DE102013208341A1 - Verfahren zur Kühlung wenigstens eines Bauteils einer elektrischen Maschine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung wenigstens eines Bauteils einer elektrischen Maschine (3), wobei zur Kühlung wenigstens ein mittels einer Einrichtung (9) zur Gasverflüssigung zumindest teilweise verflüssigtes Gas verwendet wird, wobei als in der Einrichtung (9) zu verflüssigendes Gas zumindest teilweise ein Prozessgas eines Gasturbinenkraftwerks (1) verwendet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung wenigstens eines Bauteils einer elektrischen Maschine, wobei zur Kühlung wenigstens ein mittels einer Einrichtung zur Gasverflüssigung zumindest teilweise verflüssigtes Gas verwendet wird.
  • Elektrische Maschinen, wie z. B. Elektromotoren oder Generatoren, mit supraleitenden Bauteilen, wie z. B. supraleitenden keramischen Rotorwicklungen, benötigen typischerweise Betriebstemperaturen unterhalb –75°C (ca. 198 K). Derartige Maschinen werden üblicherweise in Kühleinrichtungen bzw. Kryostaten betrieben, wobei zur Kühlung der elektrischen Maschinen regelmäßig Kühlmittel in Form von verflüssigten Gasen, wie z. B. verflüssigtem Neon (Siedepunkt –246°C (ca. 27 K)) verwendet werden.
  • Die Kühlung einer entsprechenden elektrischen Maschine sollte einerseits während des Betriebs sichergestellt sein. Andererseits ist es jedoch zweckmäßig, die Kühlung einer solchen elektrischen Maschine auch in Zeiten, in denen diese nicht betrieben wird, zu gewährleisten, um zusätzliche Abkühlzeiten bei erneuter Inbetriebnahme der elektrischen Maschine zu vermeiden bzw. zu verkürzen. Derart kann also sichergestellt werden, dass eine zeitweise außer Betrieb genommene elektrische Maschine ihren Betrieb unmittelbar wieder aufnehmen kann.
  • Die Kühlung elektrischer Maschinen mit supraleitenden bzw. supraleitfähigen Bauteilen verlangt typischerweise einen hohen Energieaufwand. Sonach stellt sich ein Bedarf eines technischen Ansatzes für eine effizientere Kühlung derartiger elektrischer Maschinen.
  • Gleichermaßen kann eine effiziente Kühlung auch für konventionelle elektrische Maschinen ohne supraleitende bzw. supraleitfähige Bauteile von Vorteil sein.
  • Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein effizientes Verfahren zur Kühlung elektrischer Maschinen, insbesondere elektrischer Maschinen mit supraleitenden bzw. supraleitfähigen Bauteilen, anzugeben.
  • Das Problem wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, welches sich dadurch auszeichnet, dass als in der Einrichtung zu verflüssigendes Gas zumindest teilweise ein Prozessgas eines Gasturbinenkraftwerks verwendet wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren schlägt vor, als das im Rahmen der Kühlung einer elektrischen Maschine, insbesondere einer wenigstens ein supraleitendes Bauteil aufweisenden elektrischen Maschine, zu verflüssigende Gas zumindest teilweise, insbesondere vollständig, ein Prozessgas aus einem Gasturbinenkraftwerk zu verwenden. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht also vor, ein im Rahmen des Betriebs eines Gasturbinenkraftwerks verwendetes Prozessgas mittels einer Einrichtung zur Gasverflüssigung zu verflüssigen. Das derart verflüssigte Gas dient als Kühlmittel und wird zur Kühlung der elektrischen Maschine respektive der dieser zugehörigen, insbesondere supraleitenden bzw. supraleitfähigen, Bauteile verwendet. Wie eingangs erwähnt, kann es sich bei solchen supraleitenden bzw. supraleitfähigen Bauteilen beispielsweise um supraleitende bzw. supraleitfähige keramische Rotorwicklungen handeln.
  • Das verflüssigte Prozessgas hat in der Regel einen vergleichsweise niedrigen Siedepunkt und weist daher eine vergleichsweise niedrige Temperatur auf. Je nach Art und Zusammensetzung des zu verflüssigenden Prozessgases liegt die Temperatur in dessen verflüssigtem Zustand in einem für die Kühlung der zu kühlenden elektrischen Maschine respektive, sofern es sich um eine elektrische Maschine mit supraleitenden bzw. supraleitfähigen Bauteilen handelt, der dieser zugehörigen supraleitenden bzw. supraleitfähigen Bauteile geeigneten Bereich.
  • Das oder ein Teil des verflüssigten Prozessgases kann unmittelbar oder mittelbar zur Kühlung der elektrischen Maschine eingesetzt werden. Eine unmittelbare Verwendung des verflüssigten Prozessgases kann beispielsweise darin bestehen, dass das verflüssigte Prozessgas in einen Kühlkreislauf einer der zu kühlenden elektrischen Maschine zugeordneten Kühleinrichtung eingebracht wird und die zu kühlende elektrische Maschine sonach unmittelbar kühlt bzw. unmittelbar zur Kühlung der zu kühlenden elektrischen Maschine beiträgt. Eine mittelbare Verwendung des verflüssigten Prozessgases kann beispielsweise darin bestehen, dass das verflüssigte Prozessgas in einem oder mehreren, der zu kühlenden elektrischen Maschine oder einer der zu kühlenden elektrischen Maschine zugehörigen Kühleinrichtung zugeordneten Wärmetauscher(n) eingesetzt wird.
  • Denkbar ist es auch, dass das oder ein Teil des verflüssigten Prozessgases in einem Speicher, z. B. in Form eines thermisch isolierten Tanks, zwischengespeichert wird. Das verflüssigte Prozessgas kann dann bedarfsgerecht zur Kühlung der elektrischen Maschine eingesetzt, d. h. z. B. in einen Kühlkreislauf einer der elektrischen Maschine zugehörigen Kühleinrichtung eingebracht werden.
  • Bezüglich des im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens insgesamt zu verflüssigenden Gases ist es bevorzugt, hierfür vollständig ein entsprechendes Prozessgas des Gasturbinenkraftwerks heranzuziehen. Denkbar ist es jedoch auch, nur für einen Teil des zu verflüssigenden Gases ein Prozessgas des Gasturbinenkraftwerks zu verwenden und für einen anderen Teil des zu verflüssigenden Gases ein anderweitig bereitgestelltes Gas einzusetzen, d. h. zu verflüssigen.
  • Wie erwähnt, kann die mittels des im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verflüssigten Prozessgases erzeugte Kühlleistung derart gewählt sein, dass damit eine hinreichende Kühlung der elektrischen Maschine, d. h. insbesondere gegebenenfalls vorhandener dieser zugehörigen supraleitenden bzw. supraleitfähigen Bauteile erreicht wird. Die mittels des verflüssigten Prozessgases erzeigte Kühlleistung kann jedoch auch zur Unterstützung konventioneller Kühleinrichtungen der elektrischen Maschine bereitgestellt werden, so dass deren Leistungsaufnahme verringert werden kann.
  • Die Menge des aus dem Gasturbinenkraftwerk erfindungsgemäß zur Verflüssigung und somit zur Bereitstellung eines Kühlmittels für die zu kühlenden elektrischen Maschine(n) zu entnehmenden Prozessgases sollte selbstverständlich derart gewählt sein, dass der ordnungsgemäße Betrieb des Gasturbinenkraftwerks weiterhin möglich ist. Beispielsweise kann eine Menge von 10% bezogen auf das insgesamt in dem Gasturbinenkraftwerk verwendete Prozessgas entnommen werden. Der Wert kann in Ausnahmen auch niedriger oder höher liegen.
  • Als zu verflüssigendes Prozessgas kann beispielsweise Luft oder Luftbestandteile, insbesondere Sauerstoff und/oder Stickstoff, verwendet werden. Bei dem verflüssigten Prozessgas kann es sich demnach insbesondere um flüssige Luft, flüssigen Sauerstoff oder flüssigen Stickstoff handeln. Grundsätzlich können im Rahmen der Gasverflüssigung jedoch auch andere im Rahmen des Betriebs des Gasturbinenkraftwerks strömende Gase verflüssigt werden und somit andere verflüssigte Gase, wie insbesondere flüssige Edelgase, anfallen.
  • Typische Temperaturbereiche, auf welche entsprechende supraleitende bzw. supraleitfähige Bauteile aufweisende elektrische Maschinen zu kühlen sind, liegen im Bereich von –75°C (ca. 198 K) bis –273°C (ca. 0 K), insbesondere –100°C (ca. 173 K) bis –250°C (ca. 23 K). Die erforderliche Kühltemperatur hängt jedoch im Wesentlichen von der elektrischen Maschine, d. h. insbesondere dem das supraleitende bzw. supraleitfähige Bauteil der elektrischen Maschine bildenden supraleitenden bzw. supraleitfähigen Material ab. Für konventionelle elektrische Maschinen ohne supraleitende bzw. supraleitfähige Bauteile können die Temperaturbereiche höher liegen.
  • Um eine ökologisch wie technisch sinnvolle Nutzung der in einem Gasturbinenkraftwerk strömenden Prozessgase für die Zwecke der vorliegenden Erfindung zu realisieren, ist es sinnvoll, die elektrische Maschine, bei der es sich z. B. zum einen elektrischen Motor (Elektromotor) oder einen elektrischen Generator handeln kann, in einem oder benachbart zu einem Gasturbinenkraftwerk anzuordnen oder dem Gasturbinenkraftwerk zuzuordnen. Die elektrische Maschine wird demnach bevorzugt am Standort eines Gasturbinenkraftwerks eingesetzt. Beispielsweise kann eine als Generator ausgebildete elektrische Maschine von einer in dem Gasturbinenkraftwerk vorgesehenen Turbine angetrieben werden. Als Generatoren ausgebildete elektrische Maschinen können beispielsweise auch, insbesondere der Turbine des Gasturbinenkraftwerks zugehörigen, Nebenaggregaten zugeordnet werden. Eine als Elektromotor ausgebildete elektrische Maschine kann z. B. als Antriebsmittel für motorisch anzutreibende Vorrichtungen des Gasturbinenkraftwerks, wie z. B. Fördereinrichtungen, d. h. z. B. Pumpeneinrichtungen, Gasverdichter bzw. Kompressoren etc., eingesetzt werden.
  • Im Folgenden werden beispielhafte Möglichkeiten der Nutzung des im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verflüssigten Prozessgases respektive der mit dessen Verflüssigung erzeugten Kühlleistung genannt.
  • Ein erstes Beispiel betrifft die Kühlung eines supraleitenden bzw. supraleitfähigen Rotors einer entsprechenden elektrischen Maschine. Hierbei ist eine direkte Kühlung des Rotors, d. h. insbesondere entsprechender supraleitender bzw. supraleitfähiger Rotorwicklungen, denkbar, wenn das verflüssigte Gas eine Temperatur aufweist, die für die supraleitenden Eigenschaften des supraleitenden, die Rotorwicklungen bildenden Materials erforderlich bzw. geeignet ist. Sofern als zu verflüssigendes Prozessgas Luft oder Luftbestandteile, wie insbesondere verflüssigter Sauerstoff und/oder verflüssigter Stickstoff, verwendet werden, kann die Kühlleistung bei einigen zur Verwendung als Rotorwicklungen vorgesehenen supraleitenden Materialien gegenwärtig für eine direkte Kühlung zwar technisch möglich, jedoch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten nicht vollkommen zufriedenstellend sein. Dies kann jedoch mit der Verwendung künftiger Hochtemperatursupraleiter zur Ausbildung der Rotorwicklungen überkommen werden.
  • Ein zweites Beispiel betrifft die Kühlung eines supraleitenden bzw. supraleitfähigen Stators einer entsprechenden elektrischen Maschine. Die Kühlung kann hierbei insbesondere supraleitenden bzw. supraleitfähigen Statorwicklungen zukommen. Die Kühlung ist einerseits für Statorwicklungen aus supraleitenden bzw. supraleitfähigen Materialien, aber für auch Statorwicklungen aus konventionellen, d. h. nicht supraleitenden bzw. supraleitfähigen elektrisch leitfähigen Materialen zweckmäßig. Letztere sind in der Regel aus Metallen, wie insbesondere Kupfer, gebildet, deren elektrische Leitfähigkeit sich typischerweise mit abnehmender Temperatur erhöht.
  • Grundsätzlich kann das im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugte, als Kühlmittel zur Kühlung der elektrischen Maschine dienende verflüssigte Gas bzw. Prozessgas sowohl zur Kühlung der elektrischen Maschine im in Betrieb genommenen Zustand als auch in einem außer Betrieb genommenen Zustand eingesetzt werden. Durch die Verwendung verflüssigter Gase zur Kühlung entsprechender elektrischer Maschinen können sonstige Energie verbrauchende Kühleinrichtungen, welche insbesondere der Kühlung entsprechender elektrischer Maschinen in einem außer Betrieb genommenen Zustand dienen, in ihrer Leistungsaufnahme reduziert, zumindest zeitweise oder gegebenenfalls sogar vollständig abgestellt werden. Derart ist insbesondere bei längeren Stillstandzeiten entsprechender elektrischer Maschinen, in denen diese nicht betrieben werden, eine signifikante Einsparung von Energie möglich.
  • Zweckmäßig wird der Einrichtung zur Gasverflüssigung das zu verflüssigende Prozessgas in verdichteter Form zugeführt. Hierdurch ist die für die Gasverflüssigung aufzuwendende Energiemenge reduzierbar, da das zu verflüssigende Gas nicht oder zumindest nicht vollständig durch separate Gasverdichtungseinrichtungen verdichtet werden muss. Zweckmäßig soll durch die Verdichtung des Gases ein Kompressionsgrad des zu verflüssigenden Gases, welcher den Energiebedarf für die weitere Gasverflüssigung auf ein Minimum reduziert, realisiert werden. Je nachdem, mit welchem Kompressionsgrad das zu verflüssigende Gas bereitgestellt wird, kann es selbstverständlich auch sein, das zu verflüssigende Gas einer separaten Gasverdichtungseinrichtung zuzuführen, bevor es in die Einrichtung zur Gasverflüssigung geführt wird.
  • In besonders vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zu verflüssigende Prozessgas aus einem dem Gasturbinenkraftwerk zugehörigen Gasverdichter (Kompressor) entnommen. Ein entsprechender Gasverdichter ist typischer Bestandteil eines Gasturbinenkraftwerks und kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verdichtung des im Weiteren mittels der Einrichtung zur Gasverflüssigung zu verflüssigenden Prozessgases verwendet werden. Das Prozessgas kann dabei z. B. einer oder mehreren Zwischenstufen des Gasverdichters oder am Ende des Gasverdichters entnommen werden. Wie erwähnt liegt der Anteil an aus dem Gasverdichter zur Verflüssigung zu entnehmenden Prozessgases z. B. bei 10% bezogen auf den Gesamtgasanteil, des durch den Gasverdichter strömenden Prozessgases. Bevorzugt wird das zu verflüssigende Prozessgas dabei aus einem einer Turbine des Gasturbinenkraftwerks zugeordneten Gasverdichter bzw. Kompressor entnommen.
  • In weiterer vorteilhafter Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dem zu verflüssigenden Prozessgas vor der Zuführung in die Einrichtung zur Gasverflüssigung Wärme entnommen werden. Hierdurch ist gleichermaßen eine Reduzierung der für die Gasverflüssigung aufzubringenden Energiemenge realisierbar, da das zu verflüssigende Gas im Vergleich weniger gekühlt werden muss bzw. ein vergleichsweise kühleres Gas leichter und somit effizienter zu verflüssigen ist. Die Effizienz der Gasverflüssigung ist damit steigerbar. Die dem Prozessgas entnommene Wärme kann z. B. aus dem Gasturbinenkraftwerk abgeführt oder einem Wärme erfordernden Prozess des Gasturbinenkraftwerks zugeführt werden. Die Wärmeentnahme ist besonders zweckmäßig, wenn das Gas zuvor verdichtet wurde, da es durch die Verdichtung typischerweise erwärmt wird.
  • Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Einrichtung zur Gasverflüssigung beispielsweise eine Luftzerlegungsanlage und/oder eine Luftverflüssigungsanlage verwendet. Aufbau und Funktionsprinzip sowohl einer Luftzerlegungsanlage als auch einer Luftverflüssigungsanlage sind dem Fachmann hinreichend bekannt und bedürfen an dieser Stelle keiner weiteren Ausführung.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Kühlung wenigstens einer elektrischen Maschine, wobei zur Kühlung wenigstens ein mittels einer Einrichtung zur Gasverflüssigung zumindest teilweise verflüssigtes Gas verwendet wird. Entsprechend umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung wenigstens eine Einrichtung zur Gasverflüssigung, insbesondere in Form einer Luftzerlegungsanlage und/oder einer Luftverflüssigungsanlage. Die Einrichtung zur Gasverflüssigung ist mit einem Gasturbinenkraftwerk derart gekoppelt, dass das in der Einrichtung zu verflüssigende Gas zumindest teilweise ein Prozessgas des Gasturbinenkraftwerks ist.
  • Die elektrische Maschine kann wenigstens ein supraleitendes Bauteil aufweisen. Das zu kühlende Bauteil ist dann insbesondere ein supraleitendes bzw. supraleitfähiges Bauteil der elektrischen Maschine.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Gasturbinenkraftwerk. Das Gasturbinenkraftwerk umfasst neben den typischen für dessen Betrieb notwendigen Komponenten, wie insbesondere Kompressoren, Brennkammern, Turbinen etc., wenigstens eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor oder einen Generator, sowie wenigstens eine Einrichtung zur Gasverflüssigung zur Bereitstellung eines verflüssigten Gases zur Kühlung der elektrischen Maschine. Die Einrichtung zur Gasverflüssigung ist zumindest teilweise mit einem Prozessgas des Gasturbinenkraftwerks gespeist.
  • Die elektrische Maschine kann wenigstens ein supraleitendes Bauteil aufweisen. Das zu kühlende Bauteil ist dann insbesondere ein supraleitendes bzw. supraleitfähiges Bauteil der elektrischen Maschine.
  • Bezüglich der erfindungsgemäßen Vorrichtung wie auch des erfindungsgemäßen Gasturbinenkraftwerks gelten sämtliche Ausführungen betreffend das erfindungsgemäße Verfahren analog.
  • Weitere Merkmale und weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind anhand der folgenden Figur näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine Prinzipdarstellung eines Gasturbinenkraftwerks mit einer zugehörigen Vorrichtung zur Kühlung wenigstens eines supraleitenden Bauteils einer wenigstens ein supraleitendes Bauteil aufweisenden elektrischen Maschine gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • Die einzige Figur zeigt eine Prinzipdarstellung eines Gasturbinenkraftwerk 1 mit einer zugehörigen Vorrichtung 2 zur Kühlung wenigstens eines supraleitenden Bauteils einer wenigstens ein supraleitendes Bauteil aufweisenden elektrischen Maschine 3 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Die elektrische Maschine 3 ist typischerweise am Standort des Gasturbinenkraftwerks 1 einsetzbar. Insbesondere handelt es sich bei der elektrischen Maschine 3 um den Generator des Gasturbinenkraftwerks 1. Dieser Generator kann auf einer Welle 8 mit der Gasturbine, bestehend aus Gasverdichter 4 und Turbine 7, angeordnet sein.
  • Wesentliche Bestandteile des Gasturbinenkraftwerks 1, welches allgemein der Erzeugung von elektrischer Energie dient, sind eine Prozessgasquelle 12 zur Bereitstellung eines Prozessgases, wie z. B. Luft, der der Prozessgasquelle 12 nachgeschaltete Gasverdichter 4 bzw. Kompressor, eine dem Gasverdichter 4 nachgeschaltete, mit einer Brenngasquelle 5 zur Bereitstellung eines Brenngases, wie z. B. Erdgas, verbundene Brenngaszuführung 6, eine der Brenngaszuführung 6 nachgeschaltete Turbine 7 sowie eine der Turbine 7 nachgeschaltete Abgasabführung 13.
  • Wie erwähnt, handelt es sich bei der elektrischen Maschine 3 insbesondere um einen elektrischen Generator. Grundsätzlich könnte die elektrische Maschine 3 jedoch auch als elektrischer Motor bzw. Elektromotor vorliegen. Bei dem zu kühlenden supraleitenden bzw. supraleitfähigen Bauteil der elektrischen Maschine 3 handelt es sich um eine Komponente, insbesondere Wicklung, eines Rotors und/oder Stators der elektrischen Maschine 3. Sofern die elektrische Maschine 3 als elektrischer Generator ausgebildet ist, kann diese, wie erwähnt, beispielsweise über eine mechanische Welle 8 mit der Turbine 7 des Gasturbinenkraftwerks 1 gekoppelt, d. h. über diese angetrieben sein.
  • Die Vorrichtung 2 umfasst eine Einrichtung 9 zur Gasverflüssigung. Bei der Einrichtung 9 handelt es sich z. B. um eine Luftzerlegungsanlage oder eine Luftverflüssigungsanlage. Eine Luftzerlegungsanlage, die nach dem Prinzip der Rektifikation arbeitet, enthält üblicherweise eine Luftverflüssigungsanlage, da die Rektifikationskolonne ganz oder teilweise mit flüssiger Luft gespeist wird. In jedem Fall ist die Einrichtung 9 dazu ausgebildet, ein in diese zugeführtes Gas zu verflüssigen. Das verflüssigte Gas hat typischerweise eine vergleichsweise niedrige Temperatur und kann deshalb als Kühlmittel, d. h. zur Kühlung der elektrischen Maschine(n) 3 respektive der dieser bzw. diesen zugehörigen supraleitenden bzw. supraleitfähigen Bauteile verwendet werden.
  • Die Kühlung der elektrischen Maschine(n) 3 über das mittels der Einrichtung 9 erzeugte verflüssigte Gas kann unmittelbar oder mittelbar erfolgen. Eine unmittelbare Kühlung kann beispielsweise vorliegen, wenn das verflüssigte Gas in einen Kühlkreislauf einer der zu kühlenden elektrischen Maschine 3 zugeordneten Kühleinrichtung eingebracht wird. Entsprechend kann eine mittelbare Kühlung beispielsweise vorliegen, wenn das verflüssigte Gas in einem der zu kühlenden elektrischen Maschine 3 oder einer der zu kühlenden elektrischen Maschine 3 zugehörigen Kühleinrichtung zugeordneten Wärmetauschern eingesetzt wird.
  • Wie aus der Figur erkennbar ist, ist es möglich, dass das mittels der Einrichtung 9 verflüssigte Gas in einem Speicher 10, z. B. in Form eines oder mehrerer thermisch isolierter Tanks, zwischengespeichert wird. Das verflüssigte Gas kann dann bedarfsgerecht zur Kühlung der mit dem Speicher 10 verbundenen elektrischen Maschine(n) 3 eingesetzt werden.
  • Die Entnahme von Prozessgas aus dem Gasverdichter 4 führt zu einer Leistungserniedrigung der Turbine 7 respektive des Gasturbinenkraftwerks 1. Die Installation eines Speichers 10 erlaubt daher den entkoppelten Betrieb der Einrichtung 9 und der Kühlung der elektrischen Maschine 3. Der Speicher 10 wird nach zweckmäßig in Zeiten geringer Energie- bzw. Stromnachfrage gefüllt. Die Kühlung der elektrischen Maschine 3 kann grundsätzlich auch zu Zeiten des Nichtbetriebs des Gasturbinenkraftwerks 1 erfolgen.
  • Wesentlich an dem erfindungsgemäßen Prinzip ist, dass als mittels der Einrichtung 9 zu verflüssigendes Gas ein Prozessgas aus dem Gasturbinenkraftwerk 1 verwendet wird. Bei dem Prozessgas handelt es sich beispielsweise um Luft oder ein Sauerstoff und/oder Stickstoff und/oder wenigstens eine Edelgas enthaltendes Prozessgas, welches für den Betrieb des Gasturbinenkraftwerks 1 erforderlich ist oder im Rahmen des Betriebs des Gasturbinenkraftwerks 1 entsteht.
  • Das Prozessgas wird der Einrichtung 9 bevorzugt in verdichteter bzw. komprimierter Form zugeführt. Hierfür wird das Prozessgas nach Durchlaufen des dem Gasturbinenkraftwerk 1 zugehörigen Gasverdichters 4 bzw. Kompressors zugeführt. Das Prozessgas kann dem Gasverdichter 4 grundsätzlich jedoch auch an Zwischenstufen entnommenen werden. Typischerweise werden anteilsmäßig etwa 10% des aus dem Gasverdichter 4 tretenden verdichteten Prozessgases entnommen und in die Einrichtung 9 geleitet. Durch die Verflüssigung eines (vor)verdichteten Prozessgases ist die für die Gasverflüssigung einzusetzende Energiemenge reduzierbar und somit die Effizienz der Gasverflüssigung steigerbar.
  • Dem der Einrichtung 9 zuzuführenden verdichteten und deshalb erwärmten Prozessgas wird vor dem Einführen in die Einrichtung 9 zudem Wärme entzogen. Dem in die Einrichtung 9 zuzuführenden Prozessgas wird demnach z. B. über einen Wärmetauscher 11 Wärme entnommen. Hierdurch ist gleichermaßen eine Steigerung der Effizienz der Gasverflüssigung mittels der Einrichtung 9 und zudem die zusätzliche Wärmeerzeugung am Standort der Turbine 7 bzw. des Gasturbinenkraftwerks 1 möglich.
  • Die Temperatur des verflüssigten Prozessgases hängt im Wesentlichen von dem Siedepunkt des zu verflüssigenden Prozessgases, bei welchem es sich grundsätzlich auch um ein Gasgemisch handeln kann, ab. Typischerweise wird das zu verflüssigende Prozessgas auf eine Temperatur im Bereich von –75°C bis –273°C, insbesondere –100°C bis –250°C, gekühlt. Die Temperatur des verflüssigten Prozessgases ist grundsätzlich so gewählt, dass der ordnungsgemäße Betrieb der zu kühlenden elektrischen Maschine(n) 3 sichergestellt ist. Die Temperatur des verflüssigten Prozessgases liegt also typischerweise in einem Bereich, in dem die supraleitenden Eigenschaften der der elektrischen Maschine(n) 3 zugehörigen supraleitfähigen Bauteile sichergestellt ist.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Kühlung wenigstens eines Bauteils einer elektrischen Maschine (3), wobei zur Kühlung wenigstens ein mittels einer Einrichtung (9) zur Gasverflüssigung zumindest teilweise verflüssigtes Gas verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass als in der Einrichtung (9) zu verflüssigendes Gas zumindest teilweise ein Prozessgas eines Gasturbinenkraftwerks (1) verwendet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Kühlung wenigstens eines supraleitenden Bauteils einer wenigstens ein supraleitendes Bauteil aufweisenden elektrischen Maschine (3) verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einrichtung (9) das zu verflüssigende Prozessgas in verdichteter Form zugeführt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zu verflüssigende Prozessgas aus einem dem Gasturbinenkraftwerk (1) zugehörigen Gasverdichter (4) entnommen wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zu verflüssigende Prozessgas aus einem einer Turbine (7) des Gasturbinenkraftwerks (1) zugeordneten Gasverdichter (4) entnommen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem zu verflüssigenden Prozessgas vor der Zuführung in die Einrichtung (9) zur Gasverflüssigung Wärme entnommen wird.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Einrichtung (9) zur Gasverflüssigung eine Luftzerlegungsanlage und/oder eine Luftverflüssigungsanlage verwendet wird.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als zu verflüssigendes Prozessgas Luft oder Luftbestandteile, insbesondere Sauerstoff und/oder Stickstoff, verwendet werden.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) auf eine Temperatur im Bereich von –75°C bis –273°C, insbesondere –100°C bis –250°C, gekühlt wird.
  10. Vorrichtung (2) zur Kühlung wenigstens eines Bauteils einer elektrischen Maschine (3), wobei zur Kühlung wenigstens ein mittels einer Einrichtung (9) zur Gasverflüssigung zumindest teilweise verflüssigtes Gas verwendet wird, umfassend wenigstens eine Einrichtung (9) zur Gasverflüssigung, welche mit einem Gasturbinenkraftwerk (1) derart gekoppelt ist, dass das in der Einrichtung (9) zu verflüssigende Gas zumindest teilweise ein Prozessgas des Gasturbinenkraftwerks (1) ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) wenigstens ein supraleitendes Bauteil aufweist und das zu kühlende Bauteil das supraleitende Bauteil der elektrischen Maschine (3) ist.
  12. Gasturbinenkraftwerk (1), umfassend wenigstens eine elektrische Maschine (3) sowie wenigstens eine Einrichtung (9) zur Gasverflüssigung zur Bereitstellung eines verflüssigten Gases zur Kühlung der elektrischen Maschine oder eines der elektrischen Maschine (3) zugehörigen Bauteils, wobei die Einrichtung (9) zumindest teilweise mit einem Prozessgas des Gasturbinenkraftwerks (1) gespeist ist.
  13. Gasturbinenkraftwerk nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) wenigstens ein supraleitendes Bauteil aufweist und das zu kühlende Bauteil das supraleitende Bauteil der elektrischen Maschine (3) ist.
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