DE10008125A1 - Vorrichtung zur Energieumwandlung mittels eines kombinierten Gasturbinen-Dampfkreisprozesses - Google Patents

Vorrichtung zur Energieumwandlung mittels eines kombinierten Gasturbinen-Dampfkreisprozesses

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energieumwandlung mittels eines kombinierten Gasturbinen-Dampfkreisprozesses, wobei die in den Abgasen der Gasturbine enthaltene thermische Energie über mindestens einen Wärmetauscher direkt oder indirekt einem an sich bekannten ORC-Kreisprozeß zugeführt ist, welcher eine weitere Turbine zur Erzeugung von Elektroenergie aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energieumwandlung mittels eines kombinierten Gasturbinen-Dampfkreisprozesses unter Nutzung eines ein- oder mehrstufigen ORC-Kreisprozesses nach Patentanmeldung 199 07 512.3.
Die Erzeugung von Elektroenergie durch Verbrennung auf der Basis eines kombinierten Gas-Dampfprozesses ist derzeit der effektivste Weg und durch einen entsprechend hohen Wirkungsgrad gekennzeichnet.
Durch Verbrennen von Gas oder Öl wird eine Gasturbine ange­ trieben, wobei die im Abgas der Turbine enthaltene Restwärme zum Betrieb eines herkömmlichen Wasserdampf-Kreisprozesses dient. In diesem Kreisprozeß wird Wasser durch die Restwärme verdampft und der Dampf überhitzt über eine weitere Turbine entspannt, kondensiert und durch eine Speisepumpe der heißen Prozeßseite erneut zugeführt.
Bei der beschriebenen Kombination Gasturbine und Wasserdampf- Kreisprozeß ist eine große Temperaturdifferenz zwischen heißer und kalter Anlagenseite vorgesehen, wodurch sich die gewünschte hohe Effizienz des Gesamtprozesses ergibt.
Nachteile bei einem derartigen Verfahren bzw. entsprechend realisierter Anordnungen ist jedoch die notwendige Überhitzung des Wasserdampfs mit der Folge, daß im Regelfall Gas-Gas- Wärmetauscher, welche sehr kostenintensiv sind, eingesetzt werden müssen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Vorrichtung zur Energieumwandlung mittels eines kombinierten Gasturbinen-Dampfkreisprozesses anzugeben, welche zu einer weiteren Verbesserung des Wirkungsgrads führt und die kosten­ günstiger realisiert werden kann.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einer Vor­ richtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs.
Erfindungsgemäß wird der Wasserdampf-Kreisprozeß in einem Gas/Dampf-Kraftwerk durch einen oder mehrere hintereinander geschaltete ORC-Kreisprozesse ersetzt. Bei diesen ORC-Kreis­ prozessen werden andere Verbindungen als Wasser, vorzugsweise organische oder Silikonverbindungen eingesetzt, welche min­ destens einmal den Aggregatzustand von flüssig nach gasförmig und umgekehrt ändern. Für den ORC-Kreisprozeß kommt vorzugs­ weise Hexamethyldisiloxan zur Anwendung.
Erfindungsgemäß wird also bei der vorgeschlagenen Vorrichtung zur Energieumwandlung die in den Abgasen der Gasturbine ent­ haltene thermische Energie über mindestens einen Wärmetauscher direkt oder indirekt einem an sich bekannten ORC-Kreisprozeß zugeführt, welcher eine weitere Turbine zur Elektroenergieer­ zeugung aufweist.
Während bei einem herkömmlichen Kreisprozeß mit Wasserdampf dieser, wie oben dargelegt, meist überhitzt auf die Turbine geleitet wird, ist eine solche Überhitzung des Dampfes bei einem ORC-Prozeß nicht notwendig und kann entfallen. Im Gegensatz wird zum Stand der Technik hier also der Sattdampf direkt auf die Turbine gegeben. Bei gleicher Temperaturdif­ ferenz ist daher ein ORC-Prozeß wesentlich effizienter und führt zu höheren Wirkungsgraden als bei bekannten Wasserdampf- Kreisprozesen.
Es hat zwar der Wasserdampf eine höhere Temperaturbeständigkeit im Bereich < 600°C, wenn dies mit organischen Verbindungen verglichen wird, welche hier im Bereich < 450°C liegen, jedoch kann diese Temperaturbeständigkeit in GUD-Kraftwerken nicht genutzt werden, da dort die Abgastemperaturen regelmäßig im Bereich unterhalb von 400°C liegen.
Wird der bekannte Wasserdampf-Kreisprozeß durch einen ORC- Prozeß ersetzt, können für die notwendigen Wärmetauscher zwischen den Kreisläufen kostengünstige, z. B. Rippenrohr- Wärmetauscher Anwendung finden, so daß sich die Investitions­ kosten verringern bei einer gleichzeitigen Wirkungsgrad­ steigerung.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine kombinierte Gas-Dampfprozeßanlage mit einem Wasserdampf-Kreisprozeß nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine GUD-Anlage mit einem indirekt betriebenen ORC- Prozeß; und
Fig. 3 eine GUD-Anlage mit einem direkt betriebenen ORC- Prozeß.
Die Fig. 1 zeigt eine bekannte Vorrichtung zur Erzeugung von Elektroenergie durch Verbrennung mittels eines kombinierten Gas- und Dampfprozesses. Die Abgase der Gasturbine werden auf einen Überhitzer geleitet, welcher Bestandteil einer Wasser­ dampf-Kraftanlage ist. Der überhitzte Dampf gelangt dann auf eine Dampfturbine, welche ebenso wie die Gasturbine in der Lage ist, über einen nachgeschalteten Generator Elektroenergie zu erzeugen. Ausgangsseitig der Turbine ist ein Kondensator vorgesehen, welcher entspannten Dampf kondensiert, wobei das Kondensat über eine Speisepumpe der heißen Prozeßseite erneut zugeführt wird.
Bei den Fig. 2 und 3 bleibt die Gasturbinenanlage im wesent­ lichen unverändert, jedoch gelangen die Abgase der Gasturbine auf einen Abgas-Wärmetauscher.
Gemäß Fig. 2 ist zwischen dem Abgas-Wärmetauscher und einem Verdampfer in einem ORC-Prozeß ein Thermoölkreislauf zur Wärmeübertragung gebildet. Der Verdampfer im ORC-Prozeß steht ausgangsseitig mit einer ORC-Turbine in Verbindung, welche wiederum einen Generator zur Elektroenergieerzeugung betreibt. Eine Regeneratoreinheit in Verbindung mit einem Kondensator dient der Wiederbereitstellung der organischen respektive Silikonverbindungen innerhalb des ORC-Prozesses.
Die in Fig. 2 gezeigte Anlage geht von einer indirekten Kopp­ lung Gasturbinenprozeß zu ORC-Prozeß aus, wobei die Fig. 3 eine direkte Kopplung zeigt. Im letzteren Fall kann der Thermoöl­ kreislauf zur Wärmeenergieübertragung zwischen Abgas-Wärme­ tauscher des Gasturbinenprozesses und dem Verdampfer im ORC- Kreisprozeß entfallen.
Bevorzugt ist das Fluid des ORC-Prozesses ein organisches Medium, nämlich Hexamethyldisiloxan. Selbstverständlich kann der ORC-Prozeß neben der gezeigten einstufigen Anordnung nach den Fig. 2 und 3 auch kaskadiert oder mehrstufig zur weiteren Verbesserung des Wirkungsgrads gebildet sein, wobei hier auf die Offenbarung der Stammanmeldung verwiesen wird.

Claims (1)

  1. Vorrichtung zur Energieumwandlung mittels eines kombinierten Gasturbine-Dampfkreisprozesses, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Abgasen der Gasturbine enthaltene thermische Energie über mindestens einen Wärmetauscher direkt oder indirekt einem an sich bekannten ORC-Kreisprozeß zugeführt ist, welcher eine weitere Turbine zur Erzeugung von Elektroenergie aufweist.
DE2000108125 1999-02-22 2000-02-22 Vorrichtung zur Energieumwandlung mittels eines kombinierten Gasturbinen-Dampfkreisprozesses Ceased DE10008125A1 (de)

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