfmotor 11 und dem Verdichterteil 7 ist ein Getriebe 12, beispielsweise ein Reduziergetriebe, vorgesehen. Die Gasturbine 1 und der Verdichterteil 7 sind auf der Welle 6 durch Kupplungen 13 abkuppelbar mit einem Motor-Generator 14 verbunden. Der Niederdruckteil 8 der Verdichtergruppe 7 ist über eine Austrittsleitung 15 mit dem Niederdruckteil 4 der Gasturbine 1 verbunden, während die Austrittsleitungen 16,16', 17 der Verdichterteile 9,10 in eine gemeinsame Zuführungsleitung 18 zu einem Luftspeicher 19 münden, welche über eine Abzweigleitung 20 mit der Hochdruckbrennkammer 3 der Gasturbine 1 verbunden ist. Weiterhin ist jeweils der Austritt aus den Verdichter-Niederdruckteil 8 über eine Leitung 21 mit dem Eintritt des Verdichterteiles des Mitteldruckteiles 9 und der Austritt des letzteren mit dem Eintritt in den Hochdruckteil 10 über eine Leitung 22 verbunden. In den Leitungen 21,22 sind Zwischenkühler 23, sowie als Dreiwegeventile ausgebildete Ausblasventile 24,25,26 und Bypassventile 27,28 angeordnet. In der Zuführungsleitung 18 zum Luftspeicher 19 ist ein weiterer Kühler 29 und Absperrorgan 30,31 vorgesehen. Die Austrittsleitungen In the drawing, an exemplary embodiment is shown as a circuit diagram, 1 being a gas turbine with a high-pressure part 2 and a high-pressure combustion chamber 3, and a low-pressure part 4 with a low-pressure combustion chamber 5. A compressor part 7 with a low-pressure part 8, a medium-pressure part 9 and a high-pressure part 10 is arranged on a common shaft 6 with the gas turbine 1. A gear 12, for example a reduction gear, is provided between a starter motor 11 and the compressor part 7. The gas turbine 1 and the compressor part 7 are connected to the motor 6 by means of couplings 13 on the shaft 6. The low-pressure part 8 of the compressor group 7 is connected via an outlet line 15 to the low-pressure part 4 of the gas turbine 1, while the outlet lines 16, 16 ', 17 of the compressor parts 9, 10 open into a common feed line 18 to an air reservoir 19, which via a branch line 20 is connected to the high pressure combustion chamber 3 of the gas turbine 1. Furthermore, the outlet from the compressor low-pressure part 8 is connected via a line 21 to the inlet of the compressor part of the medium-pressure part 9 and the outlet of the latter is connected to the inlet into the high-pressure part 10 via a line 22. Intermediate coolers 23, blow-out valves 24, 25, 26 and bypass valves 27, 28 designed as three-way valves are arranged in the lines 21, 22. A further cooler 29 and shut-off device 30, 31 are provided in the supply line 18 to the air reservoir 19. The outlet lines

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 630 441 3 630 441

16,16'. 17 zur Ztifiihrungsleitiinj IS sind mit Riickschlagklappen Wärmestauungen vermieden werden. Sobald die volle Nenn- 16.16 '. 17 to Ztifiihrungsleitiinj IS, heat accumulations can be avoided with non-return flaps. As soon as the full nominal

32,33,34 versehen. Vor dem Eintritt der Abzweigleitung 20 in drehzahl und damit die Netzfrequenz des Motor-Generators 14 32,33,34. Before the entry of the branch line 20 in speed and thus the line frequency of the motor generator 14

der Hochdruckbrennkammer 3 ist ein Absperrventil 35 und in erreicht ist, wird der Motor-Generator 14 über die Anschlüsse 37 the high-pressure combustion chamber 3 is a shut-off valve 35 and is reached in, the motor-generator 14 is connected via the connections 37

der Austrittsleitung 15 ein Ventil 36 angeordnet. Die Strömungs- an das Netz geschaltet und wirkt nun als Antriebsmotor. Die richtungen in den einzelnen Leitungen sind durch Pfeile ange- 5 Niederdruckbrennkammer 5 wird gelöscht und das Absperrven- the outlet line 15 a valve 36 is arranged. The flow is switched to the network and now acts as a drive motor. The directions in the individual lines are indicated by arrows. 5 Low-pressure combustion chamber 5 is extinguished and the shut-off valve

deutet. Über Anschlüsse 37 kann der Motor-Generator 14 an das til 35 geschlossen, während das Absperrorgan 31 geöffnet und am points. Via connections 37, the motor-generator 14 can be closed on the valve 35, while the shut-off device 31 is open and on

Netz angeschlossen werden. Ausblasventil 24 der Luftdurchfluss zum Zwischenkühler 23 ganz Network. Blow-out valve 24 the air flow to the intercooler 23 entirely

Die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Verfahrens ist freigegeben wird. Das Ventil 36 in der Austrittsleitung 15 wird folgende : Vor dem Einschalten des Anwurfmotors 11 werden die ebenfalls geschlossen und die Gasturbine 1 über die Kupplung 13 The mode of operation of the method according to the invention is released. The valve 36 in the outlet line 15 becomes as follows: Before the starter motor 11 is switched on, it is also closed and the gas turbine 1 via the clutch 13

Kupplungen 13 zwischen der Gasturbine 1 und dem Motor- io vom Motor-Generator 14 getrennt. Nunmehr fördert der Nieder- Couplings 13 between the gas turbine 1 and the engine 10 separated from the engine generator 14. Now the Lower

Generator 14, sowie zwischen dem Motor-Generator 14 und dem druckteil 8 der Verdichtergruppe 7 über die Austrittsleitung 15. Generator 14, and between the motor generator 14 and the pressure part 8 of the compressor group 7 via the outlet line 15.

Verdichterteil 7 eingekuppelt, so dass ein ununterbrochener die Leitung 21, den Kühler 23, die Rückschlagklappe 32 und die Compressor part 7 coupled so that an uninterrupted line 21, cooler 23, check valve 32 and

Wellenstrang in der ganzen Anlage entsteht. Das Ausblasventil Zuführungsleitung 18 direkt in den Luftspeicher 19. A shaft line is created in the entire system. The blow-out valve feed line 18 directly into the air reservoir 19.

24 wird geschlossen, so dass weder zur Atmosphäre noch zur Nach Erreichen eines entsprechenden Ladezustandes des Zuführungsleitung 18 eine Verbindung besteht. Das Absperr- 15 Luftspeichers 19 wird beim Ausblasventil 25 und beim Bypass-ventil 35 zur Hochdruckbrennkammer 3 ist ebenfalls geschlos- ventil 27 die Freigabe zur Atmosphäre geschlossen und zu den sen. während das Ventil 36 in der Austrittsleitung 15 vom Leitungen 16 und 21 und zur Rückschlagklappe 32,33 geöffnet Niederdruckteil 9 der Verdichtergruppe 7 geöffnet bleibt. Die und die weitere Aufladung des Luftspeichers 19 vom Nieder-Ausblasventile 25 und 26, sowie die Bypassventile 27,28, welche druckteil 8 und dem Mitteldruckteil 9 gemeinsam weitergeführt, als Dreiwegeventile ausgebildet sind, werden so gestellt, dass 20 Bei weiterem Druckanstieg im Luftspeicher 19, welcher das sowohl der Mitteldruckteil 9, als auch der Hochdruckteil 10 des Hinzuschalten des Hochdruckteiles 10 des Verdichterteiles 7 Verdichterteiles 7 Luft aus der Atmosphäre ansaugen kann und erforderlich macht, wird durch eine Umstellung des Ausblasven-durch die genannten Ventile 25,26, wieder in die Atmosphäre tiles 26 und des Bypassventiles 28 analog zu der vorher beschrie-ausblasen können. Dadurch entsteht im Mittel- und Hochdruck- benen des Mitteldruckteiles 9, der Hochdruckteil 10 zur Aufla-teil des Verdichterteilers 7 nur ein geringer Widerstand und es 25 dung des Luftspeichers 19 herangezogen. Nunmehr erfolgt im kann eine Antriebsmaschine mit kleiner Leistung verwendet letzten Teil des Füllvorganges der Luftdurchfluss zum Luftspeiwerden. Nach dem Einschalten des Anwurfmotors 11 fördert der eher noch zusätzlich über die Austrittsleitung 17, die Rückschlag-Niederdruckteil 8 der Verdichtergruppe 7 Luft über die Aus- klappe 34 und die Zuführungsleitung 18. 24 is closed, so that there is no connection either to the atmosphere or after the charge line 18 has reached a corresponding charge state. The shut-off 15 air accumulator 19 is at the blow-out valve 25 and the bypass valve 35 to the high-pressure combustion chamber 3 is also closed valve 27 release to the atmosphere and to the sen. while the valve 36 in the outlet line 15 remains open from the lines 16 and 21 and to the non-return valve 32, 33, the low-pressure part 9 of the compressor group 7. The and the further charging of the air accumulator 19 by the low blow-out valves 25 and 26, and the bypass valves 27, 28, which pressure part 8 and the medium pressure part 9 continue together, are designed as three-way valves so that 20 If the pressure in the air accumulator 19 increases further , which both the medium-pressure part 9 and the high-pressure part 10 of the connection of the high-pressure part 10 of the compressor part 7, the compressor part 7 can suck air from the atmosphere and makes it necessary, is by switching the Ausblasven-through the valves 25,26, in again the atmosphere tiles 26 and the bypass valve 28 can be blown out analogously to that previously described. This results in the medium and high pressure level of the medium pressure part 9, the high pressure part 10 for the Aufla part of the compressor divider 7 only a little resistance and it 25 dung of the air reservoir 19 is used. Now, in the last part of the filling process, a low-power prime mover can use the air flow to be used for air supply. After the starter motor 11 has been switched on, it additionally conveys air via the outlet line 17, the non-return low-pressure part 8 of the compressor group 7 via the flap 34 and the feed line 18.

trittsleitung 15 direkt in die Niederdruckbrennkammer 5 des Falls der Luftspeicher 19 aus irgendwelchen Gründen, bei-Niederdruckteiles 4 der Gasturbine 1. Nach Erreichen der Zünd- 30 spielsweise eine Revision, nicht zur Verfügung steht, könnte die drehzahl des Niederdruckteiles 4 wird die Niederdruckbrenn- Anlage als normale Gasturbinenanlage betrieben werden, d. h. kammer 5 gezündet und die Anlage auf die Nenndrehzahl und die dass nach Zuschaltung des Motor-Generators 14 an das Netz die Netzfrequenz hochgefahren. Um eine Rückströmung in den Hochdruekbrennkammer 3 gezündet wird und die Ausblasven-Hochdruckteil 2 der Gasturbine 1 zu verhindern, wodurch eine tile 25,26 und die Bypassventile 27,28 des Verdichterteiles 7 so Überhitzung dieses Teiles erfolgen könnte, können das Absperr- 35 gestellt werden, dass auch der Mitteldruckteil 9 und der Hochventil 35 und das Absperrorgan 30 geöffnet, jedoch muss das druckteil 10 des Verdichterteiles Luft in die Gasturbine 1 för-Absperrorgan 31 zum Luftspeicher 19 dann geschlossen werden. dem. Hierfür muss das Ventil 36 geschlossen werden und die Vorzugsweise werden das Absperrventil 35 und das Absperror- Kupplung 13 zwischen der Gasturbine 1 und dem Motor-Genera-gan 30 jedoch nur soweit geöffnet, dass ein reduzierter Anschluss tor 14, sowie zwischen dem Motor-Generator 14 und dem zum Hochdruckteil 2 erfolgt, wodurch dieser gespült wird und 40 Verdichterteil 7 bleiben eingekuppelt. Step line 15 directly into the low-pressure combustion chamber 5 of the case of the air accumulator 19 for some reason, at low-pressure part 4 of the gas turbine 1. After the ignition 30, for example, a revision, is not available, the speed of the low-pressure part 4 could become the low-pressure combustion system operate as a normal gas turbine plant, d. H. chamber 5 ignited and the system to the nominal speed and that after connecting the motor generator 14 to the network, the network frequency is ramped up. In order to ignite a backflow into the high-pressure combustion chamber 3 and to prevent the blow-out high-pressure part 2 of the gas turbine 1, as a result of which a tile 25, 26 and the bypass valves 27, 28 of the compressor part 7 could overheat this part, the shut-off valve 35 can be set that the medium-pressure part 9 and the high valve 35 and the shut-off element 30 are opened, but the pressure part 10 of the compressor part air into the gas turbine 1 for shut-off element 31 to the air reservoir 19 must then be closed. the. For this, the valve 36 must be closed and the shut-off valve 35 and the shut-off clutch 13 between the gas turbine 1 and the engine generator 30 are preferably only opened to the extent that a reduced connection gate 14 and between the engine generator 14 and that takes place to the high pressure part 2, whereby this is rinsed and 40 compressor part 7 remain coupled.

M M

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

630 441 PATENT CLAIMS

1. Air storage gas turbine power plant, in which the gas turbine system consists of a multi-part gas turbine (1) and a multi-part compressor group (7), which can be uncoupled with a motor generator (14) on a common shaft (6), characterized in that a starter motor (11) is provided for driving the compressor group (7) and the low pressure part (8) of the compressor group (7) is connected to the low pressure part (4) of the gas turbine (1), and that the outlets of the compressor parts (7) are both connected an air reservoir (19) and also via a common line (20) to the high-pressure combustion chamber (3) of the gas turbine (1).

2. The method for operating the air storage gas turbine power plant according to claim 1 when the air storage is discharged, characterized in that the compressor group (7) is driven by the starter motor (11) and compressed air by the low pressure part (8) of the same in the separate low pressure part (4) of the gas turbine ( 1) is directed, the low-pressure combustion chamber (5) is ignited when the ignition speed is reached, whereby the gas turbine is run up to the nominal speed, and that when the nominal speed and thus the grid frequency is reached, the motor generator (14) is connected to the grid.

3. The method according to claim 2, characterized in that the gas turbine (1) is uncoupled from the motor generator (14) and the motor generator (14) draws power from the network for charging the air accumulator (19), and that correspondingly The state of charge of the air accumulator (19) can be switched on one after the other in the middle (9) and high pressure section (10) of the compressor group (7).

4. The method according to claim 2, characterized in that during generator operation and discharged air reservoir (19) the high pressure part (2) of the gas turbine (1) is ignited and the compressor group (7) the air supply to the combustion chambers (3, 5) of the gas turbine (1 ) takes over alone.

5. The method according to claim 2, characterized in that when starting the gas turbine (1) the middle (9) and the high pressure part (10) of the compressor group (7) remove purge air from the atmosphere and convey it back into the atmosphere.

6. The method according to claim 2, characterized in that the high pressure part (2) of the gas turbine (1) is acted upon during startup with a reduced air flow.