DE102015205533A1

DE102015205533A1 - Method for regulating the gas pressure in a gas pipeline network, gas pressure regulating stations in a gas pipeline network and rotary piston machine

Info

Publication number: DE102015205533A1
Application number: DE102015205533.7A
Authority: DE
Inventors: Gunnar Schaarschmidt; Burkhard Lenth
Original assignee: RWE Deutschland AG
Current assignee: RWE Deutschland AG
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2016-09-29
Also published as: EP3091176A1; HUE046237T2; EP3091176B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Gasdrucks in einem Gasleitungsnetz, wobei das Verfahren eine Anpassung des Gasdrucks von einem ersten auf einen zweiten Gasdruck durch Entspannung des Gases und/oder eine Anpassung des Gasdrucks von dem zweiten auf den ersten Gasdruck durch Verdichtung des Gases umfasst, wobei das Verfahren unter Verwendung einer Rotationsströmungsmaschine durchgeführt wird, über welche die Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Druck ausgeglichen wird, wobei die Rotationsströmungsmaschine bidirektional mit dem Gas durchströmbar ist und wahlweise zwecks Verdichtung des Gases als Arbeitsmaschine oder zwecks Entspannung des Gases als Kraftmaschine betrieben wird.The invention relates to a method for regulating the gas pressure in a gas line network, wherein the method comprises an adjustment of the gas pressure from a first to a second gas pressure by expansion of the gas and / or an adjustment of the gas pressure from the second to the first gas pressure by compression of the gas wherein the method is performed using a rotary flow machine over which the pressure difference between the first and the second pressure is balanced, the rotary flow machine is bi-directionally flowed through by the gas and optionally operated for the purpose of compression of the gas as a working machine or for the purpose of relaxing the gas as an engine becomes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Gasdrucks in einem Gasleitungsnetz oder in eine Gasspeicheranordnung, wobei das Verfahren eine Anpassung des Gasdrucks von einem ersten auf einen zweiten Gasdruck durch Entspannung des Gases und oder eine Anpassung des Gasdrucks von dem zweiten auf den ersten Gasdruck durch Verdichtung des Gases umfasst. The invention relates to a method for controlling the gas pressure in a gas line network or in a gas storage arrangement, the method comprising adjusting the gas pressure from a first to a second gas pressure by relaxing the gas and or adjusting the gas pressure from the second to the first gas pressure by compression of the gas.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Gas-Druckregelstation in einem Gasleitungsnetz oder in einer Gasspeicheranordnung. Die Erfindung betrifft auch eine Rotationskolbenmaschine. The invention further relates to a gas pressure regulating station in a gas pipeline network or in a gas storage arrangement. The invention also relates to a rotary piston machine.

Heutige Gastransport- und Gasverteilnetze sowie Gasspeicher nutzen Turbo- oder Kolbenmaschinen, um unter Zuführung von externer Energie Gas zum Transport oder zur Speicherung auf ein höheres Druckniveau zu verdichten. Eine Verdichtung des Gases ist beispielsweise zur Aufrechterhaltung eines Transportdruckgefälles, zur Einspeicherung in Gasspeicher oder zur Rückverdichtung von Gas, welches aus einem Gasverteilnetz in ein Gastransportnetz zurück gespeist wird, erforderlich. Today's gas transport and gas distribution networks and gas storage use turbo or piston machines to compress gas for transport or storage to a higher pressure level by supplying external energy. A compression of the gas, for example, to maintain a transport pressure gradient, for storage in gas storage or for recompression of gas, which is fed back from a gas distribution network in a gas transport network required.

Häufig ist auch eine Entspannung von Gas von einem höheren Druckniveau auf ein niedrigeres Druckniveau erforderlich. Often a relaxation of gas from a higher pressure level to a lower pressure level is required.

Eine Entspannung des Gases erfolgt in der Regel bei der Entnahme von Gas aus einem Gastransportnetz oder aus einem Gasspeicher in ein Gasverteilnetz. A relaxation of the gas is usually carried out in the removal of gas from a gas transport network or from a gas storage in a gas distribution network.

In Gastransportnetzen herrschen Drücke bis zu 70 bar Überdruck vor, wohingegen in Gasverteilnetzen Drücke von etwa 17 bar bis zu 1 bar Überdruck vorherrschen. In gas transport networks pressures prevail up to 70 bar overpressure, whereas prevail in Gasverteilnetzen pressures of about 17 bar up to 1 bar overpressure.

Bislang wurde bei der Entspannung von Gas beispielsweise in sogenannten GDRM Anlagen (Gas-Druckregel und Messanlagen) das vorhandene Druckgefälle nicht zur Energieerzeugung genutzt, vielmehr muss der Entspannung des Gases eine Gasvorwärmung vorgeschaltet sein, zu deren Betrieb Energie aufgewendet werden muss. So far, in the relaxation of gas, for example in so-called GDRM systems (gas pressure control and measuring systems), the existing pressure gradient was not used for energy generation, but the relaxation of the gas must be preceded by a gas preheating, the operation of energy must be expended.

Es sind diverse Ansätze bekannt, das in einem Gasnetz vorhandene Druckgefälle bei der Entspannung des Gases in elektrische Energie umzuwandeln, beispielsweise unter Verwendung von Expandern, die einen Generator treiben und so elektrische Energie in ein Stromnetz einspeisen. There are various approaches known to convert existing in a gas network pressure gradient in the relaxation of the gas into electrical energy, for example, using expanders, which drive a generator and so feed electrical energy into a power grid.

Der Entnahme und Entspannung von Gas aus einem Gasleitungsnetz mit einem ersten hohen Druckniveau in ein zweites Gasleitungsnetz mit einem geringeren Druckniveau sowie die Rückspeisung von Gas aus einem Gasleitungsnetz mit einem geringen Druckniveau in ein Gasleitungsnetz mit einem höheren Druckniveau erfolgt in der Regel über verschiedene Leitungsstränge, in denen jeweils Expander oder Entspannungsventile sowie Einrichtungen zur Gasvorwärmung und Verdichter sowie Einrichtungen zur Gaskühlung vorgesehen sind. Aufgrund einer zunehmenden Einspeisung von aufbereitetem Biogas in Gasverteilnetze ist immer häufiger eine Rückspeisung von Gas aus Gasverteilnetzen in Gastransportnetze erforderlich. The removal and expansion of gas from a gas line network with a first high pressure level in a second gas line network with a lower pressure level and the return of gas from a gas line network with a low pressure level in a gas line network with a higher pressure level is usually via different strands, in each of which expander or expansion valves and devices for gas preheating and compressors and devices for gas cooling are provided. Due to the increasing feed-in of processed biogas into gas distribution grids, it is increasingly necessary to recycle gas from gas distribution grids into gas transport networks.

Immer häufiger ist auch ein bidirektionaler Betrieb von Gastransportleitungen in Gastransportnetzen wünschenswert. More and more frequently, bidirectional operation of gas transport lines in gas transport networks is desirable.

Solche Anforderungen werden bislang jeweils mit getrennten Strängen bzw. getrennten Gasleitungen für verschiedene Gastransportrichtungen erfüllt. Such requirements have hitherto been met in each case with separate strands or separate gas lines for different gas transport directions.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen welches eine besonders einfache bidirektionale Förderung von Gas unter Druckerhöhung oder Druckminderung ermöglicht. The invention is therefore based on the object to provide a method of the type mentioned which allows a particularly simple bidirectional promotion of gas under pressure increase or pressure reduction.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Regelung des Gasdrucks in einem Gasleitungsnetz bereitzustellen, insbesondere eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen. The invention is further based on the object to provide a device for regulating the gas pressure in a gas pipeline network, in particular to provide a device for carrying out the method.

Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. The object is solved with the features of claim 1, advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit den Merkmalen der nebengeordneten Vorrichtungsansprüche. The object is further achieved with the features of the independent device claims.

Ein Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Gasdrucks in einem Gasleitungsnetz oder in eine Gasspeicheranordnung, wobei das Verfahren eine Anpassung des Gasdrucks an einem ersten auf einen zweiten Gasdruck durch Entspannung des Gases und oder eine Anpassung des Gasdrucks von dem zweiten auf den ersten Gasdruck durch Verdichtung des Gases umfasst, wobei das Verfahren unter Verwendung einer Rotationsströmungsmaschine durchgeführt wird, über welche die Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Druck ausgeglichen wird, wobei die Rotationsströmungsmaschine bidirektional mit dem Gas durchströmbar ist und wahlweise zwecks Verdichtung des Gases als Arbeitsmaschine oder zwecks Entspannung des Gases als Kraftmaschine betrieben wird. One aspect of the invention relates to a method for controlling the gas pressure in a gas line network or in a gas storage arrangement, the method comprising adjusting the gas pressure at a first to a second gas pressure by relaxing the gas and or adjusting the gas pressure from the second to the first gas pressure by compressing the gas, the method being carried out using a rotary flow machine, which compensates for the pressure difference between the first and second pressures, wherein the rotary flow machine is bi-directionally permeable with the gas and optionally for compressing the gas as a working machine or for relaxation of the gas is operated as an engine.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine bidirektionale Förderung von Gas in einer Gasleitung oder zwischen verschiedenen Gasleitungsnetzen oder zwischen einem Gasleitungsnetz und einem Gasspeichervolumen oder zwischen verschiedenen Gasspeichervolumina mit einem Minimum an Leitungssträngen zu bewerkstelligen, wobei dies insbesondere durch die Verwendung wenigstens einer Strömungsmaschine erfolgt, die wahlweise als Kraftmaschine oder als Arbeitsmaschine betreibbar ist und die in zwei verschiedenen Richtungen gasdurchströmbar ist. The invention is based on the idea to accomplish a bi-directional delivery of gas in a gas line or between different gas supply networks or between a gas network and a gas storage volume or between different gas storage volumes with a minimum of strands of wire, this is done in particular by the use of at least one turbomachine is selectively operable as a prime mover or as a work machine and which can be flowed through in two different directions gas.

Der Begriff Rotationsströmungsmaschine im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst auch und insbesondere sogenannte Verdrängermaschinen. The term rotary flow machine in the sense of the present invention also includes, in particular, so-called displacement machines.

Unter einem Gas im Sinne der Erfindung ist insbesondere Erdgas, insbesondere Methan zu verstehen. Der Begriff Erdgas im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst auch aufbereitetes Biogas mit einem entsprechend hohen Anteil an Methan, mit Wasserstoff angereichertes Methangas oder synthetisch hergestelltes Erdgas. In the context of the invention, a gas is to be understood as meaning in particular natural gas, in particular methane. The term natural gas in the context of the present invention also includes treated biogas with a correspondingly high proportion of methane, hydrogen-enriched methane gas or synthetically produced natural gas.

Ein Gasleitungsnetz im Sinne der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise ein Gastransportnetz oder ein Gasverteilnetz sein. A gas pipeline network in the sense of the present invention can be, for example, a gas transport network or a gas distribution network.

Ein Gasspeichervolumen einer Gasspeicheranordnung im Sinne der Erfindung kann beispielsweise eine Gaskaverne oder ein Druckbehälter oder eine Gasleitung sein. A gas storage volume of a gas storage arrangement in the sense of the invention may be, for example, a gas cavern or a pressure vessel or a gas line.

Bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass als Rotationsströmungsmaschine eine Rotationskolbenmaschine Anwendung findet, die wahlweise als Verdichter oder als Expander betrieben wird. In a preferred variant of the method according to the invention it is provided that a rotary piston machine is used as a rotary flow machine, which is operated either as a compressor or as an expander.

Eine solche Rotationskolbenmaschine kann beispielsweise einen oder mehrere exzentrisch rotierende Kreiskolben/Rotationskolben in einem entsprechend geformten, feststehenden Gehäuse aufweisen. Der rotierende Kolben verdichtet und entspannt Gasvolumina bei jeder Umdrehung, sodass sich bei geeigneter Wahl der Einlass- und Auslassöffnungen ein Volumenstrom von der Niederdruckseite zu der Hochdruckseite unter Aufnahme von Energie und von der Hochdruckseite zu der Niederdruckseite unter Abgabe von Energie ergibt. Such a rotary piston machine may, for example, have one or more eccentrically rotating rotary piston / rotary piston in a correspondingly shaped, fixed housing. The rotating piston compresses and relaxes gas volumes at each revolution, so that, with a suitable choice of the inlet and outlet ports, a volume flow from the low pressure side to the high pressure side with absorption of energy and from the high pressure side to the low pressure side with release of energy.

Eine Rotationskolbenmaschine im Sinne der vorliegenden Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass eine Umkehr der Förderrichtung ohne Drehrichtungsumkehr der Maschine möglich ist. A rotary piston machine according to the present invention is characterized in particular by the fact that a reversal of the conveying direction without reversing the direction of rotation of the machine is possible.

Unter Verwendung einer solchen Rotationskolbenmaschine ist es möglich, eine bidirektionale Förderung von Gas in einem vorhandenen Gasleitungsnetz zu bewerkstelligen. Using such a rotary piston machine, it is possible to accomplish bidirectional delivery of gas in an existing gas pipeline network.

Nach einer Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass ausschließlich die Anpassung des Gasdrucks im Sinne einer Verdichtung erfolgt, wobei eine Verdichtung des Gases sowohl in einer ersten Förderrichtung des Gases von einem ersten Gasleitungsabschnitt in einen zweiten Gasleitungsabschnitt eines Gasleitungsnetzes als auch in eine zweite Förderrichtung von dem zweiten Gasleitungsabschnitt in den ersten Gasleitungsabschnitt des Gasleitungsnetzes erfolgt. Diese Variante des Verfahrens trägt dem Wunsch Rechnung, mit möglichst einfachen Mitteln innerhalb des Gasleitungsnetzes, beispielsweise in einer Gastransportleitung, eine Transportrichtungsumkehr zu bewerkstelligen. According to a variant of the method, it is provided that only the adjustment of the gas pressure in the sense of compression takes place, wherein a compression of the gas both in a first conveying direction of the gas from a first gas line section into a second gas line section of a gas line network and in a second conveying direction of the second gas line section takes place in the first gas line section of the gas line network. This variant of the method takes into account the desire, with the simplest possible means within the gas pipeline network, for example in a gas transport line to accomplish a transport direction reversal.

Bei einer anderen Variante des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Anpassung des Gasdrucks durch Entspannung von Gas erfolgt, das einem ersten Gasleitungsnetz entnommen wird und in ein zweites Gasleitungsnetz eingespeist wird oder dass die Anpassung des Gasdrucks durch Rückverdichtung von Gas erfolgt, das dem zweiten Gasleitungsnetz entnommen wird und dass in das erste Gasleitungsnetz zurück gespeist wird. In another variant of the method can be provided that the adaptation of the gas pressure takes place by relaxation of gas, which is taken from a first gas line network and fed into a second gas line network or that the adjustment of the gas pressure by recompression of gas, which is the second gas line network is removed and that is fed back into the first gas line network.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das erste Gasleitungsnetz ein Gastransportnetz mit einem ersten höheren Gasdruck ist und dass das zweite Gasnetz ein Gasverteilnetz mit einem zweiten niedrigeren Gasdruck ist. For example, it can be provided that the first gas line network is a gas transport network with a first higher gas pressure and that the second gas network is a gas distribution network with a second lower gas pressure.

Eine andere Variante des Verfahrens umfasst das Umschlagen von Gas von wenigstens einem ersten Gasspeichervolumen in wenigstens ein zweites Gasspeichervolumen unter Ausnutzung eines Druckgefälles zwischen den Speichervolumina unter Verwendung der Rotationsströmungsmaschine als Kraftmaschine sowie das Umschlagen des Gases von wenigstens einem ersten Gasspeichervolumen in ein zweites Gasspeichervolumen unter erzeugen eines Druckgefälles unter Verwendung der Rotationsströmungsmaschine als Arbeitsmaschine. Another variant of the method comprises transferring gas from at least one first gas storage volume to at least one second gas storage volume utilizing a pressure gradient between the storage volumes using the rotary flow machine as an engine and shifting the gas from at least one first gas storage volume to a second gas storage volume to produce a gas storage volume Pressure gradient using the rotary flow machine as a working machine.

Das Umschlagen von Gas von dem ersten Gasspeichervolumen in das zweite Gasspeichervolumen unter Ausnutzung des Druckgefälles zwischen den Gasspeichervolumina kann beispielsweise unter Verwendung eines Generators erfolgen, der von der Rotationsströmungsmaschine angetrieben wird und elektrischen Strom in ein Stromnetz einspeist. The transfer of gas from the first gas storage volume to the second gas storage volume utilizing the pressure differential between the gas storage volumes may, for example, be accomplished using a generator powered by the rotary flow machine and feeding electrical power into a power grid.

Das Umschlagen von Gas von dem ersten Gasspeichervolumen in das zweite Gasspeichervolumen erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit eines tageszeitlich schwankenden Strombedarfs im Stromnetz. Die Erzeugung eines Druckgefälles kann beispielsweise bei einem Überangebot von Strom im Stromnetz vorgesehen sein, wohingegen die Ausnutzung eines Druckgefälles bei einer hohen Netzlast im Stromnetz vorgesehen sein kann. The transfer of gas from the first gas storage volume into the second gas storage volume preferably takes place as a function of a daily fluctuating power requirement in the power grid. The generation of a pressure gradient, for example, in an oversupply of electricity in Power network may be provided, whereas the use of a pressure gradient can be provided at a high network load in the power grid.

Das zuvor beschriebene Verfahren kann darüber hinaus zusätzlich ein Einspeichern von Gas aus einem Gastransportnetz in wenigstens ein Gasspeichervolumen in Abhängigkeit eines jahreszeitlich bedingten Gasbedarfs und/oder ein Ausspeichern von Gas aus wenigstens einem Gasspeichervolumen in das Gastransportnetz in Abhängigkeit eines jahreszeitlich bedingten Gasbedarfs umfassen. The above-described method may additionally additionally include storing gas from a gas transport network into at least one gas storage volume as a function of a seasonal gas demand and / or discharging gas from at least one gas storage volume into the gas transport network depending on a seasonal gas demand.

Die Gasspeichervolumina können beispielsweise mit einem Mindestfülldruck von 10 bar, vorzugsweise von 30–50 bar und/oder einem Maximalfülldruck von 200bar, vorzugsweise von 200 bis zu 220 bar betrieben werden. The gas storage volumes can be operated, for example, with a minimum filling pressure of 10 bar, preferably of 30-50 bar and / or a maximum filling pressure of 200 bar, preferably from 200 to 220 bar.

Bei einer vorteilhaften Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Verdichtung des Gases und/oder eine Entspannung des Gases jeweils mehrstufig erfolgt. In an advantageous variant of the method according to the invention it can be provided that a compression of the gas and / or a relaxation of the gas takes place in each case in multiple stages.

Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist eine Gas-Druckregelstation in einem Gasleitungsnetz vorgesehen, mit wenigsten einer Rotationsströmungsmaschine in Form einer Rotationskolbenmaschine, die mit einem ersten Leitungsverteiler an einen ersten Gasleitungsabschnitt mit einem ersten Gasdruck und mit einem zweiten Leitungsverteiler an einen zweiten Gasleitungsabschnitt mit einem zweiten Gasdruck angeschlossen ist, wobei die Rotationskolbenmaschine eine Einlassventilanordnung und eine Auslassventilanordnung umfasst und in den ersten und zweiten Leitungsverteilern wenigstens erste und zweite Steuerventile vorgesehen sind, wobei die Steuerventile über eine Steuereinrichtung betätigbar sind und diese so schaltbar sind, dass die Rotationskolbenmaschine wahlweise unter Entspannung des Gases als Kraftmaschine oder unter Verdichtung des Gases als Arbeitsmaschine betreibbar ist. According to a further aspect of the invention, a gas pressure regulating station is provided in a gas line network with at least one rotary fluid machine in the form of a rotary piston machine having a first line distributor to a first gas line section with a first gas pressure and with a second line distributor to a second gas line section with a second Gas pressure is connected, wherein the rotary piston machine comprises an inlet valve assembly and an exhaust valve assembly and in the first and second manifolds at least first and second control valves are provided, the control valves are actuated by a control device and these are switchable so that the rotary piston machine optionally under relaxation of the gas is operable as an engine or under compression of the gas as a work machine.

Die Konfiguration der Rotationsströmungsmaschine ist von der Konstruktion des Wankelmotors inspiriert, jedoch ohne Zündung und Verbrennung. Mit jeder Umdrehung eines Rotationskolbens wird ein Verdichtungstakt und ein Entspannungstakt erzeugt, sodass es auf diese Art und Weise ohne Drehrichtungsumkehr der Maschine möglich ist, in zwei verschiedene Richtungen eines Gasleitungsnetzes oder zwischen mehreren Gasleitungsnetzen oder mehreren Gasspeichervolumina Gas zu fördern, und zwar mit einem Druckgefälle und gegen ein Druckgefälle. The configuration of the rotary flow machine is inspired by the construction of the Wankel engine, but without ignition and combustion. With each revolution of a rotary piston, a compression stroke and a relaxation stroke are generated, so that it is possible in this way without reverse rotation of the machine to promote gas in two different directions of a gas network or between multiple gas networks or multiple gas storage volumes, with a pressure gradient and against a pressure gradient.

Zweckmäßigerweise umfasst die Rotationskolbenmaschine eine Kolbenwelle, die mit dem Rotor einer elektrischen Maschine gekoppelt ist, wobei die elektrische Maschine sowohl als Elektromotor als auch als Generator betreibbar ist. Conveniently, the rotary piston machine comprises a piston shaft which is coupled to the rotor of an electric machine, wherein the electric machine is operable both as an electric motor and as a generator.

Die elektrische Maschine kann beispielsweise als Asynchronmaschine ausgebildet sein. The electric machine may be formed, for example, as an asynchronous machine.

Die Rotationskolbenmaschine gemäß der Erfindung kann mehrere Verdichtungsstufen und mehrerer Entspannungsstufen umfassen, die vorzugsweise auf eine einzige Kolbenwelle wirken. The rotary piston machine according to the invention may comprise a plurality of compression stages and a plurality of expansion stages, which preferably act on a single piston shaft.

Bei einer zweckmäßigen Variante der Gas-Druckregelstation gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rotationskolbenmaschine mindestens einen feststehenden Kolbenraum mit einer trochoidenförmigen Hüllkurve sowie wenigstens ein Rotationskolben mit einer exzentrisch gelagerten Kolbenwelle umfasst. In an expedient variant of the gas pressure regulating station according to the invention, it is provided that the rotary piston machine comprises at least one fixed piston chamber with a trochoidal envelope and at least one rotary piston with an eccentrically mounted piston shaft.

Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist eine Rotationskolbenmaschine vorgesehen, mit einem feststehenden Kolbenraum, mit einer trochoidenförmigen Hüllkurve sowie mit einem Rotationskolben, der auf einer exzentrisch gelagerten Kolbenwelle angeordnet ist, mit zwei Einströmkanälen und zwei Ausströmkanälen, mit einer Einlassventilanordnung und einer Auslassventilanordnung, wobei die Einströmkanäle und die Ausströmkanäle jeweils beiderseits des Kolbenraums an diesen angeschlossen sind und die Einlassventilanordnung sowie die Auslassventilanordnung so ausgebildet sind, dass der Kolbenraum bidirektional gasdurchströmbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Einströmkanäle und die Ausströmkanäle bezüglich des Kolbenraums symmetrisch angeordnet sind. Auf einer Seite der Rotationskolbenmaschine kann jeweils ein Einströmkanal und ein Ausströmkanal an eine Hochdruckgasleitung angeschlossen sein, wohingegen auf der anderen Seite der Rotationskolbenmaschine ein Einströmkanal und ein Ausströmkanal an eine Niederdruckgasleitung angeschlossen ist. According to a further aspect of the invention, a rotary piston machine is provided, with a fixed piston chamber, with a trochoidenförmigen envelope and with a rotary piston, which is arranged on an eccentrically mounted piston shaft, with two inflow channels and two Ausströmkanälen, with an inlet valve assembly and an exhaust valve assembly, wherein the Inlet passages and the outflow channels are respectively connected to both sides of the piston chamber to the latter and the inlet valve arrangement and the outlet valve arrangement are formed so that the piston chamber is bidirectionally gas-flowable. According to the invention, it is provided that the inflow channels and the outflow channels are arranged symmetrically with respect to the piston chamber. On one side of the rotary piston machine, in each case an inflow channel and an outflow channel can be connected to a high-pressure gas line, whereas an inflow channel and an outflow channel are connected to a low-pressure gas line on the other side of the rotary piston machine.

Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel erläutert. The invention will be explained below with reference to several embodiments shown in the drawings.

Es zeigen: Show it:

1 eine schematische Darstellung der Rotationskolbenmaschine bei Verdichterbetrieb, 1 a schematic representation of the rotary piston machine in compressor operation,

2 eine schematische Darstellung der Rotationskolbenmaschine gemäß 1 bei Expanderbetrieb, 2 a schematic representation of the rotary piston machine according to 1 during expander operation,

3 eine schematische Darstellung einer Rotationskolbenmaschine zwischen einer Hochdruckgasleitung und einer Niederdruckgasleitung mit einer Einlassventilanordnung und einer Auslassventilanordnung, 3 a schematic representation of a rotary piston machine between a high pressure gas line and a low pressure gas line with an inlet valve assembly and an outlet valve assembly,

4 eine schematische Darstellung einer Rotationskolbenmaschine in einer Anlage eines Gastransportnetzes, 4 a schematic representation of a rotary piston machine in a system of a gas transport network,

5 eine schematische Darstellung einer Gas-Druckregelstation zwischen einem Gastransportnetz und einem Gasverteilnetz, 5 a schematic representation of a gas pressure regulating station between a gas transport network and a gas distribution network,

6 eine schematische Darstellung einer Anordnung einer Rotationskolbenmaschine zwischen einem Gastransportnetz und mehreren Gasspeichervolumina und 6 a schematic representation of an arrangement of a rotary piston machine between a gas transport network and a plurality of gas storage volumes and

7 eine Parallelschaltung verschiedener Verdichterstufen und Expanderstufen zwischen einer Hochdruckgasleitung und einer Niederdruckgasleitung. 7 a parallel connection of different compressor stages and expander stages between a high-pressure gas line and a low-pressure gas line.

In den 1 und 2 ist schematisch das Funktionsprinzip einer Rotationskolbenmaschine 1 gemäß der Erfindung veranschaulicht, wobei jede der Darstellungen eine andere Winkelstellung eines Rotationskolbens 2 in einem Kolbengehäuse 3 zeigt. In the 1 and 2 is schematically the operating principle of a rotary piston machine 1 illustrated in accordance with the invention, wherein each of the representations a different angular position of a rotary piston 2 in a piston housing 3 shows.

Die Rotationskolbenmaschine 1 umfasst in bekannter Art und Weise einen dreieckigen Rotationskolben 2, der innerhalb des Kolbengehäuses 3, welches einen Kolbenraum umschließt, der eine trochoidenförmige Hüllkurve für den Rotationskolben 3 definiert, drehbar gelagert ist, und zwar um ein feststehendes Zahnrad 4. The rotary piston machine 1 includes in a known manner a triangular rotary piston 2 inside the piston housing 3 , which encloses a piston chamber, which has a trochoidenförmige envelope for the rotary piston 3 defined, is rotatably mounted, namely a fixed gear 4 ,

Der Rotationskolben 2 ist Teil einer nicht dargestellten Exzenterwelle. Der Rotationskolben 2 umfasst drei Dichtkanten 5, die gegen die Wände des Kolbengehäuses 3 innenseitig dichtend anliegen und die jeweils Volumina V1, V2 und V3 für das Arbeitsmedium definieren. The rotary piston 2 is part of an eccentric shaft, not shown. The rotary piston 2 includes three sealing edges 5 , which are against the walls of the piston housing 3 lie sealingly on the inside and define the respective volumes V1, V2 and V3 for the working medium.

Ein vollständiger Arbeitszyklus der Rotationskolbenmaschine 1 umfasst eine 360°-Drehung des Rotationskolbens 2 im Uhrzeigersinn, wobei dabei sowohl eine Verdichtung des Arbeitsmediums als auch eine Entspannung des Arbeitsmediums in den unterschiedlichen Volumina V1, V2, V3 stattfindet. A complete cycle of the rotary piston machine 1 includes a 360 ° rotation of the rotary piston 2 clockwise, whereby both a compression of the working medium and a relaxation of the working medium in the different volumes V1, V2, V3 takes place.

Die Rotationskolbenmaschine 1 gemäß der Erfindung umfasst zwei Einströmkanäle 6a, 6b sowie zwei Ausströmkanäle 7a, 7b sowie eine Einlassventilanordnung umfassend die Einlassventile 8a und 8b und eine Auslassventilanordnung umfassend die Auslassventile 9a und 9b. The rotary piston machine 1 according to the invention comprises two inflow channels 6a . 6b as well as two outflow channels 7a . 7b and an intake valve assembly including the intake valves 8a and 8b and an exhaust valve assembly including the exhaust valves 9a and 9b ,

Aus Gründen der Veranschaulichung ist in den 1 und 2 jeweils der Verdichterbetrieb und der Expanderbetrieb getrennt dargestellt. Wie bereits vorstehend erwähnt, umfasst ein Arbeitszyklus sowohl eine Verdichtung als auch eine Entspannung. Dementsprechend sind die Darstellungen in 1 und 2 hinsichtlich der Einströmkanäle 6a, 6b, der Ausströmkanäle 7a, 7b sowie der Einlassventilanordnung 8 und der Auslassventilanordnung 9 vereinfacht. For the sake of illustration is in the 1 and 2 each of the compressor operation and the expander operation shown separately. As already mentioned above, a work cycle includes both compression and relaxation. Accordingly, the illustrations are in 1 and 2 with regard to the inflow channels 6a . 6b , the outflow channels 7a . 7b and the intake valve assembly 8th and the exhaust valve assembly 9 simplified.

Der Arbeitszyklus ist jeweils anhand verschiedener Winkelstellungen des Rotationskolbens 2 veranschaulicht, die verschiedenen Winkelstellungen sind jeweils im Uhrzeigersinn aufeinanderfolgend dargestellt. The duty cycle is based on different angular positions of the rotary piston 2 illustrates that the various angular positions are each shown in the clockwise direction in succession.

Betrachtet wird zum Zweck der Veranschaulichung zunächst das Volumen V3 als Funktion der Zykluszeit, beginnend in der untersten Darstellung der 1, bei dem das Arbeitsmedium in das Kolbengehäuse 3 einströmt. Eine weitere Drehung des Rotationskolbens 2 im Uhrzeigersinn bewirkt eine Verdichtung des Volumens V3, solange bis dieses gegen den Schließdruck des Auslassventils 9b über den Ausströmkanal 7 abgefördert wird. For the purpose of illustration, the volume V3 is first considered as a function of the cycle time, beginning in the lowest representation of FIG 1 in which the working fluid in the piston housing 3 flows. Another rotation of the rotary piston 2 clockwise causes a compression of the volume V3, as long as this against the closing pressure of the exhaust valve 9b over the discharge channel 7 is carried away.

Zur Veranschaulichung des Expanderbetriebs wird Bezug genommen auf die 2, und zwar dort auf das Volumen V1 in der rechten Abbildung der 2. Das Arbeitsmedium strömt zunächst in der verhältnismäßig kleine Volumen V1 des Kolbengehäuses 3 ein, und zwar unter verhältnismäßig hohem Druck durch den Einströmkanal 6b bis der Rotationskolben 2 die in 2 oben dargestellte Winkelstellung eingenommen hat, in der das Arbeitsmedium durch den Ausströmkanal 7b das Kolbengehäuse 3 verlässt. To illustrate the expander operation, reference is made to FIGS 2 , there on the volume V1 in the right figure of the 2 , The working fluid initially flows in the relatively small volume V1 of the piston housing 3 a, under relatively high pressure through the inflow 6b until the rotary piston 2 in the 2 Shown above angular position, in which the working fluid through the outflow 7b the piston housing 3 leaves.

In 3 ist der vollständige prinzipielle Aufbau einer Rotationskolbenmaschine 1 gemäß der Erfindung zwischen einer Hochdruckgasleitung 10 und einer Niederdruckgasleitung 11 veranschaulicht. Die Hochdruckgasleitung 10 kann beispielsweise Teil eines Gastransportnetzes sein, wohingegen die Niederdruckgasleitung 11 Teil eines Gasverteilnetzes sein kann. In 3 is the complete principle of a rotary piston machine 1 according to the invention between a high-pressure gas line 10 and a low pressure gas line 11 illustrated. The high pressure gas line 10 may be part of a gas transport network, for example, whereas the low-pressure gas line 11 Part of a gas distribution network can be.

Sowohl die Hochdruckgasleitung 10 als auch die Niederdruckgasleitung 11 sind über einen Leitungsverteiler 10a und 11a an das Kolbengehäuse 3 angeschlossen. Der Leitungsverteiler 10a verbindet die Hochdruckgasleitung 10 hochdruckseitig mit dem Ausströmkanal 7b und dem Einströmkanal 6b, der Leitungsverteiler 11a verbindet die Niederdruckgasleitung 11 auf der Niederdruckseite mit dem Einströmkanal 6a und dem Ausströmkanal 7a. Dem Einstromkanal 6a ist ein Einlassventil 8a zugeordnet, dem Ausströmkanal 7a ist ein Auslassventil 9a zugeordnet. Both the high pressure gas line 10 as well as the low pressure gas line 11 are over a line distributor 10a and 11a to the piston housing 3 connected. The line distributor 10a connects the high pressure gas line 10 high pressure side with the discharge channel 7b and the inflow channel 6b , the pipe distributor 11a connects the low-pressure gas line 11 on the low pressure side with the inflow channel 6a and the discharge channel 7a , The inflow channel 6a is an inlet valve 8a assigned to the outflow channel 7a is an exhaust valve 9a assigned.

Auf der Hochdruckseite ist dem Ausströmkanal 7b ein Auslassventil 9b zugeordnet und dem Einströmkanal 6b ein Einlassventil 8b. On the high pressure side is the outflow channel 7b an outlet valve 9b assigned and the inflow channel 6b an inlet valve 8b ,

Der Leitungsverteiler 10a umfasst einen Leitungsabzweig, der an den Einströmkanal 6b angeschlossen ist und einen Leitungsabzweig, der an den Ausströmkanal 7b angeschlossen ist. The line distributor 10a includes a line branch, which is connected to the inlet channel 6b is connected and a line branch connected to the outflow channel 7b connected.

Der Leitungsverteiler 11a umfasst ebenfalls einen Leitungsabzweig, der an den Einströmkanal 6a angeschlossen ist und einen weiteren Leitungsabzweig, der an den Ausströmkanal 7a angeschlossen ist. The line distributor 11a also includes a line branch connected to the inflow channel 6a is connected and another line branch, to the outflow channel 7a connected.

Auf der Hochdruckseite umfasst jeder Leitungsabzweig des Leitungsverteilers 10a einen Wärmetauscher 12, mit welchem entweder eine Kühlung oder eine Heizung des Arbeitsmediums, im vorliegenden Falle Erdgas, durchführbar ist. On the high pressure side, each line branch of the line distributor comprises 10a a heat exchanger 12 with which either a cooling or a heating of the working medium, in this case natural gas, is feasible.

Auf der Hochdruckseite ist darüber hinaus in dem Leitungsverteiler 10a ein Entspannungsventil 13 vorgesehen, dass in dem Leitungsabzweig angeordnet ist, der in den Einströmkanal 6b führt. On the high pressure side is also in the line distributor 10a a relaxation valve 13 provided that is arranged in the line branch, which in the inflow channel 6b leads.

Auf der Niederdruckseite ist in demjenigen Leitungsabzweig des Leitungsverteilers 11a, der an den Einströmkanal 6a angeschlossen ist, ein Verdichterventil 14 vorgesehen. On the low pressure side is in that line branch of the line distributor 11a , to the inflow channel 6a connected, a compressor valve 14 intended.

Die Ventile der Einlassventilanordnung 8a, 8b und die Ventile der Auslassventilanordnung 9a, 9b öffnen jeweils in Richtung der in 3 eingezeichneten Pfeile. Die Ventile sind beispielsweise federdruckbelastet und werden mittels Federdruck in der geschlossenen Stellung gehalten. The valves of the intake valve assembly 8a . 8b and the valves of the exhaust valve assembly 9a . 9b open each toward the in 3 drawn arrows. The valves are, for example, spring-loaded and held by spring pressure in the closed position.

Bei Entspannung des Arbeitsmediums aus der Hochdruckgasleitung 10 in die Niederdruckgasleitung 11 wird beispielsweise das Entspannungsventil 13 geöffnet. Mittels des in Strömungsrichtung hinter dem Entspannungsventil 13 angeordneten Wärmetauschers 12 wird eine Gasvorwärmung vorgenommen. Das Gas strömt in das Kolbengehäuse 3 ein und versetzt den Rotationskolben 2 in Drehung. Der Rotationskolben 2 ist mit einer Generatorwelle gekoppelt, der angeschlossene Generator erzeugt elektrischen Strom, der in ein Stromnetz eingespeist wird. Upon relaxation of the working medium from the high-pressure gas line 10 in the low-pressure gas line 11 for example, the expansion valve 13 open. By means of the flow direction behind the expansion valve 13 arranged heat exchanger 12 a gas preheating is carried out. The gas flows into the piston housing 3 and puts the rotary piston 2 in rotation. The rotary piston 2 is coupled to a generator shaft, the connected generator generates electrical power that is fed into a grid.

Das Gas tritt aus dem Ausströmkanal 7a aus, dabei ist das Verdichterventil 14 geschlossen. The gas exits the outflow channel 7a off, this is the compressor valve 14 closed.

Ist eine Verdichtung des Gases aus der Niederdruckgasleitung 11 in Richtung auf die Hochdruckgasleitung 10 erforderlich, so wird das Verdichterventil 14 geöffnet und das Entspannungsventil 13 geschlossen. Das Gas wird innerhalb des Kolbengehäuses 3 verdichtet und über den Ausströmkanal 7b in die Hochdruckgasleitung 10 eingespeist, wobei sowohl bei Verdichtung als auch bei Entspannung der Rotationskolben 2 den gleichen Drehrichtungssinn vollzieht. Bei dem Wärmetauscher 12 in dem an den Ausströmkanal 7b angeschlossenen Leitungsabzweig erfolgt eine Kühlung des verdichteten Gases. In diesem Fall wird der Rotationskolben 2 von einer elektrischen Maschine angetrieben, die als Generator wirkt. Is a compression of the gas from the low pressure gas line 11 towards the high pressure gas line 10 required, then the compressor valve 14 opened and the relaxation valve 13 closed. The gas gets inside the piston housing 3 compressed and over the outflow channel 7b in the high-pressure gas line 10 fed, both in compression and relaxation of the rotary piston 2 the same sense of direction. In the heat exchanger 12 in the at the outflow channel 7b Connected line branch is a cooling of the compressed gas. In this case, the rotary piston 2 powered by an electric machine that acts as a generator.

Die elektrische Maschine kann beispielsweise als Asynchronmotor beziehungsweise Asynchrongenerator ausgebildet sein. Eine solche Maschine lässt sich ohne weiteres sowohl als Motor als auch als Generator betreiben. The electric machine may be formed, for example, as an asynchronous motor or asynchronous generator. Such a machine can easily be operated both as a motor and as a generator.

Das in 3 gezeigte Funktionsprinzip gilt für verschiedene andere Varianten des Verfahrens gemäß der Erfindung, die anhand der folgenden 4 bis 6 veranschaulicht werden. This in 3 shown operating principle applies to various other variants of the method according to the invention, based on the following 4 to 6 be illustrated.

Wie anhand der Verschaltung der Rotationskolbenmaschine 1 gemäß 3 ohne weiteres erkennbar ist, lässt sich die Rotationskolbenmaschine 1 ohne weiteres durch eine entsprechende Ventilsteuerung bei gleicher Drehrichtung nicht nur wechselweise als Expander und Verdichter betreiben, sondern kann auch in verschiedene Richtungen als Verdichter betrieben werden. As based on the interconnection of the rotary piston machine 1 according to 3 is readily apparent, can be the rotary piston machine 1 readily operated by a corresponding valve control in the same direction not only alternately as expander and compressor, but can also be operated in different directions as a compressor.

Die 4, in der gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, veranschaulicht die Anordnung einer Rotationskolbenmaschine 1 gemäß der Erfindung in einer Anbindungsleitung 15 einer Gastransportleitung 16. In der Anbindungsleitung 15 sind jeweils Leitungsverteiler 10a und 11a angeordnet, die jeweils ein Verdichterventil 14 umfassen. Über eine entsprechende Schaltung der Verdichterventile 14 lässt sich ein bidirektionaler Verdichterbetrieb in der Gastransportleitung 16 bewerkstelligen. The 4 , in which the same components are provided with the same reference numerals, illustrates the arrangement of a rotary piston machine 1 according to the invention in a connection line 15 a gas transport line 16 , In the connection line 15 are each line distributors 10a and 11a arranged, each one a compressor valve 14 include. Via a corresponding circuit of the compressor valves 14 can a bidirectional compressor operation in the gas transport line 16 accomplish.

Mit 28 ist in 4 ein Bypassventil bezeichnet, dass geöffnet werden kann, wenn die Rotationskolbenmaschine 3 ausfällt. Das Bypassventil 28 ist bei jeder Betriebsweise der Rotationskolbenmaschine 3 geschlossen. Die Einlassventilanordnung und die Auslassventilanordnung ist aus Vereinfachungsgründen in 4 nicht dargestellt. With 28 is in 4 denotes a bypass valve that can be opened when the rotary piston engine 3 fails. The bypass valve 28 is in every mode of operation of the rotary piston machine 3 closed. The intake valve assembly and the exhaust valve assembly is in for simplicity 4 not shown.

Über die Wärmetauscher 12 in der Anbindungsleitung 15 würde dann jeweils eine Gaskühlung auf der einen oder anderen Seite der Rotationskolbenmaschine 1 erfolgen. About the heat exchangers 12 in the connection line 15 would then each gas cooling on one or the other side of the rotary piston machine 1 respectively.

5 veranschaulicht, ebenso wie die 4, den Anwendungsfall einer bidirektional betreibbaren Gas-Druckregelstation zwischen einem Gastransportnetz mit einer Hochdruckgasleitung 10 und einem Gasverteilnetz mit einer Niederdruckgasleitung 11. 5 illustrated, as well as the 4 , the application of a bidirectionally operable gas pressure regulating station between a gas transport network with a high-pressure gas line 10 and a gas distribution network with a low pressure gas line 11 ,

Gleiche Bauteile sind wiederum mit gleichen Bezugszeichen versehen, wobei in der Darstellung gemäß 5 aus Vereinfachungsgründung die Einlassventilanordnung und die Auslassventilanordnung nicht dargestellt ist. Identical components are again provided with the same reference numerals, wherein in the illustration according to 5 for simplicity, the intake valve assembly and the exhaust valve assembly is not shown.

Die Gas-Druckregelstation, die in 5 dargestellt ist, umfasst auf der Hochdruckseite eine Gasvorwärmung 17 und eine Gaskühlung 18 sowie ein Entspannungsventil 13. Auf der Niederdruckseite ist ein Verdichterventil 14 vorgesehen. The gas pressure regulating station, which in 5 is shown, comprises on the high pressure side a gas preheating 17 and a gas cooling 18 as well as a relaxation valve 13 , On the low pressure side is a compressor valve 14 intended.

Eine elektrische Maschine 19, die sowohl als Generator als auch als Motor betreibbar ist, ist nur andeutungsweise dargestellt. An electric machine 19 , which is operable both as a generator and as a motor is shown only hinted.

Eine Entnahme von Gas aus dem Gastransportnetz, das heißt aus der Hochdruckgasleitung 10 und einer Einspeisung von entspanntem Gas in das Gasverteilnetz, das heißt in die Niederdruckgasleitung 11, stellt den Normalbetrieb der Gas-Druckregelstation dar. Dabei arbeitet die elektrische Maschine 19 als Generator. Sofern eine Gasrückspeisung aus der Niederdruckgasleitung 11 in die Hochdruckgasleitung 10 erforderlich und sinnvoll ist, erfolgt die über eine Umsteuerung der Rotationskolbenmaschine 1 in der zuvor beschriebenen Art und Weise. Dann arbeitet die elektrische Maschine als Motor. A removal of gas from the gas transport network, that is from the high-pressure gas line 10 and a feed of lean gas into the gas distribution network, that is, into the low pressure gas line 11 , represents the normal operation of the gas pressure control station. In this case, the electric machine works 19 as a generator. Provided a gas recovery from the low pressure gas line 11 in the high-pressure gas line 10 is necessary and useful, which takes place via a reversal of the rotary piston machine 1 in the manner described above. Then the electric machine works as a motor.

6 veranschaulicht das Verfahren gemäß der Erfindung, bei welcher ein Umschlagen von Gas von wenigstens einem ersten Gasspeichervolumen 20 in ein zweites Gasspeichervolumen 21 vorgesehen ist, und zwar unter Ausnutzung des Druckgefälles zwischen den Speichervolumina 20, 21. Das erste und das zweite Gasspeichervolumen 20, 21 können beispielsweise als Kavernen ausgebildet sein, die über eine erste Sammelleitung 23 miteinander verbunden sind. An die erste Sammelleitung 23 ist eine Gasdruckregeleinrichtung, wie sie beispielsweise in 5 dargestellt ist, angeschlossen. Diese Gasdruckregeleinrichtung verbindet die erste Sammelleitung 23 mit einer zweiten Sammelleitung 24, die wiederum an ein Gastransportnetz mit einer Hochdruckgasleitung 10 angeschlossen ist. 6 illustrates the method according to the invention, in which a gas transfer of at least a first gas storage volume 20 into a second gas storage volume 21 is provided, using the pressure gradient between the storage volumes 20 . 21 , The first and second gas storage volumes 20 . 21 For example, they may be formed as caverns, which have a first manifold 23 connected to each other. To the first manifold 23 is a gas pressure regulating device, such as in 5 is shown connected. This gas pressure regulating device connects the first manifold 23 with a second manifold 24 , in turn, to a gas transport network with a high-pressure gas line 10 connected.

Die Hochdruckgasleitung 10 kann, wie in den zuvor beschriebenen Fällen, ebenfalls als Brenngastransportleitung aus einem Gastransportnetz zum Transport von Methan mit beispielsweise einem Überdruck von etwa 70 bar vorgesehen sein. The high pressure gas line 10 can, as in the cases described above, also be provided as fuel gas transport line from a gas transport network for the transport of methane with, for example, an overpressure of about 70 bar.

In den Gasspeichervolumina 20, 21 wird beispielsweise zur Sommerzeit Brenngas beziehungsweise Heizgas eingelagert. Während der Heizperiode im Winter werden die Gasspeichervolumina 20, 21 entleert, wobei das zwischengespeicherte Methan über das Entspannungsventil 13 freigegeben, mittels der Gasvorwärmung 17 vorgewärmt und in der Rotationskolbenmaschine 3 entspannt wird und in das Gastransportnetz beziehungsweise in die Hochdruckgasleitung 10 zurückgespeist wird. In the gas storage volumes 20 . 21 For example, fuel gas or heating gas is stored during summer time. During the heating season in winter, the gas storage volumes become 20 . 21 emptied, with the cached methane via the expansion valve 13 released, by means of the gas preheating 17 preheated and in the rotary-piston machine 3 is relaxed and in the gas transport network or in the high pressure gas line 10 is fed back.

In den Gasspeichervolumina 20, 21 herrscht ein Überdruck von bis zu etwa 200 bar vor, sodass die kinetische Energie bei der Entnahme aus den Gasspeichervolumina 20, 21 und der Rückführung des Gases in die Hochdruckgasleitung 10 mittels der Rotationskolbenmaschine 1 und der elektrischen Maschine 19 in elektrischen Strom umgesetzt werden kann. In the gas storage volumes 20 . 21 there is an overpressure of up to about 200 so that the kinetic energy at removal from the gas storage volumes 20 . 21 and the return of the gas into the high pressure gas line 10 by means of the rotary piston machine 1 and the electric machine 19 can be converted into electricity.

Außerhalb der Heizperiode wird kontinuierlich aus der Hochdruckgasleitung 10 Gas entnommen und über die zweite Sammelleitung 24 der Rotationskolbenmaschine 1 zugeführt, die dann als Verdichter betrieben wird. Die Rotationskolbenmaschine 1 verdichtet das Gas auf einen Speicherdruck zwischen 70 bar und etwa 200 bar, wobei dabei eine Kühlung mittels der Gaskühlung 18 vorgesehen ist. Die Gasspeichervolumina 20, 21 werden dabei vorzugsweise parallel mit dem aus der Hochdruckleitung 10 entnommenen Gas beschickt. Outside the heating period is continuously from the high pressure gas line 10 Taken from the gas and the second manifold 24 the rotary piston machine 1 fed, which is then operated as a compressor. The rotary piston machine 1 compresses the gas to a storage pressure between 70 bar and about 200 bar, with a cooling by means of gas cooling 18 is provided. The gas storage volumes 20 . 21 are preferably parallel to that from the high pressure line 10 discharged gas.

Dabei kann vorgesehen sein, dass das erste Gasspeichervolumen 20 und das zweite Gasspeichervolumen 21 beispielsweise nur halb mit Gas befüllt werden, wobei dann der Fülldruck beispielsweise in jedem der Gasspeichervolumina 20, 21 etwa 135 bar betragen kann. Die Druckdifferenz zwischen den Gasspeichervolumina 20, 21 betrüge dann 0. It can be provided that the first gas storage volume 20 and the second gas storage volume 21 For example, only half filled with gas, in which case the filling pressure, for example, in each of the gas storage volumes 20 . 21 may be about 135 bar. The pressure difference between the gas storage volumes 20 . 21 then cheat 0.

Zu Schwachlastzeiten in einem Stromnetz kann nun beispielsweise mittels der Rotationskolbenmaschine 1 Gas aus dem ersten Gasspeichervolumen 20 in das zweite Gasspeichervolumen 21 umgeschlagen werden, solange, bis beispielsweise der in 6 veranschaulichte Zustand erreicht ist und das erste Gasspeichervolumen 20 ein Druckniveau von 70 bar aufweist und das zweite Gasspeichervolumen 21 ein Druckniveau von 200 bar aufweist. Ist dieser Zustand erreicht, kann das in dem zweiten Gasspeichervolumen 21 vorhandene Gas von dem Druckniveau von 200 bar zurück auf das Druckniveau von 135 bar entspannt werden, und zwar unter Ausnutzung des Druckgefälles zwischen dem zweiten Gasspeichervolumen 21 und dem ersten Gasspeichervolumen 20. Das Verdichten des Gases erfolgt unter Aufwendung elektrischer Energie, die Entspannung unter Einspeisung von elektrischer Energie in das Stromnetz. At low power periods in a power grid can now, for example by means of the rotary piston machine 1 Gas from the first gas storage volume 20 into the second gas storage volume 21 be transferred until, for example, the in 6 illustrated state is reached and the first gas storage volume 20 a pressure level of 70 bar and the second gas storage volume 21 has a pressure level of 200 bar. If this state is reached, that can be done in the second gas storage volume 21 Existing gas can be relaxed from the pressure level of 200 bar back to the pressure level of 135 bar, using the pressure gradient between the second gas storage volume 21 and the first gas storage volume 20 , The compression of the gas takes place with the use of electrical energy, the relaxation with the introduction of electrical energy into the power grid.

Bei der in 6 gezeigten Anordnung ist es besonders vorteilhaft, dass die zwischen der ersten und der zweiten Sammelleitung 23, 24 angeordnete Gas-Druckregelstation unter Verwendung einer Rotationskolbenmaschine 1 bidirektional betreibbar ist, bei einer vergleichbaren Anordnung wären sonst ein separater Verdichterstrang, ein separater Expanderstrang, ein Generator und ein Motor erforderlich. At the in 6 As shown, it is particularly advantageous that the between the first and the second manifold 23 . 24 arranged gas pressure regulating station using a rotary piston machine 1 Bidirectionally operable, in a comparable arrangement would otherwise be a separate compressor train, a separate expander strand, a generator and a motor required.

Die Gasspeichervolumina 20, 21 sind jeweils an die erste Sammelleitung 23 und an die zweite Sammelleitung 24 angeschlossen, die Rotationskolbenmaschine 1 ist auf jeder Seite jeweils mit einer Einströmleitung 26 und einer Ausströmleitung 27 an die erste und die zweite Sammelleitung 23, 24 angeschlossen. The gas storage volumes 20 . 21 are each to the first manifold 23 and to the second manifold 24 connected, the rotary piston machine 1 is on each side each with an inflow line 26 and a discharge line 27 to the first and the second bus 23 . 24 connected.

7 zeigt eine Parallelschaltung verschiedener Rotationskolben 2 und jeweils zugehörige Kolbengehäuse 3 jeweils unterschiedlicher Volumina, die alle auf eine gemeinsame Kolbenwelle wirken, wobei jede Stufe etwa das doppelte Verdrängervolumen der vorhergehenden Stufe aufweist. Die Rotationskolbenmaschine 1 ist so ausgebildet, dass die einzelnen Rotationskolben 2 und deren zugehörige Verdrängervolumina jeweils zwischen einer Hochdruckgasleitung 10 und einer Niederdruckgasleitung 11 einzeln ansteuerbar sind. Dies ermöglicht es, die Druckregelung auf stark variierende Volumenströme zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite einzustellen. 7 shows a parallel connection of different rotary pistons 2 and respective associated piston housing 3 each different volumes, all acting on a common piston shaft, each stage having about twice the displacement volume of the previous stage. The rotary piston machine 1 is designed so that the individual rotary piston 2 and their associated displacer volumes each between a high pressure gas line 10 and a low pressure gas line 11 are individually controllable. This makes it possible to adjust the pressure control to widely varying volume flows between the high pressure side and the low pressure side.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Rotationskolbenmaschine Rotary piston engine
2 2: Rotationskolben rotary piston
3 3: Kolbengehäuse piston housing
4 4: Feststehendes Zahnrad Fixed gear
5 5: Dichtkanten sealing edges
6a, 6b 6a, 6b: Einströmkanäle inflow
7a, 7b 7a, 7b: Ausströmkanäle outflow
8 8th: Einlassventilanordnung Inlet valve arrangement
8a, 8b 8a, 8b: Einlassventile intake valves
9 9: Auslassventilanordnung The discharge valve
9a, 9b 9a, 9b: Auslassventile exhaust
10 10: Hochdruckgasleitung High-pressure gas line
11 11: Niederdruckgasleitung Low-pressure gas line
10a, 11a10a, 11a: Leitungsverteiler line distributor
12 12: Wärmetauscher heat exchangers
13 13: Entspannungsventil expansion valve
14 14: Verdichterventil compressor valve
15 15: Anbindungsleitung Anbindungsleitung
16 16: Gastransportleitung Gas transmission pipeline
17 17: Gasvorwärmung gas preheating
18 18: Gaskühlung gas cooling
19 19: Elektrische Maschine Electric machine
20 20: Erstes Gasspeichervolumen First gas storage volume
21 21: Zweites Gasspeichervolumen Second gas storage volume
23 23: Erste Sammelleitung First manifold
24 24: Zweite Sammelleitung Second bus
26 26: Einströmleitung inflow
27 27: Ausströmleitung outflow
28 28: Bypassventil bypass valve

Claims

Method for regulating the gas pressure in a gas network or in a gas storage arrangement, wherein the method comprises an adaptation of the gas pressure from a first to a second gas pressure by relaxation of the gas and / or an adjustment of the gas pressure from the second to the first gas pressure by compression of the gas wherein the method is performed using a rotary flow machine over which the pressure difference between the first and the second pressure is balanced, the rotary flow machine is bi-directionally flowed through by the gas and optionally operated for the purpose of compression of the gas as a working machine or for the purpose of relaxing the gas as an engine becomes.

A method according to claim 1, characterized in that as Rotationsströmungsmaschine a rotary piston machine ( 1 ) Application, which is operated either as a compressor or as an expander.

Method according to one of claims 1 or 2, comprising the adjustment of the gas pressure in the sense of a compression, wherein a compression of the gas both in a first conveying direction of the gas from a first gas line section in a second gas line section of a gas line network and in a second conveying direction of the second Gas line section takes place in the first gas line section of the gas line network.

Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the adaptation of the gas pressure is optionally carried out by expansion of gas, which is taken from a first gas line network and is fed into a second gas line network or optionally by recompression of gas, that the second gas line network is removed and fed back into the first gas line network.

A method according to claim 4, characterized in that the first gas line network is a gas transport network with a first higher gas pressure and that the second gas network is a gas distribution network with a second lower gas pressure.

Method according to one of claims 1 or 2, comprising the transfer of gas from at least a first gas storage volume ( 20 ) into at least a second gas storage volume ( 21 ) using a pressure gradient between the storage volumes using the rotary fluid machine as an engine and the turning of the gas of at least the first gas storage volume ( 20 ) into the second gas storage volume ( 21 ) creating a pressure gradient using the rotary flow machine as a work machine.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that a compression of the gas and / or relaxation takes place in each case in multiple stages.

Gas pressure regulating station in a gas pipeline network or in a gas storage arrangement with at least one rotary flow machine in the form of a rotary piston machine ( 1 ), which is connected by a first line distributor to a first gas line section with a first gas pressure and with a second line distributor to a second gas line section with a second gas pressure, wherein the rotary piston machine comprises an inlet valve arrangement ( 8th ) and an exhaust valve assembly ( 9 ) and in the first and second line distributors at least first and second control valves are provided, wherein the control valves are actuated via a control device and these are switchable so that the rotary piston machine ( 1 ) is optionally operated under relaxation of the gas as an engine or under compression of the gas as a working machine.

Gas pressure regulating station according to claim 8, characterized in that the rotary piston machine ( 1 ) comprises a piston shaft which is connected to the rotor of an electric machine ( 19 ), wherein the electric machine ( 19 ) is operable both as an electric motor and as a generator.

Gas pressure regulating station according to one of claims 8 or 9, characterized in that the rotary piston machine ( 1 ) comprises a plurality of compression stages and expansion stages, which preferably act on a single piston shaft.

Gas pressure regulating station according to one of claims 8 to 10, characterized in that the rotary piston machine ( 1 ) at least one fixed piston chamber with a trochoidenförmigen envelope and at least one rotary piston ( 2 ) comprising an eccentrically mounted piston shaft.

Rotary piston machine ( 1 ) with a fixed piston chamber, which has a trochoidenförmige envelope, and with a rotary piston ( 2 ), which is arranged on an eccentrically mounted piston shaft, with two inflow channels ( 6a . 6b ) and two outflow channels ( 7a . 7b ), with an inlet valve arrangement ( 8th ) and an exhaust valve assembly ( 9 ), wherein the inflow channels ( 6a . 6b ) and the outflow channels ( 7a . 7b ) are respectively connected to both sides of the piston chamber to the latter and the inlet valve arrangement ( 8th ) and the exhaust valve assembly ( 9 ) are formed so that the piston chamber is bi-directionally gas-flowable.