DE102016112601A1 - Device for power generation according to the ORC principle, geothermal system with such a device and operating method - Google Patents

Device for power generation according to the ORC principle, geothermal system with such a device and operating method Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energieerzeugung nach dem ORC-Prinzip mit einem Heizmittelkreislauf (10), einem Hochdruck-ORC-Kreislauf (20) und wenigstens einem Niederdruck-ORC-Kreislauf (30), wobei der Heizmittelkreislauf (10) durch eine Hochdruck-Verdampfereinheit (21) und wenigstens eine Hochdruck-Vorwärmeinheit (23) mit dem Hochdruck-ORC-Kreislauf (20) und durch eine Niederdruck-Verdampfereinheit (31) und wenigstens eine Niederdruck-Vorwärmeinheit (33) mit dem Niederdruck-ORC-Kreislauf (30) thermisch gekoppelt ist, wobei im Heizmittelkreislauf stromabwärts der Hochdruck-Verdampfereinheit (21) ein Fernwärmevorlauf (12) abzweigt.The invention relates to a device for power generation according to the ORC principle with a heating medium circuit (10), a high-pressure ORC circuit (20) and at least one low-pressure ORC circuit (30), wherein the heating medium circuit (10) by a high-pressure Evaporator unit (21) and at least one high-pressure preheating unit (23) with the high-pressure ORC circuit (20) and by a low-pressure evaporator unit (31) and at least one low-pressure preheating unit (33) with the low-pressure ORC circuit (30 ) is thermally coupled, wherein in the Heizmittelkreislauf downstream of the high-pressure evaporator unit (21) branches off a Fernwärmevorlauf (12).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energieerzeugung nach dem ORC-Prinzip gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Geothermieanlage mit einer solchen Vorrichtung sowie ein Betriebsverfahren. Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus WO 2009/056341 A2 bekannt.The invention relates to a device for power generation according to the ORC principle according to the preamble of patent claim 1. Furthermore, the invention relates to a geothermal system with such a device and an operating method. A device of the type mentioned is, for example WO 2009/056341 A2 known.

Vorrichtungen zur Energieerzeugung nach dem Prinzip des Organic Rankine Cycle (ORC) werden vorzugsweise eingesetzt, um Energie aus Niedrigtemperatur-Wärmequellen nutzen zu können. Dabei werden als ORC-Fluide organische Fluide eingesetzt, die einen vergleichsweise niedrigen Siedepunkt aufweisen. So kann die Wärmeenergie, die durch die Niedrigtemperatur-Wärmequelle bereitgestellt wird, gut genutzt werden, um beispielsweise elektrischen Strom zu erzeugen. Organic Rankine Cycle (ORC) energy generation devices are preferably used to utilize energy from low temperature heat sources. In this case, organic fluids which have a comparatively low boiling point are used as ORC fluids. Thus, the heat energy provided by the low-temperature heat source can be well utilized to generate, for example, electric power.

Die eingangs genannte WO 2009/056341 A2 beschreibt eine derartige Vorrichtung zur Energieerzeugung, die nach dem ORC-Prinzip arbeitet. Die vorbekannte Vorrichtung umfasst zwei ORC-Kreisläufe, die thermisch durch einen Heizmittelkreislauf miteinander gekoppelt sind. Dabei dient einer der ORC-Kreisläufe als Hochdruck-ORC-Kreislauf und weist eine Hochdruck-Verdampfereinheit und eine Hochdruck-Vorwärmeinheit auf. Ein weiterer ORC-Kreislauf bildet einen Niederdruck-ORC-Kreislauf, der eine Niederdruck-Verdampfereinheit und wenigstens eine Niederdruck-Vorwärmeinheit umfasst. The aforementioned WO 2009/056341 A2 describes such a device for power generation, which operates on the ORC principle. The previously known device comprises two ORC circuits, which are thermally coupled together by a heating medium circuit. One of the ORC circuits serves as a high-pressure ORC circuit and has a high-pressure evaporator unit and a high-pressure preheating unit. Another ORC cycle forms a low pressure ORC cycle comprising a low pressure evaporator unit and at least one low pressure preheater unit.

Durch den Heizmittelkreislauf strömt ein Heizmittel, beispielsweise Thermalwasser, das seine Wärmeenergie sukzessive über die Hochdruck-Verdampfereinheit, die Niederdruck-Verdampfereinheit sowie die Hochdruck-Vorwärmeinheit und die Niederdruck-Vorwärmeinheit an die Arbeitsmittel in den beiden ORC-Kreisläufen abgibt. In den ORC-Kreisläufen wird das dort jeweils umströmende Arbeitsmittel entsprechend erhitzt, verdampft und an jeweils eine Turbine geleitet. In der Turbine entspannt das Arbeitsmittel, wodurch mechanische Energie erzeugt wird, die anschließend durch einen an die Turbine angeschlossenen Generator in elektrische Energie umgewandelt wird. Through the Heizmittelkreislauf flows a heating means, such as thermal water, which emits its heat energy successively via the high-pressure evaporator unit, the low-pressure evaporator unit and the high-pressure preheating unit and the low-pressure preheating unit to the working fluid in the two ORC circuits. In the ORC circuits, the working medium circulating there is heated, evaporated and directed to a respective turbine. In the turbine, the working fluid relaxes, generating mechanical energy, which is then converted into electrical energy by a generator connected to the turbine.

Obwohl der Wirkungsgrad einer solchen Anlage relativ hoch ist, ist es dennoch wünschenswert, das Heizmittel weiter effizient zu nutzen. Beispielsweise kann die thermische Energie des Heizmittels direkt als Wärmemedium, beispielsweise für ein Fernwärmenetz, genutzt werden. In der Praxis werden der Wärmequelle zwei Heizmittelströme entnommen, wobei ein Heizmittelstrom zur Energieerzeugung und ein weiterer Heizmittelstrom als Wärmemedium abgeführt werden.Although the efficiency of such a system is relatively high, it is still desirable to continue to use the heating means efficiently. For example, the thermal energy of the heating medium can be used directly as a heat medium, for example for a district heating network. In practice, the heat source two Heizmittelströme be removed, with a Heizmittelstrom to generate energy and another Heizmittelstrom be removed as a heat medium.

Bei Vorrichtungen zur Energieerzeugung, die nach dem ORC-Prinzip arbeiten, sind die Ausgangstemperaturen des Heizmittels jedoch meist vergleichsweise gering, so dass es für die Effizienz des Energieerzeugungsprozesses zweckmäßig ist, den vollständigen Heizmittelstrom für die Energieerzeugung zu nutzen. Dabei wird die im Heizmittel verfügbare thermische Energie jedoch nicht optimal eingesetzt, d.h. es bleibt ein Restanteil noch nutzbarer thermischer Energie. However, in power generating apparatuses operating in accordance with the ORC principle, the output temperatures of the heating means are usually comparatively low, so that it is expedient for the efficiency of the energy generation process to use the complete heating medium flow for power generation. However, the thermal energy available in the heating means is not used optimally, i. there remains a residual portion of still usable thermal energy.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Energieerzeugung nach dem ORC-Prinzip so zu verbessern, dass die thermische Energie eines Heizmittels möglichst gut nutzbar und die Effizienz der Energieerzeugung möglichst wenig beeinträchtigt ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Geothermieanlage mit einer derart optimierten Vorrichtung sowie ein Betriebsverfahren anzugeben.The object of the invention is to improve a device for power generation according to the ORC principle so that the thermal energy of a heating means as well as possible and the efficiency of power generation is impaired as little as possible. It is another object of the invention to provide a geothermal plant with such an optimized device and an operating method.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf die Vorrichtung zur Energieerzeugung durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1, im Hinblick auf die Geothermieanlage durch den Gegenstand des Patentanspruchs 13 und im Hinblick auf das Betriebsverfahren durch den Gegenstand des Patentanspruchs 14 gelöst.According to the invention this object is achieved with regard to the device for generating energy by the subject-matter of claim 1, with regard to the geothermal system by the subject-matter of claim 13 and with regard to the method of operation by the subject-matter of claim 14.

Konkret beruht die Erfindung auf dem Gedanken, eine Vorrichtung zur Energieerzeugung nach dem ORC-Prinzip mit einem Heizmittelkreislauf, einen Hochdruck-ORC-Kreislauf und wenigstens einem Niederdruck-ORC-Kreislauf anzugeben, wobei der Heizmittelkreislauf durch eine Hochdruck-Verdampfereinheit und wenigstens eine Hochdruck-Vorwärmeinheit mit dem Hochdruck-ORC-Kreislauf thermisch gekoppelt ist. Der Heizmittelkreislauf ist ferner durch eine Niederdruck-Verdampfereinheit und wenigstens eine Niederdruck-Vorwärmeinheit mit dem Niederdruck-ORC-Kreislauf thermisch gekoppelt. Im Heizmittelkreislauf zweigt stromabwärts der Hochdruck-Verdampfereinheit ein Fernwärmevorlauf ab. Specifically, the invention is based on the idea to provide a device for generating energy according to the ORC principle with a heating medium circuit, a high-pressure ORC circuit and at least one low-pressure ORC circuit, wherein the heating medium circuit through a high-pressure evaporator unit and at least one high-pressure Preheating unit is thermally coupled to the high-pressure ORC cycle. The heating medium circuit is further thermally coupled to the low pressure ORC circuit by a low pressure evaporator unit and at least one low pressure preheater unit. In the heating medium circuit downstream of the high-pressure evaporator unit branches off a district heating advance.

Indem der Fernwärmevorlauf stromabwärts der Hochdruck-Verdampfereinheit abzweigt, ist sichergestellt, dass zumindest der Hochdruck-Verdampfereinheit der vollständige Massenstrom des Heizmittels, das durch den Heizmittelkreislauf strömt, zugeführt wird. Folglich wird eine hohe Wärmeenergiemenge für die Verdampfung des ORC-Fluids im Hochdruck-ORC-Kreislauf bereitgestellt. By branching off the district heating advancement downstream of the high-pressure evaporator unit, it is ensured that at least the high-pressure evaporator unit is supplied with the complete mass flow of the heating medium flowing through the heating medium circuit. Consequently, a high amount of heat energy is provided for the vaporization of the ORC fluid in the high pressure ORC cycle.

Es hat sich gezeigt, dass durch die erfindungsgemäße Anordnung des Fernwärmevorlaufs der ORC-Prozess trotz der Nutzung eines Teilstroms des Heizmittels für die Fernwärme effizient betrieben werden kann. Konkret steht dem ORC-Prozess durch die Abzweigung des Fernwärmevorlaufs nach der Hochdruck-Verdampfereinheit weiterhin ein relativ hoher Massenstrom an Heizmittel und entsprechend eine relativ hohe Wärmemenge zur Verfügung, die für die Energieerzeugung genutzt werden kann. So kann eine Kraft-Wärme-Kopplung bei einer Vorrichtung zur Energieerzeugung nach dem ORC-Prinzip effizient umgesetzt werden, ohne die Effizienz der Energieerzeugung signifikant zu beeinträchtigen.It has been found that the ORC process can be operated efficiently despite the use of a partial flow of the heating means for the district heating by the inventive arrangement of the district heating advance. In concrete terms, the ORC process continues to have a relatively high mass flow of heating medium through the diversion of the district heating feed to the high-pressure evaporator unit Accordingly, a relatively high amount of heat available, which can be used for energy production. Thus, in a device for generating energy according to the ORC principle, a cogeneration can be efficiently implemented without significantly affecting the efficiency of energy generation.

Im Allgemeinen wird darauf hingewiesen, dass die in der vorliegenden Anmeldung genannten Vorwärmeinheiten und/oder Verdampfereinheiten mehrere Komponenten aufweisen können. Insbesondere können die Vorwärmeinheiten jeweils mehrere Vorwärmer bzw. Wärmeübertrager umfassen, die gemeinsam eine Vorwärmeinheit bilden. Dasselbe gilt für die in der Anmeldung genannten Verdampfereinheiten.In general, it is pointed out that the preheating units and / or evaporator units mentioned in the present application can have several components. In particular, the preheating units may each comprise a plurality of preheaters or heat exchangers, which together form a preheating unit. The same applies to the evaporator units mentioned in the application.

Es ist auch denkbar, dass Verdampfereinheiten und jeweils zugeordnete Vorwärmeinheiten einen gemeinsamen Apparat bilden bzw. in einen gemeinsamen Apparat integriert sind.It is also conceivable that evaporator units and respectively associated preheating units form a common apparatus or are integrated in a common apparatus.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass der Fernwärmevorlauf in Strömungsrichtung des Heizmittelkreislaufs unmittelbar nach der Niederdruck-Verdampfereinheit abzweigt. Konkret kann vorgesehen sein, dass der Heizmittelkreislauf so angeordnet ist, dass das Heizmittel zunächst der Hochdruck-Verdampfereinheit und anschließend der Niederdruck-Verdampfereinheit zugeführt wird. Indem der Fernwärmevorlauf unmittelbar nach der Niederdruck-Verdampfereinheit abzweigt, ist weiter vorteilhaft sichergestellt, dass auch dem Niederdruck-ORC-Kreislauf der vollständige Massenstrom des Heizmittels für eine Wärmeübertragung zur Verfügung steht. Damit kann auch der Niederdruck-ORC-Kreislauf mit hoher Effizienz betrieben werden. In a preferred embodiment of the device according to the invention, provision is made for the district heating feed to branch off in the direction of flow of the heating medium circuit immediately after the low-pressure evaporator unit. Specifically, it can be provided that the heating medium circuit is arranged so that the heating means is first supplied to the high-pressure evaporator unit and then the low-pressure evaporator unit. By branching off the district heating advance immediately after the low-pressure evaporator unit, it is further advantageously ensured that the complete mass flow of the heating means for heat transfer is also available to the low-pressure ORC cycle. Thus, the low pressure ORC cycle can be operated with high efficiency.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Bereitstellung des vollständigen Heizmittelmassestroms für zumindest die Hochdruck-Verdampfereinheit, vorzugsweise auch die Niederdruck-Verdampfereinheit, zu einer Reduktion der Investitionskosten für eine derartige Energieerzeugungsvorrichtung führt. Konkret kann zumindest die Hochdruck-Verdampfereinheit, vorzugsweise auch die Niederdruck-Verdampfereinheit, mit einer relativ geringen Wärmeübertragungsfläche ausgestattet werden, da der vollständige Heizmittel-Massenstrom zur Wärmeübertragung bereitgestellt wird. Eine Reduktion des Massenstroms, beispielsweise durch vorherige Abzweigung des Fernwärmevorlaufs, würde hingegen größere Wärmeübertragungsflächen erfordern, um dieselbe Menge an Wärmeenergie an das jeweilige ORC-Fluid abgeben zu können. Another advantage of the present invention is that the provision of the complete Heizmittelmassestroms for at least the high-pressure evaporator unit, preferably also the low-pressure evaporator unit, leads to a reduction of the investment costs for such a power generating device. Specifically, at least the high-pressure evaporator unit, preferably also the low-pressure evaporator unit, can be equipped with a relatively small heat transfer area, since the complete mass flow of the heating medium is provided for heat transfer. A reduction in the mass flow, for example, by prior branching off the district heating advance, however, would require larger heat transfer surfaces to deliver the same amount of heat energy to the respective ORC fluid can.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Fernwärmevorlauf zwischen der Niederdruck-Verdampfereinheit und der Hochdruck-Vorwärmeinheit und/oder der Niederdruck-Vorwärmeinheit abzweigt. Die Anordnung des Fernwärmevorlaufs an dieser Stelle ist besonders vorteilhaft, da einerseits die Temperatur des Heizmittels an dieser Stelle noch ausreichend hoch ist, um es für eine Fernwärmeversorgung nutzen zu können. Insbesondere kann das Heizmittel so in ein Niedertemperatur-Fernwärmenetz eingespeist werden, d.h. der Fernwärmevorlauf kann mit einem Niedrigtemperatur-Fernwärmenetz verbunden sein. Andererseits ist die Abzweigung des Fernwärmevorlaufs zwischen der Niederdruck-Verdampfereinheit und der Hochdruck-Vorwärmeinheit und/oder der Niederdruck-Vorwärmeinheit vorteilhaft, da die Reduktion des Massenstroms des Heizmittels für die nachfolgenden Vorwärmeinheiten zu keiner signifikanten Reduzierung der übertragenen Wärmemenge führt.In a further preferred embodiment of the invention, provision is made for the district heating feed to branch off between the low-pressure evaporator unit and the high-pressure preheating unit and / or the low-pressure preheating unit. The arrangement of the district heating advance at this point is particularly advantageous because on the one hand, the temperature of the heating medium at this point is still high enough to use it for a district heating supply. In particular, the heating medium can thus be fed into a low-temperature district heating network, i. The district heating feed can be connected to a low-temperature district heating network. On the other hand, the diversion of the Fernwärmevorlaufs between the low-pressure evaporator unit and the high-pressure preheating and / or the low-pressure preheating is advantageous because the reduction of the mass flow of the heating means for the subsequent preheating leads to no significant reduction in the amount of heat transferred.

Der Heizmittelkreislauf kann in Strömungsrichtung nach dem Fernwärmevorlauf eine Gabelung aufweisen, die den Heizmittelkreislauf so aufteilt, dass ein Heizmittelstrom des Heizmittelkreislaufs jeweils anteilig der Hochdruck-Vorwärmeinheit und der Niederdruck-Vorwärmeinheit zugeführt wird. Auf diese Weise wird der Hochdruck-Vorwärmeinheit und der Niederdruck-Vorwärmeinheit Heizmittel mit derselben Temperatur zugeführt. Das bewirkt insbesondere im Niederdruck-ORC-Kreislauf eine verbesserte Effizienz, da hier das ORC-Fluid näher an die Verdampfungstemperatur geführt wird. Der Gesamtwirkungsgrad der Vorrichtung wird damit verbessert. The heating medium circuit may have a bifurcation in the flow direction after the district heating feed, which divides the heating medium circuit such that a heating medium flow of the heating medium cycle is proportionally supplied to the high-pressure preheating unit and the low-pressure preheating unit. In this way, the high-pressure preheating unit and the low-pressure preheating unit are supplied with heating means at the same temperature. This brings about improved efficiency, particularly in the low-pressure ORC cycle, since here the ORC fluid is conducted closer to the evaporation temperature. The overall efficiency of the device is thus improved.

Bei der bevorzugten Ausgestaltung des Heizmittelkreislaufs, wobei nach der Niederdruck-Verdampfereinheit der Heizmittelstrom auf die Hochdruck-Vorwärmeinheit und die Niederdruck-Vorwärmeinheit aufgeteilt wird, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Fernwärmevorlauf zwischen der Niederdruck-Verdampfereinheit und der Gabelung abzweigt. Mit anderen Worten wird ein Heizmittelteilstrom für die Fernwärme abgezweigt, bevor der verbleibende Heizmittelstrom aufgeteilt und die Teilströme der Hochdruck-Vorwärmeinheit und der Niederdruck-Vorwärmeinheit zugeführt werden. In the preferred embodiment of the Heizmittelkreislaufs, after the low-pressure evaporator unit of the heating medium flow is divided into the high-pressure preheating and the low-pressure preheating, it is particularly advantageous if the district heating feed between the low-pressure evaporator unit and the fork branches off. In other words, a district heating medium substream is branched off before the remaining heating medium flow is split and the substreams are supplied to the high-pressure preheating unit and the low-pressure preheating unit.

Der Fernwärmevorlauf kann generell mit einem Fernwärmerücklauf verbunden sein. Der Fernwärmerücklauf mündet vorzugsweise in Strömungsrichtung des Heizmittelkreislaufs stromabwärts des Fernwärmevorlaufs in den Heizmittelkreislauf. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Fernwärmerücklauf in Strömungsrichtung des Heizmittelkreislaufs nach der Hochdruck-Vorwärmeinheit und/oder nach der Niederdruck-Vorwärmeinheit in den Heizmittelkreislauf mündet. The district heating supply can generally be connected to a district heating return. The district heating return preferably opens in the flow direction of the heating medium downstream of the district heating in the heating medium circuit. It is preferably provided that the district heating return in the flow direction of the heating medium circuit after the high-pressure preheating unit and / or after the low-pressure preheating unit opens into the heating medium circuit.

Besonders bevorzugt ist es, wenn in Strömungsrichtung des Heizmittelkreislaufs nach der Niederdruck-Vorwärmeinheit eine Hochdruck-Primärvorwärmeinheit im Hochdruck-ORC-Kreislauf und/oder eine Niederdruck-Primärvorwärmeinheit im Niederdruck-ORC-Kreislauf angeordnet sind. Diese zusätzlichen Primärvorwärmeinheiten in den beiden ORC-Kreisläufen nutzen die verbleibende Wärmeenergie des Heizmittels besonders effizient, um das ORC-Fluid in den ORC-Kreisläufen vorzuwärmen. Das Heizmittel wird dabei weiter abgekühlt, so dass insgesamt eine hohe Wärmenutzung des Heizmittels gewährleistet ist. So kann der Gesamtwirkungsgrad der Vorrichtung weiter erhöht werden.It is particularly preferred if in the flow direction of the heating medium circuit after the Low-pressure preheating a high-pressure Primärvorwärmeinheit in the high-pressure ORC circuit and / or a low-pressure Primärvorwärmeinheit in the low-pressure ORC circuit are arranged. These additional primary preheat units in the two ORC circuits use the remaining heat energy of the heating means particularly efficiently to preheat the ORC fluid in the ORC circuits. The heating medium is further cooled, so that a total of high heat utilization of the heating medium is ensured. Thus, the overall efficiency of the device can be further increased.

Die Hochdruck-Vorwärmeinheit kann direkt mit der Hochdruck-Primärvorwärmeinheit fluidverbunden ist. Gleichzeitig oder alternativ kann die Niederdruck-Vorwärmeinheit direkt mit der Niederdruck-Primärvorwärmeinheit fluidverbunden sein. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der gesamte Heizmittel-Massenstrom, der die jeweilige Vorwärmeinheit durchströmt, auch an die jeweils zugeordnete Primärvorwärmeinheit geleitet wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass zwischen der jeweiligen Vorwärmeinheit und der jeweiligen Primärvorwärmeinheit keine Abzweigung insofern erfolgt, als Heizmittel-Massenstrom aus dem Heizmittelkreislauf entnommen wird. Damit ist sichergestellt, dass ein relativ hoher Massenstrom durch die Primärvorwärmeinheiten strömt, wodurch deren Wärmeübertragungsflächen relativ klein gehalten werden können.The high pressure preheating unit may be fluidly connected directly to the high pressure primary preheating unit. At the same time or alternatively, the low-pressure preheating unit may be fluidly connected directly to the low-pressure Primärvorwärmeinheit. In this way, it is ensured that the entire heating medium mass flow, which flows through the respective preheating unit, is also conducted to the respectively assigned primary preheating unit. In particular, it is provided that there is no diversion between the respective preheating unit and the respective primary preheating unit in that heating medium flow rate is taken from the heating medium circuit. This ensures that a relatively high mass flow flows through the Primärvorwärmeinheiten, whereby their heat transfer surfaces can be kept relatively small.

Um eine weitere Reduktion der Wärmeübertragungsflächen in der Hochdruck-Primärvorwärmeinheit und/oder der Niederdruck-Primärvorwärmeinheit zu erreichen, ist besonders vorteilhaft vorgesehen, dass der Fernwärmerücklauf zwischen der Niederdruck-Vorwärmeinheit und der Hochdruck-Primärvorwärmeinheit und/oder zwischen der Niederdruck-Vorwärmeinheit und der Niederdruck-Primärvorwärmeinheit in den Heizmittelkreislauf mündet. Mit anderen Worten wird der Rückfluss aus dem Fernwärmenetz vor der Hochdruck-Primärvorwärmeinheit und/oder der Niederdruck-Primärvorwärmeinheit in den Heizmittelkreislauf zurückgeführt. Dies erhöht den Massenstrom für die jeweilige Primärvorwärmeinheit, so dass deren Wärmeübertragungsflächen weiter reduziert werden können. Insbesondere kann auf diese Weise mit einer relativ kleinen Wärmeübertragungsfläche ausreichend Wärmeenergie vom Heizmittel an das jeweilige ORC-Fluid übertragen werden.In order to achieve a further reduction of the heat transfer surfaces in the high-pressure Primärvorwärmeinheit and / or the low-pressure Primärvorwärmeinheit, it is particularly advantageous that the district heating return between the low-pressure preheating unit and the high-pressure Primärvorwärmeinheit and / or between the low-pressure preheating unit and the low pressure -Primärvorwärmeinheit opens into the heating medium circuit. In other words, the return flow from the district heating network upstream of the high-pressure Primärvorwärmeinheit and / or the low-pressure Primärvorwärmeinheit is fed back into the heating medium circuit. This increases the mass flow for the respective Primärvorwärmeinheit so that their heat transfer surfaces can be further reduced. In particular, in this way with a relatively small heat transfer surface sufficient heat energy can be transferred from the heating means to the respective ORC fluid.

Wenn die Quellentemperatur des Heizmittels ausreichend hoch ist, kann bevorzugt vorgesehen sein, dass in Strömungsrichtung des Heizmittelkreislaufs vor dem Hochdruck-Verdampfer ein Fernwärmebypass abzweigt, der mit dem Fernwärmerücklauf verbunden ist. So kann vor der Zuführung des Heizmittels in den ORC-Prozess ein Teilstrom des Heizmittels abgezweigt und in das Fernwärmenetz eingespeist wird. Der Rückfluss des Fernwärmebypasses erfolgt vorzugsweise über den Fernwärmerücklauf. If the source temperature of the heating medium is sufficiently high, it can preferably be provided that branches off in the flow direction of the Heizmittelkreislaufs before the high-pressure evaporator Fernwärmebypass, which is connected to the district heating return. Thus, before the supply of the heating medium in the ORC process, a partial flow of the heating medium is diverted and fed into the district heating network. The return flow of the district heating bypass is preferably via the district heating return.

Die Rückführung des durch den Fernwärmevorlauf abgezweigten Massenstroms des Heizmittels aus dem Fernwärmenetz über den Fernwärmerücklauf in den Heizmittelkreislauf hat den weiteren Vorteil, dass auf diese Weise eine zu hohe Abkühlung des Heizmittels im Heizmittelkreislauf vermieden wird. Insoweit dient der Fernwärmerücklauf auch als Frostschutz für den Heizmittelkreislauf. The return of the diverted by the Fernwärmevorlauf mass flow of the heating medium from the district heating network on the district heating return in the heating medium circuit has the further advantage that in this way too high a cooling of the heating medium in the heating medium circuit is avoided. In that regard, the district heating return also serves as frost protection for the heating medium circuit.

Wenn in Strömungsrichtung des Heizmittelkreislaufs auf den Fernwärmerücklauf wenigstens eine Primärvorwärmeinheit, beispielsweise eine Hochdruck-Primärvorwärmeinheit oder eine Niederdruck-Primärvorwärmeinheit, folgt, so wird durch den zusätzlichen Rücklauf aus dem Fernwärmebypass der für die jeweilige Primärvorwärmeinheit zur Verfügung gestellte Heizmittel-Massenstrom weiter erhöht. In der Folge können die Wärmeübertragungsflächen der jeweiligen Primärvorwärmeinheit weiter verkleinert werden, was zu Kosteneinsparungen führt. If in the flow direction of the heating medium circuit to the district heating return at least one Primärvorwärmeinheit, for example, a high-pressure Primärvorwärmeinheit or a low-pressure Primärvorwärmeinheit follows, so is provided by the additional return from the district heating bypass for the respective Primärvorwärmeinheit available Heizmittel mass flow further. As a result, the heat transfer surfaces of the respective Primärvorwärmeinheit can be further reduced, resulting in cost savings.

Eine weitere Effizienzsteigerung des gesamten ORC-Prozesses kann erreicht werden, wenn – wie bevorzugt vorgesehen ist – zwischen der Hochdruck-Verdampfereinheit und der Niederdruck-Verdampfereinheit im Hochdruck-ORC-Kreislauf eine zusätzliche Hochtemperatur-Vorwärmeinheit angeordnet ist. So kann das ORC-Fluid im Hochdruck-ORC-Kreislauf durch die Hochtemperatur-Vorwärmeinheit bis zur Verdampfungstemperatur aufgewärmt werden. Die Hochtemperatur-Vorwärmeinheit kann auf diese Weise energetisch und wirtschaftlich optimal an die Wärmeübertragung zwischen dem Heizmittel und dem ORC-Fluid angepasst werden. Im Hochdruck-ORC-Kreislauf ist die Hochtemperatur-Vorwärmeinheit vorzugsweise zwischen der Hochdruck-Vorwärmeinheit und der Hochdruck-Verdampfereinheit angeordnet. Diese Anordnung der Hochtemperatur-Vorwärmeinheit ist energetisch deshalb vorteilhaft, weil die Hochtemperatur-Vorwärmeinheit so nur die Temperaturdifferenz zwischen der Vorwärmtemperatur der Hochdruck-Vorwärmeinheit und der zu erreichenden Verdampfungstemperatur überbrücken muss. A further increase in efficiency of the entire ORC process can be achieved if, as is preferred, an additional high-temperature preheating unit is arranged between the high-pressure evaporator unit and the low-pressure evaporator unit in the high-pressure ORC circuit. Thus, the ORC fluid in the high-pressure ORC cycle can be warmed up to the evaporation temperature by the high-temperature preheating unit. In this way, the high-temperature preheating unit can be adapted optimally in terms of energy and economy to the heat transfer between the heating medium and the ORC fluid. In the high-pressure ORC cycle, the high-temperature preheating unit is preferably arranged between the high-pressure preheating unit and the high-pressure evaporator unit. This arrangement of the high-temperature preheating is energetically advantageous because the high-temperature preheating unit so only the temperature difference between the preheating of the high-pressure preheating unit and the evaporation temperature to be reached must bridge.

Hinsichtlich der ORC-Kreisläufe, insbesondere des Hochdruck-ORC-Kreislaufs und des Niederdruck-ORC-Kreislaufs, ist bei der vorliegenden Erfindung bevorzugt vorgesehen, dass diese in einen gemeinsamen ORC-Kreislauf münden. Mit anderen Worten können der Hochdruck-ORC-Kreislauf und der Niederdruck-ORC-Kreislauf zumindest teilweise zusammengeführt sein und so abschnittsweise einen gemeinsamen ORC-Kreislauf bilden.With regard to the ORC circuits, in particular the high-pressure ORC circuit and the low-pressure ORC circuit, it is preferably provided in the present invention that these open into a common ORC circuit. In other words, the high-pressure ORC circuit and the low-pressure ORC circuit can be at least partially merged and thus form a common ORC circuit in sections.

Der gemeinsame ORC-Kreislauf kann eine gemeinsame Speisepumpe und/oder einen gemeinsamen Rekuperator und/oder eine gemeinsame Vorwärmeinheit und/oder eine gemeinsame Kondensatoreinheit aufweisen. Auf diese Weise können weitere Kosten reduziert werden, da sich die beiden ORC-Kreisläufe Bauelemente der Vorrichtung teilen. Besonders bevorzugt ist es, wenn für den Hochdruck-ORC-Kreislauf und den Niederdruck-ORC-Kreislauf eine gemeinsame Kondensatoreinheit vorgesehen ist. The common ORC cycle may be a common feed pump and / or one common recuperator and / or a common preheating unit and / or a common capacitor unit. In this way, further costs can be reduced because the two ORC circuits share components of the device. It is particularly preferred if a common capacitor unit is provided for the high-pressure ORC circuit and the low-pressure ORC circuit.

In diesem Zusammenhang wird auch darauf hingewiesen, dass sowohl der Hochdruck-ORC-Kreislauf, als auch der Niederdruck-ORC-Kreislauf jeweils eine Turbine umfassen können. Die Turbinen können jeweils mit einem Generator gekoppelt sein, um aus der in der Turbine erzeugten mechanischen Energie elektrische Energie zu erzeugen. Alternativ ist es möglich, dass der Hochdruck-ORC-Kreislauf und der Niederdruck-ORC-Kreislauf jeweils auf separate Laufräder einer gemeinsamen Turbine wirken, wobei die gemeinsame Turbine mit einem einzigen, gemeinsamen Generator gekoppelt ist. In this context it is also pointed out that both the high-pressure ORC circuit and the low-pressure ORC circuit can each comprise a turbine. The turbines may each be coupled to a generator to generate electrical energy from the mechanical energy generated in the turbine. Alternatively, it is possible for the high pressure ORC cycle and the low pressure ORC cycle to each act on separate impellers of a common turbine, with the common turbine coupled to a single, common generator.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Energieerzeugung kann vorgesehen sein, dass in Strömungsrichtung des Heizmittelkreislaufs unmittelbar nach der Hochdruck-Verdampfereinheit, insbesondere zwischen der Hochdruck-Verdampfereinheit und der zusätzlichen Hochtemperatur-Vorwärmeinheit, eine Zumischleitung abzweigt, die mit dem Fernwärmevorlauf verbunden ist. Damit bleibt einerseits sichergestellt, dass der vollständige Massenstrom des Heizmittels, der dem ORC-Prozess zur Verfügung gestellt wird, der Hochdruck-Verdampfereinheit zur Verfügung steht. Andererseits wird auf diese Weise relativ heißes Heizmittel nach der Hochdruck-Verdampfereinheit abgezweigt und dem Fernwärmevorlauf zugeführt. Damit kann die dem Fernwärmenetz zur Verfügung gestellte Temperatur erhöht werden. Dies ist insbesondere sinnvoll, wenn zu befürchten ist, dass die Temperatur des Heizmittels nach Durchlaufen der Hochdruck-Vorwärmeinheit und/oder der Niederdruck-Vorwärmeinheit nicht ausreicht, um für das Fernwärmenetz sinnvoll genutzt zu werden. So kann dem nach der Niederdruck-Vorwärmeinheit abgezweigten Massenstrom im Fernwärmevorlauf ein Heizmittelstrom zugemischt werden, der eine höhere Temperatur aufweist. Damit erhöht sich insgesamt die Temperatur im Fernwärmevorlauf.In a further preferred embodiment of the device according to the invention for power generation can be provided that branches off in the flow direction of the heating medium immediately after the high-pressure evaporator unit, in particular between the high-pressure evaporator unit and the additional high-temperature preheating, a Zumischleitung which is connected to the district heating. This ensures on the one hand that the complete mass flow of the heating medium, which is made available to the ORC process, is available to the high-pressure evaporator unit. On the other hand, in this way relatively hot heating means is branched off after the high-pressure evaporator unit and fed to the district heating feed. Thus, the temperature provided to the district heating network can be increased. This is particularly useful if it is to be feared that the temperature of the heating medium after passing through the high-pressure preheating unit and / or the low-pressure preheating unit is not sufficient to be used for the district heating network meaningful. In this way, a stream of heating medium which has a higher temperature can be admixed with the mass flow branched off after the low-pressure preheating unit in the district heating feed. This increases the total temperature in the district heating advance.

Ein nebengeordneter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Geothermieanlage mit einer zuvor beschriebenen Vorrichtung zur Energieerzeugung. Die Geothermieanlage kann insbesondere mit einer geothermischen Heißwasserquelle verbunden sein, wobei die Heißwasserquelle das Heizmittel für den Heizmittelkreislauf bereitstellt. A subsidiary aspect of the present invention relates to a geothermal plant with a previously described device for power generation. The geothermal plant may in particular be connected to a geothermal hot water source, wherein the hot water source provides the heating means for the heating medium circuit.

Ferner wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Energieerzeugung nach dem ORC-Prinzip offenbart und beansprucht, wobei die Vorrichtung einen Heizmittelkreislauf, einen Hochdruck-ORC-Kreislauf und wenigstens einen Niederdruck-ORC-Kreislauf aufweist. Der Heizmittelkreislauf ist durch eine Hochdruck-Verdampfereinheit und wenigstens eine Hochdruck-Vorwärmeinheit mit dem Hochdruck-ORC-Kreislauf und durch eine Niederdruck-Verdampfereinheit mit dem Niederdruck-ORC-Kreislauf thermisch gekoppelt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass von einem Heizmittelstrom des Heizmittelkreislaufs stromabwärts der Hochdruck-Verdampfereinheit, insbesondere zwischen der Niederdruck-Verdampfereinheit und der Hochdruck-Vorwärmeinheit, ein Teilstrom abgezweigt und in ein Fernwärmenetz eingespeist oder zur Erwärmung eines Fernwärmemediums in einem Fernwärmenetz genutzt wird. Insbesondere können zusätzliche Wärmeübertragungseinheiten vorgesehen sein, die thermische Energie des Heizmittels in das Fernwärmemedium übertragen.Furthermore, in the context of the present application, a method for operating a device for generating energy according to the ORC principle is disclosed and claimed, the device having a heating medium circuit, a high-pressure ORC circuit and at least one low-pressure ORC circuit. The heating medium circuit is thermally coupled to the high pressure ORC circuit by a high pressure evaporator unit and at least one high pressure preheater unit and to the low pressure ORC circuit by a low pressure evaporator unit. In the method according to the invention it is provided that of a Heizmittelstrom the Heizmittelkreislaufs downstream of the high-pressure evaporator unit, in particular between the low-pressure evaporator unit and the high-pressure preheating unit, a partial flow diverted and fed into a district heating network or used to heat a district heating medium in a district heating network. In particular, additional heat transfer units can be provided, which transfer thermal energy of the heating medium into the district heating medium.

Im Zusammenhang mit der Vorrichtung zur Energieerzeugung eingangs genannten Vorteile und konstruktiven Weiterbildungen gelten in analoger Weise für das hier beanspruchte und beschriebene Verfahren. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die gemäß dem beanspruchten Verfahren betriebene Vorrichtung gemäß vorstehender Beschreibung ausgebildet ist. In connection with the device for generating energy mentioned in the beginning and constructive developments apply analogously to the claimed and described method. In particular, it can be provided that the device operated according to the claimed method is designed according to the above description.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the accompanying schematic drawings. Show:

1: ein Prozessschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Energieerzeugung nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel; 1 a process diagram of a device according to the invention for power generation according to a preferred embodiment;

2: ein Prozessschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Energieerzeugung nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel, wobei zusätzliche Primärvorwärmeinheiten vorgesehen sind; 2 a process diagram of a device according to the invention for power generation according to a further preferred embodiment, wherein additional Primärvorwärmeinheiten are provided;

3: ein Prozessschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Energieerzeugung nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel, wobei ein zusätzlicher Fernwärmebypass vorgesehen ist; 3 a process diagram of a device according to the invention for power generation according to a further preferred embodiment, wherein an additional district heating bypass is provided;

4: ein Prozessschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Energieerzeugung nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel, wobei eine zusätzliche Zumischleitung für den Fernwärmevorlauf vorgesehen ist; 4 a process diagram of a device according to the invention for power generation according to a further preferred embodiment, wherein an additional admixing line is provided for the Fernwärmevorlauf;

5: ein Prozessschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Energieerzeugung nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel, wobei die Primärvorwärmeinheiten in den ORC-Kreisläufen jeweils eine Frostschutzschaltung aufweisen; und 5 a process diagram of a device according to the invention for power generation according to a further preferred embodiment, wherein the Primärvorwärmeinheiten in the ORC circuits each have a frost protection circuit; and

6: ein Prozessschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Energieerzeugung nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel, wobei der Hochdruck-ORC-Kreislauf und der Niederdruck-ORC-Kreislauf einen gemeinsamen ORC-Kreislauf aufweisen. 6 : A process diagram of a device according to the invention for generating energy according to a further preferred embodiment, wherein the high-pressure ORC circuit and the low-pressure ORC circuit have a common ORC circuit.

In den beigefügten Zeichnungen ist jeweils eine Vorrichtung zur Energieerzeugung nach dem ORC-Prinzip schematisch dargestellt. Im Allgemeinen weist die hier beschriebene Vorrichtung einen Heizmittelkreislauf 10 auf, der thermisch mit einem Hochdruck-ORC-Kreislauf 20 und einem Niederdruck-ORC-Kreislauf 30 gekoppelt ist. Der Hochdruck-ORC-Kreislauf 20 und der Niederdruck-ORC-Kreislauf 30 sind im Wesentlichen ähnlich aufgebaut. Zur Unterscheidung der einzelnen Bauteile, die dem Hochdruck-ORC-Kreislauf 20 und dem Niederdruck-ORC-Kreislauf angehören, werden im Folgenden die Abkürzungen „HD“ für Bauteile des Hochdruck-ORC-Kreislaufs 20 („HD-ORC-Kreislauf 20“) und „ND“ für Bauteile des Niederdruck-ORC-Kreislaufs 30 („ND-ORC-Kreislauf 30“) verwendet.In the accompanying drawings, a device for power generation according to the ORC principle is shown schematically. In general, the device described here has a heating medium circuit 10 thermally using a high pressure ORC cycle 20 and a low pressure ORC cycle 30 is coupled. The high pressure ORC cycle 20 and the low pressure ORC cycle 30 are essentially similar in structure. To distinguish the individual components that the high pressure ORC cycle 20 and the low-pressure ORC circuit, the abbreviations "HD" for components of the high-pressure ORC circuit will be referred to hereafter 20 ( "HD ORC cycle 20 ") And" ND "for low pressure ORC circuit components 30 ( "ND-ORC cycle 30 ").

Der HD-ORC-Kreislauf 20 umfasst insbesondere eine HD-Verdampfereinheit 21 und eine HD-Vorwärmeinheit 23. In Strömungsrichtung des ORC-Fluids des HD-ORC-Kreislaufs ist die HD-Vorwärmeinheit 23 der HD-Verdampfereinheit 21 vorgeordnet.The HD ORC circuit 20 includes in particular a HD evaporator unit 21 and an HD preheating unit 23 , In the flow direction of the ORC fluid of the HD-ORC cycle is the HD preheating unit 23 the HD evaporator unit 21 upstream.

Der ND-ORC-Kreislauf 30 umfasst eine ND-Verdampfereinheit 31 und eine ND-Vorwärmeinheit 33. In Strömungsrichtung des ORC-Fluids des ND-ORC-Kreislaufs 30 ist die ND-Vorwärmeinheit 33 der ND-Verdampfereinheit 31 vorgeordnet.The ND ORC cycle 30 includes a LP evaporator unit 31 and a LP preheating unit 33 , In the flow direction of the ORC fluid of the ND-ORC circuit 30 is the LP preheating unit 33 the LP evaporator unit 31 upstream.

Wie in den dargestellten Zeichnungen ebenfalls erkennbar ist, weist der HD-ORC-Kreislauf 20 eine Hochtemperatur-Vorwärmeinheit 22 auf, die zwischen der HD-Vorwärmeinheit 23 und der HD-Verdampfereinheit 21 im HD-ORC-Kreislauf 20 angeordnet ist. Die zusätzliche Hochtemperatur-Vorwärmeinheit 22 ist zwar in vielen Fällen vorteilhaft, kann jedoch auch entfallen.As can also be seen in the illustrated drawings, the HD-ORC cycle 20 a high temperature preheating unit 22 on that between the HD preheat unit 23 and the HD evaporator unit 21 in the HD ORC cycle 20 is arranged. The additional high-temperature preheating unit 22 Although in many cases advantageous, but can also be omitted.

Die HD-Verdampfereinheit 21, die ND-Verdampfereinheit 31, die HD-Vorwärmeinheit 23 und die ND-Vorwärmeinheit 33 sind außerdem in den Heizmittelkreislauf 10 eingebunden. Konkret ist die HD-Verdampfereinheit 21 in Strömungsrichtung des Heizmittelkreislaufs 10 der ND-Verdampfereinheit 31 vorgeordnet. Auf die ND-Verdampfereinheit 31 folgen die HD-Vorwärmeinheit 23 und die ND-Vorwärmeinheit 33. Die optionale Hochtemperatur-Vorwärmeinheit 22 des HD-ORC-Kreislaufs 20 ist in Strömungsrichtung des Heizmittels im Heizmittelkreislauf zwischen der HD-Verdampfereinheit 21 und ND-Verdampfereinheit 31 angeordnet.The HD evaporator unit 21 , the ND evaporator unit 31 , the HD preheating unit 23 and the LP preheating unit 33 are also in the heating medium circuit 10 involved. Specifically, the HD evaporator unit 21 in the flow direction of the heating medium circuit 10 the LP evaporator unit 31 upstream. On the LP evaporator unit 31 follow the HD preheating unit 23 and the LP preheating unit 33 , The optional high-temperature preheating unit 22 of the HD-ORC cycle 20 is in the flow direction of the heating medium in the heating medium circuit between the HP evaporator unit 21 and LP evaporator unit 31 arranged.

Für alle Ausführungsbeispiele gilt außerdem, dass vom Heizmittelkreislauf 10 ein Fernwärmevorlauf 12 abzweigt, wobei der Fernwärmevorlauf 12 in Strömungsrichtung des Heizmittels des Heizkreislaufs 10 der HD-Verdampfereinheit 21 nachgeordnet ist. Konkret ist bei den hier dargestellten Ausführungsbeispielen vorgesehen, dass der Fernwärmevorlauf 12 unmittelbar nach der ND-Verdampfereinheit 31 vom Heizmittelkreislauf 10 abzweigt. For all embodiments also applies that of the heating medium circuit 10 a district heating advance 12 branches off, the district heating advance 12 in the flow direction of the heating means of the heating circuit 10 the HD evaporator unit 21 is subordinate. Specifically, it is provided in the embodiments shown here that the district heating advance 12 immediately after the LP evaporator unit 31 from the heating medium circuit 10 branches.

In Strömungsrichtung des Heizmittels des Heizmittelkreislaufs 10 folgt auf den abgezweigten Fernwärmevorlauf 12 bei den hier dargestellten Ausführungsbeispielen eine Gabelung 13. Die Gabelung 13 teilt den Heizmittelstrom des Heizmittelkreislaufs 10 auf und führt anteilig Teilströme des Heizmittels an die HD-Vorwärmeinheit 23 und die ND-Vorwärmeinheit 33. Nach Durchströmen der HD-Vorwärmeinheit 23 und der ND-Vorwärmeinheit 33 werden die beiden Teilströme wieder vereint. Dazu ist im Heizmittelkreislauf 10 eine Sammelstelle 17 vorgesehen, die der HD-Vorwärmeinheit 23 und der ND-Vorwärmeinheit 33 nachgeordnet ist. In the flow direction of the heating means of the heating medium circuit 10 follows the branched district heating advance 12 in the embodiments shown here, a fork 13 , The fork 13 divides the heating medium flow of the heating medium circuit 10 and leads proportionately part streams of the heating medium to the HD preheating unit 23 and the LP preheating unit 33 , After flowing through the HD preheating unit 23 and the LP preheating unit 33 the two partial flows are reunited. This is in the heating medium circuit 10 a collection point 17 provided, the HD preheating unit 23 and the LP preheating unit 33 is subordinate.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß 15 ist außerdem vorgesehen, dass jeder der beiden ORC-Kreisläufe 20, 30 im Wesentlichen autark ist. Im Unterschied dazu ist in 6 ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem der HD-ORC-Kreislauf 20 und der ND-ORC-Kreislauf 30 durch einen gemeinsamen ORC-Kreislauf 40 verbunden sind bzw. in einen gemeinsamen ORC-Kreislauf 40 münden. Darauf wird später detailliert eingegangen.In the embodiments according to 1 - 5 It also provides that each of the two ORC circuits 20 . 30 is essentially self-sufficient. In contrast to this is in 6 an embodiment shown in which the HD-ORC cycle 20 and the ND ORC cycle 30 through a common ORC cycle 40 connected or in a common ORC cycle 40 lead. This will be discussed in detail later.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß 15 ist insbesondere vorgesehen, dass der HD-ORC-Kreislauf 20 eine HD-Turbine 25 aufweist, die in Strömungsrichtung des ORC-Fluids der HD-Verdampfereinheit 21 nachgeordnet ist. Das die HD-Turbine 25 verlassende ORC-Fluid gelangt anschließend in einen HD-Kondensator 26 und wird dort auskondensiert. Das dabei entstehende Kondensat wird in einem HD-Kondensatsammelbehälter 27 gesammelt. Der HD-Kondensatsammelbehälter 27 ist dem HD-Kondensator 26 unmittelbar in Strömungsrichtung des ORC-Fluids nachgeordnet. In the embodiments according to 1 - 5 In particular, it provides that the HD-ORC cycle 20 an HD turbine 25 in the flow direction of the ORC fluid of the HD evaporator unit 21 is subordinate. That's the HD turbine 25 leaving ORC fluid then enters an HD condenser 26 and is condensed out there. The resulting condensate is in an HD condensate collection tank 27 collected. The HD condensate collector 27 is the HD capacitor 26 arranged downstream in the flow direction of the ORC fluid.

Vom HD-Kondensatsammelbehälter 27 wird das ORC-Fluid zur HD-Vorwärmeinheit 23 gepumpt. Dazu weist der HD-ORC-Kreislauf 20 eine HD-Speisepumpe 28 auf, die dem HD-Kondensatsammelbehälter 27 unmittelbar nachgeordnet ist. From HD condensate collector 27 the ORC fluid becomes the HD preheat unit 23 pumped. This is indicated by the HD-ORC cycle 20 an HD feed pump 28 on top of the HD condensate collector 27 is immediately downstream.

In den 15 ist auch erkennbar, dass der HD-ORC-Kreislauf 20 einen HD-Turbinenbypass 29 mit einem Ventil aufweist. Der HD-Turbinenbypass 29 ermöglicht es die HD-Turbine 25 zu umgehen. In analoger Weise weist auch der ND-ORC-Kreislauf 30 einen ND-Turbinenbypass 39 auf. In the 1 - 5 is also evident that the HD-ORC cycle 20 an HD turbine bypass 29 having a valve. The HD turbine bypass 29 allows the HD turbine 25 to get around. Analogously, the ND-ORC cycle also exhibits 30 an LP turbine bypass 39 on.

Der ND-ORC-Kreislauf 30 ist im Wesentlichen analog zu dem HD-ORC-Kreislauf 20 aufgebaut. Insbesondere weist der ND-ORC-Kreislauf 30 im Wesentlichen dieselben Komponenten auf, die jedoch für den Niederdruckbetrieb entsprechend dimensioniert sind. Lediglich für die Hochtemperatur-Vorwärmeinheit 22 gibt es bei den dargestellten Ausführungsbeispielen im ND-ORC-Kreislauf 30 kein analoges Bauteil. Es ist jedoch möglich, im ND-ORC-Kreislauf 30 in analoger Weise einen zusätzlichen Vorwärmer zwischen die ND-Vorwärmeinheit und die ND-Verdampfereinheit einzusetzen.The ND ORC cycle 30 is essentially analogous to the HD-ORC cycle 20 built up. In particular, the ND-ORC cycle has 30 essentially the same components, but dimensioned accordingly for the low pressure operation. Only for the high temperature preheating unit 22 There are in the illustrated embodiments in the ND-ORC circuit 30 no analog component. However, it is possible in the ND-ORC cycle 30 to insert an additional preheater between the LP preheating unit and the LP evaporator unit in an analogous manner.

Konkret umfasst der ND-ORC-Kreislauf 30 eine ND-Turbine 35, die der ND-Verdampfereinheit 31 in Strömungsrichtung des ORC-Fluids nachgeordnet ist. Auf die ND-Turbine 35 folgt ein ND-Kondensator 36, in welchen das ORC-Fluid auskondensiert und an einen ND-Kondensatsammelbehälter 37 geleitet wird. Der ND-Kondensatsammelbehälter 37 ist dem ND-Kondensator 36 in Strömungsrichtung des ORC-Fluids unmittelbar nachgeordnet. Der ND-ORC-Kreislauf 30 umfasst außerdem eine ND-Speisepumpe 38, die bevorzugt unmittelbar dem ND-Kondensatsammelbehälter 37 nachgeordnet ist. Die ND-Speisepumpe 38 ist vorzugsweise vor der ND-Vorwärmeinheit 33 angeordnet.Specifically, the ND-ORC cycle includes 30 an LP turbine 35 , the ND evaporator unit 31 downstream in the flow direction of the ORC fluid. On the LP turbine 35 follows an ND capacitor 36 in which the ORC fluid condenses out and to an LP condensate collector 37 is directed. The LP condensate collector 37 is the ND capacitor 36 immediately downstream in the flow direction of the ORC fluid. The ND ORC cycle 30 also includes an LP feed pump 38 , which preferably directly to the LP condensate collection tank 37 is subordinate. The ND feed pump 38 is preferably in front of the LP preheating unit 33 arranged.

Im Allgemeinen kann vorgesehen sein, dass jeder der ORC-Kreisläufe 20, 30 einen Rekuperator aufweist. Insofern kann das ORC-Fluid in den jeweiligen ORC-Kreislauf 20, 30 zwischen der jeweiligen Turbine 25, 35 und dem jeweiligen Kondensator 26, 36 durch einen Rekuperator geleitet werden. Der Rekuperator ist vorzugsweise so im jeweiligen ORC-Kreislauf 20, 30 angeordnet, dass das von der jeweiligen Speisepumpe 28, 38 geförderte ORC-Fluid erst durch den Rekuperator vorgewärmt und anschließend der jeweiligen Vorwärmeinheit 23, 33 zugeführt wird.In general, it can be provided that each of the ORC circuits 20 . 30 having a recuperator. In this respect, the ORC fluid in the respective ORC cycle 20 . 30 between the respective turbine 25 . 35 and the respective capacitor 26 . 36 be passed through a recuperator. The recuperator is preferably in the respective ORC cycle 20 . 30 arranged that of the respective feed pump 28 . 38 pumped ORC fluid first preheated by the recuperator and then the respective preheating unit 23 . 33 is supplied.

Mit Blick auf die einzelnen Bauteile der ORC-Kreisläufe 20, 30 ist hervorzuheben, dass als Kondensatoren 26, 36 sowohl Luftkondensatoren, als auch eine Wasserkühlung vorgesehen sein können, wobei die Wasserkühlung im Kontext der vorliegenden Anmeldung ebenfalls als Kondensatoreinheit bezeichnet wird. With a view to the individual components of the ORC circuits 20 . 30 is to emphasize that as capacitors 26 . 36 both air condensers, as well as a water cooling can be provided, wherein the water cooling in the context of the present application is also referred to as a capacitor unit.

Im Übrigen ist es möglich, dass sich die beiden ORC-Kreisläufe 20, 30 einzelne Bauteile teilen. Insbesondere kann ein gemeinsamer Kondensatsammelbehälter 44 vorgesehen sein, der sowohl mit dem HD-ORC-Kreislauf 20, als auch mit dem ND-ORC-Kreislauf 30 verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine gemeinsame Kondensatoreinheit 43 vorgesehen sein. Es ist auch möglich, dass die beiden ORC-Kreisläufe 20, 30 eine gemeinsame Speisepumpe 41 umfassen. Ebenso kann ein gemeinsamer Rekuperator 42 vorgesehen sein, der mit beiden ORC-Kreisläufen 20, 30 gekoppelt ist.Incidentally, it is possible that the two ORC circuits 20 . 30 share individual components. In particular, a common condensate collection 44 be provided with both the HD-ORC circuit 20 , as well as with the ND-ORC cycle 30 connected is. Alternatively or additionally, it is also possible to use a common capacitor unit 43 be provided. It is also possible that the two ORC circuits 20 . 30 a common feed pump 41 include. Likewise, a common recuperator 42 be provided with both ORC circuits 20 . 30 is coupled.

In den 14 sind unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt, die sich insbesondere in der Gestaltung des Heizmittelkreislaufs 10 unterscheiden. Der HD-ORC-Kreislauf 20 und der ND-ORC-Kreislauf 30 sind im Wesentlichen identisch. Die Ausführungsbeispiele gemäß 5 und 6 unterscheiden sich hingegen vielmehr durch die Gestaltung der ORC-Kreisläufe 20, 30 von den Ausführungsbeispielen gemäß 14. In the 1 - 4 different embodiments of the invention are shown, particularly in the design of the heating medium circuit 10 differ. The HD ORC circuit 20 and the ND ORC cycle 30 are essentially identical. The embodiments according to 5 and 6 On the other hand, they differ in the design of the ORC circuits 20 . 30 of the embodiments according to 1 - 4 ,

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem der Heizmittelkreislauf 10 einen Fernwärmevorlauf 12 aufweist, der stromabwärts der ND-Verdampfereinheit 31 angeordnet und dieser im Heizmittelkreislauf 10 unmittelbar nachgeordnet ist. 1 shows an embodiment of the invention, in which the heating medium circuit 10 a district heating advance 12 downstream of the LP evaporator unit 31 arranged and this in the heating medium circuit 10 is immediately downstream.

Der Fernwärmevorlauf 12 zweigt vom Heizmittelkreislauf 10 ab. Insbesondere ist der Fernwärmevorlauf 12 zwischen der ND-Verdampfereinheit 31 und der Gabelung 13 angeordnet. Der Fernwärmevorlauf 12 führt einen Teilmassenstrom des Heizmittels vom Heizmittelkreislauf 10 ab und leitet diesen Teilmassenstrom einem Fernwärmenetz zu. Der Fernwärmevorlauf 12 ist mittelbar über das Fernwärmenetz mit einem Fernwärmerücklauf 14 verbunden, der nach der HD-Vorwärmeinheit 23 und der ND-Vorwärmeinheit 33, insbesondere nach der Sammelstelle 17, in den Heizmittelkreislauf 10 mündet. The district heating advance 12 branches from the heating medium circuit 10 from. In particular, the Fernwärmevorlauf 12 between the LP evaporator unit 31 and the crotch 13 arranged. The district heating advance 12 performs a partial mass flow of the heating medium from the heating medium circuit 10 and diverts this partial mass flow to a district heating network. The district heating advance 12 is indirectly via the district heating network with a district heating return 14 connected after the HD preheat unit 23 and the LP preheating unit 33 , in particular to the collection point 17 , in the heating medium circuit 10 empties.

Durch den Fernwärmevorlauf 12 wird einerseits ein Teilmassenstrom des Heizmittels dem Fernwärmenetz zugeführt. Andererseits wird der Massenstrom des Heizmittels, der für die HD-Vorwärmeinheit 23 und die ND-Vorwärmeinheit 33 zur Verfügung steht, reduziert. Der verbleibende Massenstrom reicht jedoch aus, um die ORC-Fluide in dem HD-ORC-Kreislauf 20 und dem ND-ORC-Kreislauf 30 ausreichend vorzuwärmen. Um im HD-ORC-Kreislauf 20 eine Vorwärmung bis zur Verdampfungstemperatur zu erreichen, ist zusätzlich die Hochtemperatur-Vorwärmeinheit 22 vorgesehen. Through the district heating advance 12 On the one hand, a partial mass flow of the heating medium is supplied to the district heating network. On the other hand, the mass flow of the heating means, which for the HD preheating unit 23 and the LP preheating unit 33 is available, reduced. However, the remaining mass flow is sufficient to remove the ORC fluids in the HD-ORC cycle 20 and the ND-ORC circuit 30 to preheat sufficiently. To be in the HD ORC cycle 20 to achieve a preheating up to the evaporation temperature, is also the high-temperature preheating unit 22 intended.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist zusätzlich vorgesehen, dass der Heizmittelkreislauf 10 mit Primärvorwärmeinheiten 24, 34 gekoppelt ist. Die Primärvorwärmeinheiten 24, 34 sind in Strömungsrichtung des Heizmittels den Vorwärmeinheiten 23, 33 nachgeordnet. In the embodiment according to 2 is additionally provided that the heating medium circuit 10 with primary preheating units 24 . 34 is coupled. The primary preheating units 24 . 34 are in the flow direction of the heating means the preheating 23 . 33 downstream.

Insbesondere ist im HD-ORC-Kreislauf 20 eine HD-Primärvorwärmeinheit 24 angeordnet, die in Strömungsrichtung des ORC-Fluids der HD-Vorwärmeinheit 23 vorgeordnet ist. Ebenso weist der ND-ORC-Kreislauf 30 eine ND-Primärvorwärmeinheit 34 auf, die der ND-Vorwärmeinheit in Strömungsrichtung des ORC-Fluids vorgeordnet ist.In particular, in the HD-ORC cycle 20 an HD primary preheating unit 24 arranged in Flow direction of the ORC fluid of the HD preheating unit 23 is upstream. Similarly, the ND-ORC cycle 30 an LP primary preheating unit 34 upstream of the LP preheating unit in the flow direction of the ORC fluid.

Der Heizmittelkreislauf 10 umfasst eine Ausgleichsleitung 16, die die HD-Vorwärmeinheit 23, die ND-Vorwärmeinheit 33, die HD-Primärvorwärmeinheit 24 und die ND-Primärvorwärmeinheit 34 miteinander verbindet. In die Ausgleichsleitung 16 mündet der Fernwärmerücklauf 14. Der über den Fernwärmerücklauf 14 zusätzlich bereitgestellte Heizmittel-Massenstrom erhöht auf diese Weise den Massenstrom des Heizmittels, der durch die Primärvorwärmeinheiten 24, 34 strömt. The heating medium circuit 10 includes a compensation line 16 that the HD preheat unit 23 , the LP preheating unit 33 , the HD primary preheating unit 24 and the LP primary preheating unit 34 connects with each other. In the compensation line 16 the district heating return ends 14 , The over the district heating return 14 additionally provided heating medium mass flow increases in this way the mass flow of the heating medium through the Primärvorwärmeinheiten 24 . 34 flows.

Konkret wird das Heizmittel im Heizmittelkreislauf 10 zunächst an der Gabelung 13 in zwei Teilströme aufgeteilt. Der HD-Vorwärmeinheit 23 und der ND-Vorwärmeinheit 33 wird jeweils ein Teilstrom zugeleitet. Die beiden Teilströme werden nach der HD-Vorwärmeinheit 23 und der ND-Vorwärmeinheit 33 durch die Ausgleichsleitung 16 zusammengeführt, wobei gleichzeitig ein Rückstrom aus dem Fernwärmenetz über den Fernwärmerücklauf 14 zugemischt wird. Dieses Gemisch aus den beiden Teilströmen, die aus der HD-Vorwärmeinheit 23 und der ND-Vorwärmeinheit 33 kommen, und dem Rücklauf aus dem Fernwärmenetz über den Fernwärmerücklauf 14 wird wiederum in zwei Primärteilströme aufgeteilt, die jeweils den Primärvorwärmeinheiten 24, 34 zugeführt werden. Specifically, the heating medium in the heating medium circuit 10 first at the fork 13 divided into two sub-streams. The HD preheating unit 23 and the LP preheating unit 33 in each case a partial flow is supplied. The two partial flows are after the HD preheating unit 23 and the LP preheating unit 33 through the equalization line 16 at the same time a return flow from the district heating network via the district heating return 14 is mixed. This mixture of the two partial streams coming from the HD preheating unit 23 and the LP preheating unit 33 come, and the return from the district heating network on the district heating return 14 is in turn divided into two primary sub-streams, each of the Primärvorwärmeinheiten 24 . 34 be supplied.

In Strömungsrichtung des Heizmittels ist den Primärvorwärmeinheiten 24, 34 die Sammelstelle 17 nachgeordnet. Die Sammelstelle 17 vereint die aus den Primärvorwärmeinheiten 24, 34 kommenden Primärteilströme einschließlich des zugemischten Massenstroms aus dem Fernwärmenetz und führt sie gemeinsam weiter. In the flow direction of the heating means is the Primärvorwärmeinheiten 24 . 34 the collection point 17 downstream. The collection point 17 unites those from the primary preheating units 24 . 34 coming primary streams including the added mass flow from the district heating network and leads them together.

Das Ausführungsbeispiel gemäß 3 baut im Wesentlichen auf dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 auf. Zusätzlich ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 vorgesehen, dass in Strömungsrichtung des Heizmittels im Heizmittelkreislauf 10 der HD-Verdampfereinheit 21 ein Fernwärmebypass 11 vorgeordnet ist, der einen Teilstrom des Heizmittels vor der Zuführung zu dem hier beschriebenen ORC-Prozess an das Fernwärmenetz abzweigt. Über den Fernwärmebypass 11 wird also ein Teil des ursprünglichen Heizmittelmassestroms in das Fernwärmenetz abgeleitet. Der Fernwärmebypass 11 ist mittelbar über das Fernwärmenetz mit dem Fernwärmerücklauf 14 verbunden. Gleichzeitig ist der Fernwärmevorlauf 12 mittelbar über das Fernwärmenetz mit dem Fernwärmerücklauf 14 verbunden. Der Fernwärmerücklauf 14 vereint somit alle zuvor für das Fernwärmenetz abgezweigten Teilmassenströme und mischt diese über die Ausgleichsleitung 16 den Primärteilströmen des Heizmittels bei, die den Primärvorwärmeinheiten 24, 34 zugeleitet werden.The embodiment according to 3 essentially builds on the embodiment according to 2 on. In addition, in the embodiment according to 3 provided that in the flow direction of the heating medium in the heating medium circuit 10 the HD evaporator unit 21 a district heating bypass 11 is upstream, which branches off a partial flow of the heating medium before being supplied to the ORC process described here to the district heating network. About the district heating bypass 11 So part of the original Heizmittelmassestroms is derived in the district heating network. The district heating bypass 11 is indirect via the district heating network with the district heating return 14 connected. At the same time is the district heating advance 12 indirectly via the district heating network with the district heating return 14 connected. The district heating return 14 thus unites all previously branched off for the district heating network sub-mass flows and mixes them via the compensation line 16 the primary part streams of the heating medium, the primary preheating units 24 . 34 be forwarded.

In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, wobei das Ausführungsbeispiel gemäß 2 die Grundlage bildet. Ergänzend zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 vorgesehen, dass zwischen der HD-Verdampfereinheit 21 und der Hochtemperatur-Vorwärmeinheit 22 eine Zumischleitung 15 abzweigt, die mit dem Fernwärmevorlauf 12 verbunden ist. So kann ein Massestrom des nach der HD-Verdampfereinheit 21 noch relativ heißen Heizmittels in den Fernwärmevorlauf 12 gespeist werden und so im Wesentlichen die Temperatur des für das Fernwärmenetz bereitgestellten Heizmittel-Massenstroms entsprechend erhöhen. In 4 a further embodiment of the invention is shown, wherein the embodiment according to 2 forms the basis. In addition to the embodiment according to 2 is in the embodiment according to 4 provided that between the HD evaporator unit 21 and the high temperature preheating unit 22 a mixing line 15 branches, which with the district heating advance 12 connected is. So can a mass flow of the after HD evaporator unit 21 still relatively hot heating medium in the Fernwärmevorlauf 12 be substantially increased and thus substantially increase the temperature of the provided for the district heating network Heizmittel mass flow accordingly.

Das Ausführungsbeispiel gemäß 4 geht ebenfalls auf das Ausführungsbeispiel gemäß 2 zurück. Insbesondere der Heizmittelkreislauf 10 ist identisch zu dem Heizmittelkreislauf 10 gemäß 2 aufgebaut. The embodiment according to 4 also goes to the embodiment according to 2 back. In particular, the heating medium circuit 10 is identical to the heating medium circuit 10 according to 2 built up.

Das Ausführungsbeispiel gemäß 5 unterscheidet sich von den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen jedoch durch die Gestaltung der ORC-Kreisläufe 20, 30. Insbesondere ist sowohl im HD-ORC-Kreislauf 20, als auch im ND-ORC-Kreislauf 30 jeweils eine Frostschutzschaltung vorgesehen, die eine Beschädigung der HD-Primärvorwärmeinheit 24 bzw. der ND-Primärvorwärmeinheit 34 vermeiden soll. Eine derartige Frostschutzschaltung kann selbstverständlich bei allen Ausführungsbeispielen der Erfindung implementiert werden.The embodiment according to 5 differs from the embodiments described above, however, by the design of the ORC circuits 20 . 30 , In particular, both in the HD-ORC cycle 20 , as well as in the ND ORC cycle 30 each provided a frost protection circuit, which is a damage to the HD Primärvorwärmeinheit 24 or the ND primary preheating unit 34 should avoid. Such a frost protection circuit can, of course, be implemented in all embodiments of the invention.

Konkret ist im HD-ORC-Kreislauf 20 ein Frostschutzbypass 46 vorgesehen, der in Strömungsrichtung des ORC-Fluids nach der HD-Primärvorwärmeinheit abzweigt und vor der HD-Primärvorwärmeinheit 24 wieder in den HD-ORC-Kreislauf 20 mündet. Im Frostschutzbypass 46 ist eine Frostschutzpumpe 47 angeordnet, die für eine entsprechende Zirkulation des ORC-Fluids im Frostschutzbypass 46 dient. Specifically is in the HD-ORC cycle 20 an antifreeze bypass 46 is provided, which branches in the flow direction of the ORC fluid after the HD Primärvorwärmeinheit and before the HD Primärvorwärmeinheit 24 back into the HD ORC cycle 20 empties. In antifreeze bypass 46 is an antifreeze pump 47 arranged for a corresponding circulation of the ORC fluid in the antifreeze bypass 46 serves.

Einen entsprechenden Frostschutzbypass 46 weist der ND-ORC-Kreislauf 30 auf. Dabei zweigt der Frostschutzbypass 46 in Strömungsrichtung des ORC-Fluids nach der ND-Vorwärmeinheit 33 ab und mündet in den ND-ORC-Kreislauf 30 vor der ND-Primärvorwärmeinheit 34. Der Frostschutzbypass 46 im ND-ORC-Kreislauf 30 weist ebenfalls eine Frostschutzpumpe 47 auf, die für die Zirkulation des ORC-Fluids im Frostschutzbypass 46 dient. A corresponding antifreeze bypass 46 indicates the ND-ORC cycle 30 on. At the same time the antifreeze bypass branches 46 in the flow direction of the ORC fluid after the LP preheating unit 33 and ends in the ND ORC cycle 30 in front of the LP primary preheating unit 34 , The antifreeze bypass 46 in the ND-ORC cycle 30 also has an antifreeze pump 47 for the circulation of the ORC fluid in the antifreeze bypass 46 serves.

Der Frostschutzbypass 46 bewirkt eine Rückspülung des durch die jeweilige Primärvorwärmeinheit 24, 34 vorgewärmten ORC-Fluids und vermeidet so, dass durch die Primärvorwärmeinheit 24, 34 strömendes Heizmittel auf unter den Gefrierpunkt abgekühlt wird. Insbesondere kann der Frostschutzbypass 46, beispielsweise mittels einer entsprechenden Steuerung der Frostschutzpumpe 47, so eingestellt sein, dass eine vorbestimmte Mindesttemperatur des Heizmittels nicht unterschritten wird. Auf diese Weise kann beispielsweise eine chemische Ausfällung im Heizmittel vermieden werden.The antifreeze bypass 46 causes a backwashing of the respective Primärvorwärmeinheit 24 . 34 preheated ORC fluids, thus avoiding through the Primärvorwärmeinheit 24 . 34 flowing heating medium is cooled to below freezing. In particular, the antifreeze bypass 46 , For example by means of a corresponding control of the antifreeze pump 47 , be set so that a predetermined minimum temperature of the heating medium is not exceeded. In this way, for example, a chemical precipitation in the heating means can be avoided.

In 6 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei welchem der HD-ORC-Kreislauf 20 und der ND-ORC-Kreislauf 30 mit einem gemeinsamen ORC-Kreislauf 40 gekoppelt sind. Die Verwendung eines gemeinsamen ORC-Kreislaufes 40 ist für alle Ausführungsbeispiele der Erfindung möglich und wird anhand von 6 auf Basis des Ausführungsbeispiels gemäß 1 lediglich beispielhaft erläutert.In 6 an embodiment of the invention is shown in which the HD-ORC cycle 20 and the ND ORC cycle 30 with a common ORC cycle 40 are coupled. The use of a common ORC cycle 40 is possible for all embodiments of the invention and is based on 6 based on the embodiment according to 1 merely exemplified.

Der gemeinsame ORC-Kreislauf 40 weist einen gemeinsamen Rekuperator 42, eine gemeinsame Kondensatoreinheit 43, einen gemeinsamen Kondensatorbehälter 44 und eine gemeinsame Speisepumpe 41 auf. Die ORC-Fluide des HD-ORC-Kreislaufs 20 und des ND-ORC-Kreislaufs 30 gelangen nach Austritt aus der HD-Turbine 25 bzw. ND-Turbine 35 gemeinsam in dem gemeinsamen Rekuperator 42. Bei Durchtreten des gemeinsamen Rekuperators 42 wärmt das ORC-Fluidgemisch bereits kondensiertes ORC-Fluidgemisch vor. Mit anderen Worten wird im Rekuperator 42 dem aus den Turbinen entnommenen entspannten ORC-Fluidgemisch Wärme entzogen und dem auskondensierten ORC-Fluidgemisch zugeführt. The common ORC cycle 40 has a common recuperator 42 , a common capacitor unit 43 , a common capacitor tank 44 and a common feed pump 41 on. The ORC fluids of the HD-ORC circuit 20 and the ND-ORC cycle 30 arrive after exiting the HD turbine 25 or LP turbine 35 together in the shared recuperator 42 , When passing through the common recuperator 42 the ORC fluid mixture preheats already condensed ORC fluid mixture. In other words, in the recuperator 42 The extracted from the turbines relaxed ORC fluid mixture extracted heat and fed to the condensed ORC fluid mixture.

Nach der Wärmeabgabe im gemeinsamen Rekuperator 42 gelangt das ORC-Fluidgemisch in die gemeinsame Kondensatoreinheit 43, die beispielsweise einen Luftkondensator oder eine Wasserkühlung umfassen kann. In der gemeinsamen Kondensatoreinheit 43 wird das ORC-Fluidgemisch auskondensiert und im gemeinsamen Kondensatsammelbehälter 44 gesammelt. Über die gemeinsame Speisepumpe 41 wird das auskondensierte und gesammelte ORC-Fluidgemisch zum gemeinsamen Rekuperator 42 gefördert und dort durch die Wärmeübertragung von ORC-Fluidgemisch, welches aus den Turiben 25, 35 entnommen ist, vorgewärmt. Anschließend wird das ORC-Fluidgemisch aufgeteilt und jeweils der HD-Vorwärmeinheit 23 und der ND-Vorwärmeinheit 33 zugeführt. Die ORC-Fluide strömen nun getrennt durch den HD-ORC-Kreislauf 20 bzw. den ND-ORC-Kreislauf 30 und werden erst unmittelbar vor dem gemeinsamen Rekuperator 42 wieder vereint. After the heat release in the common recuperator 42 the ORC fluid mixture enters the common condenser unit 43 , which may include, for example, an air condenser or a water cooling. In the common capacitor unit 43 the ORC fluid mixture is condensed out and in the common condensate collection tank 44 collected. About the common feed pump 41 the condensed and collected ORC fluid mixture becomes the common recuperator 42 promoted and there by the heat transfer of ORC fluid mixture, which from the Turiben 25 . 35 taken, preheated. Subsequently, the ORC fluid mixture is divided and each of the HD preheating unit 23 and the LP preheating unit 33 fed. The ORC fluids now flow separately through the HD-ORC circuit 20 or the ND ORC circuit 30 and only become immediately before the common recuperator 42 reunited.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 kann im HD-ORC-Kreislauf 20 zusätzlich eine HD-Speisepumpe 28 vorgesehen sein. Die HD-Speisepumpe 28 ist vorzugsweise unmittelbar nach der Abzweigung des ND-ORC-Kreislaufs 30 angeordnet. Durch die HD-Speisepumpe 28 kann im HD-ORC-Kreislauf 20 ein anderer Druck als im ND-ORC-Kreislauf 30 eingestellt werden.In the embodiment according to 6 can in HD ORC cycle 20 in addition an HD feed pump 28 be provided. The HD feed pump 28 is preferably immediately after the branch of the ND-ORC cycle 30 arranged. Through the HD feed pump 28 can in HD ORC cycle 20 another pressure than in the ND-ORC cycle 30 be set.

Im Allgemeinen ist bei allen Ausführungsbeispielen, die in den 16 dargestellt sind, vorgesehen, dass die HD-Turbine 25 und die ND-Turbine 35 über ein Getriebe miteinander gekoppelt sind. Insbesondere können die HD-Turbine 25 und die ND-Turbine 35 jeweils Laufräder einer gemeinsamen Turbine bilden, wobei die Laufräder durch ein Untersetzungsgetriebe miteinander verbunden sind. Die HD-Turbine 25 und die ND-Turbine 35 sind mit einem gemeinsamen Generator 45 gekoppelt, der die in den Turbinen 25, 35 erzeugte Bewegungsenergie bzw. mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Alternativ dazu ist es möglich, dass sowohl der HD-ORC-Kreislauf 20, als auch der ND-ORC-Kreislauf 30 jeweils separate Turbinen 25, 35 aufweisen, wobei jeder Turbine 25, 35 ein eigener Generator 45 zugeordnet ist.In general, in all embodiments, which is in the 1 - 6 are shown provided that the HD turbine 25 and the LP turbine 35 are coupled together via a gearbox. In particular, the HD turbine 25 and the LP turbine 35 each form wheels of a common turbine, the wheels are connected by a reduction gear with each other. The HD turbine 25 and the LP turbine 35 are with a common generator 45 coupled to those in the turbines 25 . 35 generated kinetic energy or mechanical energy converts into electrical energy. Alternatively, it is possible that both the HD-ORC cycle 20 , as well as the ND-ORC cycle 30 each separate turbines 25 . 35 have, each turbine 25 . 35 a separate generator 45 assigned.

Im Allgemeinen gilt für alle Ausführungsbeispiele, dass als ORC-Fluide in einem oder beiden ORC-Kreisläufen folgende Stoffgruppen verwendet werden können: Silikonöle, ganz- und teilhalogenierte Kohlenwasserstoffe (insbesondere teilfluorierte Kohlenwasserstoffe), Kohlenwasserstoffe (insbesondere Alkane, Alkene, Alkohole). Insbesondere Alkane wie n-Pentan, Isopentan, Neopentan, n-Butan und Isobutan können als ORC-Fluid verwendet werden. Es ist auch möglich ein Stoffgemisch aus den vorgenannten Stoffgruppen als ORC-Fluid einzusetzen.In general, it applies to all exemplary embodiments that the following substance groups can be used as ORC fluids in one or both ORC circuits: silicone oils, fully and partially halogenated hydrocarbons (in particular partially fluorinated hydrocarbons), hydrocarbons (in particular alkanes, alkenes, alcohols). In particular, alkanes such as n-pentane, isopentane, neopentane, n-butane and isobutane can be used as the ORC fluid. It is also possible to use a substance mixture of the abovementioned substance groups as ORC fluid.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung oder die erfindungsgemäße Geothermieanlage kann außerdem anlagenbautypische Ausstattungen wie Armaturen, Messinstrumenten, Regelkreisen, eine Steuerung oder ähnliche Hilfskomponenten aufweisen.The device according to the invention or the geothermal plant according to the invention can also have equipment typical of the installation, such as fittings, measuring instruments, control circuits, a control or similar auxiliary components.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Heizmittelkreislauf heating medium
1111
Fernwärmebypass district heating bypass
1212
Fernwärmevorlauf District heating supply
1313
Gabelung crotch
1414
Fernwärmerücklauf  District heating return
1515
Zumischleitung admixing
1616
Ausgleichsleitung compensation line
1717
Sammelstelle collection
2020
Hochdruck-ORC-Kreislauf High-pressure ORC cycle
2121
Hochdruck-Verdampfereinheit High pressure evaporator unit
2222
Hochtemperatur-Vorwärmeinheit High-temperature preheating
2323
Hochdruck-Vorwärmeinheit High-pressure preheating
2424
Hochdruck-Primärvorwärmeinheit High pressure Primärvorwärmeinheit
2525
Hochdruck-Turbine High pressure turbine
2626
Hochdruck-Kondensator High-pressure condenser
27 27
Hochdruck-Kondensatsammelbehälter High-pressure condensate collection vessel
2828
Hochdruck-Speisepumpe High-pressure feed pump
2929
Hochdruck-Turbinenbypass High pressure turbine bypass
3030
Niederdruck-ORC-Kreislauf Low pressure ORC cycle
3131
Niederdruck-Verdampfereinheit Low pressure evaporator unit
3333
Niederdruck-Vorwärmeinheit Low pressure preheating
3434
Niederdruck-Primärvorwärmeinheit Low pressure Primärvorwärmeinheit
3535
Niederdruck-Turbine Low pressure turbine
3636
Niederdruck-Kondensator Low pressure condenser
3737
Niederdruck-Kondensatsammelbehälter Low pressure condensate tank
3838
Niederdruck-Speisepumpe Low-pressure feed pump
3939
Niederdruck-Turbinenbypas Low pressure Turbinenbypas
4040
Gemeinsamer ORC-Kreislauf Common ORC cycle
4141
Gemeinsame Speisepumpe Common feed pump
4242
Gemeinsamer Rekuperator Common recuperator
4343
Gemeinsame Kondensatoreinheit Common capacitor unit
4444
Gemeinsamer Kondensatsammelbehälter Common condensate collector
4545
Generator generator
4646
Frostschutzbypass Frost protection bypass
4747
Frostschutzpumpe Antifreeze pump

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2009/056341 A2 [0001, 0003] WO 2009/056341 A2 [0001, 0003]

Claims (15)

Vorrichtung zur Energieerzeugung nach dem ORC-Prinzip mit einem Heizmittelkreislauf (10), einem Hochdruck-ORC-Kreislauf (20) und wenigstens einem Niederdruck-ORC-Kreislauf (30), wobei der Heizmittelkreislauf (10) durch eine Hochdruck-Verdampfereinheit (21) und wenigstens eine Hochdruck-Vorwärmeinheit (23) mit dem Hochdruck-ORC-Kreislauf (20) und durch eine Niederdruck-Verdampfereinheit (31) und wenigstens eine Niederdruck-Vorwärmeinheit (33) mit dem Niederdruck-ORC-Kreislauf (30) thermisch gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Heizmittelkreislauf stromabwärts der Hochdruck-Verdampfereinheit (21) ein Fernwärmevorlauf (12) abzweigt.Device for generating energy according to the ORC principle with a heating medium circuit ( 10 ), a high-pressure ORC circuit ( 20 ) and at least one low pressure ORC cycle ( 30 ), wherein the heating medium circuit ( 10 ) by a high-pressure evaporator unit ( 21 ) and at least one high-pressure preheating unit ( 23 ) with the high-pressure ORC circuit ( 20 ) and by a low-pressure evaporator unit ( 31 ) and at least one low-pressure preheating unit ( 33 ) with the low-pressure ORC circuit ( 30 ) is thermally coupled, characterized in that in the Heizmittelkreislauf downstream of the high-pressure evaporator unit ( 21 ) a district heating forecast ( 12 ) branches off. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fernwärmevorlauf (12) in Strömungsrichtung des Heizmittelkreislaufs (10) unmittelbar nach der Niederdruck-Verdampfereinheit (31) abzweigt.Apparatus according to claim 1, characterized in that the district heating ( 12 ) in the flow direction of the heating medium circuit ( 10 ) immediately after the low pressure evaporator unit ( 31 ) branches off. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fernwärmevorlauf (12) zwischen der Niederdruck-Verdampfereinheit (31) und der Hochdruck-Vorwärmeinheit (23) und/oder der Niederdruck-Vorwärmeinheit (33) abzweigt.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the district heating ( 12 ) between the low pressure evaporator unit ( 31 ) and the high-pressure preheating unit ( 23 ) and / or the low-pressure preheating unit ( 33 ) branches off. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizmittelkreislauf (10) in Strömungsrichtung nach dem Fernwärmevorlauf (12) eine Gabelung (13) aufweist, die den Heizmittelkreislauf (10) so aufteilt, dass ein Heizmittelstrom des Heizmittelkreislaufs (10) jeweils anteilig der Hochdruck-Vorwärmeinheit (23) und der Niederdruck-Vorwärmeinheit (33) zugeführt wird.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the heating medium circuit ( 10 ) in the flow direction after the Fernwärmevorlauf ( 12 ) a fork ( 13 ), which the heating medium circuit ( 10 ) so that a Heizmittelstrom the Heizmittelkreislaufs ( 10 ) in each case proportionally to the high-pressure preheating unit ( 23 ) and the low-pressure preheating unit ( 33 ) is supplied. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Fernwärmevorlauf (12) zwischen der Niederdruck-Verdampfereinheit (31) und der Gabelung (13) abzweigt.Apparatus according to claim 4, characterized in that the district heating ( 12 ) between the low pressure evaporator unit ( 31 ) and the fork ( 13 ) branches off. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fernwärmevorlauf (12) mit einem Fernwärmerücklauf (14) verbunden ist, der in Strömungsrichtung des Heizmittelkreislaufs (10) nach der Hochdruck-Vorwärmeinheit (23) und/oder nach der Niederdruck-Vorwärmeinheit (33) in den Heizmittelkreislauf (10) mündet.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the district heating feed ( 12 ) with a district heating return ( 14 ), which in the flow direction of the heating medium circuit ( 10 ) after the high-pressure preheating unit ( 23 ) and / or after the low-pressure preheating unit ( 33 ) in the heating medium circuit ( 10 ) opens. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnett, dass in Strömungsrichtung des Heizmittelkreislaufs (10) nach der Niederdruck-Vorwärmeinheit (23) eine Hochdruck-Primärvorwärmeinheit (24) im Hochdruck-ORC-Kreislauf (20) und/oder eine Niederdruck-Primärvorwärmeinheit (34) im Niederdruck-ORC-Kreislauf (30) angeordnet ist, wobei die Hochdruck-Vorwärmeinheit (23) mit der Hochdruck-Primärvorwärmeinheit (24) und/oder die Niederdruck-Vorwärmeinheit (33) mit der Niederdruck-Primärvorwärmeinheit (34) jeweils direkt fluidverbunden ist.Apparatus according to claim 6, characterized in that in the flow direction of the heating medium circuit ( 10 ) after the low-pressure preheating unit ( 23 ) a high pressure primary preheating unit ( 24 ) in the high-pressure ORC circuit ( 20 ) and / or a low-pressure Primärvorwärmeinheit ( 34 ) in the low pressure ORC cycle ( 30 ), wherein the high-pressure preheating unit ( 23 ) with the high-pressure primary preheating unit ( 24 ) and / or the low-pressure preheating unit ( 33 ) with the low-pressure primary preheating unit ( 34 ) is each directly fluidly connected. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Fernwärmerücklauf (14) zwischen der Niederdruck-Vorwärmeinheit (33) und der Hochdruck-Primärvorwärmeinheit (24) und/oder zwischen der Niederdruck-Vorwärmeinheit (33) und der Niederdruck-Primärvorwärmeinheit (34) in den Heizmittelkreislauf (10) mündet.Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that the district heating return ( 14 ) between the low-pressure preheating unit ( 33 ) and the high-pressure primary preheating unit ( 24 ) and / or between the low-pressure preheating unit ( 33 ) and the low-pressure primary preheating unit ( 34 ) in the heating medium circuit ( 10 ) opens. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Heizmittelkreislaufs (10) vor dem Hochdruck-Verdampfer (21) ein Fernwärmebypass (11) abzweigt, der mit dem Fernwärmerücklauf (14) verbunden ist. Device according to one of claims 6 to 8, characterized in that in the flow direction of the heating medium circuit ( 10 ) in front of the high-pressure evaporator ( 21 ) a district heating bypass ( 11 ), which is connected to the district heating return ( 14 ) connected is. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Hochdruck-Verdampfereinheit (21) und der Niederdruck-Verdampfereinheit (31) im Hochdruck-ORC-Kreislauf (20) eine zusätzliche Hochtemperatur-Vorwärmeinheit (22) angeordnet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that between the high-pressure evaporator unit ( 21 ) and the low-pressure evaporator unit ( 31 ) in the high-pressure ORC circuit ( 20 ) an additional high-temperature preheating unit ( 22 ) is arranged. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruck-ORC-Kreislauf (20) und der Niederdruck-ORC-Kreislauf (30) in einen gemeinsamen ORC-Kreislauf (40) münden, wobei der gemeinsame ORC-Kreislauf (40) eine gemeinsame Speisepumpe (41) und/oder einen gemeinsamen Rekuperator (42) und/oder eine gemeinsame Vorwärmeinheit und/oder eine gemeinsame Kondensatoreinheit (43) aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the high-pressure ORC circuit ( 20 ) and the low pressure ORC circuit ( 30 ) into a common ORC cycle ( 40 ), the common ORC cycle ( 40 ) a common feed pump ( 41 ) and / or a common recuperator ( 42 ) and / or a common preheating unit and / or a common capacitor unit ( 43 ) having. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Heizmittelkreislaufs (10) unmittelbar nach der Hochdruck-Verdampfereinheit (21), insbesondere zwischen der Hochdruck-Verdampfereinheit (21) und der zusätzlichen Hochtemperatur-Vorwärmeinheit (22), eine Zumischleitung (15) abzweigt, die mit dem Fernwärmevorlauf (12) verbunden ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that in the flow direction of the heating medium circuit ( 10 ) immediately after the high pressure evaporator unit ( 21 ), in particular between the high-pressure evaporator unit ( 21 ) and the additional high-temperature preheating unit ( 22 ), a mixing line ( 15 ), which is connected to the district heating 12 ) connected is. Geothermieanlage mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Geothermal plant with a device according to one of the preceding claims. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Energieerzeugung nach dem ORC-Prinzip, wobei die Vorrichtung – einen Heizmittelkreislauf (10), – einen Hochdruck-ORC-Kreislauf (20) und – wenigstens einem Niederdruck-ORC-Kreislauf (30) aufweist und – der Heizmittelkreislauf (10) durch eine Hochdruck-Verdampfereinheit (21) und wenigstens eine Hochdruck-Vorwärmeinheit (23) mit dem Hochdruck-ORC-Kreislauf (20) und durch eine Niederdruck-Verdampfereinheit (31) mit dem Niederdruck-ORC-Kreislauf (30) thermisch gekoppelt ist, wobei von einem Heizmittelstrom des Heizmittelkreislaufs (10) stromabwärts der Hochdruck-Verdampfereinheit (21), insbesondere zwischen der Niederdruck-Verdampfereinheit (31) und der Hochdruck-Vorwärmeinheit (23), ein Teilstrom abgezweigt und in ein Fernwärmenetz eingespeist oder zur Erwärmung eines Fernwärmemediums in einem Fernwärmenetz genutzt wird.Method for operating a device for generating energy according to the ORC principle, wherein the device - a heating medium circuit ( 10 ), - a high-pressure ORC circuit ( 20 ) and - at least one low pressure ORC cycle ( 30 ) and - the heating medium circuit ( 10 ) by a high-pressure evaporator unit ( 21 ) and at least one high-pressure preheating unit ( 23 ) with the high-pressure ORC circuit ( 20 ) and by a low-pressure Evaporator unit ( 31 ) with the low-pressure ORC circuit ( 30 ) is thermally coupled, wherein of a Heizmittelstrom the Heizmittelkreislaufs ( 10 ) downstream of the high pressure evaporator unit ( 21 ), in particular between the low-pressure evaporator unit ( 31 ) and the high-pressure preheating unit ( 23 ), a partial flow is diverted and fed into a district heating network or used to heat a district heating medium in a district heating network. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Energieerzeugung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.A method according to claim 14, characterized in that the device for generating energy according to one of claims 1 to 12 is formed.
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