DE102011010974A1 - Stationäres Kraftwerk, insbesondere Gaskraftwerk, zur Stromerzeugung - Google Patents

Stationäres Kraftwerk, insbesondere Gaskraftwerk, zur Stromerzeugung Download PDF

Info

Publication number
DE102011010974A1
DE102011010974A1 DE102011010974A DE102011010974A DE102011010974A1 DE 102011010974 A1 DE102011010974 A1 DE 102011010974A1 DE 102011010974 A DE102011010974 A DE 102011010974A DE 102011010974 A DE102011010974 A DE 102011010974A DE 102011010974 A1 DE102011010974 A1 DE 102011010974A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
power plant
internal combustion
combustion engine
heat
working medium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102011010974A
Other languages
English (en)
Inventor
wird später genannt werden Erfinder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SteamDrive GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Priority to DE102011010974A priority Critical patent/DE102011010974A1/de
Priority to DE202011109771U priority patent/DE202011109771U1/de
Priority to US13/880,936 priority patent/US9030034B2/en
Priority to EP12702762.1A priority patent/EP2606214A1/de
Priority to CN2012800035974A priority patent/CN103180573A/zh
Priority to PCT/EP2012/000405 priority patent/WO2012107177A1/de
Publication of DE102011010974A1 publication Critical patent/DE102011010974A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61Q—SPECIFIC USE OF COSMETICS OR SIMILAR TOILETRY PREPARATIONS
    • A61Q19/00—Preparations for care of the skin
    • A61Q19/08—Anti-ageing preparations
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K8/00—Cosmetics or similar toiletry preparations
    • A61K8/18—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition
    • A61K8/92—Oils, fats or waxes; Derivatives thereof, e.g. hydrogenation products thereof
    • A61K8/922—Oils, fats or waxes; Derivatives thereof, e.g. hydrogenation products thereof of vegetable origin
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/065—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion taking place in an internal combustion piston engine, e.g. a diesel engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00—Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02—Engines with prolonged expansion
    • F02B41/10—Engines with prolonged expansion in exhaust turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B63/00—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices
    • F02B63/04—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
    • F02B75/18—Multi-cylinder engines
    • F02B75/24—Multi-cylinder engines with cylinders arranged oppositely relative to main shaft and of "flat" type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D10/00—District heating systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K2800/00—Properties of cosmetic compositions or active ingredients thereof or formulation aids used therein and process related aspects
    • A61K2800/80—Process related aspects concerning the preparation of the cosmetic composition or the storage or application thereof
    • A61K2800/87—Application Devices; Containers; Packaging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/16—Waste heat
    • F24D2200/26—Internal combustion engine
    • 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
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/17—District heating
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Birds (AREA)
  • Gerontology & Geriatric Medicine (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein stationäres Kraftwerk, insbesondere Gaskraftwerk, zur Stromerzeugung — mit einem Verbrennungsmotor, umfassend einen Verbrennungsmediumeinlass und einen Abgasauslass, über welchen ein Abgasstrom des Verbrennungsmotors abgeführt wird; — mit einem elektrischen Generator, der vom Verbrennungsmotor zur Stromerzeugung angetrieben wird, und der mit einem Stromnetz gekoppelt oder koppelbar ist, um den erzeugten Strom in dieses einzuspeisen; — mit einer Verbrennungsmediumzufuhr, die am Verbrennungsmediumeinlass angeschlossen ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass — ein Dampfkreislauf, in welchem ein Arbeitsmedium mittels einer Speisepumpe umgewälzt wird, vorgesehen ist, umfassend einen im Abgasstrom angeordneten Wärmetauscher, mittels welchem Abwärme des Abgasstromes zur teilweisen oder vollständigen Verdampfung des Arbeitsmediums in das Arbeitsmedium übertragen wird, ferner umfassend einen Hubkolbenexpander, in welchem das Arbeitsmedium unter Verrichtung mechanischer Arbeit expandiert, und einen Kondensator, in welchem das Arbeitsmedium teilweise oder vollständig kondensiert, wobei — der Hubkolbenexpander mechanisch an den Verbrennungsmotor und/oder den elektrischen Generator und/oder einen zusätzlichen elektrischen Generator zum Antreiben desselben gekoppelt ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein stationäres Kraftwerk zur Stromerzeugung, insbesondere ein Gaskraftwerk, im Einzelnen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Gemäß einer besonders günstigen Ausführungsform ist das Kraftwerk als Blockheizkraftwerk (BHKW) mit einer Kraft-Wärme-Kopplung ausgeführt.
  • Kraftwerke, insbesondere Blockheizkraftwerke, sind in der Regel modular aufgebaute Anlagen zur Gewinnung elektrischer Energie und vorzugsweise Wärme, die beispielsweise unmittelbar am Ort des Wärmeverbrauchs betrieben werden können oder aber Nutzwärme in ein Nahwärmenetz oder Fernwärmenetz einspeisen können. Ihre Arbeitsweise beruht auf dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung.
  • In der Regel kommt als Antriebsmaschine für den elektrischen Generator ein Verbrennungsmotor in Betracht, vorzugsweise ein Diesel- oder Gasmotor. Auch Ausführungsformen mit einer Gasturbine sind bekannt.
  • Durch die Kombination der Abwärmenutzung für eine Wärmestromerzeugung und Erzeugung elektrischer Energie durch Antrieb des Generators mit dem die Abwärme erzeugenden Verbrennungsmotor können sehr hohe Wirkungsgrade erzielt werden, wodurch die eingesetzte Primärenergie zu 80 bis über 90 Prozent genutzt werden kann. Dies bedeutet im Vergleich zu herkömmlichen Kraftwerken, wie Dampfkraftwerken, eine Einsparung von bis zu 40 Prozent der Primärenergie. Solche stationäre Kraftwerke, die in der Regel elektrische Leistungen zwischen 5 kW und 5 oder 10 MW aufweisen, werden daher bereits als nahezu ideal angesehen. Trotzdem bedeutet eine weitere Wirkungsgradsteigerung eine noch bessere Ausnutzung vorhandener Primärenergien. Problematisch bei weiteren diesbezüglichen Verbesserungen ist jedoch, dass eine komplexere Ausgestaltung des bisher mechanisch sehr robusten Systems die sehr hohe Verfügbarkeit bekannter Kraftwerke der eingangs dargestellten Art potenziell einschränkt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein stationäres Kraftwerk der eingangs genannten Art hinsichtlich des Wirkungsgrades und der Energieausbeute noch weiter zu optimieren. Dabei sollen die bestehenden Vorteile unverändert weiter genutzt werden können und die Optimierung soll in keiner Weise die Verfügbarkeit des jeweiligen Kraftwerks einschränken.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein stationäres Kraftwerk mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
  • Ein erfindungsgemäßes stationäres Kraftwerk, das insbesondere als Gaskraftwerk ausgeführt ist, dient der Stromerzeugung und weist einen Verbrennungsmotor auf, mittels welchem ein elektrischer Generator angetrieben wird. Der Verbrennungsmotor weist einen Verbrennungsmediumeinlass und einen Abgasauslass auf. Am Verbrennungsmediumeinlass ist eine Verbrennungsmediumzufuhr, insbesondere Gaszufuhr, angeschlossen, um das Verbrennungsmedium, insbesondere Gas, über den Verbrennungsmediumeinlass in den Brennraum, insbesondere in Form von einem oder mehreren Expansionszylindern, einzuleiten. Über den Abgasauslass wird ein Abgasstrom des Verbrennungsmotors abgeführt, wobei der Abgasstrom Abwärme beinhaltet.
  • Der elektrische Generator, der vom Verbrennungsmotor angetrieben wird, ist mit einem Stromnetz gekoppelt oder an ein solches koppelbar, um den von ihm erzeugten Strom in dieses Stromnetz einzuspeisen. Selbstverständlich können zwischen Generator und Stromnetz Gleichrichter beziehungsweise Umrichter oder andere elektrische Bauteile vorgesehen sein.
  • Wenn das Kraftwerk nach dem Kraft-Wärme-Kopplungsprinzip arbeitet, wird der Verbrennungsmotor mittels eines Wärmeträgerstromes, insbesondere Kühlwasserstromes, gekühlt, wobei dem Wärmeträgerstrom Abwärme des Verbrennungsmotors zugeführt wird. Die Abwärme des Verbrennungsmotors kann dabei unmittelbar im Verbrennungsmotor selbst, insbesondere innerhalb dessen Motorgehäuses, auf den Wärmeträgerstrom übertragen werden, und/oder dem vom Verbrennungsmotor erzeugten Abgasstrom entzogen werden und dem Wärmeträgerstrom zugeführt werden, beispielsweise über einen Wärmetauscher im Abgasstrom. Die vom Wärmeträgerstrom aufgenommene Abwärme des Verbrennungsmotors wird dann einem Fernwärmenetz, Nahwärmenetz, Prozesswärmenetz oder einem anderen Wärmenutzungssystem zugeführt.
  • Erfindungsgemäß ist nun zur optimalen Nutzung der Abwärme, die noch im Abgasstrom enthalten ist, ein Dampfkreislauf vorgesehen, in welchem ein Arbeitsmedium mittels einer Speisepumpe umgewälzt wird. Der Dampfkreislauf umfasst einen im Abgasstrom angeordneten Wärmetauscher, mittels welchem Abwärme des Abgasstromes zur teilweisen oder vollständigen Verdampfung des Arbeitsmediums in das Arbeitsmedium übertragen wird. Diesen ersten Wärmetauscher könnte man demnach auch als Verdampfer bezeichnen. Ferner umfasst der Dampfkreislauf einen Hubkolbenexpander, in welchem das Arbeitsmedium unter Verrichtung mechanischer Arbeit expandiert, sowie einen Kondensator, in welchem das Arbeitsmedium teilweise oder vollständig kondensiert.
  • Erfindungsgemäß ist der Hubkolbenexpander mechanisch an dem Verbrennungsmotor und/oder dem elektrischen Generator zum Antreiben desselben gekoppelt. Zusätzlich oder alternativ kann der Hubkolbenexpander auch an einen zweiten zusätzlichen elektrischen Generator gekoppelt sein.
  • Die Kopplung des Hubkolbenexpanders an den Verbrennungsmotor und/oder den elektrischen Generator, der vom Verbrennungsmotor angetrieben wird, ist vorteilhaft mittels einer lösbaren Kupplung hergestellt. Dies ermöglicht, dass bei Problemen im Dampfkreislauf beziehungsweise am Hubkolbenexpander die Kupplung einfach gelöst werden kann, sodass das Kraftwerk wie bisher ohne zusätzliche Abwärmenutzung weiterbetrieben werden kann. Demnach wird die Verfügbarkeit des Kraftwerks nicht eingeschränkt. Ferner ist es dadurch möglich, ohne Verfügbarkeitseinschränkungen die Wartungsintervalle des Dampfkreislaufes beziehungsweise des Hubkolbenexpanders unabhängig von den Wartungsintervallen der übrigen Kraftwerkskomponenten auszuwählen.
  • Besonders günstig ist es, wenn der Hubkolbenexpander eine Kurbelwelle aufweist, die an einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, insbesondere unmittelbar über die Kupplung, angeschlossen ist.
  • Der Verbrennungsmotor ist vorteilhaft als Gasmotor ausgeführt, wobei diesem dann über eine Gaszufuhr am Verbrennungsmediumeinlass ein Gas, insbesondere zusammen mit Luft, als Verbrennungsmedium zugeführt wird.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Arbeitsmedium des Dampfkreislaufes Wasser oder ein Wassergemisch. Insbesondere bei der Ausführung des Verbrennungsmotors als Gasmotor führt dies zu dem Vorteil, dass sich das Arbeitsmedium bei den hohen Abgastemperaturen, welche ein solcher Gasmotor erzeugt, nicht zersetzt und andererseits bei einer Kondensation im Temperaturbereich 80°C bis 99°C bei Umgebungsdruck die aus dem Abgas entnommene Wärme, die dem Arbeitsmedium zugeführt wird, noch sehr gut für eine Kraftwärmekopplung auf üblichem Temperaturniveau verwendet werden kann. Hierzu ist gemäß einer ersten Ausführungsform der Wärmeträgerstrom, der zur Kühlung des Verbrennungsmotors genutzt wird, zugleich das Arbeitsmedium des Dampfkreislaufes und insbesondere zugleich das im Wärmenutzungssystem in einem geschlossenen Kreislauf oder offenen Strom geführte Medium. Alternativ wird die Kondensationswärme des Arbeitsmediums des Dampfkreislaufes dem Wärmeträgerstrom über einen Wärmetauscher, vorliegend als zweiter Wärmetauscher bezeichnet, zugeführt, wobei der zweite Wärmetauscher den Kondensator beispielsweise teilweise oder vollständig ausbilden kann.
  • Im Dampfkreislauf kann ein Arbeitsmediumvorratsbehälter vorgesehen sein, um Leckagen und/oder Volumenschwankungen des Arbeitsmediums auszugleichen. Gemäß einer Ausführungsform ist der Arbeitsmediumvorratsbehälter als vom Arbeitsmedium durchströmter Behälter ausgeführt, das heißt mit einem Arbeitsmediumeinlass, in welchen insbesondere sämtliches im Dampfkreislauf mittels der Speisepumpe umgewälztes Arbeitsmedium permanent einströmt, und mit einem Arbeitsmediumauslass, über welchen dieses Arbeitsmedium wieder aus dem Arbeitsmediumvorratsbehälter ausströmt.
  • Der Verbrennungsmotor und der Hubkolbenexpander arbeiten vorteilhaft auf demselben Drehzahlniveau, insbesondere laufen die Antriebswellen beziehungsweise Kurbelwellen beider Maschinen mit im Wesentlichen oder genau derselben Drehzahl um. Beide Maschinen, die beide vorteilhaft als Hubkolbenmaschinen ausgeführt sind, treiben gemäß einer Ausführungsform gemeinsam ein und denselben Generator oder bei einer Vielzahl von vorgesehenen Generatoren dieselben Generatoren an.
  • Der Hubkolbenexpander kann beispielsweise als Zweizylinder-, Dreizylinder-, Vierzylinder-, Fünfzylinder- oder Sechszylindermaschine ausgeführt sein. Entsprechendes gilt für den Verbrennungsmotor.
  • Wenn der Verbrennungsmotor als Gasmotor ausgeführt ist, ist Biogas, insbesondere Erdgas, Deponiegas, Holzvergasungsgas oder Klärgas ein geeignetes Verbrennungsmedium. Andere Verbrennungsmedien sind jedoch möglich.
  • Der gesamte Dampfkreislauf und dessen Einbindung in das Kraftwerk kann durch eine gemeinsame Systemsteuerung gesteuert und/oder überwacht werden. Hierdurch ist ein robustes wartungsarmes System mit geschlossenem Kreislauf, selbstregulierendem Steuersystem und anpassbar an die verschiedenen Verbrennungsmotoren erreichbar.
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels exemplarisch beschrieben werden.
  • In der 1 ist ein Verbrennungsmotor 1, hier in Form eines Gasmotors, dargestellt, umfassend einen Verbrennungsmediumeinlass 2 und einen Abgasauslass 3.
  • Über eine am Verbrennungsmediumeinlass 2 angeschlossene Verbrennungsmediumzufuhr 19 wird zum einen Luft aus einem Lufteinlass 4 und zum anderen Gas aus einem Gasvorrat 5 zur gemeinsamen Verbrennung im Verbrennungsmotor 1 zugeführt. Über den Abgasauslass 3 strömt heißes Abgas zunächst über einen Wärmetauscher 6, mittels welchem ein Wärmeträgerstrom 7, insbesondere Kühlwasserstrom, aufgeheizt wird, und anschließend einen Wärmetauscher 8, der als Verdampfer für das Arbeitsmedium eines Dampfkreislaufes 9 arbeitet. Der Abgasstrom selbst ist vorliegend mit 10 bezeichnet.
  • Das Arbeitsmedium des Dampfkreislaufes 9 wird mittels einer Speisepumpe 11, die von dem Hubkolbenexpander 12 angetrieben wird, durch den Wärmetauscher 8 gepumpt, dort verdampft und strömt dann in den Hubkolbenexpander 12, wo es unter Verrichtung mechanischer Arbeit expandiert. Mittels dieser mechanischen Arbeit wird der Verbrennungsmotor 1 beziehungsweise dessen Kurbelwelle angetrieben, welcher/welche wiederum unter Ausnutzung der im Verbrennungsmotor 1 entrichteten mechanischen Arbeit den Generator 13 antreibt. Der Generator 13 speist den von ihm erzeugten elektrischen Strom in ein Stromnetz 14.
  • Das im Hubkolbenexpander 12 expandierte Arbeitsmedium strömt durch einen Kondensator 15, in welchem es kondensiert wird, und weiter durch den Arbeitsmediumvorratsbehälter 16 zurück in die Speisepumpe 11.
  • Der Kondensator 15 ist zugleich ein zweiter Wärmetauscher im Wärmeträgerstrom 7 und überträgt die Kondensationswärme auf den Wärmeträgerstrom 7, um diesen zu erwärmen, bevor der Wärmeträgerstrom 7 einem Wärmenutzungssystem 17, beispielsweise Nahwärmenetz, Fernwärmenetz oder Prozesswärmenetz, zugeführt wird. Der Wärmeträgerstrom 7 kann, wie dargestellt, als offener Strom oder, wie durch die gestrichelten Linien dargestellt ist, als geschlossener Kreislauf geführt werden.
  • Selbstverständlich könnte die Reihenfolge der Wärmetauscher 6, 15 im Wärmeträgerstrom 7 umgetauscht werden oder es könnten weitere Wärmetauscher im Kraftwerk zum Eintrag von Wärme in den Wärmeträgerstrom 7 vorgesehen sein, beispielsweise in einer Abgasrückführung des Verbrennungsmotors 1 (nicht dargestellt).
  • Vorliegend ist der Hubkolbenexpander 12 über eine lösbare Kupplung 18 am Verbrennungsmotor 1 angeschlossen, wobei die Kupplung 18 gemäß einer ersten Ausführungsform nur im Stillstand lösbar beziehungsweise schließbar ist und gemäß einer alternativen Ausführungsform auch im Betrieb des Verbrennungsmotors 1 und/oder des Hubkolbenexpanders 12.
  • Abweichend von der dargestellten Ausführungsform könnte die Speisepumpe 11 auch vom Verbrennungsmotor 1 angetrieben werden oder von einem zusätzlichen Antrieb, beispielsweise einem Elektromotor.

Claims (10)

  1. Stationäres Kraftwerk, insbesondere Gaskraftwerk, zur Stromerzeugung; 1.1 mit einem Verbrennungsmotor (1), umfassend einen Verbrennungsmediumeinlass (2) und einen Abgasauslass (3), wobei über den Abgasauslass (3) ein Abgasstrom (10) des Verbrennungsmotors (1) abgeführt wird; 1.2 mit einem elektrischen Generator (13), der vom Verbrennungsmotor (1) zur Stromerzeugung angetrieben wird, und der mit einem Stromnetz (14) gekoppelt oder koppelbar ist, um den erzeugten Strom in dieses einzuspeisen; 1.3 mit einer Verbrennungsmediumzufuhr (19), die am Verbrennungsmediumeinlass (2) angeschlossen ist; dadurch gekennzeichnet, dass 1.4 ein Dampfkreislauf (9), in welchem ein Arbeitsmedium mittels einer Speisepumpe (11) umgewälzt wird, vorgesehen ist, umfassend einen im Abgasstrom (10) angeordneten Wärmetauscher (8), mittels welchem Abwärme des Abgasstromes (10) zur teilweisen oder vollständigen Verdampfung des Arbeitsmediums in das Arbeitsmedium übertragen wird, ferner umfassend einen Hubkolbenexpander (12), in welchem das Arbeitsmedium unter Verrichtung mechanischer Arbeit expandiert, und einen Kondensator (15), in welchem das Arbeitsmedium teilweise oder vollständig kondensiert, wobei 1.5 der Hubkolbenexpander (12) mechanisch an den Verbrennungsmotor (1) und/oder den elektrischen Generator (13) und/oder einen zusätzlichen elektrischen Generator zum Antreiben desselben gekoppelt ist.
  2. Stationäres Kraftwerk gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmedium Wasser oder ein Wassergemisch ist.
  3. Stationäres Kraftwerk gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubkolbenexpander (12) mittels einer lösbaren Kupplung (18) an dem Verbrennungsmotor (1) und/oder dem elektrischen Generator (13) angeschlossen ist.
  4. Stationäres Kraftwerk gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubkolbenexpander (12) eine Kurbelwelle aufweist, die an einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (1), insbesondere unmittelbar, angeschlossen ist.
  5. Stationäres Kraftwerk gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) als Gasmotor ausgeführt ist und eine Gaszufuhr am Verbrennungsmediumeinlass (2) angeschlossen ist, um ein Gas, insbesondere zusammen mit Luft, dem Gasmotor als Verbrennungsmedium zuzuführen.
  6. Stationäres Kraftwerk gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kraft-Wärme-Kopplung vorgesehen ist, umfassend einen Wärmeträgerstrom (7), insbesondere Kühlwasserstrom, mittels welchem der Verbrennungsmotor (1) gekühlt wird, und der einem Nahwärmenetz, Fernwärmenetz, Prozesswärmenetz oder anderen Wärmenutzungssystem (17) zugeführt wird, wobei der Wärmeträger des Wärmeträgerstromes (7) zugleich das Arbeitsmedium des Dampfkreislaufes (9) ist.
  7. Stationäres Kraftwerk gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kraft-Wärme-Kopplung vorgesehen ist, umfassend einen Wärmeträgerstrom (7), insbesondere Kühlwasserstrom, mittels welchem der Verbrennungsmotor (1) gekühlt wird, und der einem Nahwärmenetz, Fernwärmenetz, Prozesswärmenetz oder anderen Wärmenutzungssystem (17) zugeführt wird, wobei im Wärmeträgerstrom (7) ein zweiter Wärmetauscher vorgesehen ist, der mit der Kondensationswärme des Arbeitsmediums beaufschlagt ist, um den Wärmeträgerstrom (7) aufzuheizen.
  8. Stationäres Kraftwerk gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmetauscher den Kondensator (15) teilweise oder vollständig ausbildet.
  9. Stationäres Kraftwerk gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Dampfkreislauf (9) ein Arbeitsmediumvorratsbehälter (16) vorgesehen ist, der als vom Arbeitsmedium durchströmter Behälter ausgeführt ist.
  10. Stationäres Kraftwerk gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbrennungsmedium ein Biogas, insbesondere Erdgas, Deponiegas, Holzvergasungsgas oder Klärgas ist.
DE102011010974A 2011-02-10 2011-02-10 Stationäres Kraftwerk, insbesondere Gaskraftwerk, zur Stromerzeugung Withdrawn DE102011010974A1 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011010974A DE102011010974A1 (de) 2011-02-10 2011-02-10 Stationäres Kraftwerk, insbesondere Gaskraftwerk, zur Stromerzeugung
DE202011109771U DE202011109771U1 (de) 2011-02-10 2011-02-10 Stationäres Kraftwerk, insbesondere Gaskraftwerk, zur Stromerzeugung
US13/880,936 US9030034B2 (en) 2011-02-10 2012-01-31 Stationary power plant, in particular a gas power plant, for generating electricity
EP12702762.1A EP2606214A1 (de) 2011-02-10 2012-01-31 Stationäres kraftwerk, insbesondere gaskraftwerk, zur stromerzeugung
CN2012800035974A CN103180573A (zh) 2011-02-10 2012-01-31 用于发电的固定发电站，特别是燃气发电站
PCT/EP2012/000405 WO2012107177A1 (de) 2011-02-10 2012-01-31 Stationäres kraftwerk, insbesondere gaskraftwerk, zur stromerzeugung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011010974A DE102011010974A1 (de) 2011-02-10 2011-02-10 Stationäres Kraftwerk, insbesondere Gaskraftwerk, zur Stromerzeugung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102011010974A1 true DE102011010974A1 (de) 2012-08-16

Family

ID=45566967

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE202011109771U Expired - Lifetime DE202011109771U1 (de) 2011-02-10 2011-02-10 Stationäres Kraftwerk, insbesondere Gaskraftwerk, zur Stromerzeugung
DE102011010974A Withdrawn DE102011010974A1 (de) 2011-02-10 2011-02-10 Stationäres Kraftwerk, insbesondere Gaskraftwerk, zur Stromerzeugung

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE202011109771U Expired - Lifetime DE202011109771U1 (de) 2011-02-10 2011-02-10 Stationäres Kraftwerk, insbesondere Gaskraftwerk, zur Stromerzeugung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9030034B2 (de)
EP (1) EP2606214A1 (de)
CN (1) CN103180573A (de)
DE (2) DE202011109771U1 (de)
WO (1) WO2012107177A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012021327A1 (de) * 2012-10-26 2014-01-23 Voith Patent Gmbh Förderanlage für Öl oder Gas
DE102012021326A1 (de) * 2012-10-26 2014-04-30 Voith Patent Gmbh Verfahren zum Erzeugen von elektrischer Energie und Energieerzeugungsanlage

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014201751A1 (de) 2014-01-31 2015-02-26 Steamdrive Gmbh Anlage zur Kraftwärmekopplung und Verfahren zum Betreiben einer solchen Anlage
CN104564417A (zh) * 2014-12-29 2015-04-29 云南能投能源产业发展研究院 废油热电联供系统
DE102017209567A1 (de) * 2017-06-07 2018-12-13 Mahle International Gmbh Kraftmaschinenanordnung
DE102020215120B4 (de) 2020-12-01 2022-12-22 Langlechner GmbH & Co. KG Blockheizkraftwerk
DE102021213576A1 (de) 2021-11-25 2023-05-25 Langlechner GmbH & Co. KG Blockheizkraftwerk und Absperrorgan für ein Blockheizkraftwerk

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070007771A1 (en) * 2003-08-27 2007-01-11 Ttl Dynamics Ltd. Energy recovery system
US20100242476A1 (en) * 2009-03-30 2010-09-30 General Electric Company Combined heat and power cycle system
DE102010000487A1 (de) * 2010-02-21 2011-08-25 von Görtz & Finger Techn. Entwicklungs GmbH, 36110 Verfahren und Vorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3116624C2 (de) * 1981-04-27 1985-08-29 Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart Energieversorgungssystem für Wärme und Elektrizität
JPS58181960A (ja) 1982-04-15 1983-10-24 ナショナル住宅産業株式会社 足場装置
JPS58181960U (ja) * 1982-05-31 1983-12-05 日産ディーゼル工業株式会社 エネルギ変換装置
JP2001227616A (ja) 1999-12-08 2001-08-24 Honda Motor Co Ltd 駆動装置
DE102007052169A1 (de) * 2007-10-30 2009-05-07 Voith Patent Gmbh Antriebsstrang, insbesondere Fahrzeugantriebsstrang
US20100083919A1 (en) * 2008-10-03 2010-04-08 Gm Global Technology Operations, Inc. Internal Combustion Engine With Integrated Waste Heat Recovery System

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070007771A1 (en) * 2003-08-27 2007-01-11 Ttl Dynamics Ltd. Energy recovery system
US20100242476A1 (en) * 2009-03-30 2010-09-30 General Electric Company Combined heat and power cycle system
DE102010000487A1 (de) * 2010-02-21 2011-08-25 von Görtz & Finger Techn. Entwicklungs GmbH, 36110 Verfahren und Vorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012021327A1 (de) * 2012-10-26 2014-01-23 Voith Patent Gmbh Förderanlage für Öl oder Gas
DE102012021326A1 (de) * 2012-10-26 2014-04-30 Voith Patent Gmbh Verfahren zum Erzeugen von elektrischer Energie und Energieerzeugungsanlage
DE102012021326B4 (de) * 2012-10-26 2014-05-15 Voith Patent Gmbh Verfahren zum Erzeugen von elektrischer Energie und Energieerzeugungsanlage

Also Published As

Publication number Publication date
DE202011109771U1 (de) 2012-03-21
US20130277968A1 (en) 2013-10-24
CN103180573A (zh) 2013-06-26
WO2012107177A1 (de) 2012-08-16
US9030034B2 (en) 2015-05-12
EP2606214A1 (de) 2013-06-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1816318B1 (de) Kraft-Wärme-Kopplungsanlage mit Verbrennungsmotor und organischem Rankine Prozess (ORC)
DE102011010974A1 (de) Stationäres Kraftwerk, insbesondere Gaskraftwerk, zur Stromerzeugung
DE102010047518A1 (de) Vorrichtung zur Energierückgewinnung aus einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine
WO2012093067A2 (de) Vorrichtung zur energieerzeugung
EP2655813B1 (de) Abwärmenutzungsanlage
CH701133A2 (de) Effizienzsteigerungsvorrichtung eines Antriebs eines Strom- und Wärmeerzeugers.
DE102013111635B4 (de) Verbundkraftwerk mit Absorptionswärmewandler
DE102007027725A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Nutz-Wärme und/oder Nutz-Kälte
EP2655809A1 (de) Abwärmenutzungsanlage
EP2466093B1 (de) Kraftmaschine mit kombiniertem Verbrennungs- und Dampfbetrieb zur Stromerzeugung
DE102010023174A1 (de) Verfahren und Einrichtung zur Nutzung der Abwärmen von Verbrennungskraftmaschinen mittels eines Dampfkreislaufes
DE102010056272A1 (de) Abwärmenutzungsanlage
DE202011101243U1 (de) Abwärmenutzungsanlage
DE102012022865B4 (de) Vorrichtung zur Nutzung der Abwärme einer Brennkraftmaschine
DE102010000487B4 (de) Verfahren und Vorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen
DE19742031A1 (de) Mittels Abgasturbolader aufgeladene Brennkraftmaschine mit einer zusätzlichen Abgasenergieumformeinrichtung und Verfahren zum Betrieb dieser Brennkraftmaschine
DE102012223818A1 (de) Einsatz eines Hilfsaggregates zur Bereitstellung von Abgaswärme für den Abhitzedampferzeuger eines GuD-Kraftwerks
CN103711670A (zh) 联合循环电站的给水泵系统
DE3001315A1 (de) Gewinn mechanischer leistung aus umwelt- oder abwaerme, antrieb einer waermepumpen- bzw. kaeltepumpenanlage
DE102012009726A1 (de) Effizienssteigerungsvorrichtung einesAntriebs
WO2012119703A2 (de) Förderanlage für öl oder gas
DE202009002103U1 (de) Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung in einem BHKW
DE102013017566A1 (de) Verwendung eines gewickelten Wärmeübertragers zur Erzeugung überhitzten Dampfs aus Verbrennungs- oder Abgasen bei Heizanlagen oder Verbrennungsmaschinen
EP2443321A2 (de) Verfahren und einrichtung zur stromgewinnung aus wärme
DE102010048292A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Niedertemperaturkraftwerks

Legal Events

Date Code Title Description
R138 Derivation of utility model

Ref document number: 202011109771

Country of ref document: DE

R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R082 Change of representative

Representative=s name: DR. WEITZEL & PARTNER PATENT- UND RECHTSANWAEL, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: STEAMDRIVE GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: VOITH PATENT GMBH, 89522 HEIDENHEIM, DE

Effective date: 20140520

R082 Change of representative

Representative=s name: DR. WEITZEL & PARTNER PATENT- UND RECHTSANWAEL, DE

Effective date: 20140520

R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R006 Appeal filed
R008 Case pending at federal patent court
R003 Refusal decision now final
R011 All appeals rejected, refused or otherwise settled
R120 Application withdrawn or ip right abandoned