CS238903B1 - Chemicko-tepelná akumulačná špičková elektráren s plynovou turbinou v otvorenom sekundárnom oběhu - Google Patents

Abstract

vynález patří do odboru energetiky a rieši chemicko-tepelnú akumulační! špičkové elektráreň s plynovou turbínou v otvorenom sekundárnom oběhu. Jej podstata je v tom, že ohrievače pracovnej látky sekundárného oběhu sú napojené na plynové turbiny sekundárného oběhu. Jej charakteristickým tysom je, že z akumulačného systému chemickéj a tlakovéj ener-' gie pracovná látka sa vedie do hlavného katalytického reaktora, v ktorom sa uskutočn£ chemická reakcia, pri ktoréj exotermicky sa uvolní hlavná časť prvotné akumulovanej energie vo formě reakčného tepla. Pracovná látka po výstupe z hlavného katalytického reaktora v jednom, alebo viacerých stupňoch ohrieva pracovná látku sekundárného oběhu, ktorá je tlakové akumulovaná v čase minimálneho zataženia elektrizačněj sústavy.

Description

238903 2

Vynález sa týká chemicko-tepelnej akumulačnej špičkovej elektrárni s plynovou turbinou v otvorenom sekundárnom oběhu.

Požiadavky dostatku primárných zdrojov energie a požiadavky zvySovania efektivnostienergetických premien v rozvoji energetiky a jej štruktúry vynucujú stavbu velkých monoblo-kov energetických zariadení, ktoré musia pracovat! v neměnných prevádzkových režimoch. Súčasne však vzhladom na kolísanie odběru elektrickej energie v priebehu jedného dňaa súčasne i v priebehu ročných období do energetickej sústavy je nutné organicky zabudovats premenným režimom a krátkodobé pracujúce energetické zariadenia menších výkonov - špičkovéenergetické zariadenia s velmi pružnými podmienkami štartu.

Tieto dva systémy energetických zariadení s neměnným a přerušovaným režimom práce zabez-pečujú dodávku požadovaných energetických výkonov. Špičkové elektrárně s přerušovaným režimom práce sú realizovaná přečerpávacími vodnýmielektrárňami s akumulácicu potenciálnej energie, ďalej akumulačnými tepelnými elektrárňami,využívajúcimi energiu fázových premien pracovných látok, a špičkovými elektrárňami so spalo-vacími turbínami, ktoré nemajú priamy akumulačný charakter. V súčasnom období možno pozorovat úsilie pre riešenie akumulácie tlakovej energie stla-čeného vzduchu pre spalovanie ušlechtilých paliv pre špičkové elektrárně so spalovacími tur-bínami - čiastočné akumulácie energie.

Nevýhodou spomenutých riešení akumulačných špičkových elektrárni sú u přečerpávacíchvodných elektrárni základná viazanosť na prírodné lokalitné podmienky a ich obmedzenostvýskytu a velké nároky na stavebné kapacity. • Akumulačné tepelné elektrárně predstavujú menšiu koncentráciu měrného akumulovaného vý- konu. Samotná akumulácia je přitom realizovaná pri vyšších teplotách, čo vyvolává nákladnéizolačně systémy akumulátorov energie, resp. nevyhnutné úniky energie. Špičkové elektrárně so spalovacími turbínami majú rastúce a vysoké prevádzkové nákladyvzhladom na použité ušlachtilých paliv a zhoršujú životné prostredie danej lokality. Spalo-vacie turbíny s akumuláciou tlakového vzduchu podobné spálujú ušlachtilé palivo a tým zhor-šujú životné prostredie danej lokality.

Uvedené nedostatky odstraňuje chemicko-tepelná akumulačná špičková elektráreň s plynovouturbínou v otvorenom sekundárnom oběhu podlá vynálezu, ktorej podstata je v tom, že zásobníkya ohrievače pracovnej látky sekundárného oběhu sú napojené na plynové turbíny v sekundárnomoběhu, Výhody zariadenia podlá přiloženého vynálezu sú, že zariadenie móže byt realizované priamo u spotřebitele, na prevádzku nie je potřebné ušlachtilé palivo a řádové je vyššía koncen-trácia akumulovaného výkonu v pracovnej látke.

Prevádzka nemá vplyv na životné prostredie, doprava a akumulácia velkých výkonov sauskutočňuje pri teplotách okolia a nie sú potřebné izolačně systémy, pričom realizácia zaria-denia vyžaduje menšie stavebné kapacity ako iné zariadení rovnakých výkoncv.

Navrhovaný spósob využitia chemicky viazanej energie z tepelných, zdrojov umožňuje vy-budovanie dislokovaných špičkových elektrárni priamo u spotrebitela. Súčasne jo to aj rieše-ním akumulačněj elektrárně nezávislej na zdrojoch a rozvode ušlachtilých paliv. 3 238903

Princip práce zariádenia podlá předloženého návrhu spočívá v tom, že přebytkový tepelnýa elektrický výkon energetického systému sa akumuluje vo formě chemicky viazanej energie,tlakovej energie pracovnej látky primárného oběhu a tlakovej energie pracovnej látky sekun-dárného oběhu s plynovou turbínou.

Podlá předloženého vynálezu doprava pracovnej látky zo zdroja energie na miesto energe-tickej konverzie velkých výkonov v lokalitě odberatela energie pre sief chemicko-tepelnýchakumulačných špičkových elektrární sa realizuje prostredníctvom akumulácie, dopravy, uvolne-nia a konverzie chemicky viazanej energie pracovnej látky prostredníctvom reverzibilnýchchemických reakcií typu: η 1 m

i-1 2 i»l kde B je neobiehajáca zložka, - sá obiehajáce zložky pracovnej látky

Ako příklad využitia reverzibilnej chemickej reakcie na akumuláciu, na dopravu, na uvol-nenie a konverziu velkých energetických výkonov móžeme uviesť reakciu podlá vzťahu: 1 H20 -j- CH4 " > CO —J—· 3. H2 /11/ 2 s entolniou reakcie pri 298 K Λ. H = 205 kJ . mol \ Táto metanizačná reakcia - zprava dolava - směr 1 prebieha exotermicky pri teplote pracovnej látky od 300 do 600 °C. Reakcia podlá vzťahu I je uskutočňovaná v smere 1 pri sdčasnomohřeve reagujácej pracovnej látky tepelným zdrojom - například jádrovým reaktorom - prvotnáakumulácia. V mieste prvotnej akumulácie sa využije disponibilná energia pracovnej látky až na jejexergetická hodnotu blížiacej sa nule - teplota okolia Τθ. Táto pracovná látka s chemickyakumulovanou energiou pri teplote okolia dopravným potrubím rozvodovým aystémom sa dopravujedo lokalit chemicko-tepelných akumulačných špičkových elektrární priamo v lokalitě odbera-tela energie.

Vzhladom na teplotu dopravovanej pracovnej látky rovná teplote okolia na rozvodný po-trubný systém nie je potřebné inštalovať nákladná tepeíno-izolačná sástavu. Ňa mieste špič-kovej elektrárně v lokalitě odberatela energie produkty reakcie sá skladované pri ďalšejakumulácie energie - druhotná akumulácia tlakovej energie. V době potřeby špičkového energetického výkonu v tepelnej alebo elektrickej formě sa uskutoční priebeh chemickej reakcie pracovnej látky podlá vzťahu X v smere 2. Charakteris-tickým rysom chemicko-tepelnej akumulačněj špičkovej elektrárně so plynovou turbínou v otvore-nom sekundárnom oběhu je, že z akumulačného systému chemickej a tlakovej energie, pracovnálátka sa vedie do hlavného katalytického reaktora, v ktorom sa uskutoční chemická reakciapodlá vzťahu X vo smere 2, pri ktorej exotermicky sa uvolní hlavná časť prvotné akumulovanejenergie vo formě reakčného tepla.

Pracovná látka po výstupe z hlavného katalytického reaktora v jednom alebo viacerýchstupňoch ohrieva pracovná látku sekundárného oběhu, ktorá je tlakové akumulovaná v čase raini-málneho zaťaženia elektrizačnej sástavy.

Pracovná látka je ďalej vedená do katalytických reaktorov a takto uvolněné teplo sapoužije na predohrev pracovnej látky prichádzajácej z akumulátora chemickej a tlakovej energiea nre teplárenské áčely. · 238903 4

Na připojených výkresoch je znázorněné prepojenie chemicko-tepelnej akumulačnej špičko-vej elektrárně s tepelným zdrojom prvotnej akumulácie. Na obr. 1 je znázorněné prepojeniestístavy akumulačných špičkových elektrární s tepelným zdrojom například jádrovým reaktorom,Predmet vynálezu tvoří zariadenie znázorněné na obr. 2.

Tepelná centrála 1^ prvotnej akumulácie energie na obr. 1 pozostáva z prvotného ohrieva-ča 2, z chemického reaktora 3, cirkulačního ddchadla 5 a zo zariadení na energetické využi-tie disponibilněj exergie pracovněj látky, pozostávajtíceho například z parogenerátora 4,parnej turbíny £ a elektrickým generátorom kondenzátora 7. vodnej páry, čerpadla 3, výmeníkov2, 10 tepla nekuperačného a dodatkového a z dialkového kompresora 11 pracovnej látky. Sústava'12 špičkových akumulačných elektrární 13 je napojená na rozvod pracovnej látkya jednotlivé elektrárně 13 stí napojené na zberné potrubie opatřené vratným dialkovým kompre-sor om 14.

Zariadenie podlá předloženého návrhu na obr. 2 tvoří akumulačný systém 15 pozostávajtíciz kompresoru 16, akumulačního systému chladi-ča 17, ventilov 18, zásobníkov 19, redukčnéhoventilu 20, predohrievacieho výměníku tepla 21.

Balej z hlavného chemického reaktora 22, opatřeného armattírami 23 a ohrievača 24 pra-covnej látkv sekundárného oběhu. Zariadenie je vybavené Startovacím systémom 31 hlavnéhoreaktora 22 pozostávajtíceho z ohrievača 32, oběhového kompresora 33 a armattír 23. Výstup hlavného reaktora 22 je spojený cez ohrievač 24 pracovnej látky sekundárnéhooběhu, predohrievacieho výměníku 27, teplárenského výměníku 28 tepla, separátora 29 a výstup-ného kompresora 30.

Sekundárný oběh obsahuje akumulačný systém 42 sekundárnéj pracovnej látky, ktorý pozo-stáva z armattír 43 zásobníkov v sekundárnej pracovnej látky, tlakových zásobníkov 44 a re-dukčného ventilu 45 sekundárnej pracovnej látky.

Balej obsahuje plynové turbíny 34, spojky 36, motor-generátor 37, výfuk 35., vstupnýfilter 38, kompresory 39.» převodovky 41 a chladiče 40 kompresorov 39. 9 nodía schémy na obr. 1 sa uskutočňuje endotermická reakcia podlá vztahu I vo smere 1v reaktor 3 prvotnej akumulácie. Produkty reakcie sa dopravujú do rozvodnej siete pre zaria-denie znázorněné na obr. 2.

Pracovná látka je akumulovaná v akumulačnom systéme 15 stlačením v kompresore 16a ochladená v chladiči 17 do zásobníkov 19 v době mimo energetických špičiek. Postupné plne-nie jednotlivých zásobníkov lj) umožňuji! ventily 13. V čase šničkovej potřeby energie sa vyprázdňujtí zásobníky 19 cez redukčný ventil 20,ktorý zabezpečí tlak chemickej reakcie podlá výrazu I vo smere 2. Pracovná látka je predo-hriata na tenlotu exotermickej reakcie vo výměníku 21 tepla pomocou predohrievacieho výměníku 28.

Cez armattírv 23 je pracovná látka vedená do hlavného katalytického reaktoru 22, kde sauvolňuje hlavná část akumulovanej eneraie. Takto uvolněná eneraia sa použije v jednom aleboviacerých ohrievacích stupňoch ohrievača 24 na ohriatie pracovnej látky sekundárného otvore-ného oběhu plynových turbín 34. pracovná látka v nrimárnom oběhu je ďalej vedená do přídavného zariadenia 25, kde v pří-davných reaktoroch 26 sa dokončuje exotermická reakcia. Tu uvolněná energia zabezpečuje pre-dohrev látky pomocou predohrievacieho výměníku tepla 75 a 21 na teplotu chemickej reakciev hlavnom reaktore 22 a ohřev pracovnej látky v ohrievači 24 před turbínou. 34. připadne sa.

Claims (1)

1. 5 238903 použije na teplárenské účely pomocou teplárenského výměníku 27. Produkty reakcie sú vedenédo separátora 29, kde sa oddělí zložka B podlá výrazu I a ostatné zložky pomocou výstupnéhokompresora 30 sú dopravované do spStnej zbernej siete. Startovací systém 31 zabezpečuje predohrev pracovněj látky cez ohrievač 2 a armatúry23 do hlavného reaktora 22, pokial sa nedosiahne teplota exotermickej reakcie. Pracovnálátka sekundárného oběhu plynovej turbíny 34 je akumulovaná v sekundárnom akumulačnom systéme42. V době mimo energetických špičiek motor-generátor 37 poháfta kompresory 39 spojené pře-vodovkou 41. Sekundárná pracovná látka vstupuje do kompresoru 39 cez vstupný filter 38 a po ochladení v chladičoch 40 cez armatúry 43 je stlačená do sekundárných zásobníkov 44. V čase Spičkovej potřeby elektrickej energie sa vyprázdňujú tlakové zásobníky 44 cezredukčný ventil 45, ktorý zabezpečí potřebný tlak před plynovými turbínami 34. Pracovnálátka sekundárného oběhu je ohriatá viacerými stupňami ohrievačov 24 a je vedená do plynovýchturbín 34 za účelom zabezpečenia špičkového výkonu v generátorovom režime práce motor-gene-rátora 37. Expandovaná sekundárná pracovná látka opúšta oběh cez výfuk 35. PREDMET VYNALEZU Chemicko-tepelná akumulačná špičková elektráreň s plynovou turbínou v otvorenom sekun-dárnom oběhu pozostávajúca z akumulačného systému chemickej a tlakovej energie primárnéhooběhu, obsahujúceho zásobníky, z akumulačného systému tlakovej energie sekundárného oběhu,obsahujúceho kompresory, chladič a zásobníky zo systému uvolnenia a premeny akumulovanéjenergie primárného oběhu, obsahujúceho hlavný chemický reaktor, zo systému uvolnenia a přemě-ny akumulovanéj energie sekundárného oběhu, obsahujúceho ohrievače a plynové turbíny, z pří-davného systému, obsahujúceho predohrievacie výměníky, přídavné reaktory a zo štartovaciehosystému, pričom zásobníky pracovnej látky primárného oběhu sú napojené cez redukčný ventila predohrievacie výměníky tepla na hlavný reaktor a ďalej výstupy z ohrievačov na straněpracovnej látky primárného oběhu sú napojené cez jeden alebo viac přídavných reaktorov apredohrievacích výmeníkov tepla na teplárenský výměník tepla, separátor a výstupný kompresor,vyznačujúca sa tým, že zásobníky /44/ a ohrievače /24/ pracovnej látky sekundárného oběhusú napojené na plynové turbínv /34/ v sekundárnom3 oběhu. 2 výkresy