DE102007039381B4

DE102007039381B4 - Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage

Info

Publication number: DE102007039381B4
Application number: DE200710039381
Authority: DE
Inventors: Jakob Mueller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-08-17
Filing date: 2007-08-17
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2027-08-18
Also published as: DE102007039381A1

Abstract

Verfahren zum Betriebe einer Gasturbinenanlage, umfassend eine erste Turbinen/Verdichterstufe, die abtriebsseitig mit einer zweiten Verdichter/Turbinenstufe verbunden ist, sowie einem der ersten Turbinen/Verdichterstufe vorgeschalteten Motor/Generator,
gekennzeichnet dadurch,
– dass der ersten Turbine Luft mit einer solchen Temperatur zugeführt wird, das diese nach dem Verlassen der ersten Turbine eine Temperatur von –36°C aufweist,
– die Luft der ersten Turbine mit –36°C dem ersten Verdichter zugeführt wird,
– die aus dem ersten Verdichter austretende Luft rohrseitig einen ersten Wärmetauscher durchströmt und dann einem zweiten Verdichter zugeführt wird, den sie mit etwa 520°C verlässt,
– dann die nachgeschaltete zweite Turbine durchströmt, die sie mit etwa 260°C verlässt, worauf sie dann dem ersten Wärmetauscher mantelseitig zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage, umfassend eine erste Turbinen/Verdichterstufe, die abtriebsseitig mit einer zweiten Verdichter/Turbinenstufe verbunden ist, sowie einem der ersten Turbinen/Verdichterstufe vorgeschalteten Motor/Generator.
Aus der DE 199 36 655 A1 ist beispielsweise eine Gasturbinenanlage bekannt, bei der die bei der Verbrennung entstehenden heißen Verbrennungsgase zum Antrieb einer Turbine benutzt werden.
Ferner ist aus der DE 33 43 319 A1 eine Gasturbinenanlage bekannt mit einer ersten und einer zweiten Turbinen/Verdichterstufe sowie einem der ersten Stufe vorgeschalteten Motor/Generator.
Darüber hinaus ist es auch bekannt die Abwärme der zweiten Verdichte/Turbinenstufe über einen Wärmetauscher in das System zurück zuführen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gasturbinenanlage zu schaffen, die sich durch einen hohen Wirkungsgrad auszeichnet.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Gasturbinenanlage, umfassend eine erste Turbinen/Verdichterstufe, die abtriebsseitig mit einer zweiten Verdichter/Turbinenstufe verbunden ist, sowie einem der ersten Turbinen/Verdichterstufe vorgeschalteten Motor/Generator, die dadurch gekennzeichnet ist,

– dass der ersten Turbine Luft mit einer solchen Temperatur zugeführt wird, das diese nach dem Verlassen der ersten Turbine eine Temperatur von –36°C aufweist,
– die Luft der ersten Turbine mit –36°C dem ersten Verdichter zugeführt wird,
– die aus dem ersten Verdichter austretende Luft rohrseitig einen ersten Wärmetauscher durchströmt und dann einem zweiten Verdichter zugeführt wird, den sie mit etwa 520°C verlässt,
– dann die nachgeschaltete zweite Turbine durchströmt, die sie mit etwa 260°C verlässt, worauf sie dann dem ersten Wärmetauscher mantelseitig zugeführt wird.

Wesentlich ist, dass dem ersten Verdichter die Luft mit –36°C zugeführt wird und dass, Im Unterschied zu bekannten Gasturbinenkonstruktionen, erfindungsgemäß nicht nur die Abwärme der Turbine direkt ohne weiter Zwischenmittel mittels eines Wärmetauschers in das System zurückgeführt wird, sondern auch die notwendige Kühlluft/Wärme des Generators ebenfalls direkt ins System integriert wird.
Hierdurch wird den Wirkungsgrad der Anlage wesentlich verbessert.
Weiterhin gehört zu der Gasgenaeratoranlage eine integrierte Heißluftturbine als Bestandteil der Komponente Wärmerückgewinnungsanlage.
Arbeitsmedium der Heißluftturbine ist ebenfalls Luft.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass In einem separaten zweiten Kreislauf ein zusätzlicher Energieeintrag mittels Sonnenenergie erfolgt, wobei diese reine Lufterhitzer sind, also ohne Heizungswasser arbeiten.
Die Heißluftturbine saugt selbstständig unter atmosphärischem Druck die erhitzte Luft an.
Die Abluft der Heißluftturbine wird ebenfalls integriert und abgekühlt. Die den Kollektoren zuströmende Luft ist in der Temperatur regelbar. Es ist ein teilgeschlossenes Kreislaufsystem.
Die Temperatur vor der zweiten Turbine wird entsprechend dem Leistungsbedarf des Generators gefahren.
Die im System überschüssige Luft, die Kühlluft des Generators wird laufend nachgespeist. Wird dem Lufterhitzerkessel zugeführt. Diese Luftmenge dient als Verbrennungsluft für die Brennkammerl und strömt diesem unter atmosphärischen Druck selbsttätig zu.
Da es als teilgeschlossenes System nach dem Carnot'schen Wärmekreissystem arbeitet, ist die Effizienzbasis nicht 1, sondern 1,52.
Wie jede Gasturbine bedarf sie ca. 50% ihrer Leistung zum Antrieb des Verdichters.
Aus dieser Näherung ist allein theoretisch ein Wert über 1 nicht erzielbar. Es ist nur ein höherer Wirkungsgrad damit zu erreichen bei einem höheren Bauaufwand.
Der Nutzen der Heißluftturbine hängt zwangsläufig wesentlich vom Standort, d. h. der Sonneneinstrahlung und den daraus folgenden Temperaturen ab.
Einen positiven Energiebeitrag leistet die Heißluftturbine allerdings ab einer Temperaturerhöhung auf +200°C.
Es ist auch möglich, die Heißluftturbine als Wärmerückgewinnungsanlage für andere größere Wärmequellen zu nutzen, über einen Wärmetauscher.
Zu der Anlage gehört ein Generator/Motor, der den Betrieb in Zwischenphasen sichert. Beim Leistungsbetrieb/Stromherstellung fungiert er als Bremse/Last.
Alle 5 Grundkomponente, Generator, Verdichter, beide Antriebsturbinen und die separate Heißluftturbine sind mechanisch starr miteinander gekuppelt. Es handelt sich um eine Einwellenanlage.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.

1: Welle
2: Generator/Motor
3: erste Turbine
4: erster Verdichter
5: zweiter Verdichter
6: zweite Turbine
7: Heißluftturbine
8: erster Wärmetauscher
9: zweiter Wärmetauscher
10: Kühler
11: Ventile
12: Sonnenkollektor
13: Brennkammer

Claims

Verfahren zum Betriebe einer Gasturbinenanlage, umfassend eine erste Turbinen/Verdichterstufe, die abtriebsseitig mit einer zweiten Verdichter/Turbinenstufe verbunden ist, sowie einem der ersten Turbinen/Verdichterstufe vorgeschalteten Motor/Generator, gekennzeichnet dadurch, – dass der ersten Turbine Luft mit einer solchen Temperatur zugeführt wird, das diese nach dem Verlassen der ersten Turbine eine Temperatur von –36°C aufweist, – die Luft der ersten Turbine mit –36°C dem ersten Verdichter zugeführt wird, – die aus dem ersten Verdichter austretende Luft rohrseitig einen ersten Wärmetauscher durchströmt und dann einem zweiten Verdichter zugeführt wird, den sie mit etwa 520°C verlässt, – dann die nachgeschaltete zweite Turbine durchströmt, die sie mit etwa 260°C verlässt, worauf sie dann dem ersten Wärmetauscher mantelseitig zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den ersten Wärmetauscher verlassende Luft über einen Sonnenkollektor erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Wärmetauscher mantelseitig Luft entnommen und abkühlt sowie entwässert der ersten Verdichterstufe zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer mit Gas, insbesondere Biogas beheizt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Heißluftturbine verlassende Luft zusammen mit der die zweite Turbine verlassenden Luft dem ersten Wärmetauscher mantelseitig zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlluft für den Motor/Generator dem ersten Wärmetauscher rohrseitig zugeführt wird.