DE102011007753A1 - Multi-pressure CAES process - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Warmeübertrageranordnung (100) zum Erwärmen eines Arbeitsgases für eine Turbine (130) eines Druckluftspeicherkraftwerks (120). Die Wärmeübertrageranordnung (100) weist einen ersten Gaseinlass (101), welcher mit einem Druckraum (160) des Druckluftspeicherkraftwerks (120) koppelbar ist, auf, sodass ein Arbeitsgas mit einer ersten Eingangstemperatur (TE1) von dem Druckraum (160) zu der Wärmeubertrageranordnung (100) zuführbar ist. Ferner weist die Wärmeübertrageranordnung (100) einen ersten Gasauslass (111), welcher mit der Turbine (130) koppelbar ist, auf, sodass das Arbeitsgas mit einer ersten Auslasstemperatur (TA1) von der Wärmeubertrageranordnung (100) zu der Turbine (130) zuführbar ist. Ferner weist die Warmeübertrageranordnung (100) einen zweiten Gaseinlass (102), welcher mit der Turbine (130) koppelbar ist, auf, sodass das Arbeitsgas mit einer zweiten Eingangstemperatur (TE2) von der Turbine (130) zu der Wärmeubertrageranordnung (100) zuführbar ist. Ferner weist die Warmeubertrageranordnung (100) einen zweiten Gasauslass (112), welcher mit der Turbine (130) koppelbar ist, auf, sodass das Arbeitsgas mit einer zweiten Auslasstemperatur (TA2) von der Warmeübertrageranordnung (100) zu der Turbine (130) zufuhrbar ist. Ein Wärmemittel ist derart zufuhrbar, dass das Arbeitsgas von der ersten Eingangstemperatur (TE1) auf die erste Auslasstemperatur (TA1) erwärmbar ist und dass das Arbeitsgas von der zweiten Eingangstemperatur (TE2) auf die zweite Auslasstemperatur (TA2) erwarmbar ist.The present invention relates to a heat exchanger assembly (100) for heating a working gas for a turbine (130) of a compressed air storage power plant (120). The heat exchanger arrangement (100) has a first gas inlet (101) which can be coupled to a pressure chamber (160) of the compressed air storage power plant (120), so that a working gas having a first inlet temperature (T E1 ) from the pressure chamber (160) to the heat exchanger arrangement (100) can be fed. Furthermore, the heat exchanger arrangement (100) has a first gas outlet (111), which can be coupled to the turbine (130), so that the working gas can be supplied to the turbine (130) with a first outlet temperature (T A1 ) from the heat exchanger arrangement (100) is. Further, the Warmeübertrageranordnung (100) a second gas inlet (102) which can be coupled to the turbine (130) on, so that the working gas to a second input temperature (T E2) from the turbine (130) to the Wärmeubertrageranordnung (100) fed is. Furthermore, the heat exchanger arrangement (100) has a second gas outlet (112) which can be coupled to the turbine (130), so that the working gas can be supplied to the turbine (130) at a second outlet temperature (T A2 ) from the heat exchanger arrangement (100) is. A heating means can be supplied in such a way that the working gas can be heated from the first inlet temperature (T E1 ) to the first outlet temperature (T A1 ) and the working gas can be heated from the second inlet temperature (T E2 ) to the second outlet temperature (T A2 ).

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Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Warmeübertrageranordnung zum Erwärmen eines Arbeitsgases fur eine Turbine eines Druckluftspeicherkraftwerks.The present invention relates to a heat exchanger assembly for heating a working gas for a turbine of a compressed air storage power plant.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Druckluftspeicherkraftwerk.Furthermore, the present invention relates to a compressed air storage power plant.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erwärmen eines Arbeitsgases für eine Turbine eines Druckluftspeicherkraftwerks.Furthermore, the present invention relates to a method for heating a working gas for a turbine of a compressed air storage power plant.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Der Gesamtstrombedarf vieler Länder wird immer mehr durch regenerative Energiequellen, wie beispielsweise durch Solarenergie oder Windenergie, gedeckt. Dies führt zu einer Vielzahl kleinerer dezentraler Kraftwerke, welche mit regenerativen Energiequellen betrieben werden. Die erzeugte Leistung von Kraftwerken mit regenerativen Energiequellen schwankt aufgrund z. B. der Wettereinflüsse, wie beispielsweise Windanderung oder schwankenden Sonnenscheindauern.The total electricity demand of many countries is increasingly covered by renewable energy sources, such as solar or wind energy. This leads to a multiplicity of smaller decentralized power plants, which are operated with regenerative energy sources. The power generated by power plants with renewable energy sources varies due to z. B. the weather, such as wind change or fluctuating sunshine periods.

Daher wird bei einer zunehmenden Anzahl von Kraftwerken, welche mit regenerativen Energiequellen betrieben werden, der Einsatz von Speicherkraftwerken erforderlich. In Speicherkraftwerken wird ein produzierter Energieüberschusses zwischengespeichert und bei Bedarf zur Stromerzeugung abgerufen. Bekannte Speicherkraftwerkstypen sind beispielsweise Pumpspeicherkraftwerke und Druckluftspeicherkraftwerke. Bei einem Pumpspeicherkraftwerk wird Wasser mit der überschüssig erzeugten Energie in einem hochgelegenen Wasserspeicher gepumpt. Bei Energiebedarf wird das Wasser aus dem hochgelegenen Speicher über Fallrohre weiter unterhalb liegenden Turbinen zugeführt, um einen Stromgenerator zu betreiben.Therefore, with an increasing number of power plants operated with regenerative energy sources, the use of storage power plants is required. In storage power plants, a surplus of energy produced is temporarily stored and, if necessary, retrieved for power generation. Known storage power plant types are, for example, pumped storage power plants and compressed air storage power plants. In a pumped storage power plant, water is pumped with the surplus energy generated in a high-level reservoir. When energy is needed, the water from the high-level reservoir via downpipes further downstream turbines is supplied to operate a power generator.

Ein Druckluftspeicherkraftwerk bzw. ein Druckluftspeicher-Gasturbinen-Kraftwerk (CAES-Kraftwerk) betreibt mit dem Energieüberschuss einen Verdichter, welcher Druckluft in einem Druckraum, wie beispielsweise eine unterirdische Kaverne, hineinpumpt. Falls eine höhere Stromnachfrage besteht, wird die Druckluft aus dem Druckraum verwendet, um eine Turbine zu betreiben, welche wiederum einen angekoppelten Stromgenerator betreibt.A compressed air storage (CAES) power plant uses the energy surplus to drive a compressor which pumps pressurized air in a pressure space, such as an underground cavern. If there is a higher power demand, the compressed air from the pressure space is used to operate a turbine, which in turn operates a coupled power generator.

Um einen Verlust bei einer Zwischenspeicherung der Energie in Speicherkraftwerken zu reduzieren, ist es notwendig, die Speicherkraftwerke mit einem hohen Wirkungsgrad bereitzustellen. Üblicherweise wird in Druckluftspeicherkraftwerken zur Erhöhung des Wirkungsgrads das Arbeitsmedium vor Eintritt in eine Turbine erwärmt.In order to reduce a loss in buffering the energy in storage power plants, it is necessary to provide the storage power plants with high efficiency. Typically, in compressed air storage power plants to increase the efficiency of the working fluid is heated before entering a turbine.

In 5 ist ein herkommlicher Prozess eines Druckluftspeicherkraftwerks dargestellt. Das Arbeitsfluid, beispielsweise Druckluft, wird aus einem Druckraum 501, wie beispielsweise einer unterirdischen Kavität, vor Eintritt in eine Turbine 502 einem herkömmlichen Warmeübertrager 500 zugeführt. Das Arbeitsfluid weist bei Eintritt in den Warmeübertrager 500 eine erste Eingangstemperatur TE1 auf. Dem Wärmeübertrager 500 wird eine erste Wärmeenergie Qzu,1 zugeführt. Mittels der Wärmeenergie Qzu,1 wird das Arbeitsfluid auf eine erste Auslasstemperatur TA1 erwarmt. Mit dieser ersten Auslasstemperatur TA1 wird das Arbeitsfluid der Turbine 502 an einer ersten Turbinenstufe zugeführt. Die überschussige Wärmeenergie in dem Warmeübertrager 500 wird als erste Abwärme Qab,1 abgeführt. In der Turbine 502 entspannt sich das Arbeitsfluid und entsprechend eines herkömmlichen Gasturbinenprozesses erzeugt dies mechanische Arbeit, mit welcher ein Generator 503 zur Stromerzeugung betreibbar ist.In 5 is a conventional process of a compressed air storage power plant shown. The working fluid, such as compressed air, is from a pressure chamber 501 , such as an underground cavity, prior to entering a turbine 502 a conventional heat exchanger 500 fed. The working fluid indicates when entering the heat exchanger 500 a first input temperature T E1 . The heat exchanger 500 a first heat energy Q zu, 1 is supplied. By means of the heat energy Q to, 1 , the working fluid is heated to a first outlet temperature T A1 . With this first outlet temperature T A1 , the working fluid of the turbine 502 supplied at a first turbine stage. The excess heat energy in the heat exchanger 500 is discharged as the first waste heat Q ab, 1 . In the turbine 502 relaxes the working fluid and according to a conventional gas turbine process this produces mechanical work, with which a generator 503 is operable to generate electricity.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Druckluftspeicherkraftwerk mit einem hohen Wirkungsgrad zu schaffen.It is an object of the present invention to provide a compressed air storage power plant with a high efficiency.

Die Aufgabe wird durch eine Wärmeübertrageranordnung zum Erwärmen eines Arbeitsgases für eine Turbine eines Druckluftspeicherkraftwerks, durch ein Druckluftspeicherkraftwerk und durch ein Verfahren zum Erwärmen eines Arbeitsgases für eine Turbine eines Druckluftspeicherkraftwerks gemäß den unabhängigen Anspruchen gelöst.The object is achieved by a heat exchanger arrangement for heating a working gas for a turbine of a compressed air storage power plant, by a compressed air storage power plant and by a method for heating a working gas for a turbine of a compressed air storage power plant according to the independent claims.

Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine Warmeubertrageranordnung zum Erwärmen eines Arbeitsgases für eine Turbine eines Speicherkraftwerks, insbesondere eines Druckluftspeicherkraftwerks beschrieben. Die Wärmeübertrageranordnung weist einen ersten Gaseinlass, einen ersten Gasauslass, einen zweiten Gaseinlass und einen zweiten Gasauslass auf. Der erste Gaseinlass ist mit einem Druckraum gekoppelt, so dass ein Arbeitsgas mit einer ersten Eingangstemperatur von dem Druckraum zu der Warmeübertrageranordnung zuführbar ist. Der erste Gasauslass ist mit der Turbine koppelbar, so dass das Arbeitsgas mit einer ersten Auslasstemperatur von der Wärmeubertrageranordnung zu der Turbine zuführbar ist. Der zweite Gaseinlass ist mit der Turbine koppelbar, so dass das Arbeitsgas mit einer zweiten Eingangstemperatur von der Turbine der Wärmeübertrageranordnung zuführbar ist. Der zweite Gasauslass ist mit der Turbine koppelbar, so dass das Arbeitsgas mit einer zweiten Auslasstemperatur von der Wärmeübertrageranordnung zu der Turbine zuführbar ist. Ein Wärmemittel ist derart zuführbar, dass das Arbeitsgas von der ersten Eingangstemperatur auf die erste Auslasstemperatur erwärmbar ist. Das Arbeitsgas ist ferner von der zweiten Eingangstemperatur auf die zweite Auslasstemperatur mittels eines Wärmemittels erwärmbar.According to a first aspect of the present invention, a heat exchanger assembly for heating a working gas for a turbine of a storage power plant, in particular a compressed air storage power plant is described. The heat exchanger arrangement has a first gas inlet, a first gas outlet, a second gas inlet and a second gas outlet. The first gas inlet is coupled to a pressure chamber, so that a working gas with a first inlet temperature from the pressure chamber to the heat exchanger assembly can be fed. The first gas outlet can be coupled to the turbine, so that the working gas can be supplied to the turbine with a first outlet temperature from the heat exchanger arrangement. The second gas inlet can be coupled to the turbine, so that the working gas can be supplied to the turbine of the heat exchanger arrangement with a second inlet temperature. The second gas outlet can be coupled to the turbine, so that the working gas can be supplied to the turbine with a second outlet temperature from the heat exchanger arrangement. One Heating means can be supplied in such a way that the working gas can be heated from the first inlet temperature to the first outlet temperature. The working gas is further heated from the second input temperature to the second outlet temperature by means of a heating means.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Druckluftspeicherkraftwerk einen Druckraum, eine Turbine und die oben beschriebene Warmeübertrageranordnung auf.In accordance with another aspect of the present invention, a compressed air storage power plant includes a pressure space, a turbine, and the heat transfer assembly described above.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erwärmen eines Arbeitsgases für eine Turbine eines Druckluftspeicherkraftwerks beschrieben. Gemäß dem Verfahren wird ein erstes Arbeitsgas mit einer ersten Eingangstemperatur von einem Druckraum zu einem ersten Gaseinlass einer Wärmeübertrageranordnung zugeführt. Das Arbeitsgas wird von der ersten Eingangstemperatur auf die erste Auslasstemperatur mittels eines Wärmemittels in der Wärmeübertrageranordnung erwärmt. Das Arbeitsgas wird mit einer ersten Auslasstemperatur von der Warmeübertrageranordnung zu der Turbine zugeführt. Ferner wird das Arbeitsgas mit einer zweiten Eingangstemperatur von der Turbine zu einem zweiten Gaseinlass der Wärmeübertrageranordnung zugeführt. Das Arbeitsgas wird von der zweiten Eingangstemperatur auf die zweite Auslasstemperatur mittels eines Wärmemittels erwärmt. Das Arbeitsgas wird mit einer zweiten Auslasstemperatur von der Wärmeübertrageranordnung zu der Turbine zugeführt.In accordance with another aspect of the present invention, a method for heating a working gas for a turbine of a compressed air storage power plant is described. According to the method, a first working gas is supplied at a first inlet temperature from a pressure space to a first gas inlet of a heat exchanger arrangement. The working gas is heated from the first inlet temperature to the first outlet temperature by means of a heating means in the heat exchanger assembly. The working gas is supplied to the turbine at a first outlet temperature from the heat exchanger assembly. Further, the working gas is supplied at a second input temperature from the turbine to a second gas inlet of the heat exchanger assembly. The working gas is heated from the second input temperature to the second outlet temperature by means of a heating means. The working gas is supplied to the turbine at a second outlet temperature from the heat exchanger assembly.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Druckluftspeicherkraftwerk beschrieben, welches den oben beschriebenen Druckraum, die Turbine und die oben beschriebene Wärmeübertrageranordnung aufweist.According to a further exemplary embodiment, a compressed air storage power plant is described, which has the above-described pressure chamber, the turbine and the heat exchanger arrangement described above.

Die Warmeübertrageranordnung kann einen oder mehrere Wärmeübertragervorrichtungen (Rekuperatoren) aufweisen. Ein Rekuperator dient zum Vorwärmen des Arbeitsgases mittels eines Wärmemittels oder mittels mehrerer verschiedener Wärmemittel.The heat exchanger assembly may include one or more heat transfer devices (recuperators). A recuperator serves to preheat the working gas by means of a heating means or by means of several different heating means.

In einem Druckluftspeicherkraftwerk wird ein Arbeitsgas aus einem Druckraum, wie beispielsweise aus einer unterirdischen Kavität, gefördert und der Turbine zugeführt. Das Arbeitsgas aus dem Druckraum weist einen hohen Druck auf. In der Turbine entspannt sich das Arbeitsgas, so dass die Energie des Arbeitsgases in mechanische Arbeit umgesetzt wird. Die Turbine wiederum treibt einen Stromgenerator an, welcher Strom erzeugt. Wird weniger Strom benötigt, wird das Arbeitsgas in den Druckraum z. B. mittels eines Verdichters eingespeist, so dass sich der Druck in dem Druckraum erhöht. In dem Druckraum wird das Arbeitsgas unter hohem Druck gespeichert.In a compressed air storage power plant, a working gas from a pressure space, such as from an underground cavity, is conveyed and supplied to the turbine. The working gas from the pressure chamber has a high pressure. In the turbine, the working gas relaxes, so that the energy of the working gas is converted into mechanical work. The turbine in turn drives a power generator, which generates electricity. If less power is required, the working gas in the pressure chamber z. B. fed by means of a compressor, so that increases the pressure in the pressure chamber. In the pressure chamber, the working gas is stored under high pressure.

Durch Expansion des Arbeitsgases in der Turbine kühlt sich das Arbeitsgas stark ab. Die Turbine weist beispielsweise eine erste Turbinenstufe (bzw. einen ersten thermodynamischen Entspannungsbereich), eine zweite Turbinenstufe (bzw. einen zweiten thermodynamischen Entspannungsbereich) oder mehrere weitere Turbinenstufen (bzw. weitere thermodynamische Entspannungsbereiche) auf. Die zweite Turbinenstufe ist dabei der ersten Turbinenstufe bezuglich einer Flussrichtung des Arbeitsgases in der Turbine stromabwärts zu der ersten Turbine nachgeschaltet bzw. angeordnet.By expanding the working gas in the turbine, the working gas cools off sharply. The turbine has, for example, a first turbine stage (or a first thermodynamic expansion zone), a second turbine stage (or a second thermodynamic expansion zone) or a plurality of further turbine stages (or further thermodynamic expansion zones). The second turbine stage is downstream of the first turbine stage with respect to a flow direction of the working gas in the turbine downstream of the first turbine.

Um den Wirkungsgrad zu erhöhen, wird das Arbeitsgas in der Wärmeübertrageranordnung von der ersten Eingangstemperatur (Temperatur des Arbeitsgases in dem Druckraum) auf eine erste Auslasstemperatur, welche hoher als die erste Eingangstemperatur ist, mittels eines Wärmemittels erwärmt.In order to increase the efficiency, the working gas in the heat exchanger assembly is heated from the first input temperature (temperature of the working gas in the pressure space) to a first outlet temperature higher than the first input temperature by means of a heating means.

Zudem wird das Arbeitsgas, zum Beispiel nach der ersten oder der zweiten Turbinenstufe der Turbine, entnommen und dem zweiten Gaseinlass der Wärmeübertrageranordnung zugeführt. Die Warmeübertrageranordnung erwärmt mittels des Wärmemittels das Arbeitsgas von einer zweiten Eingangstemperatur auf eine zweite Auslasstemperatur, welche höher als die zweite Eingangstemperatur ist, und führt das Arbeitsgas erneut der Turbine zu. Diese zwischenzeitliche Entnahme des Arbeitsgases aus der Turbine, der Zwischenerwärmung und der anschließenden Rückführung des Arbeitsgases mit der zweiten Auslasstemperatur führt zu einer Erhöhung des Wirkungsgrads der Turbine. Insbesondere wird der Druck des Arbeitsgases zwischen der Abzapfung von der Turbine, der Zuführung zu dem zweiten Gaseinlass und der Zuführung des erwärmten Arbeitsgases an den zweiten Gasauslass, welcher mit der Turbine wiederum gekoppelt ist, nahezu konstant gehalten. Mit einer solchen Zwischenerwärmung wird der Wirkungsgrad der Turbine erhoht. Die Zwischenerwärmung kann bei mehreren Turbinenstufen der Turbine durchgeführt werden.In addition, the working gas, for example after the first or the second turbine stage of the turbine, removed and fed to the second gas inlet of the heat exchanger assembly. The heat exchanger assembly heats the working gas from a second input temperature to a second outlet temperature, which is higher than the second input temperature, by means of the heating means, and supplies the working gas to the turbine again. This interim removal of the working gas from the turbine, the intermediate heating and the subsequent return of the working gas with the second outlet temperature leads to an increase in the efficiency of the turbine. In particular, the pressure of the working gas between the bleed from the turbine, the supply to the second gas inlet and the supply of the heated working gas to the second gas outlet, which is in turn coupled to the turbine, kept almost constant. With such an intermediate heating, the efficiency of the turbine is increased. The intermediate heating can be carried out at several turbine stages of the turbine.

Mit anderen Worten kann gemäß der vorliegenden Erfindung an einem bestimmten Punkt des Expansionsprozesses des Arbeitsgases in der Turbine das Arbeitsgas entnommen werden und nochmals der Wärmeübertrageranordnung zugeführt werden. In der Wärmeübertrageranordnung wird das zugeführte Arbeitsgas nacherhitzt und als Zuluft wieder der Turbine zugeführt. Dies erhöht den Wirkungsgrad der Turbine. Bei gleicher Grädigkeit der Warmeubertrageranordnung kann dem Wärmemittel in der Warmeübertrageranordnung mehr Wärme entzogen werden und somit ein effizientes Erwärmen des Arbeitsgases ermöglicht werden.In other words, according to the present invention, at a certain point of the expansion process of the working gas in the turbine, the working gas can be taken out and fed again to the heat exchanger arrangement. In the heat exchanger arrangement, the supplied working gas is reheated and fed as supply air back to the turbine. This increases the efficiency of the turbine. With the same Graßigkeit the Warmeubertrageranordnung the heat means in the heat exchanger assembly more heat can be withdrawn and thus allow efficient heating of the working gas.

Das Wärmemittel kann beispielsweise aus einer wärmeerzeugenden Vorrichtung entnommen werden. Das Warmemittel ist beispielsweise ein Abgas einer Gasturbine. Ferner kann das Wärmemittel ein erhitztes Öl oder erhitztes Wasser sein, welches beispielsweise mittels Solarkraft aufgewärmt ist. The heating means may be taken, for example, from a heat generating device. The warming means is for example an exhaust gas of a gas turbine. Further, the heating means may be a heated oil or heated water, which is warmed up, for example, by solar power.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Warmeubertrageranordnung ferner einen weiteren zweiten Gaseinlass, welcher mit der Turbine koppelbar ist, auf, so dass das Arbeitsgas mit einer weiteren zweiten Eingangstemperatur von der Turbine zu der Warmeubertrageranordnung zufuhrbar ist. Ferner weist die Wärmeubertrageranordnung einen weiteren zweiten Gasauslass auf, welcher mit der Turbine koppelbar ist, so dass das Arbeitsgas mit einer weiteren zweiten Auslasstemperatur von der Warmeübertrageranordnung zu der Turbine zuführbar ist. Das Wärmemittel ist derart zuführbar, dass das Arbeitsgas von der weiteren zweiten Eingangstemperatur auf die weitere zweite Auslasstemperatur erwärmbar ist.According to a further exemplary embodiment of the present invention, the heat transfer assembly further comprises a further second gas inlet, which is coupled to the turbine, so that the working gas with a further second input temperature from the turbine to the heat transfer assembly can be fed. Furthermore, the heat exchanger arrangement has a further second gas outlet, which can be coupled to the turbine, so that the working gas can be supplied to the turbine with a further second outlet temperature from the heat exchanger arrangement. The heating means can be supplied in such a way that the working gas can be heated from the further second inlet temperature to the further second outlet temperature.

Gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel kann beispielsweise eine Vielzahl von Abzapfungen an der Turbine eingerichtet werden, um Arbeitsgas abzuzapfen und der Warmeübertrageranordnung zuzuführen. Das abgezapfte Arbeitsgas wird jeweils in der Wärmeübertrageranordnung erwärmt und anschließend wieder der Turbine zugeführt.For example, according to the embodiment described above, a plurality of taps may be established on the turbine to bleed working gas and supply it to the heat exchanger assembly. The tapped working gas is heated in each case in the heat exchanger arrangement and then fed back to the turbine.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausfuhrungsform weist die Wärmeübertrageranordnung eine erste Wärmeubertragervorrichtung auf. Die erste Warmeubertragervorrichtung weist den ersten Gaseinlass, den ersten Gasauslass und einen ersten Wärmemitteleinlass auf. Ferner weist die Wärmeübertrageranordnung eine zweite oder eine Vielzahl von weiteren zweiten Wärmeübertragervorrichtungen auf, welche jeweils den zweiten Gaseinlass, den zweiten Gasauslass und einen zweiten Wärmemitteleinlass aufweist. Die erste Warmeubertragervorrichtung kann baulich getrennt von der zweiten Wärmeübertragervorrichtung angeordnet sein. Ferner können die erste Wärmeübertragervorrichtung und die zweite Warmeübertragervorrichtung gemeinsam in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein.According to a further exemplary embodiment, the heat exchanger arrangement has a first heat transfer device. The first heat transfer device includes the first gas inlet, the first gas outlet, and a first heat input. Furthermore, the heat exchanger assembly comprises a second or a plurality of further second heat exchanger devices, which in each case has the second gas inlet, the second gas outlet and a second heat medium inlet. The first heat transfer device may be structurally separate from the second heat transfer device. Furthermore, the first heat transfer device and the second heat transfer device can be arranged together in a common housing.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform sind der erste Wärmemitteleinlass und der zweite Wärmemitteleinlass mit einer gemeinsamen wärmeerzeugenden Vorrichtung koppelbar. Beispielsweise können sich die erste Wärmeübertragervorrichtung und die zweite Wärmeübertragervorrichtung ein gemeinsames Wärmemittel teilen, welches durch die gemeinsame wärmeerzeugende Vorrichtung erhitzt wird. Beispielsweise kann als warmeerzeugende Vorrichtung eine Gasturbine heißes Abgas der ersten Warmeübertragervorrichtung und der zweiten Warmeübertragervorrichtung zuführen.According to another exemplary embodiment, the first heat medium inlet and the second heat medium inlet are coupleable to a common heat generating device. For example, the first heat transfer device and the second heat transfer device may share a common heat medium which is heated by the common heat generating device. For example, as a heat generating device, a gas turbine may supply hot exhaust gas to the first heat transfer device and the second heat transfer device.

Gemaß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die erste Wärmeübertragervorrichtung einen Wärmemittelauslass zum Auslassen des Wärmemittels mit einer ersten Abwärme auf. Der Wärmemittelauslass und der zweite Wärmemitteleinlass sind derart miteinander gekoppelt, dass das Wärmemittel mit der ersten Abwärme dem zweiten Wärmemitteleinlass zuführbar ist.According to another exemplary embodiment, the first heat transfer device has a heat medium outlet for discharging the heating medium with a first waste heat. The Wärmemittelauslass and the second heat medium inlet are coupled together such that the heating means with the first waste heat can be supplied to the second heat medium inlet.

Somit wird die Grädigkeit der Wärmeübertrageranordnung, insbesondere der erste Wärmeübertragervorrichtung und der zweiten Wärmeübertragervorrichtung, verbessert. Das Wärmemittel, welches mit der ersten Abwärme aus der ersten Wärmeubertragervorrichtung austritt, kann effizient als Warmemittel für die zweite Wärmeübertragervorrichtung verwendet werden. Der Gesamtwirkungsgrad der Wärmeübertrageranordnung wird dadurch erhöht.Thus, the Graderigkeit of the heat exchanger assembly, in particular the first heat transfer device and the second heat transfer device is improved. The heating means, which exits the first heat transfer device with the first waste heat, can be used efficiently as a heating means for the second heat transfer device. The overall efficiency of the heat exchanger assembly is thereby increased.

Zusatzlich oder alternativ ist in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der erste Wärmemitteleinlass mit der wärmeerzeugenden Vorrichtung koppelbar und der zweite Warmemitteleinlass mit einer weiteren warmeerzeugenden Vorrichtung koppelbar. So kann beispielsweise die erste Wärmeübertragervorrichtung mit einem ersten Wärmemittel und die zweite Wärmeubertragervorrichtung mit einem zweiten Wärmemittel betrieben werden.Additionally or alternatively, in a further exemplary embodiment, the first heat medium inlet can be coupled to the heat-generating device and the second heat medium inlet can be coupled to a further heat-generating device. For example, the first heat transfer device can be operated with a first heating means and the second heat transfer device with a second heating means.

Als erstes Warmemittel kann beispielsweise das Abgas einer Gasturbine als wärmeerzeugende Vorrichtung verwendet werden. Als weiteres Warmemittel kann beispielsweise Abgas einer weiteren Gasturbine und/oder heißes Ol oder ein heißes Wasser welches z. B. in einer Solarkraftanlage als weitere wärmeerzeugende Vorrichtung erwärmt wurde, verwendet werden.As the first heating means, for example, the exhaust gas of a gas turbine can be used as a heat-generating device. As another warming agent, for example, exhaust gas of another gas turbine and / or hot oil or hot water which z. B. was heated in a solar power plant as another heat-generating device used.

Der erste Gasauslass der Wärmeübertrageranordnung ist derart mit der Turbine gekoppelt, dass das Arbeitsgas mit der ersten Auslasstemperatur der ersten Turbinenstufe zuführbar ist. Der zweite Gasauslass der Wärmeübertrageranordnung ist derart mit der Turbine gekoppelt, dass das Arbeitsgas mit der zweiten Einlasstemperatur zwischen der ersten Turbinenstufe und der zweiten Turbinenstufe entnehmbar ist und der Wärmeübertrageranordnung zuführbar ist. Der zweite Gasauslass der Wärmeübertrageranordnung ist derart mit der Turbine gekoppelt, dass das Arbeitsgas mit der zweiten Auslasstemperatur vor der zweiten Turbinenstufe zuführbar ist. In einer beispielhaften Ausfuhrungsform kann das Arbeitsgas mit der zweiten Auslasstemperatur auch einer nachfolgenden, nach der zweiten Turbinenstufe angeordneten, Turbinenstufe zuführbar sein.The first gas outlet of the heat exchanger arrangement is coupled to the turbine such that the working gas can be supplied to the first outlet temperature of the first turbine stage. The second gas outlet of the heat exchanger arrangement is coupled to the turbine such that the working gas with the second inlet temperature between the first turbine stage and the second turbine stage can be removed and the heat exchanger assembly can be fed. The second gas outlet of the heat exchanger arrangement is coupled to the turbine such that the working gas can be supplied to the second outlet temperature upstream of the second turbine stage. In an exemplary embodiment, the working gas with the second outlet temperature can also be fed to a subsequent, arranged after the second turbine stage, turbine stage.

Mit der oben beschriebenen Erfindung werden zusammenfassend verschiedene Ausführungsbeispiele erläutert, mit welchen der Wirkungsgrad einer Turbine in einem Druckluftspeicherkraftwerk erhöht wird. Gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform wird ein Arbeitsgas einerseits aus dem Druckraum entnommen und in der Wärmeubertrageranordnung erwärmt. In derselben Wärmeübertrageranordnung wird ferner ein weiteres Arbeitsgas, welches aus der Turbine abgezapft worden ist, zugeführt und in derselben Warmeübertrageranordnung erwärmt. With the invention described above, various embodiments are explained in summary, with which the efficiency of a turbine is increased in a compressed air storage power plant. According to a first exemplary embodiment, a working gas is taken from the pressure chamber on the one hand and heated in the heat exchanger arrangement. In the same heat exchanger arrangement, a further working gas, which has been tapped from the turbine, is also supplied and heated in the same heat exchanger arrangement.

In einer weiteren beispielhaften Ausfuhrungsform wird die Wärmeübertrageranordnung aus beispielsweise zwei oder mehreren Wärmeübertragervorrichtungen gebildet, wobei eine erste Wärmeübertragervorrichtung (ein erster Rekuperator) eine erstmalige Erwärmung des Arbeitsgases ermöglicht. Eine weitere Warmeubertragervorrichtung (ein weiterer Rekuperator) erhält das von der Turbine abgezapfte Arbeitsgas, erwärmt dies und führt das Arbeitsgas erneut der Turbine zu. Bei der Ausführungsform mit unterschiedlichen Warmeübertragervorrichtungen eroffnet dies die Möglichkeit, jede Wärmeübertragervorrichtung mit einer zugehörigen Wärmequelle (wärmeerzeugenden Vorrichtung) zu bedienen. Beispielsweise kann die eine Warmeübertragervorrichtung mittels einer Gasturbine und die andere Wärmeübertragervorrichtung mittels eines Solarkraftwerks betrieben werden. Zudem eröffnet dies die Möglichkeit, dass die verschiedenen Wärmeübertragervorrichtungen auf verschiedenen Temperaturniveaus arbeiten können, da jedes Wärmemittel eine unterschiedliche Temperatur aufweisen kann.In a further exemplary embodiment, the heat exchanger arrangement is formed from, for example, two or more heat exchanger devices, with a first heat exchanger device (a first recuperator) allowing a first-time heating of the working gas. Another heat transfer device (another recuperator) receives the working gas drawn from the turbine, heats it and supplies the working gas to the turbine again. In the embodiment with different heat transfer devices, this opens up the possibility of operating each heat transfer device with an associated heat source (heat generating device). For example, the one heat transfer device can be operated by means of a gas turbine and the other heat transfer device by means of a solar power plant. In addition, this opens the possibility that the various heat transfer devices can operate at different temperature levels, since each heating means can have a different temperature.

Gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung kann die Wärmeübertrageranordnung eine Vielzahl von Gaseinlässen aufweisen, welche das Arbeitsgas aus dem Druckraum oder aus verschiedenen Turbinenstufen der Turbine erhalten, um das Arbeitsgas zu erwärmen.According to a third embodiment of the present invention, the heat exchanger assembly may include a plurality of gas inlets which receive the working gas from the pressure space or from different turbine stages of the turbine to heat the working gas.

Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es moglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausfuhrungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.It should be noted that the embodiments described herein represent only a limited selection of possible embodiments of the invention. Thus, it is possible to combine the features of individual embodiments in a suitable manner with one another, so that for the person skilled in the art with the variants of embodiment that are explicit here, a multiplicity of different embodiments are to be regarded as obviously disclosed.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefugten Figuren naher beschrieben.In the following, for further explanation and for better understanding of the present invention, embodiments will be described in more detail with reference to the attached figures.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Druckluftspeicherkraftwerks mit einer Warmeübertrageranordnung gemaß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 1 shows a schematic representation of a compressed air storage power plant with a heat exchanger assembly according to an exemplary embodiment of the present invention;

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Druckluftspeicherkraftwerks, bei welchem die Wärmeubertrageranordnung mehrere zweite Gaseinlässe und mehrere zweite Gasauslässe gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist; 2 shows a schematic representation of a compressed air storage power plant in which the heat exchanger assembly comprises a plurality of second gas inlets and a plurality of second gas outlets according to an exemplary embodiment of the present invention;

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Druckluftspeicherkraftwerks mit einer Wärmeübertrageranordnung, welche eine erste Wärmeübertragervorrichtung und eine zweite Wärmeübertragervorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist; 3 shows a schematic representation of a compressed air storage power plant with a heat exchanger assembly having a first heat transfer device and a second heat transfer device according to an exemplary embodiment of the present invention;

4 zeigt eine schematische Darstellung eines Druckluftspeicherkraftwerks gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei eine Wärmeübertrageranordnung eine erste Wärmeübertragervorrichtung und eine zweite Warmeübertragervorrichtung aufweist, welche miteinander gekoppelt sind; und 4 1 is a schematic of a compressed air storage power plant according to an exemplary embodiment of the present invention, wherein a heat exchanger assembly includes a first heat transfer device and a second heat transfer device coupled together; and

5 zeigt eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Wärmeübertrageranordnung für eine Turbine. 5 shows a schematic representation of a conventional heat exchanger assembly for a turbine.

Detaillierte Beschreibung von exemplarischen AusführungsformenDetailed description of exemplary embodiments

Gleiche oder ähnliche Komponenten sind in den Figuren mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.The same or similar components are provided in the figures with the same reference numerals. The illustrations in the figures are schematic and not to scale.

1 zeigt eine Wärmeübertrageranordnung 100 zum Erwärmen eines Arbeitsgases für eine Turbine 130 eines Druckluftspeicherkraftwerks 120. Ein Arbeitsgas kann aus einem Druckraum 160, wie beispielsweise einer unterirdischen Kavität, entnommen werden und der Warmeübertrageranordnung 100 an einem ersten Gaseinlass mit einer ersten Temperatur TE1 zugefuhrt werden. Ferner ist die Wärmeubertrageranordnung 100 mit einer wärmeerzeugenden Vorrichtung 140 gekoppelt. Von der wärmeerzeugenden Vorrichtung 140 kann eine erste Wärmeenergiezufuhr Qzu,1 bereitgestellt werden. Insbesondere wird ein Warmemittel, wie beispielsweise heißes Wasser oder heißes Abgas einer Gasturbine, dem ersten Wärmemitteleinlass 103 bereitgestellt. 1 shows a heat exchanger assembly 100 for heating a working gas for a turbine 130 a compressed air storage power plant 120 , A working gas can come from a pressure chamber 160 , such as a subterranean cavity, and the heat exchanger assembly 100 be supplied at a first gas inlet with a first temperature T E1 . Furthermore, the heat exchanger arrangement 100 with a heat generating device 140 coupled. From the heat generating device 140 For example, a first heat energy supply Q zu, 1 can be provided. In particular, a warming means such as hot water or hot exhaust gas of a gas turbine becomes the first heat medium inlet 103 provided.

Das Arbeitsgas durchläuft zunächst nach dem Druckraum 160 die Wärmeübertrageranordnung 100 und wird mit einer ersten Auslasstemperatur TA1 an dem ersten Gasauslass 111 der Wärmeübertrageranordnung 100 abgeführt. Das Arbeitsgas wird mit der ersten Auslasstemperatur TA1 der Turbine 130 zugeführt. Das Arbeitsgas durchläuft in Flussrichtung die einzelnen Turbinenstufen I bis III, bis es final aus der Turbine 130 ausströmt. Dabei wird die Energie des Arbeitsgases in mechanische Arbeit mittels der Turbine 130 umgewandelt und dadurch ein Generator 150, insbesondere zur Stromerzeugung, betrieben.The working gas passes first to the pressure chamber 160 the heat exchanger arrangement 100 and is at a first outlet temperature T A1 at the first gas outlet 111 the heat exchanger assembly 100 dissipated. The working gas is at the first outlet temperature T A1 of the turbine 130 fed. The working gas passes through the individual turbine stages I to III in the flow direction until it finally leaves the turbine 130 flows. The energy of the working gas becomes mechanical work by means of the turbine 130 converted and thereby a generator 150 , in particular for power generation, operated.

Zur Wirkungsgraderhöhung wird der Turbine 130 das Arbeitsgas mit der zweiten Eingangstemperatur TE2 zumindest teilweise entnommen und einem zweiten Gaseinlass 102 der Wärmeübertrageranordnung 100 zugeführt. Das Arbeitsgas durchläuft wiederum die Wärmeubertrageranordnung 100 und erwärmt sich auf eine zweite Auslasstemperatur TA2. Von einem zweiten Gasauslass 112 wird das Arbeitsgas mit der zweiten Auslasstemperatur TA2 der Turbine 130 erneut zugeführt. Diese Zwischenerwarmung des Arbeitsgases erhoht den Wirkungsgrad der Turbine 130.To increase the efficiency of the turbine 130 the working gas with the second input temperature T E2 at least partially removed and a second gas inlet 102 the heat exchanger assembly 100 fed. The working gas in turn passes through the heat exchanger assembly 100 and heats up to a second outlet temperature T A2 . From a second gas outlet 112 becomes the working gas with the second outlet temperature T A2 of the turbine 130 fed again. This intermediate heating of the working gas increases the efficiency of the turbine 130 ,

Wie in 1 dargestellt, weist die Turbine 130 eine erste Turbinenstufe I, eine zweite Turbinenstufe II und eine dritte Turbinenstufe III (oder eine weitere Vielzahl von Turbinenstufen) auf. Die Turbinenstufen I bis III sind jeweils nacheinander in Strömungsrichtung des Arbeitsgases durch die Turbine 130 angeordnet. Das Arbeitsgas, welches aus dem Druckraum 160 teilweise entnommen wird und nach Erwärmung von dem ersten Gasauslass 111 mit einer ersten Auslasstemperatur TA1 bereitgestellt wird, wird generell der ersten Turbinenstufe I zugefuhrt. Die Abzapfung des Arbeitsgases und die Zufuhrung zu dem zweiten Gaseinlass 112 der Warmeubertrageranordnung 100 findet üblicherweise in einer der nachfolgenden Turbinenstufen II, III statt. Beispielsweise wird das Arbeitsgas zwischen der ersten Turbinenstufe I und der zweiten Turbinenstufe II entnommen und dem zweiten Gaseinlass 102 zugefuhrt. Nach Erwärmung des Arbeitsgases von der zweiten Eingangstemperatur TE2 auf die zweite Auslasstemperatur TA2 wird das erwarmte Arbeitsgas an dem zweiten Gasauslass 112 bereitgestellt und erneut der Turbine 130 zugeführt. Dabei wird das Arbeitsgas mit der zweiten Auslasstemperatur TA2 beispielsweise nahe dem Ort der Entnahme, d. h. in dem obigen Beispiel zwischen der ersten Turbinenstufe I und der zweiten Turbinenstufe II zugeführt. Alternativ kann das erwärmte Arbeitsgas auch einer nachfolgenden Turbinenstufe zugeführt werden, beispielsweise zwischen der zweiten Turbinenstufe II und der dritten Turbinenstufe III.As in 1 shown, the turbine points 130 a first turbine stage I, a second turbine stage II and a third turbine stage III (or a further plurality of turbine stages). The turbine stages I to III are each successively in the flow direction of the working gas through the turbine 130 arranged. The working gas, which comes from the pressure chamber 160 is partially removed and after heating from the first gas outlet 111 is provided with a first outlet temperature T A1 , the first turbine stage I is generally supplied. The bleed of the working gas and the supply to the second gas inlet 112 the heat exchanger arrangement 100 usually takes place in one of the following turbine stages II, III. For example, the working gas is taken between the first turbine stage I and the second turbine stage II and the second gas inlet 102 fed to. After heating the working gas from the second input temperature T E2 to the second outlet temperature T A2 , the heated working gas is at the second gas outlet 112 deployed and again the turbine 130 fed. In this case, the working gas with the second outlet temperature T A2, for example, near the place of removal, that is supplied in the above example between the first turbine stage I and the second turbine stage II. Alternatively, the heated working gas can also be supplied to a subsequent turbine stage, for example between the second turbine stage II and the third turbine stage III.

Das Warmemittel durchströmt die Wärmeübertrageranordnung 100 und verlässt diese mit einer ersten Abwärme Qab,1.The warming medium flows through the heat exchanger arrangement 100 and leaves it with a first waste heat Q from, 1 .

2 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher das Arbeitsgas an mehreren Stellen der Turbine 130 entnommen wird und mittels der Wärmeubertrageranordnung 100 zwischenerwärmt wird. Wie in 2 dargestellt, wird zunächst mit der Warmeübertrageranordnung 100 das Arbeitsgas mit einer ersten Eingangstemperatur TE1 von dem Druckraum 160 dem ersten Gaseinlass 101 der Warmeubertrageranordnung 100 bereitgestellt. Die Wärmeübertrageranordnung 100 erwarmt mittels des Wärmemittels das Arbeitsgas auf die erste Auslasstemperatur TA1 und stellt dieses Arbeitsgas dem ersten Gasauslass 111 bereit. Von dem ersten Gasauslass 111 wird das so erwärmte Arbeitsgas der ersten Turbinenstufe I zugeführt. 2 shows another exemplary embodiment of the present invention, wherein the working gas at multiple points of the turbine 130 is removed and by means of the heat exchanger arrangement 100 is warmed up. As in 2 is shown, first with the heat exchanger assembly 100 the working gas with a first inlet temperature T E1 of the pressure chamber 160 the first gas inlet 101 the heat exchanger arrangement 100 provided. The heat exchanger arrangement 100 heated by means of the heating means, the working gas to the first outlet temperature T A1 and provides this working gas to the first gas outlet 111 ready. From the first gas outlet 111 the working gas thus heated is supplied to the first turbine stage I.

Das Warmemittel wird wiederum durch eine wärmeerzeugende Vorrichtung 140 bereitgestellt und mit einer ersten Wärmeenergie Qzu,1 dem Wärmemitteleinlass 103 zugeführt.The warming agent is in turn passed through a heat generating device 140 provided with a first heat energy Q to, 1 the heat medium inlet 103 fed.

Nach der ersten Turbinenstufe I wird (ein Teil) des Arbeitsgases der Turbine 130 entnommen. Dieses Arbeitsgas wird mit einer zweiten Eingangstemperatur TE2 an dem zweiten Gaseinlass 102 der Wärmeubertrageranordnung 100 bereitgestellt und in dieser erwärmt. An einem zweiten Gasauslass 112 weist das Arbeitsgas die zweite Auslasstemperatur TA2 auf, welche höher als die zweite Eingangstemperatur TE2 ist. Das Arbeitsgas wird mit der zweiten Auslasstemperatur TA2 der Turbine 130 zugeführt. Insbesondere wird das so erwärmte Arbeitsgas in der Nähe der Arbeitsgasentnahme zugeführt, d. h. ebenfalls zwischen der ersten Turbinenstufe I und der zweiten Turbinenstufe II. Der Druck des Arbeitsgases wird zwischen der Entnahme nach der ersten Turbinenstufe I und der erneuten Zuführung der zweiten Turbinenstufe II nahezu konstant gehalten, um somit einen Energieverlust zu vermeiden.After the first turbine stage I becomes (one part) of the working gas of the turbine 130 taken. This working gas is at a second inlet temperature T E2 at the second gas inlet 102 the heat exchanger assembly 100 provided and heated in this. At a second gas outlet 112 the working gas has the second outlet temperature T A2 , which is higher than the second inlet temperature T E2 . The working gas is at the second outlet temperature T A2 of the turbine 130 fed. In particular, the thus heated working gas is supplied in the vicinity of the working gas removal, ie also between the first turbine stage I and the second turbine stage II. The pressure of the working gas is kept almost constant between the removal after the first turbine stage I and the renewed supply of the second turbine stage II so as to avoid energy loss.

Ferner zeigt 2 eine weitere Entnahme (eines Teils) des Arbeitsgases nach der zweiten Turbinenstufe II. Das Arbeitsgas wird nach der zweiten Turbinenstufe II erneut abgezapft und mit einer dritten Eingangstemperatur TE3 dem weiteren zweiten Gaseinlass 201 der Wärmeübertrageranordnung 100 zugeführt. Das Wärmemittel erwärmt das Arbeitsgas auf die dritte Auslasstemperatur TA3. Von einem weiteren zweiten Gasauslass 202 wird das Arbeitsgas mit der dritten Auslasstemperatur TA3 zwischen der zweite Turbinenstufe II und der dritten Turbinenstufe III zugeführt.Further shows 2 a further removal (of a part) of the working gas after the second turbine stage II. The working gas is tapped again after the second turbine stage II and with a third inlet temperature T E3 the further second gas inlet 201 the heat exchanger assembly 100 fed. The heating means heats the working gas to the third outlet temperature T A3 . From another second gas outlet 202 the working gas is supplied to the third outlet temperature T A3 between the second turbine stage II and the third turbine stage III.

Somit kann eine Wärmeübertrageranordnung 100 mit einem gemeinsamen Wärmemittel das Arbeitsgas zwischen einer Vielzahl von Turbinenstufen I bis III zwischenerwärmen, um somit eine hohe Effizienz der Turbine 130 zu erzeugen. Das Wärmemittel verlässt die Wärmeübertrageranordnung 100 mit einer ersten Abwärme Qab,1. Da das Wärmemittel mehrere Durchgänge des Arbeitsgases durch die Wärmeübertrageranordnung 100, wie in 2 dargestellt, erwärmt, kann das Warmemittel mehr Wärmeenergie an das Arbeitsgas abgeben, so dass dadurch die Effizienz der Wärmeübertrageranordnung 100 erhöht wird.Thus, a heat exchanger assembly 100 with a common heating medium between the working gas between a plurality of turbine stages I to III between warm, thus high efficiency of the turbine 130 to create. The heating means leaves the heat exchanger arrangement 100 With a first waste heat Q ab, 1 . Since the heating means several passes of the working gas through the heat exchanger assembly 100 , as in 2 shown, heated, the heating means can give more heat energy to the working gas, thereby increasing the efficiency of the heat exchanger assembly 100 is increased.

3 zeigt eine weitere beispielhafte Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher die Wärmeübertrageranordnung 100 eine erste Wärmeubertragervorrichtung 301 und eine zweite Warmeübertragervorrichtung 302 aufweist. 3 shows a further exemplary embodiment of the present invention, in which the heat exchanger assembly 100 a first heat transfer device 301 and a second heat transfer device 302 having.

Die erste Wärmeübertragervorrichtung bezieht das Arbeitsgas mit der ersten Eingangstemperatur TE1 aus dem Druckraum 160. Ferner wird an dem ersten Wärmemitteleinlass 103 ein Wärmemittel mit einer ersten Wärmeenergie Qzu,1 von der wärmeerzeugenden Vorrichtung 140 bezogen. In der ersten Wärmeübertragervorrichtung 301 stromt das Arbeitsgas zwischen dem ersten Gaseinlass 101 zu dem ersten Gasauslass 111 und wird von der ersten Eingangstemperatur TE1 mittels des Wärmemittels auf die erste Auslasstemperatur TA1 erwärmt. Von dem ersten Gasauslass 111 strömt das Arbeitsmittel zu der Turbine 130 und insbesondere zu der ersten Turbinenstufe I, um die Turbine 130 zu betreiben.The first heat exchanger device draws the working gas with the first inlet temperature T E1 from the pressure chamber 160 , Further, at the first heat medium inlet 103 a heating means having a first heat energy Q to, 1 from the heat generating device 140 based. In the first heat transfer device 301 the working gas flows between the first gas inlet 101 to the first gas outlet 111 and is heated from the first input temperature T E1 by means of the heating means to the first outlet temperature T A1 . From the first gas outlet 111 the working fluid flows to the turbine 130 and in particular to the first turbine stage I, to the turbine 130 to operate.

Nachdem das Wärmemittel das Arbeitsgas auf die erste Auslasstemperatur TA1 erwärmt hat, wird dies mit einer ersten Abwärme Qab,1 abgeführt.After the heating medium has heated the working gas to the first outlet temperature T A1 , this is dissipated with a first waste heat Q ab, 1 .

Ferner zeigt 3 eine zweite Wärmeübertragervorrichtung 302. Die Wärmeübertragervorrichtung 302 weist den zweiten Gaseinlass 102 und den zweiten Gasauslass 112 auf. Von der Turbine 130 kann das Arbeitsgas abgezapft werden und mittels der zweiten Eingangstemperatur TE2 dem zweiten Gaseinlass 102 bereitgestellt werden. Nach Erwärmung des Arbeitsgases auf die zweite Auslasstemperatur TA2 wird das Arbeitsgas dem zweiten Gasauslass 112 bereitgestellt und erneut der Turbine 130 zugeführt.Further shows 3 a second heat transfer device 302 , The heat transfer device 302 has the second gas inlet 102 and the second gas outlet 112 on. From the turbine 130 the working gas can be tapped and by means of the second input temperature T E2 the second gas inlet 102 to be provided. After heating the working gas to the second outlet temperature T A2 , the working gas is the second gas outlet 112 deployed and again the turbine 130 fed.

Gemäß 3 wird beispielsweise das Arbeitsgas der zweiten Turbinenstufe II entnommen und der anschließenden dritten Turbinenstufe III erneut zugeführt. Die zweite Warmeübertragervorrichtung 302 kann über einen zweiten Wärmemitteleinlass 303 beispielsweise das Wärmemittel mit der ersten Wärmeenergiezufuhr Qzu,1 aus der wärmeerzeugenden Vorrichtung 140 beziehen. In diesem Ausführungsbeispiel kann ein und dieselbe wärmeerzeugende Vorrichtung 140 eine Vielzahl von Warmeubertragervorrichtungen 301, 302 mit Wärmemittel versorgen.According to 3 For example, the working gas is taken from the second turbine stage II and fed to the subsequent third turbine stage III again. The second heat transfer device 302 can have a second heat input 303 For example, the heating means with the first heat energy supply Q to, 1 from the heat generating device 140 Respectively. In this embodiment, one and the same heat generating device 140 a variety of heat transfer devices 301 . 302 provide with heat.

Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise eine weitere wärmeerzeugende Vorrichtung 340 vorgesehen werden, welche ein weiteres Wärmemittel mit einer zweiten Warmeenergie Qzu,2 dem weiteren Wärmemitteleinlass bereitstellt. Nach Erwärmung des Arbeitsgases von der zweiten Eingangstemperatur TE2 auf die zweite Auslasstemperatur TA2 wird das weitere Wärmemittel mit einer zweiten Abwärme Qab,2 aus der zweiten Warmeübertragervorrichtung 302 abgefuhrt.Alternatively or additionally, for example, a further heat-generating device 340 be provided, which provides a further heat means with a second heat energy Q to, 2 the further heat medium inlet. After heating the working gas from the second input temperature T E2 to the second outlet temperature T A2 , the further heating means with a second waste heat Q ab, 2 from the second Warmeübertragervorrichtung 302 led away.

Mit diesem Ausführungsbeispiel besteht die Moglichkeit, mehrere unterschiedliche wärmeerzeugende Vorrichtungen 140, 340 zu verwenden. Beispielsweise kann die wärmeerzeugende Vorrichtung 140 eine Gasturbine darstellen und heißes Abgas der ersten Wärmeubertragervorrichtung 301 zuführen. Die weitere wärmeerzeugende Vorrichtung 340 kann beispielsweise ein Solarkraftwerk darstellen, und durch Solarenergie ein weiteres Wärmemittel, wie beispielsweise Wasser oder Ol zu erwärmen, und dieses als zweite Warmeenergiezufuhr Qzu,2 der zweiten Wärmeübertragervorrichtung 302 zuführen.With this embodiment, it is possible to have several different heat-generating devices 140 . 340 to use. For example, the heat-generating device 140 represent a gas turbine and hot exhaust gas of the first heat transfer device 301 respectively. The further heat-generating device 340 For example, it may represent a solar power plant and heat by solar energy another heating means, such as water or oil, and this as a second heat energy supply Q to, 2 of the second heat transfer device 302 respectively.

4 zeigt eine weitere beispielhafte Ausfuhrungsform, welche im Wesentlichen dieselben Merkmale der Ausführungsform aus 3 aufweist. Die Wärmeübertrageranordnung 100 weist die erste Warmeübertragervorrichtung 301 und die zweite Wärmeübertragervorrichtung 302 auf. 4 shows a further exemplary embodiment, which essentially the same features of the embodiment 3 having. The heat exchanger arrangement 100 has the first heat transfer device 301 and the second heat transfer device 302 on.

Zusätzlich oder alternativ zu der beispielhaften Ausführungsform aus 3 zeigt die beispielhafte Ausfuhrungsform aus 4 einen Wärmemittelauslass 401 der ersten Warmeübertragervorrichtung 301. Uber den Wärmemittelauslass 401 wird das Wärmemittel, nachdem es das Arbeitsgas in der ersten Warmeübertragervorrichtung 301 erwärmt hat, mit einer ersten Abwarme Qab,1 abgeführt. Der Wärmemittelauslass 401 und der zweite Wärmemitteleinlass 303 sind derart miteinander gekoppelt, dass das Wärmemittel mit der ersten Abwärme Qab,1 dem zweiten Warmemitteleinlass 303 zuführbar ist. Das Wärmemittel mit der ersten Abwärme Qab,1 aus der ersten Wärmeubertragervorrichtung 301 wird somit als ein Wärmemittel mit einer zweiten Wärmeenergie Qzu,2 zugeführt. Somit wird dem Wärmemittel im Gesamtprozess mehr Wärmeenergie entzogen und die ungenutzte Abwärme reduziert. Der Gesamtwirkungsgrad der Warmeübertrageranordnung 100 und somit des Druckluftspeicherkraftwerks 120 wird dadurch erhöht.Additionally or alternatively to the exemplary embodiment 3 shows the exemplary embodiment 4 a Wärmemittelauslass 401 the first heat transfer device 301 , Over the Wärmemittelauslass 401 becomes the heating means after the working gas in the first heat transfer device 301 warmed up, with a first down heat Q off, 1 dissipated. The Wärmemittelauslass 401 and the second heat medium inlet 303 are coupled to each other such that the heat means having the first waste heat Q ab, 1 the second heat medium inlet 303 can be fed. The heat means with the first waste heat Q ab, 1 from the first heat transfer device 301 is thus supplied as a heat medium with a second heat energy Q to, 2 . Thus, more heat energy is removed from the heat medium in the overall process and reduces the unused waste heat. The overall efficiency of the heat exchanger arrangement 100 and thus the compressed air storage power plant 120 is increased by this.

Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass ”umfassend” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und ”eine” oder ”ein” keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschrankung anzusehen.In addition, it should be noted that "encompassing" does not exclude other elements or steps, and "a" or "an" does not exclude a multitude. It should also be appreciated that features or steps described with reference to one of the above embodiments may also be used in combination with other features or steps of other embodiments described above. Reference signs in the claims are not to be regarded as a limitation.

Claims (10)

Warmeübertrageranordnung (100) zum Erwärmen eines Arbeitsgases fur eine Turbine (130) eines Druckluftspeicherkraftwerks (120), die Warmeübertrageranordnung (100) aufweisend einen ersten Gaseinlass (101), welcher mit einem Druckraum (160) des Druckluftspeicherkraftwerks (120) koppelbar ist, sodass ein Arbeitsgas mit einer ersten Eingangstemperatur (TE1) von dem Druckraum (160) zu der Warmeübertrageranordnung (100) zuführbar ist, einen ersten Gasauslass (111), welcher mit der Turbine (130) koppelbar ist, sodass das Arbeitsgas mit einer ersten Auslasstemperatur (TA1) von der Wärmeübertrageranordnung (100) zu der Turbine (130) zuführbar ist, einen zweiten Gaseinlass (102), welcher mit der Turbine (130) koppelbar ist, sodass das Arbeitsgas mit einer zweiten Eingangstemperatur (TE2) von der Turbine (130) zu der Warmeübertrageranordnung (100) zuführbar ist, einen zweiten Gasauslass (112), welcher mit der Turbine (130) koppelbar ist, sodass das Arbeitsgas mit einer zweiten Auslasstemperatur (TA2) von der Wärmeübertrageranordnung (100) zu der Turbine (130) zuführbar ist, wobei ein Wärmemittel derart zuführbar ist, dass a) das Arbeitsgas von der ersten Eingangstemperatur (TE1) auf die erste Auslasstemperatur (TA1) erwärmbar ist, und b) das Arbeitsgas von der zweiten Eingangstemperatur (TE2) auf die zweite Auslasstemperatur (TA2) erwärmbar ist.Heat exchanger arrangement ( 100 ) for heating a working gas for a turbine ( 130 ) of a compressed air storage power plant ( 120 ), the heat exchanger arrangement ( 100 ) having a first gas inlet ( 101 ), which with a pressure chamber ( 160 ) of the compressed air storage power plant ( 120 ) can be coupled so that a working gas having a first inlet temperature (T E1 ) of the pressure chamber ( 160 ) to the heat exchanger assembly ( 100 ), a first gas outlet ( 111 ), which with the turbine ( 130 ) is coupled, so that the working gas with a first outlet temperature (T A1 ) of the heat exchanger assembly ( 100 ) to the turbine ( 130 ), a second gas inlet ( 102 ), which with the turbine ( 130 ) is coupled, so that the working gas with a second input temperature (T E2 ) from the turbine ( 130 ) to the heat exchanger assembly ( 100 ), a second gas outlet ( 112 ), which with the turbine ( 130 ) is coupled, so that the working gas with a second outlet temperature (T A2 ) of the heat exchanger assembly ( 100 ) to the turbine ( 130 ), wherein a heating medium can be fed in such a way that a) the working gas can be heated from the first inlet temperature (T E1 ) to the first outlet temperature (T A1 ), and b) the working gas can be heated from the second inlet temperature (T E2 ) second outlet temperature (T A2 ) is heated. Warmeübertrageranordnung (100) gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend einen weiteren zweiten Gaseinlass (201), welcher mit der Turbine (130) koppelbar ist, sodass das Arbeitsgas mit einer weiteren zweiten Eingangstemperatur (TE3) von der Turbine (130) zu der Wärmeübertrageranordnung (100) zuführbar ist, und einen weiteren zweiten Gasauslass (202), welcher mit der Turbine (130) koppelbar ist, sodass das Arbeitsgas mit einer weiteren zweiten Auslasstemperatur (TA2) von der Wärmeübertrageranordnung (100) zu der Turbine (130) zuführbar ist, wobei das Wärmemittel derart zuführbar ist, dass c) das Arbeitsgas von der weiteren zweiten Eingangstemperatur (TE3) auf die weitere zweite Auslasstemperatur (TA3) erwärmbar ist.Heat exchanger arrangement ( 100 ) according to claim 1, further comprising a further second gas inlet ( 201 ), which with the turbine ( 130 ) is coupled so that the working gas with a further second input temperature (T E3 ) from the turbine ( 130 ) to the heat exchanger arrangement ( 100 ) is fed, and another second gas outlet ( 202 ), which with the turbine ( 130 ) can be coupled, so that the working gas with a further second outlet temperature (T A2 ) of the heat exchanger arrangement ( 100 ) to the turbine ( 130 ), wherein the heating means can be fed in such a way that c) the working gas can be heated from the further second inlet temperature (T E3 ) to the further second outlet temperature (T A3 ). Wärmeübertrageranordnung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend eine erste Wärmeübertragervorrichtung (301), welche den ersten Gaseinlass (101), den ersten Gasauslass (111) und einen ersten Wärmemitteleinlass (103) aufweist, und eine zweite Wärmeübertragervorrichtung (302), welche den zweiten Gaseinlass (102), den zweiten Gasauslass (112) und einen zweiten Wärmemitteleinlass (303) aufweist.Heat exchanger arrangement ( 100 ) according to claim 1 or 2, further comprising a first heat transfer device ( 301 ), which the first gas inlet ( 101 ), the first gas outlet ( 111 ) and a first heat medium inlet ( 103 ), and a second heat transfer device ( 302 ), which the second gas inlet ( 102 ), the second gas outlet ( 112 ) and a second heat medium inlet ( 303 ) having. Wärmeübertrageranordnung (100) gemäß Anspruch 3, wobei der erste Warmemitteleinlass (103) und der zweite Wärmemitteleinlass (303) mit einer warmeerzeugenden Vorrichtung (140) koppelbar sind.Heat exchanger arrangement ( 100 ) according to claim 3, wherein the first heat medium inlet ( 103 ) and the second heat medium inlet ( 303 ) with a heat generating device ( 140 ) can be coupled. Wärmeübertrageranordnung (100) gemaß Anspruch 3 oder 4, wobei die erste Wärmeubertragervorrichtung (301) einen Wärmemittelauslass (401) zum Auslassen des Wärmemittels mit einer ersten Abwärme (Qab,1) aufweist, wobei der Wärmemittelauslass (401) und der zweite Wärmemitteleinlass (303) derart miteinander gekoppelt sind, dass das Warmemittel mit der ersten Abwärme (Qab,1) dem zweiten Warmemitteleinlass (303) zufuhrbar ist.Heat exchanger arrangement ( 100 ) according to claim 3 or 4, wherein the first heat transfer device ( 301 ) a Wärmemittelauslass ( 401 ) for discharging the heating medium with a first waste heat (Q ab, 1 ), wherein the Wärmemittelauslass ( 401 ) and the second heat medium inlet ( 303 ) are coupled to one another in such a way that the heating means with the first waste heat (Q ab, 1 ) the second heat medium inlet ( 303 ) is feedable. Wärmeübertrageranordnung (100) gemaß Anspruch 3, wobei der erste Wärmemitteleinlass (103) mit einer wärmeerzeugenden Vorrichtung (140) koppelbar ist, und wobei der zweite Wärmemitteleinlass (303) mit einer weiteren wärmeerzeugenden Vorrichtung (340) koppelbar ist.Heat exchanger arrangement ( 100 ) according to claim 3, wherein the first heat medium inlet ( 103 ) with a heat generating device ( 140 ), and wherein the second heat medium inlet ( 303 ) with another heat generating device ( 340 ) can be coupled. Druckluftspeicherkraftwerk (120), aufweisend einen Druckraum (160), eine Turbine (130), und eine Wärmeübertrageranordnung (100) gemäß einem der Anspruche 1 bis 6.Compressed air storage power plant ( 120 ), comprising a pressure chamber ( 160 ), a turbine ( 130 ), and a heat exchanger arrangement ( 100 ) according to one of claims 1 to 6. Druckluftspeicherkraftwerk (120) nach Anspruch 7, wobei die Turbine (130) eine erste Turbinenstufe (I) und eine zweite Turbinenstufe (II) aufweist, wobei die zweite Turbinenstufe (II) bezüglich einer Flussrichtung des Arbeitsgases in der Turbine (130) stromabwarts zu der ersten Turbinenstufe (I) angeordnet ist, wobei der erste Gasauslass (111) der Wärmeübertrageranordnung (100) derart mit der Turbine (130) gekoppelt ist, dass das Arbeitsgas mit der ersten Auslasstemperatur (TA1) der ersten Turbinenstufe (I) zuführbar ist, wobei der zweite Gaseinlass (102) der Warmeübertrageranordnung (100) derart mit der Turbine (130) gekoppelt ist, dass das Arbeitsgas mit der zweiten Einlasstemperatur zwischen der ersten Turbinenstufe (I) und der zweiten Turbinenstufe (II) entnehmbar ist und der Warmeubertrageranordnung (100) zuführbar ist, und wobei der zweite Gasauslass (112) der Wärmeübertrageranordnung (100) derart mit der Turbine (130) gekoppelt ist, dass das Arbeitsgas mit der zweiten Auslasstemperatur (TA2) der zweiten Turbinenstufe (II) zuführbar ist.Compressed air storage power plant ( 120 ) according to claim 7, wherein the turbine ( 130 ) has a first turbine stage (I) and a second turbine stage (II), wherein the second turbine stage (II) with respect to a flow direction of the working gas in the turbine ( 130 ) is arranged downstream of the first turbine stage (I), wherein the first gas outlet ( 111 ) of the heat exchanger arrangement ( 100 ) so with the turbine ( 130 ), that the working gas with the first outlet temperature (T A1 ) of the first turbine stage (I) can be supplied, wherein the second gas inlet ( 102 ) of the heat exchanger arrangement ( 100 ) so with the turbine ( 130 ), that the working gas with the second inlet temperature between the first turbine stage (I) and the second turbine stage (II) can be removed and the heat exchanger assembly ( 100 ), and the second gas outlet ( 112 ) of the heat exchanger arrangement ( 100 ) so with the turbine ( 130 ) is coupled, that the working gas with the second outlet temperature (T A2 ) of the second turbine stage (II) can be fed. Druckluftspeicherkraftwerk (120) nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Druckraum (160) in einer unterirdischen Kavität ausgebildet ist.Compressed air storage power plant ( 120 ) according to claim 7 or 8, wherein the pressure chamber ( 160 ) is formed in an underground cavity. Verfahren zum Erwärmen eines Arbeitsgases für eine Turbine (130) eines Druckluftspeicherkraftwerks (120), das Verfahren aufweisend Zuführen des Arbeitsgases mit einer ersten Eingangstemperatur (TE1) von einem Druckraum (160) des Druckluftspeicherkraftwerks (120) zu einem ersten Gaseinlass (101) einer Wärmeubertrageranordnung (100), Erwärmen des Arbeitsgases von der ersten Eingangstemperatur (TE1) auf eine erste Auslasstemperatur (TA1) mittels eines Warmemittels, Zuführen des Arbeitsgases mit der ersten Auslasstemperatur (TA1) von der Wärmeübertrageranordnung (100) zu der Turbine (130), Zuführen des Arbeitsgases mit einer zweiten Eingangstemperatur (TE2) von der Turbine (130) zu einem zweiten Gaseinlass (102) der Warmeübertrageranordnung (100), Erwärmen des Arbeitsgases von der zweiten Eingangstemperatur (TE2) auf eine zweite Auslasstemperatur (TA2) mittels des Warmemittels, und Zuführen des Arbeitsgases mit der zweiten Auslasstemperatur (TA2) von der Wärmeübertrageranordnung (100) zu der Turbine (130).Method for heating a working gas for a turbine ( 130 ) of a compressed air storage power plant ( 120 ), the method comprising supplying the working gas with a first inlet temperature (T E1 ) from a pressure chamber ( 160 ) of the compressed air storage power plant ( 120 ) to a first gas inlet ( 101 ) a heat exchanger arrangement ( 100 ), Heating the working gas from the first input temperature (T E1 ) to a first outlet temperature (T A1 ) by means of a warming means, supplying the working gas with the first outlet temperature (T A1 ) from the heat exchanger arrangement ( 100 ) to the turbine ( 130 ), Supplying the working gas with a second input temperature (T E2 ) from the turbine ( 130 ) to a second gas inlet ( 102 ) of the heat exchanger arrangement ( 100 ), Heating the working gas from the second input temperature (T E2 ) to a second outlet temperature (T A2 ) by means of the warming means, and supplying the working gas with the second outlet temperature (T A2 ) from the heat exchanger arrangement ( 100 ) to the turbine ( 130 ).
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