DE102012108733A1 - System for generating hot water and steam at high-temperature reservoir for use in gas turbine power plant, has storage medium from which heat is transferred to channel by flowing of hot water - Google Patents

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Thorsten Urbaneck
Bernd Platzer
Volkmar Lottner
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Technische Universitaet Chemnitz
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Technische Universitaet Chemnitz
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Abstract

The system provides power for charging of the high-temperature reservoir (2.2) from an external energy source and an internal power source of the gas turbine power station. The high-temperature reservoir is provided with memory material heated by the internal and external sources of energy. A channel configured to lead the hot water with an inlet temperature. The heat is transferred from storage medium to the channel by flowing hot water. The inlet temperature exits at an outlet temperature from the channel of the high-temperature reservoir.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Erzeugung von Heißwasser und/oder Dampf mit Hochtemperaturspeicher für den Einsatz in einem Gasturbinenkraftwerk. The invention relates to a system for producing hot water and / or steam with high-temperature storage for use in a gas turbine power plant.

Stand der Technik State of the art

Gasturbinen-Kraftwerke können zur alleinigen Stromerzeugung oder zur gleichzeitigen Bereitstellung von Strom und Wärme (KWK ... Kraft-Wärme-Kopplung) herangezogen werden. Gas turbine power plants can be used for the sole generation of electricity or for the simultaneous provision of electricity and heat (CHP ... combined heat and power).

Mit der Nachschaltung eines geschlossenen Dampfkreisprozesses kann man das Kraftwerk zum kombinierten Gas- und Dampfkraftwerk (GuD) erweitern. Weiterhin ist die Luftvorwärmung für Kohlekraftwerke bekannt. Bei der Kraft-Wärme-Kopplung wird der Abgasstrom zu Heizzwecken genutzt:

  • • Nachschaltung eines technologischen Prozesses (z. B. Kohletrocknung),
  • • Auskopplung für die kommunale Wärmeversorgung (z. B. Fernwärme),
  • • lndustriekraftwerke mit Prozesswärmesystem usw.
With the connection of a closed steam cycle process the power plant can be extended to the combined gas and steam power plant (CCGT). Furthermore, the air preheating for coal power plants is known. In combined heat and power, the exhaust gas flow is used for heating purposes:
  • • downstream of a technological process (eg coal drying),
  • • decoupling for the municipal heat supply (eg district heating),
  • • Industrial power plants with process heat system, etc.

Es ist eine bedarfsgerechte Bereitstellung von Strom und Wärme möglich, denn der Prozess ist schnell regelbar. Es bestehen damit besonders gute Voraussetzungen zur Bereitstellung von Regelenergie. There is a need-based provision of electricity and heat possible, because the process is quickly regulated. There are thus particularly good conditions for the provision of control energy.

Zur Prozessoptimierung mittels Speichertechnik wurde bisher nur Luft als Speichermedium diskutiert und umgesetzt. Nachteilig ist bei der Verwendung von unterirdischen Druckluft-Kavernenspeichern, dass diese eine bestimmte Geologie erfordern und nur im großtechnischen Maßstab bei langen Bauzeiten umsetzbar sind. Es sind weiterhin thermische Verluste zu verzeichnen. Die bisher ebenfalls verwendeten Druckluft-Behälterspeicher weisen eine niedrige Energiedichte auf und der maximale Druck wird durch die realisierbare Behälterwandstärke begrenzt. Die Bereitstellung von Regelleistung/-energie gewinnt zunehmend an Bedeutung. Dies ist auf den massiven Ausbau regenerativer Energien in Form von Wind- und Fotovoltaikstrom zurückzuführen. Diese Entwicklung erfordert gleichzeitig eine schnelle Leistungsanpassung seitens der Wärmekraftwerke, was heute nur bedingt möglich ist. Hier könnten mittelgroße Anlagen mit schnell regelbarer Leistung und Kraft-Wärme-Kopplung aufgrund eines effizienteren Gesamtbetriebs eine Schlüsselrolle im Vergleich zu Großkraftwerken und kleinteiligen Ansätzen (z. B. virtuelle Kraftwerke) einnehmen. Entsprechende Änderungen im Handel (z. B. Strombörse) begünstigen derartige Entwicklungen. For process optimization using storage technology, only air as a storage medium has been discussed and implemented. The disadvantage of using underground compressed air cavern storage that they require a specific geology and can be implemented only on a large scale with long construction times. There are still thermal losses recorded. The previously also used compressed air container reservoirs have a low energy density and the maximum pressure is limited by the viable container wall thickness. The provision of balancing power / energy is becoming increasingly important. This is due to the massive expansion of renewable energies in the form of wind and photovoltaic electricity. At the same time, this development requires rapid power adaptation by the thermal power plants, which is only possible to a limited extent today. Here, medium-sized plants with fast controllable power and combined heat and power due to a more efficient overall operation could play a key role compared to large-scale power plants and small-scale approaches (eg virtual power plants). Corresponding changes in trade (eg power exchange) favor such developments.

Aus der Druckschrift DE 10 2008 051 384 B3 ist bereits ein solarhybridbetriebenes Gas- und Dampfkraftwerk mit einer Solaranlage, einer Gasturbinenanlage und einer Dampfturbinenanlage bekannt, wobei die Solaranlage einen Receiver, die Gasturbinenanlage eine Gasturbine mit einem nachgeschalteten Abhitzekessel und die Dampfturbinenanlage eine Dampfturbine mit einem Speisewasservorwärmer aufweist. Zusätzlich ist ein Wärmeträgerkreislauf zum Übertragen solarer Wärme vorgesehen, wobei der Wärmeträgerkreislauf über einen Gasturbinenwärmeübertrager mit der Gasturbinenanlage und über einen Solarkessel mit der Dampfturbinenanlage gekoppelt ist. Alternativ zur Gasturbinenanlage und Dampfturbinenanlage weist das solarhybridbetriebene Gas- und Dampfkraftwerk eine integrierte Gas-Dampf-Turbine mit einem nachgeschalteten Abhitzekessel auf, wobei der Wärmeträgerkreislauf über den Gasturbinenwärmeübertrager und über den Solarkessel mit der integrierten Gas-/Dampf-Turbine gekoppelt ist. Das heiße Abgas der Gasturbine wird im Abhitzekessel zur Erzeugung von überhitztem Dampf genutzt. Parallel dazu kann der Dampf auch im Solarkessel bereitgestellt werden. Dem im Verdampfer bei Sättigungstemperatur verdampften Wasser wird im Überhitzer weitere Wärme zugeführt. Durch das weitere Erwärmen des Dampfes nehmen die Temperatur und das spezifische Volumen des Dampfes zu, er wird dabei überhitzt. Vom Solarkessel und vom Abhitzekessel strömt der Dampf über Rohrleitungen in die Dampfturbine, in der die Fluidmenge des Dampfes infolge der Abgabe technischer Arbeit abnimmt. Die Dampfmassenströme aus Solarkessel und Abhitzekessel werden vor dem Eintritt in die Dampfturbine gemischt. Ebenso wie die Gasturbine ist die Dampfturbine mit einem Generator gekoppelt, der die mechanische Leistung in elektrische Leistung umwandelt. Danach strömt der entspannte und abgekühlte Dampf in den Dampfturbinenkondensator, in dem er durch Wärmeübertragung an die Umgebung kondensiert. Das kondensierte Wasser wird durch eine Kondensatpumpe und anschließend durch den Speisewasservorwärmer im Abhitzekessel der Gasturbine geleitet und dabei vorgewärmt. Zudem wird die Temperatur des Abgases der Gasturbine verringert. Damit soll der Wirkungsgrad der Anlage erhöht werden. Das erwärmte Speisewasser gelangt zur Zwischenspeicherung zum Speisewasserbehälter. Nachfolgend wird das Wasser über Speisepumpen aus dem Speisewasserbehälter erneut dem Solarkessel und dem Abhitzekessel zugeführt, so dass ein geschlossener Kreislauf gebildet wird. From the publication DE 10 2008 051 384 B3 already a solar hybrid gas and steam power plant with a solar system, a gas turbine plant and a steam turbine plant is known, the solar system having a receiver, the gas turbine plant a gas turbine with a downstream waste heat boiler and the steam turbine a steam turbine with a feedwater heater. In addition, a heat carrier circuit for transmitting solar heat is provided, wherein the heat transfer circuit is coupled via a gas turbine heat exchanger with the gas turbine plant and a solar boiler with the steam turbine plant. As an alternative to the gas turbine plant and steam turbine plant, the solar-hybrid gas and steam power plant has an integrated gas-steam turbine with a downstream waste heat boiler, wherein the heat transfer circuit is coupled via the gas turbine heat exchanger and the solar boiler with the integrated gas / steam turbine. The hot exhaust gas of the gas turbine is used in the waste heat boiler for generating superheated steam. In parallel, the steam can also be provided in the solar boiler. The vaporized in the evaporator at saturation temperature water is supplied in the superheater further heat. By further heating of the steam, the temperature and the specific volume of the steam increase, it is overheated. From the solar boiler and the waste heat boiler, the steam flows via pipelines into the steam turbine in which the fluid quantity of the steam decreases as a result of the delivery of technical work. The steam mass flows from the solar boiler and the waste heat boiler are mixed before entering the steam turbine. Like the gas turbine, the steam turbine is coupled to a generator that converts the mechanical power into electrical power. Thereafter, the expanded and cooled steam flows into the steam turbine condenser in which it condenses by heat transfer to the environment. The condensed water is passed through a condensate pump and then through the feedwater in the waste heat boiler of the gas turbine and preheated. In addition, the temperature of the exhaust gas of the gas turbine is reduced. This should increase the efficiency of the system. The heated feed water arrives at the feedwater tank for intermediate storage. Subsequently, the water is fed via feed pumps from the feedwater tank again the solar boiler and the waste heat boiler, so that a closed circuit is formed.

In der Druckschrift US 2008/0127647 A1 wird ein Dampfturbinenkraftwerk beschrieben, bei welchem zur Erzeugung von Heißwasser und/oder Dampf ähnlich wie in der vorgenannten Schrift DE 10 2008 051 384 B3 eine Solaranlage eingesetzt wird, die einen Speicherbehälter zur Speicherung und Erwärmung von Wasser aufweist. Der damit erzeugte Dampf wird auch in einem geschlossenen Kreislauf zum Antrieb der Dampfturbine eingesetzt. Dies erfolgt in Kombination mit einer Gasturbine, deren Abgase ebenfalls zum Antrieb der Dampfturbine verwendet werden. In the publication US 2008/0127647 A1 a steam turbine power plant is described in which for the production of hot water and / or steam similar to the aforementioned document DE 10 2008 051 384 B3 a solar system is used, which is a storage tank for Storage and heating of water has. The steam thus generated is also used in a closed circuit to drive the steam turbine. This is done in combination with a gas turbine whose exhaust gases are also used to drive the steam turbine.

In der Druckschrift DE 20 2008 002 599 U1 wird ebenfalls kein Gasturbinenkraftwerk, sondern eine Kombination von Dampfturbine und Solaranlage zur Dampferzeugung beschrieben. In the publication DE 20 2008 002 599 U1 also no gas turbine power plant, but a combination of steam turbine and solar system is described for steam generation.

Die Funktionsweise einer Dampfturbine mit einem geschlossenen Prozess ist dabei sehr unterschiedlich zu einer Gasturbine, die mit einer offenen Prozessführung arbeitet. Nachteilig sind bei den vorgenannten Lösungen die aufwendige und komplexe Prozessführung und die begrenzte Leistungsänderungsgeschwindigkeit. Es wurde daher gemäß DE 20 2011 000 786 U1 eine Anlage und ein Verfahren zur Erzeugung von Heißwasser und/oder Dampf und für die Speicherung von Wasser in flüssiger und/oder gasförmiger Form zum Einsatz für ein Gasturbinenkraftwerk entwickelt, mit dem auch bei Nichtbetreiben der Gasturbinenanlage ein gefordertes Temperaturniveau des Wassers gewährleistet ist, so dass das Wasser oder der daraus erzeugte Dampf bei einem Start/Neustart mit geeigneten Prozessparametern bereitgestellt wird. Die Anlage zur Erzeugung von Heißwasser und/oder Dampf für ein Gasturbinenkraftwerk verwendet dabei zur Erwärmung des Wassers und damit zur Erzeugung des Heißwassers und/oder Dampfes die dafür benötigte Energie aus wenigstens einer externen Energiequelle, die mit der Anlage gekoppelt und außerhalb des Gasturbinenkraftwerkes und/oder der Anlage zur Erzeugung des Heißwasser und/oder Dampfes angeordnet ist. Die Erwärmung des Wassers kann dabei innerhalb oder außerhalb des jeweiligen Speicherbehälters erfolgen. Bevorzugt wird das Heißwasser und/oder der Dampf in wenigstens einem Hochtemperatur-Speichersystem gespeichert, welches zumindest einen Speicherbehälter aufweist, in dem vorteilhafter Weise die Speicherung des Wassers in unterschiedlichen Zuständen realisiert wird und in dem auch das Wasser erwärmt wird, wofür die Energie aus der wenigstens einen externen Energiequelle bereitgestellt wird. Es ist damit möglich, das Wasser z.B. mittels externer elektrischer Energie zu erwärmen und in den Speicherbehältern zu speichern, um diese Energie im Bedarfsfall dem Gasturbinenkraftwerk zur Verfügung zu stellen. Es wird bei dieser Lösung jedoch keine Aussage zu dem konstruktiven Aufbau des Hochtemperaturspeichers getroffen, sondern lediglich darauf hingewiesen, dass der Hochtemperaturspeicher die Einkopplung der Energie bei Temperaturen größer 95 °C realisiert, womit Heißwasser und/oder Dampf erzeugt wird und wobei der Hochtemperaturspeicherbehälter insbesondere auf einen Druck in der Größenordnung von 10 bis 20 bar oder höher ausgelegt ist. Weitere Ausführungen zum Stand der Technik sind beschrieben in „Urbaneck, T.; Platzer, B.: Dampf- und Heißwasserspeicher für Gasturbinen-Kraftwerke. BWK – Das Energie-Fachmagazin, Verein Deutscher Ingenieure (Hrsg.), Düsseldorf, Springer-VDI-Verlag, 63. Jg. (2011) Nr. 07/08, S. 50–54. – ISSN 1618-193X“ . Hochtemperaturspeicher (mit der Ausnahme klassischer Heißwasser- und Dampfspeicher) werden seit den 80er Jahren intensiv erforscht. Im Bereich der Energietechnik nehmen die Hochtemperaturspeicher eine sehr wichtige Funktion bei solarthermischen Kraftwerken ein, wie vorgenannt bereits beschrieben wurde. Derartige Speicher sind aber auch für Prozesswärmeanwendungen wichtig. Dort fungieren diese Komponenten oft als Regenerator. Ein Beispiel für einen Regeneratoreinsatz ist unter „RWE: http://www.rwe.com/web/cms/de/1265036/rwe/ innovationen/stromerzeugung/fossil-gefeuertekraftwerke/kraft-waerme-kopplung/2012 und unter FIZ Karlsruhe: http://www.kraftwerkforschung.info/hochtemperatur-waermespeicher-fuer-flexible-gudkraftwerke/“ 2012 zu finden. Dabei werden Aussagen zur Flexibilisierung von Gas- und Dampfturbinenkraftwerken durch den Einsatz von Hochtemperatur-Wärmespeichern (FleGs) getroffen, jedoch auch hier wird die Lösung nicht detailliert beschrieben. Die Thematik der Speicherung von Energie hat aufgrund des Zubaus von Windkraftanlagen und Fotovoltaik enorm an Bedeutung gewonnen. Zurzeit werden „Windheizer“ diskutiert. Aus energetischer und volkswirtschaftlicher Sicht kann es jedoch nicht zielführend sein, Strom nur zu Heizzwecken einzusetzen. Thermische Prozesse sollten so genutzt werden, dass man möglichst viel Exergie zurückgewinnt und die anfallende Wärme effizient entsprechenden Anwendungen zuführt. The operation of a steam turbine with a closed process is very different from a gas turbine, which operates with an open process management. Disadvantages of the aforementioned solutions are the complex and complex process control and the limited rate of change of performance. It was therefore according to DE 20 2011 000 786 U1 a system and method for generating hot water and / or steam and for the storage of water in liquid and / or gaseous form for use in a gas turbine power plant, with which a required temperature level of the water is ensured even when not operating the gas turbine plant, so that the water or steam generated therefrom is provided at startup / restart with suitable process parameters. The plant for the production of hot water and / or steam for a gas turbine power plant uses for heating the water and thus for generating the hot water and / or steam required for this energy from at least one external energy source coupled to the system and outside the gas turbine power plant and / or the plant for generating the hot water and / or steam is arranged. The heating of the water can be done inside or outside the respective storage container. Preferably, the hot water and / or the steam is stored in at least one high-temperature storage system having at least one storage container, in which advantageously the storage of the water is realized in different states and in which the water is heated, for which the energy from the at least one external power source is provided. It is thus possible to heat the water, for example, by means of external electrical energy and to store it in the storage containers in order to make this energy available to the gas turbine power plant if required. However, in this solution, no statement is made about the structural design of the high-temperature storage, but merely pointed out that the high-temperature storage realized the coupling of energy at temperatures greater than 95 ° C, which hot water and / or steam is generated and wherein the high-temperature storage tank in particular a pressure of the order of 10 to 20 bar or higher is designed. Other versions of the prior art are described in "Urbaneck, T .; Platzer, B .: Steam and hot water storage tank for gas turbine power plants. BWK - The Energy Trade Magazine, Association of German Engineers (ed.), Dusseldorf, Springer-VDI-Verlag, 63. Jg. (2011) No. 07/08, pp. 50-54. - ISSN 1618-193X " , High-temperature storage tanks (with the exception of classic hot water and steam storage) have been intensively researched since the 1980s. In the field of energy technology, the high-temperature reservoirs play a very important role in solar-thermal power plants, as already described above. Such memories are also important for process heat applications. There, these components often act as regenerators. An example of a regenerator insert is under "RWE: http://www.rwe.com/web/cms/en/1265036/rwe/ innovations / power generation / fossil-fired power stations / combined heat and power generation / 2012 and under FIZ Karlsruhe: http://www.kraftwerkforschung.info/hochtemperatur-waermespeicher-fuer-flexible-gudkraftwerke/ "2012 to find. Statements on the flexibility of gas and steam turbine power plants are made by using high-temperature heat storage systems (FleGs), but again the solution is not described in detail. The topic of energy storage has become increasingly important due to the expansion of wind turbines and photovoltaics. Currently "wind heaters" are discussed. From an energetic and economic point of view, however, it can not be effective to use electricity for heating purposes only. Thermal processes should be used in a way that recovers as much exergy as possible and efficiently supplies the resulting heat to appropriate applications.

Um möglichst viel Exergie zurückzugewinnen sind hohe Speichertemperaturen in der Größenordnung von 200°C und darüber erforderlich. Die bekannten Hochdruckspeicher sind dafür jedoch nicht geeignet. In order to recover as much exergy as possible, high storage temperatures of the order of 200 ° C. and above are required. However, the known high-pressure accumulator are not suitable for this.

Aufgabe der Erfindung Object of the invention

Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein System zur Erzeugung von Heißwasser und/oder Dampf mit Hochtemperaturspeicher für den Einsatz in einem Gasturbinenkraftwerk zur Verfügung zu stellen, mit dem eine direkte Speicherung bei hohen Speichertemperaturen unter Nutzung einer Temperaturänderung und/oder eines Phasenwechsels realisierbar ist. Therefore, the object of the invention is to provide a system for generating hot water and / or steam with high-temperature storage for use in a gas turbine power plant, with the direct storage at high storage temperatures using a temperature change and / or a phase change can be realized ,

Wesen der Erfindung Essence of the invention

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. This object is achieved with the characterizing features of the first claim. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.

Bei dem erfindungsgemäßen System zur Erzeugung von Heißwasser und/oder Dampf mit Hochtemperaturspeicher für den Einsatz in einem Gasturbinen-Kraftwerk wird die Energie für die Beladung des Hochtemperaturspeichers aus wenigstens einer externen Energiequelle und/oder aus einer internen Energiequelle des Gasturbinenkraftwerkes bereitgestellt, wobei das Heißwasser (HW) und/oder der Dampf (D) in einem offenen Prozess zur Einspritzung in einen Fluidstrom zwischen dem Verdichter und der Turbine und/oder der Turbine des Gasturbinenkraftwerkes zuführbar ist und der Hochtemperaturspeicher ein Speichermaterial aufweist oder aus einem Speichermaterial besteht, welches durch die internen und/oder externen Energiequellen erwärmbar ist, und durch den Hochtemperaturspeicher mit dem darin befindlichen Speichermaterial mindestens ein Kanal führt, dem Wasser oder Heißwasser mit einer Eingangstemperatur zuführbar ist, wobei ein Wärmeübergang vom Speichermedium auf das den Kanal durchströmende Wasser/Heißwasser und dadurch eine Druck- und/oder Temperaturerhöhung des Wassers/Heißwassers realisierbar ist und Heißwasser und/oder Dampf mit einer Austrittstemperatur > der Eingangstemperatur aus dem Kanal des Hochtemperaturspeichers austritt. Durch die sehr hohe Temperatur und den extrem hohen Druck des Wassers/Dampfes, welches über den Hochtemperaturspeicher zur Einspritzung in den Gasturbinenprozess des Gasturbinenkraftwerkes zur Verfügung gestellt wird, können die Leistung und/oder der Wirkungsgrad des Gasturbinenkraftwerkes entscheidend erhöht werden. In the system according to the invention for producing hot water and / or steam with high-temperature storage for use in a gas turbine power plant, the energy for loading the high-temperature storage from at least one external energy source and / or from an internal energy source of the gas turbine power plant is provided, wherein the hot water ( HW) and / or the steam (D) can be fed in an open process for injection into a fluid flow between the compressor and the turbine and / or the turbine of the gas turbine power plant and the high-temperature storage comprises a storage material or consists of a storage material which by the internal and / or external energy sources can be heated, and at least one channel leads through the high-temperature accumulator with the storage material therein, the water or hot water with an inlet temperature can be supplied, wherein a heat transfer from the storage medium to the channel flowing through e water / hot water and thereby a pressure and / or temperature increase of the water / hot water can be realized and hot water and / or steam with an outlet temperature> the inlet temperature exits the channel of the high-temperature storage. Due to the very high temperature and the extremely high pressure of the water / steam, which is provided via the high-temperature storage for injection into the gas turbine process of the gas turbine power plant, the performance and / or efficiency of the gas turbine power plant can be significantly increased.

Zur Erwärmung des Speichermediums ist dem Hochtemperaturspeicher wenigstens ein Wärmeübertrager zur indirekten Beladung zugeordnet und/oder der Hochtemperaturspeicher weist Anschlüsse zur direkten und/oder indirekten Beladung mit thermischer Energie zur Realisierung einer erforderlichen Betriebstemperatur des Hochtemperaturspeichers auf, die über der Temperatur des ausgegebenen Wassers/Dampfes liegt. For heating the storage medium, the high-temperature storage at least one heat exchanger for indirect loading is assigned and / or the high-temperature storage has connections for direct and / or indirect loading of thermal energy to realize a required operating temperature of the high-temperature storage, which is above the temperature of the output water / steam ,

Der Wärmeübertrager ist dabei mit zumindest einer externen Energiequelle gekoppelt, die eine Temperatur größer der zu erzeugenden Austrittstemperatur des Wassers/Dampfes aufweist. The heat exchanger is coupled to at least one external energy source which has a temperature greater than the outlet temperature of the water / vapor to be generated.

Die Anschlüsse des Hochtemperaturspeichers zur direkten Beladung sind mit zumindest einer externen Energiequelle mit einer Temperatur größer einer zu erzeugenden Austrittstemperatur des Wassers/Dampfes und/oder mit zumindest einer Elektroenergie bereitstellenden externen Energiequelle gekoppelt. Dabei kann als externe Energiequelle beispielsweise ein Elektroheizkessel, ein Hochtemperatur-Kollektorfeld, thermische Prozessabwärme einer industriellen Anlage oder eine Kombination der vorgenannten Energiequellen Anwendung finden. The connections of the high-temperature reservoir for direct loading are coupled to at least one external energy source having a temperature greater than an outlet temperature of the water / vapor to be generated and / or external energy source providing at least one electrical energy. In this case, can be used as external energy source, for example, an electric boiler, a high-temperature collector field, thermal process waste heat of an industrial plant or a combination of the aforementioned energy sources.

Die interne Energiequelle ist insbesondere die Bereitstellung von Wärme aus dem eigentlichen Gasturbinenprozess 1. The internal energy source is in particular the provision of heat from the actual gas turbine process 1.

Durch den Hochtemperaturspeicher strömt zum Beladen des Speichermaterials mit einer Temperatur größer der zu erzeugenden Austrittstemperatur des Heißwassers/Dampfes ein Wärmeträgerfluid, so dass ein Wärmeübergang vom Wärmeträgerfluid über das Speichermaterial auf das dem Hochtemperaturspeicher zugeführte Wasser oder Heißwasser bzw. den beim Durchströmen des Hochtemperaturspeichers daraus gebildeten Dampf realisiert wird. By the high-temperature storage flows to load the storage material having a temperature greater than the outlet temperature of the hot water / steam to be generated, a heat transfer fluid, so that a heat transfer from the heat transfer fluid through the storage material to the high-temperature storage supplied water or hot water or the steam formed as it flows through the high-temperature storage is realized.

Der Kanal für Wasser bzw. Heißwasser und ggf. daraus gebildetem Dampf, der durch den Hochtemperaturspeicher führt, ist vorteilhafter Weise in der Art eines Rohrleitungsbündels mit mehreren Rohrwandungen ausgeführt ist und mit einem Eintritt für Wasser vom Niedertemperaturspeicher mit einer Temperatur von ca. 75 bis 100°C bzw. Heißwasser mit einer Eintrittstemperatur ab 110°C und einem Austritt für Heißwasser und/oder Dampf mit einer Austrittstemperatur in der Größenordnung von 200°C bis 650°C und ggf. auch darüber bei einem Druck von über 20 bar bis in die Größenordnung von 100 bar und ggf. auch darüber zum Einspritzen in den Gasturbinenprozess des Gasturbinenkraftwerkes versehen. Der Kanal sollte dazu entsprechend ausgelegt sein. The channel for water or hot water and optionally formed therefrom steam, which leads through the high-temperature storage, is advantageously carried out in the manner of a pipe bundle with multiple pipe walls and with an inlet for water from the low-temperature storage at a temperature of about 75 to 100 ° C or hot water with an inlet temperature from 110 ° C and an outlet for hot water and / or steam with an outlet temperature in the order of 200 ° C to 650 ° C and possibly also above it at a pressure of about 20 bar to the Order of 100 bar and possibly also provided for injection into the gas turbine process of the gas turbine power plant. The channel should be designed accordingly.

Das Speichermaterial aus kann aus Feststoffen, wie z.B. Metallen, Guß, Baustoffen, Beton, bewehrtem Beton, keramischen Werkstoffen oder einer Kombinationen der vorgenannten Materialien bestehen. Es ist auch möglich, flüssiges Speichermaterial in Form von Öl, handelsüblichen synthetischen Wärmeträgern, flüssigen Metallen, flüssigem Natrium zu verwenden oder Speichermaterial aus Phasenwechselmaterial in Form von Metallen (z.B. Blei, Zinn), Nitraten, Hydroxiden, Chloriden, Karbonaten, Fluoriden oder Kombinationen der vorgenannten Materialien einschließlich notwendiger Hilfsstoffe zu verwenden. Selbstverständlich können auch Speichermaterialien aus Feststoffen, Flüssigkeiten und Phasenwechselmaterial beliebig miteinander kombiniert werden. The memory material may be made of solids such as e.g. Metals, cast iron, building materials, concrete, reinforced concrete, ceramic materials or a combination of the aforementioned materials. It is also possible to use liquid storage material in the form of oil, commercially available synthetic heat carriers, liquid metals, liquid sodium or storage material of phase change material in the form of metals (eg lead, tin), nitrates, hydroxides, chlorides, carbonates, fluorides or combinations of to use the aforementioned materials including necessary auxiliary materials. Of course, also storage materials of solids, liquids and phase change material can be combined with each other.

Dem Hochtemperaturspeicher wird zur Bereitstellung von vorgewärmtem Wasser vorteilhafter Weise ein Niedertemperaturspeicher vorgeschaltet. Alternativ ist es auch möglich, vorgewärmtes Wasser anderweitig bereitzustellen oder auch nicht vorgewärmtes Wasser einzuspeisen. Wasser wird bevorzugt mit einer Temperatur bis 95°C in den Hochtemperaturbehälter eingeleitet. Wird den Hochtemperaturspeicher Heißwasser mit einer Temperatur ab 110°C unter Druck zugeführt, wurde dieses in geeigneten Anlagen, beispielsweise Heißwasseranlagen bei denen im Kessel eine Wassertemperatur von 110 °C oder mehr erreicht wird, erzeugt. Bisher werden derartige Systeme meist als geschlossene Heizsysteme verwendet, bei den das unter Druck stehende Wasser als Wärmeträger genutzt wird. Heißwasseranlagen kommen bisher beispielsweise in Fernheizanlagen für Städte zur Anwendung oder werden für den Wärmetransport in Industrieanlagen erstellt (s. Wikipedia). The high-temperature storage is advantageously preceded by a low-temperature storage for the provision of preheated water. Alternatively, it is also possible to provide preheated water elsewhere or to feed also not preheated water. Water is preferably introduced at a temperature up to 95 ° C in the high-temperature vessel. If the high-temperature storage hot water supplied at a temperature from 110 ° C under pressure, this was in appropriate systems, such as hot water systems where the boiler reaches a water temperature of 110 ° C or more, was generated. So far Such systems are usually used as closed heating systems, in which the pressurized water is used as a heat transfer medium. Hot water systems have previously been used, for example, in district heating systems for cities or are being created for heat transport in industrial plants (see Wikipedia).

Weiterhin kann dem Hochtemperaturspeicher ein Flüssigkeitsabscheider zugeordnet sein, durch welchen auf die Temperatur von insbesondere 200°C oder höher erwärmtes austretendes Heißwasser und/oder Dampf geleitet wird, um dem Kraftwerksprozess bevorzugt nur Dampf zuzuführen. Furthermore, the high-temperature reservoir may be assigned a liquid separator, through which hot water and / or steam heated to the temperature of, in particular, 200 ° C. or higher is passed in order to supply only steam to the power plant process.

Das abgeschiedene Wasser oder Heißwasser wird in diesem Fall über eine Leitung wieder dem Eintritt des Hochtemperaturspeichers zugeführt wird. The separated water or hot water is returned in this case via a line to the inlet of the high-temperature storage.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die im Hochtemperaturspeicher vorhandenen Kanäle, durch welche Wasser/Heißwasser/Dampf vom Niedertemperaturspeicher zum Gasturbinenkraftwerk geleitet wird, auch zur Durchleitung des Wärmeträgerfluids zur Beladung des Hochtemperaturspeichers dienen. Das Wärmeträgerfluid kann Wasser/Heißwasser/Dampf oder ein anderes fluides Stoffsystem sein. In diesem Fall werden abwechselnd Heißwasser/Dampf (Entladefluid) und Wärmeträgerfluid (Beladefluid) durch die gleichen Kanäle geleitet. Dazu sind zwar entsprechende Absperrventile und weitere Hilfseinrichtungen erforderlich, dennoch ist der konstruktive Aufbau insgesamt einfacher, als wenn zwei Leitungssysteme – ein Leitungssystem für zu erzeugendes Heißwasser/Dampf (Entladefluid) und ein Leitungssystem für Wärmeträgerfluid (Beladefluid) durch den Hochtemperaturspeicher führen. An advantageous embodiment of the invention is that the channels present in the high-temperature storage, by which water / hot water / steam is passed from the low-temperature storage to the gas turbine power plant, also serve for the passage of the heat transfer fluid for loading the high-temperature storage. The heat transfer fluid may be water / hot water / steam or another fluid material system. In this case, alternating hot water / steam (discharge fluid) and heat transfer fluid (Beladefluid) are passed through the same channels. Although appropriate shut-off valves and other auxiliary equipment are required, the overall construction is simpler than when two piping systems - a line system for hot water / steam to be generated (discharge fluid) and a conduit system for heat transfer fluid (Beladefluid) through the high-temperature storage.

Mit der erfindungsgemäßen Anlage, die unter Verwendung interner Energiequellen und/oder externer Energiequellen erwärmten und gespeicherten Wassers zeitverzögert zur Zuführung der externen Energie betrieben wird, ist erstmalig der Energieeintrag durch die externen Energiequellen von der Energieentnahme (Speicherentladung) aus dem ersten und/oder zweiten Speicherbehälter entkoppelt. Dadurch kann die in der Anlage gespeicherte Energie schnell und effizient zum Betreiben des Gasturbinenkraftwerkes in Spitzenlastzeiten zur Verfügung gestellt werden. Dies erfolgt erstmalig dadurch, dass gespeichertes Heißwasser und/oder Dampf zur Einspritzung mit einer sehr hohen Temperatur bis 650°C und ggf. auch darüber und einem überaus hohen Druck bis 100 bar und ggf. auch darüber in einen Fluidstrom zwischen dem Verdichter und der Turbine bzw. in die Turbine des Gasturbinenkraftwerkes verwendet wird, wodurch der Wirkungsgrad bzw. die Leistung des Gasturbinenkraftwerkes erheblich gesteigert werden kann. Weiterhin ist es möglich, den Dampf aus dem Speichersystem zur Unterstützung des Anfahrens der Turbine des Gasturbinenkraftwerkes zu verwenden. With the system according to the invention, which is operated using internal energy sources and / or external energy sources heated and stored time delay for supplying the external energy, the energy input by the external energy sources of the energy extraction (storage discharge) from the first and / or second storage container is the first time decoupled. As a result, the energy stored in the system can be provided quickly and efficiently for operating the gas turbine power plant during peak load periods. This takes place for the first time in that stored hot water and / or steam for injection at a very high temperature up to 650 ° C and possibly also above and an extremely high pressure up to 100 bar and possibly also in a fluid flow between the compressor and the turbine or used in the turbine of the gas turbine power plant, whereby the efficiency or the performance of the gas turbine power plant can be significantly increased. Furthermore, it is possible to use the steam from the storage system to assist in starting up the turbine of the gas turbine power plant.

Die Einspritzung des Heißwassers bzw. Dampfes in den Fluidstrom bzw. das Brennstoffgemisch oder Rauchgas zwischen Verdichter und Turbine bzw. in die Turbine erfordert einen offenen Kreislauf/Prozess, so dass Wasser bzw. Heißwasser in diesem Kreislauf nachgespeist werden muss. The injection of hot water or steam into the fluid flow or the fuel mixture or flue gas between compressor and turbine or in the turbine requires an open circuit / process, so that water or hot water must be refilled in this cycle.

Mit dem erfindungsgemäßen System zur Erzeugung von Heißwasser und/oder Dampf mit Hochtemperaturspeicher für den Einsatz in einem Gasturbinenkraftwerk in Form einer Dampf-/Wassereinspritzung (STIG oder HAT) und in den nachgeschalteten Prozessen (z. B. Wärmeauskopplung) kann eine erhebliche temporäre Leistungssteigerung der Turbinenanlage (z. B. positive Regelleistung) bzw. eine schnelle Leistungsanpassung und eine effiziente Prozessgestaltung zur hohen Energie-/Brennstoffausnutzung realisiert werden. Weitere Vorteile sind die sich durch die Wasser- oder Dampfeinspritzung verringernde Temperatur der Turbine und die niedrigeren Emissionswerte. Das Funktionsprinzip des Hochtemperaturspeichers beruht dabei auf der direkten Speicherung. Demzufolge wird die Temperaturänderung und/oder der Phasenwechsel des Speichermediums genutzt. Die Wärmeübertragung bzw. die stoffliche Trennung des Wassers/Dampfes und des Speichermediums wird bevorzugt mit einem Rohrbündelapparat realisiert. Hierbei können bekannte Konstruktionen und Betriebsweisen von Dampferzeugern aus dem Kraftwerksbau angewendet werden. Bei der Wärmeübertragung im Speicherraum des Hochtemperaturspeichers (mit niedrigem Druckniveau) sind viele Varianten realisierbar, die jedoch vom Speicherstoff und der Beladung abhängen. With the system according to the invention for producing hot water and / or steam with high-temperature storage for use in a gas turbine power plant in the form of steam / water injection (STIG or HAT) and in the downstream processes (eg heat extraction), a considerable temporary increase in performance of the Turbine plant (eg positive control power) or a fast power adjustment and an efficient process design for high energy / fuel utilization can be realized. Further advantages are the lower temperature of the turbine due to the water or steam injection and the lower emission values. The functional principle of the high-temperature storage is based on direct storage. Consequently, the temperature change and / or the phase change of the storage medium is used. The heat transfer or the material separation of the water / steam and the storage medium is preferably realized with a tube bundle apparatus. Here, known constructions and operations of steam generators from power plant construction can be applied. In the heat transfer in the storage space of the high-temperature storage (low pressure level) many variants are feasible, but depending on the storage material and the load.

Ausführungsbeispiele embodiments

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments and associated drawings.

Es zeigen: Show it:

1 eine Prinzipskizze eines Gasturbinenkraftwerkes 1, 1 a schematic diagram of a gas turbine power plant 1 .

2 eine Prinzipskizze eines Hochtemperaturspeichers mit verschiedenen Belademöglichkeiten, 2 a schematic diagram of a high-temperature storage with different loading options,

3 verschiedene Varianten der Dampfdurchführung durch den Hochtemperaturspeicher, 3 various variants of the steam passage through the high-temperature storage,

4 Beladung über Leitungen der Wasser- und/oder Dampfdurchführung durch die Energie eines Elektroheizkessels, 4 Loading via lines of the water and / or steam passage through the energy of an electric boiler,

5 Beladung über Leitungen der Wasser- und/oder Dampfdurchführung unter Nutzung der Abwärme der Turbine des Gasturbinenkraftwerkes, 5 Loading via lines of the water and / or steam feedthrough using the waste heat of the turbine of the gas turbine power plant,

6 Varianten der Wärmeübertragung vom Speichermedium auf das Wasser und/oder den Dampf und der Speicherung der Wärme im Speichermedium. 6 Variants of the heat transfer from the storage medium to the water and / or the steam and the storage of heat in the storage medium.

In der Darstellung gemäß 1 wird die Prinzipskizze eines Gasturbinenkraftwerkes 1 gezeigt, welches mit einer dünn gestrichelten Linie umrandet ist. Dieses weist einen Ansaugstutzen 1.1 zum Ansaugen von Umgebungsluft auf, die einem Verdichter 1.2 zugeführt wird. Aus diesem gelangt die verdichtete Luft L über einen ersten Wärmeübertrager 1.3 zu einer Brennkammer 1.4, welcher flüssiger oder gasförmiger Brennstoff B (z.B. Erdgas) oder ein Brennstoffgemisch zugeführt wird. In the illustration according to 1 is the schematic diagram of a gas turbine power plant 1 shown, which is surrounded by a thin dashed line. This has an intake 1.1 for sucking in ambient air, which is a compressor 1.2 is supplied. For this, the compressed air L passes through a first heat exchanger 1.3 to a combustion chamber 1.4 to which liquid or gaseous fuel B (eg natural gas) or a fuel mixture is supplied.

Durch die Verbrennung in der Brennkammer wird dem Prozess eine Feuerungswärmeleistung QFWL zugeführt, wodurch eine Druck- und Temperaturerhöhung zu verzeichnen sind. Aus der Brennkammer 1.4 strömt das heiße Gas mit hoher Temperatur und hohem Druck zur Turbine 1.5, treibt diese an und wird entspannt. Die Turbine 1.5 betreibt über eine Welle 1.6 (oder zwei Wellen) den Verdichter 1.2 und zur Stromerzeugung den Generator 1.7. Das entspannte Gas aus der Turbine 1.5 strömt durch den ersten Wärmeübertrager 1.3 und die ebenfalls durch diesen strömende Luft L wird weiter vorgewärmt. Das aus dem ersten Wärmeübertrager 1.3 ausströmende und noch immer heiße Gas gelangt in einen zweiten Wärmeübertrager 1.8, in welchem ein Wärmeübertrag zur Entnahme von Nutzwärme QN erfolgt, die beispielsweise Verbrauchern als Fernwärme zur Verfügung gestellt wird. Aus dem zweiten Wärmübertrager 1.8 strömt das immer noch heiße Gas in einen dritten Wärmeübertrager 1.9 und wird anschließend an die Umgebung abgegeben. As a result of the combustion in the combustion chamber, the process is supplied with a combustion heat output Q FWL , which causes a rise in pressure and temperature. From the combustion chamber 1.4 the hot gas flows to the turbine at high temperature and high pressure 1.5 , drives them and relaxes. The turbine 1.5 operates over a wave 1.6 (or two waves) the compressor 1.2 and to generate electricity the generator 1.7 , The expanded gas from the turbine 1.5 flows through the first heat exchanger 1.3 and the air L also flowing through it is further preheated. That from the first heat exchanger 1.3 escaping and still hot gas enters a second heat exchanger 1.8 , in which a heat transfer takes place for the removal of useful heat Q N , which is made available to consumers as district heating, for example. From the second heat exchanger 1.8 the still hot gas flows into a third heat exchanger 1.9 and then released to the environment.

Außerhalb des Gasturbinenkraftwerkes 1 ist eine Anlage 2 zur Erzeugung von Heißwasser und/oder Dampf vorgesehen (die in 1 gepunktet umrandet ist), in welcher Wasser oder Heißwasser bzw. Dampf bei einem Druck über dem Niveau des Umgebungsdruckes gespeichert wird. Dazu sind hier zwei Speichersysteme vorgesehen, die mit jeweils einem Speicherbehälter versehen sind, der zur Speicherung von Wasser oder bzw. Dampf vorgesehen ist. Das Speichersystem, welches in Form eines Niedertemperatur-Speichersystems ausgebildet ist, und damit der erste Speicherbehälter 2.1 (Niedertemperaturspeicher) übernimmt in diesem Fall die Wasservorwärmung. Von diesem aus wird das vorgewärmte Wasser in das Hochtemperatur-Speichersystem geleitet, welches einen hier dick gestrichelt umrandeten Hochtemperaturspeicher 2.2 aufweist und in dem die Wassernachwärmung erfolgt. In dem ersten Speicherbehälter 2.1 herrscht dabei ein Druck über dem Umgebungsdruck von 2–10 bar und es werden alle Energien bis 95°C eingekoppelt, so dass eine Temperatur des Wassers vorzugsweise bis 95°C erzielt wird. In den Hochtemperaturspeicher 2.2 werden alle Energien über 95°C eingebracht und das Wasser auf eine Temperatur vorzugsweise über 200°C bei einem Druck in der Größenordnung von 20 bar oder höher erwärmt, so dass es nicht oder teilweise in die Dampfphase übergeht. Zu dem ersten Wasserbehälter 2.1 führt ein Wasseranschluss 2.3, mit welchem mittels einer ersten Pumpe P1 Wasser nachgespeist werden kann. Zwischen dem ersten Speicherbehälter 2.1 und dem Hochtemperaturspeicher 2.2 ist eine zweite Pumpe P2 vorgesehen, die das vorgewärmte Wasser aus dem ersten Speicherbehälter 2.1 in den Hochtemperaturspeicher 2.2 fördert bzw. den Druck erhöht. Der im Hochtemperaturspeicher 2.2 bereitgestellt(e) Heißwasser/Wasserdampf kann unter Druck durch Öffnen des Motorventils 2.4 an einer oder mehreren der nachfolgend aufgeführten Positionen zu der verdichteten Luft bzw. dem Luft-/Brennstoffgemisch oder Rauchgas eingespritzt werden:

  • – a1 – zwischen Verdichter 1.2 und ersten Wärmeübertrager 1.3,
  • – a2 – zwischen ersten Wärmeübertrager 1.3 und Brennkammer 1.4,
  • – a3 – zwischen Brennkammer 1.4 und Turbine 1.5,
  • – a4 – direkt in die Turbine 1.5.
Outside the gas turbine power plant 1 is a plant 2 intended for the production of hot water and / or steam (which in 1 dotted lines), in which water or hot water or steam at a pressure above the level of the ambient pressure is stored. For this purpose, two storage systems are provided here, which are each provided with a storage container which is provided for the storage of water or or steam. The storage system, which is designed in the form of a low-temperature storage system, and thus the first storage container 2.1 (Low-temperature storage) takes over in this case, the water pre-heating. From this, the preheated water is passed into the high-temperature storage system, which here a thick dashed rimmed high-temperature storage 2.2 and in which the water heating takes place. In the first storage tank 2.1 There is a pressure above the ambient pressure of 2-10 bar and all energies are coupled up to 95 ° C, so that a temperature of the water is preferably achieved to 95 ° C. Into the high temperature storage 2.2 All energies are introduced above 95 ° C and the water is heated to a temperature preferably above 200 ° C at a pressure in the order of 20 bar or higher, so that it does not or partially in the vapor phase. To the first water tank 2.1 leads a water connection 2.3 , with which by means of a first pump P1 water can be fed. Between the first storage tank 2.1 and the high-temperature storage 2.2 a second pump P2 is provided, which supplies the preheated water from the first storage tank 2.1 in the high-temperature storage 2.2 promotes or increases the pressure. The in high-temperature storage 2.2 provided (e) hot water / steam can be pressurized by opening the engine valve 2.4 be injected at one or more of the following positions to the compressed air or the air / fuel mixture or flue gas:
  • - a1 - between compressors 1.2 and first heat exchanger 1.3 .
  • - a2 - between the first heat exchanger 1.3 and combustion chamber 1.4 .
  • - a3 - between combustion chamber 1.4 and turbine 1.5 .
  • - a4 - directly into the turbine 1.5 ,

Das Wasser im ersten Speicherbehälter 2.1 wird über eine dritte Pumpe P3 durch den dritten Wärmetauscher 1.9 gefördert, dadurch erwärmt und wieder dem ersten Speicherbehälter 2.1 zugeführt. Das Wasser im ersten Speicherbehälter 2.1 wird somit bei dieser Variante aus der Abwärmeleistung Q N,SVW des Gasturbinenkraftwerkes 1 vorgewärmt, wobei das Wasser, welches über den dritten Wärmetauscher 1.9 dem ersten Speicherbehälter 2.1 zugeführt wird, eine Temperatur in der Größenordnung von 95°C nicht überschreiten sollte. The water in the first storage tank 2.1 is via a third pump P3 through the third heat exchanger 1.9 promoted, thereby heated and returned to the first storage tank 2.1 fed. The water in the first storage tank 2.1 Thus, in this variant, the waste heat output Q N, SVW of the gas turbine power plant 1 preheated, with the water passing through the third heat exchanger 1.9 the first storage tank 2.1 should not exceed a temperature of the order of 95 ° C.

Das Gas, welches mit einer Temperatur von 300°C bis 800°C aus der Turbine 1.5 strömt, kann auch über einen vierten Wärmetauscher 1.10 geführt werden, über welchen ein Wärmeträgermedium vom Hochtemperaturspeicher 2.2 über eine vierte Pumpe P4 wieder zum Hochtemperaturspeicher 2.2 zurückgefördert wird, wodurch eine Beladung des Hochtemperaturspeichers 2.2 mittels Wärmeübergang erfolgt. Damit wird vorteilhafter Weise sowohl die Vorwärmung des Wassers im Niedertemperaturspeicher 2.1 als auch die Beladung des Hochtemperaturspeichers 2.2 durch die Abwärme des Gasturbinenkraftwerkes 1 realisiert, wobei Abwärme in unterschiedlichen Temperaturstufen genutzt wird. Diese Variante trägt zu einer überaus positiven Energiebilanz bei. The gas, which is at a temperature of 300 ° C to 800 ° C from the turbine 1.5 can also flow through a fourth heat exchanger 1.10 be guided over which a heat transfer medium from the high-temperature storage 2.2 via a fourth pump P4 back to the high-temperature storage 2.2 is conveyed back, whereby a loading of the high-temperature storage 2.2 done by heat transfer. This is advantageously both the preheating of the water in the low-temperature storage 2.1 as well as the loading of the high temperature accumulator 2.2 by the waste heat of the gas turbine power plant 1 realized, with waste heat is used in different temperature levels. This variant contributes to a very positive energy balance.

Weiterhin kann das Wasser im ersten Speicherbehälter 2.1 und im Hochtemperaturspeicher 2.2 durch extern erzeugte elektrische Energie Pel,,Heiz erwärmt werden. Diese kann beispielsweise aus negativer Regelleistung oder aus elektrischen Überschüssen bereitgestellt werden. Furthermore, the water in the first storage tank 2.1 and in high temperature storage 2.2 be heated by externally generated electrical energy P el ,, heating . This can be provided, for example, from negative control power or electrical surges.

Zusätzlich oder alternativ können weitere externe Wärmequellen QHeiz,ext. zur Energiespeicherung in den Speicherbehältern 2.1 und 2.2 herangezogen werden, wodurch in dem jeweiligen Speicherbehälter 2.1 und/oder 2.1 eine Temperatur und/oder Druckerhöhung zu verzeichnen ist. Additionally or alternatively, other external heat sources Q heating, ext. for energy storage in storage tanks 2.1 and 2.2 are used, whereby in the respective storage container 2.1 and or 2.1 a temperature and / or pressure increase is recorded.

Der Wasserverlust (offene Prozessführung), der durch das Einspritzen von Wasserdampf aus dem Hochtemperaturspeicher 2.2 in das Gasturbinenkraftwerk zu verzeichnen ist, wird durch eine Wassernachspeisung im Niedertemperatur-Speicher (erster Speicherbehälter 2.1) über den Wasseranschluss 2.3 ausgeglichen. The loss of water (open process) caused by the injection of water vapor from the high-temperature storage 2.2 is recorded in the gas turbine power plant is by a Wassernachspeisung in the low-temperature storage (first storage tank 2.1 ) over the water connection 2.3 balanced.

Alternativ zu dem beschriebenen Ausführungsbeispiel kann auch nur dem im ersten Speicherbehälter 2.1 oder dem im Hochtemperaturspeicher 2.2 befindlichem Speichermedium zu dessen Erwärmung und/oder Druckerhöhung externe Energie zugeführt werden. Dies können wiederum entweder extern erzeugte elektrische Energie Pel,,Heiz und/oder externe Wärmequellen QHeiz,ext sein. As an alternative to the described embodiment, only the one in the first storage container 2.1 or in high-temperature storage 2.2 befindlichem storage medium to its heating and / or pressure increase external energy to be supplied. These may in turn be either externally generated electrical energy P el ,, heating and / or external heat sources Q heating, ext .

Dadurch, dass der dem Gasturbinenprozess in einem offenen Prozess eingespritzte Wasser/Dampf eine Temperatur über 200°C und einen Druck über 20 bar aufweist, wird im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen eine signifikante Leistungssteigerung und/oder eine Wirkungsgradverbesserung des Gasturbinenkraftwerkes erreicht, was andere Autoren durch Berechnungen und Simulationen nachgewiesen haben. Due to the fact that the water / steam injected into the gas turbine process in an open process has a temperature above 200 ° C. and a pressure above 20 bar, a significant increase in performance and / or an improvement in the efficiency of the gas turbine power plant is achieved compared to conventional solutions, as other authors have achieved Calculations and simulations have proven.

Anstelle der Beladung des Hochtemperaturspeichers über eine interne Energiequelle in Form der Abwärme der Turbine kann auch externe thermische Prozessabwärme zu dessen Beladung dienen. Instead of loading the high-temperature reservoir via an internal energy source in the form of waste heat from the turbine, external thermal process waste heat can also be used to charge it.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Hochtemperaturspeichers eine möglichst effektive Rückgewinnung von Energieüberschüssen und die Nutzung regenerativer Energiequellen in einem Gasturbinenkraftwerk realisiert. Die Prozessführung ist so zu gestalten, dass möglichst viel Elektroenergie und/oder Wärme beim Kraftwerksbetrieb bereitgestellt werden. With the solution according to the invention, the use of the high-temperature accumulator according to the invention achieves the most effective possible recovery of energy surpluses and the use of regenerative energy sources in a gas turbine power plant. The process management must be designed in such a way that as much electrical energy and / or heat as possible is provided during power plant operation.

Ein Hochtemperaturspeicher 2.2 weist gem. 2 einen Grundkörper 3 oder einen Behälter mit Fluiden und/oder Feststoffen auf, der aus Speichermaterial besteht oder Speichermaterial enthält, welches geeignet ist, die zugeführte Wärme zu speichern. Durch den Grundkörper 3 oder den Behälter führen Kanäle 4, durch welche Wasser W oder Heißwasser HW mit einer ersten Temperatur T1 z.B. aus dem Niedertemperaturspeicher zugeführt wird. Die Kanäle 4 sind hier in der Art eines Rohrleitungsbündels ausgebildet. Es ist an einem Ende des Grundkörpers 3 oder des Behälters ein Eintritt 4.1 für das zu erwärmende Wasser und an einem anderen Ende ein Austritt 4.2 für den durch die Erwärmung auf eine Temperatur T2 entstandenen Dampf D bzw. Heißwasser HW vorgesehen. Weiterhin befindet sich in dem Grundkörper 3 oder Behälter ein zweiter Kanal 5, der einen Eintritt 5.1 und einen Austritt 5.2 aufweist, und durch welchen ein Wärmeträgerfluid WT, welches eine sehr hohe Temperatur T3 aufweist, strömt und zur indirekten Beladung des Speichermaterials des Grundkörpers 3 oder des Behälterinhalts dient und das Speichermaterial somit auf eine Temperatur T3 > T2 erwärmt, so dass das Wasser W oder Heißwasser HW bzw. der daraus gebildete Dampf D oder Heißwasser HW in den Kanälen 4 auf die gewünschte/erforderliche Temperatur T2 > T1 aufgeheizt wird. Der Kanal 5 dient somit zur indirekten Beheizung und somit Beladung des Speichermaterials über eine interne/externe nicht dargestellte Energiequelle. Zusätzlich sind hier Anschlüsse 6 vorgesehen, die zur direkten Beladung des Speichermaterials des Grundkörpers 3 oder des Behälterinhalts mit einer externen Energiequelle verbunden sind, die ebenfalls eine Temperatur T3’ zuführt, die größer ist als T2. Es ist weiterhin ein Anschluss 7 zur indirekten Beladung über eine externe Energiequelle (mit Elektroenergie) vorgesehen, durch welche ebenfalls eine indirekte Beheizung des Speichermaterials des Grundkörpers 3 oder des Behälterinhalts auf eine Temperatur T3’’ > T2, hier über eine Elektroheizung 8 erfolgt. Es können diese unterschiedlichen Beladungsarten BI – indirekte Beladung und BD – direkte Beladung, wie in 2 dargestellt, miteinander kombiniert sein oder auch einzeln eingesetzt werden. A high temperature storage 2.2 has acc. 2 a basic body 3 or a container of fluids and / or solids which consists of storage material or contains storage material which is suitable for storing the heat supplied. Through the main body 3 or the container carry channels 4 through which water W or hot water HW is supplied with a first temperature T1, for example, from the low-temperature storage. The channels 4 are formed here in the manner of a pipe bundle. It is at one end of the body 3 or the container an entrance 4.1 for the water to be heated and at another end an outlet 4.2 provided for the resulting by the heating to a temperature T2 steam D or hot water HW. Furthermore, it is located in the main body 3 or container a second channel 5 who has an entry 5.1 and an exit 5.2 has, and through which a heat transfer fluid WT, which has a very high temperature T3, flows and for indirect loading of the storage material of the body 3 or the container contents and thus the storage material is heated to a temperature T3> T2, so that the water W or hot water HW or the steam formed therefrom D or hot water HW in the channels 4 is heated to the desired / required temperature T2> T1. The channel 5 thus serves for indirect heating and thus loading of the storage material via an internal / external energy source, not shown. In addition, here are connections 6 provided for direct loading of the storage material of the body 3 or the container contents are connected to an external power source, which also supplies a temperature T3 ', which is greater than T2. It is still a connection 7 for indirect loading via an external energy source (with electric energy) provided by which also an indirect heating of the storage material of the body 3 or the container contents to a temperature T3 ''> T2, here via an electric heater 8th he follows. These different loading types can be BI - indirect loading and BD - direct loading, as in 2 represented, combined with each other or used individually.

Der Grundkörper 3 oder der Behälter ist umfangsseitig mit einer Wärmedämmung 9 versehen. Zusätzlich oder alternativ zur Wärmedämmung 9 kann der Grundkörper 3 auch durch ein hier nicht dargestelltes Gehäuse ummantelt bzw. als Behälter ausgebildet sein. The main body 3 or the container is circumferentially with a thermal insulation 9 Mistake. Additionally or alternatively to the thermal insulation 9 can the basic body 3 Also sheathed by a housing, not shown here or be designed as a container.

Durch das Beladen des Hochtemperaturspeichers 2.2 wird das mit der Temperatur T1 beispielsweise aus dem Niedertemperaturspeicher zugeführte Wasser W oder das bereits als Heißwasser HW bereitgestellte zu erwärmende Meduim über das mit einer Temperatur T3 beaufschlagte Speichermaterial des Grundkörpers 3 und die Rohrwandungen des Rohrleitungsbündels der Kanäle 4 auf eine sehr hohe Temperatur vorzugsweise T2 > 200°C erwärmt (bei einem Druck vorzugsweise über 20 bar) und wird bei Bedarf dem Gasturbinenprozess wie in 1 beschrieben zugeführt. By loading the high-temperature accumulator 2.2 is the supplied with the temperature T1, for example, from the low-temperature storage water W or already provided as hot water HW Meduim to be heated on the acted upon by a temperature T3 storage material of the body 3 and the pipe walls of the pipe bundle of the channels 4 heated to a very high temperature preferably T2> 200 ° C (at a pressure preferably above 20 bar) and is if necessary, the gas turbine process as in 1 described supplied.

Anstelle eines Rohrleitungsbündels, wie es in 2 dargestellt ist, können die Kanäle 4 im Grundkörper 3 bzw. im Behälter auch als Hohlräume ausgebildet sein, z.B. wenn der Grundkörper 3 aus Metall besteht. Dann erfolgt der Wärmeübergang direkt vom Speichermaterial auf das Wasser W bzw. das Heißwasser HW und/oder den Dampf D welches/welcher durch die Kanäle 4 strömt und dadurch direkt über die Kanalwandung mit dem Speichermaterial in Kontakt kommt. Instead of a pipe bundle, as in 2 is shown, the channels can 4 in the main body 3 or be formed in the container as cavities, for example, if the main body 3 made of metal. Then the heat transfer takes place directly from the storage material to the water W or the hot water HW and / or the steam D which / which through the channels 4 flows and thereby comes into direct contact with the storage material via the channel wall.

In 3 sind verschiedene Varianten a, b, c der Wasser-/Dampfdurchführung durch einen Hochtemperaturspeicher 2.2 dargestellt. In Variante a wird ein Naturumlauf gezeigt, bei welchem das Wasser W z.B. vom Niedertemperaturspeicher über die Pumpe P2 und den Eintritt 4.1 der Kanäle 4 über diese zum Austritt 4.1 gefördert wird. An dem Austritt 4.1 schließt sich ein Flüssigkeitsabscheider 10 an, in dem von dem aus dem Hochtemperaturspeicher 2.2 austretenden heißen Dampf vorhandene flüssige Bestandteile abgetrennt werden. Der aus dem Flüssigkeitsabscheider (Dampftrommel) austretende Sattdampf wird an das Gasturbinenkraftwerk 1 weitergeleitet. Das abgeschiedene Wasser wird über eine Leitung 11 zum Eintritt 4.1 des Wassers W rückgeleitet und strömt erneut durch den Hochtemperaturspeicher 2.2. In 3 are different variants a, b, c of the water / steam passage through a high-temperature storage 2.2 shown. In variant a, a natural circulation is shown in which the water W, for example, from the low-temperature storage via the pump P2 and the entrance 4.1 of the channels 4 about this to the exit 4.1 is encouraged. At the exit 4.1 closes a liquid separator 10 in which of the from the high-temperature storage 2.2 emerging hot steam existing liquid components are separated. The saturated steam leaving the liquid separator (steam drum) is sent to the gas turbine power plant 1 forwarded. The separated water is via a pipe 11 to the entrance 4.1 the water W returned and flows again through the high-temperature storage 2.2 ,

Gemäß Variante b ist auch ein Zwangsumlauf realisierbar, bei dem im Unterschied zu Variante b in der Leitung 11 eine zusätzliche Umwälzpumpe P5 angeordnet ist, die das aus dem Flüssigkeitsabscheider 10 abgeschiedene Wasser in den Hochtemperaturspeicher 2.2 zurückführt. Wie bei Variante b tritt aus dem Flüssigkeitsabscheider 10 Sattdampf aus, der an das Gasturbinenkraftwerk 1 weitergeleitet wird. According to variant b, a forced circulation can be realized, in which, unlike variant b in the line 11 an additional circulation pump P5 is arranged, which from the liquid separator 10 separated water into the high-temperature storage 2.2 returns. As in variant b emerges from the liquid separator 10 Saturated steam coming from the gas turbine power plant 1 is forwarded.

Wurde der Dampf im Hochtemperaturspeicher 2.2 so stark überhitzt, dass kein Wasser mehr darin enthalten ist, kann dieser direkt zum Einspritzen in den Gasturbinenprozess verwendet werden (Variante c), so dass kein Umlauf bzw. keine Rückführung von Wasser in den Hochtemperaturspeicher 2.2 erforderlich ist. Hier entfallen somit der in den Varianten a und b erforderliche Dampfabscheider 10 und die in Variante b benötigte Umwälzpumpe P5. Anstelle von Dampf D kann bei dieser Variante ohne Flüssigkeitsabscheider 10 auch Heißwasser HW bei den entsprechenden Druck/Temperaturverhältnissen austreten. Was the steam in high-temperature storage 2.2 so much overheated that no water is contained in it, this can be used directly for injection into the gas turbine process (variant c), so that no circulation or no return of water in the high-temperature storage 2.2 is required. This eliminates the required in variants a and b steam separator 10 and the circulating pump P5 required in variant b. Instead of steam D can in this variant without liquid separator 10 also hot water HW emerge at the appropriate pressure / temperature conditions.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist aus den 4 und 5 ersichtlich, nach welcher die im Hochtemperaturspeicher 2.2 vorhandenen Kanäle 4 auch zur Beladung genutzt werden. Die Kanäle 4 sind in den 4 und 5 in Form eines Rohrleitungsbündels mit einem gemeinsamen Eintritt 4.1 und einem gemeinsamen Austritt 4.2 ausgebildet. Die externe Beladung erfolgt gemäß 4 über eine externe Energiequelle in Form eines Elektroheizkessels 12, der in einem zusätzlichen Kreislauf angeordnet ist und ein stark erhitztes Wärmeträgerfluid (WT) bereitstellt. Als Wärmeträgerfluid kann dabei z.B. auch Heißwasser und/oder Dampf eingesetzt werden, welches über eine Leitung L1 und eine Pumpe P6 im Gegenstromprinzip zur Durchströmrichtung des zu erwärmenden Wassers W / Heißwassers HW und daraus des Dampfes D / Heißwassers HW der dem Gasturbinenkraftwerk 1 zur Verfügung gestellt wird, durch die Kanäle 4 des Hochtemperaturspeichers 2.2 geleitet wird und dadurch den Grundkörper 3 mit/aus dem Speichermaterial oder den Behälterinhalt erwärmt. Dazu wird zwischen der Pumpe P2 und dem Einlass 4.1 ein erstes Motorventil V1 angeordnet, welches zum Absperren des Zulaufs von Wasser aus dem Niedertemperaturspeichers 2.1 dient. Ein zweites Ventil V2 im zusätzlichen Kreislauf wird geöffnet und über die Leitung L1 das über den Elektroheizkessel 12 erwärmte Wärmeträgerfluid (WT) über den Austritt 4.2 in die Kanäle 4 geleitet und tritt über den Eintritt 4.1 aus dem Hochtemperaturspeicher 2.2 und wird über die Leitung L1, das geöffnete zweite Motorventil V2 und die Pumpe P6 wieder in einem Kreislauf durch den Elektroheizkessel 12 gefördert. Hat das Speichermaterial des Grundkörpers 3 oder des Behälters die geforderte Temperatur T3 erreicht, wird das zweite Motorventil V2 geschlossen und das erste Motorventil V1 geöffnet, so dass nun das z.B über den Niedertemperaturspeicher 2.1 oder anderweitig bereitgestellte Wasser W oder auch Heißwasser HW in bzw. durch die Kanäle 4 des Hochtemperaturspeichers 2.2 strömt und in diesem erwärmt wird. Ist die Temperatur T3 des Speichermediums auf einen vorgegebenen Minimalwert gefallen, so wird das erste Motorventil V1 wieder geschlossen und das zweite Motorventil V2 geöffnet, und über den Elektroheizkessel 12 erneut ein Beladezyklus des Hochtemperaturkessels 2.2 mit dem Wärmeträgerfluid WT durchgeführt. A further advantageous embodiment of the invention is known from the 4 and 5 can be seen, after which the high-temperature storage 2.2 existing channels 4 also be used for loading. The channels 4 are in the 4 and 5 in the form of a pipe bundle with a common entry 4.1 and a common exit 4.2 educated. The external loading is carried out according to 4 via an external energy source in the form of an electric boiler 12 which is arranged in an additional circuit and provides a highly heated heat transfer fluid (WT). As a heat transfer fluid can also be used, for example, hot water and / or steam, which via a line L1 and a pump P6 countercurrent to the flow direction of the water to be heated W / hot water HW and from the steam D / hot water HW of the gas turbine power plant 1 is made available through the channels 4 of high-temperature storage 2.2 and thereby the body 3 heated with / from the storage material or the container contents. This is done between the pump P2 and the inlet 4.1 a first engine valve V1 arranged, which is used to shut off the supply of water from the low-temperature storage 2.1 serves. A second valve V2 in the additional circuit is opened and via the line L1 via the electric boiler 12 heated heat transfer fluid (WT) via the outlet 4.2 into the channels 4 headed and enters the entrance 4.1 from the high-temperature storage 2.2 and is recirculated via the line L1, the opened second motor valve V2 and the pump P6 in a circuit through the electric boiler 12 promoted. Has the storage material of the main body 3 or the container reaches the required temperature T3, the second engine valve V2 is closed and the first engine valve V1 is opened, so that now, for example via the low-temperature storage 2.1 or otherwise provided water W or hot water HW in or through the channels 4 of high-temperature storage 2.2 flows and is heated in this. If the temperature T3 of the storage medium has fallen to a predetermined minimum value, then the first engine valve V1 is closed again and the second engine valve V2 is opened, and via the electric heating boiler 12 once again a loading cycle of the high-temperature boiler 2.2 performed with the heat transfer fluid WT.

Ein Beispiel, bei dem über einen zusätzlichen Kreislauf über die Kanäle 4 des Hochtemperaturspeichers 2.2 eine Beladung unter Nutzung einer internen Energiequelle analog zu 1 erfolgt, ist in 5 dargestellt. Das Gas, welches mit einer Temperatur von 300°C bis 800°C aus der Turbine 1.5 strömt, wird über den vierten Wärmetauscher 1.10 geführt. Nach Absperrung der Wasserzuführung vom Niedertemperaturspeicher 2.1 über ein erstes Ventil V1 wird das im Wärmetauscher 1.10 durch das Gas der Turbine erwärmte Wärmeträgerfluid WT mittels der vierten Pumpe P4 über ein zweites geöffnetes Motorventil V2 durch den Einlass 4.1, die Kanäle 4 und den Auslass 4.2 in einem Kreislauf im Gleichstromprinzip zur Durchströmrichtung des zu erwärmenden WassersW/oder Heißwassers HW auf Dampf D oder Heißwasser HWwelcher dem Gasturbinenkraftwerk 1 zur Verfügung gestellt wird, durch den Hochtemperaturspeicher 2.2 geleitet und erwärmt/belädt dadurch das Speichermaterial des Grundkörpers 3 des Hochtemperaturspeichers 2.2 bzw. den Behälterinhalt. Wurde eine gewünschte Temperatur T3 des Speichermaterials des Grundkörpers 3 oder des Behälterinhalts erzielt, wird das zweite Motorventil V2 geschlossen und das erste Motorventil V1 geöffnet, so dass nun mittels der zweiten Pumpe P2 das im Niedertemperaturspeicher 2.1 oder anderweitig mit der Temperatur T1 bereitgestellte Wasser oder auch zugeführtes Heißwasser HW durch den Hochtemperaturspeicher 2.2 gefördert, dadurch auf die gewünschte Temperatur T2 erwärmt wird und nun dem Gasturbinenkraftwerk 1 als Dampf D oder Heißwasser HW gemäß 1 zugeführt werden kann. An example where there is an additional circuit through the channels 4 of high-temperature storage 2.2 a load using an internal energy source analogous to 1 is done in 5 shown. The gas, which is at a temperature of 300 ° C to 800 ° C from the turbine 1.5 flows over the fourth heat exchanger 1.10 guided. After shutting off the water supply from the low-temperature storage tank 2.1 via a first valve V1 that is in the heat exchanger 1.10 heated by the gas of the turbine heat transfer fluid WT by means of the fourth pump P4 via a second open engine valve V2 through the inlet 4.1 , the channels 4 and the outlet 4.2 in a circuit in the DC principle to the flow direction of the water to be heated W / or hot water HW on steam D or Hot water HWwhich the gas turbine power plant 1 is provided by the high-temperature storage 2.2 conducts and heats / loads thereby the storage material of the body 3 of high-temperature storage 2.2 or the container contents. Was a desired temperature T3 of the storage material of the body 3 achieved or the container contents, the second engine valve V2 is closed and the first engine valve V1 is opened, so that now by means of the second pump P2 in the low-temperature storage 2.1 or otherwise provided with the temperature T1 water or supplied hot water HW through the high-temperature storage 2.2 promoted, thereby heated to the desired temperature T2 and now the gas turbine power plant 1 as steam D or hot water HW according to 1 can be supplied.

Vier Varianten der Wärmeübertragung vom Speichermedium auf Wasser und/oder Dampf und der Speicherung der Wärme im Speichermedium eines Hochtemperaturspeichers sind in 6 ausschnittsweise dargestellt. Four variants of the heat transfer from the storage medium to water and / or steam and the storage of heat in the storage medium of a high-temperature storage are in 6 shown in detail.

In Variante a) besteht der Grundkörper 3 aus Speichermaterial in Form eines Feststoffes wie z.B. Beton und weist in diesem ausgebildete Kanäle 4 auf, durch welche vom Niedertemperaturspeicher 2.1 Wasser W oder anderweitig bereitgestelltes Heißwasser HW zur Erwärmung und Einspritzung als Dampf D und/oder Heißwasser HW zum Gasturbinenkraftwerk 1 geleitet wird. Die Beladung erfolgt im Gegenstromprinzip durch ein Wärmeträgerfluid WT über Kanäle 5. Die Kanäle 4 und 5 sind hier direkt in dem Grundkörper 3 oder dem Behälterinhalt (Speichermaterial) ausgebildet, so dass das Wärmeträgerfluid WT über die Wandung der Kanäle 5 seine Wärme an den Grundkörper 3 bzw. den Behälterinhalt überträgt und diesen dadurch belädt. Das im Gegenstromprinzip durchgeleitete Wasser W oder Heißwasser HW nimmt die Wärme über die Wandung des Kanals 4 vom Grundkörper 3 bzw. Behälterinhalt (Speichermaterial) auf, wird dadurch erwärmt und tritt als Heißwasser/Dampf HW/D aus dem Hochtemperaturspeicher aus und entlädt diesen somit beim Durchströmen. In variant a) consists of the main body 3 made of storage material in the form of a solid such as concrete and has trained in this channels 4 on, by which of the low-temperature memory 2.1 Water W or otherwise provided hot water HW for heating and injection as steam D and / or hot water HW to the gas turbine power plant 1 is directed. The loading is carried out in countercurrent principle by a heat transfer fluid WT via channels 5 , The channels 4 and 5 are right here in the main body 3 or the container contents (storage material), so that the heat transfer fluid WT over the wall of the channels 5 its heat to the body 3 or transfers the container contents and thereby loads it. The countercurrently flowed through water W or hot water HW takes the heat over the wall of the channel 4 from the main body 3 or container contents (storage material), is thereby heated and exits as hot water / steam HW / D from the high-temperature storage and discharges it thus when flowing through.

Im Unterschied zu Variante a) sind bei Variante b) die Kanäle 4, 5 in Rohrleitungen 4R, 5R ausgebildet, die an ihrem Außenumfang zur Vergrößerung der wärmeübertragenden Fläche mit Rippen R versehen sind. Der Grundkörper 3, der gleichzeitig das Speichermaterial bildet, kann wie in Variante a aus Feststoff (z.B. Beton) bestehen, in den die Rohrleitungen 4R, 5R mit den Rippen R eingegossen sind. Alternativ ist es auch möglich, dass der Speicherbehälter das Speichermaterial in Form einer Flüssigkeit oder eines Phasenwechselmaterials enthält, welches an die Rohrleitungen 4W, 5W angrenzt und dadurch den erforderlichen Wärmeübergang vom Wärmeträgerfluid WT über die Wandung der Rohrleitungen 5W und die Rippen R auf das Speichermaterial (Beladung des Hochtemperaturspeichers) und vom Speichermaterial über die Wandung der Rohrleitungen 4W und die Rippen R auf Wasser/Dampf W/HW/D (Entladung des Hochtemperaturspeichers) gewährleistet. Auch hier tritt Heißwasser/Dampf HW/D aus und dient zur Einspritzung in den Gasturbinenprozess des Gasturbinenkraftwerks 1. In contrast to variant a) in variant b) the channels 4 . 5 in pipelines 4R . 5R are formed, which are provided on their outer periphery for enlarging the heat transfer surface with ribs R. The main body 3 , which simultaneously forms the storage material, as in variant a from solid (eg concrete) exist, in which the pipes 4R . 5R with the ribs R are poured. Alternatively, it is also possible that the storage container contains the storage material in the form of a liquid or a phase change material which is connected to the pipelines 4W . 5W adjacent and thereby the required heat transfer from the heat transfer fluid WT over the wall of the pipes 5W and the ribs R on the storage material (loading of the high-temperature storage) and the storage material on the wall of the pipes 4W and the ribs R on water / steam W / HW / D (discharge of high-temperature storage) guaranteed. Here, too, hot water / steam HW / D exits and is used for injection into the gas turbine process of the gas turbine power plant 1 ,

Die Varianten c) zeigt eine Ausführung, bei welcher die durch den Grundkörper 3 führenden Kanäle 4 für Wasser/Heißwasser (Eintritt) und Dampf/Heißwasser (Austritt) durch Rohrleitungen 4R gebildet werden und die Kanäle 5, durch welche im Gegenstromprinzip das Wärmeträgerfluid WT (z.B. heiße Luft) strömt, sind als Hohlräume im Grundkörper 3 ausgebildet sind. The variants c) shows an embodiment in which by the main body 3 leading channels 4 for water / hot water (inlet) and steam / hot water (outlet) through pipelines 4R be formed and the channels 5 , through which the heat transfer fluid WT (eg, hot air) flows in the countercurrent principle, are as cavities in the main body 3 are formed.

Die Variante d) zeigt eine Ausführung, bei welcher wie in Variante b) und c) die durch den Grundkörper 3 führenden Kanäle 4 für Wasser/Heißwasser (Eintritt) und Dampf/Heißwasser HW (Austritt) durch Rohrleitungen 4R gebildet werden. Die Kanäle 5, durch welche im Gegenstromprinzip das Wärmeträgerfluid WT strömt, sind als Hohlräume im Grundkörper 3 ausgebildet und grenzen an ein Speichermaterial in Form eines Feststoffes und/oder Phasenwechselmaterials P an, welches als verkapseltes Material (z.B. als Schüttung) in einen Behälter integriert ist. Die Schüttung bzw. die Kapseln in Fprm des Phasenwechselmaterials P wird/werden bei der Beladung von dem Wärmeträgermedium WT durch- bzw. umströmt. Wie in Variante b) weisen die Rohrleitungen 4R an ihrem Außenumfang eine Berippung R auf. The variant d) shows an embodiment in which as in variant b) and c) by the main body 3 leading channels 4 for water / hot water (inlet) and steam / hot water HW (outlet) through pipelines 4R be formed. The channels 5 , through which the heat transfer fluid WT flows in the countercurrent principle, are as cavities in the main body 3 formed and adjacent to a memory material in the form of a solid and / or phase change material P, which is integrated as an encapsulated material (eg as a bed) in a container. The charge or the capsules in Fprm of the phase change material P is / are flowed through during the loading of the heat transfer medium WT or. As in variant b) have the pipes 4R on its outer circumference a ribbing R on.

Bei Variante d) umströmt der Wärmeträger WT das gekapselte Phasenwechselmaterial im Speicherbehälter (Beladung). Bei der Entladung wird die Wärme vom Phasenwechselmaterial über den Wärmeträger an den Kanal 4 übertragen. In variant d), the heat transfer medium WT flows around the encapsulated phase change material in the storage container (charge). During discharge, the heat from the phase change material via the heat transfer medium to the channel 4 transfer.

Neben dem in 6 dargestellten Gegenstromprinzip ist es auch möglich, dass Wärmeträgerfluid WT und das Wasser/Heißwasser//Dampf W/HW/D im Gleichstromprinzip durch den Hochtemperaturspeicher strömen. Auch sind andere Gestaltungsvarianten der Anordnung bzw. Ausbildung des Speichermaterials möglich. In addition to the in 6 illustrated countercurrent principle, it is also possible that heat transfer fluid WT and the water / hot water // steam W / HW / D flow in the DC principle through the high-temperature storage. Other design variants of the arrangement or design of the storage material are possible.

Es ist weiterhin möglich, dass dem Hochtemperaturspeicher zugeführte Wasser nicht über einer Niedertemperaturspeicher vorzuwärmen, sondern anderweitig eine Vorwärmung des Wasser zu realisieren. Denkbar ist ebenfalls, dass dem Hochtemperaturspeicher Wasser zugeführt wird, welches nicht vorgewärmt ist. It is also possible that the high-temperature storage supplied water does not preheat over a low-temperature storage, but otherwise to realize a preheating of the water. It is also conceivable that the high-temperature storage water is supplied, which is not preheated.

Eine weitere Variante besteht darin, dass dem Hochtemperaturspeicher Heißwasser mit einer Temperatur T1 ab 110°C zugeführt wird, welches im Hochtemperaturspeicher weiter auf eine Temperatur T2 vorzugsweise größer 200°C erwärmt wird. Another variant is that the high-temperature storage hot water with a Temperature T1 is supplied from 110 ° C, which is further heated in the high-temperature storage to a temperature T2 preferably greater than 200 ° C.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • US 2008/0127647 A1 [0007] US 2008/0127647 A1 [0007]
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

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Claims (10)

System zur Erzeugung von Heißwasser- und/oder Wasserdampf mit Hochtemperaturspeicher für den Einsatz in einem Gasturbinenkraftwerk, wobei die Energie für die Beladung des Hochtemperaturspeichers aus wenigstens einer externen Energiequelle und/oder aus einer internen Energiequelle des Gasturbinenkraftwerkes bereitgestellt wird, und wobei das Heißwasser und/oder der Dampf (D) in einem offenen Prozess zur Einspritzung in einen Fluidstrom zwischen dem Verdichter und der Turbine und/oder der Turbine des Gasturbinenkraftwerkes zuführbar ist, wobei der Hochtemperaturspeicher – Speichermaterial aufweist, – das Speichermaterial durch die internen und/oder externen Energiequellen erwärmbar ist, – durch den Hochtemperaturspeicher (2.2) mit dem darin befindlichen Speichermaterial mindestens ein Kanal (4) führt, dem Wasser (W) oder Heißwasser (HW) mit einer Eingangstemperatur (T1) zuführbar ist, – wobei ein Wärmeübergang vom Speichermedium auf das den Kanal (4) durchströmende Wasser (W) / Heißwasser (HW) und dadurch eine Druck- und/oder Temperaturerhöhung des Wassers (W) / Heißwassers (HW) realisierbar ist derart, – dass Heißwasser (HW) und/oder Dampf (D) mit einer Austrittstemperatur (T2) > der Eingangstemperatur (T1) aus dem Kanal (4) des Hochtemperaturspeichers (2.2) austritt. A system for generating hot water and / or steam with high-temperature storage for use in a gas turbine power plant, wherein the energy for loading the high-temperature storage from at least one external energy source and / or from an internal energy source of the gas turbine power plant is provided, and wherein the hot water and / or the steam (D) can be supplied in an open process for injection into a fluid flow between the compressor and the turbine and / or the turbine of the gas turbine power plant, the high-temperature storage material having storage material, the storage material being heatable by the internal and / or external energy sources is, by the high temperature memory ( 2.2 ) with the storage material therein at least one channel ( 4 ), to which water (W) or hot water (HW) can be supplied with an inlet temperature (T1), - wherein a heat transfer from the storage medium to the channel ( 4 ) flowing through water (W) / hot water (HW) and thereby a pressure and / or temperature increase of the water (W) / hot water (HW) can be realized such that - hot water (HW) and / or steam (D) with an outlet temperature (T2)> the inlet temperature (T1) from the duct ( 4 ) of the high-temperature reservoir ( 2.2 ) exit. Hochtemperaturspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aus zumindest einem Austritt (4.2) des Kanals (4) austretende Heißwasser (HW) und/oder Dampf (D) eine Austrittstemperatur von 100°C bis 650°C oder höher und einen Druck von 1 bar bis 100 bar oder höher aufweist. High-temperature accumulator according to claim 1, characterized in that the at least one outlet ( 4.2 ) of the channel ( 4 ) leaving hot water (HW) and / or steam (D) has an outlet temperature of 100 ° C to 650 ° C or higher and a pressure of 1 bar to 100 bar or higher. Hochtemperaturspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erwärmung des Speichermediums – dem Hochtemperaturspeicher (2.2) wenigstens ein Wärmemeübertrager zur indirekten Beladung zugeordnet ist und/oder – dass der Hochtemperaturspeicher (2.2) Anschlüsse zur direkten und/oder indirekten Beladung aufweist. High-temperature accumulator according to claim 1 or 2, characterized in that for heating the storage medium - the high-temperature storage ( 2.2 ) is associated with at least one heat transfer for indirect loading and / or - that the high-temperature storage ( 2.2 ) Has connections for direct and / or indirect loading. Hochtemperaturspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager mit einer externen Energiequelle gekoppelt ist, die eine Temperatur (T3) > einer zu erzeugenden Austrittstemperatur (T2) des Heißwassers/Dampfes (HW/D) aufweist und dass die Anschlüsse zur direkten Beladung mit zumindest einer externen Energiequelle mit einer Temperatur (T3) > der zu erzeugenden Austrittstemperatur (T2) des Heißwassers (HW) / Dampfes (D) gekoppelt sind und/oder dass die Anschlüsse zur indirekten Beladung mit einer Elektroenergie bereitstellenden externen Energiequelle gekoppelt ist. High-temperature accumulator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the heat exchanger is coupled to an external energy source having a temperature (T3)> to be generated outlet temperature (T2) of the hot water / steam (HW / D) and that the connections for direct loading with at least one external energy source having a temperature (T3)> the outlet temperature (T2) of hot water (HW) / vapor (D) to be generated are coupled and / or that the connections for indirect loading are coupled to an external energy source providing electrical energy is. Hochtemperaturspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass – die externe Energiequelle ein Elektroheizkessel, ein Hochtemperaturkollektorfeld, thermische Prozessabwärme einer industriellen Anlage oder eine Kombination der vorgenannten Energiequellen ist und – die interne Energiequelle einen Wärmeentzug aus dem Gasturbinenkraftwerk realisiert. High-temperature accumulator according to one of claims 1 to 4, characterized in that - the external energy source is an electric boiler, a high-temperature collector field, thermal process waste heat of an industrial plant or a combination of the aforementioned energy sources and - the internal energy source realizes a heat extraction from the gas turbine power plant. Hochtemperaturspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Hochtemperaturspeicher (2.2) zum Beladen des Speichermaterials mit einer Temperatur (T3) > der zu erzeugenden Austrittstemperatur (T2) des Heißwassers/Dampfes (HW/D) ein Wärmeträgerfluid (WT) strömt, was auch das Wasser (W/HW/D) des Speicherprozesses selbst sein kann. High-temperature accumulator according to one of claims 1 to 5, characterized in that by the high-temperature storage ( 2.2 ) for loading the storage material with a temperature (T3)> to be generated outlet temperature (T2) of the hot water / steam (HW / D) a heat transfer fluid (WT) flows, which also be the water (W / HW / D) of the storage process itself can. Hochtemperaturspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (4), der durch den Hochtemperaturspeicher (2.2) führt, in der Art eines Rohrleitungsbündels mit mehreren Rohrwandungen (4W) ausgeführt ist und einen Eintritt (4.1) für Wasser (W) und/oder Heißwasser (HW) mit einer Temperatur (T1) und einen Austritt (4.2) für Heißwasser/Dampf (HW/D) mit einer Austrittstemperatur (T2) > (T1) zum Einspritzen in einen Gasturbinenprozess des Gasturbinenkraftwerkes (1) aufweist und dass bedarfsweise die im Hochtemperaturspeicher (2.2) vorhandenen Kanäle (4), durch welche Heißwasser (HW) und/oder Dampf (D) geleitet wird, auch zur Durchleitung des Wärmeträgerfluids (WT) zur Beladung des Hochtemperaturspeichers (2.2) dienen. High temperature accumulator according to one of claims 1 to 6, characterized in that the channel ( 4 ) passing through the high-temperature reservoir ( 2.2 ), in the manner of a pipe bundle with several pipe walls ( 4W ) and an entry ( 4.1 ) for water (W) and / or hot water (HW) having a temperature (T1) and an outlet ( 4.2 ) for hot water / steam (HW / D) with an outlet temperature (T2)> (T1) for injection into a gas turbine process of the gas turbine power plant ( 1 ) and that, if necessary, in the high-temperature storage ( 2.2 ) existing channels ( 4 ), through which hot water (HW) and / or steam (D) is passed, also for the passage of the heat transfer fluid (WT) for loading the high-temperature storage ( 2.2 ) serve. Hochtemperaturspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermaterial aus – Feststoffen in Form von Metallen, Guß, Baustoffen, Beton, bewehrtem Beton, keramischen Werkstoffen oder Kombinationen der vorgenannten Materialien besteht und/oder – aus Flüssigkeit in Form von Öl, handelsüblichen synthetischen Wärmeträgern, flüssigen Metallen, flüssigem Natrium besteht, und/oder – aus Phasenwechselmaterial in Form von Metallen (z.B. Blei, Zinn), Nitraten, Hydroxiden, Chloriden, Karbonaten, Fluoriden oder Kombinationen der vorgenannten Materialien einschließlich notwendiger Hilfsstoffe besteht. High-temperature accumulator according to one of claims 1 to 7, characterized in that the storage material consists of - solids in the form of metals, cast iron, building materials, concrete, reinforced concrete, ceramic materials or combinations of the aforementioned materials and / or - liquid in the form of oil , commercially available synthetic heat carriers, liquid metals, liquid sodium, and / or - consists of phase change material in the form of metals (eg lead, tin), nitrates, hydroxides, chlorides, carbonates, fluorides or combinations of the aforementioned materials including necessary auxiliaries. Hochtemperaturspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass diesem wahlweise ein Niedertemperaturspeicher vorgeschaltet ist, der vorgewärmtes Wasser bereitstellt. High-temperature accumulator according to one of claims 1 to 8, characterized in that this is optionally preceded by a low-temperature storage, which provides preheated water. Hochtemperaturspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hochtemperaturspeicher (2.2) ein Flüssigkeitsabscheider (10) zugeordnet ist, durch welchen auf die Temperatur (T2) erwärmtes austretendes Heißwasser/Dampf (HW/D) geleitet wird und dass im Flüssigkeitsabscheider (10) abgeschiedenes Wasser über eine Leitung (11) wieder dem Eintritt (4.1) des Hochtemperaturspeichers (2.2) zugeführt wird. High-temperature accumulator according to one of claims 1 to 9, characterized in that the high-temperature storage ( 2.2 ) a liquid separator ( 10 ) is passed through which to the temperature (T2) heated outgoing hot water / steam (HW / D) is passed and that in the liquid separator ( 10 ) separated water via a line ( 11 ) again the entrance ( 4.1 ) of the high-temperature reservoir ( 2.2 ) is supplied.
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