DE102018209054A1

DE102018209054A1 - Power generating device for generating electrical power and power grid with such a power generating device

Info

Publication number: DE102018209054A1
Application number: DE102018209054.8A
Authority: DE
Inventors: Gerald Fast; Stefan Hecker; Benjamin Wulle
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2018-06-07
Filing date: 2018-06-07
Publication date: 2019-12-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leistungserzeugungseinrichtung (3), eingerichtet zur Erzeugung elektrischer Leistung, mit einer Kreisprozesseinrichtung (5), eingerichtet zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses, wobei die Kreisprozesseinrichtung (5) eine Kraftmaschine (7) mit einer Abtriebswelle (9) aufweist, und mit einer ersten elektrischen Maschine (11), die eine Läuferwelle (13) aufweist, wobei die erste elektrische Maschine (11) an ein Stromnetz (1) anschließbar ist, wobei die Abtriebswelle (9) und die Läuferwelle (13) miteinander wirkverbunden sind, sodass die Läuferwelle (9) durch die Abtriebswelle (13) antreibbar ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Abtriebswelle (9) und die Läuferwelle (13) über eine Freilaufeinrichtung (15) miteinander wirkverbunden sind, wobei die Freilaufeinrichtung (15) eingerichtet ist, um die Abtriebswelle (9) und die Läuferwelle (13) in einem ersten Betriebszustand, wenn eine Drehzahl der Abtriebswelle (9) bei gleichem Drehsinn der Abtriebswelle (9) und der Läuferwelle (13) größer ist als eine Netzdrehzahl der Läuferwelle (13), miteinander zu koppeln, sodass ein Drehmoment von der Abtriebswelle (9) auf die Läuferwelle (13) übertragbar ist, und die Abtriebswelle (9) und die Läuferwelle (13) in einem zweiten Betriebszustand, wenn die Drehzahl der Abtriebswelle (9) kleiner ist als die Netzdrehzahl der Läuferwelle (13), voneinander zu entkoppeln, sodass kein Drehmoment zwischen der Abtriebswelle (9) und der Läuferwelle (13) übertragbar ist.The invention relates to a power generating device (3), designed for generating electrical power, with a cycle processing device (5), configured for carrying out a thermodynamic cycle, the cycle device (5) having an engine (7) with an output shaft (9), and with a first electric machine (11) having a rotor shaft (13), wherein the first electric machine (11) to a power grid (1) is connectable, wherein the output shaft (9) and the rotor shaft (13) are operatively connected, so that the rotor shaft (9) by the output shaft (13) is drivable. It is provided that the output shaft (9) and the rotor shaft (13) via a freewheel device (15) are operatively connected to each other, wherein the freewheel device (15) is arranged to the output shaft (9) and the rotor shaft (13) in a first Operating state, when a speed of the output shaft (9) with the same sense of rotation of the output shaft (9) and the rotor shaft (13) is greater than a network speed of the rotor shaft (13) to couple with each other, so that a torque from the output shaft (9) on the Rotor shaft (13) is transferable, and the output shaft (9) and the rotor shaft (13) in a second operating state, when the rotational speed of the output shaft (9) is smaller than the network speed of the rotor shaft (13) to decouple from each other, so no torque between the output shaft (9) and the rotor shaft (13) is transferable.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leistungserzeugungseinrichtung zur Erzeugung elektrischer Leistung sowie ein Stromnetz mit einer solchen Leistungserzeugungseinrichtung.The invention relates to a power generating device for generating electrical power and a power grid with such a power generating device.

Im Zuge der stetigen Erhöhung der Energieeffizienz von Leistungserzeugern, insbesondere von Brennkraftmaschinen, finden Kreisprozesseinrichtungen zur Durchführung von thermodynamischen Kreisprozessen immer stärker verbreitete Anwendung, wobei die Kreisprozesseinrichtungen typischerweise eingesetzt werden, um Abwärme eines Leistungserzeugers, beispielsweise aus einer Verbrennung in einer Brennkraftmaschine, aufzunehmen und in mechanische Arbeit und/oder elektrische Leistung zu wandeln. Solche Kreisprozesseinrichtungen, die insbesondere eingerichtet sein können um einen sogenannten ORC-Kreisprozess durchzuführen (Organic Rankine Cycle), finden beispielsweise Anwendung zur Abwärmenutzung bei stationär eingesetzten Brennkraftmaschinen zur Stromerzeugung, beispielsweise in lokalen Gaskraftwerken, die Gasmotoren zum Antrieb von Generatoren aufweisen, oder an Bord von Schiffen zur Nutzung der Abwärme von Brennkraftmaschinen, die zum Antrieb der Schiffe oder zur Bordstromversorgung vorgesehen sind. Dabei können die Kreisprozesseinrichtungen ihrerseits der Bordstromversorgung dienen oder die Bordstromversorgung unterstützen. Solche Kreisprozesseinrichtungen weisen eine durch ein Kreisprozessmedium der Kreisprozesseinrichtung antreibbare Kraftmaschine mit einer Abtriebswelle auf, sowie eine elektrische Maschine, die typischerweise einen Stator und einen Läufer aufweist. Mit dem Läufer ist eine Läuferwelle wirkverbunden, über welche der Läufer drehantreibbar ist, wobei die elektrische Maschine an ein Stromnetz angeschlossen ist. Die Abtriebswelle und die Läuferwelle sind miteinander wirkverbunden, sodass die Läuferwelle durch die Abtriebswelle antreibbar ist. Bei bekannten Leistungserzeugungseinrichtungen sind die Abtriebswelle und die Läuferwelle starr miteinander gekoppelt, und zwischen der elektrischen Maschine und dem Stromnetz ist elektrisch ein Frequenzumrichter geschaltet, welcher eine Drehzahlvariabilität für die elektrische Maschine und damit auch für die Kraftmaschine bei konstanter Netzfrequenz des Stromnetzes gewährleistet. Betrachtet man insbesondere ein System, bei welchem die Kreisprozesseinrichtung Abwärme einer Brennkraftmaschine nutzt, welche ihrerseits zur Generierung elektrischer Leistung eingesetzt wird, ist die elektrische Leistung, die über die Kreisprozesseinrichtung generierbar ist, verglichen mit der elektrischen Leistung, welche über die Brennkraftmaschine generierbar ist, gering und damit spezifisch teuer. Dabei kann insbesondere der Frequenzumrichter als teures und damit für einen wesentlichen Teil der Kosten verantwortliches Bauteil identifiziert werden.In the course of steadily increasing the energy efficiency of power generators, in particular of internal combustion engines, cycle equipment for the implementation of thermodynamic cycles increasingly widespread application, the Kreisprozessinrichtungen are typically used to absorb waste heat from a power generator, for example, from a combustion in an internal combustion engine and mechanical Work and / or electrical power to transform. Such cycle processing facilities, which can be set up in particular to perform a so-called ORC cycle (Organic Rankine Cycle), are used, for example, for waste heat utilization in stationary internal combustion engines for power generation, for example in local gas power plants having gas engines for driving generators, or on board Ships for using the waste heat of internal combustion engines, which are intended to drive the ships or the on-board power supply. The circuit processing devices can in turn serve the on-board power supply or support the on-board power supply. Such cycle processing devices have an engine drivable by a cycle medium of the cycle processing device with an output shaft, and an electric machine, which typically has a stator and a rotor. With the rotor a rotor shaft is operatively connected, via which the rotor is driven in rotation, wherein the electric machine is connected to a power grid. The output shaft and the rotor shaft are operatively connected to each other, so that the rotor shaft can be driven by the output shaft. In known power generation devices, the output shaft and the rotor shaft are rigidly coupled together, and between the electric machine and the power grid, a frequency converter is electrically connected, which ensures a speed variability for the electric machine and thus also for the engine at constant grid frequency of the power grid. If, in particular, a system is considered in which the cycle processing device uses waste heat from an internal combustion engine, which in turn is used to generate electrical power, the electric power that can be generated via the cycle processing device is low compared to the electrical power that can be generated by the internal combustion engine and thus specifically expensive. In particular, the frequency converter can be identified as expensive and therefore responsible for a substantial part of the cost component.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leistungserzeugungseinrichtung zur Erzeugung elektrischer Leistung sowie ein Stromnetz mit einer solchen Leistungserzeugungseinrichtung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.The invention has for its object to provide a power generating device for generating electrical power and a power grid with such a power generating device, said disadvantages do not occur.

Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved by providing the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.

Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Leistungserzeugungseinrichtung, eingerichtet zur Erzeugung elektrischer Leistung mit einer Kreisprozesseinrichtung, eingerichet zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses geschaffen wird, wobei die Kreisprozesseinrichtung eine Kraftmaschine mit einer Abtriebswelle aufweist. Die Leistungserzeugungseinrichtung weist außerdem eine erste elektrische Maschine auf, die bevorzugt einen Stator und einen Läufer sowie eine insbesondere mit dem Läufer zu dessen Drehantrieb wirkverbundene Läuferwelle aufweist, wobei die erste elektrische Maschine an ein Stromnetz anschließbar ist, und wobei die Abtriebswelle und die Läuferwelle miteinander wirkverbunden sind, sodass die Läuferwelle durch die Abtriebswelle antreibbar ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Abtriebswelle und die Läuferwelle über eine Freilaufeinrichtung miteinander wirkverbunden sind. Die Freilaufeinrichtung ist eingerichtet, um a) die Abtriebswelle und die Läuferwelle in einem ersten Betriebszustand, wenn eine Drehzahl der Abtriebswelle - bei gleichem Drehsinn der Abtriebswelle und der Läuferwelle - größer ist als eine Netzdrehzahl der Läuferwelle, miteinander zu koppeln, sodass ein Drehmoment von der Abtriebswelle auf die Läuferwelle übertragbar ist; und die Freilaufeinrichtung ist weiter eingerichtet, um b) die Abtriebswelle und die Läuferwelle in einem zweiten Betriebszustand, wenn die Drehzahl der Abtriebswelle - bei gleichem Drehsinn der Abtriebswelle und der Läuferwelle - kleiner ist als die Netzdrehzahl der Läuferwelle, voneinander zu entkoppeln, sodass kein Drehmoment zwischen der Abtriebswelle und der Läuferwelle übertragbar ist.The object is achieved, in particular, by providing a power generation device configured to generate electrical power with a cycle processing device configured to carry out a thermodynamic cycle, the cycle device having an engine with an output shaft. The power generating device also has a first electric machine, which preferably has a stator and a rotor and a rotor shaft which is in particular operatively connected to the rotor for its rotary drive, wherein the first electric machine can be connected to a power supply, and wherein the output shaft and the rotor shaft are operatively connected to one another are, so that the rotor shaft is driven by the output shaft. It is provided that the output shaft and the rotor shaft are operatively connected to each other via a freewheel device. The freewheel device is set up to a) the output shaft and the rotor shaft in a first operating state when a speed of the output shaft - at the same sense of rotation of the output shaft and the rotor shaft - is greater than a network speed of the rotor shaft to couple together, so that a torque of the Output shaft is transferable to the rotor shaft; and the freewheel device is further configured to b) the output shaft and the rotor shaft in a second operating state, when the rotational speed of the output shaft - with the same sense of rotation of the output shaft and the rotor shaft - is smaller than the network speed of the rotor shaft to decouple from each other, so no torque between the output shaft and the rotor shaft is transferable.

Die Leistungserzeugungseinrichtung weist Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik auf. Zur Einspeisung der durch die erste elektrische Maschine erzeugten elektrischen Leistung in das Stromnetz bedarf es einer Drehzahl der Läuferwelle, die - innerhalb bestimmter Toleranzen - größer ist als die Netzdrehzahl, die sich rechnerisch aus der Netzfrequenz des Stromnetzes einerseits und der Polzahl der ersten elektrischen Maschine andererseits ergibt. In dem thermodynamischen Kreisprozess variieren allerdings Leistungsparameter, insbesondere Dampfparameter, in Abhängigkeit von der zur Verfügung stehenden Abwärme, insbesondere abhängig von einem Motorkennfeldbetrieb einer Brennkraftmaschine, deren Abwärme genutzt wird, wodurch eine drehzahlkonstante Regelung der Kraftmaschine und damit auch der ersten elektrischen Maschine primärseitig schwer realisierbar ist. Mittels der Freilaufeinrichtung ergibt sich nun eine drehmomentübertragende Kopplung zwischen der Abtriebswelle einerseits und der Läuferwelle andererseits nur dann, wenn deren Drehzahlverhältnisse so ausgestaltet sind, dass Leistung in das Stromnetz eingespeist werden kann. Insbesondere wird ein Drehmoment nur bei positiver Drehzahldifferenz zwischen der Abtriebswelle und der Netzdrehzahl übertragen, was bedeutet, dass die Abtriebswelle eine Drehzahl aufweist, die größer ist als die Netzdrehzahl. Fällt dagegen die Drehzahl der Abtriebswelle unter die Netzdrehzahl, wird die Abtriebswelle mechanisch über die Freilaufeinrichtung von der Läuferwelle entkoppelt, wodurch eine Rückspeisung von Leistung, das heißt eine Leistungsentnahme aus dem Stromnetz im motorischen Betrieb der ersten elektrischen Maschine - und somit ein Antrieb der Kraftmaschine über die elektrische Maschine - vermieden wird. Dadurch kann insbesondere eine Schleppbelastung bei Reduktion der Leistung des thermodynamischen Kreisprozesses vermieden werden, und es wird eine rückwirkungsfreie Einspeisung der Leistung des thermodynamischen Kreisprozesses in das Stromnetz durch Vermeidung des motorischen Betriebs der elektrischen Maschine, beispielsweise wenn die Leistung in dem thermodynamischen Kreisprozess abfällt oder ausfällt, vermieden.The power generation device has advantages over the prior art. To feed the electrical power generated by the first electric machine in the power grid, it requires a speed of the rotor shaft, which - within certain tolerances - is greater than the grid speed, which is calculated from the grid frequency of the mains on the one hand and the number of poles of the first electric machine results. However, in the thermodynamic cycle process, performance parameters, in particular steam parameters, vary depending on the available waste heat, in particular depending on an engine characteristic map operation Internal combustion engine whose waste heat is used, whereby a speed-constant control of the engine and thus also the first electric machine is difficult to achieve on the primary side. By means of the freewheel device now results in a torque-transmitting coupling between the output shaft on the one hand and the rotor shaft on the other hand only if their speed ratios are designed so that power can be fed into the grid. In particular, a torque is transmitted only at a positive speed difference between the output shaft and the network speed, which means that the output shaft has a speed that is greater than the network speed. If, on the other hand, the rotational speed of the output shaft drops below the mains rotational speed, the output shaft is mechanically decoupled from the rotor shaft via the freewheel device, whereby a return of power, that is a power extraction from the power grid in the engine operation of the first electric machine - and thus a drive of the engine via the electric machine - is avoided. In particular, a drag load can be avoided while reducing the power of the thermodynamic cycle, and it is a feedback-free feed the power of the thermodynamic cycle into the grid by avoiding the engine operation of the electric machine, for example, when the power in the thermodynamic cycle drops or fails, avoided.

Die flexible Kopplung der Abtriebswelle mit der Läuferwelle über die Freilaufeinrichtung ermöglicht es, auf einen Frequenzumrichter vollständig zu verzichten. Dadurch kann ein wesentlich die Kosten der elektrischen Leistung aus dem thermodynamischen Kreisprozess bestimmendes Bauteil eingespart werden, sodass diese typischerweise spezifisch hohen Kosten drastisch gesenkt werden können. Damit steigt in relevanter Weise die wirtschaftliche Attraktivität der Verwendung eines solchen thermodynamischen Kreisprozesses zur Abwärmenutzung.The flexible coupling of the output shaft with the rotor shaft via the freewheel device makes it possible to completely dispense with a frequency converter. As a result, a component substantially determining the cost of the electrical power from the thermodynamic cycle can be saved, so that these typically specific high costs can be drastically reduced. This significantly increases the economic attractiveness of the use of such a thermodynamic cycle for the use of waste heat.

Die erste elektrische Maschine ist insbesondere eingerichtet, um an ein Stromnetz angeschlossen zu werden. Sie weist also zumindest einen elektrischen Anschluss zum Anschließen an ein Stromnetz auf. Vorzugsweise weist die erste elektrische Maschine einen Drehstromanschluss, mithin einen dreiphasigen Anschluss, zum Verbinden mit dem Stromnetz auf.The first electric machine is in particular configured to be connected to a power grid. So it has at least one electrical connection for connection to a power grid. Preferably, the first electric machine has a three-phase connection, thus a three-phase connection, for connection to the power network.

Besonders bevorzugt ist der ersten elektrischen Maschine - insbesondere zumindest außerhalb eines Fehlerfalls - dauerhaft an das Stromnetz angeschlossen. In diesem Fall laufen die Läuferwelle und bevorzugt der Läufer mit der Netzdrehzahl mit, solange keine Leistung von dem thermodynamischen Kreisprozess über die Abtriebswelle in das Stromnetz eingespeist wird. Insbesondere wenn die Leistung in dem thermodynamischen Kreisprozess ab- oder ausfällt, werden der Läufer und die Läuferwelle mit der Netzdrehzahl durch das Stromnetz weiter gedreht, was aber kaum Verlustleistung mit sich bringt, weil der Läufer und die Läuferwelle ein vernachlässigbares Trägheitsmoment aufweisen und - insbesondere durch die mechanische Entkopplung von der Abtriebswelle mittels der Freilaufeinrichtung - kein oder nur ein äußerst geringfügiges Bremsmoment, beispielsweise in Lagerstellen, erfahren.Particularly preferably, the first electric machine - in particular at least outside of a fault - permanently connected to the mains. In this case, the rotor shaft and preferably the rotor run with the network speed, as long as no power from the thermodynamic cycle through the output shaft is fed into the grid. In particular, when the power in the thermodynamic cycle drops or fails, the rotor and the rotor shaft are rotated with the network speed through the power grid, but this hardly any power loss entails because the rotor and the rotor shaft have a negligible moment of inertia and - in particular the mechanical decoupling of the output shaft by means of the freewheel device - no or only an extremely small braking torque, for example, in bearings experienced.

Die Freilaufeinrichtung ist insbesondere als mechanischer Freilauf ausgebildet, beispielsweise als Rollenfreilauf oder dergleichen. Solche Ausgestaltungen einer Freilaufeinrichtung sind für sich genommen bekannt, sodass hierauf nicht weiter im Detail eingegangen wird.The freewheel device is designed in particular as a mechanical freewheel, for example as a roller freewheel or the like. Such embodiments of a freewheel device are known per se, so that will not be discussed further in detail.

Unter einer Kreisprozesseinrichtung wird insbesondere eine Einrichtung verstanden, die geeignet und eingerichtet ist zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses. Eine solche Kreisprozesseinrichtung weist insbesondere eine Fördereinrichtung, vorzugsweise eine Pumpe, zur Förderung eines Kreisprozessmediums entlang eines Strömungspfads für das Kreisprozessmedium der Kreisprozesseinrichtung auf. Dabei sind entlang des Strömungspfads in Strömungsrichtung des Kreisprozessmediums gesehen - vorzugsweise in dieser Reihenfolge - die Fördereinrichtung, ein Verdampfer, die Kraftmaschine und ein Kondensator vorgesehen, wobei das Kreisprozessmedium in dem Verdampfer Wärme, beispielsweise Abwärme einer Brennkraftmaschine, aufnimmt, wobei zumindest ein Teil der aufgenommenen Wärme durch das Kreisprozessmedium in der Kraftmaschine abgegeben und in mechanische Arbeit gewandelt wird, wobei vorzugsweise ein verbleibender Teil der in dem Verdampfer aufgenommenen Wärme des Kreisprozessmediums stromabwärts der Kraftmaschine in dem Kondensator wieder an eine äußere Umgebung des Kreisprozesses abgegeben wird. Das Kreisprozessmedium wird dann zurück zum Verdampfer gefördert, wo der Kreisprozess von neuem beginnt.A cycle process device is understood in particular to mean a device which is suitable and arranged for carrying out a thermodynamic cycle. Such a cycle processing device has, in particular, a delivery device, preferably a pump, for delivery of a cycle medium along a flow path for the cycle medium of the cycle process device. Here, along the flow path in the flow direction of the cycle medium seen - preferably in this order - the conveyor, an evaporator, the engine and a condenser provided, wherein the cycle medium in the evaporator heat, such as waste heat of an internal combustion engine receives, wherein at least a portion of the recorded Heat is discharged through the cycle medium in the engine and converted into mechanical work, preferably a remaining portion of the heat taken up in the evaporator of the cycle medium downstream of the engine in the condenser is returned to an external environment of the cycle. The recycle medium is then returned to the evaporator where the cycle begins anew.

Unter einer Kraftmaschine wird insbesondere eine Einrichtung verstanden, welche eingerichtet ist, um Energie des Kreisprozessmediums, insbesondere thermische Energie, Druckenergie und/oder Strömungsenergie des Kreisprozessmediums, in mechanische Energie zu wandeln, wobei die mechanische Energie an der Abtriebswelle abgreifbar ist. Die Kraftmaschine ist insbesondere durch das Kreisprozessmedium antreibbar. Vorzugsweise ist die Kraftmaschine als Strömungsmaschine oder als Verdrängermaschine ausgebildet.Under an engine is particularly understood a device which is adapted to convert energy of the cycle medium, in particular thermal energy, pressure energy and / or flow energy of the cycle medium into mechanical energy, wherein the mechanical energy can be tapped at the output shaft. The engine is drivable in particular by the cycle medium. Preferably, the engine is designed as a turbomachine or as a displacement machine.

Unter einer elektrischen Maschine wird insbesondere eine Einrichtung verstanden, die eingerichtet ist, um mechanische Energie, insbesondere Rotationsenergie, in elektrische Energie zu wandeln, sodass die elektrische Maschine letztlich eingerichtet ist, um elektrische Leistung zu erzeugen, wenn ihr mechanische Leistung zugeführt wird. Die elektrische Maschine ist also insbesondere als Generator ausgebildet. Grundsätzlich kann eine solche elektrische Maschine stets auch als Motor betrieben werden, wenn sich ein Leistungsfluss umkehrt, wobei dann elektrische Leistung in mechanische Leistung gewandelt wird. An electric machine is understood in particular to mean a device which is set up to convert mechanical energy, in particular rotational energy, into electrical energy, so that the electric machine is ultimately set up to generate electrical power when its mechanical power is supplied. The electric machine is therefore designed in particular as a generator. In principle, such an electric machine can always also be operated as a motor when a power flow is reversed, in which case electrical power is converted into mechanical power.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kreisprozesseinrichtung eingerichtet ist zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses an einem organischen Kreisprozessmedium. Hierdurch ist es möglich, ein Kreisprozessmedium zu wählen, welches bereits bei einem vergleichsweise - insbesondere im Vergleich mit Wasser - geringeren Temperaturniveau eine für einen effizienten Betrieb des Kreisprozesses geeignete Wärmemenge aufnehmen kann, wobei das Kreisprozessmedium insbesondere einen im Vergleich zu Wasser niedrigeren Siedepunkt aufweisen kann. Es ist also insbesondere möglich, ein solches organisches Kreisprozessmedium bei einem vergleichsweise niedrigen Temperaturniveau zu verdampfen. Hierdurch ist ein solches organisches Kreisprozessmedium besonders geeignet, um Abwärme - insbesondere von Brennkraftmaschinen - zu nutzen. Besonders bevorzugt ist die Kreisprozesseinrichtung eingerichtet zur Durchführung eines organischen Rankine-Kreisprozesses (ORC - Organic Rankine Cycle). Ein solcher Kreisprozess ist in besonderer Weise geeignet, um Abwärme, insbesondere von Brennkraftmaschinen, zu nutzen.According to one embodiment of the invention, it is provided that the cycle processing device is set up for carrying out a thermodynamic cycle on an organic cycle medium. This makes it possible to choose a cycle medium, which can absorb even at a comparatively low - especially in comparison with water - lower temperature level suitable for efficient operation of the cycle heat, the cycle medium may have in particular a lower boiling point compared to water. It is thus possible, in particular, to evaporate such an organic cycle medium at a comparatively low temperature level. As a result, such an organic cycle medium is particularly suitable to use waste heat - especially of internal combustion engines. Particularly preferably, the cycle device is set up to carry out an organic Rankine cycle (ORC - Organic Rankine Cycle). Such a cycle is particularly suitable to use waste heat, especially of internal combustion engines.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine als Asynchronmaschine ausgebildet ist. Im Vergleich zu einer Synchronmaschine ergibt sich dadurch ein flexiblerer Differenzdrehzahlbereich zwischen der Drehzahl der Läuferwelle und der Netzdrehzahl, wobei die Differenzdrehzahl, welche auch als Schlupf bezeichnet wird, insbesondere abhängig ist von der in das Stromnetz eingespeisten Leistung. Die elektrische Maschine ist vorzugsweise - bis auf gegebenenfalls einen Fehlerfall und/oder ein vollständiges Herunterfahren, also eine Abschaltung - dauerhaft mit dem Stromnetz verbunden. Es ergibt sich dann insbesondere folgende Funktionsweise:According to one embodiment of the invention it is provided that the electrical machine is designed as an asynchronous machine. In comparison to a synchronous machine, this results in a more flexible differential speed range between the speed of the rotor shaft and the network speed, wherein the differential speed, which is also referred to as slip, in particular depends on the power fed into the power grid. The electric machine is preferably - except for possibly a fault and / or a complete shutdown, so a shutdown - permanently connected to the power grid. This results in particular the following operation:

Bei einem initialen Verbinden der ersten elektrischen Maschine mit dem Stromnetz wird diese durch das Stromnetz motorisch hochgefahren bis zur Netzdrehzahl. Im Vergleich zum motorischen Hochlaufen der Läuferwelle entwickeln sich die Dampfparameter in dem thermodynamischen Kreisprozess beim initialen Einschalten eher langsam, sodass insbesondere auch die Drehzahl der Abtriebswelle langsamer hochläuft. Beim Starten des thermodynamischen Kreisprozesses sind also die Läuferwelle und die Abtriebswelle über die Freilaufeinrichtung zunächst voneinander entkoppelt. Erreicht die Drehzahl der Abtriebswelle die Netzdrehzahl und übersteigt diese, erhöht sich ab diesem Punkt durch Drehmomentsteigerung die Leistungseinspeisung aus dem thermodynamischen Kreisprozess in das Stromnetz, insbesondere bis zum Erreichen einer Maximalleistung des thermodynamischen Kreisprozesses. Die hier vorgeschlagene konstruktive Anordnung erlaubt eine automatische Einregelung der Einspeiseleistung des thermodynamischen Kreisprozesses und ermöglicht die Umsetzung der Einspeisung ohne Frequenzumrichter.In an initial connection of the first electric machine to the power grid, this is powered up by the power supply to the grid speed. In comparison to the motor run-up of the rotor shaft, the steam parameters develop rather slowly in the thermodynamic cycle during the initial switch-on, so that, in particular, the rotational speed of the output shaft runs up more slowly. When starting the thermodynamic cycle so the rotor shaft and the output shaft via the freewheel device are initially decoupled from each other. If the rotational speed of the output shaft reaches the mains speed and exceeds it, the power supply from the thermodynamic cycle into the power grid increases from this point onwards by increasing the torque, in particular until a maximum power of the thermodynamic cycle is reached. The constructive arrangement proposed here allows automatic regulation of the feed-in power of the thermodynamic cycle and enables the implementation of the feed without frequency converter.

Insbesondere ist auch ein automatisierter Hochlauf des thermodynamischen Kreisprozesses bei Dampfaufschaltung bis leicht oberhalb der Netzdrehzahl möglich, ohne dass es hierzu einer gesonderten Startprozedur für den thermodynamischen Kreisprozess bedarf. Über die Freilaufeinrichtung wird eine mechanische Entkopplung des Kraftschlusses vom Stromnetz in Richtung der thermodynamischen Kreisprozesseinrichtung erzielt.In particular, an automated run-up of the thermodynamic cycle with steam injection to slightly above the network speed is possible without this requires a separate startup procedure for the thermodynamic cycle. About the freewheel device, a mechanical decoupling of the frictional connection is achieved by the power grid in the direction of the thermodynamic cycle processing device.

Die Freilaufeinrichtung kann unabhängig von der Nennleistung der ersten elektrischen Maschine ausgelegt werden, sodass nicht für jede Nennleistung eine gesonderte Auslegung erforderlich ist. Insbesondere kann die Freilaufeinrichtung auf eine leistungsstärkste Kreisprozesseinrichtung einer Serie oder Baureihe abgestimmt werden, wobei sie dann nicht mehr auf eine konkrete Leistung abgestimmt werden muss. Die Freilaufeinrichtung ist dann zwar für mit kleinerer Nennleistung ausgelegte Systeme überdimensioniert, was aber aufgrund der rein mechanischen Ausgestaltung nur geringe Mehrkosten verursacht. Dagegen muss ein Frequenzumrichter teuer und aufwändig auf eine spezifisch verwendete elektrische Maschine parametriert werden. The freewheel device can be designed independently of the rated power of the first electric machine, so that not a separate design is required for each rated power. In particular, the freewheel device can be tuned to a most powerful cycle device of a series or series, in which case it no longer has to be adapted to a specific performance. Although the freewheel device is then over-dimensioned for systems designed with a lower rated power, this causes only small additional costs due to the purely mechanical design. By contrast, a frequency converter must be expensive and expensive parameterized to a specific electrical machine used.

Dadurch, dass dann, wenn die Drehzahl der Abtriebswelle kleiner ist als die Netzdrehzahl der Läuferwelle, keine Leistung mehr aus dem thermodynamischen Kreisprozess in das Stromnetz eingespeist werden kann, ergibt sich, dass - im Vergleich zur Verwendung eines Frequenzumrichters - in bestimmten Lastpunkten des thermodynamischen Kreisprozesses keine Leistung mehr eingespeist werden kann, die insofern verloren ist. Solche Lastpunkte treten aber generell höchst selten und insbesondere nur beim Hochfahren des thermodynamischen Kreisprozesses auf, insbesondere wenn der thermodynamische Kreisprozess in Zusammenhang mit einer Abwärmequelle verwendet wird, die im Wesentlichen stationär, das heißt bei einem stationären Lastpunkt, und höchstens selten in einem transienten Betrieb gefahren wird. Die insoweit verlorengehende Leistung wird daher bei weitem aufgewogen durch die Kostenersparnisse, welche sich durch den Verzicht auf den Frequenzumrichter ergeben.The fact that when the speed of the output shaft is smaller than the network speed of the rotor shaft, no more power from the thermodynamic cycle can be fed into the grid, it follows that - in comparison to the use of a frequency converter - in certain load points of the thermodynamic cycle no more power can be fed, which is lost in this respect. However, such load points generally occur very rarely, and in particular only at the startup of the thermodynamic cycle, especially when the thermodynamic cycle is used in conjunction with a waste heat source that is substantially stationary, that is at a steady load point, and at most rarely in transient operation is driven. The extent lost power is therefore far outweighed by the cost savings resulting from the waiver of the frequency converter.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kraftmaschine ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einer Turbine, einem Scroll-Expander, einem Roots-Expander, einer Hubkolbenmaschine, und einer Flügelzellenmaschine. Die hier genannten Ausgestaltungen einer Kraftmaschine sind in besonderer Weise geeignet, in einem Kreisprozess, insbesondere einem organischen Rankine-Kreisprozess, als Kraftmaschine verwendet zu werden.According to one embodiment of the invention, it is provided that the engine is selected from a group consisting of a turbine, a scroll expander, a Roots expander, a reciprocating engine, and a vane machine. The embodiments of an engine mentioned here are particularly suitable for being used as an engine in a cycle, in particular an organic Rankine cycle.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leistungserzeugungseinrichtung eine Brennkraftmaschine aufweist, die thermisch mit der Kreisprozesseinrichtung verbunden ist, sodass Abwärme der Brennkraftmaschine der Kreisprozesseinrichtung zur Durchführung des Kreisprozesses zuführbar ist. Somit kann die gesamte Effizienz, insbesondere der Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine und der mit dieser verbundenen Einrichtung gesteigert werden, weil die Abwärme nicht verloren ist, sondern zumindest teilweise in dem Kreisprozess genutzt werden kann. Vorzugsweise ist die Brennkraftmaschine thermisch mit dem Verdampfer der Kreisprozesseinrichtung verbunden. Dabei kann der Verdampfer mittelbar oder unmittelbar durch Abgas der Brennkraftmaschine beheizt werden, wobei insbesondere Abwärme aus dem Abgas der Brennkraftmaschine zum Betreiben des Kreisprozesses genutzt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann dem Kreisprozess Abwärme aus einem Kühlmittel der Brennkraftmaschine, insbesondere Kühlwasser, zugeführt werden, wobei vorzugsweise das Kühlwasser direkt oder indirekt thermisch mit dem Verdampfer des Kreisprozesses verbunden ist. Insbesondere ist es möglich, dass der Verdampfer direkt durch Abgas und/oder Kühlmittel der Brennkraftmaschine durchsetzt wird.According to one embodiment of the invention, it is provided that the power generating device has an internal combustion engine which is thermally connected to the cycle processing device, so that waste heat from the internal combustion engine can be fed to the cycle processing device for carrying out the cyclic process. Thus, the overall efficiency, in particular the overall efficiency of the internal combustion engine and associated with this device can be increased because the waste heat is not lost, but at least partially can be used in the cycle. Preferably, the internal combustion engine is thermally connected to the evaporator of the cycle processing device. In this case, the evaporator can be heated indirectly or directly by exhaust gas of the internal combustion engine, wherein in particular waste heat from the exhaust gas of the internal combustion engine can be used to operate the cycle. Alternatively or additionally, the cycle process waste heat from a coolant of the internal combustion engine, in particular cooling water, are supplied, wherein preferably the cooling water is directly or indirectly thermally connected to the evaporator of the cycle. In particular, it is possible that the evaporator is penetrated directly by exhaust gas and / or coolant of the internal combustion engine.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leistungserzeugungseinrichtung eine zweite elektrische Maschine aufweist, die mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbunden ist. Die Brennkraftmaschine dient in diesem Fall ebenfalls der Erzeugung elektrischer Leistung, indem sie die zweite elektrische Maschine antreibt. Vorzugsweise ist die zweite elektrische Maschine mit demselben Stromnetz verbindbar, insbesondere verbunden, wie die erste elektrische Maschine. Dabei ist dem Stromnetz insbesondere ein Hauptteil der elektrischen Leistung durch die zweite elektrische Maschine, angetrieben von der Brennkraftmaschine, zuführbar, wobei ein kleinerer Teil der elektrischen Leistung aus der Abwärmenutzung über den thermodynamischen Kreisprozess und die zweite elektrische Maschine fließt.According to one embodiment of the invention, it is provided that the power generation device has a second electric machine, which is drive-connected to the internal combustion engine. The internal combustion engine also serves in this case to generate electrical power by driving the second electric machine. Preferably, the second electric machine can be connected to the same power supply, in particular connected, as the first electric machine. In this case, the power grid is in particular a main part of the electric power supplied by the second electric machine, driven by the internal combustion engine, with a smaller part of the electrical power from the waste heat through the thermodynamic cycle and the second electric machine flows.

Es ist möglich, dass die Brennkraftmaschine und die zweite elektrische Maschine als sogenanntes Genset ausgebildet sind, wobei sie insbesondere zur lokalen, vorzugsweise stationären Stromerzeugung dienen. Es ist aber auch möglich, dass die Brennkraftmaschine und die zweite elektrische Maschine der Bereitstellung elektrischer Leistung an Bord eines Schiffes dienen, beispielsweise zum Antrieb des Schiffes und/oder zur Erzeugung elektrischer Leistung für ein Bordstromnetz.It is possible that the internal combustion engine and the second electric machine are designed as a so-called Genset, where they serve in particular for local, preferably stationary power generation. However, it is also possible that the internal combustion engine and the second electric machine serve to provide electrical power on board a ship, for example for driving the ship and / or for generating electrical power for an on-board power supply system.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leistungserzeugungseinrichtung einen Leistungsschalter aufweist, über den die erste elektrische Maschine mit dem Stromnetz verbindbar ist. Der Leistungsschalter ist vorzugsweise - bis auf gegebenenfalls einen Fehlerfall oder eine Abschaltung der Leistungserzeugungseinrichtung - geschlossen, sodass die erste elektrische Maschine dauerhaft mit dem Stromnetz verbunden ist. Bei einem Starten der Leistungserzeugungseinrichtung wird bevorzugt der Leistungsschalter geschlossen, bevor der thermodynamische Kreisprozess seine Nennleistung erreicht, insbesondere bevor der thermodynamische Kreisprozess angeschaltet wird, sodass gewährleistet ist, dass die Läuferwelle die Netzdrehzahl erreicht, bevor die Abtriebswelle die Netzdrehzahl erreicht oder überschreitet.According to one embodiment of the invention, it is provided that the power generating device has a power switch, via which the first electric machine can be connected to the power grid. The circuit breaker is preferably closed except for a fault or shutdown of the power generating device, so that the first electrical machine is permanently connected to the power supply. When the power generation device is started, the power switch is preferably closed before the thermodynamic cycle reaches its rated output, in particular before the thermodynamic cycle is switched on, so as to ensure that the rotor shaft reaches the line speed before the output shaft reaches or exceeds the line speed.

Vorzugsweise ist ein weiterer Leistungsschalter vorgesehen, über welchen die zweite elektrische Maschine mit dem Stromnetz verbindbar ist. Eine elektrische Verbindung zwischen der ersten elektrischen Maschine und der zweiten elektrischen Maschine ist vorzugsweise auf einer Seite der zweiten elektrischen Maschine vor dem weiteren Leistungsschalter vorgesehen, sodass die erste elektrische Maschine und die zweite elektrische Maschine - insbesondere über den ersten Leistungsschalter - miteinander verbunden werden können, auch wenn beide elektrische Maschinen über den zweiten Leistungsschalter vom Stromnetz getrennt sind. Diese Konfiguration ermöglicht es auch, dass die erste elektrische Maschine von dem Stromnetz getrennt wird, ohne dass zugleich die zweite elektrische Maschine vom Stromnetz getrennt werden muss. Vielmehr kann die zweite elektrische Maschine mit dem weiteren Leistungsschalter mit dem Stromnetz verbunden bleiben, auch wenn die erste elektrische Maschine über den Leistungsschalter von dem Stromnetz getrennt wird.Preferably, a further power switch is provided, via which the second electric machine can be connected to the power grid. An electrical connection between the first electric machine and the second electric machine is preferably provided on one side of the second electric machine in front of the further power switch, so that the first electric machine and the second electric machine - in particular via the first power switch - can be connected to each other, even if both electrical machines are disconnected from the mains via the second circuit-breaker. This configuration also allows the first electric machine to be disconnected from the mains without having to disconnect the second electric machine from the mains. Rather, the second electric machine with the further circuit breaker remain connected to the mains, even if the first electric machine is disconnected from the power supply via the circuit breaker.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Verbindung der ersten elektrischen Maschine mit dem Stromnetz frei ist von einem Frequenzumrichter. Dies bedeutet insbesondere, dass in der elektrischen Verbindung der ersten elektrischen Maschine mit dem Stromnetz kein Frequenzumrichter vorgesehen ist. Auf einen Frequenzumrichter wird also bevorzugt vollständig verzichtet. Wie bereits zuvor erläutert, führt dies zu einer wesentlichen Verringerung der spezifischen Kosten der durch den thermodynamischen Kreisprozess bereitgestellten elektrischen Leistung.According to one embodiment of the invention it is provided that the electrical connection of the first electric machine with the power grid is free of a frequency converter. This means, in particular, that no frequency converter is provided in the electrical connection of the first electric machine to the mains. On a frequency converter is therefore preferably completely omitted. As previously explained, this results in a substantial reduction in the specific cost of the electrical power provided by the thermodynamic cycle.

Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Stromnetz geschaffen wird, welches wenigstens eine Leistungserzeugungseinrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. Dabei ist die erste elektrische Maschine mit dem Stromnetz elektrisch verbunden. In Zusammenhang mit dem Stromnetz verwirklichen sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Leistungserzeugungseinrichtung erläutert wurden.Finally, the object is also achieved by providing a power grid which has at least one power generating device according to one of the previously described embodiments. In this case, the first electric machine is electrically connected to the power grid. In particular, the advantages that have already been explained in connection with the power generation device are realized in connection with the power grid.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stromnetz als Inselnetz, insbesondere als Bordnetz eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schifffahrzeugs, ausgebildet ist. Die Brennkraftmaschine ist dabei bevorzugt eingerichtet zum Antrieb des Fahrzeugs, insbesondere des Schifffahrzeugs, und/oder zur Erzeugung von elektrischer Leistung für ein Bordnetz des Fahrzeugs, insbesondere des Schifffahrzeugs. Alternativ ist es möglich, dass das Stromnetz als regionales Stromnetz oder als überregionales Stromnetz ausgebildet ist. Die Brennkraftmaschine und die mit ihr wirkverbundene zweite elektrische Maschine können insbesondere als stationäres Genset, insbesondere in einem Gaskraftwerk, ausgebildet sein. Dabei ist die Brennkraftmaschine bevorzugt als Gasmotor ausgebildet.According to one embodiment of the invention, it is provided that the power grid is designed as an island grid, in particular as a vehicle electrical system of a vehicle, in particular a ship. The internal combustion engine is preferably configured to drive the vehicle, in particular of the ship, and / or for generating electrical power for an electrical system of the vehicle, in particular of the ship. Alternatively, it is possible that the power grid is designed as a regional power grid or as a national grid. The internal combustion engine and the second electric machine operatively connected to it can be designed, in particular, as a stationary genset, in particular in a gas power plant. The internal combustion engine is preferably designed as a gas engine.

Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Es ist möglich, dass die Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Personenkraftwagens, eines Lastkraftwagens oder eines Nutzfahrzeugs eingerichtet ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären Energieversorgung im Notstrombetrieb, Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt. Auch eine stationäre Anwendung der Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Weiterhin ist eine Anwendung der Brennkraftmaschine im Bereich der Förderung fossiler Roh- und insbesondere Brennstoffe, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung der Brennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, ist möglich. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet. Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet.The internal combustion engine is preferably designed as a reciprocating engine. It is possible that the internal combustion engine is arranged to drive a passenger car, a truck or a commercial vehicle. In a preferred embodiment, the internal combustion engine is used to drive in particular heavy land or water vehicles, such as mine vehicles, trains, the internal combustion engine is used in a locomotive or a railcar, or ships. It is also possible to use the internal combustion engine to drive a defense vehicle, for example a tank. An exemplary embodiment of the internal combustion engine is preferably also stationary, for example, used for stationary power supply in emergency operation, continuous load operation or peak load operation, the internal combustion engine in this case preferably drives a generator. A stationary application of the internal combustion engine for driving auxiliary equipment, such as fire pumps on oil rigs, is possible. Furthermore, an application of the internal combustion engine in the field of promoting fossil raw materials and in particular fuels, for example oil and / or gas, possible. It is also possible to use the internal combustion engine in the industrial sector or in the field of construction, for example in a construction or construction machine, for example in a crane or an excavator. The internal combustion engine is preferably designed as a diesel engine, as a gasoline engine, as a gas engine for operation with natural gas, biogas, special gas or another suitable gas. In particular, when the internal combustion engine is designed as a gas engine, it is suitable for use in a cogeneration plant for stationary power generation.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Stromnetzes mit einem Ausführungsbeispiel einer Leistungserzeugungseinrichtung zur Erzeugung elektrischer Leistung.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. The single figure shows a schematic representation of an embodiment of a power grid with an embodiment of a power generating device for generating electrical power.

Die einzige Fig. zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Stromnetzes 1, welches mit wenigstens einer Leistungserzeugungseinrichtung 3 zur Erzeugung elektrischer Leistung elektrisch verbindbar ist. Die Leistungserzeugungseinrichtung 3 weist dabei eine hier nur schematisch angedeutete Kreisprozesseinrichtung 5 auf, die eingerichtet ist zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses, insbesondere an einem organischen Kreisprozessmedium, besonders bevorzugt eines Organischen Rankine-Kreisprozesses. Die Kreisprozesseinrichtung 5 weist eine Kraftmaschine 7 auf, die ihrerseits eine Abtriebswelle 9 aufweist. Weiterhin weist die Leistungserzeugungseinrichtung 3 eine erste elektrische Maschine 11 auf, die einen hier nicht explizit dargestellten Stator sowie einen ebenfalls nicht explizit dargestellten Läufer und eine mit dem Läufer zu dessen Drehantrieb wirkverbundene Läuferwelle 13 aufweist, wobei die erste elektrische Maschine 11 an das Stromnetz 1 anschließbar, vorzugsweise an das Stromnetz 1 angeschlossen ist. Dabei sind die Abtriebswelle 9 und die Läuferwelle 13 miteinander wirkverbunden, sodass die Läuferwelle 13 durch die Abtriebswelle 9 antreibbar ist. Die Abtriebswelle 9 und die Läuferwelle 13 sind über eine Freilaufeinrichtung 15, die insbesondere als mechanischer Freilauf ausgebildet ist, miteinander wirkverbunden. Die Freilaufeinrichtung 15 ist dabei eingerichtet, um in einem ersten Betriebszustand, in welchem eine Drehzahl der Abtriebswelle 9 bei gleichem Drehsinn der Abtriebswelle 9 und der Läuferwelle 13 größer ist als eine Netzdrehzahl der Läuferwelle 13, die Abtriebswelle 9 und die Läuferwelle 13 miteinander zu koppeln, sodass ein Drehmoment von der Abtriebswelle 9 auf die Läuferwelle 13 übertragbar ist. Die Freilaufeinrichtung 15 ist weiter eingerichtet, um die Abtriebswelle 9 und die Läuferwelle 13 in einem zweiten Betriebszustand voneinander zu entkoppeln, sodass kein Drehmoment zwischen der Abtriebswelle 9 und der Läuferwelle 13 übertragbar ist, wobei der zweite Betriebszustand vorliegt, wenn die Drehzahl der Abtriebswelle 3 kleiner ist als die Netzdrehzahl der Läuferwelle 13. Durch die differenzdrehzahlabhängige, mechanische Kopplung der Abtriebswelle 9 mit der Läuferwelle 13 kann in vorteilhafter Weise auf einen Frequenzumrichter in der elektrischen Verbindung zwischen der ersten elektrischen Maschine 11 und dem Stromnetz 1 vollständig verzichtet werden, was die mit der Erzeugung der elektrischen Leistung über den thermodynamischen Kreisprozess verbunden Kosten drastisch senkt.The single FIGURE shows a schematic representation of an embodiment of a power grid 1 , which is provided with at least one power generation device 3 is electrically connectable to generate electrical power. The power generation facility 3 has a here only schematically indicated cycle processing device 5 which is set up for carrying out a thermodynamic cyclic process, in particular on an organic cycle medium, particularly preferably an organic Rankine cycle. The cycle process facility 5 has an engine 7 on, which in turn an output shaft 9 having. Furthermore, the power generation device 3 a first electric machine 11 on, which is a stator not explicitly shown here, as well as a runner likewise not explicitly shown, and a rotor shaft operatively connected to the runner for its rotary drive 13 having, wherein the first electric machine 11 to the mains 1 connectable, preferably to the power grid 1 connected. Here are the output shaft 9 and the rotor shaft 13 interacting with each other so that the rotor shaft 13 through the output shaft 9 is drivable. The output shaft 9 and the rotor shaft 13 are about a freewheel device 15 , which is designed in particular as a mechanical freewheel, operatively connected to each other. The freewheel device 15 is configured to in a first operating state, in which a rotational speed of the output shaft 9 with the same direction of rotation of the output shaft 9 and the rotor shaft 13 is greater than a network speed of the rotor shaft 13 , the output shaft 9 and the rotor shaft 13 Couple with each other, so that torque from the output shaft 9 on the rotor shaft 13 is transferable. The freewheel device 15 is further set up to the output shaft 9 and the rotor shaft 13 decouple in a second operating state from each other, so no torque between the output shaft 9 and the rotor shaft 13 is transferable, wherein the second operating state is present when the rotational speed of the output shaft 3 is less than the network speed of the rotor shaft 13 , Due to the differential speed-dependent, mechanical coupling of the output shaft 9 with the rotor shaft 13 can be advantageously applied to a frequency converter in the electrical connection between the first electric machine 11 and the power grid 1 completely eliminated, which drastically reduces the costs associated with the generation of electrical power via the thermodynamic cycle.

Die erste elektrische Maschine 11 ist bevorzugt als Asynchronmaschine ausgebildet. Die Kraftmaschine 7 ist vorzugsweise als Turbine, als Scroll-Expander, als Roots-Expander, als Hubkolbenmaschine, oder als Flügelzellenmaschine ausgebildet.The first electric machine 11 is preferably designed as an asynchronous machine. The engine 7 is preferably designed as a turbine, as a scroll expander, as Roots expander, as a reciprocating engine, or as a vane machine.

Die Leistungserzeugungseinrichtung 3 weist außerdem eine Brennkraftmaschine 17 auf, die thermisch mit der Kreisprozesseinrichtung 5 verbunden ist, was hier schematisch durch einen Pfeil P dargestellt ist. Die thermische Verbindung zwischen der Brennkraftmaschine 17 einerseits und der Kreisprozesseinrichtung 5 andererseits ist so ausgestaltet, dass Abwärme der Brennkraftmaschine 17 in der Kreisprozesseinrichtung 5 zur Durchführung des thermodynamischen Kreisprozesses genutzt werden kann, wobei die Abwärme der Brennkraftmaschine 17 zu diesem Zweck der Kreisprozesseinrichtung 5 zuführbar ist. Dabei kann insbesondere Abwärme aus dem Abgas der Brennkraftmaschine 17 oder aus einem Kühlmittel der Brennkraftmaschine 17 genutzt werden. Auch eine Kombination dieser Ausgestaltungen ist möglich.The power generation facility 3 also has an internal combustion engine 17 which thermally with the Kreisprozessesinrichtung 5 is connected, which is shown schematically here by an arrow P. The thermal connection between the internal combustion engine 17 on the one hand and the cycle processor 5 on the other hand is designed so that waste heat of the internal combustion engine 17 in the cycle process facility 5 can be used to carry out the thermodynamic cycle, wherein the waste heat of the internal combustion engine 17 for this purpose, the cycle processing facility 5 can be fed. In this case, in particular waste heat from the exhaust gas of the internal combustion engine 17 or from a coolant of the internal combustion engine 17 be used. A combination of these embodiments is possible.

Die Leistungserzeugungseinrichtung 3 weist außerdem eine zweite elektrische Maschine 19 auf, die mit der Brennkraftmaschine 17 antriebswirkverbunden ist. Dabei ist hier die zweite elektrische Maschine 19 mit demselben Stromnetz 1 verbindbar wie die erste elektrische Maschine 11.The power generation facility 3 also has a second electric machine 19 on that with the internal combustion engine 17 is drive-connected. Here is the second electric machine 19 with the same power grid 1 connectable like the first electric machine 11 ,

Die Kombination der Brennkraftmaschine 17 und der zweiten elektrischen Maschine 19 ist vorzugsweise als sogenanntes Genset ausgebildet.The combination of the internal combustion engine 17 and the second electric machine 19 is preferably designed as a so-called gene set.

Die Leistungserzeugungseinrichtung 3 weist außerdem einen ersten Leistungsschalter 21 auf, über den die erste elektrische Maschine 11 mit dem Stromnetz 1 verbindbar ist. Es ist ein zweiter Leistungsschalter 23 vorgesehen, über den die zweite elektrische Maschine 19 mit dem Stromnetz 1 verbindbar ist. Dabei ist hier ein elektrischer Anschluss 25 zwischen der ersten elektrischen Maschine 11 und der zweiten elektrischen Maschine 19 auf der Seite der zweiten elektrischen Maschine 19 des zweiten Leistungsschalters 23 vorgesehen, sodass die erste elektrische Maschine 11 und die zweite elektrische Maschine 19 gemeinsam von dem Stromnetz 1 über den zweiten Leistungsschalter 23 entkoppelt, aber miteinander elektrisch über den ersten Leistungsschalter 21 verbunden bleiben können. Diese Verschaltung gewährleistet es auch, dass die erste elektrische Maschine 11 durch Öffnen des ersten Leistungsschalters 21 von dem Stromnetz 1 getrennt werden kann, wobei zugleich die zweite elektrische Maschine 19 über den dann geschlossenen zweiten Leistungsschalter 23 mit dem Stromnetz 1 verbunden bleiben kann.The power generation facility 3 also has a first circuit breaker 21 on top of which the first electric machine 11 with the power grid 1 is connectable. It is a second circuit breaker 23 provided over which the second electric machine 19 with the power grid 1 is connectable. Here is an electrical connection 25 between the first electric machine 11 and the second electric machine 19 on the side of the second electric machine 19 of the second circuit breaker 23 provided so that the first electric machine 11 and the second electric machine 19 together from the power grid 1 via the second circuit breaker 23 decoupled, but with each other electrically via the first circuit breaker 21 stay connected. This interconnection also ensures that the first electric machine 11 by opening the first circuit breaker 21 from the mains 1 can be disconnected, wherein at the same time the second electric machine 19 via the then closed second circuit breaker 23 with the power grid 1 can stay connected.

Die elektrische Verbindung zwischen der ersten elektrischen Maschine 11 und dem Stromnetz 1 ist frei von einem Frequenzumrichter. Es ist also kein Frequenzumrichter in dieser elektrischen Verbindung angeordnet. Eine Drehzahlentkopplung der Kraftmaschine 7 von der Netzdrehzahl erfolgt also ausschließlich über die mechanische Freilaufeinrichtung 15.The electrical connection between the first electric machine 11 and the power grid 1 is free from a frequency converter. So it is not arranged frequency converter in this electrical connection. A speed decoupling of the engine 7 From the network speed is thus done exclusively on the mechanical freewheel device 15 ,

In der Figur ist auch noch eine Steuereinrichtung 27 dargestellt, welche einer Netzregelung der Brennkraftmaschine 17 und der zweiten elektrischen Maschine 19 abhängig von Parametern des Stromnetzes 1 dient.In the figure is also a control device 27 shown, which a network control of the internal combustion engine 17 and the second electric machine 19 depending on parameters of the power grid 1 serves.

Das Stromnetz 1 ist bevorzugt als Inselnetz, insbesondere als Bordnetz eines Fahrzeugs, besonders bevorzugt eines Schifffahrzeugs, als regionales Stromnetz oder als überregionales Stromnetz ausgebildet.The power grid 1 is preferably designed as a stand-alone grid, in particular as a vehicle electrical system of a vehicle, particularly preferably a ship, as a regional power grid or as a supra-regional power grid.

Insgesamt zeigt sich, dass mit der hier dargestellten Ausgestaltung einer Leistungserzeugungseinrichtung 3 und des Stromnetzes 1 Kosten für aus einer Abwärmenutzung resultierende elektrische Leistung deutlich reduziert werden können.Overall, it turns out that with the embodiment of a power generating device shown here 3 and the power grid 1 Costs for resulting from a waste heat utilization electric power can be significantly reduced.

Claims

Power generating device (3), designed for generating electrical power, with - a Kreisprozesseinrichtung (5), adapted for performing a thermodynamic cycle, wherein - the Kreisprozesses device (5) comprises an engine (7) with an output shaft (9), and with - a first electric machine (11) having a rotor shaft (13), wherein - the first electric machine (11) to a power grid (1) is connectable, wherein - the output shaft (9) and the rotor shaft (13) are operatively connected to each other, so that the rotor shaft (9) can be driven by the output shaft (13), characterized in that - the output shaft (9) and the rotor shaft (13) are operatively connected to one another via a freewheel device (15), wherein the freewheel device (15) is set up to a) the output shaft (9) and the rotor shaft (13) in a first operating state when a speed of the output shaft (9) at the same sense of rotation of the output shaft (9) and the rotor shaft (13) larger is to be coupled together as a line speed of the rotor shaft (13), so that a torque from the output shaft (9) on the rotor shaft (13) is transferable, and b) the output shaft (9) and the rotor shaft (13) in a second operating state when the rotational speed of the output shaft (9) is smaller than the line speed of the rotor shaft (13) to decouple from each other, so that no torque between the output shaft (9) and the rotor shaft (13) is transferable.

Power generating device (1) according to Claim 1 , characterized in that the cycle device (5) is arranged to perform a thermodynamic cycle on an organic cycle medium, in particular for carrying out an organic Rankine cycle.

Power generating device (3) according to one of the preceding claims, characterized in that the first electric machine (11) is designed as an asynchronous machine.

Power generating device (3) according to one of the preceding claims, characterized in that the engine (5) is selected from a group consisting of a turbine, a scroll expander, a Roots expander, a reciprocating engine, and a vane machine.

Power generating device (3) according to one of the preceding claims, characterized in that the power generating device (3) has an internal combustion engine (17) which is thermally connected to the cycle processing device (5), so that waste heat of the internal combustion engine (17) of the cycle processing device (5) Implementation of the thermodynamic cycle is fed.

Power generating device (3) according to one of the preceding claims, characterized by a second electric machine (19) which is drive-connected to the internal combustion engine (17) and preferably connectable to the same power grid (1) as the first electric machine (11).

Power generating device (3) according to one of the preceding claims, characterized by a circuit breaker (21), via which the first electric machine (11) to the power grid (1) is connectable.

Power generating device (3) according to one of the preceding claims, characterized in that an electrical connection of the first electric machine (11) to the power grid (1) is free of a frequency converter.

Power grid (1), with at least one power generating device (3) according to one of Claims 1 to 8th wherein the first electric machine (11) is electrically connectable to the power grid (1).

Power supply (1) to Claim 9 , characterized in that the power grid (1) is designed as a stand-alone grid, as a vehicle electrical system of a vehicle, in particular a ship, as a regional power grid or as a national grid.