CZ307836B6 - Equipment for generating electricity using media accumulation - Google Patents
Equipment for generating electricity using media accumulation Download PDFInfo
- Publication number
- CZ307836B6 CZ307836B6 CZ2018-26A CZ201826A CZ307836B6 CZ 307836 B6 CZ307836 B6 CZ 307836B6 CZ 201826 A CZ201826 A CZ 201826A CZ 307836 B6 CZ307836 B6 CZ 307836B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- air
- water
- gas turbine
- hot water
- duct
- Prior art date
Links
- 230000005611 electricity Effects 0.000 title claims description 58
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 title description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 181
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 119
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims abstract description 59
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 58
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 21
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 10
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 9
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 3
- 239000008236 heating water Substances 0.000 claims description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 22
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 11
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 8
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 4
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
- F02C6/14—Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
- F02C6/14—Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads
- F02C6/16—Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads for storing compressed air
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/08—Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
- F04B39/06—Cooling; Heating; Prevention of freezing
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
- F04D29/582—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/5826—Cooling at least part of the working fluid in a heat exchanger
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
- F23L15/00—Heating of air supplied for combustion
- F23L15/04—Arrangements of recuperators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D3/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium flows in a continuous film, or trickles freely, over the conduits
- F28D3/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium flows in a continuous film, or trickles freely, over the conduits with tubular conduits
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Oblast technikyTechnical field
Vynález se týká oblasti energetiky, konkrétně zařízení pro výrobu elektřiny kogenerační jednotkou s využitím akumulace médií.The invention relates to the field of power engineering, in particular to a device for producing electricity by a cogeneration unit using media accumulation.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
V distribuční síti se zpravidla střídá období s nedostatkem elektřiny, kdy je její odběr největší, s obdobím, v němž je v distribuční síti přebytek elektřiny a její odběr je malý. Je nutné trvale zajistit, aby nedošlo ke kolapsu u odběratelů následkem nedostatku elektřiny, avšak ani trvalý přebytek elektřiny v distribuční síti není z důvodů stability sítě žádoucí. Současné metody a zařízení pro výrobu elektřiny se proto zaměřují na snahu přebytečnou energii v době jejího přebytku akumulovat, a využít ji pak účelně pro období energetické špičky.In the distribution network, there is usually a period with a shortage of electricity, when its consumption is greatest, with a period in which there is a surplus of electricity in the distribution network and its consumption is low. It is necessary to permanently ensure that consumers do not collapse due to lack of electricity, but even a permanent surplus of electricity in the distribution network is not desirable for reasons of network stability. Current methods and equipment for electricity generation therefore focus on the effort to accumulate excess energy at the time of its surplus and then use it efficiently for peak energy periods.
Mezi tyto metody patří i zařízení využívající akumulace energie a výrobu elektřiny v systému mechanické akumulace, popsané v US 3151250. U tohoto zařízení se přebytečná elektřina z distribuční sítě využije k pohonu vzduchového kompresoru, vyrobený tlakový vzduch se shromažďuje do podzemního vzduchového akumulátoru a použije se pro výrobu elektřiny v době nedostatku. To se provádí tak, že v době přebytku elektřiny v distribuční síti se odvádí alespoň část přebytečné elektřiny z distribuční sítě a touto přebytečnou elektřinou se pohání alespoň jeden vzduchový kompresor. Vzduchový kompresor při svém provozu vyrábí tlakový vzduch, jenž se během výroby ochlazuje vodou pomocí alespoň jednoho vodního chladiče, a takto vyrobený tlakový vzduch se v ochlazeném stavu odvádí do podzemního vzduchového akumulátoru a v něm se shromažďuje. Voda, která ochlazuje tlakový vzduch, se teplem předaným od tlakového vzduchu ve vodním chladiči ohřívá a v ohřátém stavu se odtud odvádí k dalšímu využití. Později, v období bez přebytku elektřiny v distribuční síti, se vzduchový kompresor vypne, čímž se ukončí odběr elektřiny z distribuční sítě, a během vypnutého stavu vzduchového kompresoru se vzduch shromážděný v podzemním vzduchovém akumulátoru z tohoto vzduchového akumulátoru odebírá a vede se přes rekuperační výměníky do plynové turbíny. Plynová turbína spaluje palivo za vzniku horkých spalin, přičemž spaliny se z plynové turbíny odvádí okruhem přes zmíněné rekuperační výměníky k výfuku, z něhož se odfukují do ovzduší. Celý proud vzduchu se tedy bez rozdělení cestou od vzduchového akumulátoru do plynové turbíny předehrivá v rekuperátorech spalinami, odváděnými z plynové turbíny přes rekuperátory a výfuk do ovzduší. Zařízení pro akumulaci energie a výrobu elektřiny zahrnuje vzduchový kompresor, vybavený alespoň jedním vodním chladičem připojeným na vodním potrubí, kde za vzduchovým kompresorem je na vzduchovém potrubí připojen vzduchový akumulátor, za ním alespoň jeden rekuperátor a za ním plynová turbína. Plynová turbína zahrnuje spalovací komoru se spalinovým odvodem a je vybavena elektrickým generátorem. Na spalinový odvod z plynové turbíny je připojeno spalinové potrubí, které vede přes zmíněný rekuperátor k výfuku pro odfůkování ochlazených spalin do ovzduší. Je rovněž obsaženo nutné propojovací vzduchové potrubí, spalinové potrubí a vodní potrubí. Také jsou obsaženy obvyklé uzavírací a regulační armatury.These methods include a device using energy storage and power generation in a mechanical storage system as described in US 3151250. In this device, excess electricity from the distribution network is used to power an air compressor, the generated compressed air is collected in an underground air accumulator and used to electricity generation in times of scarcity. This is done so that at the time of the excess electricity in the distribution network at least part of the excess electricity is removed from the distribution network and at least one air compressor is driven by this excess electricity. During operation, the air compressor produces pressurized air which is cooled by water by means of at least one water cooler during production, and the pressurized air thus produced is discharged into the underground air accumulator in the cooled state and collected therein. The water which cools the compressed air is heated by the heat transmitted from the compressed air in the water cooler and is then discharged for further use in the heated state. Later, in a period without surplus electricity in the distribution network, the air compressor shuts down to stop electricity from the distribution network, and while the air compressor is turned off, air collected in the underground air accumulator is taken from that air accumulator and passed through recuperation exchangers gas turbines. The gas turbine burns the fuel to produce hot flue gas, wherein the flue gas is discharged from the gas turbine via the recuperation exchanger to the exhaust from which it is blown into the atmosphere. Thus, the entire air flow is preheated in the recuperators via the exhaust gas discharged from the gas turbine through the recuperators and the exhaust into the atmosphere without being split by way from the air accumulator to the gas turbine. The energy storage and power generating device comprises an air compressor equipped with at least one water cooler connected to a water pipe, where an air accumulator is connected downstream of the air compressor, at least one recuperator followed by a gas turbine. The gas turbine comprises a combustion chamber with a flue gas outlet and is equipped with an electric generator. A flue gas pipe is connected to the flue gas discharge from the gas turbine, which leads via said recuperator to an exhaust for blowing off the cooled flue gas into the atmosphere. The necessary connecting air duct, flue gas duct and water duct are also included. Conventional shut-off and control fittings are also included.
Patentový dokument CZ 307476 popisuje zařízení zahrnující vzduchový kompresor, který při svém provozu vyrábí tlakový vzduch, jenž se během výroby ochlazuje vodou pomocí alespoň jednoho vodního chladiče, a takto vyrobený tlakový vzduch se v ochlazeném stavu odvádí. Voda, která ochlazuje tlakový vzduch, se teplem předaným od tlakového vzduchu ve vodním chladiči ohřívá a v ohřátém stavu se odtud odvádí do horkovodního akumulátoru, ve kterém se shromažďuje. Teplo v horké vodě, které nelze využít pro výrobu elektřiny na parní turbíně a akumuluje se v horkovodním akumulátoru, lze odtud čerpat v jinou dobu, v případě potřeby zvýšené výroby elektřiny. Dodávka elektřiny vyrobené parní turbínou tak není závislá na okamžitém výkonu kompresoru. Zařízení podle uvedeného dokumentu zahrnuje vzduchovýThe patent document CZ 307476 discloses a device comprising an air compressor which during operation produces compressed air which is cooled by water by means of at least one water cooler during production and the compressed air thus produced is discharged in the cooled state. The water which cools the compressed air is heated by the heat transmitted from the compressed air in the water cooler and is then discharged in the heated state to the hot-water accumulator where it is collected. Heat in hot water, which cannot be used to generate electricity on a steam turbine and accumulates in a hot-water accumulator, can be pumped from there at a different time, in case of increased electricity production. Thus, the supply of electricity produced by a steam turbine is not dependent on the instantaneous compressor power. The apparatus of said document comprises an air
- 1 CZ 307836 B6 kompresor, vybavený alespoň jedním vodním chladičem připojeným na vodním potrubí, kde za vzduchovým kompresorem je připojeno vzduchové potrubí. V případě, že zařízení zahrnuje vícestupňový kompresor, je mezi jednotlivými kompresorovými stupni na plynovém potrubí zařazen rovněž alespoň jeden vodní chladič. Alespoň jeden z obsažených vodních chladičů pro chlazení komprimovaného plynu má na svůj vodní výstup připojen primární expandér s parním výstupem do parního potrubí, na které je připojena parní turbína s elektrickým generátorem a parním kondenzátorem. Před primárním expandérem je zapojen alespoň jeden akumulátor horké vody.A compressor equipped with at least one water cooler connected to a water pipe, where an air pipe is connected downstream of the air compressor. If the apparatus comprises a multi-stage compressor, at least one water cooler is also included between the individual compressor stages on the gas line. At least one of the water coolers included for cooling the compressed gas has a primary expander with a steam outlet connected to its water outlet to which a steam turbine with an electric generator and a steam condenser is connected. At least one hot water accumulator is connected upstream of the primary expander.
Systémy využívající princip výše popsané metody a výše popsaných zařízení v současné době existují pod názvy AA-CAES (Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage), G CAES ( Generál Compression Advanced Energy Storege), ICARES (Integrated Compressed Air Renewable Energy Systém) nebo ADELE (Adiabater Drukluftspeicher fůr die Elektrizitátsversorgung).Systems using the principle of the method described above and the devices described above currently exist under the names AA-CAES (Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage), G CAES (General Compression Advanced Energy Storege), ICARES (Integrated Compressed Air Renewable Energy System) or ADELE ( Adiabater Drukluftspeicher für die Elektrizitátsversorgung).
V rámci výše uvedených systémů existují již nyní zařízení pro výrobu elektřiny, zahrnující vzduchový kompresor, vybavený alespoň jedním vodním chladičem připojeným na vodním potrubí, kde za vzduchovým kompresorem je na vzduchovém potrubí připojen vzduchový akumulátor a za ním plynová turbína. Plynová turbína zahrnuje spalovací komoru se spalinovým odvodem a je vybavena elektrickým generátorem a v některých případech i dalším, vlastním kompresorem. Spalinový odvod z plynové turbíny je přes rekuperační výměník připojen k výfuku do ovzduší. Mezi současnými systémy existují i plynové turbíny, které zahrnují spalovací komoru se spalinovým odvodem a jsou vybaveny elektrickým generátorem a vlastním kompresorem, přičemž na spalinový odvod z plynové turbíny je připojeno spalinové potrubí, na kterém je připojeno horkovodní zařízení pro ohřev vody. Je rovněž obsaženo nutné propojovací vzduchové potrubí, spalinové potrubí a vodní potrubí. Také jsou obsaženy obvyklé uzavírací a regulační armatury. Horkovodní zařízení zahrnuje horkovodní kotel, ve kterém se nachází v prostoru průchodu horkých spalin umístěné teplosměnné plochy, které jsou uspořádané z vodních trubic. Dále horkovodní zařízení zahrnuje výměníkovou stanici, která je opatřena horkovodním odvodem pro odvádění teplé vody ze zařízení. Výroba horké vody je zajištěna tím, že teplosměnné plochy horkovodního kotle jsou připojeny k výměníkové stanici, což je provedeno pomocí vstupní a výstupní vodní větve, čímž je vytvořen cirkulační okruh pro ohřev vody. V době přebytku elektřiny v distribuční síti se odvádí alespoň část přebytečné elektřiny z distribuční sítě a touto přebytečnou elektřinou se pohání alespoň jeden vzduchový kompresor. Vzduchový kompresor při svém provozu vyrábí tlakový vzduch, jenž se během výroby ochlazuje vodou pomocí alespoň jednoho vodního chladiče, a takto vyrobený tlakový vzduch se v ochlazeném stavu odvádí do podzemního vzduchového akumulátoru a v něm se shromažďuje. Voda, která ochlazuje tlakový vzduch, se teplem předaným od tlakového vzduchu ve vodním chladiči ohřívá a v ohřátém stavu se odtud odvádí k dalšímu využití. Později, v období bez přebytku elektřiny v distribuční síti, se vzduchový kompresor vypne, čímž se ukončí odběr elektřiny z distribuční sítě, a během vypnutého stavu vzduchového kompresoru se vzduch shromážděný ve vzduchovém akumulátoru z tohoto vzduchového akumulátoru odebírá a vede se přes rekuperační výměníky do plynové turbíny. Plynová turbína spaluje palivo za vzniku horkých spalin, přičemž spaliny se z plynové turbíny odvádí okruhem přes zmíněné rekuperační výměníky k výfuku, z něhož se odfůkují do ovzduší. Celý proud vzduchu se tedy bez rozdělení cestou od vzduchového akumulátoru do plynové turbíny předehrivá v rekuperátorech spalinami, odváděnými z plynové turbíny přes rekuperátory a výfuk do ovzduší. V případě výše uvedené plynové turbíny s připojeným horkovodním zařízením jsou spaliny z plynové turbíny odváděny do horkovodního zařízení pro výrobu horké vody, přičemž do horkovodního zařízení se přivádí voda a ta se zde spalinami ohřívá za současného ochlazování spalin. Nakonec se z horkovodního zařízení ohřátá voda odebírá. Ochlazené spaliny, které prošly přes horkovodní zařízení, se vypouští do ovzduší. Voda, která se shromáždila do horkovodního akumulátoru, se odvádí v době zvýšené potřeby tepla do horkovodního potrubí.Within the above systems, there are already electricity generating devices comprising an air compressor equipped with at least one water cooler connected to a water pipe, where an air accumulator is connected downstream of the air compressor and a gas turbine downstream of the air compressor. The gas turbine comprises a combustion chamber with a flue gas outlet and is equipped with an electric generator and, in some cases, another compressor. The flue gas from the gas turbine is connected to the exhaust via the recuperation exchanger. Among the current systems, there are gas turbines which include a combustion chamber with a flue gas outlet and are equipped with an electric generator and a compressor, and a flue gas duct is connected to the flue gas outlet from the gas turbine to which a hot water heating device is connected. The necessary connecting air duct, flue gas duct and water duct are also included. Conventional shut-off and control fittings are also included. The hot-water installation comprises a hot-water boiler, in which there are heat exchange surfaces located in the hot flue gas passage area, which are arranged from water tubes. Further, the hot-water device comprises a heat exchanger station, which is provided with a hot-water outlet for removing hot water from the device. The hot water production is ensured by the heat exchanger surfaces of the hot water boiler being connected to a heat exchanger station, which is carried out by means of an inlet and an outlet water branch, thereby creating a circulation circuit for heating the water. At a time of excess electricity in the distribution network, at least part of the excess electricity is removed from the distribution network and at least one air compressor is driven by this excess electricity. During operation, the air compressor produces pressurized air which is cooled by water by means of at least one water cooler during production, and the pressurized air thus produced is discharged into the underground air accumulator in the cooled state and collected therein. The water which cools the compressed air is heated by the heat transmitted from the compressed air in the water cooler and is then discharged for further use in the heated state. Later, in a period without surplus electricity in the distribution network, the air compressor is switched off to terminate the electricity supply from the distribution network, and during air compressor shutdown, air collected in the air accumulator is taken from the air accumulator and passed through recuperation exchangers to turbines. The gas turbine burns the fuel to produce hot flue gas, wherein the flue gas is discharged from the gas turbine via the recuperation exchanger to the exhaust from which it is blown into the atmosphere. Thus, the entire air flow is preheated in the recuperators via the exhaust gas discharged from the gas turbine through the recuperators and the exhaust into the atmosphere without being split by way from the air accumulator to the gas turbine. In the case of the aforementioned gas turbine with a connected hot-water device, the flue gas from the gas turbine is discharged to a hot-water device for producing hot water, whereby the hot-water device is supplied with water and heated there by the flue gas while cooling the flue gas. Finally, the hot water is removed from the hot water system. The cooled flue gases that have passed through the hot water installation are discharged into the atmosphere. The water collected in the hot water accumulator is drained into the hot water pipe at times of increased heat demand.
-2CZ 307836 B6-2GB 307836 B6
Uvedená dosavadní zařízení pracují převážně jako samostatné jednotky, většinou ve střídavém režimu. Tedy buď vyrábí elektřinu s využitím akumulovaných médií, nebo v době přebytku elektřiny v distribuční síti akumulují média. U těchto zařízení a na nich provozované metody výroby elektřiny, se vzduch pro provoz plynové turbíny předehrivá nejčastěji buď tak, že se vzduch do plynové turbíny vede přes rekuperační výměníky zapojené na spalinovém potrubí mezi plynovou turbínou a výfukem, nebo se vede přes přídavné zařízení, v němž se přídavně spaluje zemní plyn. Příklad takového systému CAES je popsán v dokumentu US 2014137563. V dokumentu US 2014137563 je popsán způsob provozování systému pro uchovávání energie ve stlačeném vzduchu, kdy se během přebytku elektřiny v distribuční síti stlačuje v kompresoru plyn. Stlačený plyn se skladuje v plynovém zásobníku v podobě jeskyně nebo nádoby. Ze zásobníku se stlačený plyn přivádí na vstup expanzního zařízení, které může zahrnovat vzduchovou a/nebo plynovou turbínu. K turbíně může být připojený generátor na výrobu elektrické energie pro dodávku do sítě. Na vedení mezi zásobníkem a expanzním zařízením může být napojený předehrivač, který zahrnuje rekuperátor spojený s vedením spalin z plynové turbíny, který předehrivá stlačený plyn teplem spalin. V jednom provedení je součástí předehřívače i pohotovostní výměník, který reguluje teplotu expanzního zařízení během pohotovostního režimu. Tento předehrivač může dále zahrnovat jeden nebo více ventilů, připojených k vedení mezi zásobníkem a plynovou turbínou. Tyto ventily umožňují řídit tok stlačeného plynu přes rekuperátor, přes pohotovostní výměník, nebo přímo do expanzního zařízení. Tok plynu přes předehrivač a/nebo jeho teplota se může stanovovat na základě teploty expanzního zařízení nebo jeho součástí. U některých výhodných provedení je stlačovaným plynem vzduch. Zařízení podle US 2014137563 je jedním ze systémů CAES, což znamená, že umožňuje práci v něm obsažené plynové turbíny i v době nedostatku elektřiny v síti. Dosahuje možnosti kontinuální výroby elektřiny pomocí zásobníku plynu, zařazeného za kompresorem. Nevýhodou zařízení podle US 2014137563 je, že je uspořádáno a pracuje pouze jako elektrárna, a nikoliv jako kogenerační jednotka. Umožňuje pouze výrobu elektřiny a neumožňuje zajišťovat současně i dodávku teplé vody v podobě horké vody odváděné vně zařízení. Jeho pracovním médiem je pouze vzduch, zpracovaný kompresorem, který je dále zpracováván v zařízení a po průchodu přes expanzní část plynové turbíny je ve formě spalin, po odstranění emisí pomocí přídavku malého množství páry a/nebo čpavku, přes rekuperátor vypouštěn ze zařízení ven, do ovzduší. Rekuperátor zařazený na spalinovém potrubí za plynovou turbínou využívá veškeré zbytkové teplo spalin z plynové turbíny pouze k ohřevu vzduchu přiváděného z kompresoru do plynové turbíny, nebo alternativně k ohřevu vzduchu přiváděného do plynové turbíny ze vzduchového zásobníku. Toto zařízení nezahrnuje ani horkovodní akumulátor, ani žádné horkovodní zařízení, jež by umožňovalo výrobu a dodávku teplé vody.The aforementioned devices operate predominantly as separate units, mostly in alternating mode. Thus, they either generate electricity using accumulated media, or accumulate media in times of excess electricity in the distribution network. In these plants and the methods of generating electricity operated there, the air for gas turbine operation is most often preheated either by passing air to the gas turbine through recuperation exchangers connected to the flue gas pipe between the gas turbine and the exhaust, or via additional equipment, which additionally burns natural gas. An example of such a CAES system is described in US 2014137563. US 2014137563 describes a method of operating a system for storing energy in compressed air by compressing gas in a compressor during an excess of electricity in the distribution network. The compressed gas is stored in a gas container in the form of a cave or container. From the reservoir, the pressurized gas is supplied to the inlet of the expansion device, which may include an air and / or gas turbine. A generator may be connected to the turbine for generating power to the grid. A pre-heater may be connected to the conduit between the reservoir and the expansion device, which includes a recuperator connected to the flue gas line from the gas turbine, which preheats the compressed gas by the heat of the flue gas. In one embodiment, the preheater includes a standby exchanger that regulates the temperature of the expansion device during standby. The preheater may further comprise one or more valves connected to a conduit between the reservoir and the gas turbine. These valves allow you to control the flow of compressed gas through the recuperator, the standby exchanger, or directly to the expansion device. The gas flow through the preheater and / or its temperature can be determined based on the temperature of the expansion device or its components. In some preferred embodiments, the pressurized gas is air. The device according to US 2014137563 is one of the CAES systems, which means that it allows the gas turbines contained therein to work even in times of power shortage in the grid. It achieves the possibility of continuous production of electricity by means of a gas tank downstream of the compressor. A disadvantage of the device according to US 2014137563 is that it is arranged and operates only as a power plant and not as a cogeneration unit. It only allows the generation of electricity and does not allow the simultaneous supply of hot water in the form of hot water outside the plant. Its working medium is only air, processed by the compressor, which is further processed in the plant and after passing through the expansion part of the gas turbine is in the form of flue gas, after removal of emissions by adding small amounts of steam and / or ammonia. air. The recuperator downstream of the gas turbine uses all the residual heat of the flue gas from the gas turbine only to heat the air supplied from the compressor to the gas turbine, or alternatively to heat the air supplied to the gas turbine from the air reservoir. This equipment does not include either a hot-water accumulator or any hot-water device that allows the production and supply of hot water.
Všechny tyto v současné době známé systémy mají nevýhodu v tom, že vyžadují přitápění zemním plynem, nebo musejí využívat speciální jednotky pro dosažení vysoké teploty před plynovou turbínou, jako jsou např. vysokoteplotní a vysokotlaké kompresory či vysokoteplotní rekuperátory. Tyto speciální jednotky jsou velmi složité a nákladné, přičemž jsou vhodné pro akumulační jednotky vysokých výkonů, jako 100 až 300 MW. Vzhledem k jejich velkému výkonu je výstavba takových jednotek možná jen v blízkosti podzemních velkokapacitních vzduchových akumulátorů pro akumulaci tlakového vzduchu, což je pouze v lokalitách nepropustných podzemních prostor, jako například solných dolů, nebo případně v oblastech mořského pobřeží s dostupnou hloubkou kolem 500 m, kde se tlakový vzduch může skladovat ve vacích ukotvených na mořském dnu.All these currently known systems have the disadvantage of requiring natural gas heating, or they have to use special units to achieve a high temperature upstream of the gas turbine, such as high-temperature and high-pressure compressors or high-temperature recuperators. These special units are very complex and expensive and are suitable for high capacity storage units, such as 100 to 300 MW. Due to their high performance, construction of such units is only possible in the vicinity of underground high-capacity air accumulators for the accumulation of compressed air, which is only in sites of impermeable underground spaces such as salt mines, or possibly seacoast areas with an available depth of about 500 m. the compressed air may be stored in sealed anchors.
Pro akumulační jednotky menších výkonů, například 10 až 20 MW, které jsou vhodné pro decentrální energetické zdroje s dodávkou tepla, nejsou systémy vázané na lokalitu s výše popsaným velkokapacitním vzduchovým akumulátorem vhodné. Většinou totiž taková lokalita nesouvisí s lokalitou decentrálního energetického zdroje, který je vázán na odběr tepla.For smaller capacity storage units, for example 10 to 20 MW, which are suitable for decentralized power sources with heat supply, location-based systems with the large capacity air accumulator described above are not suitable. Mostly, such a location is not related to the location of a decentralized energy source that is linked to heat consumption.
V článku „Akumulace elektřiny u decentrálních energetických zdrojů“ (Ladislav Vilimec, Jaroslav Konvička, 17. 10. 2017) je rovněž popsán systém CAES. Je popsána koncepce akumulace elektřiny u kogeneračních zdrojů, které se skládají z kompresoru, stlačujícího vzduchThe CAES system is also described in the article "Accumulation of electricity at decentralized energy sources" (Ladislav Vilimec, Jaroslav Konvička, 17 October 2017). The concept of electricity accumulation in cogeneration sources, which consist of a compressor compressing air, is described
-3 CZ 307836 B6 v době přebytku elektřiny v síti. Vzduch se akumuluje v zásobníku a následně se používá jako spalovací vzduch pro plynovou turbínu. V tomto dokumentu jsou popsány různé varianty možností využití akumulace tepla a elektřiny a zařízení pro výrobu elektřiny. Součástí tohoto dokumentu je i obrázek popisující dosavadní technologii CAES, jehož součástí je i předehřev stlačeného vzduchu v rekuperátoru teplem spalin plynové turbíny. Článek představuje obecné vyjádření možností systémů CAES, avšak neobsahuje zásadní vyřešení problému, jímž zůstává otázka, jak takové zařízení zhotovit, aby bylo schopno spolehlivě a ekonomicky efektivně plnit funkce, o nichž se v článku hovoří. Tím by bylo až vyjmenování veškerých konkrétních prvků zařízení a způsob jejich zapojení tak, aby zařízení bylo schopno plnit úkoly a funkce, naznačené v článku.At the time of the surplus of electricity in the network. The air is stored in a reservoir and is subsequently used as combustion air for the gas turbine. This document describes the different options for the use of heat and power storage and electricity generation equipment. A part of this document is also a picture describing the existing CAES technology, which also includes the preheating of the compressed air in the recuperator by the heat of the gas turbine flue gas. The paper represents a general expression of the capabilities of CAES systems, but does not contain a fundamental solution to the problem of how to build such a device so that it can reliably and economically perform the functions discussed in the article. This would be a list of all the specific elements of the device and how to connect them so that the device is able to perform the tasks and functions outlined in the article.
V dokumentu DE 19523062 je popsána paroplynová elektrárna, která se skládá z plynové a parní elektrárny. Součástí plynové elektrárny je plynová turbína a kompresor stlačující vzduch. K plynové turbíně je připojen generátor. Spaliny z plynové turbíny se přivádějí do kotle k výrobě přehřáté páry. Součástí parní elektrárny je vodní zdroj v podobě vodního zásobníku, tedy nádrže, parogenerátor a parní turbína s generátorem. Z vodní nádrže je odváděna voda jednak do kotle za plynovou turbínou a jednak do parogenerátoru. Kotel i parogenerátor vyrábí páru, která se přivádí do parní turbíny. Odpadní pára za parní turbínou se odvádí pryč, zřejmě jak je obvyklé tak přes kondenzátor, ve kterém zní vznikne horká voda. Ta se může odvádět pryč ze zařízení, jako dodávka teplé vody pro dálkové vytápění, nebo se případně může přivádět do vodního zásobníku a odtud vracet zpět do parogenerátoru. Součástí této elektrárny je i rekuperátor, který je zařazen ve spalinovém kanálu parogenerátoru, v sérii za tepelným výměníkem sloužícím k výrobě páry, a umožňuje předehřev stlačeného vzduchu pro plynovou turbínu. Na vzduchovém potrubí z kompresoru se nachází třícestný ventil, který reguluje tok vzduchu z kompresoru do plynové turbíny přímo, nebo přes rekuperátor. Množství vzduchu tekoucí přes rekuperátor se reguluje na základě zatížení parní turbíny a teplo, které se nespotřebuje k výrobě páry, se využije k předehřevu vzduchu pro plynovou turbínu. Přítomný vodní zásobník je zapojen pouze jako zdroj vody a následně z ní vyrobené páry pro parní turbínu. Toto zařízení neumožňuje jakkoliv eliminovat nedostatek elektrického proudu v síti v době špičkové spotřeby, ani nedostatek horké vody pro spotřebitele v době potřeby zvýšené dodávky tepla ze zařízení, například pro topení v budovách při mrazech. Zařízení také neumožňuje dodávku tepla a elektřiny v době odstávky kteréhokoliv z prvků zařízení, takže po dobu údržby, dobu výměny prvků, mimo pracovní dobu obsluhy apod., je nutné odstavit celé zařízení z provozu. Uvedené závažné nedostatky jsou způsobeny tím, že není přítomen žádný zásobník plynu pro vzduch vyrobený kompresorem, ani žádný zásobník vody, který by umožňoval odvádět horkou vodu vně zařízení, například pro dálkové topení, v době odstávky parní turbíny nebo v době nedostatku odpadní páry z parní turbíny. Další významnou nevýhodou tohoto zařízení je mimořádná konstrukční, prostorová a bezpečnostní náročnost, vyplývající z existence dvou různých druhů turbíny v zařízení, tedy nejen plynové turbíny, ale i parní turbíny. Takovéto zařízení je velmi nákladné a málo ekonomicky efektivní. Zařízení podle citovaného dokumentu DE 19523062 má proto veškeré nedostatky jednoduchých elektráren staršího typu.DE 19523062 discloses a combined cycle power plant consisting of a gas and steam power plant. The gas power plant includes a gas turbine and an air compressor. A generator is connected to the gas turbine. The flue gas from the gas turbine is fed to the boiler to produce superheated steam. The steam power plant includes a water source in the form of a water reservoir, ie a tank, a steam generator and a steam turbine with a generator. Water is drained from the water tank to the boiler behind the gas turbine and to the steam generator. Both the boiler and the steam generator produce steam, which is fed to the steam turbine. The waste steam downstream of the steam turbine is discharged away, apparently both as usual and through a condenser in which hot water is generated. This can be discharged away from the plant, such as supplying hot water for district heating, or alternatively it can be fed to the water tank and then returned to the steam generator. Part of this power plant is also a recuperator, which is included in the flue gas duct of the steam generator, in series after the heat exchanger used for steam production, and allows preheating of the compressed air for the gas turbine. There is a three-way valve on the air duct from the compressor that regulates the air flow from the compressor to the gas turbine directly or via a recuperator. The amount of air flowing through the recuperator is controlled based on the load on the steam turbine, and the heat that is not consumed to produce steam is used to preheat the air for the gas turbine. The present water reservoir is connected only as a source of water and subsequently steam produced for it for the steam turbine. This device does not allow in any way to eliminate the lack of electricity in the mains during peak periods, nor the lack of hot water for consumers at the time of the need for increased heat supply from the plant, for example, for heating in frosty buildings. The equipment also does not allow the supply of heat and electricity at the time of shutdown of any of the elements of the equipment, so it is necessary to shut down the entire equipment during the maintenance period, the time of element replacement, outside the operator's working hours, etc. These serious drawbacks are due to the fact that there is no gas reservoir for compressor-produced air nor any water reservoir to allow hot water to be discharged outside the plant, for example for district heating, at the time of steam turbine shutdown or at the time of steam shortage turbines. Another significant disadvantage of this device is the extraordinary constructional, space and safety demands resulting from the existence of two different types of turbine in the device, ie not only gas turbines, but also steam turbines. Such a device is very expensive and not economically efficient. The device according to the cited document DE 19523062 therefore has all the drawbacks of simple older-type power plants.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Výše uvedené nevýhody podstatně omezuje vynález. Navržené zařízení pro výrobu elektřiny s využitím akumulace médií zahrnuje alespoň jeden primární kompresor, vybavený alespoň jedním vodním chladičem připojeným na vodním potrubí, dále zahrnuje za primárním kompresorem na vzduchovém potrubí připojený vzduchový akumulátor a za ním plynovou turbínu. Tato plynová turbína zahrnuje spalovací komoru se spalinovým odvodem a je vybavena jednak elektrickým generátorem a jednak vlastním, sekundárním kompresorem. Na spalinový odvod z plynové turbíny je připojeno spalinové potrubí, na kterém je připojeno horkovodní zařízení pro ohřev vody. Zařízení je opatřeno nutným propojovacím vzduchovým potrubím, spalinovým potrubím, vodním potrubím a nutnými uzavíracími a regulačními armaturami. Horkovodní zařízení zahrnuje jednak horkovodní kotel, ve kterém se nachází primární teplosměnné plochy uspořádanéThe above disadvantages substantially limit the invention. The proposed device for generating electricity using media storage comprises at least one primary compressor equipped with at least one water cooler connected to the water pipe, further comprising an air accumulator connected downstream of the primary compressor on the air pipe and a gas turbine downstream thereof. This gas turbine comprises a combustion chamber with a flue gas outlet and is equipped both with an electric generator and with its own secondary compressor. A flue gas duct is connected to the flue gas discharge from the gas turbine, to which a hot-water device for water heating is connected. The equipment is equipped with the necessary connecting air duct, flue gas duct, water duct and the necessary shut-off and control valves. The hot-water installation comprises, on the one hand, a hot-water boiler in which the primary heat transfer surfaces are arranged
-4CZ 307836 B6 z vodních trubic, a jednak výměníkovou stanici, vybavenou horkovodním odvodem pro teplou vodu. Primární teplosměnné plochy horkovodního kotle jsou připojeny k výměníkové stanici, což je provedeno pomocí vstupní a výstupní vodní větve. V prostoru průchodu spalin za plynovou turbínou, ale ještě před vstupem do výměníkové stanice, se nachází alespoň jedna sekundární teplosměnná plocha, umístěná ve vzduchovém ohříváku, zařazeném na spalinovém potrubí před horkovodním kotlem. Tato sekundární teplosměnná plocha je uspořádána ze vzduchových trubic, které jsou připojeny prostřednictvím vstupní a výstupní vzduchové větve v uvedeném pořadí ke vzduchovému potrubí, přičemž vstupní vzduchová větev je opatřena regulační armaturou. Uvedené přípoje ke vzduchovému potrubí se nachází v úseku vzduchového potrubí mezi výstupem ze vzduchového akumulátoru a vstupem do plynové turbíny. Jako vstupní vzduchová větev se zde rozumí potrubní větev připojená na vstup do sekundární teplosměnné plochy a jako výstupní vzduchová větev se rozumí potrubní větev připojená na výstup ze sekundární teplosměnné plochy.-4GB 307836 B6 from a water tube and a heat exchanger station equipped with hot water outlet. The primary heat transfer surfaces of the hot water boiler are connected to the heat exchanger station, which is done by means of the inlet and outlet water branches. In the flue gas passage space downstream of the gas turbine, but before entering the heat exchanger station, there is at least one secondary heat exchange surface located in an air heater downstream of the hot water boiler. This secondary heat transfer surface is formed of air tubes which are connected via an inlet and outlet air branch to the air duct respectively, the inlet air branch being provided with a control fitting. Said air duct connections are located in the air duct section between the air accumulator outlet and the gas turbine inlet. As inlet air branch here is meant a duct branch connected to the inlet of the secondary heat transfer surface and as outlet air branch is meant a duct branch connected to the outlet of the secondary heat exchange surface.
Přídavně může být alespoň jedna další sekundární teplosměnná plocha uspořádána v horkovodním kotli, kde jev tom případě uložená paralelně vůči primárním teplosměnným plochám. Tím se zde rozumí, že, uvažováno ve směru průchodu spalin, jsou situovány vedle primárních teplosměnných ploch horkovodního kotle.Additionally, the at least one additional secondary heat transfer surface may be arranged in the hot water boiler, in which case it is arranged parallel to the primary heat transfer surfaces. Here, it is understood that, considered in the direction of the flue gas passage, they are situated next to the primary heat transfer surfaces of the hot water boiler.
Navržené zařízení může mít s výhodou na výměníkovou stanici připojen horkovodní akumulátor. V tom případě zahrnuje horkovodní akumulátor, jenž je zapojen na vodním potrubí za alespoň jedním vodním chladičem primárního kompresoru tak, že vodní potrubí vyústěné z tohoto horkovodního akumulátoru má svůj konec připojen na vstup do výměníkové stanice horkovodního zařízení. Mezi horkovodním akumulátorem a výměníkovou stanicí může být případně na vodním potrubí zapojen ještě nějaký další prvek.The proposed device may advantageously have a hot-water accumulator connected to the heat exchanger station. In this case, it comprises a hot water accumulator which is connected to the water pipe downstream of the at least one water cooler of the primary compressor so that the water pipe discharged from the hot water accumulator has its end connected to the inlet to the heat exchanger station of the hot water device. If necessary, an additional element may be connected between the hot water accumulator and the heat exchanger station.
Vzduchové potrubí je za regulační armaturou první vzduchové větve s výhodou opatřeno v oblasti vstupu do plynové turbíny připojovací armaturou a sekundární kompresor plynové turbíny je s výhodou opatřen uzavíratelným výfukem pro vypouštění vzduchu do ovzduší. Uzavírátelný výfuk je na výstupu opatřen alespoň dvěma uzávěry. Z toho alespoň jeden, první uzávěr, se nachází na vzduchovém potrubí, které vede ze sekundárního kompresoru před spalovací komoru, a alespoň jeden, druhý uzávěr, je na uzavíratelném výfuku.Advantageously, the air duct is provided downstream of the first air branch control fitting in the region of the gas turbine inlet and the secondary gas turbine compressor is preferably provided with a closable exhaust for discharging air into the atmosphere. The closable exhaust is provided with at least two closures at the outlet. Of which at least one, the first cap is located on the air duct that extends from the secondary compressor upstream of the combustion chamber, and at least one, the second cap is on the closable exhaust.
Navržené zařízení nevyžaduje přitápění zemním plynem a také odpadá nutnost využívat speciální jednotky pro dosažení vysoké teploty před plynovou turbínou, jako jsou např. vysokoteplotní a vysokotlaké kompresory či vysokoteplotní rekuperátory. Může být instalováno kdekoliv, nezávisle na lokalitách nepropustných prostor a oblastech mořského pobřeží s dostupnou vysokou hloubkou. Umožňuje využití i zejména pro akumulační jednotky menších výkonů, například 10 až 20 MW. Navržené zařízení má značnou výhodu v provozní flexibilitě, jsou možné různé provozní režimy. Jsou možné v podstatě čtyři pracovní varianty provozu zařízení. Zařízení se nemusí využívat jen omezeně pro akumulaci médií a pro výrobu elektřiny využívající akumulovaných médií, ale lze je využít i jako klasickou kogenerační jednotku s celoročním provozem. Další výhodou je možnost rozložit pořizovací náklady. Nejdříve lze uvést do provozu část zařízení s plynovou turbínou a horkovodním zařízením pro dodávku tepla, a provozovat kogenerační jednotku pro dodávku elektřiny a tepla, a dodatečně pak přistavět i zbývající část zařízení pro využívání akumulace médií a začít vyrábět elektřinu s akumulací médií. Další výhodou je i možnost vybudovat navržené zařízení podle vynálezu z již provozované kogenerační jednotky s plynovou turbínou, pokud lze u ní provést potřebné úpravy, a přejít z klasického provozu kogenerační jednotky na výrobu elektřiny s využíváním akumulace médií.The proposed equipment does not require natural gas heating, and there is no need to use special units to achieve a high temperature upstream of the gas turbine, such as high-temperature and high-pressure compressors or high-temperature recuperators. It can be installed anywhere, independently of impermeable sites and seacoast areas with available high depth. It can also be used especially for storage units of smaller capacities, for example 10 to 20 MW. The proposed device has a considerable advantage in operational flexibility, various operating modes are possible. Essentially, four operating variants of the plant are possible. The equipment does not have to be used only for the accumulation of media and for the production of electricity using accumulated media, but can also be used as a conventional cogeneration unit with year-round operation. Another advantage is the possibility to spread the acquisition costs. First, part of the gas turbine and hot water heat supply equipment can be put into operation, and a cogeneration unit for electricity and heat supply can be operated, and additionally the remaining part of the media storage equipment can be added and electricity generation is accumulated. Another advantage is the possibility to build the proposed device according to the invention from an already operated gas turbine cogeneration unit, if necessary, and to switch from the conventional operation of a cogeneration unit for generating electricity using media accumulation.
-5 CZ 307836 B6-5 CZ 307836 B6
Objasnění výkresůClarification of drawings
Vynález je objasněn pomocí výkresů, kde znázorňují obr. 1 celkové schéma zařízení v příkladném provedení se sekundárními teplosměnnými plochami ve vzduchovém ohříváku, zařazeném na spalinovém potrubí před horkovodním kotlem, obr. 3 detail další sekundární teplosměnné plochy, uložené v horkovodním kotli paralelně vůči primárním teplosměnným plochám, a obr. 4 detail zapojení prvků plynové turbíny v případě, že sekundární kompresor plynové turbíny je opatřen uzavíratelným výfukem.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows a schematic diagram of an exemplary embodiment with secondary heat transfer surfaces in an air heater arranged on a flue gas duct in front of a hot water boiler; FIG. and FIG. 4 shows a detail of the engagement of the gas turbine elements in case the secondary gas turbine compressor is provided with a closable exhaust.
Příklady uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Názorným příkladem provedení vynálezu je energetická centrála pro výrobu elektřiny s využitím akumulace médií podle obrázků obr. 1 až obr. 3.An illustrative example of an embodiment of the invention is an energy central for generating electricity using the media accumulation of Figures 1 to 3.
Hlavními prvky tohoto příkladného zařízení pro výrobu elektřiny s využitím akumulace médií jsou plynová turbína 1, horkovodní zařízení 2 pro ohřev vody, primární kompresor 3, dva vodní chladiče 4, vzduchový akumulátor 5 a horkovodní akumulátor 6.The main elements of this exemplary power storage device are gas turbine 1, hot water device 2 for heating water, a primary compressor 3, two water coolers 4, an air accumulator 5 and a hot water accumulator 6.
Primární kompresor 3 je dvoutělesový a je vybaven elektromotorem 7, připojeným elektricky na distribuční síť elektrického proudu. Dále je primární kompresor 3 vybaven dvěma vodními chladiči 4, z čehož je jeden připojen na vzduchovém potrubí 8 primárního kompresoru 3 a jeden na vzduchovém potrubí 8 za výstupem z primárního kompresoru 3. Oba tyto vodní chladiče 4 jsou současně zapojeny na vodním potrubí 9 s oběhovým čerpadlem 10. Za primárním kompresorem 3 jsou pak dále na vzduchovém potrubí 8 připojeny nejprve vzduchový akumulátor 5 a následně za ním plynová turbína L Vzduchový akumulátor 5 může být například v podobě kulového plynojemu.The primary compressor 3 is a two-body compressor and is equipped with an electric motor 7 connected electrically to the power distribution network. Furthermore, the primary compressor 3 is equipped with two water coolers 4, one of which is connected to the air duct 8 of the primary compressor 3 and one to the air duct 8 downstream of the primary compressor 3. Both of these water coolers 4 are simultaneously connected to the water duct 9 After the primary compressor 3, the air accumulator 5 is then connected to the air duct 8 and then the gas turbine L is connected to it.
Plynová turbína 1 zahrnuje expanzní část 11, elektrický generátor 12, spalovací komoru 13 se spalinovým odvodem do spalinového potrubí 14 a vlastní, sekundární kompresor 15. Na spalinovém potrubí 14 je za plynovou turbínou 1 připojeno horkovodní zařízení 2 pro ohřev vody.The gas turbine 1 comprises an expansion part 11, an electric generator 12, a combustion chamber 13 with a flue gas outlet to the flue gas pipe 14 and a secondary compressor 15 itself. On the flue gas pipe 14 is connected to the gas turbine 1.
Horkovodní zařízení 2 zahrnuje horkovodní kotel 16 a výměníkovou stanici 17. Uvnitř horkovodního kotle 16 se nachází primární teplosměnné plochy 18, uspořádané z vodních trubic a připojené k výměníkové stanici 17 pomocí vstupní a výstupní vodní větve 19, 20. Z výměníkové stanice 17 je vyústěn horkovodní odvod 21 pro teplou vodu k jejímu dalšímu využití.The hot-water installation 2 comprises a hot-water boiler 16 and a heat exchanger station 17. Inside the hot-water boiler 16 there is a primary heat exchange surface 18 arranged from water tubes and connected to the exchanger station 17 via inlet and outlet water branches 19, 20. outlet 21 for hot water for further use.
Mezi plynovou turbínou 1 a výměníkovou stanicí 17 se v prostoru pro průchod spalin nachází sekundární teplosměnná plocha 22, uspořádaná ze vzduchových trubic, které jsou připojeny prostřednictvím vstupní a výstupní vzduchové větve 23, 24 v uvedeném pořadí ke vzduchovému potrubí 8. Toto připojení je realizováno v úseku vzduchového potrubí 8 mezi vzduchovým akumulátorem 5 a plynovou turbínou 1, přičemž jako vstupní vzduchová větev 23 se zde rozumí potrubní větev připojená na vstup do sekundární teplosměnné plochy 22 a jako výstupní vzduchová větev 24 se zde rozumí potrubní větev připojená na výstup ze sekundární teplosměnné plochy 22. Jak je znázorněno na obrázku obr. 1, na spalinovém potrubí 14 před horkovodním kotlem 16 je zařazen vzduchový ohřívák 25 a jedna nebo více sekundárních teplosměnných ploch 22 mohou být umístěny v tomto vzduchovém ohříváku 25. Přídavně může být jedna nebo více sekundárních teplosměnných ploch 22 umístěna v horkovodním kotli 16. Vstupní vzduchová větev 23 je opatřena regulační armaturou 26 pro uzavření nebo otevření průchodu vzduchu a regulaci množství vzduchu, odváděného ze vzduchového potrubí 8 k ohřevu do obsažených sekundárních teplosměnných ploch 22.Between the gas turbine 1 and the heat exchanger station 17, there is a secondary heat transfer surface 22 arranged in the flue gas passage space, arranged of air tubes which are connected via air inlet and outlet branches 23, 24, respectively, to air duct 8. This connection is the air duct section 8 between the air accumulator 5 and the gas turbine 1, wherein inlet air duct 23 is here a duct connected to the inlet to the secondary heat exchange surface 22 and as air outlet duct 24 is ducted connected to the outlet from the secondary heat exchange surface As shown in Figure 1, an air heater 25 is provided on the flue gas line 14 in front of the hot water boiler 16 and one or more secondary heat transfer surfaces 22 may be located in the air heater 25. Additionally, there may be one or more The inlet air branch 23 is provided with a control fitting 26 to close or open the air passage and to control the amount of air discharged from the air duct 8 to be heated to the secondary heat exchange surfaces 22 contained therein.
-6CZ 307836 B6-6GB 307836 B6
Obr. 2 ukazuje, že další sekundární teplosměnné plochy 22 mohou být v horkovodním kotli 16 uloženy paralelně vůči primárním teplosměnným plochám 18, to je uvažováno ve směru průchodu spalin vedle primárních teplosměnných ploch 18. Při provedení podle obr. 2 spaliny proudí v horkovodním kotli 16 nejdříve přes paralelně uspořádané sekundární teplosměnné plochy 22 spolu s alespoň nějakou částí primární teplosměnné plochy 18, a dále pak přes zbývající části primární teplosměnné plochy 18. Vstupní vzduchová větev 23 je opatřena regulační armaturou 26 pro uzavření nebo otevření průchodu vzduchu a regulaci množství vzduchu, odváděného ze vzduchového potrubí 8 k ohřevu do obsažených sekundárních teplosměnných ploch 22. Regulační armatura 26 pro sekundární teplosměnné plochy 22 umístěné v horkovodním kotli 16 je zařazena na vzduchovém potrubí 8 před, nebo za regulační armaturou 26 pro sekundární teplosměnné plochy vzduchového ohříváku 25. Výhodou tohoto provedení vůči provedení podle obr. 1 je, že lze dosáhnout vyšší teplotu vody na výstupu horkovodního zařízení 2.Giant. 2 shows that the other secondary heat transfer surfaces 22 can be arranged in the hot water boiler 16 parallel to the primary heat transfer surfaces 18, this being considered in the flue gas flow direction alongside the primary heat transfer surfaces 18. In the embodiment of FIG. the secondary heat transfer surface 22 arranged in parallel with at least some of the primary heat transfer surface 18, and over the remaining portions of the primary heat transfer surface 18. The inlet air branch 23 is provided with a control fitting 26 to close or open the air passage and regulate the amount of air removed from the air The control fitting 26 for the secondary heat transfer surfaces 22 housed in the hot water boiler 16 is arranged on the air duct 8 before or after the control fitting 26 for the secondary heat exchanger surfaces. The advantage of this embodiment over the embodiment of FIG. 1 is that a higher water temperature at the outlet of the hot water device 2 can be achieved.
Obr. 1 dále ukazuje, že horkovodní akumulátor 6 je zapojen na vodním potrubí 9 za vodními chladiči 4 primárního kompresoru 3. Horkovodní akumulátor 6 je zapojen přímo na výměníkovou stanici 17, nebo je mezi ním a výměníkovou stanicí 17 zařazen ještě nějaký další vhodný prvek nebo prvky. V obou případech, vodní potrubí 9, vyústěné z tohoto horkovodního akumulátoru 6, má svůj konec připojen na vstup do výměníkové stanice 17 horkovodního zařízení 2. Horkovodní akumulátor 6 může mít alternativní vstup na běžný vodní zdroj neznázoměný na obrázcích, jako například vodní nádrž.Giant. 1 further shows that the hot-water accumulator 6 is connected to the water pipe 9 downstream of the water coolers 4 of the primary compressor 3. The hot-water accumulator 6 is connected directly to the heat exchanger station 17, or some other suitable element or elements are included. In both cases, the water pipe 9 terminating from this hot water accumulator 6 has its end connected to the inlet to the heat exchanger station 17 of the hot water device 2. The hot water accumulator 6 may have an alternative inlet to a conventional water source not shown in the figures, such as a water tank.
Další zdokonalení zařízení je znázorněno na obr. 3. Tento obrázek ukazuje detail zapojení, při němž je sekundární kompresor 15 plynové turbíny 1_ opatřen uzavírátelným výfukem 27 pro vypouštění vzduchu do ovzduší. V tomto případě je sekundární kompresor 15 na výstupu opatřen alespoň dvěma uzávěry 28, 29, z toho alespoň jedním, prvním uzávěrem 28, na vzduchovém potrubí 8, které z něj vede před spalovací komoru 13, a alespoň jedním, druhým uzávěrem 29, na uzavíratelném výfuku 27. Vzduchové potrubí 8 je opatřeno v oblasti vstupu do spalovací komory 13 plynové turbíny 1 připojovací armaturou 30. Při poloze připojovací armatury 30 „otevřená“ je první uzávěr 28 v poloze „uzavřen“ a druhý uzávěr 29 „otevřen“ a při poloze připojovací armatury 30 „uzavřená“ je první uzávěr 28 v poloze „otevřen“ a druhý uzávěr 29 „uzavřen“.A further refinement of the device is shown in Fig. 3. This figure shows a wiring detail in which the secondary compressor 15 of the gas turbine 7 is provided with a closable exhaust 27 for discharging air into the atmosphere. In this case, the secondary compressor 15 at the outlet is provided with at least two closures 28, 29, of which at least one first seal 28, on the air duct 8 leading therefrom in front of the combustion chamber 13, and at least one second seal 29, on the closable The air duct 8 is provided with a connecting fitting 30 in the region of the inlet to the combustion chamber 13 of the gas turbine 1. With the connecting fitting 30 open, the first shutter 28 is in the "closed" position and the second shutter 29 is open and in the connecting position. the fitting 30 "closed" is the first cap 28 in the "open" position and the second cap 29 "closed".
Zařízení je rovněž vybaveno nutnými uzavíracími, regulačními a jinými prvky, jako jsou na obrázcích neznázoměná čidla, řídicí jednotka apod. Mezi nutné uzavírací prvky patří rovněž připojovací armatura 30 na vzduchovém potrubí 8 v oblasti vstupu do plynové turbíny 1 a uzavírací armatura 31 na vodním potrubí 9 v oblasti vstupu pro vodu do horkovodního zařízení 2. Spalovací komora je opatřena palivovým přívodem 32 pro zemní plyn. Plynová turbína 1_ je se sekundárním kompresorem 15 spojena mechanicky spojkou 33.The device is also equipped with the necessary shut-off, regulating and other elements, such as sensors (not shown), control unit etc. The necessary shut-off elements also include a connection fitting 30 on the air duct 8 at the gas turbine inlet 1 and a shut-off fitting 31 on the water duct. 9 in the region of the water inlet of the hot water installation 2. The combustion chamber is provided with a fuel supply 32 for natural gas. The gas turbine 7 is mechanically connected to the secondary compressor 15 by a clutch 33.
Směr pohybu médií je na obrázcích obr. 1 až obr. 3 naznačen šipkami.The direction of movement of the media is indicated by arrows in FIGS. 1 to 3.
Tuto energetickou centrálu, tedy zařízení podle vynálezu, lze variabilně provozovat ve čtyřech pracovních variantách.This power station, the device according to the invention, can be operated in four operating variants.
První pracovní varianta je, že se elektřina bude vyrábět klasicky, bez akumulace médií, tedy vzduchu a ohřáté vody, a také bez výroby elektřiny prostřednictvím akumulovaných médií. V provozu pak bude pouze plynová turbína 1, horkovodní zařízení 2 a sekundární kompresor 15 a energetická centrála bude pracovat jako klasická kogenerační jednotka. Připojovací armatura 30 a vstupní armatura 31 budou uzavřeny. Vzduchový akumulátor 5 může být prázdný, nebo naplněný tlakovým vzduchem. Horkovodní akumulátor 6 bude odstaven. V tom případě výroba elektřiny probíhá následovně. Do spalovací komory 13 se palivovým přívodem 32 přivádí zemní plyn a jeho spálením vzniklé spaliny pohání expanzní část 11 plynové turbíny T Ta pohání jednak připojený elektrický generátor 12 a jednak sekundární kompresor 15 dodávající vzduch do spalovací komory 13. Spalováním zemního plynu získaná mechanická energie na expanzní části 11 plynové turbíny 1 se z větší části, například 55%, spotřebuje pro pohon sekundárníhoThe first working variant is that electricity will be produced in a classic way, without the accumulation of media, ie air and hot water, and also without the production of electricity through accumulated media. Only the gas turbine 1, the hot water system 2 and the secondary compressor 15 and the power plant will operate as a conventional cogeneration unit. The connection fitting 30 and the inlet fitting 31 will be closed. The air accumulator 5 may be empty or filled with compressed air. The hot water accumulator 6 will be shut down. In this case, electricity production is as follows. Natural gas is supplied to the combustion chamber 13 through the fuel supply 32 and the combustion gas generated by the combustion of the flue gas drives the expansion part 11 of the gas turbine T. It drives both the connected electric generator 12 and the secondary compressor 15 supplying air to the combustion chamber 13. The portion 11 of the gas turbine 1 is largely consumed, for example 55%, to drive the secondary
-7 CZ 307836 B6 kompresoru 15 a zbývající část mechanické energie, například 45%, se využije k výrobě elektřiny na elektrickém generátoru 12. Spaliny z výstupu expanzní části 11 plynové turbíny 1 se spalinovým potrubím 14 vedou do horkovodního zařízení 2, v němž přes sekundární teplosměnnou plochu 22 proudí do horkovodního kotle 16. Při popisovaném provozu je připojovací armatura 30 uzavřená. Přes sekundární teplosměnnou plochu 22 neproudí žádný vzduch. Sekundární teplosměnná plocha 22 není chlazená a musí být proto provedena z oceli, použitelné pro teplotu spalin vystupujících z expanzní části 11 plynové turbíny 1, například 550 °C. Horká voda, vyrobená v horkovodním zařízení 2, zajišťuje ve výměníkové stanici 17 požadované odvádění tepla přes horkovodní odvod 21.And the remainder of the mechanical energy, for example 45%, is used to generate electricity at the electric generator 12. The flue gas from the outlet of the expansion part 11 of the gas turbine 1 with the flue gas pipe 14 is fed to a hot water installation 2 where the heat transfer surface 22 flows into the hot water boiler 16. In the described operation, the connection fitting 30 is closed. No air flows through the secondary heat transfer surface 22. The secondary heat transfer surface 22 is not cooled and must therefore be made of steel usable for the temperature of the flue gas exiting from the expansion part 11 of the gas turbine 1, for example 550 ° C. The hot water produced in the hot water system 2 provides the required heat dissipation at the heat exchanger station 17 via the hot water outlet 21.
Druhá pracovní varianta je následující. Představuje provozování energetické centrály jen pro akumulaci médií, prováděnou pouze v časovém úseku přebytečné elektřiny v distribuční síti. Plynová turbína 1_ a horkovodní zařízení 2 jsou odstaveny, je uzavřen palivový přívod 32 zemního plynu i vstupní armatura 31 a připojovací armatura 30. Zařízení odebírá z distribuční sítě v období přebytku elektřinu, kterou využívá k akumulaci médií. Odebíranou elektřinou se pohání primární kompresor 3, který přes vzduchové potrubí 8 dodává vzduch do vzduchového akumulátoru 5. Při provozu primárního kompresoru 3 vznikající kompresní teplo se ve vodních chladičích 4 odvádí do chladicí vody. Tuto chladicí vodu nasává oběhové čerpadlo 10 ze spodní části horkovodního akumulátoru 6 do vodních chladičů 4 a vodním potrubím 9 pak horkou vodu, po ohřátí teplem předaným od vzduchu ve vodních chladičích 4, vrací zpět do horní části horkovodního akumulátoru 6. Po naplnění vzduchového akumulátoru 5 ochlazeným vzduchem se primární kompresor 3 odstaví. Horkovodní akumulátor 6 je naplněn horkou vodou a oběhové čerpadlo 10 se odstaví. V části zařízení pro akumulaci je akumulace médií ukončena, většina energie se akumulovala ve formě tlakové energie ve vzduchu uvnitř vzduchového akumulátoru 5 a menší část energie se akumulovala ve formě tepla v horké vodě uvnitř horkovodního akumulátoru 6.The second working variant is as follows. It represents the operation of an energy center only for the accumulation of media, carried out only in the period of excess electricity in the distribution network. The gas turbine 7 and the hot water device 2 are shut down, the natural gas fuel supply 32 and the inlet fitting 31 and the connection fitting 30 are closed. The device draws electricity from the distribution network during the surplus period, which it uses to accumulate media. The primary compressor 3, which supplies air to the air accumulator 5 via the air duct 8, is driven by the electricity drawn off. During operation of the primary compressor 3, the heat generated by the compressor is discharged into the cooling water in the water coolers. This cooling water is sucked by the circulation pump 10 from the bottom of the hot water accumulator 6 into the water coolers 4 and then through the water pipe 9 the hot water is returned to the upper part of the hot water accumulator 6 after heating. With cooled air, the primary compressor 3 is shut down. The hot water accumulator 6 is filled with hot water and the circulation pump 10 is shut down. In a part of the storage device, the accumulation of media is complete, most of the energy was stored in the form of compressed energy in the air inside the air accumulator 5 and a smaller part of the energy was stored in the form of heat in hot water inside the hot water accumulator 6.
Třetí pracovní varianta je následující. Představuje provozování energetické centrály v době přebytku elektřiny v distribuční síti. Jedná se o současný provoz plynové turbíny 1, horkovodního zařízení 2 a primárního kompresoru 3 s odběrem elektřiny z distribuční sítě. Odběr vzduchu ze vzduchového akumulátoru 5 je odstaven, připojovací armatura 30 je uzavřená. Je rovněž odstaven odběr horké vody z horkovodního akumulátoru 6, vstupní armatura 31 je uzavřená. Při této pracovní variantě se současně provádí akumulace médií v horkovodním akumulátoru 6 a vzduchovém akumulátoru 5 a provozuje se plynová turbína 1 i horkovodní zařízení 2, což umožňuje přes horkovodní odvod 21 dodávat projektovaný tepelný výkon a z elektrického generátoru 12 dodávat projektovaný elektrický výkon.The third working variant is as follows. It represents the operation of the energy center at a time of electricity surplus in the distribution network. This is the simultaneous operation of a gas turbine 1, a hot water system 2 and a primary compressor 3 with electricity from the distribution network. The air extraction from the air accumulator 5 is shut down, the connection fitting 30 is closed. Hot water tapping from the hot water accumulator 6 is also shut off, the inlet fitting 31 is closed. In this operating variant, the accumulation of media in the hot water accumulator 6 and the air accumulator 5 is simultaneously carried out, and both the gas turbine 1 and the hot water device 2 are operated, which allows the projected heat output to be supplied via the hot water outlet 21.
Čtvrtá pracovní varianta je následující. Představuje provozování energetické centrály pro výrobu elektřiny s využitím akumulovaných médií. Primární kompresor 3 je vypnutý a zařízení neodebírá z distribuční sítě žádný proud. V provozuje plynová turbína 1 i horkovodní zařízení 2 a jsou využívána média nahromaděná ve vzduchovém akumulátoru 5 i horkovodním akumulátoru 6. Připojovací armatura 30 i vstupní armatura 31 jsou otevřeny. Při otevřené připojovací armatuře 30 se odebírá ze vzduchového akumulátoru 5 vzduchovým potrubím 8 vzduch pro spalování zemního plynu v plynové turbíně 1, přičemž sekundární kompresor 15 je rozpojením spojky 33 odstavený a první uzávěr 28 je uzavřený. Parametry vzduchu odebíraného ze vzduchového akumulátoru 5, to znamená tlak, teplota a množství, musí být na vstupu do spalovací komory 13 stejné, jako při odběru vzduchu ze sekundárního kompresoru 15 v první pracovní variantě. Za těchto podmínek bude množství spalovaného zemního plynu, mechanický výkon expanzní části 11 plynové turbíny 1 a také množství i parametry spalin ve spalinovém potrubí 14 stejné, jako při provozu plynové turbíny 1 v první pracovní variantě. Protože v tomto případě je sekundární kompresor 15 odpojen od expanzní části 11 plynové turbíny 1, využije se její celý mechanický výkon pro výrobu elektřiny. Ve srovnání s první pracovní variantou, při níž se v příkladném provedení využilo například 45 % mechanického výkonu expanzní části 11 plynové turbíny 1, se v tomto čtvrtém provozním režimu k výrobě elektřiny využije celých 100 % mechanického výkonu expanzní části 11 plynové turbíny 1. Výroba elektřiny se tedy více než zdvojnásobí. PřiThe fourth working variant is as follows. It represents the operation of an energy central for the production of electricity using accumulated media. The primary compressor 3 is switched off and the device does not draw any current from the distribution network. V operates the gas turbine 1 and the hot water device 2, and the media accumulated in the air accumulator 5 and the hot water accumulator 6 are used. The connection fitting 30 and the inlet fitting 31 are open. When the connection fitting 30 is open, air for natural gas combustion in the gas turbine 1 is taken from the air accumulator 5 via the air duct 8, the secondary compressor 15 being shut off by disengaging the clutch 33 and the first cap 28 closed. The parameters of the air taken from the air accumulator 5, i.e. the pressure, the temperature and the quantity, at the inlet to the combustion chamber 13 must be the same as the air extraction from the secondary compressor 15 in the first operating variant. Under these conditions, the amount of natural gas to be burned, the mechanical power of the expansion part 11 of the gas turbine 1 and the amount and parameters of the flue gas in the flue gas line 14 will be the same as in the operation of the gas turbine 1. Since in this case the secondary compressor 15 is disconnected from the expansion part 11 of the gas turbine 1, its entire mechanical power is used to generate electricity. Compared to the first working variant, in which, for example, 45% of the mechanical power of the expansion part 11 of the gas turbine 1 was utilized, in this fourth mode of operation, 100% of the mechanical power of the expansion part 11 of the gas turbine 1 is used. thus more than doubles. At
-8CZ 307836 B6 odběru vzduchu ze vzduchového akumulátoru 5 se požadované množství vzduchu a jeho tlak na vstupu do spalovací komory 13 může zajistit pomocí vhodného seřízení velikosti otevření připojovací armatury 30 a regulační armatury 26. Vzduch přiváděný do plynové turbíny _l_ se rozděluje ve dva vzduchové proudy, z nichž jeden se ohřívá a pak se přimísí ke druhému. Požadovaná teplota vzduchu se zajistí ohřevem prvního proudu vzduchu, proudícího přes sekundární teplosměnnou plochu 22, spalinami přiváděnými z plynové turbíny L Ohřev vzduchu se zajišťuje tím, že se v potřebném množství odebírá pomocí regulační armatury 26 jeden vzduchový proud ze vzduchového potrubí 8, v úseku vzduchového potrubí 8 mezi výstupem ze vzduchového akumulátoru 5 a vstupem do plynové turbíny 1, zatímco zbylý vzduchový proud proudí vzduchovým potrubím 8 dále směrem k plynové turbíně L Toto potřebné množství vzduchu, první vzduchový proud, se přivádí vstupní vzduchovou větví 23 do sekundární teplosměnné plochy 22. Zde se vzduch ohřeje teplem od horkých spalin, přiváděných spalinovým potrubím 14 z plynové turbíny 1, a ohřátý vzduch se pak výstupní vzduchovou větví 24 přivede zpět ke druhému vzduchovému proudu do vzduchového potrubí 8, do jeho následujícího úseku ještě vstupem do plynové turbíny T Množství vzduchu, odebíraného regulační armaturou 26, se nastaví tak, aby teplota vzduchu mezi zaústěním výstupní vzduchové větve 24 do vzduchového potrubí 8 a vstupem do spalovací komory 13 plynové turbíny 1 dosáhla hodnoty předepsané pro vstup do plynové turbíny T Ohřevem vzduchu v sekundární teplosměnné ploše 22 se spaliny ve spalinovém potrubí 14 ochladí. V případě, že je uzavřena vstupní armatura 31, tak v horkovodním zařízení 2 je v oblasti primární teplosměnné plochy 18 teplota spalin nižší než při provozu v první pracovní variantě. Tím se sníží i tepelný výkon, dodávaný v horkovodním zařízení 2 do výměníkové stanice 17. Aby se tímto nesnížila i velikost odváděného tepla horkovodním odvodem 21 z výměníkové stanice 17, chybějící teplo se do výměníkové stanice 17 dodá z horkovodního akumulátoru 6 ve formě horké vody. To se zajistí tak, že vstupní armaturou 31 se nastaví takový průtok vody ve vodním potrubí 9 do horkovodního zařízení 2, aby množství odváděného tepla z výměníkové stanice 17 přes horkovodní odvod 21 bylo stejné, jako při provozu energetické centrály podle první pracovní varianty. Výroba elektřiny se ukončí při poklesu tlaku ve vzduchovém akumulátoru 5 na hodnotu tlaku vzduchu ve spalovací komoře 13 při první pracovní variantě.The air volume from the air accumulator 5 and the pressure at the inlet to the combustion chamber 13 can be ensured by appropriately adjusting the opening size of the connection fitting 30 and the control fitting 26. The air supplied to the gas turbine 11 is divided into two air streams. one of which is heated and then admixed with the other. The required air temperature is ensured by heating the first air stream flowing through the secondary heat exchange surface 22 through the flue gas supplied from the gas turbine L. The air heating is ensured by drawing one air stream from the air duct 8 in the air section 8 duct 8 between the outlet of the air accumulator 5 and the inlet of the gas turbine 1, while the remaining air stream flows through the air duct 8 further towards the gas turbine 1. This required amount of air, the first air flow, is fed through the air inlet 23 to the secondary heat transfer surface 22. Here the air is heated by the heat from the hot flue gas supplied by the flue gas pipe 14 from the gas turbine 1, and the heated air is then returned via the outlet air branch 24 to the second air stream into the air pipe 8, into its next section by entering gas turbine T The amount of air drawn by the control valve 26 is adjusted so that the air temperature between the outlet of the outlet air branch 24 into the air duct 8 and the inlet to the combustion chamber 13 of the gas turbine 1 reaches the prescribed for gas turbine inlet T the heat exchange surface 22 cools the flue gas in the flue gas line 14. When the inlet fitting 31 is closed, the temperature of the flue gas in the area of the primary heat exchange surface 18 in the hot-water system 2 is lower than in the first operating variant. This also reduces the heat output supplied to the heat exchanger station 17 in the hot-water installation 2. In order not to reduce the heat dissipation rate by the hot water outlet 21 from the heat exchanger station 17, the missing heat is supplied to the exchanger station 17 in the form of hot water. This is ensured by adjusting the inlet fitting 31 so that the water flow in the water pipe 9 to the hot water installation 2 is adjusted so that the heat dissipated from the exchanger station 17 via the hot water outlet 21 is the same as in the operation of the power plant. Electricity production is terminated when the pressure in the air accumulator 5 drops to the value of the air pressure in the combustion chamber 13 in the first operating variant.
Přechod mezi pracovními variantami se provede uzavřením nebo otevřením obsažených regulačních a uzavíracích prvků a připojením nebo odpojením sekundárního kompresoru 15 k expanzní části 11 plynové turbíny _l_ spojkou 33. V případě regulačních a uzavíracích prvků jde zejména o připojovací armaturu 30, vstupní armaturu 31 a první uzávěr 28. Dočasně se může rovněž odstavit plynová turbína 1 s horkovodním zařízením 2.The transition between the operating variants is effected by closing or opening the contained control and shut-off elements and connecting or disconnecting the secondary compressor 15 to the gas turbine expansion part 11 by the clutch 33. In particular, the control and shut-off elements are connection fittings 30, inlet fittings 31 and first shutters 28. A gas turbine 1 with a hot water device 2 may also be temporarily shut down.
Při optimálním provozu energetické centrály dochází ke střídavému provozování třetí a čtvrté pracovní varianty a dočasně i provozování druhé pracovní varianty, podle toho, kolik je v distribuční síti právě elektřiny, a jak je naplněn vzduchový akumulátor 5. V době energetické špičky se vyrábí a do distribuční sítě dodává elektřina, v době přebytku elektřiny v distribuční síti se provozuje primární kompresor 3 a akumulují média do zásoby pro dobu energetické špičky. Tím je dosaženo maximálního výkonu energetické centrály a nejlepších ekonomických výsledků. První pracovní režim umožňuje zajistit celoroční provoz energetické centrály i v době, kdy se nepožaduje akumulace médií, ani dodávka elektřiny vyrobené pomocí akumulovaných médií do sítě. Využije se i v případě nutnosti oprav nebo údržby na ostatních zařízeních.Optimum operation of the power plant results in alternating operation of the third and fourth working variants, and temporarily also in the second working variant, depending on how much electricity is in the distribution network and how the air accumulator 5 is filled. In the case of excess electricity in the distribution network, the primary compressor 3 is operated and accumulates the media into the supply for peak energy periods. This achieves maximum power center performance and best economic results. The first operating mode makes it possible to ensure year-round operation of the energy center, even when there is no demand for media accumulation or for the supply of electricity generated by accumulated media to the grid. It is also used when repairs or maintenance on other equipment is needed.
V příkladném provedení podle obr. 3 je při provozu plynové turbíny 1 se vzduchem, přiváděným vzduchovým potrubím 8 ze vzduchového akumulátoru 5, v provozu sekundární kompresor 15 v provozu spolu s expanzní částí 11 plynové turbíny 1, ale sekundární kompresor 15 se udržuje v chodu naprázdno. Při tomto chodu naprázdno je uzavřen první uzávěr 28 a otevřen druhý uzávěr 29 a veškerý vzduch ze sekundárního kompresoru 15 se odfukuje přes výfuk 27 do ovzduší. Do plynové turbíny 1, do její spalovací komory 13, se tak přivádí pouze vzduch ze vzduchového akumulátoru 5. Pro pohon sekundárního kompresoru 15 při jeho chodu naprázdno se spotřebuje určitá část mechanické energie z množství, vyrobeného pomocí expanzní části 11 plynové turbíny 1, takže ve srovnání s příkladným provedením podle obr. 1 se dosáhne menšího množstvíIn the exemplary embodiment of FIG. 3, in operation of the gas turbine 1 with air supplied by air duct 8 from the air accumulator 5, the secondary compressor 15 is in operation with the expansion part 11 of the gas turbine 1, but the secondary compressor 15 is idle . In this idle operation, the first shutter 28 is closed and the second shutter 29 is opened and all air from the secondary compressor 15 is blown through the exhaust 27 into the atmosphere. Thus, only the air from the air accumulator 5 is supplied to the gas turbine 1, to its combustion chamber 13. To drive the secondary compressor 15 at idle, some of the mechanical energy is consumed from the amount produced by the expansion part 11 of the gas turbine 1. a smaller amount is achieved compared to the embodiment of FIG
-9CZ 307836 B6 vyrobené elektřiny. Tento rozdíl je však velmi malý, v celkovém množství zanedbatelný. Značnou výhodou tohoto provedení je, že není potřebná spojka 33 nutná u alternativního provedení podle obr. 1.-9GB 307836 B6 electricity produced. However, this difference is very small, negligible in total. A considerable advantage of this embodiment is that a clutch 33 is not required in the alternative embodiment of FIG. 1.
PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018-26A CZ201826A3 (en) | 2018-01-17 | 2018-01-17 | Equipment for generating electricity using media accumulation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018-26A CZ201826A3 (en) | 2018-01-17 | 2018-01-17 | Equipment for generating electricity using media accumulation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ307836B6 true CZ307836B6 (en) | 2019-06-12 |
| CZ201826A3 CZ201826A3 (en) | 2019-06-12 |
Family
ID=66700727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2018-26A CZ201826A3 (en) | 2018-01-17 | 2018-01-17 | Equipment for generating electricity using media accumulation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ201826A3 (en) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19523062A1 (en) * | 1995-06-24 | 1997-01-02 | Standard Kessel Ges Lentjes Fa | Combined-cycle power plant |
| CZ20022061A3 (en) * | 2000-10-18 | 2003-04-16 | General Electric Company | Gas turbine with compound circulation for increasing output |
| US20090100835A1 (en) * | 2007-01-25 | 2009-04-23 | Michael Nakhamkin | CAES system with synchronous reserve power requirements |
| EP2447501A2 (en) * | 2010-10-29 | 2012-05-02 | Nuovo Pignone S.p.A. | Systems and methods for pre-heating compressed air in advanced adiabatic compressed air energy storage systems |
| US20140137563A1 (en) * | 2012-11-20 | 2014-05-22 | Dresser-Rand Company | Dual reheat topping cycle for improved energy efficiency for compressed air energy storage plants with high air storage pressure |
| CN203867644U (en) * | 2014-04-24 | 2014-10-08 | 中国大唐集团新能源股份有限公司 | Compressed air energy storage system |
| WO2014195075A1 (en) * | 2013-06-05 | 2014-12-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Accumulator system coupled to gas turbines for intake fluid preheating |
| EP3128151A1 (en) * | 2014-05-15 | 2017-02-08 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Gas turbine cycle equipment, equipment for recovering co2 from exhaust gas, and method for recovering exhaust heat from combustion exhaust gas |
-
2018
- 2018-01-17 CZ CZ2018-26A patent/CZ201826A3/en unknown
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19523062A1 (en) * | 1995-06-24 | 1997-01-02 | Standard Kessel Ges Lentjes Fa | Combined-cycle power plant |
| CZ20022061A3 (en) * | 2000-10-18 | 2003-04-16 | General Electric Company | Gas turbine with compound circulation for increasing output |
| US20090100835A1 (en) * | 2007-01-25 | 2009-04-23 | Michael Nakhamkin | CAES system with synchronous reserve power requirements |
| EP2447501A2 (en) * | 2010-10-29 | 2012-05-02 | Nuovo Pignone S.p.A. | Systems and methods for pre-heating compressed air in advanced adiabatic compressed air energy storage systems |
| US20140137563A1 (en) * | 2012-11-20 | 2014-05-22 | Dresser-Rand Company | Dual reheat topping cycle for improved energy efficiency for compressed air energy storage plants with high air storage pressure |
| WO2014195075A1 (en) * | 2013-06-05 | 2014-12-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Accumulator system coupled to gas turbines for intake fluid preheating |
| CN203867644U (en) * | 2014-04-24 | 2014-10-08 | 中国大唐集团新能源股份有限公司 | Compressed air energy storage system |
| EP3128151A1 (en) * | 2014-05-15 | 2017-02-08 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Gas turbine cycle equipment, equipment for recovering co2 from exhaust gas, and method for recovering exhaust heat from combustion exhaust gas |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| (Akumulace elektřiny u decentrálních energetických zdrojů; Ladislav Vilímec, Jaroslav Konvička; http://www.decentralnienergetika.cz/clanek/akumulace-elektriny-u-decentralnich-energetickych-zdroju/) 17.10.2017 * |
| (The potential strategic, operating and environmental benefits of TVA's compressed air energy storage (CAES) program; Dale T. Bradshaw, James E. Brewer; Proceedings of the American Power Conference, 54(1), pp. 162-6 ISSN: 0097-2126) 28.11.1992 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ201826A3 (en) | 2019-06-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7640746B2 (en) | Method and system integrating solar heat into a regenerative rankine steam cycle | |
| US8938966B2 (en) | Storage of electrical energy with thermal storage and return through a thermodynamic cycle | |
| US20160177822A1 (en) | Hybrid Power Generation System | |
| US7692327B2 (en) | Power generating plant | |
| EP1016775B1 (en) | Waste heat recovery in an organic energy converter using an intermediate liquid cycle | |
| US20130232974A1 (en) | Advanced adiabatic compressed air energy storage system | |
| US20130125525A1 (en) | Gas turbine power plant with a gas turbine installation, and method for operating a gas turbine power plant | |
| US20080148734A1 (en) | Power plant | |
| CA2755603A1 (en) | System for the generation of mechanical and/or electrical energy | |
| JPS58501473A (en) | Method and apparatus for reducing start-up losses, increasing the available output and improving control capabilities of thermal power plants | |
| US9399928B2 (en) | Steam power plant with heat reservoir and method for operating a steam power plant | |
| CZ31659U1 (en) | A device for the production of electricity using media accumulation | |
| PL202912B1 (en) | Electric power generating method and apparatus | |
| CZ307836B6 (en) | Equipment for generating electricity using media accumulation | |
| US20230243600A1 (en) | Energy storage and retrieval system comprising a regenerator and an electrical machine coupled to a compressor and an expander | |
| CN112761745B (en) | Hot water energy storage system and method for thermal generator set | |
| JP6596320B2 (en) | Plant equipment, plant equipment operating method and plant equipment control device | |
| JP2009097389A (en) | Decompression installation provided with energy recovery function | |
| JP2022124996A (en) | Thermal power generation plant and control method for thermal power generation plant | |
| CZ2018215A3 (en) | Equipment for producing electricity and heat with storage media | |
| WO2016150458A1 (en) | Preheating hrsg during idle | |
| CZ31887U1 (en) | A device for the production of electricity and heat with media accumulation | |
| CN220135438U (en) | Coal gas power generation device coupling coal gas cabinet and fused salt energy storage | |
| CN102122825B (en) | Temperature difference energy storage grid electricity peak shaving system | |
| CN116771435A (en) | Coal gas power generation system coupling coal gas cabinet and fused salt energy storage |